Базовые информационные технологии и процессы. И процессы
 Скачать 2.47 Mb.
|
|
2.2.2 Транспортирование информации Основным физическим способом реализации операции транспортировки в настоящее время является использование локальных сетей и сетей передачи дан- ных, примером которых может служить Интернет. При разработке и использова- нии сетей для обеспечения совместимости используется ряд стандартов, объеди- ненных в семиуровневую модель открытых систем, принятую во всем мире и определяющую правила взаимодействия компонентов сети на данном уровне (протокол уровня) и правила взаимодействия компонентов различных уровней (межуровневый интерфейс). Международные стандарты в области сетевого ин- формационного обмена нашли отражение в эталонной семиуровневой модели, из- вестной как модель OSI (Open Systems Interconnection – связь открытых систем). Данная модель разработана международной организацией по стандартизации 31 (International Standards Organization – ISO). Большинство производителей сете- вых программно-аппаратных средств стремятся придерживаться модели OSI. В современной литературе наиболее часто принято начинать описание уровней модели OSI с 7-го уровня, называемого прикладным, на котором поль- зовательские приложения обращаются к сети [3]. Модель OSI заканчивается 1-м уровнем – физическим, на котором определены стандарты, предъявляемые независимыми производителями к средам передачи данных: тип передающей среды (медный кабель, оптоволокно, радиоэфир и др.), тип модуляции сигнала, сигнальные уровни логических дискретных состояний (нуля и еди- ницы). Любой протокол модели OSI должен взаимодействовать либо с протоко- лами своего уровня, либо с протоколами на единицу выше и/или ниже своего уровня. Взаимодействия с протоколами своего уровня называются горизонталь- ными, а с уровнями на единицу выше или ниже – вертикальными. Любой прото- кол модели OSI может выполнять только функции своего уровня и не может вы- полнять функции другого уровня, что не соблюдается в протоколах альтернатив- ных моделей. Прикладной уровень (уровень приложений; англ. application layer) – верх- ний уровень модели, обеспечивающий взаимодействие пользовательских прило- жений с сетью: позволяет приложениям использовать сетевые службы: удалённый до- ступ к файлам и базам данных, пересылка электронной почты; отвечает за передачу служебной информации; предоставляет приложениям информацию об ошибках; формирует запросы к уровню представления. Протоколы прикладного уровня: RDP (Remote Desktop Protocol), HTTP (HyperText Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), SNMP (Sim- ple Network Management Protocol), POP3 (Post Office Protocol Version 3), FTP (File Transfer Protocol) и другие [4]. Представительский уровень (уровень представления; англ. presentation layer) обеспечивает преобразование протоколов и шифрование/дешифрование данных. Запросы приложений, полученные с прикладного уровня, на уровне представления преобразуются в формат для передачи по сети, а полученные из 32 сети данные преобразуются в формат приложений. На этом уровне может осу- ществляться сжатие/распаковка или кодирование/декодирование данных, а так- же перенаправление запросов другому сетевому ресурсу, если они не могут быть обработаны локально. Уровень представлений обычно являет собой промежуточный протокол для преобразования информации с соседних уровней, что позволяет осуществ- лять обмен между приложениями на разнородных компьютерных системах про- зрачным для приложений образом. Уровень представлений обеспечивает форма- тирование и преобразование кода. Форматирование кода используется для того, чтобы гарантировать приложению поступление информации для обработки, ко- торая имела бы для него смысл. При необходимости этот уровень может выпол- нять перевод из одного формата данных в другой. Уровень представлений имеет дело не только с форматами и представле- нием данных, он также занимается структурами данных, которые используются программами. Таким образом, уровень 6 обеспечивает организацию данных при их пересылке. Чтобы понять, как это работает, представим, что имеются две системы. Одна использует для представления данных расширенный двоичный код обмена информацией EBCDIC, например, это может быть мейнфрейм компании IBM, а другая – американский стандартный код обмена информацией ASCII (его ис- пользуют большинство других производителей компьютеров). Если этим двум системам необходимо обменяться информацией, то нужен уровень представле- ний, который выполнит взаимное преобразование двух различных форматов. Другой функцией, выполняемой на уровне представлений, является шиф- рование данных, которое применяется в тех случаях, когда необходимо защитить передаваемую информацию от приема несанкционированными получателями. Чтобы решить эту задачу, процессы и коды, находящиеся на уровне представле- ний, должны выполнить преобразование данных. На этом уровне существуют и другие подпрограммы, которые сжимают тексты и преобразуют графические изображения в битовые потоки, так что они могут передаваться по сети. Стандарты уровня представлений также определяют способы представле- ния графических изображений. Для этих целей может использоваться формат PICT – формат изображений, применяемый для передачи графики QuickDraw между программами. 33 Другим форматом представлений является формат файлов изображений TIFF, который обычно используется для растровых изображений с высоким раз- решением. Еще один стандарт уровня представлений, который может использо- ваться для графических изображений, разработан Объединенной экспертной группой по фотографии (Joint Photographic Expert Group); чаще всего этот стан- дарт называют просто JPEG. Существует другая группа стандартов уровня представлений, которая определяет представление звука и кинофрагментов. Сюда входят интерфейс электронных музыкальных инструментов (англ. Musical Instrument Digital Inter- face – MIDI) для цифрового представления музыки; разработанный Экспертной группой по кинематографии стандарт MPEG, используемый для сжатия и коди- рования видеороликов на компакт-дисках, хранения в оцифрованном виде и пе- редачи со скоростями до 1,5 Мбит/с; QuickTime – стандарт, описывающий зву- ковые и видеоэлементы для программ, выполняемых на компьютерах Macintosh и PowerPC. Иные протоколы уровня представления: ICA – Independent Computing Ar- chitecture, LPP – Lightweight Presentation Protocol, NDR – Network Data Represen- tation, XDR – eXternal Data Representation, X.25 PAD – Packet Assembler/Disas- sembler Protocol [3]. Сеансовый уровень (англ. session layer) модели обеспечивает поддержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать между собой длитель- ное время. Уровень управляет созданием/завершением сеанса, обменом инфор- мацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и под- держанием сеанса в периоды неактивности приложений. Протоколы сеансового уровня: ASP (AppleTalk Session Protocol), H.245 (Call Control Protocol for Multimedia Communication), ISO-SP (OSI Session Layer Protocol (X.225, ISO 8327)), iSNS (Internet Storage Name Service), NetBIOS (Network Basic Input Output System), PAP (Password Authentication Protocol), ZIP (Zone Information Protocol). Транспортный уровень (англ. transport layer) модели предназначен для обеспечения надёжной передачи данных от отправителя к получателю. При этом уровень надёжности может варьироваться в широких пределах. Существует мно- жество классов протоколов транспортного уровня, начиная от протоколов, предоставляющих только основные транспортные функции (например, функции передачи данных без подтверждения приема), и заканчивая протоколами, кото- рые гарантируют доставку в пункт назначения нескольких пакетов данных в 34 надлежащей последовательности, мультиплексируют несколько потоков дан- ных, обеспечивают механизм управления потоками данных и гарантируют до- стоверность принятых данных. Например, UDP ограничивается контролем це- лостности данных в рамках одной дейтаграммы и не исключает возможности по- тери пакета целиком или дублирования пакетов, нарушения порядка получения пакетов данных; TCP обеспечивает надёжную непрерывную передачу данных, исключающую потерю данных или нарушение порядка их поступления или дуб- лирования, может перераспределять данные, разбивая большие порции данных на фрагменты и, наоборот, склеивая фрагменты в один пакет. Протоколы транспортного уровня: ATP (AppleTalk Transaction Protocol), NBF (NetBIOS Frames protocol), RTP (Real-time Transport Protocol), SPX (Se- quenced Packet Exchange), SST (Structured Stream Transport), TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol). Сетевой уровень (англ. network layer) модели предназначен для определе- ния пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутиза- цию, отслеживание неполадок и «заторов» в сети. Протоколы сетевого уровня маршрутизируют данные от источника к полу- чателю. Работающие на этом уровне устройства (маршрутизаторы) условно называют устройствами третьего уровня (по номеру уровня в модели OSI). Про- токолы сетевого уровня: IP/IPv4/IPv6 (Internet Protocol), IPX (Internetwork Packet Exchange, протокол межсетевого обмена), X.25 (частично этот протокол реали- зован на уровне 2), CLNP (сетевой протокол без организации соединений), IPsec (Internet Protocol Security). Протоколы маршрутизации – RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First). Канальный уровень (англ. data link layer) предназначен для обеспечения взаимодействия сетей по физическому уровню и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные, представленные в битах, он упаковывает в кадры, проверяет их на целостность и, если нужно, ис- правляет ошибки (формирует повторный запрос поврежденного кадра) и отправ- ляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимо- действием. Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на два подуровня: MAC (англ. media access control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (англ. logical link control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня. 35 На этом уровне работают коммутаторы, мосты и другие устройства. Эти устройства используют адресацию второго уровня (по номеру уровня в моде- ли OSI). К протоколам канального уровня относятся: ARCnet, Controller Area Net- work (CAN), LocalTalk, Multiprotocol Label Switching (MPLS), Point-to-Point Pro- tocol (PPP), Token ring, x.25 [3]. В программировании этот уровень представляет драйвер сетевой платы, в операционных системах имеется программный интерфейс взаимодействия ка- нального и сетевого уровней между собой. Это не новый уровень, а просто реа- лизация модели для конкретной ОС. Примеры таких интерфейсов: ODI, NDIS, UDI. Физический уровень (англ. physical layer) – нижний уровень модели, кото- рый определяет метод передачи данных, представленных в двоичном виде, от одного устройства (компьютера) к другому. Составлением таких методов зани- маются разные организации, в том числе Институт инженеров по электротехнике и электронике, Альянс электронной промышленности, Европейский институт те- лекоммуникационных стандартов и другие. Они осуществляют передачу элек- трических или оптических сигналов по кабелю или в радиоэфир и, соответ- ственно, их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. На этом уровне также работают концентраторы, повторители сигнала и ме- диаконвертеры. Функции физического уровня реализуются на всех устройствах, подклю- ченных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполня- ются сетевым адаптером или последовательным портом. К физическому уровню относятся физические, электрические и механические интерфейсы между двумя системами. Физический уровень определяет такие виды сред передачи данных, как оптоволокно, витая пара, коаксиальный кабель, спутниковый канал передачи данных и т. п. Стандартными типами сетевых интерфейсов, относящимися к фи- зическому уровню, являются: V.35, RS-232, RS-485, RJ-11, RJ-45, разъемы AUI и BNC. Протоколы физического уровня: IEEE 802.15 (Bluetooth), IRDA, EIA RS- 232, EIA-422, EIA-423, RS-449, RS-485, DSL, ISDN, SONET/SDH, 802.11 Wi-Fi, Etherloop, GSM Um radio interface, ITU и ITU-T, TransferJet, G.hn/G.9960. Каждому уровню с некоторой долей условности соответствует свой опе- ранд – логически неделимый элемент данных, которым на отдельном уровне 36 можно оперировать в рамках модели и используемых протоколов. На физиче- ском уровне мельчайшая единица – это бит, на канальном уровне информация объединена в кадры, на сетевом уровне – в пакеты (дейтаграммы), на транспорт- ном уровне – в сегменты. Любой фрагмент данных, логически объединённых для передачи, – кадр, пакет, дейтаграмма – считается сообщением. Именно сообще- ния в общем виде являются операндами сеансового, представительского и при- кладного уровней. К базовым сетевым технологиям относятся физический и канальный уровни. 2.2.3 Обработка информации Обработка информации состоит в получении одних «информационных объектов» из других «информационных объектов» путем выполнения некоторых алгоритмов, при этом является одной из основных операций, осуществляемых над информацией, и главным средством увеличения ее объема и разнообразия. На самом верхнем уровне можно выделить числовую и нечисловую обра- ботку. В указанные виды обработки вкладывается различная трактовка содержа- ния понятия «данные». При числовой обработке используются такие объекты, как переменные, векторы, матрицы, многомерные массивы, константы и т. д. При нечисловой обработке объектами могут быть файлы, записи, поля, иерар- хии, сети, отношения и т. д. Другое отличие заключается в том, что при числовой обработке содержание данных не имеет большого значения, в то время как при нечисловой обработке нас интересуют непосредственные сведения об объектах, а не их совокупность в целом. С точки зрения реализации на основе современных достижений вычисли- тельной техники выделяют следующие виды обработки информации: последовательная обработка, применяемая в традиционной фоннейма- новской архитектуре ЭВМ, располагающей одним процессором; параллельная обработка, применяемая при наличии нескольких про- цессоров в ЭВМ; конвейерная обработка, связанная с использованием в архитектуре ЭВМ одних и тех же ресурсов для решения разных задач, причем если эти задачи тождественны, то это последовательный конвейер, если за- дачи одинаковые – векторный конвейер. 37 Основные процедуры обработки данных представлены на рисунке 2.1. Со- здание данных как процесс обработки предусматривает их образование в резуль- тате выполнения некоторого алгоритма и дальнейшее использование для преоб- разований на более высоком уровне. Создание отчетов Программные средства обработки данных Данные Принятие решений Поиск информации Безопасность. Целостность Модификация данных Создание данных Создание документов Рис. 2.1 – Основные процедуры обработки данных Модификация данных связана с отображением изменений в реальной пред- метной области, осуществляемых путем включения новых данных и удаления ненужных. Контроль, безопасность и целостность направлены на адекватное отобра- жение реального состояния предметной области в информационной модели и обеспечивают защиту информации от несанкционированного доступа (безопас- ность) и от сбоев и повреждений технических и программных средств. Поиск информации, хранимой в памяти компьютера, осуществляется как самостоятельное действие при выполнении ответов на различные запросы и как вспомогательная операция при обработке информации. Поддержка принятия решения является наиболее важным действием, вы- полняемым при обработке информации. Широкая альтернатива принимаемых решений приводит к необходимости использования разнообразных математиче- ских моделей. Создание документов, сводок, отчетов заключается в преобразо- вании информации в формы, пригодные для чтения как человеком, так и компь- ютером. С этим действием связаны и такие операции, как обработка, считывание, сканирование и сортировка документов. При преобразовании информации осуществляется ее перевод из одной формы представления или существования в другую, что определяется потребно- стями, возникающими в процессе реализации информационных технологий. 38 Реализация всех действий, выполняемых в процессе обработки информа- ции, осуществляется с помощью разнообразных программных средств. Наиболее распространенной областью применения технологической операции обработки информации является принятие решений. В зависимости от степени информированности о состоянии управляемого процесса, полноты и точности моделей объекта и системы управления, взаимо- действия с окружающей средой процесс принятия решения протекает в различ- ных условиях. Принятие решений в условиях определенности.В этой задаче модели объ- екта и системы управления считаются заданными, а влияние внешней среды – несущественным. Поэтому между выбранной стратегией использования ресур- сов и конечным результатом существует однозначная связь, откуда следует, что в условиях определенности достаточно использовать решающее правило для оценки полезности вариантов решений, принимая в качестве оптимального то, которое приводит к наибольшему эффекту. Если таких стратегий несколько, то все они считаются эквивалентными. Для поиска решений в условиях определен- ности используют методы математического программирования. Принятие решений в условиях риска.В отличие от предыдущего случая для принятия решений в условиях риска необходимо учитывать влияние внешней среды, которое не поддается точному прогнозу, а известно только вероятностное распределение ее состояний. В этих условиях использование одной и той же стратегии может привести к различным исходам, вероятности появления кото- рых считаются заданными или могут быть определены. Оценку и выбор страте- гий проводят с помощью решающего правила, учитывающего вероятность до- стижения конечного результата. Принятие решений в условиях неопределенности.Как и в предыдущей за- даче, между выбором стратегии и конечным результатом отсутствует однознач- ная связь. Кроме того, неизвестны также значения вероятностей появления ко- нечных результатов, которые либо не могут быть определены, либо не имеют в контексте содержательного смысла. Каждой паре «стратегия – конечный резуль- тат» соответствует некоторая внешняя оценка в виде выигрыша. Наиболее рас- пространенным является использование критерия получения максимального га- рантированного выигрыша. Принятие решений в условиях многокритериальности. В любой из пере- численных выше задач многокритериальность возникает в случае наличия не- 39 скольких самостоятельных, не сводимых одна к другой целей. Наличие боль- шого числа решений усложняет оценку и выбор оптимальной стратегии. Одним из возможных путей решения является использование методов моделирования. Решение задач с помощью искусственного интеллекта заключается в со- кращении перебора вариантов при поиске решения, при этом программы реали- зуют те же принципы, которыми пользуется в процессе мышления человек. Экспертная система пользуется знаниями, которыми она обладает в своей узкой области, чтобы ограничить поиск на пути к решению задачи путем посте- пенного сужения круга вариантов. Для решения задач в экспертных системах используют: метод логического вывода, основанный на технике доказательств, на- зываемой резолюцией и использующей опровержение отрицания (до- казательство «от противного»); метод структурной индукции, основанный на построении дерева при- нятия решений для определения объектов из большого числа данных на входе; метод эвристических правил, основанных на использовании опыта экс- пертов, а не на абстрактных правилах формальной логики; метод машинной аналогии, основанный на представлении информации о сравниваемых объектах в удобном виде, например, в виде структур данных, называемых фреймами. Источники «интеллекта», проявляющегося при решении задачи, могут ока- заться бесполезными либо полезными или экономичными в зависимости от опре- деленных свойств области, в которой поставлена задача. Исходя из этого, может быть осуществлен выбор метода построения экспертной системы или использо- вания готового программного продукта. Процесс выработки решения на основе первичных данных, схема которого представлена на рисунке 2.2, можно разбить на два этапа: выработка допустимых вариантов решений путем математической формализации с использованием раз- нообразных моделей и выбор оптимального решения на основе субъективных факторов. 40 Анализ информации Варианты решений Допустимые варианты решений Лицо, принимающее решение Оптимальное решение Эмоциональные факторы Традиции Критерии устойчивости Критерии устойчивости Ограничения на ресурсы Ограничения по степени самостоятельности принятия решения Социальные факторы Управляющие воздействия от вышестоящей системы Воздействия внешней среды Принятие решения на основе экономико-математических моделей Принятие решения на основе субъективных факторов Экономические факторы Юридические факторы Рис. 2.2 – Процесс выработки решения на основе первичных данных Информационные потребности лиц, принимающих решение, во многих случаях ориентированы на интегральные технико-экономические показатели, которые могут быть получены в результате обработки первичных данных, отра- жающих текущую деятельность предприятия. Анализируя функциональные вза- имосвязи между итоговыми и первичными данными, можно построить так назы- ваемую информационную схему, которая отражает процессы агрегирования ин- формации. Первичные данные, как правило, чрезвычайно разнообразны, интен- сивность их поступления высока, а общий объем на интересующем интервале велик. С другой стороны, состав интегральных показателей относительно мал, а требуемый период их актуализации может быть значительно короче периода из- менения первичных данных – аргументов. Для поддержки принятия решений обязательным является наличие следу- ющих компонент: обобщающего анализа; прогнозирования; ситуационного моделирования. В настоящее время принято выделять два типа информационных систем поддержки принятия решений. 41 Системы поддержки принятия решений DSS (Decision Support System) осу- ществляют отбор и анализ данных по различным характеристикам и включают средства: доступа к базам данных; извлечения данных из разнородных источников; моделирования правил и стратегии деловой деятельности; деловой графики для представления результатов анализа; анализа «что если»; искусственного интеллекта на уровне экспертных систем. Системы оперативной аналитической обработки OLAP (Online Analysis Processing) для принятия решений используют следующие средства: мощную многопроцессорную вычислительную технику в виде специ- альных OLAP-серверов; специальные методы многомерного анализа; специальные хранилища данных Data Warehouse. Реализация процесса принятия решений заключается в построении инфор- мационных приложений. Выделим в информационном приложении типовые функциональные компоненты, достаточные для формирования любого приложе- ния на основе базы данных (БД) [3]. PS (Presentation Services) – средства представления.Обеспечиваются устройствами, принимающими ввод от пользователя и отображающими то, что сообщает ему компонент логики представления PL; обязательна соответствую- щая программная поддержка. Может быть текстовым терминалом или Х-терми- налом, а также персональным компьютером или рабочей станцией в режиме про- граммной эмуляции терминала или Х-терминала. PL (Presentation Logic)– логика представления.Управляет взаимодействи- ем между пользователем и ЭВМ. Обрабатывает действия пользователя по вы- бору альтернативы меню, по нажатию кнопки или выбору элемента из списка. BL(Business or Application Logic) – прикладная логика.Набор правил для принятия решений, вычислений и операций, которые должно выполнить прило- жение. DL (Data Logic) – логика управления данными.Операции с базой данных (SQL-операторы SELECT, UPDATE и INSERT), которые нужно выполнить для реализации прикладной логики управления данными. 42 DS (Data Services) – операции с базой данных.Действия системы управле- ния базами данных (СУБД), вызываемые для выполнения логики управления данными, такие как манипулирование данными, определение данных, фиксация или откат транзакций и тому подобные. СУБД обычно компилирует SQL-при- ложения. FS (File Services) – файловые операции.Дисковые операции чтения и запи- си данных для СУБД и других компонент. Обычно являются функциями ОС. Среди средств разработки информационных приложений можно выделить следующие основные группы: традиционные системы программирования; инструменты для создания файл-серверных приложений; средства разработки приложений «клиент-сервер»; средства автоматизации делопроизводства и документооборота; средства разработки Интернет/Интранет-приложений; средства автоматизации проектирования приложений. |