Среда. Вход и выход системы. «Черный ящик»



Всякая система представляет собой некоторый объект, который можно выделить из окружающей среды.

Система взаимодействует с окружающей средой: среда оказывает влияние на систему, а система — на среду. Воздействия среды на систему называют входами (или входом) системы, а воздействия системы на среду — выходами (или выходом) системы. Здесь «воздействие» понимается в самом широком смысле. Это могут быть материальные объекты, которыми обмениваются среда и система, физическое воздействие, информация. Например, автомат по продаже газет: на входе — монета, на выходе — газета; ручная мясорубка: на входе — мясо и вращение ручки, на выходе — фарш; сейф с кодовым замком; на входе — набор кода (информация), на выходе — доступ внутрь.

Для всякой системы можно перечислить множество входов и выходов, совсем не обязательно связанных с ее прямым назначением. Например, система «ручные механические часы». Ее входы — это верньер для завода часов и для перевода стрелок; но в то же время и пыль, грязь, вода, тряска, удары. Выходы — циферблат со стрелками, тиканье, вес, способ крепления на руке, способ изображения цифр на циферблате, точность хода и т.д. Для большинства реальных систем список входов/выходов бесконечен.

Мы часто не знаем, как данный объект устроен «внутри». Нам важно лишь знать, к каким результатам на выходе приведут определенные воздействия на входе системы. В таких случаях говорят, что система рассматривается как «черный ящик».

 Представить некоторую систему в виде черного ящика, это значит указать ее «вхо­ды» и «выходы», а также зависимость между ними. Такое описание позволяет целе­нап­равленно использовать данную систему. Например, всякие инструкции для поль­зова­телей сложной бытовой техники являются описаниями черного ящика. В них объясняется, что нужно сделать на входе (включить, нажать, повернуть и пр.), чтобы достичь определенного результата на выходе (постирать белье, получить фруктовый сок, выполнить вычисления и пр.). Однако, что при этом происходит «внутри» — не объясняется.

Для описания функционирования системы на формальном языке (математики, информатики) входы и выходы должны характеризоваться какими-то величинами. Чаще всего — это числовые величины, но могут быть и символьные. Величины, характеризующие входы и выходы системы, называются параметрами. Например, в использованном выше примере с автоматом по продаже газет, в качестве входного параметра можно определить номинал монеты (например, 2 рубля). Но если учесть, что автомат сработает и при опускании в него любой металлической пластинки той же формы, размера и веса, что и двухрублевая монета, то в качестве входных параметров следует принять три числа: диаметр, толщину и вес пластинки.

Если входные и выходные параметры являются числовыми величинами, то на языке математики связь между ними может быть задана в виде функций (формулы). Например, входные параметры: х1, х2; выходной — у. Связь между ними: у =F(х1, х2).

Структура. Информационная модель

Составные части системы называются элементами. В свою очередь, каждый такой элемент можно рассматривать как систему. По отношению к исходной системе ее называют подсистемой. Например, при поверхностном описании устройства компьютера его оперативную память можно рассматривать, как некую неделимую часть, предназначенную для хранения информации. Однако, если разбираться в вопросе о представлении в памяти различных типов данных, то приходится учитывать ее элементный состав (биты, байты).

Наряду с понятием «подсистема» существует понятие «надсистема». Надсистема— это система, включающая в себя рассматриваемую подсистему как элемент. Например, системный блок является подсистемой по отношению к компьютеру в делом и, в то же время, — надсистемой по отношению к входящему в него процессору.

Для полного описания системы недостаточно лишь перечислить ее элементный состав. Еще необходимо указать, как элементы системы связаны друг с другом. Именно наличие связей (еще говорят — отношений) превращает набор элементов в систему, обеспечивает возникновение системного эффекта. Наиболее близкие к понятию «система» — это понятия «организация», «порядок», «устройство», а противоположные — «путаница», «хаос», «беспорядок». Система — это упорядоченный набор элементов в противо­по­лож­ность беспорядочному (стена в противоположность куче кирпичей, шерстяные носки в про­ти­во­положность мотку шерсти, пластилиновая кукла в противоположность куску пластилина).

Структура системы— это графически представленный характер отношений (связей) между элементами системы. Структура может определять пространственное взаиморасположение элементов (например, линейная цепочка, звезда, кольцо, сеть с квадратными ячейками и пр.); вложенность или подчиненность (дерево для иерархических систем); хронологическую последовательность событий для сложных процессов, рассматриваемых как системы событий (линейная, ветвящаяся, циклическая).

Системный анализ— процесс исследования объекта и описание его в виде системы, т.е. результатом системного анализа объекта является описание его элементного состава и структуры. Кроме того, объект может рассматриваться как подсистема в совокупности его отношений с внешней средой (надсистемой).

В одной и той же системе можно выделить разные элементы — все зависит от точки зре­ния, от поставленной цели. При этом, каждому набору элементов будет соответствовать свой набор отношений (связей) связей между ними т.е. своя структура. Например, по внеш­ним признакам человек состоит из головы, туловища, рук и ног. Но в то же время человек сос­тоит из скелета, мышц, нервной системы, кровеносной системы и т.д. Связь между ру­ка­ми, ногами и туловищем совсем не та, что между скелетом, кровеносной системой и нер­ва­ми. Пользователь компьютера, работающий только с готовыми программами, имеет свое пред­ставление об устройстве компьютера, как системы, а представление профессионального программиста о составе и структуре ПК более подробное и адекватное.

 Информационная модель объекта — это его описание. Одному и тому же объекту можно поставить в соответствие разные информационные модели; все зависит от цели моделирования. Способы описания могут быть разными: вербальное (словесное), графическое, табличное, математическое и др.

Системная классификация

В психологии известно явление, которое получило название «магическое число 7±2». Суть его в том, что человек, имея дело с множеством объектов одновременно, может концентрировать свое внимание лишь на 5— 9 объектах.

Для упрощения работы с большим числом объектов был найден следующий способ; все множество надо поделить на несколько частей; каждую из эти частей опять поделить на части; те, в свою очередь, еще раз; и т.д. Таким образом, можно упростить ситуацию: свести большое множество объектов к набору маленьких. Например, пусть имеется набор из 1000 объектов. Поделим его на 7 частей, в каждой из которых будет примерно по 140 объектов. Каждую из этих групп еще раз поделим на 7 частей, после чего в каждой части будет уже только по 20 объектов. Если теперь такой двадцати элементный набор еще раз поделить на 7 частей, то в каждой из них окажется всего по 3 объекта. Нам понадобилось только три разбиения для того, чтобы от достаточно большого набора (в 1000 объектов) перейти к очень маленькому (всего в 3 объекта), легко воспринимаемому человеком.

Деление большого множества на подмножества следует вести не беспорядочно, а по каким-то признакам. Деление большого множества на части, (подмножества) таким образом, чтобы объекты, входящие в одно подмножество, имели бы не менее одного общего признака, называется классификацией. Подмножество объектов, имеющих общие признаки, называется классом. Признаки, по которым один класс отличается от другого, называется основанием классификации.

С точки зрения системологии классификация есть не что иное, как структурирова­ниеисходного неупорядоченного множества, т.е. превращение его в систему. На место пута­ни­цы приходит порядок. Процесс превращения множества объектов в систему называется систематизацией.

Главное свойство системы — возникновение системного эффекта — нового качества, ко­торого не было у составных частей исходного набора. Какое же новое качество появляется в результате структурирования множества? Это свойство можно назвать обозримостью или познаваемостью. Разобраться в огромном неупорядоченном множестве объектов трудно или не­возможно, а в систематизированном — легко.

Классификацией (систематизацией) объектов каждый из нас занимается постоянно, когда разделяет одежду, посуду, книги и т.д., а внутри этих классов разделяет зимние пальто, летние платья и костюмы, стаканы, кастрюли, ложки и тарелки и т.д.

Систематизированы книги в библиотеке, экспонаты в музее, товары в магазине, преступления в уголовном кодеке, поезда в расписании, дни в году.

Систематизация знаний — основа всех наук. Начало многих наук связано с именем великого древнегреческого ученого Аристотеля, который жил в 4 в. до н.э. Вместе со своими учениками Аристотель проделал колоссальную работу по классификации накопленных к тому времени знаний, разделил их на несколько частей и дал каждой свое название. Именно тогда появились на свет физика и биология, экономика и логика.

 Другие известные научные классификации: систематизация математических знаний Ев­кли­дом (3 в до н.э.), классификация живых существ Карлом Линнеем (1735 г.), класс­си­фи­ка­ция химических веществ Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1869 г.), деление звездного неба на созвездия.

Последний пример интересен тем, по какому основанию проведена классификация звезд. Если в системах Евклида, Линнея, Менделеева деление объектов на классы про­во­ди­лось по определенным существенным свойствам, то деление неба на участки-созвездия проводилось по признакам, которые к самим звездам явно не имели никакого отношения.

 


Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1009; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!