Информационные технологии

2.3. Структура базовой информационной технологии

Так как средства и методы обработки данных могут иметь разное значение, то различают глобальную, базовую и специальную (конкретную) информационные технологии.

Глобальная ИТ включает модели, методы и средства формирования и использования информационных ресурсов в обществе.

Базовая ИТ ориентируется на определенную область применения (производство, научные исследования, проектирование, обучение и т. д.). Базовая информационная технология предназначена для определенной области применения - производства, научных исследований, обучения и др. Базовая технология должна задавать модели, методы и средства решения информационных задач в своей предметной области.

Специальные (конкретные) ИТ задают обработку данных в определенных типах задач пользователей.

Базовая ИТ может быть представлена совокупностью информационных процессов, процедур и операций (см. рис. 2.1-4) и направлена на получение качественного информационного продукта из исходного информационного ресурса в соответствии с поставленной задачей.

Базовая информационная технология как совокупность процессов, процедур и операций может быть рассмотрена на трех уровнях: концептуальном (определяется содержательный аспект, использующий язык соответствующей предметной области), логическом (отображается формальное - модельное - описание на языке информационных или математических моделей) и физическом (описывается реализация на языке программно-аппаратных средств).

Применительно к информационной технологии это означает содержательное описание используемых в ней информационных процессов и процедур на концептуальном уровне, описание в виде набора моделей (информационных, математических и т. д.) процессов и их составляющих на логическом уровне и реализацию информационных процессов в виде совокупности аппаратных средств, системного и прикладного программного обеспечения на физическом уровне.

2.3.1. Концептуальный уровень описания (содержательный аспект)

Концептуальная модель базовой информационной технологии содержит информационное описание предметной области и приведена на рис. 2.3-1. На этой схеме выделены страты (слои) информационных технологий, процессов, процедур и операций. На схеме вертикальной пунктирной линией слева отделены процессы и процедуры, работающие с информационными потоками и в которых преобладает смысловое содержание (происходит преобразование информации в данные и наоборот), в центре - работающие с данными, в которых преобладает синтаксический аспект информации, а справа - работающие со знаниями, в которых преобладает семантический аспект информации.

Рис. 2.3-1. Концептуальная модель базовой информационной технологии

Если построить цепочку, состоящую из процессов и процедур, перечисленных на рис. 2.3-1 последовательно слева направо, то получим описание во времени процессов преобразования информационного ресурса в информационный продукт (рис. 2.3-2). Формирование информационного ресурса осуществляется в процессе получение информации и начинается с процедуры "Сбор информации", отражающей предметную область (параметры, характеристики, состояние объекта управления). Собранная информация должна быть соответствующим образом подготовлена (осмыслена, структурирована, проверена на полноту, достоверность, непротиворечивость и т. д.). После подготовки и проверки информация может быть передана для преобразования традиционными способами (телефон, курьер, почта, телеграф), а может быть подвергнута процессу преобразования в данные, т. е. процессу ввода.

Рис. 2.3-2.

Процедуры сбора, подготовки, проверки и ввода информации в ИТ организационно-экономических систем процесса "Получение информации" по своей реализации являются в основном ручными (кроме процедур проверки и ввода, которые могут быть частично автоматизированными). В процессе ввода информация преобразуется в данные, имеющие форму цифровых кодов, реализуемых на физическом уровне с помощью различных физических явлений (электрических, магнитных, оптических, механических и т. д.).

Следующие за процессом "Получение" информационные процессы уже производят преобразование данных. Эти процессы протекают в ЭВМ под управлением различных программ. Процесс обработки данных включает процедуры преобразования значений и структур данных, путем моделирования, логического вывода и др., а также процедур организации вычислений.

Процесс "Отображение" включает процедуры преобразования данных в форму, удобную для восприятия: звук, изображение - текстовое, цифровое, графическое, видео, твердая копия на бумаге.

Процесс формирования знаний включен в базовую информационную технологию, поскольку высшим продуктом ИТ является знание. Формирование знания как высшего информационного продукта до сих пор являлось прерогативой человека. Автоматизированный процесс предоставления знаний может оказать помощь при решении трудноформализуемых задач. В этом процессе объединяются такие процедуры, как формализация знаний, их накопление и генерация (вывод) новых знаний на основе накопленных в соответствии с поставленной задачей, объяснение полученных автоматизированным путем знаний.

Процесс "Обмен" предполагает передачу данных между всеми процессами ИТ и связан со всеми процедурами на уровне данных. При обмене данными можно выделить три основных типа процедур: коммутация, маршрутизация (передача данных по каналам связи и организации сети) и передача. Процедуры передачи данных реализуются с помощью операции кодирования-декодирования, модуляции-демодуляции, согласования и усиления сигналов. Операции по организации сети включаются в качестве основных в процедуры коммутации и маршрутизации потоков данных (трафика) в вычислительной сети. Процесс обмена позволяет передавать данные между источником и получателем и используется в процессах получения и отображения информации, а также он способствует процессу накопления информации, поступающей из многих источников.

Процесс накопления позволяет преобразовывать информацию, хранящуюся в форме данных так, что ее удается длительное время хранить, постоянно обновляя, и при необходимости оперативно извлекать в заданном объеме и по заданным признакам. Процедуры этого процесса - архивирование, обновление и поиск - состоят в организации хранения (быстро и неизбыточно накапливать данные по заданным признакам и не менее быстро осуществлять их поиск) и актуализации данных (поддержание хранимых данных на уровне, соответствующем информационным потребностям решаемых задач). Актуализация данных осуществляется с помощью операций добавления новых данных, корректировки (изменения значений или элементов структур) данных и их уничтожения.

В информатике часто используются слова "информация" и "данные", причем часто как взаимозаменяемые. Хотя в необходимых случаях специалисты отмечают и их смысловое различие. Например, "информация кодируется с помощью данных и извлекается путем их декодирования и интерпретации". Кодирование информации происходит в процессе ввода ее в память ЭВМ, и можно считать, что данные - это информация, представленная в специальной фиксированной форме, пригодной для последующей компьютерной обработки, хранения и передачи.

В этом смысле представленные на схеме информационные процессы накопления, обработки и обмена манипулируют именно с данными, а процесс получения обеспечивает поступление информации и ее превращение в данные, так же как процесс отображения выполняет обратную функцию превращения данных в информацию.

2.3.2. Логический уровень (формализованное/модельное описание)

Логический уровень информационной технологии представляется комплексом взаимосвязанных моделей, формализующих информационные процессы при трансформации информации в данные. Формализованное в виде моделей представление информационной технологии позволяет связать параметры информационных процессов и дает возможность реализации управления информационными процессами и процедурами. На рис. 2.3-3 приведена логическая модель базовой информационной технологии, которая отражает схему взаимосвязи моделей информационных процессов.

Рис. 2.3-3. Логическая модель базовой ИТ уровня процессов

На основе модели предметной области, характеризующей объект управления, создается общая модель управления, а на ее основе формируются модели решаемых задач. Так как для решения задач необходимы различные информационные процессы, то необходимо строить модель организации информационных процессов, которая на логическом уровне увязывает применяемые при решении задач процессы управления.

При обработке данных формируются все основные информационные процессы: обработка, обмен и накопление данных, представление знаний.

Модель обработки данных включает в себя формализованное описание процедур организации вычислительного процесса (операционные системы), преобразования (алгоритмы и программы сортировки, поиска, создания и преобразования статических и динамических структур) и логического вывода (моделирования).

Модель обмена данными включает в себя формальное описание процедур, выполняемых в вычислительной сети: передачи (кодирование, модуляция в каналах связи), коммутации и маршрутизации (протоколы сетевого обмена) и описывается с помощью международных стандартов: OSI (взаимодействие отрытых систем), локальных сетей (IEEE 802) и спецификации сети Internet (см. гл. 18).

Модель накопления данных описывает как систему управления базой данных (СУБД), так и саму информационную базу (ИБ), которая представляется базой данных и базой знаний. Процесс перехода от смыслового (информационного) описания к физическому описывается трехуровневой системой моделей представления информационной базы: концептуальной (какая и в каком объеме информация должна накапливаться при реализации информационной технологии), логической (описывает ее структуру и взаимосвязь элементов информации) и физической (описывает методы размещения данных и доступа к ним на машинных носителях). Функции управления базами данных регламентируют (см. гл. 19): язык баз данных SQL (Structured Query Language); информационно-справочную систему IRD (Information Resource Dictionary System); протокол удаленного доступа операций RDA (Remote Data Access); PAS (Publicly Available Specifications) Microsoft на открытый прикладной интерфейс доступа к базам данных ODBC (Open Data Base Connectivity) API (Application Program Interface).

Модель представления знаний выбирается в зависимости от представления и содержания предметной области и вида решаемых задач. В настоящее время используются такие модели представления знаний, как логические, алгоритмические, семантические, фреймовые и интегральные.

Модель получения информации строится с учетом следующих стандартов, регламентирующих структуры данных и документов, а также форматы данных (см. гл. 18):

• средства языка ASN.1 (Abstract Syntax Notation One), предназначенного для спецификации прикладных структур данных - абстрактного синтаксиса прикладных объектов;
• форматы метафайла для представления и передачи графической информации CGM (Computer Graphics Metafile);
• спецификация сообщений и электронных данных для электронного обмена в управлении, коммерции и транспорте EDIFACT (Electronic Data Interchange for Administration, Commence and Trade);
• спецификации документов: спецификации структур учрежденческих документов ODA (Open Document Architecture);
• спецификации структур документов для производства, например: SGML (Standard Generalized Markup Language);
• языки описания документов гипермедиа и мультимедиа, например: HyTime, SMDL (Standard Music Description Language), SMSL (Standard Multimedia/Hypermedia Scripting Language), SPDS (Standard Page Description Language), DSSSL (Document Style Semantics and Specification Language), HTML (HyperText Markup Language);
• спецификация форматов графических данных, например: форматов JPEG, JBIG и MPEG.

Модель отображения информации строится с учетом стандартов (см. гл. 18): X Windows, MOTIF, OPEN LOOK, VT, CGI, PHIGS, машинной графики - GKS, графического пользовательского интерфейса - GUI.

Модели управления информацией, данными и знаниями увязывают базовые информационные процессы, синхронизируют их на логическом уровне.

Так как базовые информационные процессы оперируют с информацией, данными и знаниями, то управление информацией происходит через процессы получения (сбор, подготовка и ввод) и отображения (построение графики, текста и видео, синтез речи), а управление данными происходит через процессы: обработки (управление организацией вычислительного процесса преобразования), обмена (управление маршрутизацией и коммутацией в вычислительной сети, передачей сообщений по каналам связи) и накопления (системы управления базами данных), а управление знаниями - через процесс представления знаний (управление получением и генерацией знаний).

2.3.3. Физический уровень (программно-аппаратная реализация)

Физический уровень информационной технологии представляет ее программно-аппаратную реализацию. На физическом уровне информационная технология рассматривается как система, состоящая из крупных подсистем: обработки данных, обмена данными, накопления данных, получения и отображения информации, представления знаний и управления данными и знаниями (рис. 2.3-4). С системой, реализующей информационные технологии на физическом уровне, взаимодействуют пользователь и разработчик системы.

Рис. 2.3-4. Состав подсистем базовой информационной технологии

Подсистемы обработки данных строятся на базе электронных вычислительных машин различных классов и отличаются как по вычислительной мощности, так и по производительности. В зависимости от потребности решаемых задач используются как большие универсальные ЭВМ (мейнфреймы) для обработки громадных объемов информации, так и персональные компьютеры (ПК). В сети используются как серверы, так и клиенты (рабочие станции).

Подсистемы обмена данными включают комплексы программ и устройств (модемы, усилители, коммутаторы, кабели и др.), создающих вычислительную сеть и осуществляющих коммутацию, маршрутизацию и доступ к сетям.

Подсистема накопления данных реализуется с помощью банков и баз данных на внешних устройствах компьютеров и ими управляемых. Возможна организация как локальных баз и банков, реализуемых на отдельных компьютерах, так и организация распределенных банков данных, использующих сети ЭВМ и распределенную обработку данных.

Подсистемы получения, отображения информации и представления знаний используются для формирования модели предметной области из ее фрагментов и модели решаемой задачи. На стадии проектирования разработчик формирует в памяти компьютера комплекс моделей решаемых задач. На стадии эксплуатации пользователь обращается к подсистеме отображения информации и представления знаний и, исходя из поставленной задачи, выбирает соответствующую модель решения, после чего через подсистему управления данными включаются другие подсистемы.

Подсистема управления данными и знаниями, как правило, частично реализуется на тех же компьютерах, на которых реализуются соответствующие подсистемы, а частично с помощью систем управления организацией вычислительного процесса и систем управления базами данных. При больших потоках информации создаются специальные службы администраторов сети и баз данных.