1. Основные понятия, определения
И КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
Понятие информационной технологии
Техническое перевооружение предприятия осуществляется на базе внедрения современной вычислительной техники, промышленных роботов, новых технологических процессов.
Перечисленные средства объединяются в гибкие производственные системы и интегрированные производственные комплексы, в которых под управлением вычислительной техники увязан весь процесс - от разработки до выпуска готовых изделий. Создание интегрированных производственных комплексов требует интенсификации работ в области формирования баз данных, интегрирования средств вычислительной техники, обмена информацией и т. п.
Под информационной технологией понимается совокупность процессов сбора, передачи, переработки, хранения и доведения до пользователей информации.
Все эти процессы осуществляются с помощью современных средств вычислительной техники: мини- и микроЭВМ, персональных ЭВМ, распределенной переработки информации, распределенных баз данных, различных вычислительных сетей, способов представления и переработки информации, основанных на применении искусственного интеллекта и т.д.
Значение информационной технологии многократно возрастает в условиях перестройки экономики.
В Великобритании реализуется программа информационной технологии (Information Technology) под руководством специально созданного министерства под этим же названием. Одним из направлений деятельности японского Института информационной технологии является изучение и анализ существующих систем обработки информации и тенденций их развития как в Японии, так и за рубежом.
Следует отметить, что лишь незначительная часть информации потребляется производством непосредственно в том виде, в котором она поступает извне или вырабатывается внутри системы. Большая часть информации подлежит переработке, хранению, передаче, сбору, доведению до пользователей. В целом можно говорить о процессах циркуляции и переработки информации (информационных процессах).
В определении любой технологии, лежащей в основе производственного процесса, можно выделить следующие основные элементы: предмет, способ и методы обработки, орудия производства, описание способов производства. Технологии как процессу свойственны упорядоченность и организованность.
1.2. Информационная технология как система
Рассмотрим основные подходы к системному анализу ИТ. Основными свойствами ИТ являются: целесообразность, наличие компонентов и структуры, взаимодействие с внешней средой, целостность, развитие во времени. Попробуем последовательно раскрыть каждое из них.
Целесообразность системы определяется стремлением к достижению определенных целей и значимостью этих целей.
Основная цель реализации ИТ состоит в повышении эффективности производства на базе использования современных ЭВМ ЕС, мини- и микроЭВМ, персональных ЭВМ (ПЭВМ), распределенной переработки информации, распределенных БД, различных ИВС путем обеспечения циркуляции и переработки информации в интересах проектирования и производства продукции под единым управлением.
Для современного производства характерен ряд противоречий: между мелкосерийностъю объектов производства и крупными масштабами самого производства; между усложнившимся характером производства и сокращающимися ре-
сурсами времени для выполнения функций управления (скорость переработки информации отстает от ритма производственного процесса); между углублением специализации в производстве и в системе управления.
Основным средством устранения перечисленных противоречий явилась автоматизация производства на основе иcпользования промышленных роботов, современного технологического оборудования, объединяемых в гибкие производственные системы современной ИТ.
Наибольший эффект дает использование роботов совместно с автоматизированным технологическим оборудованием в составе крупных комплексов - автоматизированных участков, цехов и заводов.
Наглядное представление о функционировании предприятия в условиях ИПК дает рис. 1. Центральным является производственный цикл.
Рис. 1. Функциональная схема интегрированной автоматизированной системы управления предприятием
Широкий круг задач возлагается на АСНИ: от организации систем научно-технической информации до поискового конструирования, включая построение математических моделей, сбор и обработку результатов измерений (наблюдений), проектирование экспериментальных установок и т. п.
Целью САПР является выдача конструкторской документации, которая может быть результатом поиска аналога (прототипа) или результатом конструирования (включающего необходимые расчеты) оригинального изделия.
Чрезвычайно многообразны задачи АСТПП, к которым относятся: планирование использования технологического оборудования, подготовка (либо проектирование и изготовление) инструмента и вспомогательного оборудования, подготовка программ для технологического оборудования.
Настоящий период характеризуется, во-первых, объективной потребностью в использовании вычислительной техники, информационного и программного обеспечения различных процессов как средств повышения эффективности производства; во-вторых, наличием на каждом предприятии вычислительного центра или АСУ, решающих задачи научных исследований, проектирования, подготовки производства и т. д.
Всякая система представляет собой совокупность некоторого числа компонентов — частей системы, вступающих в определенные отношения с другими ее частями. При рассмотрении ИТ можно выделить следующие компоненты: функциональные (реализуемые процессы); содержательные (основные), составляющие БЗ, и опорные (инвариантные), позволяющие построить опорную ИТ.
Существуют следующие виды процессов, реализуемых в составе ИТ: сбор, передача, переработка, хранение и доведение до пользователей. Назначение каждого из перечисленных процессов указано в табл. 1.
Таким образом, функциональные компоненты - это конкретное содержание процессов циркуляции и переработки информации, вытекающее из особенностей и предметной области.
Базы знаний состоят из концептуальной части или модели предметной области, баз данных и алгоритмической части или прикладного программного обеспечения.
Модель предметной области образуется совокупностью описаний, которые должны обеспечивать полное взаимопонимание и правильную интерпретацию исходных сведений и требований в цепочке, крайними звеньями которой являются разработчик и пользователь системы.
Таблица 1
Процессы циркуляции и переработки информации
• Процесс |
Назначение |
Сбор информации i |
Обеспечение этапов производственного цикла и системы управления таким объемом сведений, который позволяет выполнять поставленные задачи |
Передача информации |
Перенос информации в пространстве. Это! функция средств доставки информации (системы обмена данными) |
Переработка информации |
Обоснование решений и целесообразных способов действий. Выработанная последовательность действий оформляется в виде документов: конструкторских, технологических, управленческих, программных и т. д. |
Хранение информации |
Перенос информации во времени. Хранение информации обеспечивает накопление опыта, запоминание сведений о ходе развития процессов производства |
Доведение информации до пользователя |
Преобразование сведений о процессе производства и сведений, влияющих на ход этого процесса, в форму, обеспечивающую оперативное и безошибочное восприятие их пользователями, и непосредственная выдача сведений пользователям |
База данных - это совокупность специальным образом структурированной информации на машиночитаемых носителях, назначением которой является отображение предметной области. БД допускает использование хранящейся информации оптимальным образом для одного или нескольких приложений".
1.3. Классификация информации по функциональному назначению
Всю информацию по функциональному назначению независимо от принадлежности к подсистемам ИАСУ подразделяют на директивную, нормативно-техническую, учетно-производственную и вспомогательную.
Директивная информация содержит основные технико-экономические и плановые задания, получаемые от вышестоящих органов управления. В общем объеме информации ее удельный вес не превышает одного процента.
Нормативно-техническая информация включает в себя данные о составе изделий, технологии их производства, технологических нормативах, справочники и классификаторы, обеспечивающие разработку конструкторско-технологической и программной документации и ведение соответствующих им массивов, а также научно-техническую информацию. В общем объеме удельный вес нормативно технической информации может достигать 50 %.
Учетно-производственная информация отражает движение материальных ценностей и учетных данных о подготовке и ходе производства, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах. В общем объеме доля учетно-производственной информации также может достигать 50 %.
Вспомогательная информация отражает режимы работы подразделений предприятия. Удельный вес ее не превышает 1 %.
Прикладное ПО - это совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ, регламентирующих правила содержательной формализованной переработки информации. Прикладное ПО в большинстве случаев реализуется в виде комплекса задач. Разработанные задачи оформляются в виде пакетов прикладных программ, включаются в Государственный фонд алгоритмов и программ.
Совокупность опорных (базовых, инвариантных) компонентов позволяет построить опорную ИТ, которая является основой автоматизированной переработки информации на промышленных предприятиях.
Таким образом, опорная технология — это совокупность аппаратных средств автоматизации, системного и программного обеспечения, на основе которых реализуются узлы и подсистемы хранения и переработки информации.
О писанная последовательность и взаимосвязь компонентов ИТ представлена на рис. 2
Рис. 2. Структура информационной технологии
К аждая система (подсистема) всегда есть компонент дру-гой системы, более высокого уровня.
Взаимодействие ИТ с внешней средой показано на рис. 3.
Рис. 3. Взаимодействие информационной технологии с внешней средой
Взаимодействие ИТ конкретного предприятия с ИТ других предприятий и систем определяется параметрическими связями S31, и S32 и носит характер информационного обмена.
Связи S31, носят потребительский характер и обеспечивают использование элементов фонда данных и фонда алгоритмов и программ, распределенных на других предприятиях. Связи S32, наоборот, обеспечивают снабжение других предприятий данными и программными изделиями, содержащимися в фондах рассматриваемого предприятия.
Взаимодействие ИТ с системой научных знаний характеризуется множествами параметров S41 и S42. Первые (S41) определяют поток научных результатов, которые могут быть в формализованном виде использованы в процессе разработки ИТ: законы общественного производства и законы управления, законы природы, математические и имитационные методы.
Множество S42 содержит параметры, характеризующие результаты, полученные в процессе разработки ИТ, которые могут оказать влияние на развитие науки.
Взаимодействие ИТ с промышленностью, как и во всех предыдущих рассмотренных случаях, определяется двусторонними связями: S51 и S52. Связи S51 определяют поступление программных и технических средств, необходимых для реализации ИТ. Множество S52 содержит параметры, характеристики и требования к средствам автоматизации, обоснованные на начальных этапах проектирования конкретных информационных технологий.
1.4. Современная концепция информационной технологии
Будем считать, что ИТ должна отвечать следующим требованиям:
обеспечивать реализацию процессов циркуляции и переработки информации системы производства и управления с заданными критериями их эффективности, стоимости и сроков разработки;
содержать набор блоков переработки информации и информационно-технологических процессов во взаимосвязи между собой и с нормативами их выполнения;
содержать программно-аппаратные средства поддержки информационно-технологических процессов;
определять организационную структуру, обеспечивающую планирование и нормирование процессов циркуляции и переработки информации;
содержать методы реализации процессов циркуляции и переработки информации, их документирования и контроля,
определять формы программных и технологических документов;
определять порядок освоения и внедрения ИТ, а также использования ее как базы для привязки средств автоматизации к конкретным условиям производства и управления им.
Первая составная часть концепции, в основу которой положены требования к технологии, в меньшей степени зависит от времени по сравнению со второй ее частью - принципами построения ИТ, изменяющимися вместе с развитием реализующих ее средств. В качестве принципов построения ИТ перечислим следующие: открытость, распределенность, интеграция, унификация, персонализация.
Принцип открытой системы требует гибкой организации ИТ и отражает два свойства: способность к развитию и взаимодействие с внешней средой.
Система называется открытой, если существуют другие связанные с ней системы, которые оказывают на нее воздействие и на которые она тоже влияет.
Принцип распределенной системы явился результатом развития методов применения вычислительной техники и обеспечивает переработку и хранение данных непосредственно на рабочих местах (или вблизи них) должностных лиц, нуждающихся в выполнении этих процессов.
Принцип интегрированной системы требует взаимной увязки, приспособления и взаимодействия всех составных частей ПАСУ. Интеграция происходит по нескольким направлениям: на функциональном направлении необходима интеграция информационно-технологических процессов, на организационном - производственных подразделений и других структурных единиц, на исполнительском - конкретных пользователей и системы и т.д.
Реализация принципа унифицированной системы служит одним из средств расширения масштабов внедрения ИТ при относительном сокращении затрат на ее создание.
В настоящее время существует принципиальная возможность на основе использования современных средств автоматизации переработки информации реализовать ИТ в любой отрасли промышленности.
С усложнением технологии обычно уменьшается степень реализации (определяется наличием прикладного программного обеспечения, соответствующих технических средств и разработанных технологических процессов) и одновременно рез-ко возрастает стоимость реализации.
Одним из средств расширения масштабов внедрения со-временной ИТ при одновременном относительном сокращении затрат может явиться унификация информационно-технологических процессов.
Преимущества унифицированной ИТ не являются абсолютными. Они связаны, прежде всего, с масштабами ее применения. Как следует из графика, представленного на рис. 4, область эффективного использования унифицированной ИТ определяется масштабом унификации М, удовлетворяющим условию М > Мmin .
Правее отрезка РМmin лежит область эффективного применения унифицированной технологии.
Рис. 4. Зависимости стоимости S и степени унификации С информационной технологии от масштаба унификации М: 1 - S=f(M) при индивидуальной ИТ; 2 - S=f(M) при унифицированной ИТ; 3 - C=f(M)
Достижимая в настоящее время степень унификации ИТ на предприятиях отрасли, размещенных в крупном регионе (10-15 предприятий), приведена в табл. 2.
Таблица 2
Достижимая степень унификации ИТ и ее компонентов
Информационная технология и ее компоненты |
Достижимая степень унификации, % |
База знаний |
25-35 |
В том числе. модель предметной области прикладное программное обеспечение база данных |
0-20 30-50 40-60 |
Опорная ИТ |
60-75 |
В том числе: аппаратные средства программные средства подсистема управления данными подсистема переработки данных подсистема административного управления ИТ в целом |
60-80 50-70 75-95 40-60 65-85 30-50 |
Принцип персонализированной системы в наибольшей степени оказывает влияние на составные части ИТ.
Вывод: не существует универсальной ИТ, поскольку принятые в ней концептуальные основы могут оказаться совершенно неадекватными в конкретных условиях применения.
1.5. Классификация информационных технологий
Информационная технология может внедряться в самых различных сферах и иметь множество отличительных черт. Представление о многообразии ИТ можно составить на основании табл. 3.
Таблица 3
Классификация информационных технологий
Классификационные признаки |
Значение признаков |
Области приложения |
Промышленность, строительство, образование и т. д. |
Тип производства |
Мелко-, средне- и крупносерийное, массовое, единичное |
Роль в области приложения |
Основная, вспомогательная |
Степень автоматизации |
Автоматизированная, механизированная, смешанная, ручная |
Масштаб |
Подразделение (подсистема) предприятия (звено ИАСУ), предприятие (учреждение), объединение, регион, отрасль, республика, страна |
Реализуемые функции |
Управление и основные функции*, только управление, только основные функции |
Степень централизации |
Средства автоматизации частично централизованы, средства автоматизации централизованы, средства автоматизации децентрализованы |
Содержание |
Программируемая (жесткая), профессионально-техническая, научно-техническая, научно-исследовательская |
Форма |
Предметная, пооперационная |
* Основные функции специфичны в каждой области приложения. Например, в области образования - это учебный процесс, в промышленности - этапы производственного цикла (научные исследования, проектирование, подготовка производства, непосредственное производство и т.д.) |
Для получения качественной оценки введем понятие научно-технического уровня (НТУ), характеризующего степень соответствия создаваемой или функционирующей ИТ положениям концепции, перечисленным в п. 1.5. Будем считать, что НТУ соответствует функция Е, построенная в виде выражения
E = , (1)
где 1 - частные показатели НТУ ИТ; 1 - весовые коэффициенты частных показателей НТУ ИТ ( =1). При этом Е 1, т.е. НТУ ИТ выражается безразмерной величиной, при наиболее благоприятных принятых решениях стремящейся к единице.
Значения коэффициентов могут быть получены методом экспертных оценок. При этом экспертиза проводится в три этапа. Перечень вопросов каждого из этапов представлен в
табл. 4.
Таблица 4
Этапы экспертизы
Номер |
Перечень вопросов для экспертизы |
Этапы экспертизы |
||
I |
II |
III |
||
1 |
Перечень частных показателей с разновидностями решений по каждому из них |
+ |
- |
- |
2 |
Шкала оценок разновидностей решений по каждому частному показателю |
- |
+ |
+ |
3 |
Весовые коэффициенты частных показателей |
+ |
+ |
- |
Этап I экспертизы можно назвать подготовительным, II этап - основным и III этап - уточняющим.
Состав и значение коэффициентов и оценок существенно зависят от области применения; они постоянно изменяются вместе с развитием средств и структуры ИТ.
Функциональная полнота определяется глубиной раскрытия закономерностей производства и управления и тем, в какой мере выбранные методы реализации автоматизированных процессов отвечают конкретным условиям и потребно-
стям, насколько алгоритмы элементов ИТ соответствуют содержанию автоматизируемых процессов, а ИТ в целом создает условия для учета и переработки необходимого множества элементов данных.
Функциональная полнота ИТ в ИАСУ определяется существованием трех областей и соотношением между ними. Первая область (QH) - это область переработки информации, необходимой для функционирования рассматриваемой системы. Вторая область (Q0) - это область переработки информации, выполняемой без использования средств автоматизации. Третья область (Qr) - это область автоматизированной переработки информации, выполняемой с использованием ИТ. В общем случае области Qr и Q0 являются подобластями области QH. Соотношение между названными областями поясняет рис. 5.
Области Qr и Q0 являются пересекающимися. По мере развития ИТ область Q0 поглощается областью Qr и всегда
(2)
Степень функциональной полноты ИТ в автоматизированной системе производства и управления можно представить в виде частного от деления площади области ( ) переработки информации, выполняемой как с использованием средств автоматизации, так и без их использования, на площадь области необходимой переработки информации:
(3)
Из выражения (2) с учетом формулы (3) видно, что величина в ИАСУ может изменяться от нуля (при полном отсутствии элементов ИТ) до единицы (при полном совпадении областей Qr и QH).
Составляющая Q0 не имеет прямого отношения к рассматриваемому случаю. Можно считать, что
(4)
Рис. 5. Функциональные области информационной технологии
В этом случае значение может изменяться от нуля (при полном отсутствии средств автоматизации переработки информации) до единицы (при полном совпадении областей Qr и Qh).
Даже идеально переработанная информация будет бесполезной, если она получена несвоевременно.
Создание ИТ требует затрат материальных ресурсов в виде денежных ассигнований и выделения коллективов разработчиков. Реализация ИТ требует определенных ресурсов аппаратных средств автоматизации и программного обеспечения.
Анализ целей создания ИТ позволил выделить три основных требования: функциональной полноты, оперативности переработки и доставки информации, каждому из которых поставлен в соответствие критерий эффективности. Совокупность критериев эффективности служит основой количественной оценки ИТ.
2. ТЕХНОЛОГИИ ОПИСАНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
2.1. База знаний и модели данных
Знание служит отражением действительности (реального мира), естественной системой (мышлением человека) либо искусственной системой на базе средств хранения и переработки данных. В практике используется два различных подхода к этому понятию.
В соответствии с первым подходом к знанию относятся как сами сведения о некоторой предметной области, так и средства накопления и использования этих сведений и, наконец, средства и результат переработки сведений для воздействия на предметную область.
Второй подход основан на связи терминов знание и данные.
Первая разновидность знаний - это системные знания, т.е. совокупность сведений о конкретной предметной области. Эта разновидность знаний образует первую составную часть БЗ -модель предметной области.
Вторая разновидность знаний - это предметные знания, т.е. совокупность сведений о качественных и количественных характеристиках конкретных объектов. Эта разновидность знаний образует вторую составную часть БЗ - базу данных.
Третья разновидность знаний - это алгоритмические, процедурные знания, реализация которых называется программным продуктом. Третью составную часть БЗ образует ППО.
База знаний отражает конкретную предметную область -совокупность модели (моделей) предметной области, БД и ППО, созданных для систем автоматизации определенных функциональных подразделений предприятия или предприятия в целом или системы взаимодействующих предприятий. Взаимодействие составных частей БЗ показано на рис. 6.
Связь P11отображает предметную область в модели предметной области. Связи P21 и P22 отражают взаимодействие моделей предметной области и БД в процессе создания последних. Первичными в таком взаимодействии являются модели предметной области. Связи P31 дополняют БД сведениями, отсутствующими в моделях предметной области. Связи P41 и P61 питают данными ППО в процессе его создания и функционирования. Связи P42 и P62 пополняют и обновляют БД и модели предметной области за счет выработанных в процессе функционирования ППО. Связи P51 отражают воздействие на предметную область ППО в процессе его функционирования.
-
Предметная область
область
Р11
Р51
Р31
Модели
Р21
Базы
предметной
данных
области
Р22
Р62
Р61
Р41
Р42
Прикладное
программное
обеспечение
обеспе
Рис. 6. Взаимодействие составных частей базы знаний
БЗ в первую очередь относятся к активным информационным ресурсам.
Для классификации основных типов описаний, различающихся способами разработки и использования, введем шесть классификационных признаков. Классификационные признаки и их значения приведены в табл. 5.
Используя шесть указанных классификационных признаков( - ), можно получить =729 различных классов процессов описаний процесса циркуляции и переработки информации в системе. Однако не все они могут и должны использоваться в решении поставленной задачи. Выделим девять целесообразных классов описаний (К), представленных в табл. 6. Четыре из них будем считать главными, остальные вспомогательными.
Таблица 5
Признаки классификации типов описаний
Обозначение |
Смысл признака |
Значение признака |
||
1 |
2 |
3 |
||
1 |
Отображаемый процесс |
11 |
12 |
12 |
2 |
Назначение |
21 |
22 |
23 |
3 |
Масштаб |
31 |
32 |
33 |
4 |
Способ представления |
41 |
42 |
43 |
5 |
Отображаемая взаимосвязь |
51 |
52 |
53 |
6 |
Динамичность |
61 |
62 |
63 |
Таблица 6
Целесообразные классы описаний
Классы описаний |
Классификационные признаки |
|||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
Главные |
||||||
К1 |
11 |
22 |
32 |
41 |
52 |
61 |
К2 |
12 |
23 |
32 |
42 |
51 |
62 |
К3 |
11 |
22 |
33 |
43 |
53 |
61 |
К4 |
13 |
23 |
33 |
43 |
53 |
62 |
Вспомогательные |
||||||
К5 |
13 |
22 |
32 |
42 |
52 |
62 |
К6 |
11 |
21 |
32 |
41 |
52 |
61 |
К7 |
12 |
21 |
32 |
42 |
41 |
62 |
К8 |
13 |
21 |
32 |
42 |
52 |
63 |
К9 |
11 |
22 |
31 |
41 |
52 |
63 |
Класс К1 характеризуется сочетанием классификационных признаков ( 11, 22, 32, 41, 51, 61) К1 Описания этого класса называются основными статическими описаниями процесса циркуляции информации в рамках предприятия. Наиболее удобной формой представления таких описаний является матричная.
Класс К2 характеризуется сочетанием классификационных
признаков ( 12, 23, 32, 42, 51, 61) К2. Описания этого класса называются технологическими динамическими описаниями процесса переработки информации в рамках предприятия. Наиболее удобной формой представления таких описаний является простой граф.
Класс К3 характеризуется сочетанием классификационных признаков ( 11, 22, 33, 43, 53, 61) К3. Описания этого класса называются основными статическими описаниями процесса циркуляции информации в сети предприятий. Наиболее удобной формой представления таких описаний является сложный граф.
Класс К4 характеризуется сочетанием классификационных признаков ( 13, 23, 33, 43, 53, 62) К4. Описания этого класса называются технологическими динамическими описаниями процесса циркуляции и переработки информации в сети предприятий. Наиболее удобной формой представления таких описаний также служит сложный граф.
Введение описаний процессов циркуляции и переработки информации в качестве самостоятельных компонентов ИТ позволяет: обеспечить объективный анализ протекающих информационных процессов; ввести в практику методы проектирования ИТ; обеспечить возможность управления ИТ и т.д.
Информационная среда - это состав и объективно существующие закономерности взаимосвязей элементов системы производства и управления и условий, в которых протекает ее функционирование, имеющих отношение к решаемым задачам. Информационная ситуация является отражением информационной среды средствами, имеющимися в распоряжении рассматриваемой системы.
Объектами принято называть элементы информационной среды. В общем случае объект представляет собой реальность, которая может быть описана конечным набором знаков. Объект может быть материальным (например, событие, банковский счет, эффективность производства).
Для обсуждения понятия "информация" выделяются три
области, представленные на рис. 7. Первая область - это ре-
Реальный мир Информация Данные альный мир. Вторая
область - область информации, существующей в представлении специалистов. Третья область (данные)может быть разделена на данные
Рис. 7. Информация и данные в представлении
прикладного программиста, общую структуру данных в представлении администратора и на физическое представление данных.
Совокупность элементов данных образует агрегат данных. Например, дата - это агрегат, содержащий три элемента данных; год, месяц, день. Запись — это совокупность элементов или агрегатов, читаемая, как правило, целиком (например, запись цеха, запись участка). Следующая единица данных - файл (от англ. file - упорядоченное хранилище, картотека). Элементы, агрегаты и записи образуют массивы данных (информационные массивы - М).
Весь состав сведений, которые использует конкретная система, включая перечень объектов (W), перечень характеристик и их значений (Y), будем обозначать символом X. В процессе автоматизации ИТ эти сведения оформляются в виде системы БД.
Таким образом, связали информацию с содержанием сведений об объектах реального мира, а данные - с формой представления этих сведений в процессе их хранения и переработки.
Документом будем называть материальный объект, содержащий закрепленную информацию и предназначенный для ее передачи и доведения до потребителей. Все документы подразделяются на входные (обозначим D) и выходные (обозначим В).
Множества В и D объединяются общим понятием "информационный базис". Информационный базис - это совокупность исходных данных и внешних результатов.
Документы должны обеспечить информационное общение между групповыми и индивидуальными абонентами (пользователями системы). Групповые абоненты, в свою очередь, могут быть внешними или внутренними по отношению к рассматриваемому предприятию. К внешним групповым абонентам относятся вышестоящие органы управления и взаимодействующие предприятия и системы. Внутренние групповые абоненты - это, во-первых, само предприятие, отождествляемое в ИАСУ; во-вторых, подразделения предприятия или функциональные подразделения и, в-третьих, средства автоматизации переработки информации или подсистемы ИАСУ (АСНИ, САПР и т.д.). Все индивидуальные абоненты являются внутренними. Это, во-первых, сотрудники функциональных подразделений предприятия; во-вторых, администратор базы данных и, в-третьих, администратор локальной вычислительной сети.
Между перечисленными разновидностями абонентов осуществляется информационное общение в следующих шести контурах: 1) ИАСУ ВУО; 2) ИАСУ ФП; 3) СФП (ФП) СФП (ФП); 4) СФП подсистемы АСУ; 5) СФП АБД; 6)СФП АЛВС.
2.2. Документы и информационные массивы
Многообразие документов распадается на три основные группы. Первая группа - это документы управления, к которым относятся: распоряжения, команды, директивы, оповещения, донесения, сводки и т.д. Вторая группа - это служебные документы, к которым относятся: запросы, ответы на запросы, служебные сообщения, информационные сообщения, квитанции, отказы, служебные справки и т.д. Третья группа - это производственная документация, объединяющая конструкторскую, технологическую и программную документацию.
Каждый документ имеет две составные части: служебную и информационную.
Нормативно-техническая информация содержится в основном в производственной документации и включает в себя данные о составе изделий, технологии их производства, технологических нормативах.
Учетно-производственная информация отражает движение материальных ценностей, подготовку и ход производства, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
Документы циркулируют как в автоматизированной, так и неавтоматизированной системах управления.
Информационная ситуация - это система знаков, находящихся между собой в различных отношениях. Каждый знак имеет три независимых, но тесно связанных между собой сущности: код, смысл и значение. Код - это физическое выражение знака. Смысл - это способ соотнесения знаков с объектами и их свойствами. Значение - это характеристика, позволяющая оценивать полезность знака для достижения той или иной цели, стоящей перед рассматриваемой системой.
Основной мерой или понятием совокупности сведений служат информационные массивы, которые определяются как наборы записей, обладающие общими структурными элемен-
тами и семантическими признаками. Описание информационного массива состоит из перечня идентификаторов и основных характеристик элементов массива.
Все информационные массивы делятся на входные, внутренние и выходные.
Важным вопросом, имеющим непосредственное отношение к информационным массивам, является их способ организации, или структура.
Различают три основных базовых разновидности организации информационных массивов: иерархическая, сетевая и реляционная. Общая характеристика, преимущества и недостатки этих разновидностей ИМ перечислены в табл. 7.
Если все эти отношения представляют собой тип 1 :М, то сеть является простой. Если в ней имеются отношения М:М, то сеть является сложной.
Другим средством, позволяющим отобразить множественные связи между элементами данных с одновременным отделением логической структуры данных от физической, служит реляционный подход (от англ. relation - отношение). Реляционная БД в представлении пользователя отображается двумерными таблицами.
Столбцы таблицы называются доменами, а строки - кортежами. Если имя отношения w, а имена атрибутов уьуг, ..., уп, то ЦуьУ2, ..., уп) - схема отношения. Число столбцов таблицы - степень отношения.
Постоянно наблюдается стремление распространить на БД реализацию семантических и прагматических отношений. Эти отношения реализуются в системах ИИ, в частности в интеллектуальных БД (ИБД). ИБД строятся на основе структур данных нового типа - фреймов.
Фрейм - это формальная заготовка, соответствующая некоторому событию, понятию или состоянию.
Таблица 7
Базовые разновидности структур данных
Структура |
Общие характеристики |
Преимущества |
Недостатки |
Иерархическая |
Взаимосвязь данных представляется в виде обращенного дерева, образуемого узлами. На верхнем уровне иерархии имеется только один узел-корень. Каждый узел связан с одним исходным узлом на более высоком уровне и с одним или несколькими порожденными узлами |
Простота понимания Простота оценки характеристик благодаря заданным взаимосвязям Наличие успешных реализаций . |
Взаимосвязи и их число жестко фиксированы Сложны операции включения и удаления данных Доступ к порожденному узлу возможен только через исходный Изменение связей требует изменения структуры |
Сетевая |
Взаимосвязь данных представлена в виде дерева, на котором каждый узел может быть связан с любым другим узлом. В каждый узел может входить любое число ветвей |
Простота реализации часто встречающихся в реальных условиях связей "многие ко многим". Наличие успешных реализаций |
Сложность Трудность введения изменений |
Реляционная |
Взаимосвязь данных представляется в виде двумерных таблиц, называемых отношениями |
Простота Независимость таблиц друг от друга Обоснованием является хорошо разработанная теория отношений, используемая при проектировании базы данных |
Низкая производительность (ниже, чем у иерархической или сетевой структуры) |
Основными составляющими семантической сети являются понятия, события, атрибуты и фреймы. Понятия делятся на понятия-предметы ("деталь", "рабочие") и понятия абстракции
("себестоимость", "численность"). События представляют собой действия, которые могут происходить в процессе производства, и фиксируются в экономических документах («израсходовано», «продано»). Атрибуты - множество однородных количественных и качественных свойств понятий - предметов.
Фреймы делятся по видам на простые и сложные.
Одно из преимуществ организации БЗ с помощью фреймов состоит в том, что она допускает прямую трансляцию в реляционный банк данных. Множество значений фреймов называется его расширением и хранится в реляционной БД в виде отношения.
2.3. Организация баз данных. Блоки переработки информации
В период разработки ИТ все многообразие данных предприятия должно быть перечислено и разбито на управляемые единицы - предметные базы данных, называемые классами данных.
Создание предметных БД на промышленном предприятии можно проиллюстрировать цепочкой, представленной на рис. 8. В системе производства и управления с развитыми подсистемами подготовки новых изделий реализуется два процесса выделения БД: "сверху-вниз" (АСНИ→САПР→АСТПП→ →производство) и "снизу-вверх" (производство→АСУП). В результате реализации первого процесса последовательно создаются БД АСНИ, конструкторские и технологические БД. Технологические БД, завершающие этот процесс, содержат сведения об операциях, инструменте, приспособлениях, оснастке, нормах, технологическом алгоритме. Реализация второго процесса начинается с создания цеховых БД, которые используются при решении задач учета, нормирования, планирования, анализа, регулирования производства.
Рис. 8. Предметные базы данных системы производства
и управления
Прикладное программное обеспечение среди средств ИТ играет ведущую роль как по назначению, так и по относительной стоимости.
Традиционно ППО представляет собой комплекс задач переработки информации.
Блок переработки информации содержит в себе описание цели переработки информации и описание функции, выполняемой блоком. Блок получает информацию, перерабатывает ее и выдает в заданном виде.
Можно выделить основные функциональные разновидности блоков переработки информации. При этом общий состав
БПИ ( ) может быть разделен на три группы и рассматри¬ваться как
= { 1, 2, 3} . (5)
Основные виды БПИ перечислены на классификационной схеме, представленной на рис. 9. Рассмотрим последовательно три группы БПИ, основываясь на введенных выше понятиях информационной среды и информационной ситуации. Под информационной средой будем понимать
, (6)
где W ={w1, w2,…, wn} - множество объектов информационной среды; Y = {у1,у2,…, уn}- множество характеристик, которыми описываются объекты wj, j = ; К={א1, א2,…, אn} – множество характеристик, по которым ведется слежение за информационной средой и производится оценка информационных ситуаций.
|
Блоки переработки информации (R) |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||
1 |
г |
|
1 |
> |
|
1 |
г |
||
Блоки переработки информации о состоянии информационной среды (R1) |
|
Блоки прогнозирования данных о состоянии информационной (R2) |
|
Блоки анализа и оценки информации и выработки рекомендаций для принятия решений (R3) |
Рис. 9. Разновидности блоков переработки информации
Решение основных задач, возлагаемых на систему производства и управления, осуществляется под непосредственным влиянием информационной среды. Информационная ситуация является отражением информационной среды средствами,
имеющимися в распоряжении определенного пользователя (функционального подразделения).
Пусть в момент t на базе совокупности состояний элементов информационной среды Ω(ti) зафиксирована ситуация Ω*(ti). На основе анализа зафиксированной ситуации определяется класс, к которому она принадлежит, и осуществляется выработка рекомендаций для принятия решения. Это является
содержанием группы 3 БПИ.
Применительно к каждому БПИ осуществляется четырехуровневое описание (постановка, математическая модель, программная модель, документирование) и экспериментальная проверка, соответственно каждый БПИ имеет три уровня представления: функциональный уровень, уровень математической модели, уровень программной модели.
2.4. Системный анализ информационной технологии
ИТ обладает следующими четырьмя свойствами большой системы:
наличие составной цели;
необходимость учета одновременно нескольких различных аспектов рассмотрения и в связи с этим наличие одновременно нескольких различных структур;
невозможность описания системы в одном языке, необходимость использования спектра языков для адекватного отражения в целях решения задачи, ее создания;
наличие одновременно нескольких описаний для решения данной задачи.
В процессе системного анализа осуществляется: описание процессов циркуляции и переработки информации в системе производства и управления; определение состава, структуры и плана разработки ИТ; создание обобщенного алгоритма функционирования системы производства и управления в условиях
автоматизированной ИТ. Системный анализ является основой всех последующих работ по созданию ИТ для конкретной системы с ориентацией не на отдельные частные задачи производства и управления, а на интегрированную систему. В процессе системного анализа создается формализованный интерфейс между предметной областью и специалистами, разрабатывающими, внедряющими и использующими ИТ.
По результатам проведенного системного анализа могут приниматься решения: проведение научно-исследовательских работ; разработка технических предложений; проведение опытно-конструкторских работ; прекращение дальнейших исследований и разработок в данной области; проведение системного анализа по уточненным исходным данным, целям и т.д.
Системный анализ ИТ распадается на три теснейшим образом связанных между собой этапа: 1) разработка задания на анализ конкретной ИТ (или компонентов входа); 2) разработка средств решения проблемы; 3) проведение анализа ИТ в соответствии с заданием.
Этап 1. Компоненты входа вырабатываются в процессе определения: конкретных целей создания ИТ; процессов, подлежащих автоматизации; необходимости (целесообразности) создания ИТ; состава и содержания информации, циркулирующей в системе; требований к процессу переработки информации; требований к доставке информации; ограничений (по срокам и материальным ресурсам), накладываемых на процесс создания ИТ. В результате выполнения перечисленных функций формируется задание на проведение системного анализа ИТ.
Этап 2. К базовым компонентам системного анализа принадлежат: состав оптимизационных решений, подлежащих реализации в процессе анализа; способы описания процесса циркуляции и переработки информации в сети; математические методы и модели, используемые в процессе анализа.
Системный анализ относится к оценочным задачам исследования операций. Качество ИТ оценивается совокупностью критериев V. В частных приложениях используются критерии:
V1 - степень функциональной полноты; V2 - степень своевременности переработки информации; V3 - степень своевременности доставки информации.
Из совокупности способов описания процесса циркуляции и переработки информации К выделены четыре основных (см. п. 2.1):
К1, К3- статические описания процессов циркуляции информации в масштабе предприятия и сети предприятий соответственно;
К2, К4 - технологические динамические описания процессов переработки информации в масштабе предприятия и сети предприятий соответственно.
Совершенно очевидно, что третий базовый компонент (используемый математический аппарат) определяется составом множеств V, К и функций системного анализа.
Этап 3. Получение компонентов выхода осуществляется путем последовательной реализации исследования, разработки, отладки и документирования. Исследование проводится с целью анализа задания, выбора и материализации базовых компонентов. В процессе разработки осуществляется непосредственное достижение целей системного анализа, сформулированных выше. Основой построения ИТ является опорная структура, создаваемая из совокупности базисных элементов (средств вычислительной техники, системного и инструментального программного обеспечения, средств системы обмена данными). Путем наложения на опорную структуру ИТ содержательных компонентов (информационно - технологических процессов переработки информации и баз данных) создается совокупность вариантов построения технологии, удовлетворяющих предъявленным ограничениям. Каждый вариант характеризуется достигнутыми значениями критериев эффективности, потребными ресурсами и комментарием. Отладка -это анализ полученных вариантов, выбор одного или нескольких целесообразных вариантов. И, наконец, документирование - это оформление описания выбранных вариантов построения ИТ с комментариями, обеспечивающими их использование в процессе проектирования.
2.5. Информационно-технологические процессы
За элемент ППО в условиях его блочного построения принят информационно-технологический процесс.
Перечислим свойства ИТП.
Свойство 1. Как правило, ИТП - одно функциональный объект, т.е. предназначен для достижения одной из множества целей, стоящих перед системой производства и управления. Эта цель находит выражение в функциях ППО СМОУ, заложенных в ИТП
Свойство 2. Составные части ИТП вступают в такого рода взаимодействия, в результате которых образуется новое качество, не присущее новым объектам взаимодействия. Таким новым качеством служит способность обеспечить автоматизацию этапа процесса производства или управления с повышением степени обоснованности принимаемых решений и их оперативности. Этим качеством обладает только ИТП, но ни одна из его составных частей в отдельности.
Свойство 3. При объединении в системе ППО многих ИТП проявляются их интегрированные свойства.
Многообразие ИТП подразделяется по масштабу на две основные разновидности: ординарные и комплексные ИТП. Ординарный ИТП формирует единственный выходной документ, используемый в СПУ. Два или несколько ординарных процессов, имеющих общую цель и обладающих свойствами информационной и временной неразрывности, представляют собой комплексный процесс. Комплексный ИТП рассматривается как некоторая совокупность информационно-связанных процессов, выходы одного процесса служат (непосредственно или через БД) входами другого.
Одним из направлений развития ППО можно считать экспертные системы, выделившиеся в последнее время в роли одного из самостоятельных средств ИИ. ЭС осуществляют моделирование деятельности специалиста узкой предметной области, сочетая информационно-справочные функции с функциями принятия решений, наличие средств общения конечного пользователя с системой и блока объединения решений. При этом предполагается наличие в БД ЭС информации, почерпнутой не только из различного рода источников, но и отражающей индивидуальные знания специалистов о предметной области и их опыт принятия решений.
На этапе обучения ЭС накапливает знания экспертов в процессе работы с ними на основе демонстрации подтверждающих и опровергающих примеров. На этапе выдачи советов ЭС анализирует предложенную ей задачу, задает пользователю последовательность вопросов, а затем строит логическую цепочку рассуждений, приводящих к возможному решению задачи или советам по ее решению.
Любая ЭС включает в себя очень большую БД, состоящую из правил, которые могут добавляться, изменяться или исключаться.
В системе производства и управления можно выделить два перспективных направления ЭС: в качестве средства распространения опыта и знаний специалистов наиболее высокой квалификации (прошедшая обучение ЭС может использоваться на различных предприятиях отрасли, регионах и т.п.) и для повышения качества принимаемых решений в соответствии с установленными критериями и рекомендациями. ЭС нашли применение в САПР. Другими перспективными областями применения могут явиться АСНИ, АСТПП, СУГПС и др.
2.6. Технологическое описание в масштабе предприятия
Основными компонентами описания являются элементы множеств:
блоков переработки информации - = { 1, 2,…, i };
информационных массивов - М = {т1,т2,...,тi };
точек диалога - С = {с1, с2,..., сn};
входных документов - D = {d1, d2,..., dm };
выходных документов -В .= {b1, b2,...,bk };
параметрических связей между элементами множеств R, М, С, D и B - L = {l1, l2,…,l}.
Поскольку рассматриваемое описание отображает процесс переработки информации, развивающийся во времени, задаваемом на счетном множестве, а число компонент описания конечно, оно может быть отнесено к разряду конечных динамических систем. Наиболее удобным способом описания динамических систем являются графы.
Графом С (А, В) называется множество, содержащее элементы двух типов: вершины, или точки, составляющие множество А, и дуги, или ребра, составляющие подмножество В, которое является отображением А в А, так как каждая дуга (ребро) графа обязательно соединяет между собой две разные вершины графа или одну вершину графа саму с собой.
В нашем случае вершины графа представляют собой элементы множеств R, М, С, D и В, а дуги — параметрические связи L. Рассмотрение технологического графа начнем с обобщенного графа информационно-технологического процесса (ИТП) — графа ri, представленного на рис. 10. Граф ri;
Рис. 10. Обобщенный граф информационно-технологи- ческого процесса |
отображает процесс перера- ботки информации, содержа- щейся во входных документах (D') и информационных масси- вах (M'). Средством переработ- ки информации служат БПИ (R'), к которым для объедине- ния творческих возможностей людей (различных категорий пользователей СПУ) и алго-ритмизированных возможно-стей ИТ подсоединяются точки
диалога (С’). Результат переработки информации - выходные документы (В'). Перечислим свойства графа ri
Рассматриваемый граф является:
ориентированным (направленным), или диграфом, поскольку он содержит только направленные дуги;
несвязным, так как не каждую его вершину можно соединить с любой другой его вершиной;
несимметрическим, поскольку в нем не обязательно любые две смежные вершины соединены двумя противоположно ориентированными дугами; неполным, так как в нем не любая пара вершин соединена одинаковым числом дуг;
мулътиграфом, поскольку в нем хотя бы две смежные вершины соединены более чем одной дугой.
Проведение системного анализа ИТ есть последовательное выполнение разработки задания (первый этап), разработки базовых компонентов (второй этап) и непосредственное осуществление СА (третий этап).
Компоненты выхода вырабатываются в процессе исследования, разработки, отладки и в заключение подвергаются документированию.
Схематично исследование в процессе получения компонентов выхода СА отражено в табл. 8. При проведении исследования уточняются, формализуются и взаимоувязываются потребности, подлежащие удовлетворению, потребители, нужды которых должны быть удовлетворены, а также средства удовлетворения потребностей. Именно уточнение, формализация и взаимоувязка названных элементов и составляет содержание исследования.
Таблица 8
Схема первого этапа системного анализа
Вход |
|
Содержание |
|
Выход |
Задание на системный анализ Базовые компоненты системного анализа Средства опорной информационной технологии Средства базы знаний |
Материализация описаний Определение целесообразности автоматизации Определение перечня информационно-технологических процессов |
Описания Заключение о целесообразности (нецелесообразности) автоматизации Перечень информационно-технологических процессов |
Цель разработки - установление состава ИТП, удовлетворяющих ограничениям, или определение требований к аппаратным и программным средствам, или оценка реализуемости комплексе ИТП (в условиях ограничений).Схематично разработка в процессе получения компонентов выходе СА отражена в табл. 9.
Таблица 9
Схема второго этапа системного анализа
Вход |
|
Содержание |
|
Выход |
Описание Перечень информационно-технологических процессов
|
Материализация описаний Построение вариантной сети информационной технологии Выбор целесообразных вариантов |
Модель предметной области Целесообразные варианты построения информационной технологии
|
В результате выполнения алгоритма вырабатывается вариант (варианты) состава и структуры ЙТ, оптимальный (наилучший) по отношению к тому критерию, которому соответствует минимальный номер параметра в ключе. Применение метода последовательных уступок позволяет получить вариант состава и структуры ИТ, оптимальный по отношению к векторному критерию, рис. 11
Рис. 11. Реализация метода последовательных уступок
2.7. Создание и обработка текстовых файлов и документов
Большинство документов, предназначенных для печати на бумаге, а также многие электронные документы являются текстовыми, т.е. представляют собой блоки текста, состоящие из обычных слов, набранных обычными символами (буквами, цифрами, знаками препинания и др.).
При подготовке текстовых документов на компьютере используются три основные группы операций.
Операции ввода позволяют перевести исходный текст из его внешней формы в электронный вариант, т.е. в файл, хранящийся на компьютере. Под вводом не обязательно понимается машинописный набор с помощью клавиатуры. Существуют аппаратные средства, позволяющие выполнять ввод текста путем сканирования бумажного оригинала и программы распознавания образов для перевода документа из формата графического изображения в текстовый формат.
Операции редактирования позволяют изменить уже существующий электронный документ путем добавления или удаления его фрагментов, перестановки частей документа, слияния нескольких файлов в один или, наоборот, разбиения единого документа на несколько более мелких. Ввод и редактирование при работе над текстом часто выполняют параллельно.
При вводе и редактировании формируется содержание текстового документа. Оформление документа задают операциями форматирования. Команды форматирования позволяют точно определить, как будет выглядеть текст на экране монитора или на бумаге после печати на принтере.
2.8. Текстовые редакторы и текстовые процессоры
Так сложилось, что все электронные текстовые документы требуют ввода и, обычно, редактирования, но форматирование документа не всегда является обязательным.
Оказалось удобным иметь различные программы: одни из них используются только для ввода и редактирования текста, а другие позволяют также его форматировать. Первые программы называют текстовыми редакторами, а вторые - текстовыми процессорами.
Форматирование текстового документа во многих случаях вредит делу, поскольку информация о форматировании заносится в текст в виде невидимых кодов. Наличие подобных кодов может мешать определенным программам работать с текстами.
Все текстовые редакторы сохраняют в файле текст и совместимы друг с другом. Различные текстовые процессоры записывают в файл информацию о форматировании по-разному и поэтому несовместимы друг с другом. Однако во многих текстовых процессорах есть возможность преобразования текста из одного формата в другой.
Пример. В состав системы Windows входит стандартный текстовый редактор Блокнот и простой текстовый процессор WordPad. Текстовый редактор Блокнот не способен отобразить на экране текстовый файл, созданный в текстовом процессоре WordPad, хотя обе программы принадлежат к одной группе стандартных программ Windows и обе предназначены для работы с текстами.
Текстовый процессор Word
Стандартная программа WordPad на деле является очень упрощенной версией профессионального текстового процессора Word, выпускаемого компанией Microsoft.
Microsoft Word - самый популярный на рынке программных продуктов текстовый процессор для Windows. Word предоставляет невиданные ранее возможности обработки текстов с помощью множества инструментов, что значительно облегчает выполнение форматирования. Последняя версия программы носит название Word 2010, но в эксплуатации находятся также версии Word 2007, Word 2003 и еще более ранняя версия Word 97.
2.9. Электронные таблицы. Программные средства создания и работы с таблицами
Современные технологии обработки информации часто приводят к тому, что возникает необходимость представления данных в виде таблиц, В языках программирования для такого представления служат двухмерные массивы. Для табличных расчетов характерны относительно простые формулы, по которым производятся вычисления, и большие объемы исходных данных. Такого рода расчеты принято относить к разряду рутинных работ, для их выполнения следует использовать компьютер. Для этих целей созданы электронные таблицы (табличные процессоры) — прикладное программное обеспечение общего назначения, предназначенное для обработки различных данных, представимых в табличной форме.
Электронная таблица позволяет хранить в табличной форме большое количество исходных данных, результатов, а также связей (алгебраических или логических соотношений) между ними. При изменении исходных данных все результаты автоматически пересчитываются и заносятся в таблицу. Электронные таблицы не только автоматизируют расчеты, но и являются эффективным средством моделирования различных вариантов и ситуаций. Меняя значения исходных данных, можно следить за изменением получаемых результатов и из множества вариантов решения задачи выбрать наиболее приемлемый.
При работе с табличными процессорами создаются документы, которые также называют электронными таблицами. Такие таблицы можно просматривать, изменять, записывать на носители внешней памяти для хранения, распечатывать на принтере.
Рабочим полем табличного процессора является экран дисплея, на котором электронная таблица представляется в виде прямоугольника, разделенного на строки и столбцы. Строки нумеруются сверху вниз. Столбцы обозначаются слева направо. На экране виден не весь документ, а только часть его. Документ в полном объеме хранится в оперативной памяти, а экран можно считать окном, через которое пользователь имеет возможность просматривать таблицу. Для работы с таблицей используется табличный курсор - выделенный прямоугольник, который можно поместить в ту или иную клетку. Минимальным элементом электронной таблицы, над которым можно выполнять те или иные операции, является такая клетка, которую чаще называют ячейкой. Каждая ячейка имеет уникальное имя (идентификатор), которое составляется из номеров столбца и строки, на пересечении которых располагается ячейка. Нумерация столбцов обычно осуществляется с помощью латинских букв (поскольку их всего 26, а столбцов значительно больше, то далее идёт такая нумерация - АА, АВ, ..., AZ, ВА, ВВ, ВС, ...), а строк - с помощью десятичных чисел, начиная с единицы. Таким образом, возможны имена (или адреса) ячеек В2, С265, AD11 и т.д.
Следующий объект в таблице - диапазон ячеек. Его можно выделить из подряд идущих ячеек в строке, столбце или прямоугольнике. При задании диапазона указывают его начальную и конечную ячейки, в прямоугольном диапазоне - ячейки левого верхнего и правого нижнего углов. Наибольший диапазон представляет вся таблица, наименьший - ячейка. Примеры диапазонов - А1:А100; B12:AZ12; B2:K40.
Если диапазон содержит числовые величины, то они могут быть просуммированы, вычислено среднее значение, найдено минимальное или максимальное значение и т.д.
Иногда электронная таблица может быть составной частью листа, листы, в свою очередь, объединяются в книгу (такая организация используется в Microsoft Excel).
Ячейки в электронных таблицах могут содержать числа (целые и действительные), символьные и строковые величины, логические величины, формулы (алгебраические, логические, содержащие условие).
В формулах при обращении к ячейкам используется два
способа адресации - абсолютная и относительная адресации.
При использовании относительной адресации копирование, перемещение формулы, вставка или удаление строки (столбца) с изменением местоположения формулы приводят к перестраиванию формулы относительно её нового местоположения. В силу этого сохраняется правильность расчётов при любых указанных выше действиями над ячейками с формулами. В некоторых же случаях необходимо, чтобы при изменении местоположения формулы адрес ячейки (или ячеек), используемой в формуле, не изменялся. В таких случаях используется абсолютная адресация. В приведенных выше примерах адресов ячеек и диапазонов ячеек адресация является относительной. Примеры абсолютной адресации (в Microsoft Excel): $А$10; $B$5:$D$12; $M10; K$12 (в предпоследнем примере фиксирован только столбец, а строка может изменяться, в последнем — фиксирована строка, столбец может изменяться).
Управление работой электронной таблицы осуществляется посредством меню команд.
Можно выделить следующие режимы работы табличного процессора:
формирование электронной таблицы;
управление вычислениями;
режим отображения формул;
графический режим;
работа электронной таблицы как базы данных.
При работе с табличными процессорами создаются документы, которые можно просматривать, изменять, записывать на носители внешней памяти для хранения, распечатывать на принтере. Режим формирования электронных таблиц предполагает заполнение и редактирование документа. При этом используются команды, изменяющие содержимое клеток (очистить, редактировать, копировать), и команды, изменяющие структуру таблицы (удалить, вставить, переместить).
Режим управления вычислениями. Все вычисления начинаются с ячейки, расположенной на пересечении первой строки и первого столбца электронной таблицы. Вычисления проводятся в естественном порядке, т.е. если в очередной ячейке
находится формула, включающая адрес еще не вычисленной ячейки, то вычисления по этой формуле откладываются до тех пор, пока значение в ячейке, от которого зависит формула, не будет определено. При каждом вводе нового значения в ячейку документ пересчитывается заново, - выполняется автоматический пересчет. В большинстве табличных процессоров существует возможность установки ручного пересчета, т.е. таблица пересчитывается заново только при подаче специальной команды.
Режим отображения формул задает индикацию содержимого клеток на экране. Обычно этот режим выключен, и на экране отображаются значения, вычисленные на основании содержимого клеток.
Графический режим дает возможность отображать числовую информацию в графическом виде: диаграммы и графики. Это позволяет считать электронные таблицы полезным инструментом автоматизации инженерной, административной и научной деятельности.
В современных табличных процессорах, например, в Microsoft Excel, в качестве базы данных можно использовать список (набор строк таблицы, содержащий связанные данные). При выполнении обычных операций с данными, например, при поиске, сортировке или обработке данных, списки автоматически распознаются как базы данных. Перечисленные ниже элементы списков учитываются при организации данных:
столбцы списков становятся полями базы данных;
заголовки столбцов становятся именами полей базы данных;
каждая строка списка преобразуется в запись данных.
2.10. Графическая информация. Программные средства создания графических форматов
Любая информация, хранящаяся в файле, - это последовательность байт. Каждый байт может принимать значение от 0
до 255 (28-1). Способ записи информации с помощью последовательности байт и называют форматом файла. То есть графический формат - это способ записи графической информации.
Способ представления изображения оказывает влияние на возможности его редактирования, печати, на объем занимаемой памяти.
Существуют два основных способа кодирования графической информации: векторный и растровый. При векторном -рисунок представляется в виде комбинации простых геометрических фигур: точек, отрезков прямых и кривых, окружностей, прямоугольников и т. п. При этом для полного описания рисунка необходимо знать вид и базовые координаты каждой фигуры, например, координаты двух концов отрезка, координаты центра и диаметр окружности и т. д. Этот способ кодирования идеально подходит для рисунков, которые легко представить в виде комбинации простейших фигур, например, для технических чертежей.
Растровый формат, характеризуется тем, что все изображение по вертикали и горизонтали разбивается на достаточно мелкие прямоугольники - так называемые элементы изображения, или пикселы (от английского pixel - picture element).
В файле, содержащем растровую графику, хранится информация о цвете каждого пиксела данного изображения. Чем меньше прямоугольники, на которые разбивается изображение, тем больше разрешение (resolution), то есть, тем более мелкие детали можно закодировать в таком графическом файле.
Размер (size) изображения, хранящегося в файле, задается в виде числа пикселов по горизонтали (width) и вертикали (height). Для примера, оптимальное разрешение современного широкоформатного монитора, как правило, составляет 1920x1080 (FullHD).
Кроме размера изображения, важной является информация о количестве цветов, закодированных в файле. Цвет каждого пиксела кодируется определенным числом бит (bit), т.е. элементарных единиц информации, с которыми может иметь
дело компьютер. Каждый бит может принимать два значения -1 или 0. В зависимости от того, сколько бит отведено для цвета каждого пиксела, возможно кодирование различного числа цветов. Нетрудно сообразить, что если для кодировки отвести лишь один бит, то каждый пиксел может быть либо белым (значение 1), либо черным (значение 0). Такое изображение называют монохромным (monochrome).
Далее, если для кодировки отвести четыре бита, то можно закодировать 2 = 16 различных цветов, отвечающих комбинациям бит от 0000 до 1111. Если отвести 8 бит, то такой рисунок может содержать 28 = 256 различных цветов (от 00000000 до 11111111), 16 бит - 216 = 65 536 различных цветов (так называемый High Color). И, наконец, если отвести 24 бита, то потенциально рисунок может содержать 224 = 16 777 216 различных цветов и оттенков - вполне достаточно даже для самого взыскательного художника! В последнем случае кодировка называется 24-bit True Color.
Способ разделения цвета на составляющие компоненты называется цветовой моделью. В компьютерной графике применяются три цветовые модели: RGB, CMYK и HSB.
Наиболее распространенным способом кодирования цвета является модель RGB. При этом способе кодирования любой цвет представляется в виде комбинации трех цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue), взятых с разной интенсивностью. Интенсивность каждого из трех цветов - это один байт (т. е. число в диапазоне от 0 до 255).
Цветовая модель CMYK соответствует рисованию красками на бумажном листе и используется при работе с отраженным цветом, т. е. для подготовки печатных документов.
Цветовыми составляющими модели CMYK являются цвета (рис. 12): голубой (Cyan), лиловый (Magenta), желтый (Yellow) и черный (Black).
Рис. 12. Цветовые составляющие модели CMYK