Архитектура компьютера Тема1_Общ

2

Таблица 1.1 Сопоставление определений, данных Федеральным законом от 27.07.2006 № 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» и определений данных в [11] и [13]

При сопоставлении различных определений информации выделяются атрибутивная и функциональная концепции. Атрибутивная концепция рассматривает информацию как атрибут, присущий всем уровням материи, а функциональная — как функциональное качество самоорганизующихся систем. Онтологическое1 понимание информации подразумевает её принадлежность объективной действительности в качестве особого явления материального мира или функции высокоорганизованных систем. Методологическое2 понимание фиксирует информацию и как продукт познания, и как познавательный инструмент.

Упомянутые два подхода определяют деление свойств информации на атрибутивные свойства, имманентно присущие этому явлению, и прагматические свойства, характеризующие полезность информации. [11]

Атрибутивные свойства информации: непрерывность, дискрет-

ность символьного представления, неотделимость от физического носителя.

Прагматические свойства информации: смысловая наполненность,

новизна, полезность (снижение неопределённости), способность хранимой информации увеличиваться, полнота (достаточность для принятия решений или формирования новых данных), достоверность (чистота от посторонних сведений или«информационного шума»), адекватность (степень соответствия реальному состоянию объекта), доступность (возможность получения), актуальность (степень соответствия заданному периоду или моменту времени).

1Онтология: раздел философии, изучающий бытие.

2Методология: учение о методе научного познания; совокупность приёмов исследования в какой-либо области знаний.

4

Всвязи с определением информационной системы необходимо -от метить ряд принципиальных моментов.

Вразличных объектных и проблемных областях используются разные варианты понятия«система». Н. Винер1 основывал свой подход к определению категории «система» на исследованиях общности процессов

«поведения» системы является кибернетический механизм обратной связи. Эти выводы позволили рассматривать любые, в том числе информационные, системы как самоорганизующиеся, благодаря чему стал возможен синергетический подход к описанию систем, в рамках которого причиной эволюции ценности информации считается неустойчивость состояний систем.

С понятием «информационная система», как видно из Таблицы1.1, неразрывно связана категория «информационный процесс»:

Информационный процесс: осуществление всей совокупности следующих элементарных информационных актов: приём или создание информации, её хранение, передача и использование. [13]

Кроме того, структура и взаимодействие устройств, составляющих любую информационную систему подчиняются единым принципам, зафиксированным в соответствующих стандартах. Поэтому архитектура информационной системы определяется как комплекс взаимоувязанных решений на базе основополагающих принципов выбора стандартов и технологий для создания взаимодействующих программ в информационной системе, а также для формирования требований к необходимым для разработки и функционирования этих программ технологическим, техническим и телекоммуникационным средствам и иным видам обеспечения. [13]

Интуитивно понятно, что информационный акт, например хранение информации, неосуществим в отрыве от информационного ресурса. В рамках настоящего пособия предлагаются три трактовки этого понятия.

Информационный ресурс: данные, преобразованные в форму, которая является значимой для принятия решений. [13]

Информационный ресурс: информация, созданная и (или) обнаруженная, зарегистрированная, оценённая, в соответствии с определёнными законами деградации и обновления. [13]

Информационный ресурс: совокупность информации, зафиксированной на материальном носителе в форме, обеспечивающей её передачу

впространстве и во времени.

1Норберт Винер (1894 - 1964), выдающий математик, основоположник кибер-

нетики.

5

Информационный ресурс имеет определённую структуру, задаваемую целью и методикой его создания и может оцениваться по его востребованности, по техническим (точность, достоверность) и экономическим характеристикам (стоимость получения и регистрации информации).

1.2 Некоторые виды информации

1.2.1Правовая информация: сведения о фактах, событиях, предметах, лицах, явлениях, протекающих в правовой сфере жизни общества, содержащихся как в нормах права, так и в других источниках, и используемые при решении правовых задач. [12]

Необходимость создания доступной для граждан государственной системы правовой информации зафиксирована в«Стратегии развития информационного общества в Российской Федерации», утверждённой Президентом Российской Федерации 7 февраля 2008 г. за № Пр-212.

1.2.2В системах организационного управления циркулирует экономическая информация, связанная с управлением коллективами людей, занятых производством продукции, работ и услуг, и техническая информация, связанная с управлением техническими объектами. [13]

Экономическая информация: совокупность сведений, отражающих социально-экономические процессы и служащих для управления этими процессами и коллективами людей в производственной и непроизводственной сферах. [11]

Обработка экономической информации характеризуется многократ-

ностью, цикличностью, преобладанием логических и арифметических операций.1

Специфичны физические носители экономической информации, её информационные ресурсы (например, первичные документы имеющие нормативно установленные формы).

1.2.3Техническая информация: данные, идентифицирующие технические объекты, определяющие их статические и динамические характеристики на основе наблюдения и измерения некоторых их параметров и внешних возмущающих воздействий.

Техническая информация – основа комплексной автоматизации производства, разработки и создания систем управления в различных отраслях.

Независимо от вида информации стоит вопрос об общем подходе к определению её количества для передачи, обработки и хранения.

1Некоторые аспекты обработки экономической информации предполагают использование методов высшей математики.

7

1.3.2 Количество информации и энтропия Черты случайности, присущие характеристикам объектов, о которых

передаётся информация, и самому процессу передачи информации диктуют необходимость применения вероятностных методов при изучении теории информации и решении её задач и введения меры неопределённости состояния объекта.

Предметом информационного сообщения, как правило, выступает субъект или объект правовых, экономических или иных отношений, физическая, техническая, социальная, экономическая или иная система. Под предметом информационного сообщения в данном контекстеподразуме-

вается некоторое конечное множество элементов, связанных друг с дру-

гом некоторыми связями. Элементы и связи могут иметь разную природу, задающую тип предмета. Если бы состояние этого предмета было строго детерминировано, не возникала бы необходимость в передаче/ приёме информационного сообщения, следовательно, значимость сведений о предмете тем выше, чем большей степенью неопределённости характеризуются его состояния. Мерой такой неопределённости принято считать

энтропию – сумму произведений вероятностей различных состояний предмета на логарифмы этих вероятностей взятую с противополож-

где pi – вероятность каждого отдельного состояния предмета информационного сообщения( ) =. 0

Такой выбор оправдан в силу ряда особенностей энтропии. Во-первых, тогда, когда одно из состояний( ) = предмета{ ( )} до-

стоверно, а другие невозможны, т.е. неопределённость отсутствует. Во-вторых, при заданном числе состояний то-

гда, когда состояния равновероятны2.

В-третьих, из формулы (1.1) очевидно, что при увеличении числа состояний энтропия увеличивается.

В-четвёртых, при объединении нескольких независимых предметов их энтропии складываются (свойство аддитивности).

Основанием логарифма в формуле(1.1), называемым единицей измерения энтропии, может быть любое числоa > 1: a = 10 называется десятичной единицей измерения, a = 2 – двоичной единицей. Двоичная еди-

нужно перед знаком суммы поставить минус.

Один из путей доказательства этого факта– применение метода неопределённых множителей Лагранжа.

8

ница сочетается с двоичной системой счисления. Применимость последней в рассматриваемом аспекте объясняется тем, что многие (но далеко не все) сложные вопросы могут быть заменены последовательностями -би нарных «да / нет» вопросов. Поэтому в дальнейшем в этом пункте полагается a = 2.

Увеличение количества данных о предмете снижает степень неопределённости его состояний, то есть уменьшает энтропию. Значит, количество информации I(X) с полной определённостью описывающее состояние какого - либо предмета X можно считать равным энтропии этого предме-

ний случайной величины на вероятности этих значений называется математическим ожиданием случайной величины и обозначается прописной латинской буквой M.1 Исходя из этого, сумму (1.2), представляющую количество информации о предмете информационного сообщения, принято называть математическим ожиданием логарифма вероятности состояния этого предмета( ) = [,−взятогоlog (с противоположным)] знаком:

(1.3)

где X – состояние предмета информационного сообщения.

Формула (1.3) представляет простейший случай информации об одном предмете сообщения, характеризующимся набором независимых состояний. Теория информации отвечает и на более общие вопросы об -из мерении информации о системе из многих объектов с взаимозависимыми состояниями.

В известном труде академика Колмогорова[14] приводятся следующие наглядные рассуждения.

Пусть система всех случайных событий А, В, С, . . . является булевой алгеброй2 с операциями образования дополнительного элементаА',

1Понятие «математическое ожидание» сложнее, чем здесь изложено, но для целей настоящего пособия такой формулировки достаточно.

2Булева алгебра: множество, в котором определены две коммутативные, ассоциативные, взаимно дистрибутивные и поглощающие бинарные алгебраические опе-

новится известным после совершения данного испытания. Если подалгеб-

Следует отметить, что кроме затронутого в этом подпункте вероятностного подхода к введению количественной меры информации в частности и основных понятий теории информации вообще, разработаны комбинаторные и алгоритмические их интерпретации. Комбинаторный подход в данном пособии не обсуждается, а об алгоритмах необходимо упомянуть ввиду их ключевой роли в разработке информационных технологий, построении и функционировании информационных систем.

1.3.3 Наглядное представление об алгоритме

1

Формулировка общего определения алгоритма в терминах более простых понятий выходит за рамки настоящего пособия, которое ограничивается лишь наглядным представлением об алгоритме как о точном предписании, задающем процесс обработки информации или, точнее, процесс преобразования состояний предмета информационного сообще-

ния. ПустьΓ предмет информационного ΓсообщенияX находится в (Γнекоем) исходном состоянии X0, принадлежащем области применимости алгоритма . [14] Применение алгоритма к предмету в исходном состоянии X0 доставляет заключительное состояние Xn, или решение.

Процесс применения алгоритма разбивается наn шагов ограниченной сложности. Каждый шаг приводит к преобразованию возникшего к этому шагу i-го состояния в последующееi+1-е состояние, i = 1, 2, … .

1 В теории информации устанавливается связь между понятиями «алгоритм» и «частично рекурсивная функция». [14]

10

При этом преобразование осуществляется на основании информации о заранее ограниченной, так называемой активной частиi-го состояния, и

является результатом выполнения всех n шагов алгоритма. Безрезультат-

Практическим воплощением затронутого в этом пункте теоретикоинформационного подхода к решению задач хранения, обработки и передачи информации являются информационные технологии и системы, которые, благодаря определённым свойствам информационных технологий, формируются на базе единых принципов.

1.4 Основные свойства информационных технологий и три принципа их формирования

1.4.1 Основные свойства информационных технологий.

Некоторые базовые свойства ИТ обуславливают техническую, экономическую и социальную эффективность их применения для решения задач хранения, обработки и передачи информации.

А) Возможность формализованного описания ИТ и представления этого описания в виде документов, оформленных в соответствии с действующими правилами и стандартами, что является особенно важным для проектирования, внедрения и модернизации информационных систем.

Б) Сравнительно низкие энергоёмкость и материалоёмкость.

В) Надёжность в смысле наличия таких обратных связей, которые позволяют эффективно выявлять и устранять допущенные при разработке, внедрении и модернизации ошибки.

Г) Надёжность в смысле эффективной реализации заданных функ-

ций.

Д) Защищённость от несанкционированных внешних воздействий. Е) Открытость и расширяемость, предполагающие интеграцию в ин-

формационную технологию, и, как следствие систему, новых для неё стандартных элементов и связей.