Структура базовой информационной технологии

Определим структуру и состав типовой ИТ. Мы будем называть типовую ИТ базовой, если она ориентирована на определенную область применения. Базовая ИТ создает модели, методы средства решения задач. Базовая ИТ создается на основе базовых (типовых) аппаратно-программных средств. Базовая ИТ подчинена основной цели - решению функциональных задач в своей предметной области (задачи управления, проектирования, научного эксперимента, испытания и т. д.).

На вход базовой ИТ как системы поступает комплекс решаемых задач, для которых должны быть найдены типовые решения с помощью методов и средств, присущих именно ИТ. Рассмотрим использование базовой ИТ на концептуальном, логическом и физическом уровнях.

Концептуальный уровень базовой ИТ - задается идеология автоматизированного решения задач. Типовая последовательность решения задач может быть представлена в виде алгоритма.

Рис.8 Концептуальная модель базовой ИТ

Начальный этап - постановка задачи (ПЗ).Если эта задача автоматизированного управления, то она представляет собой совокупность взаимосвязанных алгоритмов, которые обеспечивают управление. ПЗ - содержательное описание задачи: целевое назначение задачи, экономико-математическая модель и метод ее решения, функциональная и информационная взаимосвязь с другими задачами. Оформляется документально в методических материалах «Постановка задачи и алгоритм решения». На этом этапе очень важна корректность описания с точки зрения критериев.

Следующий этап - формализация задачи (ФЗ). Разрабатывается математическая модель.

Если математическая модель установлена, следующий этап - алгоритмизация задачи (АЗ). Алгоритм - процесс преобразования исходных данных в искомое результат за конечное число шагов.

Реализация алгоритма на основе конкретных вычислительных средств осуществляется на этапе программирования задачи - ПРЗ. Это объемная задача, но она осуществляется как правило на типовых технологиях программирования.

При наличии программы осуществляется РЗ - решение задач - получение конкретных результатов для входных данных и принятых ограничений.

Этап АР - анализ решения. При анализе решения можно уточнить модель формализации задач.

Наиболее сложными, творческими и объемными являются этапы постановки задачи и ее формализации. Понятие первоначальной задачи - это глубокое понимание процессов в предметной области.

В условиях базовой ИТ глобальная задача - это разработка модели предметной области (МПО).

При реализации ИТ часто встречаются с плохо формализуемыми задачами. Тут приходят на помощь экспертные системы. В основу ЭС закладываются знания лучших экспертов в предметной области. Разработчик ЭС собирает все известные способы формализации данной задачи. Пользователь - разработчик данной ИТ - получает варианты решения задач. Это процесс автоматизирования проектирования ИТ.

Модели базовой ИТ

На логическом уровне устанавливают модели решения задачи и организации информационных процессов. Если известна общая модель управления некой АСУ, в которую будет внедряться базовая ИТ, мы можем представить взаимосвязь моделей базовой ИТ.

Цель базовой ИТ на логическом уровне - построение модели решаемой задачи и ее реализация на основе организации информационных процессов.

Рассмотрим взаимосвязь моделей базовой ИТ на схеме.

Рис.8 Логический уровень базовой ИТ. Модель организации информационных процессов.

Модель решения задачи в условиях выбранной базовой ИТ согласуется с моделью организации информационных процессов (МОИП). МОИП включает в себя МОД (модель обработки данных), МО (модель обмена данными), МУПД (модель управления данными), МНД(модель накопления данных), МПЗ (модель представления знаний). Каждая из этих моделей отражает определенные информационные процессы и содержит базы построения частных матмоделей конкретного информационного процесса.

Модель обмена - оценивает вероятностно-временные характеристики процесса обмена с учетом маршрутизации (М), коммутации (К) и передачи (П) информации. В качестве воздействий в этом процессе участвуют: входные (потоки сообщений); мешающие (потоки ошибок), и управляющие (потоки управления). На основании этой модели синтезируют систему обмена данными, то есть выбирают технологию сети, метод оптимальной коммутации, маршрутизации.

Модель накопления данных МНД.Определяет схему информационной базы СИБ, устанавливает логическую организацию информационных массивов ОИМ, задает физическое размещение информационных массивов РИМ.

Информационный массив - основное понятие, основной элемент внутримашинного информационного обеспечения. ИМ - совокупность данных по группе однородных объектов, содержащих одинаковый набор сведений. ИМ могут включать информацию:

· программы ОС и тестовые программы (обеспечивают работу ЭВМ);

· прикладные программы (обеспечивают решение набора функциональных задач);

· библиотека стандартных программ.

Типы информационных массивов:

· постоянные (формируются до начала работы системы - директивные, справочные, нормативные данные - не изменяемые во времени);

· промежуточные (возникают как результат предыдущего расчета и основа для следующего);

· текущие (содержат рабочую информацию о состоянии управляемого объекта);

· служебные (обслуживают остальные массивы);

· вспомогательные (возникают при операциях над основными массивами).

По виду носителя ИМ делятся на массивы на машинных (внутренних и внешних) и немашинных носителях.

Особенность ИМ - его структура, способ упорядочивания данных по ключевым признакам. Записи могут упорядочиваться по возрастанию или убыванию значения ключевого признака. В качестве ключевого выбирается наиболее часто встречающийся признак.

Модель обработки данных МОД.Она определяет организацию вычислительных процессов ОВП для решения задач пользователя. Последовательность и процедуры решения вычислительных задач должны быть оптимизированы с точки зрения критериев: объем памяти, ресурсы, числа обращений и т. д. Организация процесса впрямую зависит от предметной области. При разработке базовой ИТ прежде всего следует правильно выбрать ОС. Именно ОС задает реальные возможности по управлению вычислительным процессом.

Структура вычислительного процесса задается числом задач. Очень важными являются требования к моменту запуска и выпуска (выхода результатов) задач. Эти моменты определяют динамику получения результатов, то есть динамику всего процесса управления производством.

Первые ОС были ориентированы на пакетную обработку информации. Этот режим в принципе не пригоден для задач управления большой размерности и оперативности. Переход к системам разделения времени позволил в условиях прерывания отдавать предпочтение приоритетным задачам. Оказалось возможным планировать вычислительный процесс.

Новые возможности для пользователя заложены в виртуальных ОС. Она позволила пользователю иметь неограниченный вычислительный ресурс, не замечая работы соседних пользователей. В условиях распределенной обработки данных возникают новые требования к вычислительному процессу. Требуется не только распределить вычислительный ресурс между пользователями и их вычислительными задачами, но и учесть топологию пользователей.

При создании моделей организации вычислительного процесса (ОВП) используют два возможных подхода: детерминированный и вероятностный. При детерминированном подходе применяется теория расписаний очередности задач при накладываемых ограничениях. К сожалению, в этот удобный метод вмешиваются случайные помехи. Могут возникнуть непредвиденные задачи, требующие срочного решения. Для них выделяются дополнительные интервалы времени. При вероятностном подходе устанавливает средний вычислительный ресурс, среднее время выполнения программы, усредненная производительность вычислительной системы. Усредненные параметры рассчитываются на основании статистических данных и постоянно корректируются.

Если мы склонны к типизации решаемых вычислительных задач для конкретной ИТ, то очень большое значение имеет разработка пакетов прикладных программ (ППП).

Среди моделей обработки данных следует еще упомянуть имитационные модели. С их помощью решаются задачи планирования организации вычислительного процесса.

Модель представления знаний МПЗ.Модели представления знаний являются основой автоматизированного решения задач управления. Модели представления знаний существуют в виде логического Л, алгоритмического А, семантического С, фреймового Ф и интегрального И представлений.

Модель управления данными МУПД.Управление данными - управление процессами накопления, обмена и обработки данных. Накопление данных сейчас происходит в условиях современных бах данных, при этом управляющее воздействие должны обеспечить ввод информации, обновление ее, размещение массивов в БД. Эти функции осуществляет современная СУБД.

С появлением ЭВМ данные накапливались в виде совокупности одинаково построенных записей - файлов. При решении каждой новой задачи создавались новые файлы. Логическая связь между файлами отсутствовала. Возникала проблема целостности данных. Для каждого обращения к файлам создавалась своя программа. Отдельные данные в файлах дублировались. Совершенствование вычислительной техники и одновременно рост объемов информации привели к появлению концепции баз данных. В БД записи взаимосвязаны, могут совместно использоваться для решения все новых задач.

В зависимости от решаемых задач выбираются модели баз данных.

Современное производство решает огромное количество рутинных информационных задач. Но и очень велико количество задач, требующих информацию для принятия решения. Для этого требуется новые подходы к формированию данных, вводу и выводу их, обработке. Эти новые подходы реализуются с помощью новых ИТ, реализующих их взаимную организацию. Этой организацией ведает модель управления данными. Модель базируется на том, что данные обладают относительной стабильностью. Стабильность структуры данных дает возможность строить базы со стабильной структурой. А получаемую информацию отображать в виде переменных значений данных в этой стабильной структуре.

В соответствии с моделью предметной области может быть сформирован класс данных для всех решаемых задач. На логическом уровне предметная БД включает в себя логические записи, их элементы и взаимосвязь между ними.