Эксперт моделирования – человек-техник, технология работы которого направлена на решение непонятных неопределённостей, некорректных, сложных задач через посредства, некоторого объекта, называемого моделью.

Модель – искусственный или естественный объект, который ставится в соответствие объекту-оригиналу.

(Модель может быть материальным или идеальным объектом, может быть создана экспертом, может обладать некоторыми схожими признаками с оригиналом, может быть “прозрачной” по отношению к эксперту моделирования.)

Все три компонента являются взаимодействующими звеньями в процессе моделирования.

Моделирование – это человеко-технологический процесс, направленный на решение сложных задач, посредством использования методов моделирования.

Пояснение к рисунку: Э – эксперт по моделированию, М – модель, О – объект моделирования;

связи между ними показывают взаимодействие между ними – 6 процессов;

всего 9 отношений (6 процессов + 3 отношения – сами на себя)

Диаграмма показывает все возможные отношения между экспертом, моделью и объектом (далее просто рассказать).

3. Сложность объекта моделирования. Субъективные и объективные аспекты сложности. Редукция сложности в задачах моделирования

Моделирование, наряду с теорией и экспериментом, является одной из фундаментальных методологий познавательно-созидательной деятельности. Оно особенно эффективно в тех случаях, когда возникает необходимость решения сложных, широкомасштабных, априорно неопределенных, некорректных и тому подобных задач.

Сложность объекта моделирования.

Сложность – определяется мерой Хартли (кол-во информации об объекте) – полное число состояний объекта.

С помощью внешнего анализа рассматриваются общие свойства объекта и количество информации поступающей к эксперту (цель объекта {по целевой функции объект может быть одноцелевым и много целевым}, кол-во – размерность) по входу и выходу системы.

В результате оценивания внешней сложности возможны следующие варианты:

— если размерность не велика, то строится математическая модель

— если размерность велика, то необходимо произвести редукцию для снижения сложности

Внутренне содержание объекта – выделение частей, существенных для моделирования. Для структуризации существуют следующие методы:

- базовые (стратификация, декомпозиция)

- прикладные (использование стратификации и декомпозиции, но приоритет больше на какой-то)

Стратификация – определение уровней анализа (для моделирования) – используется принцип интроспективности – вычленение необходимых аспектов объекта, относящиеся к целям моделирования.

Декомпозиция – расчленяет на заданном уровне анализа (на выделенной страте) целостный объект моделирования на части (необходимо определить основание декомпозиции)

В результате использования этих методов возникает усложнение связанное с увеличением информации о системе пропорционально кол-ву компонент системы + возникают отношения между компонентами (принцип Парето).

Чем глубже анализ, тем больше информации, тем сложнее моделирование объекта, следовательно, необходимо определить:

1. уровни детализации;

2. задачи, с которыми работает;

3. точность, которая необходима с итоге.

Сложность бывает:

— структурная (характеристики: количественная {главная} – кол-во элементов и связей между ними; качественная - конфигурация {бывает последовательная, иерархическая}-это качественная сложность структуры ).

— функциональная – выделение функции для каждого элемента, но морфологическая конфигурация подчиняется вложенности (включению) – морфологическое дерево. Функциональная сеть – запутанное дерево. Функциональная сложность (морфологический слой – обязательно учитывается) для построения функций.

Возможно, использование структурно-функциональной или функционально-структурной сложности (зависит от необходимого приоритета). Структурно-функциональная: структура не меняется, функции элемента могут меняться. Функционально-структурная: модели Фохта – функциональная основа постоянна, а структура меняется. [Функция-подфунция-до элементарной. Далее струится на этой основе структура снизу-вверх].

4. Концептуальная математическая метамодель объекта и её применение для решения задач моделирования

Математическое моделирование и модель

Математическое моделирование - это теоретико-экспериментальный метод познавательно-созидательной деятельности; это метод исследования и объяснения явлений, процессов и систем (объектов-оригиналов) на основе создания новых объектов - математических моделей.

Под математической моделью принято понимать совокупность соотношений (уравнений, неравенств, логических условий, операторов и т.п.), определяющих характеристики состояний объекта моделирования, а через них и выходные значения - реакции, в зависимости от параметров объекта-оригинала, входных воздействий, начальных и граничных условий, а также времени.

Математическая модель, как правило, учитывает лишь те свойства (атрибуты) объекта-оригинала, которые отражают, определяют и представляют интерес с точки зрения целей и задач конкретного исследования.

Анализ объекта показывает следующие свойства объекта:

— структура (морфологическое);

— функция (поведение);

— способ организации.

Как правило, рассматриваются динамические (активные) системы (живые). Организация системы – целевая (внутренняя или цель из вне) => механизм для достижения цели.

Функционирующие системы (живые, антропогенные - созданные человеком). Автомобиль – задание цели водителем.

Математическая метамодель – последовательность создания:

— морфология (структура)

— функции

— задачи (раскрытие функции)

— алгоритм (реализация функции через задачу)

— качество (значение функции в соответствии с целью)

Объект моделирование имеет следующие компоненты:

— строение

— поведение

— организация

Модель объекта:

— морфология (5 кортежей)

— функции (5 кортежей)

— целевое управление (5 кортежей)

— эпиморфные отношения компонентов

6. Метод блочных альтернативных сетей /БАС/ при решении задач моделирования

Этот метод организует данные и информацию. Он дает возможность группировать информацию по различным семантическим, ассоциативным или другим признакам. Дает возможность создания поименованных информационных массивов. Организовывать различные последовательности массивов в соответствии с требованиями решаемых задач. В рамках методологии блочных альтернативных сетей в отличие от морфологического ящика есть возможность избежать полного перебора элементов полного комбинирования за счет отсечения ненужных ветвей на каждом шаге прохождения сети. Это обеспечивает относительно быструю сходимость решений.

Архитектура блочной альтернативной сети (АБАС)

Основой АБАС является элементарный блок альтернатив (ЭБА). Пусть он характеризуется совокупностью атрибутов:

А_∑= {A_∑й: i=1, … , N_У} и

А_∑_i= {б_ј_ι: ј=1, … , m_У}.

Вводим понятие признака:

П_∑= {П_∑й: i=1, … , N_У} и

П_∑_i= {р_ј_ι: ј=1, … , m_У}.

А_∑ ∞ П_∑

А_∑_i ∞ П_∑_i

б_ј_ι∞ р_ј_ι

Выбирая некий атрибут A_йдля него можно представить следующую структуру:

Рис. 14.1. Первичное дерево иерархии

Развитие дерева с точки зрения ЭБА все сводится к добавлению замыкающей вершины (которая называется в нашем случае якорем).

б_ј_ι– являются альтернативами α_ј_ι+1 . Таким образом получается структура являющаяся структурной альтернативой. Использование такой структуры для автоматического выбора альтернатив требует ее расширения. Прежде всего, введем вершину обратной связи (R) – рекурсия, дает возможность организовывать циклы.

Если из совокупности атрибутов некоторые не используются, но представлены в виде блока возникает необходимость игнорировать или обходить такой блок. Для этого вводится еще одна вершина – транзитная (Т_i). Таким образом получаем законченную структуру ЭБА для некоторого блока. Данная структура является развернутой, она может быть свернута и представлена следующим образом:

Рис. 14.2. Свернутая структура ЭБА

Целесообразно использовать при формировании сетей. Представленные структурные схемы (рис. 14.1 и 14.2) дают возможность синтезировать различные архитектуры сетей, которые будем называть блочными альтернативными сетями (БАС) и обозначать N_a . В сетях вершины в свернутом виде представляют собой элементарные блоки и определяются, как супер - вершины. Формирование таких сетей осуществляется. В соответствии с существующей теорией синтеза структурных схем.

Варианты БАС:

1) последовательная сеть N_a

2) параллельная структура N_a

Для таких структур можно формировать параллельную структуру сети:

3) последовательно параллельные структуры N_a

Первые два (и более) блоков последовательные, а два (и более) параллельных блоков.

4) Параллельно последовательные структуры N_a

Работа посредством включения алгоритма навигации на сетях реализован четырьмя возможными методами: последовательная, параллельная и смешанные навигации. Рассмотрим навигацию элементарного блока альтернатив. Маршруты могут быть внутриблоковыми, межблоковые, сетевые.

Алгоритм внутриблоковой навигации

На блочных альтернативных сетях формируется только вершинные маршруты. Маршруты могут быть циклическими и ациклическими. Если возникает необходимость выбора некоторого значения атрибута a_н, либо по команде из вне, либо по собственной инициативе. Алгоритм имеет зафиксированное имя атрибута А входящий в элементарный блок и в соответствии с имеющимися сведениями или же требованиями к значению атрибута осуществляется просмотр альтернатив a_н..

Просмотр альтернатив в алгоритм закладывается. Если первый заход не удовлетворяет, то возвращаемся в А и рассматриваем следующие альтернативы через R.

Если блоков в сети много, то мы используем алгоритм последовательной навигации по сети, в соответствии с принятой дисциплиной просмотра альтернатив. Если какой-нибудь атрибут нас не интересует, то через блок транзита Т переходим в следующий блок. Через вершину R организуются циклические маршруты.

В параллельных сетях возможны два варианта реализации формирования маршрутов в самой сети, а также параллельно идет обращение в каждом блоке альтернативы выбираются, анализируются и сохраняются только подходящие, далее к тем, у кого нет альтернатив и т.д.

Когда все подобранны идет синтез на совместимость. Если синтез совместимости не удовлетворяет, то все происходит по-новому, с учетом, конечно же, проведенного ранее анализа, то есть выбор альтернатив, которые не согласуются с уже выбранными.

Второй случай когда формируется двухуровневая схема алгоритма навигации. На нижнем уровне представлены элементарные блоки, каждый из которых имеет внутриблоковой элемент навигации. На верхнем алгоритм координации и управления. По команде с координационного элемента запускаются алгоритмы блоковые, каждый из которых в соответствии с передним из координирующих алгоритмов осуществляет поиск значения альтернатив, при нахождении они передаются координирующему алгоритму, который проводит анализ на соответствующие требования, каждой альтернативы и осуществляет проверку альтернатив на системную совместимость и см. предыдущую лекцию.

7. Основные методы творчества: классификация и характеристики

Творчество - вид деятельности, который порождает нечто новое, никогда ранее не существующее. Результат творческой деятельности направлен на удовлетворение потребностей личности, относящихся к материальной, духовной и социальной сфере.

В общей сложности существует около шестидесяти методов решения творческих задач (РТЗ):

Морфологические методы РТЗ:

· Метод «И-ИЛИ дерево» — И-ИЛИ дерево представляет собой удачный симбиоз системного и морфологического подходов к проблеме выбора цели творческой деятельности. Как известно, системное представление объекта требует, чтобы исследователь мысленно видел объект в трех аспектах: как нечто целое (систему ), как часть более общей системы (надсистемы ) и как совокупность более мелких частей (элементов, подсистем ). При этом в надсистеме следует просмотреть и все ее составные части, так или иначе связанные с нашей системой. В общем же случае, для того, чтобы не упустить из виду какую-либо немаловажную деталь системы, целесообразно строить полное И-ИЛИ дерево, включающее в себя как предметные, так и операционные компоненты.

Эвристические методы РТЗ:

· Метод фокальных объектов — метод отличается простотой и большими (неограниченными) возможностями поиска новых точек зрения на решаемую проблему. В методе используются ассоциативный поиск и эвристические свойства случайности. Результативность поиска с помощью метода фокальных объектов во многом определяется «чувствительностью» к конструкциям языка, умением строить оригинальные ассоциативные цепочки. Метод предъявляет высокие требования к воображению. Метод фокальных объектов особенно аффективен при поиске новых форм проектируемого объекта. Использование случайности позволяет получать решения, которые не могут быть получены другими способами. Эффективность метода объясняется тем, что посредством специальных процедур различные знания как бы фокусируются на объекте проектирования (этим объясняется название метода). Метод фокальных объектов может быть полезен и как средство для тренировки способности к фантазии.

Семантико-лингвистические методы РТЗ:

· Метод контрольных вопросов — посредством ответов на вопросы, направить ход мысли по направлению к наиболее сильным решениям. Специально подобранные вопросы требуют таких ответов, которые позволяют лучше уяснить проблему и условия ее решения, «подсказывают» возможные пути решения, помогают преодолевать психологическую инерцию. Контрольные вопросы составляются на основе опыта решения схожих задач. Они могут использоваться при совершенствовании производства, продукции, организационных структур, для выявления ошибок при поиске решений различных проблем. Результатом использования списков может быть целый спектр оригинальных решений или переосмысление проблемы и формулирование ее с других позиций с целью дальнейшего поиска решений.

Алгоритмические методы РТЗ:

· Метод веполя (вещественно-полевой анализ) — в 1974 г. метод решения технических задач на структурном уровне. В качестве основы при создании метода было положено понятие «веполя», т. е. минимальной модели технической системы, описываемой обобщенными элементами (вещества) и связями, взаимодействиями между ними (веполи). Принято, что минимальная работоспособная техническая система должна включать в себя три элемента (два вещества и одно поле или два поля и одно вещество). Суть вепольного анализа состоит в представлении технической системы, данной в условиях задачи в «вепольной» форме, и достройки ее до полного веполя или в манипуляциях с имеющимся веполем по заданным правилам. В настоящее время делаются попытки развить представления, используемые в рамках вепольного анализа, с целью определения закономерностей развития технических систем.

Экспертные методы РТЗ:

· Метод мозгового штурма — в 1953 году американский психолог А. Осборн предпринял попытку усовершенствовать метод «проб и ошибок». Пытаясь решить задачу этим методом, изобретатель выдвигает какую-то идею («А если сделать так?»), а затем проверяет, годится она или нет. Есть люди, которые по складу ума хорошо «генерируют» идеи, но плохо справляются с их анализом. И наоборот: некоторые люди больше склонны к критическому анализу идей, чем к их «генерации». Осборн решил разделить эти процессы. Пусть одна группа, получив задачу, только выдвигает идеи, хотя бы и самые фантастические. Другая группа пусть только анализирует выдвинутые идеи. Один из основных недостатков мозгового штурма — отсутствие времени на глубокое осознание задачи. Кроме того, для многих людей более эффективным является процесс индивидуального творчества.

Комплексные методы РТЗ:

· Метод гирлянд ассоциаций — данный метод состоит из десяти этапов:

1) Определение синонимов объекта.

2) Выбор случайных объектов.

3) Составление комбинаций из элементов гирлянды синонимов объекта и элементов гирлянды случайных объектов. Комбинации составляются из двух элементов путем попытки объединения каждого синонима рассматриваемого объекта с каждым случайным объектом.

4) Составление перечня признаков случайных объектов. Определяются признаки случайно выбранных объектов с возможно большим количеством признаков в течение ограниченного времени (минуты).

5) Генерирование идей путем поочередного присоединения к техническому объекту и его синонимам признаков случайно выбранных объектов.

6) Генерирование гирлянд ассоциаций. Поочередно из признаков случайных объектов, выявленных на четвертом шаге, генерируют гирлянды свободных ассоциаций. Для каждого из отдельных признаков они могут быть практически неограниченной длины, поэтому генерирование следует ограничить по времени или количеству элементов гирлянды.

7) Генерирование новых идей. К элементам гирлянд синонимов технического объекта пытаются присоединить элементы гирлянд ассоциаций.

8) Выбор альтернативы. На этом шаге решается вопрос - продолжать генерирование гирлянд ассоциаций или их уже достаточно для отбора полезных идей.

9) Оценка и выбор рациональных вариантов идей.

10) Выбор оптимального варианта.

Методы случайного поиска:

· Метод проб и ошибок — впервые метод проб и ошибок был описан немецким физиологом Э.Торндайком в 1898г. Метод проб и ошибок стал отправной точкой для создания разнообразных методов случайного поиска, где используется не просто перебор всех возможных вариантов, а сложная система «весовых» коэффициентов, которая позволяют отбросить неэффективные варианты уже на ранних этапах поиска.

Методы функционально-структурного исследования объектов

· Метод функционально-стоимостного анализа — методология непрерывного совершенствования продукции, производственных технологий, организационных структур. Задачей ФСА является достижение наивысших потребительских свойств продукции при одновременном снижении всех видов производственных затрат. Сегодня в экономически развитых странах практически каждое предприятие или компания используют методологию функционально-стоимостного анализа для решения задач повышения конкурентоспособности своей продукции.

8. Цель, целенаправленность, целевая мотивация, творчество как высшая форма целенаправленной деятельности

По определению цель – это есть образ или модель предполагаемого результата. Это общее идеализированное представление результата. Это общее идеализированное представление результата, то к чему следует стремиться. Результат всегда конкретен, если цель определенна, то она должна быть в области цели либо на любой его границе.

Целевые мотивационные механизмы дают возможность в соответствии с возникающей потребностью формировать первичный образ этой потребности. Это формирование осуществляется на основе уже сформированных знаний по отношению к этой потребности.

Существует два основных направления (вида/формы) творческой деятельности.

1. Ментальная - мыслительная деятельность с помощью головы.

2. Идеальная - деятельность рук.

Ментальная деятельность - формирование образа, портрета, визуального представления цели творческой деятельности.

Для реализации ментальной деятельности необходимо определить что представляют собой предмет и объект потребности.

От вида потребности и ситуации зависит вид системы. Если известен объект и предмет, но ими надо завладеть - это одна задача, если что-то неизвестно - другая.

При осуществлении любой деятельности существует определенная последовательность действий:

- ментальная деятельность,

- целевая мотивация,

- материальная деятельность,

- деятельностная мотивация.

Т.о. в процессе мыслительной деятельности формируется новый ментальный информационный портрет деятельности с той степенью дискретизации и уточнения, которая доступна на данном этапе для данного человека.

Т.о. потребность - запускающий фактор мотивации, с помощью которого оценивается состояние предмета потребности и, усиливая мотивационные факторы (в процессе ментальной деятельности), формируется ментальный информационный портрет конкретного информационного образа предмета потребности.

Можно сказать, что такое конечное состояние предмета потребности (информационный портрет) называется модель цели.

По существу, процесс формирования портрета за счет изменения атрибутов и их значений и есть уточнение образа, т.е. формирование конечного образа цели.

Целевая мотивация – это цель деятельности, представление образа результата деятельности, формирование Ментального Информационного Портрета (МИП).

Деятельностная мотивация – пути решения задачи, физическая реализация потребности.

9. Общее представление о задачах, разделение задач на творческие и нетворческие /формальный подход/

Процесс возникновения задачи укладывается в последовательность:

1. Потребность

2. Противоречие

3. Проблемная ситуация

4. Проблема

5. Задачная ситуация

6. Задача

В соответствие с жизненным циклом задачи имеем:

1. Возникновение задачи

2. Описание задачи

3. Постановка задачи

4. Решение задачи

5. Если необходимо – оптимизация задачи.

Задача по своей природе является сугубо информационным объектом. Это субъективная категория, т.е. всегда связанная с человеком, для которого возникает потребность решения задачи. Формируется некая информационная система на ментальном или реальном уровне, в рамках которой предполагается возможным получить либо идеальный (информационный) или реальный (материальный) результат.

ßРис. 9.3. Информационное представление задачи

После формулировки задачи, возникают вопросы о ее решении. Необходимость рассматривать вопросы компетенции решателя задач. Он должен быть компетентен, т.е. располагать совокупностью знаний и данных – информационных ресурсов, которые бы удовлетворяли требованиям необходимости и достаточности по отношению к решаемой задаче.

Задачи делятся на творческие и не творческие, если в задаче присутствует новизна, то ее можно отнести к творческой. Один из основных критериев оценки любой деятельности как творческой является новизна результата деятельности.

Существует 4 основных уровня новизны.

а) Индивидуальная новизна.

Новизна - то, что в результате творческой деятельности является новым для конкретного человека (преодоление проблем, решение задач).

б) Коллективная новизна.

Уровень коллективной новизны соотносится с уровнем той группы людей, которые занимаются одной проблемой, получают новые результаты.

Различные люди, коллективы могут решать одну и ту же проблему.

Новизна - новое решение для каждой конкретной группы людей.

в) Регионально новые.

Здесь рассматриваются территории, на которых реализуется творческая деятельность, и на которых порождаются новые результаты.

В основном учитываются национальные особенности:

- потребности,

- менталитет,

- особенности климата,

- географические особенности.

С изменением национальных и территориальных особенностей изменяются характер и форма творческой деятельности. Таким образом, на основе особенности региона, в котором получены новые результаты, порождается региональная новизна.

г) Всемирная новизна (глобальная).

В результате творческой деятельности порождается нечто никогда ранее не существовавшее в условиях земной цивилизации, Земли. Т.е. в результате имеем принципиально или существенно новое или новое во времени.

Существенно новое - появление предмета или результата творческой деятельности, которая раньше никогда не существовала.

Новое во времени - предполагает существование предмета творческой деятельности до того момента, когда его стали рассматривать.

10. Проблемная ситуация, проблема, виды проблем. Творчество как процесс постановки и решения проблем

Существует два основных направления (вида/формы) творческой деятельности.

1. Ментальная - мыслительная деятельность с помощью головы - формирование образа, портрета, визуального представления цели творческой деятельности.

Для реализации ментальной деятельности необходимо определить что представляют собой

- предмет и

- объект потребности.

2. Идеальная - деятельность рук.

При осуществлении любой деятельности существует определенная последовательность действий:

- ментальная деятельность,

- целевая мотивация,

- материальная деятельность,

- деятельностная мотивация.

Можно сказать, что такое конечное состояние предмета потребности (информационный портрет) называется модель цели.

При формировании портрета учитывают:

- вес атрибута (его значимость),

- точность его определения.

Это играет важную роль, т.к. изменение портрета во времени, т.е. расхождение между t_kи t_н b и есть противоречие, а противоречие рождает проблему, исходя из потребности.

В зависимости от определения Z_н и Z_к могут существовать различные ситуации.

Например.

1. Z_н- полностью известно, т.е. полное, а Z_к - не полное. Тогда рождается проблемная (задачная) ситуация.

2. Если Z_н< Z_к– т.е. Z_н превосходит, доминирует, подчиняет и включает в себя Z_к, то между Z_ни Z_квозникает противоречие, а ситуация в этом случае называется противоречивой.

А в зависимости от степени глубины противоречия эта ситуация может быть либо проблемной, либо задачной.

Задачная ситуация считается более простой, т.е. нет необходимости в предварительном создании проблемы.

Проблемная ситуация должна сначала конкретизироваться (после возникновения). Конкретизация происходит в основном за счет определения среды, в которой существует эта ситуация, а также за счет определения цели. Конкретизировав проблемную ситуацию, переходим к определению проблемы.

Т.о. проблема – осознанное представление ситуации.

После окончательного содержательного и вербального описания проблемы, необходимо конкретизировать проблему до уровня задачи.

Раскрытие содержания такой модели объясняет ментальные процессы, происходящие при решении творческих задач.

Творчество – процесс постановки, возникновения и решения задачи – творческая деятельность.

Любая деятельность – процесс решения задач, направленный на удовлетворение потребности.

Такая схема используется для реализации творческой деятельности, которая состоит из:

- ментальной деятельности,

- деятельности рук.

Попробуем рассмотреть две фазы реализации потребностей на одной схеме, что поможет проследить полный цикл прохождения задачи: от возникновения потребности на ментальном уровне, до постановки задачи для ее решения с помощью деятельности рук.

11. Структура творческой деятельности, основные схемы /этапы и их варианты/

Всего существует 16-18 вариантов ментальной деятельности. В структурном аспекте освящен ряд исследований и основных подходов, связанных с рассмотрением структуры психологических актов реализации творческих процессов, структуры деятельностных актов направляемых на реализацию творческой задачи.

Различают мыслительные процессы, скрытые в инженерном подходе, или, точнее будет сказано, – творческо-деятельностном процессе.

Инженерное творчество связанно с мыслительной деятельностью, это есть некое умственное творчество.

Трех актовая модель Энгельмеера включает следующие этапы (технологии творчества по П.К. Энгельмееру):

· Желание и интуицию, направленных на формирование замысла творческой задачи, здесь же рассматриваем интуитивные подходы к реализации замысла и генерируются идеи, как реализовать творческий замысел. Интуитивно–эвристический неосознанный уровень мышления.

· Знание и рассуждения. Знания для реализации идеи и анализа знаний методом рассуждений. Результатом осмысления являются планы, схемы, практических действий. То есть второй акт связан с ментальной реализацией замысла и идеи, причем она должна удовлетворять требования необходимости и достаточности. Знания рассматриваются на уровне осознания, и может быть сопоставлен с уровнем логического мышления трех уровневой модели, уровень неосознанного мышления.

· Умение — акт умения выполнения практического выполнения творческой задачи. Он не требует творческих усилий. И является воплощением замысла опытным специалистом с полной гарантией в достижении успеха. Сопоставляется с уровнем автоматного или точнее сказать исполнительского мышления трех уровневой модели.

Модель технологии творчества по Пономареву (советский психолог):

· Бессознательная работа – связанная с работой интуитивно – эвристического сверхсознания, на поиск идей разрешения творческой задачи. Ментальная работ над творческой задачей и инкубация основных направлений - идей процесса решения творческой задачи.

· Переход от бессознательного в сознательное - рассматривается как озарение \ вдохновение. В результате бессознательной работы в сферу сознания поступает идея решения творческой задачи, в первичном варианте идея поступает в гипотетической форме как некая гипотеза, оформляющаяся в некоторое решение.

· Сознательная работа - на сознательном уровне происходит развитие и конкретизация поступающей идеи, окончательное развитие и доработка идей до конкретной схемы реализации. Сознательная работа (уровень логического мышления) особый вид деятельности как предпосылка интуитивного проблеска новой идеи.

Итак, итогом служит выделение уровней:

- бессознательного;

- осознанного;

- сверхсознания.

Творческий процесс реализуется на уровне информационного взаимодействия сознания и сверхсознания, между логическим и интуитивно – эвристическим уровнями мышления.

12. Гипотеза, её назначение и функции в творческой деятельности; виды гипотез

Зарождение гипотезы начинается с идеи. Идея - это основная мысль, лежащая в базисе теоретической системы, ее логического построения и плана функционирования.

Структурно идея включает:

1) Формулировку (постановку).

2) Цели перед человеком и способы ее достижения.

3) Идея - форма разрешения противоречия между проблемной ситуацией и экспертом, который должен ее решить.

Основная функция идеи - достижение синтеза знаний.

При формировании гипотезы и ее подтверждения необходимы и целевая и деятельностная мотивации. Только в том случае, когда человек уже сформировал ментальный информационный портрет, у него возникают идеи решения проблемы, и он выдвигает гипотезы, одна из которых становится правильной.

Гипотеза - основание, предположение. Есть предположение о том, как разрешить противоречие проблемы. Гипотеза - как форма творческого поиска. Гипотеза может быть предположением о свойствах и структуре объекта, либо о способе, программе деятельности, направленном на разрешение противоречия. Гипотеза выступает как форма развития знаний, как форма творческого поиска, как способ разрешения возникающих противоречий.

В процессе познания важным является момент, когда обращение к гипотезе необходимо и неизбежно, т.е. когда без выдвижения гипотезы дальнейшее познание невозможно. Это и есть функция гипотезы. Таким моментом является проблемная ситуация, обострение проблемы до максимального противоречия.

Четко определенная деятельностная мотивация помогает подтвердить выдвинутую гипотезу в практической деятельности, а другие доказательно опровергнуть. После чего выдвижение версий прекращается, дискуссии все закрываются и творческий поиск по данной проблеме завершается.

13. Концептуальная метамодель творческой задачи и её стратифицированный анализ

Задача – это некоторый объект, устанавливающий связь между извсетным и неизвестным, причем неизвестное может быть найдено, но не определено.

<А>

S_р - среда существования задачи.

Z_р – цель.

C_р – условия.

J_р - исходные данные задачи.

Выражение <А> возникает в результате цепочки:

Потребность –Ситуация—Проблема—Задача

На рис. 1 изображена некоторая область существования идеального результата. Если мы это означили, то проблема переходит в класс задач.

Существует также кообласть определения результата или область исходных данных Jp, и определены условия, при которых такое отображение возможно, необходимо и доступно.

ßРис. 1. Область существования идеального результата и кообласть определения результата

Для такого случая имеем:

Дано:

Определить: R_р=?

Анализируя каждый компонент кортежа, можно рассмотреть их более подробно.

Раскроем содержание среды существования задачи Sр.

S_j - функция,

S_m- морфологическая модель,

S_w- организационная модель,

e_S- система отображения.

Первые три компоненты определяют три инварианта структуры объекта, т.е. задача существует в целостном объекте либо в его инварианте, либо в их комбинации.

Раскроем содержание условий С _р.

<2>

М_р – метод решения задачи, это необходимое условие для каждой задачи. Его нужно формализовать и привести к некоторому набору действий – алгоритм А_р. Если алгоритм известен, то задача практически решена. оставляем план решения задачи и затем ее решаем на основе М_р и А_ри составляем программу решения задачи Р_р.

Но решая задачу нам подходит не каждый результат ее решения. Поэтому вводится показатель адекватности (релевантности результата) - Г_р.

Выражения <1> и <2> по существу являются концептуальной моделью задачи.

Т.О. можно раскрыть все элементы каждого кортежа.

Информационное представление задачи:

<*>

Ip – информационный портрет

<**>
<*> и <**> - это представление концептуальной модели задачи для ее информационных портретов.

I определяется через кортеж, который включает два элемента:

<3>

D_p – данные,

Kn_p- знания.

При необходимости можно идти и дальше, расщепляя на компоненты знания и т.д.

Показатель качества определяется двумя факторами:

<4>

Q^p_wr –показатель результата качества,

Ef ^p_r – эффективность результата.

В соответствии с выражениями <1>, <2>, <3>,<4> имеем расширенный вариант концептуальной модели задачи.

Т.о. определили достаточный объем концептуальной модели для описания и исследования задач.

14. Архитектура концептуальной метамодели творческих задач

См. вопрос 13

По определению творческой задачи:

Элементы этих кортежей могут быть только частично известны, иначе это не творческая задача.

Для раскрытия неопределенностей концептуальной модели есть механизм, по средством которого возможно уточнение задачи – это рекурсивный механизм формирования новой задачи в тех случаях, в которых один или несколько элементов кортежей являются неизвестными и недоопределенными.

В зависимости от степени определенности можно рассмотреть вопрос сложности творческой задачи.

H – это показатель сложности, снизу вверх возрастает

Представим ситуации., когда первый элемент S_рнеизвестен, в этом случае все элементы прекращают своё существование и мы не имеем права говорить, что сущсетвует задача, т.к. нет среды (максимальная сложность). Когда возникает потребность, то внутренние процессы тогда приводят к тому, что в неявной, нечеткой форме возникает первичный образ предмета потребности

Z^нач_р-> Z^кон_р

Переходим к некоторой проблемной ситуации, частично определяем образ предмета потребности. Цель – конечное определение предмера потребности.

Если нет цели, то нет смысла дальше работать: определим цель – снимем часть неопределенности – определим уровень проблемы – задачная ситуация. Дальнейший процесс идет по той же схеме, где неопределенность стремится к минимуму. Имея следующий концептуальный механизм, , мы имеем задачу определения среды существования творческой задачи.

Формируем концептуальную модель поредения среды существования исходной творческой задачи.

- это первый уровень рекурсии

M_p-> P^S_m- второйуровень рекурсии

Если в следующем уровне рекурсии есть неопределенность, то через рекурсивный механизм конкретизацию неизвестных элементов мы можем устранить неопределенность Каждый элемент на схеме предполагает, что вышестоящие элементы уже существует (известны), а нижестоящие неизвестны. Но возможна предварительная конкретизация.

Логическая схема, которая формирует последовательность рекурсивных действий для творческой задачи. Фрагмент схемы:

Последний уровень (7-ой) связан с решением исходной творческой задачи, а вся схема ориентирована на раскрытие неопределенности творческой задачи и трансформацию из неопределенной творческой задачи в определенную рутинную.

15. Информация, информационные процессы, информационные технологии

Информацией (от лат. informatio — «научение», «сведение», «оповещение») называются сведения, то есть знания, передаваемые системой знаков любого рода. Понятие "информация" принято определять через ее свойства, т.е. ИНФОРМАЦИЯ - это явление, которое характеризуется наличием источника, приемника, канала связи и т.д.

Информационные процессы - процессы сбора, обработки, накопления, хранения, поиска и распространения информации.

Информационная технология - совокупность методов, производственных и программно-технологических средств, объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, хранение, обработку, вывод и распространение информации. Информационные технологии предназначены для снижения трудоемкости процессов использования информационных ресурсов.

16. Информационные процессы в структуре автоматизированных систем

Инф. ф-ии технич средств заключаются в сборе, хранении, обработке, отображении и передачи информации. Эти средства образуют подсистему обеспечения информацией.

Информационное обеспечение (ИО) - совокупность единой системы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации, схем информационных потоков, циркулирующих в системе, а также методология построения баз данных.

17. Сигналы, их модели и информационные параметры во временной и частотной областях

Сигнал – условный физ. знак по средствам которого информация передается в пространстве и во времени.

Природа сигналов:

· Электрические-токи различной формы, напряжения и частоты.

· Электромагнитные-электромаг. волны.

· акустические-имеют вид ударной волны и гармонических колебаний, передаваемых в пространстве.

· оптические-сигналы разной формы передающиеся по оптическим кабелям, а также по воздушному и без воздушному пр-вам.

· биологические сигналы- это событие имеющее регуляторное значение для функционирования клетки.

Действие одного объекта на другой вызывает реакцию, которая передается к объекту, вызвавшему это действие. Это воздействие бывает 3 видов: материальное, энергетическое, информационное. Результатом инф-ого воздействия одного объекта на другой является информация представляющая реакцию со следствием этого воздействия (обратная связь).

18. Методы качественных и количественных оценок информации

Кол-во ннф. - мера оценки информации, содержащейся в сообщении(в битах). 2 подхода для измерения кол-ва инф:

1) Содержательный 1 бит — объем информации такого сообщения, которое уменьшает неопределенность знания в два раза. Таким образом, если сообщение указывает на один из п равновероятных вариантов, то оно несет количество информации, равное log ₂ n Информация называется полезной, если она уменьшает неопределенность решающего алгоритма.

2) Алфавитный

-Определить количество информации (i) в одном символе по формуле 2ⁱ = N, где N — мощность алфавита

-Определить количество символов в сообщении (m)

-Вычислить объем информации по формуле: V = i * m.

Качество информации - совокупность свойств, отражающих степень пригодности конкретной информации об объектах и их взаимосвязях для достижения целей, стоящих перед пользователем. (репрезентативность, содержательность, достаточность, доступность, актуальность, своевременность, точность, достоверность, устойчивость)

19. Кодирование информации в автоматизированных системах

Кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации.(переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки – 1/0) В большинстве современных компьютеров для хранения символа отводится 8-разрядная ячейка (байт). В байт можно записать 256 различных двоичных чисел - это позволяет закодировать 256 разных символов. Коды символов задаются здесь с помощью таблицы (для каждого кода указывается соответствующий символ). Кодировки ASCII, КОИ-8, windows (cp-1251) и др.

20. Обеспечение достоверности информации в системах ее передачи и обработки

Достоверность информации - свойство информации быть правильно воспринятой. Существует два вида контроля достоверности информации: структурный и программный. Структурный контроль связан с введением в систему дополнительных контрольных элементов (контроллеров). Программный контроль состоит в том, что при составлении процедур обработки данных в них предусматриваются дополнительные операции, связанные с алгоритмом данных. Сравнение результатов этих дополнительных операций с результатами обработки данных дает возможность установить с определенной вероятностью наличие или отсутствие ошибки.

В общем случае достоверность информации достигается:

- указанием времени свершения событий, сведения о которых передаются;

- сопоставлением данных, полученных из различных источников;

- своевременным вскрытием дезинформации;

- исключением искаженной информации и др.

21. Классификация информационных технологий (+22, 23, 24)

Информационные технологии можно разделить на:

Ø Базовые информационные процессы: (№22)

извлечения информации (связан с переходом от реального представления предметной области к его описанию в формальном виде данных, которые отражают это представление);

транспортировки (передача информации);

обработки (состоит из получения одних «инф. объектов» из других «инф. объектов», путем выполнения некоторых алгоритмов);

хранения (связан с необходимостью накопления и долговременного хранения данных, обеспечением их актуальности, целостности, безопасности, доступности);

представление и использование (направлены на решение задачи доступа к информации в удобной для пользования форме).

Ø Прикладные информационные технологии: (№24)

Корпоративные информационные системы (организационного управления) – 1С-предприятие;

Информационные технологии в промышленности и экономике – 1С-склад, 1С-бухгалтерия;

АСУ ТП – это СРВ;

ИТ в обучении – БиГОР;

ИТ автоматизированного проектирования (САПР) – AutoCad, Компас.

Ø Базовые информационные технологии (№23) – ориентированы на решение определенного класса задач и используется в конкретных технологиях в виде отдельной компоненты:

Мультимедиа-технологии – технологии, позволяющие одновременно использовать различные формы представления информации;

Геоинформационные технологии - системы, предназначенные для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации о представленных в ГИС объектах. Другими словами, это инструменты, позволяющие пользователям искать, анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах, например высоту здания, адрес, количество жильцов;

Технологии защиты информации - это совокупность инженерно-технических, электрических, электронных, оптических и других устройств и приспособлений, приборов и технических систем, а также иных вещных элементов, используемых для решения различных задач по защите информации, в том числе предупреждения утечки и обеспечения безопасности защищаемой информации.

CASE-технологии – Rational Rose, BPWin – проектирование и создание АС;

Телекоммуникационные технологии – большое семейство различных технологий, связывающих информационные массивы таких объектов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

Технологии искусственного интеллекта - Просматриваются два направления развития ИИ:
первое заключается в решении проблем, связанных с приближением специализированных систем ИИ к возможностям человека, и их интеграции, которая реализована природой человека.
второе заключается в создании Искусственного Разума, представляющего интеграцию уже созданных систем ИИ в единую систему, способную решать проблемы человечества. + Экспертные системы

25. Средства реализации информационных технологий

1. методические — определяют требования при разработке, внедрении и эксплуатации (+стандартизация)

2. информационные — информационные модели и системы классификации и кодирования

3. математические — модели решения функциональных задач и управление информационными процессами

4. алгоритмические — реализуют математические

5. технические — вычислительные и информационные сети

6. программные — а) базовые: операционные системы, СУБД, языки программирования, программные среды; б) прикладные: приложения в различных областях (под конкретные задачи – пример, Rational Rose – анализ и проектирование АС).

26. Процесс принятия решений, его стадии и характеристики

Этапы принятия решения при создании компьютерной системы:

- Концепция

- Реализация

- Обработка

- Внедрение

Это самые основные этапы, в зависимости оттого, что нужно сделать, этапы могут добавляться.

Чтобы принять решение нужна цель и модель! Для этого нужно отнести задачу к какому-либо известному классу. Далее в этапе концепция входят этапы организации процесса принятия решений:

1. Определение альтернативных способов действия

2. Описание вероятностей возможных исходов

3. Ранжирование предпочтений. Возможных исходов через их полезности

4. Рациональный синтез информации, полученной на первых трех этапах.

5. Ищем методы решения.

27. Методологическая основа теории принятия решений

Существует три методологических основы:

1. принятие решений в неопределенности (субъективные оценки вероятности или возможности тех или иных событий, иметь критерий оценки эффективности (альтернатив)) – определить разбросы в области поиска и задать критерии поисковой настройки необходимых решений

2. механизм случайного выбора

3. противоречивость (если этого нет, то решение не существует )

Классические основы: поисковые, вариационные исчисления

ТМО и СМО: потоковое программирование/алгоритмы, теория масс обслуживания, оптимизация на сетях и графах

Математическое программирование, линейное нелинейное. Целочисленное, динамическое

Теория матричных игр и статистических решений.

28. Задачи выбора решений, отношения, функции выбора. Цель и критерии

Задача выбора решения стоит перед человеком при решении какой-то задачи, в результате будет какой-то исход. С помощью исхода делается выбор.

Выбор – делается мной.

Исход – конечный результат.

Отношения связаны целью. Цель – что-то идеальное, идеальное представление о желаемом результате.

Критерий – реального, с помощью чего оценивается достижение цели.

Отношения складываются через задачу. Через задачу видим объект.

А – найти подобласть

В – область недопустимых значений

Однако, у человека ест свойство подмены цели, т е мы стремимся к одной цели, а можем придти к совершенно другой, это нужно понимать. Таким образом необходимо четко определять цель и критерии при решении задачи.

29. Детерминированные и стохастические задачи принятия решений

Детерминированные – задачи, имеющие решение (описание поведения процесса во времени), когда мы м построить модель (лингвистическую и логическую).

Стохастические – статистически неопределенные задачи – это значит не хватило времени для сбора данных и решения задачи как определенной. Стохастические задачи: случайные задачи, использование генератора случайных чисел, построение системы (парикмахерская), имитация расписания.

Механизмы случайного выбора – это стохастические задачи (интересен не процесс, а получившийся результат, основной способ реализации - метод Монте-Карло - фактически, накопление статистики)

Можно перевести стохастическую задачу в детерминированную.

Если нужна статистика, то прога нужна!

30. Проблема принятия решений в условиях неопределенности и основные задачи

Проблема приятия решений в условиях неопределенности решена не будет (её никто ещё не решил). Для того чтобы хоть как-то приблизится к цели, необходимо выделить область решений и свети задачу к стохастической, далее преобразовать в статистическую, а затем к детерминированной. НО произойдет подмена цели. Можно использовать модель для решений задачи, т.к. на ней можно применять что угодно, а именно расширить область применения.

Для решения используют следующие методы:

мозговой штурм, метод комиссии.

Интуиция – свойство эксперта (рез-т получается, но как его достичь?)

Эвристика - догадка

31. Задачи скалярной оптимизации: линейные, нелинейные, дискретные

Скаляр – число.

Линейные – к числу.

Нелинейные – если хотя бы одно число – неопределенная функция.

Дискретные – если есть хотя бы один критерий (среды ограничения).

Основные задачи:

- линейного программирования (транспортная задача),

- нелинейные (методы возможных направлений, выбор оптимального шага, методы безусловной оптимизации, метод случайного поиска),

- динамические (к динамическим языкам относятся: Python, PHP, Ruby, JavaScript).Visual Basic можно рассматривать как некую разновидность динамического языка, ему всегда были присущи определенные динамические черты.),

- дискретные (когда решение не может принадлежать всей области, а только в некоторых точках)

32. Системология и уровни конкретизации абстрактного. Концептуальная схема для рациональных исследований

Системология – двухмерное измерение науки. Междисциплинарная мера, т.е. что-то общее для части предметов. Ветки системологии: систематическая и структурная.

Уровни языков представления как множества:

Естественный язык

Ограниченный естественный

Формализованный

Объектный язык интерпретации

Уровни рациональных эмпирических комплексов:

лингвистический,

теоретико-множественный,

интерпретации,

логический,

топологический,

информационный,

динамический.

Типы ТПР:

1. Дедуктивные методы ПР – процесс получения заключителного утверждения из исходных посылок положения поисходному правилу или закону (законы логики, математические)

х-посылка, у – утверждение, Р-правило, у=Р(х)

2. Абдуктивное решение – процесс выявления наиболее вероятных посылок положения из заключительных утверждений на основе обратных связей.

3. Индуктивные решения – процесс выявления связи между исходными посылками. Эти решения обладают большей неопределённостью, которая уменьшается по мере накопления опыта, интуиции исследователя.

33. Концептуальная схема абстрагирования конкретного для эмпирических исследований

1. Выбор объекта наблюдения, отражающего весь цикл наблюдения, обладающего свойством различимости и свойством дополнимости

2. Формирование описания модели

3. Выбор свойств и баз, но не всегда удаётся объяснить и описать традиционными средствами, особенно для которых законы природы проявляются в тенденционной форме.

4. В систематологии понятия переменной не связано с жестким методологическим различием в виде существования аддитивной шкалы измерений. Каналы наблюдений не ограничены свойствами четкости переменной.

5. Обработка данных, поиск параметрически инвариантных свойств переменных, позволяющих экономно представлять данные и порождать полезные знания.

34. Рекурсивность / вложенность / понятий ”объект-субъект”. Составляющие объекта и их связь с предметными областями знаний и деятельность

Рекурсивность – возврат назад для познания.

Уровни:

Узнавание

Воспроизведение

Применение

Творчество (применение знаний в нестандартных ситуациях)

Вложенность все время продолжается.

35. Аксиоматический принцип и подходы при формировании исчислений и теории

Единство времени, места и действия.

Аксиоматический принцип: совместность, непротиворечивость и общие принципы (правила).

Аксиоме не требуется доказательства, а системе – оно необходимо.

Аксиома – система утверждений, совместные и непротиворечивые для выведения истины.

А+В=С(это свободная система), 2+3=6 (это связанная система)

Истина -----высказывание

Лож-----высказывание

36. Абстракции в математических знаниях и их назначение

Абстракции:

- Отождествление (или обобщающая абстракция, в результате которой выделяется общее свойство исследуемых объектов. Данный вид абстракции считается основным в математике и математической логике. Например, взаимно однозначное соответствие между множествами характеризуется тремя важнейшими свойствами: симметричностью, транзитивностью и рефлексивностью. Если между определенными объектами существуют отношения с данными свойствами, то с помощью такого отношения, аналогичного равенству, выделяется некоторое общее свойство, присущее всем этим объектам),

- Актуальная бесконечность (отвлечение от принципиальной невозможности зафиксировать каждый элемент бесконечного множества, т.е. бесконечные множества рассматриваются как конечные);

- Потенциальная осуществимость (закон исключительного третьего: А или не А, третьего не дано) - моделирование.

37. Современные архитектуры ВМС

В основу построения большинства ЭВМ положены принципы, сформулированные в 1945 г. Джоном фон Нейманом:

1. Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в заданной последовательности).

2. Принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными).

3. Принцип адресности (основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек).

ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру (архитектуру фон Неймана). Архитектура ЭВМ – это её логическая организация, структура и ресурсы. Архитектура определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов ЭВМ:

· процессора;

· оперативного ЗУ (запоминающего устройства);

· внешних ЗУ;

· периферийных устройств.

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Магистраль включает в себя три многоразрядные шины:

· шину данных,

· шину адреса

· шину управления.

Шины представляют собой многопроводные линии.
Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.
Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Разрядность процессоров постоянно увеличивалась по мере развития компьютерной техники.

Магистрально-модульное устройство компьютера

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).Разрядность шины адреса определяет адресное пространство процессора, т.е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 32 бит.

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют какую операцию считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т.д.

38. Принципы работы ЭВМ

Принцип работы ЭВМ рассматривается на примере персонального компьютера.

На схеме представлена структура ПК. Основу ПК составляет системный блок, в котором размещены:

· микропроцессор (МП),

· блок оперативного запоминающего устройства (ОЗУ),

· постоянного запоминающего устройства (ПЗУ),

· долговременной памяти на жёстком магнитном диске (Винчестер),

· устройства для запуска компакт-дисков (CD) и дискет (НГМД).

Там же находятся платы: сетевая, видеопамяти, обработки звука, модем (модулятор-демодулятор), интерфейсные платы, обслуживающие устройства ввода-вывода: клавиатуры, дисплея, "мыши", принтера и др.

Все функциональные узлы ПК связаны между собой через системную магистраль, представляющую из себя более трёх десятков упорядоченных микропроводников, сформированных на печатной плате.

Микропроцессор служит для обработки информации: он выбирает команды из внутренней памяти (ОЗУ или ПЗУ), расшифровывает и затем исполняет их, производя арифметические и логические операции. Получает данные из устройства ввода и посылает результаты на устройства вывода. Он вырабатывает также сигналы управления и синхронизации для согласованной работы его внутренних узлов, контролирует работу системной магистрали и всех периферийных устройств. Упрощённая схема микропроцессора представлена на нижней схеме (выделена штриховой линией с надписью ЦП). В его состав входят: арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции над двоичными числами; блок регистров общего назначения (РОН), используемых для временного хранения обрабатываемой информации (R0 - R5), указателя стека (R6) и счётчика команд (R7); устройство управления (УУ), определяющее порядок работы всех узлов микропроцессора. Одной из важнейших характеристик микропроцессора является его разрядность, определяемая числом разрядов АЛУ и РОН. Современные микропроцессоры имеют 16- , 32- и 64-разрядную длину двоичного числа, а также до 200 и более различных внутренних команд.

Обработка информации осуществляется по программе, которая представляет собой последовательность команд, направляющих работу компьютера. Команда состоит из кода операции и адреса. Код операции сообщает микропроцессору, что нужно сделать, какую выполнить операцию: сложить, сравнить, переслать, очистить и т.д. Адрес указывает место, где находятся данные, подлежащие обработке. Команды бывают безадресные, одноадресные и двухадресные. Например, двухадресная команда сложения выглядет так:

ADD

Адрес источника

Адрес приёмника

39. Функциональное назначение и структура ОС

Операционная система компьютера представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, который обеспечивает управление аппаратурой компьютера и прикладными программами, а также действует как интерфейс между аппаратурой, прикладными программами и пользователем.

В соответствии с данным определением ОС реализует три важные функции:

· Предоставляет пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры компьютера виртуальную машину, с которой удобней работать и которую легче программировать.

· Повышает эффективность использования аппаратуры компьютера путем рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторыми критериями.

· Обеспечивает эффективное управление прикладными программами, при их выполнении.

Представление ОС как некоторой виртуальной машины дает возможность пользователю и прикладному программисту обойтись без досконального знания аппаратуры компьютера и системы команд процессора. ОС предоставляет пользователю и прикладному программисту высокоуровневые функции для работы с дисками, физической памятью, таймерами и другими периферийными устройствами.

В результате реальный компьютер, способный выполнять только набор элементарных действий, определяемый его системой команд, превращается в виртуальную машину, выполняющую широкий набор гораздо более мощных функций, с которой легче работать и программисту и пользователю.

К числу основных ресурсов современных вычислительных систем могут быть отнесены такие ресурсы, как процессоры, основная память, таймеры, файлы данных, диски, принтеры, другие периферийные устройства и сетевые устройства, а также программные ресурсы ОС.

Ресурсы распределяются между процессами. Процесс (задача) представляет собой базовое понятие большинства современных ОС и часто определяется как выполняемая программная единица. Программа – это статический объект, представляющий собой файл с кодами и данными. Процесс – это динамический объект, который возникает в операционной системе после запуска задачи на выполнение, то есть является единицей вычислительной работы.

Во многих современных ОС для обозначения минимальной единицы работы используют термин поток, при этом суть термина процесс изменяется. При этом процесс рассматривается как единица работы, которая потребляет все ресурсы, кроме времени процессора. Время процессора распределяется между другими единицами – потоками, которые и получили свое название как последовательность (поток) выполнения команд.

40. Технические и программные средства объединения ЭВМ в систему

Есть три основных способа организации межкомпьютерной связи:

· объединение двух рядом расположенных компьютеров через их коммуникационные порты посредством специального кабеля;

· передача данных от одного компьютера к другому посредством модема с помощью проводных или спутниковых линий связи;

· объединение компьютеров в компьютерную сеть.

Часто при организации связи между двумя компьютерами за одним компьютером закрепляется роль поставщика ресурсов (программ, данных и т.д.), а за другим — роль пользователя этих ресурсов. В этом случае первый компьютер называется сервером, а второй — клиентом или рабочей станцией. Работать можно только на компьютере-клиенте под управлением специального программного обеспечения.

Программное обеспечение (ПО) вычислительных сетей обеспечивает организацию коллективного доступа к вычислительным и информационным ресурсам сети, динамическое распределение и перераспределение ресурсов сети с целью повышения оперативности обработки информации и максимальной загрузки аппаратных средств, а также в случае отказа и выхода из строя отдельных технических средств и т.д.

Для соединение используется специальное оборудование:

· Сетевые кабели (коаксиальные, состоящие из двух изолированных между собой концентрических проводников, из которых внешний имеет вид трубки; оптоволоконные; кабели на витых парах, образованные двумя переплетёнными друг с другом проводами, и др.).

· Коннекторы (соединители) для подключения кабелей к компьютеру; разъёмы для соединения отрезков кабеля.

· Сетевые интерфейсные адаптеры для приёма и передачи данных. В соответствии с определённым протоколом управляют доступом к среде передачи данных. Размещаются в системных блоках компьютеров, подключенных к сети.
К разъёмам адаптеров подключается сетевой кабель.

· Трансиверы повышают уровень качества передачи данных по кабелю, отвечают за приём сигналов из сети и обнаружение конфликтов.

· Хабы (концентраторы) и коммутирующие хабы (коммутаторы) расширяют топологические, функциональные и скоростные возможности компьютерных сетей. Хаб с набором разнотипных портов позволяет объединять сегменты сетей с различными кабельными системами. К порту хаба можно подключать как отдельный узел сети, так и другой хаб или сегмент кабеля.

· Повторители (репитеры) усиливают сигналы, передаваемые по кабелю при его большой длине.

Операционная система сети включает в себя набор управляющих и обслуживающих программ, обеспечивающих:

§ межпрограммный метод доступа (возможность организации связи между отдельными прикладными программами комплекса, реализуемыми в различных узлах сети);

§ доступ отдельных прикладных программ к ресурсам сети (и в первую очередь к устройствам ввода-вывода);

§ синхронизацию работы прикладных программных средств в условиях их обращения к одному и тому же вычислительному ресурсу;

§ обмен информацией между программами с использованием сетевых "почтовых ящиков";

§ выполнение команд оператора с терминала, подключенного к одному из узлов сети, на каком-либо устройстве, подключенном к другому удаленному узлу вычислительной сети;

§ удаленный ввод заданий, вводимых с любого терминала, и их выполнение на любой ЭВМ в пакетном или оперативном режиме;

§ обмен наборами данных (файлами) между ЭВМ сети;

§ доступ к файлам, хранимым в удаленных ЭВМ, и обработку этих файлов;

§ защиту данных и вычислительных ресурсов сети от несанкционированного доступа;

§ выдачу различного рода справок об использовании информационных, программных и технических ресурсов сети;

§ передачу текстовых сообщений с одного терминала пользователя на другие (электронная почта).

41. Технология обслуживания запроса пользователя в составе вычислительной системы

БД – совокупность данных, отражающая состояние объекта и его отношение с рассматриваемой предметной областью.

Банк Данных - система спец образом организованных баз данных, программных, технических и языковых средств, предназначенных для целенаправленного накопления и многоцелевого использования данных.

СУБД - совокупность языковых и программных средств для создания, ведения и совместного использования баз данных многими пользователями.

       Итак, приложение, которому требуется  передать  некоторые  данные  на

периферийное устройство, обращается с запросом на выполнение операции ввода-

вывода к  операционной  системе.  В  запросе  указываются:  адрес  данных  в

оперативной памяти, идентифицирующая информация о периферийном устройстве  и

операция, которую  надо  выполнить.  Получив  запрос,  операционная  система

запускает соответствующий драйвер, передавая ему в качестве параметра  адрес

выводимых данных. Дальнейшие действия по  выполнению  операции  ввода-вывода

со стороны компьютера реализуются совместно  драйвером  и  контроллером  ПУ.

Контроллер работает  под  управлением  драйвера.  Контроллеры  ПУ  принимают

команды и  данные  от  драйвера  в  свой  внутренний  буфер,  который  часто

называется  регистром,  или   портом,   а   затем   производят   необходимые

преобразования данных и команд, полученных от  драйвера,  в  соответствии  с

форматами, понятными устройству  управления  ПУ,  и  выдают  их  на  внешний

интерфейс.

       Распределение обязанностей между драйвером и контроллером может  быть

разным, но чаще  всего  контроллер  поддерживает  набор  простых  команд  по

управлению    периферийным     устройством,     а     драйвер     определяет

последовательность  их   выполнения,   заставляя   периферийное   устройство

совершать  более  сложные  действия  по  некоторому   алгоритму.   Например,

контроллер принтера  может  поддерживать  такие  элементарные  команды,  как

«Печать символа», «Перевод строки», «Возврат каретки» и  т.  п.  Драйвер  же

принтера с помощью этих команд организует печать строк символов,  разделение

документа на страницы и другие более высокоуровневые операции. Для одного  и

того же контроллера можно разработать различные драйверы, которые с  помощью

одного  и  того  же  набора  доступных  команд  будут  реализовывать  разные

алгоритмы управления ПУ.

42. Архитектура СУБД. Взаимодействие СУБД с операционной системой ЭВМ

СУБД- совокупность языковых и программных средств, для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями.

СУБД использует во время своей работы концептуальную модель данных, О.С., подсистемы и конкретные процедуры, написанные пользователем.

Функции, которые выполняют современные СУБД:

1. Определение данных. СУБД допускают определение 3-х типов данных:

- внешняя среда

- концептуальная модель данных

- внутренняя схема

2. Функции по обработке данных СУБД должна уметь обрабатывать запросы пользователей на выборку, изменение или удаление. СУБД должна работать с планируемыми и не планируемыми запросами.

3. Безопасность и целостность данных. СУБД должна контролировать пользовательские запросы и пресекать попытки нарушения правил безопасности и целостности, определённые администратором БД

4. Восстановление данных и дублирование. СУБД должна осуществлять контроль над восстановлением данных и созданием архивов для дублирования.

5. Наличие словаря донных. СУБД должна обеспечивать функции ведения словаря данных. Это данные и данных (метаданные)

6. Производительность СУБД должна выполнять свои функции с максимально возможной эффективностью.

Концепция – способ рассмотрения сложных объектов и систем

Концептуальная модель – описание способа рассмотрения сложных объектов и систем.

Системный анализ объекта.

Концептуальная модель объекта:

So=<So^и, So^м, So^орг, Sо^эк, Sо^эн>

Где: So^и – информационная страта объекта

So^м – материальная страта объекта

So^орг – организационная страта объекта

Sо^эк – экономическая страта объекта

Sо^эн – энергетическая страта объекта

Компоненты или слои – страты.

Графическая интерпретация концептуальной модели:

Банки данных – рассматриваем So^и

So^и =<Sm^и, Sj^и, Sw^и, Sjm^и, Smj^и>

Где: Sm^и – структурный аспект информационной страты

Sj^и – функциональный аспект информационной страты

Sw^и – аспект управления информационной страты

Sjm^и –функционально-структурный аспект информационной страты

Smj^и –структурно-функциональный аспект информационной страты

Структурный аспект инф. страты связан с тем как организованы данные в нашей информационной системе. В реализации на ЭВМ – это БД.

Функциональный аспект ин страты связан с тем как организуется взаимосвязь между пользователем и ЭВМ при обработке данных. В реализации – это интерфейс или структура экранных форм.

Аспект управления инф страты связан с деятельностью администратора БД, который отвечает за целостность и сохранность данных.

43. Локальные базы данных: определение, назначение, характеристики, принципы построения.

Локальная база данных - база данных, размещенная на одном или нескольких носителях на одном компьютере.

Данные локальной базы данных (файлы данных) находятся на одном (локальном) устройстве, в качестве которого может выступать диск компьютера или сетевой диск (диск другого компьютера, работающего в сети).

Для обеспечения разделения данных (доступа к данным) между несколькими пользователями, в качестве которых выступают программы, работающие на одном или нескольких компьютерах, в локальных базах данных применяется метод, получивший название блокировка файлов. Суть этого метода заключается в том, что пока данные используются одним пользователем, другой пользователь не может работать с этими данными, т. е. данные для него закрыты, заблокированы.

Paradox, dBase, FoxPro и Access — это локальные базы данных.

44. Распределенные базы данных: определение, назначение, характеристики, принципы построения

Распределенная база данных - совокупность баз данных, физически распределенная по взаимосвязанным ресурсам вычислительной сети и доступная для совместного использования.
Распределенная база данных - территориально распределенная совокупность локальных баз данных, объединенных согласованными принципами организации, комплектования и эксплуатации, а также каналами связи, и доступная для совместного использования.

45. Реляционная модель данных

Реляционная модель данных - разработанная Э.Коддом в 1970г. логическая модель данных, описывающая:

- структуры данных в виде (изменяющихся во времени) наборов отношений;

- теоретико-множественные операции над данными: объединение, пересечение, разность и декартово произведение;

- специальные реляционные операции: селекция, проекция, соединение и деление; а также

- специальные правила, обеспечивающие целостность данных.

Реляционная модель данных

А1	А2	А3	…	Аn	К
					О
					Р
					Т
д	о	м	е	н	Е
					Ж

Каждому атрибуту ставится в соответствии множество конкретных значений – доменов данного атрибута.

Каждая стока является множеством значений взятых по одному из домена каждого имени атрибута. Строка отношений называется картежом.

В множестве имен атрибутов существует такое подмножество, что картежи отношений м.б. однозначно определены значениями соответствующих атрибутов подмножества. Такое подмножество называется ключом отношения

{A1, A2, A3,…., An,}

R (A1, A2, A3,…., An,) – схема отношения.

Реляционная модель имеет математическое описание:

{R1 (A12, A12, A13,…., A1n1,)

{R2 (A21, A22, A23,…., A2n2,)

{………………….

Для математического описания БД существует реляционная алгебра, реляционное исчисление доменов и реляционное исчисление кортежей.

46. Нормализация отношений в реляционных моделях. Понятие F+ и X+

Элементы теории нормальных форм

В реляц базах схема отношений содержит как структур, так и семантич инф-ию. Структурная инф-ия связана с объявленным отношением. Семантическая инф-ия выражается мн-вом функциональных зависимостей между атрибутами отношений. Некот функ зависимости могут быть нежелательными из-за побоч эффектов или аномалий, к-рые они вызывают при модификации БД. В этом случае наличие нежелат функ зависимостей выдляют в процедуре,к-рая наз-ся декомпозицией, при к-рой данной мн-во зависимостей заменяется др мн-вом,к-рое является проекцией первого.

Нормализация – это пошаговый процесс замены данной схемы отношения другой схемой, в к-рой отношения имеют более простую и регулярную форму. Декомпозиция должна сохранять эквивалентность схем при замене одной схемы на др. Декомпозиция без потерь гарантирует обратимость.

® должно $ естест соединение отношений R1 и R2 , к-рые должны восстанавливать отношение R.

Нормализация базируется на понятиях функ зависимости и полной функциональной зависимости.

Функциональная зависимость – если дано отношение R(A,B), то атрибут В в отношении R функционально зависит от атр А, если в каждый момент времени каждому значению атр А соотетствует не более чем 1 значение атр В.

ƒ:А®В

Полная функциональная зависимость – если дано R(A,B,C,D) и А, В являются составным ключом. Если (АВ)®С (т.е. атрибут полностью зависит от составного ключа), то имеем полную функ зависимость. Если атр-т частично зависит от ключа, т.е А®D, то это неполная функ зависимость.

Для нормализации отношений разработано 5 нормальных форм.

Понятие F+ и X+.

F+ - замыкание множества F.

Определение функциональной зависимости F+

Мн-во функциональных зависимостей F+ которое является расширением мн-ва F=<F1, F2…> присущее отношению R(ABCD)

Существует 2-а способа:

Провести анализ заполненной БД
Использовать правило вывода.

возникают функциональные зависимости Е<...>, то что есть в отношении R необходимо, что бы они были F+={},

для чтобы не вычислять F, вычисляют X, которое является подмножеством F

R - это смотрите картинку из вопроса 2 метода проетирования БД

47. Представление структур данных в памяти ЭВМ. Физическое представление данных.

Современные СУБД облд-т высоким быстродействием поиска инф в БД. Это быстродействие реализ за счет 2х методов

– 1.Использование SQL для запросов. Это реляционный язык, кот использует элементы реляц алгебры и реляц исчисления кортежей. В реляционной системе запросов сущ возм-ть выбора эффективности стратегии д/вычисл реляцион выражения. Этот процесс выполняет оптимизатор. Он позволяет сократить кол-во операций, кот необходимы для выполнения запросов.

- 2. Работа с совр структурами таблиц.

Можно выделить логическую структуру данных и физическое представление данных. Для представл дан-х на физиче-м уровне сущ 2 метода-

1 метод – любому элементу данных указ-ся адрес памяти. Размещение данных и их выборка производятся по известному адресу.

2 метод. – содержимое ключа конкретн записи преобра-ся опред метод в адрес памяти вычисл системы. Размещение данных и их выборка производ по знач-ю ключа, т.е. опре-ся содержимым самих данных.

1 метод представления данных. Линейный список с последовательным распределением памяти и с связанным распределением памяти.

Пусть есть опред тип записи с набором экземпляров записи. Будем считать, что запись из Эл-в данных хранится целиком и раздел-ся на атрибуты или элементы данных после выборки записи.

Линейный список – мин упорядоч записи, когда номера записей следуют одна за другой.

N количество записей в списке; m размер записи в байтах; β – адрес базы (указывает начало вектора дан-ных в памяти); i – текущая запись в списке; αi – адрес фи-зической памяти.

Преимущества: высокое быстродействие поиска и раз-мещения записей (используется адресная функция или алгоритм).

Недостатки: при изменении размера записи необходимо перезаписывать весь линейный список; Введение дополнительных записей может привести к перезаписи линейных списков.

Связанное распределение памяти

При связ распределении памяти Эл-ты списка имеют указатели на адрес хранения хранения след элемента. Связ распред в памяти – это более сложный и гибкий способ хранения лин списка.

N =10⁶– кол-во узлов. При связ распределении значение узла списка м/получить только путем просмотра указателей, хранящихся в записи. Связанный список позволяет модифицировать стру-ру списка, т.е. вставки и удаление производ просто.

При объединении этих 2-х типов списков получили ин-дексные файлы (связанный линейный список с исполь-зованием индексов).

Имеется список из N элементов; в каждый вводится по 2 дополнительных поля для указания адреса следующего элемента и для связи с индексом. При поиске сперва загружается в память индекс (линейный список с последовательным распределением памяти) потом – искомая запись ‘yi‘. При добавлении происходит реиндексация файла.

Быстродействие увеличивается на 4 порядка.

48. Стратегия поиска данных в памяти ЭВМ

- 2. Работа с совр структурами таблиц.

Циклический список

Это связ лин список, замкнутый кольцом(кольцевая структура)

Голова списка – фиксированная стр-ра с заданным адресом. В ней располагается указатель на 1й узел, служебная инф, а именно идентификатор списка, колво узлов в списке.

Наряду с однонаправленными исп-ся 2х направл цикл списки, где вводятся указатели и можно проходить по этим спискам в обр сторону.

Существует 3 типа указателей – действительный, относительный и символический.

Дейтсв адреса исп-ся, когда необх получить быстрод-е списка. Недостаток – необходима жесткая привязка к конкрет месту памяти. Если список перемещать, то нужно менять адреса во всех указателях.

Оносит адреса – позволяют размещать узлы в люб месте памяти и на разл устройствах без изменений значений указателей, изменяется только базовый адрес.

Символ адреса – позвол перемещать отд узлы относ-но друг друга, удалять записи без изменения значения указателей в отсальных записях списка. Недостаток – быстродействие сист уменьшается из-за использ универсальных структур. Универсальность – всегда большая сложность, но и гибкость.

49. Файловая организация данных.

В этом методе исп. Некотор. выч операция, котор. Преобраз значение ключа в соотв. Адрес памяти.

Эти методы дел-ся на 2 группы:

1) методы, в котор адресная фун-я реализует взаимно-однознач соотв адресов и ключей

2) методы рандемизации или хемирования в котор адресная фун-я реализ только однознач соотв вид ключа и адреса записи, обратное преобр-е – невозможно

1 Методы 1-ой группы

а) методы адресации с помощью ключа, эквивал адресу.

В этом методе в запись в кач-ве адрес памяти, по котор размещ-ся запись. В этом случае мы имеем дело с ключом адреса. Недостаток метода: ключи проеобр-ся во множ-ва, котор имеют м/у собой большие разрывы, т.е. сущ-ет много незапол-ых пр-ва.

2 Методы рендомезации или хэширования

Они основаны на вероятностных алгоритмах. Адресная фун-я которая строится на вероят-ых алгоритмах наз-ся хэш-функция.

Методы построения хэш-фун-ий:

- метод квадратов;

- деления;

- умножения;

- сдвига разрядов;

- преобр-я основания счисления;

- деления номиналов;

Метод постр-я хэш-фун-ий выбирают по 2 критериям:

1) плотность заполнения адресного простр-ва;

2) min кол-во поллизионных ситуаций

По этим признакам лучшим явл метод деления.

Метод деления

h(key)=mod(key, m)

h() – хэш-фун-я

key – значение ключа записи

m – число близкое к max размеру адресного пр-ва, отведённого для записи

mod – остаток от деления значения key на m

Метод разрешения коллизий

1. метод открытой адресации

2. метод цепочек

Метод открытой адресации

h(key)=mod(key, 1000)

key1=4957397

key2=0597397

h(key1)=397

h(key2)=397

rh(h(key2))=mod(397/1000)=mod(3970/1000)=970

Недостатки метода повторного хэширования

1) мы имеем фиксир-ый размер таблицы где размещаются значения

2) связан с удалением записи из адресного пр-ва

Если удалить r1 и попытаться найти r2, т о нам будет сказано, что в позиции P такой записи не сущ-ет.

Метод цепочек

В нём исп- ся след струк-ра:

50. Обработка данных в файлах

Метод организации обр-ки файлов

Будем считать, что записи БД хранятся во внешней памяти, а их обработка производиться в ОП. М/у ОЗУ и внешней памятью обмен произ-ся блоками или страницами. Размер страниц зависит от конкрет реализации, но обычно это число кратно 28 Блоки обычно запролняются не полностью, выделяется основная область памяти и область переполнения (во внеш-ей памяти)

Основная область имеет схему, сост-я из блоков:

Предполаг-ем, что каждый файл имеет фиксир формат записи поля в каждой записи располаг-ся в одном и том же порядке, и для каждого поля предусмотрено опред число байтов, котор устанав-ся при генерации БД. Каждому полю уст-ся свой тип и это помогает проводить интерпретацию при считывании битов.

Над файлом треб-ся выполнить след типичные операции:

- включить запись;

- удалить запись;

- модернизировать запись.

Введём скоростную хар-ку обра-ки файлов БД.

Назовём передачу блока данных из ОЗУ во внешнюю память и наоборот доступом к блоку. Основной оперцией и основным критерием организации того или иного вида файлов явл кол-во доступов к блоку.

51. Архитектуры банков данных

Банк Данных – система, специальным образом организованных:

базы данных
программных средств
технических средств
языковых средств, предназначенных для централизации и коллективного многоцелевого использования данных.

Различие между логическим и физическим представлением данных было признано в 1973г. Существует комитет ANS/SPARC, который предложил 3-х уровневую архитектуру банков данных:

концептуальный уровень
внешний уровень
внутренний уровень (пользовательский)

Концептуальный уровень – концептуальная модель данных (описание способа рассмотрения сложных объектов и систем).

Внешний уровень получается из концептуальной модели и является логическим представлением для пользователя.

Внутренний уровень обеспечивает физический взгляд на БД, т.е. на дисководы, на физические адреса, индексы и указатели.

Реализация 3-х уровней требует наличие СУБД, кот. обеспечит преобразования между этими 3-мя уровнями. Эти преобразования объемные, поэтому треб. высокоскоростная машина.

Современные 3-х уровневые системы банков данных реализ. физическую и логическую независимость данных.

Физическая независимость данных – независимость операций хранения и обработки данных от используемых технических средств. Она обеспечивается операционной системой и системой драйверов, которые имеют свои логические имена. Операционная система оперирует с именами драйверов и тем самым обеспечивает хранение данных на любых носителях.

Логическая независимость данных обеспечивается за счет разделения имен атрибутов и конкретного содержания этих атрибутов, т.е. за счет разделения концептуальной модели и конкретного содержания этих элементов. В объектно-ориент. СУБД программа реализуется таким образом, что для них используются имена концептуальной модели данных. Это обеспечивает логическую независимость данных. Конкретная программа не зависит от данных, которые в ней будут использованы.

52. Состав и назначение функциональных компонент банка данных

Функциональный аспект информационной страты

Sj^и =<x, y, F, Pj, T>

Где: x – вектор входных воздействий

y – вектор выходных реакций системы

F – функция преобразования вектора x в y

Pj - параметр функции преобразования

T – параметр, который указывает на то что необходимо рассмотреть как первые 4 параметра изменяются во времени

Функция преобразования F интерпретируется след. образом: информация из входных документов или векторов X1…Хn заполняет БД. Этот процесс определяет те функции, которые должен реализовать пользовательский интерфейс в проектируемой системе. Необходимо определить выбор вида работ, систему ввода информации, её корректировку и формулировку.

Набор выходных векторов Y1…Yn определяет те операции над данными, которые производятся с использованием всей структуры БД. Эти процессы так же определяют те функции, которые должны быть включены в пользовательский интерфейс (формирование различных отчётов, справок, ответы на запросы, формирование требуемых текстов).

Обобщая сказанное можно определить что функция преобразования F - это набор тех функций, которые должен реализовывать пользовательский интерфейс.

Каждая функция реализуется в виде экранной формы или объекта СУБД.

Pj - параметр функции преобразования, который обычно интерпретируется как нормативно справочная информация, характерная для объектов автоматизации.

Т – изменение первых 4-х параметров во времени.

53.Базовые компоненты банка данных, их назначение , функционирование , реализация

Банк данных является сложной человеко-машинной системой, включающей в свой состав различные взаимосвязанные и взаимозависимые компоненты (рис. 1.1).

Информационная компонента. Ядром БнД является база данных. База данных — это поименованная совокупность взаимосвязанных данных, находящихся под управлением СУБД.

В базах данных может наблюдаться избыточность информации. Она может быть вызвана спецификой используемой модели данных, не позволяющей полностью устранить дублирование, или технологическими причинами (обеспечение большей надежности, сокращение времени реакции системы и др.).

Но это должна быть управляемая избыточность, причины и цели возникновения которой известны администратору базы данных и управляются как им, так и СУБД. В технической документации некоторых СУБД в состав БД включаются не только собственно хранимые данные о предметной области, но и описания БД. Более правильно описания БД считать самостоятельными компонентами БнД. Описания БД относятся к метаинформации, т. е. информации об информации. Описание баз данных часто называют схемой. Кроме того, в БнД могут присутствовать описания отдельных частей баз данных с точки зрения отдельных пользователей — подсхемы. Кроме описания БД в состав метаинформации, хранимой в БнД, может включаться информация о предметной области, необходимая для проектирования системы, о пользователя БнД, о проектных решениях и некоторая другая информация. Централизованное хранилище метаинформации называется словарём данных. Роль словарной системы особенно возрастает при использовании средств автоматизированного проектирования информационных систем Для большинства из них словарь является ядром всей системы. К БнД не относятся немашинные документы, служащие источниками информации, вводимой в БД, файлы входной и выходной информации, архивные файлы, выходные документы. Однако многие СУБД включают в свой состав языковые средства для описания этих компонентов. В этом случае сами описания, используемые в процессе функционирования БнД, будут входить в его состав.

Программные средства БнД. Программные средства БнД представляют собой сложный комплекс, обеспечивающий взаимодействие всех частей информационной системы при ее функционировании (рис. 1.2).

Основу программных средств БнД представляет СУБД. .В ней можно выделить ядро СУБД, обеспечивающее организацию ввода, обработки и хранения данных, а также другие компоненты, обеспечивающие настройку системы, средства тестирования, утилиты,обеспечивающие выполнение вспомогательных функций, таких, как восстановление баз данных, сбор статистики о функционировании БнД и др. Важной компонентой СУБД являются трансляторы или компиляторы для используемых ею языковых средств. Подавляющее большинство СУБД работает в среде универсальных операционных систем и взаимодействует с ОС при обработке обращений к БнД. Поэтому можно считать, что ОС также входит в состав БнД. Для обработки запросов к БД пишутся соответствующие программы, которые представляют прикладное программное обеспечение БнД. Языковые средства БнД. Являются важнейшей компонентой банков данных, т.к. в конечном счете они обеспечивают интерфейс пользователей разных категорий с банком данных. Языковые средства большинства СУБД относятся к языкам четвертого поколения (к первому поколению языков относят машинные языки, ко второму — символические языки ассемблера, к третьему — алгоритмические языки типа PL, COBOL и т. п., которые в 60-е годы назывались языками высокого уровня, но уровень которых гораздо ниже, чем у языков четвертого поколения).

54. Серверы данных: области применения, основные характеристики и особенности

Термин "сервер баз данных" обычно используют для обозначения всей СУБД, основанной на архитектуре "клиент-сервер", включая и серверную, и клиентскую части. Такие системы предназначены для хранения и обеспечения доступа к базам данных.

Хотя обычно одна база данных целиком хранится в одном узле сети и поддерживается одним сервером, серверы баз данных представляют собой простое и дешевое приближение к распределенным базам данных, поскольку общая база данных доступна для всех пользователей локальной сети.

Принципы взаимодействия между клиентскими и серверными частями

Доступ к базе данных от прикладной программы или пользователя производится путем обращения к клиентской части системы. В качестве основного интерфейса между клиентской и серверной частями выступает язык баз данных SQL.

Серверы баз данных, интерфейс которых основан исключительно на языке SQL, обладают своими преимуществами и своими недостатками. Очевидное преимущество - стандартность интерфейса. В пределе, хотя пока это не совсем так, клиентские части любой SQL-ориентированной СУБД могли бы работать с любым SQL-сервером вне зависимости от того, кто его произвел. Недостаток тоже довольно очевиден. При таком высоком уровне интерфейса между клиентской и серверной частями системы на стороне клиента работает слишком мало программ СУБД. Это нормально, если на стороне клиента используется маломощная рабочая станция. Но если клиентский компьютер обладает достаточной мощностью, то часто возникает желание возложить на него больше функций управления базами данных, разгрузив сервер, который является узким местом всей системы.

Одним из перспективных направлений СУБД является гибкое конфигурирование системы, при котором распределение функций между клиентской и пользовательской частями СУБД определяется при установке системы.

Типичное разделение функций между клиентами и серверами

В типичном на сегодняшний день случае на стороне клиента СУБД работает только такое программное обеспечение, которое не имеет непосредственного доступа к базам данных, а обращается для этого к серверу с использованием языка SQL.

В некоторых случаях хотелось бы включить в состав клиентской части системы некоторые функции для работы с "локальным кэшем" базы данных, т.е. с той ее частью, которая интенсивно используется клиентской прикладной программой. В современной технологии это можно сделать только путем формального создания на стороне клиента локальной копии сервера базы данных и рассмотрения всей системы как набора взаимодействующих серверов.

Требования к аппаратным возможностям и базовому программному обеспечению клиентов и серверов

Требования к аппаратуре и программному обеспечению клиентских и серверных компьютеров различаются в зависимости от вида использования системы.

Если разделение между клиентом и сервером достаточно жесткое, то пользователям, работающим на рабочих станциях или персональных компьютерах, абсолютно все равно, какая аппаратура и операционная система работают на сервере, лишь бы он справлялся с возникающим потоком запросов.

Но если могут возникнуть потребности перераспределения функций между клиентом и сервером, то уже совсем не все равно, какие операционные системы используются.

55. Структура интеллектуальной системы

Преференции - предпочтения
56. Основные подходы к формированию базы знаний интеллектуальной системы

57. Интеллектуальный анализ данных

Data Mining Knowledge Discovery

Этапы:

1- свободный поиск (поиск закономерностей при анализе данных)

2- прогностическое моделирование

3- валидация (проверка правильности закономерностей) – не всегда

4- анализ исключений

Типы закономерностей (возникающие в результате анализа):

1- Ассоциации (связь событий); в 80% если человек покупает чипсы, то он покупает колу, следовательно они должны стоять рядом.

2- Последовательности (связб событий, но когда есть временные зависимости); если человек покупает дом, то в 60% случаев следущей его покупкой будет холодильник.

3- Классификация (задаются классы объектов и обучающие выборки (положительные и отрицательные), определяются правила, определяющие относятся объекты к данному классу или нет).

4- Кластеризация (отличие от классификации в том, что классы априорно не задаются)

5- Прогнозирование.

58. Инструментальные средства для разработки интеллектуальных систем

4 типа инструментальных средств:

1- языки программирования

2- языки представления знаний (имеют встроенные механизмы поиска решений, пример Prolog, OPS 5);

3- оболочки экспертных систем (характеризуются определенными правилами, жесткие - ограниченные, пример Expert).

4- инструментальные среды -ИС (нет жесткости, пример J2 – объектно-ориентированная интегрирующая среда, используется для разработки систем реального времени)

Каждый язык представления знаний имеет специфические свойства и встренный механизм логических выводов.

Для ЭС – все компоненты имеются в готовом виде (только ввести значения):

— - жесткость, определенные средства ввода/вывода

+ - быстрое создание системы

Для ИС – возможности – готовые оболочки, модификация оболочек, средства создания оболочек, компоненты для построения оболочки.

+ - развитый графический интерфейс, средства для создания системы

Состав средств автоматизации:

1- готовые оболочки

2- средства модификаций оболочек

3- набор компонент для создания собственных

4- средства комплексного интегрирования компонент

5- развитый графический интерфейс
59. Интеллектуальные агенты

Интеллектуальный агент (слабое определение) – программно или аппаратно реализованная система, обладающая следующими свойствами:

- автономность (может действовать без вмешательства человека, при этом контролирующая свою деятельность);

- корпоративное поведение (взаимодействие на одном языке, решать общие задачи – мультиагентность);

-реактивность (подстраивается под на изменение окружающей среды);

- целенаправленная активность (может проявлять инициативность, может сам определять цели и достигать их).

Интеллектуальный агент (сильное определение) – плюс к предыдущим:

- наличие знаний (постоянные знания, которые не меняются во времени);

- убеждения (переменная часть знаний);

- желание (состояние или ситуация, которая по той или иной причине желательна для агента, но множество желаний может быть противоречиво);

- обязательства (может принимать на себя обязательства от других агентов);

- намерения (непротиворечивое множество желаний с множеством обязательств – обязательства совместимые с желаниями);

- цели (конкретные состояния и ситуации, выбранные в соответствие с текущей стратегией поведения).

Существуют мульти агентные системы или мульти организации, они включают:

1- множество организационных единиц (агенты);

2- среда, в которой функционируют агенты и объекты);

3- задачи, которые должны решать агенты;

4- отношения между агентами;

5- действия агентов.

Решение задач мультиагентными системами включает этапы:

1- агент-менеджер включает задачи и выдает задачи агентам-исполнителям;

2- агенты-исполители производят декомпозицию своей задачи и отдают часть другим исполнителям;

3- решение задачи;

4- интеграция результатов решения отдельных задач.

Классификационные признаки АСОИУ. Классификация АСОИУ.

1. По степени автоматизиции:

- автоматизированные (право принятия решения остается за человеком)

- неавтоматизированные

- автоматические (схема управления зашита в реализацию)

2. По характеру информационной функции:

- информационно-поисковые (под принятие решения)

- информационно-решающие

3. По типу предметной области:

- банковские подсистемы

- подсистемы бухгалтерии

- и т.д.

4. По уровню управления:

- оперативные

- тактические

- стратегические

5. По объекту автоматизируемых функций:

- локальные (АРМ)

- среднеинтегрированные (отдел)

- корпоративные (весь контур управления)

6. По функциям управления:

- специализированные (учета и контроля)

- анализа

-в зависимости от экономической модели управления, лежащей в основе АИС (MRT, ERP, CSR)

7. По способу создания АИС:

- тиражируемые (склад 1С, бухгалтерия 1С и т.д.)

- без использования тиражирования (разработанные напрямую для использования организацией)

8. По объему персонала:

- АИС района

- АИС города

- АИС региона

- АИС страны

- и т.д.

Дополнение: АСУ – высшего уровня управление, отраслевые, промышленные, на уровне организации, производственные (АСУ ТП)

Уровни управления. Классы АИС для их поддержки. Характеристика классов

Чем ниже уровень управления, тем более однотипная информация поступает в каждый элемент СУ. Каждый уровень специализирован на своих задачах. Чем выше уровень управления, тем медленней решаются задачи и тем они разнообразней. Скорость реакции и скорость переработки информации снижается на более высоких уровнях управления.

Задачи на стратегическом и тактическом уровнях управления обычно не выполняются в темпе, соответствующем скорости поступления информации из внешней среды.

Для повышения быстродействия их решения человеку необходимы автоматизированные системы (например, планирование бюджета страны - стратегический уровень).

АИС оперативного управления (ESD):

Назначение: автоматизация часто повторяемых процессов труда.

Цели, задачи, источники информации: точно определены и хорошо структурированы.

Характер задач: систематически повторяются задачи, имеют четкий алгоритм решения.

Пример задачи: составление определенных отчетов, отслеживание текущего состояния ОУ, реализация информационного обмена с внешней средой.

Характер функционирования: непрерывный.

Характер получения информации пользователем: точный, оперативный.

Пользователи системы: специалисты – исполнители работы.

Требования: уровень квалификации невысокий.

АИС менеджеров среднего звена (тактический уровень) MIS(АСУ), пример MRP-II, 1С-бухгалтерия:

Назначение: мониторинг, контроль, принятие решений, администрирование.

Пример задачи: составление периодических отчетов, решение задач принятия решений, но

Основа информационного обеспечения: информационной базы, создаваемые АИС оперативного уровня.

Тип задач, методов: стандартные функции (отчет, аналитика), функции поддержки принятия решений.

Характер задач: частично структурированы, входные и выходные данные частично структурированы

Постановка задачи: не всегда понятна

Методы решения: слабо формализованы, д.б. адаптированы к изменяющимся условиям задач.

Класс задач: прогнозирование, полный анализ текущей оперативной информации.

АИС для стратегического управления:

Назначение: обеспечение процесса принятия решений при реализации перспектив целей организации.

Характер задач: решаются задачи перспективного и долгосрочного планирования, обеспечение конкурентоспособности.

Характер информации: производство новой информации

Характер функционирования: по частоте исполнения (раз, несколько раз в год)

Пользователи: сотрудники аналитической службы организации

Пример задач: анализ изменения во внешней среде и сопоставление ресурсам организации, выработка планов развития организации по основным видам ресурсов.

Структура АСОИУ на уровне подсистем. Характеристика подсистем

Подсистемы АСОИУ делятся на:

- функциональные

- обеспечивающие.

Функциональные формируются по предметной области (бухгалтерия и тд), по функциональной (кадры и т.д.), направлены на охват конкретных функций подразделений.

Обеспечивающее подсистемы – обеспечить существование автоматизированной системы.

- правовое (содержит совокупность правовых норм и санкций),

- организационное (содержит совокупность средств, методов, доказательств определяемы взаимодействие персонала АИС и взаимодействие персонала между собой при разработке АИС);

- методологическое (содержит методологические и руководящие материалы по разработке, внедрению и эксплуатации);

- лингвистическое (содержит совокупность языковых средств пользователей АИС с программным обеспечением АИС);

- математическое (совокупность математических методов, моделей, алгоритмов для реализации селей и задач АИС, а также для нормального функционирования АИС (программное обеспечение);

- метрологическое;

- технологическое обеспечения (содержит совокупность правил и методов выполнения различных технологических этапов обработки различных видов информации).

- информационное (содержит информационный модуль, который должен впитывать в себя все процессы, происходящие внутри и во вне);

- программное (содержит средства для создания приложений);

- техническое (содержит комплекс технических средств, предназначенных для АИС, а также документация на эти средства и технологические процессы);

Основные принципы создания автоматизированной системы

Принцип системности является важнейшим при создании, функционировании и развитии АИС. Он позволяет подойти к исследуемому объекту как единому целому; выявить на этой основе многообразные типы связей между структурными элементами, обеспечивающими целостность системы; установить направления производственно-хозяйственной деятельности системы и реализуемые ею конкретные функции.

Для АИС управления характерна многоуровневая иерархия с вертикально соподчиненными элементами (подсистемами). Преимущества иерархических структур способствовали их широкому распространению в системах управления. Так, иерархическая структура создает относительную свободу действий над отдельными элементами для каждого уровня системы и возможность различных сочетаний локальных критериев оптимальности с глобальным критерием оптимальности функционирования системы в целом; обеспечивает относительную гибкость системы управления и возможность приспосабливаться к изменяющимся условиям; повышает надежность за счет возможности введения элементной избыточности, упорядочения направлений потоков информации.

Принцип развития: АИС создается с учетом возможности постоянного пополнения и обновления функций системы и видов ее обеспечений.

Принцип совместимости: обеспечение способности взаимодействия АИС различных видов, уровней в процессе их совместного функционирования.

Принцип стандартизации и унификации заключается в необходимости применения типовых, унифицированных и стандартизированных элементов функционирования АИС. Внедрение в практику создания и развития АИС этого принципа позволяет сократить временные, трудовые и стоимостные затраты на создание АИС при максимально возможном использовании накопленного опыта в формировании проектных решений и внедрении автоматизации проектировочных работ.

Принцип эффективности: достижение рационального соотношения между затратами на создание АИС и целевым эффектом, получаемым при ее функционировании.

Как правило, кроме основополагающих принципов для эффективного осуществления управления выделяют также ряд частных принципов, детализирующих общие. Соблюдение каждого из частных принципов позволяет получить определенный экономический эффект. Один из них — принцип декомпозиции — используется при изучении особенностей, свойств элементов и системы в целом. Он основан на разделении системы на части, выделении отдельных комплексов работ, создает условия для более эффективного ее анализа и проектирования.

Принцип первого руководителя предполагает закрепление ответственности при создании системы за заказчиком — руководителем предприятия, организации, отрасли, т.е. будущим пользователем, который отвечает за ввод в действие и функционирование АИС.

Принцип новых задач - поиск постоянного расширения возможностей системы, совершенствование процесса управления, получение дополнительных результатных показателей с целью оптимизировать управленческие решения. Это может сопровождаться постановкой и реализацией при использовании ЭВМ и других технических средств новых задач управления.

Принцип автоматизации информационных потоков и документооборота предусматривает комплексное использование технических средств на всех стадиях прохождения информации от момента ее регистрации до получения результатных показателей и формирования управленческих решений.

Принцип автоматизации проектирования имеет целью повысить эффективность самого процесса проектирования и создания АИС на всех уровнях народного хозяйства, обеспечивая при этом сокращение временных, трудовых и стоимостных затрат за счет внедрения индустриальных методов. Современный уровень разработки и внедрения систем позволяет широко использовать типизацию проектных решений, унификацию методов и средств при подготовке проектных материалов, стандартизацию подходов при проектировании отдельных элементов систем и подсистем, методы автоматизации ведения проектных работ с использованием персональных ЭВМ и организованных на их базе автоматизированных рабочих мест проектировщика.

Важным является соблюдение роли руководителя, а так же правильная постановка целей и задач.

Стадии и этапы создания автоматизированной системы

Существует понятие жизненного цикла системы:

1. анализ предметной области (выявление функциональных/нефункциональных тербований, ТЗ)

2. проектирование системы (рабочий проект, технический проект, конструкторские решения)

3. реализация (воплощение в виде программного обеспечения)

4. тестирование (выявление ошибок, например нестыковка модулей)

5. ввод в действие системы

6. эксплуатация и сопровождение системы, поддержка жизнеспособности системы

7. снятие с эксплуатации.

Стадии и этапы – это одно и тоже, но в стандарте ISO 9001 называется стадиями.

Содержание программы обследования объекта автоматизации

Целями работ, выполняемых на данном этапе, являются:

· всестороннее обследование и детальное описание рассматриваемой организации и существующей системы управления;

· анализ результатов обследования и выявление факторов, оказывающих влияние на качество реализации задач управления;

· выработка рекомендаций по предварительным направлениям совершенствования системы управления обследуемой организации.

Указанный этап имеет первостепенное значение для всей последующей работы по автоматизации процессов управления. Результаты исследований, выполненных на этом этапе, позволяют объективно охарактеризовать и оценить состояние системы управления на момент изучения, сформулировать цели автоматизации, определить масштабы предстоящих работ, предварительно оценить затраты на модернизацию и др.

Обследование должно основываться на анализе назначения и основных принципов структурно-функционального построения рассматриваемой организации, относящихся к формам управления, распределения задач управления между функциональными подсистемами, порядка их взаимодействия, порядка обработки информации и т.д.

В процессе обследования определяются:

· характер и масштабы деятельности организации в целом и ее подразделений

· общая структура управления

· подчиненность подразделений

· штатное расписание

· личный состав организации

Выбор объекта автоматизации.

Под объектом автоматизации понимают организационную структуру, в которой автоматизируют конкретные функции и отдельные задачи управления.

Выбор объекта автоматизации осуществляется на основе выбранного направления автоматизации и целесообразного перечня автоматизированных функций.

Должны быть учтены достигнутый технический уровень автоматизации, возможность приобретения и внедрения новых технических средств.

Функциональное обследование заключается в изучении функций выполняемых в структуре подразделений отдельными должностными лицами с целью выработки рекомендации о рационализации последовательного выполнения и содержания функций выполняемых их границ и взаимосвязей.В процессе обследования определяют порядок и общую технологию деятельности.Первоочередной объект автоматизации представляет собой часть структуры управления, которая непосредственно занимается реализацией услуг компании. В случае ее автоматизации увеличится скорость предоставления услуг и соответственно доход компании.

Методы проведения обследования

Обследование может быть сплошным и выборочным.

Сплошное обследование проводят для наиболее важных и сложных подразделений автоматизированного объекта.

Выборочное обследование применяется для одного наиболее сложного из группы родственных подразделений

Обследование может проводиться однократно, периодически или непрерывно.

Источники сведений о существующей системе

1. Входные, выходные и внутренние документы системы.

2. Персонал СУ.

3. Эксперименты на объекте и непосредственное наблюдение спецов группы обследования.

В обследовании используются все 3 источника

Состав и содержание Технического задания на создание автоматизированной системы

ТЗ на АС содержит следующие разделы, которые могут быть разделены на подразделы:

1) общие сведения;

· полное наименование системы и ее условное обозначение;

· шифр темы или шифр (номер) договора;

· наименование предприятий (объединений) разработчика и заказчика (пользователя) системы и их реквизиты;

· перечень документов, на основании которых создается система, кем и когда утверждены эти документы;

· плановые сроки начала и окончания работы по созданию системы;

· сведения об источниках и порядке финансирования работ;

· порядок оформления и предъявления заказчику результатов работ по созданию системы (ее частей), по изготовлению и наладке отдельных средств (технических, программных, информационных) и программно-технических (программно-методических) комплексов системы.

2) назначение и цели создания (развития) системы;

· Назначение системы;

· Цели создания системы.

В пункте «Назначение системы» необходимо указать вид автоматизируемой деятельности (управление, проектирование и т. п.) и перечень объектов автоматизации (объектов), на которых предполагается использовать АС. Для АСУ дополнительно указывают перечень автоматизируемых органов (пунктов) управления.

В пункте «Цели создания системы» необходимо привести наименования и требуемые значения технических, технологических, производственно-экономических или других показателей объекта автоматизации, которые должны быть достигнуты в результате создания АС.

3) характеристика объектов автоматизации;

· краткие сведения об объекте автоматизации или ссылки на документы, содержащие такую информацию;

· сведения об условиях эксплуатации объекта автоматизации и характеристиках окружающей среды.

В данном разделе необходимо максимально подробно охарактеризовать объект автоматизации (ОА), представить AS IS функциональную структуру ОА

4) требования к системе;

· требования к системе в целом;

· требования к функциям (задачам), выполняемым системой;

· требования к видам обеспечения.

5) состав и содержание работ по созданию системы;

· перечень документов по ГОСТ 34.201, предъявляемых по окончании соответствующих стадий и этапов работ;

· вид и порядок проведения экспертизы технической документации (стадия, этап, объем проверяемой документации, организация-эксперт) ;

· программу работ, направленных на обеспечение требуемого уровня надежности разрабатываемой системы (при необходимости);

· перечень работ по метрологическому обеспечению на всех стадиях создания системы с указанием их сроков выполнения и организаций

6) порядок контроля и приемки системы;

· виды, состав, объем и методы испытаний системы и ее составных частей (виды испытаний в соответствии с действующими нормами, распространяющимися на разрабатываемую систему);

· общие требования к приемке работ по стадиям (перечень участвующих предприятий и организаций, место и сроки проведения), порядок согласования и утверждения приемочной документации;

· статус приемочной комиссии (государственная, межведомственная, ведомственная).

7) требования к составу и содержанию работ по подготовке объекта автоматизации к вводу системы в действие;

· необходимо привести перечень основных мероприятий и их исполнителей, которые следует выполнить при подготовке объекта автоматизации к вводу АС в действие.

8) требования к документированию;

· согласованный разработчиком и заказчиком системы перечень подлежащих разработке комплектов и видов документов, соответствующих требованиям ГОСТ 34.201 и НТД отрасли заказчика; перечень документов, выпускаемых на машинных носителях, требования к микрофильмированию документации;

· требования по документированию комплектующих элементов межотраслевого применения в соответствии с требованиями ЕСКД и ЕСПД;

· при отсутствии государственных стандартов, определяющих требования к документированию элементов системы, дополнительно включают требования к составу и содержанию таких документов.

9) источники разработки.

· должны быть перечислены документы и информационные материалы (технико-экономическое обоснование, отчеты о законченных научно-исследовательских работах, информационные материалы на отечественные, зарубежные системы-аналоги и др.), на основании которых разрабатывалось ТЗ и которые должны быть использованы при создании системы.

В состав ТЗ на АС при наличии утвержденных методик включают приложения, содержащие:

· расчет ожидаемой эффективности системы;

· оценку научно-технического уровня системы. Приложения включают в состав ТЗ на АС по согласованию между разработчиком и заказчиком системы

Информационное обеспечение АСОИУ. Назначение, задачи, состав, процедуры разработки

Информационное обеспечение-

Сов-ть системно-ориентированной информации и данных о состоянии информационной модели объекта упр-я. Состоит из:

1-системно-ориентированная часть (описывает основные инфоэл-ты предметной области)

-СКиК (с-ма классификации и кодирования информации)

-описание структуры ИО

-унифицированная с-ма док-тов

2-данные о состоянии информационной модели(ИМ) объекта управления

-технологии ИО

-вх/выходн. Сообщения

-информационная база

-стр-ра информационных массивов

-информационные языки

Основные требования при создании ИО:

1-однократный ввод, многократное использование данных в различных областях упр-я

2-обеспечение з-ч поддержки принятия решений информацией на основе операций обобщения, агрегирования и неформализуемых операций, выполняемых над знаниями.

Классификаторы – нужны для единообразного представления информации на различных уровнях упр-я.

Описание стр-ры ИО – т.к. предполагает хранение всей информации об объекте, то нужно определить как информация разнесена по структурным звеньям орг-ции.

Унифицированная с-ма док-тов – существует в рамках стандарта упр-я и стандарта упр-я качеством продукции, стандартом ведения отчетности. Существует полный перечень наименовай обязательных док-тов. Одни док-ты нужны для ф-ций учета и контроля – упре. Это отчеты – обязательные для составления различными стуктурными подразделениями, они предназначены для внешн. среды и для внутренней(вышестоящих подразделений внутри орг-ции). для конкретного типа орг-ции (производств., учебн., коммерч)-своя униф. с-ма док-тов.

Внутри любая орг-ция вправе разрабатывать свои формы док-тов, чтобы расширить ф-ции упр-я или разработать формы, предназначенные для первичного ввода инфо-ции в АИС.

Информационная модель – модель объекта автоматизации, представленная в виде информации, описывающей существующее движение док-тов, включая пар-ры объекта, связи объекта с другими объектами, основные аспекты информационного обеспечения.

Основные аспекты ИМ:

1-отражает инфопотоки, маршруты движения док-тов, объемные хар-ки информации

2-предназначена для выявления инфообмена между эл-тами с-мы (внутр-внешними)

3-отражает состав, способ представления, стр-ру и способ орг-ции данных в с-ме

4-реализация инфомодели на уровне конкретных инфомассивов

5- вопрос реализации ИМ в рамках конкретного вида логической модели

6-вопрос выбора конкретной СУБД

Этапы разработки ИО:

1-определение целей, критериев оценки эфф-ти решаемых з-ч, определение методов решения з-ч. Инструменты этапа: -дерево целей, -дерево з-ч, -организационные и –функц. и -инфо модели, -таблицы управленческих решений

2-анализ инфоп-ссов, обеспечивающих решение з-ч, выявленных в пункте 1. на этом этапе определяются источники необходимой информации и потербители информации, определяются методы и способы, связанные с создание новой информации и обработкой существующей.

3-проектирование инфообеспечения

4-реализация ИО в рамках локальных и корпоративных АИС.

Программное обеспечение АСОИУ. Назначение, задачи, состав, методы разработки

Программное обеспечение-

Сов-ть программ на носителях информации, программной док-ции, предназначенной для:1-разработки самой АИС, 2-эксплуатации АИС, 3-сопровождения АИС.

Общая классификация программных средств:

1-системные ПС:

-базовые

-сервисные(служебные):->утилиты, ->архиваторы и тд

2-прикладные:

-проблемно-ориентированные ПС

-методо-ориентированные ПС

-общего назначения

-интеллектуальные с-мы

-издательские с-мы

-САПР

-офисные приложения

-средства мульмедии

3-инструментарий создания АИС.

Проблемно-ориентированные – для выполнения з-ч, имеющих одно функциональное назначение и связанных с одной ПО. Представители:-прикладные ПС для:

-бухучета (1С-бухгалтерия)

-упр-я финансовой дея-тью (модуль в предприятии 1С)

-упр-е материальными ресурсами (склад 1С и т.д.)

-упр-е персоналом (кадры 1С)

-упр-е банковской дея-тью и т.д.

Методоориентированные – для выполнения з-ч, независимых от ПО и ф-ций АИС:

-ср-ва имитационного моделирования (GPSS)

-ср-ва статистической обработки данных (Stat Graphics)

-мат.задачи (MathCAD)

-ср-ва упр-я проектами (Projects, Office. Professional)

-ср-ва математического программирования

ПС общего назначения – ориентированы на конечного пользователя, предназначены для разработки прикладных ср-в, относящихся к классу с-м обработки данных (СОД):

1-СУБД: для локальных приложений-Access, для файл-серверных-FoxPro, Access Professional, Paradox, SQL

-Серверные БД: Oracle, Interface, SQL-Server

2-генераторы отчетов Profit for Win

3-текстовые процессоры

4-табличные процессоры

5-ср-ва презентационной графики

Инструментарий создания Программных продуктов:

1-ПС для создания приложений

-локальные – выполнение отдельных работ по созданию ПС

-интегрированные – обеспечивают комплексы взаимосвяз. работ по созданию ПС.

2-CASE-ср-ва – программный комплекс, предназначенный для автоматизации осн.этапов жизненного цикла АИС, обеспечивают в соответствии с RAD-технологией быструю кодогенерацию по модели с-мы (создается принципиальная или логич.схема программного кода)

-по степени охвата:->все этапы,

->отдельные

-в зав-ти от самостоятельности:->встроенные в среду реализации,

->самостоятельные

Назначение, характеристика и использование CASE-средств разработки АСОИУ

CASE – Computer Aided Software Engineering

CASE – технологии представляют собой совокупность методологии анализа, проектирования, разработки и сопровождения сложных систем поддержки комплекса взаимосвязанных средств автоматизации.

CASE средства поддерживают 2 технологии:

- all fusion (поддерживает структурную методологию, IDEF0, IDEF1 и т.д.) - datarun

- объектно-ориентированную методологию (UML). – RUP (рациональный унифицированный процесс)

Достоинства CASE-Технологии.

Основными достоинствами CASE-технологии являются:

1. Повышение качества созлдаваемой системы за счет введения функции контроля.

2. Они позволяют за короткое время создать прототип будущей системы, оценить ожидаемый результат.

3. Они ускоряют процесс проектирования и разработки.

4. РОсбобождают разработчиков от рутинной работы, оставляя время для творческой деятельности.

5. Поддерживают развитие и сопровождение разработки.

Основы CASE-технологии.

Основой CASE-технологии является совокупность методологии (метод) нотации (средства).

- Методология определяет руководящие указания для оценки и выбора проекта разрабатываемой системы, шаги работы и их последовательность, а также распределение и назначение методов.

- Метод – это системат. процедура или техника описания комплексных явлений.

- Нотации предназначены для описания структур систем, элементов данных, этапов обработки и включают: графики, блок-схемы, диаграммы, таблицы и др.

- Средство – это инструментарий для поддержки и усиления метода.

CASE – технологии широко используются в бизнес-анализе (пр. все модели деятельности предприятия рисуются т. с пом-ю функц. моделир.) и в системном анализе и проектировании (сейчас не сущ. ни пр. обесп. ни авт. сист. в целом в которых не исп. CASE-технологии).

Основные методы проектирования АСОИУ

Классификация методов проектирования САУ

Достоинства типового проектирования:

1. Использование опыта лучших разработок.

2. Устранение неоправданного дублирования проектных решений.

3. Существенное уменьшение трудоёмкости и в частности сокращение сроков создания системы (т.к. идеи, закладываемые в проекте, стареют).

4. Увеличение производительности и качества труда разработчика.

Основные условия применения типового проектирования:

1.) Типовой проект ориентируется на конкретную модель управления с соответствующими организационной и функциональной структурами управления.

2.) Общность методов и алгоритмов управления, единство методик расчёта технико-экономических показателей.

Итак, типовое проектирование основывается на принятой при создании типового проекта фиксированной модели управления. Типовой проект может использоваться для данного объекта, если обоснованно использование на данном объекте принятых в проекте модели организационной и функциональной структуры управления.

Методы структурного проектирования

Метода структурного проектирования - это совокупность способов формирования структур программ, знаний и запросов (объектов) из небольшого числа стандартизованных структур и ограниченного числа операций композиции или суперпозиции этих или новых структур. Способы должны синтаксически и семантически поддерживаться в языках представления программ и знаний, допускать доказательство непротиворечивости (независимости, если имеется необходимость в этом) и полноты. Метод предназначен для увеличения наглядности, распознаваемости свойств объектов, читаемости текстов больших размеров, сокрытия управления и повышения надежности объектов, использования автоматических средств доказательств их свойств. Перечисленные назначения обеспечивают или поддерживают требования к способам, составляющим метод.

Объект структурного проектирование - управление. Если управление явно указывается, то рассматривается алгоритм, в противном случае рассматривается запись задания, в котором управление умалчивается.

Причинами появления метода являются:

· рост размеров и сложности записей объектов,

· возрастание уровня требований по точности работы знаний и программ,

· увеличение уровня требований к создаваемым объектам по надежности,

· рост требований к распознаваемости элементов объектов,

· рост требований к обозримости,

· обеспечение методов синтеза объектов.

Рост размеров естествен и связан с ростом возможностей ВМ и расширением сфер их применения. Рост сложности связан с увеличением числа функций, возлагаемых на объекты. Надо учитывать, что в программах общее число ветвлений достигает 30% от длины объекта. Ошибки также являются естественными в больших записях, их поиск и устранение возможны в обозримых объектах. Синтез объектов должен порождать хорошо структурированные объекты, поэтому методы структурирования необходимо находить, изучать и применять. Таково краткое обоснование причин появления метода структурного проектирования.

Сущность метода состоит из выбора малого числа стандартных (проверенных и надёжных) структур и использование их при построении новых структур. Заметим, что конструируемый объект становится доказательным. Для построения хорошо структурированных программ можно использовать такие стандартные структуры, как последовательное выполнение, ветвление и простой цикл по условию. Доказано, что любая, даже плохо структурированная программа, может быть преобразована в хорошо структурированную программу, состоящую из стандартных структур. Эта же утверждение при доказательстве показывает, что любая программа может быть сконструирована из указанных трех стандартных структур. Более того, было установлено, что три стандартные структуры можно свести к одной, которая годится для построения любой программы. Но такая структура теряет наглядность. В последнем абзаце все время упоминается программа. Вместо нее можно подразумевать знаний или запрос. Упоминание программы исторически связано с построением доказательств над программами, лишь затем результаты доказательства были перенесены на знания и запросы.

72. Метод объектно-ориентированного проектирования

Знание по своей природе является объектно-ориентированным. Главной частью Интеллсист является лексикон, который содержит сведения обо всех объектах, которые используются при формулировке знаний и запросов. Первый шаг в проектировании - выбор объектов и построение предметной области, как части лексикона. Второй шаг в проектировании - выбор операций и построение проблемной области - второй части лексикона. Эти два шага полностью определяют объекты, которые и составляют сущность проектирования. Одни объекты известны полностью, другие известны частично, а третьи полностью являются неизвестными (искомыми).

Метод объектно-ориентированного проектирования определяется по сложившейся здесь традиции: поддержанный синтаксически и семантически способ ввода объектов в знания, программы и запросы в пределах предметной области, с определенными свойствами и характеристиками, атрибутами и операциями над ними по некоторым правилам путем применения абстракции и конкретизации (как представителя абстракции).

Основные объекты задаются именами понятий (терминами) и представления значений или литералами из знаков.

Сводите число различных случаев к минимуму.

Локальная вычислительная сеть. Принципы организации

Локальная сеть (ЛВС) представляет собой коммуникационную систему, позволяющую совместно использовать ресурсы компьютеров, подключенных к сети, таких как принтеры, плоттеры, диски, модемы, приводы CD-ROM и другие периферийные устройства. Локальная сеть обычно ограничена территориально одним или несколькими близко расположенными зданиями. Каждый компьютер в составе ЛВС должен иметь следующие компоненты:

сетевой адаптер;

кабель;

сетевая операционная система (сетевые программы).

Топология: последовательная, звезда и комбинация.

Глобальная ВС – Интернет, принцип организации огромные сервера по всему миру, соединения с ними по телефонной розетке или по оптоволокну.

В ЛВС реализуются все 7 уровней OSI, включая прикладной и пользовательский.

Глобальная вычислительная сеть. Принципы организации

ГВС – Интернет, принцип организации огромные сервера по всему миру, соединения с ними по телефонной розетке или по оптоволокну.

Глобальные сети (территориальные) связи служат для того, что предоставлять свои сервисы большому числу конечных абонентов, распределенных по большой территории (город, регион, гос-во, континент).

Типичными абонентами глобальной сети являются локальные сети, расположенные в удаленных друг от друга точках или удаленных территориях. Абонентом может так же являться индивидуальный пользователь.

Функционирование ГС на сегодняшний день поддерживается крупными телекоммуникационными компаниями для оказания платных услуг абонентам.

Существует понятие оператора сети и поставщика услуг сети.

Оператор сети – та компания, которая поддерживает нормальное функционирование сети в технологическом плане.

Поставщик услуг (провайдер) – компания, которая оказывает платные услуги абонентам сети.

В основном ГС используется как транзитный транспортный механизм, который предоставляет услуги 3х нижних уровней модели взаимодействия открытых систем.

Основная проблема анализа ГС и отдельных ее элементов состоит в:

- наличие большого числа абонентов,

- сложность топологии сети.

Для обеспечения доступа конечного абонента в ГС используется маршрутизатор.

Для обеспечения сопряжения ГС между собой используются удаленные мосты и шлюзы.

Открытые системы. Принципы взаимодействия открытых систем

Применение подхода открытых систем в настоящее время является основной тенденцией в области информационных технологий и средств вычислительной техники, поддерживающих эти технологии. Идеологию открытых систем реализуют в своих последних разработках все ведущие фирмы - поставщики средств вычислительной техники, передачи информации, программного обеспечения и разработки прикладных информационных систем. Их результативность на рынке информационных технологий и систем определяется согласованной (в пред конкурентной фазе) научно-технической политикой и реализацией стандартов открытых систем.

"Открытая система - это система, которая состоит из компонентов, взаимодействующих друг с другом через стандартные интерфейсы". Это определение, данное одним из авторов упомянутого руководства Жаном-Мишелем Корну, подчеркивает системный аспект (структуру открытой системы).

"Исчерпывающий и согласованный набор международных стандартов информационных технологий и профилей функциональных стандартов, которые специфицируют интерфейсы, службы и поддерживающие форматы, чтобы обеспечить интероперабельность и мобильность приложений, данных и персонала". Это определение, данное специалистами IЕЕЕ, подчеркивает аспект среды, которую предоставляет открытая система для ее использования (внешнее описание открытой системы).

Вероятно, одно достаточно полное и общепринятое определение открытых систем еще не сформировалось. Однако сказанного выше уже достаточно, чтобы можно было рассмотреть общие свойства открытых систем и выяснить существо связанных с ними проблем.

Общие свойства открытых систем обычно формируются следующим образом:

- расширяемость/масштабируемость -extensibility/scalability,

- мобильность (переносимость) - portalility,

- интероперабельность (способность к взаимодействию с другими системами) - interoperability,

- дружественность к пользователю, в т.ч. - легкая управляемость - driveability.

Сети ЭВМ и телекоммуникации. Основы их объединения

Под телекоммуникационной системой понимается комплекс двух- или многостороннего совместимого аппаратно-программного обеспечения объектов и каналов связи между ними, предназначенный для автоматизированного взаимодействия. Термин телекоммуникации определяет большое семейство различных технологий, связывающих информационные массивы таких объектов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. В общем случае для переноса команд управления, информации о состоянии объекта, различных видов данных, например — речь, музыка, графика, видео, в том числе компьютерного трафика по различным линиям связи, используется определенный материальный носитель, которым является сигнал несушей частоты (радиосигнал).

Типовую телекоммуникационную систему можно представить в виде структурной схемы (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Структурная схема взаимодействия конечных пользователей сети

Здесь под сообщением понимается любой вид данных, подлежащий передаче. Для обозначения оборудования оконечного устройства сети используют термин DTE (Data Terminal Equipment) или оконечное терминальное оборудование данных, обеспечивающее связной интерфейс со стороны ПК.

Телекоммуникационная сеть содержит разнообразные аппаратные и программные компоненты, которые работают совместно при приемо-передаче данных. Различные компоненты сети взаимодействуют друг с другом, придерживаясь ряда правил. Такой набор правил, регулирую ющий процесс приемо-передачи данных между двумя точками сети, называется протоколом связи. Некоторые протоколы являются стандартами для передачи данных.

Программное и аппаратное обеспечение сети ЭВМ

Программное обеспечение: сетевые ОС, осуществление функционирование сети на основе протокола ТСР\IP. Программы мониторинга и инспекции загрузки сети.

Программы удалённого доступа и администрирования.

Аппаратное обеспечение: хабы, сервера, коммутаторы,

маршрутизаторы

Организации доступа к сетевым ресурсам

Поскольку сетевые ресурсы находятся в дереве с иерархической структурой, для доступа к конкретному объекту необходима информация об имени этого объекта и его положении в дереве. Пользователи и сетевые ресурсы используют имена объектов для поиска и взаимодействия с другими объектами.

У каждого конечного объекта есть идентифицирующее его имя. Это имя называется общим именем (CN) конечного объекта. Для объектов Пользователь общим именем является регистрационное имя пользователя.

Сетевые ресурсы производят поиск и перемещение в дереве Каталога, чтобы находить объекты в соответствующем им контексте.

Для доступа к ресурсам (FTP, PRINTERS) осуществляется посылка запроса к конкретному ресурсу, после ответа последнего проходит проверка пользователя на предмет разрешения, если разрешение получено, то происходит доступ.

Реализация структуры абстрактных типов данных в объектно-ориентированных языках программирования

Рассмотрим пример, представленный на рисунке. В нем рассмотрена операция подсчет выплат для различных категорий служащих фирмы: временных служащих с почасовой оплатой труда, постоянных служащих с понедельной оплатой труда и руководящих работников фирмы с помесячной оплатой.

Каждая из категорий служащих представлена своим подклассом класса служащий, от которого они наследуют атрибут годовой_доход и операцию подсчет_выплат. Но подсчет выплат для каждой категории служащих производится по-своему, с учетом значений их собственных (неунаследованных) атрибутов; поэтому в каждом из подклассов операция подсчет_выплат переопределяется. Следовательно, в суперклассе операция подсчет_выплат может быть определена произвольным образом, так как она никогда не будет выполняться. В то же время сигнатуры всех операций подсчет_выплат в суперклассе и в подклассах должны быть одинаковыми (иначе это будут разные операции). Из сказанного следует, что в суперклассе можно задать только сигнатуру операции подсчет_выплат, это обеспечит одинаковые сигнатуры этой операции во всех подклассах. Методы, реализующие операцию подсчет_выплат, достаточно определить только в подклассах класса служащий. Суперкласс, в котором заданы только атрибуты и сигнатуры операций, но не определены методы, реализующие его операции, называется абстрактным классом. Методы, реализующие операции абстрактного класса, определяются в его подклассах, которые называются конкретными классами.

Рис. 2.19. Абстрактный класс

Абстрактный класс не может иметь объектов, так как в нем не определены операции над объектами; объекты должны принадлежать конкретным подклассам абстрактного класса. Абстрактные классы используются для спецификации интерфейсов операций (методы, реализующие эти операции впоследствии определяются в подклассах абстрактного класса). Абстрактные классы удобны на фазе анализа требований к системе, так как они позволяют выявить аналогию в различных, на первый взгляд, операциях, определенных в анализируемой системе.

Простейший способ ослабить связь между пользователями класса и его разработчиками, а также между создающим объекты кодом и кодом, пользующимся такими объектами, — ввести абстрактный класс, представляющий собой интерфейс ко множеству реализаций общего понятия.

Абстрактные типы предназначены для того, чтобы:

- определить одно понятие таким образом, чтобы позволить сосуществовать в программе нескольким его реализациям;

- обеспечить приемлемое быстродействие и затраты памяти, благодаря использованию виртуальных функций;

- минимизировать зависимость каждой реализации от других классов;

- быть понятными сами по себе.

Класс делится на функции (действия с абстрактным типом данных) и переменные (свойства объекта, который программируется).

Для класса:

- синтаксис: {} public ; class private virtual и т.д.

- семантика: определяет переменные, объекты (действия класса, функции, базовые понятия

Описание класса – это описание типа данных.

Абстрактный тип данных (АТД) необходим, когда не хватает стандартных типов данных.Динамическая структура как абстр. тип данных - списки, стеки, деревья, массивы, очереди.

Абстракция в программировании (ООП)

1.инкапсуляция АТД

2.наследование (одна абстракция порождает другую)

3.виртуализация (многообразие одной и той же функции)

4.шаблон (много типов)

библиотеки бывают стандартные и шаблонов

Использование основных парадигм программирования при проектировании программного продукта

1. Парадигмы современного программирования.

Исторически к первым технологическим приемам в области программирования можно отнести декомпозицию общей структуры решаемой задачи на такие составные компоненты, которые в данном контексте являются элементарными. В дальнейшем для этого подхода была разработана серьезная теоретическая база и целый ряд рекомендуемых технологических приемов, что в совокупности представляет собой современное программирование. В зависимости от выбора «элементной базы» можно получать различные совокупности методологических приемов, правил, отношений, зависимостей и т.п. для решения поставленной задачи, которые в совокупности образуют парадигму программирования.

Парадигмы программирования занимают важное место в технологии разработки программного обеспечения. Именно вокруг них начинают выстраиваться и развиваться методологические концепции. Такая роль обуславливается тем, что возникающие новые идеи по созданию программ первоначально реализуются в простых инструментах, поддерживающих исследование и экспериментальную проверку выдвигаемого стиля, в качестве которых чаще всего выступают языки программирования. После обобщения первоначального опыта приходит понимание достоинств и недостатков, позволяющих перейти к формированию методологий, обеспечивающих использование парадигмы при разработке больших программных систем. Если разработанная парадигма не способна служить основой промышленной методологии, она отвергается или применяется в ограниченных масштабах. Можно сказать, что парадигма программирования реализуется через методологии программирования, которые заключаются в совокупности соглашений и договоренностей о приемлемых и не приемлемых для данной парадигмы базовых языковых средствах и их сочетаниях.

Процедурная (синонимы: директивная, процедурная)	Переменная + функция, применение – общая задача проектирования	Fortran, C, Pascal, Basic
Объектно-ориентированная	Классы и объекты, не хватает возможностей процедурного кода, использование абстрактного типа данных, применение – позволяет решать сложные задачи	Java, C++, Ruby
Логическая	Множество правил, множество выводов, множество соответствий, использование - БД	Prolog
Функциональная	Функции зависящие от переменных, применение – аналитические вычисления, матем. задачи, графика, интегрирование, дифференцирование	Lisp, MathCad, MathLab

81. Жизненный цикл и основные этапы проектирования программного обеспечения

1.проектирование (поставнока задачи) – исходные данные + формулирование целей

2.под каждую проблему выбор парадигмы, языка программирования

3.конкретная цель - парадигма – библиотека – язык

4.программирование каждой парадигмы

5.тестирование каждого элемента (разработка структуры тестов, тестирование)

6.если ошибки возвращаемся на этапы 4 и 5, если все в порядке приступаем к опытной эксплуатации (на конкретной вычислительной системе + тестирование)

7.документирование (технический писатель)

8.внедрение (экономическая прибыль, маркетинг)

В настоящее время известны и используются следующие модели жизненного цикла:

Каскадная модель предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем.

Поэтапная модель с промежуточным контролем. Разработка ИС ведется итерациями с циклами обратной связи между этапами. Межэтапные корректировки позволяют учитывать реально существующее взаимовлияние результатов разработки на различных этапах; время жизни каждого из этапов растягивается на весь период разработки.

Спиральная модель. На каждом витке спирали выполняется создание очередной версии продукта, уточняются требования проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка. Особое внимание уделяется начальным этапам разработки - анализу и проектированию, где реализуемость тех или иных технических решений проверяется и обосновывается посредством создания прототипов (макетирования). Каждый виток спирали соответствует созданию работоспособного фрагмента или версии системы. Это позволяет уточнить требования, цели и характеристики проекта, определить качество разработки, спланировать работы следующего витка спирали. Таким образом, углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который удовлетворяет действительным требованиям заказчика и доводится до реализации. Основная проблема спирального цикла - определение момента перехода на следующий этап.

Каскадная модель

Поэтапная модель с промежуточным контролем

Спиральная модель ЖЦ ИС

Программирование интерфейса пользователя с применением компонент визуальных сред проектирования

Интерфейс пользователя - элементы и компоненты программы, которые способны оказывать влияние на взаимодействие пользователя с программным обеспечением. В том числе:

- средства отображения информации, отображаемая информация, форматы и коды;

- командные режимы, язык пользователь-интерфейс;

- устройства и технологии ввода данных;

- диалоги, взаимодействие и транзакции между пользователем и компьютером;

- обратная связь с пользователем;

- поддержка принятия решений в конкретной предметной области;

- порядок использования программы и документация на нее.

Графический пользовательский интерфейс - Graphical user interface (GUI): графическая среда организации взаимодействия пользователя с вычислительной системой. Позволяет управлять поведением вычислительной системы через визуальные элементы управления: окна, списки, кнопки, гиперссылки и т.д.

Моделирование пользовательского интерфейса

В модели UML отдельные окна приложения описываются как композиты, состоящие из множества управляющих элементов (рис. 24.2).

Для добавления к модели информации о пространственном расположении каждого компонента можно использовать атрибуты. Два атрибута могут описывать координаты объекта по горизонтали и вертикали, измеряемые в пикселях (минимальные элементы изображения). Другая пара атрибутов могла бы описывать размеры компонента (высоту и ширину). Эти параметры легче осмыслить, если представить их наглядно. Можно считать, что окно описывается пакетом, а расположение и размеры объектов внутри пакета отражают их расположение и размеры в окне (рис. 24.3).

Рис. 24.3, Модель окна, в которой указано расположение компонентов

На рис. 24.4 изображена смешанная диаграмма, отображающая связь GUI-интерфейса с прецедентами.

Такой тип моделирования не заменяет собой создание копий экрана. Но здесь имеется полезное дополнение — схематическая диаграмма, в которой хранится описание общей картины.

Рис. 24.4. Модель окна с описанием связи оконных компонентов с прецедентами.
83. Практическое применение динамических структур данных для хранения информации

Абстрактные структуры данных предназначены для удобного хранения и доступа к информации. Они предоставляют удобный интерфейс для типичных операций с хранимыми объектами, скрывая детали реализации от пользователя. Каждый уже имел дело с простыми абстрактными структурами данных - например, когда оперировал с числами. Языки программирования высокого уровня (Паскаль, Си..) предоставляют удобный интерфейс для чисел: операции +, *, = .. и т.п, но при этом скрывают саму реализацию этих операций, машинные команды.

Статические структуры относятся к разряду непримитивных структур, которые, фактически, представляют собой структурированное множество примитивных, базовых, структур. Например, вектор может быть представлен упорядоченным множеством чисел. Поскольку по определению статические структуры отличаются отсутствием изменчивости, память для них выделяется один раз и ее объем остается неизменным до уничтожения структуры. Слово 'статический' относится скорее к реализации структуры, нежели к АТД. Простейшая статическая структура данных - массив, где обращение к элементу происходит через его номер.

Динамические структуры по определению характеризуются отсутствием физической смежности элементов структуры в памяти непостоянством и непредсказуемостью размера (числа элементов) структуры в процессе ее обработки. Поскольку элементы динамической структуры располагаются по непредсказуемым адресам памяти, адрес элемента такой структуры не может быть вычислен из адреса начального или предыдущего элемента. Для установления связи между элементами динамической структуры используются указатели, через которые устанавливаются явные связи между элементами. Такое представление данных в памяти называется связным. Элемент динамической структуры состоит из двух полей:

· информационного поля или поля данных, в котором содержатся те данные, ради которых и создается структура; в общем случае информационное поле само является интегрированной структурой - вектором, массивом, другой динамической структурой и т.п.;

· поле связок, в котором содержатся один или несколько указателей, связывающий данный элемент с другими элементами структуры;

Когда связное представление данных используется для решения прикладной задачи, для конечного пользователя "видимым" делается только содержимое информационного поля, а поле связок используется только программистом-разработчиком.

Списком называется упорядоченное множество, состоящее из переменного числа элементов, к которым применимы операции включения, исключения. Список, отражающий отношения соседства между элементами, называется линейным. Длина списка равна числу элементов, содержащихся в списке, список нулевой длины называется пустым списком. Линейные связные списки являются простейшими динамическими структурами данных.

Двусвязный список характеризуется наличием пары указателей в каждом элементе: на предыдущий элемент и на следующий.

Стек - такой последовательный список с переменной длиной, включение и исключение элементов из которого выполняются только с одной стороны списка, называемого вершиной стека. Применяются и другие названия стека - магазин и очередь, функционирующая по принципу LIFO (Last - In - First- Out - "последним пришел - первым исключается"). Примеры стека: винтовочный патронный магазин, тупиковый железнодорожный разъезд для сортировки вагонов.

Очередью FIFO (First - In - First- Out - "первым пришел - первым исключается") называется такой последовательный список с переменной длиной, в котором включение элементов выполняется только с одной стороны списка (эту сторону часто называют концом или хвостом очереди), а исключение - с другой стороны (называемой началом или головой очереди). Те самые очереди к прилавкам и к кассам, которые мы так не любим, являются типичным бытовым примером очереди FIFO.

Дек - особый вид очереди. Дек (от англ. deq - double ended queue,т.е очередь с двумя концами) - это такой последовательный список, в котором как включение, так и исключение элементов может осуществляться с любого из двух концов списка. Частный случай дека - дек с ограниченным входом и дек с ограниченным выходом. Логическая и физическая структуры дека аналогичны логической и физической структуре кольцевой FIFO-очереди. Однако, применительно к деку целесообразно говорить не о начале и конце, а о левом и правом конце.

Основы сети Интернет. Компонентная структура Интернета. Базовые протоколы и принцип коммутации пакетов

Internet представляет собой глобальную компьютерную сеть. Internet - структура, объединяющая обычные сети. Точнее обширная сеть, включающая в себя много многие миллионы компьютеров по всему миру для совместного использования информации и ресурсов. Работа сети Интернет основывается на клиент-серверной структуре. Программа, которая предоставляет обслуживание называется сервером, а программа, которая запрашивает обслуживание называется клиентом. Internet – одна крупная система клиент-сервер. Для доступа к Internet используются программы клиентов, которые выполняются на компьютере пользователя. Например для отправки или получения электронной почты применяется почтовый клиент, для доступа к Web используется Web – клиент и т.д.

Ресурсы Internet: электронная почта, информационная служба Web, телеконференции Usenet.

Все данные в Internet переносятся в виде пакетов. Двумя наиболее важными протоколами являются именно те которые обеспечивают эту основную пересылку. Протокол IP (Internet Protokol –Межсетевой протокол ) используется для перемещения пакетов данных из одного места в другое. А протокол TCP (Transport Control Protokol – протокол управления передачей) управляет потоками пакетов и обеспечивает поступление данных в неизменном виде и без ошибок. Оба указанных протокола играют столь важную роль, что семейство всех протоколов Internet называется TCP/IP.

Наиболее важные протоколы: IP, TCP, DNS (Domain Name System) – преобразование доменных имен в IP-имена; FTP (File Transfer Protokol) копирование файлов между компьютерами; HTTP (HyperText Transfer Protokol) – протокол передачи гипертекста, POP, SMTP, PPP (Point-to-Point Protokol) подключение компьютере к Internet; MIME кодирование разных типов данных; и др.

Протокол Internet (IP) берет на себя заботы по адресации или по подтверждению того, что узлы понимают, что следует делать с вашими данными по пути их дальнейшего следования. Протокол Internet работает также как правила обработки почтового конверта. В начало каждого вашего послания помещается заголовок, несущий информацию об адресате, сети. Чтобы определить, куда и как доставить пакет данных, этой информации достаточно. Адрес в Internet состоит из 4 байт. При записи байты отделяются друг от друга точками: 123.45.67.89 или 3.33.33.3. начало адреса говорит узлам Internet, частью какой из сетей вы являетесь. Правый конец адреса говорит этой сети, какой компьютер или хост должен получить пакет. Каждый компьютер в Internet имеет в этой схеме уникальный адрес, аналогично обычному почтовому адресу, а еще точнее - индексу. Internet знает, где искать указанную сеть, а эта сеть знает, где в ней находится конкретный компьютер. Для определения, где в локальной сети находится компьютер с данным числовым IP-адресом, локальные сети используют свои собственные протоколы сетевого уровня. По ряду причин информация, пересылаемая по сетям IP, делится на части (по границам байтов), раскладываемые в отдельные пакеты. Длина информации внутри пакета обычно составляет от 1 до 1500 байт.

TCP делит информацию, которую надо переслать, на несколько частей. Нумерует каждую часть, чтобы позже восстановить порядок. Чтобы пересылать эту нумерацию вместе с данными, он обкладывает каждый кусочек информации своей обложкой - конвертом, который содержит соответствующую информацию. Это и есть TCP-конверт. Получившийся TCP-пакет помещается в отдельный IP-конверт и получается IP-пакет, с которым сеть уже умеет обращаться.

Получатель (TCP-модуль (процесс)) по получении распаковывает IP-конверты и видит TCP-конверты, распаковывает и их и помещает данные в последовательность частей в соответствующее место. В конце концов информация собирается в нужном порядке.

Имеется другой стандартный протокол транспортного уровня, который не отягощен такими накладными расходами. Этот протокол называется UDP - User Datagram Protocol - протокол пользовательских дейтаграмм. Он используется вместо TCP. Здесь данные помещаются не в TCP, а в UDP-конверт, который также помещается в IP-конверт. Этот протокол реализует дейтаграммный способ передачи данных. UDP проще TCP.

Адресация в Интернете. Синтаксис IP-адреса. Доменная система имен (DNS). Универсальный указатель ресурса URL. Web-узлы, страницы и ссылки

В World Wide Web для задания местоположения файлов на других серверах сети Internet используется URL - Uniform Resource Locator.

URL включает в себя :

метод доступа к ресурсу, т.е. протокол доступа (http, gopher, WAIS, ftp, file, telnet и др.)

сетевой адрес ресурса (имя хост-машины и домена)

полный путь к файлу на сервере.

У каждого компьютера в Internet имеется собственное уникальное имя. Поскольку компьютеры в Internet иногда называют хостами или узлами (hosts), то эти уникальные имена носят название имен узлов или хостов.

Имена узлов являются составной частью системы под названием DNS, т. е. системы именования доменов. DNS – система, которая позволяет присваивать уникальные имена каждому компьютеру в Internet.

(ip) Адрес в Internet состоит из 4 байт. При записи байты отделяются друг от друга точками: 123.45.67.89 или 3.33.33.3 . (В действительности адрес состоит из нескольких частей. Так как Internet есть сеть сетей, начало адреса говорит узлам Internet, частью какой из сетей вы являетесь. Правый конец адреса говорит этой сети, какой компьютер или хост должен получить пакет. Каждый компьютер в Internet имеет в этой схеме уникальный адрес, аналогично обычному почтовому адресу, а еще точнее - индексу.. Для определения, где в локальной сети находится компьютер с данным числовым IP-адресом, локальные сети используют свои собственные протоколы сетевого уровня.

DNS (Domain Name System) - это распределенная база данных, поддерживающая иерархическую систему имен для идентификации узлов в сети Internet. Служба DNS предназначена для автоматического поиска IP-адреса по известному символьному имени узла. DNS требует статической конфигурации своих таблиц, отображающих имена компьютеров в IP-адрес. База данных DNS имеет структуру дерева, называемого доменным пространством имен, в котором каждый домен (узел дерева) имеет имя и может содержать поддомены. Имя домена идентифицирует его положение в этой базе данных по отношению к родительскому домену, причем точки в имени отделяют части, соответствующие узлам домена.

Крайняя правая часть имени называется доменом верхнего уровня. Например домен верхнего уровня (edu) в имени architecture.mit.edu сообщает нам о том, что данный компьютер находиться в ведении учебного заведения MIT(МИТ Массачусетского технолог. Института)

2 типа доменов верхнего уровня: по организациям и по географии.

По организации: com(коммерческие организации), edu (университеты США), net(поставщики сетевых услуг), org(различные организации).

Географические домены: at(Австрия), be(Бельгия), ca(Канада), us(Соединенные Штаты), gr(Греция) и т.д.

Web-проектирование. Языки, технологии и средства создания Web-сайтов (Компонентная структура). Базовый набор компонентов Web-сайта. Визуальное Web-проектирование. Пакет Microsoft Frontpage и его модификации

Web технологии, сегодня, позволяют создавать Интернет проекты самого разного типа, сложности, а также целевой направленности. Они, как и любые другие разработки, постоянно совершенствуются и развиваются. Добавляются новые, заменяются устаревшие.

Java. Этот язык программирования был разработан более восьми лет назад, и в настоящее время является одним из самых популярных для решения некоторых специальных задач. Java позволяет придавать Интернет странице большую интерактивность, создавать многочисленные активные элементы.

CGI. Сайты основанные на использовании CGI позволяют формировать и организовывать потоки данных. Именно на основе CGI построено большинство досок объявлений, форумов, чатов и конференций.

CSS. Технологии такого типа позволяют осуществлять сложное форматирование, необходимое при создании практически любого сайта.

PHP. Это один из языков программирования, наиболее широко используемый сегодня. Сайты, построенные на основе PHP позволяют добавлять на web страницы различные интерактивные элементы. Сюда же можно отнести web технологии на основе VBScript и ASP. Все они предназначены для придания станицам большей интерактивности.

Macromedia Flash. Основное назначение этой web технологии – создание высококачественной интерактивной анимации. Основным ее плюсом является очень незначительный размер получаемого итогового файла.

DHTML. Это специальное расширение языка HTML. Web технологии DHTML позволяют включать в веб страницы разнообразные интерактивные элементы. Например, движущийся фон или объекты, выпадающие меню, кнопки, подсвечивающиеся при наведении курсора мыши, бегущие титры и т.д.

При создании сайтов используются различные компоненты. Компоненты, устанавливаемые в систему, позволяют создать порталы, каталоги, магазины, корпоративные сайты, онлайн-СМИ, новостные ленты, но они не являются ограничением функциональности.

Визуальным принято называть такой стиль или способ создания гипертекстовых докумтов, в котором работа с текстом и образами объектов преобладает над непосредственным кодированием. В идеале, пользователь должен быть полностью свободен от необходимости обращения к кодам HTML, а проектирование обязано вытеснить программирование

Система Dreamweaver — это визуальный редактор гипертекстовых документов. Мощная профессиональная программа Dreamweaver обладает всеми необходимыми средствами для генерации страниц HTML любой сложности и масштаба. Она обеспечивает режим визуального проектирования (WYSIWYG), отличается очень чистой работой с исходным текстом Web-документов, обладает встроенными средствами поддержки больших сетевых проектов. Прямая работа с кодами не исключена полностью, но сведена к разумному минимуму. Программа не только обладает мощным арсеналом средств визуального проектирования, но и способна отображать Web-страницы почти как специализированные программы просмотра: Microsoft Internet Explorer или Netscape Navigator. Программа Dreamweaver основана на принципах открытой архитектуры. Это значит, что полностью открыт интерфейс прикладного программиста, с помощью которого сторонние программисты и софтверные фирмы могут выполнить радикальные изменения функциональных возможностей программы и ее интерфейса: добавить новый инструмент, создать палитру или раздел меню, запрограммировать новый объект или мультимедийный ролик и пр.

Microsoft FrontPage 2002 - это обширная прикладная программа (приложение), которую можно использовать для разработки сайтов. Эта сложная программа содержит все, что вам требуется для создания сайтов, от простой веб-сводки до сложного веб-магазина розничной торговли. Используя FrontPage, вы можете легко создавать интересные сайты с хорошим дизайном и сложными элементами, не вводя ни одной строки программных кодов. Но если у вас есть определенный опыт программирования на языке HTML или вы хотите держать все под контролем, то программа FrontPage позволяет вам легко осуществлять доступ к соответствующим кодам, которые она автоматически создает в процессе вашей работы

Язык разметки HTML. Структура HTML-страницы. Тэги <HTML>, <HEAD>, <TITLE>, <BODY>, <МЕТА>.<а href=url>. Таблицы. Списки. Фреймы. Формы. Тэги <table>, <tr>, <td>,<FRAMESET>,<frame>,<form>

Для подготовки Web-страниц к публикации в Интернете применяется специальный язык разметки гипертекста - HTML (Hyper Text Markup Language), "язык маркировки гипертекста". Первую версию HTML разработал Тим Бернерс-Ли.

Структура HTML-документа

Язык HTML не является языком программирования в общепринятом смысле этого понятия. Его операторы или теги просто маркируют содержание документа (файла с текстовой, графической или другой информацией) для последующей интерпретации и отображения на экране программой-браузером.

ТЕГ - это символьная конструкция из < (открывающей) и >(закрывающей) угловых скобок, между которыми находится конкретный символ или строка символов, предписывающие браузеру отображение последующего содержания документа в соответствии с их назначением.

В соответствии со стандартами HTML простейший документ должен включать элементы HTML, HEAD, TITLE, BODY и имеет вид:

<HTML> <HEAD><TITLE>Невидимое в окне браузера название документа</TITLE>

...другие элементы, которые могут быть вложены в элемент HEAD</HEAD>

<BODY>...Содержание документа</BODY>

</HTML>

Раздел документа HEAD определяет его название и представляет необходимую информацию, для программы, интерпретирующей документ. Этот раздел начинается тегом <HEAD>. Закрывающий тег </HEAD> обозначает конец раздела. Элемент TITLE определяет название документа и является единственным обязательным элементом раздела документа HEAD. В тексте документа название браузером не отображается. Его видно в строке заголовка окна браузера. Нельзя использовать элементы разметки для форматирования содержимого элемента TITLE.

Элемент META служит для указания ключевых слов, используемых поисковыми машинами. Для этого в элементе в качестве значения атрибута NAME указывается имя определяемого свойства. А при помощи атрибута CONTENT указывается значение данного свойства. Например: <META NAME="author" CONTENT="Mariya">

Для формирования HTML-документов, содержащих кадры (фреймы) используются два тега: <frameset> и <frame>. Тег <frameset> задает количество и исходные размеры столбцов и строк кадров. Горизонтальное деление экрана задается при помощи атрибута row, вертикальное - атрибута cols. Значения атрибутов могут быть выражены в процентах или пикселях. Внутри тега <frameset> должны быть ссылки на все документы, входящие в состав сложной страницы. Делается это с помощью тега <frame>.

Списки: Ненумерованные(маркированные)списки:<ul><li>элемент1</li><li>элемент2</li></ul>

Нумерованные списки: <ol><li>элемент1</li><li>элемент2</li><li>элемент3</li></ol>

Таблица определяется тегами <TABLE> и </TABLE>, внутри которых и должны находиться все элементы и данные таблицы. <CAPTION> и </CAPTION> - определяют название таблицы: должен присутствовать внутри <TABLE> и </TABLE>, но снаружи описания какой-либо строки или ячейки. Атрибут ALIGN определяет, где - сверху или снизу таблицы - будет поставлена подпись. <TR> и </TR> - определяют строку таблицы. Строки могут иметь атрибуты ALIGN и VALIGN, которые описывают визуальное положение содержимого строк (горизонтальное и вертикальное выравнивание). <TD> и </TD> - определяют ячейку таблицы. Ячейка таблицы может быть описана только внутри строки таблицы (!), т.е. в своеобразный контейнер, образуемый тегами <TR> и </TR>, <TH> и </TH> - определяют ячейку таблицы также как и <TD> и </TD>, с небольшими отличиями: текст в данной ячейке будет выделен жирным эффектом, а данные будут позиционироваться по центру ячейки. Как правило, применяется, когда необходимо создать что то типа заголовка для строки или столбца данной таблицы.

А HREF – определяет находящийся между начальным и конечным тегами текст или изображение как гипертекстовую ссылку (URL, или линк) на документ (и/или область документа), указанный в значении данного атрибута. <A HREF="docs/title.html">Документация</A> на файл title.html в подкаталоге docs

TARGET – определяет окно (фрейм), на которое указывает гипертекстовая ссылка. Этот атрибут используется только совместно с атрибутом HREF. В качестве значения необходимо задать либо имя одного из существующих фреймов.

Сценарии. Синтаксис JavaScript. Управляющие операторы do... while, if... else, switch…case… События. Сценарии, обеспечивающие замену рисунков

JavaScript - объектно-ориентированный язык сценариев, позволяющий включать в веб-страницы исполняемое содержимое (скрипты). JavaScript выполняется на стороне клиента и поддержка JavaScript включена практически во всех браузерах. С помощью этого языка вы сможете отойти от статики обычного HTML и создавать страницы с динамически изменяемым содержанием.

Синтаксис JavaScript и Java сделан по образцу C и C++. Отметим основные правила:

Чувствительность к регистру. Все ключевые слова пишутся в нижнем регистре. Все переменные и названия функций пишутся точно так же, как и были определены (например, переменные Str и str являются разными переменными).
Пробелы, табуляция и перевод строки. Эти символы игнорируются в JavaScript, так что можно использовать их для форматирования кода с тем, чтобы его было удобно читать.
Символ точка с запятой (;). Все операторы должны быть разделены этим символом. Если оператор завершается переводом строки, то точку с запятой можно опустить. При этом нужно следить за тем, чтобы при разрыве строки одного оператора, новая строка не начиналась бы с самостоятельного оператора.
Комментарии. JavaScript игнорирует любой текст расположенный между символами /* и */. Также игнорируется текст начинающийся символами // и заканчивающийся концом строки.
Индентификаторы. Индентификаторами являются имена переменных, функций, а также меток. Индентификаторы образуются из любого количества букв ASCII, подчеркивания (_) и символа доллара ($). Первым символом не может быть цифра, а в версии JavaScript 1.0 не допускается использования и символа $.
Ключевые слова. Ключевые слова не могут использоваться в качестве индетификаторов. Ключевыми словами являются: break, case, continue, default, delete, do, else, export, false, for, function, if, import, in, new, null, return, switch, this, true, typeof, with.

Синтаксис: if (condition) { statements1 [ } else { statements2 ] }

Если условие condition истинно, выполняется оператор statements1, иначе statements2. Условие может быть любым JavaScript-выражением, которое можно оценить как истинное или ложное. Операторы, которые нужно выполнить, могут быть любыми JavaScript-операторами, включая условные. Более чем один оператор должен быть заключен в фигурные скобки, { }. В следующем примере функция checkData возвращает true, если число символов в объекте Тext равно трем, в противном случае выводит аварийный бокс и возвращает false.

Оператор while.

Цикл повторяется до тех пор, пока условие истинно (true).

Синтаксис: while (условие) {операторы}

Если условие становится ложным (false), цикл прекращается и управление передается операторам после цикла. Условие проверяется не непрерывно, а первоначально и после выполнения всех операторов цикла.

Delphi и разработка Интернет-приложений. Архитектуры СУБД и Интернет. Технологии DDE, OLE, DLL взаимодействия приложений и создание распределенных приложений на основе технологии COM/DCOM, CORBA

Вообще, простейшее web-приложение на delphi мало чем отличается, а точнее ничем не отличается от создания программы для старой доброй dos. Это - простейшее консольное приложение, запускаемое на стороне сервера и взаимодействующие с пользователем (в случае необходимости) через броузер.

Одним из главных преимуществ создания подобных приложений именно в среде delphi является то, что вы продолжаете работать с визуальными компонентами - это значительно проще, чем создание приложений в других средах - возможность ошибки в больших проектах, где используется визуальное проектирование меньше, чем в тех, где всё описывается исключительно кодом. Кроме того, средства создания web-приложений позволяют импортировать уже существующие приложения в интернет-среду.

Архитектура СУБД обеспечивает потребности различных пользователей, выполнение их запросов, а также внутренние потребности, связанные с представлением данных в файлах и доступом к ним. Общепринятым в настоящее время является подход, обеспечивающий трехуровневое представление данных:

· на уровне внешних моделей соответствующих различным запросам различных пользователей;

· на логическом уровне, соответствующем интегральному взгляду на данные администратора ПО и администратора БД;

· на внутреннем уровне, соответствующем взгляду на данные системных программистов.

СУБД поддерживает различные описания данных на всех уровнях и их преобразования из одних видов представления в другие.Основными функциями СУБД являются:

· управление данными во внешней памяти;

· управление буферами оперативной памяти;

· управление транзакциями;

· журнализация;

· поддержка языков БД.

OLE DB и ODBC представляют собой интерфейсы приложений, которые обеспечивают доступ к целому ряду источников данных. Разработчики Microsoft спроектировали ODBC для доступа к данным SQL, а OLE DB — для доступа к любым данным в среде СОМ

Аббревиатура DDEML обозначает Dynamic Data Exchange Management Library (библиотека управления динамическим обменом данными). DDEML это надстройка над сложной системой сообщений, называемой Dynamic Data Exchange (DDE). Библиотека, содержащая DDE била разработана для усиления возможностей первоначальной системы сообщений Windows.

DDE дает возможность перейти через рамки приложения и взаимодействовать с другими приложениями и системами Windows. Dynamic Data Exchange получило свое имя потому, что позволяет двум приложениям обмениваться данными (текстовыми, через глобальную память) динамически во время выполнения. С помощью DDE можно из своего приложения управлять другими приложениями такими, как Word for Windows, Report Smith, Excel и др. Приложение, получающее данные из другого приложения по DDE и/или управляющее другим приложением с помощью команд через DDE является DDE-клиентом. В этом случае второе приложение является DDE-сервером. Одно и то-же приложение может быть одновременно и сервером, и клиентом

Комплексные системы создания распределенных приложений, а именно, CORBA консорциума OMG и COM (DCOM, COM+) фирмы Microsoft.

COM содержит все необходимое, что нужно для построения распределенной системы: технологию удаленного вызова методов (как статических, так и динамических), базы данных серверных объектов (библиотеки типов), которые могут быть импортированы для анализа структуры серверов COM, универсальный протокол обмена между клиентами и серверами, спецификации так называемых “составных документов” (ActiveDoc), объектный монитор транзакций (MTS), компонентную модель (ActiveX) и др. Все составные части прекрасно соответствуют друг другу в рамках модели COM. Уникальной возможностью COM является универсальная технология доступа к базам данных - OLE DB/ADO.

В настоящий момент CORBA не имеет своей собственной компонентной модели; работа над ней началась в 1998 г. и еще не завершена.

Перечислите основные методы защиты информации. Укажите их достоинства и недостатки. Приведите примеры использования различных методов защиты информации

- Физические методы ЗИ.

Физический доступ к носителю информации, как правило, дает возможность получить доступ и к самой информации. Плюс – просто, дешево,, защита от нарушения (взлом), Минус – для хранимой информации (сейф) и только. При передаче информация будет либо перехвачена и т.д.

- Криптографические методы ЗИ

Изменение определённым образом формы сообщения, которое может быть прочитано специальным образом (могут быть вскрыты при помощи криптоаналитических алгоритмов). Плюс – конфиденциальность, целостность. Минус – сертифицируемые – а значит дорогие, ограничение на использование.

- Стеганография

Скрытие факта передачи информации. Плюс – совместно с криптографией. Минус – угроза работоспособности (взлом), варварское использование канала связи.

- Программно-аппаратные.

Предоставляются устройствами, встраиваемыми непосредственно в аппаратуру АИС, или устройствами, сопряженными с аппаратурой АИС по стандартному интерфейсу и предназначенными для реализации конкретных функций защиты. Они реализуют логическую оболочку АИС, ориентированную на обеспечение безопасности. Плюс – предохранение от вирусов, дешево и просто (есть конечно и дорогие). Минус – только хранения информации.

- Административно-организационные. Правовые – на уровне законодательства.

Написание инструкций, выдача пропусков, контроль.

Угрозы информации. Угрозы секретности и целостности. Анализ угроз информации.

С позиции обеспечения безопасности информации целесообразно рассматривать в виде трех связных взаимовлияющих друг на друга компонент:

1) информация;

2) технические и программные средства;

3) обслуживающий персонал и пользователи. Целью создания любой ИВС является удовлетворение потребностей пользователей в своевременном получении достоверной информации и сохранении ее конфиденциальности. При этом задача обеспечения информации должна решаться путем защиты от внешних и внутренних неразрешенных (несанкционированных) воздействий.

Угрозой информационной безопасности АС будем называть возможность реализации воздействия на информацию, обрабатываемую АС, приводящего к искажению, уничтожению, копированию, блокированию, доступа к информации, а также возможность воздействия на компоненты АС, приводящего к утрате, уничтожению или сбою функционирования носителя информации, средства взаимодействия с носителем или средства его управления.

Утечка информации рассматривается как бесконтрольный и неправомерный выход конфиденциальной информации за пределы организации или круга лиц, которым эта информация была доверена.

Угрозы бывают: случайные и преднамеренные.

Основными видами угроз безопасности АС и информации (угроз интересам субъектов информационных отношений) являются:

– стихийные бедствия и аварии (наводнение, ураган, землетрясение, пожар и т.п.);

– сбои и отказы оборудования (технических средств) АС;

– последствия ошибок проектирования и разработки компонентов АС (аппаратных средств, технологии обработки информации, программ, структур данных и т.п.);

– ошибки эксплуатации (пользователей, операторов и другого персонала);

– преднамеренные действия нарушителей и злоумышленников (обиженных лиц из числа персонала, преступников, шпионов, диверсантов и т.п.).

Среди преднамеренных существует три разновидности угроз.

1. Угроза нарушения конфиденциальности заключается в том, что информация становится известной тому, кто не располагает полномочиями доступа к ней. Она имеет место всякий раз, когда получен доступ к некоторой секретной информации, хранящейся в вычислительной системе или передаваемой от одной системы к другой. Иногда, в связи с угрозой нарушения конфиденциальности, используется термин «утечка».

2. Угроза нарушения целостности включает в себя любое умышленное изменение
информации, хранящейся в вычислительной системе или передаваемой из одной системы
в другую. Когда злоумышленники преднамеренно изменяют информацию, говорится, что
целостность информации нарушена. Целостность также будет нарушена, если к несанк
ционированному изменению приводит случайная ошибка программного или аппаратного
обеспечения. Санкционированными изменениями являются те, которые сделаны уполномо
ченными лицами с обоснованной целью (например, санкционированным изменением
является периодическая запланированная коррекция некоторой базы данных).

Целостность информации – существование информации в неискаженном виде (неизменном по отношению к некоторому фиксированному ее состоянию). Чаще субъектов интересует обеспечение более широкого свойства – достоверности информации, которое складывается из адекватности (полноты и точности) отображения состояния предметной области и непосредственно целостности информации, т.е. ее неискаженности.

3. Угроза отказа служб возникает всякий раз, когда в результате преднамеренных
действий, предпринимаемых другим пользователем или злоумышленником, блокируется
доступ к некоторому ресурсу вычислительной системы. Реально блокирование может быть
постоянным – запрашиваемый ресурс никогда не будет получен, или оно может вызывать
только задержку запрашиваемого ресурса, достаточно долгую для того чтобы он стал
бесполезным. В этих случаях говорят, что ресурс исчерпан.

Основные методы нарушения конфиденциальности, целостности и доступности информации. Перечислите причины, виды, каналы утечки и искажения информации.

Конфиденциальность данных и сообщений

Под нарушением конфиденциальности данных принято понимать ознакомление с данными лиц, которые к этим данным не допущены, либо создание предпосылок для доступа к данным неопределенного круга лиц. Нарушения конфиденциальности информации могут быть систематизированы с различных позиций.

Критичная информация может храниться в зашифрованном виде и если служба управления доступом будет обойдена, то информация останется недоступной для злоумышленника. Использование шифрования сокращает риск какого-либо перехвата и чтения проходящих транзитом сообщений, делая сообщения нечитабельными для тех, кто сможет перехватить их. Только авторизованный пользователь, который имеет правильный ключ, сможет расшифровать сообщение после его получения.

Политика безопасности должна явно указывать пользователям типы информации, которые считаются критичными настолько, что для них требуется применение шифрования, решение о его применении должно быть принято лицом в руководстве организации, ответственным за защиту критической информации. Если в политике не указывается, какая информация подлежит шифрованию, то владелец данных полностью отвечает за принятие этого решения.

Обеспечение конфиденциальности сообщений и данных.

Используемые механизмы безопасности:

– защита резервных копий на лентах, дискетах, и т.д.,

– физическая защита физической среды ИС и устройств,

– использование маршрутизаторов, которые обеспечивают фильтрацию для ограничения широковещательной передачи (или блокировкой, или маскированием содержания сообщения). чтению ко всем файлам через механизм управления доступом.

Причины, виды, каналы утечки и искажения информации.

Основными причинами утечки информации являются:

- несоблюдение персоналом норм, требований, правил эксплуатации АС;

- ошибки в проектировании АС и систем защиты АС;

- ведение противостоящей стороной технической и агентурной разведок.

Несоблюдение персоналом норм, требований, правил эксплуатации АС может быть как умышленным, так и непреднамеренным. От ведения противостоящей стороной агентурной разведки этот случай отличает то, что в данном случае лицом, совершающим несанкционированные действия, двигают личные побудительные мотивы. Причины утечки информации достаточно тесно связаны с видами утечки информации. В соответствии с ГОСТ Р 50922–96 рассматриваются три вида утечки информации:

- разглашение;

- несанкционированный доступ к информации;

- получение защищаемой информации разведками (отеч./иностр.).

Под разглашением информации понимается несанкционированное доведение защищаемой информации до потребителей, не имеющих права доступа к защищаемой информации.

Под несанкционированным доступом понимается получение защищаемой информации заинтересованным субъектом с нарушением установленных правовыми документами или собственником, владельцем информации прав или правил доступа к защищаемой информации.

Получение защищаемой информации разведками может осуществиться с помощью технических средств (техническая разведка) или агентурными методами (агентурная разведка).

Канал утечки информации – совокупность источника информации, материального носителя или среды распространения несущего указанную информацию сигнала и средства выделения информации из сигнала или носителя. Одним из основных свойств канала является месторасположение средства выделения информации из сигнала или носителя, которое может располагаться в пределах контролируемой зоны, охватывающей или вне ее. Применительно к АС выделяют несколько каналов утечки информации. Обобщенная схема каналов утечки приведена на рис. 2.2.

1. Электромагнитный канал. Причиной его возникновения является электромагнитное поле, связанное с протеканием электрического тока в аппаратных компонентах АС. Электромагнитное поле может индуцировать токи в близко расположенных проводных линиях (наводки). Электромагнитный канал, в свою очередь, делится на следующие каналы:

- радиоканал (высокочастотное излучение);

- низкочастотный;

- сетевой (наводки на сеть электропитания);

- заземления (наводки на провода заземления);

- линейный (наводки на линии связи между компьютерами).

2. Акустический (виброакустический) канал – связан с распространением звуковых волн в воздухе или упругих колебаний в других средах, возникающих при работе устройств отображения информации АС.

3. Визуальный канал – связан с возможностью визуального наблюдения злоумышленником за работой устройств отображения информации без проникновения в помещения, где расположены компоненты системы. В качестве средства выделения информации в данном случае могут рассматриваться фото-, видеокамеры и т.п.

4. Информационный канал – связан с доступом (непосредственным и телекоммуникационным) к элементам АС, к носителям информации, к самой вводимой и выводимой информации (и результатам), к программному обеспечению (в том числе к операционным системам), а также с подключением к линиям связи. Информационный канал может быть разделен на следующие каналы:

- коммутируемых линий связи,

- выделенных линий связи,

- локальной сети,

- машинных носителей информации,

терминальных и периферийных устройств.

Проблема доступа к информации, управление доступом. Санкционированный и несанкционированный доступ (НСД), два подхода к защите от НСД

Под доступом к информации понимается ознакомление с информацией, ее обработка, в частности копирование, модификация или уничтожение информации.

Различают санкционированный и несанкционированный доступ к информации.

Санкционированный доступ к информации -это доступ к информации, не нарушающий установленные правила разграничения доступа. Правила разграничения доступа служат для регламентации права доступа субъектов доступа к объектам доступа. Несанкционированный доступ к информации характеризуется нарушением установленных правил разграничения доступа. Лицо или процесс, осуществляющие несанкционированный доступ к информации, являются нарушителями правил разграничения доступа.

Несанкционированный доступ является наиболее распространенным видом компьютерных нарушений. Несанкционированный доступ к информации — доступ к информации в нарушение должностных полномочий сотрудника, доступ к закрытой для публичного доступа информации со стороны лиц, не имеющих разрешения на доступ к этой информации. Так же иногда несанкционированным доступом называют получение доступа к информации лицом, имеющим право на доступ к этой информации в объёме, превышающим необходимый для выполнения служебных обязанностей.

Причины несанкционированного доступа к информации

· ошибки конфигурации (прав доступа, файрволов, ограничений на массовость запросов к базам данных)

· слабая защищённость средств авторизации (хищение паролей, смарт-карт, физический доступ к плохоохраняемому оборудованию, доступ к незаблокированным рабочим местам сотрудников в отсутствие сотрудников)

· ошибки в программном обеспечении

· злоупотребление служебными полномочиями (воровство резервных копий, копирование информации на внешние носители при праве доступа к информации)

· Прослушивание каналов связи при использовании незащищённых соединений внутри ЛВС

· Использование клавиатурных шпионов, вирусов и троянов на компьютерах сотрудников для имперсонализации.

Контроль доступа — это предотвращение несанкционированного использование ресурса системы, включая его защиту от несанкционированного использования. Контроль доступа тесно связан с аутентификацией пользователей (устройств), поскольку именно в процессе опознавания предъявляются полномочия на доступ к различным объектам системы (массивам, данным, техническим средствам).

Сущность избирательного контроля доступа (ИКД) состоит в следующем (на примере СУБД):

ИКД ограничивает возможность пользователя выполнять определенные операции или получать доступ к определенному объекту на основе его привилегий. Так, примерами объектов в СУБД являются таблицы, последовательности и представления. Поскольку санкционированные пользователи могут передавать свои привилегии другим по своему усмотрению, этот тип контроля доступа называют избирательным.

Сущность Мандатное контроля доступом (МКД) состоит в следующем:

МКД опосредует доступ к информации на основе ее секретности и допуска пользователя, пытающегося получить доступ к ней. МКД гарантирует, что секретная информация не будет распространяться среди пользователей, не имеющих санкции на ее получение. Система, реализующая МКД, называется системой с многоуровневой защитой (МУЗ). Мандатный контроль доступа реализуется в вычислительных системах, в которых обрабатывается информация различных грифов секретности.

Дискреционное управление доступом — разграничение доступа между поименованными субъектами и поименованными объектами. Субъект с определенным правом доступа может передать это право любому другому субъекту. Подобное управление называют также добровольным контролем доступа. Эта схема реализуется, например, в классических юникс-системах.

Дискреционное управление доступом является основной реализацией разграничительной политики доступа к ресурсам при обработке конфиденциальных сведений, согласно требованиям к системе защиты информации.

Симметричные и асимметричные (с открытым ключом) криптосистемы. Принцип действия, основные различия, достоинства и недостатки.

Симметричные криптосистемы (также симметричное шифрование, симметричные шифры) — способ шифрования, в котором для (за)шифрования и расшифрования применяется один и тот же криптографический ключ. До изобретения схемы асимметричного шифрования единственным существовавшим способом являлось симметричное шифрование. Ключ алгоритма должен сохраняться в секрете обеими сторонами. Ключ алгоритма выбирается сторонами до начала обмена сообщениями.

Общая схема

В настоящее время симметричные шифры - это:

· блочные шифры. Обрабатывают информацию блоками определенной длины (обычно 64, 128 бит), применяя к блоку ключ в установленном порядке, как правило, несколькими циклами перемешивания и подстановки, называемыми раундами. Результатом повторения раундов является лавинный эффект - нарастающая потеря соответствия битов между блоками открытых и зашифрованных данных.

· поточные шифры, в которых шифрование проводится над каждым битом либо байтом исходного (открытого) текста с использованием гаммирования. Поточный шифр может быть легко создан на основе блочного (например, ГОСТ 28147-89 в режиме гаммирования), запущенного в специальном режиме.

Параметры алгоритмов

Существует множество (не менее двух десятков) алгоритмов симметричных шифров, существенными параметрами которых являются:

· стойкость

· длина ключа

· число раундов

· длина обрабатываемого блока

· сложность аппаратной/программной реализации

Достоинства в Сравнение с асимметричными криптосистемами

· скорость (по данным Applied Cryptography — на 3 порядка выше)

· простота реализации (за счет более простых операций)

· меньшая требуемая длина ключа для сопоставимой стойкости

· изученность (за счет большего возраста)

Недостатки Сравнение с асимметричными криптосистемами

· сложность управления ключами в большой сети. Означает квадратичное возрастание числа пар ключей, которые надо генерировать, передавать, хранить и уничтожать в сети. Для сети в 10 абонентов требуется 45 ключей, для 100 уже 4950, для 1000 — 499500 и т. д.

· сложность обмена ключами. Для применения необходимо решить проблему надежной передачи ключей каждому абоненту, так как нужен секретный канал для передачи каждого ключа обеим сторонам.

Для компенсации недостатков симметричного шифрования в настоящее время широко применяется комбинированная (гибридная) криптографическая схема, где с помощью асимметричного шифрования передается сеансовый ключ, используемый сторонами для обмена данными с помощью симметричного шифрования.

Важным свойством симметричных шифров является невозможность их использования для подтверждения авторства, так как ключ известен каждой стороне.

Распространенные алгоритмы

· DES и TripleDES (3DES)

· AES (Rijndael)

· ГОСТ 28147-89

Криптосистемы с открытым ключом. Принцип действия, достоинства и недостатки.

Суть состоит в том, что каждым адресатом ИС генерируются два ключа, связанные между собой по определенному правилу. Один ключ объявляется открытым, а другой закрытым. Открытый ключ публикуется и доступен любому, кто желает послать сообщение адресату. Секретный ключ сохраняется в тайне. Исходный текст шифруется открытым ключом адресата и передается ему. Зашифрованный текст в принципе не может быть расшифрован тем же открытым ключом. Дешифpование сообщения возможно только с использованием закрытого ключа, который известен только самому адресату.

Этапы шифровки с открытым ключом:

1. Получатель генерирует ключ. Ключ разбивается на открытую и закрытую часть. Открытая часть ключа отправляется отправителю.

2. Отправитель с помощью открытого ключа шифрует сообщение.

3. Получатель с помощью закрытого ключа дешифрует сообщение.

Шифрование информации - взаимнооднозначное математическое (криптографическое) преобразование, зависящее от ключа (секретный параметр преобразования), которое ставит в соответствие блоку открытой информации, представленной в некоторой цифровой кодировке, блок шифрованной информации, также представленной в цифровой кодировке. Шифрование объединяет в себе два процесса: зашифрование и расшифрование информации.

Преимущества открытых ключей

У криптографии с открытыми ключами есть ряд преимуществ перед классической (т.е. симметричной) криптографией. Наиболее полезное из них касается управления ключами (в частности, их выбором и рассылкой). Давайте рассмотрим стандартную симметричную криптосистему. Ключ зашифрования является также ключом расшифрования, следовательно, первый не может быть раскрыт. Это приводит к тому, что две легальные стороны (отправитель и получатель) договариваются заранее об алгоритме зашифрования и ключах.

При использовании же криптосистем с открытым ключом стороны не обязаны встречаться, знать друг друга и иметь суперсекретные каналы связи. Это преимущество становится еще более актуальным в случае большого количества пользователей системы. Тогда, к примеру, один пользователь может "закрыто" связаться с другим, взяв некоторую информацию (открытый ключ) из общедоступной базы данных (банка ключей).

Другим важным преимуществом является длина ключа. В симметричной криптографии, если ключ длиннее исходного сообщения, никакого действительного выигрыша не достигается. Так как предполагается передавать ключ секретно, то почему бы не передать само сообщение по этому секретному каналу? Конечно, иногда обмен ключами происходит заранее - до передачи сообщений. Что касается криптосистем с открытым ключом, то у них длина ключа зашифрования не имеет значения, поскольку он открытый и общедоступный. Поэтому и длина ключа расшифрования не так важна (получатель только хранит его в секретном месте). Указанные выше два преимущества, касающиеся управления ключами, - главные для криптосистем с открытым ключом. Но существуют и другие плюсы.

Возможности криптографии с открытыми ключами

Различие ключей (открытого и личного) в криптографии с открытыми ключами позволило создать следующие технологии: электронные цифровые подписи, распределенная проверка подлинности, согласование общего секретного ключа сессии, шифрование больших объемов данных без предварительного обмена общим секретным ключом.

В настоящее время хорошо известен целый ряд алгоритмов шифрования с открытым ключом.

Некоторые алгоритмы, например RSA (Rivest-Shamir-Adleman) и ECC (Elliptic Curve Cryptography), универсальны, они поддерживают все перечисленные выше операции. Другие алгоритмы более специализированы и поддерживают не все возможности.

Недостаток и его возможное решение

Несмотря на все преимущества криптографии с открытым ключом и вероятностного шифрования, ни одна из их реализаций, предложенных до сих пор, не может конкурировать в скорости с системами с секретным ключом, такими, например, как DES. Когда необходимо передать большое количество информации (например, мультимедиа-трафик), может оказаться, что использование RSA было бы слишком медленным, тогда как использование DES было бы либо невозможным (из-за отсутствия разделенного секретного ключа), либо не отвечающим требованиям секретности. В такой ситуации может быть полезным использование компромисса. Гибридная криптосистема использует криптосистему с открытым ключом один раз в начале передач сообщений для того, чтобы выделить небольшую часть информации, которая затем используется как ключ к шифратору или дешифратору для тех текущих сообщений, которые проходят через криптосистему с секретным ключом.

Они требуют существенно больших вычислительных ресурсов (это недостаток можно преодолеть с помощью гибридных криптосистем). Кроме того, необходимо обеспечить аутентичность самих публичных ключей, для чего обычно используют сертификаты.

95. Цифровая подпись. Системы цифровой подписи на основе криптосистем с открытым ключом. Определение хэш-функции. Использование хэш-функций в системах цифровой подписи.

Электронная цифровая подпись (ЭЦП)— реквизит электронного документа, предназначенный для удостоверения источника данных и защиты данного электронного документа от подделки. Система ЭЦП включает процедуру формирования цифровой подписи отправителем с использованием секретного ключа отправителя и процедуру проверки подписи получателем с использованием открытого ключа отправителя.

Схема электронной подписи обычно включает в себя:

· алгоритм генерации ключевых пар пользователя;

· функцию вычисления подписи;

· функцию проверки подписи.

Функция вычисления подписи на основе документа и секретного ключа пользователя вычисляет собственно подпись.

Функция проверки подписи проверяет, соответствует ли данная подпись данному документу и открытому ключу пользователя. Открытый ключ пользователя доступен всем, так что любой может проверить подпись под данным документом.

Поскольку подписываемые документы — переменной (и достаточно большой) длины, в схемах ЭЦП зачастую подпись ставится не на сам документ, а на его хэш. Для вычисления хэша используются криптографические хэш-функции, что гарантирует выявление изменений документа при проверке подписи. Хэш-функции не являются частью алгоритма ЭЦП, поэтому в схеме может быть использована любая надёжная хэш-функция.

Цифровая подпись обеспечивает:

· Удостоверение источника документа. В зависимости от деталей определения документа могут быть подписаны такие поля, как «автор», «внесённые изменения», «метка времени» и т. д.

· Защиту от изменений документа. При любом случайном или преднамеренном изменении документа (или подписи) изменится хэш, следовательно, подпись станет недействительной.

· Невозможность отказа от авторства. Так как создать корректную подпись можно лишь, зная закрытый ключ, а он известен только владельцу, то владелец не может отказаться от своей подписи под документом.

Общие сведения и классификация хеш-функций

Для решения проблемы запоминания человеком (пользователем) коротких паролей, а не весь ключ, были разработаны методы, преобразующие произносимую, осмысленную строку произвольной длины – пароль, в указанный ключ заранее заданной длины. Хеш-функцией называется такое математическое или алгоритмическое преобразование заданного блока данных, которое обладает следующими свойствами:

хеш-функция имеет бесконечную область определения,
хеш-функция имеет конечную область значений,
она необратима,
изменение входного потока информации на один бит меняет около половины всех бит выходного потока, то есть результата хеш-функции.

Хеш-функция берёт на вход сообщение и порождает на выходе некоторый образ этого сообщения, который называется хеш-кодом, хеш-результатом, хеш-значением или просто хеш. Или более точно, хеш-функция h отображает двоичную строку произвольной конечной длины m в двоичную строку фиксированной длины, скажем п. В криптографии используется именно эта идея, т.е. когда хеш-код выступает в роли компактного представления (образа) некоторой входной строки, по которому можно точно идентифицировать исходное сообщение.

Функция, в общем случае, должна подтверждать следующие факты:

– сообщение исходит от санкционированного отправителя;

– содержание сообщения при передаче не изменилось;

– сообщение доставлено по адресу;

– аналогичное сообщение ранее не поступало;

– порядок получения сообщений соответствует порядку отправления.

Основные топологии сетей – шина, звезда, кольцо

Сеть- это любое соед комп-ов с целью исп общих программ(эл. Почта, аська) и рес-ов(бд)

Топология-логич соед комп-ов

Шина: на конце терминатор-для отражения сигнала

Провод- коаксальный

Каждый комп пер и прин-ет

Если передают сразу неск комп,то идет столкновение пер-ых пакетов(коллизия)

Коллизия: повт пер-ча(без заверш), заверш. Сеанса(потом снова повтор)

Достоинства: дешево, не треб администр-ия

Недостатки: при вых из строя одного компа-пиздец всему!

Звезда: сервер , повтритель

Каждый комп соед-ен с некот комп или повторителями( концентратор,хаб,свич)

Приемущества: при сбое компов-нет сбоясети

Недостатоки: нужен админ,много провода

В этой топологии исп витая пара

Провода- непрер сигнал

Сетевуха-пробразует непрер сигнал в дискретную арифметику

Кольцо: пары соседних компов соед-нгы

Сигнал идет по кругу

Нет сервера

Дост-ва: идет упоряд-ый сигнал, нет столкновений пакетов

Топология неактуальна- нет сервера

97. Модель ISO/OSI – алгоритмы работы уровней

7-уровневая модель:

7-прикладной

6-представительный

5-сеансовый

4-транспортный

3-сетевой

2-канальный

1-физический

Между всеми ст-ми ур-ми м. Б. Устан-но логич соед, кот нах виртуальным

Данные идут по стыку протоколов вниз,з атем доходят до провода, далее даходят до 2го компа вверх. Протокол-правило преобразования инф на одном ур-не в инф на др

Чем нужно дополнить инф, чтобы ее доставить между компами?

1) Адрес получ-ля

2) Адрес отправителя

3) Сами данные

4) Контрольная сумма(для контроля данных)

5) Пропускная способность каждого уровня ограничена по байтам, т е поток данных нужно делить (фрагментация). Каждый кусок снабжается маркером продолжения

6) Нужно обозначить начало и конец

7-прикладной уровень: пользователь вып-ет действия: отсылка по сети(файлы), прием по сети

Команда+средство. От аппар-ры не зависит6-представительский уровень(представление данных):шифрование\дешифрование,возможное сжатие. Станд-ые форматы представления инфы:текстовые(asci,ebc dic,html), звуковые(midi,mpeg,wav),видео(avi)

5-сеансовый: а)установка связи: прием сигнала, подтверждение сигнала, прервать связь(сеанс).

3вида передачи: симплексный (пер/пр в одну сторону), полудуплексный(парал-ая пер-ча в одну сторону), дуплексный(парал-ая пер-ча+прием в обе стороны)

Б) вставка в поток данных контрольных точек (для восст-ия потока данных в сл сбоя)

В) ввод логина и паспорта пользователя, аунтификация пользователя, проверка конкретного пользователя для доступа к конкретной сети. 4-транспортный: а) контроль доставки данных нужному пользователю без потерь в нужной последовательности. Б) разбивка на блоки, в) восстановление из блоков, г) доставка данных с установлением соединения и без. 7-4 уровня – высокие уровни модели ИСО\оси (стандарт открытых систем), не используют промежуточное оборудование. 3 -сетевой: данные идут по сети. А) преоб-ие мак адреса(отправителя) в айпишник(получателя)

Мак-адрес – это адрес сетевой карты. Б) выбираем маршрут следования данных(минизирования времени, минизирования протерь(анализ неисправности и обход неисправных сегментов сети))

Маршрутизатор- дорогой сложный комп, к нему подходит оптоволокно, а от него витая пара.

2-канальный (формирование пакета(начало+конец пакета), повтор передачи в случае сбоя, доступ к сети, обнаружение ошибок доступа и подсчет контрольной суммы)

1-физический (кодирование данных в эл сигнал(ресиверы, трансиверы,концентраторы,репиторы,провода))

А) мост(хаб) соед-ет сегменты одной сети (по одной технологии) для усиления сигнала, тк каждая сеть имеет предел по длине провода. Хаб- это простое оборудование.

Б) концентраторы – соед-ие сегментов сети с одной технологией:фильтрации пакетов, усиление сигнала

В) маршрутизаторы (роутеры) – комп-р (без монитора): соединение участков сети с разными технологиями, вычесление маршрута, фильтрация.

Инкапсуляция пакетов: при передачи данных по сети на каждом уровне к блоку данных (к пакету) добавл-ся заголовок и хвост. Если от 7 к 1 ур, то пакет увелич-ся (к пакету добавляется 7 заголовков и концов), что учитывается при пересчете объема пакета к мту уровня.

По моделе вверх: происх отбрас-ие на каждом уровне соот-го заголовка и хвоста и на прикладной уровень пакет приходит освободившийся от добавлений. Перечисленной оборудование д. Уметь обрабатывать пакет данных с целью прочтения самих данных, т е отбрасывание приамбулы и трейдара своего ур-ня. К примеру маршрут-р д отбросить 3 триамбулы и 3 трейдара, чтобы прочитать нужные ему адреса. Марш-р запоминает все свои адреса и маршруты в спец таб

Модель TCP/IP – основные протоколы и схема их взаимодействия

Приближаясь к реальной жизни – это TCP/IP, кот предпол-ет, что каждый комп имеет уник-ый адрес-> по этому адресу можно однозначно найти комп. IP-это 32 битное число (4 байта). Мак-адрес – 48 бит(6 байт)

4-прикладной

3-транспортный

2-сетевой

1-среда передачи(провода+сетевуха)

ICMP- протокол обр-ки ошибок

IGMP- протокол передачи группе компов

ARP,RARP- протоколы преобразования мак-адреса в сетевой адрес(IP)

TCP – протокол установки соединения и контроль передачи

UDP – простой протокол, не заним-ся никакой фрагментацией и без уст-ки связи и без контроля (перед-ся малые порции данных)

TCP и UDP - передача по среде передачи, исп-ют ср-ва IP – протокола,кот нах на сетевом ур-не.

Инкапсуляция – это формир-ие кадра. Инкапс-ей и декомпс-ей заним-ся протоколы соответ-го ур-ня.

Алгоритм работы протокола IP: прием и передача дейтаграмм+формир-ие самой дейтаграммы.

TCP-протокол: устан-ет соед-ие,получает подтверждение о соединении, пересылка данных порциями непрерывным потоком побайтно в режиме скользящего окна, завершение соединения(закрытие)

Абстракция сокетов. Схема процесса передачи-приема для различных видов сокетов

Понятие сокета – это логич понятие для описаний межсетевого взаимод-ия компов

Ф-ия создания сокета (отсут-ет реальные ифизические адреса, нет IP, не порта)

Нет привязки этой ф-ии к среде передачи, но есть привязка к конкр протоколу(TCP, UDP) и семейству протоколов (Internet)

Soket_handle(это указатель на номер сокета, дискриптор сокета, номер объема памяти, в кот б храниться парам-ры сокета) = soket (protocol_family, type(это передача протоколом sock_stream, передача дейтаграммы), protokol(это TCP, UDP))

Дискриптор - номер

Сокеты : берклии (для юникс), винда(для винды)

Сокет = ip + порт (у каждого компа есть порт)

Рис. 15-16.6. Схема взаимодействия клиента и сервера для протокола UDP

Рис. 15-16.7. Схема взаимодействия клиента и сервера для протокола TCP

Понятие домена в Internet. Иерархическое пространство имен

Обычному пользо-лю неудобно польз-ся данными ip-адресами, поэтому было введено символьное имя компа. Были разраб-ны тблицы адресов (ip – адрес------символьное имя)

Этапы доступа к ресурсу: hosts по алиасу ищем ip, установка соед-ия по найденному ip.

Таблицы типа hosts используются для лок сетей и не исп в марш-ах. Это было норм , когда инет был маленьким. В рез-те родилась днс (1984г ). Любая реализация днс явл прикл процессом.. система строится по иерар пр-ку или по пр-пу вложенных имен. Иерархии принято изображать деревом.(у дерева есть корень-множ-во компов). В нашей стране выделен домен- «ру». Второй ур-нь доменов обозн-ет регион, 3й – организацию. Домен – это область. Днс реализация: бинд(для юникс), винда(для винды)

Днс состав: все множ-во домен имен(строится по пр-пу иерархии), серверы дом имен(строятся по схеме клиент(прикладной процесс)-сервер(комп, кот хранит бд)), клиенты днс(обращ-ся к бд)

Электронная почта Internet. Простой протокол передачи почты SMPT

Эл почта – это способ пер инфы в комп сетях от одного компа к др. инфа пер-ся через некот промеж звенья (почтовые ящики). Почтовый ящик хранит все отправ сооб, все получ сооб до тех пор, пока эти сооб-ия не будут запрошены пользов-ем. Польз-ль м войти в ящик исп-уя пароль. Раньше ящиков не было, а было тупоекопирование с одного компа на др.

Smtp – протокол передачи(возник в юникс). Pop – протокол приема. (Бывают pop2 и pop3)

Pop3(м принять, а м и отвергнуть) имеет 3 алг работы: авторизация(идент польз, ввод пароля, закрытие соед), транзакция(кол-во сооб в ящике+ размер, кол в байтах содерж текста в ящ, извлеч сооб из ящ), обновление

Протоколы передачи файлов. Модель FTP

Фтп – протокол пресылки файлов. Фтп – для пересылки файлов разл вида с исп удал доступа по протоколу телнет(небезопасный). Фтп имеет 2 канала связи: установка соед и поддержка соед с удал компом, сама пересылка данных. По фтп м передавать граф, проги,мультимедиа. Команды: выдать инфу, список каталогов, пароль, ip адрес и порт клиента, выход.

Ssh – протокол пер защищ данных. Инфа тама шифрутся. Шифрация это преобр из одного формата в др. для шифрования исп ключ( последов-ть символов)

Модель функционирования технического изделия и основные показатели надежности восстанавливаемых и невосстанавливаемых изделий

Модель функционирования объекта. Функции обслуживающего персонала. Влияние воздействий окружающей среды на состояние объекта

Обслуживающий персонал воздействует на изделие, поддерживая его в исправном состоянии с помощью контроля технического состояния и планового технического обслуживания (профилактики). Кроме того, исправное изделие подвергается воздействиям внешней среды, например, перенапряжениям в электросети, помехам, тепловым и другим изменениям среды, приводящим к отказу. Отказ в работе характеризует переход от исправного состояния к неисправному. Если изделие невосстанавливаемое, то после наступления отказа оно изымается из эксплуатации без дальнейшего восстановления. Восстановление изделий производится обслуживающим персоналом или ремонтными бригадами, направленными на восстановление работоспособности (неплановое техническое обслуживание). Переход от неисправного состояния в исправное характеризует процесс восстановления. В процессе восстановления проводится поиск места отказа, его устранение, настройка и регулировка, профилактический осмотр.

Основные показатели надежности невосстанавливаемых и восстанавливаемых объектов. Основные выражения для расчета этих показателей. Примеры.

Согласно ГОСТ 27.002-83 "Надежность в технике. Термины и определения" надежность — это свойство объекта выполнять заданные функции при сохранении во времени требуемых технических параметров в заданных пределах в соответствии с заданными условиями эксплуатации и режимами работы в процессе технического обслуживания, ремонтов, транспортировки и хранения.

Все признаки, характеризующие надежность объектов, можно количественно оценить. Однако по способу использования объектов в процессе эксплуатации после наступления первого отказа их можно разделить на 2 вида:

— невосстанавливаемые объекты,

— восстанавливаемые объекты.

Невосстанавливаемые объекты после первого отказа навсегда изымаются из эксплуатации. К ним относятся, например, микросхемы, конденсаторы и другие электроэлементы, восстановление которых дороже их стоимости.

Для каждого вида объектов существуют свои количественные показатели надежности. Для невосстанавливаемых объектов это:

1) Вероятность безотказной работы Р(t) — вероятность того, что в течение заданной наработки t отказа не будет.

2) Средняя наработка до отказа Т₁, ч — математическое ожидание наработки объекта до первого отказа.

3) Интенсивность отказов (t), 1/ч — условная плотность вероятности наступления отказа к данному моменту времени при условии, что до этого момента отказа не было.

Для восстанавливаемых объектов:

1) Наработка на отказ Т₂, ч — среднее время между соседними отказами, или отношение наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа отказов в течение этой наработки.

2) Для оценки ремонтопригодности существует следующий количественный показатель: среднее время восстановления работоспособности , , ч — математическое ожидание времени восстановления работоспособности объекта.

3) Основными показателями долговечности являются:

а) Назначенный ресурс — суммарная наработка объекта, по достижении которой его эксплуатация должна прекратиться независимо от состояния объекта.

б) Средний срок службы — средний срок от начала эксплуатации объекта до его списания, обусловленного его предельным состоянием.

Надежность систем передачи информации определяется надежностью их аппаратных средств и достоверностью передачи информации. Основной характеристикой оценки достоверности является вероятность искажения одного символа в сообщении q.

Методы обеспечения надежности АСОИУ на стадиях создания и эксплуатации

На этапах проектирования необходимо прорабатывать следующие системные вопросы обеспечения надёжности и отражать их решения в проектной документации.

1) Анализ вариантов построения схем системы с оценкой их надёжности, простоты и удобства эксплуатации. Выбор варианта, который в большей степени обеспечит заданные показатели надёжности и эффективности.

2) Выбор структуры, элементной базы, методов повышения надёжности, расчёт запасных частей должны быть обоснованы и отражены в документе «Проектная оценка надёжности КТС».

3) Обеспечение возможности останова или аварийного отключения управляющей системы во избежание нежелательных последствий.

4) Обеспечение защиты данных на всех этапах информационных процессов: при их передаче, хранении, обработке, отображении.

5) Для повышения надёжности и удобства отладки программных средств использовать методы структурного проектирования на базе единообразно оформленных программных модулей

6) Обеспечение условий и средств для быстрого аппаратного и программного контроля технических средств, позволяющего непрерывно либо периодически определять состояние системы, её функциональных узлов, а также своевременно обнаруживать место отказа. Предусматривать индикацию состояния функциональных узлов.

Диагностику состояния системы можно реализовать следующими методами и средствами:

— с помощью схем самотестирования, встроенных в каждый функциональный узел.

— с помощью специального функционального узла диагностики, который проверяет состояние всех функциональных узлов,

— с помощью комбинации функционального узла диагностики и встроенных схем самотестирования.

Эти методы требуют прокладки специальной шины диагностики в микросхемах, печатных платах.

7) Четкое разделение функций между человеком и КТС, а также обеспечение условий работы человеку на основе рекомендаций инженерной психологии и эргономики. Для периодического контроля состояния операторов предусматривать программно-аппаратные средства.

8) Разработка контрольно-профилактических мероприятий, методов и средств технического обслуживания системы.

9) Опыт показывает, что время освоения системы пользователем зависит и от качества технической документации: технического описания, инструкций для пользователей. Эта документация должна быть отредактирована опытным системотехником. Неопытный пользователь, имея качественные инструкции, не допустит ошибочные действия, потратит меньше времени на поиск места отказа, обеспечит лучшее техническое обслуживание, что будет способствовать увеличению времени наработки на отказ средств автоматики.

Виды резервирования, применяемые в АСОИУ, оценка их эффективности и применимость

Одним из основных методов обеспечения надежности объекта при недостаточно надежных элементах является резервирование. Оно заключается в применении дополнительных средств и возможностей, с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов.

В зависимости от назначения объекта и особенности его работы в качестве резерва могу быть использованы разнообразные средства. Так, например, резервом могут служить запасы объекта по способности выдерживать перегрузки. В качестве резерва могут использоваться дополнительные элементы, вводимые в структуру, запасы времени на выполнение определенной задачи, дополнительные функциональные возможности элементов, избыток информации. Соответственно этому различают такие виды резервирования: нагрузочное, структурное, временное, функциональное, информационное.

Нагрузочный резерв заключается в обеспечении облегченных режимов работы элементов путем применения элементов больших номиналов, габаритов, чем требуется по расчетам на номинальный режим. Его цель - увеличить способность объекта работать с возможными перегрузками.

Нагрузочный резерв предусматривает и введение дополнительных защитных и разгрузочных элементов для защиты основных элементов от действующих на них перегрузок, например, установка радиаторов, параллельное включение диодов. Нагрузочный резерв применяется, когда нет жестких ограничений на потребляемую мощность и габариты.

Структурный резерв заключается во введении в структуру объекта дополнительных элементов или звеньев, которые обеспечивают работоспособность объекту при отказе основных элементов или звеньев. Каждая структурно резервированная система имеет основное соединение элементов и резервное. Основным соединением элементов называют такое их минимальное количество, которое обеспечивает выполнение заданных функций, и отказ любого элемента ведет к отказу всего соединения.

Резервированным соединением называют такое, в котором его отказ наступает только в случае отказа основного и всех его резервных соединений.

Структурное резервирование может быть введено на трех уровнях организации системы: на уровне элементов, на уровне функциональных блоков, на уровне всей системы.

Временной резерв заключается в выделении заранее из общего фонда времени работы объекта некоторого резерва времени, который можно использовать для восстановления его работоспособности.

Резерв времени можно создать за счет следующих средств:

1) Увеличение времени работы, выделяемого системе для выполнения заданной работы. В этом случае средняя производительность системы уменьшается.

2) Путем организации внутренних запасов деталей, полуфабрикатов, готовых изделий, предварительно обработанной информации.

Для хранения запасов необходимы соответствующие накопители: склады, бункеры, буферные запоминающие устройства.

3) Использование перерывов в работе для восстановления работоспособности и контроля состояния.

4) Использование запаса по производительности отдельных звеньев.

При обработке данных необходимо предусматривать резерв времени и на исправление обнаруженных ошибок.

Таким образом, резерв времени можно использовать на обнаружение отказов, восстановление или переключение отказавших звеньев на резервные.

Функциональный резерв заключается в использовании таких функциональных элементов и звеньев, которые могут выполнять функции двух или более элементов звеньев. В этом случае при отказе j-го звена или элемента его функции будет выполнять i-е звено (элемент). При этом i-е звено может выполнять и свои функции. Такое совмещение функций аналогично принципу совмещения профессий и может существенно повысить надежность работы.

Информационный резерв применяется в системах, где возможна потеря информации или искажение части обрабатываемой или передаваемой информации. Информационный резерв позволяет компенсировать эти потери или устранить искажение.

Информационное резервирование обычно сопряжено с увеличением длины передаваемой или обрабатываемой информационной последовательности. Существует два основных способа информационного резервирования: многократное повторение информации и использование корректирующих кодов - введение в информационную последовательность дополнительных знаков или символов, позволяющих обнаружить ошибки или исправить их.

Применение корректирующих кодов требует дополнительных аппаратных или программных средств для кодирования и декодирования информации, а также дополнительного времени на операции кодирования и декодирования.

Многократное повторение информации может быть реализовано несколькими способами:

1. Путем повторения передачи блока данных. При этом время передачи увеличивается пропорционально числу повторений.

2. Путем одновременной передачи каждого бита несущими нескольких частот. Для этого требуется расширение полосы частот канала связи, что ограничивает количество одновременно передаваемых по каналу сообщений.

3. Путем одновременной передачи битов данных гармоническими несущими одной частоты, но сдвинутыми по фазе друг относительно друга, например, путем двукратной или многократной относительной фазовой модуляции или фазосдвинутых несущих.

Способы структурного резервирования

Каждое основное соединение можно зарезервировать полностью или частично: каждый элемент или группу элементов. По способу введения резервных соединений резервирование делится на общее и раздельное (поэлементное). Общий резерв характеризуется тем, что резервируется весь объект в целом.

Резервное соединение может работать одновременно с основным или включаться в работу после отказа основного. Поэтому по способу включения резервных соединений в работу резервирование делится на нагруженное, облегченное и ненагруженное.

Ненагруженный резерв содержит одно или несколько резервных соединений, которые работают в режиме основного соединения.

Облегченный резерв содержит одно или несколько резервных соединений, но менее нагруженных, чем основное.

Ненагруженный резерв содержит одно или несколько резервных соединений, которые не выполняют свои функции до момента их переключения в работу в качестве основного соединения

В зависимости от способа введения резервных соединений и их включения в работу, резервные соединения могут образовывать комбинации перечисленных способов, например общий нагруженный резерв, общий ненагруженный резерв и т.п.

Раздельный нагруженный резерв, оценка его эффективности в нормальных условиях эксплуатации, применимость в АС.

Общая схема раздельного нагруженного резерва приведена на рис. 3.5.1. Каждый из N элементов основного соединения резервируется [1, …, m] такими же резервными элементами, включаемыми в работу параллельно основным.

В случае отказа одного из элементов основного соединения работу будут продолжать резервные. Такой способ прост в реализации. Однако габарит, вес, количество паек, потребляемая мощность резервированной системы значительно возрастают. Так, по данным журнала Electronics за 1985г., около 10% всех отказов электронных систем вызваны паянными соединениями. Поэтому раздельный нагруженный резерв целесообразно применять для повышения надежности отдельных малонадёжных элементов, когда недопустима остановка для переключения на резерв, например, работа двух процессоров в вычислительной системе центра коммутации сообщений.

Согласно общей схеме резервирования на рис. 3.5.1 отказ в ней будет иметь место, если откажут все m+1 элементы одного типа. Обозначим через q_ni(t), i=0,…,m вероятность отказа элементов n-го типа n=1,…,N, а через p_ni(t) – вероятность их безотказной работы. Тогда вероятность отказа всех элементов соединения n-го типа очевидно будет

Q_n(t)=q_ni(t)= [1-p_ni(t)],

а вероятность безотказной работы соединения из m элементов n-го типа будет

P_n(t)=1- Q_n(t)=1- [1-p_ni(t)].

В случае равной надёжности основного и m резервных элементов, вероятность безотказной работы соединения одинаковых элементов выразится так

P_n(t)=1-[1-p_ni(t)] ^m+1.

Тогда вероятность безотказной работы резервированной системы определится произведением вероятностей P_n(t):

P_c(t)=P_n(t)=[1-(1-p_ni(t)]^m+1. (3.5.1)

При известных интенсивностях отказов элементов l_ni=const=l_i получается следующее выражение вероятности безотказной работы при общем ненагруженном резерве

P_c(t)= P_n(t)= [1-(1-e^-^l^it )^m+1]. (3.5.2)

Сравним это выражение с выражением (3.2.2) для вероятности безотказной работы при общем нагруженном резерве. Поскольку l_i<l_o всегда, то (1-e^-^l^it)< (1-e^-^l^ot), и правая часть выражения (3.5.2) будет всегда больше, чем в (3.2.2). Таким образом, вероятность безотказной работы системы с раздельным резервом больше вероятности безотказной работы системы с общим резервом при одинаковом числе элементов N и резервных соединений m и одинаковой надёжности пайки.

В случае раздельного резерва требуемая кратность резервирования меньше, чем для общего резерва. Таким образом, раздельный резерв принципиально выгоднее общего.

Раздельный ненагруженный резерв, оценка его эффективности, применимость в АС.

В общем виде раздельный резерв предусматривает замену каждого отказавшего элемента основного соединения дополнительными элементами, способными выполнять функции отказавших элементов основного соединения.

Общая сxeма для расчета показателей надежности такого резерва приведена на рис.3.6.1. Она содержит основное соединение элементов и m резервных. Каждый из N элементов основного соединения в случае отказа переключается на один из m резервных.

P_1C(t) P_2C(t) P_NC(t)

Рис.3.6.1. Включение раздельного ненагруженного резерва.

В общем случае для такого резерва требуется (m+1)N переключателей.

Оценим надежность такого резерва. Для этого рассмотрим сначала резервированное соединение из (m+1) элементов первого типа. Пусть интенсивность отказов этого элемента _ = const. Согласно выражению (2.4.1) в [2] для общего ненагруженного резерва вероятность безотказной работы такого соединения определится выражением

Для резервированного соединения из (m+1) элементов n-го типа (n=1,…,N) , аналогично можно записать

Резервированная система будет безотказно работать, если будут безотказны все N резервированных соединений. Следовательно, вероятность безотказной работы системы определится произведением вероятностей безотказной работы N резервированных соединений:

, где - интенсивность отказов основного соединения.

В этом выражении сумма слагаемых при m  1 всегда больше единицы. Следовательно, при одинаковых значениях выражение (3.6.1) для Pc(t) всегда будет больше, чем для случая общего ненагруженного резерва.

Оценим наработку на отказ системы. Согласно выражению (3.4.2) наработка на отказ n-го резервированного соединения (n=1,…,N) составит

Наработка на отказ резервированной системы определится отношением времени её наработки t к математическому ожиданию числа отказов (t) в течение этой наработки:

Т_с= t/(t). (3.6.2)

Величина (t) определяется суммой математических ожиданий числа отказов всех резервированных соединений H_n(t), то есть

В свою очередь математическое ожидание числа отказов для n-го резервированного соединения . После подставки Hn(t) в (t) и выражение Т_с получаем

(3.6.3)

Для реализации раздельного ненагруженного резерва в общем случае требуется N(m+1) высоконадежных переключателей, что практически нереально. Поэтому раздельный ненагруженный резерв применяют для наиболее ответственных звеньев с автоматическим переключением на резерв, если допустима остановка работы соединения на время переключения.

Сравним общий и раздельный резервы для основного соединения из N элементов. При общем резерве основное соединение резервируется в общем случае m такими же соединениями. Отказ в такой системе наступит, если откажут по одному любому элементу в каждом из (m +1) соединений, то есть если откажут (m+1) разных элементов. В случае раздельного резерва (рис.3.6.1) отказ резервированной системы наступит также при отказе (m +1) элементов, но одинаковых: основного и всех m его резервирующих. Вероятность возникновения (m+1) одинаковых отказов меньше вероятности возникновения (m+1) любых отказов. Поэтому раздельный резерв принципиально лучше общего.

-107. Виды резервирования, применяемые в АСОИУ, оценка их эффективности и применимость

Последовательность отказов, следующих один за другим в случайный момент времени, называют потоком отказов.

Для ограниченного интервала времени, где имеет место n отказов, каждый отказ является случайной величиной; а на большом интервале отказы можно представить случайной функцией времени. Зная выражение этой функции можно вычислить и число отказов к заданному моменту времени.

Потоки отказов чередуются с процессами восстановления и основные характеристики потоков отказов согласно ГОСТ 27.002-83 «Надежность технических средств» следующие:

1. Параметр потока отказов W(t) – предел отношения вероятности хотя бы одного отказа.

n=1 в интервале (t, t+∆t) к длине этого интервала

2. Интенсивность потока отказов λ(t) – математическое ожидание число отказов в единицу времени.

В частом случае, если W=const, W=λ.

В практической деятельности W(t) можно вычислить как отношение в заданном интервале времени ∆t числа отказавших изделий к числу наблюдаемых.

Обозначим N_0в как отказавшие изделия, которые восстанавливаются или заменяются новыми, тогда

В процессе эксплуатации радиоэлектронных систем могут встречаться потоки отказов, имеющие разные математические модели. Эти потоки отказов можно найти в литературе по теории массового обслуживания и по теории надежности.

Наиболее распространенными и применяемыми в инженерной практике является простейший поток отказов, который называется Пуассоновским. Это поток. в котором времена наступления отказов удовлетворяют трем условиям одновременно:

– стационарности

– отсутствием последействия

– ординарности

Опыт эксплуатации радиоэлектронных систем позволил сделать вывод:

Поток отказов можно считать простейшим, если все элементы работают одновременно, их отказы внезапные, отказ любого элемента ведет к отказу всего изделия и период приработки закончен. В этом случае отказы подчиняются закону Пуассона.

вероятность наступления m отказов:

где m –кол-во отказов за время эксплуатации t

108. Обеспечение надежности и достоверности информации в системах ее обработки и передачи

Надежность АСОИУ определяется достоверностью и своевременностью информации, доставляемой пользователю, а также обеспеченностью защитой от постороннего доступа.

Достоверность обработки информации – это соответствие реальной информации, выдаваемой пользователю, ее некоторым истинным значениям. Количественно она оценивается вероятностью ошибки, то есть вероятностью несовпадения выходных данных истинным значениям.

Для обеспечения передачи с требуемой достоверностью в течение заданного интервала времени используются структурный и информационный резервы, рекомендуемые теорией надежности, а также введение информационной избыточности в передаваемые сообщения, рекомендуемой теорией помехоустойчивого кодирования. Информационная избыточность обеспечивается многократным повторением передаваемой информации или применением корректирующего кода, позволяющего на приемной стороне обнаружить или исправить ошибки.

Введение структурного резерва заключается в использовании для одновременной передачи одного сообщения нескольких каналов связи. Принятые сообщения сравниваются, например, по принципу голосования. Правильной считается информация, принятая одинаковой в большинстве каналов. Для управления процессом передачи необходима обратная связь, которая обеспечивается обратным каналом.

На основе теории надежности и теории помехоустойчивого кодирования для повышения достоверности передачи информации находят применение следующие методы:

1) Регенерация формы сигналов в центрах коммутации сетей или в их промежуточных звеньях – ретрансляторах.

Этот метод используется в системах передачи, имеющих длинные линии связи, в которых сигналы могут быть значительно ослаблены и искажены, например, в оптических радиолиниях. В ретрансляторах принятые сигналы усиливаются, восстанавливаются по форме и передаются далее по линии связи.

2) Многократная передача одного и того же блока данных по одному каналу и сравнение принятых блоков с помощью мажоритарных устройств (устройств, работающих по принципу голосования). В этом случае блоки данных передаются последовательно, что увеличивает время передачи сообщения, как минимум, в три раза.

3) Передача одного и того же блока данных одновременно по одному каналу на разных частотах и сравнение принятых блоков по мажоритарному принципу. В этом случае полоса частот, отводимая для передачи одного сообщения, увеличивается в несколько раз.

4) Передача одного и того же блока данных одновременно по одному аналоговому каналу несколькими гармоническими несущими одной частоты, но сдвинутыми по фазе относительно друг друга [10]. Такой метод не требует расширения полосы частот в канале связи.

5) Использование в передаваемом блоке данных длиной n бит не всех возможных комбинаций N₀ = 2ⁿ, а лишь некоторого их ограниченного числа разрешенных комбинаций: N_p < N₀. На приемной стороне, хранящей в памяти все разрешенные комбинации, сравниваются принятые блоки с разрешенными. Несовпадение принятой комбинации с разрешенными означает искажение в принятом блоке данных.

6) Использование корректирующих кодов, заключающееся во введении в передаваемый блок данных дополнительных проверочных разрядов, которые позволяют обнаружить искажения. Контрольные биты формируются по алгоритмам? См. приведенным в следующих ниже темах.

7) Введение в структуру системы передачи обратного канала связи, который информирует отправителя об искажениях в переданном блоке данных или об их отсутствии. Это позволяет отправителю принимать решения для обеспечения безошибочной передачи блоков данных, следовательно, управлять процессами обмена информацией.

Системы передачи информации со структурным резервом могут быть построены как разомкнутые, не имеющие обратной связи, и как замкнутые по структуре – системы с обратной связью. В системах без обратной связи, помимо передачи сообщений по нескольким каналам, используются корректирующие коды, позволяющие обнаружить и исправить искажения.

Однако применение корректирующих кодов, исправляющих ошибки, связано с определенными сложностями, ввиду того, что воздействие помех в канале связи изменяется во времени. Если выбрать корректирующий код, исходя из максимальной частоты ошибок, то избыточность кода может оказаться большой, что потребует увеличения времени на декодирование и снизит эффективность системы передачи. Если выбрать корректирующий код, исходя из средней частоты ошибок, то при групповых искажениях количество необнаруженных ошибок может быть недопустимым.

Общим недостатком систем передачи без обратной связи является отсутствие подтверждений для отправителя о принятых блоках данных.

Достоверность передачи информации при достаточно простых методах и средствах кодирования можно повысить, если отправитель непрерывно будет получать информацию о принятых сообщениях и наличии в них ошибок. Такая информация может быть получена с помощью дополнительного обратного канала, который в структурной схеме передачи формирует обратную связь. При этом передача сигналов будет осуществляться по замкнутому контуру, что позволяет управлять процессами передачи информации; и в соответствии с состоянием канала связи можно вводить необходимую информационную избыточность.

Общая структурная схема системы передачи с обратной связью приведена на рис. 6.3.1.

Рис. 6.3.1. Общая структурная схема системы передачи информации с обратной связью.

Сообщение, переданное по прямому каналу связи поступает в анализатор приемника, который выделяет информационную часть и делает ее проверку на наличие ошибок. В случае обнаружения искажений анализатор приемной стороны формирует сигнал об ошибке с указанием номера искаженного блока, который посылается по обратному каналу. Анализатор на стороне отправителя дешифрует этот сигнал и выдает управляющий сигнал на повторную передачу блока. Эти процедуры повторяются, пока по обратному каналу не будет передан сигнал подтверждения. Системы передачи, функционирующие по такому принципу, называют системами с решающей обратной связью (РОС).

Передаваемый блок данных поступает в буфер передатчика прямого канала. В анализатор передатчика может поступить или передаваемый блок данных, или его служебная часть. Анализатор выполняет сравнение сигналов от отправителя с сигналами от получателя, принятыми по обратному каналу. При их совпадении анализатор выдает разрешение на передачу следующего блока данных, информируя получателя о том, что передается следующий блок данных.

В случае несовпадения сигналов от отправителя и от получателя анализатор формирует управляющий сигнал на повторную передачу блока данных или другие действия отправителя по обеспечению достоверности передачи информации.

Помимо информирования отправителя о приеме его блока получатель также может передать по обратному каналу связи сообщения, что позволяет в системах с обратной связью выполнять обмен информацией. Например, контрольная сумма переданного блока сравнивается с контрольной суммой этого блока, вычисленного на приемной стороне и переданной по обратному каналу.

Сигнал, информирующий отправителя о приеме блока данных без ошибок, может быть сформирован либо на передающей стороне, либо на приемной следующими способами:

1) Переданный по прямому каналу блок данных, который может содержать корректирующий код, возвращается по обратному каналу в анализатор передающей стороны. Последний сравнивает переданный и принятый блоки данных поразрядно. При несовпадении битов какого-либо разряда анализатор формирует сигнал «ошибка», обеспечивающий повторную передачу блока данных и т.д., пока не обеспечится совпадение всех битов в переданном и принятом блоках данных.

Системы передачи, работающие по такому принципу, называют системами с информационной обратной связью (ИОС). Основные достоинства таких систем – простота в реализации и возможность получать статистику искажений на передающей стороне.

Однако их применение ограничивается при большом количестве помех, так как время передачи одного блока определяется временем передачи от первого блока, принятого с ошибками, до приема последнего, принятого без ошибок. Искажения могут возникнуть и при передаче неискаженного блока по обратному каналу.

2) Передаваемые блоки данных строятся в форме двоичных комбинаций корректирующего избыточного кода, позволяющего обнаружить искажения на приемной стороне с помощью анализатора (рис. 6.3.1) путем декодирования корректирующего кода. Если искажения не обнаружены, то анализатор посылает в передатчик обратного канала подтверждение о безошибочно переданном блоке. Анализатор на передающей стороне дешифрует это подтверждение и выдает управляющий сигнал на передачу следующего блока данных и выдачу получателю неискаженного блока.

Изложенные процедуры могут быть формализованы логическими высказываниями типа «если…, то…». Поэтому процессы обмена информацией в системах с РОС программно реализуемы. На их основе созданы протоколы полудуплексного обмена информацией.

Согласно рекомендаций ITU МККТТ v.23, v.24, v.41 в системах передачи с РОС используются четырехпроводные дуплексные каналы связи. В качестве обратного канала рекомендуется использовать служебный канал, у которого частота несущего сигнала отлична от частоты несущего сигнала в прямом канале.

Достоинства систем передачи информации с РОС:

- меньшая, чем в системах с ИОС загрузка обычного канала связи;

- возможность организации полудуплексного обмена информацией.

Недостатком систем с РОС является отсутствие возможностей сбора информации об ошибках и их характере (одиночные, групповые) у отправителя сообщений.

4) Как и в системах передачи с РОС при необнаруженных искажениях в принятом блоке по обратному каналу посылается подтверждение. В случае обнаружения искажений по обратному каналу может быть послан искаженный блок данных. Это дает возможность отправителю количественно оценивать характер искажений в переданных блоках путем статистической обработки. В соответствии с этим можно будет увеличивать избыточность корректирующего кода или принимать другие меры для повышения достоверности передачи информации.

Системы передачи информации, функционирующие по такому принципу, называют системами с комбинированной обратной связью (КОС).

Понятие системного программного обеспечения. Место системного программного обеспечения в структуре Вычислительной системы

В СПО входят: утилиты, операционная система, интерфейс (оболочка для взаимодействия пользователя с системой, система программирования (транслятор, обработчик, редактор, компоновщик).

Структура вычислительной системы:

Аппаратура
Управление физическими устройствами
Управление логическими устройствами
Интерфейсные оболочки и операционные среды
Системы программирования
Прикладные программы

Подробно:

2. Выполняет программные, которые ориентированы на взаимодействие с аппаратным уровнем, понимания языка аппаратных средств

3. Ориентирован на пользователя, команды данного уровня не зависят от физических устройств, они обращены к предыдущему уровню На базе этого уровня существует возможность создания новых логических ресурсов

4. Для удобства взаимодействия с ОС могут использоваться дополнительный инте5рфейсные оболочки. Назначение: расширить возможности по управлению ОС или изменить встроенную систему возможностей

5. Комплекс средств: трансляторы, библиотеки подпрограмм, редакторы, компоновщики, отладчики, т.е. всё, что служит для разработки всего технологического цикла ПО. Любая система программирования работает только в той ОС, под которую она создана, но при этом возможно создание программ под другие операционные системы (кросс-системы)

6. Прикладные ПО:

ОС – программа которая обеспечивает взаимодействие между пользователем и вычислительной системой, а также управляет ресурсами вычислительной системы (логическая и физическая).

Вычислительная система — это программно-аппаратный комплекс, который предоставляет услуги пользователю.

Структуру вычислительной системы можно представить в виде пирамиды:

Аппаратные средства. Ресурсы ВС разделяются на два типа: не участвующие в управлении программой (объем винчестера и т.д.). участвующие в управлении программой (размер ячейки памяти, объем оперативной памяти, скорость выполнения команд).

Ресурсы второго типа называются физическими ресурсами аппаратуры.

Управление физическими устройствами.

Управление физическими устройствами осуществляют программы, ориентированные на аппаратуру, взаимодействующие с аппаратными структурами, знающие "язык" аппаратуры.

Управление логическими устройствами.

Этот уровень ориентирован на пользователя. Команды данного уровня не зависят от физических устройств, они обращены к предыдущему уровню. На базе этого уровня могут создаваться новые логические ресурсы.

Системы программирования.

Система программирования — это комплекс программ для поддержки всего технологического цикла разработки программного обеспечения.

Прикладное программное обеспечение.

Прикладное программное обеспечение необходимо для решения задач из конкретных областей.

Операционная система (ОС) — программа, обеспечивающая взаимодействие пользователя с ВС, а также управляющая ресурсами ВС (логическими и физическими). К ОС мы будем относить второй и третий уровень нашей пирамиды.

Операционные системы и операционные среды. Структура и основные функции ОС. Базовые понятия: ядро, процесс, ресурс, системные вызовы. Структурная организация ОС на примере ОС UNIX.

Любая ОС оперирует некоторыми сущностями, которые во многом характеризуют свойства ОС. К таким сущностям могут относиться понятия файла, процесса, объекта и т.д. Если мы посмотрим на ОС Unix, то там такой сущностью является в первую очередь понятие файла, во вторую очередь — понятие процесса.

Итак, процесс — это программа, имеющая права собственности на ресурсы.

Если же у каждой программы есть свое множество ресурсов, причем эти множества могут пересекаться (но не совпадать!), то мы говорим о двух процессах. Соответственно, в том случае, если множества ресурсов двух или нескольких процессов имеют непустое пересечение, то возникает проблема использования разделяемых ресурсов.

Практически любая ОС имеет понятие ядра, ядра операционной системы. Ядром обычно является резидентная часть ОС (то есть та часть, которая не участвует в свопинге), работающая специализированном режиме (том самом, о котором говорилось в прошлой лекции). В функции ядра входит базовые средства управления основными сущностями ОС, обработка прерываний, а также может входить набор программ, обеспечивающих управление некоторыми физическими устройствами. Например, в ядро ОС может и должен входить драйвер ОЗУ. Далее вокруг ядра наращиваются программы управления ресурсами вычислительной системы. Первый уровень в основном состоит из программ управления физическими устройствами или драйверов физических устройств. Следующий уровень — это управление логическими устройствами. И так далее — таких уровней может быть достаточно много. Просто, чем дальше от ядра, тем большая абстрактность имеет место. У нас где-то могут появиться драйверы управления файлами, а на самом деле они связаны с драйверами управления логическими дисками, а те в свою очередь — с драйверами физических дисков.

Основные функции ОС:

1. Управление использованием времени ЦП.

Время Цп является наиболее критичным ресурсом с точки зрения центрального процессора. Для эффективного использования ЦП требуется сложный механизм разделения времени, механизм, использующий параллелизм работы с устройствами ввода/вывода.

ОС можно разделить на три класса по выбору алгоритма активного процесса:

1. Пакетные ОС (IBM 360, ЕС ЭВМ)

Допустим есть несколько задач, для того, чтобы ЦП как можно меньше простаивал мы организуем мультипрограммирование. Далее алгоритм передачи ЦП от одного процесса к другому будет следующим:

Процесс владеет ЦП до тех пор, пока не произойдет одно из следующих условий: процесс завершился, происходит обращение к внешнему устройству, процесс зациклился

2. Система разделения времени (UNIX, WIN) добавляется еще одно условие: квант времени, выделенный процессу истек

3. Системы реального времени

Они должны давать отклик на любое непредсказуемое внешнее воздействие. В системе есть события, которые должны быть обработаны в любой ситуации в период за некоторое заданное время

Диспетчеризация:

1. Для пакетных систем:

ü FCFS (first come-first served). Блокировка становится перед теми кто новые. При увлечении загрузки вычислительной системы (количество одновременно запущенных задач) время ожидания в очереди увеличивается, причем короткие задания должны ждать в очереди столько, сколько должны.

ü SJN (shortest job next). Следующим будет выполняться самое короткое задание. Это дисциплина предполагает, что существует только одна очередь заданий. Shortest remaining time – самое короткое время до завершения задания. Они относятся к классу систем, которые используют невытесняющую многозадачность, т.е. при использовании этих дисциплин не требуется вмешательство по вычислениям и перераспределениям времени ЦП.

Для систем с разделением времени используются дисциплины с диспетчеризацией:

round robin (RR) круговая, по окончании кванта времени задача снимается с ЦП и становится в очередь на выполнение (в конец готовх задач)

При невытесняющей многозадачности механизм распределения времени ЦП берет на себя диспетчер задач

2. Управление подкачкой и буфером ввода.

В реальных ОС буфер подкачки и буфер ввода процесса совмещены. Буферизация - это одна из основных функций ОС. В системе существует buffer pool. Ядро оптимизирует работу системы с помощью снижения количества обращений к ВЗУ путем буферизации большинства операций вводы/вывода в buffer pool. По аналогии с кэш-буфером ОЗУ любая современная ОС имеет программные кэш-буфера. За счет буферизации запроса уменьшается время доступа к внешним ЗУ и скорость доступа к ОП. Буферный пул представляет собой набор буферов, которые используются для кэширования блоков файлов к ОЗУ. Это всё позволяет оптимизировать работу ОС и поэтому нельзя отключать просто так питание компьютера. Буферизация влияет на эффективность работы системы.

3. Управление разделяемыми ресурсами.

Для реализации этого механизма в ОС существует средство: передача сигналов между процессами, т.е. возникает программная эмуляция прерывания. Первый процесс передает первый сигнал другой, другой процесс производит прерывание. Происходит передача управления на некоторую предопределенную функцию, задача которой обработать этот сигнал.

В ОС Unix существует стандартная передача параметров внутри процесса. Все команды реализуются в виде файлов, т.е. пользователь может добавлять свои команды, которые будут доступны либо ему, либо группе пользователей или всем пользователям системы (права доступа). ОС UNIX использует большое количество утилит, которые позволяют реализовать конвейер.

Основные понятие ОС Unix:

Каждому пользователю представляется свой виртуальный компьютер, в котром есть все необходимые ресурсы. Время ЦП выделяется на основе карусельной диспетчеризации (время делится на кванты). Кроме того используется система приоритетов: используется динамический приоритет обслуживания.

Текущие состояние такого виртуального компьютера, предоставляемого пользователю называется образом. Образ состоит:

1. Образ памяти

2. Значение общих регистров (РОН)

3. Состояние открытых файлов

4. Текущий каталог файлов

Образ процессы размещаются в основной памяти. В системе поддержки новый интерфейс: shell .

Ядро – программа, код которой содержит:

Первая часть – обеспечивающая разделение ЦП и ОЗУ между конкурирующими процессами

Вторая часть – обеспечивающая обработку всех системных вызовов.

Третья часть – для управления периферическими устройствами

Системные вызовы и аппаратные прерывания – единственные способы взаимодействия ядра с внешним миром. Обрабатывающие способности ядра доступны через интерфейс системных вызовов. Периферия связана с ядром через аппаратные прерывания..

Системы вызовы – это процедуры/функции, которые находятся внутри ядра UNIX И поддерживают основные функции системы Системные вызовы можно разделить на три категории по назначении: ввод/вывод, взаимодействие между процессами, управление процессами.

Open(), Close(), Read() write() – ввод/вывод;

Kill() – послать сигнал, pipe() – создать конвейер, socket() – создать сокет - взаимодействие процессов.

Fork() – создать процесс, exec() – выполнить замену кода, exit() – завершить процесс, wait() – ждать завершения процесса - управление процессами.

Файловая система Unix, это иерархическая, многопользовательская файловая система. Ее можно представить в виде дерева:

В корне дерева находится “корневой каталог”, узлами, отличными от листьев дерева являются каталоги. Листьями могут являться: файлы (в традиционном понимании — именованные наборы данных), пустые каталоги (каталоги, с которыми не ассоциировано ни одного файла). В системе определено понятие имени файла — это имя, которое ассоциировано с набором данных в рамках каталога, которому принадлежит этот файл. Например, каталогу D1 принадлежат файлы: N1, N2, N3; каталогу D0 принадлежат: N4, N5 и D1, последний тоже является файлом, но специальный. Итак, имя — это имя, которое ассоциировано снабором данных в контексте принадлежности каталогу. Кроме того, есть понятие полного имени. Полное имя — это уникальный путь от корня файловой системы до конкретного файла. Первый символ имени — это корневой каталог “/”, а далее через наклонную черту перечислены все каталоги, пока не дойдет до нужного файла. Например, файл N3 имеет полное имя “/D0/D1/N3”. За счет того, что такой путь для каждого файла в любом каталоге уникален, то мы можем именовать одинаковыми именами файлы в различных каталогах. Например, имя N4 присутствует в каталогах D0 и D4, но это разные файлы, так как полные пути к ним различны (/D4/N4, /D0/N4).

Рассмотрим подробнее Индексные Дескрипторы. ИД — это объект Unix, который ставится во взаимнооднозначное соответствие с содержимым файла. То есть для каждого ИД существует только одно содержимое и наоборот, за исключением лишь той ситуации, когда файл ассоциирован с каким-либо внешним устройством. Напомним содержимое ИД:поле, определяющее тип файла (каталоги и все остальные файлы); код привилегии/защиты; количество ссылок к данному ИД из всевозможных каталогов файловой системы; (нулевое значение означает свободу ИД) длина файла в байтах; даты и времена (время последней записи, дата создания и т.д.); поле адресации блоков файла.

111. Понятие системы программирования, её состав.

Определение: Комплекс программных средств, обеспечивающих поддержку технологий проектирования, кодирования, тестирования и отладки, называется системой программирования

Проектирование.

Было сказано, что на сегодняшний день достаточно сложно, а практически невозможно создавать программное обеспечение без этапа проектирования, такого же долгого, нудного и детального периода, который проходит во время проектирования любого технического объекта.

К детальному проектированию, которое бы позволяло некоторым формальным образом описывать создаваемый проект и работать с проектом в части его детализации. Причем, переход от детализации к кодированию не имел бы четкой границы. Сегодняшние системы программирования, которые строятся на объектно ориентированном подходе, частично решают эту проблему.

Следующая проблема проектирования. Мы продекларировали модули, объявили их взаимосвязи, как-то описали семантику модулей (это тоже проблема). Но никто не даст гарантии, что этот проект правилен. Для решения этой проблемы используется моделирование программных систем. То есть, когда вместе с построением проекта, который декларирует все интерфейсы, функциональность и прочее, мы можем каким-то образом промоделировать работу всей или частей создаваемой системы.

Кодирование.

Основной компонент системы кодирования — язык программирования. В голове каждого программиста лежит иерархия языков программирования — от машинного кода и ассемблера до универсальных языков программирования (FORTRAN, Algol, Pascal, C и т.д.), специализированных языков (SQL, HTML, Java и т.д.)

Мы имеем ЯП и программу, которая написана в нотации этого языка. Система программирования обеспечивает перевод исходной программы в объектный язык. Этот процесс перевода называется трансляцией. Объектный язык может быть как некоторым языком программирования высокого уровня (трансляция), так и машинный язык (компиляция).

Компилятор — это транслятор, переводящий текст программы в машинный код.

Интерпретатор — это транслятор, который обычно совмещает процесс перевода и выполнения программы (компилятор сначала переводит программу, а только затем ее можно выполнить). Он, грубо говоря, выполняет каждую строчку, при этом машинный код не генерируется, а происходит обращение к некоторой стандартной библиотеке программ интерпретатора. Если результат работы компилятора — код программы на машинном языке, то результат работы транслятора — последовательность обращений к функциям интерпретации. При этом, также как и при компиляции, когда создается оттранслированная программа, у нас тоже может быть создана программа, но в этом интерпретируемом коде (последовательности обращений к функциям интерпретации).

Понятна разница — компиляторы более эффективны, так как в интерпретаторах невозможна оптимизация и постоянные вызовы функций также не эффективны. Но интерпретаторы более удобны за счет того, что при интерпретации возможно включать в функции интерпретации множество сервисных средств: отладки, возможность интеграции интерпретатора и языкового редактора (компиляция это делать не позволяет).

На сегодняшний день каждый из методов — и компиляция и интерпретация занимают свои определенные ниши.

Этапы тестирования и отладки

Тестирование — это поиск ситуации, в которой программный продукт не работает. При этом используются наборы тестов, определяющих внешнюю нагрузку на программный продукт. Можно сказать, что программа оттестирована на определенном наборе тестов. Утверждение, что программа оттестирована вообще в общем случае некорректно.

Отладка — это процесс поиска, локализации и исправления ошибки. Отладка осуществляется, когда мы имеем программную систему, и знаем, что она не работает на каком-то из тестов.

Проблемы тестирования и отладки — это есть проблемы крайней важности. По оценкам, на тестирование и отладку затрачивается порядка 30% времени разработки проекта. Сложность тестирования и отладки зависит от качества проектирования и кодирования. Тестирования зачастую выполнить сложно и часто для тестирования используются модельные нагрузки, напримермы тестируем бортовую сеть самолета, что-то мы сможем сделать на земле, а что-то так или иначе делается уже на реальном полете, когда собираются данные и фиксируется работает система или не работает.

Принципы функционирования систем программирования. Современные системы.

См. вопрос 107.

Система программирования и трансляции — очень наукоемкая область программного обеспечения. Организация трансляторов — это было первое применение теоретических достижений науки, которые заключались в следующем. За счет возможности использования тех или иных грамматик (наборов формальных правил построения лексических конструкций и синтаксических правил), можно разделить программную реализацию лексических и синтаксических анализаторов на два компонента. Первый компонент — это программа, которая в общем случае ничего не знает о том языке, который она будет анализировать. Второй компонент — это набор данных, представляющий из себя формальное описание свойств языка, который мы анализируем. Совмещение этих двух компонентов, позволяет автоматизировать процесс построения лексических и синтаксических анализаторов, а также генераторов кода, для различных языков программирования. Современные системы программирования в своем составе имеют средства автоматизации построения компиляторов. Для ОС UNIX есть пакет LEX — пакет генерации лексических анализаторов, и есть пакет YACC — для генерации синтаксических анализаторов. Это все достигается за счет возможности формализации свойств языка, и использования этого формального описания, как параметров для тех или иных инструментальных средств.

Компиляторы. Трансляторы. Интерпретаторы и Ассемблеры.

Транслятор — это программа, которая переводит программу в нотации одного языка, в нотацию другого языка.

Компилятор — это транслятор, переводящий текст программы в машинный код.

Интерпретатор — это транслятор, который обычно совмещает процесс перевода и выполнения программы (компилятор сначала переводит программу, а только затем ее можно выполнить). Он, грубо говоря, выполняет каждую строчку, при этом машинный код не генерируется, а происходит обращение к некоторой стандартной библиотеке программ интерпретатора. Если результат работы компилятора — код программы на машинном языке, то результат работы транслятора — последовательность обращений к функциям интерпретации. При этом, также как и при компиляции, когда создается оттранслированная программа, у нас тоже может быть создана программа, но в этом интепретируемом коде (последовательности обращений к функциям интерпретации).

Интерпретатор, в отличие от транслятора, может выбирать одну за одной инструкции и сразу их выполнять. При интерпретации (в отличие от трансляции или компиляции), может быть начато выполнение программы которая имеет синтаксические ошибки.

Кросс-трансляторы.

Если рассматривать системы трансляции, то есть еще один вид трансляторов — кросс-трансляторы (и кросс-компиляторы). Кросс транслятор работает на некотором типе вычислительной системы, которая называется инструментальная ЭВМ. Инструментальная ЭВМ может характеризоваться своей архитектурой и/или операционным окружением, которое функционирует на ней. Кросс-транслятор обеспечивает перевод программы, записанной в нотации некоторого языка, в код вычислительной системы, отличной от инструментальной ЭВМ. Та вычислительная система,для которой генерируется код, называется объектной ЭВМ, и соответственно, тот код, который мы получаем, называется объектным кодом (это не тоже, что объектный модуль). На самом деле, бывают ситуации, когда тип объектной машины совпадает с типом инструментальной машины, но отличаются операционные среды, которые функционируют на данных машинах. В этом случае также нужна система кросс-программирования.

Кросс-трансляторы также нужны разработчикам новых машин, которые хотят параллельно с ее появлением создать программное обеспечение, которое будет работать на этой машине.

Обработка модульной программы.

Пусть есть некоторая группа модулей и есть соответствующие этим модулям тексты программ, на языках, используемых для программирования. Языковыми средствами определены связи между модулями.

Первый этап, который происходит — это этап трансляции (либо компиляции) каждого из модулей. После трансляции модуля в виде исходного текста мы получаем объектный модуль — это есть машинно-ориентированное представление программы, в котором присутствуют фрагменты программы в машинном коде, а также информация о необходимых внешних связях (ссылки на объекты в других модулях). Информация о необходимых внешних связях (помимо информации о местонахождении внешних объектов) также включает в себя ссылки на те места машинного кода, которые пытаются использовать адреса внешних объектов, т.е. на те недообработанные команды, которые нельзя обработать из-за того, что при трансляции модуля еще не известно где какие объекты находятся. Т.е. объектный модуль — это машинное представление программного кода, в котором еще не разрешены внешние связи. Объектный модуль может содержать дополнительную информацию (например, информацию, необходимую для отладки — таблицы имен и т.д.).

Для каждого из исходных модулей мы получим объектный модуль. После этого все объектные модули, которые составляют нашу программу, а также модули требуемых библиотек функций, поступают на вход редактору внешних связей. Редактор внешних связей моделирует размещение объектных модулей в оперативной памяти и разрешает все связи между ними. В итоге мы получаем исполняемый модуль, который может быть запущен как процесс. Иногда трансляторы в качестве результата трансляции выдают модуль на ассемблере соответствующей машины.

В эту же схему также часто добавляется этап оптимизации программы, причем оптимизация может происходить до этапа трансляции (т.е. в терминах исходного языка) или/и после трансляции (в терминах машинного кода). Например до трансляции можно вычислить все константные подвыражения и т.д. Для машин типа PC этап оптимизации может быть не столь важен, потому что этот вопрос обычно разрешается покупкой какого-нибудь более быстрого компонента, но есть класс машин (mainframe), для которых этот этап необходим.

Давайте посмотрим на проблему кодирования с другой стороны. Мы посмотрим как устроен этап трансляции.

Каждый транслятор при обработке программы выполняет следующие действия.

Лексический анализ.

Синтаксический анализ.

Семантический анализ и генерация кода.

Лексический анализ.

Лексический анализатор производит анализ исходного текста на предмет правильности записи лексических единиц входного языка. Затем он переводит программу из нотации исходного текста в нотацию лексем.

Лексические единицы — это минимальные конструкции, которые могут быть продекларированы языком. К лексическим единицам относятся:

идентификаторы

ключевые слова

код операции

разделители

константы

Вещественные константы в некоторых трансляторах могут представляться в виде группы лексических единиц, каждая из которых является целочисленной константой.

После этого исходная программа переводится в вид лексем. Лексема — это некоторая конструкция, содержащая два значения — тип лексемы и номер лексемы.

Тип лексемы

№ лексемы

Тип лексемы — это код, который говорит о том, что данная лексема принадлежит одной из обозначенных нами групп. к примеру лексема может быть ключевым словом, тогда в поле типа будет стоять соответствующий номер. Номер лексемы уточняет конкретное значение этой лексемы. Если, к примеру, было ключевое слово begin, то номер лексемы будет содержать число, соответствующее ключевому слову begin. Если тип лексемы — идентификатор, то номер лексемы будет номером идентификатора в таблице имен которую создаст лексический анализатор. Если тип лексемы — константа, то номер лексемы тоже будет ссылкой на таблицу с константами.

После лексического анализатора мы получаем компактную программу, в которой нет уже ничего лишнего (пробелов, комментариев, и т.д.). Вся программа составлена в виде таких лексем, и поэтому она более компактна и проста.

Синтаксический анализ.

Программа в виде лексем поступает на вход синтаксическому анализатору, который осуществляет проверку программы на предмет правильности с точки зрения синтаксических правил. Результатом работы синтаксического анализатора является либо информация о том, что в программе имеются синтаксические ошибки и указание координат этих ошибок и их диагностика, либо представление программы в некотором промежуточном виде. Этим промежуточным видом может быть, предположим, бесскобочная запись, либо запись в виде деревьев (хотя одно однозначно сводится кдругому). Это промежуточное представление, которое является синтаксически и лексически правильной программой, поступает на вход семантическому анализатору.

Семантический анализ.

Семантика — это все то, что не описывается синтаксисом и лексикой языка. К примеру, лексикой и синтаксисом языка сложно описать то, что нехорошо передавать управление в тело цикла не через начало цикла. Выявление таких ошибок — одна из функций семантического анализа. при этом семантический анализатор ставит в соответствие синтаксически и семантически правильным конструкциям объектный код, т.е. происходит генерация кода.

Проходы трансляторов.

Мы с вами посмотрели на транслятор с точки зрения функциональных этапов. Но очень часто мы слышим об однопроходных трансляторах, двухпроходных, трехпроходных, и т.д. С проблемой трансляции связано понятие "проход". Проход — это полный просмотр некоторого представления исходного текста программы.

Есть трансляторы однопроходные. Это означает, что транслятор просматривает исходный текст от начала и до конца, и к концу просмотра (в случае правильности программы) он получает объектный модуль.

Если мы посмотрим Си-компилятор, с которым вы работаете, то скорее всего он двухпроходный. Первый проход — это работа препроцессора. После первого прохода появляется чистая Си-программа без всяких препроцессорных команд. На Втором проходе происходит лексический, синтаксический и семантический анализ, и в итоге вы получаете объектную программу в виде ассемблера.

Количество проходов в некоторых трансляторах связано с количеством этапов, т.е. бывают реализации, для которых удобно сделать отдельный проход для лексического анализа, отдельный проход для синтаксического анализа и отдельный проход для семантического анализа. Если транслятор многопроходный, то возникает проблема сохранения промежуточной нотации программы между проходами.

Make-файл. К этой же проблеме кодирования относится средство поддержки разработки программных проектов. Одним из популярных средств, ориентированных на работу одного или нескольких программистов, является т.н. make-средство. Название происходит от соответствующей команды ОС UNIX. C make-командой связан т.н. make-файл, в котором построчно указываются взаимосвязи всевозможных файлов, получаемых при трансляции, редактировании связей, и т.д., и те действия, которые надо выполнить, если эти взаимосвязи нарушаются. В частности можно сказать, что некоторый исполняемый файл зависит от группы объектных файлов, и если эта связь нарушена, то надо выполнить команду редактирования связей (link ...). Что значит нарушение зависимости и что значит связь? Make-команда проверяет существование этих объектных файлов. Если они существуют, то времена их создания должны быть более ранние, чем время создания исполняемого файла. В том случае, если это правило будет нарушено (а это проверяет make-команда), то будет запущен редактор связей (link), который заново создаст исполняемый файл. Тем самым такое средство позволяет нам работать с программой, состоящей из большого количества модулей, и не заботитьсяо том, соответствует ли в данный момент времени исполняемый файл набору объектных файлов или не соответствует (можно просто запустить make-файл).

Make-файлы могут содержать большое количество такого рода строчек, которые таким образом свяжут не только объектные и исполняемые файлы, но и каждый из исходных файлов с соответствующим объектным файлом, и т.д. Т.е. суть такова, что после работы не надо каждый раз для каждого файла запускать компилятор, редактор связей, а можно просто запустить make-файл, а он уже сам определит и выберет те файлы, которые нужно корректировать, и выполнит необходимые действия. На самом деле такими средствами сейчас обладают почти все системы программирования.

Система контроля версий. Если make-файл — это система, предназначенная для одного программиста, в лучшем случае, для нескольких программистов, то если у нас существует большой коллектив, который делает большой программный проект, то используется т.н. система контроля версий, которая позволяет организовывать корректную работу больших коллективов людей над одним и тем же проектом, которая основана на возможности декларации версий и осуществлении контроля за этими версиями.

Ассемблеры.

Ассе́мблер (от англ. assemble — собирать) — компилятор с языка ассемблера в команды машинного языка.

Под каждую архитектуру процессора и под каждую ОС или семейство ОС существует свой Ассемблер. Существуют также так называемые «кросс-ассемблеры», позволяющие на машинах с одной архитектурой (или в среде одной ОС) ассемблировать программы для другой целевой архитектуры или другой ОС, и получать исполняемый код в формате, пригодн Наиболее известными ассемблерами для операционной системы DOS являлись Borland Turbo Assembler (TASM) и Macro Assembler (MASM). Также в своё время был популярен простой ассемблер A86.

Microsoft Windows

При появлении операционной системы Microsoft Windows появилось расширение TASM, именуемое TASM32, позволившее создавать программы для выполнения в среде Windows. Последняя известная версия Tasm — пятая, включая различные к ней дополнения. Но официально развитие программы полностью остановлено.

Совсем по-другому обстоит дело с программой MASM. Она продолжает развиваться и по сей день, последние версии включены в наборы DDK. Но версия программы, направленная на создание программ для DOS, не развивается.

Для более удобного создания программ на ассемблере для Windows появился пакет, названный MASM32, автором которого является Стивен Хатчессон (aka hutch--). Более подробная информация доступна на сайте пакета MASM32

Настоящие ценители языка используют ассемблер FASM, бескорыстно предоставленный в общее пользование и написанный Томазом Грижтаром (Tomasz Grysztar). Официальный сайт ассеблера FASM

Linux-based

Несколько иначе обстоит ситуация с ассемблерами для другой известной операционной системы GNU/Linux. В её состав входит компилятор gcc, включающий в себя ассемблер gas (GNU Assembler)… Но в нём используется AT&T синтаксис, в отличие от Intel-синтаксиса, используемого в большинстве остальных ассемблеров.

Переносимые ассемблеры

Также существует открытый проект ассемблера, версии которого доступны под различные операционные системы, и который позволяет получать объектные файлы для этих систем. Называется этот ассемблер NASM (Netwide Assembler).

YASM это переписанная с нуля версия NASM под лицензией BSD (с некоторыми исключенями).

FASM — молодой, но быстро развивающийся и завоёвывающий популярность ассемблер, распространяется с исходным кодом, есть версии для KolibriOS, GNU/Linux и Microsoft Windows, использует Intel-синтаксис. Также fasm поддерживает инструкции AMD64. Достоинством является очень сильный макроязык, разнообразие форматов выходных файлов и несколько изменённый (в лучшую сторону, но несколько непривычный для «старой школы») синтаксис.

Назначение трансляторов, компиляторов и интерпретаторов. Примеры реализации

См. вопрос 109

Системы реального времени: основные понятия и определения. Отличие ОСРВ от классических и от многозадачных ОС

Ключевым мом явл то, что главная задача ЭВМ: вып-ть ф-ии инф компоненты в рамках всей инф системы.

Срв – аппаратно-программный комплекс, кот обесп получение реакции в предсказ-ый интервал времени на предсказ-ый поток внешн событий.

В ОС общего назн-ия: система д успевать отреаг-ть на событие, произошедшее на контролир объекте за время дельта т, кот явл критич для этого события, дельта т различен для каждого из конкр-ых соб-й (до пред-ся на этапе проектир-ия системы), система д реаг-ть сразу на неск-ко соб-й одновр-но.

Срв состоит: аппаратура или оборуд-ие, ОС РВ, приложения и прикл задачи.

ОС общего назнач-ия обесп управление ресурсами.

ОС РВ разраб-ся на конкретное прим-ие, на наличие внешних источ-ов данных. Основная задача – своевр-ая обраб-ка соб-ий.

Кроссплатформленные ОС: среда разраб-ки отлич-ся от среды прим-ия (м не быть компилятора, ФС)

1й блок – диктует треб-ия в реальном масштабе вр.

2й – управляет связью с оборуд-ем

3й – контролирует всю деят-ть

Особ-ти СРВ: такая система д б искл-но надежна, такая система велика и сложна и дорого стоит, такая система д реагировать на многочисл-ые события с гарантир-ым временем ответа, в такой системе д б облегчен интерфейс, система д б эффективна.

ОСРВ. Системы жёсткого и мягкого реального времени

Жесткого- гарантирует обр-ку соб-й за опред врем интервал

Мягкого- как правило успевает вып-ть заданные действия за заданное время

Системы исполнения и системы разработки. Аппаратурная среда

Сущ-ют кроссплатформы, это когда задача разработана под одну систему, но он может работать и под др систему. Сущ-ют специальные эмуляторы для этого(дорого стоят, жрут много ресурсов)

Аппаратурная среда – это чайники и т д , микрокомпьютер – это мобилы и все такое.

Классы ОСРВ (примеры)

Сущ-ют разные классы, в зависимости от того, где применяются системы

ОСРВ делятся на два класса - ОС "жесткого" и "мягкого" реального времени.

Жесткого- гарантирует обр-ку соб-й за опред врем интервал

Мягкого- как правило успевает вып-ть заданные действия за заданное время

Количество операционных систем реального времени, несмотря на их специфику, очень велико. В последнем обзоре "Real-Time Magazine" (NN 2-3,97) было упомянуто около шестидесяти систем. Наверное, этих систем еще больше, если иметь в виду некоммерческие операционные системы реального времени. Однако сама специфика применения операционных систем реального времени требует гарантий надежности, причем гарантий в том числе и юридических - этим, видимо, можно объяснить тот факт, что среди некоммерческих систем реального времени нет сколько-нибудь популярных.

Среди коммерческих систем реального времени можно выделить группу ведущих систем - по объемам продаж и по популярности. Эти системы: VxWorks, OS9, pSOS, LynxOS, QNX, VRTX.

Например классификация по ядру:
монолитное ядро

с модульнрой организацией

микроядро
119. Свойства и параметры СРВ: время реакции системы, переключение контекста, размер системы, возможность запуска из ПЗУ

Время реакции системы 2-3 сек, если больше, то пользователь начинает психовать,вот.

Время реакции системы является ключевым

Переключение контекста: это когда обрабат-ся одна задача потом идет переключение на др

Эффективная система – это когда минимальное время реакции. Многозадачность – миним время обработки событий.

Лучше когда система маленькая, есть возможность запуска из ПЗУ.( Это свойство операционных систем реального времени - одно из базовых. Оно позволяет создавать компактные встроенные СРВ повышенной надёжности, с ограниченным энергопотреблением, без внешних накопителей.)

Производители систем реального времени стремятся к тому, чтобы размеры ядра и обслуживающих модулей системы были невелики

120. Механизмы реального времени

Это часики (таймеры).

Такие инструменты, как средства работы с таймерами, необходимы для систем с жестким временным регламентом, поэтому развитость средств работы с таймерами - необходимый атрибут операционных систем реального времени. Эти средства, как правило, позволяют:

· измерять и задавать различные промежутки времени (от 1 мкс и выше),

· генерировать прерывания по истечении временных интервалов,

· создавать разовые и циклические будильники

Процесс проектирования конкретной системы реального времени начинается с тщательного изучения объекта. Разработчики проекта исследуют объект, изучают возможные события на нем, определяют критические сроки реакции системы на каждое событие и разрабатывают алгоритмы обработки этих событий. Затем следует процесс проектирования и разработки программных приложений. Мечтой каждого разработчика является идеальная операционная система реального времени, в которой приложения реального времени разрабатываются на языке событий объекта. Но это - мечта. В реальности же разработчик должен перевести язык событий объекта в сценарий многозадачной работы приложений операционных систем реального времени, стараясь оптимательно использовать предоставленные ему специальные механизмы и оценить времена реакций системы на внешние события при этом сценарии.