Структура информационной системы

ГЛАВА 1

ФПТ 2009

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Бабич Н.П., Жуков И.А. Компьютерная схемотехника. – Киев. МК-Пресс, 2004 -576 с.

А.П.Жмакин. Архитектура ЭВМ. – С-П. БХВ-Петербург, 2008 – 315 с.

А.В.Кузин, М.А.Жаворонков. Микропроцессорная техника. Учебник – М. Академия, 2006 -301 с.

А.Н.Морозевич и др. МикроЭВМ, микропроцессоры и основы программирования. Минск. Высшая школа, 1990 – 348 с.

Н.П.Сергеев, Н.П.Башкевич. Основы вычислительной техники. Учебное пособие для ВУЗов – М. Высшая школа, 1988 – 308 с.

1.1 Информатика, информация, сигналы и их представление

Информатика -наука об общих свойствах и закономерностях информации, а также методах её поиска, передачи, хранения, обработки и использования в различных сферах деятельности человека. Как наука сформировалась в результате появления ЭВМ. Включает в себя теорию кодирования информации, разработку методов и языков программирования, математическую теорию процессов передачи и обработки информации.

Научное определение понятия «информа­ция» — одна из наиболее актуальных и фундамен­тальных проблем в условиях современной информа­тизации общества.

Термин «информация» (от латин. informatio — разъяснение, изложение, сведения) означает совокупность некоторых све­дений, сообщений, данных, знаний.

В начальном и более узком значении информация — это атрибут разум­ных существ, людей; любые сведения, данные, факты, полученные с помо­щью органов чувств (зрения, слуха, обоняния, вкуса и осязания), а также из опыта, наблюдений или путем рассуждений.

Информация фиксируется в материальной форме для сообщения другому существу или самому себе. При таком понимании любая информация содер­жит два компонента: содержательный и материальный. То есть, во-первых, информация должна быть понятной тем, для кого предназначена (содержа­тельный компонент), во-вторых, представлена на том или ином носителе (материальный компонент). Разделение этих понятий приводит к такому со­отношению между ними: (абстрактная) информация передается с помощью (конкретных) сообщений.

Сообщение — это форма представления информации с помощью языка знаков, жестов, сигналов и т. п.

Сообщения используются как в живой при­роде, так и в технике. Например, между людьми сообщения передаются в ус­тной или письменной форме, между устройствами — с помощью сигналов.

Соотношение между сообщением и информацией не взаимно однозначно. Одна и та же информация может быть передана с помощью разных сообщений, одно и то же сообщение может нести разную информацию для разных людей.

Таким образом, можно сказать, что для связи между сообщением N и ин­формацией I решающим является некоторое отображение а, представляю­щее собой результат соотношения между отправителем и приемником ин­формации, которое называется «правилом интерпретации». Это правило можно записать следующим образом:

N I.

Главным моментом в пони­мании информации является соотношение источника и приемника сообще­ний.

Информацию можно классифицировать по следующим признакам:

—способу восприятия: визуальная, звуковая, тактильная, обонятельная, вкусовая;

—способу отображения: текстовая, числовая, графическая, музыкаль­ная, комбинированная;

—общественному значению: массовая (повседневная, общественно-поли­тическая, эстетическая), специальная (научная, производственная, техни­ческая и т. п.).

Информация способствует принятию решении. Для этого она должна об­ладать такими свойствами, как:

- полнота - мера представления об объекте информации, необходимая для принятия правильного решения;

- ценность (полезность) — максимально возможная польза, которую способна принести информация для достижения цели;

- достоверность (объективность) — истинность представлений об источнике информации;

- доступность (понятность, ясность) — способность адресата к восприятию информации;

- актуальность — получение информации в нужный момент.

Если сообщение не несет информацию, обладающую перечисленными свойствами, то говорят, что оно несет шум. Любая закодированная информа­ция без знания кода превращается в шум, однако при раскодировании шум превращается в информацию.

При передаче сообщения по каналам связи с помощью сигналов может произойти преобразование информации, и тогда она частично или полностью может превратиться в шум. Если воздействие, которому подверглась инфор­мация при передаче, известно, результат этого воздействия можно попробо­вать снять и шум превратить в информацию.

Информация, подготов­ленная для обработки на компьютерах, называется данными.

Знак — это элемент конечного набора (алфавита), который служит для кодирования информации, например, тексты на естественных языках кодируются с помощью букв, входящих в алфавит данного языка, музыка — с помощью нот, числа — с помощью цифр.

Сигнал — это изменение некоторой физической величины во времени, которое характеризуется определенными параметрами.

При передаче уст­ного языкового сообщения (а также музыки, звуков) мы имеем дело с бес­прерывным сигналом, который называется аналоговым. Сигнал называется дискретным, если параметр сигнала может принимать конечное количество значений. Сообщения, передающиеся с помощью сигналов, называются соот­ветственно аналоговыми и дискретными (или говорят, что сообщения несут аналоговую или дискретную информацию).

Хранение — это фиксация информации на внешних носителях с помощью условных обозначений. Эти обозначения называются кодами, а запись ин­формации с помощью определенных кодов — кодированием.

Носитель сообщений — материальный объект, предназначенный для хранения и транспортировки сообщений.

Разные носители сообщений допускают и различные способы их нанесе­ния. Наиболее распространенным носителем является бумага. Данные ре­гистрируются на ней путем изменения оптических характеристик ее поверх­ности. Изменение оптических свойств также используется в устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с по­крытием, отражающим свет (CD-ROM). Носителями, использующими изме­нение магнитных свойств, можно назвать магнитные ленты и диски.

Обработка сообщений включает обработку информации, содержащейся в сообщении, или изменение типа носителя.

Обработка информации предусматривает множество различных опера­ций:

- сбор — накопление информации с целью обеспечения достаточной полно­ты для принятия решения;

- формализация — приведение данных, поступающих из разных источников, к единообразной форме (сделать их пригодными для сравнения между собой, т. е. повысить уровень их доступности);

- фильтрация — отсеивание «лишних» данных, в которых нет необходи­мости для принятия решений (при этом должен уменьшиться уровень «шума», а достоверность и адекватность данных — возрасти);

- сортировка — упорядочение информации по заданным признакам (сде­лать удобной в использовании, повысить уровень ее доступности);

- архивирование — организация хранения в удобной и легкодоступной форме, которая служит для снижения затрат по хранению информации, повышает ее надежность;

- защита — комплекс мероприятий, направленных на предотвращение по­тери, воспроизведение и модификацию информации;

- транспортировка — прием и передача информации между отдаленными участниками информационного процесса;

- преобразование — перевод информации из одной формы в другую или из одной структуры в другую.

Преобразование также часто связано с изменением типа носителя. Напри­мер, книги можно сохранять в обычной бумажной форме, а можно исполь­зовать для этого и электронную форму, и микропленку. Необходимость в многоразовой обработке сообщений возникает также в случае ее транспор­тировки. Например, для транспортировки цифровых потоков данных по каналам телефонных сетей необходимо преобразование цифровых данных в какое-либо подобие звуковых сигналов, которое осуществляют специальные устройства — модемы.

Сообщения поступают от источника к приемнику по каналу связи с по­мощью сигналов. Современные способы передачи информации используют классическую схему Шеннона:

Источник информации Канал связи Приемник информации

Каналом связи могут служить радио, телефонные, спутниковые и другие линии связи. С помощью каналов связи компьютеры объединяются в ком­пьютерные сети.

Кодирование языковых сообщений происходит при помощи естественного языка устным или письменным способом. Устное сообщение передает нам ин­формацию с помощью звуковых сигналов, письменное — с помощью конеч­ного набора специальных знаков — алфавита.

В вычислительной технике широко используется двоичное кодирование. Такая форма представления информации позволяет максимально упростить конструкцию дешифратора, которому необходимо распознавать только два состояния. Информация кодируется последовательностью, состоящей из цифр 0 и 1. Один двоичный разряд называется битом (bit — binary digit — двоичная цифра), 8 связанных битов называются байтом.

Кодированию подлежат числа, тексты, изображения, звуки.

Кодирование чисел. Числа в компьютере представляются в двоичной сис­теме счисления. Алфавитом двоичной системы счисления является множест­во {0, 1}. Основа двоичной системы счисления — число 2. Общий вид числа в двоичной системе счисления:

а_n а_n-1... а₁ а₀ =a_n pⁿ + a_n-1 p^n-1 + … + a₁ p¹ + a₀ p⁰

Кодирование текста. Каждому символу ставится в соответствие некоторое двоичное число. Правила кодирования записаны в специальной таблице, ко­торая называется кодовой. С ее помощью устанавливается соответствие меж­ду символами алфавита и двоичными числами. Эти числа называются кодами символов и соответствуют внутреннему представлению символов в компьюте­ре. За основу кодирования в ПК была выбрана кодовая таблица ASCII (American Standart Code for Information Interchanger — американский стандарт кодов для обмена информацией). Существуют и другие кодовые таблицы.

Кодирование изображений. Кодирование изображений зависит от типа графического изображения.

Изображение на экране монитора представляет собой совокупность точек, которые называются пикселями.

Для кодирования одной точки черно-белого изображения достаточно одно­го бита. Черная точка обозначается 0, а белая — 1.

Для кодирования каждого пикселя цветного изображения нужны допол­нительные биты. Например, для кодирования изображения из 16 цветов с лю­бым пикселем нужно связать 4 бита информации (2⁴ = 16), из 256 цветов — 8 бит информации (2⁸ = 256). Чтобы установить соответствие между кодом и цветом, принято прилагать небольшую таблицу, в которой конкретно ука­зано, какой индекс (код) какому реальному цвету соответствует. Эту таблицу называют индексной палитрой.

Изображением High Color называется изображение, имеющее 65 536 цве­тов. В этом режиме на кодирование цвета каждой точки необходимо 16 битов (2 байта). К таким изображениям индексная палитра не прилагается, в них используется стандартная (фиксированная) палитра.

Для кодирования цвета каждой точки изображения True Color использу­ется 24 бита (3 байта). Первый байт (от 0 до 255) выражает яркость красного цвета, второй — зеленого и третий — синего. Из этих трех значений компью­тер составляет промежуточные цвета, количество которых может достигать 16,7 млн. Такой метод кодирования можно считать приближенным к «абсо­лютному». В этом случае не нужны дополнительные таблицы-палитры, пос­кольку в этом режиме количество цветов приближается к количеству цветов, различимых глазом человека.

Кодирование звука. Звуковая информация представляется в виде последо­вательности элементарных звуков (фонем) и пауз между ними.

Специальное кодирование с целью защиты информации называется шиф­рованием (в наше время этой проблемой занимается наука криптология).

Структура информационной системы

Под системой понимают любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как объединенная в интересах достижения постав­ленных целей совокупность разнородных элементов.

Информационная система (ИС) — взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и вы­дачи информации в интересах достижения поставленной цели.

Современное понимание ИС предполагает использование в качестве ос­новного технического средства переработки информации персонального ком­пьютера. В крупных организациях наряду с персональным компьютером в состав технической базы ИС может входить мэйнфрейм или суперЭВМ.

Необходимо понимать разницу между компьютерами и ИС. Компьютеры, оснащенные специализированными программными средствами, являются технической базой и инструментом для ИС. Без персонала, взаимодействую­щего с компьютерами и телекоммуникациями, ИС немыслима.

Структуру ИС составляет совокупность отдельных ее частей, называемых подсистемами (часть системы, выделенная по какому-либо признаку.)

Общую структуру ИС можно рассматривать как совокупность подсистем независимо от сферы применения. Таким образом, структура любой ИС мо­жет быть представлена совокупностью обеспечивающих подсистем.

Информационное обеспечение состоит в своевременном формировании и выдаче достоверной информации для принятия решений.

Техническое обеспечение — комплекс технических средств, обеспечива­ющих работу ИС, а также соответствующая документация на эти средства и технологические процессы. Комплекс технических средств составляют: компьютеры любых моделей; устройства сбора, накопления, обработки, пе­редачи и вывода информации; устройства передачи данных и линии связи; оргтехника и устройства автоматического считывания информации; эксплу­атационные материалы и др.

Математическое и программное обеспечение — совокупность матема­тических методов, моделей, алгоритмов и программ для реализации целей и задач информационной системы, а также нормального функционирования комплекса технических средств.

Организационное обеспечение — совокупность методов и средств, регла­ментирующих взаимодействие работников с техническими средствами и меж­ду собой в процессе разработки и эксплуатации информационной системы.

Правовое обеспечение — совокупность правовых норм, определяющих со­здание, юридический статус и функционирование информационных систем, регламентирующих порядок получения, преобразования и использования информации.

Информационное обеспечение ИС является средством для решения следую­щих задач:

- однозначного и экономичного представления информации в системе (на основе кодирования объектов);

- организации процедур анализа и обработки информации с учетом характера связей между объектами (на основе класси­фикации объектов);

- организации взаимодействия пользователей с системой (на основе экранных форм ввода-вывода данных);

- обеспечения эффективного использования информации в контуре управления деятельностью объекта ав­томатизации (на основе унифицированной системы документации).

Информационное обеспечение ИС включает два комплекса:

- внемашинное информационное обеспечение (классификаторы технико-экономической ин­формации, документы, методические инструктивные материалы);

- внутри-машинное информационное обеспечение (макеты/экранные формы для ввода первичных данных в ЭВМ или вывода результатной информации, структуры информационной базы: входных, выходных файлов, базы данных).

Внемашинное информационное обеспечение обеспечивает эффективный поиск, обработку на ЭВМ и передачу по каналам связи технико-экономичес­кой информации, ее необходимо представить в цифровом виде. С этой целью ее нужно сначала упорядочить (классифицировать), а затем формализовать (закодировать) с использованием классификатора.

Основной компонентой внемашинного информационного обеспечения ИС является система документации, применяемая в процессе управления эконо­мическим объектом. Под документом понимается определенная совокупность сведений, используемая при решении технико-экономических задач, распо­ложенная на материальном носителе в соответствии с установленной формой.

Внутримашинное информационное обеспечение включает макеты (экран­ные формы) для ввода первичных данных в ЭВМ или вывода результатной информации, и структуры информационной базы: входных, выходных фай­лов, базы данных.

Электронная форма документа — это страница с пустыми полями, остав­ленными для заполнения пользователем. Формы могут допускать различный тип входной информации и содержать командные кнопки, переключатели, выпадающие меню или списки для выбора.

Основной частью внутримашиннного информационного обеспечения яв­ляется информационная база (ИБ) — совокупность данных, организован­ная определенным способом и хранимая в памяти вычислительной системы в виде файлов, с помощью которых удовлетворяются информационные потреб­ности управленческих процессов и решаемых задач.

С точки зрения программно-аппаратной реализации можно выделить ряд типовых архитектур ИС.

Традиционные архитектурные решения основаны на использовании вы­деленных файл-серверов или серверов баз данных. Существуют также вари­анты архитектур информационных систем, базирующихся на технологии Internet (Intranet-приложения). Следующая разновидность архитектуры информационной системы основывается на концепции «хранилища данных» (DataWarehouse) — интегрированной информационной среды, включающей разнородные информационные ресурсы. И, наконец, для построения гло­бальных распределенных информационных приложений используется архи­тектура интеграции информационно-вычислительных компонентов на осно­ве объектно-ориентированного подхода.