Информационные технологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Возникновение. Этапы становления ИТ. Понятие информации и ее виды

Три точки зрения проблем информации:

информация - знание;

информация - соиально-биологические процессы;

атрибутивное понятие информации, которое сформулировано Винером: все явления в природе охватывают три основных понятия :вещество, энергия, информация.

Термин информация произходит от латинского informatio - разъяснение, изложение, осведомленность.

Три основных аспекта информации:

прагматический связан с возможностью достижения поставленной цели с использованием получаемой информации;

семантический позволяет оценить смысл передаваемой информации и определяется семантическими связями между словами и другими элементами языка;

синтаксический связан со способом ее представления.

Виды информации.

Научная - логическая адекватно отображающая объективные закономерности природы, общества мышления. По назначению бывает: массовая и специальная. По использованию: политехническую, биологическую, физическую и т.п.

Документальная - часть информации, которая занесена на бумажный носитель.

Техническая - часть информации, используемая в сфере техники при решении производственных задач. Сопровождается разработкой новых изделий, материалов, конструкций, агрегатов и техпроцессов.

В СУ принято различать следующие виды информации:

осведомляющая - эта информация о состоянии внешней среды объекта управления и управляющей системы;

преобразующая - информация содержащаяся в алгоритвах управления;

информация принятия решения - информация вызывающая целенаправленное изменение объекта управления.

В любой СУ выделяют два информационных канала: целевой; рабочий.

В целевом канале на основе информационных процессов происходит выбор цели и принятие решения по выбору управляющего воздействия.

В рабочем канале формируется информация реализуемая исполнительным органом осуществляемое целенаправленное изменение состояния объекта управления через вещественные энергетические характеристики.

Количественные и качественные характеристики информации

Существует три основных подхода к оценки количества и качества информации: статистический, семантический, прагматический. Из которыз наибольшее развитие получил статистический - обращает внимание на распределение вероятности появления событий.

Количественная мера информации - энтропия.

Семантические базируется на смысловом содержании информации.

Прагматический базируется на анализе ценности информации с точки зрения потребителя. Оценивает содержательный аспект информации. Введем количественную меру информации для простейшего примера передачи равновероятных сообщений. М - сообщений передается источником, каждое из них передается неизбыточным кодом n, f - число сведений в некотором сообщении k - коэф. пропорциональности.

f=k*n



Сообщения дискретные, взаимонезависимые.

Введем систему исчисления с основанием К.

Число переданных сообщений:

где

За единицу количества информации примем число сведений, которые передаются двумя равновероятными сообщениями - двоичная единица информации.

Формула Хартли.

- количество информации (бит)

, где к - коэффициент

- вероятность передачи сообщения

- количество информации при равновероятной передачи сообщения



Одной из характеристик информации является энтропия - математическое ожидание случайной величины сообщения информации.

Чем больше энтропия Н, тем больше неопределенность и больше информации мы получаем, снимая эту неопределенность.

Свойства энтропии:

функция энтропии непрерывная, относительно вероятности появления событий. Для дискретных событий имеет наибольшее значение при равновероятности их появления;

при равновероятных событиях функция энтропии возрастает с увеличением числа событий. Для повышения информативности символов необходимо увеличивать основание кода.

функция энтропии не зависит от пути выбора событий.

Ценность информации

Ценность можно задать через функцию потерь:

P(x) - распределение входящей еличины



П(x/y) - потери при преобразовании элемента x в y

М - математическое ожидание потерь при отклонении выходной величины у от входной х.

ИТ: определения, задачи, классификация и этапы становления

Технология - наука о законах производства материальных благ. В нее вкладывают: идеологию, орудия труда, кадры.

Для конкретного производства технологию понимают в узком смысле как совокупность приемов и методов определяющих последовательность действий для реализации производственных процессов.

ИТ - совокупность методов и способов получения, обработки информации направленных на изменение ее состояния, свойств, формы, содержания и осуществляемая в интересах пользователя.

Выделяют три уровня рассмотрения ИТ:

теоретический - основная задача создание комплекса взаимосвязанных моделей информационных процессов.

исследовательский - основная задача разработка методов позволяющие автоматизировать конструирование оптимальные, конкретные ИТ.

прикладной: предметный, инструментальный.

Инструментальный определяет пути и средства реализации ИТ.

Предметная находит отражение специальных ИТ.

Под технологическим процессом будем понимать часть информационного процесса содержащего действия по изменению состояния информации.

К базовым технологическим процесса относятся:

извлечение информации;

транспортирование информации;

обработка информации;

представление и использование информации.

К базовым ИТ относятся:

мультимедиа;

геоинформация;

технологии защиты информации;

CASE-технологии;

Телекоммуникации;

Технологии ИИ.

Среди специальных ИТ наиболее продвинутые:

ИТ организационного управления (корпоративные ИТ);

ИТ в промышленности и экономике;

ИТ в образовании;

ИТ в автоматизированном проектировании.

Средства реализации ИТ можно разделить:

Методические;

Информационные;

Математические;

Алгоритмические;

Технические;

Программные.

Контрольные вопросы по теме “Понятие информации, ее виды. Количественные и качественные характеристики информации”.

1. Какие существуют точки зрения на понятие информации?

2. В чем заключается понятие информации?

3. Какие существуют виды иерархии информации?

4. Чем определяются количественные характеристики информации?

5. Какие критерии используются при статистическом подходе к оценке качества информации?

6. В чем суть семантического подхода к оценке качества информации?

7. В чем суть прагматического подхода к оценке качества информации?

Классификация ИТ

С точки зрения типовых задач обработки информации автономные типовые функции обработки информации: математические вычисления, аналитические символьные преобразования, математическое моделирование, алгоритмизация, программирование, обработка текстовой информации, обработка табличной информации, деловая графика, машинная графика, обработка изображения и сигналов, передача и распределение информации.

Функционально ориентированные технологии предназначены для реализации одной из типовых автономных задач обработки информации.

Предметно ориентированные технологии предназначены для реализации конкретной задачи в конкретной области.

ИТ для медицинских систем, общего и специального профессионального обучения, страховые, финансовые, банковские системы, СМИ, игровые и развлекательные системы, в быту.

Проблемно ориентированные ИТ: информационно-поисковые системы, БЗ, экспертные системы, системы автоматизации научных исследований, системы автоматизированного проектирования, системы автоматизации производства.

По способу реализации ИТ делятся:

Традиционные;

Современные.

По степени охвата ИТ задач управления:

Для электронной обработки информации;

Для автоматизации функций управления;

Для поддержки принятие решений;

Электронный офис;

ИТ экспертной поддержки.

По типу пользовательского нтерфейса:

Пакетная;

Диалоговая;

Сетевая.

Этапы эволюции ИТ

Фазы отражающие эволюционный процесс транспортирования, обработки, хранения информации:

Нулевой этап 4000 лет днэ - 1900 нэ ручная обработка информации

Первый этап 1900-1955 технология перфокарт

Второй этап 1955-1980 программируемое оборудование запись на магнитные ленты

Третий этап 1965-1980 появление жесткого магнитного диска

Четвертый этап 1980-1995 появление реляционных БД и архитектуры клиент-сервер

Пятый этап 1995 - наши дни появление мультимедийных БД

Контрольные вопросы по теме “Информационные технологии как составная часть информатики. Классификация информационных технологий”.

1. Поясните суть понятия информации.

2. Что такое абстрагирование информации и каковы его основные способы?

3. Что такое агрегирование информации?

4. Дайте определение информационной технологии и поясните ее содержание.

5. Перечислите основные уровни информационных технологий.

6. Раскройте содержание прикладного уровня информационных технологий.

7. Выделите основные фазы (поколения) эволюции информационных технологий.

Базовые информационные процессы их характеристика и модели

Любую предметную область можно рассматривать в виде трех представлений: реальное, формальное, информационное.

Процесс извлечения можно представить в виде прохождения информации через трехслойный фильтр, в котором осуществляется оценка синтаксической ценности, семантической ценности, прагматической.

В извлечении информации важное место занимает формы и методы исследования данных:

Поиск ассоциаций;

Обнаружение последовательности событий во времени;

Выявление скрытых закономерностей по наборам данных;

Оценка влияния параметров на развитие ситуации;

Классифицирование (распознавание);

Кластеризация(группирования);

Прогнозирование событий и ситуаций.

Декомпозиция объектно-ориентированного подхода основывается на выделении следующих основных понятий:

Объект;

Класс;

Экземпляр.

Объект - абстракция множества предметов реального мира обладающими одинаковыми характеристиками и законами поведения. Типичный неопределенный элемент такого множества. Основными характеристиками объекта являются составление его атрибутов (свойств).

Экземпляр объекта - это конкретный элемент множества предметов.

Класс - это множество предметов реального мира связанных общностью структуры и поведения.

Элемент класса - это конкретный элемент данного множества.

Рис. 1

Инкапсуляция - сокрытие данных и методов действий с объектом в качестве собственных ресурсов объекта.

Полиморфизм - способность объекта принадлежать более чем одному типу.

Наследование - выражает возможность определения новых классов на основе существующих с возможностью добавления или переопределения данных методов.

При извлечении информации для уменьшения ее избыточности используют процесс ее обогащения. Различают структурное, статистическое, семантическое, прагматическое обогащение.

Транспортирование информации

Основным физическим способом реализации операции транспортировки является использование локальных сетей и сетей передачи данных. При разработке и использовании сетей для обеспечения совместимости используется ряд стандартов, объединенных в семиуровневую модель открытых систем, принятую во всем мире и определяющую правила взаимодействия компонентов сети на данном уровне (протокол уровня) и правила взаимодействия компонентов различных уровней (межуровневый интерфейс) [4, 36]. Международные стандарты в области сетевого информационного обмена нашли отражение в эталонной семиуровневой модели, известной как модель OSI (Open System Interconnection - связь открытых систем) (рис. 4.3). Данная модель разработана международной организацией по стандартизации (International Standards Organization - ISO). Большинство производителей сетевых программно-аппаратных средств стремятся придерживаться модели OSI. Но в целом добиться полной совместимости пока не удается.

Физический уровень реализует физическое управление и относится к физической цепи, например телефонной, по которой передается информация. На этом уровне модель OSI определяет физические, электрические, функциональные и процедурные характеристики цепей связи, а также требования к сетевым адаптерам и модемам.

Канальный уровень. На этом уровне осуществляется управление звеном сети (каналом) и реализуется пересылка блоков (совокупности битов) информации по физическому звену. Осуществляет такие процедуры управления, как определение начала и конца блока, обнаружение ошибок передачи, адресация сообщений и др. Канальный уровень определяет правила совместного использования сетевых аппаратных средств компьютерами сети.

Сетевой уровень относится к виртуальной (воображаемой) цепи, которая не обязана существовать физически. С помощью интерфейса, обеспечиваемого этим уровнем, удается «спрятать» сложности управления передачей на физическом уровне. Программные средства данного уровня обеспечивают определение маршрута передачи пакетов в сети. Маршрутизаторы, обеспечивающие поиск оптимального маршрута на основе анализа адресной информации, функционируют на сетевом уровне модели OSI. В качестве простейшего маршрутизирующего устройства между сегментами сети или различными локальными сетями может выступать и устройство функционирующее на более низком канальном уровне модели OSI, называемое мостом.

Рис. 2

Транспортный уровень. Первые три уровня образуют общую сеть, в которой коллективно могут работать многие пользователи.

На транспортном уровне контролируется очередность пакетов сообщений и их принадлежность. Таким образом, в процессе обмена между компьютерами поддерживается виртуальная связь, аналогичная телефонной коммутации. Сеансовый уровень. В некоторых случаях трудно организовать процесс взаимодействия между пользователями из-за обилия способов такого взаимодействия. Для устранения этих трудностей на данном уровне координируются и стандартизируются процессы установления сеанса, управления передачей и приемом пакетов сообщений, завершения сеанса. На сеансовом уровне между компьютерами устанавливается и завершается виртуальная связь по такому же принципу, как при голосовой телефонной связи.

Управление представлением. Программные средства этого уровня выполняют преобразования данных из внутреннего формата передающего компьютера во внутренний формат компьютера-получателя, если эти форматы отличаются друг от друга (например, IBM PC и DEC). Данный уровень включает функции, относящиеся к используемому набору символов, кодированию данных и способам представления данных на экранах дисплеев или печати. Помимо конвертирования форматов на данном уровне осуществляется сжатие передаваемых данных и их распаковка.

Прикладной уровень относится к функциям, которые обеспечивают поддержку пользователю на более высоком прикладном и системном уровнях, например:

* организация доступа к общим сетевым ресурсам: информации, дисковой памяти, программным приложениям, внешним устройствам (принтерам, стримерам и др.);

* общее управление сетью (управление конфигурацией, разграничение доступа к общим ресурсам сети, восстановление работоспособности после сбоев и отказов, управление производительностью);

* передача электронных сообщений, включая электронную почту;

* организация электронных конференций;

* диалоговые функции высокого уровня.

Модель OSI представляет собой стандартизированный каркас и общие рекомендации, требования же к конкретным компонентам сетевого программного обеспечения задаются протоколами.

Протокол является стандартом в области сетевого программного обеспечения и определяет совокупность функциональных и эксплуатационных требований к какому-либо его компоненту, которых придерживаются производители этого компонента. Требования про-токола могут отличаться от требований эталонной модели OSI.

Международный институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) разработал стандарты для протоколов передачи данных в локальных сетях. Эти стандарты, которые описывают методы доступа к сетевым каналам данных, получили название IEEE 802.

Протоколы сетевого взаимодействия можно классифицировать по степени близости к физической среде передачи данных. Это протоколы:

нижнего уровня, распространяемые на канальный и физический уровни модели OSI;

среднего уровня, распространяемые на сетевой, транспортный и сеансовый уровни OSI;

верхнего уровня, распространяемые на уровень представления и прикладной уровень модели OSI.

При каждой реализации протоколов вышестоящих уровней используются реализации протоколов нижестоящих уровней.

Протоколы нижнего уровня OSI соответствуют уровню сетевых аппаратных средств и нижнему уровню сетевого программного обеспечения. Среди наиболее распространенных стандартов данного уровня выделим следующие [11, 12, 30]:

стандарт NDIS (Network Driver Interface Specification - спецификация интерфейса сетевых драйверов), разработанный совместно фирмами Microsoft и 3Com;

стандарт ODI (Open Datalink Interface - открытый интерфейс связи), разработанный совместно фирмами Novell и Apple Computer.

Данные стандарты позволяют реализовывать протоколы среднего уровня независимо от сетевых аппаратных средств и обеспечивают совместное функционирование разнотипных протоколов среднего уровня. Универсальный интерфейс канального уровня представлен на рис. 3. Производители сетевых аппаратных средств, как правило, разрабатывают драйверы, удовлетворяющие обоим стандартам.



Рис. 3

Драйвер сетевого адаптера является последним программным компонентом перед физическим уровнем модели OSI и называется подуровнем управления доступом к среде MAC (Media Access Control). Подуровень MAC ориентирован на выполнение таких функций, как непосредственное управление доступом к передающей среде, проверке пакетов сообщений на наличие ошибок.

Подуровень LLC (Logical Line Control) считается независимым от особенностей физической передающей среды и используемых методов доступа к каналам передачи данных. Стандарты по разработке интерфейсов для связи реализаций протоколов среднего уровня модели OSI с драйверами сетевых аппаратных средств относятся прежде всего к подуровню LLC.

Протоколы среднего уровня распространяются на сетевой, транспортный и сеансовый уровни эталонной модели. По типу межкомпьютерного обмена эти протоколы можно классифицировать следующим образом:

сеансовые протоколы (протоколы виртуального соединения);

дейтаграммные протоколы.

Сеансовые протоколы определяют организацию передачи информации между компьютерами по так называемому виртуальному каналу в три этапа:

установление виртуального канала (установка сеанса);

реализация непосредственного обмена информацией;

уничтожение виртуального канала (разъединение).

В сеансовых протоколах порядок следования пакетов при пере-даче соответствует их исходному порядку в сообщении, а передача осуществляется с подтверждением доставки, а в случае потери от-правленных пакетов они передаются повторно.

При использовании дейтаграммных протоколов пакеты сооб щений передаются так называемыми дейтаграммами независимо друг от друга, поэтому порядок доставки пакетов каждого сообщения может не соответствовать их исходному порядку в сообщении. При этом пакеты сообщений передаются без подтвер. ждения.

Таким образом, с точки зрения достоверности, сеансовые протоколы являются более предпочтительными, зато скорость передачи при использовании дейтаграммных протоколов гораздо выше,

Любой протокол среднего уровня предусматривает следующие этапы реализации межкомпьютерного обмена:

инициализация связи;

непосредственный информационный обмен;

завершение обмена.

Наиболее часто используемыми наборами протоколов среднего уровня являются следующие:

набор протоколов SPX/IPX, используемый в локальных сетях, функционирующих под управлением сетевой операционной системы NetWare;

протоколы NetBIOS и NetBEUI, поддерживаемые большинством сетевых операционных систем и используемые только в локальных сетях;

протоколы TCP/IP, являющиеся стандартом для глобальной сети Internet, используемые в локальных сетях и поддерживаемые большинством сетевых операционных систем.

Набор протоколов SPX/IPX используется в сетевой операционной системе NetWare фирмы Novell.

Протокол IPX (Internetwork Packet Exchange - межсетевой обмен пакетами) является дейтаграммным протоколом и соответствует сетевому уровню эталонной модели. Применяется для выполнения функций адресации при обмене пакетами сообщений.

Протокол SPX (Sequenced Packet Exchange - последовательный обмен пакетами) является сеансовым протоколом и соответствует транспортному и сеансовому уровням эталонной модели. По степени близости к самому низкому уровню эталонной модели протокол SPX находится над протоколом IPX и использует этот протокол.

Драйвер, реализующий протокол SPX использует в процессе своей работы драйвер, реализующий протокол IPX. Протокол IPX является более быстродействующим, чем протокол SPX.

Важным недостатком протоколов SPX и IPX является несовместимость с протоколами TCP/IP, используемыми в глобальной сети Интернет. Для подключения локальной сети NetWare к Интернету используется один из следующих способов:

* непосредственная инсталляция на каждом сетевом компьютере драйверов, реализующих набор протоколов TCP/IP;

* подключение локальной сети к Интернету через шлюз IPX-IP. Протоколы NetBIOS и NetBEUI разработаны фирмой IBM и предназначены только для локальных компьютерных сетей.

Протокол NetBIOS (Network Basic Input/Output System - базовая система ввода-вывода) соответствует сетевому, транспортному и сеансовому уровням эталонной модели. Реализация данного протокола обеспечивает прикладной интерфейс, используемый для создания сетевых программных приложений.

Протокол NetBEUI (Extended User Interface NetBIOS - расширенный пользовательский интерфейс NetBIOS) является модификацией предыдущего протокола и распространяется только на сетевой и транспортный уровни.

Реализации протоколов NetBIOS и NetBEUI обеспечивают решение следующих задач: поддержка имен, поддержка сеансового и дейтаграммного взаимодействия, получение информации о состоянии сети.

Достоинства протоколов NetBIOS и NetBEUI: удобная адресация, высокая производительность, самонастройка и хорошая защита от ошибок, экономное использование оперативной памяти.

Недостатки NetBIOS и NetBEUI связаны с отношением к глобальным сетям: отсутствие поддержки функций маршрутизации и низкая производительность.

Семейство протоколов TCP/IP было разработано для объединения различных компьютерных сетей в одну глобальную сеть, получившую название Интернет.

Семейство протоколов TCP/IP включает протоколы, относящиеся как к средним, так и другим уровням модели OSI:

прикладной уровень и уровень представления - протокол передачи файлов (FTP), протоколы электронной почты (SMTP, РОРЗ, IMAP4), протоколы удаленного доступа (SLIP, PPP, Telnet), протокол сетевой файловой системы (NPS), протокол управления сетями (SNMP), протокол передачи гипертекста (НТРР) и др.;

сеансовый и транспортные уровни - протоколы TCP и UDP;

сетевой уровень - протоколы IP, ICMP, IGMP;

канальный уровень - протоколы ARP, RARP.

Дейтаграммный протокол IP (Internet Protocol) является основным для сетевого уровня и обеспечивает маршрутизацию передаваемых пакетов сообщений.

Протокол ICMP (Internet Control Message Protocol) отвечает за обмен сообщениями об ошибках и другой важной информацией с программными средствами сетевого уровня на другом компьютере маршрутизаторе или шлюзе.

Протокол IGMP (Internet Management Protocol) используется для отправки IP-пакетов множеству компьютеров в сети.

Протокол TCP (Transmission Control Protocol) является протоколом сетевого уровня и обеспечивает надежную передачу данных между двумя компьютерами путем организации виртуального канала обмена и использования его для передачи больших массивов данных.

Протокол UDP (User Datagram Protocol) реализует гораздо более простой сервис передачи, обеспечивая надежную доставку данных без установления логического соединения.

Протоколы верхнего уровня соответствуют уровню пользователей и прикладных программ и распространяются на уровень представления и прикладной уровень эталонной модели сетевого взаимодействия. Наиболее распространенными являются следующие высокоуровневые протоколы:

перенаправления запросов и обмена сообщениями (SMB, NCP);

управления сетями (SNMP);

сетевой файловой системы (NFS);

вызова удаленных процедур (RPC);

повышающие эффективность использования протоколов TCP/IP среднего уровня (DNS, DHSP);

удаленного доступа к компьютерным ресурсам (SLIP, PPP, Telnet);

передачи файлов (FTP);

передачи гипертекста (HTTP);

электронной почты (SMTP, POP3, IMAP4);

организации электронных конференций и системы новостей (NNTP).

Протокол SMB (Server Message Blocks - блоки серверных сообщений), разработанный совместно корпорациями Microsoft, Intel и IBM, используется в сетевых операционных системах Windows NT, Lan Manager, LAN Server. Данный протокол определяет серии команд, используемых для передачи информации между сетевыми компьютерами.

Протокол NCP (NetWare Core Protocol - протокол ядра NetWare) разработан фирмой Novell и используется в сетевых ОС NetWare.

Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol - простой протокол управления сетью) осуществляет гибкое и полное управление сетью, при этом предполагается выполнение администратором следующих функций: управление конфигурацией, доступом к общим сетевым ресурсам, производительностью, подготовкой к восстановлению, восстановлением. При этом любая из функций управления должна обеспечивать решение трех базовых задач:

получение информации о состоянии управляемого объекта;

анализ полученной информации и выработка управляющих воздействий;

передача управляющих воздействий на исполнение.

Протокол NFS (Network File System - сетевая файловая система) предназначен для предоставления универсального интерфейса работы с файлами для различных операционных систем, сетевых архитектур и протоколов среднего уровня.

Протокол RPC (Remote Procedure Call - сервис вызова удаленных процедур) предназначен для организации межпрограммных взаимодействий для сети «клиент-сервер» и обеспечивает связь между процессами-клиентами и процессами-серверами, реализованными на разных компьютерах сети.

Протокол DNS (Domain Name System - система доменных имен) предназначен для установления соответствия между смысловыми символьными именами и IP - адресами компьютеров.

Протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol - протокол динамической конфигурации компьютеров) позволяет автоматически назначать IP-адреса подключаемых к сети компьютеров и изменять их при перемещении из одной подсети в другую.

Протокол SLIP (Serial Line Internet Protocol - протокол Интернета последовательного соединения) обеспечивает работу протоколов TCP/IP при коммутируемом телефонном соединении.

Протокол PPP (Point-to-Point Protocol - протокол «точка-точка») обеспечивает установление соединения и реализацию непосредственного обмена информацией, а также по сравнению со SLIP позволяет решать следующие задачи:

конфигурация и проверка качества связи;

подтверждение подлинности (аутентификация) удаленного пользователя;

* динамическое присвоение адресов IP и управление этими адресами;

* обнаружение и коррекция ошибок и др.

Протокол РРТР (Point-to-Point Tunntling Protocol - туннельный протокол «точка-точка») ориентирован на поддержку мульти-протокольных виртуальных частных сетей (Virtual Private Networks - VPN) и предоставляет возможность удаленным пользователям иметь безопасный доступ к корпоративным сетям по Интернету.

Протокол Telnet является общепризнанным стандартом удаленного дистанционного управления в Интернете, позволяющим в режиме командной строки запускать и выполнять программы на компьютере, с которым установлено удаленное соединение.

Протоколы сетевого взаимодействия

Модель OSI представляет собой стандартизированный каркас и общие рекомендации, требования же к конкретным компонентам сетевого программного обеспечения задаются протоколами.

Протокол является стандартом в области сетевого программного обеспечения и определяет совокупность функциональных и эксплуатационных требований к какому-либо его компоненту, которых придерживаются производители этого компонента. Требования про-токола могут отличаться от требований эталонной модели OSI.

Международный институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) разработал стандарты для протоколов передачи данных в локальных сетях. Эти стандарты, которые описывают методы доступа к сетевым каналам данных, получили название IEEE 802.

Протоколы сетевого взаимодействия можно классифицировать по степени близости к физической среде передачи данных. Это протоколы:

нижнего уровня, распространяемые на канальный и физический уровни модели OSI;

среднего уровня, распространяемые на сетевой, транспортный и сеансовый уровни OSI;

верхнего уровня, распространяемые на уровень представления и прикладной уровень модели OSI.

При каждой реализации протоколов вышестоящих уровней используются реализации протоколов нижестоящих уровней.

Протоколы нижнего уровня OSI соответствуют уровню сетевых аппаратных средств и нижнему уровню сетевого программного обеспечения. Среди наиболее распространенных стандартов данного уровня выделим следующие [11, 12, 30]:

стандарт NDIS (Network Driver Interface Specification - спецификация интерфейса сетевых драйверов), разработанный совместно фирмами Microsoft и 3Com;

стандарт ODI (Open Datalink Interface - открытый интерфейс связи), разработанный совместно фирмами Novell и Apple Computer.

Данные стандарты позволяют реализовывать протоколы среднего уровня независимо от сетевых аппаратных средств и обеспечивают совместное функционирование разнотипных протоколов среднего уровня. Универсальный интерфейс канального уровня представлен на рис. 4. Производители сетевых аппаратных средств, как правило, разрабатывают драйверы, удовлетворяющие обоим стандартам.

Рис. 4

Драйвер сетевого адаптера является последним программным компонентом перед физическим уровнем модели OSI и называется подуровнем управления доступом к среде MAC (Media Access Control). Подуровень MAC ориентирован на выполнение таких функций, как непосредственное управление доступом к передающей среде, проверке пакетов сообщений на наличие ошибок.

Подуровень LLC (Logical Line Control) считается независимым от особенностей физической передающей среды и используемых методов доступа к каналам передачи данных. Стандарты по разработке интерфейсов для связи реализаций протоколов среднего уровня модели OSI с драйверами сетевых аппаратных средств относятся прежде всего к подуровню LLC.

Протоколы среднего уровня распространяются на сетевой, транспортный и сеансовый уровни эталонной модели. По типу межкомпьютерного обмена эти протоколы можно классифицировать следующим образом:

сеансовые протоколы (протоколы виртуального соединения);

дейтаграммные протоколы.

Сеансовые протоколы определяют организацию передачи информации между компьютерами по так называемому виртуальному каналу в три этапа:

установление виртуального канала (установка сеанса);

реализация непосредственного обмена информацией;

уничтожение виртуального канала (разъединение).

В сеансовых протоколах порядок следования пакетов при пере-даче соответствует их исходному порядку в сообщении, а передача осуществляется с подтверждением доставки, а в случае потери от-правленных пакетов они передаются повторно.

При использовании дейтаграммных протоколов пакеты сооб щений передаются так называемыми дейтаграммами независимо друг от друга, поэтому порядок доставки пакетов каждого сообщения может не соответствовать их исходному порядку в сообщении. При этом пакеты сообщений передаются без подтвер. ждения.

Таким образом, с точки зрения достоверности, сеансовые протоколы являются более предпочтительными, зато скорость передачи при использовании дейтаграммных протоколов гораздо выше,

Любой протокол среднего уровня предусматривает следующие этапы реализации межкомпьютерного обмена:

инициализация связи;

непосредственный информационный обмен;

завершение обмена.

Наиболее часто используемыми наборами протоколов среднего уровня являются следующие:

набор протоколов SPX/IPX, используемый в локальных сетях, функционирующих под управлением сетевой операционной системы NetWare;

протоколы NetBIOS и NetBEUI, поддерживаемые большинством сетевых операционных систем и используемые только в локальных сетях;

протоколы TCP/IP, являющиеся стандартом для глобальной сети Internet, используемые в локальных сетях и поддерживаемые большинством сетевых операционных систем.

Набор протоколов SPX/IPX используется в сетевой операционной системе NetWare фирмы Novell.

Протокол IPX (Internetwork Packet Exchange - межсетевой обмен пакетами) является дейтаграммным протоколом и соответствует сетевому уровню эталонной модели. Применяется для выполнения функций адресации при обмене пакетами сообщений.

Протокол SPX (Sequenced Packet Exchange - последовательный обмен пакетами) является сеансовым протоколом и соответствует транспортному и сеансовому уровням эталонной модели. По степени близости к самому низкому уровню эталонной модели протокол SPX находится над протоколом IPX и использует этот протокол.

Драйвер, реализующий протокол SPX использует в процессе своей работы драйвер, реализующий протокол IPX. Протокол IPX является более быстродействующим, чем протокол SPX.

Важным недостатком протоколов SPX и IPX является несовместимость с протоколами TCP/IP, используемыми в глобальной сети Интернет. Для подключения локальной сети NetWare к Интернету используется один из следующих способов:

* непосредственная инсталляция на каждом сетевом компьютере драйверов, реализующих набор протоколов TCP/IP;

* подключение локальной сети к Интернету через шлюз IPX-IP. Протоколы NetBIOS и NetBEUI разработаны фирмой IBM и предназначены только для локальных компьютерных сетей.

Протокол NetBIOS (Network Basic Input/Output System - базовая система ввода-вывода) соответствует сетевому, транспортному и сеансовому уровням эталонной модели. Реализация данного протокола обеспечивает прикладной интерфейс, используемый для создания сетевых программных приложений.

Протокол NetBEUI (Extended User Interface NetBIOS - расширенный пользовательский интерфейс NetBIOS) является модификацией предыдущего протокола и распространяется только на сетевой и транспортный уровни.

Реализации протоколов NetBIOS и NetBEUI обеспечивают решение следующих задач: поддержка имен, поддержка сеансового и дейтаграммного взаимодействия, получение информации о состоянии сети.

Достоинства протоколов NetBIOS и NetBEUI: удобная адресация, высокая производительность, самонастройка и хорошая защита от ошибок, экономное использование оперативной памяти.

Недостатки NetBIOS и NetBEUI связаны с отношением к глобальным сетям: отсутствие поддержки функций маршрутизации и низкая производительность.

Семейство протоколов TCP/IP было разработано для объединения различных компьютерных сетей в одну глобальную сеть, получившую название Интернет.

Семейство протоколов TCP/IP включает протоколы, относящиеся как к средним, так и другим уровням модели OSI:

прикладной уровень и уровень представления - протокол передачи файлов (FTP), протоколы электронной почты (SMTP, РОРЗ, IMAP4), протоколы удаленного доступа (SLIP, PPP, Telnet), протокол сетевой файловой системы (NPS), протокол управления сетями (SNMP), протокол передачи гипертекста (НТРР) и др.;

сеансовый и транспортные уровни - протоколы TCP и UDP;

сетевой уровень - протоколы IP, ICMP, IGMP;

канальный уровень - протоколы ARP, RARP.

Дейтаграммный протокол IP (Internet Protocol) является основным для сетевого уровня и обеспечивает маршрутизацию передаваемых пакетов сообщений.

Протокол ICMP (Internet Control Message Protocol) отвечает за обмен сообщениями об ошибках и другой важной информацией с программными средствами сетевого уровня на другом компьютере маршрутизаторе или шлюзе.

Протокол IGMP (Internet Management Protocol) используется для отправки IP-пакетов множеству компьютеров в сети.

Протокол TCP (Transmission Control Protocol) является протоколом сетевого уровня и обеспечивает надежную передачу данных между двумя компьютерами путем организации виртуального канала обмена и использования его для передачи больших массивов данных.

Протокол UDP (User Datagram Protocol) реализует гораздо более простой сервис передачи, обеспечивая надежную доставку данных без установления логического соединения.

Протоколы верхнего уровня соответствуют уровню пользователей и прикладных программ и распространяются на уровень представления и прикладной уровень эталонной модели сетевого взаимодействия. Наиболее распространенными являются следующие высокоуровневые протоколы:

перенаправления запросов и обмена сообщениями (SMB, NCP);

управления сетями (SNMP);

сетевой файловой системы (NFS);

вызова удаленных процедур (RPC);

повышающие эффективность использования протоколов TCP/IP среднего уровня (DNS, DHSP);

удаленного доступа к компьютерным ресурсам (SLIP, PPP, Telnet);

передачи файлов (FTP);

передачи гипертекста (HTTP);

электронной почты (SMTP, POP3, IMAP4);

организации электронных конференций и системы новостей (NNTP).

Протокол SMB (Server Message Blocks - блоки серверных сообщений), разработанный совместно корпорациями Microsoft, Intel и IBM, используется в сетевых операционных системах Windows NT, Lan Manager, LAN Server. Данный протокол определяет серии команд, используемых для передачи информации между сетевыми компьютерами.

Протокол NCP (NetWare Core Protocol - протокол ядра NetWare) разработан фирмой Novell и используется в сетевых ОС NetWare.

Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol - простой протокол управления сетью) осуществляет гибкое и полное управление сетью, при этом предполагается выполнение администратором следующих функций: управление конфигурацией, доступом к общим сетевым ресурсам, производительностью, подготовкой к восстановлению, восстановлением. При этом любая из функций управления должна обеспечивать решение трех базовых задач:

получение информации о состоянии управляемого объекта;

анализ полученной информации и выработка управляющих воздействий;

передача управляющих воздействий на исполнение.

Протокол NFS (Network File System - сетевая файловая система) предназначен для предоставления универсального интерфейса работы с файлами для различных операционных систем, сетевых архитектур и протоколов среднего уровня.

Протокол RPC (Remote Procedure Call - сервис вызова удаленных процедур) предназначен для организации межпрограммных взаимодействий для сети «клиент-сервер» и обеспечивает связь между процессами-клиентами и процессами-серверами, реализованными на разных компьютерах сети.

Протокол DNS (Domain Name System - система доменных имен) предназначен для установления соответствия между смысловыми символьными именами и IP - адресами компьютеров.

Протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol - протокол динамической конфигурации компьютеров) позволяет автоматически назначать IP-адреса подключаемых к сети компьютеров и изменять их при перемещении из одной подсети в другую.

Протокол SLIP (Serial Line Internet Protocol - протокол Интернета последовательного соединения) обеспечивает работу протоколов TCP/IP при коммутируемом телефонном соединении.

Протокол PPP (Point-to-Point Protocol - протокол «точка-точка») обеспечивает установление соединения и реализацию непосредственного обмена информацией, а также по сравнению со SLIP позволяет решать следующие задачи:

конфигурация и проверка качества связи;

подтверждение подлинности (аутентификация) удаленного пользователя;

* динамическое присвоение адресов IP и управление этими адресами;

* обнаружение и коррекция ошибок и др.

Протокол РРТР (Point-to-Point Tunntling Protocol - туннельный протокол «точка-точка») ориентирован на поддержку мульти-протокольных виртуальных частных сетей (Virtual Private Networks - VPN) и предоставляет возможность удаленным пользователям иметь безопасный доступ к корпоративным сетям по Интернету.

Протокол Telnet является общепризнанным стандартом удаленного дистанционного управления в Интернете, позволяющим в режиме командной строки запускать и выполнять программы на компьютере, с которым установлено удаленное соединение.

Обработка информации. На верхнем уровне можно выделить числовую и нечисловую обработку информации.

При числовой обработки информации под данными понимают переменные, векторы, матрицы, массивы и т.д.

При нечисловой обработки объектами являются файлы, записи, поля, сети, отношения.

С очки зрения реализации на основе современных достижений вычислительной техники выделяют следующие связи обработки информации:

Последовательная;

Параллельная;

Конвейерная.

Существующие архитектуры ЭВМ с точки зрения обработки информации можно разделить на классы:

архитектура с одиночным потоком команд и одиночным потоком данных.

архитектура с одиночным потоком команд и множественным потоком данных.

архитектура с множественным потоком команд и одиночным потоком данных.

архитектура с множественным потоком команд и множественным потоком данных.

Основные процедура обработки данных.

Рис. 5

Создание данных процесс обработки предусматривающий их образование в результате выполнения некоторого алгоритма и дальнейшего использования для преобразования на более высоком уровне.

Модификация данных связана с отображением изменений в реальной предметной области осуществляемая путем включения новых данных и удаление ненужных.

Безопасность и целостность направлена на адекватное отображение реального состояния предметной области в информационных моделях, обеспечивает защиту от несанкционированного доступа, а также от сбоев и повреждений технических и программных средств.

Создание документов и отчетов заключается в преобразовании информации в формы пригодные для чтения человеком и компьютером.

Поиск информации осуществляется как самостоятельное действие при выполнении ответов на различные запросы и вспомогательные операции при обработки информации.

Наиболее распространенная область применения технологической операции обработки информации является принятие решений. В зависимости от степени информированности о состоянии управляемого процесса, полноты и точности модели объекта и СУ взаимодействия с окружающей средой процесс принятия решения протекает в различных условиях:

принятие решения в условиях определенности. В такой задачи модели объекта и СУ считаются заданными, а влияние внешней среды не существенно.

Принятие решения в условиях риска . необходимо учитывать влияние внешней среды, можно лишь говорить о вероятностном распределении состояния внешней среды.

Принятие решения в условиях неопределенности, используется критерий гарантированного получения максимального выигрыша.

Принятие решений в условиях многокритериальности.

Использование методов моделирования один из возможных путей решения многокритериальных задач.

Применение ИИ в процессе принятия решения заключается в сокращении перебора вариантов поиска решения. При этом программа те же принципы, которыми пользуется в процессе мышления человек.

Процесс выработки решения на основе первичных данных:

Рис. 6

В настоящее время принято выделять два типа информационных система поддержки принятие решений:

система поддержки принятия решения.

система оперативной аналитической обработки.

Хранение информации. В настоящее время определяющим направлением реализации операции хранения и накопления информации является концепция БД. БД может быть определена, как совокупность взаимосвязанных данных используемых несколькими пользователями и хранящиеся с регулируемой избыточностью. Хранимые данные не зависят от программ пользователя и для модификации, внесения изменений применяется общий управляющий метод.

Банк данных - система представляющая определенные услуги по хранению и поиску данных определенной группе пользователей по определенной тематике.

Система банка данных - совокупность управляющей системы, прикладных ПО, базы данных, ОС, технических средств обеспечивающих информационное обслуживание пользователя.

Хранилище данных - база хранящая данные, агрегированные по многим измерениям.

Основные отличия ХД от БД:

агрегирование данных,

данные из ХД никогда не удаляются,

пополнение ХД происходит на периодической основе,

автоматическое формирование новых агрегатов данных не зависящих от старых,

доступ к ХД осуществляется на основе многомерного куба.

Витрины данных - это множество тематических БД, содержащих информацию, относящуюся к отдельным информационным аспектам предметной области. По отношению к пользователю применяется трехуровневое представления для описания предметной области:

концептуальная,

логическая,

внутренняя (физическая),

Концептуальный уровень связан с частным представлением данных, группы пользователей в виде внешней схемы.

Пример построения концептуального представления БД «Сбыт».

Рис. 7

Логический уровень является обобщенным представлением данных всех пользователей в абстрактной форме. На логическом уровне используют три вида модели: иерархическая, сетевая, реляционная.

Сетевая модель является моделью объектов-связи допускающие только связи «многие к одному». Используется для описания модель ориентированных графов.

Иерархическая модель является разновидностью сетевой модели являющейся совокупностью деревьев.

Реляционная модель использует представление данных в виде таблиц.

Физический уровень связан со способом фактического хранения данных физической памяти ЭВМ.

По наиболее характерным признакам БД можно классифицировать следующим образом:

по способу хранения информации (интегрированные, распределенные)

по типу пользователя (монопользователей, многопользователей)

по характеру использования данных (прикладной, предметный)

Прикладные БД ориентированы на конкретные приложения.

Предметные БД ориентированы на конкретный класс данных.

Для работы с БД используют специальный обобщенный инструментарий в виде СУБД, предназначенный для управления БД и обеспечения интерфейса пользователя.

Основные стандарты СУБД:

независимость данных на концептуальном, логическом и физическом уровнях,

универсальность,

совместимость и неизбыточность,

безопасность и целостность данных,

актуальность и управляемость.

Основные направления реализации СУБД:

программная,

аппаратная.

Программная реализация представляет собой набор программных модулей. Работает по управлению конкретной ОС и выполняет следующие функции:

описание данных на концептуальном и логическом уровне,

загрузку данных,

хранение данных,

поиск и ответ на запрос,

внесение изменений,

обеспечение безопасности и целостности.

Программная реализация обеспечивает пользователя следующими языковыми средствами:

языком описания данных,

языком манипулирования данных,

прикладным языком.

Аппаратная реализация предусматривает использование так называемых машин БД. Слово машины - вспомогательный периферийный процессор поддерживающий БД.

В большинстве случаев данные хранятся в файлах состоящих из записей. Элементы разнородных данных из которых состоит запись называются полями. Поле имеет уникальное имя.

Все СУБД поддерживают 5 основных операций:

добавить в БД запись,

удалить одну или несколько записей,

найти в БД запись, удовлетворяющую данному условию,

обработать запись, т.е. сформировать некоторый результат,

обновить в БД значения некоторых полей в записи.

Перечисленные выше функции БД реализуются по запросам на основе которых могут быть сформированы отчеты.

Под целостностью БД сохранность и непротеворечивость хранимой в ней информации. Важнейшим элементом ее обеспечения является профилактика угрожающих целостности БД действий оператора.

Важнейшим элементом любой СУБД являются средства ускоренного поиска данных - самой распространенной операции. Этот механизм обычно реализуется с помощью индексных файлов (индексов), которые содержат упорядоченные по содержимому некоторого поля ссылки на записи основного файла. Все команды просмотра, корректировки, удаления записей перемещают указатель в соответствующе с индексом, а не с физическим порядком расположения записей.

Совокупность процедур проектирования БД:

На этапе 1 устанавливают цели организации, определение требований к БД. Эти требования документируются в форме доступной конечному пользователю и проектировщику БД. Обычно при этом используется методика интервьюирования персонала.

Этап 2 заключается в описании и синтезе информационных требований пользователей в первоначальный проект БД. Результатом является высокоуровневое представление информационных требование пользователей на основе различных подходов.

Этап 3 высокоуровневое представление данных преобразуется в структурное используемое СУБД. Полученная логическая структура БД может быть оценена количественно с помощью различных характеристик: число обращений к логическим записям, объем данных в каждом приложении, общий объем данных и др. на основе этих данных логическая структура может быть усовершенствована с целью достижения большей эффективности.

На этапе 6 решаются вопросы связанные с производительностью системы, определяются структуры хранения данных и методы доступа.

Этап 4 связан с разбиением БД на разделы и синтезом различных приложений на основе модели. Основными факторами определяющими методику расчленения являются: допустимый размер каждого раздела, модели и частота использования приложений, структурная совместимость и факторы производительности БД.

Модели приложений могут быть классифицированы следующим образом: 1) приложения, использующие единственный файл; 2) приложения, использующие несколько файлов, в том числе допускающие независимую параллельную обработку и синхронизированную обработку.

На всех этапах используют средства проектирования и оценочные критерии.

Рис. 8

Количественные критерии: время необходимое для ответа на запрос, стоимость модификации, памяти, время на создание, стоимость реорганизации.

Качественные критерии: гибкость, адаптивность, доступность для пользователя, совместимость с другими системами, возможность конвертирования в другую вычислительную среду, возможность восстановления, распределения и расширения.

Предназначение хранилища данных

Информационная поддержка принятия решений.

Принципы организации хранилища данных:

предметная ориентация,

средства интеграции,

постоянство данных,

хронология данных.

Архитектура хранилища данных.

Рис. 9

Репозитарий - БД предназначенная для хранения системных данных. Основные функции репозитария:

парадигма вкл/выкл объектов,

поддержка множественных версий объектов и процедура управления конфигурациями для объектов,

оповещение рабочих и инструментальных систем об интересующих их собитии,

управление контекстом и различные способы обзора объектов репозитария,

определение потоков работ.

Представление и использование информации

Основной задачей представления информации пользователю является создание эффективного интерфейса в системе человек-компьютер. При этом осуществляется преобразование информации в форму удобную для восприятия пользователю. Можно выделить два основных типа интерфейса: 1) интерфейс на основе меню (смотри и выбирай); 2) интерфейс на основе языка команд (вспоминай и набирай).

...