Характеристика работы информационных систем

Размещено на http://allbest.ru

1. Модель взаимодействия открытых систем

информационный программный процессор еxcel

По определению, принятому комитетом IEE POSIX 1003.0, открытой информационной системой называется система, которая реализует открытые спецификации на интерфейсы, сервисы (услуги среды) и поддерживает форматы данных, достаточные для того, чтобы дать возможность должным образом разработанному прикладному программном обеспечению быть переносимым в широком диапазоне систем с минимальными изменениями, взаимодействовать с другими приложениями на локальных и удаленных системах, и взаимодействовать с пользователями в силе, который облегчает переход пользователей о системы к системе. [1]

Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) - базовая эталонная модель открытых систем, предложена Международной организацией по стандартизации (International Organization of Standardization, ISO). Описание эталонной модели взаимосвязи открытых систем (далее ВОС) представлено в Государственном стандарте РФ ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1-99.

Эталонная модель создает общую основу для скоординированной разработки стандартов на ВОС, допуская в то же время использование существующих стандартов в данной области и определяя их будущее местоположение в своих рамках. Она также определяет направления разработки и усовершенствования стандартов и поддерживает их совместимость.

Термин «взаимосвязь открытых систем» относится к стандартам на обмен информацией между системами, «открытыми» друг другу для такого обмена путем совместного использования ими соответствующих стандартов.

Понятие «открытости» систем не связано с их конкретной реализацией, техническими средствами или способами взаимосвязи, а обозначает взаимное признание и поддержку соответствующих стандартов. Кроме того, модель ISO/OSI определяет направления разработки и усовершенствования стандартов и является общим эталоном для обеспечения их совместимости. Стандарт описания модели ВОС не может служить ни спецификацией для конкретной реализации, ни основой для оценки соответствия правилам существующих реализаций и не содержит детализации, позволяющей точно определить услуги и протоколы архитектуры ВОС. Стандарт предоставляет только концептуальные и функциональные рамки, позволяющие группам экспертов продуктивно и независимо друг от друга разрабатывать стандарты на каждый уровень эталонной модели ВОС.

Эталонная модель обладает достаточной гибкостью для учета дальнейшего развития технических средств и расширения требований пользователя. Эта гибкость предусматривает также возможность постепенного перехода от существующих реализаций к стандартам ВОС. [2]

1. Модель ISO/OSI.

Модель ISO/OSI (рис.1) предполагает, что все сетевые приложения можно разделить на семь уровней, для каждого из которых созданы свои стандарты и общие модели.

В результате задача сетевого взаимодействия делится на меньшие и более легкие задачи, обеспечивая совместимость между продуктами разных производителей и упрощается разработка приложений за счет создания отдельных уровней и использования уже существующих реализаций.

Прикладной уровень.

Прикладной уровень, который является наивысшим уровнем в эталонной модели ВОС, предоставляет прикладным процессам средства доступа к функциональной среде ВОС. Поэтому прикладной уровень не имеет границы с более высоким уровнем.

В прикладном уровне выполняются все функции, которые предполагают обмен данными в любом режиме между открытыми системами, но которые еще не выполнены нижерасположенными уровнями. В их число включены функции, выполняемые программными средствами, и функции, выполняемые операторами.[2]

Таким образом, прикладной уровень осуществляет связь пользовательских приложений с сетью. Пользовательские приложения: просмотр веб-страниц (HTTP), передача и прием почты (SMTP, POP3), прием и получение файлов (FTP, TFTP), удаленный доступ (Telnet) и др.

Уровень представления данных.

Уровень представления данных устанавливает способы представления информации, которой обмениваются логические объекты прикладного уровня или на которую они ссылаются в процессе такого обмена.

Данный уровень устанавливает способы представления информации, которые являются общими (или одинаковыми) для взаимодействующих логических объектов прикладного уровня. Таким образом, логические объекты прикладного уровня освобождаются от функции представления информации, поскольку используется общий способ представления, и для них обеспечивается синтаксическая независимость.

Уровень представления данных гарантирует, что информация, содержащая данные прикладного уровня, сохраняется на время передачи. Объединенные логические объекты прикладного уровня несут ответственность за определение набора абстрактных синтаксисов, который они используют в своих обменах. Уровень представления данных информируется о подлежащих использованию абстрактных синтаксисах. Зная набор абстрактных синтаксисов, которые должны быть использованы логическими объектами прикладного уровня, уровень представления данных несет ответственность за выборку общих приемлемых синтаксисов передачи.

Уровень представления данных обеспечивает следующие возможности:

· Идентификацию набора синтаксисов передачи;

· Выбор синтаксиса передачи;

· Доступ к услугам сеансового уровня.

В уровне представления данных выполняются следующие функции, с помощью которых реализуются услуги уровня представления данных:

· Соглашение по выбору и повторному выбору синтаксиса передачи;

· Представление абстрактного синтаксиса, выбранного логическими объектами прикладного уровня в виде согласованного или повторно согласованного синтаксиса передачи, включая форматирование и специальные функции преобразования (например, сжатие);

· Восстановление предыдущих согласованных синтаксисов на вхождение определенных событий;

· Использование услуг сеансового уровня. [2]

Сеансовый уровень.

Сеансовый уровень предназначен для обеспечения средств, необходимых взаимодействующим логическим объектам уровня представления данных, организации и синхронизации диалога и административного управления обменом данными между ними. С этой целью сеансовый уровень предоставляет услуги по установлению соединения сеансового уровня между двумя логическими объектами уровня представления данных, а также услуги по поддержанию упорядоченного обмена данными при взаимодействии и услуги по освобождению соединения в соответствии с установленной процедурой. [2]

Таким образом, основная функция сеансового уровня - это обеспечение, установление и разрыв сеансов, и управление ими. Сеанс - это логическое соединение между двумя конечными пунктами. Наилучший пример этой модели - телефонный звонок. При наборе номера Вы устанавливаете логическое соединение, в результате на другом конце провода звонит телефон. Когда один из собеседников говорит «аллё», начинается передача данных. После того как один из абонентов вешает трубку, телефонная компания выполняет некоторые действия для разрыва соединения. Сеансовый уровень следит также за очередностью передачи данных. Эту функцию называют «управление диалогом» (dialog management).

Транспортный уровень.

Услуги транспортного уровня обеспечивают передачу данных между логическими объектами сеансового уровня, освобождают их от выполнения операций, результат которых - надежная и экономичная передача данных.

Транспортный уровень оптимизирует использование доступных услуг сетевого уровня, чтобы обеспечить пропускную способность, требуемую каждым логическим объектом сеансового уровня, при минимальных затратах. Эта оптимизация достигается с учетом ограничений, обусловленных совместными требованиями со стороны всех одновременно работающих логических объектов сеансового уровня, а также общим качеством и объемом услуг сетевого уровня, предоставляемых транспортному уровню. [2]

Таким образом, работа транспортного уровня заключается в том, чтобы обеспечить приложениям или верхним уровням стека - прикладному и сеансовому - передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное - способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети - компонентами их сетевых операционных систем. В качестве примера транспортных протоколов можно привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и протокол SPX стека Novell. [3]

Сетевой уровень.

Сетевой уровень предоставляет функциональные и процедурные средства для обмена данными в режимах как с установлением соединения, так и без установления соединения между логическими объектами транспортного уровня, а также предоставляет логическим объектам транспортного уровня независимость маршрутизации и ретрансляции.

Сетевой уровень предоставляет средства установления, поддержания и разъединения соединения сетевого уровня между открытыми системами, содержащими связанные логические объекты прикладного уровня, а также процедурные средства для обмена сервисным блоком данных (далее СБД) сетевого уровня по соединению уровня между логическими объектами транспортного уровня. [2]

В общем смысле этот уровень определяет путь, по которому данные будут переданы. Между тем, этот уровень является третьим в Сетевой модели OSI, а ведь существуют такие устройства, которые называются устройствами третьего уровня - Маршрутизатор.

Маршрутизатор - это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Для того, чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач (hops) между сетями, каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.

Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией и ее решение является главной задачей сетевого уровня. Эта проблема осложняется тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту, оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, которая может изменяться с течением времени. Некоторые алгоритмы маршрутизации пытаются приспособиться к изменению нагрузки, в то время, как другие принимают решения на основе средних показателей за длительное время. Выбор маршрута может осуществляться и по другим критериям, например, надежности передачи. [3]

Канальный уровень (уровень звена данных).

Канальный уровень необходим для взаимодействия сетей на физическом уровне. Поэтому одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи. Другой задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра, чтобы отметить его, а также вычисляет контрольную сумму, суммируя все байты кадра определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка.

Устройствами канального уровня являются коммутаторы, концентраторы и т.п. [3]

Физический уровень.

Физический уровень обеспечивает механические, электрические, функциональные и процедурные средства для активизации, поддержки и деактивизации соединений физического уровня, предназначенных для побитовой передачи между логическими объектами канального уровня. Соединение физического уровня может проходить через промежуточные открытые системы, каждая из которых осуществляет ретрансляцию битового потока средствами физического уровня. [2]

К физическим каналам уровня относятся, например, коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, такие как требования к фронтам импульсов, уровням напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме этого, здесь стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта. [3]

2. С помощью табличного процессора MS Excel решить систему уравнений матричным методом, методом приближенных вычислений, методом Гаусса-Зейделя

Дана система уравнений:

1. Решение матричным методом.

Для решения системы уравнений в табличном процессоре MS Excel применяется метод обратной матрицы.

Шаг первый: Ввод матрицы «А» в табличный процессор:

Шаг второй: Вычисляем матрицу, обратную к «А».

Для этого необходимо выделить диапазон ячеек, где будет храниться обратная матрица > из мастера функций категории «Математические» выбрать функцию МОБР > на втором шаге мастера функций выбрать вычисляемый массив, т.е. диапазон ячеек, в котором хранится матрица «А».

Получаем обратную матрицу:

Вид с формулами:

Шаг 3: Умножаем обратную матрицу на вектор b.

Для этого выбираем ячейки для хранения результата умножения > в Мастере функций категории «Математические» выбираем функцию МУМНОЖ, которая предназначена для умножения матриц. При этом умножение матриц происходит по правилу строка на столбец и матрицу А можно умножить на матрицу В только в том случае, если количество столбцов матрицы А равно количеству строк матрицы В.

В нашем случае, умножаем обратную матрицу «Г» на вектор b:

Получаем результат:

Вектор «х» является результатом вычислений.

Для того, чтобы проверить, правильно ли решена система уравнений необходимо выполнить проверку. Для этого необходимо умножить матрицу «А» на вектор «х» и получить в результате вектор «b». Умножение матрицы на вектор осуществляется с помощью функции МУМНОЖ:

Получаем результат:

2. Решение методом приближенных вычислений (метод Крамера).

Шаг первый: Введем матрицу «А» и вектор «b» на рабочий лист Excel. Кроме этого, необходимо сформировать четыре вспомогательные матрицы, заменяя последовательно столбцы матрицы «А» на столбец вектора «b»:

Шаг второй: Вычисляем определитель «d» матрицы «А». Для этого необходимо выбрать свободную ячейку и в мастере функций категории «Математические» выбрать функцию МОПРЕД, предназначенную для вычисления определителя матрицы. В поле Массив вводится диапазон вычисляемой матрицы. В нашем случае для каждой матрицы вычислим свой определитель:

Результат вычислений:

Воспользовавшись формулами Крамера, необходимо последовательно разделить вспомогательные определители на главный. Таким образом, получим решение линейного уравнения:

Результат вычислений:

3. Решение методом Гаусса.

Используя элементарные преобразования Гаусса, во второй, третьей и четвертой строках первого столбца матрицы «А» получим нули (коэффициенты при х1 во втором, третьем и четвертом уравнениях системы сделаем равными нулю), при этом первую строку оставим без изменений.

Для этого необходимо выделить диапазон свободных ячеек, например А6:Е6 и записать формулу =А1:Е1 и выполняем данную операцию над массивом (<Ctrl>+<Shift>+<Enter>). В результате первая строка матрицы осталась без изменений.

Выделяем следующий диапазон ячеек А7:Е7 и записываем формулу: = А2:Е2-$A$1:$E$1*(A2/$A$1), которая обратит в нуль элемент матрицы, стоящий во второй строке первого столбца (обращающую в нуль коэффициент при х1 во втором уравнении системы). Это уравнение копируется в диапазон А8:Е9. Это обратит в нуль элементы расширенной матрицы, стоящие в третьей и четвертой строках первого столбца матрицы (обратит в нуль коэффициенты при х1 в третьем и четвертом уравнениях системы).

Аналогичными преобразованиями выполняем операции над следующими строками, обращаем в нуль коэффициенты при х₂, х₃, х₄:

В результате получаем таблицу ступенчатого вида:

Для проверки правильности проведенных расчетов решим заданную систему матричным методом. Для этого необходимо выделить диапазон свободных ячеек и записать формулу: =МУМНОЖ(МОБР(А1: D4);E1:E4):

Получаем результат:

Список использованных источников

1. ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1-99. Информационные технологии. Взаимосвязь открытых систем. Базовая эталонная модель. - Введ. 1999 - 03 - 18. - МНИЦ Гос. Ком. РФ по связи и информатики: Изд-во стандартов, 1999. - 57с.

Размещено на Allbest.ru