Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Заочники_ЦБП / ИТвУправлении_от Смирнова ВБ / ИТ в Управлении, Уч.Пос..doc
Скачиваний:
96
Добавлен:
12.03.2016
Размер:
1.33 Mб
Скачать
      1. 1.2. Автоматизация информационного процесса

Одной из основных научно-технических предпосылок появления автоматизированных систем управления в народном хозяйстве считалась автоматизация информационного процесса в управлении. Раз­витие средств вычислительной техники позволило не только улуч­шить характеристики информационного процесса, но и получить новые возможности, сведя к минимуму затраты человеческого тру­да в подготовке отчетной документации. Первые автоматизирован­ные системы были направлены на постановку и решение инфор­мационных задач, имеющих рутинный характер.

Современная автоматизированная система представляет собой систему комплексной обработки информации. Под обра­боткой информации понимается процесс решения вычислительных задач, адекватно отража­ющих функциональные задачи управления. Именно комплексная обработка информации позволяет системно подойти к постановке и решению основной задачи АСУ - повышению эффективности производства. Для этого необходимо от общей экономико-матема­тической модели управления перейти к частным экономико-матема­тическим моделям, описывающим отдельные функциональные за­дачи АСУ, организовать решение задач в соответствии с этими моделями. Это приводит к решению ряда вычислительных задач на базе современных средств вычислительной техники. Если в традици­онных системах управления имеет место ручное или механизирован­ное выполнение информационных процессов, то в АСУ осуществля­ется автоматизация информационного процесса практически на всех этапах преобразования информации. В информационном процессе функционирования АСУ можно выделить следующие типовые фазы преобразования информации: сбор, подготовку, ввод, передачу, об­работку, накопление, вывод, воспроизведение и регистрацию. Их мо­жно рассматривать как самостоятельные информационные процес­сы. В реальной системе отдельные фазы преобразования информации могут присутствовать неявно, соотношение и значимость их зависит от уровня системы, т.е. от того, является ли система организационно-экономической, организационно-технологической либо технологической. Чем ниже уровень системы, тем большее значение приобретают такие фазы, как сбор, ввод, передача, вывод, отображение и регистрация. С повышением уровня системы, с появ­лением организационно-экономических задач возрастает доля об­работки информации, ее хранения и накопления. Периодичность информации также зависят от уровня системы. Чем ниже уровень, тем меньше период возникновения информации, тем чаще возникают управляющие воздействия. Обработка информа­ции на нижних уровнях должна осуществляться в реальном масш­табе времени. Для верхних уровней при решении организацион­но-экономических задач стратегического характера может быть допущена пакетная обработка информации. При этом возникают требования к организации вычислительного процесса. Рас­смотрим последовательно основные фазы преобразования информации в автоматизированных системах как составляющие единого информационного процесса.

Сбор информации. Фаза сбора информации является начальным этапом формирования осведомляющей информации. Сбор осуществляется либо с датчиков информации, встроенных в технологические или производственные процессы, с контрольно-измерительных приборов, либо путем съема данных графиков, чертежей, схем номенклатур, прейскурантов, спецификаций и т. д. В общем случае сигналы, поступающие от объекта, можно разделить на статические, отображающие устойчивые состояния объектов, и динамические, для которых характерно быстрое изменение во времени, отображающее, например, изменение электрических параметров систе­мы. Статические сигналы обычно фиксируются в документальной форме, динамические появляются на выходе датчиков, контроль­но-измерительных приборов и т. д. По характеру изменения сигналы делятся на непрерывные и дискретные. Непрерывный сигнал математически отображается непрерывной функцией, а физически представляет собой непрерывное значений тока или напряжения. Дискретный сигнал определяется конечным множеством значений некоторой величины, отобража­ющей состояние объекта. С технологичес­кого оборудования с помо­щью датчиков снимается непрерывная информация, которая подвергается операциям преобразования и кодирования. Эти операции выполняются преобразователями. При преоб­разовании осуществляется дискретизация непрерывной величины. Эту операцию могут выполнять и датчики. При кодировании дискретное значение непрерывной величины превращается в код. Под кодом понимают определенный набор символов и знаков, однозначно отображающих любое сообщение, в том числе дискретизированное или мгновенно снятое с датчика значение непрерыв­ной величины. Физически код представляет собой некоторую последовательность импульсов, распределенных во времени либо в пространстве. Он включает в себя ряд элементов, каждый из которых содержит определенное количество информации. Представленные в кодирован­ном виде значения исходной информации хранятся в накопительных устройствах и через коммутатор по определенному закону выводятся на следующую фазу преобразования инфор­мации. Режим опроса, т.е. функционирования коммутатора, задает­ся устройством программного управления. При этом могут реализовываться режимы циклического опроса, случайного поиска, опроса по загрузке накопителей, а также по заданным приоритетам. Рассмотрим отдельные, наиболее характерные для фазы сбора информации процедуры кодирования с использованием неизбыточных кодов.

Подготовка информации. Фаза подготовки информации заключа­ется в записи информации, снятой автоматически с объекта управ­ления либо полученной оператором, на носитель с целью включения её в процесс управления. Вид представления инфор­мации на выходе фазы подготовки зависит от того, с какой следу­ющей фазой сопрягается подготовка информации. Если эта инфор­мация после ее подготовки должна быть передана в канал связи, то необходимо представить ее в виде электрического сигнала, способ­ного передаваться по физической линии либо специально организо­ванному каналу связи. Если за фазой подготовки следует обработка или хранение информации, то необходимо информацию перенести на машинный носитель либо документ в соответствии с теми правилами, которые определяются последующими фазами информацион­ного процесса. При пакетной обработке информации фаза подготовки непосредственно сопрягается с фазой обработки. Тогда по своему содержанию эта фаза соответствует подготовке входных машинных документов. Информация может записываться на пер­фокартах, перфолентах и других носителях. Фаза подготовки обыч­но реализуется оператором, который работает на специальных устройствах подготовки данных. В настоящее время стремятся уменьшить степень участия человека в подготовке машинных документов, усиливаются диалоговые методы общения оператора с ЭВМ, реализуются отдельные авто­матические процедуры. Информация в ЭВМ может вводиться с помощью перфокарт, перфолент либо непосред­ственно с клавиатуры. Ввод осущест­вляется в виде буквенно-цифрового текста. В первых поколениях ЭВМ этот текст отображался на перфокар­те в виде пятиразрядного междуна­родного кода, с 1964 г. был введен стандартный семиразрядный код. Да­лее он совершенствовался, однако ос­новная проблема обеспечения без­ошибочного ввода информации оставалась. Большое количество ошибок происходило по вине операторов, поэтому наряду с неиз­быточными кодами получают применение коды, в которые вводят­ся контрольные символы. Семиразрядный неизбыточный код ре­ализовывался на семидорожечной перфоленте, однако из-за отсут­ствия возможности автоматического контроля при вводе инфор­мации этот вариант перфоленты получил ограниченное применение. Перешли к восьмидорожечной перфоленте, на которой основная информация записывалась в семиразрядном коде и предусматри­вался дополнительный восьмой разряд, обеспечивающий контроль на нечетность. Введение дополнительного контрольного разряда означает переход к коду, способному обнаруживать ошибку.

При подготовке задач к решению на ЭВМ команды могут вписываться в двоичных кодах. В таком же виде они хранятся в памяти ЭВМ. При этом составляется программа, которая записывается в так называемом машинном языке. Процесс кодирования команд на машинном языке получил название программирования. Символичес­кое обозначение всех команд называют языком Ассемблер, а машинную программу, по которой выполняется перевод с языка Ассемблер на машинный язык - Ассемблер. При подготовке информации в ЭВМ пользуются общими языками, когда информация записывается в символическом виде. При вводе информация преобразуется в двоичный код автоматически с помощью специальной программы, существующей в ЭВМ. Это ускоряет процесс программирования. Таким образом, если на первых этапах развития вычислительной техники коды подготовки информа­ции соответствовали машинным кодам ЭВМ, то в настоящее время этап подготовки и ввода информации реализуется на более высоком уровне, что облегчает работу пользователя с ЭВМ, но ставит задачи создания специальных языков, близких к естественному языку пользователя.

На физическом уровне с помощью клавиатуры подготавли­вается команда, выраженная машинным кодом, соответствующим нажатой клавише. На логическом уровне, который реализуется базовой системой ввода - вывода, происходит преобразование по­ступающего машинного кода в специальный двухбайтовый код. Младший из двухбайтовых кодов соответствует изображенному на клавише знаку. Этот байт называют главным, а старший байт является вспомогательным. На функциональном уровне отдельным клавишам сопоставляются определенные функции, что реализуется программным путем. Возможно также программное переопределение клавиш по назначению непосредственно в ходе работы.

Каждый байт может интерпретироваться как двоичное число без знака, поэтому восемь разрядов отображают десятичное число в двоичном представлении, т.е. получаем восьмиэлементный двоич­ный неизбыточный код. Возможен такой вариант представ­ления данных, когда каждый байт интерпретируется как две четы­рехразрядные группы, каждая из которых кодирует десятичную цифру. Возникает двоично-десятичное представление, которое, как указывалось выше, используется и при сборе информации. Таким образом, в современных условиях подготовка информации, если она не связана непосредственно с последующей ее передачей, при отсутствии бумажных носителей означает подготовку программ к вводу информации через клавиатуру. Характерно, что и в этом случае автоматизация фазы подготовки информации осуществляет­ся за счет процедуры кодирования, которая реализуется аппарат­ным или программным путем.

Передача информации. Фаза передачи информации в информаци­онном процессе автоматизированной системы возникает тогда, ког­да существует взаимодействие между территориально удаленными объектами. Основные операции по автоматизации этой фазы ин­формационного процесса могут быть представлены схемой, отражающей простейшее взаимодействие источника и потребителя информации, между которыми существует канал связи, и возникает задача пере­дачи заданного объема информации через него с требуемой помехоустойчивостью. Сообщение, формируемое источником ин­формации, подвергается на передающей стороне трем проце­дурам: преобразованию (выполняется преобразователем); кодированию (осуществляется кодирующим устройством); модуляции (реализуется модулятором). На прием­ной стороне над сигналом, который прошел через линейные со­гласующие устройства и канал связи, выполняются сле­дующие процедуры: демодуляция с помощью демодулятора; декодирование (реализует декодирующее устройство); преобразование полученной информации в соответст­вующую форму (выполняет потребитель информации). Особенностью процесса передачи является то, что сигнал, отображающий код, в канале связи подвергается действию помех. Для обеспечения требуемой помехоустойчивости передачи информации предусматривают введение избыточности как в передаваемый сиг­нал, так и в код. Введение избыточности в передаваемый сигнал осуществляется за счет модуляции. Помехоустойчивость кода обес­печивается избыточным кодированием, которое является основным средством автоматизации фазы передачи информации.

Обработка информации. Термин "обработка информации" имеет более широкий смысл. Полезно выделить как подэтап предварительную обработку информации. При автоматизированном управлении це­лью обработки является решение с помощью ЭВМ вычислительных задач оптимизационного либо расчетного характера, отображаю­щих функциональные задачи управления в системе. В этих условиях должны существовать модели обработки информации, соответст­вующие принятым алгоритмам управления. Можно считать, что в памяти ЭВМ хранится некоторая концептуальная модель - ин­формационный образ объекта управления и модели процесса управ­ления. Для обработки необходимо создать набор вычислительных алгоритмов с программным обеспечением, проблемно-ориентиро­ванным на задачи управления. На этапе предварительной обработ­ки основной задачей является выявление смысла принятого сообще­ния. Семантическое содержание сообщения и его прагматическое значение зависят от пользователя, т.е. потребителя информации. Поэтому должно существовать правило интерпретации сообщения, которое принято по согласованию между источником информации и потребителем. Конкретное содержание процесса предварительной обработки зависит от конечной цели и может быть различным, например: для обнаружения сигнала, обработки текстовой инфор­мации, сжатия измерительной информации и т. д. В АСУ обработка информации автоматизирована. Эта операция является обязательной составляющей АСУ. Прежде всего необходимо обработать информацию, входящую во внешнее информационное обеспечение, т.е. ту, которая представлена в формализованном (документаль­ном) виде. Показатели, содержащиеся в документах, обрабатыва­ются в различных подразделениях предприятия. Одной из задач создания системы обработки является рациональное распределение вычислительных ресурсов между подразделениями с целью минимизации информационных потоков между службами предприятий и минимизация времени решения вычислительных задач. Вычис­лительные задачи, поставленные на основе данных, представленных в документах, имеют обычно информационный характер. Их решают с помощью ЭВМ на базе типовых вычислительных алгорит­мов. Ряд задач в АСУ, связанных с прогнозированием, стратегическим планированием и управлением, решаются путем моделирования с использованием математических и имитационных моделей. В этих случаях возможна оптимизационная постановка задачи и по­лучение значительного экономического эффекта от реализации ав­томатизированного управления. Несмотря на внешнюю разнотип­ность задач обработки информации, физическая реализация процес­са обработки означает представление данных в ЭВМ с помощью машинных кодов и выполнение ряда типовых операций над дан­ными. Как говорилось выше, пользователь может работать с ЭВМ в машинном коде, однако наличие языков программирования более высокого уровня позволяет оперировать со сложными иерархичес­кими структурами данных. Возможны и разные формы представле­ния форматов данных. Непрерывно совершенствуются процедуры ввода, вывода, поиска, представления и регистрации данных. Не останавливаясь на языках программирования, рассмотрим внутримашинные процедуры обработки информации в ЭВМ.

Хранение информации. Хранение информации можно рассматривать как передачу информации во времени. Различают оперативное и долго­временное хранение информации. Необходимость хранения информации в ЭВМ связана не только с процессом арифметической обработки. При управлении создают информационные массивы, которые хранятся в информационной базе. Вопросы хранения информации, принципы организации информацион­ных массивов, поиска, обновления, представления информации приоб­ретают самостоятельный характер. Хранение информации осуществля­ется на специальных носителях. Носители информации можно разделить на оперативные и долговременные запоминающие устрой­ства. Исторически наиболее распространен­ным носителем информации была бумага, которая, однако, непригод­на в обычных (не специальных) условиях для длительного хранения информации. На бумагу оказывают вредное воздействие температур­ные условия: либо разбухает, либо ломается, способна к возгоранию.

В вычислительной технике по материалу изготовления раз­личают следующие машинные носители: бумажные, металлические, пластмассовые, комбинированные и др.

По принципу воздействия и возможности изменения структуры выделяют магнитные, полупроводниковые, диэлектрические, перфорационные, оптические и др.

По методу считывания различают контактные, магнитные электрические, оптические. Особое значение при построении инфор­мационного обеспечения имеют характеристики доступа к инфор­мации, записанной на носителе. Выделяют носители прямого и по­следовательного доступа. Пригодность носителя для хранения ин­формации оценивается следующими параметрами: временем до­ступа, емкостью памяти и плотностью записи.

Фаза хранения информации может быть представлена на кон­цептуальном, логическом и физическом уровнях. Концептуальный уровень отражает содержательно информацию и способы реализа­ции ее хранения. Логический уровень определяет порядок представ­ления информации, организацию информационных массивов. Физи­ческий уровень означает реализацию хранения информации на конк­ретных физических носителях. Автоматизация фазы хранения ин­формации осуществляется за счет процессов кодирования, процедур организации информационных массивов, алгоритмизации процес­сов ввода, поиска, вывода и обновления информации. При хранении в автоматизированных системах прежде всего нужно различать информацию, хранимую вне ЭВМ, т.е. в форме документов, и ин­формацию, хранимую внутри ЭВМ с помощью специальных запо­минающих устройств. На концептуальном уровне сведения о тех­нико-экономическом объекте задают некоторый информационный образ. Этот образ отражается в виде технико-экономической инфор­мации, куда входят сведения наблюдателя об управляемом объекте, а также информация, которой обменивается этот объект с внешней средой. Ввиду большого объема технико-экономической информа­ции необходимо компактное ее представление. Для этого использу­ют процедуру классификации и кодирования.

Организация информационных массивов. Наряду с классификаци­ей и кодированием существенным этапом автоматизации хранения информации является организация информационных массивов. Объекты и явления реального мира в ЭВМ представляются на стадии хранения информации в виде данных, при этом нам важны не только данные, но и связи между ними, т.е. принцип их ор­ганизации. Желательно, чтобы концептуальная структура данных отображала реальные явления окружающего нас мира. Однако на физическом уровне структура данных во многом определяется требованиями, накладываемыми возможностями технических средств хранения информации. Наиболее простой является линей­ная структура хранения. Организация данных может быть выпол­нена в виде строки, одномерного массива, стека, очереди, дека и т. д. При организации данных в виде строки элементы данных располагаются по признаку непосредственного следования, т.е. по мере поступления данных в ЭВМ. В случае одномерного массива отдельные его элементы имеют индексы - целые числа. Эти числа можно рассматривать как номер элемента массива. Наличие индекса позволяет получить до­ступ к заданному элементу, и это оказывается намного проще, чем осуществлять поиск требуемого элемента в строке. С учетом дина­мики процесса ввода и вывода информации различают также струк­туры данных, в которых используется линейный принцип организа­ции, реализующий дисциплину обслуживания FIFO. Такая структура получила название стека. В стеке первым удаляется последний поступивший элемент. Воз­можна реализация и другой дисциплины обслуживания, при кото­рой для обработки информации выбирается элемент, поступивший ранее всех других. Такая структура получила название очереди. При одновременном сочетании рассмотренных дисциплин возникает структура данных, называемая дек. Рассмотренные структуры от­носятся к линейным и отображают достаточно простые одномерные структуры данных. В случае многомерных сложных структур возникают и нелинейные структуры хранения данных. К ним можно отнести многомерные массивы, отображаемые деревьями, графами, сетями. Элемент многомерного массива также определяется индек­сом, однако индекс состоит из набора чисел. В основе формального представления многомерного прямоугольного массива лежит мат­рица, а в матрице каждое ее значение определяется совокупностью чисел, что и составляет индекс требуемого элемента массива.

Организация расположения данных может быть представлена на логическом уровне, при этом возникают логические структуры ин­формационных массивов. Данные компонуются в виде записей, которые в информационном массиве могут располагаться различ­ным образом. Выделяют четыре основные структуры информаци­онных массивов на логическом уровне: последовательную, цепную, ветвящуюся и списковую.

В последовательной структуре записи информационного массива располагаются последовательно, нахождение требуемой записи осуществляется путем просмотра всех предшествующих. Включение новой записи в информационный массив требует смеще­ния всех записей, начиная с той, которая включается. Обновление информационных массивов при последовательной структуре требу­ет перезаписи всего массива.

В цепной структуре информационные массивы располагают­ся произвольно. Для логической связи отдельных записей необ­ходима их адресация, т.е. каждая предыдущая запись логически связанного информационного массива должна содержать адрес рас­положения последующей записи. В случае, если с определенного уровня, т.е. признака, значения в записях повторяются в различных сочетаниях, то возможен переход (в целях экономии памяти) от цепной структуры к ветвящейся.

В ветвящейся структуре сначала в информационном массиве размещается запись, отображающая признак объекта с небольшим числом значений, далее эти значения повторяются в записях в раз­личных сочетаниях, т.е. возможно от некоторой основной записи переходить к другим в зависимости от запроса, не повторяя основ­ную запись. Чтобы устранить повторяющиеся записи и соответст­вующие им поля в памяти, их удаляют из основного массива и объединяют в дополнительный небольшой информационный мас­сив. Здесь эти записи упорядочиваются также по какому-то призна­ку без повторений. Тогда в основном массиве вместо удаленного информационного поля указываются адреса записей, которые раз­мещены в дополнительном массиве. Данная структура является удобной при реорганизации информационной базы, поскольку повторяющиеся записи легко могут быть заменены, так как они хранятся в дополнительном массиве, основной же массив подвергается при этом малому изменению. Однако эта структура требует дополнительного объема памяти.

Списковая структура информационных массивов характери­зуется наличием списка, который содержит набор данных, опреде­ляющий логический порядок организации информационного мас­сива. Список включает имя, поля данных и адреса полей. В памяти ЭВМ элементы списка физически разнесены, но связаны друг с дру­гом логически за счет адресных ссылок. Поле данных в зависимости от характера хранимой информации может представляться двоичным разрядом, словом фиксированной либо переменной длины, а также набором отдельных слов. Формализованно список может быть представлен в виде таблицы, в которой именам списка и по­лям данных сопоставлены адреса. Адреса выбираются произвольно по мере наличия свободных мест в запоминающем устройстве. В случае необходимости повторения какой-либо информации реко­мендуется многократно обращаться по адресу, который может входить в несколько списков, т.е. применить механизм многократ­ных адресных ссылок. Списковая структура с механизмом адресных ссылок может быть представлена в виде графа древовидной струк­туры. Каждый элемент списка тогда включает в себя маркерное поле, поле данных и адресное поле. Маркерное поле предупреждает, имеется ли ссылка на другой список либо такая ссылка отсутствует. В зависимости от этого в маркерном поле ставится знак минус или плюс. Списки могут отображать и более сложные структуры, чем древовидные. Они могут быть показаны ориентированными графа­ми с петлями, в которых возможна ссылка вперед и назад. Возника­ет так называемый симметричный список, и появляется возмож­ность движения в структуре данных в разных направлениях. Видно, что списковая структура отличается высокой логической простотой, но в связи с адресным обращением к данным время доступа здесь велико, так как каждому элементу списка необходимо иметь ссылку. Соответственно значительно возрастает и объем памяти запомина­ющего устройства, которую требуется иметь в списковой структуре по сравнению с последовательной структурой организа­ции информационных массивов.