1. Структура информационного процесса

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
О.М. Топоркова
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Допущено (рекомендовано) ученым советом ФГБОУ ВПО «КГТУ»
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся в бакалавриате по направлениям подготовки:
«Информатика и вычислительная техника»;
«Прикладная информатика»
Калининград
Издательство ФГБОУ ВПО «КГТУ»
2015
2
УДК 004(075)
Рецензенты:
доцент, кандидат технических наук В.В. Капустин
доцент, кандидат педагогических наук Н.Б. Розен
Топоркова О.М.
Информационные технологии: учебное пособие/ О.М. Топоркова. - Калининград: Издательство ФГБОУ ВПО «КГТУ», 2015. – 104 с.
Описана структура информационного процесса, составляющего основу любой
информационной технологии, даны вербальные модели включенных в него фаз.
Приведено понятие информационной технологии, разобраны этапы ее эволюции, классификация, современное состояние и тенденции развития.
Рассмотрены некоторые базовые информационные технологии, а также технологии распределенных систем.
Учебное пособие предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлениям подготовки Информатика и вычислительная техника; Прикладная информатика.
Ил. 40, табл. 6, список лит. - 9 наименований
Рекомендовано к изданию кафедрой систем управления и вычислительной техники 12 марта 2015 г., протокол № 4.
Учебное пособие одобрено и рекомендовано к изданию методической комиссией факультета автоматизации производства и управления 13 марта 2015 г., протокол
№ 8.
УДК 004(075)
© Федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Калининградский государственный технический университет», 2015 г.
3
Оглавление
Введение ............................................................................................................. 5
1. Структура информационного процесса ...................................................... 9
1.1. Извлечение информации ........................................................................ 9
1.1.1. Сбор информации .......................................................................... 10
1.1.1.1. Формирование данных ............................................................ 11
1.1.1.2. Регистрация данных ................................................................ 13
1.1.2. Восприятие информации ............................................................... 16
1.1.2.1. Первичное восприятие и измерение информации ............... 17
1.1.2.2. Анализ результатов первичного восприятия и измерения .. 17
1.1.2.3. Распознавание символов ......................................................... 18
1.2. Обмен данными..................................................................................... 18
1.2.1. Процедуры передачи данных ....................................................... 18
1.2.1.1. Модуляция и демодуляция сигнала ...................................... 19
1.2.1.2. Уплотнение сигнала и выделение уплотненного сигнала ... 23
1.2.2. Процедуры организации сети ....................................................... 24
1.2.2.1. Компьютерные сети ................................................................. 24
1.2.2.2. Топология сетей ....................................................................... 26
1.2.2.3. Методы передачи данных в сетях .......................................... 27
1.2.2.4. Организация обмена информацией в сети ............................ 30
1.3. Обработка данных ................................................................................ 32
1.3.1. Виды программного обеспечения компьютера........................... 32
1.3.1.1. Общее программное обеспечение .......................................... 32
1.3.1.2. Пакеты прикладных программ ............................................... 34
1.3.1.3. Инструментарий технологии программирования ................ 34
1.3.2. Режимы обработки данных ........................................................... 36
1.4. Представление данных ......................................................................... 37
1.4.1. Устройства вывода на электронный носитель ............................ 37
1.4.1.1. Мониторы, использующие ЭЛТ ............................................. 37
1.4.1.2. Жидкокристаллические мониторы ........................................ 38
1.4.1.3. Плазменные мониторы ............................................................ 39
1.4.2. Устройства вывода на бумажный носитель ................................ 39
1.4.2.1. Технология формирования цвета ........................................... 40
1.4.2.2. Струйная технология ............................................................... 41
1.4.2.3. Электрографическая технология ............................................ 43
1.5. Накопление данных .............................................................................. 44
2. Понятие, эволюция и классификация информационных технологий ... 47
2.1. Определение информационных технологий ...................................... 47
2.2. Эволюция информационных технологий........................................... 49
2.2.1. Поколения компьютеров ............................................................... 49
2.2.2. Этапы развития ИТ ........................................................................ 56
2.3. Понятие платформы ............................................................................. 57
2.4. Классификация ИТ ............................................................................... 58
2.5. Современное состояние и тенденции ИТ ........................................... 63
4
3. Базовые информационные технологии ..................................................... 65
3.1. Мультимедийные ИТ............................................................................ 65
3.2. Телекоммуникационные технологии .................................................. 69
3.2.1. Интернет .......................................................................................... 69
3.2.2. Технологии мобильных устройств ............................................... 74
3.3. ИТ автоматизации проектирования ................................................ 76
3.4. ИТ в промышленности и экономике ............................................... 77
3.5. ИТ искусственного интеллекта ........................................................ 80
3.6. ИТ защиты информации ................................................................... 83
3.6.1. Управление доступом к информации........................................... 83
3.6.2. Управление целостностью информации ...................................... 85
3.7. Геоинформационные ИТ .................................................................. 88
4. Распределенные системы ........................................................................ 92
4.1. Клиент-серверные технологии......................................................... 92
4.2. Сетевые ИТ ........................................................................................ 94
4.3. Современные ИТ накопления данных ............................................ 97
4.4. Интеграция ИТ ...................................................................................... 98
4.4.1. Технологии и средства проведения видеоконференций ............ 98
4.4.2. Системы коллективной работы................................................... 100
Заключение .................................................................................................... 104
Список литературы ....................................................................................... 105
5
Введение
Информационная технология (ИТ) возникла на Земле несколько миллионов лет назад вместе с первыми приемами общения - нечленораздельными звуками, мимикой, жестами, прикосновениями, наскальными рисунками и другими сигналами наших далеких предков.
Говорят об эволюции и революциях в области ИТ.
По возможности фиксации информации на материальных носителях выделяют следующие фазы эволюции ИТ в обществе – добумажная, бумажная,
безбумажная.
ИТ добумажной фазы характеризуется следующими значимыми моментами:
1) фиксация информации на камне, папирусе (с III тысячелетия до н.э.),
пергаменте (с III в. до н.э.) обеспечивала обмен информацией между людьми;
2) возникновение речи около 100 тыс. лет назад дало возможность
накопления информации, пока что индивидуального, в памяти человека;
3) возникновение письменности 5-6 тысячелетий назад дало человечеству уже коллективную, или общественную, память, поскольку позволила реализовать полный набор процессов преобразования информации: сбор, обмен,
обработку, накопление и выдачу.
Бумажная фаза началась с Х в., когда бумага (изобретена в Китае во II в.)
стала объектом промышленного производства в странах Европы. С этой фазой
связаны следующие факты:
1) возникновение книгопечатания (середина XV в.), позволившего тиражировать информацию;
2) с расширением торговли и ремесел появились городские почты, с XV в.
- частная почта (Западная Европа), в XVI—XVII вв. - централизованная королевская почта (Франция, Швеция, Англия и другие страны). Эти стабильные
коммуникации позволили вовлечь в информационную деятельность большое
число людей, за счет чего она охватила крупные регионы;
3) центрами хранения и передачи информации становятся первые университеты Италии, затем Франции, Германии, Англии. По существу это явилось началом нового научно-технического этапа в естествознании. Главным качественным содержанием ИТ стало рождение систем научно-технической терминологии в основных отраслях знаний, а количественным – выпуск многотиражных книг, журналов, газет, географических карт, технических чертежей, а
также первых энциклопедий - своего рода стационарных информационнопоисковых систем на алфавитной основе.
Рассмотренные ИТ использовали «ручной» инструментарий (перо, бумага) и безмашинные коммуникации («ручная» почта, посыльный и т.п.). ИТ были нацелены на формирование информации, т.е. представление ее в нужной
форме.
4) новый этап в развитии ИТ, связанный с технической революцией конца XIX в., характеризуется:
6
 созданием почтовой связи как формы стабильных международных коммуникаций (Всеобщий почтовый союз с 1874 г. и Всемирная почтовая конвенция с 1878 г.),
 изобретением: фотографии (с 1839 г.), телеграфа (1832 г.), телефона
(1876 г.), радио (1895 г.), кинематографа (1895 г.), а позднее - беспроводной передачи изображения (1911 г.) и промышленного телевидения (с конца 20-х годов).
Данному этапу свойственны «механические» технологии с инструментарием в виде механических пишущих машинок, телефона, фонографа, более современных методов доставки почты – «механическая» почта. Здесь обеспечивались более удобные формы представления информации.
С 20-го века началась безбумажная фаза, которая характеризуется следующими факторами:
1) изобретение ЭВМ,
2) появление цифровых систем связи и компьютерных сетей,
3) создание первого персонального компьютера (ПК) и его распространение в качестве инструментального средства накопления, преобразования и
передачи информации позволили новым, автоматизированным ИТ внедриться
практически во все области человеческой деятельности.
В развитии информационных коммуникаций наступил период создания
общемировой системы сосредоточения, хранения и быстродействующей передачи информации в наиболее удобной для пользователей форме. Это превратило информацию в движущую силу технического, социального и экономического прогресса, определило ей ведущую роль на этапе современной технологической революции, которая придает ИТ форму интеллектуальной индустрии. Информация превращается в один из наиболее ценных по содержанию и массовых
по форме продуктов цивилизации, потребителем которой становится все человечество.
Обобщая приведенные данные, можно сказать, что в истории развития
цивилизации произошло несколько информационных революций - преобразований общественных отношений из-за кардинальных изменений в сфере обработки информации, следствием которых являлось приобретение человеческим
обществом нового качества:
1-я революция (до н.э.) - изобретение письменности, что привело к гигантскому качественному и количественному скачку. Появилась возможность
передачи знаний от поколения к поколению.
2-я революция (середина XV в.) - изобретение книгопечатания, которое
радикально изменило индустриальное общество, культуру, организацию деятельности.
3-я революция (конец XIX в.) - изобретение электричества, благодаря которому появились телеграф, телефон, радио, позволяющие оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме.
4-я революция (70-е гг. XX в.) - изобретение микропроцессорной технологии и появление ПК, что позволило перейти от механических и электрических
7
средств преобразования информации к электронным, миниатюризировать все
узлы, устройства, приборы, машины, создать программно-управляемые устройства и процессы. Эта информационная революция выдвигает на первый план
новую отрасль – информационную индустрию, связанную с производством
технических средств, методов, технологий для производства новых знаний.
Важнейшими составляющими информационной индустрии становятся все виды
ИТ, особенно телекоммуникации. Современная ИТ опирается на достижения в
области компьютерной техники и средств связи.
Параллельно с развитием техники и технологий в обществе возникала и
потребность в изменении средств и инструментов для работы с информацией.
Настоящее время характеризуется огромными потоками информации, циркулирующей в обществе. Так, например, общая сумма знаний менялась вначале
очень медленно, но уже с 1900 г. она удваивалась каждые 50 лет, к 1950 г.
удвоение происходило каждые 10 лет, к 1970 г. - каждые 5 лет, с 1990 г. – ежегодно. Как результат наступает информационный кризис, который имеет следующие проявления:
1) появляются противоречия между ограниченными возможностями человека по восприятию и обработке информации и существующими мощными
потоками и массивами хранящейся информации;
2) существует большое количество избыточной информации, которая затрудняет восприятие полезной для потребителя информации;
3) возникают определенные экономические, политические и другие социальные барьеры, которые препятствуют распространению информации.
Например, по причине соблюдения секретности часто необходимой информацией не могут воспользоваться работники разных ведомств.
Помимо того, что растут объемы информации, она становится одним из
самых важных и дорогих видов ресурсов – информационным. Это проявляется
в том, что основная часть трудового населения переходит из сферы производства материальных благ в сферу информационного производства, например, в
настоящее время в США в области обработки информации занято до 90% населения. Отличительными особенностями информационного ресурса являются
следующие:
 он оказывается основой развития наукоемкого производства, результаты которого проявляются в изделиях, превышающих по своим параметрам
мировые образцы;
 он может проявляться в виде не овеществленной продукции, т.е. в лицензиях, патентах, программных продуктах, методах и моделях, типовых алгоритмах обработки информации и структурах данных, технологиях;
 это единственный вид ресурса, который, увеличиваясь и качественно
совершенствуясь, содействует наиболее рациональному и эффективному использованию всех остальных ресурсов, а иногда и созданию новых.
Внедрение ЭВМ в различные сферы деятельности послужило началом
нового эволюционного процесса, называемого информатизацией, в развитии
человеческого общества, находящегося на этапе индустриального развития. Таким образом, начало формироваться информационное общество. Создание та-
8
кого общества стало политической, экономической и культурной целью большинства субъектов экономики. Для этого разрабатываются национальные стратегические программы, международные, региональные, национальные и местные проекты.
Информационное общество – общество, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации, особенно высшей ее формы – знаний. Его характерные черты:
1) решена проблема информационного кризиса, т.е. разрешено противоречие между информационной лавиной и информационным голодом;
2) обеспечен приоритет информации по сравнению с другими ресурсами;
3) главной формой развития становится информационная экономика;
4) в основу общества закладываются автоматизированные генерация,
хранение, обработка и использование знаний с помощью новейшей информационной техники и технологии;
5) ИТ приобретает глобальный характер, охватывая все сферы социальной деятельности человека;
6) формируется информационное единство всей человеческой цивилизации;
7) реализуются оптимальные принципы управления обществом, воздействия на окружающую среду.
Таким образом, ИТ – совокупность методов и средств получения, обработки, представления информации, направленных на изменение ее состояния,
свойств, формы, содержания и осуществляемых в интересах пользователей. ИТ
осуществляют переход от рутинных методов и средств работы с информацией к
промышленным, обеспечивая ее рациональное и эффективное использование в
соответствии с закономерностями того объекта, где развивается ИТ.
9
1. Структура информационного процесса
Информация - сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их
параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них
степень неопределенности, неполноты. Являясь объектом преобразования в ИТ,
информация имеет следующие виды:
1) факты – результат наблюдения за источником информации1 (ИИ),
представленный произвольным образом (например, в виде текстовой, речевой,
визуальной форме),
2) данные – это факты, дискретно описывающие ИИ, т.е. характеризующие отдельные его свойства. Они отличаются высокой степенью структурированности в отличие от более свободных форм, характерных для фактов,
3) знания – это закономерности ИИ (принципы, связи, законы). Они позволяют специалистам ставить и решать определенные задачи. Это итог теоретической и практической деятельности человека, отражающий накопление
предыдущего опыта и отличающийся высокой степенью структурированности.
При переносе информации от источника к потребителю (ПИ) она проходит последовательно следующие фазы (говорят – фазы обращения), составляющие информационный процесс (рис. 1.1):
1) извлечение - это переход от реальной предметной области к ее описанию в некотором виде,
2) обмен - это передача информации на расстояние для организации
быстрого доступа к ней,
3) обработка – это любое преобразование значений или структур информации,
4) накопление – это скапливание и долговременное сохранение информации,
5) представление - это отображение информации потребителю в удобной для него форме.
Рис. 1.1. Структура информационного процесса
1.1. Извлечение информации
Извлечение информации – это процесс ее прохождения от ИИ к сигналу,
целью которого является получение и фиксация сведений о некоторых объектах, их свойствах, структурных связях между ними, функциях, выполняемых
этими объектами, над ними или для них.
Извлечение информации может производиться или человеком (наблюдателем, аналитиком, ИТ-специалистом), или с помощью технических средств и
1
ИИ называют еще предметной областью
10
систем, т.е. аппаратно. Тогда в первом случае этот процесс называется сбором
информации, во втором – восприятием информации.
1.1.1. Сбор информации
В силу того, что информационные ресурсы включают факты, данные и
знания, схема сбора информации может иметь вид рис. 1.2:
Рис. 1.2. Схема сбора информации
По связи 1 наблюдаются и неформально описываются факты, имеющие
место в предметной области. Поскольку ИИ безграничен, факты должны выявляться в соответствии с важностью отдельных параметров для решения требуемой задачи. Для корректной реализации этой фазы наблюдатель должен обучаться, профориентироваться и специализироваться. По связи 6 эти факты могут фиксироваться на некотором носителе для накопления, обработки или обмена (это регистрация данных – см. п. 1.1.1.2).
Пусть, например, разрабатывается ИТ для задачи регулирования деканатом контингента студентов после сессии, т.е. для составления списков студентов на отчисление и на перевод в следующий семестр на основании результатов сдачи сессии. Для автоматизации этой
задачи ИТ-специалист выявляет в предметной области (т.е. в деканате) следующие факты:
 студент Х имеет оценку 2 по информатике – он отчисляется,
 студент Y имеет оценку 2 по физике – он отчисляется,
 студент Z не имеет оценки 2 ни по одной дисциплине – он переводится в следующий
семестр.
По связи 2 факты обобщаются, структурируются и превращаются в данные (это формирование данных – см. п. 1.1.1.1). При этом в предметной области выделяются понятия и их свойства, устанавливаются связи между отдельными понятиями, определяются последовательности событий во времени.
Для нашего примера на основании обобщения фактов выделяются понятия со свойствами (т.е. происходит структурирование фактов):
понятие
свойства
студент
фамилия студента
дисциплина название дисциплины
Устанавливается связь между понятиями «дисциплина» и «студент»: она формирует
понятие «экзамен» со свойством «оценка»:
понятие
связанные понятия
свойство
экзамен
дисциплина, студент
оценка
Полученные результаты формируют модель данных предметной области – она описывает объекты, их свойства и структурные связи между объектами. Данная модель может
использоваться для проектирования баз данных ИТ (связь 5).
11
Устанавливается последовательность событий: наличие двойки по какой-либо дисциплине (обобщение) приводит к отчислению. Выполняется еще одна операция над фактами
- анализ и определение нового данного: для решения о дальнейшей судьбе студента в вузе
можно использовать минимальную оценку в сессию (это новое данное).
В результате формируется структура данных, которая описывает процедурные параметры ИИ, важные для решения задачи:
фамилия студента
Х
Y
Z
минимальная оценка
2
2
>2
решение деканата
отчисляется
отчисляется
переводится (в следующий семестр)
По связи 3 данные еще более обобщаются. В них выявляются скрытые
закономерности путем определения причинно-следственных связей между
элементами данных.
В примере на основании дальнейшего обобщения наблюдателем формируется знание
как система правил, по которым работает деканат:
 для каждого студента: если минимальная оценка=2 отчисляется,
 для каждого студента: если минимальная оценка>2 переводится.
Полученное знание есть алгоритмическая модель предметной области:
она описывает функции, выполняемые над объектами или самими объектами.
По связи 4 выполняется программная реализация данной модели.
Совокупность модели данных и алгоритмической модели является информационной моделью предметной области.
Представленная схема процесса извлечения информации является обобщенной и имеет различные реализации:
1) последовательность связей 1 – 2 – 5 используется для разработки
информационного обеспечения ИТ – баз и банков данных,
2) последовательность связей 1 – 2 – 3 – 4 употребляется для разработки программного обеспечения ИТ – прикладных программ, реализующих различные алгоритмы обработки данных,
3) последовательность связей 1 – 6 применяется при эксплуатации ИТ:
 для ведения информационных массивов, т.е. для ввода в них актуальной
информации, отражающей состояние предметной области,
 для ввода исходной информации при выполнении прикладных программ.
1.1.1.1. Формирование данных
На данном этапе возможно проведение классификации полученной информации с помощью иерархического и фасетного методов. Каждый из методов использует выделенное ранее множество свойств объектов и их значений
(здесь они называются классификационными признаками).
При иерархической классификации все исходное множество объектов,
соответствующих анализируемой предметной области, образует нулевой уровень классификации (он вначале является текущим). Затем выполняются шаги:
12
1) нулевой уровень делится на классы в зависимости от выбранного
классификационного признака. Полученные группы образуют первый уровень;
2) каждый класс первого уровня делится на подклассы в соответствии со
своим признаком классификации - получается второй уровень классификации
(использование оригинального признака классификации при этом и каждом последующем разбиении на классы позволяет применять независимые классификационные признаки в разных ветвях иерархической структуры);
3) полученный уровень классификации становится текущим, и к нему
применяется первый шаг.
Пример 1. Пусть решается задача анализа успеваемости отдельных студентов в учебных
группах первого курса специальностей кафедры СУиВТ по итогам зимней сессии. Наблюдателем выявлены следующие характеристики предметной области, существенные для решаемой задачи:
1) на первом курсе по кафедре СУиВТ набраны 2 учебные группы с шифрами АС и ВС;
2) в зимнюю сессию включены экзамены по дисциплинам (условно):
 для группы АС – информатика, математика;
 для группы ВС – физика, культурология;
3) возможные оценки за экзамены – от 2 до 5.
Требуется построить классификацию студентов первого курса кафедры СУиВТ для решения
задачи анализа результатов сессии, применив метод иерархической классификации.
Решение
Зададимся нулевым уровнем классификации – это все множество студентов первого курса
кафедры СУиВТ (табл.. 1.1). Применим первый классификационный признак – пусть это шифр учебной группы. Получим первый уровень классификации.
Таблица 1.1
Классификатор для примера 1
студенты первого курса кафедры СУиВТ
0-й уровень
ВС
АС
1-й уровень
информатика
математика
физика
культурология
2-й уровень
2 3 4
2
2 3 4 5
2
3-й уровень
5
3
4
5
3
4
5
К каждому классу первого уровня применим классификационный признак – дисциплина с соответствующими учебной группе значениями. Получим второй уровень классификации. К каждому
классу второго уровня применим классификационный признак – оценка. Получим третий уровень
классификации.
Классификатор построен.
При фасетной классификации признаки классификации называются фасетами и выбираются независимо друг от друга. Каждый фасет содержит совокупность
однородных значений данного классификационного признака.
Пример 2. Построить фасетный классификатор для задачи из примера 1.
В соответствии с выявленными классификационными признаками и их значениями имеем
табл. 1.2:
13
Таблица 1.2
Классификатор для примера 2
Учебные группы
Дисциплины
Оценки
ВС
Информатика
5
АС
Математика
4
Физика
3
Культурология
2
Полученная таблица и есть классификатор. При этом данные, находящиеся в одной строке,
никак не связаны.
1.1.1.2. Регистрация данных
В случае регистрации на бумажный носитель (документ) осуществляется визуальный контроль – это зрительный просмотр документа в целях проверки полноты, актуальности, наличия подписей ответственных лиц и т.д. Используются следующие виды бумажных носителей:
1) содержащие произвольный текст, т.е. текст или иллюстрации произвольного вида и содержания (примером такого носителя является конспект,
который студент ведет на лекциях);
2) стилизованные, ориентированные на использование информации автоматом, например, индекс на почтовом конверте, налоговая декларация и т.п.
Часто бумажный носитель используют как промежуточное звено для последующего переноса данных на электронный носитель. В этом случае для
уменьшения числа возможных ошибок при переносе данных применяют следующие приемы:
1) разрабатывают правила составления документа на бумажном носителе
(это связано с унификацией и стандартизацией форм документов);
2) обеспечивают совместимость форматов исходного бумажного и электронного документов.
Совместное использование бумажного и электронного носителя имеет место при регистрации
результатов сдачи сессии. Оценив ответ студента, преподаватель записывает оценку в экзаменационную ведомость – регистрирует ее. Переносом данных с одного носителя на другой занимается методист деканата, когда переносит экзаменационные оценки из ведомости преподавателя в электронный
журнал учета. Уменьшение числа ошибок при таком переносе может достигаться следующими приемами:
 единой структурой бумажных экзаменационных ведомостей, которые заполняет преподаватель,
 регламентацией для преподавателя формы оценки в ведомости: всегда цифра (4, 3 и т.д.), а
не символьное данное («хор.», «хорошо» и т.п.);
 единой структурой ведомости и самого журнала: так, если ведомость последовательно содержит графы «ФИО студента», «Дата сдачи экзамена», «Оценка», то такая же последовательность
граф желательна и в электронном журнале.
В случае электронного носителя при регистрации применяется некоторый машинный код (построенный, например, на базе ASCII-кода), который может выполнять дополнительные функции эффективного, криптографического
или помехозащитного характера. При этом используется экран монитора, кото-
14
рый позволяет применять следующие приемы, облегчающие оператору проводить регистрацию и обрабатывать ошибки ввода:
1) начало зоны ввода данных указывается курсором;
2) на экране содержится описание значения, которое должно быть помещено в рабочую зону (своеобразная подсказка оператору);
3) используются средства визуализации для показа ошибок;
4) используются редактирующие функции: дублирование символов,
пропуск нескольких позиций, стирание символов, вставка символов, дополнение нулями или удаление незначащих нулей, автозамена;
5) автоматически добавляются данные, например, дата, номера страниц,
время, оглавление и т.д.
После того, как данные записаны на электронный носитель, можно организовать дополнительный контроль правильности данных. Для этого используются следующие приемы:
1) контроль формата данного (типа и числа символов);
2) контроль идентичности: введенное данное сравнивается с имеющимся в системе;
3) проверка допустимости данного: может выполняться для всего набора записанных данных или для отдельного данного путем вычислительных операций и сравнения с некоторой суммой;
4) контроль по граничным значениям (диапазон);
5) контроль сопоставлением, когда дважды вводится одно и то же данное.
Некоторые из этих приемов можно найти в прикладных пакетах Word,
Excel, Access.
При регистрации возможно кодирование информации регистрационными и классификационными методами. Цель такого кодирования (замена данного на условное обозначение) - уменьшение объема регистрируемой информации и, возможно, защита от несанкционированного доступа.
Регистрационные методы кодирования не требуют предварительной
классификации объектов и включают порядковое и серийно-порядковое кодирование.
При порядковом кодировании объекты обозначаются числами натурального ряда или другими символами. Применяется, когда количество объектов
невелико.
Пример 3. Выполнить порядковое кодирование для названий дисциплин, шифров учебных
групп и оценок из примера 1.
При решении этой задачи преследуем две цели – уменьшение объема информации (для учебных групп и дисциплин) и шифрование для защиты от несанкционированного доступа (для оценок).
Примерная система кодирования будет иметь вид:
Шифры учебных групп Коды
ВС
1
АС
2
Названия дисциплин Коды
Информатика
1
Математика
2
Физика
3
Культурология
4
Оценки Коды
5
#
4
$
3
@
2
)
15
При серийно-порядковом кодировании предварительно выделяются
группы объектов, которые составляют серию, затем в каждой серии производится порядковое кодирование. Сами серии также кодируются с помощью порядкового кодирования. Между кодами серии и кодами ее элементов ставится
разделитель. Применяется, когда число объектов сравнительно велико, но классификация не применяется.
Пример 4. Выполнить серийно-порядковое кодирование для названий дисциплин, условно
предположив, что их число велико.
Для кодирования упорядочим значения по алфавиту и разобьем список на две равные части серии. Первой серии присвоим код А, второй – В. Элементы в каждой серии пронумеруем по порядку. Получим:
Серия А
Серия В
1 Информатика
1 Математика
2 Культурология
2 Физика
Тогда получим коды:
Дисциплины
Информатика
Математика
Физика
Культурология
Коды
А.1
В.1
В.2
А.2
Классификационные методы кодирования ориентированы на проведение предварительной классификации объектов на основе иерархического или
фасетного методов. Включают последовательное и параллельное кодирование.
Последовательное кодирование используется для иерархической классификации – сначала записывается код класса первого уровня, затем – второго
и т.д. Коды классов формируются способом регистрационного кодирования,
между кодами разных уровней классификации возможны разделители.
Пример 5. Выполнить последовательное кодирование для вершин третьего уровня классификатора из примера 1. При этом использовать коды признаков, полученные при порядковом кодировании из примера 3.
Припишем коды из примера 3 вершинам классификатора из примера 1. Результат представлен
в табл. 1.3 (коды приписаны вершинам справа и выделены жирным стилем).
Таблица 1.3
Последовательное кодирование для примера 5
студенты первого курса кафедры СУиВТ
0-й уровень
ВС 1
АС 2
1-й уровень
информатика 1
математика 2
физика 3
культурология 4
2-й уровень
2) 3@ 4$ 5#
2) 3@ 4$ 5#
2) 3@ 4$ 5#
2) 3@ 4$ 5#
3-й уровень
Тогда, например, для класса студентов из группы ВС, получивших оценку 5 на экзамене по
информатике, сформируем код: 1.1.#, где точка играет роль разделителя.
16
Параллельное кодирование используется для фасетной классификации.
Фасеты кодируются с использованием регистрационного кода, между кодами
разных уровней возможны разделители.
Пример 6. Выполнить параллельное кодирование для класса со следующими значениями
классификационных признаков (при построении кода учитывается и порядок признаков): дисциплина
= физика; учебная группа = АС; оценка = 3. При этом использовать коды признаков, полученные при
порядковом кодировании из примера 3.
Имеем код: 3.2.@, где точка играет роль разделителя.
1.1.2. Восприятие информации
При восприятии информации техническим устройством выделяются следующие этапы:
1) первичное восприятие и измерение информации;
2) анализ информации;
3) распознавание введенного сигнала.
Рассмотрим, как выполняется восприятие информации сканером –
устройством для ввода в компьютер двумерных изображений.
Принцип действия сканера очень прост. Поверхность с изображением
просматривается (сканируется) непрерывным лучом света, испускаемым фотодиодом, в направлении, которое на рис. 1.3 изображено пунктирными линиями:
Рис. 1.3. Схема работы сканера
Отражаемый луч улавливается датчиком, который замеряет интенсивность отраженного луча с определенной частотой (получается дискретный по
времени и значению сигнал). Интенсивность потока преобразуется в двоичный
код (в простейшем случае - в однобитовый) по следующему правилу: если в
точке падения луча на поверхность есть изображение, оно кодируется двоичной
1, если нет – двоичным 02.
Таким образом, после сканирования всей поверхности каждая ее точка
представляется (кодируется) двоичным 0 или 1. Получается растровый формат
исходного изображения. На этом работа сканера может быть закончена, если
пользователь настроил сканер на ввод изображения.
Если вводится текст (настройка на ввод текста также выполняется пользователем), в растровом формате изображения начинают распознаваться отВ более сложных случаях, когда сканер распознает и цвета, кодирование выполняется p-битовым
двоичным кодом, причем p=log2K, где K – количество распознаваемых сканером цветовых оттенков.
2
17
дельные символы. В результате получается текстовый формат, который может
обрабатываться, например, текстовым процессором.
1.1.2.1. Первичное восприятие и измерение информации
Для сканера этот этап выполняется датчиком, который преобразует интенсивность отраженного светового потока в дискретный по времени и значению электрический сигнал.
Пусть в результате сканирования исходной поверхности с изображением
выделено (nxm) точек, с которых сняты замеры интенсивности отраженного
луча. Эти замеры преобразованы в электрические сигналы Uij, где i={1,2,…,n};
j={1,2,…,m}. Таким образом, в результате данного этапа сформирован двумерный массив размером (nxm), элементы которого содержат значения напряжения
в каждой точке с координатами (i,j):
U11 U12 U13 … U1m
U21 … …
U2m
U31
U3m
…
…
Un1 Un2 Un3 … Unm
1.1.2.2. Анализ результатов первичного восприятия и измерения
Этот этап состоит в кодировании значений Uij по следующему правилу (в
простейшем случае, когда вводится черно-белое изображение): 1, если Uij> Uпорог; 0, если UijUпорог, где Uпорог – некоторое пороговое значение напряжения.
Тогда в результате анализа значений из массива, изображенного выше,
получим, например, бинарный двумерный массив:
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Очевидно, данный этап включает в себя и кодирование. В самом деле,
числовые значения напряжений Uij преобразованы в двоичные значения. Если
вводится графическое изображение (рисунок), на этом работа сканера закончена. Получен растровый формат.
Если вводится текст, выполняется следующий этап – распознавание символов.
18
1.1.2.3. Распознавание символов
Рассмотрим, как решается эта задача в простейшем случае, когда сканер
предварительно обучается распознавать символы того или иного шрифта.
В этом случае в сканер вводятся по каждому шрифту (с учетом стиля и
размера символов) списки шаблонов символов в виде растровых решеток.
Например, шаблон единицы, представленный растровой решеткой размером
10х10, изображен ниже слева, шаблон строчной латинской буквы l – справа:
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Полученный после анализа бинарный массив сопоставляется с шаблонами из памяти сканера. Подсчитывается число совпавших растровых элементов,
равных 1. Выбирается тот символ, для которого число совпавших растровых
элементов максимально.
Сравним изображение из п.1.1.2.2 с левым изображением: число совпавших элементов – 14. Сравнение того же изображения с правым изображением
дает число совпавших элементов – 13. Таким образом, введенный символ – 1.
Распознанный символ кодируется, например, ASCII-кодом.
Очевидно, и в случае восприятия информации техническим устройством
происходит ее регистрация. При этом, как правило, используются машинные
носители информации.
1.2. Обмен данными
При обмене данными можно выделить два основных типа процедур: процедуры передачи данных по каналам связи и сетевые процедуры, позволяющие
осуществить организацию компьютерной сети. Процесс обмена позволяет, с
одной стороны, передавать данные между источником и получателем информации, а с другой – объединять информацию многих ее источников.
1.2.1. Процедуры передачи данных
Схема передачи данных представлена на рис. 1.4.
Рис. 1.4. Схема передачи данных
19
Расшифровка сокращений приведена ниже.
ИС – источник сообщения. Он регистрирует (фиксирует) информацию на
каком-либо носителе, в результате чего образуется сигнал. Может выполнять в
целом первую фазу обращения информации, а также криптографическое кодирование. В роли ИС могут выступать сканеры, факсимильные аппараты, клавиатуры, компьютеры и т.д.
КИ – кодер3 источника. Выполняет эффективное кодирование информации в сигнале в случае необходимости. Данный элемент может отсутствовать в
схеме.
КК – кодер канала. На него возложены функции помехозащитного кодирования, если передаваемый сигнал подвержен помехам.
У – уплотнитель сигнала. Способствует передаче нескольких сигналов по
одной линии связи ЛС. Может отсутствовать в схеме. Уплотнение рассмотрено
далее.
М – модулятор сигнала. Изменяет информационные характеристики сигнала-носителя, накладывая на него дискретный сигнал. Модуляция рассмотрена
далее.
ЛС – линия связи – физическая среда (например, воздух, электрическое
или магнитное поле) и технические средства в ней, которые используются для
передачи сигнала на расстояние.
ДМ – демодулятор. Выполняет выделение дискретного сигнала из сигнала-носителя. Имеет место в схеме только при наличии модулятора М.
В – устройство выделения уплотненного сигнала. Имеет место в схеме
только при наличии уплотнителя У.
ДК – декодер канала. Выявляет и/или исправляет ошибки, допущенные
при передаче сигнала по линии связи ЛС. Присутствует в схеме только при
наличии кодера канала КК.
ДИ – декодер источника. Декодирует эффективные коды. Присутствует в
схеме только при наличии кодера источника КИ.
ПС – получатель сообщения. В его роли может выступать компьютер,
принтер, дисплей и т.д.
КС – канал связи.
Технически блоки модулятор (М) и демодулятор (ДМ) реализованы в одном устройстве, которое называется модем (МОдулятор-ДЕМодулятор).
Аналогично блоки кодеров (КИ и КК) и декодеров (ДИ и ДК) реализованы технически в одном устройстве, называемом кодек (КОдер-ДЕКодер).
Блоки уплотнитель У и блок выделения сигнала В образуют мультиплексор.
1.2.1.1. Модуляция и демодуляция сигнала
Модуляция - изменение информативных параметров некоторых первичных физических процессов (сигналов), рассматриваемых как носители информации, в соответствии с передаваемой (включаемой и сигнал) информацией.
3
coder (англ.) - кодировщик
20
Виды модуляции связаны с типом сигнала-носителя:
1) сигнал-носитель – фиксированный уровень, например, значение
напряжения (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Сигнал-носитель – фиксированный уровень
(t – время, Uн - нормальный уровень напряжения)
В этом случае возможна только прямая модуляция, при которой изменение уровня напряжения означает передачу того или иного сигнала.
Пример 7. Выполнить прямую модуляцию дискретного сигнала 01102.
Зададимся следующими модификациями напряжения Uн для передачи двоичной цифры: при
уменьшении нормального уровня напряжения на Uм передается двоичный 0, при увеличении нормального уровня на ту же величину передается двоичная 1. Для кодирования повторений цифр зададимся дискретой времени t, в течение которой передается одна цифра. Тогда получим результат,
показанный на рис. 1.6.
Рис. 1.6. Прямая модуляция для сигнала 01102
2)
сигнал-носитель – колебания (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Сигнал-носитель – колебания
Этот вид сигнала характеризуется тремя информационными параметрами
– амплитудой (имеет величину Uн на рис. 1.7), частотой (1/(2t) на рис. 1.7) и
фазой, поэтому возможны три вида модуляции:
 амплитудная. Изменение амплитуды означает передачу того или иного
сигнала.
21
Пример 8. Выполнить амплитудную модуляцию для дискретного сигнала 01102, если сигналом-носителем является сигнал рис. 1.7.
Зададимся модификациями амплитуды базового сигнала-носителя: пусть уменьшение амплитуды на величину Uм означает передачу двоичного 0, а увеличение на ту же величину – передачу
двоичной 1.
Тогда получим результат, показанный на рис. 1.8.
Рис. 1.8. Амплитудная модуляция для сигнала 01102
 частотная. Изменение частоты колебаний передает дискретный сигнал.
Пример 9. Выполнить частотную модуляцию для дискретного сигнала 01102. Сигналноситель представлен на рис. 1.7.
Пусть увеличение колебаний в период времени T=2t в 2 раза означает передачу двоичного 0,
а увеличение в 3 раза – двоичной 1.
Тогда результат модуляции представлен на рис. 1.9.
Рис. 1.9. Частотная модуляция для сигнала 01102
 фазовая. Смена фазы передает дискретный сигнал.
Пример 10. Выполнить фазовую модуляцию для дискретного сигнала 01102. Сигнал-носитель
представлен на рис. 1.7.
Пусть сдвиг по фазе на 90 означает передачу двоичной 1, отсутствие сдвига – двоичного 0.
Тогда результат модуляции представлен на рис. 1.10.
Рис. 1.10. Фазовая модуляция для сигнала 01102
3) сигнал-носитель – импульсы (рис. 1.11).
22
Рис. 1.11. Сигнал-носитель – импульсы
Аналогично колебаниям этот вид сигнала позволяет выполнять три вида
модуляции:
 амплитудно-импульсная. Передача дискретного сигнала связана с изменением амплитуды импульсов.
Пример 11. Выполнить амплитудно-импульсную модуляцию для дискретного сигнала 01102.
Сигнал-носитель представлен на рис. 1.11.
Зададимся модификациями амплитуды базового сигнала-носителя: пусть уменьшение амплитуды импульса на величину Uм означает передачу двоичного 0, а увеличение на ту же величину –
передачу двоичной 1. Тогда результат модуляции представлен на рис. 1.12.
Рис. 1.12. Амплитудно-импульсная модуляция для сигнала 01102
 частотно-импульсная. Передача дискретного сигнала связана с изменением частоты импульсов.
Пример 12. Выполнить частотно-импульсную модуляцию для сигнала 01102. Сигналноситель представлен на рис. 1.11.
Пусть увеличение частоты импульсов в период времени T в 2 раза означает передачу двоичного 0, а увеличение в 3 раза – двоичной 1.
Тогда результат модуляции представлен на рис. 1.13.
Рис. 1.13. Частотно-импульсная модуляция для сигнала 01102
 время-импульсная. Передача дискретного сигнала связана с изменением
продолжительности импульса .
23
Пример 13. Выполнить время-импульсную модуляцию для сигнала 01102. Сигнал-носитель
представлен на рис. 1.11.
Пусть увеличение продолжительности импульса на время  означает передачу двоичной 1, а
уменьшение на ту же величину – передачу двоичного 0.
Тогда результат модуляции представлен на рис. 1.14.
Рис. 1.14. Время-импульсная модуляция для сигнала 01102
Демодуляция – восстановление величин, вызвавших изменение параметров носителей при модуляции. Выполняется на принимающей стороне при известных условиях модуляции на передающей стороне.
1.2.1.2. Уплотнение сигнала и выделение уплотненного сигнала
Современные средства передачи информации часто бывают многоканальными, т.е. предназначенными для передачи нескольких сигналов. Различают два подхода к организации многоканальных средств передачи:
 структурный, когда сигналы разделяются пространственно, т.е. каждый
сигнал передается по своей линии связи;
 виртуальный, когда все сигналы передаются по общей линии связи путем уплотнения, или мультиплексирования, сигналов на передающей стороне и
их последующего разделения на принимающей стороне.
Очевидно, более привлекательным является второй подход, обеспечивающий использование одного ресурса (линии связи) несколькими задачами.
Рассмотрим основные методы уплотнения и выделения сигнала:
1) частотный. Для уплотнения различным сигналам назначаются непересекающиеся участки частотной шкалы. Например, для передачи двух сигналов используются сигналы-носители с разными частотами (показаны на рис. 1.15
жирной и обыкновенной линиями).
Рис. 1.15. Сигналы-носители при частотном уплотнении
Тогда в простейшем случае возможны амплитудный и фазовый методы
модуляции для собственно передачи дискретного сигнала. Для выделения
нужного сигнала на приемной стороне полученный уплотненный сигнал разде-
24
ляется частотными фильтрами, что позволяет «направить» разночастотные сигналы-носители разным получателям;
2) временной. Для уплотнения разные сигналы передаются только в
определенные отрезки времени, например, для одного получателя сигнал передается от 6 часов утра до полудня, для другого – с полудня до 18 часов и т.д.
Для синхронизации сигналов на передающей и принимающей стороне устанавливаются распределители, отсчитывающие время, отведенное под каждый сигнал, – это и есть выделение сигнала при данном методе;
3) кодовый. Для уплотнения каждому сигналу присваивается адрес получателя, указываемый специальным кодом. При выделении сигнала на принимающей стороне декодирующее устройство направляет сигналы согласно их
адресам. Например, дискретный сигнал 01102 из предыдущих примеров при таком методе уплотнения и двух возможных получателях с адресами 0 и 1 при
пересылке его первому адресату будет иметь вид 001102, а при пересылке второму – 101102, где старший разряд – код адреса получателя сигнала.
1.2.2. Процедуры организации сети
Эти процедуры связаны с использованием компьютерных сетей в качестве средств обмена данными.
1.2.2.1. Компьютерные сети
Если источником и получателем сообщения являются компьютеры, то такая система передачи информации формирует компьютерную сеть. В общем
случае, для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное
обеспечение - сетевое оборудование и специальное программное обеспечение сетевые программные средства.
Компьютеры сети, на которых пользователями сети реализуются прикладные задачи, называются рабочими станциями. Серверы сети - это аппаратно-программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа. Сервером может быть любой подключенный к сети компьютер, на котором находятся ресурсы, используемые другими устройствами локальной сети. В качестве аппаратной части сервера используются достаточно мощные компьютеры.
Компьютерные сети обладают следующими возможностями, что делает
их привлекательными для пользователей:
1) обеспечивают параллельную обработку данных несколькими ЭВМ;
2) поддерживают распределенные базы информации, когда данные, требуемые для решения прикладных задач, а также программы обработки этих
данных распределяются по сети, разгружая ресурсы отдельных компьютеров и
приближаясь к тем точкам сети, где они наиболее актуальны;
3) обеспечивают возможность специализации отдельных ЭВМ для решения определенных задач;
4) автоматизируют обмен информацией между компьютерами сети;
25
5) вычислительные мощности и средства передачи информации резервируются на случай выхода из строя отдельных из них;
6) обеспечивают перераспределение вычислительных мощностей между
пользователями сети в зависимости от изменения их потребностей и сложности
решаемых задач;
7) повышают уровень загрузки отдельных компьютеров и дорогостоящего оборудования.
Выполним фасетную классификацию компьютерных сетей (далее – просто сетей), сведя ее в табл. 1.4 (заголовки столбцов таблицы – признаки классификации, данные в графах – их значения).
Таблица 1.4
Фасетная классификация компьютерных сетей
Способы раз- Степень терриФункциоТип исМетод
мещения инториальной
нальное
пользуе- передачи Топология
формации в
рассредотоназначение
мых ЭВМ данных
сети
ченности
С коммутацией
Радиальная
Информаци- С централизо- Глобальные
каналов
онные
ванным храОднороднением данС комму- Кольцевая
ные
ных и протацией
Региональные
ВычислиМногограмм
сообщетельные
связная
ний
С распредеИерархиИнформациленным храС комму- ческая
онноНеоднонением дан- Локальные
тацией
вычислиродные
Общая шиных и пропакетов
тельные
на
грамм
Рассмотрим отдельные классификационные признаки и их значения.
Информационные сети обеспечивают лишь обмен информацией любого
рода; вычислительные сети решают задачи обработки данных, сопровождаемые обменом данными и программами между компьютерами сети; информационно-вычислительные совмещают обе функции.
Централизованное хранение данных и программ предполагает использование одного, наиболее мощного компьютера для хранения информации. Этот
компьютер называется сервером – server (англ.) - в отличие от остальных ЭВМ
сети, называемых рабочими станциями – workstations (англ.). При распределенном хранении информация распределяется по компьютерам сети.
Глобальные (WAN – Wide Area Network) сети охватывают территорию
одной или нескольких стран, а также континентов. Расстояние между узлами
сети достигает тысяч километров. Взаимодействие осуществляется на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Региональные
(MAN – Metroрolian Area Network) соответствуют городу, району. Узлы сети
26
отдалены на десятки и сотни километров. Локальные (LAN – Local Area Network) распространяются в рамках одного здания, их элементы удалены максимально на несколько километров.
В состав однородных сетей входят компьютеры одного типа, неоднородные сети такого ограничения не имеют.
1.2.2.2. Топология сетей
Этот классификационный признак определяет схемы соединения компьютеров в сети.
Радиальная топология представлена на рис. 1.16 (УК – устройство коммутации – техническое устройство, возможно, компьютер, для сопряжения каналов связи). Используется в учрежденческих системах управления с централизованным хранением информации, которое выполняет УК (в этом случае в его
роли выступает ЭВМ). Эта топология ненадежна, так как выход из строя УК
разрушает всю сеть. Кроме того, она характеризуется значительным потреблением кабеля, что повышает ее стоимость.
Рис. 1.16. Схема радиальной топологии (УК – устройство коммутации)
Кольцевая топология (рис. 1.17) обеспечивает передачу информации по
кольцу только в одном направлении, что уменьшает надежность сети. Для повышения надежности при неисправности кабеля вводят дополнительное кольцо, что приводит к удорожанию сети.
Рис. 1.17. Схема кольцевой топологии
Многосвязная топология (рис. 1.18) наиболее сложная и дорогая, применяется очень редко для обеспечения высокой скорости и надежности.
27
Рис. 1.18. Схема многосвязной топологии
Топология типа общая шина (рис. 1.19) использует в качестве обслуживающего устройства одну из ЭВМ, которая обеспечивает централизованный
доступ к общей информации и ресурсам. Эта топология характеризуется низкой
стоимостью, высокой гибкостью и скоростью передачи данных.
Рис. 1.19. Схема топологии «общая шина»
Иерархическая топология (рис. 1.20) образуется с помощью нескольких
топологий типа «общая шина»: они объединяются в дерево с корнем в виде
ЭВМ, где размещаются самые важные компоненты сети. Эта топология используется в сложных системах с десятками и сотнями пользователей.
Рис. 1.20. Схема иерархической топологии
1.2.2.3. Методы передачи данных в сетях
Метод коммутации каналов требует предварительного установления
прямого физического соединения между источником и получателем сообщения
на все время передачи сообщения, что является недостатком данного метода.
Схема передачи данных представлена на рис. 1.21.
28
Рис. 1.21. Схема передачи данных методом коммутации каналов
На этом рисунке представлены четыре узла сети (ЭВМ), между которыми
передается сообщение. Его источник – узел А, получатель – узел Д. Между А и
Д сообщение проходит узлы В и С.
В отрезки времени (t0–t1), (t2–t3), (t4–t5) служебный сигнал перемещается
между соответствующими узлами. Назначение этого сигнала – занять пройденный канал, т.е. заблокировать его от других сигналов. В общем случае последующие каналы оказываются занятыми в моменты прихода в узел служебного
сигнала, поэтому в отрезки времени (t1–t2), (t3–t4) сигнал ожидает освобождения
канала.
В момент времени t5 служебный сигнал достигает получателя, а все пройденные каналы являются заблокированными. В этот момент сигнал возвращается к источнику сообщения за отрезок времени (t5–t6).
В момент времени t6 начинается передача нужного сообщения (передача
сообщения показана жирными линиями). В соответствии с объемом сообщения
и пропускной способностью канала связи это занимает в источнике отрезок
времени (t6–t7). В момент времени t8 получатель сообщения принял его целиком. Передача закончена, и заблокированные каналы высвобождаются для последующего использования.
Метод коммутации сообщений (рис. 1.22) требует последовательное
физическое соединение лишь между двумя соседними узлами. Таким образом,
часть каналов может использоваться для передачи других сообщений.
Чистое время передачи всего сообщения (передача показана жирными
линиями) в схеме рис. 1.21 - отрезок (t6–t8), в схеме рис. 1.22 – сумма отрезков
(t0–t2), (t3–t5), (t6–t8). При всех равных прочих условиях значения этих периодов
равны между собой. Если предположить, что время занятости канала между соседними узлами в обеих схемах совпадает, т.е. отрезки времени (t1–t2) и (t3–t4)
на рис. 1.21 равны, соответственно, отрезкам (t2–t3) и (t5–t6) на рис. 1.22, то общее время передачи сигнала по схеме рис. 1.22 меньше времени передачи сигнала по схеме рис. 1.21 на величину (t0–t1) + (t2–t3) + (t4–t6).
29
Рис. 1.22. Схема передачи данных методом коммутации сообщений
Метод коммутации пакетов предполагает разбиение сообщения на части – пакеты – фиксированной длины, снабжаемые адресом получателя. После
прихода на место назначения из пакетов формируется сообщение. Достоинством этого метода является то, что разные пакеты могут передаваться между
узлами разными каналами связи (если позволяет топология сети). Это приводит
к сокращению общего времени передачи всего сообщения.
Пусть, например, есть многосвязная топология, ЭВМ в которой обозначены символами А, В, С, Д (см. рис. 1.23).
Рис. 1.23. Многосвязная топология
Жирными линиями показаны направления передачи сообщения в соответствии с рис. 1.21 и 1.22. Пусть требуется передать сообщение из узла А в
узел Д методом коммутации пакетов. При этом исходное сообщение разбивается на три пакета, которые параллельно передаются по следующим направлениям:
а) А – Д,
б) А – С – Д,
в) А – В – Д.
Тогда имеем схему передачи пакетов между узлами А и Д, представленную на рис. 1.24. Чтобы показать параллельную передачу пакетов, исходная
30
схема декомпозирована на три схемы, показывающие передачу пакетов по
направлениям, перечисленным выше.
а)
б)
в)
Рис. 1.24. Схема передачи данных методом коммутации пакетов
В моменты времени t0 из пункта А одновременно начинается передача
пакетов в направлениях Д, С, В. В моменты времени t2 пакеты получены в указанных пунктах назначения (для простоты время передачи во все три пункта
одинаково). Если в пунктах С и В последующие каналы заняты (на схеме они
заняты одинаковое время), пакет ожидает освобождения канала (отрезок времени от t2 до t3). В течение времени (t4–t3) пакет передается в пункт назначения,
где из полученных пакетов собирается цельное сообщение.
Рассмотренные методы передачи данных в сетях сталкиваются с проблемой маршрутизации, которая возникает из-за разветвленности связей узлов
сети. В этом случае передаваемые данные должны «знать», как добраться до
получателя сообщения. При этом в реальных сетях ставятся две дополнительные задачи: минимизация маршрута, а также равномерная загруженность сети,
т.е. никакие каналы связи не должны простаивать или нагружаться недостаточно интенсивно. Выделяются следующие виды маршрутизации:
1) централизованная. Выбор пути осуществляется центром управления
сети – одним из компьютеров, специально выделенным в сети для решения, в
частности, задачи маршрутизации (такие компьютеры называют роутерами4
или маршрутизаторами). При этом роутер поддерживает таблицы маршрутов, в
которых для каждого компьютера сети отражаются возможные направления
передачи данных в порядке убывания их предпочтительности;
2) распределенная. Решение принимается каждым узлом сети независимо на основании аналогичных таблиц, которые касаются только маршрутов,
исходящих из данного узла.
1.2.2.4. Организация обмена информацией в сети
Вследствие сложности процесса передачи данных в сети и из-за широкого
развития сетей по инициативе Международной организации по стандартизации
- ISO (International Standard Organization) - приняты международные соглашения, регламентирующие различные вопросы взаимодействия узлов в сети. При
этом определены следующие уровни взаимодействия в сети:
1) физический:
4
router (англ.) - маршрутизатор
31
 обеспечивает электрические, механические и функциональные характеристики подключения к каналам связи,
 преобразует сигналы из аналоговых в дискретные и обратно,
 определяет скорость передачи и топологию сети;
2) канальный:
 генерирует стартовый сигнал и организует начало передачи данных,
 разбивает передаваемую информацию на несколько пакетов, причем
каждый пакет содержит адреса источника и места назначения, а также средства
обнаружения ошибок,
 эффективно кодирует данные,
 проверяет полученную информацию и исправляет ошибки или запрашивает перепередачу искаженного сигнала,
 отключает канал при его неисправности и восстанавливает передачу после ремонта,
 генерирует сигнал окончания передачи и переводит канал в пассивное
состояние;
3) сетевой:
 определяет маршрут передачи информации между сетями (это основная
задача) и адресацию информации, управляет потоками данных,
 организует передачу данных от нескольких источников по одному каналу,
 обеспечивает обработку ошибок;
4) транспортный:
 управляет в целом передачей данных от источника сообщения к получателю,
 отвечает за стандартизацию обмена данными между программами,
находящимися на разных компьютерах сети,
 связывает нижние уровни (физический, канальный, сетевой) с верхними
уровнями, которые реализуются программными средствами;
5) сеансовый:
 организует и проводит сеанс связи между прикладными процессами,
выполняемыми на компьютерах сети, путем определения начала и окончания
сеанса связи, длительности, точек синхронизации для промежуточного контроля и восстановления при передаче данных,
 определяет правила диалога прикладных программ, рестарта, проверки
прав доступа к сетевым ресурсам,
 восстанавливает соединение после ошибок во время сеанса связи без потери данных;
6) представительский:
 интерпретирует и преобразует передаваемые между прикладными процессами данные к виду, удобному для прикладных процессов, путем определения форматов данных, алфавитов, кодов представления специальных и графических символов,
32
 производит сжатие и разжатие данных;
7) прикладной:
 выполняет прикладные программы и административное управление сетью,
 взаимодействует с прикладными сетевыми программами, обслуживающими файлы,
 выполняет вычислительные, информационно-поисковые работы, логические преобразования информации, передачу почтовых сообщений и т.п.,
 обеспечивает удобный интерфейс для пользователя.
На разных уровнях обмен происходит различными единицами информации: биты, кадры, пакеты, сеансовые сообщения, пользовательские сообщения.
Уровни 1 и 2 составляют нижнюю группу, непосредственно связанную с
каналами связи. Уровни 3 и 4 прокладывают путь данным между отправителем
и получателем сообщения и управляют передачей по этому пути. Уровни 5 – 7
связаны с организацией взаимодействия прикладных программ, с вводом, хранением, обработкой данных и выдачей результатов.
Каждый из уровней выполняет «указания» уровня с большим порядковым
номером, т.е. более высокого уровня. Каждый из уровней, помимо выполнения
собственных функций, «подстраховывает» работу более низких уровней. Так,
если канальный уровень пропустит ошибку, ее исправит транспортный.
Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. По своей реализации они могут быть: аппаратными определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети, программными – определяют характер взаимодействия программ и данных.
Каждый уровень подразделяется на две части: спецификация услуг определяет, что делает уровень; спецификация протокола определяет, как он это делает, причем каждый конкретный уровень может иметь более одного протокола.
1.3. Обработка данных
В соответствии с принципом программного управления любая обработка
выполняется с помощью той или иной программы, относящейся к программному обеспечению (ПО) компьютера.
1.3.1. Виды программного обеспечения компьютера
К настоящему моменту выделяют три вида программных средств: общее
ПО; пакеты прикладных программ (ППП); инструментарий технологии
программирования.
1.3.1.1. Общее программное обеспечение
Это совокупность программ для обеспечения работы компьютера и сетей
ЭВМ. Делится на виды:
33
базовое - осуществляет взаимодействие с аппаратными средствами (базовые программы - BIOS - «прошиваются» в микросхемы ПЗУ);
 служебное (утилиты) - взаимодействует как с программами базового
уровня, так и с программами системного уровня. Основное их назначение состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной
системы, в диагностике работоспособности компьютера. Также они включают
антивирусные программы, программы обслуживания дисков, программы архивирования данных, программы обслуживания сетей;
 системное - осуществляет взаимодействие программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением (совокупность программ системного уровня образует ядро операционной системы). Этот вид общего ПО является основным и подробно рассмотрен ниже.
Операционная система (ОС) - это комплекс программ, обеспечивающих
управление работой компьютера и его взаимодействие с пользователем.
Основные функции ОС:
 обеспечение
интерфейса между пользователем и программноаппаратными средствами компьютера (пользовательский интерфейс): ОС позволяет человеку запускать программы, передавать им и получать от них всевозможные данные, управлять работой программ, изменять параметры компьютера
и подсоединенных к нему устройств, перераспределять ресурсы;
 обеспечение интерфейса между программными и аппаратными средствами (аппаратно-программный интерфейс);
 обеспечение интерфейса между разными видами программных средств
(программный интерфейс);
 обеспечение своего автоматического запуска, организация файловой системы и обслуживание файловой структуры (создание файлов и папок, их переименование, копирование, удаление, управление атрибутами, навигация по
файловой структуре), управление установкой, исполнением и удалением приложений.
ОС для ПК различаются по нескольким параметрам:
 по числу одновременно выполняемых программ: однозадачные - позволяют в каждый момент времени решать только одну задачу; многозадачные позволяют запустить одновременно несколько программ, которые будут работать параллельно;
 по числу одновременно работающих пользователей: однопользовательские, многопользовательские. Главным отличием вторых является наличие нескольких терминалов, подключенных к одному компьютеру;
 по сетевой поддержке: сетевые и несетевые. Сетевые не имеют фундаментальных отличий от ОС автономного компьютера. Однако они имеют развитые средства защиты от несанкционированного доступа, применяющие, в
частности, идеи криптографического кодирования.
Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.

34
Иногда для ОС разрабатываются специальные операционные оболочки,
которые поддерживают удобный пользовательский интерфейс. Они имеют текстовый и графический варианты интерфейса конечного пользователя. Примерами является пакет Far для ОС Windows’xx.
ОС, с одной стороны, опирается на базовое ПО (базовая система вводавывода), с другой стороны, она сама является опорой для ПО более высоких
уровней – служебных приложений и прикладных программ.
1.3.1.2. Пакеты прикладных программ
Это комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса. Выделяются следующие виды ППП:
1) проблемно-ориентированные. Используются для тех проблемных
областей, в которых возможна типизация функций, структур данных и алгоритмов обработки. Например, это ППП серии 1С: для автоматизации бухучета,
финансовой деятельности, управления персоналом и т.д.;
2) автоматизации проектирования (или САПР). Используются в работе конструкторов и технологов, связанных с разработкой чертежей, схем, диаграмм;
3) общего назначения. Поддерживают компьютерные технологии конечных пользователей и включают текстовые и табличные процессоры, графические редакторы, системы управления базами данных (СУБД), пакеты программ мультимедиа, пакеты демонстрационной графики;
4) офисные. Обеспечивают организационное управление деятельностью
офиса и индивидуума: электронные записные и телефонные книжки, календари, переводчики;
5) настольные издательские системы. Позволяют создавать высококачественные печатные издания и являются функционально более мощными текстовыми процессорами;
6) системы искусственного интеллекта. Включают информационные
системы, поддерживающие диалог на естественном языке; экспертные системы,
позволяющие давать рекомендации пользователю в различных ситуациях; интеллектуальные ППП, дающие возможность решать прикладные задачи без
программирования.
1.3.1.3. Инструментарий технологии программирования
Это совокупность программ, обеспечивающих технологию разработки,
отладки и внедрения программных продуктов.
Инструментарий технологии программирования включает следующие
виды:
1) системы программирования - интегрированные среды разработки
программ, основное назначение которых – повышение производительности
труда программистов за счет автоматизации создания кодов программ, обеспечивающих интерфейс пользователя графического типа, а также за счет автоматизации разработки запросов и отчетов (например, среда Delphi);
35
2) средства для создания информационных систем (CASE5-средства).
Позволяют поддерживать коллективную работу над проектом за счет возможности работы в локальной сети, экспорта – импорта любых фрагментов
проекта, организации управления проектом;
3) инструментальные среды пользователя. Встроены в ППП. Включают библиотеки функций, процедур, объектов и методов обработки; макрокоманды, программные модули-вставки, конструкторы экранных форм и отчетов;
языки запросов высокого уровня.
В свою очередь, системы программирования делятся на несколько видов
в зависимости от вида поддерживаемого языка программирования:
1) операторные. Используются для кодирования алгоритмов, а потому
также называются алгоритмическими. Имеют в составе:
 машинно-зависимые (ассемблер). Применяются для написания программ, явно использующих специфику конкретной аппаратуры. Каждый компьютер имеет такую систему программирования, которая изготавливается и поставляется фирмой-изготовителем вместе с компьютером;
 машинно-ориентированные (язык С). Объединяет идеи ассемблера и
алгоритмического языка. Программы компактны и работают очень быстро;
 универсальные (TurboPascal, Basic). Приближены максимально,
насколько это возможно, к естественному английскому языку: название каждой
команды – английское слово;
2) функциональные. Применяются, как правило, для машинного моделирования той или иной проблематики. Имеют в составе:
 проблемно-ориентированные (GPSS). Моделируют систему с помощью последовательности событий. Применяются, в частности, при проектировании вычислительных комплексов;
 объектно-ориентированные (Delphi). Имеют встроенные средства для
моделирования новых объектов программирования;
 логико-ориентированные (Prolog). Отдельно описываются правила
предметной области, по которым затем выводятся новые факты.
Системы программирования включают:
1) интегрированную среду разработчика программы, состоящую из:
 текстового редактора, позволяющего создавать и корректировать исходные тексты программ,
 средств поддержки интерфейса программиста с системными средствами для выполнения различных сервисных функций (например, сохранения
или открытия файла);
 библиотеки функций, процедур, объектов и методов обработки;
 макрокоманд;
 программных модулей-вставок;
 конструкторов экранных форм и отчетов;
 языков запросов высокого уровня;
5
CASE - Computer Aided Software Engineering
36
2) транслятор – программу, переводящую исходный текст во внутреннее
представление компьютера;
3) отладчик – программу для трассировки и анализа выполнения прикладных программ. Позволяет отслеживать выполнение программы в пооператорном режиме, идентифицировать место и вид ошибок в программе, наблюдает за изменением значений переменных, выражений и т.д.;
4) компоновщик – программу для подготовки прикладной программы к
работе в конкретных адресах основной памяти компьютера;
5) справочные системы.
Обращает на себя внимание обилие средств, относящихся к инструментарию технологии программирования. Это связано со сложностью разработки
программного продукта (соответствующие технологии рассматриваются в
учебном курсе «Программирование»).
1.3.2. Режимы обработки данных
Существуют следующие основные режимы обработки данных в компьютере: пакетный, реального времени, разделения времени, интерактивный.
При пакетном режиме (второе название - фоновый) каждая порция не
срочно обрабатываемой информации (как правило, в больших объемах) преобразуется без вмешательства извне. Пользователь не имеет непосредственного
общения с ЭВМ. Сбор, регистрация, ввод и обработка информации не совпадают по времени. Этот режим реализуется, когда свободны ресурсы вычислительных систем и обработка может прерваться более срочными и приоритетными процессами и сообщениями, по окончании которых она возобновляется
автоматически.
Режим реального времени обеспечивает управление объектом, соответствующее динамике его производственных процессов. Он означает способность
вычислительной системы взаимодействовать с контролируемыми или управляемыми процессами в темпе протекания этих процессов. Время реакции может
измеряться секундами, минутами и должно удовлетворять темпу контролируемого процесса или требованиям пользователей, а потому иметь минимальную
задержку. Обработка данных по одному запросу завершается до появления другого. Как правило, такой режим используется при централизованной и распределенной обработке данных (см. далее) и применяется для объектов с динамическими процессами.
В режиме разделения времени в одном компьютере осуществляется чередование во времени процессов решения разных задач. Ресурсы компьютера
для оптимального их использования предоставляются сразу группе пользователей циклично, на короткие интервалы времени. При этом система выделяет
свои ресурсы группе пользователей поочередно. Поскольку ЭВМ быстро обслуживает каждого из группы, создается впечатление одновременной их работы.
Интерактивный режим предполагает возможность двустороннего взаимодействия пользователей с системой, т.е. пользователь может воздействовать
37
на процесс обработки данных. Такая работа осуществляется в режиме реального времени и обычно используется для организации диалога.
Различают следующие способы обработки данных на компьютере:
1) централизованный. Связан, в основном, с пакетным режимом обработки. Пользователь доставляет в единый центр обработки свою исходную информацию и получает результаты в удобное ему время. Сейчас этот способ используется в высоконадежных и эффективных центрах обработки данных,
2) децентрализованный. Связан с появлением ПК, позволивших автоматизировать конкретные рабочие места и повлекших за собой возникновение
распределенной обработки,
3) распределенный. Обработка выполняется на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему,
т.е. на компьютерных сетях,
4) интегрированный. Создается распределенная база данных, которая
коллективно используется пользователями, но предполагает централизованное
управление.
1.4. Представление данных
Эта процедура связана с использованием различных устройств вывода
компьютера, которые позволяют представить результаты обработки в форме,
наиболее удобной для пользователя. В зависимости от вида сигнала-носителя
данных различают устройства вывода на бумажный и электронный носитель.
1.4.1. Устройства вывода на электронный носитель
Это мониторы, или дисплеи. В соответствии с технологиями работы мониторов наиболее распространенными являются следующие: использующие
электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), жидкокристаллические, плазменные.
1.4.1.1. Мониторы, использующие ЭЛТ
Часть современных настольных компьютеров использует мониторы на
базе ЭЛТ. По принципу действия подобные мониторы мало чем отличаются от
обычного телевизора: испускаемый электродом (электронной пушкой) пучок
электронов, попадая на экран, покрытый люминофором, вызывает его свечение.
Заметим, что любое текстовое или графическое изображение на экране монитора компьютера (как, впрочем, и телевизора) состоит из множества дискретных
точек люминофора - пикселей. Поэтому такие дисплеи называют еще растровыми. В случае цветного монитора имеются три электронных пушки с отдельными схемами управления, а на поверхность экрана нанесен люминофор трех
основных цветов: R (Red, красный), G (Green, зеленый), В (Blue, синий). Каждый цвет представлен на поверхности экрана зерном, причем они расположены
так, что образуют вершины равностороннего треугольника, как показано на
рис. 1.25.
38
Рис. 1.25. Схема размещения цветовых зерен на экране монитора
Эти цвета называются обычно первичными, поскольку путем сложения
соответствующего их количества можно получить любой другой цвет. Такая
модель цветообразования называется аддитивной (addition - сложение), или
RGB. Яркость конкретного цвета определяется интенсивностью падающего на
ту или иную точку луча. Для коррекции пучков электронов (чтобы они попадали на нужную каплю люминофора) используется теневая маска. Поскольку
электронные пушки находятся на расстоянии друг от друга, углы падения пучков электронов немного различаются, что дало возможность создать теневую
маску таким образом, что нужный луч попадает на нужную каплю люминофора, а два остальных луча закрыты маской, т.е. капля находится «в тени».
Каждый пиксель имеет координаты на плоскости экрана монитора, которые используются для генерации изображения в этой точке.
1.4.1.2. Жидкокристаллические мониторы
Работают в режиме пропускания или отражения света. Состоят из множества пропускающих или отражающих ячеек, схемы которых показаны на рис. 1.26 и
1.27.
Рис. 1.26. Схема пропускающей ячейки
Рис. 1.27. Схема отражающей ячейки
Управление ячейками ведется по принципу «включено – выключено» токами малой энергии, что исключает электромагнитные излучения, присущие
ЭЛТ. При подаче напряжения на электроды кристалл становится непрозрачным
и, в случае пропускающей технологии, не пропускает луч, а в случае отражающей технологии – не отражает луч.
Каждая ячейка – это пиксель, имеющий координаты, используемые для
генерации изображения.
39
Для получения цветного изображения в стеклянной пластине интегрировано три цветных фильтра – красный, зеленый, синий, каждый из которых
управляется с помощью прозрачного электрода. Для получения нужного цвета
подается напряжение на нужные фильтры.
1.4.1.3. Плазменные мониторы
Схема плазменной панели представлена на рис. 1.28.
Рис. 1.28. Схема плазменной панели
Проводники (отдельно – горизонтальные и вертикальные) нанесены на
две стеклянные пластины. Пространство между пластинами заполнено инертным газом, который начинает светиться, как только к проводникам прикладывается напряжение, превышающее некоторое пороговое значение. Для локализации свечения между пластинами помещается третья с круглыми отверстиями.
Пиксель – это воображаемая точка, полученная на пересечении проводников на двух пластинах. Номера проводников есть координаты этой точки, которые используются для генерации в ней изображения.
1.4.2. Устройства вывода на бумажный носитель
Эти устройства разделяются на принтеры и плоттеры (или графопостроители). Считается, что принтеры предназначены в основном для вывода
текста (хотя могут выводить и графические изображения), а плоттеры – для вывода графики (хотя могут выводить и тексты). Фасетная классификация данных
устройств приведена в табл. 1.5.
Механические устройства вывода используют механические принципы
действия. На современном уровне развития информатики к ним относятся
струйные устройства вывода. Немеханические используют в качестве принципа работы физико-химические процессы, возникающие в специальных носителях при воздействии различных источников энергии (светового потока, магнитного поля, электростатического напряжения, лазерного луча). Основными их
типами являются: электрографические, магнито- (или ферро-) графические,
электростатические, термические.
Таблица 1.5
Классификация устройств вывода на бумажный носитель
40
Способ регистрации изобраВнутреннее представление
Рабочий формат
жений при выводе
выводимой информации
Механические
Малоформатные Векторные
Немеханические
Среднеформатные Растровые
Крупноформатные
В соответствии с рабочим форматом различают три типа устройств вывода, имеющих следующие форматы, соответственно типам из табл. 1.5: А4 и
А3; А2 и А1; больше А0.
Векторные устройства вывода используют представление выводимых
данных как набор векторов. Например, выводимое изображение – цифра 1,
шаблон для которой представлен на рис. 1.29. В случае векторного представления данных это изображение задается набором векторов в системе координат
XxY, т.е. множеством {(xi, yi)}. В нашем случае i={1,2,…,15}, поскольку символ представлен пятнадцатью точками (на рис. 1.29 этим точкам соответствуют
единицы).
Растровые устройства вывода используют представление изображения в
виде растровой матрицы (рис. 1.29), которая сканируется строка за строкой при
выводе. Таким образом, изображение формируется из точек строго последовательно. По такому принципу работают немеханические устройства вывода.
а)
б)
Рис. 1.29. Растровое - а) и векторное – б) представление цифры 1
1.4.2.1. Технология формирования цвета
Устройства вывода на бумажный носитель работают с другими первичными цветами, нежели мониторы, и используют соответственно иную модель цветообразования - субтрактивную (subtraction - вычитание). Это может
создавать большие проблемы при выводе информации с экрана на устройство
41
вывода, поскольку не всегда достигается полное соответствие цветов. Для решения задачи обычно служит специальное ПО.
Первичными цветами для цветных принтеров являются зелено-голубой
(Cyan), светло-красный (Magenta) и желтый (Yellow). Наложение двух из этих
первичных цветов дает красный, зеленый или голубой цвет. Смешение всех
трех первичных цветов субтрактивной модели дает черный цвет. В некоторых
устройствах вывода для получения истинно черного цвета используется отдельный черный краситель (blacK), поэтому данная модель цветообразования
называется также CMY или CMYK.
Модели цветообразования для мониторов и устройств вывода на бумажный носитель различаются по следующим причинам. Человеческие глаза являются сложной оптической системой, которая воспринимает излучаемый или
уже отраженный от освещаемых предметов свет. Цвет, в свою очередь, определяется длиной волны электромагнитного излучения, определенный частотный
спектр которого и представляет видимый свет. Таким образом, нанесенные на
экран точки люминофора воспринимаются именно того цвета, какой они и излучают. Краситель же, нанесенный на бумагу, напротив, действует как фильтр,
поглощая (вычитая!) одни и отражая другие длины электромагнитных волн.
Напомним также, что насыщенность цвета (розовый, красный, пурпурный) зависит от количества белого цвета. Таким образом, промежуточные цвета при
выводе изображения, например, розового, получаются, как правило, путем пропуска (не печати) нескольких точек.
Собственно, это обычный подход, связанный с растрированием изображения. Оттенки соответствующего цвета получаются путем группировки
нескольких точек изображения в псевдопиксели размером 2х2, ЗхЗ и более точек. Отношение количества цветных точек к белым и определяет уровень
насыщенности цвета.
1.4.2.2. Струйная технология
Струйная технология является на сегодняшний день самой распространенной для реализации цветных устройств вывода. Упрощенная схема струйного устройства вывода представлена на рис. 1.30.
В эмиттере под давлением из сопла поступают чернила. Ускоряющий
блок электризует и ускоряет капельный поток, при этом каждой из капель сообщается определенный электрический заряд. В блоке управления изменяется
траектория полета капель с помощью отклоняющих пластин, а также выполняется включение и отключение струи. Блок синхронизации синхронизует работу остальных устройств.
42
Рис. 1.30. Упрощенная схема струйного устройства вывода
Струйные устройства вывода подразделяются на устройства непрерывного и дискретного действия. Последние, в свою очередь, делятся на две категории: с нагреванием чернил («пузырьковая» технология) и основанные на
действии пьезоэффекта.
В простейшем случае принцип действия устройства по технологии непрерывного действия основан на том, что струя чернил, постоянно испускаемая из сопла печатающей головки, направляется либо на бумагу (для нанесения изображения), либо в специальный приемник, откуда чернила снова попадают в общий резервуар. В рабочую камеру чернила подаются микронасосом, а
элементом, задающим их движение, является, как правило, пьезодатчик. Данный принцип действия использует сегодня очень небольшое количество
устройств вывода.
При реализации дискретного метода с нагреванием чернил в каждом
сопле печатающей головки находится маленький нагревательный элемент
(например, тонкопленочный резистор). При пропускании тока через тонкопленочный резистор последний за несколько микросекунд нагревается до температуры около 500 градусов и отдает выделяемое тепло непосредственно окружающим его чернилам. При резком нагревании образуется чернильный паровой
пузырь, который старается вытолкнуть через выходное отверстие сопла каплю
жидких чернил. Поскольку при отключении тока тонкопленочный резистор
также быстро остывает, паровой пузырь, уменьшаясь в размерах, «подсасывает» через входное отверстие сопла новую порцию чернил, которые занимают место «выстреленной» капли. Схема термоструйной головки показана на
рис. 1.31.
Рис. 1.31. Схема термоструйной головки
Второй метод для управления соплом при дискретной технологии основан на действии диафрагмы, соединенной с пьезоэлектрическим элемен-
43
том. Пьезоэффект заключается в деформации пьезокристалла под воздействием
электрического поля. Изменение размеров пьезоэлемента, расположенного сбоку выходного отверстия сопла и связанного с диафрагмой, приводит к выбрасыванию капли и приливу через входное отверстие новой порции чернил.
Сопла (канальные отверстия) на печатающей головке струйных устройств
вывода, через которые разбрызгиваются чернила, соответствуют «ударным»
иглам матричных принтеров. Поскольку размер каждого сопла существенно
меньше диаметра иглы (тоньше человеческого волоса), а количество сопел может быть больше, то получаемое изображение теоретически должно быть в
этом случае четче. К сожалению, на практике это достигается только применением специальных чернил.
1.4.2.3. Электрографическая технология
Примером устройства вывода, использующего электрографическую технологию, является лазерный принтер (плоттер). Схема лазерного принтера приведена на рис. 1.32.
1 – источник лазерного луча, включающийся и выключающийся управляющим микропроцессором;
2 – шестигранное зеркало, разворачивающее луч в строку;
3 – отражающее зеркало;
4 – печатающий барабан;
5 – валик, подающий из специального контейнера красящий материал (тонер) на барабан;
6 – очиститель валика от тонера;
7 – узел фиксации изображения.
Рис. 1.32. Схема лазерного устройства вывода
Наиболее важными частями лазерного принтера можно считать фотопроводящий барабан (4), полупроводниковый лазер (1) и прецизионную оптико-механическую систему, перемещающую луч (2). Лазер формирует электронное
изображение на светочувствительном фотоприемном покрытии барабана последовательно для каждого цвета тонера (CMYK). Перед приемом строки изображения барабан заряжается с помощью облегающей его сетки (на рисунке не
44
показана), которая под напряжением вызывает возникновение ионизированной
области вокруг барабана, которая его и заряжает. Попадающий на барабан луч
разряжает некоторые участки. После формирования строки изображения шаговый двигатель поворачивает барабан для формирования следующей строки. Когда изображение на фоточувствительном слое полностью построено, подаваемый лист заряжается таким образом, чтобы тонер из устройства 5 попадал на
барабан, а затем с барабана притягивался к бумаге. После этого изображение
закрепляется на ней за счет нагрева частиц тонера до температуры плавления
(это осуществляется в блоке 7): тонер содержит легко плавящееся вещество
(полимер или смолу); при нагревании и повышении давления порошок плавится и соединяется с бумагой. Окончательную фиксацию изображения осуществляют специальные валики, прижимающие расплавленный тонер к бумаге (не
показаны).
1.5. Накопление данных
Накопление данных - это их перенос во времени путем организации долговременного размещения данных в виде информационных массивов. В случае
электронных носителей, если информационный процесс автоматизирован, в роли таких массивов выступают файлы или базы данных (БД).
При накоплении данные организуются таким образом, чтобы достаточно
просто и оперативно выполнить поиск нужной информации, который осуществляется по специальным ключевым реквизитам. Методика поиска определяется организацией информационных массивов. Для минимизации времени
поиска часто при использовании электронных носителей вводятся дополнительные служебные массивы. При этом имеет значение экономический аспект:
стоимость процедуры накопления должна быть соизмерима с ценностью данных.
Различают структурированные и неструктурированные данные. В
структурированных данных отражаются отдельные факты предметной области.
Эта форма наиболее распространена в современных БД. Неструктурированные
данные произвольны по формату и содержат тексты, графику и другие формы.
Такие данные широко используются, например, в Интернет-технологиях и
предоставляются пользователю в виде отклика поисковыми системами Интернета.
Для структурированных данных файл - это совокупность однотипно построенных записей, где под записью понимают элемент накопления, в состав
которого входит группа взаимосвязанных полей. Эта группа конструируется на
основе какой-то реальной задачи и может повторяться как конструкция с изменением лишь значений отдельных полей записей.
Особенности файловой организации структурированных данных, связанные с ее недостатками:
1) по мере возникновения новых задач в предметной области создаются
новые файлы;
2) организация файлов независима, поэтому нельзя представить информацию, отражающую взаимодействие файлов между собой;
45
3) использование файлов зачастую требует знания их принципа организации и языков программирования;
4) большое время затрачивается на получение ответа на запрос, качество решений бывает невысоким из-за отсутствия целостного представления
данных;
5) имеет место дублирование данных;
6) усложнены процедуры модификации данных.
Для неструктурированных данных файл – это собственно информационный элемент, произвольный по структуре и содержанию, например, некоторый
документ, подготовленный в MS Word.
С увеличением сложности решаемых задач и расширением возможностей
используемых средств вычислительной техники с начала 60-х г. г. XX века получает развитие концепция БД. Первоначально они были ориентированы на
структурированные данные. Отличительные особенности БД:
1) взаимная связь данных, что упрощает их модификацию;
2) возможность разделения данных на данные общего пользования
(формируют глобальные БД) и данные для конкретных прикладных задач (составляют локальные БД). Такая технология называется распределенной. Она
может привести к некоторой избыточности данных и порождает проблему защиты данных и управления правами доступа;
3) для поддержания глобальных БД и разработки общей структуры БД
вводится должность администратора БД.
Для управления данными в БД разрабатываются специальные языковые
средства: языки описания структур данных и языки манипулирования данными,
которые составляли системы управления базами данных - СУБД. Современные СУБД, в основном, ориентированы на структурированные данные. Они характеризуются направленностью на распределенную обработку и имеют графический интерфейс для описания данных и манипулирования ими. Тем не менее
остаются встроенные языки программирования, которые позволяют решать задачи, не укладывающиеся в принятые интерфейсные средства.
В настоящее время разрабатываются СУБД и для неструктурированных
данных.
Накопление включает процедуры актуализации и обеспечения информационной безопасности.
Под актуализацией понимается поддержание данных на уровне, соответствующем информационным потребностям решаемых задач в системе, где организована ИТ. Актуализация данных осуществляется с помощью следующих
операций:
 добавление новых данных к уже хранимым данным,
 корректировка (изменения значений или элементов структур) данных,
 уничтожение данных, если они устарели и уже не могут быть использованы при решении функциональных задач системы.
Информационной безопасностью называют меры по защите информации
от неавторизованного доступа, разрушения, модификации, раскрытия и задер-
46
жек в доступе. Информационная безопасность дает гарантию того, что достигаются следующие цели:
 конфиденциальность закрытой информации;
 целостность информации и процессов ее создания, ввода, обработки и
вывода;
 доступность информации, когда она нужна;
 учет всех процессов, связанных с информацией.
В настоящее время наиболее подробным законодательным документом
России в области информационной безопасности является Уголовный кодекс. В
разделе "Преступления против общественной безопасности" имеется глава
"Преступления в сфере компьютерной информации". Она содержит три статьи "Неправомерный доступ к компьютерной информации", "Создание, использование и распространение вредоносных программ для ЭВМ" и "Нарушение правил эксплуатации ЭВМ, системы ЭВМ или их сетей". Уголовный кодекс стоит
на страже всех аспектов информационной безопасности - доступности, целостности, конфиденциальности, предусматривая наказания за "уничтожение, блокирование, модификацию и копирование информации, нарушение работы
ЭВМ, системы ЭВМ или их сетей".
Защита информации включает следующие аспекты:
1) законодательный – принятие законов, нормативных актов, стандартов как на государственном, так и на местном уровне;
2) идеологический - разъяснения, убеждения, приемы воспитания персонала, направленные на обеспечение безопасности данных;
3) управленческий – это различные организационные решения (распоряжения, приказы и т.д.), направленные на обеспечение безопасности данных;
4) организационный. Заключается в выполнении технических норм
работы с носителями информации, например:
 носители должны храниться в местах, недоступных для посторонних
лиц;
 важная информация должна иметь несколько копий на разных носителях;
 защиту данных на жестких дисках следует поддерживать периодическим копированием их на другие машинные носители. При этом частота копирования должна выбираться из соображений минимизации среднего времени на
копирование и времени на восстановление информации после последнего копирования в случае возникновения дефектов в модифицированной версии;
 данные, относящиеся к различным задачам, целесообразно хранить отдельно;
 необходимо строго руководствоваться правилами обращения с носителями;
5) программно-технический (рассматривается далее). Включает процессы:
 управление доступом - это защита данных от несанкционированного
доступа;
47
 управление целостностью - это защита от неверных изменений и разрушений.
2. Понятие, эволюция и классификация информационных технологий
2.1. Определение информационных технологий
Существуют различные определения ИТ. Вот некоторые из них.
ИТ6 – это совокупность методов и способов преобразования информации,
направленных на изменение ее состояния, свойств, формы, содержания и осуществляемых в интересах пользователей.
ИТ – это процесс, использующий совокупность средств и методов сбора,
обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления – информационного продукта.
Толковый словарь по информатике предлагает следующее определение:
ИТ – совокупность методов, производственных процессов и программнотехнических средств, объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, хранение, обработку, вывод и распространение информации для
снижения трудоемкости процессов использования информационных ресурсов,
повышения их надежности и оперативности.
Цель ИТ – производство информации для ее анализа потребителем информации и для принятия на его основе решения по выполнению какого-либо
действия. ИТ предназначена для снижения трудоемкости процессов использования информационных ресурсов.
ИТ, повышая эффективность использования информационных ресурсов,
выступают не только как важнейший инструмент деятельности в информационной сфере общества, но также и как мощный катализатор развития научнотехнического прогресса. Именно поэтому проблема развития и совершенствования ИТ, т.е. средств и методов сбора, обработки и передачи данных, в настоящее время занимает одно из приоритетных мест в стратегии научнотехнического и социально-экономического развития передовых стран мира, является важным аспектом их национальной политики.
ИТ включает:
 отдельные операции по преобразованию информации, входящие в состав фаз информационного процесса, и их логическое следование во времени
(см. разд. 1);
 инструментальную среду, с помощью которой выполняется преобразование информации (иначе - виды обеспечения ИТ, важнейшими из которых являются техническое, программное и математическое обеспечение);
 информационную среду как совокупность специальной терминологии,
характерной для информационной технологии. Сюда входит профессиональ-
6
Технология в переводе с греческого языка – искусство, мастерство, умение, т.е. то, что имеет непосредственное отношение к процессам, которые представляют собой определенную совокупность действий,
направленных на достижение поставленной цели.
48
ный язык разработчиков ИТ, а также лексикон ее пользователей. Эта терминология является предметом изучения «компьютерных» специальностей;
 систему управления деятельностью по преобразованию информации.
Она предполагает производственные отношения между ИТ-специалистами и
заказчиками во время разработки ИТ, а также производственные отношения
между различными специалистами во время эксплуатации ИТ.
ИТ тесно связана с информационными системами (ИС), которые являются для нее основной средой. ИС – это человеко-компьютерная система обработки информации, основная цель которой – организация накопления и обмена
информацией. Реализация функций ИС невозможна без знания ориентированной на нее ИТ. Однако ИТ может существовать и вне сферы ИС.
В информатике используют понятия современной ИТ и новой ИТ. Современная ИТ предполагает автоматизацию информационного процесса, т.е. использование для его реализации средств вычислительной техники. Очевидно,
когда на современном этапе говорят о ИТ, то подразумевают ее автоматизированный вариант, хотя на практике существует множество неавтоматизированных технологий работы с информацией. Новая ИТ – это современная ИТ, использующая такой информационный ресурс как знания.
Характерные черты ИТ:
1) целью процесса в ИТ является получение информации (информационного продукта),
2) предметом процесса в ИТ являются данные или знания,
3) средства осуществления процесса в ИТ представляются различными
вычислительными комплексами – программными, аппаратными, программноаппаратными,
4) процессы обработки данных в ИТ разделяются на операции в соответствии с выбранной предметной областью,
5) управляющие воздействия на процессы в ИТ осуществляются лицами,
принимающими решения,
6) критериями оптимальности процесса в ИТ служат своевременность
доставки информации пользователям, ее надежность, достоверность, полнота,
7) ИТ обеспечивают высокую степень декомпозиции всего процесса
преобразования данных на этапы, операции, действия,
8) ИТ включают весь набор элементов для достижения поставленной цели.
Характерные свойства ИТ:
1) безопасность – отсутствие угрозы жизни или здоровью людей и риска, связанного с возможностью нанесения ущерба при ее использовании,
2) документируемость – возможность представления ИТ на материальных носителях в соответствии с действующими правилами оформления документации,
3) завершенность – отсутствие ошибок, допущенных при разработке ИТ,
по результатам тестирования,
4) защищенность – способность фиксировать или блокировать действия
по несанкционированному доступу к информации или попытки ее разрушения,
49
5) надежность – гарантированность реализации в процессе эксплуатации ИТ всех ее функций в соответствии с заданными требованиями,
6) открытость (расширяемость) – возможность введения в ИТ новых
элементов и (или) связей,
7) понятность – простота освоения сущности ИТ пользователем,
8) проверяемость – возможность проверки реализуемости функций ИТ,
заявленных в документации, а также контролируемость в процессе эксплуатации,
9) сложность – количество и характер составляющих ИТ элементов,
связей между ними и трудоемкость их разработки,
10) унифицированность – степень использования взаимозаменяемых элементов,
11) эффективность – совокупность эффективностей технического, экономического и социального характера при использовании ИТ.
2.2. Эволюция информационных технологий
Термин информационные технологии возник в 70-х г. г. ХХ века и стал
означать технологию обработки информации с помощью компьютеров и других средств вычислительной техники. Компьютеры изменили процессы работы
с информацией, повысили оперативность и эффективность управления, но одновременно породили серьезные социальные проблемы. Современная ИТ базируется на активном участии в информационном процессе потребителей информации (их называют пользователями или конечными пользователями), на удобном, дружественном интерфейсе, на широком использовании ППП общего и
профессионального назначения, на доступе пользователей к удаленным БД и
программам путем использования компьютерных сетей.
2.2.1. Поколения компьютеров
Эволюция ИТ тесно связана с поколениями компьютеров как основного
инструментария. В соответствии с элементной базой и уровнем развития программных средств выделяют четыре реальных поколения ЭВМ, краткая характеристика которых приведена в табл. 2.1.
ЭВМ первого поколения обладали небольшим быстродействием в несколько десятков тыс. оп./с. В качестве внутренней памяти применялись ферритовые сердечники. Основной недостаток этих ЭВМ – рассогласование быстродействия внутренней памяти, с одной стороны, и арифметико-логического
устройства (АЛУ), а также устройства управления (УУ) с другой стороны, за
счет различной элементной базы. Общее быстродействие определялось более
медленным компонентом – внутренней памятью и снижало общий эффект. Уже
в ЭВМ первого поколения делались попытки ликвидировать этот недостаток
путем асинхронизации работы устройств и введения буферизации вывода, когда передаваемая информация «сбрасывается» в буфер, освобождая устройство
для дальнейшей работы (принцип автономии). Таким образом, для работы
устройств ввода-вывода использовалась собственная память.
50
51
Таблица 2.1
Характеристика поколений ЭВМ
Поколения ЭВМ
Первое
Второе
Третье
1946 - 1959
1960 - 1969
1970 - 1979
Электронные
Полупроводни(или электри- ки (транзисто- Интегральные
схемы
ческие) лампы ры)
Параметры
сравнения
Период
времени
Элементная
база
(для
УУ и АЛУ)
Основной Большие
тип ЭВМ
перфоОсновные Пульт,
карточный
и
устройства перфоленточввода
ный ввод
Алфавитноцифровое печаОсновные тающее
устройства устройство
вывода
(АЦПУ), перфоленточный
вывод
Магнитные
ленты и бараВнешняя
баны, перфопамять
ленты и перфокарты
Универсальные
Ключевые языки прорешения в граммироваПО
ния, трансляторы
Большие
Добавился алфавитноцифровой дисплей, клавиатура
Алфавитноцифровое печатающее
устройства
(АЦПУ), перфоленточный
вывод
Малые (мини)
Четвертое
С 1980 г.
Большие интегральные схемы
(БИС)
Микро
Алфавитноцифровой дисплей, клавиатура
Цветной графический дисплей,
сканер, клавиатура
Графопострои- Графопостроитель, принтер тель, принтер
Добавился маг- Магнитный
нитный диск
диск
Магнитные и
оптические
диски
Интерактивные
ОС, структури- Дружественрованные язы- ность ПО, сетеки программи- вые ОС
рования
Персональная
Режим ра- ОднопроРазделения
работа и сетеПакетный
времени
вая обработка
боты ЭВМ граммный
данных
ТелекоммуниНаучноЦель исНаучноУправление
и
инфортехнические и экономические кации,
технические
мационное
обпользоваэкономические расчеты
расчеты
служивание
и
ния ЭВМ
расчеты
управление
Критерий
Человеческие Трудоемкость
ресурсы: тру- формализации
эффективМашинные ре- Машинные ре- доемкость раз- профессиональных знаности исработки и сосурсы
сурсы
ний, полнота и
пользовапровождения
скорость доступрограмм
ния ЭВМ
па к данным
Расположестол
Отдельное по- Терминальный Рабочий
или произвольние пользо- Машинный зал
мещение
зал
ное мобильное
вателя
ПрофессиоПользователь с Пользователь с
Тип пользо- Инженеробщей компьюнальный про- навыками про- терной подгователя
программист
граммист
граммирования товкой
Пакетные ОС,
оптимизирующие трансляторы
52
Существенным функциональным ограничением ЭВМ первого поколения
являлась ориентация на выполнение арифметических операций. При попытках
приспособления для задач анализа они оказывались неэффективными.
Языков программирования как таковых еще не было, и для кодирования
своих алгоритмов программисты использовали машинные команды или ассемблеры. Это усложняло и затягивало процесс программирования. К концу 50-х
годов средства программирования претерпевают принципиальные изменения:
осуществляется переход к автоматизации программирования с помощью универсальных языков и библиотек стандартных программ. Использование универсальных языков повлекло возникновение трансляторов.
Программы выполнялись позадачно, т.е. оператору надо было следить за
ходом решения задачи и при достижении конца самому инициировать выполнение следующей задачи.
Начало современной эры использования ЭВМ в нашей стране относят к
1950 году, когда в институте электротехники АН УССР под руководством
С.А. Лебедева была создана первая отечественная ЭВМ под названием МЭСМ Малая Электронная Счетная Машина. В течение первого этапа развития
средств вычислительной техники в нашей стране создан ряд ЭВМ: БЭСМ,
Стрела, Урал, М-2.
Второе поколение ЭВМ – это переход к транзисторной элементной базе,
появление первых мини-ЭВМ.
Получает дальнейшее развитие принцип автономии – он реализуется уже
на уровне отдельных устройств, что выражается в их модульной структуре.
Устройства ввода-вывода снабжаются собственными УУ (называемыми контроллерами), что позволило освободить центральное УУ от управления операциями ввода-вывода.
Совершенствование и удешевление ЭВМ привели к снижению удельной
стоимости машинного времени и вычислительных ресурсов в общей стоимости
автоматизированного решения задачи обработки данных, в то же время расходы на разработку программ (т.е. программирование) почти не снижались, а в
ряде случаев имели тенденции к росту. Таким образом, назревала необходимость повышения эффективности программирования, которая начала реализовываться во втором поколении ЭВМ и получает развитие до настоящего времени.
Начинается разработка на базе библиотек стандартных программ интегрированных систем, обладающих свойством переносимости, т.е. функционирования на ЭВМ разных марок. Наиболее часто используемые программные
средства выделяются в ППП для решения задач определенного класса.
Совершенствуется технология выполнения программ на ЭВМ: создаются
специальные программные средства - системное ПО.
Цель создания системного ПО – ускорение и упрощение перехода процессором от одной задачи к другой. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и
тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Эти системы явились прообразом современных ОС, они стали первыми системными програм-
53
мами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе
реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык
управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и
оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило, в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий. Этот элемент жив до сих пор: так называемые
пакетные (или командные) файлы MS DOS есть не что иное, как пакеты заданий (расширение в их имени bat является сокращением от английского слова
batch, что означает пакет).
К отечественным ЭВМ второго поколения относятся Проминь, Минск,
Раздан, Мир.
В 70-х годах возникают и развиваются ЭВМ третьего поколения. В
нашей стране это ЕС ЭВМ, АСВТ, СМ ЭВМ. Данный этап - переход к интегральной элементной базе и создание многомашинных систем, поскольку значительного увеличения быстродействия на базе одной ЭВМ достичь уже не
удавалось. Поэтому ЭВМ этого поколения создавались на основе принципа
унификации, что позволило комплексировать произвольные вычислительные
комплексы в различных сферах деятельности.
Расширение функциональных возможностей ЭВМ увеличило сферу их
применения, что вызвало рост объема обрабатываемой информации и поставило задачу хранения данных в специальных БД и их ведения. Так появились первые СУБД.
Изменились формы использования ЭВМ: введение удаленных терминалов (дисплеев с клавиатурами) позволило широко и эффективно внедрить режим разделения времени и за счет этого приблизить ЭВМ к пользователю и
расширить круг решаемых задач.
Обеспечил режим разделения времени новый вид ОС, поддерживающих
мультипрограммирование. Мультипрограммирование - это способ организации
вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно
выполняются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию
ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой участок внутренней памяти, называемый разделом. Мультипрограммирование нацелено на создание для каждого отдельного пользователя
иллюзии единоличного использования вычислительной машины, поэтому эти
ОС носили интерактивный характер, когда в процессе диалога с ЭВМ пользователь решал свои задачи.
С 1980 года начался четвертый этап, для которого характерны переход к
большим интегральным схемам, создание серий недорогих микро-ЭВМ, разработка суперЭВМ для высокопроизводительных вычислений.
Наиболее значительным стало появление персональных ЭВМ (ПК), что
позволило приблизить ЭВМ к своему конечному пользователю. Компьютеры
стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало разработки
"дружественного" ПО. Возникают ОС, поддерживающие графический интер-
54
фейс, интеллектуальные ППП, операционные оболочки. В связи с возросшим
спросом на ПО совершенствуются технологии его разработки – появляются
развитые системы программирования, инструментальные среды пользователя.
В середине 80-х годов ХХ века стали бурно развиваться сети ПК, работающие под управлением сетевых или распределенных ОС. В сетевых ОС хорошо развиты средства защиты информации от несанкционированного доступа.
Распределенные ОС обладают схожими с сетевыми системами функциями работы с файлами и другими ресурсами удаленных компьютеров, но там слабее
выражены средства защиты.
На рубеже 70-80-х годов ХХ века в Японии опубликован проект ЭВМ 5-го
поколения, причиной появления которого явились существенные противоречия
между массовыми и доступными по цене ПК, с одной стороны, и сложностями
для конечных пользователей решать с их помощью свои прикладные задачи – с
другой. Подобное противоречие связано с недостатками традиционной технологии проектирования прикладного ПО:
1) процесс подготовки задачи к решению на ЭВМ несоизмеримо продолжительнее самого решения: многие месяцы подготовки задачи несопоставимы с несколькими минутами ее решения компьютером;
2) цепочка «постановка задачи – сдача задачи в эксплуатацию» работает
в общем случае как неисправный телефон в силу того, что в процессе общения
исполнители этой цепочки используют несколько языков (естественный, математический, язык графических символов, язык программирования и т.д.), часть
из которых неоднозначна по смыслу высказываний. Из-за этого результаты решения задачи требуется согласовывать с заказчиком и, возможно, вносить в
программу изменения;
3) заказчик практически исключен из процесса проектирования ПО, что
удлиняет процесс подготовки программного продукта и снижает качество последнего.
Кроме того, в 80-х годах ХХ века намечается тенденция «приближения»
компьютера» к конечному пользователю, который не является хорошо подготовленным в области общения с компьютером и испытывает значительные затруднения в решении своих прикладных задач с использованием ЭВМ. В этой
связи возникла проблема организации нового типа взаимодействия конечного
пользователя и компьютера.
Основная идея проекта ЭВМ пятого поколения – сделать общение конечного пользователя с компьютером максимально простым, подобным общению с
любым бытовым прибором. Для решения поставленной задачи предлагались
следующие направления:
1) разработка простого интерфейса, позволяющего конечному пользователю вести диалог с компьютером для решения своих задач. Подобный интерфейс может быть организован двумя способами: естественно-языковым и графическим. Поддержка естественно-языкового диалога – очень сложная и нерешенная пока задача. Реальным является создание графического интерфейса, что
и сделано в ряде программных продуктов, например, в ОС Windows’xx. Этот
интерфейс обладает наглядностью, не требует специальных знаний. Однако
55
разработка доступных интерфейсов решает проблему только наполовину – позволяет конечному пользователю обращаться к заранее спроектированному ПО,
не принимая участие в его разработке;
2) привлечение конечного пользователя к проектированию программных
продуктов. Это направление позволило бы включить заказчика непосредственно в процесс создания программ, что в конечном итоге сократило бы время разработки программных продуктов и, возможно, повысило бы их качество. Подобная технология связана с формализацией профессиональных знаний конечного пользователя и предполагает два этапа проектирования прикладных программных продуктов:
 программистом создается «пустая» универсальная программная оболочка, способная наполняться конкретными знаниями и с их использованием решать практические задачи. Например, эту оболочку можно было бы заполнить
правилами составления квартальных и иных балансов предприятий, и тогда она
могла бы решать задачи бухгалтерского учета. Либо можно было внести туда
правила зачисления абитуриентов;
 конечный пользователь заполняет созданную программистом программную оболочку, вводя в нее знания, носителем которых он является. Здесь может
использоваться понятный для пользователя интерфейс. После этого программный продукт готов к эксплуатации.
Таким образом, предлагаемая в проекте ЭВМ пятого поколения технология программирования прикладных задач представлена на рис. 2.1.
а) программист создает пустую программную оболочку;
б) заказчик (конечный пользователь) наполняет оболочку знаниями
Рис. 2.1. Технология создания прикладных программ в проекте ЭВМ
пятого поколения
После того, как прикладная программа создана, начинается ее эксплуатация: заказчик (конечный пользователь) дает ЭВМ задания (формирует запросы), а она их выполняет и возвращает результат.
Предлагаемая технология имеет много серьезных проблем из-за сложности представления и манипулирования знаниями. Тем не менее с ней связывают
прорыв в области проектирования прикладных программных продуктов.
56
2.2.2. Этапы развития ИТ
Этапы развития современной ИТ выделяются по ряду признаков:
I. По виду задач и процессов обработки данных:
1. Конец 1950-х – начало 1960-х годов. ЭВМ обеспечивают частичную
обработку данных и используются для решения отдельных наиболее трудоемких рутинных задач обработки информации;
2. 1960-е – начало 1970-х годов. Начало формирования компьютерной
технологии управления, которая должна была автоматизировать учет, анализ
информации и принятие решений;
3. 1970-е годы. Производится централизованная автоматизированная обработка информации в условиях вычислительных центров (ВЦ) и ВЦ коллективного пользования (ВЦ КП). ЭВМ обеспечивают комплексную обработку
информации на всех этапах управленческого процесса деятельности предприятия. Появляются автоматизированные системы управления (АСУ) предприятиями – АСУП;
4. 1980-е годы. Разработана и используется специализация технологических решений на базе мини-ЭВМ и ПК и удаленного доступа к массивам данных с одновременной универсализацией способов обработки информации на
базе мощных супер-ЭВМ. Развиваются АСУ технологическими процессами
(АСУТП), системы автоматизации проектирования (САПР), общегосударственные и отраслевые АСУ. Наметилась тенденция к децентрализации обработки
данных и решению задач в многопользовательском режиме, к безбумажной
эксплуатации вычислительной техники;
5. Конец 1980-х годов – по настоящее время. Создаются ИТ, направленные на решение стратегических задач и реализацию ИС управления процессами и поддержки принятия решений. Внедряется ИТ, сочетающая средства
вычислительной техники, средства связи и оргтехнику.
II. По проблемам, стоящим на пути информатизации общества:
1. 1950 – 1960-е годы – проблема обработки больших объемов данных в
условиях ограниченных возможностей аппаратных средств;
2. 1960 – 1970-е годы – отставание ПО от уровня развития аппаратных
средств;
3. 1980-е годы – компьютер становится инструментом непрофессионального пользователя, а ИТ и ИС – средством поддержки принятия его решений. Проблема – удовлетворение потребностей пользователя и создание соответствующего интерфейса работы в компьютерной среде;
4. 1990-е годы – по настоящее время – создание современной технологии межорганизационных связей и ИС. Наиболее существенные проблемы: выработка соглашений и установление стандартов и протоколов для компьютерной связи, необходимость разработки распределенных ИТ и ИС, организация
доступа к стратегической информации, организация защиты и безопасности
информации.
57
III. По преимуществу, которое приносит ИТ:
1. Начало 1960-х годов - эффективная обработка информации при выполнении рутинных операций с ориентацией на централизованное коллективное использование ресурсов ВЦ. Основной критерий оценки эффективности ИТ
– разница между затраченными на разработку и сэкономленными в результате
внедрения средствами. Основная проблема – психологическая: плохое взаимодействие конечных пользователей и разработчиков из-за различия их взглядов
и понимания решаемых проблем;
2. С начала 1980-х годов – изменился подход к созданию ИТ и ИС –
ориентация смещается в сторону индивидуального пользователя для поддержки
принимаемых им решений. Пользователь заинтересован в проводимой разработке, налаживается контакт с разработчиком, возникает взаимопонимание
обеих групп специалистов. На этом этапе используются как централизованная
обработка данных, характерная для первого этапа, так и децентрализованная,
базирующаяся на решении локальных задач и работе с локальными БД на рабочем месте пользователя. Преимущества применения компьютерных технологий
на данном этапе связаны с той ролью, которую они играют в бизнесе, и основаны на достижениях телекоммуникационных технологий и распределенной обработке информации. ИТ и ИС имеют своей целью не просто увеличение эффективности обработки данных и помощь управленцу, а создание высокоэффективного производства. Применяемые ИТ должны помочь компании выстоять в конкурентной борьбе и получить преимущество.
2.3. Понятие платформы
В соответствии с определением ИТ в их основе заложены средства вычислительной техники, реализующие вычислительные процессы в программной
среде под управлением некоторой ОС. Технические возможности вычислительных средств и архитектура ОС являются тем базисом, который определяет возможности ИТ. Этот базис называют платформой ИТ.
Платформы могут быть универсальными, а могут создаваться для выполнения локальных задач. Обычно их можно модернизировать, расширять, полностью заменять или обновлять. Характеристики универсальной платформы
позволяют использовать ее при решении большого круга задач и, как правило,
включаются в соответствующие стандарты.
Выделяют следующие виды платформ:
 Аппаратная платформа представляет собой техническое обеспечение
вычислительной системы (IBM PC, Macintosh и т. д.), обычно включающее и
тип процессора.
 Операционная платформа обеспечивает интерфейс между прикладными программами и группой ОС (MS DOS, Windows, OS/2, UNIX и т.д.). Она
устанавливается на соответствующие компьютеры и позволяет работать с различными программными продуктами. Пользователь приобретает программный
продукт и ИТ, ориентированные на имеющуюся у него платформу.
58
 Платформа управления сетью (административная платформа) - это
комплекс программ, предназначенных для управления сетью и входящими в
нее системами. Такая платформа обеспечивает контроль работы устройств и
состояния кабелей, деловых процедур, других аспектов функционирования сети.
 Транспортная платформа предназначена для передачи данных через
коммуникационную сеть.
 Прикладная платформа связана с прикладными и обслуживающими
процессами. Она не зависит от типов коммуникационных сетей.
 Коммуникативная платформа - это комплекс информационных материалов (методик, практических рекомендаций), обеспечивающий эффективную
совместную работу людей, например, в организации.
Технические и функциональные возможности платформы ИТ:
1) быстродействие, измеряемое усредненным количеством операций,
выполняемых за единицу времени,
2) разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует
компьютер,
3) виды, емкость и быстродействие всех запоминающих устройств,
4) виды и технико-экономические характеристики внешних устройств
хранения, обмена и ввода-вывода информации,
5) тип внутримашинного интерфейса, т.е. типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов компьютера между собой,
6) многопрограммность, т.е. способность компьютера одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять одновременно несколько
программ,
7) типы и технико-эксплуатационные характеристики ОС, используемых
в компьютере,
8) наличие и функциональные возможности ПО,
9) программная совместимость с другими типами компьютеров, т.е. способность выполнять программы, написанные для других типов компьютеров,
10) система и структура машинных команд,
11) возможность подключения к каналам связи и вычислительной сети,
12) эксплуатационная надежность компьютера и т.д.
2.4. Классификация ИТ
ИТ классифицируются по следующим классификационным признакам:
1. Назначение и характер использования:
 к предметным ИТ обычно относят технологии, используемые в различных предметных областях (обществе, политике, экономике, юриспруденции,
науке, производстве, медицине, образовании и др.). При этом по обслуживаемым предметным областям выделяют ИТ, например, бухгалтерского учета,
банковской, налоговой, страховой и других видов деятельности;
 к обеспечивающим (базовым) ИТ можно отнести технологии, обеспечивающие выполнение определенных видов деятельности, функций, процес-
59
сов и т. п. Необходимость или необязательность их использования обусловлена
характером задач пользователя или средой функционирования. Эти технологии
обладают широкими возможностями для работы с информацией (извлечение,
формализация, моделирование, систематизация, интеграция, транспортирование, обработка и применение информации и знаний) и выступают инструментарием для решения всевозможных задач в различных предметных областях.
Этот вид технологий ориентирован на решение определенного класса задач и
используется в конкретных технологиях в виде отдельной компоненты. Таким
образом, базовые ИТ не предназначены для непосредственного исполнения
конкретных информационных процессов, а являются лишь их базовыми компонентами, на основе которых проектируются затем прикладные ИТ. Основная
цель базовых ИТ – обеспечение максимальной эффективности при реализации
какого-либо фрагмента информационного процесса. Базовые ИТ могут применяться на разных платформах, поэтому при их объединении на основе предметной технологии возникает проблема системной интеграции, которая заключается в необходимости приведения различных ИТ к единому стандартному интерфейсу, обмену данными и др.
ИТ обеспечивающего типа, в свою очередь, могут быть классифицированы относительно задач, на которые они ориентированы: мультимедиа- и гипертекстовые технологии; геоинформационные технологии; технологии подготовки текстов, таблиц, презентаций; технологии защиты информации; CASEтехнологии; технологии искусственного интеллекта; технологии разработки
ПО; технологии сжатия информации, ее кодирования и декодирования, распознавания образов; технологии СУБД; сетевые технологии (технологии распределенной обработки данных); телекоммуникационные технологии (удаленного
доступа); технологии человеко-машинного взаимодействия; и т.п. (некоторые
из видов рассматриваются в разд. 3);
 к функциональным (прикладным) ИТ можно отнести технологии, связанные с конкретными информационными процессами. В этом случае они могут входить в состав базовых ИТ. Они являются результатом модификации базовых ИТ, при которой реализуется какая-либо из предметных технологий.
Прикладные ИТ, основываясь на стандартных моделях, средствах и методах,
допускают выполнение поставленных задач в терминах предметной области
пользователя. Главной задачей прикладных ИТ является рациональная организация того или иного конкретного информационного процесса. Выполнить это
можно с помощью адаптации одной или нескольких базовых ИТ к данному
конкретному информационному процессу, например, создав автоматизированное рабочее место юриста с помощью технологии обработки информации (текстовый, табличный и другие процессоры), сетевых технологий, СУБД, технологии искусственного интеллекта и других. Видоизменение базовой ИТ в прикладную может быть выполнено не только проектировщиком, но и самим пользователем. Такая возможность достигается постоянным повышением требований к свойствам базовых ИТ, особенно к простоте освоения их сущности пользователем. Спектр прикладных ИТ очень широк, к ним относятся ИТ организационного управления или корпоративные ИТ (например: СУБД, Интранет); ИТ
60
в юриспруденции; ИТ в образовании; ИТ в промышленности и экономике; ИТ
автоматизированного проектирования; ИТ делопроизводства, издательские ИТ
и др.
2. Тип пользовательского интерфейса
Пользовательский интерфейс — это комплекс правил и средств, организующих взаимодействие пользователя с устройствами или программами ПК; он
определяет возможности доступа пользователя к информационным и вычислительным ресурсам в процессе обработки информации. С помощью интерфейса
пользователь управляет работой компьютера: выдает задания, отвечает на запросы и получает информацию о ходе работы программы. В ряде случаев компьютер использует интерфейс и для оформления результатов своей работы.
Свойствами интерфейса являются конкретность и наглядность.
Данный классификационный признак позволяет выделить следующие
ИТ:
 пакетные ИТ, которые характеризуются тем, что операции по обработке информации производятся автоматически в заранее определенной последовательности и не требуют вмешательства пользователя. В этом случае задания
или накопленные заранее данные по определенным критериям объединяются в
пакет для последующей автоматической обработки в соответствии с заданными
приоритетами: сначала в оперативную память компьютера вводятся программы
(последовательности команд), затем данные, после чего компьютер запускается
на обработку задания и работает до тех пор, пока не исполнится последняя команда. Пользователь не может влиять на ход выполнения заданий, пока продолжается обработка пакета, его функции ограничиваются подготовкой исходных данных по комплексу задач и передачей их в центр обработки. В настоящее время пакетный режим реализуется применительно к электронной почте и
формированию отчетности;
 диалоговые ИТ предоставляют пользователям неограниченную возможность взаимодействия с хранящимися в системе информационными ресурсами
в режиме реального времени, получая при этом всю необходимую информацию
для решения функциональных задач и принятия решений. Эти технологии
предполагают отсутствие жестко закрепленной последовательности операций
преобразования данных и активное участие пользователя, который анализирует
промежуточные результаты и вырабатывает управляющие команды в процессе
обработки информации. Возможность диалоговой работы с компьютером основана на прерываниях. Каждый процессор имеет так называемую систему прерываний. Получив сигнал по линии прерывания, он способен приостановить
текущую работу по программе, сохранить временные данные и перейти к новой
программе, которую также можно прервать, и так далее. Таким образом, диалоговый режим предполагает отсутствие жестко закрепленной последовательности выполнения операций обработки данных. Большинство современных программ рассчитано на диалоговый режим;
 сетевые ИТ (Web-технологии) обеспечивают пользователю доступ к
территориально распределенным информационным и вычислительным ресур-
61
сам с помощью специальных средств связи. В этом случае появляется возможность использования данных, накопленных на рабочих местах других пользователей, перераспределения вычислительных мощностей между процессами решения различных функциональных задач, а также возможность совместного
решения одной задачи несколькими пользователями. Первым шагом на пути
развития данного вида технологий стало построение гипертекста (т.е. текста,
содержащего ссылки на собственные фрагменты и другие тексты, рисунки, таблицы и прочие объекты). Затем была предложена и реализована концепция
навигатора Web. Web-сервер (постоянно подключенный к Интернету компьютер) выступает в качестве информационного концентратора, получающего информацию из разных источников и в однородном виде представляющего ее
пользователю. Web-навигатор обеспечивает представление информации потребителям с нужной степенью детализации. Таким образом, Web – это инфраструктурный интерфейс для пользователей различных уровней. Очевидным достоинством Web-технологии является удобная форма предоставления информационных услуг.
Пользовательский интерфейс зависит от интерфейса, обеспечиваемого
ОС, которая может быть: однопрограммной - такие ОС обслуживают пакетную
и диалоговую технологии; многопрограммной – подобные ОС также могут совместить оба вида технологий; многопользовательской – эти ОС позволяют одновременно выполнять несколько приложений и реализуются сетевыми разновидностями, они поддерживают пакетную, диалоговую и сетевую технологии.
3. Способ организации сетевого взаимодействия:
 ИТ на базе локальных компьютерных сетей представляют собой систему взаимосвязанных и распределенных на ограниченной территории средств
передачи, хранения и обработки информации, ориентированных на коллективное использование общесетевых ресурсов - аппаратных, программных, информационных. Они позволяют перераспределять вычислительные мощности между пользователями сети в зависимости от изменения их потребностей и сложности решаемых задач и обеспечивают надежный и быстрый доступ пользователей к информационным ресурсам сети. Локальные ИТ - это технологии, работающие в локализованном режиме, т.е. на базе локальной компьютерной сети.
В последнее время многие локальные сети построены с использованием ИТ
Интернет. Такие сети получили название Интранет (Intranet);
 построение ИТ на базе многоуровневых сетей заключается в представлении архитектуры создаваемой сети в виде иерархических уровней, каждый из
которых решает определенные функциональные задачи. Такие технологии
строятся с учетом организационно-функциональной структуры соответствующего многоуровневого экономического объекта и позволяют разграничить доступ к информационным и вычислительным ресурсам в зависимости от степени
важности решаемых задач и реализуемых функций управления на каждом
уровне;
 ИТ на базе распределенных сетей обеспечивают надежную передачу
разнообразной информации между территориально удаленными узлами сети с
62
использованием единой информационной инфраструктуры. Этот способ организации сетевого взаимодействия ориентирован на реализацию коммуникационных информационных связей между территориально удаленными пользователями и ресурсами сети. Распределенная ИТ - это разновидность ИТ, структура которой построена по принципу выполнения отдельных функций технологии
на разных узлах вычислительной сети (на разных рабочих местах сети). Данный
вид технологии предназначен для использования в процессе коллективной работы (системы автоматизированного проектирования, автоматизированные
банковские системы и т.д.). При этом могут быть применены технологии распределенных БД и технологии распределенной обработки данных.
4. Характер участия технических средств в диалоге с пользователем:
 информационно-справочные (пассивные) поставляют информацию
пользователю после его связи с системой по соответствующему запросу. Технические средства в таких технологиях используются только для сбора и обработки информации об управляемом объекте. На основе обработанной и представленной в удобной для восприятия форме информации оператор принимает
решения относительно способа управления объектом,
 информационно-советующие (активные) сами выдают абоненту предназначенную для него информацию периодически или через определенные
промежутки времени. В этих системах наряду со сбором и обработкой информации выполняются следующие функции: определение рационального технологического режима функционирования по отдельным технологическим параметрам процесса; определение управляющих воздействий по всем или отдельным управляемым параметрам процесса и т.д.
5. Способ управления производственной технологией:
 децентрализованные ИТ. Их использование эффективно при автоматизации технологически независимых объектов управления по материальным,
энергетическим, информационным и другим ресурсам. Такая технология представляет собой совокупность нескольких независимых технологий со своей информационной и алгоритмической базой. Для выработки управляющего воздействия на каждый объект управления необходима информация о состоянии
только этого объекта,
 в централизованной ИТ все процессы управления объектами выполняются в едином органе управления, который осуществляет сбор и обработку информации об управляемых объектах и затем на основе их анализа в соответствии с критериями системы вырабатывает управляющие сигналы. Основная
особенность централизованной ИТ - сохранение принципа централизованного
управления, т.е. выработка управляющих воздействий на каждый объект управления на основе информации о состоянии совокупности объектов управления,
но при этом некоторые функциональные устройства технологии управления являются общими для всех каналов системы. Для реализации функции управления каждый локальный орган по мере необходимости вступает в процесс информационного взаимодействия с другими органами управления,
63
 иерархическая ИТ построена по принципу разделения функций управления на несколько взаимосвязанных уровней, на каждом из которых реализуются свои процедуры обработки данных и выработка управляющих воздействий. Необходимость использования такой технологии вызвана тем, что с ростом числа задач управления в сложных системах значительно увеличивается
объем переработанной информации и повышается сложность алгоритмов
управления. Разделение функций управления позволяет справиться с информационными трудностями для каждого уровня управления и обеспечить согласование принимаемых этими органами решений.
6. Способ передачи данных:
 сетевые ИТ обеспечиваются сетевой ОС и требуют установки соответствующего комплекса технических средств,
 несетевые ИТ работают на "изолированных" от сети компьютерах, т.е.
без выхода в сетевую структуру. Это могут быть технологии экспертных систем, автоматизированных рабочих мест (АРМ), электронного офиса, электронных таблиц, текстовых и графических процессоров и др.
2.5. Современное состояние и тенденции ИТ
Современное состояние ИТ характеризуется следующими положениями:
 наличие большого количества программно-аппаратных комплексов и
платформ для эффективного управления и сопровождения производства, промышленно функционирующих БД и баз знаний большого объема, содержащих
информацию по всем направлениям деятельности общества;
 наличие технологий, обеспечивающих интерактивный доступ любого
пользователя к информации и ресурсам; технической основой для этого служат:
o открытые и корпоративные системы поиска информации,
o государственные и коммерческие системы связи,
o глобальные, национальные и региональные информационновычислительные сети;
o международные соглашения, стандарты и протоколы обмена данными;
 расширение функциональных возможностей ИТ, обеспечивающих распределенную работу с данными разнообразной структуры и содержания, мультиобъектных документов, гиперсред; создание локальных и интегрированных
проблемно-ориентированных ИТ и ИС различного назначения на основе мощных серверов и локальных сетей;
 включение в ИТ и ИС специализированных интерфейсов пользователя
для взаимодействия с экспертными системами, системами поддержки принятия
решения (СППР), системами поддержки исполнения решения, системами машинного перевода и других технологий и средств.
Также можно выделить основные тенденции в развитии ИТ:
 Глобализация. Компании могут с помощью ИТ вести дела на мировом
рынке, немедленно получая исчерпывающую информацию. Происходит интернационализация программных средств и рынка информационного продукта.
64
Получение преимуществ за счет постоянного распределения информационных
расходов на более широкий географический регион становится необходимым
элементом стратегии.
 Конвергенция. Стираются различия между промышленными изделиями
и услугами, информационным продуктом и средствами его получения, их профессиональным и бытовым использованием. Передача и прием цифровых, звуковых и видеосигналов объединяются в одних устройствах и системах.
 Усложнение информационных продуктов и услуг. Информационный
продукт в виде программно-аппаратных средств, БД, служб эксплуатации и
экспертного обеспечения имеет тенденцию к постоянному развитию и усложнению. В то же время интерфейсная часть ИТ при всей сложности решаемых
задач постоянно упрощается, делая все более комфортным интерактивное взаимодействие пользователя и системы.
 Способность к взаимодействию. Проблемы оптимального обмена данными между компьютерными ИТ и ИС, между системой и пользователями,
проблемы обработки и передачи данных и формирование требуемой информации приобрели статус ведущих технологических проблем. Современные программно-аппаратные средства и протоколы обмена данными позволяют решать
их во все более полном объеме.
 Ликвидация промежуточных звеньев. Развитие способности к взаимодействию однозначно ведет к упрощению доставки информационного продукта
к потребителю. Становится ненужной цепочка посредников, если есть возможность размещать заказы и получать требуемое непосредственно с помощью ИТ.
65
3. Базовые информационные технологии
Как отмечалось ранее, данные технологии строятся на основе базовых
технологических операций, но, кроме того, включают ряд специфических моделей и инструментальных средств. Они ориентированы на решение определенного класса задач и используются в конкретных технологиях в виде отдельного компонента.
3.1. Мультимедийные ИТ
Современные ИТ отличаются большим разнообразием форматов и аппаратных устройств для ввода, обработки, представления и хранения данных. Это
- текст, таблицы, диаграммы, звук, плоская и 3D-графика, анимация, видео.
Обеспечение работы пользователя с таким разнообразием данных реализуется
мультимедийными технологиями.
Мультимедийный документ - это специально подготовленный объект,
воздействующий на пользователя как целостная система. При этом пользователь становится соавтором и режиссером взаимодействия. К тому же работа
мультимедийных приложений происходит, как правило, в реальном времени, и
это позволяет выйти на новый уровень интерактивного общения «человек приложение - компьютер - среда (реальная или виртуальная)».
Несомненным достоинством и особенностью данной технологии являются следующие возможности мультимедиа, которые активно используются в
представлении информации:
 хранение большого объема самой разной информации на одном носителе (до 20 томов авторского текста, около 2000 и более высококачественных
изображений, 30-45 мин. видеозаписи, до 7 ч. звука);
 увеличение (детализации) на экране всего изображения или его фрагментов;
 сравнение изображения и обработки его разнообразными программными
средствами с научно-исследовательскими или познавательными целями;
 выделение в сопровождающем изображение текстовом или другом визуальном материале "горячих слов (областей)", по которым осуществляется немедленное получение справочной или любой другой пояснительной (в том числе визуальной) информации (с помощью технологии гипертекста и гипермедиа);
 осуществление непрерывного музыкального или любого другого аудиосопровождения;
 использование видеофрагментов из фильмов, видеозаписей, функции
«стоп-кадра», покадрового «пролистывания» видеозаписи;
 включение в содержание диска БД, методик обработки образов, анимации и т.д.;
 подключение к Интернету;
 работа с различными приложениями (текстовыми, графическими и звуковыми редакторами, картографической информацией);
66
 создание собственных «галерей» (выборок) из представляемой в продукте информации;
 запоминание «пройденного пути» и создание закладок на заинтересовавшей экранной странице;
 автоматический просмотр всего содержания продукта («слайд-шоу»)
или создание анимированного и озвученного «путеводителя-гида» по продукту
(«говорящей и показывающей инструкции пользователя»); включение в состав
продукта игровых компонентов с информационными составляющими;
 свободная навигация по информации и выход в основное меню (укрупненное содержание), на полное оглавление или вовсе из программы в любой
точке продукта.
Технологии мультимедиа поддерживаются специальными аппаратными и
программными средствами, а также общими и специализированными форматами данных.
К аппаратным средствам можно отнести:
 основные средства: компьютер с высокопроизводительным процессором
и памятью большого объема, манипуляторами (мышь, джойстик) и мультимедиа-монитором со встроенными стереодинамиками;
 специальные средства: CD и DVD приводы для воспроизведения и записи, TV-тюнеры и фрейм-грабберы (устройства, которые позволяют дискретизировать видеосигнал, сохранять отдельные кадры изображения в буфере с последующей записью на диск либо выводить их непосредственно в текущее или
выделенное окно на мониторе компьютера), графические ускорители, звуковые
и видеоплаты (адаптеры/контроллеры), поддержка акустических систем и др.
Распространенные программные средства, реализующие мультимедиа
продукты или являющиеся их составной частью:
 звуковые (Adobe Audition), анимационные (Alias Maya) и графические
редакторы (Adobe Photoshop, Corel Draw), средства компьютерной верстки документов (Page Maker, Venture), сканирования и распознавания текстов (Fine
Reader), подготовки презентаций (Power Point);
 кодирующие и декодирующие пакеты - кодеки;
 пакеты для создания музыкальных дисков, просмотра цифровых фотографий, создания альбомов и галерей изображений с музыкальным сопровождением и т. д.
Ниже приводятся основные форматы для обработки и сжатия мультимедийных данных:
1) Текстовые — TXT, DOC, DOCX, RTF, PDF, HTML. Практически все
мультимедийные устройства по умолчанию настроены на чтение этих распространенных текстовых форматов и на работу с ними.
2) Графические — JPEG, GIF, BMP, TIF (статические) и MJPEG, DVI,
Wavelete (динамические, для создания анимаций). Сетевая графика представлена преимущественно двумя форматами - JPEG (Joint Photographics Experts
Group) и GIF (Graphics Interchange Format). Оба этих формата являются компрессионными, т.е. данные в них уже находятся в сжатом виде. При сжатии
67
требуется использовать свойства графических данных - избыточность, предсказуемость и необязательность:
 кодирование повторений, которое использует избыточность, говорит:
«здесь три идентичных желтых пикселя», вместо «вот желтый пиксель, вот еще
один желтый пиксель, вот следующий желтый пиксель»,
 методы кодирования по алгоритму Хаффмена используют предсказуемость, предполагая более короткие коды для более часто встречающихся значений пикселей,
 наличие необязательных данных предполагает использование схемы кодирования с потерями (JРEG сжатие с потерями). Например, для просмотра человеческим глазом не требуется того же разрешения для цветовой информации
в изображении, которая требуется для информации об интенсивности. Поэтому
данные, представляющие высокое цветовое разрешение, могут быть исключены. На практике предназначенную к публикации в сети Интернет графику
необходимо предварительно оптимизировать для уменьшения ее объема и, как
следствие, трафика.
Каждый из перечисленных форматов имеет ряд настраиваемых параметров (в том числе и параметр сжатия), позволяющих управлять соотношением
"качество - размер файла". За счет сознательного снижения качества изображения, практически не влияющего на восприятие, можно добиться уменьшения
объема графического файла почти в 25 раз.
GIF поддерживает 24-битный цвет, реализованный в виде палитры, содержащей до 256 цветов. К особенностям этого формата следует отнести последовательность или перекрытие множества изображений (анимация) и отображение с чередованием строк. Несколько настраиваемых параметров GIFформата позволяют управлять размером получаемого файла. Наибольшее влияние оказывает глубина цветовой палитры. GIF-файл может содержать от 2 до
256 цветов. Соответственно, меньшее содержание цветов в изображении (глубина палитры), при прочих равных условиях, дает меньший размер файла. Другой параметр, влияющий на размер GIF-файла, - диффузия. Это позволяет создавать плавный переход между различными цветами или отображать цвет, отсутствующий в палитре, путем смешения пикселей разного цвета. Применение
диффузии увеличивает размер файла, но зачастую это единственный способ
более-менее адекватной передачи исходной палитры рисунка после редуцирования. Другими словами, применение диффузии позволяет в большей степени
урезать глубину палитры GIF-файла и тем самым способствовать его «облегчению». При создании изображения, которое в последующем будет переведено в
GIF-формат, следует учитывать следующую особенность алгоритма сжатия:
степень сжатия графической информации в GIF зависит не только от уровня ее
повторяемости и предсказуемости (однотонное изображение имеет меньший
размер, чем беспорядочно зашумленное), но и от направления, так как сканирование рисунка производится построчно.
JPЕG — 24-битный цвет в палитре 16,8 миллионов цветов. На самом деле
не существует формата JРЕG как такового. В большинстве случаев это файлы
68
форматов JFIF и JРEG-TIFF, сжатые по JРEG технологиям. Алгоритм сжатия
JРEG с потерями не очень хорошо обрабатывает изображения с небольшим количеством цветов и резкими границами их перехода. Для таких изображений
более эффективным может оказаться их представление в GIF-формате. В то же
время он незаменим при подготовке к web-публикации фотографий. Этот метод
может восстанавливать полноцветное изображение, практически неотличимое
от подлинника, используя при этом около одного бита на пиксель для его хранения. Алгоритм сжатия JРEG достаточно сложен, поэтому работает медленнее
большинства других. Кроме того, к этому типу сжатия относятся несколько
близких по своим свойствам JРEG-технологий. Основным параметром, присутствующим у них, является качество изображения, измеряемое в процентах.
Размер выходного JРЕG-файла находится в прямой зависимости от этого параметра.
Рассмотренные форматы широко используются в таких известных графических пакетах, как Adobe Photoshop, Adobe Illustrated, Paint Brash, Corel Draw и
многих других.
3) Форматы сжатия звуковых данных — AIF, ASF, AU, AVI, BUN,
MID, MP2, MP3, MPEG, SND, WAV, WRK. Наиболее известными форматами в
настоящее время являются AU (Sun Microsystems) и WAVE (Microsoft) – поддерживают цифровую запись, редактирование, работу с волновыми формами
звуковых данных, а также фоновое воспроизведение цифровой музыки. Наиболее приемлемым для передачи аудио данных через Интернет является формат
MP3. Он позволяет получать звуковые файлы с таким же качеством, как и качество Audio CD, но с уменьшением объема от 4 до 20 раз. В его основу положены особенности человеческого слухового восприятия, отраженные в «псевдоакустической» модели. Его разработчики исходили из постулата, что далеко не
вся информация, которая содержится в звуковом сигнале, является полезной и
необходимой - большинство слушателей ее не воспринимают. Поэтому определенная часть данных может быть сочтена избыточной. Эта лишняя информация
удаляется без особого вреда для субъективного восприятия. Приемлемая степень очистки определялась путем многократных экспертных прослушиваний.
При этом стандарт позволяет в заданных пределах менять параметры кодирования - получать меньшую степень сжатия при лучшем качестве или, наоборот,
идти на потери в восприятии ради более высокого коэффициента компрессии.
Звуковой wav-файл, преобразованный в формат MР3 со скоростью потока в 128
Кбайт/с, занимает в 10-12 раз меньше места на винчестере. При кодировании со
скоростью 256 Кбайт/с на компакт-диске можно записать около 6 ч. музыки при
разнице в качестве по сравнению с CD, доступной лишь тренированному экспертному уху.
4) Форматы сжатия видеоинформации - форматы, реализуемые семейством международных стандартов, созданных под эгидой экспертной группы
MPEG (Moving Picture Experts Group). Стандарты MPEG используются в технологиях CD-i и CD-Video, являются частью стандарта DVD, активно применяются в цифровом радиовещании, кабельном и спутниковом ТВ, Интернет-радио,
мультимедийных компьютерных продуктах, коммуникациях по каналам ISDN
69
и во многих других электронных ИТ и ИС. На сегодняшний день непрофессиональным пользователям известны наиболее применяемые для массовых мультимедиа продуктов форматы MPEG:
 MРEG-1 предназначен для записи синхронизированных видеоизображений (обычно в формате SIF, 288 x 358) и звукового сопровождения на CDROM с учетом максимальной скорости считывания около 1.5 Мбит/с. Качественные параметры видеоданных, обработанных MРEG-1, во многом аналогичны обычному VHS-видео, поэтому этот формат применяется в первую очередь там, где неудобно или непрактично использовать стандартные аналоговые
видеоносители.
 MРEG-2 предназначен для обработки видеоизображения, соизмеримого
по качеству с телевизионным, при пропускной способности системы передачи
данных в пределах от 3 до 15 Мбит/с, профессионалы используют и бóльшие
потоки до 50 Мбит/с. На технологии, основанные на MРEG-2, переходят многие телеканалы, сигнал, сжатый в соответствии с этим стандартом, транслируется через телевизионные спутники, используется для архивации больших объемов видеоматериала.
 MРEG-3 предназначался для использования в системах телевидения высокой четкости (high-defenition television, HDTV) со скоростью потока данных
20-40 Мбит/с, но позже стал частью стандарта MРEG-2 и отдельно теперь не
упоминается. Формат MР3, который иногда путают с MРEG-3, предназначен
только для сжатия аудиоинформации, и полное название MР3 звучит как MРEG
Audio Layer III.
 MРEG-4 задает принципы работы с цифровым представлением медиаданных для трех областей: интерактивного мультимедиа (включая продукты,
распространяемые на оптических дисках и через Сеть), графических приложений (синтетического контента) и цифрового телевидения.
3.2. Телекоммуникационные технологии
Данные технологии предполагают территориально удаленное взаимодействие.
3.2.1. Интернет
Наиболее ярко современные тенденции телекоммуникационных технологий проявились в Интернете. Существуют много толкований термина Интернет,
однако он имеет два основных значения:
 глобальное сообщество произвольно объединяемых мировых сетей, которые используются для свободного обмена данными и информацией;
 совокупность технологий, реализующих обмен данными на основе использования
семейства
протоколов
TCP/IP
(Transmission
Control
Protocol/Internet Protocol), называемых Интернет-технологиями.
В силу важности данной технологии для современного бизнеса и социальной сферы
рассмотрим кратко этапы становления Интернета:
70
1. В основе создания Интернет-технологий лежит сеть ARPAnet - первая экспериментальная компьютерная сеть национального масштаба. Она была создана в конце 60-х годов в целях поддержки научных исследований агентства Министерства обороны США
(Advanced Research Project Agency - ARPA) и объединила сотни компьютеров нескольких
крупных научных и университетских центров. Узлы сети были связаны физическими выделенными линиями, а передача и прием данных обеспечивались специальными программами,
работающими на узловых компьютерах. Реально сеть стала использоваться для обмена сообщениями (E-mail) и файлового обмена (File-oriented Interchange).
2. Примерно в это же время появились локальные компьютерные сети и компьютеры с ОС UNIX, которые, помимо чисто вычислительных задач, стали обслуживать эти сети: в
OC UNIX была заложена возможность работать с IP-протоколами, которые содержали: правила инициализации передачи и поддержания работы в сети; описание пакетов данных семейства IP; правила обращения с IP-пакетами (идентификация, проверка целостности, обработка, пересылка, прием и т.д.). Так появились специализированные рабочие станции. Эти
решения оказались успешными, стандартизация протоколов позволила подключать к сети
компьютеры с различным базовым ПО. Появилось понятие трафика, трактуемое в единицах
обмена информацией, которым стали измерять реальную загрузку сети. Технология передачи
данных IP-пакетами оказалась чрезвычайно перспективной, однако ее необходимо было дорабатывать, так как скорость передачи данных не могла компенсировать значительные затраты времени на поиск нужной информации в огромных массивах данных.
3. В марте 1989 года Тим Бернерс-Ли, сотрудник организации Conseil Europeen pour
la Recherche Nucleaire - CERN (Женева), предложил концепцию распределенной ИС с целью
«объединения знаний человечества», которую он назвал «всемирной паутиной» (World Wide
Web - WWW). Для ее создания он объединил две существующие технологии - технологию
применения IP-протоколов для передачи данных и технологию гипертекста (Hypertext Technology). WWW-технология основана на реализации быстрого перехода от одного фрагмента
текста к другому по ссылкам, при этом указанные фрагменты могут располагаться на физически разделенных компьютерных носителях. ИС, построенная на этих принципах, могла
объединить множество информационных ресурсов, разбросанных по многочисленным открытым БД. Информационное пространство «всемирной паутины» состоит из документов
различного формата, предметных указателей и ссылок. Для перехода по ссылке или поиска
по указателю пользователь применяет соответствующий браузер, «понимающий» язык разметки гипертекста. Поисковая система отыскивает по ссылке или ключевым словам в «паутине» нужный каталог, читает его структуру, считывает нужный документ и пересылает его
пользователю. Web-сервер автоматически генерирует гипертекстовое представление требуемых файлов по запросам пользователя.
4. В сентябре 1994 года Оливер Мак-Брайан из Колорадского университета (США)
разработал одно из первых автоматических средств составления предметного указателя для
WWW, названное WWW-Worm. Можно считать, что с этого момента информационное пространство всемирной паутины было, в принципе, сформировано.
Основными элементами технологии WWW являются:
 язык гипертекстовой разметки документов (Hyper Text Markup
Language - HTML). Основная идея гипертекста заключается в присутствии
внутри ASCII-текста форматирующих полей и ссылок как на части внутри документа, так и на другие документы. Благодаря этому можно просматривать
документы в том порядке, в каком требуется, а не последовательно, как при
чтении книг. БД гипертекста является частью файловой системы, которая содержит текстовые файлы в формате HTML и связанные с ними графику, мультимедиа и другие ресурсы;
71
 расширяемый язык разметки (eXtensible Markup Language - XML) добавился несколько позже и был предназначен для описания систем хранения
структурированных данных. Целью создания формата XML было обеспечение
совместимости при передаче структурированных данных между разными системами обработки информации, особенно при передаче таких данных через
Интернет, а также для создания на его основе более специализированных языков разметки, иногда называемых словарями. Словари, основанные на XML,
сами по себе формально описаны, что позволяет программно изменять и проверять документы на основе этих словарей, не зная их семантики. Важной особенностью XML также является применение пространств имен – DNS (см. далее);
 протокол обмена гипертекстовой информацией (Hyper Text Transfer
Protocol - HTTP). Предназначен для обмена гипертекстовыми документами и
учитывает специфику такого обмена. Так в процессе взаимодействия клиент
может получить новый адрес ресурса на сети, запросить встроенную графику,
принять и передать параметры и т.п. Управление в HTTР реализовано в виде
ASCII-команд. Реально разработчик гипертекстовой БД сталкивается с элементами протокола только при использовании внешних расчетных программ или
при доступе к внешним относительно WWW информационным ресурсам,
например БД;
 универсальный способ адресации ресурсов в сети (Universal Resource
Identifier - URI и Universal Resource Locator - URL). Для получения файла из
Интернета браузеру нужно знать, где находится файл и как общаться с компьютером, на котором этот файл находится. Программа-клиент WWW передает имя
необходимого файла, его местоположение в Сети (адрес хоста) и метод доступа
(обычно протокол HTTP или FTP). Комбинация этих элементов формирует
универсальный идентификатор ресурса – URI, который определяет способ записи адресов различных информационных ресурсов. В основу URI были заложены идеи расширяемости, полноты и читаемости. Реализация URI для WWW
является способом адресации в сети - URL). Общий формат ссылки URL <протокол://узел/путь/файл /метка>;
 система доменных имен (Domain Name System - DNS) позволяет именовать информационные ресурсы Интернета для их последующего использования;
 универсальный интерфейс шлюзов7 (Common Gateway Interface - CGI).
Добавлен позже сотрудниками Национального Центра Суперкомпьютерных
Приложений (National Center for Supercomputing Applications - NCSA). Спецификация CGI была специально разработана для расширения возможностей
WWW за счет подключения всевозможного внешнего ПО. Такой подход логично продолжал принцип простоты разработки и наращивания возможностей
WWW. Предложенный и описанный в CGI способ подключения не требовал
дополнительных библиотек: сервер взаимодействовал с программами через
Шлюзы - это программы, обеспечивающие взаимодействие сервера с серверами других протоколов, например FTР, или с распределенными на сети серверами Oracle.
7
72
стандартные потоки ввода/вывода, что упрощает программирование. При реализации CGI чрезвычайно важное место заняли методы доступа, описанные в
HTTP.
WWW построена по схеме «клиент-сервер» (см. разд. 4). На рис. 3.1 показано, как разделены функции в этой схеме.
Рис. 3.1. Структура WWW
Клиент выполняет функции интерфейса пользователя и обеспечивает доступ практически ко всем информационным ресурсам Интернета. В этом смысле он выходит за обычные рамки работы клиента только с сервером определенного протокола. Фактически, клиент - это интерпретатор HTML, который в зависимости от команд (разметки) выполняет различные функции. В круг этих
функций входит не только размещение текста на экране, но и обмен информацией с сервером по мере анализа полученного HTML-текста, что наиболее
наглядно происходит при отображении встроенных в текст графических образов. При анализе URL-спецификации или по командам сервера клиент запускает дополнительные внешние программы для работы с документами в форматах,
отличных от HTML.
Другую часть программного комплекса WWW составляет сервер протокола HTTР, БД HTML-документов, управляемая сервером, и ПО, разработанное
в стандарте спецификации CGI.
БД HTML-документов - это часть файловой системы, которая содержит
текстовые файлы в формате HTML и связанные с ними графику и другие ресурсы. Особое место занимают документы, содержащие элементы экранных
форм, – они реально обеспечивают доступ к внешнему ПО.
Прикладное ПО, работающее с сервером, можно разделить на программы-шлюзы и прочие программы.
Прочие программы - это программы, принимающие данные от сервера и
выполняющие какие-либо действия: получение текущей даты, реализацию графических ссылок, доступ к локальным БД или просто расчеты.
Интернет является совокупностью эффективных методов коммуникации
(на базе современных стандартизированных протоколов связи) и работы с ин-
73
формацией, находящейся на удаленных носителях. Кроме непосредственных
функций по транзиту данных любых типов технологии Интернет обеспечивают
широкий спектр разнообразных информационных услуг, реализуемых различными службами, например: пересылки и приема сообщений (E-mail); гипертекстовой среды (WWW); передачи файлов (File Transfer Protocol - FTP); удаленного управления компьютером (TERminal NETwork - Telnet); телеконференций
(Users Network - Usenet).
Программная индустрия для Web испытывает сейчас настоящий бум: сотни компаний - разработчиков ПО для Web — создают новые технологии и инструментальные средства для навигации,
работы в Сети и разработки пользовательских приложений. Инструментальные средства для Интернета включают:
 программы просмотра и навигации (браузеры);
 средства поиска и доставки информации (поисковые машины);
 ПО Интернет и Web-серверов, серверные приложения и расширения;
 средства администрирования в сетях - как правило, поставляются в составе ПО Web-сервера.
Они служат для конфигурирования, активации и мониторинга Web-сервисов, для контроля актуальности гиперссылок и связности гипертекстовой структуры, для учета и протоколирования использования серверов, для настройки и сопровождения системы безопасности;
 клиентские приложения и расширения (Web-сервисы);
 средства обеспечения безопасности - могут быть встроены в ПО Интернет-серверов или
представлены в виде дополнительных компонентов: комплексов Firewall и Proxy-серверов, выполняющих фильтрацию данных на различных уровнях;
 инструментальные средства разработки Интернет-приложений. Включают:
o редакторы гипертекста - формируют HTML-файлы в режимах программирования или
WYSIWYG (What You See Is What You Get). Можно использовать и обычные текстовые редакторы, а
также средства, встроенные в браузеры. К этой же группе относятся конверторы, «перегоняющие»
офисные документы в гипертекст;
o графические редакторы - служат для создания изображений, включаемых в гипертекст;
o средства разметки карт изображений и конверторы изображений. Первые позволяют
разбить изображение на участки и связать гиперссылки с каждым из них, они могут быть встроены в
графический редактор. Конверторы изображений обеспечивают преобразование форматов, размеров
и цветов, создание специальных эффектов;
o средства мультимедиа (аудио, анимация, видео) - предназначены для создания звукового и музыкального сопровождения, анимационных и видеороликов. Часто воспроизведение файлов
мультимедиа осуществляется клиентскими расширениями или специальными Helper-программами;
o средства генерации виртуальной реальности - позволяют запрограммировать трехмерные сцены и управление ими на языке VRML (Virtual Reality Modeling Language). Ввиду того, что
процесс воспроизведения виртуальной реальности достаточно сложен, могут потребоваться дополнительные средства автоматизированного проектирования и анимации. Для просмотра Web-страниц с
VRML-изображениями необходимо использовать соответствующие браузеры, например, WebSpace
от Silicon Graphics или VRML-расширения для Internet Explorer или Netscape Navigator;
o средства и языки программирования серверных и клиентских приложений и расширений. Системы программирования клиентских приложений предназначены для разработки и отладки
сценариев (на языках VBScript или JavaScript,) и мобильных приложений (на языке Java), выполняемых на стороне клиента. Наибольшие удобство и производительность разработки дают средства визуального программирования. В качестве средств программирования серверных приложений могут
использоваться как обычные системы программирования (Visual Basic, C/C++, Java), так и интерпретаторы команд (UNIX-shell, REXX и др.), интерпретаторы и компиляторы сценариев на JavaScript,
VBScript и Perl. Для создания клиентских и серверных расширений используются системы программирования, позволяющие создавать компоненты с использованием механизмов ActiveX или Plug-in,
представленных в виде встроенных или дополнительных библиотек интерфейсов.
74
3.2.2. Технологии мобильных устройств
Ниже перечислены наиболее распространенные в настоящее время мобильные устройства и соответствующие технологии.
Мобильный телефон с функциями WAP или собственным микробраузером. Современный мобильный телефон является мощным вычислительным устройством с гибкой ОС, большой памятью, СУБД, встроенным
стандартом частоты и времени, мультимедийными функциями, возможностью
коммуникации с другими электронными устройствами и выхода в Интернет.
При этом мобильный доступ в Интернет может осуществляться с помощью
беспроводного модема, встроенного WAP8-браузера или путем синхронизации
устройства с другим, уже подключенным к Интернету (WAP-телефоном,
смартфоном, ноутбуком, ПК).
Портативный карманный компьютер (Personal Digital Assistant - PDA).
В это семейство входят устройства с очень широким набором возможностей и
сильно различающиеся между собой. Это могут быть и бесклавиатурные
устройства типа Palm, умещающиеся в ладони, и более дорогие устройства со
встроенной клавиатурой, имеющие размеры среднего органайзера, и, наконец,
компьютерные устройства, близкие к миниатюрным ноутбукам. Основные ОС
в таких устройствах: Palm OS, Windows CE или EPOC. Связь с Интернетом
осуществляется через беспроводной модем или посредством синхронизации с
ПК, подключенным к Сети.
Смартфон (Smartphone, "умный телефон") - гибрид мобильного телефона
и портативного карманного компьютера PDA, совмещающий голосовые возможности телефона с функциями обработки и передачи данных, такими как
электронная почта, выход в Интернет, работа с файлами, БД и т.д. «Продвинутой» разновидностью смартфона является «мобильный менеджер» - мультимедийное устройство, сочетающее функциональность карманного ПК, работу с
аудио- и видеоданными и возможности беспроводной связи.
Отдельного разговора заслуживает система IP-телефонии - телефонной
связи, реализующейся на базе Интернет-протоколов. Одно из ее существенных
достоинств - значительно меньшая стоимость голосового трафика по сравнению со стоимостью услуг телефонной сети общего пользования. IP-телефония
повышает эффективность повседневной деятельности компаний за счет возможности работы с сообщениями электронной почты, получения оперативных
данных из корпоративных ИС, а также сводок, отчетов и новостей из Интернета.
Благодаря появлению интегрированных систем с поддержкой голоса,
графики, видео и работы с данными стало возможным создание принципиально
новых современных пользовательских приложений, превращающих IP-телефон
в полнофункциональное компьютерное офисное устройство.
IP-телефоны, кроме поддержки традиционных телефонных функций,
обеспечивают доступ к корпоративной директории абонентов с возможностями
8
WAP - Wireless Application Protocol
75
поиска и дозвона. Встроенное сервисное меню позволяет пользователю IPтелефона получить доступ к текстовой или графической информации, расположенной на Web-серверах. Оперативный доступ ко всему объему корпоративных
и других данных посредством IP-телефона обеспечивается, как правило, через
корпоративный информационный портал. IP-телефон в этом случае рассматривается как «сверхтонкий» клиент. С точки зрения пользователя - это уникальная возможность собрать на одном экране всю необходимую информацию.
Помимо этого, в настоящее время активно развиваются технологии, существенно расширяющие возможности мобильных устройств (они относятся к
геоинформационным технологиям, которые рассматриваются далее). Они
включают, например, системы GPS (Global Positioning System) для точного координатного определения местонахождения пользователя (широта и долгота в
земной системе координат или положение маркера на GIS-карте, загруженной
на экран мобильного устройства). Такая система может встраиваться в карманный навигатор (Pocket Navigator).
Еще один пример - система Bluetooth - радио-технология передачи данных на не очень большие расстояния. Технология Bluetooth позволяет соединять между собой различные устройства - компьютеры, принтеры, сканеры,
цифровую фото- и видеотехнику, телефоны, не прибегая к помощи проводов.
Допускаются соединения «один-к-одному» и «один-к-многим» - главное, чтобы
все устройства имели встроенный микрочип Bluetooth и соответствующее ПО.
Быстро развиваются технологии, системы и стандарты третьего поколения (3G Technologies), которые обеспечивают высококачественную передачу
речи, изображений, мультимедиа контента, доступ в Интернет, а также обмен
данными между мобильным телефоном и компьютером (скорость обмена достигает сотен Мбит/с).
3G-технологии заметно улучшили качество сервиса сетей вторых поколений, добавляя им множество новых услуг. Ниже перечислены услуги третьего
поколения, доступные современному пользователю:
 голосовые вызовы и видеотелефония;
 мобильная IP-телефония (Wireless Voice Internet Protocol - wVoIP);
 передача и прием видео/аудио потоков: цветное телевидение, фото- и
видеосъемка;
 мобильный офис с Web-браузингом;
 услуги, основанные на местоположении абонента: ориентация в незнакомом месте, карты и путеводители;
 мобильная электронная коммерция: поиск и выбор товаров; оплата билетов, товаров и услуг; надежное обеспечение безопасности информации.
Весь ход развития технологии мобильных устройств говорит о том, что
дальнейшее совершенствование этих устройств будет идти по пути интеграции
методов, технологий, стандартов в целях расширения функциональности и повышения качества услуг, предоставляемых мобильной ИТ-техникой.
76
3.3. ИТ автоматизации проектирования
Автоматизация проектирования традиционно является одной из эффективных задач в сфере любого производства. Разработка ИТ в данной области
(САПР-продуктов9) происходит в следующих направлениях:
 универсальный графический пакет для плоского черчения, объемного
моделирования и фотореалистической визуализации;
 открытая графическая среда для создания приложений (собственно
САПР для решения разнообразных проектных и технических задач в различных
областях);
 графический редактор и графическая среда приложений;
 открытая среда конструкторского проектирования;
 САПР для непрофессионалов (домашнего использования).
Наиболее полно возможности САПР-продукта на уровне универсального
графического пакета можно проследить на примере AutoCAD - самого популярного в России чертежного пакета. Рассмотрим его основные особенности:
 возможность работы с несколькими файлами чертежей в одном сеансе
без потери производительности;
 контекстное всплывающее меню, включающее группу операций буферного обмена, повтора последней операции, отмены действий и возврата отмененного действия, вызова динамических интерактивных операций панорамирования и зуммирования и др.;
 наличие средств моделирования, позволяющих редактировать твердотельные объекты на уровне ребер и граней;
 возможность обращения к свойствам объектов;
 возможность выбора, группировки и фильтрации объектов по типам и
свойствам;
 наличие технологии создания и редактирования блоков;
 возможность вставки в чертеж гиперссылок;
 включение Design Center - нового интерфейса технологии drag-and10
drop для работы с блоками, внешними ссылками, файлами изображений и
чертежей;
 управление толщиной (весом) линий напрямую с воспроизводством на
экране;
 возможность работы со слоями без вывода на печать;
 наглядная работа с размерами и размерными стилями;
 наличие средств управления видами и системами координат;
 наличие нескольких режимов визуализации от проволочного каркаса до
закраски;
 наличие средств обеспечения точности ввода при создании и редактировании;
 возможность компоновки чертежей и вывода на печать;
 работа с внешними базами данных;
9
САПР – система автоматизации проектирования
Буквально - перетащить (мышью) и бросить, т.е. отпустить левую клавишу
10
77
 наличие
средств настройки с помощью редакторов Visual LISP и Visual
Basic.
По оценкам специалистов, AutoCAD является почти идеальным универсальным 2D/ЗD (двух- и трехмерной геометрии) графическим пакетом средней
ценовой категории.
В последние годы большой интерес вызывают САПР для непрофессионалов (домашнего использования). Области их использования: индивидуальное
строительство, любительское моделирование и конструирование, планирование
ландшафта, интерьера и др. Основные требования к системам подобного класса
- приемлемая стоимость и невысокие требования к ресурсам компьютера.
3.4. ИТ в промышленности и экономике
Внедрение ИТ в сферу производства, торговли, банковского дела первоначально развивалось по пути создания доморощенных ИС. Однако главная
проблема комплексной автоматизации не была решена, но при этом был накоплен опыт разработок подобных систем и подготовлены специалисты, способные решать задачи внедрения ИТ в сферу управления бизнесом на современном
уровне.
При проектировании АСУП зачастую игнорировались вопросы совместимости, стандартизации, что затрудняло внедрение современных технологий
и приводило к большим затратам на модернизацию. В настоящее время, несмотря на специфику предметных областей, широкое распространение получили корпоративные ИС (КИС), базирующиеся на принципах корпоративных ИТ
и современных стандартов.
Выделяют три основных класса задач, решаемых с помощью КИС:
 формирования отчетных показателей (налоговые службы, статистика,
инвесторы и т.д.), получаемых на основе стандартной бухгалтерской и статистической отчетности;
 выработки стратегических управленческих решений по развитию бизнеса на основе базы агрегированных показателей;
 выработки тактических решений, направленных на оперативное управление и решаемых на основе базы частных, детализированных показателей, отражающих различные стороны локальных характеристик функционирования
структуры.
Корпоративное управление и создание КИС в настоящее время опираются на следующие три группы методов управления в корпорации: управление
ресурсами, процессами, корпоративными знаниями (коммуникациями). Среди
ИТ, применяемых в КИС, в качестве наиболее используемых можно выделить
следующие: СУБД, Интранет.
Задача управления ресурсами относится к числу классических методик
управления и является первой, где стали широко использоваться ИТ. Это связано с наличием хорошо отработанных экономико-математических моделей, эффективно реализуемых средствами вычислительной техники. Рассмотрим эволюцию задач управления ресурсами.
78
Первоначально была разработана методология планирования материальных ресурсов предприятия MRP (Material Requirements Planning), которая использовалась с методологией объемно-календарного планирования MPS (Master
Planning Schedule). Следующим шагом было создание методологии планирования производственных ресурсов (мощностей) - CPR (Capacity Requirements
Planning). Эта методология была принципиально похожа на MPR, но ориентирована на расчет производственных мощностей, а не материалов и компонентов. Данная задача требует больших вычислительных ресурсов, даже на современном уровне.
Объединение указанных выше методологий привело к появлению задачи
MRP «второго уровня» - MRP II (Manufacturing Recource Planning) - интегрированной методологии планирования, включающей MRP/CRP и использующей
MRP и FRP (Finance Resource/requirements Planning) - планирование финансовых ресурсов. Далее была предложена концепция ERP (Economic Requirements
Planning) интегрированное планирование всех «бизнес-ресурсов» предприятия.
Эти методологии были поддержаны соответствующими инструментальными средствами. В большей степени к поддержке данных методологий применимы СУБД.
Следующим шагом было создание концепции управления производственными ресурсами - CSPP (Customer Synchronized Resource Planning) - планирование ресурсов, синхронизированное с потреблением. Отличием данной
концепции является учет вспомогательных ресурсов, связанных с маркетингом,
продажей и послепродажным обслуживанием.
В связи с тем, что в современном производстве задействовано множество
поставщиков и покупателей, появилась новая концепция логистических цепочек (Supply Chain). Суть этой концепции состоит в учете при анализе хозяйственной деятельности всей цепочки (сети) превращения товара из сырья в готовое изделие.
Дальнейшим развитием концепции логистических цепочек является идея
виртуального бизнеса, представляющего распределенную систему нескольких
компаний и охватывающего полный жизненный цикл товара, или разделение
одной компании на несколько «виртуальных бизнесов».
Рассмотренные выше методологии нашли проявление как в отдельных
программных продуктах, так и в рамках Интранета как инструмента корпоративного управления.
Интранет представляет собой технологию управления корпоративными
коммуникациями в отличие от Интернета, являющегося технологией глобальных коммуникаций. В телекоммуникационных технологиях выделяют три
уровня реализации: аппаратный, программный и информационный. С этой точки зрения Интранет отличается от Интернета только информационными аспектами, где выделяются три уровня:
1) универсальный язык представления корпоративных знаний - не зависит
от конкретной предметной области и определяет грамматику и синтаксис. Пока
не существует единого языка описания, и к этой категории может быть отнесен
графический язык описания моделей данных, сетевых графиков, алгоритмов и
79
др. Задачами универсального языка представления корпоративных знаний являются: унификация представления знаний, однозначное толкование знаний,
разбиение процессов обработки знаний на простые процедуры, допускающие
автоматизацию;
2) модели представления - определяют специфику деятельности организации. Знания этого уровня являются метаданными, описывающими первичные
данные;
3) фактические знания - отображают конкретные предметные области и
являются первичными данными.
Интранет дает ощутимый экономический эффект в деятельности организации, что связано в первую очередь с резким улучшением качества потребления информации и ее прямым влиянием на производственный процесс. Для ИС
организации ключевыми становятся понятия «публикация информации», «потребители информации», «представление информации».
В концепции Интранет вся ИС размещается на центральном компьютере.
На рабочих местах находятся простейшие устройства доступа (навигаторы),
предоставляющие возможность управления процессами в ИС. Все процессы
осуществляются на центральной ЭВМ, с которой устройство доступа общается
посредством простого протокола, путем передачи экранов и кодов нажатых
клавиш на пульте.
Основные достоинства систем Интранет:
 на сервере вырабатывается информация (а не данные) в форме, удобной
для представления пользователю;
 для обмена информацией между клиентом и сервером используется протокол открытого типа;
 прикладная система сконцентрирована на сервере, на клиентах размещается только программа-навигатор;
 облегчено централизованное управление серверной частью и рабочими
местами;
 унифицирован интерфейс, не зависящий от ПО, используемого пользователем (ОС, СУБД и др.).
Важным преимуществом Интранета является открытость технологии. ПО,
основанное на закрытых технологиях, когда решения разработаны одной фирмой для одного приложения, резко ограничивает возможности развития ИС.
Тенденции дальнейшего развития Интранета: интеллектуальный сетевой
поиск; высокая интерактивность навигаторов за счет применения Javaтехнологии; сетевые компьютеры; превращение интерфейса навигатора в универсальный интерфейс с компьютером.
Кроме КИС следует отметить программные системы, реализующие отдельные функции управления:
1) бухгалтерские программы: 1С: Бухгалтерия, БЭСТ, Турбо-бухгалтер,
Парус, Инфо-бухгалтер;
2) системы автоматизации торговли: 1С: Торговля, Парус, БЭСТ 4, Фолио;
80
3) информационно-справочные системы: Гарант, Консультант Плюс,
Кодекс;
4) программы для бизнес-планирования: Project Expert, Microsoft Project,
Триумф-аналитик;
5) системы автоматизации складского учета: 1С: Склад, Фолио, БЭСТ,
Парус;
6) системы автоматизации документооборота: Дело, Lotus Notus, 1С: Документооборот.
3.5. ИТ искусственного интеллекта
С развитием компьютерных технологий менялся смысл, вкладываемый в
понятие ИС. Современная ИС - это набор ИТ, направленных на поддержку
жизненного цикла информации и включающего три основные процесса: обработку данных, управление информацией и управление знаниями. В условиях
резкого увеличения объемов информации переход к работе со знаниями на основе искусственного интеллекта является, по всей вероятности, единственной
альтернативой информационного общества.
Профессор Д.А. Поспелов дает следующее определение «интеллектуальной системы»: «Система называется интеллектуальной, если в ней реализованы
следующие основные функции:
 накапливать знания об окружающем систему мире, классифицировать и
оценивать их с точки зрения прагматической полезности и непротиворечивости, инициировать процессы получения новых знаний, осуществлять соотнесение новых знаний с ранее хранимыми;
 пополнять поступившие знания с помощью логического вывода, отражающего закономерности в окружающем систему мире или в накопленных ею
ранее знаниях, получать обобщенные знания на основе более частных знаний и
логически планировать свою деятельность;
 общаться с человеком на языке, максимально приближенном к естественному человеческому языку, и получать информацию от каналов, аналогичных тем, которые использует человек при восприятии окружающего мира,
уметь формировать для себя или по просьбе человека (пользователя) объяснение собственной деятельности, оказывать пользователю помощь за счет тех
знаний, которые хранятся в памяти, и тех логических средств рассуждений, которые присущи системе».
Перечисленные функции можно назвать функциями представления и обработки знаний, рассуждения и общения. Наряду с обязательными компонентами в зависимости от решаемых задач и области применения в конкретной системе эти функции могут быть реализованы в различной степени, что определяет индивидуальность архитектуры.
Основным элементом интеллектуальной ИС является база знаний (БЗ),
которая представляет собой совокупность сред, хранящих знания различных
типов, и включает:
1) базу фактов (данных) - хранит конкретные данные;
81
2) базу правил - хранит элементарные выражения, называемые в теории
искусственного интеллекта продукциями;
3) базу процедур - содержит прикладные программы, с помощью которых выполняются все необходимые преобразования и вычисления;
4) базу закономерностей - включает различные сведения, относящиеся к
особенностям той среды, в которой действует система;
5) базу метазнаний (база знаний о себе) - содержит описание самой системы и способов ее функционирования: сведения о том, как внутри системы
представляются единицы информации различного типа, как взаимодействуют
различные компоненты системы, как было получено решение задачи;
6) базу целей - содержит целевые структуры, называемые сценариями,
позволяющие организовать процессы движения от исходных фактов, правил,
процедур к достижению той цели, которая поступила в систему от пользователя
либо была сформулирована самой системой в процессе ее деятельности в проблемной среде.
Управление всеми базами, входящими в БЗ, и организацию их взаимодействия осуществляет система управления базами знаний (СУБЗ). С ее же помощью реализуются связи БЗ с внешней средой - первая функция интеллектуальной системы.
Выполнение второй функции обеспечивает часть интеллектуальной системы – решатель, состоящая из ряда блоков, управляемых системой управления решателя. Часть из блоков реализует логический вывод. Блок дедуктивного
вывода осуществляет в решателе дедуктивные рассуждения, с помощью которых из закономерностей из базы знаний, фактов из базы фактов и правил из базы правил выводятся новые факты. Кроме этого данный блок реализует эвристические процедуры поиска решений задач как поиск путей решения задачи по
сценариям при заданной конечной цели. Для реализации рассуждений, которые
не носят дедуктивного характера, т.е. для поиска, например, по аналогии или по
прецеденту, используются блоки индуктивного и правдоподобного выводов.
Блок планирования используется в задачах планирования решений совместно с
блоком дедуктивного вывода. Назначение блока функциональных преобразований состоит в решении задач расчетно-логического и алгоритмического типов.
Третья функция - общение - реализуется как с помощью компонента естественно-языкового интерфейса, так и с помощью рецепторов и эффекторов, которые осуществляют так называемое невербальное общение и используются в
интеллектуальных роботах.
В зависимости от набора компонентов, реализующих рассмотренные
функции, можно выделить следующие основные разновидности интеллектуальных систем:
 Интеллектуальные информационно-поисковые системы являются
системами взаимодействия с проблемно-ориентированными (фактографическими) БД на естественном, точнее ограниченном как грамматически, так и
лексически (профессиональной лексикой) естественном языке (языке деловой
прозы). Для них характерно использование лингвистического процессора по-
82
мимо БЗ, реализующей семантическую модель представления знаний о проблемной области.
 Экспертные системы являются одним из бурно развивающихся классов интеллектуальных систем. Данные системы в первую очередь стали развиваться в математически слабо формализованных областях науки и техники, таких как медицина, геология, биология и др. Для них характерна аккумуляция в
системе знаний и правил рассуждений опытных специалистов в данной предметной области, а также наличие специальной системы объяснений.
 Расчетно-логические системы позволяют решать управленческие и
проектные задачи по их постановкам (описаниям) и исходным данным вне зависимости от сложности математических моделей этих задач. При этом конечному пользователю предоставляется возможность контролировать в режиме
диалога все стадии вычислительного процесса. В общем случае, по описанию
проблемы на языке предметной области обеспечивается автоматическое построение математической модели и автоматический синтез рабочих программ
при формулировке функциональных задач из данной предметной области. Эти
свойства реализуются благодаря наличию БЗ в виде функциональной семантической сети и компонентов дедуктивного вывода и планирования.
 В последнее время в специальный класс выделяются гибридные экспертные системы. Указанные системы должны вобрать в себя лучшие черты
как экспертных, так и расчетно-логических и информационно-поисковых систем. Разработки в области гибридных экспертных систем находятся на начальном этапе.
Наиболее значительные успехи в настоящее время достигнуты в таком
классе интеллектуальных систем, как экспертные системы (ЭС). ЭС называют
вычислительную систему использования знаний эксперта и процедур логического вывода для решения проблем, которые требуют проведения экспертизы и
позволяют дать объяснение полученным результатам.
ЭС обладает способностями к накоплению знаний, выдаче рекомендаций
и объяснению полученных результатов, возможностями модификации правил,
подсказки пропущенных экспертом условий, управления целью или данными.
ЭС отличают следующие характеристики: интеллектуальность, простота общения с компьютером, возможность наращивания модулей, интеграция неоднородных данных, способность разрешения многокритериальных задач при учете
предпочтений лиц, принимающих решения (ЛПР), работа в реальном времени,
документальность, конфиденциальность, унифицированная форма знаний, независимость механизма логического вывода, способность объяснения результатов.
В настоящее время можно выделить следующие основные сферы применения ЭС: диагностика, планирование, имитационное моделирование, предпроектное обследование предприятий, офисная деятельность, а также некоторые
другие.
83
3.6. ИТ защиты информации
3.6.1. Управление доступом к информации
Осуществляется следующими методами: использованием замков и ключей; применением таблиц управления доступом; протоколированием и аудитом; экранированием; криптографией.
Замки и ключи. Замóк – средство аутентификации11 пользователя в системе. С помощью аутентификации вторая сторона убеждается, что пользователь – тот, за кого он себя выдает. Ключ – идентификатор пользователя, с помощью которого он получает доступ к информации. Ключ позволяет пользователю назвать себя, сообщив имя. Различают следующие способы идентификации:
1) пароль. Его применение при работе системы демонстрируется блоксхемой рис. 3.2.
Рис. 3.2. Схема использования замков и ключей
Аутентификация1 позволяет пользователю (в случае ввода верного пароля-ключа) работать с Данными1, аутентификация2 – с Данными2. В обоих случаях при вводе неверного пароля доступ к данным блокируется. Недостаток
этого метода состоит в необходимости многократного ввода пароля пользователем по ходу решения задачи. Кроме того, парольная защита не очень надежна, так как пароль можно подобрать. Для повышения надежности парольной
защиты существуют следующие рекомендации:
 нельзя делиться своим паролем ни с кем, пароль должен быть трудно
угадываемым;
 для создания пароля нужно использовать строчные и прописные буквы, цифры, знаки пунктуации, а еще лучше позволить компьютеру самому сгенерировать пароль, т.е. использовать программные генераторы паролей, которые порождают благозвучные запоминающиеся пароли;
Аутентификация – метод независимого от источника информации установления его подлинности
(тот, кем назвался)
11
84
 предпочтительно использовать длинные пароли, так как они более
безопасны, лучше всего, чтобы пароль состоял из 6 и более символов;
 пароль не должен отображаться на экране компьютера при его вводе;
 нельзя записывать пароль на столе, стене или терминале, его нужно
держать в памяти;
 пароль нужно периодически менять и делать это не по графику;
 на должности администратора паролей должен быть самый надежный
человек;
 не рекомендуется использовать один и тот же пароль для всех сотрудников в группе;
 когда сотрудник увольняется, необходимо сменить пароль;
 сотрудники должны расписываться за получение паролей;
 ограничить число неудачных попыток входа в систему;
2) личные карточки. Еще более надежное решение состоит в организации контроля доступа в помещения или к конкретному компьютеру сети с помощью идентификационных пластиковых карточек с встроенной микросхемой
- так называемых микропроцессорных карточек (smart-card). Их надежность
обусловлена в первую очередь невозможностью копирования или подделки кустарным способом. Установка специального считывающего устройства таких
карточек возможна не только на входе в помещения, где расположены компьютеры, но и непосредственно на рабочих станциях и серверах сети. Само владение карточкой подтверждает подлинность пользователя. Возможно (но не обязательно) набрать на клавиатуре идентификационный номер пользователя, который проверяется процессором на совпадение с номером, записанным на карточке. Также проверяется подлинность самой карточки (подобные карточки используются при работе с банкоматами). Преимущества перед паролями заключаются в следующем: применяются два способа защиты, аутентификационная
информация обрабатывается самим устройством чтения, что исключает электронный перехват при передаче в компьютер;
3) биометрические характеристики (отпечатки пальцев, голос, сетчатка глаза и т.д.). Устройства контроля сложны и дороги в этом случае, поэтому
применяются в специфических организациях.
Таблицы управления доступом. В них перечисляются все пользователи
и все массивы данных, а также указывается, какой вид доступа связывает пользователя и тот или иной массив данных. Структура такой таблицы может иметь
вид:
Пользователь1 Пользователь2 ……. ПользовательN
Данные1 чтение и запись нет доступа
…..
нет доступа
…..
……
…….
…..
…….
ДанныеM нет доступа
нет доступа
…..
запись
Достоинства метода: возможно построение таблицы непосредственно
пользователями; отсутствует необходимость указания ключей; таблица просто
изменяется.
85
Протоколирование и аудит. Протоколирование – это сбор и накопление информации о событиях, происходящих в системе. Аудит – это анализ
накопленной информации, проводимый оперативно или периодически. Целями
протоколирования и аудита являются:
1) обеспечение подотчетности пользователей, что важно как средство
сдерживания незаконных операций;
2) обеспечение возможности реконструкции последовательности событий;
3) обнаружение попыток нарушения информационной безопасности;
4) предоставление информации для выявления и анализа проблем.
При протоколировании необходима определенная степень детализации
событий: слишком обширное протоколирование снижает производительность
сервисов, что затрудняет аудит, уменьшая безопасность.
Экранирование. Это управление выводом на экран. Наиболее известные
приемы: скрытие файлов и папок в ОС, заставка экрана (возможно, с паролем),
скрытый текст в MS Word, а также скрытые строки и столбцы в MS Excel и т.д.
Криптография. Это один из видов кодирования дискретного сигнала, который рассматривался в курсе информатики. Простейшим видом криптографического кодирования является метод простой подстановки, когда каждый символ исходного алфавита, применяемого для представления сообщения, заменяется некоторым другим произвольным символом, принадлежащим кодовому
алфавиту. Чтобы декодировать такое сообщение, надо знать таблицу соответствия между исходным и кодовым алфавитами.
3.6.2. Управление целостностью информации
Рассматривается в следующих аспектах: обеспечение достоверности данных, управление параллелизмом; восстановление данных; защита от вирусов.
Обеспечение достоверности данных. Предотвращает возможность появления недопустимых значений данных. Выполняется на основе утверждений
о данных, которые касаются предметной области, описываемой этими данными.
Например, в кадровой информационной структуре возможны следующие
утверждения, составляющие группы ограничений:
1) статические ограничения:
 элемент «пол» имеет только два значения – «ж» и «м»;
 размер оклада не может превышать пятизначного числа;
 возраст работников должен быть в пределах от 18 до 60 лет;
2) ограничения перехода: изменения размера оклада возможны только в
сторону увеличения;
3) ограничения множества: сумма окладов по отделу при изменении
окладов не должна превышать на 30% суммы старых окладов.
Возможны также утверждения универсального характера, которые не касаются той или иной предметной области, а носят общий характер, например,
ключевое поле записи файла должно иметь ненулевое (или непустое) значение.
86
Управление параллелизмом. Позволяет поддерживать корректность данных при выполнении нескольких операций одновременно или с разных компьютеров:
1) при одновременном изменении и просмотре блокируется просмотр и
осуществляется изменение. После чего элемент разблокируется и выполняется
его просмотр;
2) возможен контроль приоритета доступа к данным при выполнении их
изменений.
Восстановление данных. При возникновении неисправности со стороны
программных или аппаратных средств за короткое время восстанавливается то
состояние, которое было до появления неисправности. Эта возможность обеспечивается за счет ведения системных журналов, в которых фиксируются промежуточные состояния данных и программ. При сбое осуществляется «откат» к
последнему зафиксированному состоянию, и с него возобновляется работа системы.
Защита от вирусов. Компьютерный вирус - это специально написанная
небольшая по размерам программа, имеющая специфический алгоритм,
направленный на тиражирование копии программы, ее модификацию или выполнение действий развлекательного или разрушительного характера. Тем или
иным способом вирусная программа попадает в компьютер. Программа, внутри
которой находится вирус, называется «зараженной». Когда такая программа
начинает работу, то сначала управление получает вирус. Вирус находит и заражает другие программы, а также выполняет какие-либо вредоносные действия.
Например, портит файлы или таблицу размещения файлов на диске, занимает
оперативную память и т.д. После того, как вирус выполнит свои действия, он
передает управление той программе, в которой он находится, и она работает
как обычно. Тем самым внешне работа зараженной программы выглядит так
же, как и незараженной. Поэтому далеко не сразу пользователь узнает о присутствии вируса. Многие разновидности вирусов устроены так, что при запуске
зараженной программы вирус остается в памяти компьютера и время от времени заражает программы и выполняет нежелательные действия на компьютере.
Пока на компьютере заражено относительно мало программ, наличие вируса
может быть практически незаметным.
Существует несколько классификаций компьютерных вирусов:
1. По среде обитания различают вирусы сетевые, файловые, загрузочные
и т.п. Загрузочные вирусы заражают загрузочный сектор винчестера и загружаются каждый раз при начальной загрузке ОС.
2. По способу заражения выделяют резидентные и нерезидентные вирусы. Резидентные вирусы загружаются в память компьютера и постоянно там
находятся до выключения компьютера.
3. По степени воздействия вирусы бывают неопасные, опасные и очень
опасные.
4. По особенностям алгоритмов вирусы делят на паразитические, репликаторы, невидимки, мутанты, троянские, макровирусы. Самомодифицирующиеся вирусы (мутанты) изменяют свое тело таким образом, чтобы антиви-
87
русная программа не смогла его идентифицировать. Стелс-вирусы (невидимки)
перехватывают обращения к зараженным файлам и областям и выдают их в незараженном виде. Троянские вирусы маскируют свои действия под видом выполнения обычных приложений.
Признаками заражения компьютера вирусами являются:
 некоторые ранее исполнявшиеся программы перестают запускаться или
внезапно останавливаются в процессе работы;
 увеличивается длина исполняемых файлов;
 быстро сокращается объем свободной дисковой памяти;
 на носителях появляются дополнительные сбойные кластеры, в которых
вирусы прячут свои фрагменты или части поврежденных файлов;
 замедляется работа некоторых программ;
 в текстовых файлах появляются бессмысленные фрагменты;
 на экране появляются странные сообщения, которые раньше не наблюдались;
 появляются файлы со странными датами и временем создания;
 ОС перестает загружаться с винчестера;
 появляются сообщения об отсутствии винчестера;
 данные на носителях портятся.
Антивирусные программы можно разделить на несколько основных типов:
1. Программы-детекторы позволяют обнаруживать файлы, зараженные
одним из известных вирусов.
2. Программы-доктора, или фаги, восстанавливают зараженные программы, убирая из них тело вируса, т.е. программа возвращается в то состояние,
в котором она находилась до заражения вирусом.
3. Программы-ревизоры сначала запоминают сведения о состоянии
программ и системных областей дисков, а затем сравнивают их состояние с исходным. При выявлении несоответствий об этом сообщается пользователю.
4. Доктора-ревизоры - это гибриды ревизоров и докторов, т.е. программы, которые не только обнаруживают изменения в файлах и системных областях дисков, но и могут автоматически вернуть их в исходное состояние.
5. Программы-фильтры располагаются резидентно в оперативной памяти компьютера, перехватывают те обращения к ОС, которые используются
вирусами для размножения и нанесения вреда, и сообщают о них пользователю.
Пользователь может разрешить или запретить выполнение соответствующей
операции.
Ни один тип антивирусных программ по отдельности не дает полной защиты от вирусов. Поэтому наилучшей стратегией защиты от вирусов является
многоуровневая защита:
1. Средствами разведки в защите от вирусов являются программыдетекторы, позволяющие проверять вновь полученное программное обеспечение на наличие вирусов.
88
2. На первом уровне защиты находятся резидентные программы для защиты от вируса. Эти программы могут первыми сообщить о вирусной атаке и
предотвратить заражение программ и диска.
3. Второй уровень защиты составляют программы-ревизоры, программы-доктора и доктора-ревизоры. Ревизоры обнаруживают нападение тогда, когда вирус сумел пройти сквозь первый уровень. Программы-доктора применяются для восстановления зараженных программ, если ее копий нет в архиве, но
они не всегда лечат правильно. Доктора-ревизоры обнаруживают нападение
вируса и лечат зараженные файлы, причем контролируют правильность лечения.
4. Третий уровень защиты - это средства разграничения доступа. Они не
позволяют вирусам и неверно работающим программам, даже если они проникли в компьютер, испортить важные данные.
Среди наиболее распространенных российских антивирусных пакетов
следует отметить: AVP (Antiviral Toolkit Pro) Е. Касперского (Kaspersky
Antivirus), DrWeb И.Данилова. Они могут оказать серьезную помощь в обнаружении вирусов и восстановлении поврежденных файлов, однако не менее важно и соблюдение сравнительно простых правил антивирусной безопасности:
1. Следует избегать пользоваться нелегальными источниками получения программ. Наименее же опасен законный способ покупки фирменных продуктов.
2. Осторожно следует относиться к программам, полученным из Интернета, так как нередки случаи заражения вирусами программ, распространяемых
по электронным каналам связи.
3. Всякий раз, когда съемный носитель побывал в чужом компьютере,
необходимо его проверить с помощью одного или двух антивирусных средств.
4. Необходимо прислушиваться к информации о вирусных заболеваниях на компьютерах в своем районе проживания или работы и о наиболее радикальных средствах борьбы с ними. Атакам нового вируса в первую очередь
подвергаются компьютеры образовательных учреждений.
5. Регулярно использовать нескольких постоянно обновляемых антивирусных программ.
6. Периодически копировать наиболее ценные данные или программы.
3.7. Геоинформационные ИТ
В середине 1980-х годов появились ИТ, которые позволяли организовать
в режиме оnline работу транснациональных корпораций, находящихся на разных континентах, - развивающиеся ИКТ обеспечивали практически мгновенную связь и доставку информации для анализа и принятия делового решения,
реализуя известный принцип "7х24" ("7 дней в неделю, 24 часа в сутки"). Значительную часть этой информации практически в любой сфере деятельности
составляют рисунки, карты, планы, схемы и пояснительные тексты. В этой связи появилась необходимость представлять географическую и сопутствующую
информацию в удобном графическом виде, совмещая на экране монитора несколько листов сканированного изображения карты.
89
Быстрое развитие специализированных систем и технологий, получивших
название географических ИС - ГИС (Geographical Information Systems - GIS),
позволило к концу ХХ века успешно решать такие задачи. ГИС-технологии получили широкое распространение и применение в науке, технике, бизнесе. Координатно-временная привязка объектов используется в геодезии, картографии,
геологии, мореходном деле. Обработка и сведение в единую систему фотографических снимков из космоса в научных и военных целях, обработка данных
геофизики и геодинамики, использование в народном хозяйстве (составление
городских, региональных и федеральных земельных кадастров) и многое другое
производятся с применением ГИС-технологий.
ГИС-технологии - это, прежде всего, компьютерные технологии и системы, позволяющие эффективно работать с динамическими данными о пространственно-распределенных объектах, дополняя их наглядностью представления и
возможностью строить модели и решать задачи пространственно-временного
анализа. ГИС, как и любая ИС, снабженная средствами сбора и обработки данных, дает возможность накапливать и анализировать подобную информацию,
оперативно находить и обрабатывать нужные географические сведения и отображать их в удобном для пользователя виде.
Географические пространственно-распределенные данные означают информацию, которая идентифицирует географическое местоположение и свойства естественных или искусственно созданных объектов, а также их границ на
земле, над и под землей, на воде, над и под водой, в космическом пространстве.
Эта информация может быть получена с помощью дистанционного зондирования, картографирования и различных видов съемок, включая съемки из космоса. Географические данные описывают:
 географическое пространственное положение физических или смоделированных объектов представляется 2-х мерными (координаты X,Y на плоскости), 3-х мерными (широта, долгота, высота над уровнем геоида) и 4-х мерными
координатами (широта, долгота, высота над уровнем геоида, время в секундах,
средних сутках, среднем солнечном годе) в системе координат, отнесенной к
среднему полюсу Земли и положению среднего экватора;
 свойства объектов или моделей могут содержать информацию, которая
не указывает явно на пространственную ориентацию и является описательной, тем не менее такая информация является важной и она также включается в географические данные;
 пространственные отношения определяют взаимное расположение объектов или моделей - например, положение объекта А по отношению к объекту
В на плоскости, в пространстве или во времени, движение А относительно В,
вложенность А в В и т.д.;
 временные параметры могут характеризовать как взаимное отношение
объектов (моделей), так и жизненный цикл географических данных.
В ГИС в целом выполняется пять основных функциональных процедур с
данными: ввод, манипулирование, хранение, структурирование и управление,
запрос и анализ, визуализация.
90
Ввод данных. Географические данные (числа, текст, изображения) для
использования в ГИС вводятся в векторном или растровом виде, если такие
данные уже существуют в подходящем цифровом формате, либо предварительно оцифровываются с помощью дигитайзера или сканера. Каждый элемент или
объект изображения имеет координатную привязку. Тем самым, любые свойства и характеристики реальных объектов (моделей) или их элементов «привязаны» к местоположению объекта в координатной сетке. При этом всегда следует иметь в виду, что технологии оцифровки или занесения данных в конкретный тематический слой, а также наложение и сведение слоев могут сопровождаться значительными ошибками, которые в дальнейшем приведут к заметным
искажениям картографических данных и визуализации результата.
Средства манипулирования представляют собой различные способы
выделения, группировки и преобразования данных, например, приведение всей
геоинформации к единому масштабу и проекция на определенный тематический слой для удобства совместной обработки.
Для хранения, структурирования и управления данными в ГИС чаще
всего используются реляционные БД с элементами OLAP-технологий и технологий создания отчетов.
Запрос и анализ можно выполнять на разных уровнях сложности - от самых простых вопросов типа: «Где находится объект и каковы его описательные
свойства?» до поисков и компиляции данных по сложным шаблонам и сценариям вида: "А что если...". В современных ГИС имеются развитые средства
анализа взаимной близости и наложения объектов, принадлежащих разным тематическим слоям.
Визуализация. Результаты различных операций можно просто отображать на экране или же создавать (рисовать) новые объекты с любыми наборами
атрибутивных характеристик. Развитые средства и способы визуализации позволяют ГИС легко управлять отображением данных. Традиционным результатом обработки, анализа и отображения пространственных географических данных является карта, которая дополняется отчетными документами, рельефными
цветными изображениями реальных и смоделированных объектов, фотографиями, таблицами, диаграммами, видеоклипами развития ситуации и другими
мультимедийными средствами.
Кроме указанных базовых операций современные ГИС имеют достаточно
много специальных групп функций, реализующих пользовательские задачи:
прокладку оптимального маршрута, поиск кратчайших расстояний, расчетные
задачи пространственной статистики, создание моделей геологических структур, морских и воздушных течений и т. д.
Для графического представления географических данных, описывающих
реальные объекты и их модели в ГИС, используются электронные карты и тематические описания. Параметры местоположения объектов и их отношений
есть пространственные (метрические) данные, параметры временных и тематических свойств - атрибутивная (описательная) информация.
В основе моделей данных в ГИС лежит классификатор объектов карты.
Он определяет состав и содержание метрических, семантических, тематиче-
91
ских, динамических свойств объекта и их изобразительных средств. Система
условных обозначений формируется с использованием палитры красок, текстуры линий и заливок, шаблонов знаков и шрифтов. В современных ГИС реализована технология послойного графического представления информации, она
соответствует представлению координатных моделей в топологической форме
(представление объектов и их связей в виде графа). Атрибутивная информация
отображается на слое электронной карты числами, символами и их совокупностями - надписями. Связь координатных и атрибутивных данных устанавливается в БД через соответствующие идентификаторы (по умолчанию или через
пользовательский интерфейс). Для представления географических объектов
применяются две модели:
1) Растровая - отображение участков поверхности суши и океанов в виде дискретного набора элементов (пикселей), составляющих нужную картину.
Пиксели образуют отображение тематического слоя электронной карты на
экране монитора. Каждый пиксель занимает некоторую малую площадь в виде
прямоугольника, имеет координаты центра (X,Y) в плоскости слоя карты, связанные с координатами точек географического объекта, и описание его свойств
(яркость, цвет и плотность тона), соответствующих аналогичным свойствам
объекта. Растровые цифровые изображения могут быть получены непосредственно при цифровом фотографировании земной поверхности со спутников
либо при обработке аэрокосмических фотографий методами цифрового сканирования с использованием дигитайзеров. Такие изображения хороши для зрительного восприятия и удобны для многоаспектной обработки. Однако они занимают много места в памяти вычислительных устройств и плохо масштабируются - при многократном и многоразовом изменении масштаба, сжатии и
дешифровке четкость изображений сильно ухудшается. Поэтому в тех случаях,
где заранее оговаривается необходимость масштабирования изображений без
потери четкости, применяется технология векторной графики.
2) Векторная - это структурно заданное графическое изображение пространственного объекта. Положение точек объекта задается координатами конца вектора (x,y,z) и описанием свойств этой точки. Отображение объекта задается совокупностью векторов. Так как конец вектора (точка) не имеет площади,
то при многократном увеличении или уменьшении изображения объекта (масштабировании) искажения не происходит. Векторная графика оперирует точечными, линейными (дуги и контуры) и площадными (полигонными) моделями
пространственных объектов.
По своему назначению инструменты поддержки и реализации ГИС разнообразны. Однако среди них можно выделить простые инструменты составления карт и диаграмм: типичными примерами являются инструменты для электронных таблиц, например, Microsoft Map в Excel и Lotus Maps. Эти приложения доступны любому пользователю электронных таблиц MS Excel и Lotus
Notes и дают возможность легко использовать функции тематического картирования - отображения на карте географической информации из своей БД.
92
4. Распределенные системы
4.1. Клиент-серверные технологии
Почти все модели организации взаимодействия пользователя с БД построены на основе клиент-серверной технологии. Предполагается, что каждое такое
приложение отличается способом распределения функций: клиентская часть
отвечает за целевую обработку данных и организацию взаимодействия с пользователем, серверная часть обеспечивает хранение данных - обрабатывает запросы и посылает результаты клиенту для специальной обработки. Типовая архитектура клиент-серверной технологии представлена на рис. 4.1:
Рис. 4.1. Типовая архитектура клиент-серверной технологии
Часть функций центральных ЭВМ взяли на себя локальные компьютеры.
Любое программное приложение в этом случае представляется из трех компонентов: компонент представления, реализующий интерфейс с пользователем;
прикладной компонент, обеспечивающий выполнение прикладных функций;
компонент доступа к информационным ресурсам (менеджер ресурсов), выполняющий накопление информации и управление данными.
На основе распределения этих компонентов между рабочей станцией и
сервером сети выделяют модели архитектуры «клиент-сервер»:
 модель доступа к удаленным данным (рис. 4.2). На сервере расположены
только данные:
Рис. 4.2. Модель доступа к удаленным данным
Данная модель характеризуется невысокой производительностью, так как
вся информация обрабатывается на рабочих станциях; кроме того, поддерживается низкая скорость обмена при передаче больших объемов информации с сервера на рабочие станции;
 модель сервера управления данными (рис. 4.3):
Рис. 4.3. Модель сервера управления данными
93
Особенности данной модели: уменьшение объемов информации, передаваемых по сети, так как выборка необходимых информационных элементов
осуществляется на сервере, а не на рабочих станциях; унификация и широкий
выбор средств создания приложений; отсутствие четкого разграничения между
компонентом представления и прикладным компонентом, что затрудняет совершенствование вычислительной системы. Целесообразно использовать в случае обработки умеренных объемов информации, при этом сложность прикладного компонента должна быть невысокой,
 модель комплексного сервера (рис. 4.4):
Рис. 4.4. Модель комплексного сервера
Преимущества модели: высокая производительность, централизованное
администрирование, экономия ресурсов сети. Такой сервер оптимален для
крупных сетей, ориентированных на обработку больших и увеличивающихся со
временем объемов информации;
 трехзвенная архитектура «клиент-сервер» (рис. 4.5). Используется при
усложнении и увеличении ресурсоемкости прикладного компонента.
Рис. 4.5. Трехзвенная архитектура
В сервере приложений могут быть реализованы несколько прикладных
функций, каждая из которых оформляется как отдельная служба, предоставляющая некоторые услуги всем программам. Таких серверов может быть несколько, каждый из них ориентирован на предоставление некоторого набора
услуг. Данная архитектура базируется на дальнейшей специализации компонентов архитектуры: клиент занимается только организацией интерфейса с
пользователем, сервер БД выполняет только стандартную обработку данных,
для реализации логики обработки данных архитектура предусматривает отдельный слой - слой бизнес-логики, он может представлять собой либо выделенный сервер (сервер приложений), либо размещаться на клиенте в качестве
библиотеки.
94
В рамках архитектуры «клиент-сервер» существуют два основных понятия:
 «тонкий» клиент. Используется мощный сервер БД и библиотека хранимых процедур, позволяющих производить вычисления, реализующие основную
логику обработки данных, непосредственно на сервере. Клиентское приложение, соответственно, предъявляет невысокие требования к аппаратному обеспечению рабочей станции;
 «толстый» клиент реализует основную логику обработки на клиенте, а
сервер представляет собой в чистом виде сервер БД, обеспечивающий исполнение только стандартных запросов на манипуляцию с данными (как правило чтение, запись, модификацию данных в таблицах реляционной БД).
4.2. Сетевые ИТ
Электронная почта. Возникшая самой первой, эта форма обмена электронными сообщениями (e-mail) продемонстрировала саму возможность практически мгновенного общения посредством компьютерных сетей. Архитектурно предназначенная для обмена сообщениями между двумя абонентами, она
позволила обмениваться информацией группам людей. Такой модификацией
стали группы или списки рассылки. С помощью ПО для работы с электронной
почтой можно создавать электронные сообщения и делать вложения в них.
Функция вложения используется для отправки по почте документов любого типа, например текстовых документов, электронных таблиц, мультимедиа файлов, файлов БД и т.д. Разработанное позже ПО для фильтрации текста расширило возможности электронной почты, чтобы помочь пользователю в структурировании, направлении и фильтрации сообщений. Потребность в этих услугах
обусловлена тем, что постоянно растет количество почты, которая почти или
совсем не нужна пользователю (Spam). ПО для фильтрации может обеспечивать доставку пользователям только персональных сообщений, содержащих
важные для них новости, а также помогает находить информацию, необходимую пользователям в процессе принятия решений.
Телеконференции или группы новостей. Телеконференции - следующий этап развития систем общения. Их особенностями стали, во-первых, хранение сообщений и предоставление заинтересованным лицам доступа ко всей
истории обмена, а во-вторых, различные способы тематической группировки
сообщений. Такие системы проведения конференций дают возможность группе
совместно работающих, но территориально разделенных людей обмениваться в
режиме on-line мнениями, идеями или информацией при обсуждении какоголибо вопроса, преодолев временные и пространственные барьеры. В настоящее
время существует масса разновидностей систем проведения конференций,
включая компьютерные конференции (совещания, проводимые с помощью
электронной почты), селекторные совещания с возможностью подключения
мобильных абонентов, конференции с использованием настольных ПК, средств
мультимедиа, теле- и видеоконференции.
Интерактивное общение (чаты). С развитием телекоммуникаций все
большее количество пользователей начинают работать в Интернете в режиме
95
постоянного присутствия, поэтому появился сервис общения в режиме реального времени, когда абонент получает сообщение в течение незначительного
промежутка времени после отправки его собеседником.
Наиболее распространенными современными средствами интерактивного
общения являются Web-приложения, которые поддерживают следующие формы организации общения:
o Гостевые книги. Первая и самая простая форма. Простейшая гостевая
книга представляет собой список сообщений, показанных от последних к первым, каждое из которых оставлено в ней каким-либо посетителем.
o Форумы. Первые форумы появились как усовершенствование гостевых книг и организовывали сообщения в ветви - как в телеконференциях. Сообщения пользователей в форумах группируются по темам, которые задаются,
как правило, первыми сообщениями. Все посетители могут увидеть тему и разместить свое сообщение - в ответ на уже написанные. Темы группируются в
тематические форумы, управление системой осуществляют неформальные администраторы и модераторы. Наиболее развитые форумы начинают обладать
первыми признаками социальных сетей - между участниками могут быть установлены долговременные социальные связи по интересам.
o Блоги (Web Log - Web-журнал, Web-протокол). В этих сервисах каждый участник ведет собственный журнал - оставляет записи в хронологическом
порядке. Темы записей могут быть любыми, самый распространенный подход это ведение блога как собственного дневника. Другие посетители могут оставлять комментарии на эти записи. В этом случае пользователь, помимо возможности вести свой журнал, получает возможность организовывать листинговый
просмотр - список записей из журналов «друзей», регулировать доступ к записям, искать себе собеседников по интересам. На базе таких систем создаются
сообщества по интересам - журналы, которые ведутся коллективно. В таком сообществе его членом может быть свободно размещено любое сообщение по
направлению деятельности сообщества.
В целом все современные системы обеспечения работы сетевых сообществ обладают несколькими общими чертами:
 В подавляющем большинстве сообществ предусматривается регистрация пользователей, т.е. на каждого участника должна быть заведена учетная запись. При регистрации пользователь указывает некоторую информацию о себе
для идентификации. Почти все системы требуют ввода адреса электронной почты и проверяют его работоспособность, высылая письмо с кодом активации
учетной записи. Если адрес неверен, то активировать запись может только администратор системы. Такой подход гарантирует до определенной степени
уникальность участника и его идентифицируемость.
 Работа в среде проводится сеансами. Каждый сеанс начинается с того,
что пользователь указывает свое имя и подтверждает свою личность вводом
пароля. Для удобства сеансовость участия обычно скрывается от пользователя
техническими средствами, но, тем не менее, идентификация пользователя происходит постоянно.
96
 Помимо учетных данных, пользователь настраивает окружение - внешний вид, дополнительные данные о себе, указывает свои интересы, желательные контакты, темы для общения и т.д.
 Социальные сети и поддерживающие их сервисы оказались чрезвычайно
эффективным методом обеспечения посещаемости сайтов, обратной связи, они
постепенно стали одним из средств наполнения контента сайта содержимым,
имеющим реальную коммерческую и социальную ценность.
На основе последнего подхода появилось и быстро набрало популярность
довольно большое количество социальных Web-сервисов, объединенных общим названием сервисы Web 2.0. Можно указать некоторые такие ресурсы:
o Социальные закладки. Некоторые веб-сайты позволяют пользователям
предоставлять в распоряжение других список закладок или популярных вебсайтов. Такие сайты также могут использоваться для поиска пользователей с
общими интересами. Пример: Delicious.
o Социальные каталоги напоминают социальные закладки, но ориентированы на использование в академической сфере, позволяя пользователям работать с БД цитат из научных статей. Примеры: Academic Search Premier,
LexisNexis Academic University, CiteULike, Connotea.
o Социальные библиотеки представляют собой приложения, позволяющие посетителям оставлять ссылки на их коллекции, книги, аудиозаписи, доступные другим. Предусмотрена поддержка системы рекомендаций и рейтингов. Примеры: discogs.com, IMDb.com.
o Социальные сети вебмастеров используются для анонсирования полезных материалов, позволяют авторам оставлять ссылки на их посты, общаться, голосовать за интересные анонсы и т.п.
o Многопользовательские сетевые игры имитируют виртуальные миры
с различными системами подсчета очков, уровней, состязательности, победителей и проигравших. Пример: World of Warcraft.
o Многоязычные социальные сети позволяют налаживать социальные
связи между людьми, говорящими на разных языках. При этом используется
специальное ПО, позволяющее переводить фразы с одного языка на другой в
режиме реального времени. Примеры: Dudu.
o Геосоциальные сети формируют социальные связи на основании географического положения пользователя. При этом используются различные инструменты геолокации (например, GPS или гибридные системы типа технологии AlterGeo), которые дают возможность определять текущее местонахождение того или иного пользователя и соотносить его позицию в пространстве с
расположением различных мест и людей вокруг.
o Профессиональные социальные сети создаются для общения на профессиональные темы, обмена опытом и информацией, поиска и предложения
вакансий, развития деловых связей. Примеры: Доктор на работе, Профессионалы.ру, MyStarWay.com, LinkedIn, MarketingPeople, Viadeo.
97
o Возрастные и гендерные социальные сети создаются для общения
пользователей определенной гендерной или возрастной принадлежности (социальные сети для детей, подростков, девушек). Пример: Медкампус.
o Социально-финансовые сети создаются для передачи денежных
средств между участниками с целью оказания друг другу финансовой помощи,
например ДАРиЯ.
o Сервисные социальные сети позволяют пользователям объединяться в
online режиме вокруг общих для них интересов, увлечений или по различным
поводам. Например, некоторые сайты предоставляют сервисы, с помощью которых пользователи могут размещать для общего доступа персональную информацию, необходимую для поиска партнеров. Примеры: LinkedIn, ВКонтакте.
o Коммерческие социальные сети ориентированы на поддержку бизнестранзакций и формирование доверия людей к брендам на основе учета их мнений о продукте, тем самым позволяя потребителям участвовать в продвижении
продукта и расширяя их осведомленность.
4.3. Современные ИТ накопления данных
Различают следующие разновидности технологий накопления данных:
1) База данных (БД) – совокупность взаимосвязанных данных, используемых несколькими пользователями и хранящихся с регулируемой избыточностью. Хранимые данные не зависят от программ пользователей, для модификации и внесения изменений применяется общий управляющий метод.
2) Банк данных – система, представляющая определенные услуги по
хранению и поиску данных определенной группе пользователей по определенной тематике.
3) Система баз данных – совокупность управляющей системы, прикладного ПО, БД, ОС и технических средств, обеспечивающих информационное обслуживание пользователей.
4) Хранилище данных (ХД, Data Warehouse, склад данных, информационное хранилище) – это база, хранящая данные, агрегированные по многим измерениям. Размещаются в компьютерных сетях. Основные отличия ХД от БД:
агрегирование данных, данные из ХД никогда не удаляются, пополнение ХД
происходит на периодической основе, автоматическое формирование новых агрегатов данных, зависящих от старых, доступ к ХД осуществляется на основе
многомерного куба или гиперкуба.
5) Витрина данных (Data Mart) – альтернатива ХД. Это множество тематически связанных БД, содержащих информацию, относящуюся к отдельным
информационным аспектам предметной области. По сути это облегченный вариант хранилища данных, содержащий только тематически объединенные данные. Существенно меньше по объему, чем корпоративное хранилище данных, и
для ее реализации не требуется мощных ресурсов.
6) Репозитарий (виртуальное хранилище данных) – БД, предназначенная для хранения не пользовательских, а системных данных, которые описывают источники информации (БД транзакционных систем, внешние файлы и др.),
98
SQL-запросы для их считывания и процедуры обработки и предоставления информации. Непосредственный доступ к последним обеспечивает ПО промежуточного слоя. В этом случае избыточность данных нулевая. Конечные пользователи фактически работают с транзакционными системами напрямую. Положительная сторона этого: доступ к живым данным в реальном времени. Недостаток: интенсивный сетевой трафик, снижение производительности систем и
реальная угроза их работоспособности вследствие неудачных действий пользователей. Технология репозитариев исходит из словарей данных, которые по мере обогащения новыми функциями и возможностями становятся инструментом
для управления метаданными.
4.4. Интеграция ИТ
К наиболее важным современным ИТ относятся те, без которых невозможна организация эффективной работы, - технологии и системы коллективной
(групповой) работы, когда менеджеры способны получать и анализировать любую нужную им информацию на своем рабочем месте (возможно, мобильном).
Для реализации этих ИТ необходимо на корпоративном уровне разрабатывать и
внедрять соответствующие элементы информационной инфраструктуры для
формирования среды коллективной (групповой) работы.
Виды деятельности, которые должны быть обеспечены соответствующими элементами данной ИТ-инфраструктуры, достаточно разнообразны. В общем случае, это:
 управление деятельностью крупной, территориально распределенной
или виртуальной компанией;
 управление комплексными проектами;
 координация деятельности с поставщиками и партнерами;
 управление портфелем инвестиций в режиме online, участие в электронных биржевых торгах;
 управление знаниями и дистанционное обучение сотрудников компании;
 удаленный контроль и управление оборудованием и технологическими
процессами;
 удаленное участие при проведении научных экспериментов, экологический мониторинг окружающей среды с участием представителей различных
стран;
 формирование и оказание услуг с использованием сетевых технологий проведение интерактивных интервью, конференций, телемостов и т.д.
4.4.1. Технологии и средства проведения видеоконференций
Видеоконференция - это вид одновременной связи между некоторым
числом участников (абонентов), которые могут видеть и слышать друг друга
независимо от того, где они находятся, причем связь обеспечивается применением соответствующих телекоммуникаций. Для организации видеоконференций используется современная технология, называемая видеоконференцсвязью
- ВКС. Общение в режиме видеоконференций называется сеансом ВКС.
99
Преимущества видеоконференций:
1) сокращают затраты на подготовку, согласование и принятие делового
решения,
2) могут применяться как один из элементов технологий «телемедицина», «дистанционное обучение» и «общение представителей власти с народом»,
3) совместно с постоянно действующими видеосетями могут использоваться для текущего наблюдения за критически важными процессами.
Видеоконференции проводятся обычно в специально подготовленных
помещениях, оснащенных соответствующей компьютерной и мультимедиа аппаратурой, большими мониторами (плазменными панелями) с мультиэкранным
выводом изображений, телевизионными или Web-камерами, электронной доской, телекоммуникационными устройствами. В этом случае используется специализированное ПО для сжатия и дешифровки информации, а также для обеспечения безопасности ее передачи по открытым каналам связи или через Интернет.
Для общения в режиме видеоконференции абонент должен иметь комплектный терминал ВКС, который обычно включает: микрофоны, видеокамеры, большой экран, устройства отображения информации и воспроизведения
звука, а также кодек, обеспечивающий кодирование/декодирование потока.
В качестве кодека может использоваться компьютер с соответствующим
ПО или программно-аппаратный комплекс, использование которых позволяет
подстраивать системы ВКС под различные полосы пропускания каналов связи
и качество передаваемого видеоизображения. Для подключения ВКС к сети передачи данных используются один из Интернет-протоколов (IP) или протокол
цифровой сети с интеграцией служб (Integrated Services Digital Network - ISDN).
В ходе подготовки видеоконференции в системе ВКС обычно заранее
формируется адресная книга, в которую заносятся контактные адреса возможных участников. После согласования со всеми участниками видеоконференции
адресная книга утверждается и используется организатором (администратором)
ВКС в качестве базового документа для идентификации участников и их подключения. Имеется возможность как персональных, так и групповых вызовов.
После подтверждения приема вызова происходит автоматическое установление
связи по голосу и по видео. По желанию абонента может быть вначале установлена связь только по голосу - с последующим подключением видео. Если ВКС
проводится в режиме «точка-точка», то вызов передается непосредственно на
рабочее место вызываемого абонента, если же общение должно происходить в
многоточечном режиме, то вызов сначала поступает на видеосервер, который
затем вызывает (оповещает) остальных участников видеоконференции.
В ходе проведения видеоконференции ее участники могут обмениваться
факсимильными изображениями и электронными копиями документов, совместно просматривать презентации и видеоматериалы. Они могут пересылать
файлы различных форматов, транслировать телеметрические данные (сеансы
видеосвязи с космическими кораблями), сохранять статические и динамические
фрагменты, а также запрашивать и получать информацию из удаленных БД и
ИС.
100
Каждый абонент видеоконференции имеет равные права и обязанности. В
рамках корпоративной сети передачи данных при наличии достаточно мощного
видеосервера могут проводиться одновременно несколько видеоконференций.
Необходимость полной видеозаписи ВКС обычно согласовывается заранее - за исключением случаев записи хода видеоконференции с последующим
выборочным монтажом для средств массовой информации или для архива значимых мероприятий. Любой из участников видеоконференции может заранее
отказаться от участия или прекратить свое участие непосредственно в ее процессе. Эти действия определяются исключительно самим участником и общей
ситуацией проведения ВКС.
4.4.2. Системы коллективной работы
Системы коллективной (групповой) работы - общий термин для ИС, которые дают группе людей возможность осуществлять совместную деятельность
следующего содержания: подготавливать и принимать решения, производить
экспертную оценку новых идей, управлять подразделениями компаний, процессами, проектами и персоналом, создавать ПО для компьютеров, писать отчеты
по реализации проектов, взаимодействовать с внешней средой.
Для этого подобные системы должны решать задачи: сбор и обработку
информации, необходимой для подготовки принятия решений; формирование и
воспроизводство знания - от поиска необходимых источников до обсуждения
результатов и публикации работ.
Для решения данных задач системы групповой работы должны выполнять следующие функции: организовывать и записывать диалог при «мозговом
штурме» некоторой задачи, поддерживать технологии проведения телеконференций, осуществлять совместное создание электронной документации, выполнять перспективное планирование, вести БД коллективного пользования, организовывать контакты менеджеров и исполнителей с применением средств
мультимедиа.
В 1970-х годах появились два наиболее широко используемых компонента ПО коллективного пользования - электронная почта и телеконференции. В
1980-х годах появились и вошли в постоянное использование основные термины и идеи в сфере совместной работы на базе компьютеров: ПО коллективного
пользования, коллективные системы поддержки принятия решений, совместная
работа на базе компьютеров. В настоящее время системы поддержки работы
групп и электронные системы организации совещаний считаются наиболее
важными составляющими систем поддержки принятия решений и управления
деятельностью предприятий.
Рассмотрим наиболее распространенные ИТ, поддерживающие групповую работу.
Коллективное оформление текстовой документации и графических
материалов. Групповая разработка документации - это создание комплекта документации одновременно группой сотрудников, часть из которых может совместно работать над одним документом. Использование системы для коллек-
101
тивного оформления документации позволяет каждому члену рабочей группы
создавать и редактировать свои собственные разделы документов, в которые
могут входить текст, графика, электронные таблицы и т.п. Аппаратное обеспечение для этой системы включает в себя файловый сервер с БД, который является одним из узлов локальной сети и с которым соединены ПК рабочей группы. На нем сосредоточена вся документация группы, текстовые редакторы и
графические пакеты (если взаимодействие построено по схеме «клиентсервер»).
Кроме того, используется специализированное ПО, позволяющее определять местоположение документов, находить их, отслеживать пути перемещения, обеспечивать сохранность и адекватность, а также осуществлять конфигурационный и версионный контроль сложных многостраничных документов, содержащих текст, таблицы и графику.
Системы автоматизации делопроизводства и документооборота. Эти
системы охватывают все виды вопросов, связанных с деятельностью в офисе,
которые должны быть изучены и приняты к исполнению, а также требуют
утверждения со стороны иерархии менеджеров. Современные системы управления документационным обеспечением имеют развитые средства создания и
рассылки документов в автоматизированном режиме, позволяя отслеживать
маршруты и правильность заполнения документа на всех этапах его создания
или обработки.
На российском рынке представлены десятки доступных программных
продуктов российских и зарубежных фирм в широком ценовом диапазоне, в
Интернете можно скачать различные варианты Open Source продуктов для
управления офисной деятельностью.
Планирование деятельности рабочих групп. Эти системы упрощают
процесс планирования ежедневной, еженедельной и долгосрочной деятельности рабочих групп. Работая с БД коллективного пользования и программамипланировщиками, организация может свести к минимуму накладки в расписании членов группы. Такие модули типа Outlook в настоящее время встраиваются практически во все офисные программы, а для быстрого планирования и
надежного контроля исполнения используются программные пакеты типа MS
Project и Primavera.
Системы текстовых БД для открытых рабочих групп. Использование
текстовых БД поддерживает доступ к неструктурированным текстовым данным, хранящим разнообразные материалы организации, например, текстовые
данные, полученные из электронных сообщений, электронных досок объявлений и коллективных ресурсов свободного доступа. Это важный корпоративный
ресурс, который может использоваться при решении внутренних задач, в работе
с клиентами и во многих других случаях.
При хранении текстовых данных эффективным способом систематизации
больших объемов информации является применение технологии ссылок и гипертекста. Использование гипертекста обеспечивает пользователям быстрый и
удобный доступ к информации, содержащейся в больших документах. Коллективное использование гипертекста позволяет людям проводить сеанс распреде-
102
ленной работы в режиме реального времени, например, одновременно просматривать и редактировать различные участки текста. Действия пользователя немедленно отображаются на дисплеях всех участников, выбравших для работы
режим взаимодействия с сильной связью. Если пользователь выбирает режим
взаимодействия со слабой связью, он может предпринимать какие-либо действия, которые не будут сразу видны остальным, однако система отслеживания
версий документа обязательно зафиксирует и сохранит все сделанные изменения.
В 1980-е и 1990-е г.г. лидером среди недорогих программных продуктов,
реализующих коллективную работу с открытыми БД в локальной сети организации, долгое время был продукт компании Lotus Notes/Domino. Этот продукт
имеет массу важных особенностей. БД Lotus Notes хранят документы, которые
содержат графические данные, электронные таблицы, текстовую информацию в
форме одной записи. Более того, это ПО совместимо со многими популярными
текстовыми редакторами, программами для работы с электронными таблицами
и графическими пакетами для ПК. Lotus Notes может работать из-под различных ОС и с различным аппаратным обеспечением. Оно может быть использовано при работе на любых компьютерах с ОС Windows или Unix, а также некоторыми популярными сетевыми ОС, включая Novell, Banyan и IBM. Такая совместимость упрощает процесс пользования общей информацией и совместную
работу пользователей в крупных распределенных системах.
СУБД для рабочих групп. Размещение, хранение, обеспечение безопасности и выдача информации по запросам являются фундаментальными функциями ИС. СУБД предоставляет пользователю запрашиваемые данные, скрывая
технологии их размещения, хранения и обслуживания. СУБД для рабочих
групп - это ПО для управления (ввода, обновления, систематизации, осуществления запросов, создания отчетов и т.д.) БД. Такие популярные СУБД, как
Microsoft Access, Progress, MySQL, могут использоваться как одним человеком,
так и группой исполнителей. Различие между СУБД для рабочих групп и индивидуальных СУБД состоит в том, что первые контролируют доступ и совместное использование данных и обеспечивают их целостность при коллективной
работе.
Современные СУБД, реализуемые, например, технологиями и инструментальными средствами Microsoft и Oracle, предоставляют множество гибких
функций для осуществления коллективной работы с комплексными и распределенными БД. Отметим, что сейчас доступно достаточно много свободно распространяемых продуктов, таких как Web-серверы Apache, БД MySQL или
PostreSQL.
Системы поддержки подготовки и принятия решения. С середины
1980-х годов, когда фокус применения ИС стал смещаться от подготовки отчетов к использованию ИС для поддержки реализации бизнеса, стали развиваться
и все шире использоваться системы, позволяющее группам специалистов эффективно заниматься подготовкой принятия деловых решений. Такая система
для коллективной работы является интерактивной автоматизированной систе-
103
мой, которая способствует облегчению принятия решений лицами, работающими сообща и представляющими собой группу.
Каждый из членов такой группы имеет ПК или рабочую станцию, которая
соединена в локальной или Интернет-сети с компьютерами других членов
группы, а также с одним или несколькими большими экранами или электронными досками общего пользования для того, чтобы каждый из участников
группы мог видеть информацию, вводимую другими.
ПО для групповых систем обеспечения принятия решений должно поддерживать специализированные функции, такие как анонимный ввод идей и
комментарии пользователя, составление перечня информации, вводимой пользователями, голосование, ранжирование альтернативных решений и их вывод
на экран. Человеческая составляющая включает в себя одного или несколько
экспертов, аналитиков, представителей заинтересованных проектных команд и
модератора, который проводит сессию и является посредником между группой
и компьютерной системой. Задачи группы: налаживание личностных коммуникаций, обсуждение и системный анализ проблем, решение возникающих вопросов, переговоры, разрешение конфликтов, проектирование вариантов решения,
подготовка документов и совместное их использование.
Основанное на применении ИТ программно-аппаратное окружение,
включающее аудио- и видеотехнику, процедуры, методики, вспомогательные
средства и данные, необходимые для работы, обеспечивает поддержку групповых совещаний, которые могут быть распределены как по времени, так и в пространстве. Программные продукты коллективного пользования объединяют в
себе все большее количество Интернет-протоколов. К таким продуктам относятся, например, Domino от Lotus Notes или Microsoft Exchange.
В настоящее время речь уже не идет об обеспечении отдельных сфер деятельности коллективной работы. На рынке имеется много продуктов от ведущих зарубежных производителей ПО - Microsoft, IBM, Intel, Sun Microsystems,
Borland, Novell, некоторых российских компаний, которые реализуют полнофункциональную среду (ИТ-инфраструктуру) управления деятельностью
компании и эффективного ИТ-сопровождения этой деятельности для решения
основных бизнес-задач.
104
Заключение
Значимость ИТ для общества стремительно растет. Потенциальные эффекты применения ИТ затрагивают различные сферы его деятельности:
1) Управление: сокращение количества уровней управления и высвобождение работников среднего звена управления, упразднение ряда функций;
снижение административных расходов; освобождение персонала от большой
части рутинной работы, высвобождение времени для интеллектуальной деятельности; рационализация решения управленческих задач за счет внедрения
математических методов обработки данных и систем искусственного интеллекта; создание современной динамичной организационной структуры, повышение
гибкости и управляемости организации; экономия времени на планирование
деятельности и принятие решений; повышение квалификации и информационной грамотности управленцев; увеличение конкурентного преимущества.
2) Информационная среда: совершенствование структуры потоков информации; эффективность координации корпоративной деятельности; обеспечение пользователей достоверной информацией; прямой доступ к информационному продукту; реализация информационных систем общего и специального
назначений на базе новейших программно-аппаратных вычислительных и телекоммуникационных средств и методов; интеграция информационных модулей
для многопрофильных предприятий; надежная защита информации.
3) Финансы и документы: оптимальное планирование денежных ресурсов; автоматизация обработки планово-финансовых документов и производства
транзакций; эффективный документооборот; увеличение выручки, уменьшение
издержек - увеличение прибыли.
4) Производство: сокращение времени на проектирование и развертывание производства; расширение полезных свойств продукта и сферы возможного
применения; предоставление потребителю уникальных, в том числе и информационных услуг; совершенствование системы качества предприятия, качества
продуктов и услуг; уменьшение совокупных затрат на производство продукта,
услуги; повышение производительности труда; рационализация материальнотехнического снабжения, сокращение запасов; уменьшение времени, затрат и
количества труда на приемку, обработку и выполнение заказов.
5) Маркетинг: создание новых возможностей по получению и распределению информации (наглядность, скорость передачи сообщений, достоверность); информационная поддержка изучения рынка и поиска новых ниш; более
эффективное взаимодействие с потребителем - возможность идентификации и
изучения потребителей конкретного продукта или услуги; повышение способности гибко реагировать на спрос и оперативно удовлетворять новые желания
потребителей.
105
Список литературы
1. Черников, Б.В. Информационные технологии в вопросах и ответах:
учеб. пособие / Б.В. Черников. – М., 2005. - 319 с.
2. Арсеньев, Ю.Н. Информационные системы и технологии. Экономика.
Управление. Бизнес: учеб. пособие / Ю.Н. Арсеньев, Шелобаев С.И., Давыдова
Т.Ю. – М., 2006. - 447 с.
3. Голицына, О. Л. Информационные системы: учеб. пособие / О.Л. Голицына, Максимов Н.В., Попов И.И. – М., 2007. - 495 с.
4. Романова, Ю.Д. Информатика и информационные технологии: учеб.
пособие / Ю.Д. Романова, В.М. Артюшенко, В.Ф. Макаров. - 2-е изд. – М., 2007.
- 544 с.
5. Черников, Б.В. Офисные информационные технологии: практикум:
учеб. пособие / Б.В. Черников. – М., 2007. - 399 с.
6. Алешин, Л.И. Информационные технологии: учеб. пособие / Л.И.
Алешин. – М., 2008. - 383 с.
7. Логинов, В.Н. Информационные технологии управления: учеб. пособие / В.Н. Логинов. – М., 2008. - 239 с.
8. Гаврилов, М.В. Информатика и информационные технологии: учеб. /
М.В. Гаврилов, В.А. Климов. - 2-е изд., испр. и доп. – М., 2011. - 350 с.
9. Граничин О., Кияев В. Информационные технологии в управлении
предприятием. – www.intuit.ru/studies/courses/13833/1230/info.