Тема 3. Структура базовой информационной технологии.

Базовая информационная технология – это технология, ориентированная на определенную область применения. Предметом изучения излагаемого курса являются автоматизировании информационные технологии в управлении организационно экономическими системами, создаваемыми при производстве материальных благ и услуг. Любая информационная технология слагается из взаимосвязанных информационных процессов, каждый из которых содержит определенный набор процедур, реализуемых с помощью информационных oneраций. Информационная технология выступает как система, функционирование каждого элемента которой подчиняется общей цели функционирования системы - получению качественного информационного продукта из исходного информационного ресурса в соответствии с поставленной за дачей.

Как базовая информационная технология в целом, так и отдельные информационные процессы могут быть представ лены тремя уровнями: концептуальным, логическим и физическим. Концептуальный уровень определяет содержательный аспект информационной технологии или процесса, логический - отображается формализованным (модельным) описанием, а физический уровень раскрывает программно-аппаратную реализацию информационных процессов и технологии.

Концептуальный уровень

При производстве информационного продукта исходный информационный ресурс в соответствий с поставленной задачей подвергается в определенной последовательности различным преобразованиям. Динамика этих преобразований отображается в протекающих при этом информационных процессах. Информационный процесс - это процесс преобразования информации. В результате информация может изменить и содержание, и форму представления, причем как в пространстве, так и во времени.

Фазы преобразования информации в информационной технологии достаточно многочисленны, однако если провести структуризацию технологии, выделив такие крупные структуры, как процессы и процедуры, то концептуальная модель базовой информационной технологии может быть представлена схемой (рис. 1)

 

Рис.1 Концептуальная модель базовой информационной технологии

Блок в виде прямоугольника изображает процесс или процедуру, в которых преобладают ручные или традиционные операции.

Овальная форма блоков соответствует автоматическим операциям, производимым с помощью технических средств (ЭВМ и средств передачи данных).

Технология переработки информации начинается с формирования информационного ресурса, который после преобразований должен превратиться в информационный продукт. Формирование информационного ресурса (получение исходной информации) начинается с процесса сбора информации, которая должна в информационном плане отразить предметную область, т.е. объект управления или исследования (его характеристики, параметры, состояние и т.п.). Собранная информация для ее оценки (по полноте, непротиворечивости, достоверности и т.д.) и последующих преобразований должна быть соответствующим образом подготовлена (осмыслена и структурирована, например, в виде таблиц). После подготовки информация может быть передана для дальнейшего преобразования традиционными способами (с помощью телефона, почты, курьера и т.п.), а может быть подвергнута сразу процессу преобразования в машинные данные, т.е. процессу ввода. Процессы сбора, подготовки и ввода в информационной технологии организационно-экономических систем по своей реализации являются в основном ручными (кроме процесса подготовки, который частично может быть автоматизированным). Процесс ввода преобразует информацию в данные, имеющие форму цифровых кодов, реализуемых на физическом уровне с помощью различных физических представлений (электрических, магнитных, оптических, механических и т.д.).

Процессы преобразование данных протекают в ЭВМ (или организуются ЭВМ) под управлением различных программ, которые и позволяют так организовать данные, что после вывода из ЭВМ результат обработки представляет собой наполненную смыслом информацию о результате решения поставленной задачи. При преобразованиях данных можно выделить четыре основных информационных процесса и соответствующие им процедуры. Это процессы обработки, обмена, накопления данных и представления знаний.

Процесс обработки данных связан с преобразованием значений и структур данных, а также их преобразованием в форму, удобную для человеческого восприятия, т.е. отображением. Отображенные данные - это уже информация. Процедуры преобразования данных осуществляются по определенным алгоритмам и реализуются в ЭВМ с помощью набора машинных операций. Процедуры отображения переводят данные из цифровых кодов в изображение (текстовое или графическое) или звук.

Информационный процесс обмена предполагает обмен данными между процессами информационной технологии. При обмене данными можно выделить два основных типа процедур: передачи данных по каналам связи и сетевые процедуры, позволяющие осуществить организацию вычислительной сети.

Процедуры передачи данных реализуются с помощью операции кодирования-декодирования, модуляции-демодуляции, согласования и усиления сигналов. Процедуры организации сети включают в себя в качестве основных операции по коммутации и маршрутизации потоков данных (трафика) в вычислительной сети. Процесс обмена позволяет, с одной стороны, передавать данные между источником и получателем информации, а с другой - объединять информацию многих ее источников.

Процесс накопления позволяет так преобразовать информацию в форме данных, что удается ее длительное время хранить постоянно обновляя, и при необходимости извлекать в заданном объеме и по заданным признакам. Процедуры процесса накопления состоят в организации хранения и актуализации данных. Хранение предполагает создание такой структуры расположения данных в памяти ЭВМ, которая позволила бы быстро накапливать данные по заданным признакам и быстро осуществлять их поиск. В настоящее время ЭВМ имеет два основных вида запоминающих устройств: оперативные (электронные) и внешние (на магнитных и оптических дисках). Их физическая природа и устройство различны, поэтому различаются и возможности по организации структур хранения данных. Можно выделить операции по организации хранения и поиска данных в оперативной и внешней памяти ЭВМ. В процессе накопления данных важной процедурой является их актуализация. Под актуализацией понимается поддержание хранимых данных на уровне, соответствующем информационным потребностям решаемых задач в системе, где организована информационная технология. Актуализация данных осуществляется с помощью операций добавления новых данных к уже хранимым, корректировки (изменения значений или элементов структур) данных и их уничтожения, если данные устарели и уже не могут быть использованы при решении функциональных задач системы.

Процесс представления знаний включен в базовую информационную технологию как один из основных, поскольку высшим продуктом информационной технологии является знание.

В этом процессе объединяются процедуры формализации знаний, их накопления в формализованном виде и формальной генерации (вывода) новых знаний на основе накопленных в соответствии с поставленной задачей. Вывод нового знания - это эквивалент решения задачи. Таким образом, процесс представления знаний состоит из процедур получения формализованных знаний и процедур генерации (вывода) новых знаний из полученных. В зависимости от решаемых информационной технологией задач удельный вес и взаимосвязь информационных процессов различны.

Логический уровень

Логический уровень информационной технологии представляется комплексом взаимосвязанных моделей, формализующих информационные процессы при технологических преобразованиях информации и данных. Формализованное (в виде моделей) представление информационной технологии позволяет реализации управления информационными процессами и процедурами.

В зависимости от области применения и назначения информационной технологии модели информационных процессов конкретизируются, а некоторые могут и отсутствовать. Однако наибольший эффект информационная технология дает тогда, когда в ее составе используется весь набор информационных процессов.

На основе модели предметной области (МПО), характеризующей объект управления, создается общая модель управления (ОМУ), а из нее вытекают модели решаемых задач (МРЗ).

Рис. 2 Состав моделей базовой информационной технологии

 

Так как решаемые задачи в информационной технологии имеют в своей основе различные информационные процессы, то на передний план выходит модель организации информационных процессов, призванная на логическом уровне увязать эти процессы при решении задач управления.

При обработке данных формируются четыре основных информационных процесса: обработка, обмен, накопление и представление знаний.

МОДЕЛЬ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ включает в себя формализованное описание процедур организации вычислительного процесса, преобразования данных и отображения данных.

Под организацией вычислительного процесса (ОВП) понимается управление ресурсами компьютера (память, процессор, внешние устройства) при решении задач обработки данных. Эта процедура формализуется в виде алгоритмов и программ системного управления компьютером. Комплексы таких алгоритмов и программ получили название операционных систем. Операционные системы выступают в виде посредников между ресурсами компьютера и прикладными программами, организуя их работу.

Процедуры преобразования данных (ПД). Сюда включаются стандартные процедуры, такие, как сортировка, поиск, создание и преобразование статистических и динамических структур данных, а также нестандартные процедуры, обусловленные алгоритмами и программами преобразования данных при решении конкретных информационных задач.

Моделями процедур отображения данных (ОД) являются компьютерные программы преобразования данных, представленных машинными кодами, в воспринимаемую человеком информацию. В современных ЭВМ данные могут быть отражены в виде текстовой информации, в виде графиков, изображений, звука, с использованием средств мультимедиа.

МОДЕЛЬ ОБМЕНА данными включает в себя формальное описание процедур, выполняемых в вычислительной сети:

передачи (П), маршрутизации (М), коммутации (К). Именно эти процедуры и составляют информационный процесс обмена. Для качественной работы сети необходимы формальное соглашения между ее пользователями, что реализуется в виде протоколов сетевого обмена.

МОДЕЛЬ НАКОПЛЕНИЯ ДАННЫХ формализует описание информационной базы, которая в компьютерном виде представляется базой данных. Процесс перехода от информационного (смыслового) уровня к физическому отличается трехуровневой системой моделей представления информационной базы: концептуальной, логической и физической схем.

Концептуальная схема информационной базы (КСБ) описывает информационное содержание предлагаемой области, т.е. какая и в каком объеме информация должна накапливаться.

Логическая схема информационной базы (ЛСБ) должна формализовано описать её структуру и взаимосвязь элементов информации. При этом могут быть использованы различные подходы: реляционный, иерархический, сетевой. Выбор подхода определяет и систему управления базой данных, которая, в свою очередь, определяет физическую модель данных - физическую схему информационной базы (ФСБ), описывающую методы размещения данных и доступа к ним на машинных (физических) не информации.

МОДЕЛЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ позволит проектировщику АИТ в автоматизированном режиме формировать из фрагментов модель предметной области, а также модели решаемых задач. Модель представления знаний может быть выбрана в зависимости от предметной области и вида решаемых задач. Сейчас практически используются такие модели, как логические (Л), алгоритмические (А), фреймовые (Ф), семантические (С) и интегральные (И).

МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЕ ДАННЫМИ (УД) - это управление процессами обработки (преобразование и отображение данных), обмена (маршрутизация в вычислительной сети и по каналам связи) и накопления (добавление данных, корректировка, уничтожение).

Физический уровень

Физический уровень информационной технологии представляет программно-аппаратную реализацию. АИТ рассматривается как система, в которой выделяются крупные подсистемы.

Рис. 3 Взаимосвязь подсистем базовой информационной технологии

 

Для выполнения функций подсистемы обработки данных используются электронные вычислительные машины различных классов. В настоящее время при создании автоматизированных информационных технологий применяются три основных класса ЭВМ: на верхнем уровне - большие универсальные ЭВМ (по зарубежной классификации - мэйнфреймы), способные накапливать и обрабатывать громадные объемы информации и используемые как главные ЭВМ; на среднем - абонентские вычислительные машины (серверы); на нижнем уровне - персональные компьютеры либо управляющие ЭВМ.

В подсистему обмена данными входят комплексы программ и устройств, позволяющих реализовать вычислительную сеть и осуществить по ней передачу и прием сообщений с необходимыми скоростью и качеством. Физическими компонентами подсистемы обмена служат устройства приема-передачи (модемы, усилители, коммутаторы, кабели, специальные вычислительные комплексы, осуществляющие коммутацию, маршрутизацию и доступ к сетям). Программными компонентами подсистемы являются программы сетевого обмена, реализующие сетевые протоколы, кодирование-декодирование сообщений и др.

Подсистема накопления данных реализуется с помощью банков и баз данных, организованных на внешних устройствах компьютеров и ими управляемых. В вычислительных сетях, помимо локальных баз и банков, используется организация распределенных банков данных и распределенной обработки данных. Аппаратно-программными средствами этой подсистемы являются компьютеры различных классов с соответствующим программным обеспечением.

Для автоматизированного формирования модели предметной области из ее фрагментов и модели решаемой информационной технологией задачи создается подсистема представления знаний.

На стадии проектирования информационной технологии проектировщик формирует в памяти компьютера модель заданной предметной области.

На стадии эксплуатации пользователь обращается к подсистеме знаний и, исходя из постановки задачи, выбирает в автоматизированном режиме соответствующую модель решения, после чего через подсистему управления данными включаются другие подсистемы информационной технологии. Реализация подсистем представления знаний производится, как правило, на персональных компьютерах, программирование которых осуществляется с помощью прологоподобных или алголоподобных языков.

При отсутствии в АИТ подсистемы представления знаний состав и взаимосвязь подсистем ограничиваются пунктирным контуром.

Подсистема управления данными организуется на компьютерах с помощью подпрограммных систем управления обработкой данных и организации вычислительного процесса, систем управления вычислительной сетью и систем управления базами данных. При больших объемах накапливаемой на компьютере и циркулирующей в сети информации на предприятиях, где внедрена информационная технология, могут создаваться специальные службы, такие, как администратор баз данных, администратор вычислительной сети и т.п.

Таким образом, информационная технология имеет три уровня представления - концептуальный, логический и физический. Последовательное рассмотрение этих трех уровней представления позволяет облегчить восприятие при переходе от содержания цели информационной технологии к ее физическому достижению.