Базовые информационные процессы и их классификация

 

В настоящее время под базовой информационной технологией понимается информационная технология, ориентиро­ванная на определенную область применения. Ранее показано, что любая информационная техно­логия слагается из взаимосвязанных информационных про­цессов, каждый из которых содержит определенный набор процедур, реализуемых с помощью информационных опе­раций. Информационная технология выступает как систе­ма, функционирование каждого элемента которой подчиня­ется общей цели функционирования системы - получению качественного информационного продукта из исходного ин­формационного ресурса в соответствии с поставленной за­дачей.

Как базовая информационная технология в целом, так и отдельные информационные процессы могут быть представ­лены тремя уровнями: концептуальным, логическим и физи­ческим. Концептуальный уровень определяет содержатель­ный аспект информационной технологии или процесса, ло­гический - отображается формализованным (модельным) описанием, а физический уровень раскрывает программно-аппаратную реализацию информационных процессов и тех­нологии.

Концептуальный уровень

 

При производстве информационного продукта исходный ин­формационный ресурс в соответствии с поставленной задачей подвергается в определенной последовательности различным преобразованиям. Динамика этих преобразований отобража­ется в протекающих при этом информационных процессах. Таким образом, информационный процесс - это процесс пре­образования информации. В результате информация может изменить и содержание, и форму представления, причем как в пространстве, так и во времени.

Фазы преобразования информации в информационной тех­нологии достаточно многочисленны, и простое их перечисле­ние может привести к потере ощущения целостности техноло­гической системы (за деревьями не увидеть леса). Однако если провести структуризацию технологии, выделив такие крупные структуры, как процессы и процедуры, то концептуальная мо­дель базовой информационной технологии может быть пред­ставлена схемой, показанной на рис. 36.

На этой схеме в левой части даны блоки информационных процессов, в правой - блоки процедур. Блок в виде прямоу­гольника изображает процесс или процедуру, в которых пре­обладают ручные или традиционные операции. Овальная фор­ма блоков соответствует автоматическим операциям, произ­водимым с помощью технических средств (ЭВМ и средств пе­редачи данных). В верхней части схемы информационные про­цессы и процедуры осуществляют преобразование информа­ции, имеющей ярко выраженное смысловое содержание. Син­таксический аспект информации находится здесь на втором плане. В этом случае говорят о преобразовании собственно информации. В нижней части схемы производится преоб­разование данных, т.е. информации, представленной в ма­шинном виде. И на этом уровне представления преобладает синтаксический аспект информации.

Технология переработки информации начинается с форми­рования информационного ресурса, который после определен­ных целенаправленных преобразований должен превратиться в информационный продукт.

 

Формирование информационно­го ресурса (получение исходной информации) начинается с процесса сбора информации, которая должна в информацион­ном плане отразить предметную область, т.е. объект управле­ния или исследования (его характеристики, параметры, состо­яние и т.п.). Собранная информация для ее оценки (по полно­те, непротиворечивости, достоверности и т.д.) и последующих преобразований должна быть соответствующим образом под­готовлена (осмыслена и структурирована, например, в виде таблиц). После подготовки информация может быть переда­на для дальнейшего преобразования традиционными спосо­бами (с помощью телефона, почты, курьера и т.п.), а может быть подвергнута сразу процессу преобразования в машин­ные данные, т.е. процессу ввода. Процессы сбора, подготовки и ввода в информационной технологии организационно-эко­номических систем по своей реализации являются в основном ручными (кроме процесса подготовки, который частично мо­жет быть автоматизированным). Процесс ввода преобразует информацию в данные, имеющие форму цифровых кодов, реализуемых на физическом уровне с помощью различных фи­зических представлений (электрических, магнитных, оптичес­ких, механических и т.д.).

Следующие за вводом информационные процессы уже про­изводят преобразование данных в соответствии с поставленной задачей. Эти процессы протекают в ЭВМ (или организуются ЭВМ) под управлением различных программ, которые и по­зволяют так организовать данные, что после вывода из ЭВМ результат обработки представляет собой наполненную смыс­лом информацию о результате решения поставленной задачи. При преобразованиях данных можно выделить четыре основ­ных информационных процесса и соответствующие им про­цедуры. Это процессы обработки, обмена, накопления данных и представления знаний.

Процесс обработки данных связан с преобразованием зна­чений и структур данных, а также их преобразованием в фор­му, удобную для человеческого восприятия, т.е. отображени­ем. Отображенные данные - это уже информация. Процедуры преобразования данных осуществляются по определенным алгоритмам и реализуются в ЭВМ с помощью набора машин­ных операций. Процедуры отображения переводят данные из цифровых кодов в изображение (текстовое или графическое) или звук.

Информационный процесс обмена предполагает обмен данными между процессами информационной технологии. Из рис. 36 видно, что процесс обмена связан взаимными потока­ми данных со всеми информационными процессами на уровне переработки данных. При обмене данными можно выделить два основных типа процедур. Это процедуры передачи данных по каналам связи и сетевые процедуры, позволяющие осуще­ствить организацию вычислительной сети. Процедуры передачи данных реализуются с помощью операции кодирования-декодирования, модуляции-демодуляции, согласования и уси­ления сигналов. Процедуры организации сети включают в себя в качестве основных операции по коммутации и маршрутиза­ции потоков данных (трафика) в вычислительной сети. Про­цесс обмена позволяет, с одной стороны, передавать данные между источником и получателем информации, а с другой - объединять информацию многих ее источников.

Процесс накопления позволяет так преобразовать информа­цию в форме данных, что удается ее длительное время хранить, постоянно обновляя, и при необходимости оперативно извле­кать в заданном объеме и по заданным признакам. Процеду­ры процесса накопления, таким образом, состоят в организа­ции хранения и актуализации данных. Хранение предполага­ет создание такой структуры расположения данных в памяти ЭВМ, которая позволила бы быстро и неизбыточно накапли­вать данные по заданным признакам и не менее быстро осу­ществлять их поиск. В настоящее время ЭВМ имеет два основ­ных вида запоминающих устройств оперативные (электрон­ные) и внешние (на магнитных и оптических дисках) Их фи­зическая природа и устройство различны, поэтому различа­ются и возможности по организации структур хранения дан­ных Можно выделить операции по организации хранения и поиска данных в оперативной и внешней памяти ЭВМ. В про­цессе накопления данных важной процедурой является их ак­туализация. Под актуализацией понимается поддержание хра­нимых данных на уровне, соответствующем информационным потребностям решаемых задач в системе, где организована информационная технология. Актуализация данных осуществ­ляется с помощью операций добавления новых данных к уже хранимым, корректировки (изменения значений или элемен­тов структур) данных и их уничтожения, если данные устаре­ли и уже не могут быть использованы при решении функцио­нальных задач системы.

Наконец, процесс представления знаний включен в базовую информационную технологию как один из основных, посколь­ку высшим продуктом информационной технологии является знание. Формирование знания как высшего информационно­го продукта до недавнего времени являлось (да в основе своей является и сейчас) прерогативой человека. Однако оказать помощь человеку при решении неформализуемых или трудно формализуемых задач может автоматизированный процесс представления знаний. В этом процессе объединяются процедуры формализации знаний, их накопления в формализован­ном виде и формальной генерации (вывода) новых знаний на основе накопленных в соответствии с поставленной задачей Вывод нового знания - это эквивалент решения задачи, ко­торую не удается представить в формальном виде Таким об­разом, процесс представления знаний состоит из процедур по­лучения формализованных знаний и процедур генерации (выво­да) новых знаний из полученных. К сожалению, практическая реализация процесса представления знаний с помощью ЭВМ еще не достигла достаточно широкого применения в инфор­мационных технологиях. Это связано как с продолжающими­ся поисками форм представления знаний в теории искусствен­ного интеллекта, так и практическими трудностями при со­здании баз знаний. Тем не менее развитие теории искусствен­ного интеллекта продолжается, и в новом веке процесс пред­ставления знаний займет ключевое место в информационных технологиях.

В зависимости от решаемых информационной технологи­ей задач удельный вес и взаимосвязь информационных про­цессов различны.

 

Логический уровень

Логический уровень информационной технологии представля­ется комплексом взаимосвязанных моделей, формализующих информационные процессы при технологических преобразо­ваниях информации и данных. Формализованное (в виде мо­делей) представление информационной технологии позволяет связать параметры информационных процессов, а это означа­ет возможность реализации управления информационными процессами и процедурами.

На рис.37 приведены состав и взаимосвязи моделей базо­вой информационной технологии.

В зависимости от области применения и назначения информационной технологии моде­ли информационных процессов конкретизируются, а некото­рые могут и отсутствовать. Например, в настоящее время из-за того, что на потребительском рынке информационных технологий нет относительно недорогих, надежных и простых в эксплуатации интеллектуальных систем, процесс представле­ния знаний в структуре организуемой информационной техно­логии может отсутствовать. Если, к примеру, информацион­ная технология проектируется на не объединенных в сеть автоматизированных рабочих мест (АРМ), процесс обмена данными и соответственно его модели будут отсутствовать. Однако наибольший эффект информационная технология дает тогда, когда в ее составе используется весь набор информационных процессов

На основе модели предметной области (МПО), характери­зующей объект управления, создается общая модель управле­ния (ОМУ), а из нее вытекают модели решаемых задач (МРЗ). Так как решаемые задачи в информационной технологии имеют в своей основе различные информационные процессы, то на передний план выходит модель организации информаци­онных процессов, призванная на логическом уровне увязать эти процессы при решении задач управления.

При обработке данных формируются четыре основных ин­формационных процесса обработка, обмен, накопление и представление знаний

Модель обработки данных включает в себя формализован­ное описание процедур организации вычислительного процес­са, преобразования данных и отображения данных. Под орга­низацией вычислительного процесса (ОВП) понимается управ­ление ресурсами компьютера (память, процессор, внешние ус­тройства) при решении задач обработки данных. Эта проце­дура формализуется в виде алгоритмов и программ системно­го управления компьютером. Комплексы таких алгоритмов и программ получили название операционных систем. Опера­ционные системы выступают в виде посредников между ре­сурсами компьютера и прикладными программами, органи­зуя их работу. Процедуры преобразования данных (ПД) на ло­гическом уровне представляют собой алгоритмы и програм­мы обработки данных и их структур. Сюда включаются стан­дартные процедуры, такие, как сортировка, поиск, создание и преобразование статистических и динамических структур дан­ных, а также нестандартные процедуры, обусловленные алго­ритмами и программами преобразования данных при реше­нии конкретных информационных задач. Моделями процедур отображения данных (ОД) являются компьютерные програм­мы преобразования данных, представленных машинными ко­дами, в воспринимаемую человеком информацию, несущую в себе смысловое содержание. В современных ЭВМ данные мо­гут быть отражены в виде текстовой информации, в виде гра­фиков, изображений, звука, с использованием средств муль­тимедиа, которые интегрируют в компьютере все основные способы отображения.

Модель обмена данными включает в себя формальное опи­сание процедур, выполняемых в вычислительной сети: пере­дачи (П), маршрутизации (М), коммутации (К). Именно эти процедуры и составляют информационный процесс обмена. Для качественной работы сети необходимы формальные со­глашения между ее пользователями, что реализуется в виде протоколов сетевого обмена. В свою очередь, передача дан­ных основывается на моделях кодирования, модуляции, кана­лов связи. На основе моделей обмена производится синтез си­стемы обмена данными, при котором оптимизируются топо­логия и структура вычислительной сети, метод коммутации, протоколы и процедуры доступа, адресации и маршрутизации.

Модель накопления данных формализует описание инфор­мационной базы, которая в компьютерном виде представля­ется базой данных. Процесс перехода от информационного (смыслового) уровня к физическому отличается трехуровне­вой системой моделей представления информационной базы: концептуальной, логической и физической схем. Концептуаль­ная схема информационной базы (КСБ) описывает информа­ционное содержание предлагаемой области, т.е. какая и в ка­ком объеме информация должна накапливаться при реализа­ции информационной технологии. Логическая схема инфор­мационной базы (ЛСБ) должна формализованно описать ее структуру и взаимосвязь элементов информации. При этом могут быть использованы различные подходы: реляционный, иерархический, сетевой. Выбор подхода определяет и систему управления базой данных, которая, в свою очередь, определя­ет физическую модель данных - физическую схему информа­ционной базы (ФСБ), описывающую методы размещения дан­ных и доступа к ним на машинных (физических) носителях информации.

В современных информационных технологиях формирова­ние моделей предметной области и решаемых задач произво­дится в основном человеком, что связано с трудностями фор­мализации этих процессов. Но по мере развития теории и прак­тики интеллектуальных систем становится возможным фор­мализовать человеческие знания, на основе которых и форми­руются вышеуказанные модели. Модель представления знаний, включенная в систему моделей информационной технологии, позволит проектировщику АИТ в автоматизированном режиме формировать из фрагментов модель предметной области, а также модели решаемых задач. Наличие этих моделей помо­жет пользователю в заданной предметной области выбрать необходимую ему модель задачи и решить ее с помощью ин­формационной технологии. Модель представления знаний может быть выбрана в зависимости от предметной области и вида решаемых задач. Сейчас практически используются та­кие модели, как логические (Л), алгоритмические (А), фреймо­вые (Ф), семантические (С) и интегральные (И).

Взаимная увязка базовых информационных процессов, их синхронизация на логическом уровне осуществляются через модель управления данными (УД). Так как базовые информаци­онные процессы оперируют данными, то управление данными - это управление процессами обработки, обмена и накопле­ния. Управление процессом обработки данных означает уп­равление организацией вычислительного процесса, преоб­разованиями и отображениями данных в соответствии с моде­лью организации информационных процессов, основанной на модели решаемой задачи. При управлении процессом обмена управлению подлежат процедуры маршрутизации и ком­мутации в вычислительной сети, а также передачи сообще­ний по каналам связи. Управление данными в процессе на­копления означает организацию физического хранения дан­ных в базе и ее актуализацию, т.е. добавление данных, их корректировку и уничтожение. Кроме того, должны быть подчинены управлению процедуры поиска, группировок, вы­борок и т.п. На логическом уровне управление процессом накопления - это комплексы программ управления базами данных, получившие название систем управления базами дан­ных. С увеличением объемов информации, хранимых в базах данных, при переходе к распределенным базам и банкам дан­ных управление процессом накопления усложняется и не все­гда поддается формализации. Поэтому в АИТ при реализа­ции процесса накопления часто возникает необходимость в человеке - администраторе базы данных, который формиру­ет и ведет модель накопления данных, определяя ее содержа­ние и актуальное состояние.

 

Физический уровень

Физический уровень информационной технологии представ­ляет ее программно-аппаратную реализацию. При этом стре­мятся максимально использовать типовые технические сред­ства и программное обеспечение, что существенно уменьшает затраты на создание и эксплуатацию АИТ. С помощью про­граммно-аппаратных средств практически осуществляются базовые информационные процессы и процедуры в их взаи­мосвязи и подчинении единой цели функционирования. Та­ким образом, и на физическом уровне АИТ рассматривается как система, причем большая система, в которой выделяется несколько крупных подсистем (рис. 38).

Это подсистемы, реа­лизующие на физическом уровне информационные процессы: подсистема обработки данных, подсистема обмена данными, подсистема накопления данных, подсистема управления данны­ми и подсистема представления знаний, С системой информа­ционной технологии взаимодействуют пользователь и проек­тировщик системы.

Для выполнения функций подсистемы обработки данных ис­пользуются электронные вычислительные машины различных классов. В настоящее время при создании автоматизированных информационных технологий применяются три основных клас­са ЭВМ: на верхнем уровне - большие универсальные ЭВМ (по зарубежной классификации - мэйнфреймы), способные накап­ливать и обрабатывать громадные объемы информации и ис­пользуемые как главные ЭВМ; на среднем - абонентские вы­числительные машины (серверы); на нижнем уровне - персо­нальные компьютеры либо управляющие ЭВМ. Обработка данных, т.е. их преобразование и отображение, производится с помощью программ решения задач в той предметной облас­ти, для которой создана информационная технология.

В подсистему обмена данными входят комплексы программ и устройств, позволяющих реализовать вычислительную сеть и осуществить по ней передачу и прием сообщений с необходи­мыми скоростью и качеством. Физическими компонентами под­системы обмена служат устройства приема-передачи (модемы, усилители, коммутаторы, кабели, специальные вычислительные комплексы, осуществляющие коммутацию, маршрутизацию и доступ к сетям). Программными компонентами подсистемы яв­ляются программы сетевого обмена, реализующие сетевые про­токолы, кодирование-декодирование сообщений и др.

Подсистема накопления данных реализуется с помощью банков и баз данных, организованных на внешних устройствах компьютеров и ими управляемых. В вычислительных сетях, помимо локальных баз и банков, используется организация распределенных банков данных и распределенной обработки данных. Аппаратно-программными средствами этой подсис­темы являются компьютеры различных классов с соответству­ющим программным обеспечением.

Для автоматизированного формирования модели предмет­ной области из ее фрагментов и модели решаемой информаци­онной технологией задачи создается подсистема представления знаний. На стадии проектирования информационной техноло­гии проектировщик формирует в памяти компьютера модель заданной предметной области, а также комплекс моделей решаемых технологией задач. На стадии эксплуатации пользова­тель обращается к подсистеме знаний и, исходя из постановки задачи, выбирает в автоматизированном режиме соответству­ющую модель решения, после чего через подсистему управле­ния данными включаются другие подсистемы информационной технологии. Реализация подсистем представления знаний про­изводится, как правило, на персональных компьютерах, про­граммирование которых осуществляется с помощью пролого-подобных или алголоподобных языков. При отсутствии в ИС подсистемы представления знаний состав и взаимосвязь под­систем ограничиваются пунктирным контуром (рис. 38).

Подсистема управления данными организуется на компь­ютерах с помощью подпрограммных систем управления об­работкой данных и организации вычислительного процесса, систем управления вычислительной сетью и систем управле­ния базами данных. При больших объемах накапливаемой на компьютере и циркулирующей в сети информации на пред­приятиях, где внедрена информационная технология, могут создаваться специальные службы, такие, как администратор баз данных, администратор вычислительной сети и т.п.

Таким образом, информационная технология имеет три уровня представления - концептуальный, логический и физи­ческий. Последовательное рассмотрение этих трех уровней представления позволяет облегчить восприятие при переходе от содержания цели информационной технологии к ее физи­ческому достижению.