КОЛБАНЁВ МИХАИЛ ОЛЕГОВИЧ Доктор технических наук, профессор Инфопроцессы в цифровой среде
СОДЕРЖАНИЕ 5. Информационные процессы в цифровой среде. 5. 1. Концепция открытых систем. 5. 2. Системный подход к созданию открытых систем. 5. 2. 1. Функциональные описания систем. 5. 2. 2. Многоуровневые описания систем. 5. 3. Эталонные модели информационных процессов и их особенности. 5. 4. Известные эталонные модели открытых систем. 5. 5. Модель «MUSIC» .
КОНЦЕПЦИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ Открытые системы – это одно из актуальных глобальных и стратегических направлений развития информационных технологий, это задача, которая решается путем создания всеобъемлющих международных стандартов на программные и аппаратные интерфейсы между компонентами систем. Свойства открытых систем: 1) переносимость программного обеспечения, информации и пользователей с одной компьютерной платформы на другую. Это свойство продлевает жизнь морально устаревшим системам, если их работа не может быть остановлена или хотя бы приостановлена для модернизации без остановки производственных процессов. 2) Интероперабельность – возможность взаимодействия независимо разработанных программных модулей, подсистем или функционально завершенных программных систем на уровне платформ и приложений. Это свойство требует открытых интерфейсов и дает возможность совместного 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. ).
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К СОЗДАНИЮ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ АСПЕКТЫ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ Взаимодействие Персонал не должен переучиваться при пе. Прикладные реходе от одной программы системы к другой. должны исполняться на любых системах. Данные должно обеспечиваться свободным обменом данными между системами. должны быть переносимы из одной системы на другую. Решение этих проблем должно основываться на системном подходе. Базовыми принципами при этом являются функциональные и многоуровневые описания информационных процессов.
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ И ИНТЕРФЕЙСЫ СИСТЕМ Черный ящик Понятие функции системы означает следующее. Если система имеет m входов и n выходов и состояния входов и выхо. . дов в некоторый момент времени t описываются векторами. F Xt=(x 1, x 2, …, xm) и Yt=(y 1, y 2, …, yn), соответственно, то функyn цию системы задает соотношение. Yt=F(Xt), устанавливающее зависимость состояний выходов от состояния входов. Модель системы, связывающая Yt и Xt, , называется черный ящик. Функционирование (поведение) системы – это развернутая во времени последо. Черный ящик вательность ее реакций на изменение состояний входов. x 1. . . xm y 1 Функциональный подход состоит в независимом проектировании: 1) функций системы, как целого, и каждого из ее элементов; 2) способов реализации этих функций. Совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами открытой системы, и между системой и ее внешней средой через их входы и выходы называется «интерфейс» . 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.
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ Функциональное описание информационного процесса создается следующим образом. 1) информационные процессы, реализуемые системой, представляются как последовательность этапов реализации самостоятельных функций и каждая функция описывается отдельно. 2) каждая функция рассматривается как черный ящик и описываются правила обмена данными (интерфейсы) с другими функциями. F 1 F 2 i 3 im-1 Fn 3) выбираются способы программной и (или) аппаратной реализации этапов информационного процесса независимо друг от друга, следуя описанию функций и интерфейсов.
МНОГОУРОВНЕВОЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМ Для описания сложных систем в системотехнике используется уровневый подход. Он позволяет использовать модели разного типа для описания разных уровней. Каждый иерархический уровень системы взаимодействует только со смежными уровнями, поэтому, рассматривая отдельные уровни описания, можно не принимать во внимание ненужные детали и сделать сложную систему более простой для понимания. НАПРИМЕР: УРОВНИ СИСТЕМЫ ОБРАЗОВАНИЯ Дополнительное профессиональное образование. Высшее профессиональное образование. Среднее профессиональное образование. Начальное профессиональное образование. Дополнительное образование детей. Общее среднее образование. Дошкольное образование. На каждом уровне системы образования разрабатываются специфические содержание и модели учебного процесса. Уровни опираются на предыдущие и основываются на достигнутой там подготовке учащегося. Каждый уровень языковой системы представлен совокупностью однородных единиц и правил их использования. Единицы одного уровня вступают друг с другом в отношения для поддержки более высокого уровня. Так фонемы составляют звуковые оболочки морфем, из морфем состоят слова, а из слов – предложения.
ПРИМЕР ДВУХУРОВНЕВОГО ОПИСАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОЦЕССА 2. Идеальный уровень Коммуникант А Сообщение 1. Материальный уровень Сигн. устройство Физическая среда взаимодействия Смысл Данные Коммуникант В 2. Идеальный уровень Сообщение Сигн. устройство Преобразование временной, пространственной и физической коор. Сигнал динат сигнала 1. Материальный уровень Физическая среда взаимодействия На первом материальном уровне данными обмениваются сигнальные устройства. Они преобразовывают сообщения в сигнал, согласованный с физической средой взаимодействия, и обеспечивают обратное преобразование. На этом уровне не важен смысл сообщений, а важны физическая форма представления информации и методы ее преобразования 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.
ЭТАЛОННЫЕ МОДЕЛИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ Эталон килограмма Эталон метра Эталон времени 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 интерфейсов используют эталонные модели. Эталонная модель (reference model) – это абстрактное, не связанное с реализацией соглашение о способе информационного взаимодействия между объектами в электронной цифровой среде. Она вводит понятия, которые лежат в основе языка общения специалистов на всех этапах жизненного цикла систем и является инструментом для изученения технических решений, принятых разработчиками при создании систем. Эталонные модели задают архитектуру (функциональную организацию) будущей системы в виде совокупности функциональных компонентов, связей этих компонентов друг с другом и внешней средой, а также принципов проектирования структуры и поведения системы. Архитектура не связана с реализацией системы.
ОСОБЕННОСТИ ЭТАЛОННЫХ МОДЕЛЕЙ Эталонные модели описывают информационные процессы в цифровой среде взаимодействия 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, периферийного 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 взаимодействия, 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 информационного взаимодействия; 5) согласованию при разработке эталонных моделей подлежат последовательности реализации этапов информационного процесса, содержание и интерфейсы каждой функциональной задачи. Эталонные модели принимаются в виде стандартов. Они конкретизируются и детализируются разработчиками в соответствии с возможностями информационных технологий и, в итоге, воплощаются в реальные системы.
ИЗВЕСТНЫЕ ЭТАЛОННЫЕ МОДЕЛИ 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.
МОДЕЛЬ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ «MUSIC» Наименование модели – это акроним от английских названий основных элементов, которые формируют функциональность открытых систем: M – Management (администрирование и управление); U - User interface (интерфейсы пользователя); S - Service interface for programs (интерфейсы операционной системы и приложений); I - Information and data formats (доступ к данным и информации); C - Comunications interfaces (коммуникационные интерфейсы). Модель MUSIC дает перечень процессов и функций открытых систем, которые требуют четкой стандартизации интерфейсов.
МОДЕЛЬ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ «MUSIC» Интерфейс системного администратора Интерфейсы пользователя Интерфейсы приложений Коммуникационные интерфейсы Интерфейс доступа к данным
АДМИНИСТРИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ Элемент Management реализует функции системной администрации, защиты данных, надежности системы, управления работой в сетях, учета использования ресурсов, поддержки конфигурации системы. Помогут эталонные модели! Эти функции создаются для системных администраторов и их стандартизация позволяет: § улучшить мобильность профессиональных знаний специалистов в области информационных технологий; § обеспечить централизованную поддержку всей неоднородной, зависимой от многих специалистов распределенной среды взаимодействия в целом. Типовыми задачами системного администратора являются: 1) подготовка и сохранение резервных копий данных, их проверка и уничтожение; 2) установка и конфигурирование обновлений операционной системы и приложений; 3) установка и конфигурирование нового аппаратного и программного обеспечения; 4) создание и поддержание в актуальном состоянии пользовательских учетных записей; 5) ответственность за информационную безопасность; 6) устранение неполадок в системе; 7) планирование и проведение работ по расширению сетевой структуры; 8) документирование всех произведенных действий и др. Задача стандартизации элемента «M» – разработка типового обобщенного списка процедур и интерфейсов для решения задач администрирования и управления.
ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЙ ИНТЕРФЕЙС Элемент User interface реализует функции взаимодействия системы с человеком. Особое внимание в интерфейсе пользователя уделяется его удобству (юзабельности). Хороший пользовательский интерфейс учитывает человеческие слабости, перекладывает работу на машину, минимизирует ошибки и раздражение пользователя. Его основные «человеческие» характеристики – понятный, удобный, дружественный, красивый. Классификация пользовательских интерфейсов Командный WIMP Взаимодействие человека с системой осуществляется путем подачи команд, которые она выполняет пакетом или покомандно, и выдает пользователю полученный результат. В ч е р а SILK (window – окно, image – образ, menu–меню, pointer–указатель). Команды подаются через графические образы объектов и программ, вся работа происходит в окнах, которые содержат меню и являются метафорой рабочего стола с документами. С е г о д н я (speech – речь, image – образ, language–язык, knowledge–знания). Основан на технологиях искусственного интеллекта, наиболее приближен к человеческой форме общения, использует речевую, биометрическую (мимическую) и семантическую технологии. З а в т р а Задача стандартизации элемента «U» – обеспечить мобильность пользователя, его переход с системы на систему без изучения новых правил ввода/вывода однотипной информации. В компьютерах этот компонент реализуется операционной системой.
ИНТЕРФЕЙСЫ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ И ПРИЛОЖЕНИЙ Элемент Service interface for programs обеспечивает взаимодействие прикладных программ с аппаратными и программными средствами системы. Прикладная программа (приложение) – программа, рассчитанная на непосредственное взаимодействие с пользователем и предназначенная для выполнения определенных пользовательских задач. Системное программное обеспечение и его важнейшая часть операционная система (ОС) – это комплекс программ, которые обеспечивают работу других программ и управляют аппаратными ресурсами (процессором, оперативной памятью, устройствами ввода-вывода, сетевым оборудованием и др. ). Оно выступает посредником между приложениями и аппаратурой. Библиотека (набор функций или подпрограмм), предоставляемых ОС прикладным программистам, называется Упрощенное уровневое представление компьютера Прикладные программы Интерфейс прикладного программирования Операционная система Аппаратная платформа Физические устройства «интерфейс прикладного программирования» – API (Application Program Interface). Все особенности ОС для программиста сконцентрированы в ее API. Разные ОС, имеющие одинаковый набор функций API, кажутся программистам одной и той же ОС. Задача стандартизации элемента «S» и операционных систем в части функций API – обеспечить переносимость приложений между внутренне различными ОС.
ДОСТУП К ДАННЫМ И ИНФОРМАЦИИ Элемент Information and data formats обеспечивает взаимодействие приложений через использование ими одних и тех же данных (обмен данными). Обмен данными требует согласования трех групп параметров: 1) типов данных – множеств возможных значений данных каждого типа и допустимых действий над ними. 2) форматов данных – способов описания элементов и структур данных. 3) правил хранения данных – способов доступа к материальным носителям данных. Форматы данных можно Возможность прикладной Материальные носители изменять при помощи программы работать с данданных с приспособлениспециальных программ ными того или иного типа ями для записи/считывазависит от использованного (конверторов). ния называются запоминаязыка программирования. ющими устройствами. Огромные объемы информации, которые хранят современные информационные системы, заставляют создавать сети хранения данных (СХД). СХД – это специализированная программно-аппаратная система по организации надежного хранения данных и предоставления гарантированного доступа к ним, включающая дисковые, ленточные и оптические накопители большой емкости, собственные сетевое оборудование и операционную систему. Задача стандартизации элемента «I» , в первую очередь, обеспечить переносимость данных за счет стандартных интерфейсов с системой хранения данных.
КОММУНИКАЦИОННЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ Элемент Comunications interfaces обеспечивает обмен данными между открытыми системами по неоднородным локальным и глобальным телекоммуникационным сетям. В процессе взаимодействия открытая система рассматривается как единое целое. Главное – обеспечить передачу данных к другой открытой системе через соединения из неоднородных участков сетей, которые могут отличаться технологическими, энергетическими, логическими, экономическими, надежностными и другими характеристиками. Тип данных Данные Сегменты Объект стандартизации Процессы предоставления информационных услуг, использующих локальным телекоммуникационные сервисы Адресация приложений открытых систем и процесс передачи данных между приложениями разных открытых систем Пакеты Адресация локальных сетей и процесс передачи данных по глобальным сетям между локальными сетями Кадры Адресация открытых систем и процесс передачи данных по локальным сетям между открытыми системами Биты Процесс физической передачи цифровых данных по каналу связи Задача стандартизации элемента «С» обеспечить информационное взаимодействие территориально разнесенных пользователей за счет стандартных интерфейсов открытых систем с телекоммуникационными сетями.
МОДЕЛЬ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ «MUSIC» Модель MUSIC дает перечень процессов и функций открытых систем, которые требуют четкой стандартизации интерфейсов: M – интерфейсы с системными администраторами; U – интерфейсы с пользователями; S – интерфейсы с приложениями; I – интерфейсы с запоминающими устройствами; C – интерфейсы с телекоммуникационными сетями. Изучение технических решений, принятых при разработке систем, должно основываться на описаниях системы в виде черного ящика на уровне интерфейсов.
Скачать презентацию КОЛБАНЁВ МИХАИЛ ОЛЕГОВИЧ Доктор технических наук профессор Инфопроцессы
05_1_Инфопроцессы в цифовой среде MUSIK.ppt