Лекции ТИПИС. Лекция Введение. Основные понятия. Корпоративные информационные системы. Структура кис
 Скачать 329.16 Kb.
|
Основные информационные процессы и их характеристикаОсновными информационными процессами являются: • поиск; • хранение; • передача; • обработка; • кодирование; • использование; • защита. Можно рассматривать и несколько иную классификацию ИП: сбор, подготовка, передача, хранение, накопление, обработка, представление информации. Поиск информации. Поиск (или сбор) информации – первичный информационный процесс, лежащий, как правило, в сфере некоторой практической или научной деятельности. Поиск информации – это извлечение хранимой информации. Методы поиска информации: • непосредственное наблюдение; • общение со специалистами; • чтение соответствующей литературы; • просмотр видео, телепрограмм; • прослушивание радиопередач, аудиокассет; • работа в библиотеках и архивах; • запрос к информационным системам, базам и банкам компьютерных данных; • другие методы. Таким образом, поиск информации обычно происходит с помощью анализа некоторых источников информации – литературы, прессы, объявлений, интервью, просмотра видео- и телепрограмм, прослушивания радио, аудиозаписей на кассетах и дисках; с помощью наблюдений, измерений и целенаправленно поставленных экспериментов. Для повышения вероятности принятия правильного решения следует комплексно пользоваться разнообразными методами поиска информации. В информатике возникли и специфичные методы поиска информации с помощью запросов к информационным системам, базам и банкам компьютерных данных. Например, поиск информации в Интернете по некотором ключевым словам с помощью поисковых систем. Хранение информации. Хранение информации – это способ распространения информации в пространстве и времени. Способ хранения информации зависит от ее носителя (книга – библиотека, картина – музей, фотография – альбом). Компьютер предназначен для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к ней. Можно сказать, что ИС – это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска и размещения и выдачи информации. Наличие таких процедур – главная особенность ИС, отличающих их от простых скоплений информационных материалов. Например, личная библиотека, в которой может ориентироваться только ее владелец, информационной системой не является. В публичных же библиотеках порядок размещения книг всегда строго определенный. Благодаря нему поиск и выдача книг, а также размещение новых поступлений представляет собой стандартные, формализованные процедуры. Хранение информации – процесс такой же древний, как и сама человеческая цивилизация. Уже в древности человек столкнулся с необходимостью хранения информации: зарубки на деревьях, чтобы не заблудиться во время охоты; счет предметов с помощью камешков, узелков; изображение животных и сцен охоты на стенах пещер. С рождением письменности возникло специальное средство фиксирования и распространения мысли во времени и пространстве. Родилась документированная информация – рукописи и рукописные книги, появились своеобразные информационно-накопительные центры – библиотеки и архивы. Постепенно письменный документ стал орудием управления (указы, приказы, законы). С возникновением книгопечатания наибольший объем информации стал храниться в различных печатных изданиях, и для ее получения человек обращался в места ее хранения (библиотеки). Процесс длительного хранения информации играет большую роль и подвергается постоянному совершенствованию. Материальный объект, предназначенный для хранения и передачи информации, называется носителем информации. Пример носителя информации – книга. Различная информация требует разного времени хранения. Как уже отмечалось, для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к ней используются ПК. Передача информации. В процессе передачи информации обязательно участвуют источник и приемник информации: первый передает информацию, второй ее получает. Между ними действует канал передачи информации – канал связи. Канал связи – совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сигнала от источника к получателю. Человечество придумало много устройств для ускорения передачи информации: телеграф, телефон и т. д. К числу самых современных систем, быстро передающих информацию, относят компьютеры и компьютерные сети. Обработка информации. Обработка информации – это преобразование информации из одного вида в другой, осуществляемое по строгим формальным правилам. Обрабатывать можно информацию любого вида. Правила обработки могут быть самыми разнообразными. При этом исходная информация (входная) преобразуется в выходную. Кодирование информации. Кодирование – это разновидность процесса обработки информации, а именно, процесс представления информации в виде кода. Кодировать информацию можно различными способами: устно, письменно, жестами или сигналами другой природы. Когда создается информационная модель объекта или явления, то их свойства, параметры, состояния, среда, действия могут отображаться также с помощью различных способов кодирования. В процессе обмена информацией мы совершаем две операции: кодирование и декодирование. Первая связана с переходом от исходной формы представления информации в форму, удобную для хранения, передачи и обработки. Вторая – с обратным переходом к исходному – представлению информации в форме, удобной для ее восприятия человеком. Выше кодирование было рассмотрено более подробно. Современное общество часто называют информационным, т.к. роль и качество информации, имеющейся в нем, стремительно возрастает, а также стали широко доступными все необходимые средства для ее хранения, распространения и использования. Информация легко и быстро достигает потребителей и выдается им в привычной для них форме. Использование информации. Информация используется при принятии решений. Достоверность, полнота, объективность полученной информации обеспечивают возможность принятия правильного решения. Способность человека ясно и доступно излагать информацию неоценима при его общении с окружающими. Умение общаться, то есть обмениваться информацией, становится одним главных умений человека в современном мире. Невозможно представить себе использование информации в современном мире без использования компьютеров, что, в свою очередь, предполагает наличие у пользователя определенной компьютерной грамотности. Компьютерная грамотность предполагает: • знание назначения и пользовательских характеристик основных устройств компьютера; • знание основных видов ПО и типов пользовательских интерфейсов; • умение производить поиск, хранение, обработку текстовой, графической, числовой информации с помощью соответствующего ПО. Информационная культура пользователя включает в себя: • понимание закономерностей ИП; • знание основ компьютерной грамотности; • технические навыки взаимодействия с компьютером; • эффективное применение компьютера как инструмента; • привычку своевременно обращаться к компьютеру при решении задач из любой области, основанную на владении компьютерными технологиями; • применение полученной информации в практической деятельности. Масштабы использования информации являются одним из основных признаков развития общества. Информация стала важным производственным фактором и одним из главных рычагов богатства и власти. Сегодня речь часто идет об информационных технологиях. Они находят применение в промышленности, торговле, управлении и образовании. Народы развитых стран осознают, что совершенствование информационных технологий представляет собой важную и трудную задачу. В информационном обществе работа с информацией становится главным содержанием профессиональной деятельности вне зависимости от объекта этой деятельности. Для компьютерной обработки информации необходимо: • понимание закономерностей информационных процессов; • умение организовывать поиск и отбор информации, необходимой для решения стоящей задачи; • умение оценивать достоверность, полноту, объективность поступающей информации; • применение полученной информации при принятии решений. Защита информации. Защитой информации называется предотвращение: • доступа к информации лицам, не имеющим соответствующего разрешения; • непредумышленного или недозволенного использования, изменения или потери информации. Под защитой информации в более широком смысле понимают комплекс организационных, правовых и технических мер по предотвращению угроз информационной безопасности и устранению их последствий. Криптология – это наука, разрабатывающая способы защиты информации. С защитой информации связана специфичная деятельность огромного числа специалистов в области информатики. Конструкторы вычислительной техники и разработчики программного обеспечения прилагают немало усилий, чтобы обеспечить защиту информации от потерь и искажений в результате: • сбоев оборудования; • случайной потери или изменения информации, хранящейся в компьютере; • преднамеренного искажения (компьютерные вирусы); • нелегального доступа к информации: ее использования, изменения, распространения. К многочисленным, далеко не безобидным ошибкам компьютеров добавилась еще и компьютерная преступность, грозящая перерасти в проблему, последствия которой в условиях информационного общества могут стать катастрофическими. Информация, циркулирующая в системах управления и связи, способна вызвать крупномасштабные аварии, военные конфликты, дезорганизовать деятельности научных центров и лабораторий, разорение банков и коммерческих организаций. Поэтому информацию надо защищать от утечки, искажения, потери. Отметим, что предпринимаются (но отнюдь не завершены) усилия ученых, представляющих самые разные области знания, построить единую теорию, которая призвана формализовать понятие информации и информационного процесса, описать превращения информации в процессах самой разной природы. Информационные процессы есть сущность процессов управления, которые являются условием существования и развития человека и общества. С момента возникновения кибернетики управление рассматривается применительно ко всем формам движения материи, а не только к высшим (биологической и социальной). Многие проявления движения в неживых, т.е. искусственных (технических) и естественных (природных) системах также обладают общими признаками управления, хотя их исследуют в химии, физике и механике в энергетической, а не информационной парадигме. Информационные аспекты в таких системах составляют предмет новой междисциплинарной науки – синергетики. Рассмотрим подробнее некоторые ИП. Процесс накопления информации Назначение процесса накопления данных состоит в создании, хранении и поддержании в актуальном состоянии информационного фонда, необходимого для выполнения функциональных задач той системы управления, для которой работает рассматриваемая ИТ. Хранимые данные по запросу пользователя или какого либо приложения должны быть быстро (особенно для систем реального времени) и в достаточном объеме извлечены из области хранения и переведены в оперативную память компьютера. Далее эти данные либо преобразовываются по заданным алгоритмам, либо отображаются на экране, либо выдаются на печать, либо передаются по каналам связи. Все перечисленные функции накопления данных реализуются по алгоритмам, разработанным на основе соответствующих математических моделей. Одна из важных процедур алгоритма – формирование информационного фонда. Информационный фонд должен формироваться на основе принципов необходимой полноты и минимальной избыточности хранимой информации. Эти принципы реализуются процедурой «выбора хранимых данных». В процессе выполнения этой процедуры производится анализ циркулирующих в системе данных. Данные группируют на входные, промежуточные и выходные, далее определяется окончательный состав хранимых данных: • входные данные – данные, получаемые из первичной информации и создающие информационный образ предметной области. Они в первую очередь подлежат хранению; • промежуточные данные – это данные, формирующиеся из других данных, полученных при алгоритмических преобразованиях по ходу решения задач управления. Как правило, они не хранятся, но накладывают ограничения на емкость оперативной памяти (т.е. влияют на ресурсы); • выходные данные – результат обработки первичных (входных) данных в соответствии с разработанной моделью обработки. Эти данные входят в состав управляющего информационного потока своего уровня. Они подлежат хранению в определенном временном интервале. Все данные имеют свой жизненный цикл существования. Этот цикл и отображается во всех процедурах алгоритма процесса накопления. Процедуры хранения, актуализации и извлечения данных периодически оцениваются необходимостью их хранения, так как данные повержены старению. Устаревшие данные должны быть удалены. Рассмотрим подробнее, в чем состоят перечисленные процедуры. • Процедура хранения. Она состоит в том, чтобы сформировать и поддерживать структуру хранения данных в памяти ПК. Структуры хранения данных должны быть независимы от программ, использующих эти данные. Структура хранения данных должна реализовывать главные принципы: полнота и минимальная избыточность. Эти структуры называются БД. Создание структуры хранения данных, актуализация, извлечение и удаление данных производится с помощью СУБД. • Процедура актуализации данных. Она позволяет изменять значения данных, записанных в БД, или дополнять определенный раздел, группу данных. Устаревшие данные могут удаляться именно в рамках этой процедуры. • Процедура извлечения данных. Она позволяет пересылать из БД требующиеся данные либо для преобразования, либо для отображения, либо для передачи по сетям и каналам. При выполнении процедур актуализации и извлечения обязательно выполняются операции поиска данных по заданным признакам и их сортировка. На логическом уровне все процедуры процесса накопления должны быть формализованы, что и отображается в математических и алгоритмических моделях этих процедур. Процесс хранения информации Основные составляющие процесса: носитель информации, внутренняя память, внешняя память, хранилище информации. Носитель информации – это физическая среда, непосредственно хранящая информацию. Другое определение: носитель информации – это материальный объект, предназначенный для хранения и передачи информации. Например, книга - это носитель информации. Память человека можно назвать оперативной памятью. Заученные знания воспроизводятся человеком мгновенно. Собственную память человека можно назвать внутренней памятью, поскольку ее носитель – мозг – находится внутри человека. Все прочие виды носителей информации можно назвать внешними (по отношению к человеку): дерево, папирус, бумага и т.д. Хранилище информации – это определенным образом организованная информация на внешних носителях, предназначенная для длительного хранения и постоянного использования (например, архивы документов, библиотеки, картотеки). Основной информационной единицей хранилища является определенный физический документ: анкета, книга и др. Под организацией хранилища понимается наличие определенной структуры, т.е. упорядоченность, классификация хранимых документов для удобства работы с ними. Основные характеристики процесса хранения информации связаны со свойствами хранилища информации: объем хранимой информации, надежность хранения, время доступа (т.е. время поиска нужных сведений), наличие защиты информации. Информацию, хранимую на устройствах компьютерной памяти, принято называть данными. Организованные хранилища данных на устройствах внешней памяти компьютера принято называть базами и банками данных. В жизни человека процесс длительного хранения информации играет большую роль и подвергается постоянному совершенствованию. Различная информация требует разного времени хранения. Компьютеры предназначены для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к ней. Процесс передачи информации Схема передачи информации: Источник информации – информационный канал – приемник информации. Основные составляющие процесса: источник и приемник информации, информационные каналы. Характеристики процесса передачи информации: скорость передачи, пропускная способность каналов, защита от шума. Информация представляется и передается в форме последовательности сигналов (символов). От источника к приёмнику сообщение передается через некоторую материальную среду. Если в процессе передачи используются технические средства связи, то их называют каналами передачи информации (информационными каналами). К ним относятся телефон, радио, ТВ. Органы чувств человека исполняют роль биологических информационных каналов. Процесс передачи информации по техническим каналам связи проходит по следующей схеме (по Шеннону):  Схема Шеннона процесса передачи информации по техническому каналу Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи, прежде всего, возникают по техническим причинам: плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемой по одним и тем же каналам. Для защиты от шума применяются разные способы, например, применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума. Клодом Шенноном была разработана специальная теория кодирования, определяющая методы борьбы с шумом. Одна из важных идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована. Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведёт к задержкам и удорожанию связи. Говоря об измерении скорости передачи информации, можно провести аналогию с процессом перекачки воды по водопроводным трубам. Каналом передачи воды являются трубы. Интенсивность (скорость) этого процесса характеризуется расходом воды, т.е. количеством литров, перекачиваемых за единицу времени. В процессе передачи информации каналами являются техничес¬кие линии связи. По аналогии с водопроводом можно говорить об информационном потоке, передаваемом по каналам. Скорость передачи информации – это информационный объем сообщения, передаваемого в единицу времени. Поэтому единицы измерения скорости информационного потока: бит/с, байт/с и др. Еще одна характеристика – пропускная способность информационных каналов – тоже может быть объяснена с помощью «водопроводной» аналогии. Увеличить расход воды через трубы можно путем увеличения давления. Но этот путь не бесконечен. При слишком большом давлении трубу может разорвать. Поэтому предельный расход воды, который можно назвать пропускной способностью водопровода. Аналогичный предел скорости передачи данных имеют и технические линии информационной связи. Причины этому также носят физический характер. Пропускная способность канала определяется максимальным количеством символов, передаваемых ему в отсутствии помех. Эта характеристика зависит от физических свойств канала. Для повышения помехозащищенности канала используются специальные методы передачи сообщений, уменьшающие влияние шумов. Например, вводят лишние символы. Эти символы не несут действительного содержания, но используются для контроля правильности сообщения при получении. С точки зрения теории информации все то, что делает литературный язык красочным, гибким, богатым оттенками, многоплановым, многозначным, – это избыточность. Например, как избыточно с таких позиций письмо Татьяны к Онегину. Сколько в нем информационных излишеств для краткого и всем понятного сообщения «Я Вас люблю!» Как уже отмечалось, взаимодействие между территориально удаленными объектами осуществляется за счет обмена информацией (данными). Доставка данных производится по заданному адресу с использованием сетей передачи. Важнейшим звеном цепи является канал передачи данных. Физической средой передачи данных является реальный канал связи (КС). В нем элементы данных передаются в виде физических сигналов. Этот канал называется непрерывным. Сигналы в нем – непрерывные функции времени. Согласование сигнала и канала связи осуществляется по пропускной способности непрерывного канала и по скорости передачи сигнала. Каналы передачи данных делятся на симплексные (с передачей информации только в одну сторону (телевидение)) и дуплексные (по которым возможно передавать информацию в оба направления (телефон, телеграф)). По каналу могут одновременно передаваться несколько сообщений. Каждое из этих сообщений выделяется (отделяется от других) с помощью специальных фильтров. Например, возможна фильтрация по частоте передаваемых сообщений, как это делается в радиоканалах. Для согласования сигнала с каналом в структуре канала передачи данных имеются устройства преобразования. Например, для телефонных каналов – модемы. Модем – это совокупность модулятора и демодулятора. С помощью модулятора сигнал воздействует на параметр переносчика сигналов. При этом воздействии спектр сигнала смещается в область частот с наименьшим затуханием в выбранном непрерывном канале связи. Обратно от модулированного сигнала к модулирующему переходят с помощью демодулятора. Модулятор, непрерывный канал и демодулятор образуют дискретный канал. На входе и выходе этого канала существуют дискретные элементы кода. Должны быть согласованы скорость передачи этих элементов кода с пропускной способностью КС. Для обеспечения помехоустойчивости в структуру канала передачи данных вводится устройство защиты от ошибок УЗО. Оно производит устойчивое кодирование/декодирование сигнала. Источники и потребители сообщений согласуются с каналом передачи данных устройствами сопряжений. На приемной и передающей стороне имеется оконечное оборудование данных. Стык между ООД и аппаратурой передачи, реализующей дискретный канал, унифицируется международными стандартами Процесс обработки информации Схема обработки информации: исходная информация – исполнитель обработки – итоговая информация. В процессе обработки информации решается некоторая информационная задача, которая предварительно может быть поставлена в традиционной форме: дан некоторый набор исходных данных, требуется получить некоторые результаты. Сам процесс перехода от исходных данных к результату и есть процесс обработки. Объект или субъект, осуществляющий обработку, называют исполнителем обработки. Для успешного выполнения обработки информации исполнителю (человеку или устройству) должен быть известен алгоритм обработки, т.е. последовательность действий, которую нужно выполнить, чтобы достичь нужного результата. Обработку информации можно разделить на два класса: обработку без применения технических средств (в уме) и обработку с применением технических средств (включая использование ПК). Характеристики процесса обработки информации – это типы и виды обработки. Различают два типа обработки информации. Первый тип обработки: обработка, связанная с получением новой информации, нового содержания знаний (решение математических задач, анализ ситуации и др.). Второй тип обработки: обработка, связанная с изменением формы, но не изменяющая содержания (например, перевод текста с одного языка на другой). Виды обработки информации: математические вычисления, логические рассуждения, поиск, структурирование, кодирование. Важным видом обработки информации является ее кодирование – преобразование информации в символьную форму, удобную для ее хранения, передачи, обработки. Кодирование активно используется в технических средствах работы с информацией (телеграф, радио, компьютеры). Другой вид обработки информации – структурирование данных (внесение определенного порядка в хранилище информации, классификация, каталогизация данных). Ещё один вид обработки информации – поиск в некотором хранилище информации нужных данных, удовлетворяющих определенным условиям поиска (запросу). Алгоритм поиска зависит от способа организации информации Внутримашинная обработка информации – это последовательно-параллельное во времени решение вычислительных задач. Такие процедуры возможны при наличии плана организации вычислительного процесса с учетом ресурсов данного вычислительного комплекса. Источник вычислительных задач по мере необходимости обращается с запросом в ИВС. Организация вычислительного процесса – это определение последовательности решения задач и реализации вычислений. Последовательность определяется исходя из информационной взаимосвязи задач. Т.е. когда результаты решения одной задачи используются как исходные данные для решения последующей. Процесс решения задается вычислительным алгоритмом. Каждая вычислительная задача может быть рассмотрена как заявка на обслуживание. Последовательность задач во времени создает поток заявок. Этот поток заявок можно формализовать (представить в виде математической модели) некоторым законом распределения времени обслуживания. В теории массового обслуживания время обслуживания – это время, затраченное на обслуживание одной заявки конкретным обслуживающим прибором. В нашем случае этим прибором является компьютер. В общем случае время обслуживания характеризуется определенным законом распределения. Время обслуживания реальной заявки на ПК определяется числом операций, содержащихся в программе. Еще один вид обработки информации – обработка информации по принципу «черного ящика» – процесс, в котором пользователю важна и необходима лишь входная и выходная информация, но правила, по которым происходит преобразование, его не интересуют и не принимаются во внимание. Можно сказать, что «черный ящик» – это система, в которой внешнему наблюдателю доступны лишь информация на входе и на выходе этой системы, а строение и внутренние процессы неизвестны. |