Система управления с точки зрения кибернетики состоит из

Управление и алгоритмы

Здесь вы узнаете:

♦ что за наука кибернетика;
♦ какие законы управления открыты кибернетикой;
♦ что такое алгоритм управления;
♦ какие бывают алгоритмы и как они описываются.

§ 25. Управление и кибернетика

Основные темы параграфа:

♦ возникновение кибернетики;
♦ что такое управление;
♦ алгоритм управления.

Вы уже знакомы с некоторыми областями использования компьютеров. Знаете, что с помощью компьютера можно печатать книги, выполнять чертежи и рисунки; быстро передавать информацию на большие расстояния, создавать компьютерные справочники на любую тему; производить расчеты. Существует еще одно важное приложение компьютерной техники — использование компьютеров для управления.

В 1948 году в США и Европе вышла книга американского математика Норберта Винера «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине». Эта книга провозгласила рождение новой науки — кибернетики.

Не случайно время появления этого научного направления совпало с созданием первых ЭВМ. Н. Винер (рис. 5.1) предвидел, что использование ЭВМ для управления станет одним из важнейших их приложений, а для этого потребуется глубокий теоретический анализ самого процесса управления. Этому и посвящена наука кибернетика.

Что такое управление

Управление есть целенаправленное воздействие одних объектов, которые являются управляющими, на другие объекты — управляемые.

Простейшая ситуация — два объекта: один — управляющий, второй — управляемый. Например: человек и телевизор, хозяин и собака, светофор и автомобиль. В первом приближении взаимодействие между такими объектами можно описать схемой, изображенной на рис. 5.2.

В приведенных примерах управляющее воздействие производится в разных формах: человек нажимает клавишу или поворачивает ручку управления телевизором; хозяин голосом подает команду собаке; светофор разными цветами управляет движением автомобилей и пешеходов на перекрестке.

С кибернетической точки зрения все варианты управляющих воздействий следует рассматривать как управляющую информацию, передаваемую в форме команд.

В примере с телевизором через пульт управления передаются команды следующего типа: «включить/выключить», «переключить канал», «увеличить/уменьшить громкость». Хозяин передает собаке команды голосом: «Сидеть!», «Лежать!», «Взять!». Световые сигналы светофора шофер воспринимает как команды: красный — «стоять», зеленый — «ехать», желтый — «приготовиться».

В данном выше определении сказано, что управление есть целенаправленный процесс, т. е. команды отдаются не случайным образом, а с вполне определенной целью. В простейшем случае цель может быть достигнута после выполнения одной команды. Для достижения более сложной цели бывает необходимо выполнить последовательность (серию) команд.

Последовательность команд по управлению объектом, выполнение которой приводит к достижению заранее поставленной цели, называется алгоритмом управления.

В таком случае объект управления можно назвать исполнителем управляющего алгоритма. Значит, в приведенных выше примерах телевизор, собака, автомобиль являются исполнителями управляющих алгоритмов, направленных на вполне конкретные цели (найти интересующую передачу, выполнить определенное задание хозяина, благополучно проехать перекресток).

С точки зрения кибернетики взаимодействие между управляющим и управляемым объектами рассматривается как информационный процесс. С этой позиции оказалось, что самые разнообразные процессы управления в природе, технике, обществе происходят сходным образом, подчиняются одним и тем же принципам.

Коротко о главном

Кибернетика — наука об общих свойствах процессов управления в живых и неживых системах.

Управление — это целенаправленное воздействие управляющего объекта на объект управления.

С точки зрения кибернетики управление происходит путем информационного взаимодействия между объектом управления и управляющим объектом.

Последовательность управляющих команд определяется алгоритмом управления, а исполнителем этого алгоритма является объект управления.

Вопросы и задания

1. Кто был основателем кибернетики? В каком году вышла первая книга по кибернетике?
2. Что такое управление?
3. Что представляет собой управляющее воздействие с точки зрения кибернетики?
4. Что такое алгоритм управления?
5. Определите, кто играет роль управляющего и кто (или что) играет роль объекта управления в следующих системах: школа, класс, самолет, стая волков, стадо коров.
6. Для систем управления, выявленных в предыдущей задаче, назовите некоторые команды управления и скажите, в какой форме они отдаются.

И. Семакин, Л. Залогова, С. Русаков, Л. Шестакова, Информатика, 9 класс
Отослано читателями из интернет-сайтов

_{Основы информатики, подборка рефератов к урокам информатики, скачать рефераты, уроки информатики 9 класс онлайн, домашняя работа}

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь — Образовательный форум.

четверг, 3 марта 2016 г.

Управление и кибернетика

Основателем кибернетики был Норберт Винер. Первая книга о кибернетике вышла в 1948 году.
2) Что такое управление?

Управление — целенаправленное воздействие одних объектов, которые являются управляющими, на другие объек ты — управляемые.

3) Что представляет собой управляющее воздействие с точки зрения кибернетики?

Управляющее воздействие — це ленаправленное воздействие одних объектов,которые являются управляющими, на другие, управляемые

Директор отдаёт приказы приказы в письменной форме

Учитель «выполните домашнее задание в письменных тетрадях» в письменной форме.

«Взлёт», «посадка» отдается в форме нажатия определенных рычагов и кнопок или устных команд второму пилоту.

Вожак стаи приказывает идти на охоту своей стаи с помощью воя, лая, или своеобразного поведения

Пастух приказывает стаду коров с помощью кнута

Производственные организации с точки зрения кибернетики

Система как целое, созданное из элементов для целенаправленной деятельности. Критерии классификации систем, оценка степени их целостности и аддитивности. Управление с точки зрения кибернетики, производственная организация как кибернетическая система.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Понятие системы

2. Классификация систем

3. Закономерности систем

4. Управление с точки зрения кибернетики

5. Принципы кибернетики

6. Производственная организация как кибернетическая система

7. Системный анализ, теория систем

Основой теории организации является теория систем.

Система — это целое, созданное из частей и элементов, для целенаправленной деятельности.

Признаки системы: множество элементов, единство главной цели для всех элементов, наличие связей между ними, целостность и единство элементов, структура и иерархичность, относительная самостоятельность, четко выраженное управление.

Система может быть большой и ее целесообразно разделить на ряд подсистем. Подсистема — это набор элементов, представляющих автономную внутри системы область (например, экономическая, организационная, техническая подсистема).

система целостность аддитивность кибернетика

Классификацию систем можно осуществить по разным критериям. Проводить ее жестко — невозможно, она зависит от цели и ресурсов. Приведем основные способы классификации (возможны и другие критерии классификации систем).

1. По отношению системы к окружающей среде:

· открытые (есть обмен ресурсами с окружающей средой);

· закрытые (нет обмена ресурсами с окружающей средой).

2. По происхождению системы (элементов, связей, подсистем):

· искусственные (орудия, механизмы, машины, автоматы, роботы и т.д.);

· естественные (живые, неживые, экологические, социальные и т.д.);

· виртуальные (воображаемые и, хотя реально не существующие, но функционирующие так же, как и в случае, если бы они существовали);

· смешанные (экономические, биотехнические, организационные и т.д.).

3. По описанию переменных системы:

· с качественными переменными (имеющие лишь содержательное описание);

· с количественными переменными (имеющие дискретно или непрерывно описываемые количественным образом переменные);

· смешанного (количественно-качественное) описания.

4. По типу описания закона (законов) функционирования системы:

· типа «Черный ящик» (неизвестен полностью закон функционирования системы; известны только входные и выходные сообщения);

· не параметризованные (закон не описан; описываем с помощью хотя бы неизвестных параметров; известны лишь некоторые априорные свойства закона);

· параметризованные (закон известен с точностью до параметров и его возможно отнести к некоторому классу зависимостей);

· типа «Белый (прозрачный) ящик» (полностью известен закон).

5. По способу управления системой (в системе):

· управляемые извне системы (без обратной связи, регулируемые, управляемые структурно, информационно или функционально);

· управляемые изнутри (самоуправляемые или саморегулируемые — программно управляемые, регулируемые автоматически, адаптируемые — приспосабливаемые с помощью управляемых изменений состояний, и самоорганизующиеся — изменяющие во времени и в пространстве свою структуру наиболее оптимально, упорядочивающие свою структуру под воздействием внутренних и внешних факторов);

· с комбинированным управлением (автоматические, полуавтоматические, автоматизированные, организационные).

3. Закономерности систем

Целостность. Закономерность целостности проявляется в системе в возникновении новых интегративных качеств, не свойственных образующим ее компонентам. Чтобы глубже понять закономерность целостности, необходимо рассмотреть две ее стороны:

1. свойства системы (целого) не являются суммой свойств элементов или частей (несводимость целого к простой сумме частей);

2. свойства системы (целого) зависят от свойств элементов, частей (изменение в одной части вызывает изменение во всех остальных частях и во всей системе).

Весьма актуальным является оценка степени целостности системы при переходе из одного состояния в другое. В связи с этим возникает двойственное отношение к закономерности целостности. Ее называют физической аддитивностью, независимостью, суммативностью, обособленностью. Свойство физической аддитивности проявляется у системы, как бы распавшейся на независимые элементы. Строго говоря, любая система находится всегда между крайними точками как бы условной шкалы: абсолютная целостность — абсолютная аддитивность, и рассматриваемый этап развития системы можно охарактеризовать степенью проявления в ней одного или другого свойства и тенденцией к его нарастанию или уменьшению.

4. Управление с точки зрения кибернетики

Появление кибернетики — науки об общих закономерностях в процессах управления, осуществляемых в живых существах, машинах и их комплексах, — позволило собрать и обобщить огромное количество фактов, которые показали, что процесс управления во всех организованных системах сходен. Различие в управлении объектами касаются критериев цели, задач и содержания управления. Однако структура и построение процессов управления в организованных системах любых рангов имеют черты глубокого сходства, общности. Это обстоятельство объясняется тем, что процесс управления всегда представляет собой информационный процесс.

Кибернетика изучает процессы получения и передачи, накопления и преобразования, переработки и использования информации в машинах, живых организмах и их объединениях. Установление связи между управлением и информационными процессами — важнейшее достижение кибернетики. Оно позволяет понять технологию процесса управления и, главное, подвергнуть его изучению количественными методами. Отличительная черта кибернетического подхода к познанию и совершенствованию процессов управления — использование их аналогов в живой и неживой природе и моделирование. Основная задача кибернетики — достижение на основе присущих ей методов и средств оптимального уровня управления, т. е. принятие наилучших управленческих решений. Таким образом, кибернетическим называется такое управление, которое:

§ рассматривает организацию как некоторую большую систему, каждый элемент которой берется не только сам по себе, но и как часть большой совокупности, в которую он входит;

§ обеспечивает оптимальное решение многовариантных динамических задач организации;

§ использует специфические методы, выдвинутые кибернетикой (обратную связь, саморегулирование и самоорганизацию и т. п.);

§ широко применяет механизацию и автоматизацию управленческих работ на основе использования вычислительной и управляющей техники и компьютерных технологий.

5. Принципы кибернетики

К общим принципам кибернетики как науки о единстве процессов управления, независимо от объекта их приложения, относят: обратную связь, черный ящик, внешнее дополнение, преобразование информации, целенаправленность управления и эквифинальность. Определения принципов даются по материалам книги С. Бира «Кибернетика и управление производством» с сохранением авторских фрагментов текста из работ:

1) обратная связь — поток информации, поступающий после измерения результатов функционирования системы или ее части в систему управления для выработки воздействия на алгоритм управления;

2) «черный ящик» — система (объект), в которой внешнему наблюдателю доступны лишь входные и выходные параметры, а внутреннее устройство и протекающие в ней процессы, по «причине недоступности для изучения или в связи с абстрагированием, не являются предметом исследований»;

3) внешнее дополнение — включение «черного ящика» в цепь управления в условиях, когда используемый язык формализации недостаточен для описания реальной ситуации системы и этот недостаток устраняется путем процедуры внешнего дополнения;

4) преобразование информации — система рассматривается как «машина для переработки информации» с целью ее упорядочения, снижения неопределенности и разнообразия, и это делает поведение системы предсказуемым;

5) целенаправленность управления — «управление — неотъемлемое свойство любой системы», а система «является организмом, обладающим своей собственной целью и своим собственным единством»;

6) эквифинальность — существование конечного неупорядоченного множества путей перехода системы из различных начальных состояний в финальное состояние, т.е. переход системы из начальных состояний в финальное задан не единственным образом.

Дадим краткое пояснение изложенным принципам. Обратная связь в кибернетике, в отличие от ее общесистемного представления, включает только поток информации с результатами измерения выходного потока системы и именуется информационной обратной связью. Основная идея обратной связи состоит в мониторинге выходной информации и динамическом анализе результатов поведения системы относительно заданной планом траектории ее функционирования. При выявлении отклонений и в зависимости от их существенности происходит выработка управляющих воздействий. Вводом обратной связи создается замкнутый контур управления.

6. Производственная организация как кибернетическая система

Производственную организацию можно представить в виде кибернетической системы. Кибернетическая система рассматривается практически всегда как сетевая схема связей, которые можно изображать линиями или дугами между подсистемами и элементами. Для таких систем характерны пять признаков.

Первым признаком кибернетической системы является наличие в ней информационной сети. Каналы сети содержат упорядоченную последовательность сигналов, образующих поток информации.

Наличие автономного управления в кибернетической системе является вторым признаком. В информационной сети всегда должен быть координирующий и регулирующий центр или несколько центров, связанных между собой в определенной соподчиненности или иерархии.

Третьим признаком кибернетической системы является наличие саморегулирования. Информация из внешней и внутренней среды кибернетической системы необходима для целей управления, которая поддерживает параметры системы в заданных границах.

В целях получения и обмена информацией с внешней средой и во внутренней среде кибернетическая система должна иметь входы и выходы. Это четвертый признак кибернетической системы.

Пятым признаком кибернетической системы является ее большая сложность. Сложность определяется наличием большого количества элементов, входящих в систему, и информационных связей, обеспечивающих взаимодействие между этими элементами.

Под кибернетической системой понимается система, имеющая информационную сеть со входами и выходами, отличающаяся большой сложностью и обеспечивающая на основе автономного управления ее саморегулирование. Совокупность таких признаков обнаруживается в живых и неживых организованных системах, в том числе в живых организмах, саморегулирующихся машинах и устройствах, коллективах людей и общества в целом.

7. Системный анализ, теория систем

Перечислим этапы системного анализа, а далее подробнее рассмотрим наиболее важные из них [5]:

* определение проблемы и проблематики;

* построение и использование моделей;

Конфигуратор. Всякое сложное явление требует разностороннего, многопланового описания, рассмотрения с различных точек зрения. Только совместное (агрегированное) описание в терминах нескольких качественно различающихся языков позволяет охарактеризовать явление с достаточной полнотой. В реальной жизни не бывает проблем чисто физических, химических, экономических, общественных — эти термины обозначают не саму проблему, а выбранную точку зрения на нее. По образному выражению писателя-фантаста П. Андерсона, проблема, сколь бы сложной она ни была, станет еще сложнее, если на нее правильно посмотреть.

Эта многоплановость реальной жизни имеет важные последствия для системного анализа. С одной стороны, системный анализ имеет междисциплинарный характер. Системный аналитик привлекает к исследованию системы данные из любой отрасли знаний, привлекает экспертов любой специальности, если этого потребуют интересы дела. С другой стороны, перед ним встает неизбежный вопрос о допустимой минимизации описания явления.

Конфигуратор — агрегат, состоящий из качественно различных языков описания системы и обладающий тем свойством, что число этих языков минимально, но необходимо для заданной цели.

Метод Делфи. Суть этого метода в том, чтобы с помощью серии последовательных действий — опросов, интервью, мозговых штурмов — добиться максимального консенсуса при определении правильного решения. Анализ с помощью дельфийского метода проводится в несколько этапов, результаты обрабатываются статистическими методами.

Базовым принципом метода является то, что некоторое количество независимых экспертов (часто несвязанных и не знающих друг о друге) лучше оценивает и предсказывает результат, чем структурированная группа (коллектив) личностей. Позволяет избежать открытых столкновений между носителями противоположенных позиций т.к. исключает непосредственный контакт экспертов между собой и, следовательно, групповое влияние, возникающее при совместной работе и состоящее в приспособлении к мнению большинства, даёт возможность проводить опрос экстерриториально, не собирая экспертов в одном месте (например, посредством электронной почты).

Субъекты: группы исследователей, каждый из которых отвечает индивидуально в письменной форме. Организационная группа — сводит мнения экспертов воедино.

Экспертные оценки [expert judgements] — количественные или порядковые оценки процессов или явлений, не поддающиеся непосредственному измерению. Они основываются на суждениях специалистов, поэтому, в принципе, их нельзя считать вполне объективными: на специалиста-эксперта могут воздействовать различные побочные факторы. Разрабатываются научные методы такой обработки индивидуальных Э. о., чтобы они давали в совокупности более или менее объективные ответы. Это достигается путем специально подготовленных методов формирования групп экспертов, продуманных форм вопросов и ответов, приспособленных к обобщению с помощью компьютера. Разработка таких методов в настоящее время вылилась в самостоятельную область науки об управлении.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Роль Норберта Винера в развитии кибернетики как науки об управлении, получении и преобразовании информации. Определение содержания и основных задач теоретической и технической кибернетики. Особенности взаимодействия управляемой и управляющей системами.

реферат [1,1 M], добавлен 07.10.2010

Использование математических методов в сфере управления, в традиционных экономических расчетах при обосновании потребностей в ресурсах, разработке планов и проектов. Основные признаки иерархической системы управления и количественная оценка решений.

контрольная работа [57,0 K], добавлен 21.01.2010

Задача выбора оптимальной (с точки зрения минимизации стоимости) прокладки транспортных коммуникаций из исходного пункта во все пункты назначения. Создание модели в терминах теории графов, описание волнового алгоритма, алгоритма Дейкстры, их особенности.

курсовая работа [214,3 K], добавлен 30.09.2009

Технология решения задачи с помощью Поиска решения Excel. Отбор наиболее эффективной с точки зрения прибыли производственной программы. Задачи на поиск максимума или минимума целевой функции при ограничениях, накладываемых на независимые переменные.

лабораторная работа [70,0 K], добавлен 09.03.2014

Определение емкости рынка каждого вида продукции и долю каждого сектора в первый и последний период. Наиболее выгодные и невыгодные с точки зрения сбыта сегменты рынка. Прогнозирование динамики объема спроса. План прикрепления потребителей к поставщикам.

контрольная работа [27,6 K], добавлен 22.01.2013

Сущность закона больших чисел. Принцип диверсификации с математической точки зрения. Расчёт среднего ожидаемого дохода и среднего риска двух финансовых операций. Нетто-ставка как вероятность страхового случая. Обеспечение репрезентативности выборки.

презентация [78,1 K], добавлен 01.11.2013

Построение графического дерева решений по установленному критерию оптимальности. Анализ узлов дерева решений с точки зрения доступности информации. Определение вектора приоритетов альтернатив, используя метод анализа иерархий и матрицы парных сравнений.

контрольная работа [106,4 K], добавлен 09.07.2014

Исследование модели поведения на рынке двух конкурирующих фирм, выпускающих аналогичный пользующийся неограниченным спросом товар, с точки зрения теории игр. Определение прибыли игроков. Динамика изменения капитала во времени по секторам экономики.

контрольная работа [139,0 K], добавлен 20.01.2016

ЭМ методы — обобщающее название дисциплин, находящихся на стыке экономики, математики и кибернетики, введенное В.С. Немчиновым. Теория экономической информации. Этапы экономико-математического моделирования. Моделирование экономических функций.

курс лекций [208,3 K], добавлен 25.01.2010

Применение математических, количественных методов для обоснования решений во всех областях целенаправленной человеческой деятельности. Описание метода Минти. Выбор среды разработки. Система программирования Delphi. Параметры программного продукта.

курсовая работа [961,9 K], добавлен 31.05.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

Глава 2. Управление и кибернетика

Управление

С понятием «управление» («менеджмент») человек соприкасается повседневно на протяжении всей своей жизни. Управление всегда представляет собой информационный процесс. Аналогично тому, как субстанцией физического мира являются материя и энергия, основой управления является информация. Сущность процесса управления изложена в работах как российских, так и зарубежных ученых. Эта сущность заключается в том, что движение и действие больших масс или передача и преобразование больших количеств информации направляются и контролируются при помощи небольших количеств энергии, несущих информацию – энерго-информационные процессы.

Впервые понятие «управление» было ассоциировано с понятием «кибернетика» американским математиком Н. Винером (1894– 1964) в своей книге «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине», опубликованной в 1948 г. [4]. Исторически слово «кибернетика» возникло в Древней Греции. Оно было введено в науку философом Платоном и происходит от греческого слова «kybernetes», означающее «кормчий». Поэтому руль корабля, направляемый руками человека, может служить первым символом кибернетики, то есть управления.

Общепринятого определения понятия «управление» до настоящего времени не существует, хотя интуитивное представление о нем имеет вполне определенный смысл. Само понятие «управление» со времени выхода книги Н. Винера претерпевает неизбежные изменения как в теоретическом, так и в прикладном плане. В то же время в настоящее время существует ряд определений понятия «управление». Одним из таких определений является следующее: «Под управлением будем понимать процесс организации такого целенаправленного воздействия на объект, в результате которого объект переходит в требуемое (целевое) состояние» [8]. Под объектом управления понимается та часть окружающего мира, состояние которой нас интересует, на которую мы можем целенаправленно воздействовать, то есть осуществлять управление этой частью. Следует отметить, что любой объект состоит из множества систем, подсистем и элементов. Задача исследования всего объекта как совокупности систем, подсистем и элементов в целом сложна и поэтому вначале выделяют и описывают в объекте только одну систему, которая представляет собой часть всего объекта.

Основная трудность в точном определении понятия «управление» состоит в том, что управление применяется на различных многообразных уровнях жизнедеятельности, каждый раз с изменением своих целей и критериев. Следует различать управление государством и народным хозяйством, управление в сфере материального производства и оказания услуг, территорией, регионом, отраслью, городом, организацией, цехом и участком, человеком как биологической системой.

Все «уровни» управления можно рассматривать как системы различных рангов (рис. 2.1) [3].

Рис. 2.1. Схемы систем различных рангов:

А– биологические системы (живые существа, человек);

Б – физические системы (машины, автоматические машины и линии, устройства);

В – социально-экономические системы;

Г – макроэкономические системы.

К высшему рангу относятся социально-экономические и макроэкономические системы в виде государства, народного хозяйства, территорий, регионов, отраслей, городов с окружающей их инфраструктурой. Управление в этом случае следует рассматривать прежде всего как явление общественного порядка, обеспечивающее целенаправленное руководство деятельностью людей, а в хозяйственной деятельности – руководство процессами воспроизводства экономики.

Системы среднего ранга могут выступать в виде производственных организаций, цехов, участков и т. п. Управление в этом случае направлено на обеспечение наилучшего функционирования процесса производства продукции.

Системами низших рангов являются:

Как известно, человек, рассматриваемый как биологическая система, представляет собой исключительно сложный объект управления. Не менее сложными являются и некоторые физические системы. Например, вычислительная техника, робототехника, станки с программным управлением, автоматические линии. Эти системы называются низшими только потому, что они могут входить как первичные звенья в системы среднего и высшего ранга.

При образовании систем более высокого ранга появляются новые закономерности, отражающие сущность систем нового ранга, их цели, критерии, задачи и функции. Закономерности, которые были присущи системам более низкого ранга, продолжают функционировать в каждой составной части новой системы, но доминирующее значение приобретают новые закономерности, отражающие связи вновь образованной системы.

Например, в производственных организациях среднего ранга (организация–цех–участок) управление должно обеспечивать слаженное функционирование совместного труда множества людей для достижения поставленных целей. В таких системах биологические и физические закономерности элементов учитываются в виде ограничений, определяющих допустимые физиологические и физические нагрузки и пропускную способность каждого элемента.

Одним из определяющих факторов, влияющих на весь ход процесса производства продукции, является технология управления. Технологический процесс возникновения и переработки информации в производственных организациях проходит определенные этапы (рис. 2.2).

Все начинается с идеи о производстве продукции какого-либо целевого назначения. Затем, на первом этапе, начинается процесс сбора информации о внешней среде.

Во внешней среде анализируются политическая ситуация в стране, конкуренты в аналогичном секторе производства, потребители продукции, поставщики материальных ресурсов, рынок труда, рынок сбыта продукции, цена аналогичной продукции. Другими словами, проводятся маркетинговые исследования.

На втором этапе идет сбор информации о состоянии производственного объекта, где будет осуществляться изготовление продукции. Изучаются технологические, организационные и финансовые возможности этого объекта. Сведения об объекте должны быть представлены количественными данными ряда переменных, то есть показателей, которые характеризуют исследуемый объект. Полученные показатели позволяют применять на следующем этапе математические методы для переработки информации, что облегчает ее кодирование. На этом этапе определяются цели и выбираются критерии эффективности.

Третий этап характеризуется переработкой и преобразованием информации с помощью технических средств. При переработке и преобразовании используются в основном средства вычислительной техники и математические методы.

Принятие решений о выпуске продукции, востребованной рынком, осуществляется на четвертом этапе. Они базируются на основе переработанной и преобразованной информации, характеризующей как внешнюю, так и внутреннюю среду объекта.

На основании принятых решений, на пятом этапе, для их выполнения выдаются управляющие воздействия и команды, с помощью которых осуществляется процесс производства продукции. Они выдаются в виде планов, в которых определены объемы выпуска продукции, сроки ее производства, подразделения объекта, которые должны своевременно выполнять определенные действия.

Рис. 2.2. Этапы возникновения и переработки информации в производстве

Шестой этап характерен тем, что здесь реализуются принятые решения, выражающиеся в выполнении трудовых действий людей и работе машин, механизмов, автоматических линий и т. п. Идет процесс преобразования предметов труда из первоначального состояния в требуемое по замыслу конструктора.

Изменение первоначального состояния объекта под воздействием информационных процессов происходит на седьмом этапе. Такое изменение объекта происходит под влиянием информации, меняющейся в результате ее переработки.

Восьмой, заключительный, этап последовательности технологического процесса переработки информации характерен получением окончательной информации о произошедших изменениях в объекте в результате принятых и реализованных решений и подается на выход. Полученная информация анализируется, выявляются отклонения от заранее запланированных действий при производстве продукции, и в случае отклонений от плановых заданий принимается решение о регулировании хода процесса производства.

Кибернетика и ее принципы

Системы, которые изучает кибернетика – это множество подсистем и элементов, соединенных между собой цепью причинно-следственных взаимозависимостей. Каждая машина или живой организм являются примером систем взаимосвязанных подсистем и элементов. Работа одних подсистем и элементов является причиной действия других подсистем и элементов.

Такая ситуация наблюдается в химических, биологических, машинных, социально-экономических процессах. Именно это дало возможность создать такую науку, как кибернетика. Кибернетика как наука занимается изучением систем произвольной природы, способных воспринимать, хранить и обрабатывать информацию, используя ее для управления и регулирования происходящих процессов. Как наука кибернетика сама по себе существовать не может. Она подпитывается за счет других наук и имеет тенденцию к саморазвитию (рис 2.3).

Исследование систем произвольной природы и происходящих при этом процессов требует привлечения самых различных наук. Кибернетику можно представить в виде двух составляющих: общая (теоретическая) и прикладная. Общая (теоретическая) кибернетика включает в себя в основном теории информации, программирования и систем управления. В прикладную входят техническая, биологическая, военная, экономическая кибернетики. Одним из важных разделов прикладной кибернетики является экономическая кибернетика, изучающая процессы, происходящие в системах народного хозяйства. При исследовании систем управления общими применяемыми методами как в общей, так и в прикладной кибернетике, являются «системный анализ», «исследование операций» и др.

Применение кибернетики в экономике служит как познавательным целям, так и хозяйственной практике. Познавательная цель достигается тем, что кибернетика позволяет по-новому рассматривать способы связей между подсистемами и элементами систем, способы построения и функционирования социально-экономических систем в целом и их частей. Например, механизм функционирования рынка, денежного обращения, обмена товаров через внешнюю торговлю.

Кибернетика открыла сходство и общность принципов, которым подчиняются системы взаимосвязанных действий, и привела к важным теоретическим и практическим последствиям. Теоретическое значение этого открытия состоит прежде всего в том, что она показала существование ряда принципов, присущих системам живой и неживой природы. Такими основными принципами являются:

· деление целого на подсистемы;

Рис. 2.3. Кибернетика как совокупность наук

Рассмотрим сущность и содержание основных принципов, присущих системам живой и неживой природы.

Саморегулирование.Живые организмы, в том числе и человек, технические устройства, социально-экономические процессы отличаются способностью к саморегулированию. Например, птицы и млекопитающие автоматически, независимо от температуры окружающей среды, регулируют внутреннюю температуру своего тела, поддерживая ее на определенном уровне. Отсюда следует, что существует некий механизм регулирования, обеспечивающий, например, поддержание температуры тела человека на уровне около 37 градусов. Таким же образом поддерживается на определенном уровне кровяное давление и другие характеристики жизнедеятельности человека. В биологии такое явление называется гомеостазом.

В своей книге [4] Н. Винер показал, что принципы действия саморегулирования в живых организмах и в технических устройствах одни и те же. Он также утверждал, что принцип саморегулирования вполне возможен в управлении общественными и экономическими процессами.

Изоморфизм.Под изоморфизмом понимается соответствие соотношения закономерностей подсистем и элементов одной системы свойствам подсистем и элементов другой системы. Свойствам подсистем и элементам системы А соответствуют аналогичные свойства подсистем и элементов системы Б. В связи с этим, если изучаются именно эти свойства, то множества А и Б неразлучны и тождественны. Изучая одно из них, тем самым устанавливают свойства другого. Системы элементов, которые находятся в отношении изоморфизма, называются изоморфными.

С точки зрения кибернетики, имеется наличие изоморфизма в структуре и функциях управления в живых организмах, машинах и других системах. Организмы живой природы, которые рассматриваются с точки зрения управления и связей, существенно не отличаются от других сложных динамических систем. В частности, от автоматических линий. Например, структура нервных волокон человека в некоторой степени сходна со структурой связей автоматики и построена на одних и тех же принципах. Накопление и переработка информации у них имеет дискретный характер.

Как в живых, так и в неживых системах имеется другое структурное свойство, заключающееся в наличии у них контура обратной связи. Поэтому некоторые существенные особенности систем можно имитировать с помощью вычислительных машин. На изоморфизме основываются методы статистических испытаний с помощью вычислительной техники. Эти методы в настоящее время применяются в управлении производством.

Возможность моделирования с помощью вычислительной техники любых сложных динамических систем, процессов и ситуаций, в том числе процессов производства, позволяет считать, что вычислительная техника может быть изоморфной любой динамической системе. Поэтому эту технику можно называть кибернетической.

Обратная связь.Для систем любой природы необходимым условием их эффективного функционирования является наличие обратной связи, сигнализирующей о достигнутых результатах. На основании полученной информации о результатах функционирования системы идет процесс корректировки управляющего воздействия. Система обратной связи в упрощенном виде приведена на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Схема системы с обратной связью

Входная величина R воздействует на управляемый объект (процесс) и превращается в выходную величину Y. Величина Y с помощью канала обратной связи подается на вход, регулирует входную величину R и в виде управляющего сигнала X воздействует уже по-новому на управляемый объект (процесс).

В результате возникает связь, образующая замкнутый контур. Различают две формы связи: отрицательную и положительную. Отрицательная обратная связь уменьшает отклонение выходной величины от заданного значения, то есть стремится установить и поддерживать некоторое устойчивое равновесие.

Обратная связь, с точки зрения кибернетики, является информационным процессом, так как связана с переработкой информации, поступившей на вход R. Понятие обратной связи универсально. Оно используется в различных областях науки и техники. В биологических науках термин «обратная связь» часто фигурирует под названием «обратная афферентация».

Иерархичность управления.Под иерархичностью управления понимается многоступенчатое управление, характерное для живых организмов, технических, социально-экономических и других систем. При иерархическом построении систем нижние уровни управления отличаются большой скоростью реакции и быстротой переработки поступающих сигналов. Чем менее разнообразны сигналы, тем быстрее реакция – ответ на информацию. По мере повышения уровня иерархии действия становятся более медленными, но отличаются большим разнообразием. Они, как правило, идут не в темпе воздействия, а могут включать в себя размышление, сопоставление и т. п. Такие принципы широко используются при построении производственных организаций.

В качестве примера на рис. 2.5 приведена схема иерархического построения производственной организации, состоящей из трех уровней.

Рис. 2.5. Схема иерархического построения производственной организации

На верхнем уровне иерархии управления (ВУУ) производственной организации находится административно-управленческий аппарат организации (генеральный директор, технический директор, директор по экономике и финансам и др.), выдающие управленческие решения и команды на средний уровень управления (СУУ) – уровень цехов. После определенной переработки управленческой информации на среднем уровне информация поступает на нижний уровень иерархии управления (НУУ) – участки. Результаты переработки информации на нижнем уровне по каналам обратной связи передаются на верхний уровень управления. В случае отклонения хода процесса производства от заранее запланированных величин объемов реализуемой продукции, производительности труда и т. п. с помощью действий на верхнем уровне иерархии управления осуществляется регулирование хода процесса производства продукции.

В общем случае управление с иерархической структурой основано на том, что каждая из подсистем решает некоторую частную задачу в условиях относительной самостоятельности. Управленческие решения, в частности, прогнозные и оперативные планы, разработанные на верхнем уровне управления, постоянно координируются этим уровнем. При итеративном (обозначающем повторяющееся действие) характере выработки управленческих решений подсистем надлежащего уровня, их последующая координация верхним уровнем осуществляется во времени многократно.

В вычислительных машинах принцип иерархичности управления наиболее полно реализуется при микропрограммном управлении. В таком случае из центрального устройства на блоки местного устройства поступает обобщенный сигнал– код операции. Например, «сложить», «умножить». Местное устройство управления разбивает всю операцию на простые микрооперации или микрокоманды, выполняемые затем в необходимой последовательности.

Деление целого на подсистемы.Множество элементов, составляющих систему, объединяются в нее по определенному признаку или правилу. При введении некоторых дополнительных признаков и правил все множество элементов системы можно разделить на подмножества, выделяя тем самым из системы ее составные части – подсистемы.

Таким образом, любая система, состоящая из целого, в то же время состоит из множества подсистем, каждую из которых можно рассматривать как самостоятельную обособленную систему. И наоборот, любая система, представляющая собой нечто целое, в то же время является частью, подсистемой более масштабной системы.

Динамическая локализация.В кибернетических системах благодаря наличию связей между элементами реализуется принцип динамического размещения, то есть локализации информации, при которой сообщения передаются во временной последовательности по каналам связи. Следовательно, основным свойством динамической системы является организация структуры памяти в виде временной последовательности.

Тем не менее это не исключает статического размещения информации в элементах системы в течение определенного времени. Однако, последовательная во времени пересылка сообщений между элементами является главной предпосылкой организации функционирования такого множества элементов, как система. В общем случае из-за свойств дискретности процессов передачи информации представление о динамической локализации является обобщением понятия статической локализации и лежит в основе процессов ее сохранения в системе, которая может рассматриваться как структура памяти.

Любая система может быть рассмотрена как система памяти, организованная в соответствии с принципом динамической локализации. Одним из частных свойств системы в целом и отдельных ее элементов является свойство устойчивости к влиянию входных воздействий – свойство самовыравнивания. Свойство самовыравнивания определяется способностью элемента перейти под влиянием скачкообразно нанесенного входного воздействия в новое установившееся состояние без помощи регулятора.

Районный заочный конкурс «Знатоки техники». Раздел: информатика

МУНИЦИПАЛЬНОЕ КАЗЁННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ЧИСТООЗЁРСКАЯ СОШ ЗАВЬЯЛОВСКОГО РАЙОНА»

Районный заочный конкурс «Знатоки техники»

24.03.1995 года рождения

Руководитель: учитель информатики

с. Чистоозёрка. 2013г.

1. Какая система называется экспертной, и какие характерные особенности она имеет. Для чего используются экспертные системы. 3

2. Поясните, из каких элементов с точки зрения кибернетики состоит всякая система управления. 8

3. Дайте определение понятия «proxy-сервер». 10

4. Дайте понятие логического диска. Какая информация может храниться на данном диске. 12

5. Что такое технология клиент-сервер. 13

6. В чём заключается метод последовательной детализации? Приведите пример данного метода……………………………………………………16

7. Какие виды линий связи используются в компьютерных сетях. 19

8. В чём преимущества и недостатки хранения информации на оптических CD и DVD дисках. 20

9. Онтология в информатике. Какие преимущества она имеет. 22

10. Что такое формализация? Приведите пример……………………………..25

1. Какая система называется экспертной, и какие характерные особенности она имеет. Для чего используются экспертные системы?

Под экспертной системой понимается система, объединяющая возможности компьютера сознаниями и опытом эксперта в такой форме, что система может предложить разумный совет или осуществить разумное решение поставленной задачи. Дополнительно желаемой характеристикой такой системы, которая многими рассматривается как основная, является способность системы пояснять, по требованию, ход своих рассуждений в понятной для спрашивающего форме. Метод достижения таких характеристик, основанный на наборе формальных решающих правил, называется программированием.

Экспертная система — это система искусственного интеллекта, построенная на основе глубоких специальных знаний о некоторой предметной области (полученных от экспертов-специалистов этой области). Экспертные системы – один из немногих видов систем искусственного интеллекта, которые получили широкое распространение и нашли практическое применение. Существуют экспертные системы по военному делу, геологии, инженерному делу, информатике, космической технике, математике, медицине, метеорологии, промышленности, сельскому хозяйству, управлению, физике, химии, электронике, юриспруденции и так далее. И только то, что экспертные системы остаются весьма сложными, дорогими, а главное, узкоспециализированными программами, сдерживает их еще более широкое распространение.

Технология экспертных систем является одним из направлений новой области исследования, которая получила наименование искусственного интеллекта (ИИ) (Artificial Intelligence — AI). Исследования в этой области сконцентрированы на разработке и внедрении компьютерных программ, способных эмулировать (имитировать, воспроизводить) те области деятельности человека, которые требуют мышления, определенного мастерства и накопленного опыта. К ним относятся задачи принятия решений, распознавания образов и понимания человеческого языка. Эта технология уже успешно применяется в некоторых областях техники и жизни общества — органической химии, поиске полезных ископаемых, медицинской диагностике. Перечень типовых задач, решаемых экспертными системами, включает:

извлечение информации из первичных данных (таких как сигналы, поступающие от гидролокатора); диагностика неисправностей (как в технических системах, так и в человеческом организме); структурный анализ сложных объектов (например, химических соединений); выбор конфигурации сложных многокомпонентных систем (например, распределенных компьютерных систем); планирование последовательности выполнения операций, приводящих к заданной цели (например, выполняемых промышленными роботами).

Особенности экспертных систем:

компетентность – в конкретной предметной области экспертная система должна достигать того же уровня, что и специалисты-люди; при этом она должна пользоваться теми же эвристическими приемами, также глубоко и широко отражать предметную область;

символьные рассуждения – знания, на которых основана экспертная система, представляют в символьном виде понятия реального мира, рассуждения также происходят в виде преобразовании символьных наборов;

глубина – экспертиза должна решать серьезные, нетривиальные задачи, отличающиеся сложностью знаний, которые экспертная система использует, или обилием информации; это не позволяет использовать полный перебор вариантов как метод решения задачи и заставляет прибегать к эвристическим, творческим, неформальным методам;

самосознание – экспертная система должна включать в себя механизм объяснения того, каким образом она приходит к решению задачи.

Экспертные системы создаются для решения разного рода проблем, но они имеют схожую структуру (рис. 1); основные типы их деятельности можно сгруппировать в категории, приведенные в табл. 2.

Рис. 1. Схема обобщенной экспертной системы

Таблица 2. Типичные категории способов применения экспертных систем

Описание ситуации по информации, поступающей от датчиков

Определение вероятных последствий заданных ситуаций

Выявление причин неправильного функционирования системы по наблюдениям

Построение конфигурации объектов при заданных ограничениях

Определение последовательности действий

Сравнение результатов наблюдений с ожидаемыми результатами

Составление рецептов исправления неправильного функционирования системы

Выполнение последовательности предписанных исправлений

Диагностика и исправление поведения обучаемого

Управление поведением системы как целого

Классы экспертных систем. По степени сложности решаемых задач экспертные системы можно классифицировать следующим образом:

— По способу формирования решения экспертные системы разделяются на два класса: аналитические и синтетические. Аналитические системы предполагают выбор решений из множества известных альтернатив (определение характеристик объектов), а синтетические системы — генерацию неизвестных решений (формирование объектов).

— По способу учета временного признака экспертные системы могут быть статическими или динамическими. Статические системы решают задачи при неизменяемых в процессе решения данных и знаниях, динамические системы допускают такие изменения. Статические системы осуществляют монотонное непрерываемое решение задачи от ввода исходных данных до конечного результата, динамические системы предусматривают возможность пересмотра в процессе решения полученных ранее результатов и данных.

— По видам используемых данных и знаний экспертные системы классифицируются на системы с детерминированными (четко определенными) знаниями и неопределенными знаниями. Под неопределенностью знаний (данных) понимается их неполнота (отсутствие), недостоверность (неточность измерения), двусмысленность (многозначность понятий), нечеткость (качественная оценка вместо количественной).

— По числу используемых источников знаний экспертные системы могут быть построены с использованием одного или множества источников знаний. Источники знаний могут быть альтернативными (множество миров) или дополняющими друг друга (кооперирующими).

Наиболее распространённые экспертные системы (ЭС):

CLIPS — весьма популярная ЭС (public domain) OpenCyc — мощная динамическая ЭС с глобальной онтологической моделью и поддержкой независимых контекстов WolframAlpha — поисковая система, интеллектуальный «вычислительный движок знаний» MYCIN — наиболее известна диагностическая система, которая предназначена для диагностики и наблюдения за состоянием больного при менингите и бактериальных инфекциях. HASP/SIAP — интерпретирующая система, которая определяет местоположение и типы судов в тихом океане по данным

акустических систем слежения.

В настоящее время ЭС находят всё большее применение во всех областях человеческой деятельности. Этому способствуют: развитие средств вычислительной техники, инструментальных средств разработки ПО, практика использования ЭС, постоянно возрастающий уровень информационной культуры пользователей.

На практике часто требуется не использование ЭС как таковой, сколько использование её элементов (интеллектуальных ЭС) для ПО.

Элементы использования ЭС нашли своё отражение во вновь разрабатываемом ПО, как известных фирм-производителей ПО, так и авторов-индивидуалов.

В настоящее время сдерживание темпов развития ЭС происходит из-за недостаточной разработанности математического аппарата в области ИИ, частности в области построения нейро-сетей, а так же в области психологии экспертных суждений и принятия решения экспертом. В последнее десятилетие в данных направлениях наблюдался серьёзный прогресс. В настоящее время учёные прикладывают огромные усилия по решению научных проблем в данных областях. Результатом этой работы будет создание новых, более интеллектуальных ЭС, для конкретных областей человеческой деятельности, а также более интеллектуального ПО.

2. Поясните, из каких элементов с точки зрения кибернетики состоит всякая система управления?

Кибернетика — наука об общих закономерностях процессов уп­равления и передачи информации в технических, биологических и социальных системах. Её основателем яв­ляется американский математик Н. Винер (), выпустивший в 1948 году книгу «Кибернетика, или управление их связь в животном и машине». Своё название новая наука получила от древнегреческого слова «кибернетес», что в переводе означает «управляющий», «руле­вой», «кормчий». Основной интерес этой науки широкий класс как живых, так и неживых систем.

Техническая кибернетика — отрасль науки, изучающая технические системы управления. Важнейшие направления исследований разработка и создание автоматических и автоматизированных систем управления, а также автоматических устройств и комплексов для передачи, переработки и хранения информации.

Социальная кибернетика – вероятностные системы, социальные системы с большим числом параметров и с нелинейной зависимостью. Для общества характерны многозначные нелинейные и функциональные связи. Раскрытие этих связей важно для научного познания, в том числе и кибернетического. В обществе наиболее рельефно проявляется системный эффект: социальные системы подчиняются системным закономерностям. Социальные системы с прогрессивной ориентацией развиваются надежно. Вообще надежность социальной системы проявляется в том, что она живет несравненно дольше своих компонентов.

Кибернетика дала в руки человека сильнейшее оружие управле­ния производством, обществом, инструмент усиления интеллектуаль­ных способностей человека (ЭВМ). Современные ЭВМ (компьютеры) — универсальные преобразователи информации, а с преобразова­нием информации человек связан во всех областях своей деятельнос­ти (в политике, экономике, науке, профессиональной сфере и др.).

Основными элементами, с точки зрения кибернетики, всякая система управления состоит из: объект управления, управляющий объект, канал прямой связи, канал обратной связи.

Канал прямой связи используется для передачи команд управления.

Канал обратной связи используется для передачи данных о состоянии объекта управления.

3. Дайте определение понятия «proxy-сервер»?

Прокси-сервер (от англ. proxy — «представитель, уполномоченный») — служба в компьютерных сетях, позволяющая клиентам выполнять косвенные запросы к другим сетевым службам. Сначала клиент подключается к прокси-серверу и запрашивает какой-либо ресурс (например, e-mail), расположенный на другом сервере. Затем прокси-сервер либо подключается к указанному серверу и получает ресурс у него, либо возвращает ресурс из собственного кэша (в случаях, если прокси имеет свой кэш). В некоторых случаях запрос клиента или ответ сервера может быть изменён прокси-сервером в определённых целях. Также прокси-сервер позволяет защищать клиентский компьютер от некоторых сетевых атак и помогает сохранять анонимность клиента.

Прокси-сервер (известный также как шлюз приложений) представляет собой приложение, которое выступает для трафика в качестве посредника между доверенной сетью и недоверенной сетью. Это не снимает необходимости применения брандмауэра для управления трафиком на IP-уровне, чтобы не предусматривать наличие брандмауэра прикладного уровня.

Вы можете представить себе посредника как доверенное лицо или посла, которым предписано находиться где-то, где не может непосредственно находиться их клиент (или предпочитает не находиться) по причинам неудобства или безопасности. Послы обычно знают местный язык и обычаи, могут привести несовершенный запрос клиента в форму, допустимую в местном масштабе другой зоны, и, конечно, могут перевести обратно полученный ответ. В компьютерных понятиях такой «посол» может получать https-запросы по порту 443 и преобразовывать их в http-запросы по порту 80.

Прокси в более повседневных, практических компьютерных терминах являются процессами, запущенными на компьютерах, которым, как правило, предоставлен доступ (в брандмауэре) к более чем одной зоне. Именно эта способность делает их полезными. В типичном случае прокси просто будет работать от имени своего пользователя на месте перекрытия зон (в образе приложения), выполняя и получая нечто из зоны, с которой при других обстоятельствах запрещено устанавливать контакт или запрашивать что-либо со стороны отдельных процессов и пользователей из другой зоны.

С другой стороны, на прокси можно посмотреть с точки зрения «человека посередине». Как мы видели в предыдущих лекциях, одной из фундаментальных концепций всеобщей безопасности (не только в криптографии) является концепция атаки со стороны «(плохого) человека посередине», которая заключается в перехвате и ретрансляции передаваемой между двумя сторонами информации третьей, незваной, «плохой» стороной.

Прокси могут восприниматься как «хорошие» приемники (слушатели) информации или как «люди посередине». Это значит, что они перехватывают информацию, ретранслируют ее далее, но с некоторой предопределенной и полезной для сетевой инфраструктуры целью.

4. Дайте понятие логического диска. Какая информация может храниться на данном диске?

Логический диск или том (англ. volume) — часть долговременной памяти компьютера, рассматриваемая как единое целое для удобства работы. Термин «логический диск» используется в противоположность «физическому диску», под которым рассматривается память одного конкретного дискового носителя.

Для операционной системы не имеет значения, где располагаются данные — на лазерном диске, в разделе жёсткого диска, или во флеш-памяти. Для унификации представляемых участков долговременной памяти вводится понятие логического диска. В таблице определяется, в частности, в каком каталоге (папке) находится тот или иной файл. Благодаря этому при переносе файла из одной папки в другую в пределах одного тома, не осуществляется перенос данных из одной части физического диска на другую, а просто меняется запись в таблице размещения файлов. Если же файл переносится с одного логического диска на другой (даже если оба логических диска расположены на одном физическом диске), обязательно будет происходить физический перенос данных (копирование с дальнейшим удалением оригинала в случае успешного завершения). Выделение на одном жёстком диске нескольких разделов даёт следующие преимущества:

— на одном физическом жёстком диске можно хранить информацию в разных файловых системах, или в одинаковых файловых системах, но с разным размером кластера (например, выгодно хранить файлы большого размера — например, видео — отдельно от маленьких, и задавать больший размер кластера для хранилища больших файлов);

— можно отделить информацию пользователя от файлов операционной системы; — на одном жёстком диске можно установить несколько операционных систем; — манипуляции с одной файловой системой не сказываются на других файловых системах.

5. Что такое технология клиент-сервер?

Клиент-сервер (client-server architecture/topology) — архитектура или организация построения сети (в том числе локальной и распределенной), в которой производится разделение вычислительной нагрузки между включенными в ее состав компьютера, выполняющими функции клиентов, и одной мощной центральной ЭВМ — сервером. Процесс наблюдения за данными отделен от программ, использующих эти данные. Сервер может поддерживать центральную базу данных, расположенную на большом компьютере, зарезервированном для этой цели. Клиентом будет обычная программа, расположенная на любой ЭВМ, включенной в сеть, а также сама ЭВМ, которая по мере необходимости запрашивает данные с сервера. Производительность при использовании клиент-серверной архитектуры выше обычной, поскольку как клиент, так и сервер делят между собой нагрузку по обработке данных. Достоинствами клиент-серверной архитектуры являются большой объем памяти и ее пригодность для решения разнородных задач, возможность подключения большого количества рабочих станций, включая ПЭВМ и пассивные терминалы, а также установки средств защиты от несанкционированного доступа.

Основные понятия клиент-серверной архитектуры:

Клиент (client) — сторона (ЭВМ, программа или пользователь), запрашивающая и использующая информацию и/или ресурсы у сервера в среде клиент-сервер.

Тонкий клиент (thin client) — терминал сети без жестких дисков и флоппи-дисководов, вычислительная мощность которого и объем памяти определяются задачами пользователя. Все программы и приложения, хранящиеся на сервере, становятся доступными для пользователя при включении его устройства и выполнении процедуры регистрации на сервере. Тонким клиентом называют также ПК (в том числе и мобильный) с минимизированной мощностью процессора, оперативной и внешней памяти, позволяющий пользователю осуществлять ввод и отображение данных за счет выполнения вычислений и хранения данных на более мощном ПК или сервере, с которыми он может осуществлять связь, при помощи каналов средней пропускной способности. К тонкому клиенту могут подключаться внешние устройства ввода/вывода данных (сканеры, мониторы, принтеры и проекторы).

Брокеры объектных запросов (ORB, Object Request Brokers) — форма промежуточного программного обеспечения для разработки систем клиент-сервер. Стандартная архитектура брокера объектных запросов (COBRA, Common Object Request Broker Architecture) — стандарт, разработанный группой OMG (Object Management Group), который определяет интерфейсы между объектами сети, позволяющими им работать совместно.

Двухзвенная модель (two-tier model) — архитектура построения сети, предусматривающая один сервер и несколько клиентов, является наиболее простой и распространенной. Недостаток — ограниченное число клиентских рабочих мест.

Трехзвенная модель (three-tier model) — архитектура построения системы клиент-сервер, в которой предусмотрено промежуточное звено (дополнительный компьютер), расположенное между сервером и клиентом двухзвенной модели. Промежуточное звено работает как монитор обработки транзакций или брокер объектных запросов. Трехзвенные модели обеспечивают работу существенно большего числа клиентов, чем двухзвенные модели.

N-звенная модель (N-tier model) — архитектура построения сети, предусматривающая наличие нескольких серверов приложений, число которых определяется необходимым уровнем нагрузки сети. При многозвенной модели построения системы количество возможных клиентских мест значительно больше, чем при использовании двухзвенной модели.

Промежуточное ПО (middleware) — программное обеспечение, выполняющее функцию связи клиента и сервера и предназначенное для содействия обмена данными, в том числе при взаимодействии клиентов с удаленным сервером. Для поддержки промежуточного программного обеспечения может использоваться дополнительный сервер, которому присваивается наименование, связанное с выполняемыми им функциями, например, сервер приложений, сервер баз данных.

Промежуточное ПО, ориентированное на обработку сообщений (MOM, Message-Oriented Middleware) — промежуточное программное обеспечение, которое для обмена данными использует сообщения и очереди. MOM позволяет прикладным программам продолжить обработку прежде, чем завершится обращение к удаленным службам. MOM работает в относительно медленных вычислительных сетях, таких, как PBC (региональные вычислительные сети) и Интернет. Ассоциация MOMA (Message-Oriented Middleware Association) производит разработку стандартов для этого класса средств программного обеспечения.

Разделение программ (application partitioning) — процесс разбиения прикладных программ «клиент-сервер» на части, которые должны выполняться на клиенте, сервере и в некоторых случаях на сервере приложения.
Сервер баз данных (сервер СУБД, database server) — сервер, состоящий из ЭВМ, операционной системы и СУБД. В зависимости от архитектуры построения сети сервер баз данных может являться основным ее сервером или сервером, поддерживающим промежуточное программное обеспечение.
Супервизор (supervisor) — часть операционной системы, координирующей использование ресурсов вычислительной сети и поддерживающей потоки операций, выполняемых центральным процессором. Супервизором называют функциональные обязанности и/или должность системного программиста, ответственного за поддержку работы программного обеспечения локальной сети, распределение доступа к ее информационным ресурсам (базам данных, файлам), а также их защиту от несанкционированного доступа, повреждения и разрушения.

6. В чём заключается метод последовательной детализации? Приведите пример данного метода.

Технология алгоритмического программирования базируется на методе последовательной детализации. Сначала формулируется основной алгоритм, который состоит из крупных блоков, часть которых может быть не понятна исследователю. Затем происходит детализация, то есть блоки подробно расписываются с использованием команд понятных исполнителю.

Сложный алгоритм при разработке можно разбивать на отдельные алгоритмы, которые называются вспомогательными. Каждый вспомогательный алгоритм описывает решение какой-либо подзадачи. Как основной алгоритм, так и вспомогательный могут включать основные алгоритмические структуры: линейную, разветляющую, циклическую. Если при составлении алгоритма возникает необходимость многократного использования одного и того же набора действий, его выделяют в самостоятельный алгоритм и дают ему имя. Можно использовать этот вспомогательный алгоритм в других алгоритмах. При использовании вспомогательного алгоритма не важно, что является аргументами (исходными данными) и результатом его работы. Использование вспомогательных алгоритмов ещё одна форма организации действий в алгоритмах, облегчающее решение трудных задач. Искусство составления алгоритма заключается в умении конструировать сложные алгоритмы из более простых, то есть обучить исполнителя сложным действиям постепенно, от простого к сложному. Алгоритмы, построенные подобным образом легче редактируются, читаются и выполняются.

Пример разработки алгоритма методом последовательной детализации.

В процессе создания программ на языке Visual Basic каждой форме, которая обеспечивает графический интерфейс программы, соответствует программный модуль. Программный модуль может включать в себя процедуры двух типов: событийные и общие.

Событийная процедура представляет собой подпрограмму, которая начинает выполняться после реализации определенного события. Программный модуль может содержать несколько событийных процедур. Каждая из таких процедур начинается с ключевого слова Sub (subroutine — подпрограмма) и заканчивается ключевыми словами End Sub.

Программный модуль с событийными процедурами. Разработаем приложение (проект), в котором имеется графический интерфейс на форме (Forml) и связанный с ней программный модуль, выводящий на форму рисунок простейшего домика.

Пусть домик будет состоять из стены (прямоугольника) и крыши (треугольника). Тогда в программном модуле, реализующем рисование домика на форме Forml, будет две событийные процедуры —
Стена_С1iсК и Kpыша_Click.

Private Sub CTeHa_Click()

Forml. Line (20, 100)-(220, 200), , В

Private Sub Kpыша_Click ()

Forml. Line (20, 100)-(220, 100)

Forml. Line (20, 100)-(120, 50)

Forml. Line (120, 50)-(220, 100)

Для создания графического интерфейса программы разместим на форме Forml две кнопки Стена и Крыша. Тогда после запуска программы на выполнение и щелчков по кнопкам Стена и Крыша будут реализованы соответствующие событийные процедуры и на форме появится рисунок домика.

Программный модуль с общей процедурой. Допустим, что теперь необходимо нарисовать несколько домиков. Если использовать событийные процедуры, то для каждого домика нужно будет писать свои процедуры, а это очень трудоемко. В случаях, когда в программном модуле можно выделить многократно повторяющиеся действия (процедуры), формируют общие процедуры.

Выполнение общих процедур не связывается с какими-либо событиями, они вызываются на выполнение с помощью оператора Call. Каждой общей процедуре дается уникальное название — имя процедуры и устанавливается список входных и выходных параметров процедуры.

Общая процедура представляет собой подпрограмму, которая начинает выполняться после ее вызова из другой процедуры.

Список входных параметров — это набор переменных, значение которых должно быть установлено до начала выполнения процедуры.

Список выходных параметров — это набор переменных, значение которых устанавливается после окончания выполнения процедуры.

Тогда синтаксис вызова процедуры приобретает вид:

Чтобы реализовать графический интерфейс, включим в проект еще одну форму (Form2). Для рисования домика целесообразно создать общую процедуру Домик (XI, Х2, Yl, Y2 As Single), которая имеет только список входных параметров (координат углов стены). Выходных параметров эта процедура не имеет. Пусть событийная процедура Рисование_С11сК () обеспечивает рисование трех домиков с различными значениями входных параметров, т. е. три раза вызывает общую процедуру Домик с различными значениями входных параметров. Тогда связанный с формой (Form2) программный модуль будет включать в себя общую процедуру Домик (XI, Х2, Yl, Y2 As Single) и событийную процедуру PncoBaHne_Click ():

Для построения графического интерфейса программы разместим на форме Form2 кнопку Рисование. В этом случае после запуска программы на выполнение и щелчка по кнопке Рисование запустится событийная процедура Рисование_С1iсК (), в процессе выполнения которой три раза будет вызвана общая процедура Домик с различными значениями параметров и на форме появятся рисунки трех разных домиков.

7. Какие виды линий связи используются в компьютерных сетях?

Для построения компьютерных сетей применяются линии связи, использующие различную физическую среду. В качестве физической среды в коммуникациях используются: металлы (в основном медь), сверхпрозрачное стекло (кварц) или пластик и эфир. Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель «витая пара», коаксиальные кабель, волоконно-оптический кабель и окружающее пространство.

Линии связи или линии передачи данных — это промежуточная аппаратура и физическая среда, по которой передаются информационные сигналы (данные).

В одной линии связи можно образовать несколько каналов связи (виртуальных или логических каналов), например путем частотного или временного разделения каналов. Канал связи — это средство односторонней передачи данных. Если линия связи монопольно используется каналом связи, то в этом случае линию связи называют каналом связи.

Канал передачи данных — это средства двухстороннего обмена данными, которые включают в себя линии связи и аппаратуру передачи (приема) данных. Каналы передачи данных связывают между собой источники информации и приемники информации.

В зависимости от физической среды передачи данных линии связи можно разделить на:

 проводные линии связи без изолирующих и экранирующих оплеток;

 кабельные, где для передачи сигналов используются такие линии связи как кабели «витая пара», коаксиальные кабели или оптоволоконные кабели;

 беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи), использующие для передачи сигналов электромагнитные волны, которые распространяются по эфиру.

8. В чём преимущества и недостатки хранения информации на оптических CD и DVD дисках?

Компакт-диск — оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи и считывания информации которого осуществляется при помощи лазера.

CDROM (Compact Disk Read Only Memory, Память только для чтения на компакт диске) — оптический диск, состоящий из тонкой алюминиевой пленки, покрытой защитным слоем полимера. Запись информации на CD выполняется при его изготовлении, обычно посредством штампования, в результате чего в алюминиевом слое создается рисунок из углублений, с помощью которых и происходит кодирование информации.

При чтении CD в специальном устройстве, которое называют CD-ROM-Drive (Привод CDROM) поверхность алюминия сканируется лазерным лучом, а затем анализируется свет лазера, отраженный от поверхности диска, на основании чего восстанавливается картина углублений на диске и таким образом считывается записанная информация.

Безусловным достоинством является большой объем информации, который может вместить диск. На обычном CD можно хранить около 650 Мбайт, а есть и более емкие диски. При таком немалом объеме хранимой полезной информации на CD можно без проблем хранить инсталляцию практически любого современного программного продукта. Кроме большого объема, CD выгодно отличается высокой скоростью передачи данных, которая может достигать нескольких Мегабайт в секунду. Необходимо отметить высокую надежность хранения данных на CD: он достаточно хорошо переносит и большое количество царапин на поверхности и удары, ему не страшно магнитное поле и т. д. Кроме того, важнейшим фактором является и цена.

Основной недостаток CD-ROM — невозможность записывать на них новую информацию. Считывание информации происходит с помощью лазерного луча, который с огромной скоростью пробегает вдоль дорожек единственной рабочей поверхности диска. Собственно по способу считывания информации диски и называются оптическими или лазерными.

Этот недостаток был устранен в дисках WORM (Write Once/Read Many — однократная запись, множественное считывание. На диски этого типа можно записать информацию прямо на компьютере, но только один раз, а чтение может производиться произвольное количество раз. Для использования этой технологии требуются специальные диски и дисководы, которые стоят дороже чем CD-ROM.

Диски типа CD-RW (Compact Disk ReWri-teable — перезаписываемые компакт-диски), позволяют выполнять многократную перезапись на компакт-диски. Внешне, по своим размерам, объему и внешнему виду диски CD-RW ничем не отличаются от дисков CD-R и CD-ROM. Но принцип записи информации на диски CD-RW совершенно другой. На металлической (или иной) основе находится рабочий слой из специального материала (сплав серебра, индия, сурьмы и теллура), который под влиянием лазерного луча изменяет свое состояние, переходит из кристаллического состояния в аморфное или наоборот. Причем такой переход из одного состояния в другое может быть выполнен многократно. Этот процесс и обеспечивает возможность многократной перезаписи информации на диски CD-RW. Участки с кристаллическим и аморфным состоянием по-разному отражают свет. Это обеспечивает возможность чтения информации, записанной на диск описанным выше способом.

DVD (Digital Video Disc) — цифровой многоцелевой, имеет такой же размер, как и компакт-диск, но более плотную структуру рабочей поверхности, что позволяет хранить и считывать бо́льший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны и линзы с бо́льшей числовой апертурой.

9. Онтология в информатике. Какие преимущества она имеет?

Онтоло́гия (в информатике) — это попытка всеобъемлющей и детальной формализации некоторой области знаний с помощью концептуальной схемы. Обычно такая схема состоит из структуры данных, содержащей все релевантные классы объектов, их связи и правила (теоремы, ограничения), принятые в этой области. Этот термин в информатике является производным от древнего философского понятия «онтология».

Онтологии используются в процессе программирования как форма представления знаний о реальном мире или его части. Основные сферы применения — моделирование бизнес-процессов, семантическая паутина искусственный интеллект.

Хотя термин «онтология» изначально философский, в информатике он принял самостоятельное значение. Здесь есть два существенных отличия:

Онтология в информатике должна иметь формат, который компьютер сможет легко обработать; Информационные онтологии создаются всегда с конкретными целями — решения конструкторских задач; они оцениваются больше с точки зрения применимости, чем полноты.

Современные онтологии строятся по большей части одинаково, независимо от языка написания. Обычно они состоят из экземпляров, понятий, атрибутов и отношений.

Экземпляры (англ. instances) или индивиды (англ. individuals) — это основные, нижнеуровневые компоненты онтологии. Экземпляры могут представлять собой как физические объекты (люди, дома, планеты), так и абстрактные (числа, слова). Строго говоря, онтология может обойтись и без конкретных объектов. Однако, одной из главных целей онтологии является классификация таких объектов, поэтому они также включаются.

Понятия (англ. concepts) или классы (англ. classes) — абстрактные группы, коллекции или наборы объектов. Они могут включать в себя экземпляры, другие классы, либо же сочетания и того, и другого. Пример:

Понятие «люди», вложенное понятие «человек». Чем является «человек» — вложенным понятием, или экземпляром (индивидом) — зависит от онтологии. Понятие «индивиды», экземпляр «индивид».

Классы онтологии составляют таксономию — иерархию понятий по отношению вложения.

Объекты в онтологии могут иметь атрибуты. Каждый атрибут имеет по крайней мере имя и значение и используется для хранения информации, которая специфична для объекта и привязана к нему. Например, объект Ford Explorer имеет такие атрибуты, как:

Название: Ford Explorer Число-дверей: 4 Двигатель: Коробка-передач: 6-ступенчатая

Значение атрибута может быть сложным типом данных. В данном примере значение атрибута, который называется Двигатель, является списком значений простых типов данных. Важная роль атрибутов заключается в том, чтобы определять отношения (зависимости) между объектами онтологии. Обычно отношением является атрибут, значением которого является другой объект. Специализированные (предметно-ориентированные) онтологии — это представление какой-либо области знаний или части реального мира. В такой онтологии содержатся специальные для этой области значения терминов. К примеру, слово «поле» в сельском хозяйстве означает участок земли (Поле (сельское хозяйство)), в физике — один из видов материи (Поле (физика)), в математике — класс алгебраических систем (Поле (алгебра)). Общие онтологии используются для представления понятий, общих для большого числа областей. Такие онтологии содержат базовый набор терминов, глоссарий или тезаурус, используемый для описания терминов предметных областей. Если использующая специализированные онтологии система развивается, то может потребоваться их объединение. Подзадачей объединения онтологий является задача отображения онтологий. И для инженера по онтологиям это серьёзные задачи. Онтологии даже близких областей могут быть несовместимы друг с другом. Разница может появляться из-за особенностей местной культуры, идеологии или вследствие использования другого языка описания. Объединение онтологий выполняют как вручную, так и в полуавтоматическом режиме. В целом это — трудоёмкий, медленный и дорогостоящий процесс. Использование базисной онтологии — единого глоссария — несколько упрощает эту работу. Есть научные работы по технологиям объединения, но они по большей части теоретические.

Язык описания онтологий — формальный язык, используемый для кодирования онтологии. Существует несколько подобных языков:

OWL — Web Ontology Language, стандарт W3C, язык для семантических утверждений, разработанный как расширение RDF и RDFS (англ.)русск.; KIF (англ.)русск. (англ. KnowledgeInterchangeFormat — формат обмена знаниями) — основанный на S-выражениях синтаксис для логики; Common Logic (CL) (англ.)русск. — преемник KIF (стандартизован — ISO/IEC 24707:2007). CycL (англ.)русск. — онтологический язык, использующийся в проекте Cyc. Основан на исчислении предикатов с некоторыми расширениями более высокого порядка. DAML+OIL (англ.)русск. (FIPA)

Для работы с языками онтологий существует несколько видов технологий: редакторы онтологий (для создания онтологий), СУБД онтологий (для хранения и обращения к онтологии) и хранилища онтологий (для работы с несколькими онтологиями).

10. Что такое формализация? Приведите пример.

Естественные языки используются для создания описательных информационных моделей. В истории науки известны многочисленные описательные информационные модели; например, гелиоцентрическая модель мира, которую предложил Коперник, формулировалась следующим образом:

• Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца;

• орбиты всех планет проходят вокруг Солнца.

С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели (математические, логические и др.). Одним из наиболее широко используемых формальных языков является математика. Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями. Язык математики является совокупностью формальных языков. С некоторыми из них (алгебра, геометрия, тригонометрия) вы знакомитесь в школе, с другими (теория множеств, теория вероятностей и др.) сможете ознакомиться в процессе дальнейшего обучения.

Язык алгебры позволяет формализовать функциональные зависимости между величинами. Так, Ньютон формализовал гелиоцентрическую систему мира, открыв законы механики и закон всемирного тяготения и записав их в виде алгебраических функциональных зависимостей. В школьном курсе физики рассматривается много разнообразных функциональных зависимостей, выраженных на языке алгебры, которые представляют собой математические модели изучаемых явлений или процессов.

Язык алгебры логики (алгебры высказываний) позволяет строить формальные логические модели. С помощью алгебры высказываний можно формализовать (записать в виде логических выражений) простые и сложные высказывания, выраженные на естественном языке. Построение логических моделей позволяет решать логические задачи, строить логические модели устройств компьютера (сумматора, триггера) и так далее.

Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией.

В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала обычно строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, то есть выражается с использованием формальных языков (математики, логики и др.).

Визуализация формальных моделей. В процессе исследования формальных моделей часто производится их визуализация. Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы: пространственных соотношений между объектами — чертежи, моделей электрических цепей — электрические схемы, логических моделей устройств — логические схемы и так далее.

Так при визуализации формальных физических моделей с помощью анимации может отображаться динамика процесса, производиться построение графиков изменения физических величин и так далее. Визуальные модели обычно являются интерактивными, то есть исследователь может менять начальные условия и параметры протекания процессов и наблюдать изменения в поведении модели.

В качестве примера можно рассмотреть модель, которая демонстрирует свободные колебания математического маятника. С помощью анимации показываются движение тела и действующие силы, строятся графики зависимости от времени угловой координаты или скорости, диаграммы потенциальной и кинетической энергий. Исследователь может изменять длину нити, угол начального отклонения маятника и коэффициент вязкого трения.

1. Долин Г. Что такое ЭС// Компьютер Пресс. – 1992. – №2

2. Нейлор К. Как построить свою экспертную систему.- М.: Энергоатомиздат, 1991.

3. Сафонов системы — интеллектуальные помощники специалистов.- С.-Пб: Санкт-Петербургская организация общества “Знания” России, 1992.

4. Убейко системы.- М.: МАИ, 1992.

6. Винер Н. Кибернетика. — М-, 1968.

7. Кибернетика. Итоги развития., М.: Наука, 1979. – (Серия «Кибернетика – неограниченные возможности и возможные ограничения»).

8. Кибернетика: прошлое для будущего., М.: Наука, 1989. – (Серия «Кибернетика – неограниченные возможности и возможные ограничения»).

9. Нейлор К. Как построить свою экспертную систему: Пер, с англ. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 286 с: ил.

10. Коржов В. Многоуровневые системы клиент-сервер. Издательство Открытые системы (17 июня 1997).

11. Лапшин в компьютерных системах. — М.: Научный мир, 2010.

12. , Олифер сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 3-е изд. – СПб.: Питер, 2006. – 958 с.

13. Угринович и ИКТ. Профильный уровень: учебник для 10, 11 классов.