ЧЕРКАСИ 2012

Сотуленко О.О.

Конспект лекцій з дисципліни:

«Системний аналіз та проектування комп’ютерних інформаційних систем»

ТЕМА 1: ВСТУП

Сучасний стан суспільства характеризується застосуванням досягнень науково-технічного прогресу у всі сфери діяльності. Стан розвитку сучасного суспільства тісно пов'язаний із інформатизацією.

Інформатизація – це процес створення, розвитку та використання інформаційних засобів і технологій, що забезпечують суттєве покращення якості праці і умов життя в суспільстві. Інформатизація тісно зв’язана з використанням інформаційно-обчислюваних систем, з підвищенням рівня автоматизації технологічної, організаційно-економічної, науково-дослідної, адміністративної та інших видів діяльності.

Мета – це бажаний результат діяльності, що досягається за деякий інтервал часу.

План

< Мета > < Засоби >

Категорія – узагальнення понять.

Аналіз – розбиття на частини.

Синтез – об'єднання в єдине ціле.

< Аналіз > < Синтез > < Прийняття рішення >

< Мета > < Задача > < Методи > < Алгоритми > < засоби (ресурси) >

ТЕМА 2: ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ТА ВИЗНАЧЕННЯ

Системний аналіз – це методологія дослідження складних об'єктів як систем.

Системний аналіз відрізняється від інших методів тим, що:

- враховує принципову складність об’єкту, що досліджується;

- бере до уваги розгалужені та стійкі взаємозв’язки з оточенням;

- дозволяє виявляти нові властивості та зв'язки конкретного об'єкта дослідження на основі відомих властивостей складних систем;

- орієнтується на створення правильної постановки задачі;

- знаходить шлях, за допомогою якого можна складну проблему перетворити в простішу;

- системний аналіз завжди конкретний.

Головне завдання системного аналізу – це управління та прийняття рішень.

Головна концепція системного аналізу – це системний підхід.

Системний підхід – це методологія вирішення складних проблем.

Основні принципи системного підходу:

1) принцип глобальної мети;

2) принцип єдності;

3) принцип зв'язності;

4) принцип модульності;

5) принцип ієрархії;

6) принцип функціональності;

7) принцип розвитку;

8) принцип децентралізації;

9) принцип невизначеності.

Етапи системного підходу (складові):

1. Систематизація на основі проведення класифікації та впровадження.

2. Формалізація – використання формалізованого поняття «система» та проведення математичних та комп’ютерних експериментів.

3. Застосування методології ціле орієнтування системи – ціле орієнтація.

Цілеспрямована система – це система, результат функціонування якої спрямований на досягнення певної цілі.

Складні системи – це цілеспрямовані системи, що побудовані для розв’язування багатоцільових задач.

Пасивні системи – це пристрої, що використовуються для виконання вимог, які усвідомлені їх творцем.

Активні системи – це системи, що сприймають потреби для того, щоб формувати та реалізовувати дії із кількості альтернативних для задоволення власних потреб (цілеспрямовані).

Класифікація систем:

1. Пасивні та активні системи.

2. Відкриті та замкнені системи (відносно зовнішнього середовища).

3. За походженням:

- створені людиною;

- створені природою.

4. За видом елементів:

- абстрактні;

- фізичні.

5. За способом організації:

- ієрархічні;

- неієрархічні.

6. Складні та прості системи.

Проблема – це складне теоретичне та практичне питання, що потребує вивчення та вирішення.

Задача – це детально описана ціль.

Структура – це множина частин або елементів, які знаходяться у взаємодії та специфічному порядку, необхідному для реалізації функцій.

Структура системи – це стійка упорядкованість у просторі та часі її елементів та зв'язків.

Властивості системи:

1. Стійкість (Гурвіца, Рауса, Ляпунова, Маркова, Стілтьєса).

2. Спостережність.

3. Керованість.

4. Чутливість.

5. Надійність.

6. Грубість.

ТЕМА 3: СИСТЕМА ТА ВИКОРИСТАННЯ ЦЬОГО ПОНЯТТЯ В СИСТЕМНОМУ АНАЛІЗІ

Предметом любої наукової дисципліни являється визначений клас систем. Термін система , за останній період, є найбільш вживанішим терміном, який використовується для опису робіт в самих різних наукових дисциплінах. Цей термін став мати різний зміст при різних обставинах і для різних людей:

1. Зовнішнє визначення (узагальнене):

Система – частина середовища, яка виділена за визначеним законом для досягнення конкретної мети.

2. Внутрішнє визначення:

Система – це мережа зв’язних об’єктів (елементів).

3. Ідеалізоване визначення:

Формалізація поняття «система»

Система:=

- об'єкти реального світу:

- процес технологія (алгоритм). Алгоритм:

· лінійна послідовність,

· умовна послідовність,

· зворотній зв’язок (цикл),

· розгалудження

- подія

- явище.

Таким чином:

Система (1) – частина середовища, яка виділена за визначеним законом для досягнення конкретної мети.

Система (2) – цілісна множина об’єктів (елементів), що пов’язані взаємними відношеннями. Цілісність означає, що система відносно навколишнього середовища виступає і, відповідно, сприймається як дещо єдине.

Система (3) – порядок; поняття, гіпотези, теорії, наукові знання.

Формалізація системи: Будова Функція Адаптація

Властивості будови:

- кількість елементів (однотипні, різнотипні);

- Зв’язки, кількість зв’язків (однотипні, різнотипні.).

Є три визначення системи:

1. Система – це частина середовища, яка виділена за визначеним законом для досягнення конкретної мети.

2. Система – це множина взаємозв’язаних об’єктів (елементів).

3. Система – це впорядкована структура.

Мета – це бажаний результат діяльності, що досягається за деякий інтервал часу.

Задача – це бажаний результат діяльності, що досягається за заданий інтервал часу та характеризується набором кількісних даних чи параметрів цього результату.

Проблема – це потенційна мета або задача, до якої ще не знайдені альтернативні способи її розв’язання.

Формалізація структуризації

інф. i_c

t_c

з розвитком та ускладнення системи

Елементи інтеграція, комплексні елементи:

1. Композиція – об’єднання функціональних елементів.

2. Декомпозиція – розкладання складних елементів на прості.

Стан – перелік значень найбільш характерних ознак (показників).

Системи задаються:

1) формулами

2) схемами

Е₁ Е₂

3) графами

Граф потоків сигналів (Мейсона)

Вхід х = (х₁,х₂), вихід y = (y₁, y₂)

Матриця елементів: , матриця системи:

Види з’єднань:

1) послідовне (лінійне): (множення)

2) паралельне (розгалудження): (сума)

x₁ x₃

3) зі зворотнім зв’язком (цикл):

x₂

Основними ознаками системи, що відповідають дескриптивному визначенню «система», можуть бути:

- сукупність,

- зв'язок,

- об'єкт,

- підсистема,

- елемент,

- структура,

- організація,

- управління,

- мета,

- функція,

- функціонування,

- поведінка,

- ефективність,

- оптимальність.

Під сукупністю – можна розуміти поєднання, з'єднання, об'єднання об'єктів.

Зв'язок– обов'язкова властивість елементів системи. Вона розглядається як спосіб дії, взаємодії або відношення елементів між собою, що обумовлює структуру системи і її розміщення в просторі і вo часі.

Зазвичай розглядаються наступні типи зв'язків: матеріальні енергетичні, інформаційні. Це поняття характеризує одночасно і будову (статику), і функціонування (динаміку) системи. Зв'язок характеризується: напрямом (направлені і ненапрямлені), силоміць (сильні і слабкі), характером (зв'язки підпорядкування, рівноправні зв'язки), а також местомом додатка (внутрішні і зовнішні) і спрямованістю процесів в системі і її частинах (прямі і зворотні).

Підсистема – частина системи, що є сукупністю деяких її елементів, і що відрізняється підлеглістю, з точки зору виконуваних функцій. Підсистеми виділяються по функціональних і (або) технологічних ознаках. Назвою "підсистемою" підкреслюється, що така частина повинна володіти властивостями системи (зокрема, властивістю цілісності).

Елемент – частина системи, що володіє деякою самостійністю і що має зв'язки з іншими частинами. Елемент системи при даному розгляді об'єкту не підлягає подальшому розчленовуванню, тобто - це межа розчленовування системи з точки зору рішення конкретної задачі і поставленої мети. При дослідженні елементу нас повинні цікавити лише ті властивості, які визначають його взаємодію з іншими елементами. Зазвичай розглядають елементи однорідного, різнорідного і змішаного характеру.

Структура – сукупність елементів системи і зв'язку між ними. Це поняття походить від латинського слова structure, що означає будову, розташування, порядок. Виявлення структури дозволяє зафіксувати об'єкт як щось ціле. Структура під впливом функції багато в чому визначає властивості системи, у тому числі і загальносистемні властивості цілісності, ієрархічності і інтегративності. Вона також грає важливу роль у функціонуванні системи, забезпечуючи відносну її стійкість і сприяючи збереженню якісної визначеності системи. Із структурою системи тісно пов'язана її організація.

Організаційна структура – розуміється як взаємозв'язок об'єктів системи, що знаходяться на різних рівнях управління. При цьому зв'язок між об'єктами є спільним виконанням ними операцій по обробці потокової інформації, що йдуть з верхніх рівні управління вниз і на зворот.

Функціональна структура – розуміється як взаємозв'язок об'єктів системи що знаходяться, як правило, на одному рівні управління що здійснюється шляхом спільної обробки потоків інформації, матеріальних або енергетичних потоків на користь функціональної взаємодії для виконання своїх завдань.

Управління– сукупність інформаційних дій, для досягнення поставлених цілей.

Мета – область станів середовища і системи, яку необхідно досягти при функціонуванні системи. По іншому, мета– це "бажаний" стан її виходів, тобто деяке значення або підмножина значень функцій системи. Мета може бути заданою як із зовні і поставлена системою самою собі; у останньому випадку мета виражатиме внутрішні потреби системи.

Функціонування – здійснення різних процесів в системі при взаємодії з середовищем. Функціонування системи в часі називають її поведінкою.

В процесі функціонування система досягає певного результату – ефекту. Питання про ефективність системи, а тим більше формалізованому її вираженні можна вважати до цих пір не дозволеним, хоча певні вислови із цього приводу є.

Оскільки який би то не було ефект (результат), включаючи, можливо, і досягнення якої-небудь мети, є продуктом функціонування системи, то ефективність або результативність слід розуміти як міра досягнення результату, заданого її функцією, як міра відповідності дійсного результату тому, який повинен мати місце при всій облиште виконання системою своєї функції.

Інколи оптимум системи ототожнюється з ефективністю. У літературі визначення оптимуму – як екстремуму цільової функції системи, - страждає невизначеністю, оскільки неясно, який екстремум функції - максимум або мінімум - мається на увазі. Поняття оптимуму системи можна загалом визначити таким чином. Оптимум системи є максимально (мінімально) досяжним при наявних ресурсах значенням цільової функції системи.

Таким чином, система може бути ефективною, але не оптимальною; оптимальною, але неефективною і як ефективною, так і оптимальною. Як ефективність, так і оптимальність системи сильно залежать від того, наскільки ефективні і оптимальні її підсистеми, і навпаки, проте залежність тут не пряма: ефективність функціонування об'єктів сприяє ефективності системи в цілому, але не завжди наводить до неї через системну властивість інтегративності. Що стосується оптимуму, то тут ще складніша і суперечливіша залежність, яка може бути навіть зворотною: досягнення системою глобального оптимуму порушило б нормальне функціонування підсистем; а підсистеми не можуть одночасно досягти оптимуму, бо це може вивести за допустимі межі змінні інших підсистем.

ТЕМА 4:ЕТАПИ ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМ

Основними етапами дослідження систем є:

1) вербальна постановка завдання;

2) вибір показника ефективності (цільовій функції);

3) математична постановка завдання;

4) розробка моделі функціонування системи;

5) моделювання функціонування системи – порівняння альтернативних варіантів функціонування системи по вибраній цільовій функції (показнику ефективності);

6) ухвалення рішення.

Останній етап дуже важливий. Всі останні етапи існують ради того, аби було прийнято рішення про призначення, склад і структуру системи.