(См. Глава 1. Введение в информатику. Разделы 1.0)

Тенденция ко все большей информированности в обществе в значительной степени зависит от прогресса информатики как единства науки, техники и производства.

В связи с этим появляется новая концепция развития человеческого общества, концепция информационного общества.

Информационное общество – это общество, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации, особенно высшей ее формы – знаний.

Прогнозируется превращение всего мирового пространства в еди- ное компьютеризированное и информационное сообщество людей. Любое жилище оснащено всевозможными электронными приборами и компьютеризированными устройствами. Деятельность людей будет сосредоточена главным образом на обработке информации, а материальное производство и производство энергии будет возложено на машины.

Ряд ученых выделяют такие черты информационного общества, как:

• решение проблемы информационного кризиса, обеспечение приоритета информации по сравнению с другими ресурсами;

• приобретение информационной технологией глобального характера, проникновение ее во все сферы социальной деятельности человека.

Ближе всех на пути к информационному обществу стоят страны с развитой информационной индустрией, к числу которых следует отнести США, Японию, Англию, Германию, страны Западной Европы. В этих странах уже давно одним из направлений государственной политики является направление, связанное с инвестициями и поддержкой инноваций в информационную индустрию, в развитие компьютерных систем и телекоммуникаций.

Деятельность отдельных людей, групп, коллективов и организаций сейчас все в большей степени начинает зависеть от их информированности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Прежде чем предпринять какие-то действия, необходимо провести большую работу по сбору и переработке информации, ее осмыслению и анализу. Отыскание рациональных решений в любой сфере требует обработки больших объемов информации, что подчас невозможно без привлечения специальных технических средств.

Лавинообразное возрастание объема информации особенно стало заметным в середине XX в. Потоки информации хлынули на человека, не давая ему возможности воспринять эту информацию в полной мере. Ориентироваться в информации становилось все труднее. Подчас выгоднее стало создавать новый материальный или интеллектуальный продукт, нежели вести розыск аналога, сделанного ранее. Образование больших потоков информации обусловливается:

• чрезвычайно быстрым ростом числа документов, отчетов, диссертаций, докладов и т.п., в которых излагаются результаты научных исследований и опытно-конструкторских работ;

• постоянно увеличивающимся числом периодических изданий в разных областях человеческой деятельности;

• появлением разнообразных данных (метеорологических, геофизических, медицинских, экономических и др.), записываемых обычно на магнитных лентах и поэтому не попадающих в сферу действия системы коммуникации.

Как результат – наступает информационный кризис, который имеет следующие проявления:

а) появляются противоречия между ограниченными возможностями человека в восприятии и переработке информации и существующими мощными потоками и массивами хранящейся информации. Так, например, общая сумма знаний менялась вначале очень медленно, но уже с 1900 г. она удваивалась каждые 50 лет, к 1950 г. удвоение происходило каждые 10 лет, к 1970 г. – уже каждые 5 лет, с 1990 г. – ежегодно;

б) существует большое количество избыточной информации, которая затрудняет восприятие полезной для потребителя информации;

в) возникают определенные экономические, политические и другие социальные барьеры, которые препятствуют распространению информации. Например, по причине соблюдения секретности часто необходимой информацией не могут воспользоваться работники разных ведомств.

Эти причины породили весьма парадоксальную ситуацию – в мире накоплен громадный информационный потенциал, но люди не могут им воспользоваться в полном объеме в силу ограниченности своих возможностей. Информационный кризис поставил общество перед необходимостью поиска путей выхода из создавшегося положения. Внедрение ЭВМ, современных средств переработки и передачи информации в различные сферы деятельности послужило началом нового эволюционного процесса, называемого информатизацией, в развитии человеческого общества, находящегося на этапе индустриального развития.

Информатизация общества – организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций, общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов.

Результатом процесса информатизации является создание информационного общества, где манипулируют не материальными объектами, а символами, идеями, образами, интеллектом, знаниями.

В период перехода к информационному обществу необходимо подготовить человека к быстрому восприятию и обработке больших объемов информации, овладению современными средствами информатизации, методами и технологией работы. Новые условия работы порождают зависимость информированности одного человека от информированности другого. Становится уже недостаточным уметь просто самостоятельно осваивать и накапливать информацию, а следует учиться такой технологии работы с информацией, в результате которой подготавливаются и принимаются решения на основе коллективного знания. Человек должен иметь определенный уровень культуры обращения с информацией. Для отражения этого факта был введен термин «информационная культура».

Информационная культура – умение целенаправленно работать с информацией и использовать для ее получения, обработки и передачи компьютерную информационную технологию, современные технические средства и методы.

Информационная культура связана с социальной природой человека. Она является продуктом разнообразных творческих способностей человека и проявляется в следующих аспектах:

• в конкретных навыках по использованию технических устройств (от телефона до персонального компьютера и компьютерных сетей);

• способности использовать в своей деятельности компьютерную информационную технологию, базовой составляющей которой являются многочисленные программные продукты;

• умении извлекать информацию из различных источников: как из периодической печати, так и из электронных коммуникаций, представлять ее в понятном виде и уметь ее эффективно использовать;

• во владении основами аналитической переработки информации;

• в умении работать с различной информацией;

• знании особенностей информационных потоков в своей области деятельности.

Информационная культура вбирает в себя знания из тех наук, которые способствуют ее развитию и приспособлению к конкретному виду деятельности (кибернетика, информатика, теория информации, математика, теория проектирования баз данных и ряд других дисциплин). Неотъемлемой частью информационной культуры являются знание новой информационной технологии и умение ее применять как для автоматизации рутинных операций, так и в неординарных ситуациях, требующих нетрадиционного творческого подхода.

В информационном обществе необходимо начинать овладевать информационной культурой с детства, сначала с помощью электронных игрушек, а затем привлекая персональный компьютер. Для высших учебных заведений социальным заказом информационного общества следует считать обеспечение уровня информационной культуры студента, необходимой для работы в конкретной сфере деятельности. В процессе привития информационной культуры студенту наряду с изучением теоретических дисциплин информационного направления много времени уделяется компьютерным информационным технологиям, являющимся базовыми составляющими будущей сферы деятельности.

Для информатизации общества необходимы:

• всеобщая компьютеризация;

• всемерное развитие средств коммуникаций;

• всеобщее обучение основам информатики и навыкам владения пере- довыми информационными технологиями;

• решение правовых проблем информатики;

Одним из ключевых понятий процесса информатизации общества стало понятие «информационные ресурсы». В Федеральном законе «Об информации, информатизации и защите информации» информационные ресурсы трактуются как отдельные документы и массивы документов, документы и массивы документов в информационных системах (библиотеках, архивах, фондах, банках данных, других информационных системах). В этих документах и массивах информации в разных формах представлены знания, которыми обладали люди, создававшие их. Таким образом, информационные ресурсы – это знания, подготовленные людьми для использования и зафиксированные на материальном носителе в виде документов, баз данных, баз знаний, алгоритмов, компьютерных программ, а также произведений искусства, литературы, науки.

Информационные ресурсы страны, региона, организации должны рассматриваться как стратегические ресурсы, аналогичные по значимости запасам сырья, энергии, ископаемых и прочим ресурсам.

Развитие мировых информационных ресурсов позволило:

• превратить деятельность по оказанию информационных услуг в гло- бальную человеческую деятельность;

• сформировать мировой и внутригосударственный рынок информационных услуг;

• образовать всевозможные базы данных ресурсов регионов и государств, к которым возможен сравнительно недорогой доступ;

• повысить обоснованность и оперативность принимаемых решений в фирмах, банках, биржах, промышленности, торговле и т.д. за счет своевременного использования необходимой информации.

Информационные ресурсы являются базой для создания информационных продуктов. Любой информационный продукт отражает информационную модель его производителя и воплощает его собственное представление о конкретной предметной области, для которой он создан. Информационный продукт, являясь результатом интеллектуальной деятельности человека, должен быть зафиксирован на материальном носителе любого физического свойства в виде документов, статей, обзоров, программ, книг и т.д.

4. Что такое процесс информатизации и информационные технологии?

Информационный процесс носит всеобщий характер. Он реализуется практически во всех областях окружающей нас действительности, начиная от бесконечного микромира и кончая бесконечностью космоса, от простейшего живого организма и их сообществ до конкретного человека и высокоразвитых социумов. Однако с развитием материи и социального разума условия протекания информационного процесса постоянно меняются. Появление высокоразвитой информационной техники и социальных форм эффективного ее использования выдвинуло информационный процесс на передний план развития человеческого общества, сделав его одной из ведущих компонент производительных сил. Такие понятия, как информатизация общества, информационное общество, становятся общепринятыми и постоянно изучаемыми.

Взаимодействие пользователя с компьютером является самым важным звеном в современной информационной технологии. Проблема заключается не только в технической части (все больше и больше разнообразного оборудования подключается к компьютеру), но и в программно-технологической части, связанной с представлением данных в компьютере, а также в средствах общения пользователя с компьютером. Наиболее остро эта проблема обозначилась с вводом аудио- (звуковых), а впоследствии и видеоэффектов в компьютерную обработку. Появление мультимедиа в определенной степени решило эту проблему: компьютер стал разговаривать, «понимать» речь, воспроизводить видео, а с буквенно-цифровой и графической информацией он уже давно умел работать. Кроме всего прочего, компьютер «научился» общаться с пользователем в «дружественном» режиме: где подскажет пользователю, а где и сам воспримет подсказку.

Информационный процесс представляет собой комплекс операций, процедур и действий, основными из которых являются:

• сбор информации, включающий восприятие, анализ и предварительную подготовку информации;

• ввод, преобразование и контроль вводимой информации;

• накопление информации, включая хранение и актуализацию информации;

• поиск и выбор накопленной информации;

• обработка информации;

• интерпретация результатов обработки информации, включая пред- варительный просмотр результатов;

• выдача результатной информации;

• использование информации;

• обмен информацией, включающий различные способы и методы передачи информации.

С появлением человеческого разума условия протекания информационного процесса приобрели революционный характер. Можно четко выделить следующие революционные подвижки в развитии информационного процесса:

• появление членораздельной речи (возможность осмысления данных – носителей информации, а тем самым избирательного восприятия смысловой информации);

• появление письменности (возможность сохранения информации – центральная функция информационного процесса);

• изобретение книгопечатания (возможность широкого распространения информации – передачи информации);

• появление электричества, радиосвязи, телефонии, телеграфии (возможность «мгновенной» коммуникационной передачи информации);

• изобретение компьютера и компьютерных Web-сетей (возможность разнообразной обработки и интерпретации информации).

Все указанные этапы революционного развития информационного процесса можно рассматривать как периоды становления и развития информационной технологии.

Технология в переводе с греческого (techne) означает искусство, мастерство, умение. Под процессом следует понимать определенную совокупность действий, исходящую из заданных начальных условий и направленную на достижение поставленной цели. Процесс должен определяться выбранной человеком стратегией и реализовываться с помощью совокупности различных средств и методов.

В общем плане технология – это комплекс научных и инженерных знаний, воплощенных в способах, приемах труда, наборах материально-вещественных факторов производства, способах их соединения для создания какого-либо продукта или услуги.

Известно, что, применяя разные технологии к одному и тому же материальному ресурсу, можно получить разные изделия, продукты. То же самое будет справедливо и для технологии переработки информации.

Информационная технология является наиболее важной составляющей процесса использования информационных ресурсов общества.

К настоящему времени информационная технология прошла несколько этапов, смена которых определялась главным образом развитием научно-техничес- кого прогресса, появлением новых технических средств переработки информации. Внедрение персонального компьютера в информационную сферу и применение телекоммуникационных средств связи определили новый этап развития информационной технологии и, как следствие, изменение ее названия за счет присоединения одного из синонимов: «новая», «компьютерная» или «современная».

Новая информационная технология – информационная технология с «дружественным» интерфейсом работы пользователя, использующая персональные компьютеры и телекоммуникационные средства.

Выделяют следующие основные принципы новой информационной технологии:

• интерактивный (диалоговый) режим общения с компьютером;

• интегрированность (стыковка, взаимосвязь) программных продуктов;

• гибкость процесса изменения как данных, так и постановок задач.

Особенности современного этапа развития информационной технологии:

• электронные способы и методы обработки информации;

• широкое использование компьютерных телекоммуникаций;

• наличие широкого спектра общесистемных, инструментальных и прикладных программных средств;

• постоянное обновление и пополнение информационных массивов в виде баз данных и знаний;

• мультимедийный, гипертекстный характер взаимодействия пользователя с компьютером как основным средством реализации информационных технологий.

Инструментарий информационной технологии – это один или несколько взаимосвязанных программных продуктов для определенного типа компьютера, технология работы с которым позволяет достичь поставленную пользователем цель.

В области экономики в качестве инструментария информационной технологии широко используются: текстовый процессор (редактор), электронные презентации, электронные таблицы, системы управления базами данных, электронные записные книжки, электронные календари, информационные системы функционального назначения, экспертные системы, системы поддержки принятия решений и т.д.

Информационная технология обработки данных предназначена для решения хорошо структурированных задач, по которым имеются необходимые входные данные и известны алгоритмы и другие стандартные процедуры их обработки. Эта технология применяется на уровне операционной (исполнительской) деятельности персонала невысокой квалификации в целях автоматизации некоторых рутинных постоянно повторяющихся операций управленческого труда. На уровне операционной деятельности решаются следующие задачи:

• обработка данных об операциях, производимых фирмой;

• создание периодических контрольных отчетов о состоянии дел в фирме;

• получение ответов на всевозможные текущие запросы и оформление их в виде бумажных документов или отчетов.

Информационно-поисковые технологии, как правило, имеют дело с неструктурированными документами. Особенностью этих технологий является широкое использование лингвистических средств информатики. Для обеспечения информационно-поискового процесса в массиве неструктурированных документов необходимо для каждого такого документа представить его поисковый образ. Кроме этого, необходимо разработать аппарат формализации запросов, представляемых, как правило, на естественном языке, и удобный пользовательский интерфейс, использующий этот аппарат.

Целью информационной технологии управления является удовлетворение информационных потребностей всех без исключения сотрудников предприятия, имеющих дело с принятием решений. Она может быть полезна на любом уровне управления.

Эта технология ориентирована на решение менее структурированных задач, если их сравнивать с задачами, решаемыми с помощью информационной технологии обработки данных.

Для принятия решений на уровне управленческого контроля информация должна быть представлена в агрегированном виде так, чтобы просматривались тенденции изменения данных, причины возникших отклонений и возможные решения. На этом этапе решаются следующие задачи обработки данных:

• оценка планируемого состояния объекта управления;

• оценка отклонений от планируемого состояния;

• выявление причин отклонений;

• анализ возможных решений и действий.

Главной особенностью информационной технологии поддержки принятия решений является качественно новый метод организации взаимодействия человека и компьютера. Выработка решения, что является основной целью этой технологии, происходит в результате итерационного процесса, в котором участвуют:

• система поддержки принятия решений в роли вычислительного звена и объекта управления;

• человек как управляющее звено, задающее входные данные и оценивающее полученный результат вычислений на компьютере.

Окончание итерационного процесса происходит по воле человека. В этом случае можно говорить о способности информационной системы совместно с пользователем создавать новую информацию для принятия решений.

Дополнительно к этой особенности информационной технологии поддержки принятия решений можно указать еще ряд ее отличительных характеристик:

• ориентация на решение плохо структурированных (формализованных) задач;

• сочетание традиционных методов доступа и обработки компьютерных данных с возможностями математических моделей и методами решения задач на их основе;

• направленность на непрофессионального пользователя компьютера;

• высокая адаптивность, обеспечивающая возможность приспосабливаться к особенностям имеющегося технического и программного обеспечения, а также требованиям пользователя.

Информационная технология документооборота – это организация и поддержка коммуникационных процессов как внутри организации, так и с внешней средой на базе компьютерных сетей и других современных средств передачи и работы с информацией.

Офисные автоматизированные технологии используются управленцами, специалистами, секретарями и конторскими служащими, особенно они привлекательны для группового решения проблем. Они позволяют повысить производительность труда секретарей и конторских работников и дают им возможность справляться с возрастающим объемом работ. Однако это преимущество является второстепенным по сравнению с возможностью использования автоматизации офиса в качестве инструмента для решения проблем. Улучшение принимаемых менеджерами решений в результате их более совершенной коммуникации способно обеспечить экономический рост предприятия.

В настоящее время известно несколько десятков программных продуктов для компьютеров и некомпьютерных технических средств, обеспечивающих технологию автоматизации офиса: текстовый процессор, табличный процессор, электронная почта, электронный календарь, аудио-видеопочта, компьютерные и телеконференции, видеотекст, хранение изображений, а также специализированные программы управленческой деятельности: ведения документов, контроля за исполнением документов и т.д.

В работе фирмы широко используются и некомпьютерные средства: аудио- и видеоконференции, факсимильная связь, ксерокс и другие средства оргтехники.

Технология экспертных систем основана на использовании искусственного интеллекта. Экспертные системы дают возможность менеджеру или специалисту получать консультации экспертов по любым проблемам, о которых этими системами накоплены знания.

Решение специальных задач требует специальных знаний. Однако не каждая компания может себе позволить держать в своем штате экспертов по всем связанным с ее работой проблемам или даже приглашать их каждый раз, когда проблема возникла. Главная идея использования технологии экспертных систем заключается в том, чтобы получить от эксперта его знания и, загрузив их в память компьютера, использовать всякий раз, когда в этом возникнет необходимость.

Основой экспертных технологий являются компьютерные программы, трансформирующие опыт экспертов в какой-либо области знаний в форму эвристических правил (эвристик). Эвристики не гарантируют получения оптимального результата с такой же уверенностью, как обычные алгоритмы, используемые для решения задач в рамках технологии поддержки принятия решений. Однако часто они дают в достаточной степени приемлемые решения для их практического использования. Все это делает возможным использовать технологию экспертных систем в качестве советующих систем.

Особенностями технологии экспертных систем являются:

• принятие решений, превосходящих возможности пользователя;

• способность экспертных систем пояснять свои рассуждения в про- цессе получения решения;

• использование нового компонента информационной технологии – знаний.

Важнейшей особенностью современного этапа развития информационных технологий является мультимедийный и гипертекстный характер взаимодействия пользователя с этими технологиями. Исторически существует много подходов к определению понятия «мультимедиа», однако наиболее близкими к существу вопроса является наличие следующих свойств:

• многосредность;

• интерактивная компьютерная информационная технология, объе- диняющая в единый комплекс разные приложения, отличающиеся формой представления данных (средой);

• программно-аппаратная среда, обеспечивающая пользовательский интерфейс между компьютером и пользователем на уровне естественных человеческих сред (слуха и звука, включая речь; зрения, включая широкий спектр цветовой гаммы и динамику изображений; механического движения).

5. Автоматизированные информационные системы (АИС), их классификация.

Автоматизированные информационные системы представляют собой как бы оболочку, в которую заключены и функционируют конкретные информационные технологии. Понятие системы является одним из важнейших понятий информатики. Системообразующим фактором любых систем является взаимодействие. Именно в результате взаимодействия элементов появляется свойство системы, как целостной совокупности, которое отличается от свойств входящих в нее элементов и связей и от простой суммы их свойств. Это свойство системы получило название эмерджентности. Любые части системы, обладающие свойством эмерджентности, будем называть подсистемами. Часть системы, которая не подлежит делению при данном рассмотрении системы, назовем элементом системы. Появление автоматизированных информационных систем ознаменовало выделение в человеческой деятельности нового направления под названием «Информатика». Само научно-техническое понятие системы возникло в недрах кибернетики, однако сразу было обнаружено, что информационное взаимодействие отдельных элементов практически любой системы является системообразующим фактором, который позволяет так объединить взаимосвязанные элементы (каждый из которых имеет свои индивидуальные характеристики и свойства), что появляется новое свойство (отличное от всех индивидуальных характеристик и свойств элементов), характеризующее всю совокупность единым целостным понятием – «система».

В настоящее время автоматизированные информационные системы являются основным продуктом информатики. Что же такое система вообще? Поскольку не существует какого-либо общепринятого определения понятия системы, то в качестве такого примем следующее: система – это целостная совокупность элементов любого типа, взаимосвязанных между собой, взаимодействие которых обеспечивает достижение поставленной цели.

Информационные системы обеспечивают сбор, хранение, обработку, поиск, выдачу информации, необходимой в процессе принятия решений задач из любой области.

Информационная система – это взаимосвязанная, взаимодействующая совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.

Функционирование информационной системы основано на использовании информационной технологии. Тип и вид информационной технологии определяет класс информационных систем. Информационная технология может быть ручная, механизированная, автоматизированная, автоматическая. В соответствии с этим информационные системы могут быть ручными, механизированными, автоматизированными, автоматическими.

Ручные информационные системы характеризуются отсутствием современных технических средств переработки информации и выполнением всех операций человеком.

Механизированные информационные системы характеризуются использованием механических устройств в информационном процессе.

Автоматические информационные системы выполняют все операции по переработке информации без участия человека.

Автоматизированные информационные системы (АИС) предполагают участие в процессе обработки информации и человека, и технических средств, причем главная роль отводится компьютеру. В современном толковании в термин «информационная система» вкладывается обязательно понятие автоматизируемой системы.

Современный этап развития информатики характеризуется широким распространением АИС.

Под АИС будем понимать человеко-машинную систему обработки информации, в которой оптимальным образом сочетаются работа автоматических устройств и деятельность человека.

Современное понимание АИС предполагает использование компьютера в качестве основного технического средства переработки информации.

По областям применения АИС классифицируются:

• на автоматизированные системы организационного управления;

• автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП);

• автоматизированные интегрированные (корпоративные) информационно-управленческие системы (КИС);

• системы автоматизированного проектирования (САПР).

По характеру обработки информации АИС можно классифицировать следующим образом:

• автоматизированные информационно-поисковые системы (АИПС);

• системы поддержки принятия решений (СППР);

• экспертные системы;

• информационно-аналитические системы.

Автоматизированные системы организационного управления предназначены для автоматизации функций управленческого персонала. Учитывая наиболее широкое применение и разнообразие этого класса систем, часто любые информационные системы понимают именно в данном толковании. К этому классу относятся информационные системы управления как промышленными фирмами, так и непромышленными объектами: гостиницами, банками, торговыми фирмами (АСУП), а также отдельными отраслями народного хозяйства (ОАСУ).

АСУТП служат для автоматизации функций производственного персонала. Они широко используются для поддержания технологического процесса в металлургической и машиностроительной промышленности.

САПР предназначены для автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов, архитекторов, дизайнеров при создании новой техники или технологии. Основными функциями подобных систем являются: инженерные расчеты, создание графической документации (чертежей, схем, планов), создание проектной документации, моделирование проектируемых объектов.

КИС используются для автоматизации всех функций фирмы и охватывают весь цикл работ от проектирования до сбыта продукции. Автоматизированные интегрированные информационно-управленческие системы представляют собой многофункциональный программно-технологический комплекс, охватывающий взаимодействующую совокупность автоматизированных рабочих мест организационного управления и управления технологическими процессами. Под автоматизированным рабочим местом (АРМ) понимается взаимосвязанный комплекс программных, технических, методических, организационных и технологических средств, обеспечивающий решение задач, характерных для конкретного рабочего места.

АИПС производят ввод, систематизацию, хранение, выдачу информации по запросу пользователя без сложных преобразований данных. Одним из видов АИПС являются информационно-справочные системы, в понятие которых входят: информационный массив определенной предметной области, информационно-поисковый аппарат, техническая база для реализации информационного процесса, пользовательский интерфейс, технологические навыки пользователя работы с системой.

Экспертные системы представляют собой специализированные программные комплексы, аккумулирующие знания высококвалифицированных специалистов и использующие их для решения слабоструктурированных задач. Они обладают высокой степенью интеллекта, так как для них характерна обработка знаний, а не данных.

СППР – это человеко-машинная система, в которой используются данные и знания объективного и субъективного характера с целью решения слабоструктурированных (плохо формализованных) задач менеджмента и маркетинга. В этих системах широко используются модельные задачи.

Информационно-аналитические системы обладают мощным математическим аппаратом, позволяющим проводить всесторонний анализ результатов деятельности предприятия и осуществлять прогноз на базе этого анализа.

При создании или при классификации информационных систем неизбежно возникают проблемы, связанные с формальным – математическим и алгоритмическим описанием решаемых задач. От степени формализации во многом зависят эффективность работы всей системы, а также уровень автоматизации, определяемый степенью участия человека при принятии решения на основе получаемой информации.

Чем точнее математическое описание задачи, тем выше возможности компьютерной обработки данных и тем меньше степень участия человека в процессе ее решения. Это и определяет степень автоматизации задачи.

Различают три типа задач, для которых создаются информационные системы: структурированные (формализуемые), неструктурированные (неформализуемые) и частично структурированные.

Функциональный признак определяет назначение подсистемы, а также ее основные цели, задачи и функции. Структура информационной системы может быть представлена как совокупность ее функциональных подсистем, а функциональный признак может быть использован при классификации информационных систем.

6. Структура АИС.

Структура информационной системы может быть представлена совокупностью отдельных ее частей, называемых подсистемами.

Подсистема – это часть системы, выделенная по какому-либо признаку.

Общую структуру информационной системы можно рассматривать как совокупность подсистем независимо от сферы применения. В этом случае говорят о структурном признаке классификации, а подсистемы называют обеспечивающими. Таким образом, структура любой информационной системы может быть представлена совокупностью обеспечивающих подсистем.

Среди обеспечивающих подсистем выделяют информационное, техническое, математическое, программное, организационное и правовое обеспечение.

Назначение подсистемы информационного обеспечения состоит в своевременном формировании и выдаче достоверной информации для принятия управленческих решений.

Информационное обеспечение АИС – совокупность единой системы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации, структуры информационных массивов, схем информационных потоков, циркулирующих в организации, а также методология построения баз данных.

Для создания информационного обеспечения необходимы:

• ясное понимание целей, задач, функций всей системы управления организацией;

• выявление движения информации от момента возникновения и до ее использования на различных уровнях управления, представленной для анализа в виде схем информационных потоков;

• совершенствование системы документооборота;

• наличие и использование системы классификации и кодирования;

• владение методологией создания концептуальных информационно-логических моделей, отражающих взаимосвязь информации;

• создание массивов информации на машинных носителях, что требует наличия современного технического обеспечения.

Техническое обеспечение АИС – комплекс технических средств, предназначенных для работы информационной системы, а также соответствующая документация на эти средства и технологические процессы.

Комплекс технических средств составляют:

• компьютеры любых моделей;

• устройства сбора, накопления, обработки, передачи и вывода информации;

• устройства передачи данных и линий связи;

• оргтехника и устройства автоматического съема информации;

• эксплуатационные материалы и др.

Документацией оформляются предварительный выбор технических средств, организация их эксплуатации, технологический процесс обработки данных, технологическое оснащение. Документацию можно условно разделить на три группы:

• общесистемную, включающую государственные и отраслевые стандарты по техническому обеспечению;

• специализированную, содержащую комплекс методик по всем этапам разработки технического обеспечения;

• нормативно-справочную, используемую при выполнении расчетов по техническому обеспечению.

Математическое и программное обеспечение АИС – совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ для реализации целей и задач информационной системы, а также нормального функциони- рования комплекса технических средств.

К средствам математического обеспечения относятся:

• средства моделирования процессов управления;

• типовые задачи управления;

• методы математического программирования, математической статистики, теории массового обслуживания и др.

В состав программного обеспечения входят общесистемные и специальные программные продукты, а также техническая документация.

К общесистемному программному обеспечению относятся комплексы программ, ориентированных на пользователей и предназначенных для решения типовых задач обработки информации. Они служат для расширения функциональных возможностей компьютеров, контроля и управления процессом обработки данных.

Специальное программное обеспечение представляет собой совокупность программ, разработанных при создании конкретной информационной системы. В его состав входят пакеты прикладных программ (ППП), реализующие разработанные модели разной степени адекватности, отражающие функционирование реального объекта.

Техническая документация на разработку программных средств должна содержать описание задач, задание на алгоритмизацию, экономико-матема- тическую модель задачи, контрольные примеры.

Организационное обеспечение АИС – совокупность методов и средств, регламентирующих взаимодействие работников с техническими средствами и между собой в процессе разработки и эксплуатации информационной системы.

Организационное обеспечение реализует следующие функции:

• анализ существующей системы управления организацией, где будет использоваться АИС, и выявление задач, подлежащих автоматизации;

• подготовку задач к решению на компьютере, включая техническое задание на проектирование АИС и технико-экономическое обоснование ее эффективности;

• разработку управленческих решений по составу и структуре организации, методологии решения задач, направленных на повышение эффективности системы управления.

Организационное обеспечение создается по результатам предпроект- ного обследования на первом этапе построения баз данных.

Правовое обеспечение АИС – совокупность правовых норм, определяющих создание, юридический статус и функционирование информационных систем, регламентирующих порядок получения, преобразования и использования информации.

В состав правового обеспечения входят законы, указы, постановления государственных органов власти, приказы, инструкции и другие нормативные документы министерств, ведомств, организаций, местных органов власти. В правовом обеспечении можно выделить общую часть, регулирующую функционирование любой информационной системы, и локальную часть, регулирующую функционирование конкретной системы.

Правовое обеспечение этапов разработки информационной системы включает нормативные акты, связанные с договорными отношениями разработчика и заказчика и правовым регулированием отклонений от договора.

Правовое обеспечение этапов функционирования информационной системы включает:

• статус информационной системы;

• права, обязанности и ответственность персонала;

• правовые положения отдельных видов процесса управления;

• порядок создания и использования информации и др.

7. Понятие информационной модели. Этапы построения информационных моделей.

. Модель – исходное понятие информатики. Модель – это образ, аналог оригинала, но построенный средствами и методами, отличными от оригинала. Модели бывают натурные и идеальные. В натурных моделях средством построения модели являются натуральные элементы природы. Средством построения идеальных моделей служит абстракция: мысль, символьная конструкция, математическая структура, информация. В зависимости от «материала», используемого для построения идеальных моделей, они могут быть мыслительными, символьными, математическими, информационными, гибридными (т.е. сочетающими различные средства построения).

Информационная модель – это модель, построенная с использованием данных и информации с применением средств информатики (информационно-вычислительной техники, алгоритмов и программ).

Процесс создания и использования моделей называется моделированием. Моделирование возникло как метод научного исследования. Оно используется в случаях, когда исследуемый объект недоступен, или непосредственное изучение объекта сопряжено с риском для жизни, или сложный исследуемый объект нельзя расчленить для изучения его без разрушения объекта. Появление мощных компьютеров, развитых средств телекоммуникаций, высокоразвитого программного обеспечения, эксплуатация которых стала доступной широкому кругу пользователей, сделало информационное моделирование наиболее универсальным, гибким, объединяющим практически все разновидности идеальных моделей. Кроме этого, информационное моделирование изменило статус самого моделирования как метода научного исследования. Появляются информационные модели, которые становятся орудием, инструментарием, средством труда. Среди них такие продукты информатики, как текстовые редакторы, электронные таблицы, электронные презентации. Достижения современной информатики проявляют в тенденции практически неограниченные возможности информационного моделирования. Информационное моделирование проникает во все области человеческой деятель- ности и бытия. Построение модели начинается с постановки задачи. Успеш- ная постановка задачи – это более 60%успеха построения адекватной модели.

2. Построение информационной модели включает следующие этапы:

• постановка задачи;

• структуризация и параметризация объекта моделирования (декомпозиция);

• синтез модели;

• опробование модели;

• функционирование модели.

Постановка задачи – это точная формулировка решения задачи на компьютере с описанием входной и выходной информации.

Постановка задачи – обобщенный термин, который означает определенность содержательной стороны обработки данных. Постановка задачи связана с конкретизацией основных параметров ее реализации, определением источников и структурой входной и выходной информации, востребуемой пользователем.

К основным характеристикам функциональных задач, уточняемым в процессе ее формализованной постановки, относятся:

• цель или назначение задачи, ее место и связи с другими задачами;

• условия решения задачи с использованием средств вычислительной техники;

• содержание функций обработки входной информации при решении задачи;

• требования к периодичности решения задачи;

• ограничения по срокам и точности выходной информации;

• состав и форма представления выходной информации;

• источники входной информации для решения задачи;

• пользователи задачи (кто осуществляет ее решение и пользуется результатами решения).

Выходная информация по задаче может быть представлена в виде документа, файла базы данных, выходного сигнала устройства управления.

Входная информация по задаче определяется как данные, поступающие на вход задачи и используемые для ее решения. Входной информацией служат первичные данные документов ручного заполнения, информация, хранимая в файлах базы данных (результаты решения других задач, нормативно-справочная информация – классификаторы, кодификаторы, справочники), входные сигналы отдатчиков.

Обычно постановка задач выполняется в едином комплексе работ по созданию структуры внутри машинной базы данных, проектированию форм и маршрутов движения документов, изменению организации управления в рамках предметной области.

Этап структуризации и параметризации объекта моделирования заключается в формальном разбиении объекта на отдельные части с учетом их взаимосвязи и взаимодействия, т.е. на этом этапе осуществляется декомпозиция моделируемого объекта. Разбиение осуществляется до той степени, пока каждая отдельная часть моделируемого объекта не будет описана формальными параметрами с достаточной полнотой, а процессы функционирования отдельных частей и процессы их взаимодействия не будут представлены определенными формальными зависимостями.

Этап синтеза модели, собственно построение самой модели, заключается в составлении единого параметрического описания моделируемого объекта с учетом многообразных зависимостей между различными параметрами, обеспечивающего достижение поставленной цели и соответствия определенным критериям. В большинстве случаев информационная модель представляет сложную многокритериальную оптимизационную задачу с большими объемами и потоками информации.

Достижение цели информационного моделирования оценивается на этапе опробования модели. На этом этапе оценивается адекватность информационной модели моделируемому объекту. Под адекватностью понимается степень соответствия построенной информационной модели моделируемому объекту или процессу.

Указанные выше этапы информационного моделирования динамически связаны между собой. На каждом из перечисленных этапов возможен возврат на любой из предыдущих до тех пор, пока не будет достигнута требуемая адекватность модели моделируемому объекту или процессу. Возможен отрицательный исход моделирования, когда в рамках предоставленных условий не удается достичь необходимой адекватности модели моделируемому объекту или процессу.

Этап функционирования информационной модели начинается с момента принятия модели в эксплуатацию в случае, если построенная модель признана адекватной на этапе ее опытной апробации.

8.Алгоритмизация и программирование

Алгоритмизация является одним из основных инструментариев информационной технологии. Существуют Государственные стандарты по алгоритмизации и среди них – стандарт по описанию алгоритма. Они позволяют составлять унифицированные алгоритмы и применять элементы автоматизации процессов алгоритмизации и программирования, используя соответствующие формализованные языки и готовые алгоритмы.

Алгоритмизация информационных процессов немыслима без наведения порядка в языковых средствах общения. Здесь существенную роль играет лингвистическое обеспечение – средство формализации естествен- ного языка.

Процесс программирования задачи, а именно составление взаимоувязанной системы программных модулей, или, как иногда говорят, пакетов прикладных программ (ППП), является одним из самых трудоемких при создании информационной технологии. Чаще всего используются имеющиеся в обращении готовые программные изделия и настраиваемые интерактивные программные оболочки. При этом осуществляется настройка программного изделия на конкретные информационные структуры и потоки – обучение системы. В перспективных программных оболочках процесс настройки-обучения системы автоматизирован до уровня вариантной интерактивной подсказки и встроенных метаязыковых средств, включающих в себя одновременно средства автоматизации алгоритмизирования и программирования.

На этапе программирования также возможен возврат к этапу постановки задачи в смысле ее уточнения. В настоящее время в области программирования и требований к программам и программным системам проведена достаточно широкая и глубокая стандартизация на международном и национальном уровнях.

Алгоритм относится к фундаментальным понятиям информатики. На понятии алгоритма построены все основные принципы составления программ для вычислительных машин.

Алгоритм – это точное предписание выполнения вычислительного процесса от варьируемых исходных данных к искомому результату.

Алгоритм – это система точно сформулированных правил, определяющая процесс преобразования допустимых исходных данных (входной информации) в желаемый результат (выходную информацию) за конечное число шагов.

Алгоритм решения задачи имеет ряд обязательных свойств:

• дискретность – разбиение процесса обработки информации на более простые этапы (шаги выполнения);

• определенность – однозначность выполнения каждого отдельного шага преобразования информации;

• результативность – конечность действий алгоритма решения задач, позволяющая получить желаемый результат при допустимых исходных данных за конечное число шагов;

• массовость – пригодность алгоритма для решения определенного класса задач.

В алгоритме отражаются логика и способ формирования результатов решения с указанием необходимых расчетных формул, логических условий, соотношений для контроля достоверности выходных результатов. В алгоритме обязательно должны быть предусмотрены все ситуации, которые могут возникнуть в процессе решения комплекса задач.

Алгоритм решения комплекса задач и его программная реализация тесно взаимосвязаны. Специфика применяемых методов проектирования алгоритмов и используемых при этом инструментальных средств разработки программ может повлиять на форму представления и содержание алгоритма обработки данных.

Процесс создания алгоритмов называется алгоритмизацией.

Для описания алгоритмов используются графические методы в виде блок-схем, или структурированная текстовая запись с использованием псевдокода. Достоинство блок-схемы – ее безусловная наглядность. Однако блок-схемы приходится рисовать, а не записывать. Самое неприятное – это внесение изменений и исправлений в блок-схемы, требующее перерисовки рамок и стрелок, а иногда и всей блок-схемы. Еще более сложно искать ошибки в запутанных блок-схемах. Однако язык блок-схем определяется отечественными стандартами документирования алгоритмов и программ.

Достоинство структурированной записи алгоритмов заключается в простоте их чтения и ввода с экрана ЭВМ. По форме они могут просто совпадать с записью программ, а разница между ними в том, что алгоритмы записываются на родном языке, понятном широкому кругу людей, а программы – на языке программирования, понятном компьютерам.

Следующее достоинство структурированной записи – это простота внесения исправлений и изменений с использованием даже простейших редакторов текстов.

По этим причинам за рубежом блок-схемы не используются ни для документирования, ни для обучения, а все современные языки программирования построены на принципах структурной записи текстов.

Программа – это непрерывная последовательность кодов, которые воспринимаются процессором как команды и выполняются.

9. Программное обеспечение

В основу работы компьютеров положен программный принцип управления, состоящий в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе. Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача соответственно выбранной программе. После ее завершения в память загружается другая программа и т.д.

Программа - это запись алгоритма решения задачи в виде последовательности команд или операторов языком, который понимает компьютер. Конечной целью любой компьютерной программы является управление аппаратными средствами.

Для нормального решения задач на компьютере нужно, чтобы программа была отлажена, не требовала доработок и имела соответствующую документацию. Поэтому, относительно работы на компьютере часто используют термин программное обеспечение (software), под которым понимают совокупность программ, процедур и правил, а также документации, касающихся функционирования системы обработки данных.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и взаимодействии. Состав программного обеспечения вычислительной системы называется программной конфигурацией. Между программами существует взаимосвязь, то есть работа множества программ базируется на программах низшего уровня.

Междупрограммный интерфейс - это распределение программного обеспечения на несколько связанных между собою уровней. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамиду, где каждый высший уровень базируется на программном обеспечении предшествующих уровней. Схематично структура программного обеспечения приведена на рис. 1.

Прикладной уровень

Служебный уровень

Системный уровень

Базовый уровень

Базовый уровень

Базовый уровень является низшим уровнем программного обеспечения. Отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Базовое программное обеспечение содержится в составе базового аппаратного обеспечения и сохраняется в специальных микросхемах постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), образуя базовую систему ввода-вывода BIOS. Программы и данные записываются в ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены во время эксплуатации.

Системный уровень

Системный уровень - является переходным. Программы этого уровня обеспечивают взаимодействие других программ компьютера с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением. От программ этого уровня зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы. При подсоединении к компьютеру нового оборудования, на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для остальных программ взаимосвязь с устройством. Конкретные программы, предназначенные для взаимодействия с конкретными устройствами, называют драйверами.

Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Благодаря ему можно вводить данные в вычислительную систему, руководить ее работой и получать результат в удобной форме. Это средства обеспечения пользовательского интерфейса, от них зависит удобство и производительность работы с компьютером.

Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера. Наличие ядра операционной системы - это первое условие для возможности практической работы пользователя с вычислительной системой. Ядро операционной системы выполняет такие функции: управление памятью, процессами ввода-вывода, файловой системой, организация взаимодействия и диспетчеризация процессов, учет использования ресурсов, обработка команд и т.д.

Служебный уровень

Программы этого уровня взаимодействуют как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Назначение служебных программ (утилит) состоит в автоматизации работ по проверке и настройки компьютерной системы, а также для улучшения функций системных программ. Некоторые служебные программы (программы обслуживания) сразу входят в состав операционной системы, дополняя ее ядро, но большинство являются внешними программами и расширяют функции операционной системы. То есть, в разработке служебных программ отслеживаются два направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование.

Классификация служебных программных средств

1. Диспетчеры файлов (файловые менеджеры). С их помощью выполняется большинство операций по обслуживанию файловой структуры: копирование, перемещение, переименование файлов, создание каталогов (папок), уничтожение объектов, поиск файлов и навигация в файловой структуре. Базовые программные средства содержатся в составе программ системного уровня и устанавливаются вместе с операционной системой

2. Средства сжатия данных (архиваторы). Предназначены для создания архивов. Архивные файлы имеют повышенную плотность записи информации и соответственно, эффективнее используют носители информации.

3. Средства диагностики. Предназначены для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения. Их используют для исправления ошибок и для оптимизации работы компьютерной системы.

4. Программы инсталляции (установки). Предназначены для контроля за добавлением в текущую программную конфигурацию нового программного обеспечения. Они следят за состоянием и изменением окружающей программной среды, отслеживают и протоколируют образование новых связей, утерянных во время уничтожения определенных программ. Простые средства управления установлением и уничтожением программ содержатся в составе операционной системы, но могут использоваться и дополнительные служебные программы.

5. Средства коммуникации. Разрешают устанавливать соединение с удаленными компьютерами, передают сообщения электронной почты, пересылают факсимильные сообщения и т.п..

6. Средства просмотра и воспроизведения. Преимущественно, для работы с файлами, их необходимо загрузить в "родную" прикладную программу и внести необходимые исправления. Но, если редактирование не нужно, существуют универсальные средства для просмотра (в случае текста) или воспроизведения (в случае звука или видео) данных.

7. Средства компьютерной безопасности. К ним относятся средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных. Средства пассивной защиты - это служебные программы, предназначенные для резервного копирования. Средства активной защиты применяют антивирусное программное обеспечение. Для защиты данных от несанкционированного доступа, их просмотра и изменения используют специальные системы, базирующиеся на криптографии.

Прикладной уровень

Программное обеспечение этого уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых выполняются конкретные задачи (производственных, творческих, развлекательных и учебных). Между прикладным и системным программным обеспечением существует тесная взаимосвязь. Универсальность вычислительной системы, доступность прикладных программ и широта функциональных возможностей компьютера непосредственно зависят от типа имеющейся операционной системы, системных средств, помещенных в ее ядро и взаимодействии комплекса человек-программа-оборудование.

Классификация прикладного программного обеспечения

1. Текстовые редакторы. Основные функции - это ввод и редактирование текстовых данных. Для операций ввода, вывода и хранения данных текстовые редакторы используют системное программное обеспечение. С этого класса прикладных программ начинают знакомство с программным обеспечением и на нем приобретают первые привычки работы с компьютером.

2. Текстовые процессоры. Разрешают форматировать, то есть оформлять текст. Основными средствами текстовых процессоров являются средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющих готовый документ, а также средства автоматизации процессов редактирования и форматирования. Современный стиль работы с документами имеет два подхода: работа с бумажными документами и работа с электронными документами. Приемы и методы форматирования таких документов различаются между собой, но текстовые процессоры способны эффективно обрабатывать оба вида документов.

3. Графические редакторы. Широкий класс программ, предназначенных для создания и обработки графических изображений. Различают три категории:

растровые редакторы;

векторные редакторы;

3-D редакторы (трехмерная графика).

В растровых редакторах графический объект представлен в виде комбинации точек (растров), которые имеют свою яркость и цвет. Такой подход эффективный, когда графическое изображение имеет много цветов и информация про цвет элементов намного важнее, чем информация про их форму. Это характерно для фотографических и полиграфических изображений. Применяют для обработки изображений, создания фотоэффектов и художественных композиций.

Векторные редакторы отличаются способом представления данных изображения. Объектом является не точка, а линия. Каждая линия рассматривается, как математическая кривая ІІІ порядка и представлена формулой. Такое представление компактнее, чем растровое, данные занимают меньше места, но построение объекта сопровождается пересчетом параметров кривой в координаты экранного изображения, и соответственно, требует более мощных вычислительных систем. Широко применяются в рекламе, оформлении обложек полиграфических изданий.

Редакторы трехмерной графики используют для создания объемных композиций. Имеют две особенности: разрешают руководить свойствами поверхности в зависимости от свойств освещения, а также разрешают создавать объемную анимацию.

4. Системы управления базами данных (СУБД). Базой данных называют большие массивы данных, организованные в табличные структуры. Основные функции СУБД:

создание пустой структуры базы данных;

наличие средств ее заполнения или импорта данных из таблиц другой базы;

возможность доступа к данных, наличие средств поиска и фильтрации.

В связи с распространением сетевых технологий, от современных СУБД требуется возможность работы с отдаленными и распределенными ресурсами, которые находятся на серверах Интернета.

5. Электронные таблицы. Предоставляют комплексные средства для хранения разных типов данных и их обработки. Основной акцент смещен на преобразование данных, предоставлен широкий спектр методов для работы с числовыми данными. Основная особенность электронных таблиц состоит в автоматическом изменении содержимого всех ячеек при изменении отношений, заданных математическими или логическими формулами.

Широкое применение находят в бухгалтерском учете, анализе финансовых и торговых рынков, средствах обработки результатов экспериментов, то есть в автоматизации регулярно повторяемых вычислений больших объемов числовых данных.

6. Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы). Предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ. Применяются в машиностроении, приборостроении, архитектуре. Кроме графических работ, разрешают проводить простые расчеты и выбор готовых конструктивных элементов из существующей базы данных.

Особенность CAD-систем состоит в автоматическом обеспечении на всех этапах проектирования технических условий, норм и правил. САПР являются необходимым компонентом для гибких производственных систем (ГВС) и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).

7. Настольные издательские системы. Автоматизируют процесс верстки полиграфических изданий. Издательские системы отличаются расширенными средствами управления взаимодействия текста с параметрами страницы и графическими объектами, но имеют более слабые возможности по автоматизации ввода и редактирования текста. Их целесообразно применять к документам, которые предварительно обработаны в текстовых процессорах и графических редакторах.

8. Редакторы HTML (Web-редакторы). Особый класс редакторов, объединяющих в себе возможности текстовых и графических редакторов. Предназначены для создания и редактирования Web-страниц Интернета. Программы этого класса можно использовать при подготовке электронных документов и мультимедийних изданий.

9. Браузеры (средства просмотра Web-документов). Программные средства предназначены для просмотра электронных документов, созданных в формате HTML. Восроизводят, кроме текста и графики, музыку, человеческий язык, радиопередачи, видеоконференции и разрешают работать с электронной почтой.

10. Системы автоматизированного перевода. Различают электронные словари и программы перевода языка.

Электронные словари - это средства для перевода отдельных слов в документе. Используются профессиональными переводчиками, которые самостоятельно переводят текст.

Программы автоматического перевода используют текст на одном языке и выдают текст на другом, то есть автоматизируют перевод. При автоматизированном переводе невозможно получить качественный исходный текст, поскольку все сводится к переводу отдельных лексических единиц. Но, для технического текста, этот барьер снижен.

Программы автоматического перевода целесообразно использовать:

при абсолютном незнании иностранного языка;

при необходимости быстрого ознакомления с документом;

для перевода на иностранный язык;

для создания черновика, который потом будет подправлен полноценным переводом.

11. Интегрированные системы делопроизводства. Средства для автоматизации рабочего места руководителя. В частности, это функции создания, редактирования и форматирования документов, централизация функций электронной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчеризация и мониторинг документооборота предприятия, координация работы подразделов, оптимизация административно-хозяйственной деятельности и поставка оперативной и справочной информации.

12. Бухгалтерские системы. Имеют функции текстовых, табличных редакторов и СУБД. Предназначены для автоматизации подготовки начальных бухгалтерских документов предприятия и их учета, регулярных отчетов по итогам производственной, хозяйственной и финансовой деятельности в форме, приемлемой для налоговых органов, внебюджетных фондов и органов статистического учета.

13. Финансовые аналитические системы. Используют в банковских и биржевых структурах. Разрешают контролировать и прогнозировать ситуацию на финансовых, торговых рынках и рынках сырья, выполнять анализ текущих событий, готовить отчеты.

14. Экспертные системы. Предназначены для анализа данных, содержащихся в базах знаний и выдачи результатов, при запросе пользователя. Такие системы используются, когда для принятия решения нужны широкие специальные знания. Используются в медицине, фармакологии, химии, юриспруденции. С использованием экспертных систем связана область науки, которая носит название инженерии знаний.

Инженеры знаний - это специалисты, являющиеся промежуточным звеном между разработчиками экспертных систем (программистами) и ведущими специалистами в конкретных областях науки и техники (экспертами).

15. Геоинформационные системы (ГИС). Предназначены для автоматизации картографических и геодезических работ на основе информации, полученной топографическим или аэрографическими методами.

16. Системы видеомонтажа. Предназначены для цифровой обработки видеоматериалов, монтажа, создания видеоэффектов, исправления дефектов, добавления звука, титров и субтитров. Отдельные категории представляют учебные, справочные и развлекательные системы и программы. Характерной особенностью являются повышенные требования к мультимедийной составляющей.

17. Инструментальные языки и системы программирования. Эти средства служат для разработки новых программ. Компьютер "понимает" и может выполнять программы в машинном коде. Каждая команда при этом имеет вид последовательности нулей и единиц. Писать программы на машинном языке крайне неудобно. Поэтому программы разрабатываются на языке, понятном человеку (инструментальный язык или алгоритмический язык программирования), после чего, специальной программой, которая называется транслятором, текст программы переводится (транслируется) на машинный код.

Трансляторы бывают двух типов:

интерпретаторы,

компиляторы.

Интерпретатор читает один оператор программы, анализирует его и сразу выполняет, после чего переходит к обработке следующего оператора.

Компилятор сначала читает, анализирует и переводит на машинный код всю программу и только после завершения всей трансляции эта программа выполняется.

Инструментальные языки делятся на языки низкого уровня (близкие к машинному языку) и языки высокого уровня (близкие к человеческим языкам). К языкам низкого уровня принадлежат ассемблеры, а высокого - Pascal, Basic, C/C++, языки баз данных и т.д. В систему программирования, кроме транслятора, входит текстовый редактор, компоновщик, библиотека стандартных программ, отладчик, визуальные средства автоматизации программирования. Примерами таких систем являются Delphi, Visual Basic, Visual C++, Visual FoxPro и др.

10. Классификация программных продуктов.

Программные продукты можно классифицировать по различным признакам. Рассмотрим классификацию, в которой основополагающим признаком является область использования программных продуктов, а именно:

• аппаратная часть автономных компьютеров и сетей ЭВМ;

• функциональные задачи различных предметных областей;

• технология разработки программ.

В соответствии с этим выделяются три класса программных продуктов:

• системное программное обеспечение;

• пакеты прикладных программ;

• инструментарий технологии программирования.

Системное программное обеспечение направлено:

• на создание операционной среды функционирования других программ;

• обеспечение надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислительной сети;

• проведение диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;

• выполнение вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов программ и баз данных и т.д.).

Системное программное обеспечение тесно связано с типом компьютера и является его неотъемлемой частью. Программные продукты в основном ориентированы на квалифицированных пользователей – профессионалов в компьютерной области: системного программиста, администратора сети, прикладного программиста, оператора. Однако знание базовой технологии работы с этим классом программных продуктов требуется и конечным пользователям персонального компьютера, которые самостоятельно не только работают со своими программами, но и выполняют обслуживание компьютера, программ и данных.

Программные продукты данного класса носят общий характер применения, независимо от специфики предметной области. К ним предъявляются высокие требования по надежности и технологичности работы, удобству и эффективности использования.

Пакеты прикладных программ (ППП) служат программным инструментарием решения функциональных задач и являются самым многочисленным классом программных продуктов. В данный класс входят программные продукты, выполняющие обработку информации различных предметных областей.

Установка программных продуктов на компьютер выполняется квалифицированными пользователями, а непосредственную их эксплуатацию осуществляют, как правило, конечные пользователи – потребители информации, деятельность которых во многих случаях весьма далека от компьютерной области. Данный класс программных продуктов может быть весьма специфичным для отдельных предметных областей.

Пакет прикладных программ – это комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса конкретной предметной области.

Инструментарий технологии программирования обеспечивает процесс разработки программ и включает специализированные программные продукты, которые являются инструментальными средствами программиста. Программные продукты данного класса поддерживают все технологические этапы процесса проектирования, программирования (кодирования), отладки и тестирования создаваемых программ. Пользователями технологии программирования являются системные и прикладные программисты.

Инструментарий технологии программирования – совокупность программ и программных комплексов, обеспечивающих технологию разработки, отладки и внедрения создаваемых программных продуктов.

Ядро системного программного обеспечения составляет базовое программное обеспечение, представляющее минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера.

В базовое программное обеспечение входят:

• операционная система;

• операционные оболочки (текстовые и графические);

• сетевая операционная система.

Операционная система предназначена для:

• начального запуска компьютера;

• контроля и диагностики всех основных частей и ресурсов компьютера;

• управления вычислительным процессом и ресурсами ЭВМ;

• обеспечения общения пользователя с компьютером посредством набора пользовательских команд.

Операционная система – это главная программа, управляющая работой компьютера в целом. На персональных компьютерах типа IBM PC используются в основном операционные системы Windows, UNIX, LINUX. В

Операционная система Windows – это наиболее современная и удобная операционная система для персональных компьютеров IBM PC .

На персональных компьютерах IBM PC используются разные версии операционной системы Windows - Windows XP, Windows Vista отличающихся своими функциями и возможностями.

Сетевые операционные системы (ОС) – комплекс программ, обеспечивающий обработку, передачу и хранение данных в сети. Сетевая ОС предоставляет пользователям различные виды сетевых услуг (управление файлами, электронная почта, процессы управления сетью и др.), поддерживает работу в абонентских системах. Сетевые операционные системы используют архитектуру клиент-сервер или одноранговую архитектуру. Вначале сетевые операционные системы поддерживали лишь локальные вычислительные сети (ЛВС), сейчас эти операционные системы распространяются на ассоциации локальных сетей. Наибольшее распространение имеют LAN Server, NetWare, VINES, Windows NT.

Они оцениваются по комплексу критериев: производительность, разнообразие возможностей связи пользователей, возможности администрирования.

Операционная система Windows NT является многозадачной, предназначенной для архитектуры клиент-сервер и использования различных протоколов транспортного уровня сетевой операционной системы, имеет 32-разрядную архитектуру и обеспечивает функции локальной сети:

• возможность каждой абонентской системы в сети быть сервером или клиентом;

• совместную работу группы пользователей – адресацию оперативной и внешней памяти большого размера;

• многозадачность и многопоточность обработки данных;

• поддержку мультипроцессорной обработки и др.

Операционные оболочки – это специальные программы, предназначенные для облегчения общения пользователя с командами операционной системы. Операционные оболочки имеют текстовый и графический варианты интерфейса конечного пользователя.

Эти программы существенно упрощают задание управляющей информации для выполнения команд операционной системы, уменьшают напряженность и сложность работы конечного пользователя.

Расширением базового программного обеспечения компьютера является набор сервисных, дополнительно устанавливаемых программ, которые можно классифицировать по функциональному признаку следующим образом:

• программы диагностики работоспособности компьютера;

• антивирусные программы, обеспечивающие защиту компьютера, обнаружение и восстановление зараженных файлов;

• программы обслуживания дисков, обеспечивающие проверку качества поверхности магнитного диска, контроль сохранности файловой системы на логическом и физическом уровнях, сжатие дисков, создание страховых копий дисков, резервирование данных на внешних носителях и др.;

• программы архивирования данных, которые обеспечивают процесс сжатия информации в файлах с целью уменьшения объема памяти для ее хранения;

• программы обслуживания сети.

Эти программы часто называются утилитами.

Утилиты – программы, служащие для выполнения вспомогательных операций обработки данных или обслуживания компьютеров (диагностики, тестирования аппаратных и программных средств, оптимизации использования дискового пространства, восстановления разрушенной на магнитном диске информации и т.п.).

Класс прикладных программных средств наиболее представителен, что обусловлено прежде всего широким применением средств компьютерной техники во всех сферах деятельности человека, созданием автоматизированных информационных систем различных предметных областей.

Основные направления в развитии проблемно-ориентированных программных средств включают:

• создание программных комплексов в виде автоматизированных рабочих мест (АРМ) управленческого персонала;

• создание интегрированных систем управления предметной областью на базе вычислительных сетей, объединяющих АРМ в единый программный комплекс с архитектурой клиент-сервер;

• организация данных больших информационных систем в виде распределенной базы данных на сети ЭВМ;

• наличие простых языковых средств конечного пользователя для запросов к базе данных;

• настройка функций обработки силами конечных пользователей (без участия программистов);

• защита программ и данных от несанкционированного доступа (парольная защита на уровне функций, режимов работы, данных).

Наиболее важно для данного класса программных продуктов создание дружественного интерфейса для конечных пользователей.

ППП автоматизированного проектирования предназначены для поддержания работы конструкторов и технологов, связанных с разработкой чертежей, схем, диаграмм, графическим моделированием и конструированием, созданием библиотеки стандартных элементов (темплетов) чертежей и их многократным использованием, созданием демонстрационных иллюстраций и мультфильмов.

Отличительной особенностью этого класса программных продуктов являются высокие требования к технической части системы обработки данных, наличие библиотек встроенных функций, объектов, интерфейсов с графическими системами и базами данных.

ППП общего назначения – это программные продукты, поддерживающие преимущественно информационные технологии конечных пользователей. Они включают:

• системы управления базами данных (СУБД);

• текстовые процессоры;

• табличные процессоры;

• средства электронных презентаций;

• интегрированные пакеты, представляющие набор нескольких программных продуктов, функционально дополняющих друг друга, поддерживающих единые информационные технологии, реализованные на общей вычислительной и операционной платформе;

• программы – переводчики, средства проверки орфографии и распознавания текста;

• органайзеры (планировщики) – программное обеспечение для планирования рабочего времени, составления протоколов встреч, расписаний, ведения записной и телефонной книжек;

• ППП электронной почты;

• настольные издательские системы, обеспечивающие информационную технологию компьютерной издательской деятельности;

• программные продукты мультимедиа;

• системы искусственного интеллекта.

Программирование – теоретическая и практическая деятельность, связанная с созданием программ.

Программирование является собирательным понятием и может рассматриваться и как наука, и как искусство, на этом основан научно-практический подход к разработке программ.

Программа – результат интеллектуального труда, для которого характерно творчество, а оно, как известно, не имеет четких границ. В любой программе присутствует индивидуальность ее разработчика, программа отражает определенную степень искусства программиста. Вместе с тем программирование предполагает и рутинные работы, которые могут и должны иметь строгий регламент выполнения и соответствовать стандартам.

Программирование базируется на комплексе научных дисциплин, направленных на исследование, разработку и применение методов и средств разработки программ (специализированного инструментария создания программ). При разработке программ используются ресурсоемкие и наукоемкие технологии, высококвалифицированный интеллектуальный труд.

Программирование – это развитая отрасль хозяйственной деятельности, связанная со значительными затратами материальных, трудовых и финансовых ресурсов. По данным зарубежных источников, в середине 90-х гг. в мире было занято программированием до 2% трудоспособного населения. Совокупный оборот в сфере создания программных средств достигает нескольких сот миллиардов долларов в год.

В связи с ростом потребности в разнообразных программах обработки данных весьма актуален вопрос применения эффективных технологий программирования и их перевода на промышленную основу. Это означает:

• стандартизованность, тиражируемость и воспроизведение различными разработчиками методов программирования;

• внедрение прогрессивных инструментальных средств разработки программ;

• использование специальных методов и приемов организации работ по разработке программ.

В настоящее время бурно развивается направление, связанное с технологией создания программных продуктов. Это обусловлено переходом на промышленную технологию производства программ, стремлением к сокращению сроков, трудовых и материальных затрат на производство и эксплуатацию программ, обеспечению гарантированного уровня их качества. Это направление часто называют программотехникой. Программотехника – технология разработки, отладки, верификации и внедрения программного обеспечения. Инструментарий технологии программирования – программные продукты поддержки (обеспечения) технологии программирования.

В рамках этих направлений сформировались следующие группы программных продуктов:

• средства для создания приложений, включающие: локальные средства, обеспечивающие выполнение отдельных работ по созданию программ, и интегрированные среды разработчиков программ, обеспечивающие выполнение комплекса взаимосвязанных работ по созданию программ;

• СASE-технология (Computer-Aided System Engineering), представляющая методы анализа, проектирования и создания программных систем и предназначенная дли автоматизации процессов разработки и реализации информационных систем.

Средства для создания приложений – совокупность языков и систем программирования, а также различные программные комплексы для отладки и поддержки создаваемых программ.

Локальные средства разработки программ включают языки и системы программирования, а также инструментальную среду пользователя.

Язык программирования – формализованный язык для описания алгоритма решения задачи на компьютере.

Языки программирования, если в качестве признака классификации взять синтаксис образования его конструкций, можно условно разделить на классы:

• машинные языки – языки программирования, воспринимаемые аппаратной частью компьютера (машинные коды);

• машинно-ориентированные языки – языки программирования, которые отражают структуру конкретного типа компьютера (ассемблеры);

• алгоритмические языки – не зависящие от архитектуры компьютера языки программирования для отражения структуры алгоритма (Паскаль, Фортран, Бейсик и др.);

• процедурно-ориентированные языки – языки программирования, где имеется возможность описания программы как совокупности процедур (подпрограмм);

• проблемно-ориентированные языки – языки программирования, предназначенные для решения задач определенного класса (Лисп, РПГ, Симула и др.);

• интегрированные системы программирования.

Другой классификацией языков программирования является их деление на языки, ориентированные на реализацию основ структурного программирования, и объектно-ориентированные языки, поддерживающие понятие объектов и их свойств и методов обработки. Программа, подготовленная на языке программирования, проходит этап трансляции, тогда происходит преобразование исходного кода программы в объектный код, который далее пригоден к обработке редактором связей. Редактор связей – специальная программа, обеспечивающая построение загрузочного модуля, пригодного к выполнению.

Трансляция может выполняться с использованием средств компиляторов или интерпретаторов. Компиляторы транслируют всю программу, но без ее выполнения. Интерпретаторы, в отличие от компиляторов, выполняют пооператорную обработку и выполнение программы.

Существуют специальные программы, предназначенные для трассировки и анализа выполнения других программ, так называемые отладчики. Лучшие отладчики позволяют осуществить трассировку (отслеживание выполнения программы в пооператорном варианте), идентификацию места и вида ошибок в программе, «наблюдение» за изменением значений переменных, выражений и т.п. Для отладки и тестирования правильности работы программ создается база данных контрольного примера.

Системы программирования включают:

• компилятор;

• интегрированную среду разработчика программ;

• отладчик;

• средства оптимизации кода программ;

• набор библиотек (возможно с исходными текстами программ);

• редактор связей;

• сервисные средства (утилиты) для работы с библиотеками, текстовыми и двоичными файлами;

• справочные системы;

• документатор исходного кода программы;

• систему поддержки и управления проектом программного комплекса.

Средства поддержки проектов, как новый класс программного обеспечения, предназначены для:

• отслеживания изменений, выполненных разработчиками программ;

• поддержки версий программы с автоматической разноской изменений;

• получения статистики о ходе работ проекта.

Инструментальная среда представлена специальными средствами, встроенными в пакеты прикладных программ, такими, как:

• библиотека функций, процедур, объектов и методов обработки;

• макрокоманды;

• клавишные макросы;

• языковые макросы;

• программные модули-вставки;

• конструкторы экранных форм и отчетов;

• генераторы приложений;

• языки запросов высокого уровня;

• языки манипулирования данными;

• конструкторы меню и многое другое.

Средства отладки и тестирования программ предназначены для подготовки разработанной программы к промышленной эксплуатации.

Интегрированные среды разработки программ. Дальнейшим развитием локальных средств разработки программ, которые объединяют набор средств для комплексного применения на всех технологических этапах создания программ, являются интегрированные программные среды разработчиков. Основное назначение инструментария данного вида – повышение производительности труда программистов, автоматизация создания кодов программ, обеспечивающих интерфейс пользователя графического типа, разработка приложений для архитектуры клиент-сервер, запросов и отчетов.

CASE-технология создания информационных систем. Средства CASE-технологии – сформировавшееся на рубеже 80-х гг. направление. Массовое применение затруднено крайне высокой стоимостью и предъявляемыми требованиями к оборудованию рабочего места разработчика.

CASE-технология – программный комплекс, автоматизирующий весь технологический процесс анализа, проектирования, разработки и сопровождения сложных программных систем.

Средства CASE-технологий делятся на две группы:

• встроенные в систему реализации – все решения по проектированию и реализации привязаны к выбранной системе управления базами данных (СУБД);

• независимые от системы реализации – все решения по проектированию ориентированы на унификацию начальных этапов жизненного цикла и средств их документирования, обеспечивают большую гибкость в выборе средств реализации.

Основное достоинство CASE-технологии – поддержка коллективной работы над проектом за счет возможности работы в локальной сети разработчиков, экспорта/импорта любых фрагментов проекта, организационного управления проектом.

11. Понятие базы данных и системы управления базами данных

1. База данных – это компьютеризованная система ведения записей. Хотя ее фундаментальные компоненты – данные, аппаратное обеспечение, программные средства остаются по существу такими же, как в файловых структурах, однако объемы, мощность, спектр возможностей баз данных выросли неизмеримо.

За последние пять лет наблюдается тенденция к усложнению структур данных. Простые виды информации, представимой в форме чисел и текстовых строк, не утратив своей значимости, дополняются сегодня много- численными мультимедийными документами, графическими образами, хронологическими рядами, процедурными, или активными, данными и мириадами прочих сложных информационных форм.

Еще один важный фактор – широкое распространение дешевых высокопроизводительных компонентов, таких, как мультипроцессоры, на основе недорогих быстрых микропроцессоров. Ежегодно мы наблюдаем также рост емкости и снижение стоимости доступных и удобных в эксплуатации дисковых устройств и новых видов массовой памяти.

В последние годы появилась целая плеяда весьма изощренных систем управления базами данных (СУБД), поддерживающих новые коллекции данных и способных реализовать преимущества современных аппаратных средств.

Кардинальные изменения затрагивают не только вычислительную инфраструктуру; подобную же революцию претерпевает сегодня и сообщество пользователей. Едва ли не любое предприятие имеет в качестве своей органической составной части систему компьютерной обработки информации. Мир пронизан «нервными волокнами» разного рода электронных информационных коммуникаций – от свободно структурированной Всемирной паутины (WWW – World Wide Web) до поистине астрономической по своим масштабам Системы наблюдения Земли.

Построение современных распределенных информационных систем сегодня напрямую связано с реляционными и объектно-ориентированными СУБД, которые в последнее время утвердились как основные средства для обработки данных в информационных системах различного масштаба –от больших приложений обработки трансакций в банковских системах до персональных систем на РС. В настоящее время существует множество систем управления базами данных (СУБД) и других программ, выполняющих сходные функции.

В зависимости от архитектуры СУБД делятся на локальные и распределенные СУБД. Все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере, а распределенной – на нескольких под общим управлением. За несколько десятилетий последовательно появлялись системы (СУБД), основанные на трех базовых моделях данных: иерархической, сетевой и реляционной.

Наряду с базами данных и СУБД разрабатываются, создаются и используются базы знаний и экспертные системы.

Экспертные системы представляют собой одно из самостоятельных направлений в рамках работ по искусственному интеллекту. Основная цель создания экспертных систем – это разработка такой компьютерной технологии, которая позволяет при решении задач, трудных для человека-эксперта, достигать (или превосходить) качества и эффективности решений.

Экспертная система имитирует поведение эксперта (специалиста) в какой-либо предметной области (например, в биологии), может генерировать новую информацию в этой области и давать разумные советы исследователям. В основе операций экспертной системы – обработка базы знаний (не смешивать с базой данных).

Суть экспертной системы заключается в возможности представить неточные (неформальные) знания, которые, как правило, не попадают в книги и руководства, в виде логико-семантических моделей, в отличие от формальных моделей данных, которыми фиксируются точные знания. Неточные знания являются результатом обобщения многолетнего опыта работы и интуиции специалиста. Эти знания представляют собой многообразие эмпирических (эвристических) приемов, правил и соотношений, характерных, как правило, для конкретной узкоспециализированной области человеческой деятельности.

Методы экспертных систем как программных продуктов в значительной степени инвариантны к областям применения. Список областей применения экспертных систем весьма широк, в нем достойное место занимает экономика. Более чувствительны методы экспертных систем к типам решаемых задач: принятие решения в условиях неопределенности (неполноты информации), распознавание образов и интерпретации, предсказания, диагностика, планирование, управление и контроль и др.

Однако экспертные системы относятся к таким компьютерным системам, вычислительная способность которых определяется в первую очередь наращиваемой базой знаний, а уж потом используемыми методами.

12. Структура базы данных

База данных – это наименование совокупности структурированных, логически взаимосвязанных данных, хранимой в запоминающих устройствах вычислительной машины и предназначенной для решения широкого спектра задач, относящихся к определенной предметной области.

Под предметной областью принято понимать часть реального мира, подлежащего изучению для организации управления и в конечном счете автоматизации, например, предприятие, вуз и т.д.

Создавая базу данных, пользователь стремится упорядочить информацию по различным признакам и быстро извлекать выборку с произвольным сочетанием признаков. Сделать это возможно, только если данные структурированы.

Структурирование – это введение соглашений о способах представления данных.

Неструктурированными называются данные, записанные, например, в текстовом файле.

Пользователями базы данных могут быть различные прикладные программы, программные комплексы, а также специалисты предметной области, выступающие в роли потребителей или источников данных, называемые конечными пользователями.

Понятие базы данных тесно связано с такими понятиями структурных элементов, как поле, запись, файл.

Поле – это элементарная единица логической организации данных, которая соответствует неделимой единице информации – реквизиту. Для описания поля используются следующие характеристики:

• имя (фамилия, имя, отчество, дата рождения);

• тип (символьный, числовой, календарный);

• длина (15 байт, причем будет определяться максимально возможным количеством символов);

• точность (для числовых данных, например, два десятичных знака для отображения дробной части числа).

Запись – это совокупность логически связанных полей. Экземпляр записи – отдельная реализация записи, содержащая конкретные значения ее полей.

Файл (таблица) – это совокупность экземпляров записей одной структуры.

Ядром любой базы данных является модель данных. Модель данных представляет собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования данными. С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними.

Модель данных – совокупность структур данных и операций их обработки, осуществляемых СУБД.

СУБД основывается на использовании иерархической, сетевой или реляционной модели, на комбинации этих моделей или на некотором их подмножестве.

Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой по правилам ориентированного графа типа перевернутого дерева. Поэтому иерархические структуры часто называют древообразными.

К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент (узел), связь. Узел – это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. Узлы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчиненные) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей.

К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи.

Сетевая структура также представляет совокупность элементов, связанных между собой по правилам ориентированного графа, но в этом графе каждый элемент может быть связан с любым другим элементом. В этой модели возможны различные типы связей: один к одному (в этом случае имеем практически иерархическую модель), один ко многим, многие ко многим.

Понятие реляционной структуры (англ. relation – отношение) связано с разработками известного американского специалиста в области систем баз данных Е. Кодда.

Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

• каждый элемент таблицы – один элемент данных;

• все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;

• каждый столбец имеет уникальное имя;

• одинаковые строки в таблице отсутствуют;

• порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют кортежам или записям, а столбцы – атрибутам отношений, доменам, полям.

Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом (ключевым полем). Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица базы данных имеет составной ключ.

По технологии обработки данных базы данных подразделяются на централизованные и распределенные.

Централизованная база данных хранится в памяти одной вычислительной системы. Если эта вычислительная система является компонентом сети ЭВМ, возможен распределенный доступ к такой базе. Такой способ использования баз данных часто применяют в локальных сетях.

Распределенная база данных – это согласованные базы данных, расположенные в разных узлах компьютерной сети под общим управлением.

По способу доступа к данным базы данных разделяются на базы данных с локальным доступом и базы данных с удаленным (сетевым) доступом.

Системы централизованных баз данных с сетевым доступом предполагают различные архитектуры подобных систем:

• файл-сервер;

• клиент-сервер.

Файл-сервер – это архитектура систем БД с сетевым доступом, предполагающая выделение одной из машин сети в качестве центральной (сервер файлов). На такой машине хранится совместно используемая централизованная БД. Все другие машины сети выполняют функции рабочих станций, с помощью которых поддерживается доступ пользовательской системы к централизованной базе данных. Файлы базы данных в соответствии с пользовательскими запросами передаются на рабочие станции, где в основном и производится обработка. При большой интенсивности доступа к одним и тем же данным производительность информационной системы падает. Пользователи могут создавать также на рабочих станциях локальные БД, которые используются ими монопольно.

Архитектура клиент-сервер подразумевает, что помимо хранения централизованной базы данных центральная машина (сервер базы данных) должна обеспечивать выполнение основного объема обработки данных. Запрос на данные, выдаваемый клиентом (рабочей станцией), порождает поиск и извлечение данных на сервере. Извлеченные данные (но не файлы) транспортируются по сети от сервера к клиенту. Спецификой архитектуры клиент-сервер является использование языка запросов SQL.

В современной технологии баз данных предполагается, что создание базы данных, ее поддержка и обеспечение доступа пользователей к ней осуществляются с помощью специального программного инструментария – системы управления базами данных.

Система управления базой данных – это совокупность языковых и программных средств для описания данных, создания и формирования базы данных, манипулирования данными, обеспечения доступа к данным широкого круга прикладных программ, а также сохранность данных и их восстановление.

СУБД предназначена для централизованного управления базой данных в интересах всех работающих в этой системе.

По степени универсальности различают два класса СУБД:

• системы общего назначения;

• специализированные системы.

СУБД общего назначения не ориентированы на какую-либо предметную область или на информационные потребности какой-либо группы пользователей. Каждая система такого рода реализуется как программный продукт, способный функционировать на некоторой модели ЭВМ в определенной операционной системе и поставляется многим пользователям как коммерческое изделие. Такие СУБД обладают средствами настройки на работу с конкретной базой данных. Использование СУБД общего назначения в качестве инструментального средства для создания автоматизированных информационных систем, основанных на технологии баз данных, позволяет существенно сокращать сроки разработки, экономить трудовые ресурсы. Этим СУБД присущи развитые функциональные возможности и даже определенная функциональная избыточность.

Специализированные СУБД создаются в редких случаях при невозможности или нецелесообразности использования СУБД общего назначения.

СУБД общего назначения – это сложные программные комплексы, предназначенные для выполнения всей совокупности функций, связанных с созданием и эксплуатацией базы данных информационной системы.

Рынок программного обеспечения ПК располагает большим числом разнообразных по своим функциональным возможностям коммерческих систем управления базами данных общего назначения, а также средствами их окружения практически для всех массовых моделей машин и для различных операционных систем. Среди них широкое распространение имеют:

• dBASE, компании Borland International;

• Microsoft Access;

• Microsoft FoxPro;

• Paradox, компании Borland.

Языковые средства СУБД используются для выполнения двух основных функций:

• описания представления базы данных;

• выполнения операций манипулирования данными.

Первая из этих функций обеспечивается языком описания (определения) данных (ЯОД). Описание базы данных средствами ЯОД называется схемой базы данных. Они включают описание структуры базы данных и налагаемых на нее ограничений целостности в рамках тех правил, которые регламентированы моделью данных, используемой СУБД. ЯОД некоторых СУБД обеспечивают также возможности задания ограничений доступа к данным или полномочий пользователей.

ЯОД не всегда синтаксически оформляется в виде самостоятельного языка. Он может быть составной частью единого языка данных, сочетающего возможности определения данных и манипулирования данными.

Язык манипулирования данными (ЯМД) позволяет запрашивать предусмотренные в системе операции над данными из базы данных.

Имеются многочисленные примеры языков СУБД, объединяющих возможности описания данных и манипулирования данными в единых синтаксических рамках. Популярным языком такого рода является реляционный язык SQL. Язык запросов SQL (Structured Query Language) реализован в целом ряде популярных СУБД для различных типов ЭВМ либо как базовый, либо как альтернативный. В силу своего широкого использования он является международным стандартом языка запросов. Язык SQL предоставляет развитые возможности как конечным пользователям, так и специалистам в области обработки данных.

Важнейшим этапом проектирования базы данных является разработка инфологической (информационно-логической) модели предметной области. В инфологической модели средствами структур данных в интегрированном виде отражают состав и структуру данных, а также информационные потребности приложений (задач и запросов).

Информационно-логическая (инфологическая) модель предметной области отражает предметную область в виде совокупности информационных объектов и их структурных связей.

Инфологическая модель предметной области строится первой. Предварительная инфологическая модель строится еще на предпроектной стадии и затем уточняется на более поздних стадиях проектирования баз данных. Потом на ее основе строятся концептуальная (логическая), внутренняя (физическая) и внешняя модели.

Концептуальный уровень соответствует логическому аспекту представления данных предметной области в интегрированном виде. Концептуальная модель состоит из множества экземпляров различных типов данных, структурированных в соответствии с требованиями СУБД к логической структуре базы данных.

Внутренняя модель состоит из отдельных экземпляров записей, физически хранимых во внешних носителях.

Внешний уровень поддерживает частные представления данных, которые требуются конкретным пользователям. Внешняя модель является подмножеством концептуальной модели. Возможно пересечение внешних моделей по данным.

13. Понятие базы знаний и экспертной системы

Искусственный интеллект – это одно из направлений информатики, цель которого – разработка аппаратно-программных средств, позволяющих пользователю-непрограммисту ставить и решать свои задачи, традиционно считающиеся интеллектуальными, общаясь с ЭВМ на ограниченном подмножестве естественного языка.

Представление знаний и разработка систем, основанных на знаниях, являются основным направлением развития искусственного интеллекта. Оно связано с разработкой моделей представления знаний, созданием баз знаний, образующих ядро экспертных систем (ЭС), моделей и методов извлечения и структурирования знаний и сливается с инженерией знаний.

Начиная с середины 80-х гг. происходит коммерциализация искусственного интеллекта. Растут ежегодные капиталовложения, создаются промышленные экспертные системы.

При изучении интеллектуальных систем традиционно возникает вопрос: что же такое знания и чем они отличаются от обычных данных, десятилетиями обрабатываемых ЭВМ?

Данные – это отдельные факты, характеризующие объекты, процессы и явления в предметной области, а также их свойства.

Знания, безусловно, связаны с данными, основываются на них, но представляют результат мыслительной деятельности человека, обобщают его опыт, полученный в ходе выполнения какой-либо практической деятельности. Они получаются эмпирическим путем.

Знания в информатике – это выявленные закономерности предметной области (принципы, связи, законы), позволяющие решать задачи в этой области. С определенной степенью точности можно сказать, что знания – это зафиксированный результат мыслительной деятельности (правил, законо- мерностей, соотношений, связей и т.п.) с определенными наборами данных. Следовательно, ставя задачу формирования и обработки знаний с использованием ЭВМ, необходимо найти в современной компьютерной технологии такой объект, который мог бы отображать прежде всего действие, а затем уже зафиксированный результат этого действия. Единственно возможным видом такого объекта в компьютерных технологиях являются алгоритмы и программы. Таким образом, компьютерными аналогами знаний являются программы и запрограммированные алгоритмы, т.е. программы с отложенным действием. Как только в запрограммированные алгоритмы вставляются необходимые параметры, они автоматически превращаются в исполняемые программы. В этом заключается существенное различие баз данных и баз знаний.

Под базой знаний понимается наименованная совокупность структурированных, логически взаимосвязанных программных модулей и запрограммированных алгоритмов, реализующих правила, зависимости, отношения, характерные для узкой предметной области, хранящаяся в запоминаю- щих устройствах вычислительной машины и предназначенная для решения узкоспециализированных задач.

При построении баз знаний важное значение имеет модель представления знаний.

Существуют десятки моделей (или языков) представления знаний для различных предметных областей. Большинство из них может быть сведено к следующим классам:

• продукционные;

• семантические сети;

• фреймы;

• формальные логические модели.

Продукционная модель, или модель, основанная на правилах, позволяет представить знания в виде предложений типа: «Если (условие), то (действие)».

Под условием понимается некоторое предложение-образец, по которому осуществляется поиск в базе знаний, а под действием – действия, выполняемые при успешном исходе поиска (они могут быть промежуточными, выступающими далее как условия, и терминальными или целевыми, завершающими работу системы).

При использовании продукционной модели база знаний состоит из набора правил. Программа, управляющая перебором правил, называется машиной вывода.

Термин «семантическая» означает смысловая, а семантика – это наука, устанавливающая отношения между символами и объектами, которые они обозначают.

Семантическая сеть – это ориентированный граф, вершины которого – понятия, а дуги – отношения между ними.

Понятиями обычно выступают абстрактные или конкретные объекты, а отношения – это связи типа: «это», «имеет частью», «принадлежит», «любит». Характерной особенностью семантических сетей является обязательное наличие трех типов отношений:

• класс – элемент класса;

• свойство – значение;

• пример элемента класса.

Проблема поиска решения в базе знаний семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети, соответствующей поставленному вопросу.

Особенностью модели представления знаний в виде фреймов является структура, представляющая некоторый концептуальный объект или ситуацию, которая может быть заполнена конкретными значениями.

Под фреймом понимается абстрактный образ или ситуация.

Например, слово «комната» вызывает у слушающих образ комнаты: «жилое помещение с четырьмя стенами, полом, потолком, окнами и дверью, площадью». Из этого описания ничего нельзя убрать (например, убрав окна, мы получим уже чулан, а не комнату), но в нем есть «дырки», или «слоты», – это незаполненные значения некоторых атрибутов – количество окон, цвет стен, высота потолка, покрытие пола и др.

В теории фреймов такой образ называется фреймом. Фреймом называется также и формализованная модель для отображения образа.

Модель фрейма является достаточно универсальной, поскольку позволяет отобразить все многообразие знаний о мире через:

• фреймы-структуры, для обозначения объектов и понятий (заем, залог, вексель);

• фреймы-роли (менеджер, кассир, клиент);

• фреймы-сценарии (банкротство, собрание акционеров, празднование именин);

• фреймы-ситуации (тревога, авария, рабочий режим устройства) и др.

Традиционно в представлении знаний выделяют формальные логические модели, основанные на классическом исчислении предикатов первого порядка, когда предметная область или задача описывается в виде набора аксиом.

База знаний является ядром экспертных систем.

Экспертная система – это компьютерная программа, использующая экспертные знания в виде баз знаний для обеспечения высокоэффективного решения задач в некоторой узкоспециализированной области.

В нашей стране современное состояние разработок в области экспертных систем можно охарактеризовать как стадию всевозрастающего интереса к ним среди экономистов, финансистов, преподавателей, инженеров, медиков, психологов, программистов, лингвистов. К сожалению, этот интерес имеет пока достаточно слабое материальное подкрепление.

Поэтому распространяются «подделки» под экспертные системы в виде многочисленных диалоговых систем и интерактивных пакетов прикладных программ, которые дискредитируют в глазах пользователей это чрезвычайно перспективное направление. Процесс создания экспертной системы требует участия высококвалифицированных специалистов в области искусственного интеллекта, которых пока выпускает небольшое количество высших учебных заведений страны.

Современные экспертные системы широко используются для тиражирования знаний ведущих специалистов практически во всех сферах экономики. Традиционно знания существуют в двух видах – коллективный опыт и личный опыт.

Если большая часть знаний в предметной области представлена в виде коллективного опыта (например, высшая математика), эта предметная область не нуждается в экспертных системах.

Если в предметной области большая часть знаний является личным опытом специалистов высокого уровня (экспертов), если эти знания по каким-либо причинам слабо структурированы, такая предметная область, скорее всего, нуждается в экспертной системе.

Экспертные системы (ЭС) – это сложные программные комплексы, аккумулирующие знания специалистов в конкретных предметных областях и тиражирующие этот эмпирический опыт для консультаций менее квалифицированных пользователей.

Основными элементами экспертной системы могут быть:

• база знаний;

• решатель (механизм вывода);

• механизм объяснений;

• интерфейс пользователя;

• механизм пополнения знаний.

База знаний (БЗ) – ядро ЭС, совокупность знаний предметной области, записанная на машинный носитель в форме, понятной эксперту и пользователю (обычно на некотором языке, приближенном к естественному). Параллельно такому «человеческому» представлению существует БЗ во внутреннем «машинном» представлении.

Решатель – программа, моделирующая ход рассуждений эксперта на основании знаний, имеющихся в БЗ. Синонимы: дедуктивная машина, блок логического вывода.

Механизм объяснений – программа, позволяющая пользователю получить ответы на вопросы: «Как была получена та или иная рекомендация?» и «Почему система приняла такое решение?» Ответ на вопрос «как» – это трассировка всего процесса получения решения с указанием использованных фрагментов БЗ, т.е. всех шагов цепи умозаключений. Ответ на вопрос «почему» – ссылка на умозаключение, непосредственно предшествовавшее полученному решению, т.е. отход на один шаг назад.

Интерфейс пользователя – комплекс программ, реализующих диалог пользователя с ЭС как на стадии ввода информации, так и получения результатов.

Механизм пополнения знаний – интеллектуальный редактор БЗ – программа, представляющая инженеру по знаниям возможность создавать БЗ в диалоговом режиме. Включает в себя систему вложенных меню, шаблонов языка представления знаний, подсказок и других сервисных средств, облегчающих работу с базой.

Инженер по знаниям – специалист по искусственному интеллекту, выступающий в роли промежуточного буфера между экспертом и базой знаний. Синонимы: когнитолог, инженер-интерпретатор, аналитик.

В коллектив разработчиков ЭС входят как минимум четыре человека:

• эксперт;

• инженер по знаниям;

• программист;

• пользователь.

Возглавляет коллектив инженер по знаниям, это ключевая фигура при разработке систем, основанных на знаниях.

В зависимости от типа решаемых задач ЭС могут быть:

• ЭС по интерпретации данных. Под интерпретацией понимается определение смысла данных, результаты которого должны быть согласованными и корректными. Обычно предусматривается многовариантный анализ данных;

• ЭС по решению задач диагностики. Под диагностикой понимается обнаружение неисправности в некоторой системе. Неисправность – это отклонение от нормы. Такая трактовка позволяет с единых теоретических позиций рассматривать и неисправность оборудования в технических системах, и заболевания живых организмов, и всевозможные аномалии в экономических системах и процессах. Важной спецификой является необходимость понимания функциональной структуры («анатомии») диагностирующей системы;

• мониторинговые ЭС. Основная задача мониторинга – непрерывная интерпретация данных в реальном масштабе времени и сигнализация о выходе тех или иных параметров за допустимые пределы. Главные проблемы – «пропуск» тревожной ситуации и инверсная задача «ложного» срабатывания. Сложность этих проблем в размытости симптомов тревожных ситуаций и необходимости учета временного контекста;

• ЭС по решению задач проектирования. Проектирование состоит в подготовке спецификаций на создание «объектов» с заранее определенными свойствами. Под спецификацией понимается весь набор необходимых документов: чертеж, пояснительная записка и т.д. Основные проблемы здесь – получение четкого структурного описания знаний об объекте и проблема «следа». Для организации эффективного проектирования и, в еще большей степени, перепроектирования необходимо формировать не только сами проектные решения, но и мотивы их принятия. Таким образом, в задачах проектирования тесно связываются два основных процесса, выполняемых в рамках соответствующей ЭС: процесс вывода решения и процесс объяснения;

• ЭС по решению задач прогнозирования. Прогнозирующие системы логически выводят вероятные следствия из заданных ситуаций. В прогнозирующей системе обычно используется параметрическая динамическая модель, в которой значения параметров «подгоняются» под заданную ситуацию. Выводимые из этой модели следствия составляют основу для прогнозов с вероятностными оценками;

• советующие ЭС. Данный тип систем использует знания высококвалифицированных специалистов в качестве выработки альтернативных вариантов ответов на поставленные вопросы с объяснением каждого варианта. Советующие ЭС широко используются в области экономики.

При построении ЭС широко используются следующие инструментальные средства:

• языки искусственного интеллекта (LISP и Prolog));

• экспертные оболочки. Под «оболочками» понимают «пустые» версии существующих экспертных систем, т.е. готовые экспертные системы без базы знаний. Примером такой оболочки может служить GURU, EMYCIN. Достоинство оболочек в том, что они вообще не требуют работы программистов для создания готовой экспертной системы. Требуется только специалист в предметной области для заполнения базы знаний;

• специальный программный инструментарий. В эту группу программных средств искусственного интеллекта входят специальные инструментарии общего назначения. Как правило, это библиотеки и надстройки над языком искусственного интеллекта.

Процесс создания экспертных систем получил название «инженерия знаний».

Вначале осуществляется выбор проблемы, которая будет предметом будущей ЭС, и в соответствии с ней выбор эксперта.

После того как инженер по знаниям убедился, что: данная задача может быть решена с помощью экспертной системы; экспертную систему можно создать предлагаемыми на рынке средствами; имеется подходящий эксперт; предложенные критерии производительности являются разумными; затраты и срок их окупаемости приемлемы для заказчика, он составляет план разработки. План определяет шаги процесса разработки и необходимые затраты, а также ожидаемые результаты. В процессе разработки и последующего расширения системы инженер по знаниям и эксперт обычно работают вместе. Инженер по знаниям помогает эксперту структурировать знания, определять и формализовать понятия и правила, необходимые для решения проблемы.

14. Локальная вычислительная сеть