лекции ИС / прогр средства реализации инф процессов2
.doc2. Программные средства реализации информационных процессов
Все многообразие программ, используемых в компьютере, можно разделить на три категории: а) системные программы (набор программ, необходимый для работы компьютера); б) прикладные программы, обеспечивающие выполнение необходимых пользователю работ (редактирование текстов, обработка информационных массивов и т. д.); в) инструментальные системы (системы программирования), обеспечивающие создание новых программ для компьютера.
Системные программы. К системным программам относятся: операционная система, драйверы, программы-оболочки; операционные оболочки; вспомогательные программы (утилиты).
Операционная система (ОС) – это программа, которая загружается при включении компьютера, осуществляет управление компьютером и его ресурсами (это операции низкого уровня, т.е. элементарные операции, понятные компьютеру. Все вводимые команды пользователя раскладываются на тысячи элементарных низкоуровневых операций), запускает другие прикладные программы на выполнение и передает им управление, после окончания работы убирает их из оперативной памяти компьютера, обеспечивает пользователю и прикладным программам удобный интерфейс (способ общения с устройствами компьютера), выполняет некоторые вспомогательные действия.
Наиболее популярны операционные системы: однопользовательские однозадачные MS-DOS, DR-DOS; однопользовательские многозадачные OS/2, Windows-95, Windows-98; многопользовательские системы UNIX.
Программы-оболочки предназначены пользователю для удобства и облегчения работы с операционной системой (Norton Commander, Windows 3.1).
Драйверы устройств – это специальные программы, дополняющие BIOS (базовую систему ввода-вывода, находящуюся в постоянной памяти компьютера) и обеспечивающие обслуживание новых или нестандартное обслуживание имеющихся устройств компьютера.
Утилиты предоставляют пользователю возможность выполнять действия обслуживающего характера, например: форматирование диска, сжатие диска, восстановление удаленных файлов.
Операционная система – это наиболее важная и сложная программа, состоящая из нескольких составных частей. Одной из составляющих является загрузчик операционной системы (ОС). Загрузчик ОС состоит из двух частей, так как винчестер может быть разбит на несколько логических дисков. Основная часть загрузчика находится в первом секторе диска и выбирает с какого из разделов жесткого диска продолжить загрузку. Вторая часть находится в первом секторе раздела диска с программами операционной системы.
Другой составляющей ОС являются файлы (модули) IO.SYS и MSDOS.SYS. Они остаются после загрузки в оперативной памяти компьютера. Файл IO.SYS дополняет BIOS, а MSDOS.SYS реализует основные высокоуровневые услуги DOS и считывает файл конфигурации системы Config.sys, в котором устанавливаются параметры операционной системы и указываются драйверы устройств.
Командный процессор COMMAND.COM (интерпретатор команд) – обрабатывает команды, вводимые пользователем, загружает командный файл Autoexec.bat и выполняет указанные в нем назначения, загружает программы в оперативную память, после окончания работы убирает их из оперативной памяти.
Важной составляющей ОС являются внешние программы. Они поставляются вместе с операционной системой в виде отдельных файлов и выполняют действия обслуживающего характера.
Каждый раз при включении компьютера происходит процедура загрузки операционной системы. Программы BIOS, находящиеся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), производят тестирование оборудования, входящего в состав компьютера. Затем программа начальной загрузки BIOS пытается прочесть с дискеты, установленной в дисководе A: программу-загрузчик операционной системы. Если в дисководе А: нет дискеты, то загрузка будет продолжаться с жесткого диска. Если в дисководе находится дискета, на которой не записана операционная система, то будет выдано сообщение об ошибке: “Invalid system disk. Replace the disk and press any key.” (Несистемный диск или ошибка на диске. Замените диск и нажмите любую клавишу). Следует либо заменить дискету на дискету с системными программами (системный диск), либо вынуть дискету из дисковода и нажать клавишу “Enter” для продолжения загрузки с винчестера.
После того как прочитана программа-загрузчик операционной системы, она считывает в оперативную память компьютера модули операционной системы (IO.SYS и MSDOS.SYS) и передает им управление. С корневого каталога диска с операционной системой считывается файл CONFIG.SYS. Файл конфигурации системы устанавливает параметры конфигурации, назначенные пользователем, если файл отсутствует, то параметры конфигурации устанавливаются по умолчанию. Затем управление получает командный процессор (COMMAND.COM). Командный процессор загружает командный файл AUTOEXEC.BAT, если он находится в корневом каталоге диска, с которого производится загрузка, и выполняет указанные в нем команды и программы.
Для записи программ и других данных необходимо предварительно организовать их размещение на дисках. Подготовка жесткого диска к работе выполняется в процессе форматирования, которое производится в два этапа: вначале производится низкоуровневое (физическое) форматирования диска, затем – логическое. В процессе логического форматирования формируется нулевая дорожка и область данных (рабочая область диска). Нулевая дорожка (BOOT RECORD) содержит информацию о программе-загрузчике операционной системы, таблице размещения файлов (FAT) и о корневом каталоге.
Физически область данных на диске разбита на дорожки и сектора размером 512 байт. Наименьшая порция информации, передаваемая при взаимодействии оперативной памяти с диском, называется кластером. На гибком магнитном диске кластер равен одному сектору (512 байт), на жестком магнитном диске и CD ROM – 32 кбайта (32 768 байт). В таблице FAT хранится информация о том, какие кластеры принадлежат файлу в области данных.
Файл – 32-байтная запись на диске, имеющая структуру, приведенную на рис 2.1.
Рис. 2.1. Структура записи на диске
Информация на дисках хранится в файлах. Файл – совокупность элементов информации, объединенных общим именем и помещенных на физический носитель. В файлах могут храниться тексты программ, документы, рисунки, чертежи и т. д. Файл имеет обозначение, которое состоит из двух частей: имени и расширения.
Имя файла может состоять не более чем из 12 символов, причем само имя – 1–8 символов, расширение 1–3 символов, и точки перед расширением. В имени файла используются прописные и строчные латинские буквы, цифры и некоторые специальные символы ($ # ‘ % & ( ) – ! ^).
Расширение необязательно, оно используется с целью классификации групп файлов. Наиболее широко используются следующие расширения файлов:
.com, .exe – программы, готовые к исполнению;
.bat – командные файлы;
.sys – системные файлы, содержащие информацию о конфигурации оборудования;
.bak – предыдущая версия файла;
.doc, .txt – текстовые файлы;
.bas – программа, написанная на языке Basic;
.c – программа, написанная на языке Си.
Файловая система имеет иерархическую структуру. Имена файлов на дисках регистрируются в каталогах. Каталог – это специальное место на диске, в котором хранятся имена файлов, сведения о размере файла, дате и времени создания или дате и времени последнего обновления файла, атрибуты (свойства) файлов. На диске имеется один главный – корневой каталог. Подкаталоги корневого каталога называются каталогами первого уровня, подкаталоги каталогов первого уровня – каталогами второго уровня и т. д. Получается иерархическая древовидная структура каталогов на диске. Каталог, с которым пользователь работает в данный момент времени, называется текущим (активным).
Правила присвоения имен каталогам те же, что и файлам. Расширение в имени каталога, как правило, не используется.
В компьютере обычно имеется несколько накопителей на дисках (дисководов). Принято обозначать дисководы латинскими буквами:
A: – накопитель на гибком магнитном диске;
C: – жесткий диск (винчестер);
D: – CD ROM.
Дисковод, с которым пользователь работает в данный момент времени, называется текущим или активным. По умолчанию операционная система ищет все задаваемые пользователем файлы на текущем дисководе. Если обращение идет к файлу, который находится не в текущем каталоге или диске, то следует подробно указать местоположение файла. Маршрут от корневого или текущего каталога к тому каталогу, в котором находится файл, определяет путь к файлу. Указание пути к файлу и его имени определяет полное имя файла. Оно состоит из имени устройства, перечня имен каталогов, разделенных “ \ ” и имени самого файла. Если дисковод не указан, то подразумевается текущий дисковод, если не указан каталог, то подразумевается текущий каталог.
Полное имя файла имеет стандартное обозначение:
[ путь\ ] имя файла
Так, полное имя файла dok1.txt, находящегося на диске А, в каталоге DOKUMENТ, в подкаталоге LETTER, имеет следующий вид:
A:\DOKUMENT\LETTER\dok1.txt
Во многих командах и именах файлов можно употреблять символы “*” и “?” для указания группы файлов из одного каталога:
* – обозначает любое количество любых символов в имени файла или в расширении;
? – обозначает один произвольный символ или его отсутствие в имени или расширении файла.
Примеры использования специальных символов:
*.* – все файлы текущего каталога;
*.exe – все файлы с расширением exe из текущего каталога;
A:\DOKUMENT\dok*.* – все файлы, начинающиеся на dok в каталоге DOKUMENT;
C:\NC\n???.* – все файлы, начинающиеся на n и имеющие в имени не более 4 символов.
Прикладные программы. Прикладные программные инструментарии (в отличие от системных программ, решающих только общесистемные задачи) предназначены для разработки и выполнения конкретных управленческих задач предприятий.
Прикладные программы являются мощным инструментом информатизации. Они освобождают разработчиков и пользователей информационных систем от необходимости знать, как ЭВМ выполняет те или иные функции и процедуры, тем самым значительно облегчая автоматизацию управления.
В настоящее время имеется широкий спектр пакетов прикладных программ, различающихся своими функциональными возможностями и способами реализации. Их можно разделить на три большие группы: пакеты прикладных программ общего назначения, метод-ориентированные пакеты, рабочие программы пользователя и информационной системы в целом.
Пакеты прикладных программ общего назначения предназначены как для автоматизированного решения отдельных задач управления производством, так и для разработки информационных систем. К этому классу программ можно отнести текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных (СУБД), интегрированные программные инструментарии, Case-технологии, оболочки экспертных систем и систем искусственного интеллекта.
Редакторы значительно упрощают и облегчают организацию документооборота на предприятии. По своим функциональным возможностям их можно подразделить на текстовые, графические и издательские системы. Текстовые процессоры предназначены для обработки текстовой информации и выполняют обычно следующие функции: вставку, удаление, замену символов или фрагментов текста; проверку орфографии; оформление текстового документа различными шрифтами; форматирование текста; подготовку оглавлений, разбиение текста на страницы; поиск и замену слов и выражений; включение в текст иллюстраций; печать текстов; запись текстовых документов на машинные носители.
При работе с операционными системами Windows, Windows 95, Windows NT, OS/2 применяются мощные и удобные текстовые процессоры Microsoft Word, Word Perfect. Для подготовки несложных текстовых документов существуют редакторы ChiWriter, MultiEdit, Word Pro, Just Write, Лексикон и др.
Графические редакторы предназначены для обработки графических документов, включая диаграммы, иллюстрации, чертежи, таблицы. Допускается управление размером фигур и шрифтов, перемещение фигур и букв, формирование любых изображений. Из наиболее известных графических редакторов можно выделить Adobe Photoshop, Adobe Illustrator, Corel Draw, Photo-Paint, Fractal Design Painter, Fauve Matisse, РС Paintbrush, Boieng Graf, Pictire Man и др.
Издательские системы соединяют в себе возможности текстовых и графических редакторов, обладают развитыми возможностями по форматированию полос с графическими материалами и последующим выводом на печать. Эти системы, в основном, ориентированы на использование в издательском деле и называются системами верстки. Из таких систем можно назвать продукты PageMaker фирмы Adobe и Ventura Publisher корпорации Corel.
Табличные процессоры применяются для обработки управленческих документов, представляющих собой таблицы. Все данные в таблице хранятся в ячейках, находящихся на пересечении столбцов и строк. В ячейках могут храниться числа, символьные данные, формулы, пояснительные тексты. Формулы задают зависимость значения одних ячеек от содержимого других ячеек. Изменение содержимого ячейки приводит к изменению значений в зависящих от нее ячейках.
Современные табличные процессоры поддерживают трехмерные таблицы, позволяют создавать собственные входные и выходные формы, включать в таблицы рисунки, использовать такие средства автоматизации как макрокоманды, работать в режиме баз данных и др. К наиболее популярным электронным таблицам по праву относятся программные продукты Microsoft Excel (для Windows), Lotus 1-2-3 и Quattro Pro (для DOS и Windows) и др.
К пакетам прикладных программ общего назначения относятся и программы управления базами данных. Под базой данных понимается совокупность специальным образом организованных наборов данных, хранящихся на диске. Управление базой данных включает в себя ввод данных, их коррекцию и манипулирование данными, то есть добавление, удаление, извлечение, обновление, сортировку записей, составление отчетов и т. д. Простейшие системы управления базами данных позволяют обрабатывать на ЭВМ один массив информации. Среди таких систем известны PC-File, Reflex, Q&A.
Более сложные системы управления базами данных поддерживают несколько массивов информации и связи между ними, то есть могут использоваться для задач, в которых участвует много различных видов объектов, связанных друг с другом различными соотношениями. Обычно эти системы включают средства программирования, но многие из них удобны и для интерактивного применения. Типичными представителями таких систем являются Microsoft Access, Microsoft FoxPro, Paradox, Clarion и др.
Для создания многопользовательских информационных систем применяются системы управления базами данных типа “клиент-сервер”. В них сама база данных располагается на мощном компьютере-сервере, который принимает от программ, выполняемых на других компьютерах-клиентах, запросы на получение той или иной информации из базы данных или осуществление тех или иных манипуляций с данными. Эти запросы, как правило, осуществляются с помощью структурного языка запросов SQL (Structured Query Language).
Как правило, компьютер-сервер работает под управлением операционных систем типа Windows NT или UNIX, причем этот компьютер может быть не IBM PC совместимый. А приложения-клиенты могут создаваться для DOS, Windows и многих других операционных систем. В многопользовательских АСУ применяются следующие системы управления базами данных: Oracle, Microsoft SQL, Progress, Sybase SQL Server, Informix и др.
Особое место среди пакетов прикладных программ общего назначения занимают интегрированные программные системы обработки информации, объединяющие в одном пакете функционально различные программные компоненты. Современные интегрированные программные инструментарии могут включать в себя: текстовый редактор, электронную таблицу, графический редактор, систему управления базами данных, коммуникационный модуль. В качестве дополнительных модулей в интегрированный пакет могут включаться такие компоненты, как система экспорта-импорта файлов, калькулятор, календарь, системы программирования.
Наиболее типичными и известными пакетами такой организации являются Wicrosoft Works, Alphaworks, Framework, Symphony, Smartware II. Информационная связь между компонентами обеспечивается путем унификации форматов представления различных данных. Интеграция различных компонентов в единую систему предоставляет разработчикам и пользователям неоспоримые преимущества в интерфейсе, но неизбежно проигрывает в части повышенных требований к оперативной памяти.
CASE-технологии применяются при создании крупных или уникальных проектов автоматизации управления производством, обычно требующих коллективной реализации проекта информатизации, в котором участвуют специалисты-производственники, системные аналитики, проектировщики и программисты. Под CASE-технологией понимается совокупность инструментариев разработки информационных систем, включающая в себя методологию анализа предметной области, проектирования, программирования и эксплуатации информационной системы.
Инструментальные средства CASE-технологий применяются на всех этапах жизненного цикла информационной системы (от анализа и проектирования до внедрения и сопровождения), значительно упрощая решение возникающих задач. CASE-технологии позволяют отделить проектирование информационной системы от собственно программирования и отладки. Разработчики информационных систем занимаются проектированием на более высоком уровне, не отвлекаясь на детали. Такой подход исключает ошибки уже на стадии анализа и проектирования, что позволяет подготавливать более качественные машинные программы. Так например, CASE-технологии дают возможность оптимизировать модели организационных и управленческих структур предприятий. В большинстве случаев применение CASE-технологий сопровождается радикальным преобразованием деятельности предприятия, направленным на оптимальную реализацию того или иного проекта.
Коллективная работа над проектом информационной системы предполагает обмен информацией, контроль выполнения задач, отслеживание изменений и версий, планирование, взаимодействие и управление. Фундаментом реализации подобных функций служит общая база данных проекта, называемая репозитарем. Репозитарий является важнейшим компонентом набора инструментальных средств САSЕ-технологий и служит источником информации, необходимой для автоматизации построения информационной системы. Кроме того, CASE-продукты на базе репозитария позволяют разработчикам использовать при создании информацмонной системы и другие инструментальные средства, например пакеты быстрой разработки программ.
В настоящее время CASE-технологии являются одним из наиболее мощных и эффективных средств информатизации, несмотря на их достаточно высокую стоимость и длительность обучения, а также необходимость кардинальной реорганизации всего процесса создания информационной системы управления. Из CASE-технологий, нашедших наибольшее применение, можно выделить Application Development Workbench фирмы Knowledge Ware, BPwin (Logic Works), CDEZ Tods, (Oracle), Clear Case (Alria Software), Composer (Texas Instrument), Discover Development Information System (Software Emancipation Technology).
Одним из перспективных направлений автоматизированной выработки управленческих решений является применение экспертных систем. Его суть заключается в переходе от строго формализованных алгоритмов, предписывающих как решать ту или иную управленческую задачу, к логическому программированию с указанием, что нужно решать на базе знаний, накопленных специалистами предметных областей.
Большинство современных экспертных систем включает следующие пять базовых компонент: базу данных, систему логического вывода, специальные подсистемы приобретения знаний и пояснений, а также пользовательский интерфейс. База знаний в экспертных системах занимает центральное место и основывается на фактах и правилах. Факты фиксируют количественные и качественные показатели явлений и процессов. Правила описывают соотношения между фактами обычно в виде логических условий, связывающих причины и следствия.
База знаний создается и поддерживается инженером базы знаний (в определенной мере подобно администратору базы данных). Приобретение знаний осуществляется в тесном контакте с экспертами из прикладной области. При этом выполняется перевод знаний эксперта с его профессионального языка на язык правил и стратегий. В отличие от базы данных, содержащей статические связи между полями записей, записями и файлами, база знаний находится в непрерывном динамическом обновлении, учитывает рекомендации соответствующих экспертов. По мере роста объема база данных (как основа для принятия решений) и сами решения могут изменяться.
Применение экспертных систем в строительстве наиболее эффективно при решении задач целевого планирования и прогнозирования, а также управлении процессом функционирования. В качестве средств реализации экспертных систем на ЭВМ используют соответствующие языковые средства и программные оболочки. Из языков программирования, с помощью которых создается внутренний язык представления знаний, можно выделить языки общего назначения (Forth, Pascal, Lisp и др.), продукционные (OPSS, Planer, LOOPS и др.), логические (Prolog, Loglisp, и др.). Из наиболее известных оболочек следует отметить GURU, Xi Plus, OP55+, Personal Consultant, Expert System Consultation Environment и др.
Метод-ориентированные пакеты прикладных программ отличаются от пакетов общего назначения тем, что они имеют более узкую направленность и предназначены для решения какой-либо задачи в конкретной функциональной области. В их основе, как правило, лежит тот или иной математический метод, например: линейное программирование, динамическое программирование, математическая статистика, сетевое планирование и управление, теория массового обслуживания, стохастическое программирование и др. Исключение составляют программные пакеты Mathematica фирмы Wolfram Research sh, Mathcad фирмы Mathsoft, Maple фирмы Waterloo Maple Software и другие, использующие математические методы общего назначения.
Из группы метод-ориентированных пакетов прикладных программ особо следует выделить информационные программные системы управления проектами: Microsoft Project, Time Line, Prima Vera и другие, в основе которых лежат методы сетевого планирования и управления, применяемые для строительных предприятий. Их использование позволяет решать важные задачи календарного планирования строительного производства на принципиально более высоком качественном уровне.
В группе статистических программ общего назначения наиболее известны автоматизированные системы обработки статистических данных: SPSS, Statistica, Stadia. Из статистических специализированных программных продуктов можно отметить Forecast PRO фирмы Business Forecast Systems, а также отечественный пакет "Эвриста" Центра статистических исследований. Пакеты прикладных программ по статистике широко применяются в строительстве при решении задач управления качеством, в инженерных расчетах.
Программные графические пакеты предназначены для вывода на экран, принтер или графопостроитель графиков функций (заданных в табличном или аналитическом виде), линий уровня поверхностей, диаграмм рассеяния и т. д. Среди них наиболее известны Grapher, Surfer, Harvard Graphics и др. Качественную научную и инженерную графику также можно получить с помощью математического программного пакета общего назначения типа Mathematica.
Рабочие программы пользователя и информационной системы в целом можно разделить на три составляющие: проблемно-ориентированные, для глобальных сетей ЭВМ, организации вычислительного процесса. Проблемно-ориентированные пакеты представляют собой наиболее широкий класс прикладных программных средств информационных систем. Практически нет ни одной предметной области, для которой не существует хотя бы одного такого программного инструментария.
Из всего многообразия проблемно-ориентированных программных средств можно выделить две группы: а) пакеты, предназначенные для комплексной автоматизации функций управления на предприятиях; б) пакеты прикладных программ для предметных областей.
Комплексные программные интегрированные приложения разрабатываются для автоматизации всей деятельности крупных или средних предприятий. При их создании особое внимание уделяется следующим требованиям: а) инвариантности по отношению к профилю деятельности предприятия; б) учету максимально возможного количества параметров, позволяющих настроить комплекс под специфические особенности хозяйственной, финансовой и производственной деятельности организации-пользователя; в) четкому разграничению оперативно-управленческих и бухгалтерско-учетных задач при полной их интеграции на уровне единой базы данных; г) охвату всего спектра типовых производственно-экономических функций; д) соблюдению единообразного пользовательского интерфейса; е) предоставлению возможностей для развития системы самими пользователями и др.
Несмотря на достаточно высокую стоимость большинства комплексных проблемно-ориентированных программных систем, они находят все более широкое применение в отечественной и зарубежной практике информатизации производства. Существует целый ряд многофункциональных программных продуктов этого класса: R/3 (SAP), Oracle, Mac-Pac Open (А. Andersen) и др. Из российских комплексных программных систем высшего ценового класса наиболее известен интегрированный многопользовательский сетевой программный комплекс “Галактика”, разработанный корпорацией “Галактика”, в состав которой входят АО “Новый Атлант” (г. Москва) и НТО “Топ Софт” (г. Минск), ЗАО “ГэлэксиСПБ” (г. Санкт-Петербург) и др.
В группу пакетов прикладных программ для предметных областей можно включить программные системы, направленные на проектирование, разработку сметной документации, ведение бухгалтерского учета, управление кадрами, поддержку финансового менеджмента, правовых систем и др.
Для выполнения проектно-конструкторских работ применяется система автоматизированного проектирования AutoCad фирмы AutoDesk, относящаяся к системам малого и среднего класса. AutoCAD является расширяемым программным средством. Для него существует множество дополнений, сделанных другими фирмами и обеспечивающих различные специальные функции в рамках AutoCAD. При проектировании сложных строительных проектов целесообразно использование более мощных автоматизированных систем проектирования типа: EVCLID, UNIGRAPHICS, CIMATRON и др.
Имеется ряд отечественных технологий и систем автоматизированного проектирования, которые позволяют выполнять разработку чертежей в полном соответствии с требованиями ЕСКД (единой системы конструкторской документации) и учитывать особенности отечественных стандартов. Их отличает от соответствующих зарубежных программных пакетов и значительно меньшие требования к ЭВМ, что позволяет существенно снизить затраты на автоматизацию проектирования. Наибольшее применение из отечественных систем информатизации проектирования нашел интегрированный программный пакет “Компас”, который разработан для операционных систем DOS и Windows.
Для подготовки строительных смет также существует ряд программных комплексов. Одни из программных прикладных пакетов, таких как АВЕРС (автоматизированное ведение и расчет смет) и БАРС (большая автоматизация расчета смет), функционируют под управлением DOS. Другие, подобно программе составления строительных смет WinСмета, подготовлены для системы Windows. Большая часть программных средств для подготовки сметных материалов, независимо от применяемой операционной платформы, имеет в своем составе обширные нормативные базы, содержащие ценники на материалы, монтаж и комплектующие, единичные расценки, укрупненные расценки и другие нормативы, которые могут дополняться.