Изменение науки и образования

Кафедра математики и информатики

 

Зайцев М.А.

 

 

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В НАУКЕ

И ОБРАЗОВАНИИ

 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

 

 

Москва
2018

УДК 681.5 (075)

 

Рецензенты:

 

 

Зайцев М.А.

Компьютерные технологии в науке и образовании: учебное пособие / М.А. Зайцев; Моск. ун-т им. С.Ю. Витте. Каф. МиМ. – М.: изд. «МУ им. С.Ю. Витте», 2018.

 

Учебное пособие составлено в соответствии с программой дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании».

Отражены основные аспекты использования современных компьютерных технологий в науке и образовании, в том числе технологий дистанционного обучения, изложены особенности всех основных информационных технологий, включая интеллектуальные и сетевые технологии, раскрыты вопросы безопасности программного обеспечения информационных систем и технологий.

Предназначены для магистрантов и аспирантов всех специальностей, изучающих дисциплину «Компьютерные технологии в науке и образовании», но может быть также полезно и для студентов, бакалавров и преподавателей, осваивающих современные компьютерные технологии.

 

УДК 681.5 (075)

 

Рекомендовано к изданию решением Научно-методического совета МУ им. С.Ю. Витте №_ от _____________

 

ISBN 978-5-95800-000-0

 

© ЧОУВО «МУ им. С.Ю. Витте», 2018

© Зайцев М.А., 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………
ГЛАВА 1. Изменение науки и образования под влиянием ИКТ…………………………………………………………….	7
1.1 Информатизация общества ……………………………	7
1.2 Информационные системы, структура и классификация информационных систем …………………	8
1.3 Информационные технологии, структура и классификация информационных технологий……………...	18
ГЛАВА 2. СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. ОБЛАЧНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ……………………………………………….	30
2.1 Сетевые информационные технологии……………….	30
2.2 Модель взаимодействия открытых систем……………	35
2. 3 Техническое обеспечение информационно-вычислительных сетей………………………………………..	38
2.4 Локальные вычислительные сети……………………...	43
2.5 Глобальная информационная сеть Интернет…………	47
2.6 Корпоративные компьютерные сети…………………..	52
2.7 Технологии облачных вычислений……………………	54
ГЛАВА 3. Информационные технологии в научной деятельности и образовании. Информационная безопасность пользователей…………………………………	66
3.1 Информационные технологии в научной деятельности…………………………………………………..	66
3.2 Безопасность пользователя информационных технологий…………………………………………………….	97
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………….	112
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ	114
ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………	126

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Информационные технологии(ИТ) являются составной частью научного направления «Информатика» и базируется на её достижениях. Но в настоящее время недостаточно владеть информацией, её необходимо применять и реализовывать. Эту задачу решают информационные технологии, основная цель которых – обработка информации различных видов.

На основе ИТ решается задача автоматизации информационных процессов. Информация, как продукт ИТ, структурируется и формируется в виде знаний.

Опыт внедрения ИТ подтверждает их высокую экономическую эффективность для многих сфер применения.

Яркими примерами могут служить системы электронного документооборота и организация дистанционного обучения на базе современных телекоммуникационных и информационных технологий.

В данном учебном пособии разбираются основные теоретические положения ИТ, раскрываются базовые информационные технологии (БИТ), такие как телекоммуникационные технологии и технологии искусственного интеллекта, приводятся различные интегрированные информационные технологии (ИИТ).

В любой области деятельности человека технология – это совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов (ПП), под которыми следует обобщенно понимать выполняемую работу.

В ПП важнейшим ресурсом является информация как один из основных факторов повышения их эффективности. В этой связи под термином информационная технология понимают современные виды информационного обслуживания, основанные на использовании средств вычислительной техники, связи, множительных средств и оргтехники.

Компьютерные технологии (обобщенное название технологий, отвечающих за хранение, передачу, обработку, защиту и воспроизведение информации с использованием компьютеров) (КТ) являются частью информационных и обеспечивают сбор, обработку, хранение и передачу информации с помощью ЭВМ.

Основу современных КТ составляют три технологических достижения: возможность хранения информации на машинных носителях, развитие средств связи и автоматизация обработки информации с помощью компьютера.

Практически КТ реализуются применением программно-технических комплексов, состоящих из персональных компьютеров (ПК) или рабочих станций с необходимым набором периферийных устройств, включенных в локальные и глобальные вычислительные сети и обеспеченных необходимыми программными средствами. Использование названных элементов увеличивает степень автоматизации как научных исследований, так и учебных процессов, что служит основой их совершенствования.

КТ повышают уровень эффективности работ в науке и образовании за счёт следующих факторов:

1) упрощение и ускорение процессов обработки, передачи, представления и хранения информации;

2) увеличение объёма полезной информации с накопителем типовых решений и обобщением опыта научных разработок;

3) обеспечение глубины, точности и качества решаемых задач. Возможность реализации задач ранее не решаемых. Постановка исследований и получение результатов, недостижимых другими средствами;

4) возможность анализа большого числа вариантов синтеза объектов и принятия решений;

5) сокращение сроков разработки, трудоёмкости и стоимости научно-технических работ при улучшении условий работы специалистов.

КТ в настоящее время используется практически во всех сферах деятельности человека. Задача нашего курса – обобщить знания по КТ применительно к научным исследованиям и образованию.

При анализе возможностей примененияКТ в какой-либо деятельности проводят тщательный анализ данной сферы для определения целесообразных направлений её рационального использования.

 

ГЛАВА 1

ИЗМЕНЕНИЕ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

ПОД ВЛИЯНИЕМ ИКТ

 

1.1 Информатизация общества

 

Возрастание объёма информации стало в особенности заметно к середине XX в. Лавинообразный поток информации хлынул на человека, не давая ему возможности воспринять эту информацию в полной мере. В ежедневно обновляющемся потоке информации ориентироваться становилось всё труднее. Зачастуюгораздо проще стало создавать новый материальный или интеллектуальный продукт, нежели вести розыск аналога, сделанного ранее.

Как результат – наступает информационный кризис (взрыв), который имеет следующие проявления:

появляются противоречия между ограниченными возможностями человека по восприятию и переработке информации и существующими мощными потоками и массивами хранящейся информации. Так, например, общая сумма знаний менялась вначале очень медленно, но уже с 1900 г. она удваивалась каждые 50 лет, к 1950 г. удвоение происходило каждые 10 лет, к 1970 г. – уже каждые 5 лет, с 1990 г. – ежегодно, а в наши дни – ещё быстрее;

существует большое количество избыточной информации, которая затрудняет восприятие полезной для потребителя информации;

возникают определённые экономические, политические и другие социальные барьеры, которые препятствуют распространению информации (например, введение грифа секретности или «для служебного пользования» для некоторого вида информации).

Эти причины породили весьма парадоксальную ситуацию – в мире накоплен громадный информационный потенциал, но люди не могут им воспользоваться в полном объёме в силу ограниченности своих возможностей. Информационный кризис поставил общество перед необходимостью поиска путей выхода из создавшегося положения. Внедрение современных средств переработки и передачи информации в различные сферы деятельности послужило началом нового эволюционного процесса в развитии человеческого общества, находящегося на этапе индустриального развития, который получил название информатизации.

Информатизация общества –организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций, общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов (Федеральный закон «Об информации, информатизации и защите информации от 27.07.2006 г.).

Процесс информатизации общества выдвигает на первый план новую отрасль – информационную индустрию, связанную с производством технических средств, методов, технологий для производства новых знаний, главной задачей которой является создание новых информационных систем. Важнейшими составляющими информационной индустрии становятся все виды современных информационных технологий, опирающихся на достижения в области компьютерной техники и средств связи.

 

1.2 Информационные системы, структура и классификация
информационных систем

 

Под системой понимают любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как объединённая в интересах достижения поставленных целей совокупность разнородных элементов.

Добавление к понятию «система» слова «информационная» отражает цель её создания и функционирования. Информационные системы обеспечивают сбор, хранение, обработку, поиск, выдачу информации, необходимой в процессе принятия решений задач из любой области. Они помогают анализировать проблемы и создавать новые продукты.

Информационная система (ИС) – взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для сбора, хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.

Современное понимание ИС предполагает использование в качестве основного технического средства переработки информации персонального компьютера или суперЭВМ. Но техническое воплощение ИС само по себе ничего не будет значить, если не учтена роль человека, для которого предназначена производимая информация и без которого невозможно её получение и представление.

Первые ИС появились в 1950-е гг. В эти годы они были предназначены для обработки счетов и расчёта зарплаты, а реализовывались на электромеханических бухгалтерских счётных машинах. Это приводило к некоторому сокращению затрат и времени на подготовку бумажных документов.

1960-е гг. знаменуются изменением отношения к ИС. Информация, полученная из них, стала применяться для периодической отчётности по многим параметрам. Для этого организациям требовалось компьютерное оборудование широкого назначения, способное обслуживать множество функций, а не только обрабатывать счета и считать зарплату, как было ранее.

В 1970 - начале 1980-х гг. ИС начинают широко использоваться в качестве средства управленческого контроля, поддерживающего и ускоряющего процесс принятия решений.

К концу 1980-х гг. концепция использования ИС вновь изменяется. Они становятся стратегическим источником информации и используются на всех уровнях организации любого профиля. Информационные системы этого периода, предоставляя вовремя нужную информацию, помогают организации достичь успеха в своей деятельности, создавать новые товары и услуги, находить новые рынки сбыта, обеспечивать себе достойных партнёров, организовывать выпуск продукции по низкой цене и многое другое.

Любая ИС предполагает ввод информации из внешних или внутренних источников; обработку входной информации и представление её в удобном виде; вывод информации для представления потребителям или передачи в другую систему; обратную связь (информацию, переработанную людьми данной организации для коррекции входной информации).

Информационная система определяется следующими свойствами:

любая ИС может быть подвергнута анализу, построена и управляема на основе общих принципов построения систем;

ИС является динамичной и развивающейся;

при построении ИС необходимо использовать системный подход;

выходной продукцией ИС является информация, на основе которой принимаются решения;

ИС следует воспринимать как человеко-компьютерную систему обработки информации.

Структура и классификация информационных систем. В структуре ИС можно выделить несколько различных декомпозиций, каждая из которых описывает систему с определённой точки зрения и на различных уровнях детализации. Одной из наиболее важных декомпозиций является декомпозиция ИС на обеспечивающие составляющие как совокупность отдельных её частей, называемых обеспечивающими подсистемами (рис. 1).

Среди обеспечивающих подсистем обычно выделяют информационное, техническое, математическое, программное, организационное, правовое и лингвистическое обеспечение.

Рис. 1 Структура информационной системы

 

Информационное обеспечение. Назначение подсистемы информационного обеспечения состоит в своевременном формировании и выдаче достоверной информации для принятия управленческих решений.

Информационное обеспечение – совокупность единой системы классификации и кодирования информации,       унифицированных систем документации, схем информационных потоков, циркулирующих в организации, а также методология построения баз данных.

Унифицированные системы документации создаются на государственном, республиканском, отраслевом и региональном уровнях. Главная цель – это обеспечение сопоставимости показателей различных сфер общественного производства.

Схемы информационных потоков отражают маршруты движения информации и её объёмы, места

возникновения первичной информации и использования результатной информации. За счёт анализа структуры подобных схем можно выработать меры по совершенствованию всей системы управления.

Методология построения баз данных базируется на теоретических основах их проектирования.

Техническое обеспечение – комплекс технических средств, предназначенных для работы ИС, а также соответствующая документация на эти средства и технологические процессы.

Комплекс технических средств составляют: компьютеры любых моделей; устройства сбора, накопления, обработки, передачи и вывода информации; устройства передачи данных и линий связи; оргтехника и устройства автоматического съёма информации; эксплуатационные материалы и др.

Документацией оформляются предварительный выбор технических средств, организация их эксплуатации, технологический процесс обработки данных, технологическое оснащение.

Математическое и программное обеспечение – совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ для реализации целей и задач информационной системы, а также нормального функционирования комплекса технических средств.

К средствам математического обеспечения относятся: средства моделирования процессов управления; типовые задачи управления; методы математического программирования, математической статистики, теории массового обслуживания и др.

В состав программного обеспечения входят общесистемные и специальные программные продукты, а также техническая документация.

К общесистемному программному обеспечению относятся комплексы программ, ориентированных на пользователей и предназначенных для решения типовых задач обработки информации. Они служат для расширения функциональных возможностей компьютеров, контроля и управления процессом обработки данных.

Специальное программное обеспечение представляет собой совокупность программ, разработанных при создании конкретной информационной системы. В его состав входят пакеты прикладных программ (ППП), реализующие разработанные модели разной степени адекватности, отражающие функционирование реального объекта.

Техническая документация на разработку программных средств должна содержать описание задач, задание на алгоритмизацию, экономико-математическую модель задачи, контрольные примеры.

Организационное обеспечение – совокупность методов и средств, регламентирующих взаимодействие работников с техническими средствами и между собой в процессе разработки и эксплуатации информационной системы.

Правовое обеспечение – совокупность правовых норм, определяющих создание, юридический статус и функционирование информационных систем, регламентирующих порядок получения, преобразования и использования информации.

В состав правового обеспечения входят законы, указы, постановления государственных органов власти, приказы, инструкции и другие нормативные документы министерств, ведомств, организаций, местных органов власти. В правовом обеспечении можно выделить общую часть, регулирующую функционирование любой информационной системы, и локальную часть, регулирующую функционирование конкретной системы.

Подсистема лингвистического обеспечения включает совокупность словарей, справочников, положений и инструкций предмашинной и машинной обработки и поиска информации.

Классификация ИС. При создании любой классификации важным является то, какой классификационный признак положен в её основу. Классифицировать информационные системы можно по различным признакам: по структурированности задач, по функциональному признаку, по степени автоматизации, по характеру использования, по сфере применения и т.д.

Классификация по масштабу ИС

С точки зрения масштаба можно рассматривать ИС: всемирные, международные, республиканские, региональные, отраслевые, объединений, предприятий, подразделений.

Классификация по степени автоматизации функций ИС

В зависимости от степени автоматизации ИС определяются как неавтоматизированные (ручные), автоматические, автоматизированные.

Ручные ИС характеризуются отсутствием современных технических средств переработки информации и выполнением всех операций человеком. Автоматические ИС выполняют все операции по переработке информации без участия человека. Автоматизированные ИС предполагают участие в процессе обработки информации и человека, и технических средств, причём главная роль отводится компьютеру. В современном толковании в термин «информационная система» вкладывается обязательно понятие автоматизированной системы.

Автоматизированные ИС, учитывая их широкое использование в организации процессов управления, имеют различные модификации и могут быть в свою очередь классифицированы, например, по характеру использования информации (информационно-поисковые и информационно-решающие (управляющие и советующие)) и по сфере применения (интегрированные, организационного управления, управления технологическим процессом, САПР).

Классификация ИС по функциональному признаку

Функциональный признак определяет назначение системы, а также её основные цели, задачи и функции.

В хозяйственной практике производственных и коммерческих объектов типовыми видами деятельности, определяющими функциональный признак классификации ИС, являются:

производственная, маркетинговая, финансовая, кадровая.

Производственная деятельность связана с непосредственным выпуском продукции и направлена на создание и внедрение в производство научно-технических новшеств.

Маркетинговая деятельность включает в себя: анализ рынка производителей и потребителей выпускаемой продукции, анализ продаж; организацию рекламной кампании по продвижению продукции; рациональную организацию материально-технического снабжения.

Финансовая деятельность связана с организацией контроля и анализа финансовых ресурсов фирмы на основе бухгалтерской, статистической, оперативной информаций.

Кадровая деятельность направлена на подбор и расстановку необходимых фирме специалистов, а также ведение служебной документации по различным аспектам.

Указанные направления деятельности определили типовой набор информационных систем:

производственные системы;

системы маркетинга;

финансовые и учётные системы;

системы кадров (человеческих ресурсов);

прочие типы, выполняющие вспомогательные функции в зависимости от специфики деятельности фирмы.

Классификация ИС по сфере применения

ИС организационного управления предназначены для автоматизации функций управленческого персонала. Учитывая наиболее широкое применение и разнообразие этого класса систем, часто любые информационные системы понимают именно в данном толковании. К этому классу относятся информационные системы управления как промышленными фирмами, так и непромышленными объектами: гостиницами, банками, торговыми фирмами и др.

Основными функциями подобных систем являются: оперативный контроль и регулирование, оперативный учёт и анализ, перспективное и оперативное планирование, бухгалтерский учёт, управление сбытом и снабжением и другие экономические и организационные задачи.

ИС управления технологическими процессами (ТП) служат для автоматизации функций производственного персонала. Они широко используются при организации поточных линий, изготовлении микросхем, на сборке, для поддержания технологического процесса в металлургической и машиностроительной промышленности.

ИС автоматизированного проектирования (САПР) предназначены для автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов, архитекторов, дизайнеров при создании новой техники или технологии. Основными функциями подобных систем являются: инженерные расчёты, создание графической документации (чертежей, схем, планов), создание проектной документации, моделирование проектируемых объектов.

Интегрированные (корпоративные) ИС используются для автоматизации всех функций компании и охватывают весь цикл работ от проектирования до сбыта продукции. Создание таких систем весьма затруднительно, поскольку требует системного подхода с позиций главной цели, например, получения прибыли, завоевания рынка сбыта и так далее, что может привести к существенным изменениям в самой структуре компании.

Классификация по характеру (степени структурируемости) обрабатываемой информации

Характер обрабатываемой информации на современном этапе оказывает существенное влияние навсю идеологию построения и функционирования ИС. Состав и характер перерабатываемой информации предъявляет жёсткие требования к аппарату её описания, организации и поиска. Существенные различия в аппарате описания, организации и поиска информации реальных ИС приводят к необходимости различать:

- документальные ИС (слабоструктурируемая информация);

- фактографические ИС (жёсткоструктурируемая информация);

- документально-фактографические ИС.

Классификация по признаку структурированности задач

При создании или при классификации информационных систем неизбежно возникают проблемы, связанные с формальным – математическим и алгоритмическим описанием решаемых задач. От степени формализации во многом зависят эффективность работы всей системы, а также уровень автоматизации, определяемый степенью участия человека при принятии решения на основе получаемой информации.

Чем точнее математическое описание задачи, тем выше возможности компьютерной обработки данных и тем меньше степень участия человека в процессе её решения. Это и определяет степень автоматизации задачи.

Различают также, как и для информации три типа задач, для которых создаются ИС: структурированные (формализуемые), неструктурированные (неформализуемые) и частично структурированные.

Структурированная (формализуемая) задача – задача, где известны все её элементы и взаимосвязи между ними. В структурированной задаче удаётся выразить её содержание в форме математической модели, имеющей точный алгоритм решения. Подобные задачи обычно приходится решать многократно, и они носят рутинный характер. Целью использования ИС для решения структурированных задач является полная автоматизация их решения, т.е. сведение роли человека к нулю.

Неструктурированная (неформализуемая) задача – задача, в которой невозможно выделить элементы и установить между ними связи.

Решение неструктурированных задач из-за невозможности создания математического описания и разработки алгоритма связано с большими трудностями. Возможности использования здесь ИС невелики. Решение в таких случаях принимается человеком из эвристических соображений на основе своего опыта и, возможно, косвенной информации из разных источников.

О большинстве задач можно сказать, что известна лишь часть их элементов и связей между ними. Такие задачи называются частично структурированными. В этих условиях можно создать ИС. Получаемая в ней информация анализируется человеком, который будет играть определяющую роль. Такие информационные системы являются автоматизированными, так как в их функционировании принимает участие человек.

ИС, используемые для решения частично структурированных задач, подразделяются на два вида:

создающие управленческие отчёты и ориентированные главным образом на обработку данных (поиск, сортировку, агрегирование, фильтрацию). Они обеспечивают информационную поддержку пользователя, т.е. предоставляют доступ к информации в базе данных и её частичную обработку;

разрабатывающие возможные альтернативы решения. Принятие решения при этом сводится к выбору одной из предложенных альтернатив. Такие системы могут быть модельными или экспертными.

Модельные ИС предоставляют пользователю математические, статистические, финансовые и другие модели, использование которых облегчает выработку и оценку альтернатив решения. Пользователь может получить недостающую ему для принятия решения информацию путём установления диалога с моделью в процессе её исследования.

Экспертные ИС обеспечивают выработку и оценку возможных альтернатив пользователем за счёт создания экспертных систем, связанных с обработкой знаний.

 

1.3 Информационные технологии, структура и классификация информационных технологий

 

Информация является одним из ценнейших ресурсов общества наряду с такими традиционными материальными видами ресурсов, как нефть, газ, полезные ископаемые и др., а значит, процесс её переработки по аналогии с процессами переработки материальных ресурсов можно воспринимать как технологию. Информационная технология (ИТ) – процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта).

Цель ИТ – производство информации для её анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.

ИТ является наиболее важной составляющей процесса использования информационных ресурсов общества. К настоящему времени она прошла несколько эволюционных этапов, смена которых определялась главным образом развитием научно-технического прогресса, появлением новых технических средств переработки информации. В современном обществе основным техническим средством технологии переработки информации служит персональный компьютер, который существенно повлиял как на концепцию построения и использования технологических процессов, так и на качество получаемой информации.

Инструментарий ИТ – один или несколько взаимосвязанных программных продуктов для определённого типа компьютера, технология работы в котором позволяет достичь поставленную пользователем цель.

С точки зрения инструментария выделяют следующие этапы развития ИТ:

Первый этап (до второй половины XIX в.) – «ручная» информационная технология, инструментарий которой составляли: перо, чернильница, книга. Коммуникации осуществлялись ручным способом путём переправки через почту писем, пакетов, депеш. Основная цель технологии - представление информации в нужной форме.

Второй этап (с конца XIX в.) – «механическая» технология, инструментарий которой составляли: пишущая машинка, телефон, диктофон, оснащённая более совершенными средствами доставки почта. Основная цель технологии - представление информации в нужной форме более удобными средствами.

Третий этап (40-60-е гг. XX в.) – «электрическая» технология, инструментарий которой составляли: большие ЭВМ и соответствующее программное обеспечение, электрические пишущие машинки, ксероксы, портативные диктофоны.

Изменяется цель технологии. Акцент в ИТ начинает перемещаться с формы представления информации на формирование её содержания.

Четвёртый этап (с начала 1970-х гг.) – «электронная» технология, основным инструментарием которой становятся большие ЭВМ и создаваемые на их базе автоматизированные системы управления (АСУ) и информационно-поисковые системы (ИПС), оснащённые широким спектром базовых и специализированных программных комплексов. Центр тяжести технологии ещё более смещается на формирование содержательной стороны информации для управленческой среды различных сфер общественной жизни, особенно на организацию аналитической работы.

Пятый этап (с середины 1980-х гг.) – «компьютерная» («новая») технология, основным инструментарием которой является персональный компьютер с широким спектром стандартных программных продуктов разного назначения. На этом этапе происходит процесс персонализации АСУ, который проявляется в создании систем поддержки принятия решений определёнными специалистами. Подобные системы имеют встроенные элементы анализа и интеллекта для разных уровней управления, реализуются на персональном компьютере и используют телекоммуникации. В связи с переходом на микропроцессорную базу существенным изменениям подвергаются и технические средства бытового, культурного и прочего назначений. Начинают широко использоваться в различных областях глобальные и локальные компьютерные сети.

ИТ тесно связана с информационными системами, которые являются для неё основной средой.

ИТ является процессом, состоящим из четко регламентированных правил выполнения операций, действий, этапов разной степени сложности над данными, хранящимися в компьютерах. Основная цель ИТ - в результате целенаправленных действий по переработке первичной информации получить необходимую для пользователя информацию.

ИС является средой, составляющими элементами которой являются компьютеры, компьютерные сети, программные продукты, базы данных, люди, различного рода технические и программные средства связи и т.д. Основная цель ИС – организация хранения и передачи информации.

ИС представляет собой человеко-компьютерную систему обработки информации.

Реализация функций ИС невозможна без знания ориентированной на нее информационной технологии. ИТ может существовать и вне сферы ИС.

Таким образом, ИТ является более ёмким понятием, отражающим современное представление о процессах преобразования информации в информационном обществе.

Структура ИТ может быть представлена в виде схемы (рис. 2).

Первый уровень – этапы, где реализуются сравнительно длительные технологические процессы, состоящие из операций и действий последующих уровней.

Второй уровень – операции, в результате выполнения которых будет создан конкретный объект в выбранной на 1-м уровне программной среде.

Третий уровень – действия – совокупность стандартных для каждой программной среды приемов работы, приводящих к выполнению поставленной в соответствующей операции цели. Каждое действие изменяет содержание экрана.

Четвёртый уровень – элементарные операции по управлению мышью и клавиатурой.

Необходимо понимать, что освоение ИТ и дальнейшее её использование должны свестись к тому, что вы должны сначала хорошо овладеть набором элементарных операций, число которых ограничено. Из этого ограниченного числа элементарных операций в разных комбинациях составляется действие, а из действий, также в разных комбинациях, составляются операции, которые определяют тот или иной технологический этап. Совокупность технологических этапов образует технологический процесс (технологию).

 

Рис. 2 Иерархическая структура информационной технологии

 

ИТ, как и любая другая, должна отвечать следующим требованиям:

обеспечивать высокую степень расчленения всего процесса обработки информации на этапы (фазы), операции, действия;

включать весь набор элементов, необходимых для достижения поставленной цели;

иметь регулярный характер. Этапы, действия, операции технологического процесса могут быть стандартизированы и унифицированы, что позволит более эффективно осуществлять целенаправленное управление информационными процессами.

Виды информационных технологий

Информационная технология обработки данных. ИТ обработки данных предназначена для решения задач, по которым имеются необходимые входные данные и известны алгоритмы и другие стандартные процедуры их обработки. Эта технология применяется на уровне исполнительской деятельности персонала невысокой квалификации в целях автоматизации некоторых рутинных постоянно повторяющихся операций управленческого труда. Поэтому внедрение ИТ и систем на этом уровне существенно повысит производительность труда персонала, освободит его от рутинных операций, возможно, даже приведёт к необходимости сокращения численности работников.

На уровне исполнительской деятельности решаются следующие задачи:

обработка данных об операциях, производимых фирмой;

создание периодических контрольных отчётов о состоянии дел в фирме;

получение ответов на всевозможные текущие запросы и оформление их в виде бумажных документов или отчётов.

Основными компонентами ИТ обработки данных являются:

Сбор данных.

Обработка данных. На этом этапе, как правило, используются следующие типовые операции:классификация или группировка. Первичные данные обычно имеют вид кодов, состоящих из одного или нескольких символов. Эти коды, выражающие определённые признаки объектов, используются для идентификации и группировки записей;

сортировка, с помощью которой упорядочивается последовательность записей;

вычисления, включающие арифметические и логические операции. Эти операции, выполняемые над данными, дают возможность получать новые данные;

укрупнение или агрегирование, служащее для уменьшения количества данных и реализуемое в форме расчётов итоговых или средних значений.

Хранение данных. Многие данные на уровне операционной деятельности необходимо сохранять для последующего использования либо здесь же, либо на другом уровне. Для их хранения создаются базы данных.

Создание отчётов (документов).

Информационная технология управления. Целью ИТ управления является удовлетворение информационных потребностей всех без исключения сотрудников фирмы, имеющих дело с принятием решений. Она может быть полезна на любом уровне управления.

Эта технология ориентирована на работу в среде ИС управления и используется при худшей структурированности решаемых задач, если их сравнивать с задачами, решаемыми с помощью ИТ обработки данных.

ИТ управления направлена на создание различных отчётов. Регулярные отчёты создаются в соответствии с установленным графиком, определяющим время их создания, например, месячный анализ продаж компании. Специальные отчёты создаются по запросам управленцев или, когда в компании произошло что-то незапланированное.

Информационная технология поддержки принятия решений. Системы поддержки принятия решений и соответствующая им ИТ появились в конце 1970-х – начале 1980-х гг., чему способствовали широкое распространение персональных компьютеров, стандартных пакетов прикладных программ, а также успехи в создании систем искусственного интеллекта.

Главной особенностью ИТ поддержки принятия решений является качественно новый метод организации взаимодействия человека и компьютера. Выработка решения, что является основной целью этой технологии, происходит в результате итерационного процесса, в котором участвуют: система поддержки принятия решений в роли вычислительного звена и объекта управления; человек как управляющее звено, задающее входные данные и оценивающее полученный результат вычислений на компьютере.

Окончание итерационного процесса происходит по воле человека.

В этом случае можно говорить о способности ИС совместно с пользователем создавать новую информацию для принятия решений.

ИТ поддержки принятия решения может использоваться на любом уровне управления. Кроме того, решения, принимаемые на различных уровнях управления, часто должны координироваться. Поэтому важной функцией и систем, и технологии является координация лиц, принимающих решения, как на разных уровнях управления, так и на одном уровне.

В состав системы поддержки принятия решений входят три главных компонента: база данных, база моделей и программная подсистема, которая состоит из системы управления базой данных, системы управления базой моделей и системы управления интерфейсом между пользователем и компьютером.

База данных играет в ИТ поддержки принятия решений важную роль. Данные могут использоваться непосредственно пользователем для расчётов при помощи математических моделей.

Целью создания базы моделей являются описание и оптимизация некоторого объекта или процесса. Использование моделей обеспечивает проведение анализа в системах поддержки принятия решений. Модели, базируясь на математической интерпретации проблемы, при помощи определённых алгоритмов способствуют нахождению информации, полезной для принятия правильных решений.

Существует множество типов моделей и способов их классификации, например, по цели использования, области возможных приложений, способу оценки переменных и т.п.

По цели использования модели подразделяются на оптимизационные., связанные с нахождением точек минимума или максимума некоторых показателей (например, управляющие часто хотят знать, какие их действия ведут к максимизации прибыли или минимизации затрат), и описательные, описывающие поведение некоторой системы и не предназначенные для целей управления (оптимизации).

По способу оценки модели классифицируются на детерминистские, использующие оценку переменных одним числом при конкретных значениях исходных данных, и стохастические., оценивающие переменные несколькими параметрами, так как исходные данные заданы вероятностными характеристиками.

Детерминистские модели более популярны, чем стохастические, потому что они менее дорогие, их легче строить и использовать. К тому же часто с их помощью получается вполне достаточная информация для принятия решения.

По области возможных приложений модели разбиваются на специализированные, предназначенные для использования только одной системой, и универсальные – для использования несколькими системами. Специализированные модели более дорогие, они обычно применяются для описания уникальных систем и обладают большей точностью.

Математические модели состоят из совокупности модельных блоков, модулей и процедур, реализующих математические методы. Сюда могут входить процедуры линейного программирования, статистического анализа временных рядов, регрессионного анализа и тому подобное – от простейших процедур до сложных ППП. Модельные блоки, модули и процедуры могут использоваться как поодиночке, так и комплексно для построения и поддержания моделей.

Система управления базой моделей должна обладать следующими возможностями: создавать новые модели или изменять существующие, поддерживать и обновлять параметры моделей, манипулировать моделями.

Информационная технология экспертных систем. Наибольший прогресс среди компьютерных ИС отмечен в области разработки экспертных систем, основанных на использовании искусственного интеллекта. Экспертные системы дают возможность менеджеру или специалисту получать консультации экспертов по любым проблемам, о которых этими системами накоплены знания.

Под искусственным интеллектом обычно понимают способности компьютерных систем к таким действиям, которые назывались бы интеллектуальными, если бы исходили от человека. Чаще всего здесь имеются в виду способности, связанные с человеческим мышлением. Работы в области искусственного интеллекта не ограничиваются экспертными системами. Они также включают в себя создание роботов, систем, моделирующих нервную систему человека, его слух, зрение, обоняние, способность к обучению.

Являясь одним из основных приложений искусственного интеллекта, экспертные системы представляют собой программные комплексы, трансформирующие опыт экспертов в какой-либо области знаний в форму эвристических правил (эвристик). Эвристики не гарантируют получения оптимального результата с такой же уверенностью, как обычные алгоритмы, используемые для решения задач в рамках технологии поддержки принятия решений. Однако часто они дают в достаточной степени приемлемые решения для их практического использования. Всё это делает возможным использовать технологию экспертных систем в качестве советующих систем.

Основными компонентами ИТ, используемой в экспертной системе, являются: интерфейс пользователя, база знаний, интерпретатор, модуль создания системы.

Интерфейс пользователя. Специалист использует интерфейс для ввода информации и команд в экспертную систему и получения выходной информации из неё. Команды включают в себя параметры, направляющие процесс обработки знаний. Информация обычно выдаётся в форме значений, присваиваемых определённым переменным.

Можно использовать четыре метода ввода информации: меню, команды, естественный язык и собственный интерфейс.

Технология экспертных систем предусматривает возможность получать в качестве выходной информации не только решение, но и необходимые объяснения.

База знаний содержит факты, описывающие проблемную область, а также логическую взаимосвязь этих фактов. Центральное место в базе знаний принадлежит правилам. Правило определяет, что следует делать в данной конкретной ситуации, и состоит из двух частей: условия, которое может выполняться или нет, и действия, которое следует произвести, если условие выполняется.

Все используемые в экспертной системе правила образуют систему правил, которая даже для сравнительно простой системы может содержать несколько тысяч правил.

Интерпретатор – это часть экспертной системы, производящая в определённом порядке обработку знаний (мышление), находящихся в базе знаний. Технология работы интерпретатора сводится к последовательному рассмотрению совокупности правил (правило за правилом). Если условие, содержащееся в правиле, соблюдается, выполняется определённое действие, и пользователю предоставляется вариант решения его проблемы.

Кроме того, во многих экспертных системах вводятся дополнительные блоки: база данных, блок расчёта, блок ввода и корректировки данных. Блок расчёта необходим в ситуациях, связанных с принятием управленческих решений. При этом важную роль играет база данных, где содержатся плановые, физические, расчётные, отчётные и другие постоянные или оперативные показатели. Блок ввода и корректировки данных используется для оперативного и своевременного отражения текущих изменений в базе данных.

Модуль создания системы – он служит для создания набора правил. Существуют два подхода, которые могут быть положены в основу модуля создания системы: использование алгоритмических языков программирования и использование оболочек экспертных систем.

Для представления базы знаний специально разработаны языки Лисп и Пролог, хотя можно использовать и любой известный алгоритмический язык.

Оболочка экспертных систем представляет собой готовую программную среду, которая может быть приспособлена к решению определённой проблемы путём создания соответствующей базы знаний. В большинстве случаев использование оболочек позволяет создавать экспертные системы быстрее и легче в сравнении с программированием.

Вопросы по разделу

1. Что означает термин «информатизация общества»?

2. Что понимается под системой?

3. Какие свойства присущи информационным системам?

4. Какие компоненты входят в структуру информационной системы?

5. Для чего предназначены экспертные ИС?

6. Сколько этапов развития ИТ принято выделять?

7. Какие существуют виды информационных технологий?

8. Из чего состоят математические модели?

9. Какую роль играет база данных в ИТ поддержки принятия решений?

10. Каковы основные компоненты ИТ обработки данных?

 

ГЛАВА 2