ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ

ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ

“АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ”

Конспект лекций

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

I. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ УПРАВЛЕНИЯ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

1.1. Основные понятия управления

1.2. Основные понятия автоматизированных систем обработки информации и управления

1.3. История развития автоматизированных систем обработки информации и управления

II. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АСОИУ

III. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

IV. МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ АСОИУ

V. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ ПРИ РАЗРАБОТКЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

VI. КЛАССЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

6.1. Классификация по типу решаемых задач

6.2. Классификация задач автоматизации управления по способу информационного обслуживания

6.3. Классификация задач автоматизации управления по принципу преобразования информации

VII. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В АСОИУ

VIII. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АСОИУ

IX. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АСОИУ

X. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АСОИУ

XI. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АСОИУ

XII. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АСОИУ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Специальность “Автоматизированные системы обработки информации и управления” утверждена приказом № 180 Государственного комитета Российской Федерации по высшему образованию от 3 марта 1994 года.

Автоматизированные системы обработки информации и управления (АСОИУ) - область науки и техники, которая включает широкую совокупность средств, способов и методов деятельности, направленной на разработку технического, информационного, программного, математического, лингвистического, эргономического, организационного и правового обеспечения названных систем, а также структуры систем в целом.

В соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования специалист в области автоматизированных систем обработки информации и управления в соответствии с фундаментальной и специальной подготовкой может выполнять такие виды профессиональной деятельности, как проектирование, научные исследования, эксплуатация в данной области. Он должен знать и уметь использовать основные математические понятия и методы, математические модели процессов в естествознании и технике, вероятностные модели для анализа и количественных оценок конкретных процессов, базовые понятия информатики и вычислительной техники, закономерности протекания информационных процессов в системах управления, принципы работы технических и программных средств, основные приемы обработки экспериментальных данных.

С точки зрения общепрофессиональных дисциплин инженер в области автоматизированных систем должен иметь представление:

- об основных закономерностях функционирования систем и возможности их системного анализа;

- о современных методах исследования, оптимизации и проектирования АСОИУ;

- об использовании основных положений теории управления в различных областях науки и техники;

- о возможностях информационных технологий и их применении в промышленности, научных исследованиях, организационном управлении и других областях;

- о современном состоянии и тенденциях развития архитектур ЭВМ, вычислительных систем и сетей, об архитектуре и о возможностях микропроцессорных средств;

- о современных алгоритмических языках, о проблемах и направлениях развития технологии программирования, об основных методах и средствах автоматизации проектирования программного обеспечения, о методах организации работы в коллективах разработчиков программного обеспечения.

Специалист должен знать:

- качественные и количественные методы анализа систем, методы теоретико-множественного описания систем;

- основы системного подхода, формальный аппарат анализа и синтеза структур автоматизированных систем;

- основные классы моделей и методы моделирования, методы формализации, алгоритмизации и реализации моделей на ЭВМ;

- основные положения теории управления;

- принципы организации и функционирования отдельных устройств и ЭВМ в целом, комплексов и сетей ЭВМ, принципы построения архитектуры вычислительных систем;

- модели, методы и инструментальные средства, используемые в АСОИУ для решения интеллектуальных задач;

- принципы построения и методы разработки экспертных систем.

В итоге специалист должен уметь:

- формулировать и решать задачи проектирования АСОИУ с использованием информационных технологий;

- конструировать проектные решения и реализовывать их в заданной программной среде.

I. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ УПРАВЛЕНИЯ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

Основные понятия управления

Управление - это совокупность организационных, методических, технико-экономических решений с целью улучшения функционирования какого-либо объекта. Процесс управления заключается в том, чтобы из множества состояний системы выбрать наиболее рациональное с точки зрения поставленной цели.

На протяжении десятков лет теория регулирования, а затем и теория управления имели дело с объектами и процессами определенной природы, создаваемыми для вполне определенных целей, и в рамках некоторых ограничений можно было ставить задачу оптимизации целевой функции.

На этих “трех китах” (назначение объекта управления - критерий управления - ограничения) основывалась вся теория управления. Само понятие “управление” считалось неразрывно связанным с назначением объекта управления, отражаемым целевой функцией, критерием управления и ограничениями. Знание объекта и критерия управления давало возможность ответить на вопрос о качестве управления. Лучшим считалось такое управление, которое обеспечивало более предпочтительные значения целевой функции в условиях выполнения заданных ограничений в предположении, что объект управления удовлетворяет своему назначению. Такой подход к управлению принято считать классическим.

Важным принципом классической теории управления является принцип массовости, широко известный в прикладной математике. Суть этого принципа состоит в том, что методы, разрабатываемые в теории, должны находить применение при решении многих однотипных задач. Именно принцип массовости лежит в основе того, что в теории управления стали возможны формализация объектов и систем управления, замена реальных физических и технических систем их математическими аналогами. Такие модели объектов управления принято называть синтаксическими.

Однако не все объекты управления укладываются в рамки классической теории управления. Управление отраслями народного хозяйства, территориально-производственными комплексами, энергосистемами, транспортными системами постоянно сталкивается с необходимостью пересмотра сложившихся в классической теории управления принципов и методов решения. Все эти объекты принадлежат к той категории, для которой использование чисто синтаксических моделей управления невозможно.

Для моделей управления иного типа важно не только составить, насколько это возможно, формализованное описание данного объекта управления, найти средства формализации сведений о цели управления, но и о том, как объект реагирует на те или иные управляющие воздействия, какие ограничения необходимы. Новые модели получили название семиотических.

Семиотику можно определить как “науку о знаковых системах”. Знаки, входящие в подобные системы, есть объекты, обладающие тремя качествами: синтаксисом, семантикой и прагматикой. Синтаксис знака - это форма его выражения. Семантика связана с его смыслом, содержанием. Прагматика может быть выявлена лишь при наличии “потребителя” знака, того, кто использует объект. Итак, модели объектов управления и самого процесса управления, в которых необходимо отразить не только формальные связи и процессы (то есть синтаксис), но и семантику объекта управления, прагматику самого управления, называют семиотическими.

Рассмотрим основные отличия моделей классической теории управления от семиотических. Модели первого типа являются преимущественно процедуральными. Для них процедуры управления могут быть представлены в виде алгоритмов и программ, реализуемых на ЭВМ.

Модель управления, отражающая внутреннюю структуру, закономерности функционирования объекта и его отклика на управляющие воздействия, - это совокупность декларативных знаний.

В рамках семиотических моделей должны гармонично объединяться и процедуральные, и декларативные знания. Семиотические модели существенно расширяют возможности автоматизации процессов управления. Наличие в памяти ЭВМ модели управляемого объекта и достаточного количества информации об опыте управления этим объектом позволяет организовать в ЭВМ процесс обучения и порождения процедуральных знаний на основе накопленного опыта по управлению.

Помимо семиотических моделей существует еще ряд других, таких как игровое управление, имитационное моделирование и т.п.

Итак, методы управления, основанные на использовании семиотических и других неклассических моделей, применяются при решении задач, для которых невозможна формализация структуры объектов, протекающих в них процессов, критериев управления и методов управления ими. Придя на смену формальным моделям теории управления, они не отвергают последних.

Процесс управления - многоуровневый. На примере управления отраслью можно выделить несколько уровней (рис. 1).

Рис. 1

С течением времени из-за усложнения производственно-хозяйственных связей и информационных коммуникаций растет объем управленческих работ на предприятиях и в организациях, увеличивается число звеньев, где принимаются решения. Миллионы принимаемых управленческих решений оформляются документально. Все более значительны затраты времени на подготовку, передачу и переработку информации. При этом нельзя компенсировать рост объемов управленческих работ за счет создания все новых и новых рабочих мест в аппарате управления хотя бы по финансовым соображениям.

Это диктует необходимость перехода в сфере управления от экстенсивных форм развития, при которых увеличение объемов управленческих работ обеспечивается ростом числа рабочих мест, к интенсивным формам, предполагающим в ряде случаев сокращение рабочих мест управленческого аппарата. Интенсификация в сфере управления может быть достигнута за счет внедрения автоматизированных систем обработки информации и управления (АСОИУ).

Цель создания автоматизированных систем обработки информации и управления - обеспечение всех звеньев какой-либо системы достоверной информацией, представленной в форме, пригодной для принятия быстрых научно обоснованных решений, иными словами, повышение эффективности управления, совершенствование руководства.

Основные понятия автоматизированных систем обработки информации и управления

Под автоматизированной системой обработки информации и управления понимается совокупность экономико-математических методов, организационных мероприятий, информационных и технических средств, обеспечивающих сбор, передачу, обработку и представление результатов о деятельности какого-либо объекта, предприятия, подразделения.

Автоматизированные системы обработки информации и управления относятся к классу человеко-машинных систем, причем их развитие в каждой конкретной области применения идет по линии повышения роли ЭВМ как в сфере принятия решений, так и в сфере реализации принятых решений.

Предельный случай, когда ответственность как за принятые решения, так и за их выполнение возлагается на вычислительную машину, должен рассматриваться как отдельная сфера применения ЭВМ, а именно сфера автоматического управления в реальном масштабе времени[1]. Чтобы обеспечить работу в реальном времени, соответствующие языки программирования и программы должны содержать зависящие от времени конструкции.

В этом случае ЭВМ используется в контуре обратной связи некоторой системы управления, то есть вмешательство человека в процесс управления полностью исключается.

Итак, следует отличать термины ”автоматизированный” и “автоматический”.

История развития автоматизированных систем обработки информации и управления

Время внесло коррективы в сроки реализации прогноза Н. Винера. Если в первое время ведущей областью применения ЭВМ были научно-технические расчеты,… В тот период была разработана государственная программа автоматизации… В СССР первые системы, управляемые ЭВМ, появились в 60-х годах.

II. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АСОИУ

Как правило, автоматизированные системы обработки информации и управления представляют собой сложный комплекс параллельно действующих подсистем, занимающих определенное место в общей цепи управления. Сложные задачи целесообразным образом разлагаются на более мелкие подзадачи (“divide-and-concuer” - “разделяй и властвуй”). При этом выбор разложения на подзадачи - структурирование постановки задачи - является одним из важнейших шагов проектирования АСОИУ. Каждая подсистема имеет свою сферу управления с самостоятельными входами и выходами. Результаты решения задач одной подсистемы служат исходными данными или ограничениями для выполнения функций другой подсистемой.

В многоуровневых системах предусмотрены как вертикальные информационные связи, так и горизонтальные. По взаимодействию различают моноиерархические и полииерархические многоуровневые системы. В первых реализуются только радиальные линии передачи информации.

На рис. 2 представлена структурная схема одноуровневой автоматизированной системы обработки информации и управления.

Рис. 2

На следующих рисунках представлены структурные схемы многоуровневых автоматизированных систем обработки информации и управления. Они различаются характером линий связи источников информации с централизованным пунктом ее переработки. Различают радиальные (рис. 3), магистральные или цепочечные (рис. 4), древовидные (рис. 5) и иерархические, то есть смешанные структуры (рис. 6). С увеличением числа управляемых объектов усложняется и структура АСОИУ. Наиболее характерными становятся цепочечные и древовидные структуры. При цепочечной структуре подсистемы рассредоточены вдоль линии связи. Такой принцип построения характерен для транспортных и других систем.

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

При выборе структуры АСОИУ следует руководствоваться следующими принципами:

· минимизация числа ступеней иерархии и линий связи,

· обеспечение наиболее простых схем взаимодействия между элементами системы.

Но вместе с этим необходимо соблюдать условие полной самостоятельности каждой из подсистем.

На рис. 7 представлена более подробная структурная схема автоматизированной системы обработки информации и управления.

Рис. 7

Рассмотрим существо каждой из составляющих.

Информационная база - это совокупность данных, а именно массивы обрабатываемой информации, словари и массивы справочной информации.

Программное обеспечение следует рассматривать как совокупность системного программного обеспечения, управляющего функционированием ЭВМ, прикладного программного обеспечения, реализующего процессы обработки текста, ведения баз данных, обработку табличной информации. Кроме того, каждая АСОИУ характеризуется специализированным программным обеспечением, реализующим процедуры управления.

Организационная составляющая объединяет людей, совместная деятельность которых на основе определенных правил и процедур направлена на достижение цели управления. Она регламентирует схему движения информации в системе, сроки представления информации в соответствии с сетевым графиком управления.

Математическое обеспечение базируется на теории автоматического управления и представляет собой совокупность математических методов и алгоритмов реализации задачи на ЭВМ.

Техническое обеспечение базируется в первую очередь на компьютерной технике, а также представлено телекоммуникационными средствами приема и передачи информации, аппаратурой сопряжения с линиями связи, средствами документирования информации, устройствами взаимодействия человека с ЭВМ.

К техническому обеспечению АСОИУ предъявляются следующие требования:

– обеспечение необходимой пропускной способности (время реакции на запрос пользователя не должно превышать двух-трех секунд);

– единство информационной базы всех пользователей системы с правом коллективного доступа к ней и обеспечение при этом защиты информации от несанкционированного доступа;

– интерактивный режим взаимодействия человека с системой;

– возможность развития системы;

– возможность работы в сети.

Методологическое обеспечение представлено документацией, отражающей состав и функционирование АСОИУ.

III. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

1. Сбор информации. 2. Обработка данных: проведение расчетов, сортировка информации. 3. Поиск информации по стандартным запросам.

IV. МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ АСОИУ

На первом этапе проводится исследование существующей системы обработки информации, состоящее: - в построении информационного графа; - в определении структурных, временных и количественных характеристик потоков информации;

V. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ ПРИ РАЗРАБОТКЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

1. Обеспечение надежности работы АСОИУ, связанное в первую очередь с автоматизацией процесса контроля входной информации. 2. Обеспечение живучести системы, то есть способности к компенсации… 3. Обеспечение открытости системы, то есть возможности расширения ее функциональных возможностей и числа пользователей…

VI. КЛАССЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

Возможна многоаспектная классификация автоматизированных систем обработки информации и управления.

Классификация по типу решаемых задач

По типу решаемых задач, как наиболее важному фактору, различают следующие классы АСОИУ:

1. Автоматизированные системы обработки информации и управления организационного типа. К ним можно отнести системы учета кадров, контроля исполнения документов, автоматизации делопроизводства, учета материальных ценностей и основных средств.

2. Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП).

3. Автоматизированные системы управления научно-исследовательскими работами (АСНИ).

Классификация задач автоматизации управления по способу информационного обслуживания

По способу информационного обслуживания можно выделить четыре типа задач, отличающихся характером обрабатываемой информации, алгоритмами и регулярностью обработки.

1. Задачи учета и анализа больших массивов информации (кадровой, планово-финансовой и др.). Относятся к классу задач регулярного характера, решаемых в известные моменты времени. Обработка большей части информации производится по стандартным алгоритмам и состоит:

· в анализе значений данных по различным разрезам,

· в вычислении некоторых усредненных и обобщенных показателей,

· в сравнении вычисленных показателей с плановыми и предыдущими значениями показателей.

2. Задачи планирования (например, распределения ресурсов, финансирования). Относится к категории задач регулярного характера. Исходными данными для них являются сведения за предыдущие отрезки времени и заявки на планируемый период. Решение заключается в приведении заявок в соответствие с плановым заданием. Задание, как правило, допускает несколько вариантов решения, из которых выбирается один. Задачи планирования относятся к многовариантным, решаемым многоэтапно.

3. Задачи выработки заключения по какому-либо вопросу. Возникают регулярно или в случайные моменты времени, но решаются к определенному сроку. При этом осуществляется сравнение однородных групп показателей с результатами деятельности настоящего периода или в предыдущие годы. Алгоритмы обработки и поиска информации могут быть указаны приблизительно по каждой из задач, либо стандартизированы и различаться только значениями показателей.

4. Случайные задачи, возникающие в процессе управления и решаемые нестандартным путем.

Классификация задач автоматизации управления по принципу преобразования информации

По принципу преобразования информации можно выделить три типа задач:

1. Задачи справочно-отчетного характера.

2. Задачи анализа и установления зависимостей.

3. Задачи разработки обобщенных показателей с целью принятия решения.

Каждая из названных задач характеризуется:

- схемой движения информации,

- формой первичных и результирующих документов,

- способом кодирования первичной информации,

- алгоритмами обработки информации,

- степенью достоверности информации,

- использованием получаемых результатов.

Целесообразно также различать системы малого и большого масштаба. Малые АСОИУ связаны с управлением локальными процессами или объектами. Большие образуются из сблокированных подсистем.

VII. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В АСОИУ

Основная проблема, возникающая при таком подходе к оценке информации, - создание наиболее эффективных форм передачи сведений при сохранении… Информационное сообщение состоит из символов, задаваемых алфавитом из М букв и… Основные информационные процессы, характерные для АСОИУ можно сформулировать следующим образом:

VIII. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АСОИУ

· Автоматизация управления осуществляется не ради самой механизации и автоматизации, а как реальное средство повышения продуктивности умственного… · Финансовые затраты на создание автоматизированных систем обработки… - трудоемкость информационных процессов не возрастет из-за необходимости ввода исходной информации;

IX. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АСОИУ

По характеру изменения информацию можно классифицировать следующим образом: · условно-постоянная, изменяющая свою количественную характеристику… · переменная, оперативно изменяющая свою количественную характеристику в процессе обработки.

X. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АСОИУ

Под ОС понимается комплекс программ, поддерживающий функционирование ЭВМ, освобождающий пользователя от распределения ресурсов и контроля их… Различают следующие режимы обработки пользовательских программ: пакетный,… Функции операционной системы в большой степени зависят от числа пользовательских программ, одновременно обрабатываемых…

XI. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АСОИУ

Понятие алгоритма в широком смысле заключается в следующем. Алгоритм - это точное описание последовательности действий над заданными объектами,… При постановке задачи на ЭВМ понятие “алгоритм” трактуется следующим образом.… Рассмотрим классические этапы, составляющие алгоритмы:

XII. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АСОИУ

Эффективное использование ЭВМ невозможно без знания их архитектуры и принципов функционирования. Упрощенная схема функционирования ЭВМ представлена… Ядро ЭВМ составляет ее центральное устройство, в состав которого входит… Процессор выполняет основную обработку информации в процессе решения любой задачи. В его функции входит также…

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Информатика: Учебник / Под ред. проф. Н.В. Макаровой. - М.: Финансы и статистика, 1997. - 783 с. (разделы 2 - 3.2).

2. Брой М. Информатика. Основополагающее введение: В 4 ч. - М.: Диалог МИФИ, 1998.

3. Свириденко С.С. Современные информационные технологии. - М.: Финансы и статистика, 1996.

4. Першиков В.И., Савинков В.М. Толковый словарь по информатике. 2 изд., доп. - М.: Финансы и статистика, 1995.

5. Научные основы организации управления и построения АСУ / Под ред. В.Л. Бройдо, В.С. Крылова. - М.: Высшая школа, 1993. - 96 с.

6. Уголовный кодекс Российской Федерации.

7. Закон РФ от 23.09.92 № 3523-1 “О правой охране программ для ЭВМ и баз данных”.

[1] Винер Н. Кибернетика и общество. - М.: Изд-во «Иностранная литература», 1958. - С. 164.