Информационные технологии
8. Информационные технологии.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Определение информационной технологии
Технология при переводе с греческого (techne) означает искусство, мастерство, умение, а это не что иное, как процессы. Под процессом следует понимать определенную сово купность действий, направленных на достижение поставленной цели. Процесс должен оп ределяться выбранной человеком стратегией и реализоваться с помощью совокупности различных средств и методов.
Под технологией материального производства понимают процесс, определяемый совокупностью средств и методов обработки, изготовления, изменения со стояния, свойств, формы сырья или материала. Технология изменяет качество или первона чальное состояние материи в целях получения материального продукта (рис. 8.3).
Рис. 8.3. Информационная технология как аналог технологии переработки материальных ресурсов
Информация является одним из ценнейших ресурсов общества наряду с такими тради ционными материальными видами ресурсов, как нефть, газ, полезные ископаемые и др., а значит, процесс ее переработки по аналогии с процессами переработки материальных ре сурсов можно воспринимать как технологию. Тогда справедливо следующее определение.
Информационная технология — процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной инфор мации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта).
Цель технологии материального производства — выпуск продукции, удовлетворяю щей потребности человека или системы.
Цель информационной технологии — производство информации для ее анализа чело веком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.
Известно, что, применяя разные технологии к одному и тому же материальному ресур су, можно получить разные изделия, продукты. То же самое будет справедливо и для техно логии переработки информации.
Инструментарий информационной технологии
Реализация технологического процесса материального производства осуществляется с по мощью различных технических средств, к которым относятся: оборудование, станки, ин струменты, конвейерные линии и т.п.
По аналогии и для информационной технологии должно быть нечто подобное. Такими техническими средствами производства информации будет являться аппаратное, программ ное и математическое обеспечение этого процесса. С их помощью производится переработ ка первичной информации в информацию нового качества. Выделим отдельно из этих средств программные продукты и назовем их инструментарием, а для большей четкости можно его конкретизировать, назвав программным инструментарием информационной тех нологии. Определим это понятие.
Инструментарий информационной технологии — один или несколько взаимосвязанных программных продуктов для определенного типа ком пьютера, технология работы в котором позволяет достичь поставленную пользователем цель.
В качестве инструментария можно использовать следующие распространенные виды программных продуктов для персонального компьютера: текстовый процессор (редактор), настольные издательские системы, электронные таблицы, системы управления базами дан ных, электронные записные книжки, электронные календари, информационные системы функционального назначения (финансовые, бухгалтерские, для маркетинга и пр.), эксперт ные системы и т.д.
Как соотносятся информационная технология и информационная система
Информационная технология тесно связана с информационными системами, которые явля ются для нее основной средой. На первый взгляд может показаться, что введенные в учеб нике определения информационной технологии и системы очень похожи между собой. Однако это не так.
Информационная технология является процессом, состоящим из четко регламентиро ванных правил выполнения операций, действий, этапов разной степени сложности над дан ными, хранящимися в компьютерах. Основная цель информационной технологии — в результате целенаправленных действий по переработке первичной информации получить необходимую для пользователя информацию.
Информационная система является средой, составляющими элементами которой явля ются компьютеры, компьютерные сети, программные продукты, базы данных, люди, раз личного рода технические и программные средства связи и т.д. Основная цель информационной системы — организация хранения и передачи информации. Информа ционная система представляет собой человеко-компьютерную систему обработки инфор мации.
Реализация функций информационной системы невозможна без знания ориентирован ной на нее информационной технологии. Информационная технология может существовать и вне сферы информационной системы.
Таким образом, информационная технология является более емким понятием, отра жающим современное представление о процессах преобразования информации в ин формационном обществе. В умелом сочетании двух информационных технологий — управленческой и компьютерной — залог успешной работы информационной системы.
Обобщая все вышесказанное, предлагаем несколько более узкие, нежели введенные ранее, определения информационной системы и технологии, реализованных средствами компьютерной техники.
Информационная технология — совокупность четко определенных целе направленных действий персонала по переработке информации на ком пьютере.
Информационная система — человеко-компьютерная система для под держки принятия решений и производства информационных продуктов, использующая компьютерную информационную технологию.
Составляющие информационной технологии
Используемые в производственной сфере такие технологические понятия, как норма, нор матив, технологический процесс, технологическая операция и т.п., могут применяться и в информационной технологии. Прежде чем разрабатывать эти понятия в любой технологии, в том числе и в информационной, всегда следует начинать с определения цели. Затем следу ет попытаться провести структурирование всех предполагаемых действий, приводящих к намеченной цели, и выбрать необходимый программный инструментарий.
На рис. 8.4 технологический процесс переработки информации представлен в виде иерархической структуры по уровням:
1-й уровень — этапы, где реализуются сравнительно длительные технологи ческие процессы, состоящие из операций и действий последующих уровней.
Рис. 8.4 Представление информационной технологии в виде иерархической структуры, состоящей из этапов, действий, операций
2-й уровень — операции, в результате выполнения которых будет создан кон кретный объект в выбранной на 1-м уровне программной среде.
3-й уровень — действия — совокупность стандартных для каждой про граммной среды приемов работы, приводящих к выполнению поставленной в соответ ствующей операции цели. Каждое действие изменяет содержание экрана.
4-й уровень —элементарные операции по управлению мышью и кла виатурой.
Необходимо понимать, что освоение информационной технологии и дальнейшее ее использование должны свестись к тому, что вы должны сначала хорошо овладеть набором элементарных операций, число которых ограничено. Из этого ограниченного числа элемен тарных операций в разных комбинациях составляется действие, а из действий, также в раз ных комбинациях, составляются операции, которые определяют тот или иной технологический этап. Совокупность технологических этапов образует технологический процесс (технологию).
Информационная технология, как и любая другая, должна отвечать следующим требо ваниям:
обеспечивать высокую степень расчленения всего процесса обработки информации на
этапы (фазы), операции, действия;
включать весь набор элементов, необходимых для достижения поставленной цели;
иметь регулярный характер. Этапы, действия, операции технологического процесса
могут быть стандартизированы и унифицированы, что позволит более эффективно
осуществлять целенаправленное управление информационными процессами.
ВИДЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
Характеристика и назначение
Информационная технология обработки данных предназначена для решения хорошо струк турированных задач, по которым имеются необходимые входные данные и известны алго ритмы и другие стандартные процедуры их обработки. Эта технология применяется на уровне операционной (исполнительской) деятельности (персонала невысокой квалификации в целях автоматизации некоторых рутинных постоянно повторяющихся опе раций управленческого труда. Поэтому внедрение информационных технологий и систем на этом уровне существенно повысит производительность труда персонала, освободит его от рутинных операций, возможно, даже приведет к необходимости сокращения численнос ти работников.
Основные компоненты
Представим основные компоненты информационной технологии обработки данных (рис. 8.5) и приведем их характеристики.
Сбор данных. По мере того как фирма производит продукцию или услуги, каждое ее действие сопровождается соответствующими записями данных. Обычно действия фирмы, затрагивающие внешнее окружение, выделяются особо как операции, производи мые фирмой.
Рис. 8.5. Основные компоненты информационной технологии обработки данных
Обработка данных. Для создания из поступающих данных информации, отра жающей деятельность фирмы, используются следующие типовые операции:
• классификация или группировка. Первичные данные обычно имеют вид кодов, состоя щих из одного или нескольких символов. Эти коды, выражающие определенные признаки объектов, используются для идентификации и группировки записей.
сортировка, с помощью которой упорядочивается последовательность записей;
вычисления, включающие арифметические и логические операции. Эти операции, выполняемые над данными, дают возможность получать новые данные;
укрупнение или агрегирование, служащее для уменьшения количества данных и реализуемое в форме расчетов итоговых или средних значений.
Хранение данных. Многие данные на уровне операционной деятельности необ ходимо сохранять для последующего использования либо здесь же, либо на другом уровне. Для их хранения создаются базы данных.
Создание отчетов (документов). В информационной технологии обра ботки данных необходимо создавать документы для руководства и работников фирмы, а также для внешних партнеров. При этом документы могут создаваться как по запросу или в связи с проведенной фирмой операцией, так и периодически в конце каждого месяца, квар тала или года.
ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ
Характеристика и назначение
Целью информационной технологии управления является удовлетворение информацион ных потребностей всех без исключения сотрудников фирмы, имеющих дело с принятием решений. Она .может быть полезна на любом уровне управления.
Эта технология ориентирована на работу в среде информационной системы управле ния и используется при худшей структурированности решаемых задач, если их сравнивать с задачами, решаемыми с помощью информационной технологии обработки данных.
Основные компоненты
Основные компоненты информационной технологии управления показаны на рис. 8.6.
Рис. 8.6. Основные компоненты информационной технологии управления
Входная информация поступает из систем операционного уровня. Выходная информа ция формируется в виде управленческих отчетов в удобном для принятия реше ния виде.
Содержимое базы данных при помощи соответствующего программного обеспечения преобразуется в периодические и специальные отчеты, поступающие к специалистам, уча ствующим в принятии решений в организации. База данных, используемая для получения указанной информации, должна состоять из двух элементов:
- данных, накапливаемых на основе оценки операций, проводимых фирмой;
- планов, стандартов, бюджетов и других нормативных документов, определяющих
планируемое состояние объекта управления (подразделения фирмы).
АВТОМАТИЗАЦИЯ ОФИСА
Характеристика и назначение
Исторически автоматизация началась на производстве и затем распространилась на офис, имея вначале целью лишь автоматизацию рутинной секретарской работы. По мере развития средств коммуникаций автоматизация офисных технологий заинтересовала специалистов и управленцев, которые увидели в ней возможность повысить производительность своего труда.
Автоматизация офиса (рис. 8.7) призвана не заменить существующую традиционную систему коммуникации персонала (с ее совещаниями, телефонными звонками и приказами), а лишь дополнить ее. Используясь совместно, обе эти системы обеспечат рациональную автоматизацию управленческого труда и наилучшее обеспечение управленцев инфор мацией.
Автоматизированный офис привлекателен для менеджеров всех уровней управления в фирме не только потому, что поддерживает внутрифирменную связь персонала, но также потому, что предоставляет им новые средства коммуникации с внешним окружением.
Информационная технология автоматизированного офиса — организа ция и поддержка коммуникационных процессов как внутри организации, так и с внешней средой на базе компьютерных сетей и других современных средств передачи и работы с информацией.
Рис. 8.7. Основные компоненты автоматизации офиса
Офисные автоматизированные технологии используются управленцами, специалиста ми, секретарями и конторскими служащими, особенно они привлекательны для группового решения проблем. Они позволяют повысить производительность труда секретарей и кон торских работников и дают им возможность справляться с возрастающим объемом работ. Однако это преимущество является второстепенным по сравнению с возможностью исполь зования автоматизации офиса в качестве инструмента для решения проблей. Улучшение принимаемых менеджерами решений в результате их более совершенной коммуникации способно обеспечить экономический рост фирмы.
В настоящее время известно несколько десятков программных продуктов для компью теров и некомпьютерных технических средств, обеспечивающих технологию автоматиза ции офиса: текстовый процессор, табличный процессор, электронная почта, электронный календарь, аудиопочта, компьютерные и телеконференции, видеотекст, хранение изображе ний, а также специализированные программы управленческой деятельности: ведения доку ментов, контроля за исполнением приказов и т.д.
Также широко используются некомпьютерные средства: аудио- и видеоконференции, факсимильная связь, ксерокс и другие средства оргтехники.
ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ
Характеристика и назначение
Системы поддержки принятия решений и соответствующая им информационная техноло гия появились усилиями в основном американских ученых в конце 70-х — начале 80-х гг., чему способствовали широкое распространение персональных компьютеров, стандартных пакетов прикладных программ, а также успехи в создании систем искусственного интел лекта.
Главной особенностью информационной технологии поддержки принятия решений является качественно новый метод организации взаимодействия человека и компьютера. Выработка решения, что является основной целью этой техноло гии, происходит в результате итерационного процесса (рис. 8.8), в котором участвуют:
система поддержки принятия решений в роли вычислительного звена и объекта управ ления;
человек как управляющее звено, задающее входные данные и оценивающее полученный результат вычислений на компьютере.
Рис. 8.8. Информационная технология поддержки принятия решений как итерационный процесс
Окончание итерационного процесса происходит по воле человека. В этом случае можно говорить о способности информационной системы совместно с пользователем созда вать новую информацию для принятия решений.
Дополнительно к этой особенности информационной технологии поддержки принятия решений можно указать еще ряд ее отличительных характеристик:
ориентация на решение плохо структурированных (формализованных) задач;
сочетание традиционных методов доступа и обработки компьютерных данных с возможностями математических моделей и методами решения задач на их основе;
направленность на непрофессионального пользователя компьютера;
высокая адаптивность, обеспечивающая возможность приспосабливаться к особеннос тям имеющегося технического и программного обеспечения, а также требованиям пользователя.
Информационная технология поддержки принятия решений может использоваться на любом уровне управления. Кроме того, решения, принимаемые на различных уровнях уп равления, часто должны координироваться. Поэтому важной функцией и систем, и техноло гий является координация лиц, принимающих решения как на разных уровнях управления, так и на одном уровне.
Основные компоненты
Рассмотрим структуру системы поддержки принятия решений (рис. 8.9), а также функции составляющих ее блоков, которые определяют основные технологические операции.
Рис. 8.9. Основные компоненты информационной технологии поддержки принятия решений
ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ
Характеристика и назначение
Наибольший прогресс среди компьютерных информационных систем отмечен в области разработки экспертных систем, основанных на использовании искусственного ин теллекта. Экспертные системы дают возможность менеджеру или специалисту получать консультации экспертов по любым проблемам, о которых этими системами накоплены знания.
Под искусственным интеллектом обычно понимают способности ком пьютерных систем к таким действиям, которые назывались бы интеллектуальными, если бы исходили от человека. Чаще всего здесь имеются в виду способности, связанные с челове ческим мышлением. Работы в области искусственного интеллекта не ограничиваются экс пертными системами. Они также включают в себя создание роботов, систем, моделирующих нервную систему человека, его слух, зрение, обоняние, способность к обу чению.
Решение специальных задач требует специальных знаний. Однако не каждая компания может себе позволить держать в своем штате экспертов по всем связанным с ее работой проблемам или даже приглашать их каждый раз, когда проблема возникла. Главная идея ис пользования технологии экспертных систем' заключается в том, чтобы получить от эксперта его знания и, загрузив их в память компьютера, использовать всякий раз, когда в этом возникнет необходимость. Являясь одним из основных приложений искусственного интел лекта, экспертные системы представляют собой компьютерные программы, трансформи рующие опыт экспертов в какой-либо области знаний в форму эвристических правил (эвристик). Эвристики не гарантируют получения оптимального результата с такой же уве ренностью, как обычные алгоритмы, используемые для решения задач в рамках технологии поддержки принятия решений. Однако часто они дают в достаточной степени приемлемые решения для их практического использования. Все это делает возможным использовать тех нологию экспертных систем в качестве советующих систем.
Сходство информационных технологий, используемых в экспертных системах и сис темах поддержки принятия решений, состоит в том, что обе они обеспечивают высокий уровень поддержки принятия решений. Однако имеются три существенных различия. Пер вое связано с тем, что решение проблемы в рамках систем поддержки принятия решений отражает уровень ее понимания пользователем и его возможности получить и осмыслить решение. Технология экспертных систем, наоборот, предлагает пользователю принять ре шение, превосходящее его возможности. Второе отличие указанных технологий выражается в способности экспертных систем пояснять свои рассуждения в процессе получения реше ния. Очень часто эти пояснения оказываются более важными для пользователя, чем само решение. Третье отличие связано с использованием нового компонента информационной технологии — знаний.
Основные компоненты
Основными компонентами информационной технологии, используемой в экспертной систе ме, являются (рис. 8.10): интерфейс пользователя, база знаний, интерпретатор, модуль со здания системы.
Рис. 8.10. Основные компоненты информационной технологии экспертных систем
9. Программные средства информационных технологий.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Основные понятия
Возможности компьютера как технической основы системы обработки данных связаны с используемым программным обеспечением (программами).
Программа (program, routine) — упорядоченная последовательность ко манд (инструкций) компьютера для решения задачи.
Программное обеспечение (sowtware) — совокупность программ обработ ки данных и необходимых для их эксплуатации документов.
Программы предназначены для машинной реализации задач. Термины задача и приложение имеют очень широкое употребление в контексте информатики и про граммного обеспечения.
Задача (problem, task) — проблема, подлежащая решению. Приложение (application) — программная реализация на компьютере ре шения задачи.
Таким образом, задача означает проблему, подлежащую реализации с использованием средств информационных технологий, а приложение — реализованное на компьютере ре шение по задаче. Приложение, являясь синонимом слова "программа", считается более удачным термином и широко используется в информатике.
Термин задача употребляется также в сфере программирования, особенно в режи ме мультипрограммирования и мультипроцессорной обработки, как единица работы вычис лительной системы, требующая выделения вычислительных ресурсов (процессорного времени, основной памяти и т.п.). В данной главе этот термин употребляется в смысле пер вого определения.
Существует большое число разнообразных классификаций задач. С позиций специфи ки разработки и вида программного обеспечения будем различать два класса задач — тех нологические и функциональные.
Технологические задачи ставятся и решаются при организации технологи ческого процесса обработки информации на компьютере. Технологические задачи являются основой для разработки сервисных средств программного обеспечения в виде утилит, сервисных программ, библиотек процедур и др., приме няемых для обеспечения работоспособности компьютера, разработки других программ или обработки данных функциональных задач.
Функциональные задачи требуют решения при реализации функций управ ления в рамках информационных систем предметных областей. Например, управление дея тельностью торгового предприятия, планирование выпуска продукции, управление
перевозкой грузов и т.п. Функциональные задачи в совокупности образуют предметную об ласть и полностью определяют ее специфику.
Предметная (прикладная) область (application domain) — совокупность связанных между собой функций, задач управления, с помощью которых достигается выполнение поставленных целей.
Процесс создания программ можно представить как последовательность действий, представленных на рис. 9.1.
Рис. 9.1. Схема процесса создания программ
Постановка задачи (problem definition) — это точная формулировка реше ния задачи на компьютере с описанием входной и выходной информации.
Постановка задачи — обобщенный термин, который означает определенность содер жательной стороны обработки данных. Постановка задачи связана с конкретизацией основ ных параметров ее реализации, определением источников и структурой входной и выходной информации, востребуемой пользователем.
К основным характеристикам функциональных задач, уточняемым в процессе ее фор мализованной постановки, относятся:
цель или назначение задачи, ее место и связи с другими задачами;
условия решения задачи с использованием средств вычислительной техники;
содержание функций обработки входной информации при решении задачи;
требования к периодичности решения задачи;
ограничения по срокам и точности выходной информации;
состав и форма представления выходной информации;
источники входной информации для решения задачи;
пользователи задачи (кто осуществляет ее решение и пользуется результатами реше ния).
Выходная информация по задаче может быть представлена в виде докумен тов (типа листинга или машинограммы), сформированных кадров — видеограммы на экра не монитора, файла базы данных, выходного сигнала устройству управления (рис. 8.2).
Входная информация по задаче определяется как данные, поступающие на вход задачи и используемые для ее решения. Входной информацией служат первичные дан ные документов ручного заполнения, информация, хранимая в файлах базы данных (резуль таты решения других задач, нормативно-справочная информация — классификаторы, кодификаторы, справочники), входные сигналы отдатчиков (см. рис. 9.2).
Обычно постановка задач выполняется в едином комплексе работ по созданию струк туры внутримашинной базы данных, проектированию форм и маршрутов движения доку ментов, изменению организации управления в рамках предметной области.
Алгоритм — система точно сформулированных правил, определяющая процесс преобразования допустимых исходных данных (входной информа ции) в желаемый результат (выходную информацию) за конечное число шагов.
Рис. 9.2. Схема взаимосвязи входной и выходной информации для решения задачи
Алгоритм решения задачи имеет ряд обязательных свойств:
дискретность — разбиение процесса обработки информации на более простые этапы (шаги выполнения), выполнение которых компьютером или человеком не вызывает затруднений;
определенность алгоритма — однозначность выполнения каждого отдельного шага преобразования информации;
выполнимость — конечность действий алгоритма решения задач, позволяющая полу чить желаемый результат при допустимых исходных данных за конечное число шагов;
массовость — пригодность алгоритма для решения определенного класса задач.
В алгоритме отражаются логика и способ формирования результатов решения с указа нием необходимых расчетных формул, логических условий, соотношений для контроля до стоверности выходных результатов. В алгоритме обязательно должны быть предусмотрены все ситуации, которые могут возникнуть в процессе решения комплекса задач.
Алгоритм решения комплекса задач и его программная реализация тесно взаимосвяза ны. Специфика применяемых методов проектирования алгоритмов и используемых при этом инструментальных средств разработки программ может повлиять на форму представ ления и содержание алгоритма обработки данных.
Примечание. Для решения задач могут использоваться алгоритмы, заложенные в готовых программных продуктах — пакетах прикладных программ (ППП) функционального назначения (см. дальше). Также могут использоваться типо вые модели и методы решения задач, представленные в методо-ориентированных ППП. В этом случае осуществляется адаптация ППП к условиям конкретного применения, во всех остальных случаях разрабатываются ориги нальные алгоритмы и программы реализации комплекса задач.
Программирование (programming) — теоретическая и практическая дея тельность, связанная с созданием программ.
Программирование является собирательным понятием и может рассматриваться и как наука, и как искусство, на этом основан научно-практический подход к разработке про грамм.
Программа — результат интеллектуального труда, для которого характерно творчест во, а оно, как известно, не имеет четких границ. В любой программе присутствует индиви дуальность ее разработчика, программа отражает определенную степень искусства
программиста. Вместе с тем программирование предполагает и рутинные работы, которые могут и должны иметь строгий регламент выполнения и соответствовать стандартам.
Программирование базируется на комплексе научных дисциплин, направленных на исследование, разработку и применение методов и средств разработки программ (специали зированного инструментария создания программ). При разработке программ используются ресурсоемкие и наукоемкие технологии, высококвалифицированный интеллектуальный труд.
Программирование — это развитая отрасль хозяйственной деятельности, связанная со значительными затратами материальных, трудовых и финансовых ресурсов. По данным за рубежных источников, в середине 90-х годов в мире было занято программированием до 2% трудоспособного населения. Совокупный оборот в сфере создания программных средств достигает нескольких сот миллиардов долларов в год.
В связи с ростом потребности в разнообразных программах обработки данных весьма актуален вопрос применения эффективных технологий программирования и их перевода на промышленную основу. Это означает:
стандартизованность, тиражируемое и воспроизведение различными разработчика ми методов программирования;
внедрение прогрессивных инструментальных средств разработки программ;
использование специальных методов и приемов организации работ по разработке про грамм.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ
КЛАССЫ ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ
Программные продукты можно классифицировать по различным признакам. Рассмотрим классификацию, в которой основополагающим признаком является сфера (область) исполь зования программных продуктов:
Рис. 9.3. Классы программных продуктов
аппаратная часть автономных компьютеров и сетей ЭВМ;
функциональные задачи различных предметных областей;
технология разработки программ.
Для поддержки информационной технологии в этих областях выделим соответственно три класса программных продуктов, представленных на рис. 9.3
системное программное обеспечение;
пакеты прикладных программ;
инструментарий технологии программирования. Системное программное обеспечение направлено:
на создание операционной среды функционирования других программ;
на обеспечение надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислитель ной сети;
на проведение диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислитель ных сетей;
на выполнение вспомогательных технологических процессов (копирование, архивиро вание, восстановление файлов программ и баз данных и т.д.).
Данный класс программных продуктов тесно связан с типом компьютера и является его неотъемлемой частью. Программные продукты в основном ориентированы на квалифи цированных пользователей — профессионалов в компьютерной области: системного про граммиста, администратора сети, прикладного программиста, оператора. Однако знание базовой технологии работы с этим классом программных продуктов требуется и конечным пользователям персонального компьютера, которые самостоятельно не только работают со своими программами, но и выполняют обслуживание компьютера, программ и данных.
Программные продукты данного класса носят общий характер применения, независи мо от специфики предметной области. К ним предъявляются высокие требования по надеж ности и технологичности работы, удобству и эффективности использования.
Системное программное обеспечение (System Software) — совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ.
Пакеты прикладных программ (ППП) служат программным инструмента рием решения функциональных задач и являются самым многочисленным классом про граммных продуктов. В данный класс входят программные продукты, выполняющие обработку информации различных предметных областей.
Установка программных продуктов на компьютер выполняется квалифицированными пользователями, а непосредственную их эксплуатацию осуществляют, как правило, конеч ные пользователи — потребители информации, во многих случаях деятельность которых весьма далека от компьютерной области. Данный класс программных продуктов может быть весьма специфичным для отдельных предметных областей.
Пакет прикладных программ (application program package) — комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса кон кретной предметной области.
Инструментарий технологии программирования обеспечивает процесс разработки программ и включает специализированные программные продукты, ко торые являются инструментальными средствами разработчика. Программные продукты данного класса поддерживают все технологические этапы процесса проектирования, программирования (кодирования), отладки и тестирования создаваемых программ. Пользовате лями технологии программирования являются системные и прикладные программисты.
Инструментарий технологии программирования — совокупность про грамм и программных комплексов, обеспечивающих технологию разработ ки, отладки и внедрения создаваемых программных продуктов.
СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Структура системного программного обеспечения
На рис. 9.4 представлена структура системного программного обеспечения — базового программного обеспечения, которое, как правило, поставляется вместе с компью тером, и сервисного программного обеспечения, которое может быть приоб ретено дополнительно.
Базовое программное обеспечение (base software) — минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера. Сервисное программное обеспечение — программы и программные ком плексы, которые расширяют возможности базового программного обеспе чения и организуют более удобную среду работы пользователя.
Рис. 9.4. Классификация системного программного обеспечения компьютера
ИНСТРУМЕНТАРИЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Состав и назначение инструментария технологии программирования
В настоящее время бурно развивается направление, связанное с технологией создания про граммных продуктов. Это обусловлено переходом на промышленную технологию произ водства программ, стремлением к сокращению сроков, трудовых и материальных затрат на производство и эксплуатацию программ, обеспечению гарантированного уровня их качест ва. Это направление часто называют программотехникой. Программотехника (software en gineering) — технология разработки, отладки, верификации и внедрения программного обеспечения. Инструментарий технологии программирования — про граммные продукты поддержки (обеспечения) технологии программирования.
В рамках этих направлений сформировались следующие группы программных про дуктов (рис.9.5):
• средства для создания приложений, включающие:
—локальные средства, обеспечивающие выполнение отдельных работ по созданию программ;
Рис. 9.5. Классификация инструментария технологии программирования
—интегрированные среды разработчиков программ, обеспечивающие выполнение
комплекса взаимосвязанных работ по созданию программ;
• CASE-технология (Computer-AidedSystem Engineering), представляющая мето ды анализа, проектирования и создания программных систем и предназначенная для автоматизации процессов разработки и реализации информационных систем.
Средства для создания приложений
Локальные средства разработки программ. Эти средства на рынке программных продук тов наиболее представительны и включают языки и системы программирования, а также инструментальную среду пользователя.
Язык программирования — формализованный язык для описания алго ритма решения задачи на компьютере.
Средства для создания приложений — совокупность языков и систем программирования, а также различные программные комплексы для отлад ки и поддержки создаваемых программ.
Языки программирования, если в качестве признака классификации взять синтаксис образования его конструкций, можно условно разделить на классы:
машинные языки (computer language) — языки программирования, воспринимаемые аппаратной частью компьютера (машинные коды);
машинно-ориентированные языки (computer-oriented language) — языки программиро вания, которые отражают структуру конкретного типа компьютера (ассемблеры);
алгоритмические языки (algorithmic language) — не зависящие от архитектуры ком пьютера языки программирования для отражения структуры алгоритма (Паскаль, Фортран, Бейсик и др.);
процедурно-ориентированные языки (procedure-oriented language) — языки програм мирования, где имеется возможность описания программы как совокупности проце дур (подпрограмм);
проблемно-ориентированные языки (universal programming language) — языки про граммирования, предназначенные для решения задач определенного класса (Лисп, РПГ, Симула и др.);
интегрированные системы программирования.
Другой классификацией языков программирования является их деление на языки, ориентированные на реализацию основ структурного программирования, и объектно-ориен тированные языки, поддерживающие понятие объектов и их свойств и методов обработки.
Программа, подготовленная на языке программирования, проходит этап трансляции, когда происходит преобразование исходного кода программы (source code) в объект ный код (object code), который далее пригоден к обработке редактором связей. Ре дактор связей — специальная программа, обеспечивающая построение загрузочного модуля (load module), пригодного к выполнению (рис. 9.6).
Рис. 9.6. Схема процесса создания загрузочного модуля программы
Трансляция может выполняться с использованием средств компиляторов (com piler) или интерпретаторов (interpreter). Компиляторы транслируют всю програм му, но без ее выполнения. Интерпретаторы, в отличие от компиляторов, выполняют пооператорную обработку и выполнение программы.
Существуют специальные программы, предназначенные для трассировки и анализа выполнения других программ, так называемые отладчики (debugger). Лучшие отлад чики позволяют осуществить трассировку (отслеживание выполнения программы в поопе раторном варианте), идентификацию места и вида ошибок в программе, "наблюдение" за изменением значений переменных, выражений и т.п. Для отладки и тестирования правиль ности работы программ создается база данных контрольного примера.
Системы программирования (programmingsystem)включают.
компилятор;
интегрированную среду разработчика программ;
отладчик;
средства оптимизации кода программ;
набор библиотек (возможно с исходными текстами программ);
редактор связей;
сервисные средства (утилиты) для работы с библиотеками, текстовыми и двоичными
файлами;
справочные системы;
документатор исходного кода программы;
систему поддержки и управления проектом программного комплекса.
Средства поддержки проектов — новый класс программного обеспечения, предназна чен для:
отслеживания изменений, выполненных разработчиками программ;
поддержки версий программы с автоматической разноской изменений;
получения статистики о ходе работ проекта.
Инструментальная среда пользователя представлена специальными средствами, встроенными в пакеты прикладных программ, такими, как:
библиотека функций, процедур, объектов и методов обработки;
макрокоманды;
клавишные макросы;
языковые макросы;
программные модули-вставки;
конструкторы экранных форм и отчетов;
генераторы приложений;
языки запросов высокого уровня;
языки манипулирования данными;
конструкторы меню и многое другое.
Более подробно эти средства рассмотрены в гл. 19.
Средства отладки и тестирования программ предназначены для подготовки разработанной программы к промышленной эксплуатации.
Интегрированные среды разработки программ. Дальнейшим развитием локальных средств разработки программ, которые объединяют набор средств для комплексного их применения на всех технологических этапах создания программ, являются интегрирован ные программные среды разработчиков. Основное назначение инструментария данного вида — повышение производительности труда программистов, автоматизация создания кодов программ, обеспечивающих интерфейс пользователя графического типа, разработка приложений для архитектуры клиент-сервер, запросов и отчетов.
* СASE-технология создания информационных систем
Средства CASE-технологии — относительно новое, сформировавшееся на рубеже 80-х гг. направление. Массовое применение затруднено крайне высокой стоимостью и предъявляе мыми требованиями к оборудованию рабочего места разработчика.
CASE-технология — программный комплекс, автоматизирующий весь технологический процесс анализа, проектирования, разработки и сопровож дения сложных программных систем.
Средства CASE-технологий делятся на две группы:
встроенные в систему реализации — все решения по проектированию и реализации
привязаны к выбранной системе управления базами данных (СУБД);
независимые от системы реализации — все решения по проектированию ориентирова
ны на унификацию начальных этапов жизненного цикла и средств их документирова
ния, обеспечивают большую гибкость в выборе средств реализации.
Основное достоинство CASE-технологии — поддержка коллективной работы над про ектом за счет возможности работы в локальной сети разработчиков, экспорта/импорта любых фрагментов проекта, организационного управления проектом.
Некоторые CASE-технологии ориентированы только на системных проектировщиков и предоставляют специальные графические средства для изображения различного вида моделей:
диаграмму потоков данных (DFD — data flow diagrams) совместно со словарями дан ных и спецификациями процессов;
диаграмму "сущность-связь" (ERD — entity relationship diagrams), являющуюся инфо-логической моделью предметной области (см. гл. 15);
• диаграмму переходов состояний (STD — state transition diagrams), учитывающую со бытия и реакцию на них системы обработки данных.
Диаграмма DFD устанавливает связь источников информации с потребителями, выде ляет логические функции (процессы) преобразования информации, определяет группы эле ментов данных и их хранилища (базы данных).
Описание структуры потоков данных, определение их компонентов хранятся в акту альном состоянии в словаре данных, который выступает как база данных проекта. Каждая логическая функция может детализироваться с помощью DFD нижнего уровня согласно ме тодам нисходящего проектирования (см. гл. 18).
Выполняются автоматизированное проектирование спецификаций программ (задание основных характеристик для разработки программ) и ведение словаря данных.
Другой класс CASE-технологий поддерживает только разработку программ, включая:
автоматическую генерацию кодов программ на основании их спецификаций;
проверку корректности описания моделей данных и схем потоков данных;
документирование программ согласно принятым стандартам и актуальному состоя нию проекта;
тестирование и отладку программ.
Кодогенерация программ выполняется двумя способами: создание каркаса программ и создание полного продукта. Каркас программы служит для последующего ручного варианта редактирования исходных текстов, обеспечивая возможность вмешательства программиста; полный продукт не редактируется вручную.
В рамках CASE-технологий проект сопровождается целиком, а не только его про граммные коды. Проектные материалы, подготовленные в CASE-технологий, служат зада нием программистам, а само программирование скорее сводится к кодированию — переводу на определенный язык структур данных и методов их обработки, если не предус мотрена автоматическая кодогенерация.
Большинство CASE-технологий использует также метод "прототипов" для быстрого создания программ на ранних этапах разработки. Кодогенерация программ-осуществляется автоматически — до 85 - 90% объектных кодов и текстов на языках высокого уровня, а в качестве языков наиболее часто используются Ада, Си, Кобол.
ПАКЕТЫ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ
Характеристика пакетов прикладных программ
Данный класс программных средств наиболее представителен, что обусловлено прежде всего широким применением средств компьютерной техники во всех сферах деятельности человека, созданием автоматизированных информационных систем различных предметных областей.
Рис. 9.7. Классификация пакетов прикладных программ
10. Основные виды обработки данных. Обработка аналоговой и цифровой информации. Устройства обработки данных и их характеристики.
Классификация ЭВМ по принципу действия
Электронная вычислительная машина, компьютер — комплекс техни ческих средств, предназначенных для автоматической обработки информа ции в процессе решения вычислительных и информационных задач.
По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса (рис. 5.1): аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ).
Рис. 10.1. Классификация вычислительных машин по принципу действия
Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают (рис. 10.2).
Рис. 10.2. Две формы представления информации в машинах: а — аналоговая; б — цифровая импульсная
Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) — вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ) — вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения)
Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.
Гибридные вычислительные машины (ГВМ) — вычислительные маши ны комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управ ления сложными быстродействующими техническими комплексами.
Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дис кретной информации — электронные цифровые вычислительные машины, обычно называе мые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.
Классификация ЭВМ по этапам создания
По этапам создания и используемой элементной базе ЭВМ условно делятся на поколения:
1-е поколение, 50-е гг.: ЭВМ на электронных вакуумных лампах;
2-е поколение, 60-е гг.: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах);
3-е поколение, 70-е гг.: ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни - тысячи транзисторов в одном корпусе);
Примечание. Интегральная схема — электронная схема специального назначе ния, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяю щего большое число диодов и транзисторов.
4-е поколение, 80-е гг.: ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схе мах — микропроцессорах (десятки тысяч - миллионы транзисторов в одном кристалле);
5-е поколение, 90-е гг.: ЭВМ с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы;
б-е и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым парал лелизмом и нейронной структурой — с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологичес ких систем.
Каждое следующее поколение ЭВМ имеет по сравнению с предшествующим сущест венно лучшие характеристики. Так, производительность ЭВМ и емкость всех запоминаю щих устройств увеличиваются, как правило, больше чем на порядок.
Классификация ЭВМ по назначению
Рис. 10.3. Классификация ЭВМ по назначению
По назначению ЭВМ можно разделить на три группы: универсальные (общего назначения), проблемно-ориентированные и специализированнные (рис. 10.3).
Универсальные ЭВМ предназначены для решения самых различных инженерно-технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, от личающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.
Характерными чертами универсальных ЭВМ являются:
высокая производительность;
разнообразие форм обрабатываемых данных: двоичных, десятичных, символьных, при
большом диапазоне их изменения и высокой точности их представления;
обширная номенклатура выполняемых операций, как арифметических, логических,
так и специальных;
большая емкость оперативной памяти;
развитая организация системы ввода-вывода информации, обеспечивающая подключение разнообразных видов внешних устройств.
Проблемно-ориентированные ЭВМ служат для решения более узкого
круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; реги страцией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполне нием расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами.
К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные уп равляющие вычислительные комплексы.
Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы.
К специализированным ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропро цессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.
Классификация ЭВМ по размерам и
функциональным возможностям
По размерам и функциональным возможностям ЭВМ можно разделить (рис. 10.4) на сверх большие (суперЭВМ), большие, малые, сверхмалые (микроЭВМ).
Рис. 10.4. Классификация ЭВМ по размерам и вычислительной мощности
Информационные технологии