1.3. Структуризация взаимосвязи информатики с предметной областью применения

Подобная структуризация может быть осуществлена в сле­дующих взаимосвязанных аспектах:

• уровни процессов и объектов информатики, информатиза­ции;

• факторы или компоненты (страты, слои, подслои) инфор­мационных технологий;

• фазы или этапы развития автоматизированных информа­ционных технологий (АИТ) и систем (АИС);

• типология пользователей машин, программ, систем.

Уровни информационных процессов

Прежде всего, могут быть рассмотрены уровни, различаю­щиеся степенью связи «информатики» с «предметной областью»:

• информационные технологии:

• информационные системы:

• информационные ресурсы.

В принципе, можно утверждать, что информационные тех­нологии являются менее зависимыми от структуры и специфики предметной области, чем информационные системы и/или ре­сурсы, однако эта связь всегда существует, если, например, оп­ределить автоматизированную информационную технологию как целенаправленное и согласованное исполь­зование:

• технических средств информатизации (аппаратурный фактор);

• программных средств и систем (программный фактор);

• информационный фактор — собственно информация, т. е. сигналы, сообщения, массивы данных, файлы и базы данных;

• интеллектуальных усилий и человеческого труда (человече­ский, гуманитарный фактор), для решения задачи (задач) предметной области — всегда присутствует человек-поль­зователь, решающий задачи какой-либо предметной облас­ти с использованием инструментария информатики.

Аналогично, информационные системы рассматри­ваются как комплексы информационных технологий, ориенти­рованных на процедуры сбора, обработки, хранения, поиска, пе­редачи и отображения информации предметной области, а ин­формационные ресурсы — комплексы соответствующих информационных систем, рассматриваемые дополнительно так­же и на социально-экономических уровнях описания и приме­нения.

Этапы развития информатизации

Могут быть выделены следующие этапы развития информа­тизации, связанные с вышеперечисленными компонентами (фак­торами).

Технический период («железный век», аппаратная фаза), в течение которого сложились основные представления о структуре универсальных вычислительных машин (ЭВМ), опре­делилась архитектура и типы устройств. За этот период отпали АВМ (анатоговые ВМ), машины для открывания и закрывания дверей, шахматные машины и пр. специализированные контрол­леры. Этот период можно ограничить 1947—1970 гг., с момента появления первой ЭВМ и до окончательного утверждения со­временных представлений о составе, принципах функциониро­вания и структурах ЭВМ. В последующем развитие в основном шло в направлениях повышения экономической, технической, энергетической эффективности путем миниатюризации и повы­шения быстродействия электронных и механических устройств ЭВМ. Нет оснований ожидать каких-либо революций с точки зрения появления неожиданных устройств или структур ЭВМ. Исследования в направлении специализированных схем или процессоров постоянно идут: появляются «машины баз данных», «процессоры изображений», «коммуникационные процессоры» и пр., однако вряд ли они смогут в обозримом будущем вытеснить с массовых рынков ЭВМ классической структуры, а разве что будут входить в их состав [14. 24. 25]. Эти машины включают центральное устройство, состоящее из процессора и главной па­мяти, а также широкий спектр периферийных устройств, ис­пользуемых для долговременного хранения, ввода-вывода и пре­образования информации. Центральный процессор и память при всем многообразии конструкций подчиняются так называе­мым принципам фон-Неймана [24].

Программный период («бронзовый век», программная фаза) — выработалась современная классификация программ­ных средств, их структур и взаимосвязей, сложились языки про­граммирования, разработаны компиляторы и принципы проце­дурной обработки, операционные системы, языки управления заданиями. Ограничен 1954 — 1970 гг., а именно — появлением первого языка программирования Fortran и формированием окончательных представлений о функциях операционных сис­тем, систем программирования и прикладных программ (прило­жений), что наиболее ярко проявилось в появлении операцион­ной системы UNIX и языка программирования С (Си) [9]. Мож­но сказать, выражаясь экстремистски, что за эти годы «все программы были написаны», осталось их только модернизиро­вать и исправлять (здесь есть элемент преувеличения, однако бо­лее чем 2000-летняя история математики, физики, механики к 1970 г. нашла свое полное отражение в библиотеках и фондах программ и алгоритмов).

Информационный период («серебряный век», ин­формационная фаза) — в центре внимания исследователей и разработчиков оказываются структуры данных, языки описания (ЯОД) и манипулирования (ЯМД) данными, непроцедурные подходы к построению систем обработки информации, базы данных, автоматизированные И ПС — с 1970 г. по 1990 г. При­держиваясь вышеиспользованной терминологии, скажем, что за этот период «все данные были введены в машины», и их остает­ся только уточнять и исправлять [14].

Гуманитарный период («золотой век») — связан с резким возрастанием круга пользователей АИТ, появлением ПЭВМ, развитием систем коммуникации и повышением роли интерфейсных, коммуникационных и навигационных возмож­ностей соответствующих систем (с 1990 г.).

Конструктивный (процедурный) аспект

Перечисленные компоненты (факторы) — технические, программные средства, информация и человече­ский фактор — в значительной степени взаимозаменяемы при решении задач. Это означает, что в широких пределах неко­торый эффект может быть получен, а некоторая задача — реше­на как в рамках электронных схем. так и посредством программ или информационных ресурсов (а также естественно-интеллек­туальными усилиями человека).

Предположим, необходимо извлечь квадратный корень из некоторого числа, тогда:

• электронное решение — собрать нелинейный уси­литель, в котором диод или транзистор используют началь­ную часть вольт-амперной характеристики, которая близка к параболе;

• алгоритмический подход — написать программу, реализующую алгоритм Герона извлечения корня;

• информационный подход — построить таблицу ве­личин X, Y, в которой Y= л[Х.

Аналогично могут быть рассмотрены такие примеры, как пе­ремножение двух переменных, построение случайной последова­тельности чисел и т. п.

Заметим, что чисто аппаратурное решение задач положено в основу так называемых аналоговых вычислительных машин (АВМ), в настоящее время практически забытых. В 1949—1950 гг. были созданы первые АВМ. называемые инте­граторами постоянного тока: ИПТ-1 —ИПТ-5. Они предназнача­лись для решения линейных дифференциальных уравнений с постоянными и переменными коэффициентами и широко при­менялись для имитационного моделирования сложных динами­ческих систем (рис. 1.3).

Здесь же надо отметить, что техническое, программное и ин­формационное обеспечение как бы образуют различные слои об-

Рис. 1.3. АВМ ИПТ-5 и приставка нелинейных блоков (справа). Разработка 1952 г.

работки информации, взаимодействие между которыми должно быть сбалансировано в том смысле, что не должно быть чрез­мерно «толстых» или «тонких» слоев.

Содержательный или информационный аспект

Здесь мы сталкиваемся с трактовкой и связью таких поня­тий, как адрес, имя, содержание'.

Электронно-аппаратурный уровень (этап) ас­социируется с понятием адреса (номера позиции) данных или устройств (элементов) ЭВМ. Машинные команды оперируют в терминах адресов оперативной памяти, все внешние устройства ЭВМ имеют машинные номера (адреса). На начальном этапе развития систем программирования существовало такое поня­тие, как программирование в машинных адресах (или машинных кодах), при этом управление как процессами вычислений, так и пересылкой информации между оперативной и внешней памя­тью осуществляется путем обращения к соответствующим абсо­лютным адресам памяти.

Программа при этом является просто совокупностью машин­ных слов и задается своими начальным и конечным адресами в памяти. Например, программист должен был описать процедуру

¹ Заметим, что в повседневной жизни люди стремятся установить взаимосвязь «имя — адрес — содержание». Иногда это удается (напри­мер, профессия — кузнец; фамилия — Кузнецов: адрес — г. Москва, ул. Кузнецкий мост), но чаше — нет (например, профессия — препода­ватель. фамилия — Попов, адрес — г. Москва, ул. В.Лациса...).

выборки данных с магнитной ленты примерно следующими ко­мандами: «на лентопротяжном механизме № 4 перемотать ленту, пропустив 11 блоков, начиная с этого места записать 3 блока ин­формации с магнитной ленты в оперативную память, начиная с адреса 234 561» и т. п. Подобные манипуляции соответствуют программированию в машинных адресах.

Программный этап или уровень приводит к поня­тию имени данного, устройства, программы и пр. Языки про­граммирования (системы программирования) используют сим­волические обозначения (имена, идентификаторы) для данных (чисел, строк, структур) и элементов программ (блоков, функ­ций, процедур). Операционные системы (ОС) оперируют имена­ми файлов, томов, устройств, реализуя управление данными, из­бавляют пользователя от работы с адресами, заменяя ее на рабо­ту с именами данных. Типичная команда ОС (например, DOS) не содержит каких-либо машинных адресов:

ссру c:\games\co~ic.doc ргг. .

Информационный этап, ил и уровень, приводит к определению и использованию содержания (значения) данного. Пользователей информационных систем не волнует ма­шинный адрес хранения информации или имя файла, их интере­сует содержание. Связи адреса и содержания реализуются на уровне прикладных программ, именуемых СУБД (системы управления базами данных) и АИПС (автоматизированные ин­формационно-поисковые системы).

В свою очередь, установление таких связей может быть осу­ществлено как программно (вычисление адреса по содержа­нию, или рандомизация, хэширование) так и информаци­онно, с помощью дополнительных файлов, указательных таб­лиц (индексов, инверсных списков и пр. — индексирование). Первый тип использовался в ранних СУБД и широкого распро­странения тогда не получил. Существенное удешевление нако­пителей информации привело к тому, что в последнее время преимущественно используется второй тип связей «содержа­ние-адрес». Попытки реашзовать эти связи аппаратно (ассоциа­тивная память. Data Base Machine и пр. [14]), еще не получили широкого коммерческого распространения. В то же время дос­тигнуты определенные обнадеживающие результаты на пути комбинирования этих двух подходов — индексирования и р а н д о м и з а и и и.

Существенно также, что в этот период появились языки про­граммирования информационных систем (в которых основное внимание уделяется описанию данных сложной структуры, а не описанию вычислений и алгоритмов).

Пользователи средств информатизации

Проследим вкратце развитие во времени человеческого фак­тора информатизации, рассмотрев динамику пользователей (ЭВМ, систем, информационных технологий), а именно:

• программист-алгоритмизатор. оператор ЭВМ (доминируют на первой, аппаратурной, фазе информатизации):

• системный программист, прикладной программист, адми­нистратор ОС (системы, машины), оператор ЭВМ (систем­ный оператор, SysOp). вторая фаза:

• администратор базы данных, квалифицированный конеч­ный пользователь (EndUser), информационный посредник (третья фаза);

• появление в массовом масштабе ПЭВМ (четвертая фаза) прерывает эту дифференциацию и начинает процесс инте­грации указанных функций на уровне конечного пользова­теля, (кроме того, появляются новые профессии — напри­мер, WEB-дизайнер и пр.).

В исторической перспективе развития информатики к сере­дине 80-х гг. сложились следующие представления о видах поль­зователей вычислительных и информационных систем:

• администратор базы данных (АБД) — лицо или группа, от­вечающая за сопровождение данных, назначение уровней доступа, включение/исключение пользователей, защи­ту/восстановление данных. Обычно АБД участвует в проек­тировании и определении структуры БД;

• системный администратор — лицо (группа), отвечающее за установку и сопровождение операционной системы ЭВМ и приложений общего назначения:

• оператор ЭВМ — отвечает за текущее функционирование вычислительной установки, осуществляет слежение за про­хождением задач, готовностью устройств, наличием и ис­пользованием машинных ресурсов (оперативной и внеш­ней памяти, времени, расходных материалов и пр.);

• операторы подготовки данных (ОПД) — персонал, осуще­ствляющий ввод данных с рабочих листов или документов, на основе соответствующих инструкций, в среде специаль­ных программных интерфейсов (или аппаратных средств);

• интерактивные пользователи — липа, имеющие доступ на ввод, коррекцию, обновление, уничтожение и чтение дан­ных в рамках, как правило, ограниченной области БД;

• конечные пользователи — лица, использующие БД для по­лучения справок и решения задач.

Отдельной строкой рассматривались разработчики, среди ко­торых принято выделять две группы:

• системные программисты — персонал, занимающийся раз­работкой операционных систем, приложений общего на­значения, с использованием машинно-ориентированных языков;

• прикладные программисты — персонал, разрабатывающий конкретные прикладные задачи, с использованием систем программирования высокого уровня или готовых других прикладных систем.

Здесь видна достаточно стройная система, в которой выделя­ются:

• разработчики программных средств (системных и при­кладных);

• системные пользователи ЭВМ (администраторы и операто­ры, ответственные за функционирование ОС и общесис­темных приложений);

• системные пользователи ИС и БД (администраторы и опе­раторы, ответственные за функционирование информаци­онной системы);

• конечные пользователи (интерактивные и нет).

С появлением персональных ЭВМ начинается интеграция всех данных ролей. Рядовой пользователь ПЭВМ совмещает в одном лице:

• администратора системы (когда он редактирует файлы config.sys или autoexec.bat или решает, какие файлы ОС или прикладной системы он будет копировать с дист­рибутивного диска);

• оператора ЭВМ (запуская и останавливая программы, про­сматривая содержимое дисков или даже заправляя бумагу в принтер);

• администратора БД (когда он в рамках системы FoxPro создает файлы данных), оператора (когда он заполняет эти файлы);

• конечного пользователя (когда он редактирует или про­сматривает файлы данных).

Реже пользователь такой становится прикладным програм­мистом и почти никогда — системным.