Концептуальный уровень

Понятие и структура базовой ИТ

Как базовая информационная технология в целом, так и отдельные информационные процессы могут быть представ­лены 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.

При производстве информационного продукта исходный информационный ресурс в соответствии с поставленной задачей подвергается в определенной последовательности различным преобразованиям. Динамика этих преобразований отобража­ется в протекающих при этом информационных процессах. Таким образом, 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, и простое их перечисле­ние может привести к потере ощущения целостности техноло­гической системы (за деревьями не увидеть леса). Однако если провести структуризацию технологии, выделив такие крупные структуры, как процессы и процедуры, то концептуальная модель базовой информационной технологии.

Преобразование информации в данные.Однако прежде чем превратиться в данные, информация должна быть сначала собрана, соответствующим образом подготовлена и только после этого введена в ЭВМ, представ в виде данных на машинных носителях информации.

Процесс перевода информации в данные в технологичес­ких системах управления может быть полностью автоматизи­рован, так как для сбора информации о состоянии производ­ственной линии применяются разнообразные электрические датчики, которые уже по своей природе позволяют проводить преобразования физических параметров, вплоть до превраще­ния их в данные, записываемые на машинных носителях информации, без выхода на человеческий уровень представле­ния. Это оказывается возможным благодаря относительной простоте и однозначности информации, снимаемой датчика­ми (давление, температура, скорость и т.п.). В организацион­но-экономических системах управления осведомляющая о состоянии объекта управления информация семантически слож­на, разнообразна и ее сбор не удается автоматизировать. По­этому в таких системах информационная технология на этапе превращения исходной (первичной) информации в данные в основе своей остается ручной. На рис. 2.2 приведена последовательность фаз процесса преобразования информации в дан­ные в информационной технологии организационно-экономи­ческих систем управления.

Рис. 2.2. Процесс преобразования информации в данные

Сбор информации состоит в том, что поток осведомляю­щей информации, поступающей от объекта управления, вос­принимается человеком и переводится в документальную фор­му (записывается на бумажный носитель информации). Состав­ляющими этого потока могут быть показания приборов (на­пример, пробег автомобиля по спидометру), накладные, акты, ордера, ведомости, журналы, описи и т.п. Для перевода пото­ка осведомляющей информации в автоматизированный кон­тур информационной технологии необходимо собранную ин­формацию передать в места ее ввода в компьютер, так как ча­сто пункты получения первичной информации от них про­странственно удалены. Передача осуществляется, как прави­ло, традиционно, с помощью курьера, телефона.

Собранная информация для ввода должна быть предвари­тельно подготовлена, поскольку модель предметной области, заложенная в компьютер, накладывает свои ограничения на состав и организацию вводимой информации. В современных информационных системах ввод информации осуществляется по запросам программы, отображаемым на экране дисплея, и часто дальнейший ввод приостанавливается, если оператором проигнорирован какой-либо важный запрос. Очень важными на этапах подготовки информации и ввода являются процеду­ры контроля.

Контроль подготовленной и вводимой информации направ­лен на предупреждение, выявление и устранение ошибок, ко­торые неизбежны в первую очередь из-за так называемого "че­ловеческого фактора". Человек устает, его внимание может ослабнуть, кто-то может его отвлечь - в результате возникают ошибки. Ошибки при сборе и подготовке информации могут быть и преднамеренными. Любые ошибки приводят к искаже­нию вводимой информации, к ее недостоверности, а значит, к неверным результатам обработки и в конечном итоге к ошиб­кам в управлении системой. При контроле собранной и подго­товленной информации применяют совокупность Приемов, как ручных, так и формализованных, направленных на обнаруже­ние ошибок. Вообще процедуры контроля полноты и досто­верности информации и данных используются при реализации информационных процессов повсеместно и могут быть подразделены на визуальные, логические и арифметические. Визуальный метод широко используется на этапе сбора и под­готовки информации и является ручным. Логический и ариф­метический, являясь автоматизированными методами, приме­няются на последующих этапах преобразования данных.

При визуальном методе производится зрительный про­смотр документа в целях проверки полноты, актуальности, подписей ответственных лиц, юридической законности и т.д.

Логический метод контроля предполагает сопоставле­ние фактических данных с нормативными или с данными пре­дыдущих периодов обработки, проверку логической непроти­воречивости функционально-зависимых показателей и их групп и т.д.

Арифметический метод контроля включает подсчет контрольных сумм по строкам и столбцам документов, имею­щих табличную форму, контроль по формулам, признакам де­лимости или четности, балансовые методы, повторный ввод и т.п. Для предотвращения случайного или намеренного иска­жения информации служат и организационные, и специаль­ные мероприятия. Это четкое распределение прав и обязан­ностей лиц, ответственных за сбор, подготовку, передачу и ввод информации в системе информационной технологии. Это и автоматическое протоколирование ввода, и обеспечение сан­кционированного доступа в контур АИТ.

В настоящее время в нашей стране, как и во всем мире, персональные компьютеры все шире применяются на рабочих ме­стах служащих, ответственных за сбор, подготовку и предва­рительный контроль первичной информации. В этом случае используются автоматизированные подготовка и контроль со­бранной информации и, таким образом, фазы подготовки и ввода объединяются.

Ввод информации при создании информационной техноло­гии в организационно-экономической системе в конечном итоге является ручным - пользователь ЭВМ "набирает" инфор­мацию (алфавитно-цифровую) на клавиатуре, визуально конт­ролируя правильность вводимых символов по отображению на экране дисплея. Каждое нажатие клавиши - это преобразование символа, изображенного на ней, в электрический двоичный код т.е. в данное. Этап ввода- заключительный этап процесса преобразования исходной информации в данные. Конечно, сейчас есть, помимо клавиатуры, и другие устройства ввода, по­зволяющие убыстрить и упростить этот трудоемкий и изобилу­ющий ошибками этап, например сканеры или устройства вво­да с голоса. Однако указанные устройства, особенно последние, далеки от совершенства и имеют высокую стоимость.

Для решения задач информационной технологии, помимо ввода осведомляющей информации об объекте управления, необходимо также подготавливать и вводить информацию о структуре и содержании предметной области (т.е. модель объекта управления), а также информацию о последователь­ности и содержании процедур технологических преобразований для решения поставленных задач (т.е. алгоритмическую модель). Суть подготовки информации такого вида состоит в написании программ и описании структур и данных на специ­альных формальных языках программирования. Этап разра­ботки и ввода программ в настоящее время автоматизирован благодаря использованию развивающихся многофункциональ­ных систем программирования. С их помощью существенно облегчаются процесс создания программ, их отладка и ввод. Тем не менее сам процесс моделирования, т.е. разработки мо­делей предметной области решаемых задач и их алгоритми­ческой реализации, остается творческим и на этапе разработ­ки информационных технологий в своей основе практически не автоматизируем.

Таким образом, после сбора, подготовки, контроля и вво­да исходная информация (документы, модели, программы) превращается в данные, представленные машинными (двоич­ными) кодами, которые хранятся на машинных носителях и обрабатываются техническими средствами информационной технологии.

Следующие за вводом информационные процессы уже про­изводят преобразование данных в соответствии с поставленной задачей. Эти процессы 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. Из рис. 2.1 видно, что процесс обмена связан взаимными потока­ми данных со всеми информационными процессами на уровне переработки данных. При обмене данными можно выделить два основных типа процедур. Это процедуры 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 оперативно извле­кать в заданном объеме и по заданным признакам. Процеду­ры процесса накопления, таким образом, состоят в организа­ции хранения и актуализации данных. Хранение предполага­ет создание такой структуры расположения данных в памяти ЭВМ, которая позволила бы быстро и не избыточно накапли­вать данные по заданным признакам и не менее 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.

Наконец, процесс представления знаний включен в базовую информационную технологию как один из основных, посколь­ку высшим продуктом информационной технологии является знание. Формирование знания как высшего информационно­го продукта до недавнего времени являлось (да в основе своей является и сейчас) прерогативой человека. Однако оказать помощь человеку при решении не формализуемых или трудно формализуемых задач может автоматизированный процесс представления знаний. 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, ко­торую не удается представить в формальном виде. Таким об­разом, процесс представления знаний состоит из процедур по­лучения формализованных знаний и процедур генерации (выво­да) новых знаний из полученных. К сожалению, практическая реализация процесса представления знаний с помощью ЭВМ еще не достигла достаточно широкого применения в инфор­мационных технологиях. Это связано как с продолжающими­ся поисками форм представления знаний в теории искусствен­ного интеллекта, так и практическими трудностями при со­здании баз знаний. Тем не менее развитие теории искусствен­ного интеллекта продолжается, и в новом веке процесс пред­ставления знаний займет ключевое место в информационных технологиях.

1. 2. 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 связать параметры информационных процессов, а это означа­ет возможность реализации управления информационными процессами и процедурами.

На рис. 2.3 приведены состав и взаимосвязи моделей базо­вой информационной технологии. В зависимости от области применения и назначения информационной технологии моде­ли информационных процессов конкретизируются, а некото­рые могут и отсутствовать. Если, к примеру, информацион­ная технология проектируется на не объединенных в сеть АРМ, процесс обмена данными и соответственно его модели будут 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). 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.

Рис. 2.3. Состав моделей базовой информационной технологии

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

Модель обработки данныхвключает 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)на ло­гическом уровне представляют собой алгоритмы и програм­мы обработки данных и их структур. 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, несущую в себе смысловое содержание. В современных ЭВМ данные мо­гут быть отражены в виде текстовой информации, в виде графиков, изображений, звука, с использованием средств муль­тимедиа, которые интегрируют в компьютере все основные способы отображения.

Модель обмена даннымивключает 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 формальные со­глашения между ее пользователями, что реализуется в виде протоколов сетевого обмена. В свою очередь, передача дан­ных основывается на моделях кодирования, модуляции, кана­лов связи. На основе моделей обмена производится синтез си­стемы обмена данными, при котором оптимизируются топо­логия и структура вычислительной сети, метод коммутации, протоколы и процедуры доступа, адресации и маршрутизации.

Модель накопления данныхформализует 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 при реализа­ции информационной технологии. Логическая схема инфор­мационной базы (ЛСБ) должна формализовано описать ее 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) носителях информации.

Модель представления знанийможет 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).

Взаимная увязка базовых информационных процессов, их синхронизация на логическом уровне осуществляются через модель управления данными (УД). Так как базовые информаци­онные процессы оперируют данными, то управление данными - это управление процессами обработки, обмена и накопле­ния. На логическом уровне управление процессом накопления - это комплексы программ управления базами данных, получившие название систем управления базами дан­ных. С увеличением объемов информации, хранимых в базах данных, при переходе к распределенным базам и банкам дан­ных управление процессом накопления усложняется и не все­гда поддается формализации. Поэтому в АИТ при реализа­ции процесса накопления часто возникает необходимость в человеке - администраторе базы данных, который формиру­ет и ведет модель накопления данных, определяя ее содержа­ние и актуальное состояние.

1.3. Физический уровень

Физический уровень информационной технологии представ­ляет ее программно-аппаратную реализацию. При этом стре­мятся максимально использовать типовые технические сред­ства и программное обеспечение, что существенно уменьшает затраты на создание и эксплуатацию АИТ. С помощью про­граммно-аппаратных средств практически осуществляются базовые информационные процессы и процедуры в их взаи­мосвязи и подчинении единой цели функционирования. Та­ким образом, и на физическом уровне АИТ рассматривается как система, причем большая система, в которой выделяется несколько крупных подсистем (рис. 2.4). Это подсистемы, реа­лизующие на физическом уровне информационные процессы: подсистема обработки данных, подсистема обмена данными, подсистема накопления данных, подсистема управления данны­ми и подсистема представления знаний. С системой информа­ционной технологии взаимодействуют пользователь и проек­тировщик системы.

Рис. 2.4. 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. Обработка данных, т.е. их преобразование и отображение, производится с помощью программ решения задач в той предметной облас­ти, для которой создана информационная технология.

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 данныхреализуется 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, а также комплекс моделей решаемых технологией задач. 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 (см. рис. 2.4).

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.