Информационная технология: автоматизированная, глобальная, базовая и конкретная
Автоматизированная информационная технология (АИТ) имеет свои цели, методы и средства реализации. Их содержание состоит в следующем:
Целью АИТ является создание из информационного ресурса качественного продукта, удовлетворяющего потребностям пользователя.
Метод АИТ – методы обработки и передачи данных
Средства АИТ – математические, прикладные, информационные, технические и др.
При таком определении целей, методов и средств под АИТ понимают целостную систему, обеспечивающую целенаправленное создание, передачу, хранение и отображение информационного продукта (данных, идей, знаний) с наименьшими затратами и соответственными закономерностями той социальной среды, где разбивается ИТ.
Пркатическое приложение методов и средств обработки данных может быть различно, поэтому целесообразно выделить глобальную, базовую и конкретную технологии.
1) Глобальные ИТ включают модели, методы и средства, формализующие и позволяющие и позволяющие использовать информационный ресурс общества.
2) Базовая ИТ предназначена для определённой области применения (производство, научные исследования, обучение и т.д.)
3) Конкретные ИТ реализуют обработку данных при решении функциональных задач пользователей (например, задачи учёта, планирования, анализа).
Базовой является ИТ, ориентированная на определённую область применения. Любая ИТ слагается из взаимосвязанных информационных процессов, каждый из которых содержит определённый набор процедур, реализуемых с помощью информационных операций.
ИТ выступает как система функционирования, каждый элемент которой подчиняется общей цели функционирования системы – получения качественного информационного продукта из необходимого информационного ресурса в соответствии с поставленной задачей.
Как и базовая ИТ в целом, так и отдельный информационный процесс может быть представлен тремя уровнями: концептуальным, логическим и физическим.
Концептуальный определяет содержательный аспект ИТ или процесса.
Логический отражается в формализованных (модельных) описаниях.
Физический уровень раскрывает программно-аппаратную реализацию ИТ и информационных процессов.
Концептуальный уровень
При производстве информационного продукта исходный информационный ресурс в соответствии с поставленной задачей подвергается в определённой последовательности различным преобразованиям. Динамика этих преобразований отображается в протекающих информационных процессах. Таким образом, информационный процесс – процесс преобразования информации.
В результате, информация может изменить и содержание, и форму представления, причём как в пространстве, так и во времени.
Вазы преобразования информации в ИТ достаточно многочисленны, однако, если провести структуризацию технологий, выделив такие крупные структуры, как процесс и процедуры, то концептуальная модель базовой ИТ может быть представлена следующей схемой (рис. 12):
Рис. 12. Схема концептуальной модели базовой ИТ.
На этой схеме в левой части даны блоки информационных процессов, а в правой – блоки процедур. Блок в виде прямоугольника отражает оператор, в котором преобладают ручные или традиционные операции. Овальные формы блока соответствуют автоматическим операциям, воспроизводимым с помощью технических средств.
В верхней части схемы процессы и процедуры осуществляют преобразование информации, имеющей ярко выраженное смысловое содержание. Синтаксический аспект информации находится здесь на втором плане. В этом случае говорят о преобразовании собственно информации.
В нижней части схемы производится преобразование данных, то есть информации, представленной в машинном виде. На этом уровне представления преобладает синтаксический аспект информации.
Технология переработки информации начинается с формирования информационного ресурса, который после определённых целенаправленных преобразований должен превратиться в информационных продукт. Формирование информационного ресурса (получение исходной информации) начинается с процесса сбора информации, которая должна в информационном плане отобразить предметную область, то есть объект управления или исследования (его характеристики, параметры, состояния). Собранная информация для её оценки (по полноте, непротиворечивости, достоверности и т.д.) и последующих преобразованиях должна быть соответствующим образом подготовлена, осмысленна и структурирована, например, в виде таблиц.
После подготовки информация может быть передана для дальнейшего преобразования традиционными способами (с помощью телефона, почти, курьера), а может быть подвергнуты сразу процессу преобразования в машинные данные, то есть процессу ввода.
Процессы сбора, подготовки и ввода в ИТ 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, поэтических, механических и т.д.).
Следующие за вводом информационные процессы уже производят преобразование данных в соответствии с поставленной задачей. Эти процессы протекают в 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 преобразовании данных можно выделить 4 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 в форму, удобную для человеческого восприятия, то есть отображением. Отображённые данные – это уже информация.
Процедуры преобразования данных осуществляются по определённым алгоритмам и реализуются в ЭВМ с помощью набора машинных операций. Процедуры отображения переводят данные из цифровых кодов в изображения: текстовые, графические или звук.
Информационный процесс обмена предполагает обмен данных между процессами ИТ. Из схемы видно, что процесс обмена связан с взаимными потоками данных со всем информационными процессами на уровне переработки данных. При обмене данными можно выделить два основных типа процедур, это:
§ процедуры передачи по каналам связи и
§ сетевые процедуры,
позволяющие осуществить организацию вычислительных сетей.
Процедуры передачи данных реализуются с помощью операций кодирования и декодирования, модуляции и демодуляции, согласования и усиления сигналов. Процедура организации сетей включает в себя в качестве основных операций по коммутации потоков данных (трафика) и маршрутизации вычислительной сети.
Процесс обмена позволяет с одной стороны передавать данные между источником и получателем информации, а с другой – объединять информацию многих её источников.
Процесс накопления позволяет так преобразовать информацию в форме данных, что удаётся её длительное время хранить, постоянно обновлять и при необходимости оперативно извлекать заданном объёме 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, которое позволило бы быстро и не избыточно накапливать данные по заданным признакам и быстро осуществлять их поиск. В настоящее время ЭВМ имеет 2 основных запоминающих узлов:
§ оперативные (электронные);
§ внешние (на магнитных/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 ИТ. Актуализация данных осуществляется с помощью операции добавления новых данных к уже хранимым, корректировке данных и их уничтожения, если данные устарели и не могут быть использованы при решении функциональных задач в системе.
Процесс представления знаний включён в базовую ИТ как один из основных, поскольку высшим продуктом ИТ являются знания.
Формирование знаний как высшего информационного продута до недавнего времени являлось прерогативой человека. Однако, оказать помощь человеку при решении неформализуемых или трудно формализуемых задач может автоматизированный процесс представления знаний. В этом процессе объединяются процедуры формализации знаний, их накопление в формализованном виде и формальной генерации, то есть вывода новых знаний на основе накопленных в соответствии с поставленной задачей. Вывод нового знания – это эквивалент решения задачи, которую не удаётся представить в формальном виде.
Таким образом, процесс представления знаний состоит из процедур получения формализованных знаний и процедур генерации новых значений из полученных.
К сожалению, практическая реализация процесса представления знаний с помощью ЭВМ ещё не достигла достаточно широкого применения в ИТ. Это связано как с продолжающимися поисками форма представления знаний, теории ИИ (искусственного интеллекта), так и с практическими трудностями при создании баз знаний.
Считается, что в ближайшем будущем процесс представления знаний займёт ключевое место в ИТ. В зависимости от решаемых ИТ задач, удельный вес и взаимосвязь информационных процессов различны.
Логический уровень
Логический уровень ИТ представляется комплексом взаимосвязанных моделей, формализующих информационные процессы при технологических преобразованиях информации и данных. Формализованное (в виде модели) представление ИТ позволяет связать параметры информационных процессов, а это означает возможность реализации управления информационными процессами и процедурами.
В зависимости от области применения и назначения ИТ, модели информационных процессов конкретизируются, а некоторые могут отсутствовать. Например, в настоящее из-за того, что на рынке ИТ нет относительно недорогих надёжных и простых в эксплуатации интеллектуальных систем, процесс представления знания в структуре организуемой ИТ может отсутствовать.
Если, к примеру, ИТ проектируется не на объединённых в сеть АРМ (автоматизированных рабочих мест), процесс обмена данными и соответственно его моделями будет отсутствовать. Но наибольший эффект ИТ даёт тогда, когда в её составе используется весь набор информационных процессов.
Рис. 13. Состав и взаимосвязи базовой ИТ
На основе моделей предметной области (МПО), характеризующей объект управления, создаётся общая модель управления (ОМУ), а из неё вытекают модели решаемых задач (МРЗ). Так как решаемые задачи в ИТ 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 формируется 4 основных информационных процесса:
§ обработка;
§ накопление;
§ обмен;
§ представление знаний.
Модель обработки данных включается в себя формированное описание процедур организации вычислительного процесса преобразования и отображения данных. Под организацией вычислительного процесса (ОВП) понимают управление ресурсами компьютера (память, процессор, внешние устройства) при решении задач обработки данных. Эта процедура формируется в виде алгоритмов и программ системного управления компьютера. Комплексы таких алгоритмов и программ получили название операционных систем (ОС). ОС выступают в виде посредников между ресурсами компьютера и прикладными программами, организуя их работу.
Процедуры преобразования данных (ПД) на логическом уровне представляют собой алгоритмы программы обработки данных и их структур. Сюда включаются стандартные процедуры, такие как: сортировка, поиск, создание и преобразование статических 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) и воспринимаемую человеком информацию, несущую в себе смысловое содержание.
В современных ЭВМ данные могут быть отражены в виде текстовой информации, графиков, изображения, звука с использованием средств мультимедиа, которые интегрируют в компьютеры все основные способы отображения.
Модель обмена данных включается в себя формальное описание процедур, выполнимых в вычислительной сети: передачи (П), маршрутизации (М), коммутации (К). Именно эти процедуры и составляют информационные процессы обмена.
Для качественной работы сети необходимо формальное соглашение между её пользователями, что реализуется в виде протоколов сетевого обмена. В свою очередь, передача данных основывается на моделях кодирования, модуляции и каналов связи.
На основе моделей обмена производится синтез системы обмена данными, при котором оптимизируется технология и структура вычислительной сети, меток коммутации, протоколы и процедуры доступа, адресации и маршрутизации.
Модель накопления данных. Она нормализует описание базы, которая в компьютерном виде представляется как БД. Процесс перехода от информационного (смыслового) уровня к физическому отмечается трёхуровневой системой модулей представления информационной базы:
§ концептуальной,
§ логической,
§ физической
схемами.
Концептуальная схема информационных баз (КСБ) описывает информационное содержание предметной области, то есть какая и в каком объёме информация должна накапливаться при реализации ИТ.
Логическая схема информационной баз (ЛСБ) должна формализовано описывать её структуру и взаимосвязь элементов информации. При этом могут быть использованы различные подходы:
§ реляционный;
§ иерархический;
§ сетевой.
Выбор перехода определяет и СУБД, которая, в свою очередь, определяет физическую модель данных – физическую схему информационной базы (ФСБ), описывающую методы размещения данных и доступа к ним на машинных носителях информации.
В современных ИТ формирование модели предметной области и решаемых задач производится в основном человеком, что связано с трудностями формализации этих процессов, но, по мере развития теории и практики интеллектуальных систем, становится возможным формализовать человеческие знания, на основе которых и формируются вышеуказанные модели.
Модель представления знаний (МПЗ), включённая в модель ИТ, позволит проектировщику АИТ в автоматизированном режиме формировать из фрагментов модель предметной области, а также модели решаемых задач. Наличие этих моделей поможет пользователю в заданной предметной области выбрать необходимую ему модель задачи и решить её с помощью ИТ.
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)
§ интегральные (И)
Взаимная увязка базовых информационных процессов, их синхронизация на логическом уровне осуществляется через модель управления данными (УД). Так как базовые информационные процессы оперируют данными, то управление данными – это управление процессами обмена, обработки и накопления.
Управление процессом обработки данных означает управление организации вычислительного процесса, преобразования и отражениями данных в соответствии с моделью организации информационных процессов, основанных на модели решаемых задач.
При управлении процессом обмена управлению подлежат процедуры маршрутизации и коммутации вычислительной сети, а также передача сообщений по каналам связи. Управление данными в процессе управления означает организацию физического хранения в БД и её актуализацию, то есть добавление данных, их корректировку и уничтожение. Кроме того, должны быть подчинены управлению процедуры поиска, группировки, выбора и т.п.
На логическом уровне управление процессом накопления – это комплекс программ управления базами данных, получивший название “систему управления базой данных” (СУБД).
С увеличением объемов информации, хранимых в БД, при переходе к распределённым базам и банкам данных управление процессом накопления усложняется, и не всегда поддаётся формализации, поэтому АИТ при реализации процесса накопления часто возникает необходимость в человеке, администраторе БД, который формирует и ведёт модель накопления данных, определяя её содержимое и актуальное состояние.
Физический уровень
Физический уровень ИТ представляет её программно-аппаратную реализацию. При этом стремятся максимально использовать типовые технические средства и ПО, что существенно уменьшает затраты на создание и эксплуатацию АИТ.
С помощью программно-аппаратных средств практически осуществляются базовые информационные процессы и процедуры, их взаимосвязи и подчинение одной цели функционирования.
Рис. 14. Взаимосвязь подсистем базовой ИТ.
Таким образом, на физическом уровне АИТ рассматривается как система, причём большая система, в которой выделяется несколько крупных подсистем. Это подсистемы, реализующие на физическом уровне информационные процессы:
§ подсистема обработки данных;
§ подсистема обмена данных;
§ подсистема накопления данных;
§ подсистема управления данных;
§ подсистема представления данных.
С системой ИТ взаимодействую пользователь и проектировщик систем.
Для выполнения функций подсистемой обработки данных используются ЭВМ различных классов. В настоящее время при создании АИТ используются 3 вида ЭВМ:
§ Верхний уровень: Большие универсальные ЭВМ (Mainframe), способные накапливать и обрабатывать громадные объёмы информации и которые используются как главные ЭВМ.
§ Средний уровень: Абонентские вычислительные машины (Server).
§ Нижний уровень: ПК либо управляющие ЭВМ.
Обработка данных, то есть их преобразование и отображение, производится с помощью программ решения задач той предметной области, для которой создана ИТ.
В подсистему обмена данными входят комплексы программ и устройств, позволяющих реализовать вычислительную сеть и осуществить по ней передачу и приём сообщений с необходимыми скоростью и качеством. Физическими компонентами подсистемы обмена служат устройства приёма и передачи (модели-усилители, коммутаторы, кабели, специальные компьютеры, осуществляющие коммутацию и доступ к сетям). Программными компонентами подсистемы являются программы сетевого обмена, реализующие сетевые протоколы, кодирование/декодирование сообщений и т.д.
Подсистема накопления данных реализуется с помощью банков и баз данных, организованных на внешних устройствах компьютера и ими управляемых. В вычислительных сетях помимо локальных баз и банков данных используется организация распределённых банков данных и распределённой обработки данных. Аппаратно-программными средствами этой подсистемы являются компьютеры различных классов, соответствующее ПО.
Для автоматизированного формирования моделей предметной области из её фрагментов и моделей решаемых ИТ задач, создаётся подсистема представления знаний. На стадии проектирования ИТ проектировщик проектирует 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 ИТ. Реализация подсистем представления знаний производится, как правило, на ПК, программирование которых осуществляется с помощью пролого-подбных или алголо-подобных языков.
Подсистема управления данными организуется на компьютерах с помощью программных систем управления обработкой данных и организации вычислительного процесса, систем управления вычислительной сетью и СУБД. При больших объёмах накапливаемой на компьютере и циркулирующей по сети информации, на предприятиях, где внедрена ИТ, могут создаваться специальные службы, такие как администратор БД, администратор вычислительных систем и т.д..
Таким образом, ИТ имеет 3 уровня представления:
§ концептуальный
§ логический
§ физический
Последовательное рассмотрение этих трёх уровней представления позволяет облегчить восприятие при переходе от содержания цели ИТ к её физическому достижению.
