Технологии разработки информационных систем
Измерение информации
Рассмотрим два способа измерения информации.
Первый способ отражает вероятностный подход к измерению информации.
Рассмотрим некоторый алфавит из N символов, где pi(i= 1, 2, ..., N) — вероятность выбора из этого алфавита i-ой буквы для описания (кодирования) некоторого состояния объекта. Каждый такой выбор уменьшит степень неопределенности в сведениях об объекте и, следовательно, увеличит количество информации о нем. Для определения среднего значения количества информации, приходящейся в данном случае на один символ алфавита, применяется формула
.
В случае равновероятных выборов pi = 1/N. Подставляя это значение в исходное равенство, мы получим
.
Пример. Пусть из набора 32 возможных чисел необходимо выбрать одно определенное число, получая на каждую попытку ответ «да» или «нет». Воспользуемся приведенной выше формулой, чтобы узнать то количество попыток, которое гарантирует нам отгадку нужного числа, т.е. количество информации, необходимое нам для выбора задуманного числа: Н = log2N = log232 = 5.
Рассмотрим еще одну задачу, решение которой связано с вероятностным подходом к измерению количества информации: кодовый замок сейфа должен включать не менее 1000 уникальных комбинаций. Сколько двухпозиционных переключателей необходимо включить в его конструкцию? Решение: Н = log21000. Нне является целым числом. Для гарантированного получения 1000 уникальных комбинаций заменим 1000 на 1024 — ближайшую к нему степень числа 2. log21024 = 10. Ответ: в конструкцию необходимо включить 10 двухпозиционных переключателей.
Второй способ, так называемый объемный. При алфавитно-цифровом представлении информации любое слово, являющееся последовательностью символов, становится информацией. Число символов в слове называется его длиной. Каждый новый символ увеличивает количество информации, представленной последовательности символов выбранного алфавита. Для измерения количества информации надо выбрать соответствующий эталон. Эталоном для подсчета количества информации, представленной последовательностью символов, логично считать слово минимальной длины, то есть состоящее из одного символа. Количество информации, содержащееся в слове из одного символа, принимают за единицу. Если мы конструируем сообщения, используя двузначный алфавит из двух цифр 0 и 1, то величина способная принимать два различных значения (0 и 1), становится эталонной единицей количества информации, называемой бит (binary digit- двоичный разряд).
В общей теории информации в качестве эталона меры для нее выбирается некоторый абстрактный объект, который может находиться в одном из двух состояний (например, включен / выключен, да / нет, 0 / 1 и т. п.), или, как еще говорят, бинарный объект. Говорят, что такой объект содержит информацию в 1 бит. Данный метод измерения информации во многом был предопределен возможностями ее хранения в различных технических устройствах, где на элементарном уровне информация запоминается с помощью магнитно-электрических устройств, которые могут находиться в одном из двух возможных состояний. Данное решение позволяет гармонично связать методы измерения информации с бинарной (двоичной) организацией системы ее хранения.
Сравнивая с эталоном, можно установить объем информации, содержащейся в слове, записанном в том же двузначном алфавите. Но при представлении информации в виде последовательности слов, составленных из символов двоичного алфавита, становится невозможным раскодирование, то есть понимание полученной информации. Понять ее можно только при условии наличия соглашения о фиксированной длине последовательностей из 0 и 1, составляющих слово в представленной информации. Такой длиной стали считать восемь символов (нулей и единиц) — 8 бит. Величина количества информации в 8 бит называется байтом. При работе с большими объемами информации для подсчета ее количества удобнее пользоваться более крупными единицами. Например, обозначают:
1 килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 210 байт,
1 мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 220 байт,
1 гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 230 байт.
В десятичной системе счисления единица измерения —дит (десятичный разряд).
Пример. Сообщение в двоичной системе в виде двоичного кода 10111011 имеет объем данных VД= 8 бит = 1 байт. Сообщение в десятичной системе 275903 имеет объем данных VД=6 дит.
Информационные процессы
Процессы, связанные с поиском, хранением, передачей, обработкой и использованием информации, называются информационными процессами.
Теперь остановимся на основных информационных процессах.
Поиск
Поиск информации - это извлечение хранимой информации. Методы поиска информации:
• непосредственное наблюдение;
• общение со специалистами по интересующему вас вопросу;
• чтение соответствующей литературы;
• просмотр видео, телепрограмм;
• прослушивание радиопередач, аудиокассет;
• работа в библиотеках и архивах;
• запрос к информационным системам, базам и банкам компьютерных данных;
• другие методы.
Понять, что искать, столкнувшись с той или иной жизненной ситуацией, осуществить процесс поиска - вот умения, которые становятся решающими на пороге третьего тысячелетия.
Сбор и хранение
Сбор информации не является самоцелью. Чтобы полученная информация могла использоваться, причем многократно, необходимо ее хранить.
Хранение информации - это способ распространения информации в пространстве и времени.
Способ хранения информации зависит от ее носителя (книга - библиотека, картина - музей, фотография - альбом).
ЭВМ предназначен для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к ней.
Информационная система - это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска и размещения и выдачи информации. Наличие таких процедур - главная особенность информационных систем, отличающих их от простых скоплений информационных материалов. Например, личная библиотека, в которой может ориентироваться только ее владелец, информационной системой не является. В публичных же библиотеках порядок размещения книг всегда строго определенный. Благодаря ему поиск и выдача книг, а также размещение новых поступлений представляет собой стандартные, формализованные процедуры.
Передача
В процессе передачи информации обязательно участвуют источник и приемник информации: первый передает информацию, второй ее получает. Между ними действует канал передачи информации - канал связи.
Канал связи - совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сигнала от источника к получателю.
Кодирующее устройство - устройство, предназначенное для преобразования исходного сообщения источника к виду, удобному для передачи.
Декодирующее устройство - устройство для преобразования кодированного сообщения в исходное.
Деятельность людей всегда связана с передачей информации.
В процессе передачи информация может теряться и искажаться: искажение звука в телефоне, атмосферные помехи в радио, искажение или затемнение изображения в телевидении, ошибки при передачи в телеграфе. Эти помехи, или, как их называют специалисты, шумы, искажают информацию. К счастью, существует наука, разрабатывающая способы защиты информации - криптология.
Каналы передачи сообщений характеризуются пропускной способностью и помехозащищенностью.
Каналы передачи данных делятся на симплексные (с передачей информации только в одну сторону (телевидение)) и дуплексные (по которым возможно передавать информацию в оба направления (телефон, телеграф)). По каналу могут одновременно передаваться несколько сообщений. Каждое из этих сообщений выделяется (отделяется от других) с помощью специальных фильтров. Например, возможна фильтрация по частоте передаваемых сообщений, как это делается в радиоканалах.
Пропускная способность канала определяется максимальным количеством символов, передаваемых ему в отсутствии помех. Эта характеристика зависит от физических свойств канала.
Для повышения помехозащищенности канала используются специальные методы передачи сообщений, уменьшающие влияние шумов. Например, вводят лишние символы. Эти символы не несут действительного содержания, но используются для контроля правильности сообщения при получении.
С точки зрения теории информации все то, что делает литературный язык красочным, гибким, богатым оттенками, многоплановым, многозначным,- избыточность. Например, как избыточно с таких позиций письмо Татьяны к Онегину. Сколько в нем информационных излишеств для краткого и всем понятного сообщения "Я Вас люблю!"
4. Обработка.
Обработка информации - преобразование информации из одного вида в другой, осуществляемое по строгим формальным правилам.
| Примеры обработки информации | |||||||
| Примеры | Входная информация | Выходная информация | Правило | ||||
| Таблица умножения | Множители | Произведение | Правила арифметики | ||||
| Определение времени полета рейса "Москва-Ялта" | Время вылета из Москвы и время прилета в Ялту | Время в пути | Математическая формула | ||||
| Отгадывание слова в игре "Поле чудес" | Количество букв в слове и тема | Отгаданное слово | Формально не определено | ||||
| Получение секретных сведений | Шифровка от резидента | Дешифрованный текст | Свое в каждом конкретном случае | ||||
| Постановка диагноза болезни | Жалобы пациента + результаты анализов | Диагноз | Знание + опыт врача |
Обработка информации по принципу "черного ящика" - процесс, в котором пользователю важна и необходима лишь входная и выходная информация, но правила, по которым происходит преобразование, его не интересуют и не принимаются во внимание.
"Черный ящик" - это система, в которой внешнему наблюдателю доступны лишь информация на входе и на выходе этой системы, а строение и внутренние процессы неизвестны.
5Использование
Информация используется при принятии решений.
• Достоверность, полнота, объективность полученной информации обеспечат вам возможность принять правильное решение.
• Ваша способность ясно и доступно излагать информацию пригодится в общении с окружающими.
• Умение общаться, то есть обмениваться информацией, становится одним главных умений человека в современном мире.
Компьютерная грамотность предполагает:
• знание назначения и пользовательских характеристик основных устройств компьютера;
• Знание основных видов программного обеспечения и типов пользовательских интерфейсов;
• умение производить поиск, хранение, обработку текстовой, графической, числовой информации с помощью соответствующего программного обеспечения.
Информационная культура пользователя включает в себя:>
• понимание закономерностей информационных процессов;
• знание основ компьютерной грамотности;
• технические навыки взаимодействия с компьютером;
• эффективное применение компьютера как инструмента;
• привычку своевременно обращаться к компьютеру при решении задач из любой области, основанную на владении компьютерными технологиями;
• применение полученной информации в практической деятельности.
6. Защита.
Защитой информации называется предотвращение:
• доступа к информации лицам, не имеющим соответствующего разрешения (несанкционированный, нелегальный доступ);
• непредумышленного или недозволенного использования, изменения или разрушения информации.
Под защитой информации, в более широком смысле, понимают комплекс организационных, правовых и технических мер по предотвращению угроз информационной безопасности и устранению их последствий.
Вычислительная система (ВС)
– совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для сбора, хранения, обработки и распределения информации.
Создание ВС преследует следующие основные цели:
· повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных;
· повышение надежности и достоверности вычислений;
· предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.
Отличительной особенностью ВС по отношению к классическим ЭВМ является наличие в ней нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.
Параллелизм выполнения операций существенно повышает быстродействие системы; он может также значительно повысить и надежность (при отказе одного компонента системы его функции может взять на себя другой), и достоверность функционирования системы, если операции будут дублироваться, а результаты их выполнения сравниваться.
Параллелизм в вычислениях в значительной степени усложняет управление вычислительным процессом, использование технических и программных ресурсов. Эти функции выполняет операционная система ВС.
Несмотря на то, что классическим является многомашинный вариант ВС, в ВС может быть только один компьютер, но агрегированный с многофункциональным периферийным оборудованием (стоимость периферийного оборудования часто во много раз превосходит стоимость центральных устройств компьютера). В компьютере может быть как несколько процессоров (тогда имеет место также классический многопроцессорный вариант ВС), так и один процессор (если не брать в расчет специализированные процессоры, входящие в состав периферийных устройств).
В многомашинной вычислительной системе несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеет общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.
Технологии разработки информационных систем
| 18.01.2012, 19:56 | ||||
К настоящему моменту в области проектирования информационных систем (ИС), называемых также автоматизированными, программными, информационно-вычислительными и т.п., сложилось самостоятельное направление - дисциплина CASE-технологий. Термин CASE (Computer Aided Software Engineering) означает "компьютерная поддержка проектирования программного обеспечения" и связан с появлением так называемых CASE-средств - программных продуктов нового типа, предназначенных для автоматизации разработки ИС. CASE-технологии представляют собой совокупность методологий проектирования и сопровождения ИС на всем его жизненном цикле, поддержанную комплексом взаимоувязанных CASE-средств. Основная цель состоит в том, чтобы отделить проектирование информационной системы от кодирования. Разработчику предоставляются удобные автоматизированные графические средства моделирования структуры ИС, заменяющие карандаш и бумагу, а также средства, позволяющие автоматизировать рутинные операции - кодогенерацию, формирование баз данных, конверсию файлов в новые форматы и т.д. Можно выделить следующие составляющие CASE-технологий - регламент (последовательность этапов проектирования), методология и инструментальные средства поддержки. Рассмотрим регламент технологического процесса проектирования ИС и используемые методологии, обращая особое внимание на использование в них системного подхода. Последовательность проектирования ИС (регламент) Регламент - руководящие указания по составу этапов проектирования, их последовательности, правила распределения и использования операций и методов. Нужно отметить, что регламенты различных технологий проектирования ИС незначительно отличаются друг от друга. Фактически сложилась некоторая типовая последовательность проектирования (ТПП), используемая различными технологиями в той или иной вариации. Типовая последовательность проектирования и использования ИС сложилась еще в начале 70-х гг. и включает в себя следующие укрупненные этапы, соответствующие этапам жизненного цикла системы: 1. Анализ - определение требований, функций системы. 2. Проектирование - определение подсистем и их интерфейсов. 3. Реализация (программирование) - разработка подсистем и их интерфейсов. 4. Компоновка (интеграция) - соединение подсистем в единое целое. 5. Тестирование (верификация) - проверка работы системы. 6. Внедрение (инсталляция) - введение системы в действие. 7. Эксплуатация - использование системы, сопровождение и анализ опыта эксплуатации. В разное время и в разных "школах" проектирования разрабатывались более детальные технологии. При этом разбиение работ на этапы и их названия менялись. Соответствующие технологии организации работ рекомендовались официально, фиксировались в стандартах (ГОСТы, ANSI, ISO), описывались в монографиях, учебниках и во многих отраслях широко использовались. Несмотря на все различия предлагаемых технологий можно выделить этапы, общие для большинства методик. В таблице 5.1 приведена такая типовая последовательность этапов проектирования, составленная Е.З. Зиндером [19]. Для сравнения в таблице 5.1 приведена технология SSADM, официально принятая в качестве государственного стандарта Великобритании [20]. Таблица 5.1 Технологии разработки информационных систем
Создание промышленной информационной технологии SSADM (Structured System Analysis and Design Method), координируемое и финансируемое Государственным агентством по информатике и вычислительной технике Великобритании, началось еще с середины 70-х годов. В 1981 году данная технология была объявлена открытым отраслевым стандартом. В течение 80-х годов технология SSADM получила широкое распространение сначала в Великобритании, а затем и за ее пределами. Этому способствовало создание CASE-средств поддержки - инструментальных программных средств проектирования. В середине 1993 года технология SSADM была официально принята в качестве государственного стандарта Великобритании [20]. Если состав этапов, их назначение за прошедшие четверть века менялись незначительно, то схема их применения, порядок следования этапов и организация работ менялись кардинально. Традиционная схема, используемая в 70-е - начало 80-х гг., называемая каскадной или водопадной моделью, предполагает строгое детерминированное следование этапов анализа, проектирования, реализации, внедрения и эксплуатации ИС по единому заранее разработанному плану. Положительные стороны данной схемы [19]: - на каждом этапе формировался законченный набор проектной и пользовательской документации, отвечающий критериям полноты и согласованности, описывающий все предусмотренные стандартами виды обеспечений (информационное, программное, техническое, методическое, организационное); - логическая последовательность этапов работ позволяла планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты. Однако каскадная модель имеет и существенные недостатки: - "несоответствие требованиям" - согласование с пользователями предусматривалось только по завершению этапов, в результате зачастую разрабатывалась не та ИС, которую хотел заказчик и пользователь; - "запаздывание" - требования пользователей, а также внешние ограничения быстро меняются и система "устаревала" к моменту завершения работ; - не выдерживался план-график выполнения работ, превышались сроки или смета, или и то, и другое. Существенно сглаживает указанные недостатки другая модель, так называемая спиральная или схема непрерывной разработки, получившая распространение в 80-х гг. Характерной особенностью данной модели является непрерывный процесс разработки и развития ИС с планируемыми точками передачи в эксплуатацию новых версий и новых функциональных блоков [19, 20]. Данная схема предполагает создание прототипов, т.е. выполнение нескольких циклов анализа, проектирования и реализации действующих прототипов системы. Каждый виток спирали представляет собой, таким образом, законченный проектный цикл по типу каскадной схемы. Благодаря прототипированию разработчики добивались от будущих пользователей четкого осознания своих нужд, обеспечивая на каждом витке уточнение требований к ИС. Однако сроки разработки готового продукта при использовании спиральной схемы еще более удлинялись, а затраты существенно возрастали. Постепенно сложилась некоторая смешанная схема, лежащая где-то посредине между каскадной и спиральной моделями, которую можно назвать "макетной" или схемой "быстрого прототипирования" (rapid prototyping или fast-track). Последовательность этапов в данной модели внешне выглядит как каскадная, однако содержание технологических этапов таково, что многие проектные решения в процессе разработки ИС подвергаются многократным уточнениям и корректировкам, как это предусмотрено спиральной моделью [20]. Такой компромисс достигается за счет: - постоянного вовлечения будущих пользователей в процесс выработки решений на всех этапах создания продукта; - создания на различных этапах разработки ИС вместо законченных прототипов макетов, представленных хотя бы и на бумаге, и оперативно проверяемых у пользователей; - параллельного (хотя бы частично) выполнения этапов и отдельных работ в рамках каждого этапа. |