Каримова В.А. Информационные технологии для магистров: лекции

Подождите немного. Документ загружается.

атрибуты. Очень часто сами же документы или их копии хранятся в

специальных хранилищах или на специальных машинных носителях

большой емкости. Результатом машинного поиска является адрес документа,

в соответствии с которым в хранилищах ищутся сами документы (или их

электронные копии), выдаваемые пользователю.

В фактографических информационных системах хранимая и

обрабатываемая информация представляет собой конкретные сведения,

факты (параметры и характеристики объектов, сведения технико-

экономического характера, социальная информация, результаты измерений,

справочные и статистические данные). Часто эта информация носит

оперативный характер, т.е. регулярно обновляется и изменяется. В этом

случае системы являются оперативными.

При создании фактографической системы важно изучить особенности

объектов, сведения о которых хранятся в системе, и логические связи,

существующие между объектами в реальном мире, которые определенным

образом отображаются в структуре информационных массивов. В массивах

фактографических ИС обычно осуществляется поиск сведений о конкретном

объекте. Они выдаются пользователю или передаются прикладной

программе для дальнейшей обработки.

Целевые функции определяются назначением данной информационной

системы. В зависимости от них можно выделить системы информационно-

справочные, управленческие, информационно-расчетные и информационно-

логические. От функций, выполняемых системой, зависят форма выходной

информации, алгоритмы процессов ее обработки, а также характер, форма и

способ общения пользователя с системой.

В настоящее время создано и успешно функционирует большое число

информационно-справочных систем различного назначения, которые

предназначены для удовлетворения информационных запросов

пользователей. Характерная особенность таких систем — информация,

найденная в соответствии с запросом, не используется непосредственно в

рамках этой же системы, а выдается пользователю, который использует

полученную информацию для любых необходимых ему целей. Примером

информационно-справочных систем могут служить системы автоматизи-

рованного резервирования мест в пассажирском железнодорожном тран-

спорте и в аэрофлоте. Эти системы являются также типичным примером

оперативных систем, так как практически каждое обращение в систему вле-

чет за собой изменение текущего состояния информационного фонда

(бронируются места, добавляются новые рейсы и т.п.).

В соответствии с запросом информационно-справочная система

осуществляет поиск нужных сведений из числа тех, что хранятся в ее

информационном фонде. Поиск — одна из основных операций в таких

системах, поэтому они являются также информационно-поисковыми

системами (ИПС).

Управленческие системы предназначены для решения различного рода

управленческих и технико-экономических задач. Обычно эти системы

функционируют в рамках АСУ предприятия, организации, отрасли

(например, информационные системы больниц и автоматизированных

складов, материально-технического снабжения и управления запасами, учета

кадров и бухгалтерского учета и т.п.). Часто эти системы обслуживают

отдельные службы и являются автономными, т.е. располагают собственным

информационным фондом, алгоритмическим и программным обеспечением.

Управленческие системы могут быть интегрированными,

построенными по принципу банка данных. Такие системы обрабатывают

общий поток информации, циркулирующий на предприятии, и призваны

обеспечить ритмичное и плановое функционирование предприятия путем

оптимального использования его ресурсов.

С помощью технических средств удается автоматизировать только

информационные операции. Непосредственные функции принятия решений

и другие управленческие операции выполняет человек. Поэтому

управленческие системы, как правило, бывают ориентированы на выдачу

различных справок и отчетных форм отдельным службам и руководству

предприятия. Следовательно, управленческие системы выполняют

одновременно и функции информационно-справочных систем. Запросы в

этих системах носят обычно регулярный или регламентный характер.

Реализуя эти запросы, ИС выдает определенный перечень справочных форм

по результатам регулярной (ежедневной, еженедельной и т.п.) обработки

информации о состоянии контролируемых процессов, а также обслуживает и

другие типы запросов.

В информационно-расчетных системах хранящаяся информация

используется для решения задач, связанных с различными расчетными

операциями. К подобным задачам относятся статистический учет и анализ,

прогнозы месторождений и погоды, диагностика (диагноз заболевания,

установление причины неисправности оборудования или прибора). К

информационно-расчетным можно отнести и ИС, функционирующие в

рамках систем автоматизированного проектирования (САПР). Последние

выполняют различные проектные расчеты, решают задачи оптимизации

параметров элементов, схем, устройств в приборостроении и

машиностроении, радиоэлектронике и судостроении.

Функции расчетных систем могут быть присущи и другим типам

информационных систем. Например, в рамках документальной ИПС,

функционирующей в библиотеке, наряду с поисковыми задачами могут

решаться многие учетно-статистические задачи; фиксироваться сведения о

движении книжного фонда, учитываться данные о контингенте читателей,

готовиться материалы для отчетов и т.п.

Все рассматриваемые выше разновидности ИС обеспечивают

пользователя необходимой информацией лишь из числа тех сведений и

фактов, которые когда-либо были введены в систему и хранятся в ее

информационных массивах.

Информационно-логические системы в отличие от всех прочих

способны выдавать информацию, не введенную ранее в систему в

непосредственном виде, а вырабатываемую на основании логического

анализа, обобщения, переработки сведений, имеющихся в информационных

массивах. Такие системы могут решать научно-исследовательские задачи,

заменяя в определенной степени труд специалиста-исследователя. Их иногда

называют интеллектуальными системами, так как при их разработке

используются положения теории искусственного интеллекта.

Во всех рассмотренных выше системах должны существовать развитые

средства общения пользователей с системой, в том числе и пользователей —

неспециалистов в области вычислительной техники. С помощью этих

средств пользователь формулирует свои запросы, вводит их в систему,

воспринимает информацию, выдаваемую ему системой.

В разных системах эта задача решается по-разному. В некоторых

существует строго определенный перечень запросов, которые могут быть

реализованы. Пользователь выбирает запрос, наиболее полно

удовлетворяющий его требованиям, и указывает его системе. Такие системы

называются системами с типовыми (стандартными) запросами.

Существенно большие возможности для пользователя предоставляют

системы, реализующие произвольные запросы. Для их формулировки

система должна располагать языком запросов, правилами их составления.

Удобно общение пользователя с системой в форме диалога человека с

машиной. При этом пользователь, знакомясь с получаемой информацией,

имеет возможность корректировать свой запрос.

Необходимо отметить, что любая конкретная информационная

система может характеризоваться совокупностью свойств, присущих

отдельным выделенным видам систем. В то же время в зависимости от

области применения информационных систем каждая система будет

обладать своими особенностями.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ В

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ

СИСТЕМАХ

Области применения информационных систем разнообразны. В этих условиях

трудно найти две одинаковые системы. Отличают их разнообразие основных свойств и

особенностей, например: характер обрабатываемой информации, целевые функции,

технический уровень системы и т. д. Перечисленные особенности влияют на форму

представления информации как в системе так и для пользователя, характер процессов

обработки информации и взаимодействие информационных систем со средой, состав

аппаратного и программного обеспечения.

Любая информационная система функционирует в окружении внешней среды,

являющейся для нее источником входной и потребителем выходной информации. В

пределах такой системы, начиная от входа в систему и кончая выходом из нее,

информационный поток проходит несколько этапов обработки. Как известно, к основным

этапам обработки информации относиться сбор, регистрация и первичная обработка,

передача по каналу связи от источника к компьютеру, создание и поддержание

информационных массивов, обработка и формирование выходных форм, передачи по

каналам связи от компьютеров к потребителям, преобразование в форму удобную для

восприятия пользователем.

Информация, поступающая в компьютер информационной системы, отображает

состояние объектов или отдельных компонент окружающего мира, а алгоритмы некие

правила ее переработки, соответствующие правилам ее переработки в окружающей среде.

Информация, поступающая в компьютеры, размещается в памяти, образую

информационные массивы, составляющие вместе информационный фонд.

Информационные массивы имеют определенную структурную организацию, которая

связана со структурным составом объекта реального мира, связями между его отдельными

элементами и их характеристиками.

Над элементами массива и фонда в целом осуществляются различные операции

обработки, основными среди которых являются: логические и арифметические операции,

операции сортировки и поиска, ведения и корректировки информации. В результате этих

операций обеспечивается актуальность информации, т. е. между окружающим миром и

фактически его моделью в компьютере обеспечивается необходимо соответствие. Кроме

того, формируется выходная информация в соответствии с заданием на обработку.

УРОВНИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ В

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ

СИСТЕМАХ

Как было ранее установлено, автоматизированные информационные системы

хранят и обрабатывают информацию об объектах реального мира. Большие объекты, в

силу из естественной сложности, принято делить, используя принцип декомпозиции, на

отдельные агрегаты и узлы. Некоторую совокупность информации, описывающую

конкретный объект или его часть, называют логической записью или просто записью.

Совокупность записей, описывающих множество объектов определенного класса, назы-

вают информационным массивом.

В реальном мире между объектами или его отдельными агрегатами существуют

определенные отношения и взаимосвязи, имеющие различную степень сложности. В

процессе разработки систем обработки и хранения информации эти отношения

выявляются и отображаются путем структуризации записей и информационных массивов.

Организация информационного массива, обеспечивающая определенные связи и отно-

шения между данными, называется структурой данных. Для того чтобы в процессе

обработки данных в ЭВМ не утерялось их информационное наполнение, не нарушился

смысл отношений, существующих между объектами в реальном мире, структуры должны

поддерживаться, т.е. любые манипуляции, выполняемые над данными в процессе их

обработки, не должны разрушать структуру данных. В структуре отображены свойства

описываемого объекта, поэтому разрушение структуры будет приводить к утрате его

свойств в итоге к неадекватному описанию объекта.

Обьект

Признак 1

Признак 2

Признак i

Признак k

Элемент 2Элемент 1 Элемент i

…………

Структура данных

Как совокупность

элементов и связей

между ними

Значение

Признака

Наименование

Признака

Структура

элемента

Рис.. Взаимосвязь между объектом и структурой данных

Существует три уровня представления данных: логический уровень, уровень

хранения и физический уровень.

На логическом уровне работают с логическими структурами данных,

отражающими реальные отношения, которые существуют между объектами и их

характеристиками, т.е. указывающими в каком виде данные представляются

пользователю системы. При разработке логических структур данных учитывается

также информационная потребность пользователей системы и характер задач, для решения

которых предназначена. Единицей информации на этом уровне является логическая

запись, объект, описываемый соответствующей логической записью, характеризуется

определенными признаками - свойствами, которые выражены в виде атрибутов

записи. На логическом уровне разработчик системы устанавливает перечень признаков,

полностью характеризующий описываемый класс объектов. Совокупность признаков и

их взаимосвязь определяют внутреннюю структуру логической записи.

Логическая структура данных должна исчерпывающе характеризовать объекты,

сведения о которых обрабатываются АИС; адекватно отражать реальные отношения

между объектами и их характеристиками; обеспечивать удовлетворение

информационных потребностей пользователей системы и решение задач приложений.

Какие из свойств объекта должны быть отражены атрибутами записи, решает

разработчик системы исходя из известных принципов достаточности.

На логическом уровне представления данных не учитывается техническое и

математическое обеспечение системы (тип компьютера, тип ЗУ, язык программирования,

операционная система).

На уровне хранения оперируют со структурами хранения - представлениями

логической структуры данных в памяти компьютеров. Структура хранения должна

полностью отображать логическую структуру данных и поддерживать ее в процессе

функционирования АИС (автоматизированная информационная система). Единицей

информации на этом уровне также является логическая запись. АИС должна

трансформировать логический уровень в уровень хранения, не допуская искажений.

Оперативная память машины и внешняя память обладают разными

возможностями, поэтому средства и методы организации данных в ОП (оперативной

памяти) и на ВЗУ (внешних запоминающих устройствах) различны. При разработке или

выборе структуры хранения учитывается тип ЗУ, в котором будут храниться данные,

устанавливается тип и формат данных, а также определяется способ поддержания логи-

ческой структуры.

Известны различные способы представления данных в ОП и на ВЗУ, причем

одна и та же логическая структура данных может быть реализована в памяти компьютера

различными структурами хранения. Каждая структура хранения предоставляет

определенный способ доступа к данным и определенные возможности для

манипулирования данными. Она характеризуется объемом памяти, необходимым для

размещения данных. От выбора структуры хранения непосредственно зависит эффек-

тивность обработки данных. Правильно выбранная структура хранения обеспечивает

быстрый поиск нужных данных, возможность добавления новых и удаления устаревших

записей без разрушения логической структуры, а также возможность корректировки

записей, минимальный расход машинной памяти.

Поддержание структуры хранения осуществляется программными средствами.

Для реализации ряда структур хранения требуются определенные языки

программирования, поэтому при разработке или выборе структуры хранения следует

учитывать возможности языка программирования, на котором будут написаны

программы работы с данными.

На физическом уровне представления данных оперируют с физическими

структурами данных. На этом уровне решается задача реализации структуры хранения

непосредственно в конкретной памяти конкретного компьютера. Единицей информации

на этом уровне является физическая запись, представляющая участок носителя, на

котором размещаются одна или несколько логических записей. При разработке структур

памяти анализируются параметры конкретных технических средств: тип и объем памяти,

способ адресации, метод и время доступа к данным. На этом уровне решаются задачи по

организации обмена данными между основной и внешней памятью компьютера.

Рис. Уровни представления данных

При разработке структур данных всех уровней должен обеспечиваться принцип

независимости данных. Физическая независимость данных означает, что изменения

в физическом расположении данных и в техническом обеспечении системы не должны

отражаться на логических структурах и прикладных программах, т.е. не должны вызывать в

них изменений. Логическая независимость данных означает, что изменения в

структурах хранения не должны вызывать изменений в логических структурах данных и в

прикладных программах. Кроме того, изменения, вносимые в логические структуры данных

в связи с появлением новых пользователей и новых запросов, не должны отражаться на

прикладных программах других пользователей системы.

Соблюдение принципа независимости данных позволяет использовать особые виды

данных: виртуальные и прозрачные данные.

Виртуальные данные существуют лишь на логическом уровне. Программисту эти

данные представляются реально существующими, и он оперирует ими в своих

программах. Каждый раз при обращении к этим данным операционная система

определенным образом их генерирует на основании других данных, физически

существующих в системе. Объявление некоторых данных виртуальными позволяет

экономить машинную память.

Прозрачные данные представляются несуществующими на логическом уровне. Это

позволяет скрыть от программиста или от пользователя многие сложные механизмы,

используемые при преобразовании логических структур данных в физические, и упростить

прикладные программы.

Логическая структура

Структура хранения

Физическая Структура

Логический

уровень

Уровень

хранения

Физический

уровень

Между уровнями

установлены

отношения

подчинения,

поддерживаются

автоматически

информационной

системой

ВНУТРЕННЯЯ СТРУКТУРА ЗАПИСИ

Логическая запись составляет основу информационных массивов в информационных

системах. Логическая запись состоит из отдельных элементов, связанных определенными

отношениями, и может иметь многоуровневую структуру. Формирование элементов более

высокого уровня из элементов нижнего осуществляется в соответствии с определенными

правилами.

Элементами первого, самого нижнего, уровня являются элементарные данные: числа,

символы, логические данные, знаки. Элементарные данные читаются и обрабатываются

программой целиком, доступ к их частям невозможен. Обычно эти данные не являются

непосредственным объектом информационного поиска, но в ряде случаев к ним должен быть

обеспечен доступ. Так, например, в процессе поиска может возникнуть необходимость

сравнения отдельных символов.

Элементарные данные каждого типа имеют определенную форму представления в

памяти, для их хранения выделяется строго определенный объем памяти. Знание форматов

хранения элементарных данных позволяет рассчитать объем памяти, необходимый для

размещения массивов данных и программ.

Элементом второго уровня является поле записи. Это последовательность

элементарных данных, имеющая определенный смысл, но не имеющая смысловой

завершенности. Данные, образующие отдельное поле записи, описывают соответствующий

признак – свойство объекта.

Каждый признак объекта имеет наименование и значение (Рис. 5.1.). Так,

например, для студентов, записи о которых хранятся в АИС, в качестве признаков могут

использоваться номер студенческого билета, фамилия, средний балл успеваемости. Каждый

конкретный студент характеризуется определенными значениями этих признаков, например

наименование признака СРЕДНИЙ БАЛЛ, значение — 4,7. Отдельные студенты отличаются

значениями одноименных признаков.

Очевидно, число признаков, характеризующих объект, определяет количество полей в

записи. В каждом поле помещается значение соответствующего признака. Поля записи

именуются, причем имя поля может совпадать с наименованием признака.

Используемый для идентификации записи в процессе обработки или поиска признак

называется ключевым или ключом записи. Поле записи, содержащее ключ, называется

ключевым полем. Если каждое из возможных значений ключа идентифицирует

единственную запись, то такой ключ называют уникальным. Так, номер студенческого

билета является уникальным ключом каждой записи массива, хранящего сведения о сту-

дентах данного вуза.

В записи могут предусматриваться дополнительные поля для хранения служебной

информации: меток, ссылок, различных указателей. Поле записи может быть объектом

информационного поиска в различных приложениях, а также в тех случаях, когда это поле —

ключевое. Однако, как уже отмечалось, поле записи не имеет смысловой завершенности.

Например, поле СРЕДНИЙ БАЛЛ может явиться объектом поиска, но информационную

ценность значение этого поля будет иметь лишь в том случае, когда станут известны

фамилия, имя и отчество студента.

Понятие поля записи не следует отождествлять с понятием поля машинной памяти.

Эти понятия относятся к разным уровням представления данных. Для хранения поля записи

могут использоваться как единицы машинной памяти фиксированной, так и переменной

длины.

Поля записи объединяются в группу данных (агрегат данных, групповое данное).

Группа данных — элемент третьего уровня внутренней структуры записи — представляет

собой поименованную совокупность элементов данных, рассматриваемую как единое целое.

Например, группа данных, имеющая наименование АДРЕС, состоит из элементов данных

ГОРОД, УЛИЦА, НОМЕР ДОМА, НОМЕР КВАРТИРЫ. В качестве своего элемента группа

может иметь другую группу данных. Группа данных имеет определенный смысл и может

быть объектом поиска, но не имеет смысловой завершенности. Так, например, адрес

полезно знать лишь в том случае, если известно, чей он.

Логическая запись — это поименованная совокупность полей или групп данных.

Запись является отдельной логической единицей и имеет смысловую завершенность.

Каждая запись описывает индивидуальный объект или класс объектов. Логическая

запись является непосредственным предметом информационного поиска, основной единицей

обработки информации.

Перечень полей, последовательность их расположения и взаимосвязь между ними

составляют внутреннюю структуру записи, которая в конечном итоге определяет тип записи.

Поля записи могут располагаться последовательно друг за другом, в этом случае запись

называют неструктурированной. Запись может быть структурированная, со сложными

нелинейными связями между полями. Структуризация записи составляет одну из основных

концепций баз данных.

а) неструктурированная запись б) запись со структурными

связями

Рис. Структурированные и неструктурированные записи

Отдельные логические записи, описывающие определенный класс объектов,

группируются в информационный массив. Массивы, хранящиеся на ВЗУ, называют

файлами. Файл имеет имя и рассматривается как единое целое. Так, например, совокупность

записей всех студентов учебной группы может рассматриваться как отдельный файл.

Поле1

……..

Поле2

Поле i

Поле K

……..

Поле 2

Поле1

Поле i

Поле M

Обьект

Информаци

онный

массив

Запись 1

Запись 2

……….

………..

Запись i

……….

Запись k

ВЗУ

Файл

Имя

файла

Файловая

система

Рис. Логические записи, информационные массивы и файлы

Вопросы

1. Понятие системы

2. Понятие информационной системы

3. Главная цель информационной системы

4. Отличие информационных систем и компьютеров

5. Область применения информационных систем

6. Разделение информационных систем по техническому уровню

7. Разделение информационных систем по характеру обрабатываемой

информации

8. Понятие и примеры ручных информационных систем;

9. Механизированные информационные системы?

10.Автоматизированные и автоматические информационные системы?

11.Отличие автоматизированных информационных систем от

автоматических?

12.Какие информационные системы называются оперативными?

13.Какие системы называют управленческими?

14.Какие информационные системы относятся к информационно-

расчетным системам?

15.Какие информационные системы относятся к информационно-

логическим системам?

Лекция 2

Тема: Определение и понятие информационных технологий (ИТ). Виды

информационных технологий. Соотношение между информационной

технологией и информационными системами. Компоненты

информационных технологий.

План:

1. Информационная технология как аналог технологии переработки

материальных ресурсов

2. Новая информационная технология

3. Инструментарий информационных технологий

4. Соотношения между информационной технологией и

информационными системами

5. Компоненты информационных технологий

Ключевые слова. Технология, технология материального

производства, информационная технология, новая информационная

технология

Информационная технология как аналог технологии переработки

материальных ресурсов

Технология при переводе с греческого (techne) означает искусство,

мастерство, умение, а это не что иное, как процессы. Под процессом следует

понимать определенную совокупность действий, направленных на

достижение поставленной цели. Процесс должен определяться выбранной

человеком стратегией и реализоваться с помощью совокупности различных

средств и методов.

Под технологией материального производства понимают процесс,

определяемый совокупностью средств и методов обработки, изготовления,

изменения состояния, свойств, формы сырья или материала. Технология

изменяет качество или первоначальное состояние материи в целях получения

материального продукта (рис.2).

Рис. 2 Информационная технология как аналог технологии

переработки материальных ресурсов

Информация является одним из ценнейших ресурсов общества наряду

с такими традиционными материальными видами ресурсов, как нефть, газ,

полезные ископаемые и др., а значит, процесс ее переработки по аналогии с