Систематический курс 11 класс Для классов гуманитарного профиля Допущено

Вид материала

Учебник

Содержание Информационная система Информационная система Автоматизированная информационная система

Подобный материал:

• Элективный курс по химии 10-11 класс для профильного обучения. «Введение в биохимию, 103.1kb.
• Программа курса химии для школ и классов гуманитарного профиля (третья ступень обучения), 99.49kb.
• Элективный курс «русская речь: развитие речи», 57.53kb.
• Программа дополнительного образования, 78.63kb.
• Программа элективного курса "Издательское дело", 73.93kb.
• Систематический курс (в трёх томах) Том, 7018.51kb.
• Зимина Ирина Викторовна 2010 год пояснительная записка, 94.37kb.
• Желябовская Татьяна Олеговна, учитель русского языка и литературы моу сош №1 города, 61.66kb.
• Курс лекций по организации производства на предприятиях отрасли, 1731.03kb.
• Пояснительная записка к программе «Страноведение. Великобритания» для учащихся 9-х, 65.3kb.

Пример. Телевизор — это относительно сложная техническая сис­тема. Но только подключенный к системе телевещания он становится подсистемой информационной системы.

Пример. Велосипед — техническая система. Велосипедист, ката­ющийся на велосипеде, составляет с ним простую социо-техническую информационную систему. Ее информаци­онный характер обусловлен тем, что в процессе езды велосипедист получает и обрабатывает информацию о со­стоянии внешней среды и самой системы (препятствия на дороге, наличие автомобилей или других велосипеди­стов, сила ветра, собственная усталость, исправность уз­лов велосипеда и пр.) и использует ее для регулирования и направления поведения системы.

Пример. Аппаратная часть компьютера — достаточно сложная техническая система, но только в совокупности с про­граммным обеспечением она представляет собой инфор­мационную техническую систему. Система, состоящая из компьютера и работающего с ним пользователя, отно­сится уже к классу информационных социотехнических систем.

Пример. Когда мы говорим о сети Интернет, как о большой и сложной социотехнической информационной системе, мы имеем в виду не только технические средства теле­коммуникации, но и информационные ресурсы сети, разработчиков, администраторов и пользователей сети.

В информатике термин «информационная система» испо­льзуется в более узком смысле. Под информационными по­нимают системы, предназначенные для хранения инфор­мации в специальным образом организованной форме, снабженные процедурами ввода, размещения, обработки, поиска и выдачи информации по запросам пользователей.

Далее, если не будет оговорено специально, мы будем рас­сматривать информационные системы, понимаемые в узком смысле. Сама идея таких ИС и некоторые принципы их ор­ганизации возникли задолго до появления ЭВМ. Возможно-

сти компьютеров повышают эффективность использования информационных систем, значительно расширяют сферу их применения, позволяют автоматизировать основные проце­дуры по размещению, обработке и поиску информации в си­стеме.

Информационные системы, созданные на базе использо­вания возможностей компьютера, как правило, являются автоматизированными информационными системами (АИС).

В целом под автоматизированной информационной систе­мой понимается совокупность информационных массивов, технических, программных и языковых средств, предназна­ченных для сбора, хранения, поиска, обработки и выдачи данных по запросам пользователей.

Автоматизированные информационные системы приме­няется практически во всех сферах человеческой деятельно­сти: в управлении предприятием, учреждением, производст­вом; при организации научных исследований; в библиотеч­ном деле, в обучении, при выполнении конструкторских и проектных работ.

Автоматизированные информационные системы бывают самого разного вида. Приведем наиболее распространенные из них:

• измерительные — используются для автоматического (с помощью специальных датчиков) сбора информации о состоянии и параметрах интересующего объекта. Без из­мерительных АИС не обходится сейчас работа ни одной атомной электростанции, ни одного вредного для челове­ка химического производства. Используются измеритель­ные АИС в медицине, метеорологии, сейсмологии, при организации космических полетов и так далее;
  
• информационно-справочные (ИСС) — разнообразные электронные словари, электронные энциклопедии, элект­ронные записные книжки и пр.;
  
• информационно-поисковые системы (ИПС) — наиболее известными среди которых являются всемирная паутина (WWW) с соответствующими поисковыми системами (Aport, Rambler, AltaVista, Yahoo! и др.) и юридические ИПС, предназначенные, преимущественно, для хране­ния документов официального характера, а именно, за­конов, положений, инструктивных писем, изданных за­конодательными и исполнительными государственными органами;
  

• ИС, обеспечивающие автоматизацию документооборо­та и учета. Чаще всего эти системы используются для организации документооборота на предприятиях, но, на­пример, программные средства, обеспечивающие работу с пользователя компьютера с файлами, тоже могут быть от­несены к классу автоматизированных систем учета;
  
• системы автоматизированного проектирования (САПР), содержащие наряду с другими компонентами бо­льшие массивы справочной технический информации (го­сударственные стандарты, санитарные нормы и правила, технические условия и пр.), алгоритмы проведения рас­четов определенных параметров и другую информацию;
  
• системы автоматизации научных исследований —
  

снабжены средствами для построения информационных моделей самого разного вида;

• экспертные системы (ЭС) и системы поддержки при­нятия решений (СППР). Их основу составляют базы зна­ний (БЗ) по конкретной предметной области. Данные сис­темы активно используются при планировании и составлении долгосрочных прогнозов в промышленности, для постановки диагноза в медицине, для выбора наибо­лее вероятной версии в юриспруденции и так далее;
  
• автоматизированные системы управления (АСУ). Это широкий класс информационных сисстем, к которым от­носятся и системы управления отдельным технологиче­ским процессом (АСУТП) и системы управления всем предприятием (АСУП) и системы управления целой от­раслью общественного производства (АСУО);
  
• геоинформационные системы (ГИС). В них информация об объектах упорядочена в соответствии с пространствен­ным размещением объектов, представленных чаще всего на географических картах;
  
• обучающие АИС — всевозможные электронные учебни­ки, компьютерные тесты, обучающие программы, а так­же тренажеры, имитирующие работу какого-то устройст­ва (самолета, автомобиля и пр.).
  

Заметим, что деление автоматизированных информаци­онных систем на виды достаточно условно, и реальная АИС может сочетать в себе возможности систем разного вида.

Пример. Тренажеры, созданные для обучения пилотов, имеют и измерительные датчики, и программы, моделирующие различные полетные условия, и необходимые справоч­ные системы.

Автоматизированная информационная система может ис­пользоваться как самостоятельно функционирующее средст­во, а также как составная часть (подсистема) другой АИС.

Пример. Библиотечные ИПС, системы резервирования авиа- и же­лезнодорожных билетов являются автономными автома­тизированными информационными системами. Система автоматизированного учета времени, отработан­ного сотрудником, является подсистемой автоматизиро­ванной системы начисления заработной платы, которая, в свою очередь, является подсистемой АИС бухгалтер­ского учета.

Автоматизированные информационные системы развива­ются в настоящее время быстрыми темпами, повышается объем их хранилищ, совершенствуются механизмы, расши­ряется перечень услуг, предоставляемых пользователю.

Пример. Если вы работаете с текстовым процессором Word 2000, то испытали на себе его «интеллектуальные» возможно­сти. Например, стоит набрать в начале абзаца «1.» и да­лее какой-то текст, и после нажатия клавиши ввода сис­тема предложит вам начало следующего абзаца — «2.». Иногда это бывает удобно. Если вы не хотели оформлять этот фрагмент текста списком, то вам потребуется пред­принять определенные действия, чтобы исправить по­следствия нежелательной «помощи».

Существует отдельное направление в развитии програм­много обеспечения — системы искусственного интеллекта.

Термин «искусственный интеллект» вызывает много на­реканий со стороны философов, психологов, педагогов. В этом направлении развивается робототехника, системы ав­томатизированного управления, поисковые системы глоба­льных компьютерных сетей и так далее. Результаты, полу­ченные при создании и эксплуатации систем искусственного интеллекта, используются сейчас во многих автоматизиро­ванных информационных системах.

Важнейшими подсистемами автоматизированных инфор­мационных систем являются базы и банки данных (БД и БнД), а относящиеся к классу систем искусственного интел­лекта — базы знаний (БЗ).



Информационная система, понимаемая в широком смыс­ле, — это система, некоторые элементы которой являются информационными объектами (тексты, графики, формулы, сайты, программы и пр.), а связи носят информационный характер.

Информационная система, понимаемая в узком смыс­ле, — это система, предназначенная для хранения информа­ции в специальным образом организованной форме, снаб­женная средствами для выполнения процедур ввода, размещения, обработки, поиска и выдачи информации по запросам пользователей.

Автоматизированная информационная система (ЛИС) — это совокупность информационных массивов, технических, программных и языковых средств, предназначенных для сбора, хранения, поиска, обработки и выдачи данных по за­просам пользователей.

Запрос — формализованное сообщение, поступающее на вход системы и содержащее условие поиска данных.

Автоматизированные информационные системы (АИС) — это информационные системы, работа которых направляет­ся и регулируется человеком, а основные процессы выпол­няются автоматически — по заданному алгоритму, без учас­тия человека.

Большинство современных автоматизированных инфор­мационных систем созданы на базе использования возмож­ностей, предоставляемых компьютером и компьютерными сетями.

Важными компонентами автоматизированных информа­ционных систем являются базы и банки данных (БД и БнД).

Важными компонентами автоматизированных информа­ционных систем, относящихся к классу систем искусствен­ного интеллекта, являются базы знаний (БЗ).

Виды автоматизированных информационных систем (АИС):

• измерительные АИС;
  
• информационно-справочные системы (ИСС);
  
• информационно-поисковые системы (ИПС);
  

• ИС, обеспечивающие автоматизацию документооборота и учета;
  
• системы автоматизированного проектирования (САПР);
  
• системы автоматизации научных исследований;
  
• экспертные системы (ЭС) и системы поддержки принятия решений (СППР);
  
• автоматизированные системы управления (АСУ);
  
• геоинформационные системы (ГИС);
  
• обучающие АИС.
  

Задание 1

Приведите примеры технических систем и информационных технических систем. Выделите информационные компоненты последних.

Задание 2

В последнее время в системе образования все шире распростра­няется такая форма контроля знаний, как тестирование. В перс­пективе все тестирование планируется проводить при помощи компьютеров. Компьютерный тест — это небольшая автоматизи­рованная информационная система. Подумайте и сформулируй­те преимущества и недостатки использования такого рода авто­матизированной информационной системы в обучении.

Задание 3

Основываясь на определении информационной системы (в узком смысле), обоснуйте, что следующие системы являются автомати­зированными информационными системами:

а) файловая система компьютера;

б) текстовый редактор в совокупности с файлами, с которыми он
может работать;

в) электронная энциклопедия;

г) электронная почта;

д) chat (IRC — параллельные беседы в Интернете).

Задание 4

Для управления файловой системой существуют специальные программы (Norton Commander, Dos Navigator, FarManager, Диспетчер файлов, Мой компьютер и др.) К какому виду инфор­мационных систем (измерительные, справочные и пр.) вы бы от­несли систему, включающую в себя файлы, каталог файлов, про­грамму управления файлами? Ответ обоснуйте.

Какие запросы могут возникнуть у пользователя к этой системе? Какие средства ему предоставлены для формулирования запроса? Приведите примеры запросов пользователя, формируемых сред­ствами программы управления файлами, установленной на ва­шем компьютере.

Задание 5

При сканировании текстов для их перевода из графического фор­мата в текстовый используются программы оптического распо­знавания символов (OCR), например, FineReader. Можно ли это программное средство отнести к классу систем искусственного интеллекта? Ответ обоснуйте.



Технические системы могут быть информационными или неинформационными. А могут ли социальные системы, то есть системы, основные элементы которых — отдельные люди или группы людей, не быть информационными? Ины­ми словами, существуют ли неинформационные социальные системы?



При поиске информации в Интернете часто возникает проблема, как сформулировать поисковый запрос. Ведь в любом языке много синонимов и многозначных слов, и включив в запрос ключевые слова, которые имеют много разных значений, вы можете получить ссылки на докумен­ты, в которых речь идет совершенно не о том, что интересу­ет вас.

В настоящее время разрабатываются системы, осуществ­ляющие интеллектуальный поиск и интеллектуальную об­работку текстов. Они характеризуются такими свойствами, как чувствительность к контексту и поиск «похожих» тек­стов и текстов, соответствующих смыслу (а не только форме) запроса — без обязательного наличия в них запрошенных слов. Эти системы и предлагают пользователю дополнитель­ную, не запрошенную явно информацию.

Для реализации этих свойств используются различные механизмы: нейросети, генетические алгоритмы, методы «коллективной фильтрации», системы эвристических пра­вил и др.

Такие системы могут использоваться по разному назначе­нию, в частности, для воспроизведения содержания докумен­тов в иных формах. Это, например, автоматическое рефери­рование, то есть выявление сути документа и краткое ее формулирование, или выделение основных положений доку­мента (тезисов), или отображение содержания документа в виде схемы понятий. С помощью этих систем можно выде­лить из текста информативные элементы различного вида — количественные показатели, собственные имена, особо ин­формативные фразы. Эти системы помогут пользователю ин­формационной системы отсортировать документы в соответс-вии с решаемой задачей, распределить их по классам, определить, к какой категории относится документ и пр.



Вы знаете, что объекты могут быть естественными или искусственными (конструктивными, созданными человеком или группой людей). Соответственно можно говорить о есте­ственных и конструктивных системах, а также о естествен­ных и конструктивных информационных системах.

Достаточно распространеным в настоящее время являет­ся подход, в соответствии с которым естественные информа­ционные системы отождествляются с живыми системами. Иными словами, любая живая система — это система ин­формационная. Рассмотрим аргументы сторонников этого подхода.

Система сохраняет свою целостность, если связи между элементами системы сильнее, чем их связи с внешней сре­дой. Кроме того, любой системе присущи как системообра­зующие связи, так и системоразрушающие. В том случае, когда мощность системоразрушающих внешних воздейст­вий и системоразрушающих внутренних связей больше мощности системообразующих связей, система оказывается нестабильной и без дополнительных стабилизирующих фак­торов будет со временем разрушена, например, государство

в период кризиса. Возможным стабилизирующим фактором может быть наличие в системе соответствующих управляю­щих процесссов (и наличие подсистем, реализующих эти процессы), которые бы фиксировали системоразрушающие связи и результат их воздействия на систему и осуществля­ли бы соответствующие защитные, компенсирующие дейст­вия. Но для того, чтобы управлять некоторым объектом (си­стемой, процессом), нужно знать текущие значения его параметров, оптимальные значения параметров, необходи­мые для сохранения и развития ситемы, способ (алгоритм) приближения текущих значений параметров к оптималь­ным. Иными словами, для реализации управляющих функ­ций система должна принимать информацию, уметь ее обра­батывать, то есть система должна быть информационной. То есть только информационные системы способны к самоуп­равлению, саморегуляции, адаптации к внешним и внутрен­ним воздействиям. Свойство саморегуляции присуще жи­вым системам, а вот естественные системы неживой природы, как считается, им не обладают.

Различают два способа обеспечения целостности систем: энергетический и негэнтропийный (информационный). При первом способе развития обеспечивается отбор и сохранение систем, обладающих большей энергией внутренних связей. При втором способе развития сохраняются те системы, кото­рые обладают многообразием способов поведения в ответ на разнообразные внешние воздействия, то есть наибольшим запасом негэнтропии (информации), возрастающим в про­цессе развития системы.



2.1. Программное обеспечение компьютера



Компьютер — это формальный исполнитель команд, ко­торые задает ему пользователь. Задать команды можно раз­ными способами. Например, можно ввести одну команду, подождать, пока она выполнится, затем ввести следующую и так далее. Мы так и поступаем, когда сохраняем файл, ко­пируем его на другой носитель или выводим на печать. Но то, что для нас является одной командой, для компьютера разворачивается в целую программу действий.

Пример Вы хотите посмотреть, что у вас есть на дискете. Это мож­но сделать с помощью дисковода, но учтите, что дисковод (НГМД — накопитель на гибких магнитных дисках или floppy-дисковод) «понимает» только такие элементарные операции, как включить/выключить двигатель дисково­да, установить читающие головки на определенную до­рожку, выбрать определенный сектор, прочесть информа­цию с дорожки диска и скопировать ее в оперативную память компьютера и т. д. Поэтому даже для чтения ин­формации с дискеты компьютер выполняет несколько де­сятков элементарных команд дисковода. И у каждого устройства есть свой набор команд, свой «язык».

Стоит также заметить, что ввод команд человеком зани­мает достаточно много времени по сравнению со скоростью их выполнения компьютером. Чтобы избежать простоев процессора, неизбежных, когда команды вводятся пользова­телем «вручную», целесообразно подготовить сначала зада-

ние, включающее в себя серию последовательных команд, на каком-либо внешнем устройстве, а затем уже загружать это задание для его выполнения. Такое заранее подготовлен­ное задание, написанное на языке, понятном компьютеру, называется программой.

Уже при разработке первых ЭВМ были сформулированы основные принципы их работы. К ним относятся:

1. Принцип программного управления работой ЭВМ. Ре­шение поставленной задачи реализуется в полном соот­ветствии с программой, которая заранее составлена и вве­дена в память компьютера. Программа — это последовательность команд.
   
2. Принцип хранимой программы. Команды представля­ются в числовой форме и хранятся в том же запоминаю­щем устройстве, что и обрабатываемые с их помощью данные.
   
3. Принцип условного перехода. Он означает возможность в процессе выполнения программы менять последовате­льность действий в зависимости от полученных промежу­точных результатов.
   
4. Принцип использования двоичного кодирования. При­меняется для представления информации любого вида (в том числе и программ).
   
5. Принцип иерархичности запоминающего устройства (ЗУ). Наиболее часто используемые программы и данные хранятся в быстром ЗУ сравнительно малой емкости (ОЗУ), а более редко используемые — в медленном, но го­раздо большей емкости (ВЗУ).
   

Таким образом, в основе работы любого компьютера ле­жит принцип программного управления.

Совершим краткий исторический экскурс.

Первоначально работа компьютера организовывалась так: заранее составлялась программа для решения каждой конкретной задачи. Команды этой программы последовате­льно вводились с пульта в память ЭВМ и затем выполня­лись. После того, как программа завершала свою работу (за­канчивала вычисления) вводилась следующая программа и так далее. Когда быстродействие процессоров и объем опера­тивной памяти возрасли, такой метод стал существенной по­мехой на пути эффективного использования возможностей ЭВМ. Появились специальные устройства для подготовки программ и данных, в частности, перфораторы, позволяю­щие перенести составленную программу на перфокарты и

перфоленты, а вместо пульта для ввода программы в память ЭВМ стали использоваться устройства для быстрого считы­вания информации с этих носителей. Процесс ввода про­грамм ускорился. Затем несколько отдельных программ ста­ли объединять в пакеты заданий. Чтобы сообщить ЭВМ, что одна программа закончилась и начинается другая, появился язык управления заданиями.

С ростом быстродействия компьютера и появлением маг­нитных носителей (магнитных лент, магнитных барабанов, магнитных дисков) появилась возможность коллективного использования ресурсов компьютера. То есть несколько по­льзователей могли одновременно выполнять свои задачи и использовать по мере необходимости ресурсы ЭВМ — про­цессорное время, общую память на магнитных дисках, об­щие устройства вывода результатов (устройства печати) и пр. Возникла необходимость координировать их работу и, как результат, появились программы, обеспечивающие управление потоком заданий пользователей, управление ре­сурсами, защиту программ и данных и пр. Совокупность та­ких программ получила название операционной системы.

Совершенствовались и сами языки программирования. Чтобы пользователь мог составлять программу, ориентируясь не на конкретную ЭВМ, а на специфику решаемой задачи, разрабатывались такие среды программирования, которые позволяли составлять программы, где один оператор соответ­ствовал целому набору действий. Для выполнения таких про­грамм часть памяти отводилась для хранения основных про­граммных модулей самой среды программирования, с помощью которой программа пользователя переводилась на язык элементарных команд, понятных процессору.

Программисты составляли программы для решения са­мых разных задач. Из наиболее удачных и эффективных программ стали создаваться библиотеки прикладных про­грамм. Сначала в этих библиотеках хранились программы, необходимые для проведения тех или иных расчетов, но за­тем появились программные средства, позволявшие решать свои задачи пользователю, не знающему языков программи­рования. Да и сам круг задач расширился: кроме проведе­ния рассчетов можно было создавать базы данных, работать с текстовыми документами. С появлением графических дис­плеев и матричных принтеров появилась возможность рабо­тать с графикой. Дальнейший рост мощности компьютеров позволил полноценно обрабатывать звуковую информацию, создавать мультимедийные объекты. То есть круг при-

кладных программ расширился очень существенно и сей­час составляет значительную часть программного обеспе­чения.

Программное обеспечение современного компьютера очень разнообразно в соответствии с многообразием задач, решаемых пользователями с его помощью, и множеством операций, выполняемых устройствами компьютера. Все программные модули взаимосвязаны через управляющие (системные) программы. Часть модулей работает во взаимо­действии с пользователем, часть — автоматически. Каждая из программ выполняет свою функцию, а все вместе они обеспечивают автоматизированное выполнение информаци­онных процессов при решении задач пользователей. Таким образом программное обеспечение компьютера — это авто­матизированная информационная система, достаточно боль­шая и сложная.

Современные программы состоят, как правило, из боль­шого числа модулей, а потому вместо термина «программа» чаще используются термины «программное средство» (ПС) и «пакет программ».

Какие же