Методическое пособие 620

5

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОРОНЕЖСКИЙ ИНСТИТУТ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

Т.А. Некравцева, Т.О. Толстых, О.Н. Чопоров

МОДЕЛИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ И ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ

Воронеж 2000

6

УДК 381.3 Некравцева Т.А., Толстых Т.О., Чопоров О.Н. Моделирование, анализ и

оценка надежности информационных систем и технологий: Учеб. Пособие. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2000. 220 с.

Рассматриваются основы теории моделирования, системное моделирование, имитационное моделирование, математические модели процессов функционирования систем, теория систем массового обслуживания, сетевые модели, вопросы статистической обработки ретроспекивной информации и результатов имитационного моделирования, общие правила построения и способы реализации моделей систем на ЭВМ, методологические основы обеспечения надежности информационных систем.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 190500 «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» и 071900 «Информационные системы» при изучении курсов «Моделирование информационных процессов и систем», «Моделирование биологических процессов и систем», «Надежность информационных систем», «Информационные технологии», а также может быть полезным для студентов и аспирантов, изучающих данное направление.

Методические указания подготовлены на магнитном носителе в текстовом редакторе MS Word 7.0 и содержатся в файле ―ЛР №1_2 по курсу ЗИ.doc‖

Табл. 6. Ил. 30. Библиогр.: 30 назв.

Научный редактор д-р техн. наук И.Я. Львович.

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

Рецензенты: кафедра информационно-технического обеспечения ОВД Воронежского института МВД России (начальник кафедры д-р техн. наук, проф. Д.Б. Десятов);

Д-р техн. наук, проф. А.Г. Юрочкин

Некравцева Т.А., Толстых Т.О., Чопоров О.Н. Оформление. Воронежский государственный

7

ВВЕДЕНИЕ

На современном этапе экономического развития страны одной из важнейших, наиболее острых и неотложных проблем является качество и надежность продукции и работ (услуг). Немаловажное место при решении этой проблемы занимает повышение качества и надежности разработок в области создания информационных систем, используемых в различных сферах деятельности: обработки данных, проектирования, научных исследований и т.п. Качество функционирования информационных систем является одним из важнейших факторов успешной деятельности любой организации (компании, корпорации, фирмы или предприятия, являющиеся филиалом или самостоятельным учреждением, общественным или частным). Решение проблемы качества и надежности тесно связано и с экономической эффективностью, повышение которой особенно важно для развития экономики любой организации в условиях рыночного хозяйствования.

Повышение качества и надежности разработок в области создания информационных систем - многогранная проблема. Она имеет социальный, экономический, научно-технический, организационно-технический и другие аспекты.

Социальный аспект проблемы заключается в необходимости своевременного приведения качества и надежности разработок в соответствие с постоянно ужесточающимися во всем мире требованиями, предъявляемыми потребителем к качеству продукции, которое в первую очередь определяется такими социальными факторами, как профессиональное мастерство и качество труда. Ужесточение требований сопровождается осознанной всеми необходимостью постоянного повышения качества, без чего невозможно достижение и поддержание эффективной деятельности.

Экономический аспект проблемы повышения качества и надежности продукции и работ (услуг) определяется тем, что данная проблема является частью более общей проблемы - повышения эффективности общественного производства.

Научно-технический аспект проблемы обуславливается тем, что, с одной стороны, уровень качества разработок информационных систем зависит от достижений науки и техники, а также темпов внедрения достижений в различных сферах производственной и непроизводственной деятельности, а с другой – тем, что уровень качества и надежности разработок ИС определяющим образом влияет на темпы научно-технического прогресса.

8

Организационно-технический аспект проблемы повышения качества и надежности проектных разработок ИС определяется зависимостью ее решения от уровня организации общественного производства в целом, а также от конкретных организаций, выполняющих разработки проектов ИС.

Информационная система является уникальной системой для каждого отдельного объекта и требует особого подхода к процессу разработки и внедрения. Сложность разработки, связанная с невозможностью экспериментальной проверки проектных решений до момента внедрения написанных и отлаженных компьютерных программ, а также полной отработки операций, выполняемых персоналом, требует тщательной проработки основных принципиальных решений при проектировании и обеспечении возможности их дальнейшей корректировки в процессе функционирования. Это объясняется тем, что все ошибки проектирования подобных систем проявляются практически только при вводе системы в эксплуатацию. Учитывая, что система предназначена для осуществления сложных по структуре процессов, следует предусмотреть возможность ее адаптации, то есть приспособление системы к изменению функционирования объекта управления (хозяйствующего объекта) под влиянием воздействий внешней среды или внутренних вздействий. Это возможно с использованием математических моделей и организации имитационного эксперимента. В процессе создания необходимо включать в ИС современные формы организации и методы проектирования, средства вычислительной и организационной техники таким образом, чтобы не была нарушена непрерывность развития объекта автоматизации и создаваемые системы в дальнейшем могли модифицироваться (расширяться, развиваться), но не создаваться заново. Опыт подсказывает, что это может быть достигнуто за счет интеграции в одну целостную систему процессов управления разработкой и внедрением ИС, а также за счет повышения качества и надежности этих процессов, а также процесса функционирования ИС.

9

ГЛАВА 1. РАЗВИТИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЙ "ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ"

Как отмечалось выше, в настоящее время методы и средства информатики материализуются и доходят до конечного пользователя в виде информационных технологий.

В толковом словаре по информационной технологии "Dictionary of Information Technology" (1982 г.) говорится, что информационная технология - это получение, обработка, хранение и передача графической, текстовой, цифровой, аудио- и видеоинформации на основе микроэлектронных средств вычислительной техники и связи.

В толковом словаре по вычислительной технике "Dictionary of Computing" (1986г.) под информационной технологией подразумевают любую форму технологии, т.е. любые средства, используемые человеком, для обработки информации.

Определение. Информационные технологии – это совокупности методов и средств реализации информационных процессов в различных областях человеческой деятельности.

При этом под информационными процессами понимают следующие:

-сбор, прием, восприятие (эти процессы отражают взаимодействие системы с внешней средой);

-передача информации между отдельными подсистемами системы;

-переработка, анализ, отбор информации, создание новой информации, использование информации;

-хранение, запоминание информации;

-передача информации из системы во внешнюю среду.

Классификация информационных технологий

Рассмотрим вариант классификации, учитывающий возможность выделения типовых задач обработки информации, а также эффективность разработки, воспроизводства и применения технологий.

В составе основных операций по обработке информации, таких как создание, накопление, преобразование, передача, поиск, распределение, вывод и других, можно указать ряд автономных типовых функций обработки информации. К ним, в частности, относятся:

-математические вычисления;

10

-аналитические и символьные преобразования;

-математическое моделирование;

-алгоритмизация;

-программирование; обработка текстовой информации (занесе-

ние;

-изменение, контекстный поиск и др.);

-обработка табличной информации (занесение, вычисления и др.);

-деловая графика (диаграммы, схемы и др.);

-машинная графика (занесение, преобразование, выделение и др.);

-обработка изображений (ввод, преобразование, выдача, архивиза-

-ция, передача и др.);

- обработка сигналов, в т.ч. звуковых (ввод, преобразование,

-хранение, вывод и др.);

-передача и распределение информации и др.

Информационные технологии можно классифицировать по следующим критериям:

-функционально-ориентированные технологии;

-предметно-ориентированные технологии;

-проблемно-ориентированные технологии.

Функционально-ориентированные информационные технологии предназначены для реализации одной из типовых относительно автономных задач обработки информации. Такие технологии могут обладать довольно высокой степенью универсальности и быть доступными для разработки и воспроизводства при минимальном участии будущего потребителя.

Предметно-ориентированные информационные технологии предназначены для решения конкретной специфической задачи в конкретной области. Они максимальным образом удовлетворяют частным требованиям данного применения и могут обладать наименьшей степенью универсальности. Как правило, их появление невозможно без участия будущего пользователя.

Однако часто удается обобщить требования со стороны ряда конкретных приложений и выделить некоторые прикладные проблемы. Отсюда возникает понятие проблемно-ориентированной технологии, которая занимает в определенной степени промежуточное положение между функцио- нально-ориентированной и предметно-ориентированной технологией. Потенциальные пользователи такой технологии могут принять участие в ее разработке только на начальной стадии обобщения и типизации конкретных задач или конечной стадии - при разработке некоторых специализированных

11

дополнений. Это позволяет основную часть технологии создавать автономно от пользователя и применять унифицированные технические решения.

В соответствии с выбранной классификацией к функциональноориентированным технологиям относятся:

-математические вычисления;

-аналитические и символьные преобразования;

-математическое моделирование;

-алгоритмизация;

-программирование;

-обработка текстовой информации;

-обработка табличной информации;

-деловая графика;

-обработка изображений;

-обработка сигналов;

-передача и распределение информации и др.

Предметно-ориентированные технологии базируются на использова-

нии:

-информационно-поисковых систем;

-баз данных и баз знаний;

-экспертных систем;

-систем автоматизации научных исследований;

-систем автоматизированного проектирования;

-систем автоматизации профессионального труда;

-систем автоматизации производства;

-обучающих систем;

-настольно-издательских систем;

-систем для перевода с одного языка на другой;

-телеконференций и др.

Примерами проблемно-ориентированных информационных технологий могут служить технологии для:

-медицинских систем;

-общего и специального профессионального обучения;

-страховых, финансовых и банковских систем;

-средств массовой информации;

-средств социальной реабилитации;

-игровых и развлекательных систем;

-применений в быту.

12

В зависимости от поставленных целей возможно использование и других критериев классификации. Например, по типу применяемых ЭВМ, программных средств, средств передачи данных.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 Что понимается под информационными технологиями?

2.Понятие информыционных процессов.

3.Классификация информационных технологий

4.По каким критериям можно классифицировать информационные технологии ?

5.Функционально-ориентированные технологии.

6.Предметно-ориентированные технологии.

7.Проблемно-ориентированные технологии.

13

ГЛАВА 2. СИСТЕМНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

В настоящее время при анализе и синтезе больших ИС получил развитие системный подход, который отличается от классического или индуктивного подхода. Последний рассматривает систему путем перехода от частного к общему и синтезирует систему путем слияния еѐ компонент, разрабатываемых раздельно. В отличие от этого системный подход предполагает последовательный переход от общего к частному, когда в основе рассмотрения лежит цель, причем исследуемый объект выделяется из окружающей среды.

2.1. Основные понятия теории системного моделирования

Внастоящее время нельзя назвать область человеческой деятельности,

вкоторой в той или иной степени не использовались бы методы моделирования. Особенно это относится к сфере управления различными системами, где основными являются процессы принятия решений на основе получаемой информации.

Модель (лат. modulus — мера) — это объект-заместитель объектаоригинала, обеспечивающий изучение некоторых свойств оригинала.

Моделирование - это представление объекта моделью для получения информации об этом объекте путем проведения экспериментов с его моделью. Теория замещения одних объектов (оригиналов) другими объектами (моделями) и исследования свойств объектов на их моделях называется тео-

рией моделирования.

В процессе изучения модель выступает в роли относительного самостоятельного квазиобъекта, позволяющего получить при исследовании некоторые знания о самом объекте.

Если результаты моделирования подтверждаются и могут служить основой для прогнозирования процессов, протекающих в исследуемых объектах, то говорят, что модель адекватна объекту. При этом адекватность модели зависит от цели моделирования и принятых критериев.

14

Принципы системного подхода в моделировании систем

При анализе и синтезе больших систем используются два подхода: классический (или индуктивного) и системный подход.

Индуктивный подход рассматривает систему путем перехода от частного к общему и синтезирует (конструирует) систему путем слияния ее компонент, разрабатываемых раздельно.

Системный подход предполагает последовательный переход от общего к частному, когда в основе рассмотрения лежит цель, причем исследуемый объект выделяется из окружающей среды.

Введем некоторые определения:

Система S — целенаправленное множество взаимосвязанных элементов любой природы.

Внешняя среда Е — множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздействием.

Важным для системного подхода является определение структуры системы — совокупности связей между элементами системы, отражающих их взаимодействие. Выделяют структурный и функциональный подход к исследованию структуры системы и ее свойств.

При структурном подходе выявляются состав выделенных элементов системы S и связи между ними. Совокупность элементов и связей между ними позволяет судить о структуре системы, которая в зависимости от цели исследования может быть описана на разных уровнях рассмотрения. Наиболее общее описание структуры — это топологическое описание, позволяющее определить в самых общих понятиях составные части системы и хорошо формализуемое на базе теории графов.

Менее общим является функциональное описание, когда рассматриваются отдельные функции, т. е. алгоритмы поведения системы, и реализуется функциональный подход, оценивающий функции, которые выполняет система, причем под функцией понимается свойство, приводящее к достижению цели.

Проявление функций системы во времени S(t), т. е. функционирование системы, означает переход системы из одного состояния в другое, т.е. движение в пространстве состояний Z. При эксплуатации системы S весьма