第2章信息系统工程
信息系统工程是用系统工程的原理、方法来指导信息系统建设与管理的一门工程技术学科，是信息科学、管理科学、系统科学、计算机科学与通信技术相结合的综合性、交叉性、具有独特风格的应用学科。信息系统工程的主要任务是研究信息处理过程内在的规律，以及基于计算机、互联网和云计算等现代化手段的形式化表达和处理规律等。信息系统工程的基本概念、原理和方法对实际规划、分析、设计、实现、运行评价和服务一个信息系统，从理论、手段、方法、技术等多方面提供了一套完整、科学、实用的研究与工程体系，具有十分重要的应用价值，对信息系统建设有着重要的理论指导意义。
2.1信息系统
广义的信息系统包含组织内和组织所处环境中的重要人员、地点和事情的信息，通过输入、处理和输出三个基本活动将原始数据转变为有用的信息，具有决策支持、协调、控制、协助管理者与员工分析问题、可视化复杂对象和创造新产品等功能。信息系统具有三个维度：组织、管理、信息技术。
狭义的信息系统指由计算机硬件、网络和通信设备、软件、信息资源、信息用户和规章制度组成的以处理信息流为目的的人机一体化系统。从技术上可以定义为一系列支持决策和控制的相关要素，这些要素主要包括信息的收集、检索、加工处理和信息服务。除了支持决策和控制外，信息系统还帮助管理人员和生产人员分析问题，使复杂问题可视化，提供新的产品和服务。它的任务是对原始数据进行收集、加工、存储并处理产生各种所需的有价值的信息，以不同的方式提供给各类用户使用。
2.1.1信息系统的定义
信息系统(InformationSystem,IS)是一组相互关联的元素或组件它们收集(输入)、操作(处理)、存储和传播(输出)数据与信息，并提供满足目标的反馈机制。信息系统的组成部分如图2-1所示。反馈机制可以帮助组织实现其目标(如增加利润或改善客户服务)。
●输入。在信息系统中，输入是收集和捕获原始数据的活动。
●处理。在信息系统中，处理是将数据转换成有用的输出。处理过程包括计算、比较、替代等措施，以及存储数据以备将来使用。处理可以手动完成，也可以在计算机辅助下完成。
●输出。在信息系统中，输出涉及有用信息的产生，通常采用文档和报告的形式。很多时候，一个系统的输出可以成为另一个系统的输入。
●反馈。在信息系统中，反馈是系统中用于更改输入或处理活动的信息。例如，错误或问题可能导致需要更正输入数据或改进过程。除了反馈，计算机系统还可以预测未来事件以避免问题的出现。
信息系统的五个基本功能包括：输入、存储、处理、输出和控制。
●输入功能。输入功能决定于系统所要达到的目的及系统的能力和信息环境的许可。
●存储功能。存储功能指的是系统存储各种信息资料和数据的能力。
●处理功能。处理功能指的是对数据进行加工、处理和计算，以产生有用的信息。
●输出功能。信息系统的目的就是保证实现最佳的输出。
●控制功能。控制功能对构成信息系统的各种信息处理设备进行控制和管理，对整个信息加工、处理、传输、输出等环节通过各种程序进行控制。
2.1.2信息系统的发展
现代信息系统与计算机技术和网络技术的发展保持同步。随着社会的进步和技术的发展，信息系统的内容和形式也在不断发生着变化。年，美国管理信息系统专家诺兰通过对多个公司、部门的发展信息系统的实践和经验总结，提出了著名的信息系统进化的阶段模型，即诺兰模型。诺兰认为，任何组织由手工信息系统向以计算机为基础的信息系统发展时，都存在一条客观的发展路径和规律。数据处理的发展涉及技术的进步、应用的拓展、计划和控制策略的变化以及用户的状况四个方面。诺兰将计算机信息系统的发展道路划分为六个阶段：初始阶段、传播阶段、控制阶段、集成阶段、数据管理阶段和成熟阶段。
1.初始阶段
计算机刚开始只作为办公设备使用，应用相对比较少，通常用来完成一些报表统计工作，甚至大多数被当作打字机使用。在这一阶段，IT的需求只被作为简单的办公设施改善的需求来对待，采购量少，只有少数人使用，在组织内没有普及。这一阶段的主要特点是：
(1)组织中只有个别人具有使用计算机的能力；
(2)该阶段一般发生在一个组织的财务部门。
2.传播阶段
人们对计算机有了一定了解，想利用计算机解决工作中的问题，例如进行更多的数据处理，给管理工作和业务带来便利。于是，应用需求开始增加，组织对IT应用开始产生兴趣，并对开发软件热情高涨，投入开始大幅增加。这一阶段的主要特点是：
(1)数据处理能力得到迅速发展；
(2)出现许多新问题(例如数据冗余、数据不一致、难以共享等);
(3)计算机使用效率偏低等。
3.控制阶段
在前一阶段盲目购机、盲目定制开发软件之后，组织管理者意识到计算机的使用超出控制、IT投资增长快、效率不理想等问题，于是开始从整体上控制计算机信息系统的投入与发展，组织需要协调、解决数据共享问题。此时，组织的IT建设更加务实，对IT的利用有了更明确的认识和目标。在这一阶段，一些职能部门在部门内部实现了网络化，例如财务系统、人事系统、库存系统等，但各软件系统之间还存在“部门壁垒”与“信息孤岛”。信息系统呈现单点、分散的特点，系统和资源利用率不高。这一阶段的主要特点是：
(1)具备了专门的领导小组；
(2)采用数据库(DataBase,DB)技术；
(3)这一阶段是计算机管理向数据管理发展的关键。
4.集成阶段
在控制的基础上，组织开始进行规划设计，建立基础数据库，并建成统一的信息管理系统。组织的IT建设开始由分散和单点发展为成体系。组织IT主管开始把内部不同的IT机构和系统统一到一个整体系统中进行管理，使人、财、物等资源信息能够在组织中集成共享，更有效地利用现有的IT系统和资源。这一阶段的主要特点是：
(1)建立集中式的数据库和相应的信息系统；
(2)增加大量硬件，预算费用迅速增长。
5.数据管理阶段
组织高层意识到信息战略的重要性，信息作为组织的重要资源，组织的信息化建设也真正进入到数据处理阶段。在这一阶段，组织开始选定统一的数据库平台、数据管理体系和信息管理平台，统一数据的管理和使用，各部门、各系统基本实现资源整合和信息共享。IT系统的规划及资源利用更加有效。
6.成熟阶段
信息系统已经可以满足组织各个层次的需求，从简单的事务处理到支持高效管理的决策。组织真正把IT与管理过程结合起来，将组织内部、外部的资源充分整合和利用，从而提升了组织的竞争力和发展潜力。
诺兰的六阶段模型反映了计算机应用发展的规律性，前三个阶段具有计算机时代的特征，后三个阶段具有信息时代的特征。诺兰模型的预见性，其后被国际上许多组织的计算机应用发展情况所证实。
2.1.3信息系统的结构
信息系统的结构分为物理结构与逻辑结构两种。物理结构是指不考虑系统各部分的实际工作与功能结构，只抽象地考察其硬件系统的空间分布情况。逻辑结构是指信息系统各功能子系统的综合体。
1.信息系统的物理结构
按照信息系统硬件在空间上的拓扑结构，其物理结构一般可分为集中式与分布式两大类。
(1)集中式结构，指物理资源在空间上集中配置，如图2-2所示。早期的单机系统是最典型的集中式结构，它将软件、数据与主要外部设备集中在一套计算机系统中。由分布在不同地点的多个用户通过终端共享资源的多用户系统，也属于集中式结构。
集中式结构的优点是资源集中、便于管理、资源利用率较高。但是随着系统规模的扩大，以及系统的日趋复杂，集中式结构的维护与管理越来越困难，也不利于用户发挥在信息系统建设过程中的积极性与主动性。此外，资源过于集中会造成系统的脆弱性，一旦主机出现故障，会使整个系统瘫痪。
由于历史原因，集中式结构多用于传统银行、电信等行业。主机资源集中在大型主机或小型机上。集中式结构下，包括操作系统、中间件、数据库等基础软件，均为专用商用系统。
分布式结构，指通过计算机网络把不同地点的计算机硬件、软件、数据等资源联系在一起，实现不同地点的资源共享，如图2-3所示。各地的计算机系统既可以在网络系统的统一管理下工作，也可以脱离网络环境利用本地资源独立运作。由于分布式结构顺应了现代企业管理发展的趋势，即企业组织结构朝着扁平化、网络化的方向发展，因此它已经成为信息系统的主流模式。
分布式信息系统可以根据应用需求来配置资源，提高信息系统对用户需求与外部环境变化的应变能力，系统扩展方便，安全性好，某个结点出现的故障不会导致整个系统停止运作。然而由于资源分散，且又分属于各个子系统，系统管理的标准不易统一，协调困难，不利于对整个资源的规划与管理。
一个标准的分布式系统在没有任何特定业务逻辑约束的情况下，具有分布性、对等性、并发性、缺乏全局时钟、故障多样等特性。
●分布性。分布式系统中的多台计算机都会在空间上随意分布，同时，计算机的分布情况也会随时变动。
●对等性。分布式系统中计算机没有主/从之分，组成分布式系统的所有计算机节点都是对等的。副本是分布式系统对数据和服务提供的一种冗余方式。在常见的分布式系统中，为了对外提供高可用的服务，往往会对数据和服务进行副本处理，即数据副本和服务副本。数据副本指在不同节点上持久化同一份数据，当某一节点上存储的数据丢失时，可以从副本上读取到该数据。这是解决分布式系统数据丢失问题最为有效的手段。服务副本指多个节点提供同样的服务，每个节点都有能力接收来自外部的请求并进行相应处理。
●并发性。在一个计算机网络中，程序运行过程中的并发性操作非常常见。例如，同一个分布式系统的多个节点，可能并发地操作一些共享资源，诸如数据库或分布式存储等。如何准确并高效地协调分布式并发操作是分布式结构中最大的挑战之一。
●缺乏全局时钟。典型的分布式系统由一系列在空间上随意分布的多个进程组成，进程之间通过交换消息来相互通信。在分布式系统中，很难定义两个事件的先后顺序，原因是分布式系统缺乏一个全局的时钟序列控制。
●故障多样。组成分布式系统的所有计算机都可能发生任何形式的故障。
近年来，分布式结构在互联网公司被广泛应用，也越来越多地被金融行业