Инфопроцессы в цифровой среде. Эталонные модели.

Инфопроцессы в цифровой среде. Эталонные модели.

СОДЕРЖАНИЕ 6. Информационные процессы в цифровой среде. 6. 1. Концепция открытых систем 6. 2. Системный подход к созданию открытых систем 6. 2. 1. Функциональные описания систем 6. 2. 2. Многоуровневые описания систем 6. 2. 3. Уровни изучения информационных технологий 6. 2. 4. Уровневая модель информационного процесса 6. 3. Эталонные модели информационных процессов и их особенности 6. 4. Архитектурные понятия открытых систем и взаимодействия открытых систем 6. 5. Примеры эталонных моделеоткрытых систем 6_Инфопроцессы в цифровой среде. Эталонные модели.

КОНЦЕПЦИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ Разные реализации информационных процессов должны быть совместимы друг с дру- гом. Для этого разработчики технологий должны договориться об общих правилах, кото- рым надо следовать принятии технических решений. Открытые системы – это одно из актуальных глобаль- ных и стратегических направлений развития информационных технологий, это задача, которая решается путем создания все- объемлющих международных стандартов на программные и аппаратные интерфейсы между компонентами систем. Свойства открытых систем: 1) переносимость программного обеспечения, информации и пользователей с одной компью- терной платформы на другую. Это свойство продлевает жизнь морально устаревшим системам, ес- ли их работа не может быть остановлена или хотя бы приостановлена для модернизации без оста- новки производственных процессов. 2) Интероперабельность – возможность взаимодействия независимо разработанных прог- раммных модулей, подсистем или функционально завершенных программных систем на уровне платформ и приложений. Это свойство требует открытых интерфейсов и дает возможность сов- местного использования информации и ресурсов компонентами распределенной системы. 3) Масштабируемость – возможность наращивания эффективности систем за счет модернизации аппаратных компонентов. Это свойство экономит средства приспособлении систем к новым требованиям (изменении числа процессоров, узлов сети, обслуживаемых пользователей, обрабатываемых транзакций и т. п. ). 6_Инфопроцессы в цифровой среде. Эталонные модели.

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К СОЗДАНИЮ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ АСПЕКТЫ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ Персонал Взаимодействие должно обеспечи- не должен переу- Прикладные программы Данные ваться свободным чиваться при пе- обменом данными реходе от одной должны исполнять- должны быть пере- между системами. системы к другой. ся на любых систе- носимы из одной мах. системы на другую. Решение проблем мобильности персонала, прикладных программ, данных и взаимодействия основывается на системном подходе. В частности, это означает, что разработчики принимают технические решения на основе согласованных функциональных и многоуровневых описаний информационных процессов. 6_Инфопроцессы в цифровой среде. Эталонные модели.

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ И ИНТЕРФЕЙСЫ СИСТЕМ Черный ящик Понятие функции системы означает следующее. Если систе- x 1 y 1 ма имеет m входов и n выходов и состояния входов и выхо- . дов в некоторый момент времени t описываются векторами xm . F yn Xt=(x 1, x 2, …, xm) и Yt=(y 1, y 2, …, yn), соответственно, то функ- цию системы задает соотношение. Yt=F(Xt), устанавливающее зависимость состояний выходов от состояния входов. Модель системы, связывающая Yt и Xt, , называется черный ящик. Функционирова- ние (поведение) системы – это развернутая во времени последо- Черный ящик вательность ее реакций на изменение состояний входов. Функциональный подход состоит в независимом проектировании: 1) функций системы в целом и каждого из ее элементов; 2) способов реализации этих функций. Интерфейс – это совокупность средств, методов и правил вза- имодействия между элементами открытой системы через их входы и выходы. Открытая система состоит из информационной, программной и аппаратной компонент, которые взаимодействуют друг с другом через стандартные интерфейсы. Интерфейс элемента не связан с реализацией, с его внутренним устройством. Для того, что бы использовать элемент незачем знать, как он реализован, достаточно знать, что он делает, какую функцию выполняет. 6_Инфопроцессы в цифровой среде. Эталонные модели.

ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ Функциональный подход к описанию информационного процесса реализуется следующим образом. 1) информационный процесс представляются как последовательность этапов реализа- ции самостоятельных функций и каждая функция описывается отдельно. 2) каждая функция рассматривается как черный ящик и описываются правила обмена данными (интерфейсы) с другими функциями. i 3 im-1 F 1 F 2 Fn 3) выбираются способы программной и (или) аппаратной реализации этапов информа- ционного процесса независимо друг от друга, следуя описанию функций и интерфейсов. 6_Инфопроцессы в цифровой среде. Эталонные модели.

МНОГОУРОВНЕВЫЕ ОПИСАНИЯ СИСТЕМ Функции сложной системы всегда образуют иерархическую структуру, поэтому поведе- ние системы может быть описано через интерфейсы взаимодействия функций смежных иерархических уровней. Такой подход позволяет: 1) сделать сложную систему более простой для понимания; 2) разрабатывать технологии реализации функций каждого уровня независимо от реали- зации других уровней. НАПРИМЕР: УРОВНИ СИСТЕМЫ ОБРАЗОВАНИЯ На каждом уровне системы образования Дополнительное профессиональное образование. разрабатываются специфические содержа- Высшее профессиональное образование. ние и модели учебного процесса. Уровни Среднее профессиональное образование. поддерживают верхние и опираются на Начальное профессиональное образование. Дополнительное образование детей. нижние, основываясь на достигнутой там Общее среднее образование. подготовке учащихся. Дошкольное образование. Каждый уровень языковой системы представлен со- вокупностью однородных единиц и правил их ис- пользования. Единицы одного уровня вступают друг с другом в отношения для поддержки более высокого уровня. Фонемы составляют звуковые оболочки морфем, из морфем состоят слова, а из слов – пред- ложения. 6_Инфопроцессы в цифровой среде. Эталонные модели.

ПРИМЕР ВЫДЕЛЕНИЯ УРОВНЕЙ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Четвертый (прикладной) уровень – применение информационных техно- логий для создания, проектирования и эксплуатации социальных, биологических и технических систем во всевозможных предметных областях. информационные системы и технологии в экономике, сервисе, менеджменте и т. д. Третий (методический) уровень – модели, методы и средства реализации информационных процессов сохранения, распространения и обработки информации: информационная технология, системный анализ и технологии системного проектирова- ния, моделирование информационных процессов и систем, управление информационными системами, интеллектуализация информационных систем, интеграция распределенных информационных систем и ресурсов, визуализация информационного пространства, безопасность информационных систем и др. Второй (логический) уровень – программно-аппаратные средства вычисли- тельной техники и связи: архитектура ЭВМ, операционные системы, программирование, базы данных, схемо- техника, цифровая техника, электропитание устройств, теория связи, преобразование сигналов и др. Первый (физический) уровень – базовые технологии построения инфоком- муникаций: микро(нано)электроника, фотоника, радиотехника 6_Инфопроцессы в цифровой среде. Эталонные модели.

ПРИМЕР ДВУХУРОВНЕВОГО ОПИСАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОЦЕССА 2. Идеальный Смысл 2. Идеальный уровень Коммуникант А Коммуникант В уровень Сообщение Данные 1. Материаль- Сигн. устройство Сигн. устройство 1. Материаль- ный уровень Преобразование вре- Физическая среда менной, пространст- Физическая среда взаимодействия Сигнал венной и материаль- Сигнал взаимодействия ной координат сигнала На первом материальном уровне данными обмениваются сигнальные устройст- ва. Они преобразовывают сообщения в сигнал, согласованный с физической средой вза- имодействия, и обеспечивают обратное преобразование. На этом уровне не важен смысл сообщений, а важны физическая форма представления информации и методы ее преоб- разования для наиболее эффективного способа передачи сигнала. На втором идеальном уровне происходит обмен смысловым содержанием инфор -мации между коммуникантами, которых интересует только смысл, а не те технические приемы и преобразования, которые использовались для перемещения информации во времени и пространстве или для изменения формы ее представления. Им важно, чтобы в результате всех преобразований не был искажен язык, при помощи которого источник информации закодировал смысл. 6_Инфопроцессы в цифровой среде. Эталонные модели.

ЭТАЛОННЫЕ МОДЕЛИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В науке нельзя обойтись без использования Эталон килограмма Эталон метра Эталон времени эталонов, эталонных описаний. В физике для стандартизации измерительных инструментов используют первичные эталоны. В информатике для стандартизации наиболее общих правил организации информацион -ных процессов в цифровой среде взаимодействия на уровне этапов, функций и интер- фейсов используют эталонные модели. Эталонная модель (reference model) – это абстрактное, не связанное с реализаци- ей соглашение о способе информационного взаимодействия между объектами в электрон -ной цифровой среде. Она вводит понятия, которые лежат в основе языка общения специа -листов на всех этапах жизненного цикла систем и является инструментом для изучения технических решений, принятых разработчи- ками при создании систем. Эталонные модели задают архитектуру ( функциональную организацию) будущей системы в виде совокупности функциональ- ных компонентов, связей этих компонентов друг с другом и внешней средой, а также принципов проектирования структуры и по- ведения системы. Архитектура не связана с реализацией системы. 6_Инфопроцессы в цифровой среде. Эталонные модели.

АРХИТЕКТУРНЫЕ ПОНЯТИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ Открытая система – это система, которая удовлетворяет требованиям стандарта при взаимодействии ее функциональных блоков друг с другом и с другими системами. Все действия (функции), выполняемые открытой систе- Открытая мой, разделяются на уровни, между которыми устанав- система ливается иерархическая соподчиненность. На каждом из уровней решается три задачи: Данные Интерфейс 1) прием данных от соседнего уровня; … 2) обработка данных; i+1 3) передача данных в новом формате другому Служба соседнему уровню. i-уровень – подраздел архитектуры, элементы кото- i-уровень Интерфейс рого непосредственно взаимодействуют только с эле- ментами смежных (i+1)-го и (i-1)-го уровней этой от- i-1 крытой системы. … i-услуга – это функциональная возможность i-го и нижерасполо- Физическая среда женных уровней, предоставляемая (i+1)-у уровню. взаимодействия i-служба – это весь набор услуг, предоставляемых (i+1)-у уровню. Интерфейс – это весь комплекс правил взаимодействия с соседними уровнями. Модель функционирования: данные поступают в открытую систему и в процессе пре- образования последовательно проходят все уровни архитектуры от верхнего до нижнего и обратно. 6_Инфопроцессы в цифровой среде. Эталонные модели.

АРХИТЕКТУРНЫЕ ПОНЯТИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ Обмен данными между системами предполагает взаимодействие двух иерархий. Прикладной процесс – это источник и Смысл потребитель информации в открытой системе, будь то человек или программа. Соединение – это состояние, при котором Прикладной процесс А процесс В между открытыми системами передаются данные. Модель взаимодействия: Сообщение … Служба сообщение, подготовленное прикладным процес- сом А, поступает в открытую систему А и последо- i+1 вательно проходит все уровни архитектуры от верхнего до нижнего. В результате обработки сооб Уровень i -щение превращается в сигнал, который через фи- зическую среду взаимодействия доставляется до открытой системы В. Открытая система В, после- Протокол i-1 довательно обрабатывая сигнал на всех уровнях … … архитектуры от нижнего до верхнего, превращает сигнал в сообщение, которое передается приклад- Сигнал Физическая среда взаимодействия ному процессу В. Протоколы – это правила взаимодействия одноуровневых компонентов двух открытых систем. 6_Инфопроцессы в цифровой среде. Эталонные модели.

КАК РЕАЛИЗУЕТСЯ ПРОЦЕСС ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ? Процесс взаимодействия открытых систем состоит в взаимодействии одноименных уровней систем друг с другом. В грубом приближении его можно сравнить с оформлени- ем почтовых конвертов на каждом из уровней. На передающей стороне данные пользо- вателя проходят все иерархические уровни открытой системы сверху вниз. На самом Данные верхнем уровне N они запечатываются в уровня N первый конверт, на котором записываются Данные уровня N-1 данные для уровня N приемной стороны. После поступления на уровень N-1 этот кон- верт становится содержимым нового конвер Данные уровня N-2 -та с данными, для уровня N-1 приемной сто -роны и т. д. На уровне 1 формируется пос- Данные уровня N-3 ледний пакет, который несет данные уровню 1 приемной стороны и содержит последова- тельно вложенные конверты всех вышеле- Данные уровня N-4 жащих уровней. и т. д. На стороне приема происходит обратный процесс. Каждый уровень использует данные, зафиксированные на соответствующем конверте и после его вскрытия передает содержимое на более высокий уровень. Потребитель, в результате, получает лишь предназначенную ему исходную информацию. 6_Инфопроцессы в цифровой среде. Эталонные модели.

ОСОБЕННОСТИ ЭТАЛОННЫХ МОДЕЛЕЙ Эталонные модели описывают информационные процессы в цифровой среде взаимо- действия и основаны на следующих предпосылках: 1) взаимодействие коммуникантов осуществляется при помощи компьютеров, которые управляются как единая система и состоят из набора аппаратных средств, программного обеспечения, периферий- ного оборудования, терминалов и т. д. ; 2) информационный процесс может быть описан в виде последовательности отдельных функциональных задач независимо от способа их реализации; 3) функциональные задачи могут быть распределены по уровням взаимо- действия, между которыми установлены уровневые иерархические взаимосвязи; 4) информацию пользователей сопровождает служебная (управляющая) информация, которая создается компьютерными системами до, во время и после информационного обмена и регулирует процесс информационног взаимодействия; 5) согласованию при разработке эталонных моделей подлежат последовательности реа- лизации этапов информационного процесса, содержание и интерфейсы каждой функци- ональной задачи. Эталонные модели принимаются в виде стандартов. Они конкретизируются и детализи- руются разработчиками в соответствии с возможностями информационных технологий и, в итоге, воплощаются в реальные системы. 6_Инфопроцессы в цифровой среде. Эталонные модели.

ПРИМЕРЫ ЭТАЛОННЫХ МОДЕЛЕЙ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ Значительным результатом в создании открытых систем является разработка эталонных моделей для важнейших разделов области информационных технологий. К их числу относятся: 1. Модель открытых систем MUSIC (M - Management; U - User interface; S - Service interface for programs; I - Information and data formats; C - Comunications interfaces). 2. Эталонная модель взаимодействия открытых систем OSI/RM (Open Systems Interconnection Reference Model). 3. Модель интерактивного взаимодействия компонент MIC (Model for Interactions between Components). 5. Эталонная модель среды открытых систем OSE/RM (Оpen system environment/ reference model). 6. Эталонная модель управления данными (Reference model of data management). 7. Эталонная модель открытой распределенной обработки ODP (Open Distributed Processing). 8. Общая информационная модель CIM (Common Information model) и другие. 6_Инфопроцессы в цифровой среде. Эталонные модели.