14.7. Гипертекстовые и мультимедийные информационные технологии
Основным принципом формирования экономических информационных систем является гипертекстовый принцип структурирования и представления информации. Первоначально гипертекстовые технологии привлекли внимание как средство интеграции текстовой информации и информации, представляемой в других модальностях — мультимедиа (звук, видео, анимация и т. д.). Затем авторы- -разработчики компьютерных программ открыли для себя гипертекст как средство моделирования когнитивных процессов и тем самым как новое средство управления этими процессами. Сама идея гипертекста (хотя и без введения именно этого термина) была впервые, как утверждается во всех западных учебниках по истории этого понятия и как принято сейчас считать в Интернетовском информационном сообществе, изложена в статье Ванневара Буша (1945 г.). Именно от этой работы начинается отсчет эпохи гипертекста как некоторого особого явления в теории информации, лингвистике и когнитивной психологии, а также в сфере художественного слова нового типа (hypertext fiction).
В настоящее время термин «гипертекст» применяют к разным объектам, называя так:
особый метод построения информационных систем, обеспечивающий прямой доступ к данным с сохранением логических связей между ними;
определенную систему представления текстовой и мультимедийной информации в виде сети связанных между собой текстовых и иных файлов;
особый универсальный интерфейс, отличительными чертами которого является его интерактивность и необычайная дружелюбность по отношению к пользователю.
Разработка гипертекстовых систем для целей обучения была начата за рубежом в 80-е годы, аналогичные работы в России до последнего времени находились в пилотной стадии. В 1998 г. в России наблюдается экспоненциальный рост числа гипертекстовых систем, что соответствует мировым тенденциям в этой области. В частности, по оценкам канадских экспертов, в 1998 году на порядок изменилось общее число онлайновых учебных курсов. Если в январе 1998 г. в мире предлагалось менее 2000 онлайн-курсов, то к декабрю их количество выросло до 10000. В 2000 г. общее количество такого рода материалов было свыше 40000 (сведения взяты на Информационном сервере Министерства общего и профессионального образования РФ «Информатика»).
Такой успех гипертекстовых технологий далеко не случаен. Он обусловлен, в первую очередь, тем, что гипертекстовые технологии, используемые для построения информационных систем в Интернете, обладают рядом весьма привлекательных свойств, а именно:
за последнее время сформировался набор унифицированных и достаточно универсальных способов создания Интернетовских информационных серверов (Web-страниц), существует корпус учебников и авторитетных практических руководств по этому вопросу (в том числе и в самом Интернете);
сложился и постоянно пополняется массив достаточно простых, но очень эффективных технических средств создания гипертекста (SGML/HTML и др.), которые не требуют долговременной и трудоемкой специальной подготовки;
все программные средства (software), используемые при проектировании Интернетовских информационных серверов, постоянно совершенствуются и оперативно обновляются; при этом обязательным условием является сохранение их преемственности и совместимости. Таким образом, идет постоянное расширение диапазона обслуживаемых прикладных задач: от ввода и редактирования звучащей информации и изображения (стационарного или анимационного, а также видео) до построения простых и сложных систем, использующих методы искусственного интеллекта, способных осуществлять обработку интерактивных запросов и ответов в реальном времени;
все (или почти все) эти программные средства предоставляются для свободного или условно свободного распространения (free- /share-ware).
Преимущество гипертекста в том, что он позволяет создавать открытые информационные системы за счет относительно свободного соединения информационных блоков. Таким образом, появляется возможность (при условии того, что общая структура задана правильно) неограниченной детализации, а также оперативного пополнения баз данных, которые лежат в основе учебных материалов.
Гипертекст нашёл широкое применение в автоматизированных обучающих курсах.
Учебные материалы, подготовленные на основе мультимедийных гипертекстовых технологий, обладают рядом очевидных преимуществ как для учителя, обеспечивающего, направляющего и контролирующего процесс обучения, так и для обучаемого: прежде всего, это принципиально новые возможности изложения учебного материала, связанные с воздействием обучающей мультимедийной программы на несколько органов чувств, что позволяет обучаемым лучше усваивать материал.
Необходимо также отметить, что сама гипертекстовая структурированность учебного материала обладает собственным дидактическим значением, так как является значительно более гибкой формой подачи информации, позволяющей в максимальной степени учитывать индивидуальные потребности обучающегося. По сути дела каждое обращение к автоматизированному обучающему курсу, основой которого является база данных, выполненная в гипертекстовом формате, является процессом создания своего собственного учебного текста, наиболее адекватно соответствующего данной актуальной задаче, вследствие чего процесс обучения приобретает творческий аспект. Устанавливая логические связи между информационными блоками, выстраивая информацию, следуя собственной логике ее осмысления, обучаемый по сути дела становится соавтором, и, может быть, это и становится наиболее привлекательной стороной использования подобных курсов в процессе обучения.
Однако необходимо подчеркнуть, что ключевой проблемой в такой системе становится проблема организации «навигации», свободная или навязываемая автором-разработчиком стратегия исследования данного информационного поля, которая к тому же должна решать и собственно дидактические задачи. В исследованиях по теории гипертекста вопросы организации «чтения» гипертекстовой информации рассматриваются в совокупности с формальным анализом структуры гипертекстового поля, возможностями технических средств управления «навигацией», а также особенностями когнитивных стратегических предпочтений человека (вновь подчеркнем, что последнее остается до сих пор наименее изученной областью). В качестве достаточно хорошо проработанных формализованных стратегических моделей часто выступают модели, лежащие в основе систем автоматизированного поиска и систем автоматической обработки запросов.
Один из основных вопросов, встающих перед авторами гипертекстов — это соотношение традиционного письменного текста, имеющего линейную структуру, и гипертекста с его многоуровневой иерархически организованной стратификацией, — в частности, вопрос о правилах перехода от текста письменного к гипертексту.
При этом, как показывает опыт, рекомендуется следующая уровневая иерархия ссылок, взятых в их функциональном аспекте:
а) на первом, самом высоком уровне, используется жанр максимально коротких аннотаций для всех базовых терминологических понятий,
б) на следующем уровне дается предметное истолкование тех или иных понятий,
в) далее идет информационный слой, связанный с концептуальной трактовкой этих понятий, который может сопровождаться набором библиографических ссылок или ссылками на рекомендуемую литературу (в том числе и представленную в электронном виде в Интернете).
Как показывает практика, процедура оснащения исходного текста системой ссылок часто не представляется простой. Ключевые слова и словосочетания в гипертексте должны соответствовать следующим требованиям:
1) быть достаточно информативными (ключевые слова), т.е. обладать преимущественно терминологическим значением в пределах данного текста;
2) занимать определенную синтаксическую позицию во фразе, связанную в значительной мере с актуальным членением (относится к составу темы);
3) полностью соответствовать блоку информации, которая вызывается обращением к ним;
4) быть логически связанными только с одним информационным блоком в пределах данного гипертекста.
Употребление того или иного слова (словосочетания) в качестве ключевого для ссылки регулируется целым рядом морфологических, лексико-семантических и синтаксических критериев.
Особым образом проецируются на структуру и состав учебных компьютерных систем такие ключевые для гипертекста понятия, как объем и место в общей структуре информационных узлов разной степени значимости, а также типологическая иерархия связей между всеми узлами. Эти же параметры являются ключевыми и для оптимальной организации процесса навигации по информационным блокам.
В подготовленных учебных компьютерных материалах было экспериментально получено оптимальное количество допустимых ссылок в расчете на один абзац текста (не более 1 — 2 ссылок), а также рекомендуемый объем текстовой информации: при выводе на экран компьютера он должен занимать не более 1,5 или 2-х экранов.
Основными принципами мультимедийных информационных технологий являются:
интерактивный режим работы;
интегрированность с другими программными продуктами;
гибкость процесса изменения как исходных данных, так и постановок задач.
Мультимедийные технологии обеспечивают работу с анимацией, графикой, звуком и видео. Мультимедийные информационные технологии позволяют максимально удовлетворять информационные потребности пользователя, повысить качество предлагаемого материала.
Вопросы для самоконтроля
1. Основные понятия и классификация телеконференций.
2. Что такое Usenet?
3. Охарактеризуйте компьютерные видеоконференции.
4. Как используют аудиоконференции в дистанционном обучении?
5. Использование аудиографических конференций в обучении.
6. Как поместить объявление на электронной доске объявлений?
7. Каковы принципы работы электронной доски объявлений?
8. Использование гипертекста в экономических информационных системах.
9. Назовите причины широкого распространения гипертекста.
10. Чем характеризуются мультимедийные информационные технологии?
15. ИНТЕГРАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. ТЕХНОЛОГИИ КЛИЕНТ— СЕРВЕР
15.1. Сравнение типов информационных систем
В зависимости от способа организации обработки данных и взаимодействия пользователей, который поддерживается конкретной сетевой операционной системой, выделяют два типа информационных систем:
- иерархические сети;
- сети клиент/сервер.
В иерархических сетях все задачи, связанные с хранением, обработкой данных, их представлением пользователям, выполняет центральный компьютер. Пользователь взаимодействует с центральным компьютером с помощью терминала.
Достоинства иерархических систем:
- отработанная технология обеспечения отказоустойчивости, сохранности данных;
- надежная система защиты информации и обеспечения секретности.
Недостатки:
- высокая стоимость аппаратного и программного обеспечения, высокие эксплуатационные расходы;
- быстродействие и надежность сети зависят от центрального компьютера.
Примеры иерархических систем: SNA, IBM Corp., DNA, DEC.
В системах клиент/сервер обработка данных разделена между двумя объектами: клиентом и сервером. Клиент — это задача, рабочая станция, пользователь. Он может сформировать запрос для сервера: считать файл, осуществить поиск записи и т.п. Сервер — это устройство или компьютер, выполняющий обработку запроса. Он отвечает за хранение данных, организацию доступа к ним и передачу их клиенту. В системах клиент/сервер нагрузка по обработке данных распределена между клиентом и сервером, поэтому требования к производительности компьютеров, используемых в качестве клиента и сервера, значительно ниже, чем в иерархических системах.
По организации взаимодействия принято выделять два типа систем, использующих метод клиент/сервер:
- равноправная сеть;
- сеть с выделенным сервером.
Равноправная сеть — это сеть, в которой нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций, нет единого устройства хранения данных. Операционная система такой сети распределена по всем рабочим станциям, поэтому каждая рабочая станция одновременно может выполнять функции как сервера, так и клиента. Пользователю в такой сети доступны все устройства (принтеры, жесткие диски и т. п.), подключенные к другим рабочим станциям.
Достоинства: низкая стоимость (используются все компьютеры, подключенные к сети, и умеренные цены на программное обеспечение для работы сети); высокая надежность (при выходе из строя одной рабочей станции доступ прекращается лишь к некоторой части информации).
Недостатки: работа сети эффективна только при количестве одновременно работающих станций не более 10; трудности в организации эффективного управления взаимодействием рабочих станций и обеспечении секретности информации; трудности обновления и изменения ПО рабочих станций.
Сеть с выделенным сервером — здесь один из компьютеров выполняет функции хранения данных общего пользования, организации взаимодействия между рабочими станциями и выполнения сервисных услуг. На таком компьютере выполняется операционная система, и все разделяемые устройства (жесткие диски, принтеры, модемы и т.п.) подключаются к нему, выполняют хранение данных, печать заданий, удаленную обработку заданий. Рабочие станции взаимодействуют через сервер, поэтому логическую организацию такой сети можно представить топологией "звезда", где центральное устройство — сервер.
Достоинства: выше скорость обработки данных (определяется быстродействием центрального компьютера, и на сервер устанавливается специальная сетевая операционная система, рассчитанная на обработку и выполнение запросов, поступивших одновременно от нескольких пользователей); обладает надежной системой защиты информации и обеспечения секретности; проще в управлении по сравнению с равноправными.
Недостатки: такая сеть дороже из-за отдельного компьютера под сервер; менее гибкая по сравнению с равноправной.
Сети с выделенным сервером являются более распространенными. Примеры сетевых операционных систем такого типа: LAN Server, IBM Corp., VINES, Banyan System Inc., NetWare, Novell Inc.
15.2. Варианты технологии клиент — сервер
В настоящее время весьма актуален переход от небольших локальных сетей персональных компьютеров к промышленным корпоративным информационным системам — UPSIZING. Большинство средних и крупных государственных и коммерческих организаций постепенно отказываются от использования только ПК, задачей сегодняшнего дня является создание открытых и распределенных информационных систем.
На сегодняшний день развитие информационных технологий предлагает создание единых сетей предприятий и корпораций, объединяющих удаленные компьютеры и локальные сети, часто использующие разные платформы, в единую информационную систему. Т. е. необходимо объединить пользователей компьютеров в единое информационное пространство и предоставить им совместный доступ к ресурсам. Однако здесь возникает множество трудностей, связанных с решением задачи по организации каналов связи (кабель Ethernet не протянешь по городу, а тем более до другого конца планеты). При построении корпоративных сетей иногда используются телефонные каналы, но связь по таким коммутируемым линиям ненадежна, аренда выделенных линий связи дорога, а эффективность такого канала невысокая. Проблема возникает и при интегрировании в корпоративную сеть разнородных ЛВС, а также в подключении больших компьютеров, например, IBM mainframe или VAX. Сложности возникают и при объединении в одну локальную сеть компьютеров с разными ОС. Поэтому построение корпоративной сети задача не из легких.
Проблема первая — это каналы связи. Самым оптимальным вариантом является использование уже существующих глобальных сетей передачи данных общего пользования, чтобы коммуникационный протокол в корпоративной сети совпадал с принятым в существующих глобальных сетях. Наиболее рациональным выбором здесь следует считать протокол Х.25. Данный протокол позволяет работать даже на низкокачественных линиях связи, так как разрабатывался он для подключения удаленных терминалов к большим ЭВМ и соответственно включает в себя мощные средства коррекции ошибок, освобождая от этой работы пользователя.
Дальнейшее развитие Х.25 - Frame Relay, а также новые протоколы типа АТМ, хотя и обещают значительно большие скорости, требуют практически идеальных линий связи и, возможно, не скоро будут широко применяться в будущем. Существующие в нашей стране глобальные сети общего доступа — SprintNet, Infotel, Pochet и прочие — построены на базе Х.25
Протокол Х.25 позволяет организовать в одной линии до 4096 виртуальных каналов связи. Если протянуть к офису одну выделенную линию, то ее можно одновременно использовать для объединения нескольких удаленных офисов, подключения корпоративных информационных ресурсов, доступа к системам электронной почты.
Выделенная линия — это обычная телефонная линия, с которой можно работать на скоростях 9600 — 28800 бит/с. Более скоростные линии (64 Кбит/с и более) стоят значительно дороже.
Обычно сети Х.25 строятся на двух типах оборудования — Switch, или центр коммутации пакетов (ЦКП), и PAD (packet assembler/disassembler — сборщик/разработчик пакетов), называемый также пакетным адаптером данных (ПАД) или терминальным концентратором. ПАД служит для подключения к сети Х.25 оконечных устройств через порты. Пример использования ПАД в корпоративной сети — подключение банкоматов к центральному компьютеру банка.
Задача ЦКП состоит в определении маршрута, т. е. в выборе физических линий и виртуальных каналов в них, по которым будет пересылаться информация.
Переход к многопользовательским СУБД — качественный технологический скачок, обеспечивающий деятельность организаций в будущем. Реализация перехода к новой информационной системе (ИС) зависит от используемой и перспективной моделей клиент — сервер.
Модели клиент — сервер являются технологией взаимодействия компьютеров в сети. Каждый из компьютеров имеет свое назначение и играет свою определенную роль. Одни компьютеры в сети владеют и распоряжаются информационно- - вычислительными ресурсами (процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, база данных), другие имеют возможность обращаться к этим службам, пользуясь их услугами.
Компьютер, управляющий тем или иным ресурсом, называют сервером этого
ресурса, а компьютер, пользующийся им, — клиентом.
Каждый конкретный сервер определяется видом того ресурса, которым он владеет. Например, назначением сервера баз данных является обслуживание запросов клиентов, связанных с обработкой данных; файловый сервер, или файл-сервер, распоряжается файловой системой и т. д.
Этот принцип распространяется и на взаимодействие программ. Программы имеют распределенный характер, т. е. одна часть функций прикладной программы реализуется в программе-клиенте, а другая — в программе-сервере, а для их взаимодействия определяется некоторый протокол.
Рассмотрим эти функции. Один из основных принципов технологии клиент-сервер заключается в разделении функций стандартного интерактивного приложения на четыре группы, имеющие различную природу.
Первая группа — функции ввода и отображения данных.
Вторая группа — объединяет чисто прикладные функции, характерные для данной предметной области (для банковской системы — открытие счета, перевод денег с одного счета на другой и т. д.).
Третья группа — фундаментальные функции хранения и управления информационно-вычислительными ресурсами (базами данных, файловыми системами и т. д.).
Четвертая группа — служебные функции, осуществляющие связь между функциями первых трех групп.
В соответствии с этим в любом приложении выделяются следующие логические компоненты:
- компонент представления (presentation), реализующий функции первой группы;
- прикладной компонент (business application), поддерживающий функции второй группы;
- компонент доступа к информационным ресурсам.
Различия в реализации технологии клиент — сервер определяются следующими факторами:
- видами программного обеспечения, в которые интегрирован каждый из этих компонентов;
- механизмами программного обеспечения, используемыми для реализации функций всех трех групп;
- способом распределения логических компонентов между компьютерами в сети;
- механизмами, используемыми для связи компонентов между собой.
Выделяются четыре подхода, реализованные в следующих моделях:
1) модель файлового сервера (File Server - FS);
2) модель доступа к удаленным данным (Remote Data Access - RDA);
3) модель сервера баз данных (Data Base Server - DBS);
4) модель сервера приложений (Application Server - AS).
Архитектура файл-сервер не имеет сетевого разделения компонентов PS и PL и использует компьютер для функций отображения, что облегчает построение графического интерфейса. Файл-сервер только извлекает данные из файлов.
Объектами разработки в файл-серверном приложении являются компоненты приложения, определяющие логику диалога PL, а также логику обработки BL и управления данными DL.
Однако такая архитектура имеет недостаток: при выполнении запросов к базе данных клиенту могут передаваться большие объемы данных, загружая сеть и приводя к непредсказуемости времени реакции. Для устранения этого недостатка в локальной сети размещается сервер приложений, совмещенный с сервером доступа, в среде которого выполняются обычные файл-серверные приложения.
Кроме того, файл-серверные системы создаются на основе локальных СУБД, которые привлекают своей простотой, удобством использования и доступностью. Но такие системы не отвечают требованиям обеспечения целостности данных.
Архитектура клиент – сервер. Особенностью архитектуры клиент — сервер является использование выделенных серверов баз данных, понимающих запросы на языке структурированных запросов SQL и выполняющих поиск, сортировку и агрегирование информации. Объектами разработки в таких приложениях помимо диалога и логики обработки являются, прежде всего, реляционная модель данных и связанный с ней набор SQL- операторов для типовых запросов к базе данных.
Большинство конфигураций клиент — сервер использует двухуровневую модель: приложение работает у клиента, СУБД – на сервере (рис. 29).
Клиент
Управление
данными
Диалог
Логика обработки
Сервер
PS, PL
BL, DL
DS, FS
Рис.
29. Вариант клиент-серверной информационной
системы
Результаты SQL-запроса должны вернуться к клиенту для обработки, потому что там находится BL (логика принятия решений). Такая схема приводит к дополнительному усложнению администрирования приложений, разбросанных по различным клиентским узлам.
Модель файлового сервера(FS) является базовой для локальных сетей ПК. До недавнего времени была популярна среди отечественных разработчиков, использовавших такие системы, как FoxPro, Clipper, Clarion, Paradox и т. д.
Один из компьютеров в сети считается файловым сервером и предоставляет другим компьютерам услуги по обработке файлов. Файловый сервер работает под управлением сетевой операционной системы (Novell NetWare) и играет роль компонента доступа к информационным ресурсам (т. е. к файлам). На других ПК в сети функционирует приложение, в кодах которого совмещены компонент представления и прикладной компонент.
Протокол обмена представляет собой набор вызовов, обеспечивающих приложению доступ к файловой системе на файл-сервере.
К недостаткам технологии данной модели относят низкий сетевой трафик (передача множества файлов, необходимых приложению), небольшое количество операций манипуляции с данными (файлами), отсутствие адекватных средств безопасности доступа к данным (защита только на уровне файловой системы).
Модель доступа к удаленным данным (RDA) существенно отличается от FS-модели методом доступа к информационным ресурсам. В RDA-модели коды компонента представления и прикладного компонента совмещены и выполняются на компьютере-клиенте. Доступ к информационным ресурсам обеспечивается операторами специального языка (SQL, если речь идет о базах данных) или вызовами функций специальной библиотеки (если имеется специальный интерфейс прикладного программирования — API).
Запросы к информационным ресурсам направляются по сети удаленному компьютеру, который обрабатывает и выполняет их, возвращая клиенту блоки данных.
Говоря об архитектуре клиент — сервер, подразумевают данную модель. Основное достоинство RDA-модели заключается в унификации интерфейса клиент — сервер в виде языка SQL и широком выборе средств разработки приложений. К недостаткам можно отнести существенную загрузку сети при взаимодействии клиента и сервера посредством SQL-запросов; невозможность администрирования приложений в RDA, т. к. в одной программе совмещаются различные по своей природе функции (представления и прикладные).
Модель сервера баз данных (DBS) реализована в некоторых реляционных СУБД (Informix, Ingres, Sybase, Oracle).
Ее основу составляет механизм хранимых процедур — средство программирования SQL-сервера. Процедуры хранятся в словаре баз данных, разделяются между несколькими клиентами и выполняются на том же компьютере, где функционирует SQL-сервер. В DBS-модели компонент представления выполняется на компьютере-клиенте, в то время как прикладной компонент оформлен как набор хранимых процедур и функционирует на компьютере-сервере БД. Там же выполняется компонент доступа к данным, т. е. ядро СУБД.
Понятие информационного ресурса сужено до баз данных, поскольку механизм хранимых процедур — отличительная характеристика DBS-модели — имеется пока только в СУБД.
Достоинства DBS-модели:
- возможность централизованного администрирования прикладных функций;
- снижение трафика (вместо SQL-запросов по сети направляются вызовы хранимых процедур);
- возможность разделения процедуры между несколькими приложениями;
- экономия ресурсов компьютера за счет использования единожды созданного плана выполнения процедуры.
К недостаткам относится:
- ограниченность средств написания хранимых процедур, представляющих собой разнообразные процедурные расширения SQL, которые уступают по изобразительным средствам и функциональным возможностям в сравнении с языками С или Pascal. Сфера их использования ограничена конкретной СУБД из-за отсутствия возможности отладки и тестирования разнообразных хранимых процедур.
На практике чаще используются смешанные модели, когда целостность базы данных и некоторые простейшие прикладные функции обеспечиваются хранимыми процедурами (DBS-модель), а более сложные функции реализуются непосредственно в прикладной программе, которая выполняется на компьютере-клиенте (RDA-модель).
Модель сервера приложений (AS) представляет собой выполняемый на компьютере-клиенте процесс, отвечающий за интерфейс с пользователем (т. е. реализует функции первой группы).
Прикладной компонент реализован как группа процессов, выполняющих прикладные функции, и называется сервером приложения (Application Server - AS).
Доступ к информационным ресурсам осуществляет менеджер ресурсов (например, SQL-сервер). Из прикладных компонентов доступны такие ресурсы, как: базы данных, очереди, почтовые службы и др. AS, размещенная на компьютере, где функционирует менеджер ресурсов, избавляет от необходимости направления SQL-запросов по сети, что повышает производительность системы.
Модели RDA и DBS опираются на двухзвенную схему разделения функций:
- в RDA-модели прикладные функции отданы программе-клиенту (прикладной компонент сливается с компонентом представления);
- в DBS-модели ответственность за их выполнение берет на себя ядро СУБД (прикладной компонент интегрируется в компонент доступа к информационным ресурсам).
В AS-модели реализована трехзвенная схема разделения функций. Здесь прикладной компонент выделен как важнейший изолированный элемент приложения. Сравнивая модели, следует отметить, что AS обладает наибольшей гибкостью и имеет универсальный характер.