Базовые информационные процессы

Понятие процесса в информатике является базовым, так как связывает в одно целое такие понятия, как система, цель, прямая и обратная связь.

Процесс - упорядоченная совокупность работ, заданных во времени и в пространстве, с указанием их начала и конца и точным определением входа и выхода.

Информатика изучает информационные процессы. Главные из них: ввод, передача, хранение и обработка, взятые в отдельности или в совокупности. Содержание и характер процессов во многом определяется спецификой предметной области, в которой функционирует ИС.

Из теории информационных процессов известно, что существует некий источник информации (объект материального мира) и приемник (также объект материального мира). Источник независим, поэтому он первичен. Между ними существует связь в виде сигнала, который является материальным носителем информации.

Среди информационных процессов можно выделить базовые процессы.

Извлечение информации

Источник данных в любой предметной области - это объекты и их свойства, а также процессы и функции, выполняемые объектами. Каждая предметная область имеет три уровня представления: реальное, формальное и информационное. При извлечении информации она трижды оценивается: синтаксическая ценность (правильность представления), семантическая ценность (смысловая ценность), прагматическая ценность (потребительская, практическая).

Чтобы адекватно формализовать предметную область применяют объектно-ориентированный подход. Его основные понятия: объект, класс, экземпляр. Объект - это абстракция множества предметов реального мира, обладающих одинаковыми характеристиками и законами функционирования. Таким образом, объект - типичный неопределенный элемент такого множества. Основные характеристики объекта - его атрибуты (свойства). Экземпляр объекта - конкретный элемент

множества. Класс - множество предметов реального мира, связанных общностью структуры и поведения. Элемент класса - это конкретный элемент данного множества.

2. Транспортирование (передача) информации Зависит от системы передачи. Сигнал может быть статическим (предназначенным для обработки, хранения и дальнейшего использования) и динамическим (для непосредственного воздействия на объект - акустические, оптические, электромагнитные сигналы). В процессе передачи некоторые параметры сигнала могут не удовлетворять требованиям окружающей среды, в этом случае они преобразуются в более подходящую форму - процесс модуляции. Обратный процесс - демодуляция выполняется специальными устройствами - модемами.

Основной физический способ транспортирования информации - использование сетей передачи данных. При разработке сетей для обеспечения совместимости используется ряд стандартов, объединенных в семиуровневую модель взаимодействия открытых систем, принятую во всем мире и известную как модель OSI. Она определяет правила взаимодействия компонентов сети на данном уровне (протокол уровня) и правила взаимодействия компонентов различных уровней (межуровневый интерфейс). Данная модель разработана международной организацией по стандартизации ISO в 1984 году. Большинство производителей сетевых программных и аппаратных средств придерживаются модели OSI (рис. 7).

Процесс взаимодействия узлов сети должен быть унифицирован и стандартизирован. Чтобы взаимодействие различных ресурсов сети проходило согласованно, применяют системы протоколов.

Протокол - это система формальных правил, определяющих последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты различных узлов сети.

Компоненты, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле сети, взаимодействуют друг с другом по определенным правилам.

Данные правила соответствуют стандартам форматов сообщений и называются интерфейсом.

 

Итак, протоколы определяют правила взаимодействия компонентов одного уровня в разных узлах, а интерфейсы определяют правила взаимодействия компонентов соседних уровней одного узла.

Горизонтальные связи между узлами осуществляются посредством постепенной передачи данных с самого нижнего, физического уровня, обслуживающего канал передачи узла А на физический уровень узла В, после чего поднимаются наверх до уровня, соответствующего тому, от которого поступила команда о передаче данных. То есть непосредственное взаимодействие узлов происходит между самыми нижними физическими уровнями.

Рассмотрим уровни протоколов модели OSI.

1) Прикладной уровень - высший уровень. Обеспечивает доступ программ к компьютерной сети (работа программ передачи файлов, почтовых служб, управления сетью).

2) Уровень представления данных - предназначен для преобразования данных из одной формы в другую (из кодовой таблицы расширенного двоично-десятичного кода обмена информацией EBCDIC в кодовую таблицу американского стандартного кода для обмена информацией ASCII). Осуществляется обработка специальных и графических символов, сжатие и восстановление данных, шифровка и дешифровка данных.

3) Сеансовый уровень - контроль обеспечение безопасности передаваемой информации и поддержка связи до момента окончания сеанса передачи.

4) Транспортный уровень - отвечает за скорость передачи данных, сохранность передаваемых данных, присвоение уникальных номеров пакетам. На транспортном уровне узла-приемника номера пакетов используются для контроля передачи и восстановления исходного порядка следования пакетов.

5) Сетевой уровень - определяет сетевые адреса узлов получателей этой же сети или другой в случае территориально распределенной или глобальной сети, устанавливает маршруты следования пакетов. Транспортный и сетевой уровни обеспечивают адресность и правильность доставки пакетов.

6) Канальный уровень - генерация, передача и получение кадров данных. В кадры помещаются данные, адресная и другая идентифицирующая кадр информация, поступающая с сетевого уровня. После этого кадры передаются на физический уровень, с которого их транспортируют на физический уровень другого узла.

7) Физический уровень - поступающие с сетевого уровня кадры преобразуются в последовательности электрических сигналов, представляющих логические комбинации нулей и единиц. На физическом уровне узла-приемника осуществляется обратная перекодировка нулей и единиц в кадры.

Модель OSI очень громоздка, избыточна, не обладает необходимой гибкостью в применении. Разработчики сетевого ПО берут ее за основу, но зачастую комбинируют по нескольку уровней в один - это касается верхних уровней, оставляя нижние неизменными. Например, Интернет использует пятиуровневую модель, в которой верхний прикладной уровень соответствует трем верхним уровням эталонной модели.

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

Существует большое количество протоколов сетевого взаимодействия, в разработке которых принимали участие известные компьютерные фирмы Microsoft, Novell, Apple Computer, Intel, IBM. Все существующие протоколы можно классифицировать по степени близости к физической среде передачи данных:

1) нижнего уровня (физический и канальный уровень): стандарт NDIS - спецификация интерфейса сетевых драйверов, стандарт ODI - открытый интерфейс связи;

2) среднего уровня (сетевой, транспортный и сеансовый уровни): NetBIOS - используется в локальных сетях, TCP/IP - в глобальной сети Интернет и локальных сетях, в свою очередь является семейством протоколов;

3) верхнего уровня (представления данных и прикладной) - соответствуют уровню пользователя: SMB и NCP - протоколы

перенаправления запросов и обмена сообщениями, SNMP - управления сетями, NFS - сетевой файловой системы, PPP - удаленного доступа к компьютерным ресурсам, FTP - передачи файлов, HTTP - передачи гипертекста, POP3 - электронной почты, NNTP - организации электронных конференций и системы новостей.

Обработка информации

Состоит в получении одних информационных объектов из других путем выполнения некоторых алгоритмов. Это основная операция над информацией, главное средство увеличения ее объема и разнообразия.

Действия по обработке информации зависят от цели. Основная задача - обеспечить сохранность (инвариантность) смысла информации. Но для разных потребителей смысловое значение информации может различаться. Поэтому согласно теории информационных процессов преобразование информации должно носить целенаправленный характер, то есть должно осуществляться в соответствии с целью конкретного потребителя.

Основные процедуры обработки данных:

1) создание данных - предусматривает их образование в результате выполнения некоторого алгоритма и дальнейшее использование для преобразования на более высоком уровне;

2) модификация данных - связана с отображением изменений в реальной предметной области; осуществляется путем включения новых данных и удаления ненужных;

3) контроль, безопасность, целостность - адекватное отображение реального состояния предметной области в информационной модели, обеспечение защиты информации от несанкционированного доступа, сбоев и повреждений технических и программных средств;

4) поиск информации - осуществляется при выполнении ответов на запросы и как самостоятельная операция;

5) поддержка принятия решений - наиболее важная процедура обработки информации, используется разнообразный математический аппарат (принятие решений в условиях определенности; принятие решений в условиях риска - учитывается влияние внешней среды, неподдающееся точному прогнозу, известно лишь вероятностное распределение ее состояний; принятие решений в условиях неопределенности - неизвестны значения вероятностей появления конечных результатов, которые либо не могут быть определены, либо не имеют содержательного смысла в контексте; принятие решений в условиях многокритериальности - при наличии нескольких самостоятельных, не сводимых одна к другой целей), системы искусственного интеллекта, экспертные системы;

6) создание документов, сводок, отчетов - преобразование информации в формы, соответствующие для человека и компьютера.

При преобразовании информации происходит ее перевод из одной формы представления или существования в другую. Процесс преобразования зависит от применения конкретной информационной технологии.

Хранение информации

Это одно из основных действий, обеспечивающее доступность информации в течение некоторого промежутка времени. Определяющим направлением реализации этого процесса является концепция баз данных, хранилищ данных.

База данных - это совокупность взаимосвязанных данных, используемых несколькими пользователями и хранящихся с регулируемой избыточностью.

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

Система баз данных - совокупность управляющей системы, прикладного программного обеспечения, базы данных, операционной системы и технических средств, обеспечивающих информационной обслуживание пользователей

Хранилище данных - это база, хранящая данные, агрегированные по многим измерениям. Основное отличие от БД: агрегирование, данные никогда не удаляются, пополнение происходит на периодической основе, доступ к данным осуществляется на основе многомерного куба.

Репозитарий (репозиторий) - база данных, предназначенная для хранения не пользовательских, а системных данных.

ИС должна преобразовать воспринятую информацию в физическое явление, то есть занести на соответствующий носитель. Носители различают по виду (для использования человеком или машиной), по времени хранения (оперативное или долговременное) по используемому материалу (бумажные, оптические, магнитные, полупроводниковые, контактные). Суть процесса хранения: в некоторый момент времени поступает сигнал, под влиянием которого происходит физическое изменение его материального носителя. В любой произвольный момент состояние материального носителя информации преобразуется вновь в исходный сигнал.