- •Кафедра «Вычислительные системы и информационная безопасность»
- •Лекция №1. Информационные системы в науке
- •Метод — это способ достижения цели, программа построения и применения теории. Методы научных
- •Рациональная организация научно-исследовательских работ строится с использованием принципов системного подхода и схематично может
- •Исходя из задач научных исследований и порядка их реализации можно определить следующие основные
- •1.2. Виды научно-технической информации и ее обработка
- •Основным источником информации являются научные документы, которые по способу представления могут быть текстовыми,
- •Сбор и обработка научно-технической информации может быть выполнена следующими способами: анкетированием, собеседованием, экспертным
- •В проработке и автоматизации НТИ преобладают операции:
- •1.3. Понятие информационной системы
- •Процессы, обеспечивающие работу информационной системы любого назначения, условно можно представить в виде схемы
- •Информационная система определяется следующими свойствами:
- •1.4. Структура информационной системы Структуру информационной системы составляет совокупность отдельных ее
- •Унифицированные системы документации создаются на государственном, республиканском, отраслевом и региональном уровнях. Главная цель
- •1.5. Общая архитектура информационных и информационно-аналитических систем
- •Поддержка принятия управленческих решений на основе накопленных данных может выполняться в трех базовых
- •2.Сфера агрегированных показателей и данных. Комплексный взгляд на собранную в хранилище данных информацию,
- •Следует отметить, что в последние годы в мире оформился ряд новых концепций хранения
- •1.6. Концепция хранилищ данных (Data Warehouse)
- •Данные из OLTP-системы копируются в хранилище данных таким образом, чтобы при построении отчётов
- •1.7. Концепция витрин данных (Data Mart)
- •1.8. Смешанная концепция витрин данных и хранилищ данных
- •1.9. Оперативная аналитическая обработка данных (OLAP)
- •1.10. Интеллектуальный анализ данных (Data Mining)
- •Современные технологии Data Mining (discovery-driven data mining) перелопачивают информацию с целью автоматического поиска
- •Лекция №2. Виды информационных систем
- ••Структурированная (формализуемая) задача – это задача, где известны все ее элементы и взаимосвязи
- •Информационные
- •Информационные системы, разрабатывающие альтернативы решений, могут быть модельными и экспертными.
- ••Экспертные информационные системы обеспечивают выработку и оценку возможных альтернатив пользователем за счет создания
- •2.1.2. Классификация ИС по архитектуре
- •2.1.3. Классификация ИС по степени автоматизации
- •2.2. Безопасность информационных систем и технологий
- •Все угрозы информационным системам можно объединить в обобщающие их три группы.
- •• программные методы – это самые распространённые методы за щиты информации (например, программы
- •Защита информации от несанкционированного доступа – это комплексная проблема, подразумевающая решение следующих вопросов:
- •Брандмауэр (межсетевой экран) – это «полупроницаемая мембрана», которая располагается между защищаемым внутренним сегментом
- •Криптографическое закрытие информации. Активно развиваются и внедряются криптографические компьютерные технологии, направленные на обеспечение
- •Электронная цифровая подпись – это последовательность символов, полученная в результате криптографического преобразования исходной
- •Электронная цифровая подпись – это последовательность символов, полученная в результате криптографического преобразования исходной
- •2.3. Системы электронного документооборота
- •Основные принципы электронного документооборота:
- •Классификация систем электронного документооборота
- •2.4. Геоинформационные системы
- •2.5. Системы потоковой трансляции (аудио-видео конференции)
- •2.6. Информационные технологии дистанционного обучения
- •К образовательным технологиям, наиболее приспособленным для использования в дистанционном обучении, относятся:
- •2.6. Информационные технологии дистанционного обучения
- •Дистанционные образовательные технологии с использованием Интернета применяются как для освоения отдельных курсов повышения
- •2.7. Автоматизированные информационно-библиотечные системы
- •В результате комплексной автоматизации процессов комплектования, обработки документов, поддержки библиографических и фактографических ресурсов,
- •Лекция №3. Компьютерное моделирование
- •Качественные выводы, сделанные по результатам компьютерного моделирования, позволяют обнаружить такие свойства сложной системы,
- •Преимущества компьютерного моделирования
- •Основные этапы компьютерного моделирования
- •4.Разработка компьютерной модели
- •Практическое применение моделирования
- •Имитационное моделирование
- •Принятие решений в условиях риска, например, требует ведения диалоговых процедур формирования статистически достоверных
- •Преимущества системно-динамического моделирования заключаются в следующем: системно- динамический подход начинается с попытки понять
- •Иногда поведение таких систем оказывается настолько сложным, что его понимание лежит вне возможностей
- •Модели образования и науки в самом общем виде представляют собой модели ресурсного типа
- •Применение имитационного моделирования
- •Три подхода имитационного моделирования
- •Лекция №4. Пакеты прикладных программ
- •Наличие языковых средств. Другой особенностью ППП является наличие в его составе специализированных языковых
- •Обобщенную внутреннюю структуру ППП можно представить в виде трех взаимосвязанных элементов (рис. 1):
- •Входной язык — основной инструмент при работе пользователя с пакетом прикладных программ. В
- •Предметное обеспечение отражает особенности решаемого класса задач из конкретной предметной области и включает
- •Приведенная логическая структура ППП достаточна условна и в конкретном ППП может отсутствовать четкое
- •4.2.Основные группы пакетов прикладных программ
- •1.Обработка текстовой информации различного типа и назначения составляет одну из наиболее массовых групп
- •6. Экспертные системы (ЭС). В настоящее время в обращении находится свыше 6000 ЭС
- •7. Коммуникационные ППП предназначены для организации взаимодействия пользователя с удаленными абонентами или информационными
- •9. Интегрированные ППП — набор нескольких программных продуктов, функционально дополняющих друг друга, поддерживающих
- •4.3. Эволюция ППП
- •Второе поколение
- •Интероперабельность ППП
- •Четвертое поколение
- •Таким образом, создание прикладной системы сводится к настройке диалогового монитора на конкретный диалог,
Входной язык — основной инструмент при работе пользователя с пакетом прикладных программ. В качестве входного языка могут использоваться как универсальные (Pascal, Basic и т.п.), так и специализированные, проблемно-ориентированные языки программирования (Cobol — для бизнес-приложений, Lisp — списочные структуры данных, Fortran и MatLAB — математические задачи и т.п.).
Развитый пакет может обладать несколькими входными языками, предназначенными для выполнения различных функций в рамках решаемого класса задач. Так, например, в пакете OpenOffice.org поддерживаются языки StarBasic, Python, JavaScript и Java. StarBasic является основным входным языком, предназначенным для автоматизации работы с пакетом, для этого языка имеется интегрированная среда разработки и встроенный отладчик. Скрипты на языках Python и JavaScript загружаются и исполняются из внешних файлов. На Java (через SDK и функции API OpenOffice) можно создавать модули расширения и полнофункциональные приложения- компоненты.
Входные языки отражают объем и качество предоставляемых пакетом возможностей, а также удобство их использования. Таким образом, именно входной язык является основным показателем возможностей ППП. Однако, в современных пакетах обращение пользователя к языковым средствам обычно происходит косвенно, через графический интерфейс.
72
Предметное обеспечение отражает особенности решаемого класса задач из конкретной предметной области и включает программные модули, реализующие алгоритмы решения прикладных задач.
Наиболее распространено в настоящее время оформление программных модулей в виде библиотек, подключаемых статически или динамически. В зависимости от использованного разработчиками подхода к проектированию и реализации ППП такие библиотеки содержат встроенные классы и описания их интерфейсов (при использовании объектно-ориентированного программирования). При использовании парадигмы структурного программирования в библиотечных модулях содержатся процедуры и функции, предназначенные для решения некоторых самостоятельных задач. В обоих случаях библиотеки связаны с другими модулями пакета лишь входной и выходной информацией.
Системное обеспечение представляет собой совокупность низкоуровневых средств (программы, файлы, таблицы и т.д.), обеспечивающих определенную дисциплину работы пользователя при решении прикладных задач и формирующих окружение пакета. К системному обеспечению ППП относят следующие компоненты:
монитор — программа, управляющая взаимодействием всех компонентов ППП;
транслятор(ы) с входных языков — для ППП характерно использование интерпретируемых языков;
средства доступа к данным — драйверы баз данных и/или компоненты, представляющие доступ через унифицированные интерфейсы (ODBC, JDBC, ADO, BDE и т.п.);
информационно-справочный модуль — предоставляет функции поддержки, среди которых информационные сообщения, встроенная справочная системы и т.п.
различные служебные программы, выполняющие низкоуровневые операции (автосохранение, синхронизация совместно используемых файлов и т.д.).
73
Приведенная логическая структура ППП достаточна условна и в конкретном ППП может отсутствовать четкое разделение программ на предметное и системное обеспечение. Например, программа планирования вычислений, относящаяся к прикладному обеспечению, может одновременно выполнять и ряд служебных функций (информационное обеспечение, связь с операционной системой и т.п.).
Кроме того, одни и те же программы в одном пакете могут относиться к предметному обеспечению, а в другом — к системному. Так, программы построения диаграмм в рамках специализированного пакета машинной графики естественно отнести к предметному обеспечению. Однако те же программы следует считать вспомогательными и относящимися к системному обеспечению, например, в пакете решения вычислительных задач.
74
4.2.Основные группы пакетов прикладных программ
ПППможно условно классифицировать по четырем основным группам: 1) общего назначения; 2) проблемно-ориентированные;
3) расширяющие функции ОС;
4) интегрированные.
ПППобщего назначения — ориентированы на широкий круг пользователей в различных
проблемных областях, позволяя автоматизировать наиболее часто используемые виды работ. К пакетам такого типа относятся обработка текстовой информации, деловой графики, электронных таблиц и т. д. При этом следует иметь в виду, что функции пакета одного типа могут перекрывать функции пакета другого типа. Однако каждый из этих пакетов все-таки в большей мере акцентирован на обработку информации определенного вида.
Проблемно-ориентированные ППП имеют относительно узкое применение, используя особые методы представления и обработки информации. Это пакеты для экспертных систем, математические пакеты, статистические, издательские системы, управления производством, работы бухгалтерии, обработки фотографий, финансовой деятельности, управления персоналом (кадрового учета), управления материальными запасами (учета материалов), учета и управления транспортными средствами и т. п.
Расширяющие функции ОС пакеты обеспечивают, в частности, сопряжение ЭВМ с унифицированными приборными интерфейсами, научными приборами и установками.
Интегрированные ППП объединяют основные функции ряда пакетов, как правило, общего назначения. В таких пакетах используются не только единый формат файлов, но и методы доступа к файлам отдельных пакетов, т. е. обеспечивается полная информационная совместимость составляющих совокупность пакетов. Современные интегрированные пакеты для массового применения включают такие основные функции, как текстовый редактор, электронные таблицы, деловую графику, системы управления базами данных и телекоммуникацию. Типичным средством
данного класса является известный пакет MS Office. |
75 |
1.Обработка текстовой информации различного типа и назначения составляет одну из наиболее массовых групп задач на ЭВМ. Пакеты данной группы являются одними из наиболее часто используемых на ПК и позволяют проводить набор основных процедур работы с текстовой информацией.
2.Графические пакеты — предназначены для обработки различного рода и назначения графической и иной изобразительной информации (рисование, создание и использование библиотек рисунков различного назначения, черчение в двух и трех измерениях, создание иллюстраций и т. д.).
3.Обработка информации табличного типа (электронные таблицы). Электронная таблица — компьютерный эквивалент обычной двумерной таблице, в клетках (ячейках) которой записаны данные различных типов: тексты, даты, формулы, числа и другая информация. Электронная таблица
—одна из самых распространенных и мощных информационных технологий для профессиональной работы с данными. Для управления электронной таблицей созданы специальные программные продукты — табличные процессоры.
4.Системы управления базами данных (СУБД). СУБД позволяют хранить различного рода информацию, обеспечивая доступ к ней как локально, так и в сетевых режимах.
5.Специальные математические пакеты (средства численных и символьных вычислений) ориентированы на достаточно массовое применение и обеспечивают решение задач в математике, технике, статистике и других областях. Одной из основных областей применения компьютеров и поныне являются математические и научно-технические расчеты. Такая практика изменилась лишь после появления интегрированных математических программных систем для научно-технических расчетов, наиболее распространенные из них: MatLAB, MathCAD, Mathematica, Maple, Statistika, пакет оптимизации QSB и т. д. Математические пакеты такого рода являются системами, в которых описание решения математических задач задается с помощью привычных математических формул и знаков. Такой же вид имеют и результаты вычислений.
76
6. Экспертные системы (ЭС). В настоящее время в обращении находится свыше 6000 ЭС и инструментальных средств для их построения, постоянно расширяется их рынок и ведутся интенсивные работы по совершенствованию их архитектуры и возможностям. При этом наибольший интерес представляют так называемые «оболочки» и «программные обстановки».
Под «оболочками» понимают «пустые» версии существующих экспертных систем, т.е. готовые экспертные системы без базы знаний. Достоинство оболочек в том, что они вообще не требуют работы программистов для создания готовой экспертной системы. Требуются только специалисты в предметной области и инженеры по знаниям для заполнения базы знаний. Примером таких оболочек могут служить EMYCIN (Empty MYCIN — пустой MYCIN) и VP Expert, которые представляет собой незаполненные экспертные системы.
Программные обстановки для разработки экспертных систем представляют собой высокоуровневые системы поддержки автоматизированной разработки и создания проблемно- ориентированных ЭС. Они, как правило, содержат богатый спектр языков представления знаний. Разработчик экспертной системы, пользуясь набором разнообразных средств организации вывода в ЭС, может сконструировать свою проблемно-независимую оболочку. Наиболее известной программной обстановкой является система КЕЕ
77
7. Коммуникационные ППП предназначены для организации взаимодействия пользователя с удаленными абонентами или информационными ресурсами сети. Так, в условиях развития глобальной информационной сети Internet, идеология которой сейчас используется в локальных сетях, появился класс программного обеспечения — браузеры, средства создания WWW станиц и др.
8. Пакеты, реализующие CASE (Computer Aided Software Engineering) - технологии применяются при создании сложных информационных систем, обычно требующих коллективной разработки проекта, в котором участвуют различные специалисты: системные аналитики, проектировщики и программисты.
Под CASE-технологией понимается совокупность средств автоматизации разработки информационной системы, включающей в себя методологию анализа предметной области, проектирования, программирования и эксплуатации информационных систем.
Инструментальные средства CASE-технологии применяются на всех этапах жизненного цикла системы (от анализа и проектирования до внедрения и сопровождения), значительно упрощая решение возникающих задач.
CASE-технология позволяет отделить проектирование информационной системы от собственно программирования и отладки: разработчик системы занимается проектированием на более высоком уровне, не отвлекаясь на детали. Это позволяет не допускать ошибок уже на стадии проектирования и
получить более совершенные программные продукты.
78
9. Интегрированные ППП — набор нескольких программных продуктов, функционально дополняющих друг друга, поддерживающих единые информационные технологии, реализованные на общей вычислительной и операционной платформе. Организационно такие пакеты представляют собой либо логическое объединение пакетов под управлением некоторого координирующего их работу модуля, либо выполняются в виде интегрированной системы функций пакетов общего назначения.
Современные интегрированные пакеты для массового применения включают следующие основные функции:
текстовый редактор;
электронные таблицы;
деловую графику;
СУБД;
телекоммуникацию.
Компоненты интегрированных пакетов могут работать изолированно друг от друга, но основные достоинства интегрированных пакетов проявляются при их разумном сочетании друг с другом. Пользователи интегрированных пакетов имеют унифицированный для различных компонентов интерфейс, тем самым обеспечивается относительная легкость процесса их освоения.
Типичный пример интегрированного пакета — MS Office. |
79 |
|
4.3. Эволюция ППП
Первые пакеты прикладных программ представляли собой простые тематические подборки программ для решения отдельных задач в той или иной предметной области, обращение к ним выполнялось с помощью средств оболочки ОС или из других программ. Современный пакет является сложной программной системой, включающей специализированные системные и языковые средства. В относительно короткой истории развития вычисли-тельных ППП можно выделить 4 основных поколения (класса) пакетов. Каждый из этих классов характеризуется определенными особенностями входящих в состав ППП компонентов — входных языков, предметного и системного обеспечения.
Первое поколение
Вкачестве входных языков ППП первого поколения использовались универсальные языки программирования (Фортран, Алгол-60 и т.п.) или языки управления заданиями соответствующих операционных систем. Проблемная ориентация входных языков достигалась за счет соответствующей мнемоники в идентификаторах. Составление заданий на таком языке практически не отличалось от написания программ на алгоритмическом языке. Предметное обеспечение первых
ППП, как правило, было организовано в форме библиотек программ, т.е. в виде наборов (пакетов) независимых программ на некотором базовом языке программирования (отсюда впервые возник и сам термин «пакет»). Такие ППП иногда называют пакетами библиотечного типа, или пакетами простой структуры.
Вкачестве системного обеспечения пакетов первого поколения обычно использовались штатные компоненты программного обеспечения ЭВМ: компиляторы с алгоритмических языков, редакторы текстов, средства организации библиотек программ, архивные системы и т.д. Эти пакеты не требовали сколько-нибудь развитой системной поддержки, и для их функционирования вполне хватало указанных системных средств общего назначения. В большинстве случаев разработчиками таких пакетов были прикладные программисты, которые пытались приспособить универсальные языки программирования к своим нуждам.
80
Второе поколение
Разработка ППП второго поколения осуществлялась уже с участием системных программистов. Это привело к появлению специализированных входных языков на базе универсальных языков программирования. Проблемная ориентация таких языков достигалась не только за счет использования определенной мнемоники, но также применением соответствующих языковых конструкций, которые упрощали формулировку задачи и делали ее более наглядной. Транслятор с такого языка представлял собой препроцессор (чаще всего макропроцессор) к транслятору соответствующего алгоритмического языка. В качестве модулей в пакетах этого класса стали использоваться не только программные единицы (т.е. законченные программы на том или ином языке программирования), но и такие объекты, как последовательность операторов языка программирования, совокупность данных, схема счета и др.
Существенные изменения претерпели также принципы организации системного обеспечения
ППП. В достаточно развитых пакетах второго поколения уже можно выделить элементы системного обеспечения, характерные для современных пакетов: монитор, трансляторы с входных языков, специализированные банки данных, средства описания модели предметной области и планирования вычислений и др.
Третье поколение
Третий этап развития ППП характеризуется появлением самостоятельных входных языков, ориентированных на пользователей-непрограммистов. Особое внимание в таких ППП уделяется системным компонентам, обеспечивающим простоту и удобство. Это достигается главным образом за счет специализации входных языков и включения в состав пакета средств автоматизированного планирования вычислений.
81