Определение и понятие информационных технологий (ИТ). 2 глава

Подсистема связи содержит также программу, обеспечивающую взаимную связь терминалов с центральным компьютером и позволяющую ему управлять дистанционным терминалом.

Вопросы

1.Понятие системы.

2.Понятие информационной системы.

3.Главная цель информационной системы.

4.Отличие информационных систем и компьютеров.

5.Область применения информационных систем.

Классификация информационных систем.

Как говорилось выше области применения информационных систем разнообразны. Также разнообразны свойства и особенности, присущие каждой системе.

Среди множества факторов, определяющих совокупность свойств конкретной информационной системы, можно выделить три основных: технический уровень системы; характер обрабатываемой информации; целевые функции, т.е. круг задач, для решения которых данная система предназначена. Перечисленные факторы определяют форму представления информации как в системе, так и для пользователя, характер процессов обработки информации и взаимодействия системы с внешней средой, состав алгоритмического и программного обеспечения системы.

По техническому уровнюинформационные системы разделяют на: ручные, механизированные, автоматизированные и автоматические. Порядок перечисления систем отражает историческую последовательность их создания.

В ручных информационных системах все процессы обработки информации осуществляются вручную. Информационные массивы ручных систем имеют небольшой объем, данные хранятся на носителях различных типов. Для поиска информации в таких системах используются простые селектирующие приспособления. Фактически ручные информационные системы являются не системами, а устройствами, облегчающими поиск нужной информации по определенной совокупности признаков. Эти устройства дешевые, простые в обращении, для их эксплуатации не требуется высококвалифицированный обслуживающий персонал.

В механизированных информационных системах для обработки и поиска информации использовались различные средства механизации, среди которых наибольшее распространение получили счетно-перфорационные машины. Носителями информации в механизированных системах являлись перфокарты. В комплект технических средств такой механизированной системы входит набор перфорационных машин, каждая из которых выполняет определенные функции. С помощью перфоратора информация переносится с первичных документов на перфокарты. Перфокарты, имеющие общие признаки, раскладывает по отдельным группам сортировщик.

В автоматизированных и автоматических информационных системах для хранения, обработки и поиска информации используются компьютеры. Эти системы обладают широкими функциональными возможностями и способны хранить и обрабатывать очень большие массивы информации. Носители информации здесь - запоминающие устройства компьютеров.

Средства вычислительной техники в автоматических и автоматизированных информационных системах используются не только для хранения и поиска информации, но и для выполнения операций, связанных со сбором, подготовкой и передачей информации в компьютеры, а также с выдачей информации пользователю.

В функционировании автоматизированных информационных систем (АИС), являющихся наиболее распространенными, на различных этапах технологического процесса обработки информации принимает участие человек (при сборе информации и подготовке ее к вводу в компьютер, в процессе поиска). Человек является партнером АИС со стороны внешней среды, поэтому именно на него ориентирована выходная информация системы.

В автоматических информационных системах все процессы протекают без участия человека. Обычно автоматические системы используются в составе более крупных систем, например в автоматизированных системах управления технологическими процессами и объектами. "Партнерами" автоматических систем являются роботы, станки с программным управлением, технологические процессы, производственные объекты и т.п. Входная информация в таких системах представляется в форме сигналов или каких-либо физических величин, выходная информация используется для управления и регулирования.

По характеруобрабатываемой информации системы делятся на документальные и фактографические.

В документальных системах объектами обработки, хранения и поиска являются определенные документы (книги, статьи, патенты и прочие информационные материалы). Обработка информации обычно сводится к поиску документов, нужных пользователю. В ответ на запрос, сформулированный пользователем, система выдает соответствующие документы или их копии. В документальных системах важное значение приобретают вопросы, связанные с оценкой содержания, смысла документа и запроса, с определением степени соответствия смысла (содержания) документа смыслу (содержанию) запроса. Для решения этих вопросов используются специальные способы организации информационных массивов и методы поиска, а также привлекаются различные логико-лингвистические средства.

Документы, хранимые в фондах документальных систем, представляют собой текстовую информацию. Для хранения массивов таких документов в компьютерах требуется большой объём памяти. Современные системы хранения информации используют различные носители информации, отличающиеся большой емкостью. В документальных АИС применяют специальные методы хранения информационных массивов, в которых кроме электронных копий документов хранятся их адреса и атрибуты. Очень часто сами же документы или их копии хранятся в специальных хранилищах или на специальных машинных носителях большой емкости. Результатом машинного поиска является адрес документа, в соответствии с которым в хранилищах ищутся сами документы (или их электронные копии), выдаваемые пользователю.

В фактографических информационных системах хранимая и обрабатываемая информация представляет собой конкретные сведения, факты (параметры и характеристики объектов, сведения технико-экономического характера, социальная информация, результаты измерений, справочные и статистические данные). Часто эта информация носит оперативный характер, т.е. регулярно обновляется и изменяется. В этом случае системы являются оперативными.

При создании фактографической системы важно изучить особенности объектов, сведения о которых хранятся в системе, и логические связи, существующие между объектами в реальном мире, которые определенным образом отображаются в структуре информационных массивов. В массивах фактографических ИС обычно осуществляется поиск сведений о конкретном объекте. Они выдаются пользователю или передаются прикладной программе для дальнейшей обработки.

Целевые функции определяются назначением данной информационной системы. В зависимости от них можно выделить системы информационно-справочные, управленческие, информационно-расчетные и информационно-логические. От функций, выполняемых системой, зависят форма выходной информации, алгоритмы процессов ее обработки, а также характер, форма и способ общения пользователя с системой.

В настоящее время создано и успешно функционирует большое число информационно-справочных систем различного назначения, которые предназначены для удовлетворения информационных запросов пользователей. Характерная особенность таких систем — информация, найденная в соответствии с запросом, не используется непосредственно в рамках этой же системы, а выдается пользователю, который использует полученную информацию для любых необходимых ему целей. Примером информационно-справочных систем могут служить системы автоматизированного резервирования мест в пассажирском железнодорожном транспорте и в аэрофлоте. Эти системы являются также типичным примером оперативных систем, так как практически каждое обращение в систему влечет за собой изменение текущего состояния информационного фонда (бронируются места, добавляются новые рейсы и т.п.).

В соответствии с запросом информационно-справочная система осуществляет поиск нужных сведений из числа тех, что хранятся в ее информационном фонде. Поиск — одна из основных операций в таких системах, поэтому они являются также информационно-поисковыми системами (ИПС).

Управленческие системы предназначены для решения различного рода управленческих и технико-экономических задач. Обычно эти системы функционируют в рамках АСУ предприятия, организации, отрасли (например, информационные системы больниц и автоматизированных складов, материально-технического снабжения и управления запасами, учета кадров и бухгалтерского учета и т.п.). Часто эти системы обслуживают отдельные службы и являются автономными, т.е. располагают собственным информационным фондом, алгоритмическим и программным обеспечением.

Управленческие системы могут быть интегрированными, построенными по принципу банка данных. Такие системы обрабатывают общий поток информации, циркулирующий на предприятии, и призваны обеспечить ритмичное и плановое функционирование предприятия путем оптимального использования его ресурсов.

С помощью технических средств удается автоматизировать только информационные операции. Непосредственные функции принятия решений и другие управленческие операции выполняет человек. Поэтому управленческие системы, как правило, бывают ориентированы на выдачу различных справок и отчетных форм отдельным службам и руководству предприятия. Следовательно, управленческие системы выполняют одновременно и функции информационно-справочных систем. Запросы в этих системах носят обычно регулярный или регламентный характер. Реализуя эти запросы, ИС выдает определенный перечень справочных форм по результатам регулярной (ежедневной, еженедельной и т.п.) обработки информации о состоянии контролируемых процессов, а также обслуживает и другие типы запросов.

В информационно-расчетных системах хранящаяся информация используется для решения задач, связанных с различными расчетными операциями. К подобным задачам относятся статистический учет и анализ, прогнозы месторождений и погоды, диагностика (диагноз заболевания, установление причины неисправности оборудования или прибора). К информационно-расчетным можно отнести и ИС, функционирующие в рамках систем автоматизированного проектирования (САПР). Последние выполняют различные проектные расчеты, решают задачи оптимизации параметров элементов, схем, устройств в приборостроении и машиностроении, радиоэлектронике и судостроении.

Функции расчетных систем могут быть присущи и другим типам информационных систем. Например, в рамках документальной ИПС, функционирующей в библиотеке, наряду с поисковыми задачами могут решаться многие учетно-статистические задачи; фиксироваться сведения о движении книжного фонда, учитываться данные о контингенте читателей, готовиться материалы для отчетов и т.п.

Все рассматриваемые выше разновидности ИС обеспечивают пользователя необходимой информацией лишь из числа тех сведений и фактов, которые когда-либо были введены в систему и хранятся в ее информационных массивах.

Информационно-логические системы в отличие от всех прочих способны выдавать информацию, не введенную ранее в систему в непосредственном виде, а вырабатываемую на основании логического анализа, обобщения, переработки сведений, имеющихся в информационных массивах. Такие системы могут решать научно-исследовательские задачи, заменяя в определенной степени труд специалиста-исследователя. Их иногда называют интеллектуальными системами, так как при их разработке используются положения теории искусственного интеллекта.

Во всех рассмотренных выше системах должны существовать развитые средства общения пользователей с системой, в том числе и пользователей — неспециалистов в области вычислительной техники. С помощью этих средств пользователь формулирует свои запросы, вводит их в систему, воспринимает информацию, выдаваемую ему системой.

В разных системах эта задача решается по-разному. В некоторых существует строго определенный перечень запросов, которые могут быть реализованы. Пользователь выбирает запрос, наиболее полно удовлетворяющий его требованиям, и указывает его системе. Такие системы называются системами с типовыми (стандартными) запросами.

Существенно большие возможности для пользователя предоставляют системы, реализующие произвольные запросы. Для их формулировки система должна располагать языком запросов, правилами их составления. Удобно общение пользователя с системой в форме диалога человека с машиной. При этом пользователь, знакомясь с получаемой информацией, имеет возможность корректировать свой запрос.

Необходимо отметить, что любая конкретная информационная система может характеризоваться совокупностью свойств, присущих отдельным выделенным видам систем. В то же время в зависимости от области применения информационных систем каждая система будет обладать своими особенностями.

Вопросы:

1.Разделение информационных систем по техническому уровню?

2.Разделение информационных систем по характеру обрабатываемой информации?

3.Понятие и примеры ручных информационных систем?

4.Механизированные информационные системы?

5.Автоматизированные и автоматические информационные системы?

6.Отличие автоматизированных информационных систем от автоматических?

7.Какие информационные системы называются оперативными?

8.Какие системы называют управленческими?

9.Какие информационные системы относятся к информационно-расчетным системам?

10.Какие информационные системы относятся к информационно-логическим системам?+

Лекция 2.

Программные и аппаратные средства в новых информационных технологиях.

Орудия производства в виде инструментов и технологической оснастки являются необходимой составляющей любой технологии. Не являются исключением и информационные технологии, функционирующие на основе инструментальной базы, включающей программные, технические и методические средства. Главным фактором успешного развития и внедрения технологии на промышленном уровне является унификация и стандартизация всех компонентов, в том числе и инструментальной базы. Проведенный анализ всех составляющих инструментальной базы показывает существующие тенденции их развития, позволяет ориентироваться на сложившемся рынке вычислительных и сетевых видов продукции. Для вхождения в единое информационное пространство необходимо ориентироваться на мировые стандарты, которым уделено значительное внимание при рассмотрении методических средств

Программные средства информационных технологий.

Программные средства информационных технологий можно разделить на две большие группы базовые и прикладные

Базовые программные средства относятся к инструментальной стратегии информационных технологий и включают в себя:

Ø операционные системы (ОС);

Ø языки программирования;

Ø программные среды;

Ø системы управления базами данных (СУБД).

Прикладные программные средства предназначены для решения комплекса задач или отдельных задач в различных предметных областях.

ОС предназначены для управления ресурсами ЭВМ и процессами, использующими эти ресурсы. В настоящее время существуют две основные линии развития ОС: Windows и Unix. Генеалогические линии данных ОС развивались следующим образом:

1.СР/М-> QDOS -> 86-DOS -> MS-DOS -> Windows;

2.Multics -> UNIX -> Minix -> Linux.

В свою очередь каждый элемент линии имеет свое развитие, например, Windows развивался в такой последовательности: Windows 95, 98, Me, NT, 2000. Соответственно, Linux развивался следующим образом: версии 0.01, 0.96, 0.99, 1.0, 1.2, 2.0, 2.1, 2.1.10. Каждая версия может отличаться добавлением новых функциональных возможностей (сетевые средства, ориентация на разные процессоры, многопроцессорные конфигурации и др.).

Большинство алгоритмических языков программирования (Си, Паскаль) созданы на рубеже 60-х и 70-х годов (за исключением Java). За прошедший период времени периодически появлялись новые языки программирования, однако на практике они не получили широкого и продолжительного распространения. Другим направлением в эволюции современных языков программирования были попытки создания универсальных языков (Алгол, PL/1, Ада), объединявших в себе достоинства ранее разработанных.

Появление ПК и ОС с графическим интерфейсом (Mac OS, Windows) привело к смещению внимания разработчиков программного обеспечения в сферу визуального или объектно-ориентированного программирования, сетевых протоколов, баз данных. Это привело к тому, что в настоящее время в качестве инструментальной среды используется конкретная среда программирования (Delphi, Access и др.) и знания базового языка программирования не требуется. Поэтому можно считать, что круг используемых языков программирования стабилизировался.

Анализ синтаксиса и семантики языков программирования показывает, что их родственные конструкции различаются главным образом «внешним видом» (набором ключевых слов или порядком следования компонентов). Содержимое практически идентично, за исключением небольших различий, не имеющих существенного значения. Таким образом, конструкции современных языков имеют общее содержание (семантику), различный порядок следования компонент (синтаксис) и разные ключевые слова (лексику). Следовательно, различные языки предоставляют пользователю одинаковые возможности при различном внешнем виде программ.

Стандартизацию языков программирования в настоящее время осуществляют комитеты ISO/ANSI, однако их деятельность направлена в основном на неоправданное синтаксическое расширение языков. Для исключения существующих недостатков предложены способы задания семантического и синтаксического стандартов языков программирования.

Семантическое описание любой конструкции языка (оператора, типа данных, процедуры и т.д.) должно содержать не менее трех обязательных частей:

Ø список компонент (в Типе Указателя это компоненты Имя Типа и Базовый Тип);

Ø описание каждой компоненты;

Ø описание конструкции в целом.

Для синтаксического описания обычно используется формальное описание конструкции, например, в виде БНФ. Синтаксическое описание присутствует в любом языке, начиная с Алгола.

Среди большого числа языков самую заметную роль в развитии программирования сыграли три пары: Алгол-60 и Фортран, Паскаль и Си, Java и Си++. Эти языки не случайно объединены в пары, так как противостояние заложенных в них идей способствовало прогрессивному развитию.

Аппаратные средства информационных технологий.

Основу технического обеспечения информационных технологий составляют компьютеры, являющиеся ядром любой информационной системы. Первоначально компьютеры были созданы для реализации большого объема вычислений, представляющих длинные цепочки итераций. Главным требованием при этом были высокая точность и минимальное время вычислений. Такие процессы характерны для числовой обработки.

По мере внедрения ЭВМ, их эволюционного развития, в частности, создания персональных компьютеров, стали возникать другие области применения, отличные от вычислений, например, обработка экономической информации, создание информационно-справочных систем, автоматизация учрежденческой деятельности и т.п. В данном случае не требовались высокая точность и большой объем вычислений, однако объем обрабатываемой информации мог достигать миллионов и миллиардов записей. При этом требовалось не только обработать информацию, а предварительно ее найти и организовать соответствующую процедуру вывода. Указанные процессы характерны для нечисловой обработки, требующей в большинстве случаев больших затрат машинного времени. Рассмотренные аспекты оказали решающее влияние на развитие архитектуры ЭВМ.

ЭВМ классической (фон-неймановской) архитектуры состоит из пяти основных функциональных блоков (рис. 1):

Ø запоминающего устройства (ЗУ);

Ø устройства управления,

Ø устройств управления и арифметически-логического устройства, рассматриваемых вместе и называемых центральным процессором;

Ø устройства ввода;

Ø устройства вывода.

Рис 1. Фон-неймановская архитектура ЭВМ.

В фон-неймановской архитектуре для обработки огромного объема информации (миллиарды байт) используется один процессор. Связь с данными осуществляется через канал обмена. Ограничения пропускной способности канала и возможностей обработки в центральном процессоре приводят к тупиковой ситуации при нечисловой обработке в случае увеличения объемов информации. Для выхода из тупика было предложено два основных изменения в архитектуре ЭВМ.

Ø использование параллельных процессоров и организация параллельной обработки;

Ø распределенная логика, приближающая процессор к данным и устраняющая их постоянную передачу.

Другой недостаток фон-неймановской архитектуры связан с организацией процесса обращения к ЗУ, осуществляемого путем указания адреса для выборки требуемого объекта из памяти. Это приемлемо для числовой обработки, но при нечисловой обработке обращение должно осуществляться по содержанию (ассоциативная адресация). Поскольку для нечисловой обработки в основном используется та же архитектура, необходимо было найти способ организации ассоциативного доступа. Он осуществляется путем создания специальных таблиц (справочников) для перевода ассоциативного запроса в соответствующий адрес. При такой организации обращения к ЗУ, называемом эмуляцией ассоциативной адресации, в случае работы с большими объемами информации резко падает производительность ЭВМ. Это связано с тем, что нечисловая обработка это не только просмотр, но и обновление данных.

Для преодоления ограничений организации памяти были предложены ассоциативные запоминающие устройства.

Таким образом, ЭВМ для нечисловой обработки должна удовлетворять следующим требованиям: ассоциативность, параллелизм, обработка в памяти. Кроме этого на более высоком уровне к архитектуре предъявляются следующие требования:

Ø перестраиваемость параллельных процессоров и запоминающих устройств;

Ø сложные топологии соединений между процессорами;

Ø мультипроцессорная организация, направленная на распределение функций.

Перечисленные выше ограничения и требования были реализованы в машинах баз данных (МБД).

Подытоживая выше сказанное, приведем классификацию архитектур ЭВМ, предложенную в [35]:

Ø архитектура с одиночным потоком команд и одиночным потоком данных (SISD);

Ø архитектура с одиночным потоком команд и множественным потоком данных (SIMD);

Ø архитектура с множественным потоком команд и одиночным потоком данных (MISD);

Ø архитектура с множественным потоком команд и множественным потоком данных (MIMD).

К классу SISD относятся современные фон-неймановские однопроцессорные системы. В этой архитектуре центральный процессор работает с парами «атрибут—значение». Атрибут (метка) используется для локализации соответствующего значения в памяти, а одиночная команда, обрабатывающая содержимое накопителя (регистра) и значение выдает результат. В каждой итерации из входного потока данных используется только одно значение.

К классу SIMD относят большой класс архитектур, основная структура которых состоит из одного контроллера, управляющего комплексом одинаковых процессоров. В зависимости от возможностей контроллера и процессорных элементов, числа процессоров, организации поиска и характеристик маршрутных и выравнивающих сетей выделяют четыре типа SIMD:

Ø матричные процессоры, организованы так, что при выполнении заданных вычислений, инициированных контроллером, они работают параллельно. Предназначены для решения векторных и матричных задач, относящихся к числовой обработке;

Ø ассоциативные процессоры, обеспечивающие работу в режиме поиска по всему массиву за счет соединения каждого процессора непосредственно с его памятью. Используются для решения нечисловых задач;

Ø процессорные ансамбли, представляющие совокупность процессоров, объединенных определенным образом для решения заданного класса задач, ориентированных на числовую и нечисловую обработку;

Ø конвейерные процессоры (последовательные и векторные) осуществляющие выполнение команд и обработку потоков данных по принципу, аналогичному транспортному конвейеру. В этом случае каждый запрос использует одни и те же ресурсы. Как только некоторый ресурс освобождается, он может быть использован следующим запросом, не ожидая окончания выполнения предыдущего. Если процессоры выполняют аналогичные, но не тождественные задания, то это последовательный конвейер, если все задания одинаковы — векторный конвейер.

К классу MISD может быть отнесена единственная архитектура—конвейер, но при условии, что каждый этап выполнения запроса является отдельной командой.

К классу MIMD, хотя и не всегда однозначно, относят следующие конфигурации:

Ø мультипроцессорные системы;

Ø системы с мультиобработкой;

Ø вычислительные системы из многих машин;

Ø вычислительные сети.

Общим для данного класса является наличие ряда процессоров и мультиобработки. В отличие от параллельных матричных систем число процессоров невелико, а термин мультиобработка понимают в широком смысле для обозначения функционально распределенной обработки (сортировки, слияния, ввода-вывода и др.).

Другим направлением развития вычислительной техники является нейрокомпьютеринг, основанный на нейронных сетях. Разработки проводятся в двух направлениях: аппаратном и программном. Нейрокомпьютеры обладают сверхвысокой производительностью, но благодаря сложным технологиям имеют очень высокую стоимость. Поэтому они используются узким кругом пользователей для решения суперзадач.

В последние годы ведутся работы по созданию биокомпьютера на основе молекулярных технологий. Идея молекулярного вычислителя состоит в представлении «машинного» слова в виде состояний молекул.

Несмотря на развитие средств вычислительной техники наиболее популярными в настоящее время остаются компьютеры с традиционной фон-неймановской архитектурой.

ЭВМ такой архитектуры в процессе эволюции последовательно прошли этапы аппаратной реализации от электронно-ламповой, далее транзисторной, интегрально-схемной до СБИС. В настоящее время наиболее распространенным типом ЭВМ являются персональные компьютеры (ПК), относящиеся к фон-неймановской архитектуре. Поэтому кратко остановимся на устройстве персонального компьютера в плане его комплектации.

Системный блок является основным конструктивным элементом ПК. Он предназначен для размещения всех самых важных узлов. В нем располагаются источник питания, процессор компьютера, оперативная память, накопители на магнитных дисках, устройство для чтения оптических (лазерных) дисков, специальные электронные элементы и платы, с помощью которых осуществляется подключение и управление работой внешних устройств компьютера. Системные блоки имеют различное конструктивное исполнение и размеры. Для настольных ПК они могут иметь горизонтальное или вертикальное исполнение. Для блокнотных ПК системный блок совмещен с клавиатурой.

Устройство для чтения CD-ROM (Compact Disk — Read Only Memory — компакт-диск, предназначенный только для чтения) служит только для воспроизведения аудио-, видео- и цифровой информации, записанной только на оптических (лазерных) компакт-дисках.

CD-ROM предназначен для хранения информации. Он представляет собой пластмассовый диск диаметром 12см, одна из поверхностей которого покрыта металлической фольгой. Лазерным лучом на фольгу наносят углубления, с помощью которых фиксируется представляемая информация. Наиболее важными характеристиками таких устройств являются: емкость и скорость.

Емкость одного компакт-диска достигает 620Мбайт информации (около 250000 страниц текста). Вторая характеристика определяется скоростью доступа устройства чтения к информации на компакт-диске (скорость чтения особенно важна при воспроизведении аудио- и видеоинформации). Что означает название «восьмискоростной CD-ROM»? Это и есть характеристика быстродействия устройства чтения. Она означает, что скорость устройства чтения в 8 раз больше чем у односкоростного устройства. Сейчас уже имеются 24-скоростные CD-ROM.

Для записи информации на компакт-диск используются специальные устройства — CD-R (Compact Disk — Recordable). Информацию, содержащуюся на CD-ROM, нельзя перезаписать. Для многократной записи информации используются магнитно-оптические компакт-диски (CD МО), но они существенно дороже обычных.