Классификация по типам пользовательского интерфейса
Информационные технологии классифицируются по типам пользовательского интерфейса.
Можно выделить системный и прикладной интерфейс.
Прикладной интерфейс связан с реализацией функциональных информационных технологий.
Системный интерфейс - это набор приемов взаимодействия с компьютером, который реализуется операционной системой или ее надстройкой.
МОДЕЛИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕДАЧИ, ОБРАБОТКИ, НАКОПЛЕНИЯ ДАННЫХ
Под информационным процессом понимается процесс взаимодействия между двумя объектами материального мира, в результате которого возникает информация.
Сообщение, отображающее информацию, всегда представляется в виде сигнала. Под сигналом понимается изменение состояния некоторого объекта.
В зависимости от среды объекта сигналы могут быть механические, электрические, световые и т. д. Можно считать, что сигналы являются отображением сообщений. Но возможен и обратный процесс. От материального объекта поступает сигнал, который далее становится источником сообщения.
От объекта управления могут поступать статические и динамические сигналы. Статические сигналы отображают устойчивое состояние объекта - это положение элементов в системе, состояние прибора, текст в документе. Эти сигналы участвуют в процессах подготовки, хранении, накоплении информации.
Динамические сигналы характеризуют быстрое изменение во времени, они могут отображать изменения электрических параметров системы. Они участвуют в процессах передачи информации и в управлении.
На логическом уровне сигналы разделяются на непрерывные и дискретные. Непрерывный сигнал отображается непрерывной функцией. Физически он представляет собой непрерывно изменяющееся значение колебаний.
Дискретный сигнал определяется конечным множеством значений, которое отражает определенное состояние физического объекта.
При формализацииреальные сигналы представляются следующими видами функций:
- Непрерывная функция непрерывного аргумента. Функция f(t) непрерывна на всем отрезке ее рассмотрения. Она описывает реальный сигнал в любой момент времени своим мгновенным значением, при этом никаких ограничений на выбор значений функция в момент времени не накладывается.
- Непрерывная функция дискретного аргумента. Функция f(ti) непрерывна, но определяется лишь для дискретных моментов времени ti, которое выбирается с шагом квантования по времени ∆t. Шаг квантования задается исходя из свойств исходного физического процесса. Такая функция применяется при переходе от непрерывного представления сигнала к дискретному на основе теоремы Котельникова. Это процесс квантования непрерывной величины по времени.
- Дискретная функция непрерывного аргумента. Функция fi(t) определяется набором конечных дискретных значений на всем интервале времени t для любого его момента. Дискретизация функции происходит за счет выбора определенной шкалы квантования по уровню. Реальный физический процесс переводится в непрерывный дискретизированный процесс с заданным шагом квантования по амплитуде. При этом шаг может быть равномерным и неравномерным. Функция fi характеризуется набором дискретных отсчетов. При этом кодирование осуществляется с помощью специальных кодов.
- Дискретная функция дискретного аргумента. Функция fi(ti) может принимать дискретные значения бесконечного множества и определяется лишь в моменты времени ti. В этом случае осуществляется квантование по времени и квантование по уровню. Физический процесс преобразуется в дискретизированный непрерывный процесс с определенным шагом квантования.
Исходный сигнал, снимаемый с реального объекта, по своей природе имеет непрерывный характер. Для повышения точности измерения он превращается в набор дискретных значений. Как непрерывный, так и дискретный сигналы, далее преобразуются в сообщения. Это начало информационного процесса.
Последующая процедура, связанная с передачей - это обратная преобразование сообщения в сигналы. Мы уже неоднократно упоминали назначение информационных процессов - сбор, подготовка, передача, хранение, накопление, обработка, представление информации.
Информация, переданная в систему ИТ, превращается в данные, а данные отображаются в виде некоторого носителя - сигнала, то есть непрерывная цепь преобразований: материальный объект → сигнал → информация → данные → сигнал.
Сигнал, возникающий как переносчик данных, должен обладать свойствами, соответствующими рассматриваемому информационному процессу. При подготовке данных сигнал, отображающий данные - это символы, соответствующие принятой системе классификации и кодирования.
При передаче в качестве сигнала выступает переносчик. Воздействуя на параметры переносчик (модулируя) можно осуществить передачу данных на требуемое расстояние по выбранному каналу.
При хранении данные отображаются сигналом, фиксируемым в виде состояния физической среды (ячеек памяти) вычислительных средств.
Характеристики сигналов
Любой динамический сигнал, отображающий сообщение, может быть оценен физическими характеристиками:
T - длительность сигнала
F - ширина спектра сигнала
H - превышение сигнала над помехой.
Знаний именно этих характеристик необходимо для оценки возможности реализации сигналов на определенных программно-аппаратных средствах. При этом сравнивают физические характеристики сигналов с физическими характеристиками той системы, в которой реализуется информационный процесс.
Характеристика V=TFH представляет собой обобщенную характеристику сигнала и может быть идентифицирована как объем сигнала. Объем относится к определенному информационному процессу.
Выбор хранимых данных
Информационный фонд системы управления должен как минимум обеспечить получение выходных наборов данных из входных с помощью алгоритмов обработки и корректировки. Это возможно, если создана корректная инфологичесая модель предметной области. ИЛМ позволяет построить каноническую схему информационной базы, от нее перейти к логической схеме (даталогическая модель) и далее к физическому уровню реализации. Инфологической (концептуальной) моделью ПО называется такое ее описание, где не ориентируются на возможные программные и технические средства. Принципы построения ИЛМ известны. Однако для построения информационной базы одной ИЛМ недостаточно.
Необходимо провести анализ информационных потоков для установления связи между элементами данных. Нужно оценить их группировки в наборах входных, промежуточных и выходных данных, исключить избыточные связи и элементы данных. Получаемая в результате такого анализа безызбыточная структура называется канонической структурой информационной базы. Она является одной из форм представления ИЛМ. Для анализа информационных потоков в системе исходными являются данные о парных взаимосвязях, или отношениях (т.е.: есть отношения или нет отношений) между элементами или наборами элементов. Информационные элементы - различные типы входных, промежуточных и выходных данных, которые образуют соответствующие наборы:
1. N1 - наборы входных элементов данных
2. N2 - наборы промежуточных элементов данных
3. N3 - наборы выходных элементов данных.
Формализовано связи (то есть парные отношения) между наборами информационных элементов представляются в виде матрицы смежности В. Матрица смежности - это квадратная бинарная матрица, которая проиндексирована по обеим осям множествам информационных элементов.
D={d1, d2, ...ds}, где s - число информационных элементов. Запишем матрицу В:
- qij=1, если между di и dj отношения существуют;
- qij=0, если не существуют;
- i= 
; j= .
В позиции ij матрицы смежности записывают 1(qij=1), если между информационными элементами dj и di существует отношение R0. R0 таково, что для получения значения информационного элемента dj необходимо обращение к элементу di. Наличие такого отношения между di и dj обозначают: dj R0 di.Этому соответствует dji =1. Отсутствие отношения dj R0 di соответствует dji =0. При этом каждый информационный элемент недостижим из самого себя di= R0 dj (i= )
В соответствии с матрицей смежности существует информационный граф:G=(D;R0) Множеством вершин графаG является множество D информационных элементов. Каждая дуга графа (di,dj) соответствует условию dg R0di, то есть записи 1 в позиции ig матрицы В.
Пусть задано множество D из четырех наборов информационных элементов: D={d1, d2, d3, d4}. Пусть В имеет вид:
Из матрицы смежности видно:
1. для вычисления элемента d3 необходимо обращение к элементамd1 и d2.
2. для получения элемента d4 - обращаться только к d3
3. элемент d2 не зависит ни от одного из элементов матрицы.
В этом простейшем случае информационный граф соответствует рисунку:
При таком несложном варианте мы уже получили структуру информационных связей. Но если элементов существенно больше, воспринимать и анализировать такой граф крайне сложно, так как он неупорядочен. Граф составлен на основе ИЛМ, которая не гарантирует точности и неизбыточности.
Для формального выделения входных, промежуточных и выходных элементов, для определения последовательности операций обработки информационных элементов, для детального анализа взаимосвязей на основе графа G=(D, R0) строят следующую матрицу - матрицу достижимости М. М достижимости - это квадратная матрица, проиндексированная по обеим осям множеством информационных элементов D. Запись=1 в каждой позиции (ij) соответствует наличию для каждой пары (di, dj) смыслового отношения достижимости R. Существует ряд условий для построения матрицы М:
1. элемент dj достижим из элемента di (то есть выполняется условие diRdj), если на графе G=(D, R0) существует направленный путь от вершины dj к вершине di.
2. если diRdj, то отношение достижимости между элементами di и dj отсутствует и в позиции (ij) матрицы М записывают 0.
Разберемся, что дает нам структура матрицы М:
Запись "1" в j-том столбце соответствует информационному элементу di, который необходим для получения значений dj. Они (записи) образуют множество элементов предшествования А(di) для данного элемента dj.
Записи "1" в i-той строке матрицы М соответствуют всем элементам dj, достижимым из рассматриваемого элемента di и образующим множество достижимостей R(di) этого элемента.
Отсюда можно сделать очень полезные выводы:
1. информационные элементы, строки которых в матрице М не содержат единиц (1), то есть нулевые строки, являются выходными информационными элементами.
2. информационные элементы, соответствующие нулевым столбцам матрицы М, являются выходными.
3. информационные элементы, не имеющие нулевой строки или столбца, являются промежуточными.
Для рассмотренного примера с простым графом с 4 элементами матрица достижимости М может быть записана: 
М= 
Отличие матрицы смежности В и достижимости М:
В матрице М учитывается смысловое отношение R между информационными элементами, а в матрице В учитывается только непосредственное R0 - наличие отношений без учета их характера.
Информационный граф системы Gs(R) структурируется по уровням N1, N2, N3. Он позволяет определить информационные входы и выходы системы, выделить основные этапы обработки данных, их последовательность, циклы обработки. При этом удаляются избыточные, лишние дуги графа и элементы , что наглядно видно на графе.
Выводы:
1. Граф, полученный после структуризации, определяет каноническую структуру информационной базы.
2. Каноническая структура задает логически неизбыточную информационную базу.
3. Выделение наборов данных по уровням объединяет логические записи и упорядочивает их в памяти.
От канонической структуры при описании процесса хранения переходят к логической структуре информационной базы. Логический уровень процедур хранения, актуализации и извлечения определяется моделями баз данных. Модели баз данных основаны на том, что структуры данных обладают устойчивостью. Взаимосвязи между информационными элементами могут быть типизированы основными видами:
- Один к одному.
- Один к многим.
- Многие к многим.
Применение одного из видов взаимосвязей определило три основные модели данных в БД .
Разработка модели процесса накопления данных должна выполняться в соответствии с предложенными этапами, что позволит эффективно реализовать один из важнейших информационных процессов в рамках ИТ:
1. Создание канонической структуры на основе инфологической модели предметной области и модели выбора хранимых данных.
2. Формализованное описание БД на основе трех моделей: модели хранения данных (структура БД), модели актуализации данных и модели извлечения данных.
3. На основе указанных моделей создаются алгоритмы и программы.
4. Создание физической модели происходит с помощью совокупности программ, реализуемых и используемых на ЭВМ .
Таким образом можно определить все этапы и все составляющие процесса накопления.
Процесс накопления данных
Назначение процессанакопления данных состоит в создании, хранении и поддержании в актуальном состоянии информационного фонда, необходимого для выполнения функциональных задач той системы управления, для которой работает рассматриваемая ИТ. Хранимые данные по запросу пользователя или какого либо приложения должны быстро (особенно для систем реального времени) и в достаточном объеме извлечены из области хранения и переведены в оперативное запоминающее устройство ЭВМ. Далее эти данные либо преобразовываются по заданным алгоритмам, либо отображаются на экране, либо выдаются на печать, либо передаются по каналам связи. Все перечисленные функции накопления данных реализуются по алгоритмам, разработанным на основе соответствующих математических моделей.
Одна из важных процедур алгоритма - формирование информационного фонда. Информационный фонд должен формироваться на основе принципов необходимой полноты и минимальной избыточности хранимой информации. Эти принципы реализуются процедурой "выбора хранимых данных". В процессе выполнения этой процедуры производится анализ циркулирующих в системе данных. Данные группируют на входные, промежуточные и выходные, далее определяется окончательный состав хранимых данных:
- входные данные - данные, получаемые из первичной информации и создающие информационный образ предметной области. Они в первую очередь подлежат хранению;
- промежуточные данные - это данные, формирующиеся из других данных, полученных при алгоритмических преобразований по ходу решения задач управления. Как правило они не хранятся, но накладывают ограничения на емкость оперативной памяти (т.е. влияют на ресурсы);
- выходные данные - результат обработки первичных (входных) данных в соответствии с разработанной моделью обработки. Эти данные входят в состав управляющего информационного потока своего уровня. Они подлежат хранению в определенном временном интервале.
Все данные имеют свой жизненный цикл существования. Этот цикл и отображается во всех процедурах алгоритма процесса накопления. Процедуры хранения, актуализации и извлечения данных периодически оцениваются необходимостью их хранения, так как данные повержены старению. Устаревшие данные должны быть удалены. Рассмотрим подробнее, в чем состоят перечисленные процедуры.
- Процедура хранения.Она состоит в том, чтобы сформировать и поддерживать структуру хранения данных в памяти ЭВМ. Структуры хранения данных должны быть независимы от программ, использующих эти данные. Структура хранения данных должна реализовывать главные принципы: полнота и минимальная избыточность. Эти структуры называются базы данных. Создание структуры хранения данных, актуализация, извлечение и удаление данных производится с помощью программы, называемой СУБД.
- Процедура актуализации данных.Она позволяет изменять значения данных, записанных в базе, или дополнять определенный раздел, группу данных. Устаревшие данные могут удаляться именно в рамках этой процедуры.
- Процедура извлечения данных.Она позволяет пересылать из БД требующиеся данные либо для преобразования, либо для отображения, либо для перед ачи по сетям и каналам.
При выполнении процедур актуализации и извлечения обязательно выполняются операции поиска данных по заданным признакам и их сортировка. На логическом уровне все процедуры процесса накопления должны быть формализованы, что и отображается в математических и алгоритмических моделях этих процедур.
Модель планирования вычислительного процесса
Для решения каждой вычислительной задачи должны быть выделены ресурсы. Это, например, ресурс по времени работы процессора и ресурс по времени ввода-вывода информации на каждую задачу.
Ограниченность вычислительных ресурсов может не позволить решать вычислительные задачи параллельно во времени. Вычислительная система при однолинейном обслуживании часто может решать только одну задачу, а задачи связаны между собой в соответствии с алгоритмом. Поэтому требуется составить план последовательности запуска задач.
Планирование вычислительного процесса - это назначение порядка решения задач во времени.
Для многолинейной системы планирование - это распределение задач не только во времени, но и в пространстве (по используемым ЭВМ). Для такого планирования в качестве ресурсов распределяется: машинное время процессоров, объемы оперативной памяти и внешних запоминающих устройств, время работы устройств ввода-вывода.
Если задача хорошо подготовлена, то все ресурсы могут быть полностью реализованы. Подготовкой вычислительных задач к исполнению занимается управляющая программа - планировщик. Планировщик формирует информационно-вычислительные работы на базе заявок вычислительных задач и вводит их в вычислительную систему. В результате планирования по каждой задаче формулируется ряд работ.
Выполнение этих работ реализует управляющая программа - супервизор. Он представляет каждой задаче определенный ресурс. Супервизор действует по запросам, он непрерывно инициируется командами планировщика. Планировщик в соответствии с планом реализации вычислительного процесса выделяет приоритетную задачу и требует для нее необходимые ресурсы.
Критерии эффективности планирования вычислительного процесса выбираются в зависимости от требований к задачам:
- Можно оптимизировать процесс по минимальному среднему времени решения задач в вычислительной системе.
- Можно увеличивать производительность решения задач.
- Можно ограничивать время решения конкретных задач (для систем реального масштаба времени).
Рассмотрим, наконец, модель планирования вычислительного процесса.
Пусть для ряда вычислительных задач необходимым является выполнение определенной номенклатуры типовых вычислительных работ J1 - Jn. Для них необходимо выделение ресурсов R1 - Rn.
Связь между работами J и ресурсами R можно представить в виде матрицы трудоемкости работ T. Элементами матрицы являются параметры Tij. В зависимости от характера ресурсов они имеют размерность либо числа единиц памяти, либо времени.
Разработав такую матрицу организации вычислительного процесса и указав очередность выполнения работ устройствами вычислительной системы (т.е. последовательность использования ресурсов R1 - Rn ), мы и получим искомую модель планирования вычислительного процесса. Т.е. это "расписание" выполнения информационно-вычислительных работ для решения поступающих вычислительных задач.
Модель процесса обработки
Внутримашинная обработка информации - это последовательно-параллельное во времени решение вычислительных задач. Такие процедуры возможны при наличии плана организации вычислительного процесса с учетом ресурсов данной ЭВМ. Источник вычислительных задач по мере необходимости обращается с запросом в ВС-вычислительную систему.
Организация вычислительного процесса - это определение последовательности решения задач и реализации вычислений. Последовательность определяется исходя из информационной взаимосвязи задач. Т.е. когда результаты решения одной задачи используются как исходные данные для решения последующей. Процесс решения задается вычислительным алгоритмом. В вычислительной системе можно выделить систему диспетчирования СД, отвечающую за организацию вычислительного процесса и саму ЭВМ, обрабатывающую информацию.
Каждая вычислительная задача может быть рассмотрена как заявка на обслуживание. Последовательность задач во времени создает поток заявок. Этот поток заявок можно формализовать (представить в виде математической модели) некоторым законом распределения времени обслуживания.
В теории массового обслуживания время обслуживания - это время, затраченное на обслуживание одной заявки конкретным обслуживающим прибором. В нашем случае этим прибором является ЭВМ.
В общем случае время обслуживания характеризуется определенным законом распределения:
F(t)=P(tобс<t),
где P(tобс<t) - вероятность того, что время обслуживания меньше t.
Время обслуживания реальной заявки на ЭВМ определяется числом операций, содержащихся в программе. Выясним, какими параметрами мы можем описать систему обслуживания задач в информационном процессе.
1. Состояние системы массового обслуживания в некоторый момент времени t определяется числом находящихся в ней заявок N(t). N(t) - это случайная величина.
Во времени N(t) отображает процесс с дискретными состояниями. Вероятность нахождения системы в состоянии "K" (K ¹N).
Pk(t)=P[N(t)=k] (17)
Рассмотрим последовательность переходов системы из одного состояния в другое состояние. Для этого выберем интервал U: t1<U<t2.
Тогда: 
, j£N; i³0,
где N- максимальное число заявок.
Можно составить систему таких уравнений для определения вероятностей Pk(t). Таким образом мы сможем описать все возможные переходы системы массового обслуживания. Но это только одна небольшая часть необходимых знаний о процессе обработки.
2. Время обслуживания системы - это следующий необходимый параметр. Время обслуживания тоже является случайной величиной и может быть определено разными законами распределения. Например, экспоненциальным законом времени обслуживания простейшего потока заявок. (Простейший - это стационарный поток без учета последствия).
Обозначим основной параметр потока l - интенсивность заявок, пусть - l = const. Простейший поток (стационарный без последствия) описывается распределением Пуассона:
Вероятность возникновения K заявок за время t составит:
,
где l - количество заявок за единицу времени, поток заявок.
Среднее число заявок за время t:
,
М - это матожидание числа заявок за время t.
Т.о. в простейшем случае стационарного потока заявок без последействия не составит труда по описанным параметрам определить основные свойства вычислительного процесса.
В распределенной системе, если обслуживающих проборов, т.е. ЭВМ будет несколько, равных S, то тогда составим систему из S уравнений.
Но если процесс не стационарный и обслуживание последовательно-параллельное, все усложняется и для обслуживания заявок необходимо создавать целую структуру планирования вычислительного процесса.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 565; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!