Елена Чернопрудова - Проектирование распределенных информационных систем

• Название: Проектирование распределенных информационных систем
• Автор: Елена Чернопрудова
• Жанр: Воспитание детей, педагогика
• Год: 2012

В курсе лекций изложены общие теоретические основы баз данных и информационных систем, концептуальные основы распределенной обработки информации, методические основы и примеры практического проектирования распределенных информационных систем с использованием современных программных инструментальных средств.

---

АСУ – это человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности.

Большой системой называют систему, включающую большое количество однотипных элементов и однотипных связей. Пример: гирлянда, трубопровод.

Сложной системой называют систему, состоящую из элементов разных типов и обладающую разнородными связями между ними. Пример: космический корабль, автомобиль, морское судно и т.п.

Простая система – это система, состоящая из небольшого числа элементов и не имеющая разветвленной структуры (нельзя выявить иерархические уровни).

Структура системы – совокупность внутренних, устойчивых связей между элементами системы, определяющая ее основные свойства.

Простейшие типы структур систем показаны на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 – Типы структур систем

Иерархические структуры – это структуры с наличием подчиненности (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 – Иерархические структуры

С понятием структура тесно связан термин «декомпозиция» – это деление системы на части, удобное для каких-то операций.

Примеры: автомобиль состоит из систем смазки, охлаждения, питания и др. Любая книга имеет содержание (оглавление).

Различают также статистические и динамические системы. Состояние статической системы с течением времени остается постоянным, динамические системы, наоборот, изменяют свое состояние во времени.

Динамические системы разделяют на детерминированные, т.е. полностью определенных в любой момент времени, и вероятностные (стохастические).

По характеру взаимодействия системы и внешней среды различают закрытые и открытые системы.

Системы обладают свойством целостности – это принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих ее элементов и, в то же время, зависимость свойств каждого элемента от его места и функции внутри системы.

Группа элементов системы, описываемая только своими входами и выходами и обладающая определенной целостностью, называется модулем (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 – Модуль J

XJвх – внешние (не от системы) воздействия на элементы модуля;

ХiJ – связи от других элементов системы;

ХJ вых – воздействия на выходе системы;

ХJk – воздействия на элементы системы.

В различных разделах науки и техники понятие модуль имеет различные синонимы:

– в технике: агрегат, блок, узел, механизм;

– в программировании: программа, программный модуль, логический блок;

– в организации и управлении – комиссия, подразделение. Входы и выходы можно интерпретировать как:

1) сигнал – отклик;

2) воздействие – реакция;

3) запрос – ответ;

4) аргумент – решение и др.

Перейдем к анализу понятия управления в системах. Процессы управления протекают повсеместно, ежедневно, ежечасно, ежесекундно и охватывают буквально все стороны и моменты человеческой деятельности.

В науке управление стало изучаться и исследоваться сравнительно недавно, и связано это было прежде всего с именем всемирного ученого Норберта Винера (1894-1964). В 1948 году в США и Европе вышла книга «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине», ознаменовавшая своим появлением рождение нового научного направления – кибернетика.

Кибернетические исследования заключаются в изучении общих свойств процессов управления и систем управления в живых и неживых системах.

Направления исследований кибернетики весьма разнообразны:

– теоретические (теория управления, теория информации, информатика);

– механические (исследование и проектирование АИС);

– биологические (нейрокибернетика – обработка информация в нервных тканях человека;

– бионика – искусственные органы;

– гомеостатика – автоматы–роботы;

– экономические;

– социальные.

В современном обществе кибернетика уступила пальму первенства информатике, но значение кибернетики как науки об общих принципах управления в живых и неживых системах, в искусственных системах и в обществе сохраняются и сейчас.

Итак, что такое управление?

Под управлением в самом общем виде понимают совокупность действий, осуществляемых человеком, группой людей или автоматическим устройством.

Эти действия направлены на поддержание или улучшение работы управляемого объекта в соответствии с имеющейся программой (алгоритмом функционирования) или с целью управления.

Управлять – это значит влиять на ход какого-либо процесса или состояния некоторого объекта и его положения в пространстве.

При изучении структуры процессов управления выделяют три основные проблемы. Первая группа задач – это задачи по изучению свойств объектов управления и их характеристик. Вторая группа задач – анализ различных видов органов управления, форм и способов выработки управляющих воздействий, формирование и согласование множества критериев качества (целей) управления, обеспечение устойчивости функционирования управляющих органов. Третья группа задач связана с передачей информации, ее восприятием, оценкой количества, кодированием, защитой от помех, достоверности. Все это относится к той части кибернетики, которую называют теорией информации.

Что же характерно для любого процесса управления?

1 Есть объект, которым управляют (рисунок 1.7). На него через исполнительный орган подается управляющее воздействие. Информация о состоянии объекта по цепи обратной связи поступает на управляющий орган, который выдает управляющие сигналы на исполнительный орган. Очевидно, что самым сложным с точки зрения функционирования, является управляющий орган, так как на него возложено одновременное и оптимальное управление, прием информации от внешней среды, прием информации от объекта.

2 В управлении всегда решается задача с определенной целью (целевой функцией). Решение на выдачу того или иного управляющего воздействия принимается согласно теории принятия решения. Как правило, целевую функцию в моделях описывают математически, задают параметры и ограничения, временные характеристики. Тогда оптимальность управления достигается в обеспечении экстремума выходных характеристик при определенных входных воздействиях.

3 Без информации нет управления.

Информация нужна и внешняя, и внутренняя (о состоянии объекта). Это информация полезная. Есть и информация в виде возмущающих воздействий (неверная, ложная, ненужная, избыточная и т.д.).

Циркуляция информации происходит в информационной системе (ИС), которая является как бы кровеносными сосудами в структуре элементов управления.

Основу информационной системы составляет база данных, в которой хранится большая по объему информация о какой-либо предметной области.

В неавтоматизированном варианте примером информационной системы является книжный каталог библиотеки. В настоящее время все большее развитие приобретают автоматизированные информационные системы. Ее элементы показаны на рисунке 1.7. Пользователь из органа управления выдает запрос в ИС. Этот запрос расшифровывается, формируется поисковое предписание (или поисковый образ), представляющее задание для процедуры поиска в базе данных. Поиск в базе данных осуществляется блоком поиска. Найденная информация выдается потребителю в удобной для него форме. АИС играют большую роль в инфраструктуре общества и являются одним из обязательных звеньев новых информационных технологий (НИТ).

Проанализируем понятие ИНФОРМАЦИЯ.

Отличительной чертой человеческого общества является то, что в течение длительного времени основным предметом труда оставались материальные объекты. Воздействуя на них, человек добывал себе средства к существованию, и на протяжении многих веков решалась задача усиления мускульных возможностей человека с помощью различных инструментов, агрегатов и машин. На это была направлена механизация производства, которая стала интенсивно внедряться в наличие двадцатого века. Развитие человеческого общества практически на всех этапах проходило на основе технического прогресса. Это и овладение огнем, и использование паровых машин, и проникновение в тайны атомной энергии, и т.п.

Повышению производительности труда способствовала автоматизация. В процессе формирования трудовых коллективов возникла необходимость обмена знаниями. Первоначально знания передавались устно из поколения в поколение.

Появление письменности позволило по-новому показать накопленные знания: представить их в виде информации.

Рисунок 1.7 – Структурная схема АИС

Понятие о данных и информации.

В этом разделе рассмотрим и обсудим два основных понятия – это данные и информация, их взаимосвязь. Еще раз подчеркнем, что с философской точки зрения эти понятия однозначно и до конца не определены. Чтобы отличить базу данных от овощной базы необходимо прежде всего дать определение данных.