Читать книгу: «Проектирование отказоустойчивых распределенных информационных систем. Для студентов», страница 3

Рисунок 1.6 – Модуль J

Х_Jвх – внешние (не от системы) воздействия на элементы модуля;

X_iJ – связи от других элементов системы;

X_Jвых — воздействия на выходе системы;

X_Jk – воздействия на элементы системы.

В различных разделах науки и техники понятие модуль имеет различные синонимы:

– в технике: агрегат, блок, узел, механизм;

– в программировании: программа, программный модуль, логический блок;

– в организации и управлении – комиссия, подразделение.

Входы и выходы можно интерпретировать как:

– сигнал – отклик;

– воздействие – реакция;

– запрос – ответ;

– аргумент – решение и др.

Перейдем к анализу понятия управления в системах. Процессы управления протекают повсеместно, ежедневно, ежечасно, ежесекундно и охватывают буквально все стороны и моменты человеческой деятельности.

В науке управление стало изучаться и исследоваться сравнительно недавно, и связано это было прежде всего с именем всемирного ученого Норберта Винера

(1894—1964). В 1948 году в США и Европе вышла книга «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине», ознаменовавшая своим появлением рождение нового научного направления – кибернетика.

Кибернетические исследования заключаются в изучении общих свойств процессов управления и систем управления в живых и неживых системах.

Направления исследований кибернетики весьма разнообразны:

– теоретические (теория управления, теория информации, информатика);

– механические (исследование и проектирование АИС);

– биологические (нейрокибернетика – обработка информация в нервных тканях человека;

– бионика – искусственные органы;

– гомеостатика – автоматы-роботы;

– экономические;

– социальные.

В современном обществе кибернетика уступила пальму первенства информатике, но значение кибернетики как науки об общих принципах управления в живых и неживых системах, в искусственных системах и в обществе сохраняются и сейчас.

Итак, что такое управление?

Под управлением в самом общем виде понимают совокупность действий, осуществляемых человеком, группой людей или автоматическим устройством.

Эти действия направлены на поддержание или улучшение работы управляемого объекта в соответствии с имеющейся программой (алгоритмом функционирования) или с целью управления.

Управлять – это значит влиять на ход какого-либо процесса или состояния некоторого объекта и его положения в пространстве.

При изучении структуры процессов управления выделяют три основные проблемы. Первая группа задач – это задачи по изучению свойств объектов управления и их характеристик. Вторая группа задач – анализ различных видов органов управления, форм и способов выработки управляющих воздействий, формирование и согласование множества критериев качества (целей) управления, обеспечение устойчивости функционирования управляющих органов. Третья группа задач связана с передачей информации, ее восприятием, оценкой количества, кодированием, защитой от помех, достоверности. Все это относится к той части кибернетики, которую называют теорией информации.

Что же характерно для любого процесса управления?

– Есть объект, которым управляют (рисунок 2.7). На него через исполнительный орган подается управляющее воздействие. Информация о состоянии объекта по цепи обратной связи поступает на управляющий орган, который выдает управляющие сигналы на исполнительный орган. Очевидно, что самым сложным с точки зрения функционирования, является управляющий орган, так как на него возложено одновременное и оптимальное управление, прием информации от внешней среды, прием информации от объекта.

– В управлении всегда решается задача с определенной целью (целевой функцией). Решение на выдачу того или иного управляющего воздействия принимается согласно теории принятия решения. Как правило, целевую функцию в моделях описывают математически, задают параметры и ограничения, временные характеристики. Тогда оптимальность управления достигается в обеспечении экстремума выходных характеристик при определенных входных воздействиях.

– Без информации нет управления.

Информация нужна и внешняя, и внутренняя (о состоянии объекта). Это информация полезная. Есть и информация в виде возмущающих воздействий (неверная, ложная, ненужная, избыточная и т.д.).

Циркуляция информации происходит в информационной системе (ИС), которая является как бы кровеносными сосудами в структуре элементов управления.

Основу информационной системы составляет база данных, в которой хранится большая по объему информация о какой-либо предметной области.

В неавтоматизированном варианте примером информационной системы является книжный каталог библиотеки. В настоящее время все большее развитие приобретают автоматизированные информационные системы. Ее элементы показаны на рисунке 2.7. Пользователь из органа управления выдает запрос в ИС. Этот запрос расшифровывается, формируется поисковое предписание (или поисковый образ), представляющее задание для процедуры поиска в базе данных. Поиск в базе данных осуществляется блоком поиска.

Рисунок 2.7 – Структурная схема АИС

Проанализируем понятие ИНФОРМАЦИЯ

Отличительной чертой человеческого общества является то, что в течение длительного времени основным предметом труда оставались материальные объекты. Воздействуя на них, человек добывал себе средства к существованию, и на протяжении многих веков решалась задача усиления мускульных возможностей человека с помощью различных инструментов, агрегатов и машин. На это была направлена механизация производства, которая стала интенсивно внедряться в наличие двадцатого века. Развитие человеческого общества практически на всех этапах проходило на основе технического прогресса. Это и овладение огнем, и использование паровых машин, и проникновение в тайны атомной энергии, и т. п.

Повышению производительности труда способствовала автоматизация. В процессе формирования трудовых коллективов возникла необходимость обмена знаниями. Первоначально знания передавались устно из поколения в поколение.

Появление письменности позволило по-новому показать накопленные знания: представить их в виде информации.

2.2 Понятие о данных и информации

В этом разделе рассмотрим и обсудим два основных понятия – это данные и информация, их взаимосвязь. Еще раз подчеркнем, что с философской точки зрения эти понятия однозначно и до конца не определены. Чтобы отличить базу данных от овощной базы необходимо, прежде всего, дать определение данных.

Данными называют описание в сознании человека предметов, событий и явлений окружающего мира. Существуют три основных формы описания и дальнейшего представления данных:

– символьная;

– текстовая;

– графическая.

Символьная форма, основанная на использовании символов – букв, цифр, знаков, является наиболее простой, но она практически применяется только для передачи несложных сигналов и различных событий. (Например – сигналы светофора).

Более сложной является текстовая форма, в которой, как и в предыдущей форме, используются символы – буквы, цифры, математические знаки. Однако информация заложена не только в этих символах, но и в их сочетании, порядке следования. Удобство текстовой информации обусловлено взаимосвязью текста и речи человека.

Самой емкой и сложной является графическая форма представления информации. К этой форме относятся виды природы, фотографии, чертежи, схемы, рисунки.

Говоря о формах информации важно еще раз подчеркнуть свойство нематериальной информации – для ее существования обязательно должен быть какой-либо материальный объект: свет, воздух, вода, электрический ток, эфир электромагнитных колебаний и т. д.

Итак, носителем информации может быть как непосредственно наблюдаемый физический объект, так и энергетический субстрат. В последнем случае информация представлена в виде сигналов световых, звуковых, электрических и т. д.

При отображении на носителе информация кодируется, т.е. ей ставится в соответствие форма, цвет, структура и другие параметры элементов носителя.

Примеры:

1 Почему человек различает цвета воспринимаемого изображения? Потому, что простой белый цвет имеет частотные составляющие спектры электромагнитных колебаний для цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего, фиолетового. Сетчатка глаз способна различать частотные спектры цветности и сообщать сведения в мозг человека.

2 Книга – носитель кодированной последовательности букв, цифр, символов, графики. Читая книгу, мы как раз и воспринимаем информацию, записанную на ее страницах, в виде кодовых комбинаций (слов), состоящих из последовательности символов (букв, цифр) принятого алфавита. То же самое можно сказать и относительно информации, сообщаемой в процессе устной речи.

В теории информации особого внимания заслужила наиболее стандартная и единая форма представления информации – двоичная форма. Она заключается в записи любой информации в виде последовательности только двух символов: 1, или «да», или «истина»; 0, или «нет», или «ложь». В ЭВМ эти символы обозначаются наличием либо отсутствием в рассматриваемой точке электрического или магнитного импульса. В этом случае реквизитом информации, т.е. самой малой порцией информации (меньше не может быть) является ответ на любой вопрос в виде «да» или «нет». Эта порция определяет единицу измерения информации, называемую «битом». Последовательность битов может иметь различную разрядность. Запись нулей и единиц производится по правилам кодирования, используемых в ЭВМ.

Поясняя определение данных, мы непроизвольно стали использовать термин информация. Уясним взаимосвязь этих двух терминов.

Мы с вами уяснили, что информация – это первичное понятие, точного определения которого не существует.

Существует четыре основных направлений толкования термина информация:

1 Информация – это смысл полученного сообщения, его интерпретация.

Пример учителя и ученика. Учитель имеет информацию о предмете. С помощью сообщений (рассказ с показом, демонстрация) передает ученику сведения, данные. Ученик получает сообщения и усваивает их. То, что он понял со своей точки зрения и есть информация. Степень адекватности реальному образу проверяется учителем контрольным опросом. В этом отношении компьютер никогда не оценивает смысл информации, ему все равно с какими данными работать. Только человек имеет возможность получить информацию на основе данных компьютера.

2 Информация – это как содержание сообщений, так и само сообщение, данные. В этом смысле примером может служить книга с ценными для потребителя сведениями, газета, кодограмма и т. п.

3 Некоторые ученые и, прежде всего, философы считают, что информация -это третья составляющая основ мироздания (материя, энергия и информация).

Н. Винер в одной из работ написал: «Информация и есть информация, а не материя и энергия».

4 В математической теории информации понятие информация определяется только для случайных событий. В этом отношении информация – это то, что уменьшает неопределенность события.

Приведем пример: Компьютер с помощью генератора случайных чисел выдал число от 1 до 16. Наша задача угадать это число. Мы задаем вопросы компьютеру, а он отвечает «да» (истина, 1) или «нет» (ложь, 0). За какое минимальное количество вопросов можно отгадать число? Сколько нужно информации, чтобы угадать загаданное число? Неопределенность равна 16. Первый вопрос: задуманное число меньше 8? Ответ «да» или «нет» уменьшает неопределенность в два раза и мы получаем информацию, равную одному биту. Если число находится в пределах от 1 до 8, то мы задаем вопрос: число меньше 4? Получаем ответ и еще один бит информации и т. д. Итого, количество информации, необходимое для угадывания числа равно 4 битам.

Подведем итоги и решим проблемный вопрос в однозначном понятии информации:

1. Под словом «информация» (в переводе с латинского «Jnformation») понимается разъяснение, изложение, чего-либо, сообщение о чем-либо.

2. Ответьте на вопрос – материальна или нематериальна информация? Будем понимать так, информация не материальна, но информация является свойством материи и не может существовать без своего материального носителя – средства переноса ее в пространстве и во времени.

Рассмотрим взаимосвязь двух понятий – данных и информации. Если рассматривать процесс передачи данных от источника данных до потребителя (рисунок 2.8), то можно сделать вывод о том, что источник в виде базы данных содержит большое количество различных и неупорядоченных данных, а потребителю информации нужна определенная и необходимая ему информация о конкретной предметной области.

Рисунок 2.8 – Взаимосвязь данных и информации

Исходя из данной взаимосвязи, мы можем дать свое определение информации. Информация – это необходимые для получателя данные, переданные по каналу связи от источника данных своевременно и достоверно.