На каких типах задач максимально реализуются возможности суперкомпьютеров?

Тема 5. Пэвм как основа информационных технологий

1. Архитектура ПК

2. Структура ПК

3. Функциональные характеристики ПК

1. Архитектура персонального компьютера (пк)

Архитектура ПК – системное понятие, включающее описание на некотором уровне ресурсов ПК, доступных пользователю: аппаратных и программных средств, пользовательских интерфейсов.

Наиболее распространены следующие архитектурные решения.

Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа.. Это однопроцессорный компьютер.

К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.

Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи.

Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд.

Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных.

В современных машинах часто присутствуют элементы различных типов архитектурных решений. Существуют и такие архитектурные решения, которые радикально отличаются от рассмотренных выше.

Ресурсы ПК можно объединить в ряд систем (рис.3): система ввода информации, система обработки, система регистрации информации, видеосистема, система хранения информации, система резирвирования, система мультимедиа, система коммуникаций.

Аппаратные средства ЭВМ – совокупность электронных, электрических и механических устройств, составляющих техничесую основу ЭВМ: процесор, память, устройство ввода/вывода, система электропитания, разъемы и др.

Система Система Система

ввода обработки регистрации

информации информации

Системная шина

Система Видеосис- Система Система Система

хранения тема резерви- мультиме- коммуника-

информации рования диа ций

Рисунок - Архитектура ПЭВМ

Рассмотрим подробнее каждую из систем, составляющих архитектуру ПК.

Система ввода информации в ПК – комплекс технических и программных средств для ввода информации и ручного управления средствами компьютера.

Состав системы: ручные и автоматические устройства ввода, адаптеры, драйверы управления устройствами ввода.

Функции системы: ручной или автоматический ввод символьной, графической, тактильной, аудио - и видеоинформации, кодирование и ввод в память различных видов информации, ручное управление обработкой, отображением, регистрацией и резервированием информации.

Адаптер – устройство ПК, предназначенное для согласования и управления подключеных к нему ПУ. Адаптер работает под управленим специальной программы, называемой драйвером. Примеры адаптеров: адаптер дисплея, адаптер НГМД, адаптер принтера и др.

Порт – часть электрической схемы адаптера, используемая непосредственно для ввода / вывода информации.

Драйвер – специальная программа управления, обеспечивающая взаимодействие ОС с периферийным устройством ПК(например, драйвер клавиатуры, мши, дисплея, принтера и др.).

Система регистрации информации в ПК- комплекс технических и программных средств нанесения информации на широко распространенные носители.

Состав системы: принтеры, графопостроители, микрофильмирующие устройства, адаптеры и драйверы.

Функции системы: регистрация символьной и графической информации на бумаге, картоне, пленке или позитивной фотопленке, совмещение на одном носителе символьной и графической информации, печать символьной информации различным шрифтом и раз мером, получение нескольких копий документа.

Система хранения информации в ПК на магнитных носителях – комплекс технических и программных средств для длительного хранения информации на энергонезависимых магнитных носителях.

Состав системы: накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) и жестких магнитных дисках (НЖМД), адаптеры и драйверы.

Функции системы: запись данных и программ на носители, возможность изменения и удаления информации, длительное хранение информации, обмен информацией с ОЗУ, обмен информацией между НГМД и НЖМД.

Видеосистема ПК – комплекс технических и программных средств для отображения на экране дисплея вводимой, обрабатываемой, итоговой и справочной информации. Состав системы: дисплей, видеоадаптер, видеопамять, драйвер управления дисплеем. Функции системы: отображение символьной и графической информации на экранах дисплеев различных типов; преобразование даннях из дволичного кода в напряжения, управляющие отображением; работа в растровом или векторном, буквенно-цифровом или графическом, цветном или монохронном режимах.

Видеоадаптер (адаптер дисплея) – устройство согласования работы микропроцессора с дисплеем и управления работой дисплея.

Видеопамять – область ОЗУ, предназначенная для хранения даннях, определяющих характер изображения на экране дисплея.

Система резервирования информации в ПК – комплекс технических и программных средств нанесения информации на широко распространенные носитеи.

Состав системы: принтеры, графопостроители, микрофильмирующие устройства, адаптеры и драйверы.

Функции системы: регистрация символьной и графической информации на бумаге, картоне, пленке или позитивной фотопленке, совмещение на одном носителе символьной и графической информации, печать символьной информации различным шрифтом и раз мером, получение нескольких копий документа.

Сжатие информации – процесс преобразования информации на машинном носителе с целью уменьшения места, занимаемого информацией на носителе, однако без потери информации. сжатие информации увеличивает рабочий объем ВЗУ в 1,5-2,5 раза и повышает эффективность передачи данных в сетях. сжимают файлы специальные программы-архиваторы и раерхиваторы. В IBM – совместимых ПК широко используются программы PKZIP / PKUNZIP, ARJ, WINZIP, WINRAR.

Мультимедиа - совокупность технических и программных средств, дающих возможность пользователю одновременно использовать символьную, графическую, звуковую, анимационную и видеоинформацию. Все виды информации записываются на один носитель, в настоящее время обычно на CD ROM.

Система мультимедиа ПК - комплекс технических и программ­ных средств для работы с мультимедийными сред­ствами.

Состав системы: микрофон, накопитель на оптичес­ких дисках, аудиоадаптер, видеоадаптер, дисплей, ви­деобластер, операционная система Windows, специ­альные мультимедийные прикладные программы.

Функции системы: прием, кодирование, запоминание, обработка и воспроизведение речи, музыки, анима­ционных и видеоизображений, создание видеоклипов, подготовка презентаций, игры с трехмерными изоб­ражениями и стереофоническим звуком.

Видеобластер - устройство для согласования работы ПК с телевизионными каналами, видеомагнитофонами и видеокамерами.

Система коммуникации ПК - комплекс технических и про­граммных средств для обеспечения работы пользова­теля в компьютерных сетях.

Состав системы: сетевой адаптер, последовательный сетевой интерфейс, модем для работы с телефонны­ми каналами связи, радиостанция для работы с ра­диоканалом связи, операционная система с сетевыми средствами или специальная сетевая программа.

Функции системы: согласование ПК с каналами свя­зи, обмен сообщениями с абонентами сетей, исполь­зование сетевых баз данных, участие в сетевых кон­ференциях.

2. Структура пк

Структура компьютера – это некоторая модель, определяющая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Системный блок- блок напольного или настольного ПК, включающий электронные модули процессора и внутренней памяти, дисковые магнитные накопители, стримеры, адаптеры ПУ, системную шину, блок питания и вентиляции.

Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов — битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. (Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом.

Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова — два, четыре или восемь байтов. Это не исключает использования ячеек памяти другой длины (например, полуслово, двойное слово).

Как правило, в одном машинном слове может быть представлено либо одно целое число, либо одна команда. Однако, допускаются переменные форматы представления информации.

Разбиение памяти на слова для четырехбайтовых компьютеров представлено в таблице 3:

Широко используются и более крупные производные единицы объема памяти: Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, а также, в последнее время, Терабайт и Петабайт.

Современные компьютеры имеют много разнообразных запоминающих устройств, которые сильно отличаются между собой по назначению, временным характеристикам, объёму хранимой информации и стоимости хранения одинакового объёма информации.

Различают два основных вида памяти — внутреннюю и внешнюю.

Какие устройства образуют внутреннюю память?

В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память.

Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой — это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.

Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.

Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоёмких, чем DRAM.

Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8–16 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня ёмкостью от 64 Кбайт до 256 Кбайт и выше.

Специальная память.

К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.

Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом “зашивается” в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.

Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) — энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого с дискеты.

Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств.

Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти — модуль BIOS.

BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для:

• автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера;

• загрузки операционной системы в оперативную память.

Роль BIOS двоякая: с одной стороны это неотъемлемый элемент аппаратуры (Hardware), а с другой строны — важный модуль любой операционной системы (Software).

Разновидность постоянного ЗУ — CMOS RAM.

CMOS RAM — это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы.

Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS (англ. Set-up — устанавливать, читается "сетап").

Для хранения графической информации используется видеопамять.

Видеопамять (VRAM) — разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам — процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

Иерархия памяти ЭВМ – совокупность связанных между собой ЗУ, где одни устройства имеют большое быстродействие, но сравнительно небольшую емкость, другие – большую емкость, но сравнительно небольшое быстродействие.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

1. между микропроцессором и основной памятью;

2. между микропроцессором и портами введения-выведения внешних устройств;

3. между основной памятью и портами введения-выведения внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты введения-выведения, через соответствующие унифицированные розьеми (стыки) подключаются к шине однообразно: или непосредственно через контролеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему – контролер шины, что формирует основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется АЗСП-кодов.

Шина адресов — часть системной шины для передачи адресов операндов, команд и записи результатов операции в ПК.

Шина данных — часть системной шины для передачи операн­дов и результатов выполнения операции в ПК.

Шина управления — часть системной шины для передачи уп­равляющих сигналов от УУ микропроцессора к дру­гим устройствам ПК.

Центральный процессор — процессор вычислительной систе­мы, который выполняет основные операции по обра­ботке информации и управляет работой других (вспо­могательных) процессоров.

Сопроцессор — специализированный процессор, выполняющий только определенные функции и повышающий быст­родействие ПК.

Графический сопроцессор — устанавливаемый в ПК дополни­тельно к центральному универсальному процессору специализированный процессор для повышения ско­рости обработки графической информации.

Интерфейс — совокупность технических, программных и мето­дических (протоколов, правил, соглашений) средств для сопряжения в вычислительной системе пользова­телей с устройствами и программами, а также уст­ройств с другими устройствами и программами.

Интерфейс графический — вид диалогового взаимодействия пользователя с ПК, при котором используются раз­личные графические изображения (значки, пикто­граммы, иконки, рисунки) объектов на экране (На­пример: ОС Windows).

Интерфейс командный — вид диалогового взаимодействия пользователя с ПК, при котором используются раз­личные команды, набираемые на клавиатуре и ото­бражаемые на экране. Например: ОС MS DOS).

Конфигурация ПК — совокупность аппаратных средств и соединений между ними в ПК. Основы конфигурации ПК содержатся в рекламных объявлениях. Например: рекламное объявление: 486DX2,-66/VLB/256/4/HDD 600/ FDD 1,2/1,44/SVGA 512, 0.28, green означает: микропроцессор фирмы Intel I 80486DX2 с тактовой частотой 66 МГц; локальная шина типа VLB; КЭШ — память емкостью 256 Кбайт; ОЗУ ем­костью 4 Мбайт; накопитель на жестком диске емко­стью 600 Мбайт; накопители на гибких магнитных дисках емкостью 1,2 Мбайт (5,25") и 1,44 Мбайт (3,5"); видеопамять емкостью 512 Кбайт; дисплей с размером точки 0,28 мм и пониженным излучением.

Материнская плата – плата системного блока ПК, на которой расположены микропроцессор, сопроцессоры, оперативная память, системная и локальная шины, а также разъемы для подключения адаптеров.

Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Центральный процессор в общем случае содержит в себе:

• арифметико-логическое устройство;

• шины данных и шины адресов;

• регистры;

• счетчики команд;

• кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт);

• математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.

Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

Процессор (Пр) – устройство ЭВМ, выполняющее арифметические и логические операции над входными даннями в соответствии с программой обработки и управляющее другими техническими средствами ЭВМ. основные составляющие Пр: арифметико-логическое устройство (Алу), устройство управления (УУ), регистры (Рг).

Микропроцессор (МПр) - процессор ПК, элементной базой которого являются ИМС. Состав и основные связи МПр показаны на рис.

Рисунок – Схема микропроцессора

В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих процессоров; такие системы называются многопроцессорными.

УУ (устройство управления) — составная часть процессора, задающая последовательность действий АЛУ и управ­ляющая работой УВв и УВыв.

АЛУ (арифметическо-логическое устройство) — составная часть процессора, выполняющая арифметические, ло­гические и другие операции над данными, представ­ленными в двоичном коде.

Рг (регистр) — быстродействующее ЗУ на электронных пере­ключающих элементах, входящее в состав процессо­ра и адаптеров и предназначенное для временного хранения адресов операндов и команд, самих операн­дов и команд, результатов операций и др. Емкость регистра равна машинному слову или части его.

Операнд – элемент данных, участвующий в выполнении операций процессором.

3. Функциональные характеристики пк

Основными характеристиками ПК являются:

1. Быстродействие, производительность, тактовая частота.

Быстродействие ЭВМ – число операций, производимых процессором в секунду (оп/с). Так как время выполнения различных операций разное, то применяются специальные «смеси» операций, формируемые на основе статистических исследований.

Единицами измерения быстродействия служат:

• МИПС (MIP - Mega Instruction Per Second) – миллион операций над числами фиксированной запятой (точкой);

• МФЛОПС (MFLOP - Mega Floting Operations Per Second) - миллион операций над числами с плавающей запятой (точкой);

• КОПС (КОР - Kilo Operations Per Second) для низкопроизводителей ЭВМ – тысяча некоторых усредненных операций над числами в секунду;

• ГФЛОПС (GFLOPS - Giga Floting Operations Per Second) – миллиард операций за секунду над числами с плавающей запятой (точкой).

Оценка производительности ЭВМ всегда приблизительная, потому что при этом ориентируются на некоторые усредненные или, напротив, на конкретные виды операций. Реально при решении разных задач используются и разные наборы операций. Поэтому для характеристики ПК вместо производительности обычно указывают тактовую частоту, что более объективно определяет быстродействие машины, так каждая операция требует для своего выполнения вполне определенного количества тактов. Зная тактовую частоту, можно достаточно точно определить время выполнения любой машинной операции.

Тактовая частота – частота следования управляющих сигналов (тактов), вырабатываемых процессором и задающих скорость выполнения операции. Характеризует предельную производительность ЭВМ.

2. Разрядность машины и кодовых шин интерфейса.

Разрядность - это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым может одновременно выполняться машинная операция, в том числе и операция передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК. Для ПК приблезительно 8, 16, 32, 64 бита.

3. Типы системного и локального интерфейсов.

Разные типы интерфейсов обеспечивают разные скорости передачи информации между узлами машины, позволяют подключать разное количество внешних устройств и разные их виды.

4. Объем оперативной памяти.

Объем оперативной памяти измеряется чаще всего в мегабайтах (Мбайт), реже в килобайтах (Кбайт). 1Мбайт - 1024 Кбайта = 1024^2байт.

Много современных прикладных программ при оперативной памяти объемом менее 8 Мбайт просто не работают или работают, но очень медленно.

Стоит иметь в виду, что увеличение объема основной памяти в 2 раза, кроме всего другого, дает повышение эффективной производительности ЭВМ при решении сложных задач приблизительно в 7 несколько раз.

5. Объем информации на твердых магнитных дисках (винчестерах). Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD — Hard Disk Drive) или винчестерский накопитель — это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации — программ и данных. Объем винчестера измеряется обычно в мегабайтах или гигабайтах (1 Гбайт = 1024 Мбайта).

Как и у дискеты, рабочие поверхности платтеров разделены на кольцевые концентрические дорожки, а дорожки — на секторы. Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке модуля данных на дисковод он автоматически соединяется с системой, подкачивающей очищенный охлажденный воздух.

Поверхность платтера имеет магнитное покрытие толщиной всего лишь в 1,1 мкм, а также слой смазки для предохранения головки от повреждения при опускании и подъёме на ходу. При вращении платтера над ним образуется воздушный слой, который обеспечивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0,5 мкм над поверхностью диска.

Винчестерские накопители имеют очень большую ёмкость: от сотен Мегабайт до десятков Гбайт. У современных моделей скорость вращения шпинделя достигает 7200 оборотов в минуту, среднее время поиска данных — 10 мс, максимальная скорость передачи данных до 40 Мбайт/с.

Винчестерский накопитель связан с процессором через контроллер жесткого диска.

Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем (64 Кбайт и более), который существенно повышает их производительность.

6. Тип и объем информации на гибких магнитных дисках.

Сейчас применяются в основном накоплении на гибких магнитным дисках, дискеты, диаметром 3,5 и 5,25 дюйма (1 дюйм = 25,4 мм). Первые имеют стандартный объем 1,44 Мбайта, вторые — 1,2 Мбайта.

7. Виды и объем Кэш-памяти.

Кэш-память - это буферная, недоступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, сохраняемой в более медленно действующих запаминающих устройствах. Например, для ускорения операций с основной памятью организуется реестровая ИОНЕ - память внутри микропроцессора (КЗШ - память первого уровня) или вне микропроцессора на материнской плате (Кэш-память второго уровня); для ускорения операций с дисковой памятью организуется Кэш-память на ячейках электронной памяти. Стоит иметь в виду, что наличие Кэш-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает производительность ПК приблизительно на 20%.

8. Тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера.

9. Тип принтера

10. Наличие математического сопроцессора.

Математический сопроцессор позволяет в десятки раз ускорить выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой, и над двоично-кодируемыми десятичными числами.

11. Имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы.

12. Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ

Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ означает возможность использования на компьютере соответственно тех же технических элементов и программного обеспечения, что и на других типах машин.

13. Возможность работы в вычислительной сети.

14. Возможность работы в многозадачном режиме.

Многозадачный режим позволяет выполнять вычисление одновременно по нескольким программам (многопрограммный режим) или для нескольких пользователей (многопользовательский режим). Соединение во времени работы нескольких устройств машины, возможное в таком режиме, позволяет значительно увеличить эффективность ЭВМ.

15. Надежность.

Надежность - это способность системы выполнять полностью и правильно все заданные ей функции. Надежность ПК измеряется обычно средним временем нароботку на отказ.

16. Стоимость.

17. Габариты и масса.

Вопросы для самоконтроля

1. Какова роль аппаратуры (HardWare) и программного обеспечения (SoftWare) компьютера?

2. Охарактеризуйте основные характеристики ПК.

3. Какие основные классы компьютеров Вам известны?

4. В чём состоит принцип действия компьютеров?

5. Из каких простейших элементов состоит программа?

6. Что такое система команд компьютера?

7. Перечислите главные устройства компьютера.

8. Опишите функции памяти и функции процессора.

9. Назовите две основные части процессора. Каково их назначение?

10. Сформулируйте общие принципы построения компьютеров.

11. Какие архитектуры называются "фон-неймановскими"?

12. Какого рода информацию может содержать адресная часть команды?

13. Что понимается под архитектурой компьютера? Какие характеристики компьютера определяются этим понятием? Верно ли, что общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость в плане реализации функциональных элементов?

14. Что понимается под структурой компьютера? Какой уровень детализации описания компьютера может она обеспечить?

15. Перечислите распространённые компьютерные архитектуры.

16. Что собой представляет шина компьютера? Каковы функции общей шины (магистрали)?

17. Какие основные компоненты содержат в себе современные микропроцессоры?

18. Назовите две основные разновидности памяти компьютера.

19. В чём разница между памятью статической и динамической?

20. Каково назначение кэш-памяти? Каким образом она реализуется?

21. Что такое специальная память? Характеризуйте её основные виды.

22. Как работают накопители на гибких магнитных дисках и накопители на жёстких магнитных дисках?

Тема 7. Виды современных информационных технологий

1. Характеристика и назначение информационных технологии обработки данных

2. Информационные технологии управления

3. Офисные информационные технологии

4. Информационные технологии поддержки принятия решений

5. Информационные технологии экспертных систем

1. Информационная технология обработки данных

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

На уровне операционной деятельности решаются следующие задачи:

• обработка данных об операциях, производимых фирмой;

• создание периодических контрольных отчетов о состоянии дел в фирме;

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

Пример 1.1. Примеры рутинных операций:

• операция проверки на соответствие нормативу уровня запасов указанных товаров на складе. При уменьшении уровня запаса выдастся заказ поставщику с указанием потребного количества товара и сроков поставки;

• операция продажи товаров фирмой, в результате которой формируется выходной документ для покупателя в виде чека или квитанции.

Пример контрольного отчета: ежедневный отчет о поступлениях и выдачах наличных средств банком, формируемый в целях контроля баланса наличных средств.

Пример запроса: запрос к базе данных по кадрам, который позволит получить данные о требованиях, предъявляемых к кандидатам на занятие определенной должности.

Существует несколько особенностей, связанных с обработкой данных, отличающих данную технологию от всех прочих:

• выполнение необходимых фирме задач по обработке данных. Каждой фирме предписано законом иметь и хранить данные о своей деятельности, которые можно использовать как средство обеспечения и поддержания контроля на фирме. Поэтому в любой фирме обязательно должна быть информационная система обработки данных и разработана соответствующая информационная технология;

• решение только хорошо структурированных задач, для которых можно разработать алгоритм;

• выполнение стандартных процедур обработки. Существующие стандарты определяют типовые процедуры обработки данных и предписывают их соблюдение организациями всех видов;

• выполнение основного объема работ в автоматическом режиме с минимальным участием человека;

• использование детализированных данных. Записи о деятельности фирмы имеют детальный (подробный) характер, допускающий проведение ревизий. В процессе ревизии деятельность фирмы проверяется хронологически от начала периода к его концу и от конца к началу;

• акцент на хронологию событий;

• требование минимальной помощи в решении проблем со стороны специалистов других уровней.

Основные компоненты

Представим основные компоненты информационной технологии обработки данных (рис. 5) и приведем их характеристики.

Сбор данных. По мере того как фирма производит продукцию или услуги, каждое ее действие сопровождается соответствующими записями данных. Обычно действия фирмы, затрагивающие внешнее окружение, выделяются особо как операции, производимые фирмой.

Рисунок 5 - Основные компоненты информационной технологии обработки данных

Обработка данных. Для создания из поступающих данных информации, отражающей деятельность фирмы, используются следующие типовые операции:

• классификация или группировка. Первичные данные обычно имеют вид кодов, состоящих из одного или нескольких символов. Эти коды, выражающие определенные признаки объектов, используются для идентификации и группировки записей.

Пример 1.2. При расчете заработной платы каждая запись включает в себя под (табельный номер) работника, код подразделения, в котором он работает, занимаемую должность и т. п. В соответствии с этими кодами можно произвести разные группировки.

• сортировка, с помощью которой упорядочивается последовательность записей;

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

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

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

Создание отчетов (документов). В информационной технологии обработки данных необходимо создавать документы для руководства и работников фирмы, а также для внешних партнеров. При этом документы или в связи с проведенной фирмой операцией так и периодически в конце каждого месяца, квартала или года.

2. Информационная технология управления

Характеристика и назначение

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

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

ИС управления идеально подходят для удовлетворения сходных информационных потребностей работников различных функциональных подсистем (подразделений) или уровней управления фирмой. Поставляемая ими информация содержит сведения о прошлом, настоящем и вероятном: будущем фирмы. Эта информация имеет вид регулярных или специальных управленческих отчетов.

Для принятия решений на уровне управленческого контроля информация должна быть представлена в агрегированном виде так, чтобы просматривались тенденции изменения данных, причины возникших отклонений и возможные решения. На этом этапе решаются следующие задачи обработки данных:

• оценка планируемого состояния объекта управления;

• оценка отклонений от планируемого состояния;

• выявление причин отклонений;

• анализ возможных решений и действий.

Информационная технология управления направлена на создание различных видов отчетов.

Регулярные отчеты создаются в соответствии с установленным графиком, определяющим время их создания, например месячный анализ продаж компании.

Специальные отчеты создаются по запросам управленцев или когда в компании произошло что-то незапланированное.

И те, и другие виды отчетов могут иметь форму суммирующих, сравнительных и чрезвычайных отчетов.

В суммирующих отчетах данные объединены в отдельные группы, отсортированы и представлены в виде промежуточных и окончательных итогов по отдельным полям.

Сравнительные отчеты содержат данные, полученные из различных источников или классифицированные по различным признакам и используемые для целей сравнения.

Чрезвычайные отчеты содержат данные исключительного (чрезвычайного) характера.

Использование отчетов для поддержки управления оказывается особенно эффективным при реализации так называемого управления по отклонениям.

Управление по отклонениям предполагает, что главным содержанием получаемых менеджером данных должны являться отклонения состояния хозяйственной деятельности фирмы от некоторых установленных стандартов (например, от ее запланированного состояния). При использовании на фирме принципов управления по отклонениям к создаваемым отчетам предъявляются следующие требования:

• отчет должен создаваться только тогда, когда отклонение произошло;

• сведения в отчете должны быть отсортированы по значению критического для данного отклонения показателя;

• все отклонения желательно показать вместе, чтобы менеджер мог уловить существующую между ними связь;

• в отчете необходимо показать количественное отклонение от нормы.

Основные компоненты

Основные компоненты информационной технологии управления показаны на рис. 6.

Входная информация поступает из систем операционного уровня. Выходная информация формируется в виде управленческих отчетов в удобном для принятия решения виде.

Рисунок 6 - Основные компоненты информационной технологии управления

Содержимое базы данных при помощи соответствующего программного обеспечения преобразуется в периодические и специальные отчеты, поступающие к специалистам, участвующим в принятии решений в организации. База данных, используемая для получения указанной информации, должна состоять из двух элементов:

1) данных, накапливаемых на основе оценки операций, проводимых фирмой;

2) планов, стандартов, бюджетов и других нормативных документов, определяющих планируемое состояние объекта управления (подразделения фирмы).

3. Офисные информационные технологии

Характеристика и назначение

Исторически автоматизация началась на производстве и затем распространилась на офис, имея вначале целью лишь автоматизацию рутинной секретарской работы. По мере развития средств коммуникаций автоматизация офисных технологий заинтересовала специалистов и управленцев, которые увидели в ней возможность повысить производительность своего труда.

Автоматизация офиса (рис. 7) призвана не заменить существующую традиционную систему коммуникации персонала (с ее совещаниями, телефонными звонками и приказами), а лишь дополнить ее. Используясь совместно, обе эти системы обеспечат рациональную автоматизацию управленческого труда и наилучшее обеспечение управленцев информацией.

Автоматизированный офис привлекателен для менеджеров всех уровней управления в фирме не только потому, что поддерживает внутрифирменную связь персонала, но также потому, что предоставляет им новые средства коммуникации с внешним окружением.

Рисунок 7 - Основные компоненты автоматизации офиса

Информационная технология автоматизированного офиса - организация и поддержка коммуникационных процессов как внутри организации, так и с внешней средой на базе компьютерных сетей и других современных средств передачи и работы с информацией.

Офисные автоматизированные технологии используются управленцами, специалистами, секретарями и конторскими служащими, особенно они привлекательны для группового решения проблем. Они позволяют повысить производительность труда секретарей и конторских работников и дают им возможность справляться с возрастающим объемом работ. Однако это преимущество является второстепенным по сравнению с возможностью использования автоматизации офиса в качестве инструмента для решения проблем. Улучшение принимаемых менеджерами решений в результате их более совершенной коммуникации способно обеспечить экономический рост фирмы.

В настоящее время известно несколько десятков программных продуктов для компьютеров и некомпьютерных технических средств, обеспечивающих технологию автоматизации офиса; текстовый процессор, табличный процессор, электронная почта, электронный календарь, аудиопочта, компьютерные и телеконференции, видеотекст, хранение изображений, а также специализированные программы управленческой деятельности: ведения документов, контроля за исполнением приказов и т.д.

Также широко используются некомпьютерные средства: аудио- и видеоконференции, факсимильная связь, ксерокс и другие средства оргтехники.

Основные компоненты

База данных. Обязательным компонентом любой технологии является база данных. В автоматизированном офисе база данных концентрирует в себе данные о производственной системе фирмы так же, как в технологии обработки данных на операционном уровне. Информация в базу данных может также поступать из внешнего окружения фирмы. Специалисты должны владеть основными технологическими операциями по работе в среде баз данных. Пример 3.1. В базе данных собираются сведения о ежедневных продажах, передаваемые торговыми агентами фирмы на главный компьютер, или сведения о еженедельных поставках сырья.

Могут ежедневно по электронной почте поступать с биржи сведения о курсе валют или котировках ценных бумаг, в том числе и акций этой фирмы, которые ежедневно корректируются в соответствующем массиве базы данных.

Информация из базы данных поступает на вход компьютерных приложений (программ), таких, как текстовый процессор, табличный процессор, электронная почта, компьютерные конференции и др. Любое компьютерное приложение автоматизированного офиса обеспечивает работникам связь друг с другом и с другими фирмами.

Полученная из баз данных информация может быть использована и в некомпьютерных технических средствах для передачи, тиражирования, хранения.

Текстовый процессор. Это вид прикладного программного обеспечения, предназначенный для создания и обработки текстовых документов. Он позволяет добавлять или удалять слова, перемещать предложения и абзацы, устанавливать формат, манипулировать элементами текста и режимами и т.д. Когда документ готов, работник переписывает его во внешнюю память, а затем распечатывает и при необходимости передает по компьютерной сети. Таким образом, в распоряжении менеджера имеется эффективный вид письменной коммуникации. Регулярное получение подготовленных с помощью текстового процессора писем и докладов дает возможность менеджеру постоянно оценивать ситуацию на фирме.

Электронная почта. Электронная почта (E-mail), основываясь на сетевом использовании компьютеров, дает возможность пользователю получать, хранить и отправлять сообщения своим партнерам по сети. Здесь имеет место только однонаправленная связь. Это ограничение, по мнению многих исследователей, не является слишком важным, поскольку в пятидесяти случаях из ста служебные переговоры по телефону имеют целью лишь получение информации. Для обеспечения двухсторонней связи придется многократно посылать и принимать сообщения по электронной почте или воспользоваться другим способом коммуникации.

Электронная почта может предоставлять пользователю различные возможности в зависимости от используемого программного обеспечения. Чтобы посылаемое сообщение стало доступно всем пользователям электронной почты, его следует поместить на компьютерную доску объявлений, при желании можно указать, что это частная корреспонденция. Вы также можете послать отправление с уведомлением о его получении адресатом.

Когда фирма решает внедрить у себя электронную почту, у нее имеются две возможности. Первая - купить собственное техническое и программное обеспечение и создать собственную локальную сеть компьютеров, реализующую функцию электронной почты. Вторая возможность связана с покупкой услуги использования электронной почты, которая предоставляется специализированными организациями связи за периодически вносимую плату.

Аудиопочта. Это почта для передачи сообщений голосом. Она напоминает электронную почту, за исключением того, что вместо набора сообщения на клавиатуре компьютера вы передаете его через телефон. Также по телефону вы получаете присланные сообщения. Система включает в себя специальное устройство для преобразования аудиосигналов в цифровой код и обратно, а также компьютер для хранения аудиосообщений в цифровой форме. Аудиопочта также реализуется в сети.

Почта для передачи аудиосообщений может успешно использоваться для группового решения проблем. Для этого посылающий сообщение должен дополнительно указать список лиц, которым данное сообщение предназначено. Система будет периодически обзванивать всех указанных сотрудников для передачи им сообщения.

Главным преимуществом аудиопочты по сравнению с электронной является то, что она проще - при ее использовании не нужно вводить данные с клавиатуры.

Табличный процессор. Он так же, как и текстовый процессор, является базовой составляющей информационной культуры любого сотрудника и автоматизированной офисной технологии. Без знания основ технологии работы в нем невозможно полноценно использовать персональный компьютер в своей деятельности. Функции современных программных сред табличных процессоров позволяют выполнять многочисленные операции над данными, представленными в табличной форме. Объединяя эти операции по общим признакам, можно выделить наиболее многочисленные и применяемые группы технологических операций:

• ввод данных, как с клавиатуры, так и из баз данных;

• обработка данных (сортировка, автоматическое формирование итогов, копирование и перенос данных, различные группы операций по вычислениям, агрегирование данных и т.д.);

• вывод информации в печатном виде, в виде импортируемых файлов в другие системы, непосредственно в базу данных;

• качественное оформление табличных форм представления данных;

• многоплановое и качественное оформление данных в виде диаграмм и графиков;

• проведение инженерных, финансовых, статистических расчетов;

• проведение математического моделирования и ряд других вспомогательных операций.

Любая современная среда табличного процессора имеет средства пересылки данных по сети.

Электронный календарь. Он предоставляет еще одну возможность использовать сетевой вариант компьютера для хранения и манипулирования рабочим расписанием управленцев и других работников организации. Менеджер (или его секретарь) устанавливает дату и время встречи, или другого мероприятия, просматривает получившееся расписание, вносит изменения при помощи клавиатуры. Техническое и программное обеспечение электронного календаря полностью соответствует аналогичным компонентам электронной почты. Более того, программное обеспечение календаря часто является составной частью программного обеспечения электронной почты.

Система дополнительно дает возможность получить доступ также и к календарям других менеджеров. Она может автоматически согласовать время встречи с их собственными расписаниями.

Использование электронного календаря оказывается особенно эффективным для менеджеров высших уровней управления, рабочие дни которых расписаны надолго вперед.

Компьютерные конференции и телеконференции. Компьютерные конференции используют компьютерные сети для обмена информацией между участниками группы, решающей определенную проблему. Естественно, круг лиц, имеющих доступ к этой технологии, ограничен. Количество участников компьютерной конференции может быть во много раз больше, чем аудио- и видеоконференций.

Телеконференция включает в себя три типа конференций: аудио, видео и компьютерную.

Видеотекст. Он основан на использовании компьютера для получения отображения текстовых и графических данных на экране монитора. Для лиц, принимающих решение, имеются три возможности получения информации в форме видеотекста:

• создать файлы видеотекста на своих собственных компьютерах;

• заключить договор со специализированной компанией на получение доступа к разработанным ею файлам видеотекста. Такие файлы, специально предназначенные для продажи, могут храниться на серверах компании, осуществляющей подобные услуги, или поставляться клиенту на магнитных или оптических дисках;

• заключить договоры с другими компаниями на получение доступа к их файлам видео текста.

Обмен каталогами и ценниками (прайс-листами) своей продукции между компаниями в форме видеотекста приобретает сейчас все большую популярность. Что же касается компаний, специализирующихся на продаже видеотекста, то их услуги начинают конкурировать с такой печатной продукцией, как газеты и журналы. Так, во многих странах сейчас можно заказать газету или журнал в форме видеотекста, не говоря уже о текущих сводках биржевой информации.

Хранение изображений. В любой фирме необходимо длительное время хранить большое количество документов. Их число может быть так велико, что хранение даже в форме файлов вызывает серьезные проблемы. Поэтому возникла идея хранить не сам документ, а его образ (изображение), причем хранить в цифровой форме.

Хранение изображений (imaging) является перспективной офисной технологией и основывается на использовании специального устройства -оптического распознавателя образов, позволяющего преобразовывать изображение документа или фильма в цифровой вид для дальнейшего хранения во внешней памяти компьютера. Сохраненное в цифровом формате изображение может быть в любой момент выведено в его реальном виде на экран или принтер. Для хранения изображений используются оптические диски, обладающие огромными емкостями. Так, на пятидюймовый оптический диск можно записать около 200 тыс. страниц.

Следует напомнить, что идея хранения изображений не нова и реализовывалась раньше на основе микрофильмов и микрофиш. Созданию данной технологии способствовало появление нового технического решения -оптического диска в комбинации с цифровой записью изображения.

Аудиоконференций. Они используют аудиосвязь для поддержания коммуникаций между территориально удаленными работниками или подразделениями фирмы. Наиболее простым техническим средством реализации аудиоконференций является телефонная связь, оснащенная дополнительными устройствами, дающими возможность участия в разговоре более чем двум участникам. Создание аудиоконференций не требует наличия компьютера, а лишь предполагает использование двухсторонней аудиосвязи между ее участниками.

Использование аудиоконференций облегчает принятие решений, оно дешево и удобно. Эффективность аудиоконференций повышается при выполнении следующих условий:

• работник, организующий аудиоконференцию, должен предварительно обеспечить возможность участия в ней всех заинтересованных лиц;

• количество участников конференции не должно быть слишком большим (обычно не более шести), чтобы удержать дискуссию в рамках обсуждаемой проблемы;

• программа конференции должна быть сообщена ее участникам заблаговременно, например, с использованием факсимильной связи;

• перед тем как начать говорить, каждый участник должен представляться;

• должны быть организованы запись конференции и ее хранение;

• запись конференции должна быть распечатана и отправлена всем ее участникам.

Видеоконференции. Они предназначены для тех же целей, что и аудиоконференций, с применением видеоаппаратуры. Их проведение также не требует компьютера. В процессе видеоконференции ее участники, удаленные друг от друга на значительное расстояние, могут видеть на телевизионном экране себя и других участников. Одновременно с телевизионным изображением передается звуковое сопровождение. Хотя видеоконференции позволяют сократить транспортные и командировочные расходы, большинство фирм применяет их не только по этой причине. Эти фирмы видят в них возможность привлечь к решению проблем максимальное количество менеджеров и других работников, территориально удаленных от главного офиса.

Наиболее популярны три конфигурации построения видеоконференций:

• односторонняя видео- и аудиосвязъ. Здесь видео- и аудиосигналы идут только в одном направлении, например от руководителя проекта к исполнителям;

• односторонняя видео- и двухсторонняя аудиосвязъ. Двухсторонняя аудиосвязь дает возможность участникам конференции, принимающим видеоизображение, обмениваться даться аудиоинформацией с передающим видеосигнал участником;

• двухсторонняя видео- и аудиосвязъ. В этой наиболее дорогой конфигурации используются двухсторонняя видео- и аудиосвязь между всеми участниками конференции, обычно имеющими один и тот же статус.

Факсимильная связь. Эта связь основана на использовании факс-аппарата, способного читать документ на одном конце коммуникационного канала и воспроизводить его изображение на другом.

Факсимильная связь вносит свой вклад в принятие решений за счет быстрой и легкой рассылки документов участникам группы, решающей определенную проблему, независимо от их географического положения.

4. Информационная технология поддержки принятия решений

Характеристика и назначение

Системы поддержки принятия решений и соответствующая им информационная технология появились усилиями в основном американских ученых в конце 70-х - начале 80-х гг., чему способствовали широкое распространение персональных компьютеров, стандартных пакетов прикладных программ, а также успехи в создании систем искусственного интеллекта.

Главной особенностью информационной технологии поддержки принятия решений является качественно новый метод организации взаимодействия человека и компьютера. Выработка решения, что является основной целью этой технологии, происходит в результате итерационного процесса (рис. 8), в котором участвуют:

• система поддержки принятия решений в роли вычислительного звена и объекта управления;

• человек как управляющее звено, задающее входные данные и оценивающее полученный результат вычислений на компьютере.

Введение новых исходный данных

Рисунок 8 - Информационная технология поддержки принятия решений как итерационный процесс

Окончание итерационного процесса происходит по воле человека. В этом случае можно говорить о способности информационной системы совместно с пользователем создавать новую информацию для принятия решений.

Дополнительно к этой особенности информационной технологии поддержки принятия решений можно указать еще ряд ее отличительных характеристик:

• ориентация на решение плохо структурированных (формализованных) задач;

• сочетание традиционных методов доступа и обработки компьютерных данных с возможностями математических моделей и методами решения задач на их основе;

• направленность на непрофессионального пользователя компьютера;

• высокая адаптивность, обеспечивающая возможность приспосабливаться к особенностям имеющегося технического и программного обеспечения, а также требованиям пользователя.

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

Рассмотрим структуру системы поддержки принятия решений (рис. 9), а также функции составляющих ее блоков, которые определяют основные технологические операции.

Основные компоненты информационной технологии поддержки принятия решений

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

Человек

принимающий

решение

Рисунок 9 - Основные компоненты информационной технологии поддержки принятия решений

База данных. Она играет в информационной технологии поддержки принятия решений важную роль. Данные могут использоваться непосредственно пользователем для расчетов при помощи математических моделей. Рассмотрим источники данных и их особенности. 1. Часть данных поступает от информационной системы операционного уровня. Чтобы использовать их эффективно, эти данные должны быть предварительно обработаны. Для этого имеются две возможности:

• использовать для обработки данных об операциях фирмы систему управления базой данных, входящую в состав системы поддержки принятия решений;

• сделать обработку за пределами системы поддержки принятия решений, создав для этого специальную базу данных. Этот вариант более предпочтителен для фирм, производящих большое количество коммерческих операций. Обработанные данные об операциях фирмы образуют файлы, которые для повышения надежности и быстроты доступа хранятся за пределами системы поддержки принятия решений.

2. Помимо данных об операциях фирмы для функционирования системы поддержки принятия решений требуются и другие внутренние данные, например данные о движении персонала, инженерные данные и т.п., которые должны быть своевременно собраны, введены и поддержаны.

3. Важное значение, особенно для поддержки принятия решений на верхних уровнях управления, имеют данные из внешних источников. В числе необходимых внешних данных следует указать данные о конкурентах, национальной и мировой экономике. В отличие от внутренних данных внешние данные обычно приобретаются у специализирующихся на их сборе организации.

4. В настоящее время широко исследуется вопрос о включении в базу данных еще одного источника данных - документов, включающих в себя записи, письма, контракты, приказы и т.п. Если содержание этих документов будет записано в памяти и затем обработано по некоторым ключевым характеристикам (поставщикам, потребителям, датам, видам услуг и др.), то система получит новый мощный источник информации.

Система управления данными должна обладать следующими возможностями:

• составление комбинаций данных, получаемых из различных источников, посредством использования процедур агрегирования и фильтрации;

• быстрое прибавление или исключение того или иного источника данных;

• построение логической структуры данных в терминах пользователя;

• использование и манипулирование неофициальными данными для экспериментальной проверки рабочих альтернатив пользователя;

• обеспечение полной логической независимости этой базы данных от других операционных баз данных, функционирующих в рамках фирмы.

База моделей. Целью создания моделей являются описание и оптимизация некоторого объекта или процесса. Использование моделей обеспечивает проведение анализа в системах поддержки принятия решений.

Модели, базируясь на математической интерпретации проблемы, при помощи определенных алгоритмов способствуют нахождению информации, полезной для принятия правильных решений.

Пример 4.1. Модель линейного программирования дает возможность определить наиболее выгодную производственную программу выпуска нескольких видов продукции при заданных ограничениях на ресурсы.

Использование моделей в составе информационных систем началось с применения статистических методов и методов финансового анализа, которые реализовывались командами обычных алгоритмических языков. Позже были созданы специальные языки, позволяющие моделировать ситуации типа "что будет, если ?" или "как сделать, чтобы?". Такие языки, созданные специально для построения моделей, дают возможность построения моделей определенного типа, обеспечивающих нахождение решения при гибком изменении переменных.

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

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

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

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

По области возможных приложений модели разбираются на специализированные, предназначенные для использования только одной системой, и универсальные- для использования несколькими системами.

Специализированные модели более дорогие, они обычно применяются для описания уникальных систем и обладают большей точностью.

В системах поддержки принятия решения база моделей состоит из стратегических, тактических и оперативных моделей, а также математических моделей в виде совокупности модельных блоков, модулей и процедур, используемых как элементы для их построения.

Стратегические модели используются на высших уровнях управления для установления целей организации, объемов ресурсов, необходимых для их достижения, а также политики приобретения и использования этих ресурсов. Они могут быть также полезны при выборе вариантов размещения предприятий, прогнозировании политики конкурентов и т.п. Для стратегических моделей характерны значительная широта охвата, множество переменных, представление данных в сжатой агрегированной форме. Часто эти данные базируются на внешних источниках и могут иметь субъективный характер. Горизонт планирования в стратегических моделях, как правило, измеряется в годах. Эти модели обычно детерминистские, описательные, специализированные для использования на одной определенной фирме.

Тактические модели применяются управляющими среднего уровня для распределения и контроля использования имеющихся ресурсов. Среди возможных сфер их использования следует указать: финансовое планирование, планирование требований к работникам, планирование увеличения продаж, построение схем компоновки предприятий. Эти модели применимы обычно лишь к отдельным частям фирмы (например, к системе производства и сбыта) и могут также включать в себя агрегированные показатели. Временной горизонт,

охватываемый тактическими моделями, от одного месяца до двух лет. Здесь также могут потребоваться данные из внешних источников, но основное внимание при реализации данных моделей должно быть уделено внутренним данным фирмы. Обычно тактические модели реализуются как детерминистские, оптимизационные и универсальные.

Оперативные модели используются на низших уровнях управления для поддержки принятия оперативных решений с горизонтом, измеряемым днями и неделями. Возможные применения этих моделей включают в себя ведение дебиторских счетов и кредитных расчетов, календарное производственное планирование, управление запасами и т.д. Оперативные модели обычно используют для расчетов внутрифирменные данные. Они, как правило, детерминистские, оптимизационные и универсальные (т.е. могут быть использованы в различных организациях).

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

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

Система управления интерфейсом. Эффективность и гибкость информационной технологии во многом зависят от характеристик интерфейса системы поддержки принятия решений. Интерфейс определяет: язык пользователя; язык сообщений компьютера, организующий диалог на экране дисплея; знания пользователя.

Язык пользователя - это те действия, которые пользователь производит в отношении системы путем использования возможностей клавиатуры; электронных карандашей, пишущих на экране; джойстика; "мыши"; команд, подаваемых голосом, и т.п. Наиболее простой формой языка пользователя является создание форм входных и выходных документов. Получив входную форму (документ), пользователь заполняет его необходимыми данными и вводит в компьютер. Система поддержки принятия решений производит необходимый анализ и выдает результаты в виде выходного документа установленной формы.

Значительно возросла за последнее время популярность визуального интерфейса. С помощью манипулятора "мышь" пользователь выбирает представленные ему на экране в форме картинок объекты и команды, реализуя таким образом свои действия.

Управление компьютером при помощи человеческого голоса - самая простая и поэтому самая желанная форма языка пользователя. Она еще недостаточно разработана и поэтому малопопулярна. Существующие разработки требуют от пользователя серьезных ограничений: определенного набора слов и выражений; специальной надстройки, учитывающей особенности голоса пользователя; управления в виде дискретных команд, а не в виде обычной гладкой речи. Технология этого подхода интенсивно совершенствуется, и в ближайшем будущем можно ожидать появления систем поддержки принятия решений, использующих речевой ввод информации.

Язык сообщений - это то, что пользователь видит на экране дисплея (символы, графика, цвет), данные, полученные на принтере, звуковые выходные сигналы и т.п. Важным измерителем эффективности используемого интерфейса является выбранная форма диалога между пользователем и системой. В настоящее время наиболее распространены следующие формы диалога: запросно-ответный режим, командный режим, режим меню, режим заполнения пропусков в выражениях, предлагаемых компьютером.

Каждая форма в зависимости от типа задачи, особенностей пользователя и принимаемого решения может иметь свои достоинства и недостатки.

Долгое время единственной реализацией языка сообщений был отпечатанный или выведенный на экран дисплея отчет или сообщение. Теперь появилась новая возможность представления выходных данных - машинная графика. Она дает возможность создавать на экране и бумаге цветные графические изображения в трехмерном виде. Использование машинной графики, значительно повышающее наглядность и интерпретируемость выходных данных, становится все более популярным в информационной технологии поддержки принятия решений.

За последние несколько лет наметилось новое направление, развивающее машинную графику, - мультипликация. Мультипликация оказывается особенно эффективной для интерпретации выходных данных систем поддержки принятия решений, связанных с моделированием физических систем и объектов.

Пример 4.2. Система поддержки принятия решений, предназначенная для обслуживания клиентов в банке, с помощью мультипликационных моделей может реально просмотреть различные варианты организации обслуживания в зависимости от потока посетителей, допустимой длины очереди, количества пунктов обслуживания и т.п.

В ближайшие годы следует ожидать использования в качестве языка сообщений человеческого голоса. Сейчас эта форма применяется в системе поддержки принятия решений сферы финансов, где в процессе генерации чрезвычайных отчетов голосом поясняются причины исключительности той или иной позиции.

Знания пользователя - это то, что пользователь должен знать, работая с системой. К ним относятся не только план действий, находящийся в голове у пользователя, но и учебники, инструкции, справочные данные, выдаваемые компьютером.

Совершенствование интерфейса системы поддержки принятия решений определяется успехами в развитии каждого из трех указанных компонентов. Интерфейс должен обладать следующими возможностями:

• манипулировать различными формами диалога, изменяя их в процессе принятия решения по выбору пользователя;

• передавать данные системе различными способами;

• получать данные от различных устройств системы в различном формате;

• гибко поддерживать (оказывать помощь по запросу, подсказывать) знания пользователя.

5. Информационная технология экспертных систем

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

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

Решение специальных задач требует специальных знаний. Однако не каждая компания может себе позволить держать в своем штате экспертов по всем связанным с ее работой проблемам или даже приглашать их каждый раз, когда проблема возникла. Главная идея использования технологии экспертных систем заключается в том, чтобы получить от эксперта его знания и, загрузив их в память компьютера, использовать всякий раз, когда в этом возникнет необходимость.

Являясь одним из основных приложений искусственного интеллекта, экспертные системы представляют собой компьютерные программы, трансформирующие опыт экспертов в какой-либо области знаний в форму эвристических правил (эвристик). Эвристики не гарантируют получения оптимального результата с такой же уверенностью, как обычные алгоритмы, используемые для решения задач в рамках технологии поддержки принятия решений. Однако часто они дают в достаточной степени приемлемые решения

для их практического использования. Все это делает возможным использовать технологию экспертных систем в качестве советующих систем.

Сходство информационных технологий, используемых в экспертных системах и системах поддержки принятия решений, состоит в том, что обе они обеспечивают высокий уровень поддержки принятия решений. Однако имеются три существенных различия. Первое связано с тем, что решение проблемы в рамках систем поддержки принятия решений отражает уровень ее понимания пользователем и его возможности получить и осмыслить решение. Технология экспертных систем, наоборот, предлагает пользователю принять решение, превосходящее его возможности. Второе отличие указанных технологий выражается в способности экспертных систем пояснять свои рассуждения в процессе получения решения. Очень часто эти пояснения оказываются более важными для пользователя, чем само решение. Третье отличие связано с использованием нового компонента информационной технологии - знаний. Основные компоненты

Интерфейс пользователя. Менеджер (специалист) использует интерфейс для ввода информации и команд в экспертную систему и получения выходной информации из нее. Команды включают в себя параметры, направляющие процесс обработки знаний. Информация обычно выдается в форме значений, присваиваемых определенным переменным.

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

Технология экспертных систем предусматривает возможность получать в качестве выходной информации не только решение, но и необходимые объяснения. Различают два вида объяснений:

• объяснения, выдаваемые по запросам. Пользователь в любой момент может потребовать от экспертной системы объяснения своих действий;

• объяснения полученного решения проблемы. После получения решения пользователь может потребовать объяснений того, как оно было получено. Система должна пояснить каждый шаг своих рассуждении, ведущих к решению задачи.

Хотя технология работы с экспертной системой не является простой, пользовательский интерфейс этих систем является дружественным и обычно не вызывает трудностей при ведении диалога.

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

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

Все виды знаний в зависимости от специфики предметной области и квалификации проектировщика (инженера по знаниям) с той или иной степенью адекватности могут быть представлены с помощью одной либо нескольких семантических моделей. К наиболее распространенным моделям относятся логические, продукционные, фреймовые и семантические сети.

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

Кроме того, во многих экспертных системах вводятся дополнительные блоки: база данных, блок расчета, блок ввода и корректировки данных. Блок расчета необходим в ситуациях, связанных с принятием управленческих решений.

При этом важную роль играет база данных, где содержатся плановые, физические, расчетные, отчетные и другие постоянные или оперативные показатели. Блок ввода и корректировки данных используется для оперативного и своевременного отражения текущих изменений в базе данных.

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

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

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

Тема 8. Сетевые информационные технологии

1.Электронная почта, телеконференции, эл календарь, видеоконференции, Факсимильная связь, аудио почта

2. Основные понятия, определения и принципы построения гипертекста (ГТ)

3. АСФОГ и структура АСФОГ

4. Пользователи и их требования к гипертекстовым технологиям.

5. Основные понятия и определения мультимедийных систем.

1. Электронная почта, телеконференции, электронный календарь, видеоконференции, факсимильная связь, аудио почта

Основываясь на сетевом использовании ПК дает возможность пользователю получать и отправлять информацию своим партнерам, при этом осуществляется только однонаправленная связь. Это ограничение, по мнению исследователей, не является очень важным, т.к. в 50% служебные переговоры по телефону имеют целью лишь получение информации,т.е. без ответа.

Для обеспечения двухсторонней связи надо многократно посылать и принимать сообщеня или воспроизводить другим способом коммуникацию. Электронная почта может предоставить пользователю различные возможности в зависимости от используемого ПО. Чтобы посылаемое сообщение стало доступно всем пользователям, его следует поместиь на комп доску объявлений, можно так же послать отправление с уведомлением о его получении адесатом.Когда фирма решат установить электронную почту, возникают 2 возможности:

-купить собственное программное и техническое обслуживание и создать ЛВС, реализующую функции электронной почты

-купить услугу электронной почты, которая предоставляется специальными организациямисвязи за периодически вносимую плату.

Аудио почта-почта для передачи сообщенй голосом. Вместо набора сообщений на клавиатуре можнопередать сообщени через телефон и получить по телефону. Система включает в себя устройство преобразования аудио сигналов в цифроой код и наоборот, а так же ПК для хранения аудиосообщений в цифровой форме. Аудиопочта также реализована в сети. Почта для передачи аудио сообщений может успешно использоваться для группового решения проблем. Для этого посылающий сообщение должен дополнительно указать список лиц, которым данное сообщение предназначено. Система будет периодически обзванивать сотрудников для передачи сообщений.

Главным приимуществом аудиопочты является то, что она проще, при ее использовании не надо вводить данные с клавиатуры.

Компьютерный электронный календарь предоставляет возможность использовать сетевой вариант ПК для хранения и манипулирования рабочим расписанием сотрудников. Менеджер устанавливает дату для встечи, вносит изменения с клавиатуры, просматривает расписание. Техническое и программное обеспечение электронного календаря соответствует аналогичным компанентам электронной почты. Кроме того ПО календаря часто является составной частью ПО электронной почты. Сисмема дополнительно дает возможность получать доступ к календарям др менеджеров, может автоматически согласовывать время встречи с их расписанием.

Компьютерные конференции, телеконференции - использование компютерной сети для обмена информацией между участниками группы, решающей определённую проблему. При этом круг лиц, имеющих доступ к этой технологии ограничен. Количествоо уч-ков комп конференции может быть во много раз больше,чем аудио и видео конф. Телеконференция состоит из 3 этапов:аудио, видео и ПК.

Для поддержания коммуникаций между территориально отделенными работниками или подразделениями используются аудио. Наиболее простое техническое средство-телефонная связь, оснащенная дополнительным устройством,позволяющим участвовать в разговоре более 2-х человек.Соэдание аудиоконференции не требует наличия ПК, а лишь предполагает использование аудио связи между ее участниками. Использование аудио конференции упрощает принятие решения относительно дешево и просто. Эффект аудио конференции повышается при выполнении след условий:

-работник, организующий аудио конференцию должен предворительно обеспчить возможность участия в ней всех заинтересованных лиц

-количествоо уч-ков не более 6, чтоб удержать дикуссию

-программа конференции должна быть соообщена заранее

-перед тем, как начать гворить каждый уч-к должен представиться

-должна быть организована запись и хранение запись конференций должна быть распечатана

Видеоконференции - предназначены для тех же целей,что и аудио, но с применеием видео аппаратуры.Их проведение также требует ПК.

В процессе видео конференции ее участники, удаленные друг от друга на значительные расстояния могут видеть на ТV экране себя и др участников. Одновременно с ТV иэображением передаеся звуковое сопровождение. Не смотря на то, что видео конференция позволяет сократиь транспортные коммандировачные расходы, большинство предприятийприменяют их не только по этой причине. Они видят в них возможность привлеч к решению проблем максимальное количествоо менеджеров и других работников, территориально удаленных от главного корпуса.

Конфигурация построеня видео конференций (наиболее популярная):

-одостороняя видео, аудио связь, где видео и аудио сигналы идут в одном направлении (от начальника к подчиненному)

-двухсторонняя аудио связь и одностороняя видеосвязь, двухстороняя связь дает возможность участникам конференции, принимающим изображение, обмениваться аудио информацией с передающим видео сигнал участником;

-двухстороняя аудио и видео связь, в этой дорогой конференции используется двухстороняя видео и аудио связь мужду всеми участниками конференции,обычно имеющими один и тот же статус.

Видеотекст - основан на использовании ПК для получения изображения текстовых и графических данных на экране монитора. Возможности получения информации в форме видеотекста:

1)создать файлы видеотекста на своих ПК;

2)заключить договор со специализир комп на плучение доступа к разработаным ей файлам видеотекста ;

3) заключить договор с др комп на получение доступа к их файлам видеотекста.

Факсимильная связь - основана на использовании факс-аппарата, спсобного читать документ на одном конце коммуникационного канала и воспроиизводить его изображение на другом. Факсимильная связь вносит свой вклад в принятие решений за счет быстрой и простой рассылки документов участникам группы, решающей определённую проблему, независимо от их географического положения

2. Основные понятия, определения и принципы построения (гт)

Для систематизации обширного класса сведений может использоваться новый класс информационных технологий или моделей – это гипертекст (нелинейный), совмещающий положительные cвойства энциклопедий, монографий и тезауруса.

ГТ обладает рядом характеристик, свойственных как тексту, так и фонду и не может быть отождествлён с одним из существующих методов систематизации информации.

Понятие ГТ было введено Бушем в 1945г и конкретизировано и реализовано через 20 лет Нельсоном.

Обычно одномерному тексту, который можно интерпретировать как строку символов, читаемых в одном направлении, противопоставляется многомерный текст. В отдельных точках такого текста чтение можно продолжать в нескольких различных направлениях в зависимости от информационной потребности.

ГТ может отличаться от обычного текста порядком следования материала. Элементы ГТ могут размещаться в виде иерархического дерева или сетевой организации. ГТ может иметь несколько уровней краткого изложения и детализации материала, способов его представления и т.д.

Тексты, составленные на естественном языке хранятся будучи организованными по новому признаку. При этом отказываются от используемых сейчас подходов, документов, фондов и переходят к сложной и нелинейной форме организации материала. Абонент просматривает текст и в процессе чтения осуществляет отбор необходимых данных. ГТ представляет собой массив текстов, причём применение специальных методов позволяет установить авторов. Разделы исходных материалов предоставляются в распоряжение специалистов, которые пожелают более детально познакомиться с информацией. Абонент может непрерывно запрашивать различные разделы ГТ, повышая свои знания и в ходе самого процесса ознакомления, перестраивая направление своего мышления.

При знакомстве с ГТ пользователь может делать ссылки на первоисточники, на основе которых создаются разделы второго массива информации, т.е. составляют этапы ГТ.

Информация массива ГТ структуры чаще всего не имеют определённой последовательности в которой их необходимо изучать. В то время как традиционные тексты предназначены для последовательного чтения.

ГТ полон развилок. В любой точке ГТ можно прервать чтение и перейти к другой статье.

ГТ – многоцелевой информационный фонд, характеризующийся полнотой изложения сведений по тематике, наличием ссылок между статьями, а также определяющим ограничением состава разделов.

ГТ предназначен для систематизации текстовой информации и занимает промежуточное положение в информационно-поисковых системах.

Основными компонентами ГТ являются справочная (информационная) статья, состоящая из заголовка, в котором обозначена сама тема самого текста и списка ссылок на родственные статьи. ГТ м.б. снабжён алфавитным указателем (оглавлением).

В заголовке справочной статьи даётся наименование объекта, описываемого в статье. Статьи д.б. легко обозримы, чтобы понять стоит ли их внимательно читать или следует перейти. Суждения, включённые в текст информационной статьи могут сопровождаться пояснением в форме уточнения значений терминов, примерами, оценками. Беглый просмотр текста статьи упрощается, если вспомогательная информация визуально легко отличима от основной информации.

Список ссылок на родственные темы представляет собой локальный справочный аппарат. В список могут вноситься заголовки статей на родовые и видовые темы, а также статей, излагающих сведения об участниках, этапах, процессах, о фрагментах предметной области. Возможно несколько вариантов оформления списка ссылок:

1 Заголовки размещаются столбцом, непосредственно после заголовка рассматриваемой статьи. Для простоты пользования ГТ существенно, чтобы каждая ссылка печаталась с новой строки.

2 Ссылки делаются по тексту статьи, как в энциклопедии: упоминания о родственных объектах делаются либо в виде графических выделений, либо в явном виде в скобках.

3 Смешанный способ: часть ссылок размещаются после заголовка статьи, а часть по тексту статьи.

В локальном справочном аппарате приводятся ссылки на ближайших родственников. Типы связи между статьями указываются в виде специальных символов. Обязательным компонентом является список главных тем. В него включаются заголовки всех справочных статей, для которых нет ни ссылок с отношениями «вид-род», ни ссылок «частное-целое». Необходимо стремится к тому, чтоб список главных тем не превышал 1 страницы. В идеале он должен составлять 5-7 легко запоминающихся пунктов. В ГТ желательно иметь оглавление, которое несёт традиционную нагрузку. Оглавление представляет собой алфавитно-упорядоченный список названий всех имеющихся в ГТ статей.

В общем виде ГТ состоит из:

1 Тезаурус ГТ («тезаурус» как понятие появилось в 18 веке, с итальянского – «энциклопедия»)

2 Текстовая информация ГТ

3 Список главных тем

4 Алфавитный словарь

Тезаурус ГТ – тезаурусная статья, которая состоит из заголовка тезаурусной статьи, из списка заголовков родственных тезаурусных статей.

Текстовая информация ГТ – информация статья ГТ, которая состоит из заголовка информационной статьи и ГТ

Список заголовка родственных тезаурусных статей – состоит из типа родства и заголовка.

Тип родства – условное обозначение типов родства (типов связей) предусмотренное в ГТ.

Рассмотрим принципы построения ГТ

1 Принцип общей значимости – формируются справочные статьи ГТ. Он также позволяет включить в информационные статьи лишь специфические суждения. Справедливые отношения всех объектов в соответствующих заголовках статьи. Общие суждения, не специфические для данного заголовка должны помещаться в статье по более широкой родовой теме. Соблюдение этого принципа значит – размещать информацию в фонде или документе в точном соответствии с её общностью, т.е. не выше и не ниже при перемещение по наименованию классов объектов, связанных родовидовыми связями. Важность принципа общей значимости подчёркивается особо, потому что отказ от его применения изменяет в худшую сторону характеристики не только ГТ, но и любых информационных систем. Для опытных разработчиков этот принцип является естественным и, они интуитивно его соблюдают. Очевидно в нормативном определении стиль и структуру документа (фонда) необходимо вводить соответствующие разъяснения и требования, чтобы при контроле документа при соблюдении принципа общей значимости эксперт опирался не только на свой опыт, но и на квалификацию. Принцип также важен при индексировании документов, вводимых в любую информационную систему в т.ч. и экономическую. В этом случае он формулируется следующим образом: поиск образованного документа отражает лишь те сведения, содержащиеся в документе, которые справедливы одновременно по отношению ко всем объектам, задаваемым поисковым образом и относятся к тематике информационной системы. Для отражения всей информации, содержащейся в документе в общем случае необходимо составить несколько поисковых образов. В большинстве случаев индексаторы следуют принципу общей значимости, исходя из здравого смысла, не обязательно с чётким представлением содержания док-та.

2 Принцип объектографии - в ГТ информация систематизирована на библиографических принципах. При которых единицей описания и хранения является документ. А при принципах объектографии единицей хранения и описания является информация, извлечённая из различных документов – первоисточников, относящихся к конкретному объекту (классу), который является предметом описания в поисковом образе.

3 Принцип жизненного цикла - Для любых объектов характерен свой жизненный цикл. Это совокупность процессов, в которых может участвовать объект от момента его возникновения. В традиционной документации сведения о жизненном цикле обычно рассредоточены по всему тексту. Поэтому, чтобы получить ясное представление об этапах существования некоторого объекта требуется рассмотреть большое количество информации на эту тему. Часто некоторые фазы жизненного цикла вообще не присутствуют в документации и тогда общая картина существования объекта создаётся эмпирически. Недостающие сведения приобретаются в течение ряда лет практической деятельности и составляет индивидуальный интеллект эксперта. В ГТ систематизация сведений в соответствие с выявленными жизненными циклами возводиться в ранг основного принципа построения. Информация о каждом этапе жизненного цикла может оформляться в виде отдельной статьи, которая должна иметь ссылку на статью об объекте и наоборот.

3. Асфог и структура асфог

АСФОГ (автоматизированный фонд объектов гипертекста) необходим для моделирования экономических объектов и процессов с последней систематизацией текстовой информации. На основе графических принципов и представления информации фонда в виде ГТ. Целью АСФОГ является справочное обслуживание потребителя или группы потребителей с учётом интересов которых строится фонд. Пользователь системы может получить интересующие его сведения либо непосредственно в режиме диалога с ПЭВМ на естественном языке, либо через специалиста-посредника в форме машинописных информационных справок.

АСФОГ может также использоваться для подготовки качественных справочников ГТ структуры, в виде книг по интересующей абонентов тематике. ГТ, как в форме автоматизированного фонда, так и в форме справочника на информационных носителях целесообразно применять, когда пользователь работает с информацией об объектах со сложными и запутанными отношениями. При этом упорядочивание и поиск текстовой информации в традиционном виде затруднён или не эффективен из-за неадекватности применяемых структур текста (линейной или древовидной) в реальной сетевой структуре отношений информационных объектов.

АСФОГ используется также в тех случаях, когда информация об объектах, интересующих пользователя рассеяна в различных документах, а пользователю необходимо в оперативном доступе полная информационная картина об объектах, составляющих текущую информационную потребность.

Компоненты АСФОГ:

1. Программное обеспечение

2. Методическое обеспечение

3. Информационное обеспечение

4. Техническое обеспечение

Программное обеспечение АСФОГ обладает следующими функциональными возможностями:

1 Создание и модификация тезауруса (поиск, корректировка)

2 Работа с информационными статьями (создание, импорт и экспорт файлов, печать)

3 Просмотр и упорядоченность словаря. ПО содержит необходимый набор операций, позволяющих повысить гипертекстовую технологическую информацию моделирования на промышленную основу. Проектирование и построение ПО осуществляется в виде набора типовых диалоговых процедур. Взаимодействие диалог-пользователя ориентировано по принципу меню, когда необходимо указать требуемые действия в перечне всех допустимых режимах работы, выданных ПК на экран ПО АСФОГ имеет следующие режимы:

1. режим тезаурус

2. режим словарь

3. режим паспорт системы

Режим тезаурус - Пользователь может выполнять следующие действия:

- Ввод вспомогательного термина – система удаляет бывший вспомогательный термин, заменяя его пробелами и устанавливает курсор в начале поля вспомогательного термина. Пользователь вводит требуемый ему вспомогательный термин. Одновременно он может исправить допущенный ошибки, используя клавиши перемещения курсора, а также «Вставка» и «Удаление». Ввод строки завершается нажатием «Ввод». Система автоматически удаляет избыточные пробелы. В терминах допустимы знаки препинания, цифры, русские и латинские буквы (прописные и строчные). После завершения ввода, пользователь АСФОГ проверяет этот термин по словарю. Если его нет, то выдаётся сообщение в нижней части экрана, если же введённый термин существует, система отреагирует выводом порядкового номера этого термина (справа от него)

- коррекция вспомогательного термина - отличается от ввода лишь тем, что АСФОГ не чистит поле вспомогательного термина, а даёт возможность отредактировать его.

- смена текущего термина – если вспомогательный термин имеется в словаре, система копирует его из поля вспомогательного термина в поле текущего, удаляя предшествующий текущий термин. Если вспомогательный термин отсутствует в словаре, система сообщает пользователю об этом и смену текущего термина не производит.

- Поиск в тезаурусе - система выдаёт на экран тезаурусную статью, заголовок которой совпадает с текущим термином. Если тезаурусная статья длинная – её можно листать. В нижней части экрана имеется подсказка о возможных действиях:

1 Поиск по текущему термину. Если при просмотре тезаурусной статьи пользователь нажмёт на функциональную клавишу с подсказкой системы, АСФОГ попросит пользователя указать номер строки на экране, в котором находится новый текущий термин. Пользователь указывает номер и нажимает «Ввод». Система изменяет термин и на экране выводит тезаурусную статью текущего термина. Повторяя этот процесс многократно, пользователь свободно просматривает тезаурус, отыскивая требуемый объект.

2 Поиск по вспомогательному термину. Если при просмотре тезаурусной статьи пользователь в соответствии с подсказкой системы, нажмёт необходимую клавишу, система попросит его указать номер строки экрана, в которой находится новый номер и нажимает «Ввод», система изменяет в своей памяти вспомогательный термин, не изменяя информации на экране.

3 Вывод тезаурусной статьи на принтер или в файл. Система запрашивает у пользователя требуемый ему размер страницы (имя файла). В ответ он должен ввести требуемое ему число строк на страницы (или имя файла) и нажать «Ввод». Данные тезаурусной статьи выдаются постоянно с предварительным сообщением на экране: «Подготовьте принтер. Нажмите клавишу «Ввод», посмотри корректировку информационной статьи». Операции с информационной статьёй можно выполнять непосредственно в режиме «Тезаурус». В соответствие с подсказкой в нижней части экрана можно листать, выводить на печать или переходить в подрежим редактирования информационной статьи. В этом подрежиме разрешается использование всех клавиш перемещения курсора, включая табуляцию и переход к началу и концу строки. Допускается вставка строк. Имеется 2 варианта удаления строк информационной статьи:

1. удаление одной строки в которой находится курсор

2. удаление группы строк от текущей строки, в которой находится курсор и до конца информационной строки. Кроме того имеется возможность подгружать в статьи и текстовые данные из независимо подготовленных файлов (импорт), а также переписывать в них содержание отдельных статей ГТ (экспорт)

- Ввод сведений и терминов в тезаурусе. Предварительно пользователь должен определить требуемые ему текущие термины, между которыми устанавливается связь. Связь, которую укажет пользователь будет ориентирована от текущего термина к вспомогательному. Система проверяет вспомогательный термин по словарю и если он отсутствует в словаре, она вводит его в словарь. АСФОГ помещает курсор в поле типа связи и предлагает пользователю указать тип связи, который проверяется на допустимость. Если обозначение связи неизвестно системе, она сообщает об ошибке и процесс создания связи прерывается. В противном случае система создаёт требуемую связь запрошенную пользователем от текущего термина к вспомогательному и обратную связь от вспомогательному к текущему.

- Уничтожение связи в тезаурусе. Перед уничтожением связи пользователь должен установить требуемые ему термины – текущий или вспомогательный. Система запросит тип уничтожаемой связи, направленной от текущего термина к вспомогательному и уничтожит эту связь и обратно от вспомогательной к текущей.

- Замена термина в тезаурусе. Пользователь предварительно должен установить заменяемый (текущий) термин и заменяющий (вспомогательный). Замена производится при условии, что заменяющий термин отсутствует в словаре. Если в качестве заменяющего термина подать строку пробелов, будет выполнено уничтожение текущего термина. Уничтожение термина возможно при условии, что его тезаурусная статья и информационная статья пуста.

Режим словаря - пользователь может просмотреть весь перечень названий, имеющихся в ГТ статей и записать их в поля текущего и вспомогательного термина. В АСФОГ предусмотрен словарь хронологического типа, который пополняется в порядке поступления статей в систему. Для организации словаря в алфавитном порядке заголовков в системе предусмотрены специальные сервисные средства.

Режим паспорта системы - просмотрев паспорт поискового массива пользователь получит исчерпывающую информацию относительно количественных характеристик файлов:

1. Каков объём сгенерированного массив

2. Сколько в нём осталось свободного места.

Методическое обеспечение (МО) зависит от тематики и условий использования информационного фонда. МО создаётся пользователем ПО системы. В роли пользователь может выступать как сам абонент, так и специалисты по обработки информации на ПЭВМ, работающие в интересах абонента или группы абонентов. МО АСФОГ должно включать в себя следующее:

- инструкции, определяющие круг информационных потребностей, обслуживающие абонентов;

- состав первоисточников, использованных при создании информационного фонда АСФОГ;

- приёмы отбора данных для фонда;

- комплект терминологических пособий-справочников;

- правила учёта и проведение основных и профилактических работ информационным фондом.

Информационное обеспечение – это информационный фонд, который может храниться на гибких и жёстких дисках. Фонд создаётся польз. ПО системы, но не абонентом.

Технологическое обеспечение – состоит из следующих процедур:

1) Формирование библиографического списка первоисточников. Эта 1-ая стадия технического процесса построения гипертекста или создание гипертекстовой базы знаний. На основе списков первоисточников строится основная часть информационно-поискового массива. Ответственность библиографического списка в дальнейшем за приобретение новых документов по тематике возлагается чаще всего на экспертов, участвующих в проекте. В список желательно включать фундаментальные труды признанных учёных и специалистов (монографии, учебники и т.д.) Оптимальным можно считать такое количество источников, которое позволило бы подготовить до 70% информационных статей. Каждый первоисточник, используемый при создании гипертекста необходимо обеспечить соответствующим библиографическим описанием. Каждому документу – источнику присваивается условно порядковый номер для ссылок из информационных статей на список использованной литературы. Для простоты работы с гипертекстом желательно иметь 2-а библиографических списка:

- упорядочивается по номерам документов и используется для непосредственного обращения к указанной в ссылке библиографии;

- алфавитный список необходим для контроля списка на дублирование.

При определённых условиях может возникнуть необходимость в дополнительном списке первоисточников, в которые включаются новые документы. При внесении новых документов в библиограический список необходимо выполнить корректировку ссылок в цитатах, уже помещённых в информационные статьи.

2) Приобретение и копирование документов осуществляется в соответствии с библиографией. И в результате выполнения этой процедуры получают документы и копии.

3) Обработка отобранных первоисточников. На основе документов и копий получают информационные статьи – это одна из важнейших трудоёмких процедур технического процесса построения гипертекста. Эксперт, соответствующей тематической области, или специалист по обзорно-аналитической деятельности, прошедший обучение по вопросам создания сетевых объектно-графических массивов, должен просмотреть, прочитать, выделить и разместить фрагменты исходных документов (книг, брошюр, газет и т.д.), которые следует включить в состав гипертекста. При этом д.б. помечены отрывки, используемые лишь для фиксации отдельных идей и требующих последнего редактирования около каждого отмеченного текстового фрагмента необходимо поставить условный номер, описываемого в нём объекта. Одновременно составляется перечень встретившихся информационных объектов. При выборе наименования объектов составляется исследуемая предметная область и включается в перечень в уже подготовленную часть тезауруса. Такой подход позволяет уменьшить работы по стыковке материалов, количество текстов, синонимов, порождающихся при разметке и подготовке разными исполнителями. Фрагменты, описывающие один и тот же объект, могут компоноваться в обобщённую информационную статью. Если статья получилась слишком объёмной (н/п более 2-х страниц), её целесообразно разделить в соответствии с принципами построения гипертекста, затем выполнить перенос каждой информационной статьи (комплекта статей) на машинный носитель. Эта операция выполняется специалистами, владеющими приёмами работы с текстовыми редакторами и грамотно пишущими на русском языке. Результатом этого этапа является машинный носитель, содержащий директорию с требуемыми названиями введённых информационных статей. Две и более информационные статьи, полученных из разных источников и имеющие одинаковые личные заголовки м.б. преобразованы в одну. В процессе слияния тексты, относящиеся к одинаковым подзаголовкам, соединяются, проверяются на наличие смысловых повторов и редактируются. После этого возможно окончательное редактирование подготовленных текстов, которое выполняет профессиональный редактор, имеющий опыт работы по рассматриваемой тематике.

4) Формирование тезауруса. На основе информационной статьи получают тезаурусные статьи. Эта технологическая процедура делится на 2-е стадии:

- создание тезаурусной статьи, на основе изучения содержания подготовленной информационной статьи;

- осуществление добавления к текущему тезаурусу новой статьи.

5) Сборка и формирование гипертекста. В электронном варианте с помощью этой процедуры на основе тезаурусных статей получается электронный вариант гипертекста. Эта процедура позволяет все подготовленные материалы занести в текущий информационно-поисковый массив. Сначала в соответствии с содержанием новых тезаурусных статей вводятся все связи и выполняется контроль вновь созданных и дополненных статей. Затем проверенные и отформатированные информационные статьи переносятся на машинный носитель, загружаются в гипертекст. Качество выполненных изменений оценивается специалистами и после этого возможно окончательное комплексное редактирование гипертекста (замена терминов, удаление и корректировка связи, исправление и обнаружение новых ошибок в тексте).

6) Распечатка и оценка гипертекста. Позволяет из электронного варианта гипертекста получить готовый гипертекст, который реорганизуется и выводится бумажный носитель как словарь, представляющий собой алфавитно-упорядоченное оглавление массива текстов сетевой структуры. Периодически распечатывается содержание гипертекста, включает все тезаурусные и информационные статьи. Оценка состояния фонда или отдельных фрагментов фонда гипертекста и его ревизия осуществляется следующим образом: целесообразно вначале пересмотреть содержание каждой статьи в связи с изменением окружения тезаурусных статей (появление в тезаурусе новых объектов или не удовлетворение доступностью информации при поиске), которая начинается со списка главных тем или от любого родственного объекта. При этом выполняется корректировка существующих и ввод дополнительных связей (навигации ведущих к данным тезаурусной статьи). Одновременно выявляются недостающие ветви гипертекста, которые желательно иметь, определённые отсутствующие и не наполненные статьи. Проводится их предварительное структурирование. С учётом всех выявленных недоработок м.б. дана экспертная оценка степени готовности созданного гипертекста.

4.Пользователи и их требования к гипертекстовым технологиям

Гипертекстовая технология предназначена не только для информационного моделирования, но и для построения информационно-справочных массивов, которые эксплуатируются специалистами различного профиля и различной профессиональной подготовленности. В своей повседневной деятельности специалисты обращаются к гипертекстовым фондам научной, технической, нормативной, правовой и методической информации для удовлетворения своих потребностей в текстовых сведениях. Пользователь заинтересован в том, чтобы за минимальное время получить полную и точную информацию по интересующим их вопросам. При этом система поиска (поисковый аппарат) должна позволять формировать запрос на языке близком к естественному в конкретной предметной области, обеспечивать дружественный интерфейс с пользователем-программистом, благодаря которому можно в любой момент работы останавливать процесс эксплуатации и получать справку о любой операции или процедуры системы. Пользователи гипертекстовой информационно-справочной системы должны иметь возможность получить конкретную информацию по своему запросу, а также полный перечень библиографических данных (название документа, имя автора, год издания и др. атрибуты, указанные на источники возникновения этих сведений). Поисковый аппарат должен позволять найти требуемые сведения даже в том случае, если информационная потребность формулируется не чётко. Такой подход м.б. реализован посредствам поиска по гипертекстовому тезаурусу, когда абонент использует различные взаимосвязи между отдельными понятиями уточняет свой запрос и в конце концов находит требуемые сведения или убеждается в их отсутствии. Ко второй группе пользователей относятся руководители различных уровней, которые обращаются к гипертекстовым справочным массивам в условиях жесткого дефицита времени. Для нормативно-правовой проверки принимаемого управленческого решения или для контроля исполнения отдельных распоряжений. Существуют такие программы по контролю исполнения. Поиск должен осуществляться с повышенным требованием по таким параметрам как точность, полнота, не избыточность, время реакции.

Третью группу пользователей составляют специалисты, повышающие свою квалификацию с помощью гипертекста, то есть использующие ее для обучения или переподготовки. Наличие тезауруса понятий делает гипертекстовый подход чрезвычайно эффективным для обучения, т. к. совокупность смысловых взаимосвязей и систематизация информационных объектов и процессов стимулирующих осмысливание включенной в гипертекстовой информации сеть понятий, представляющих собой некий семантический каркас, на который нанизывается вся остальная информация. Для расширения возможностей гипертекста как обучающей системы в нее включаются процедуры, обеспечивающие контроль обучаемых и система автоматически оценивает приобретенные знания в определенных разделах преподаваемого курса с указанием тем, требующих дополнительного изучения. Для этого вводятся процедуры, реализующие конкретно наиболее эффективную навигацию первоначально изученного материала, в отличие от режима традиционной «электронной энциклопедии», учитывающие индивидуальные способности и уровень подготовленности обучаемого.

Четвертую группу пользователей составляют специалисты, которые используют гипертекстовую систему для поступления новых тематических массивов. Для формализации работы новых справочников гипертекстовой структуры необходима более строгая реализация процедур, составляющих процесс получения текстовых документов.

Пятую группу составляют специалисты разрабатывающие гипертексты по заказам и для удовлетворения своих потребностей (научные работники, профессионально исследующие предметную область). Данная категория специалистов использует аппарат гипертекстового тезауруса при семантическом моделировании изучаемых объектов. Кроме того специалисты занимаются созданием нормативно-производственной документацией (нормотворчество), т. е. Разработкой документов в увязке существующей информации по каждому вопросу. Гипертекстовые технологии находятся в тесной связи с мультимедийной.

5. Основные понятия и определения мультимедийных систем

Мультимедиа - интерактивные технологии, обеспечивающие работу с неподвижными изображениями, видеоизображениями, текстами, звуками, анимацией. Одним из первых инструментальных средств создания технологии мультимедиа является гипертекстовая технология, обеспечивающая работу с текстовой информацией, звуками, изображениями, речью и т. д. Предпосылками появления мультимедиа являются: возросшая оперативная и внешняя память ЭВМ, наличие широких графических возможностей ЭВМ, повысилось качество видеотехники, возникли лазерные компакт-диски.

Теле-, видео- и аудиоаппаратура в отличие от компьютеров имеет дело с аналоговым сигналом. Поэтому появилась необходимость стыковки разнородной аппаратуры с компьютером и управление им. Изображение неподвижной картинки на экране с разрешением 512 * 482 точек (пикселей) потребует для ее хранения 250 Кбайт. При этом качество изображения низкое. Поэтому необходимо было разработать программные и аппаратные методы сжатия и развертки данных.

Специальные программные средства и оборудование для сжатия и развертки хранимых данных (изображения, звуков) позволяют это делать сравнительно не снижая их качество звучания. Были разработаны устройства с коэффициентом сжатия данных 100:1 и 160:1, что позволило на одном компакт-диске записать полноценно озвученное видео длительностью около 1 часа.

Прогрессивными методами сжатия и развертки являются JPEG и MPEG. Разработаны звуковые платы (Sound Bluster), платы мультимедиа, аппаратно реализующие алгоритм перевода аналогового сигнала в дискретный. К компакт дискам подсоединено постоянное запоминающее устройство.

В 1988 году С.Джобс создал новый тип персонального компьютера - NEXT, у которого базовые средства систем мультимедиа были заложены в архитектуру, аппаратные и программные средства. Были применены мощные центральные процессоры класса 68030 и 68040, процессор обработки сигналов DSP, который обеспечивал обработку звуков, изображений, синтез и распознавание речи, работу с цветом. Объем оперативной памяти был равен 32 Мбайт, предусматривалась работа со стираемыми оптическими дисками, стандартно встроенными сетевыми контроллерами, позволяющими подключаться в сеть, обеспечивались методы сжатия и развертки и т.д. Объем памяти винчестера - 105 Мбайт и 1,4 Гбайт.

Наблюдается развитие мультимедиа - акселераторов - программно - аппаратных средств, объединяющих базовые возможности графических акселераторов с одной или несколькими мультимедийными функциями, требующими обычно установки в компьютер дополнительных устройств, например, для цифровой фильтрации и масштабирования видео, аппаратно-цифрового сжатия-развертки видео, ускорения графических операций (трехмерной графикой), вывод TV-сигнала на монитор и т.д.

К 1991 году уже было распространено около 60 программных средств, поддерживающих технологию мультимедиа. В 1991 году фирмами ГОМ и Microsoft были выпущены стандарты IBM-Multimedia и Microsoft-MPC.

Реально все вышеперечисленные технические средства с централизованным подходом позволяли прогнозировать возможные новые технологии, позволяющие управлять рынком. Предусматривался переход к мелкосерийному производству, по индивидуальным запросам.

Технология мультимедиа позволяет помочь в научном, производственном, художественном и иных творчествах человека. Ее применяют в образовании (энциклопедии, игры, дистанционное образование), в экономике (снижение производственных площадей, увеличение производительности труда), в медицине, науке, проектировании и т.д.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие преимущества имеет электронная почта по сравнению с обычной почтой?

2. Назовите функции координатора системы телеконференций.

3. Назовите темы телеконференций, в которых вы хотели бы участвовать.

4. Каким вам представляется информационное наполнение баз данных вашего учебного заведения?

5. В чем заключаются принципы построения ГТ?

Тема 9. Интегрированные информационные технологии

1. Распределенные системы обработки данных.

2. Организация параллельной обработки данных.

3.Технология «клиент-сервер»

1. Распределенные системы обработки данных

Распределенная обработка данных позволяет повысить эффективность изменяющейся информационной потребности работника и обеспечить гибкость принимаемых решений.

Ее достоинствами являются:

- большое число взаимодействующих пользователей, выполняющих функции сбора, регистрации, хранения, передачи и выдачи информации;

- снятие пиковых нагрузок с централизованной базы посредством распределения обработки и хранения локальных баз данных на разных ЭВМ;

- обеспечение доступа информационного работника к вычислительным ресурсам сети ЭВМ;

- обеспечение симметричного обмена данными между удаленными пользователями.

Архитектура СУБД описывает функционирование базы как взаимодействие процессов двух типов: клиента и сервера. Распределенная обработка и распределенная база данных - разные вещи. При распределенной обработке выполняется работа с базами данных, под этим понимается то, что представление данных, их содержательная обработка, работа с базами данных на логическом уровне выполняется на ПЭВМ клиентами, а поддержание баз данных в актуальном состоянии - на сервере.

В случае использования распределенной базы данных предполагается, что она размещается на нескольких серверах. Работа с ней производится на тех же или иных ПЭВМ, единственным условием работы с распределенной базой данных является использование сетевой СУБД для доступа к удаленным данным. В системе распределенной обработки клиент может послать запрос к собственной локальной базе данных или удаленной.

Удаленный запрос - единичный запрос к одному серверу. Несколько удаленных запросов к одному серверу - объединяются в транзакцию (удаленную). Если отдельные запросы транзакции обрабатываются различными серверами, то транзакция называется распределенной. При этом один запрос транзакции обрабатывается одним сервером.

Распределенная СУБД позволяет обрабатывать один запрос несколькими серверами. Такой запрос называют распределенным. Только обработка распределенного запроса поддерживает концепцию распределенной базы данных.

Организация обработки данных зависит от способа их распределения. Существуют централизованный (рисунок 4), децентрализованный и смешанный (рис. 11) способы распределения данных.

Клиенты

Рисунок 11 – Централизованное распределение данных

При централизованной организации данных на одном сервере организуется единственная копия базы данных. Все операции с базой обеспечиваются этим сервером. Доступ к данным организуется с помощью удаленного запроса или удаленной транзакции. Одним из главных преимуществ использования данного способа является простота поддержки базы данных в актуальном состоянии. Недостатками являются ограниченность размера базы данных, ее зависимость от размера памяти, все запросы производятся к единственному серверу с соответствующими затратами на стоимость связи и временную задержку. Этим объясняется ограничение на параллельную обработку. База данных может быть недоступной для удаленных пользователей при появлении ошибок связи и полностью выходит из строя при отказе центрального сервера.

Децентрализованная организация данных предполагает разбиение базы на несколько физически распределенных.

Клиенты

Рисунок 12 - Децентрализованная организация данных способом распределения

Каждый клиент пользуется своей базой данных, которая может быть либо частью общей информационной базы (рис. 13), либо копией информационной базы данных в целом (рисунок 6), что приводит к ее дублированию для каждого клиента.

Клиенты

Рисунок 13 - Децентрализованная организация данных способом дублирования

При распределении данных на основе разбиения база данных размещается на нескольких серверах. Существование копий отдельных частей - недопустимо.

Достоинства этого метода:

- большинство запросов удовлетворяются локальными базами данных, что сокращает время ответа;

- увеличивается доступность к данным и надежность их хранения;

- стоимость запросов на выборку и обновление снижается, по сравнению с централизованным распределением;

- система частично остается работоспособной при выходе из строя одного сервера или более;

- доступность и надежность работы системы в целом увеличена. Недостатки:

- часть удаленных запросов (транзакций) может потребовать доступ ко всем серверам, что увеличивает время ожидания и цену обслуживания;

- необходимо иметь сведения о размещении данных в различных БД.

Расчлененные базы данных наиболее подходят в случае совместного использования глобальных и локальных сетей ЭВМ.

Дублирование информации выполняется на каждом сервере сети ЭВМ, где будет размещаться полная база данных, что способствует наиболее надежному хранению данных.

Недостатками данного способа являются.

- повышенные требования к объему внешнего запоминающего устройства;

- усложнение корректировки баз данных, т.к. требуется синхронизация для согласования копий.

Основным достоинством является то, что запросы выполняются локально, что обеспечивает быстрый доступ к данным.

Такой способ распределения используется, когда фактор надежности является критическим, база небольшая, интенсивность обновления невелика.

Для смешанного способа распределения данных характерно то, что достоинства и недостатки наследуются от двух вышеописанных способов (разбиения и дублирования). Необходимо всегда учитывать объем памяти, отводимого под базы данных, а также под базы данных, расположенных на других серверах для обеспечения надежности и эффективности работы всей системы в целом

2. Организация параллельной од

При смешанном способе легко реализуется параллельная обработка данных, т.е. обслуживание распределенного запроса или транзакции. Несмотря на гибкость этого способа организации баз данных возникает проблема зависимости факторов, влияющих на производительность системы, проблема ее надежности и выполнения требований к памяти. Этот способ может быть использован только при наличии сетевой СУБД.

Клиенты

Рисунок 14 - Смешанная организация данных (разбиение + дублирование)

Существуют три типа параллелизма, присущих экономическим задачам, учитывающихся при организации их решения:

а) Смежные операции - результат выполнения некоторой операции не обязателен, а используется в качестве входной информации для следующих за ней операций и в нескольких последующих, поэтому указанные операции могут выполняться одновременно с первой.

б) Независимых ветвей - т.е. используются независимые друг от друга цепочки операций, при решении задач.

в) Естественный параллелизм (множество объектов) - характерен для задач, связанных с обработкой информации по множеству одинаковых или аналогичных объектов (например, экономические задачи).

При решении таких задач в ЛВС могут выполняться одинаковые операции на различных ЭВМ или процессорах, над различными данными.

Распределение данных между машинами:

- горизонтальных полос (ГП);

- циклических горизонтальных полос (ЦГП);

- вертикальных полос (ВП);

• циклических вертикальных полос (ЦВП).

3. Клиент-сервер

В базах данных коллективного пользования центральным технологическим звеном являются серверы баз данных. Программное обеспечение серверов баз данных обеспечивает реализацию многопользовательских приложений, централизованное хранение, целостность и безопасность данных. Производительность серверов баз данных - больше, чем просто файл-серверов, используемых в ЛВС. ЛВС создавались для совместного использования дорогостоящего периферийного оборудования. Использование сервера баз данных обеспечило доступ многих пользователей к одним и тем же файлам. Это и стало предпосылкой в создании сетевых СУВД. Их мощность, основанных на файл-серверах - недостаточна, т.к. в нагруженной сети падает производительность, нарушается целостность и безопасность данных. Все это зависит не от мощности процессора, а от того, что файл-сервер реализует принцип "все или ничего". Первые файл-серверы были разработаны без учета сохранности целостности и безопасности данных, и не поддерживали их восстановление в случае аварии. Технология клиент-сервер, более мощная и прогрессивная, заменила файл-серверы и позволила совместить достоинства однопользовательских систем (высокий уровень диалога, дружественный интерфейс, низкая стоимость) с достоинствами более крупных систем (высокий уровень защиты данных, многозадачность, поддержка целостности и т.п.).Инструментальные средства программирования относятся к интерфейсу клиента или внешнему интерфейсу и могут включать процессор обработки данных на языке запросов (SQL, QBE, процедуры команд, поддерживаемых СУБД).Основная технология клиент-сервера заключается в том, что серверы располагают на мощных машинах, а приложения клиентов, использующие вышеописанные языки, - на менее мощных, что позволяет задействовать ресурсы мощных серверов и менее мощных машин клиентов. Ввод-вывод в базе основан на логическом дроблении данных (а не на физическом), т.е. сервер отправляет клиентам не полную копию базы, а только логически необходимые порции, тем самым сокращая трафик сети. Трафик сети - поток сообщений сети. В технологии клиент-сервер программы клиента и его запросы хранятся отдельно от СУБД. Сервер обрабатывает запросы клиентов, выбирает необходимые данные из базы, посылает их по сети, производит обновление информации, обеспечивает целостность и сохранность данных. Если сервер работает в режиме запрос-ответ, и если запрос из регламентных задач, то ответ поступает не позднее 2-х секунд, если же запрос послан для получения справки (информационно-поисковый), то ответ может поступить по истечении 3-х минут, а может быть и более.

Основные виды технологий распределенной обработки данных:

а) технология клиент-сервер, ориентированна на автономную ЭВМ, т.е. и клиент, и сервер расположены на одной ЭВМ. По функциональным возможностям эта система аналогична централизованной СУБД. Ни распределенная обработка, ни распределенная СУБД не поддерживаются.).

б) технология клиент-сервер - ориентация на централизованное распределение, клиент получает доступ к данным одиночного удаленного сервера, данные могут только считываться, динамический доступ к данным реализуется посредством удаленных транзакций и запросов, их число должно быть небольшим, чтобы не снизить производительность системы.

в) технология клиент-сервер - ориентированна на ЛВС, имеет один сервер, обеспечивающий доступ к базе. Клиент формирует процесс, отвечающий за содержательную обработку данных, их представление и логический доступ к базе. Доступ к базе данных будет замедлен, т.к. клиент и сервер связан через ЛВС.г) технология клиент-сервер, ориентированная на изменение данных в одном месте, она реализует обработку распределенной транзакции. Удаленные серверы не связаны между собой сетью ЭВМ, т.е. отсутствует сервер-координатор. Клиент может менять данные только в своей локальной базе данных. Может возникнуть опасность "смертельных объятий", т.е. когда задача "А" ждет записи, заблокированные задачей "В", а записи "В" - ждет записи, заблокированные задачей "А", отсюда следует, что распределенная СУБД должна иметь средства контроля совпадений противоречивых запросов. Распределение данных реализует метод расчленения.д) технология клиент-сервер - ориентированная на изменение данных в нескольких местах. Здесь существует сервер-координатор, который поддерживает протокол передачи данных между различными серверами, возможна обработка распределенных транзакций в разных удаленных серверах, реализуется стратегия смешанного распределения посредством передачи копий с помощью СУБД.е) технология клиент-сервер, ориентированная на распределенную СУБД, которая обеспечивает стратегию разбиения и дублирования, позволяет получить более быстрый доступ к данным. Распределенная СУБД обеспечивает независимость клиента от места размещения сервера, глобальную оптимизацию, распределенный контроль целостности базы, распределенное административное управление. Во всех технологиях существует три способа связи прикладных программ клиента и сервера баз данных: прямой, не прямой и смешанный. Прямой - прикладные программы клиента связываются непосредственно с серверами баз данных. Непрямой - доступ к удаленному серверу обеспечивается средствами локальной базы. Смешанный способ сочетает в себе оба, описанных выше, одновременно. Использование технологии клиент-сервер позволяет перенести часть работы с сервера на ЭВМ клиента, оснащенную инструментальными средствами для выполнения его профессиональных обязанностей, следовательно технология клиент-сервер дает возможность независимо наращивать сервер баз данных и совершенствовать инструментальные средства клиента. Недостаток технологии клиент-сервер заключается в повышенных требованиях к производительности ЭВМ-сервера, в усложнении управления вычислительной сетью, а при отсутствии сетевой СУБД - в сложности организации распределенной обработки. Серверы баз данных рассчитаны на поддержку большого числа различных типов приложений. Для реализации интерфейса с сервером базы данных можно использовать объектно-ориентированные средства, электронные таблицы, текстовые процессоры, графические пакеты, настольные издательства и другие информационные технологии.

Каждый сервер баз данных может работать на определенном типе ЭВМ и сетевой операционной системе. Операционные системы серверов: DOS 5, XENIX, UNIX, OS/2, Windows NT и др.

Наиболее употребительными являются около десяти серверов, например, SQL-сервер, SQLBASE-сервер, ORACLE-сервер и др.

По оценкам специалистов за серверами баз данных - будущее.

Тема 10. Информационные технологии в различных областях деятельности

1. Возможности использования новых информационных технологий в системах организационного управления

2. Информационные технологии в обучении

3. Информационные технологии научных исследований

1. Возможности использования новых информационных технологий в системах организационного управления

Современные информационные технологии определяются как непрерывные процессы обработки, хранения, передачи и отображения информации, направленные на эффективное использование информационных ресурсов, средств вычислительной техники и передачи данных при управлении системами различного класса и назначения.

ИТ существенно увеличивают степень автоматизации всех информационных процессов, что является предпосылкой для ускорения темпов научно-технического прогресса, повышения производительности и эффективности управленческого труда.

Основу современных информационных технологий составляют «четыре технических достижения:

1. развитие носителей информации, позволяющих хранить практически неограниченные объемы информации;

2. развитие средств связи, обеспечивающих доставку информации в любую точку земного шара без существенных ограничений во времени;

3. возможность автоматизированной обработки информации в местах ее возникновения с помощью персональной ЭВМ;

4. возможности удаленного доступа и обработки информации, хранящейся в распределенных базах и банках данных.

ИТ развивались в процессе целенаправленной интеграции средств хранения, обработки, передачи и представления информации в комплексные системы, обеспечивающие циркуляцию требуемых потоков данных в рамках определенных организационных систем.

На современном этапе автоматизированная обработка данных в организационных системах характеризуется переходом от централизованной обработки информации к распределенной (децентрализованной), на основе широкого применения персональных ЭВМ.

Объединение ЭВМ в сети (локальные и региональные) позволяет пользователям сочетать преимущества автономной распределенной обработки информации с возможностями индивидуального доступа к общим информационным ресурсам отдела, предприятия, района и т.д.

Ввод и обработка информации на рабочем месте сотрудника (руководителя и специалиста) с использованием ПК позволяет повысить качество, точность, своевременность и актуальность подготавливаемых документов и увеличить скорость их подготовки.

Объединение автоматизированных рабочих мест сотрудников в локальные вычислительные сети (ЛВС) позволяет снизить затраты на информационный обмен, решить задачу оптимального использования вычислительных мощностей и ресурсов. Включение в качестве элемента ЛВС высокопроизводительной ЭВМ с внешними запоминающими устройствами большого объема позволяет централизовать информацию, необходимую для совместной обработки всеми пользователями сети и исключить дублирование такой информации.

Технические средства "электронной почты" и вычислительных систем позволяют внедрять в организационных системах безбумажные технологии, при которых часть информационных потоков и массивов (файлов) переносятся на бумажный носитель лишь в строго регламентированных случаях, связанных в основном с подготовкой и представлением в официальных итоговых отчетов.

В современном учреждении выполняется несколько десятков видов работ, включающих:

• осуществление информационных коммуникаций внутри организации и между организациями;

• изучение, поиск, накопление и генерирование информации (чтение документов, подготовка отчетов, писем, ответов на письма, поиск необходимых данных, ведение архивов и т.п.);

• анализ данных и принятие решений;

• управление функционированием организации;

• информационное обслуживание руководителей и т. д.

Основными элементами современного "электронного" учреждения являются автоматизированные рабочие места (АРМы) пользователей, системы редактирования текстов, базы данных и средства управления ими (СУБД), информационно-вычислительные сети, электронная почта, средства печати и копирования документов и др.

Автоматизированное рабочее место (АРМ) - вычислительная система, предназначенная для автоматизации профессиональной деятельности.

Производительность труда при использовании АРМ на рутинных операциях, применяемых при подготовке и передаче документов увеличивается в несколько раз за счет применения специального программного обеспечения.

Примеры функций пользователей - сотрудников, реализуемые на АРМе соответствующего типа являются:

• подготовка документов, содержащих текстовые, табличные и графические фрагменты на основе анализа доступной информации;

• хранение и поиск информации;

• прием/передача документов (или их фрагментов) внутри учреждения и за его пределы;

• обеспечение режима использования и надежного хранения документов.

Функции АРМов руководителей организации и ее подразделений существенно отличаются от функций АРМ сотрудника (служащего, специалиста).

К основным функциям руководителя относятся: долгосрочное и оперативное планирование работ, общение со смежными подразделениями, проведение рабочих совещаний, выдача поручений и контроль за их выполнением, регистрация и исполнение поручений руководства, оценка деятельности сотрудников, подразделения и организации в целом и другие функции. Большинство этих функций может быть успешно реализовано при наличии соответствующего прикладного программного обеспечения АРМ руководителя.

Таким образом, внедрение информационных технологий в процесс управления организациями не ограничивается только автоматизацией сбора, хранения и представления данных, а распространяется также на анализ информации и поддержку принятия решений. В большинстве случаев решения принимаются на основе математического моделирования технико-экономической ситуации в конкретной предметной области. Рассматриваемое в таком аспекте АРМ руководителя становится усилителем его интеллекта, помогает находить достаточно эффективные (неубыточные) управленческие решения в сложных, динамически изменяющихся ситуациях.

Необходимость в обмене информацией в различных сферах управленческой деятельности, получении новых сведений в результате коллективного обсуждения проблем привели к таким формам общения, как конференции, семинары, совещания.

Практически ни одна серьезная сделка, ни один договор не могут быть заключены без обсуждения на различных уровнях промежуточных результатов, итогов, вариантов решения, заслушивания оппонентов и принятия соответствующих решений. Эта идея была реализована новом виде информационного обслуживания - телеконференции. Участники таких конференций, удаленные друг от друга на сотни и тысячи километров, благодаря современной электронике могут видеть друг друга, обмениваться данными и графической информацией дискутировать в условиях, максимально приближенных к реальной конференции.

Организация телеконференций требует привлечения весьма разнообразной аппаратуры: терминалов, факсимильной связи, телевизионных камер, видеомагнитофонов, компьютеров, модемов, акустической аппаратуры.

Новейшей технологией информационного обслуживания организаций являются создание использование автоматизированных информационных систем интеллектуального типа (экспертные системы, функционирующие в режиме реального времени, ситуационные комнаты, интеллектуальные системы поддержки принятия решения и т.д.).

2. Информационные технологии в обучении

Создание и совершенствование компьютеров привело и продолжает приводить к созданию новых технологий в различных сферах научной и практической деятельности. Одной из таких сфер стало образование. Нетрадиционные информационные системы, связанные с обучением, называют информационно-обучающими.

Автоматизированная обучающая система (АОС) - комплекс программных, технических и учебно-методических средств, предназначенных для активного индивидуального обучения человека на основе программного управления этим обучением.

Благодаря своим конструктивным и функциональным особенностям современный персональный компьютер находит применение в обучении самым разнообразным дисциплинам и служит базой для создания большого числа новых информационных технологий обучения.

Компьютерная технология повышает интерес к обучению. В настоящее время существует огромное множество обучающих программ по самым разным предметам, ориентированных на самые различные категории учащихся, начиная с детских садов и заканчивая персоналом атомных электростанций.

Типы обучающих программ

Основанием для классификации служат обычно особенности учебной деятельности обучаемых при работе с программами. Обычно выделяют четыре типа обучающих программ:

• тренировочные и контролирующие;

• наставнические;

• имитационные и моделирующие;

• развивающие игры.

Тренировочные программы предназначены для закрепления умений и навыков. Предполагается, что теоретический материал уже изучен. Эти программы в случайной последовательности предлагают учащемуся вопросы и задачи и подсчитывают количество правильно и неправильно решенных задач (в случае правильного ответа может выдаваться поощряющая реплика, при неправильном ответе можно получить помощь в виде подсказки).

Наставнические программы предлагают ученикам теоретический материал для изучения. Задачи и вопросы служат в этих программах для организации человеко-машинного диалога, для управления ходом обучения. Так, если ответы, даваемые учеником, неверны, программа может "откатиться назад" для повторного изучения теоретического материала.

Программы наставнического типа являются прямыми наследниками средств программированного обучения 60-х годов в том смысле, что основным теоретическим источником современного компьютерного или автоматизированного обучения следует считать программированное обучение. В публикациях зарубежных специалистов и сегодня под термином "программированное обучение" понимают современные компьютерные технологии. Одним из основоположников концепции программированного обучения является американский психолог Б.Ф.Скиннер.

Главным элементом программированного обучения является программа, понимаемая как упорядоченная последовательность рекомендаций (задач), которые передаются с помощью программированного учебника и выполняются обучаемыми. Существует несколько разновидностей программированного обучения.

• линейное программированное обучение. Линейная программа характеризуется следующими особенностями:

• разветвленная программа. Разветвленная программа основана выборе одного правильного ответа из нескольких данных, она

Если основой линейной программы является стремление избежать ошибок, то разветвленная программа не направлена на ликвидацию ошибок в процессе обучения: ошибки трактуются как возможность обнаружить недостатки в знаниях обучаемых, а также выяснить, какие проблемы обучаемые уяснили недостаточно. Постепенно (линейное и разветвленное программированное) уступили место смешанным формам.

Существует и продолжает разрабатываться большое количество инструментальных программ такого вида. Общим их недостатком является высокая трудоемкость разработки, затруднения организационного и методического характера при использовании в реальном процессе обучения.

Моделирующие программы основаны на графических иллюстративных возможностях компьютера, с одной стороны, и вычислительных, с другой, и позволяют осуществлять компьютерный эксперимент. Такие программы предоставляют возможность наблюдать на экране дисплея некоторый процесс, влияя на его ход подачей команды с клавиатуры, меняющей значения параметров.

Развивающие игры предоставляют в распоряжение ученика некоторую воображаемую среду, существующий только в компьютере мир, набор каких-то возможностей и средств их реализации. Использование предоставляемых программой средств для реализации возможностей, связанных с изучением мира игры и деятельностью в этом мире, приводит к развитию обучаемого, формированию у него познавательных навыков, самостоятельному открытию им закономерностей, отношений объектов действительности, имеющих значение.

Наибольшее распространение получили обучающие программы первых двух типов в связи с их относительно невысокой сложностью, возможностью унификации при разработке многих блоков программ. Если программы 3-го и 4-го типов требуют большой работы программистов, психологов, специалистов в области изучаемого предмета, педагогов-методистов, то технология создания программ 1-го и 2-го типов сегодня сильно упростилась с появлением инструментальных средств или наполняемых автоматизированных обучающих систем.

В процессе контроля знаний широкое распространение получило компьютерное тестирование. В ряде стран тестирование вытеснило традиционные формы контроля - устные и письменные экзамены и собеседования.

Типы компьютерных тестовых заданий определяются способами однозначного распознавания ответных действий тестируемого в соответствии с моделью знаний.

Учебная мультимедиа и гипермедиа-технология представляет собой развитие технологии программированного обучения, хотя упор делается не на адаптивность обучения и его методическое обоснование, а на внешнюю иллюстративно-наглядную сторону. Современные графические и звуковые возможности компьютера обусловили появление средств гипер- и мультимедиа.

Мультимедиа технология - представление информации в форме видеоизображения с применением мультипликации и звукового сопровождения.

Гипермедиа технология - компьютерное представление данных различного типа, в котором автоматически поддерживаются смысловые связи между выделенными понятиями, объектами или разделами.

Научные исследования в данной области связаны с разработкой технологий создания учебных курсов большего размера на основе возможностей мульти- и гипермедиа. Под управлением компьютера система мультисред может производить в едином представлении объединение текста, графики, звуков, видеообразов и мультипликации. Технология мультимедиа в последнее время широко применяется для создания электронных книг и учебников.

Развитием идей мультимедиа являются технологии компьютерной виртуальной реальности. В этом случае с помощью специальных экранов, датчиков, шлемов, перчаток и т.п. полностью моделируется управление, например, самолетом, так что у обучаемого возникает полная иллюзия того, что он находится в кабине самолета и им управляет.

3. Информационные технологии научных исследований

Автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) представляют собой программно-аппаратные комплексы, обрабатывающие данные, поступающие от различного рода экспериментальных установок и измерительных приборов, и на основе их анализа облегчающие обнаружение новых эффектов и закономерностей (рис. 15).

Блок связи с измерительной аппаратурой преобразует к нужному виду информацию, поступающую от измерительной аппаратуры.

В базе данных хранится информация, поступившая из блока связи с измерительной аппаратурой, а также заранее введенная с целью обеспечения работоспособности системы.

Расчетный блок, выполняя программы из пакета прикладных программ, производит все математические расчеты, в которых может возникнуть потребность в ходе научных исследований.

Расчеты могут выполняться как по требованию исследователя, так и блока имитационного моделирования. При этом на основе математических моделей воспроизводится процесс, происходящий во внешней среде.

Экспертная система моделирует рассуждения специалистов данной предметной области. С ее помощью исследователь может классифицировать наблюдаемые явления, диагностировать течение следуемых процессов.

Риунок 15 - Типовая структура АСНИ

АСНИ получили широкое распространение в молекулярной химии, минералогии, биохимии, физике элементарных частиц и многих других науках.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. В чем суть процесса информатизации образования?

2. Какие задачи решаются с помощью автоматизированных обучающих систем?

3. Что такое дистанционное обучение?

4. Назовите основные перспективные направления использования СНИТ в образовании.

5. Расскажите об областях применения систем виртуальной реальности.

Тема 11. Информационные технологии в делопроизводстве

1. Классификация средств обработки текстовой информации

2. Сравнительная характеристика текстовых редакторов для ЭВМ

3. Сравнительная характеристика популярных текстовых редакторов и издательских систем

1. Классификация средств обработки текстовой информации

Подготовкой разнообразных документов (текстов) занимаются специалисты различных направлений. Писатель, ученый, инженер, экономист, бухгалтер, учитель и многие другие работники составляют документы различного содержания и вида. Подготовить документы можно, используя пишущую машинку. При этом следует учитывать, что возможности редактирования такого документа минимальные. Можно исправить букву, расставить недостающие знаки препинания. Если же вы пропустили слово или фразу, вам, по-видимому, придется перепечатать весь лист. Делая перепечатку листа, можно снова допустить какие-либо ошибки или опечатки. С появлением персонального компьютера процесс подготовки и редактирования текста значительно изменился. Просматривая текст на экране дисплея, можно исправить допущенные при наборе ошибки и опечатки. При этом вы не рискуете наделать опечаток там, где их не было, как это может случиться при перепечатке текста на пишущей машинке. Разрезая строки, можно осуществлять вставку пропущенных слов и фраз. После этой процедуры вы имеете возможность выровнять текст по левому или по правому краю, отформатировать его по заданному формату. При необходимости можно переносить, копировать и удалять отдельные слова или части текста. Для выделения заголовков, слов или фраз можно использовать различные шрифты. Текст можно вывести на печать, когда процесс редактирования будет закончен. Его можно сохранить во внешней памяти (например, на жестком или гибком магнитном диске) и при необходимости вносить в него новые изменения.

Очень часто среди преимуществ подготовки документа с использованием ПЭВМ указывают возможность получения большого количества копий на принтере. Однако хотелось бы заметить, что для этого существует множительная техника. Существуют и многие другие преимущества подготовки документов с использованием ПЭВМ: контекстный поиск и замена подстрок текста; задание произвольных межстрочных промежутков; автоматическая нумерация страниц; набор текста в несколько столбцов; использование операции "откатки" (отказа от нескольких последних операций, произведенных с текстом); проверка правописания и подбор синонимов; построение оглавлений и многое другое.

Эти возможности пользователю ПЭВМ предоставляют различные программы подготовки и редактирования текстов. Программ таких очень много, и их возможности отличны. В этой связи целесообразно говорить о классификации средств обработки текстовой информации.

Текстовый редактор - это инструментальное программное средство, предназначенное для создания и редактирования текстов, не содержащих сложных структур (параграфов,глав и др.), и имеющее малое количество функций.

К текстовым редакторам следует отнести редакторы текстов программ (EdLin, EdiProf) и встроенные редакторы. Как правило, текстовый редактор - это реализованная в виде функций в более сложной системе возможность редактирования текстов. Так, например, в оболочке Norton Commander существует функция Edit, допускающая редактирование текста, объемом не более 26480 байтов. Функция Edit реализована в системе PC Tools, в турбо-системах и т.д. Отличительной особенностью текстовых редакторов является ограниченность их возможностей. Как правило, они не предполагают работу с такими регулярными структурами текста, как глава, параграф, абзац. Заметим, что текст программы на каком-либо алгоритмическом языке сам по себе не содержит таких структур. Используют текстовые редакторы чаще всего для набора текста программ или экстренного внесения незначительных изменений в небольшой по объему текст. Простота текстовых редакторов с точки зрения их функционального наполнения обуславливает и простоту работы с ними.

Множество дополнительных функций реализовано в текстовых процессорах. Текстовый процессор - это инструментальное программное средство, предназначенное для создания и редактирования текстов сложной структуры и имеющее широкое функциональное наполнение. Чаще всего различают текстовые процессоры общего и специального назначения. Отличительной особенностью текстовых процессоров является возможность обрабатывать такие регулярные структуры документа, как абзац, параграф, страница и др. В мире существует сотни текстовых процессоров, различных по своему функциональному наполнению. Чем больше функций реализует тот или иной процессор, тем он более сложен для освоения. Среди наиболее распространенных - текстовые процессоры общего назначения: Лексикон, Фотон, Multe-Edit, Xy Write, Microsoft Word, Word Perfect.

2. Сравнительная характеристика текстовых редакторов для эвм

Проводя сравнительную характеристику текстовых редакторов, оценивают, как правило, следующие их функции: редактирование, форматирование, слияние файлов, настольное издательство, печать и такую характеристику, как быстрое действие.

Рассматривая функцию редактирования, особое внимание уделялось таким возможностям, как: максимальное количество окон, наличие команды Undo (откатки); поиск опечаток; использование перекрестных ссылок; обработка структурированных текстов; режим, редактор и язык программирования макрокоманд.

Функция форматирования оценивается в зависимости от наличия следующих возможностей: контроль за висячими заголовками; управление заголовками, многоколонковый набор, задание таблицы стиля.

Под слиянием файлов подразумевается возможность считывания файлов, подготовленных в системах Lotus 1-2-3, dBASE: считывание ASCII- файлов; возможность использования условного оператора и математики; создание табличной формы.

Важнейшими возможностями настольного издательства, которые чаще всего реализованы в текстовых процессорах - это импорт графики, предварительный просмотр страниц, размещение текста вокруг графики, рисование линий или прямоугольников с текстом.

При оценке функции печати рассматривают возможность организации пропорциональной разрядки, постановки документов в очередь на печать, фоновой печати и поддержки языка PostScript.

В нашей стране широкое распространение получил текстовый процессор Лексикон, который реализует такие функции, как: работа с абзацем, фрагментом, страницей; поиск и замена, форматирование, выход в DOS и многие другие.

Среди текстовых процессоров специального назначения следует отметить такие, как Unv Editor (до версии 4,0 этот процессор назывался ChiWriter) и Rt-chk, пригодных для подготовки научных текстов, содержащих математические, физические или химические формулы, допускающие возможность использования до 20-ти различных шрифтов одновременно (для одного документа). Кроме того, они позволяют готовить документы с использованием верхних и нижних индексов, готическими, греческими, латинскими и русскими буквами и специальными знаками, такими как, например, или Rt-chk имеет встроенный перекодировщик, работающий с 4-мя кодовыми таблицами (Основной, Альтернативной, КОИ-8 и Болгарской). Повысить эффективность и возможности текстового процессора позволяют специализированные программы корректировки документов. Специализированные программы обработки текстовой информации - это программные средства, имеющие узкую специализацию. Среди таких программ следует отметить программы проверки правописания и подбора синонимов, формирования текстов, перекодировщики, программы групповой записи текстов, словарные программы. Многие текстовые процессоры в качестве функций содержат некоторые из таких программ. Однако, как правило, возможности встроенных программ ограничены по сравнению со специализированными. В качестве примера рассмотрим возможность орфографического контроля текста (иногда такие программы называют спеллерами - от английского слова speller).

Текстовый процессор Лексикон реализует функцию орфографического контроля. Однако словарь последней некоммерческой версии 6,67 содержит около 15 тысяч слов. Самой популярной специализированной программой по проверке правописания русских текстов является программа ОРФО. Словарь этой программы (V3.0) содержит 220 тыс. лексем (около 3.5 миллионов форм слов). Программа обладает уникальным словарем синонимов в 30 тыс. слов и выражений. В ОРФО реализованы такие функции, как поиск ошибок согласования слов в предложении по роду, числу и падежу; поиск нарушения правил пунктуации и неправильного использования заглавных и строчных букв; поддержка работы манипулятора "мышь". Программа является резидентной и совместимой со многими текстовыми процессорами (в том числе с Microsoft Word, Word Perfect, Multi-Edit, Лексикон).

Программы формирования текстов помогают составить (задать) общий вид документа. Кроме того многие из них могут сжать или расширить весь текст или его часть, а также, что делает документ более читаемым; при необходимости осуществить динамическое копирование заголовков (при сжатии или расширении одного из них соответственно изменяются и все другие). Некоторые программы формирования текстов содержат образцы форм текста; глоссарий; спеллер; поддерживают сортировку заголовков и сбор примечаний под одним заголовком. Программы могут загружаться в компьютер резидентно, автономно или совместно с текстовым процессором, базой данных или электронными таблицами. Среди наиболее распространенных: Grand Viwe (Symantek), Max-89, PC-Outline (Broun Bag Software).

Проблема совместимости текстовых процессоров в некоторых случаях может быть решена с помощью так называемых перекодировщиков текста или программ преобразования файлов. Среди наиболее распространенных -перекодировщик CONV, позволяющий достичь совместимости текстов, написанных в системах, использующих три различных вида кодовых таблиц (Основную, Альтернативную и Болгарскую). Другой перекодировщик с таким же названием работает с Альтернативной кодовой таблицей и старым вариантом КОИ-8. Тем самым он обеспечивает совместимость текстовых процессоров компьютеров IBM PC и Yamaha, последний из которых используется в некоторых высших педагогических учебных заведениях и школах (более подробно о перекодировщиках в следующих уроках). Кроме того существуют программы, обеспечивающие преобразование файлов, подготовленных на одном и том же типе техники, но с использованием различных процессоров текстов. Так, например, программа Software Bridge (V.3.11) обеспечивает преобразование форматов файлов между 19 текстовыми процессорами (в том числе Word Perfect, Microsoft Word). Эта программа позволяет изменять подстрочные примечания, шрифты. А программа Word Transformer (V.4.01) преобразует файлы в формат ASCII, поддерживает 18 наиболее распространенных текстовых процессоров (в том числе Microsoft Word, Xy Write, Word Perfect).

Огромную помощь в подготовке документа, над которым одновременно работают несколько авторов, могут оказать программы групповой записи текстов. Они позволяют вносить поправки и комментарии в документ, не уничтожая оригинала. Некоторые из этой группы программ позволяют сравнить два текста и выделить в них, например цветом, отличные части. Другие - используют различные шрифты для изменений, вносимых в текст. Одной из наиболее популярных программ групповой записи текстов является программа ForComment, разработанная фирмой Braderbund. С документом могут работать до 15 соавторов. Внесения изменения помечаются именем соавтора и датируются. Однако вносить поправки в оригинал может только редактор. Программа позволяет хранить до 26 вариантов документа и до 15 замечаний или комментариев к каждой строке.

Словарные программы ориентированы на использование специалистами различных отраслей знаний и содержат определение слов и фраз. Многие из них могут: содержать перекрестные ссылки; отыскивать синонимы; давать множество определений для слов, имеющих более одного значения; проверять правильность написания слов. В качестве примера можно привести программу Stedmans Medical Dictionary, которая является медицинским словарем на 68 тыс. терминов. Программа Chace Wards позволяет дать определение 80 тыс. слов (в том числе и из "Краткого словаря по электронике издательства Webster") и 40 тыс. синонимов. Все эти программы позволяют наиболее профессионально редактировать различные документы. Однако для подготовки такой печатной продукции, как книги, журналы, рекламные буклеты, в большей степени подходят издательские системы. Чаще всего они позволяют работать в режиме WYSIWYG (What You See Is What You Get - что Вы видите, то и получаете). Имея менее низкие показатели при наборе текста по сравнению со многими текстовыми процессорами, они располагают уникальными возможностями по их верстке. Среди наиболее типичных следующие возможности: загрузить текстовый или графический файл; осуществить элементарную корректировку текста; выделить участки текста иным шрифтом; осуществить многоколонковый набор; воспользоваться графическими примитивами (линия, прямоугольник, круг, окружность, закрашенный прямоугольник и др.); наложить объекты друг на друга; создать стилевой файл или новый шрифт; задать полиграфические параметры каждого абзаца и многое другое. Кроме того, издательские системы ориентированы на использование лазерных принтеров или фотонаборных автоматов. Среди наиболее распространенных - издательские системы Page Maker, Ventura Publisher, Legend, The Office Publisher.

3. Сравнительная характеристика популярных текстовых редакторов и издательских систем

Наиболее популярны: Блокнот, Microsoft Word, Lexicon, PageMaker, Vim.

Блокнот, WordPad - стандартные программы Windows. Они предназначены для набора и редактирование текста.

Редактирование текста - процесс обработки текстовой информации для придания ей нужного вида.

Microsoft Word, Lexicon - предназначены для профессионального редактирования и форматирования текста

Форматирование текста - процесс придания тексту определенного вида, связанный с определением левой и правой границ текста, абзацного отступа и т.д

PageMaker -редактор-издательская система

Издательские системы ориентированы на работу с текстовыми и графическими блоками, в то время как текстовые процессоры — на работу с одним текстовым блоком, хотя и состоящим из произвольного числа колонок.

Современные текстовые редакторы обладают весьма широкими возможностями и позволяют управлять такими элементами верстки, какие еще в недавнем прошлом были прерогативой издательских систем. Но, тем не менее, если речь идет именно об издательстве, то для получения высококачественных макетов вам не обойтись без системы верстки. Ниже приведена сравнительная таблица возможностей одной из наиболее популярных издательских систем — PageMaker и одного из наиболее широко применяемых текстовых редакторов — Microsoft Word. Несмотря на общую тенденцию расширения возможностей текстовых редакторов (например, поддержка стилей абзацев, шаблонов, работы с графикой, кернинга и трекинга) и заимствования издательскими системами некоторых удачных находок современных текстовых редакторов (макроопределения и макроязыки, создание электронных публикаций и др.), как такового слияния не происходит. Это обусловлено различной направленностью этих программ. Издательские системы ориентированы на типографское воспроизведение создаваемых документов. Они содержат многие "лишние" для текстовых процессоров функции: поддержку цветоделения и управления цветом, тонкие настройки характеристик шрифта (точный, заказной и ручной кернинг и трекинг), треппинг, высокую точность расположения элементов и др. Но без этих функций при создании полиграфического продукта не обойтись.

Нельзя не упомянуть и об отличии, которое бросается в глаза. Издательские системы ориентированы на работу с текстовыми и графическими блоками, в то время как текстовые процессоры — на работу с одним текстовым блоком, хотя и состоящим из произвольного числа колонок. Эта концепция издательских систем позволяет с абсолютной свободой (вы не приходили в отчаяние от неожиданного поведения рамок в Microsoft Word?) размещать текстовые и графические материалы на страницах. Вы не чувствуете себя скованным ограничениями инструмента, а следуете только своей дизайнерской идее.

Речь идет не о сравнении, что лучше: издательская система или текстовый процессор, а о том, что более соответствует вашим задачам. Мы советуем использовать текстовый процессор для создания небольших документов, рассчитанных на узкий круг читателей. Если же документ предназначен для чтения широкой аудиторией, то лучше обратиться к издательской системе. В случае создания макетов для типографского тиражирования издательская система просто необходима. Однако не спешите деинсталлировать привычный текстовый процессор. Он пригодится не только как "рабочая лошадка" для создания обыкновенных документов, но и при подготовке текстового материала для верстки. Дело в том, что издательская система предназначена не для набора больших объемов текста, а для "сборки" макета из текстовых и графических блоков. Предполагается, что блоки — набранный текст, фотографии, рисунки — создаются в отдельных приложениях, обладающих специальными функциями для их создания и обработки. Если вы выбрали продукты Adobe, то это Adobe Photoshop и Adobe Illustrator, о которых уже говорилось выше, и конечно, текстовый редактор. Проектирование рациональной технологии следует рассматривать как задачу принятия решений. Каждая задача такого типа характеризуется наличием ряда целей и наличием различных путей достижения 12 этих целей с различной эффективностью их реализации. Эффективность реализации различных вариантов технологического процесса должна быть количественно определена, т.е. выражена с помощью определенной величины: критерия эффективности.

Пользуясь этим показателем, можно определить сравнительные достоинства и недостатки различных вариантов организации технологических процессов. Кроме того, углубляясь в сравнительные оценки, необходимо говорить и об эффективности использования тех или иных готовых программных продуктов однотипных или близких по своим функциональным возможностям, будь то табличные процессоры, текстовые редакторы, базы данных или интегрированные ППП.

Тема 12. Базовые информационные технологии

1 Технологии и средства обработки текстовой информации

2 Технологии и средства обработки числовой информации

1 Технологии и средства обработки текстовой информации

Технологии обработки текстов являются одними из наиболее распространенных технологий обработки информации. Текст – любая последовательность символов, к которым относятся буквы, пробел, знаки препинания, цифры, знаки арифметических операций и т.п. Текст можно создать карандашом, пером, авторучкой, на пишущей машинке, наконец, на компьютере.

К аппаратным средствам компьютера для ввода текстового документа относится клавиатура, световой карандаш со специальным планшетом, сканер.

К программным средствам, предназначенным для работы с текстами, относятся:

• электронные блокноты;

• текстовые редакторы;

• текстовые процессоры;

• редакционно-издательские системы;

• программы-переводчики;

• лингвистические корректоры;

• системы, осуществляющие интеллектуальный поиск и интеллектуальную обработку текстов, размещенных в сетях.

Текстовый редактор – программное средство, предназначенное для создания (ввода, набора), редактирования и оформления текстов. Примеры: «Лексикон», «Слово и дело», «Edit», «Ched», «Note Pad», «Write».

Текстовый процессор отличается от текстового редактора более широкими функциональными возможностями:

• настраиваемое пользователем меню;

• использование контекстного меню;

• сопровождение текста таблицами и проведение в них простейших расчетов;

• вставка графических объектов (рисунков, диаграмм, заголовков и пр.) или создание рисунков с помощью встроенных инструментов;

• вставка формул, графиков, диаграмм;

• оформление текста списками, буквицами;

• использование инструмента автокоррекции текста и его автореферирования;

• создание и использование макросов;

• фоновая проверка орфографии, синтаксиса и др.

Примеры: Word (Microsoft Office), Word Pro (Lotus Smart Suite), Word perfect (Perfect Office), Accent, Word Pad.

Редакционно-издательские системы должны обеспечить все функции текстового процессора, а также:

• воспринимать тексты, созданные в различных текстовых редакторах;

• воспринимать отсканированные или нарисованные в графических редакторах иллюстрации, созданные на ПК разных платформ, и корректировать их цвета;

• иметь большой набор шрифтов и возможность их графического преобразования;

• иметь возможность для различного «обтекания» рисунка текстом;

• обеспечивать автоматическое оптимальное размещение текста на странице, автоматическую нумерацию страниц;

• обеспечивать адаптацию к различным печатающим устройствам и т.п.

Программы-переводчики или компьютерные словари содержат переводы на разные языки сотен тысяч слов и словосочетаний. Их возможности, предоставляемые пользователю, заключаются в следующем:

• выбор языка и направления перевода;

• предоставление не только общеупотребительных, но и специализированных слов;

• обеспечение быстрого поиска словарных статей;

• предоставление мультимедийных услуг – прослушивание слов в исполнении дикторов.

Рассматривая технологию создания текста, необходимо знать определение таких понятий как шрифт, графема, сериф, кегль, а также пагинация, выключка, кернинг, интерлиньяж.

Графема – единица письменного знака, выступающая в различных вариантах в зависимости от стиля письма, места в предложении и т.д.

Шрифт – выполненные в едином стиле графемы букв, используемых для письма.

Сериф – завиток (росчерк, засечка), образующий окончание линии, которой изображена буква или знак (литера).

Кегль – размер шрифта, определяемый литерой.

Выключка – выравнивание длины печатных строк по заданному размеру путем увеличения промежутков между словами.

Пагинация (от английского page – страница) – разбивка на страницы.

Кернинг – уменьшение расстояния между буквами для более удобного и комфортного восприятия текста глазом.

Интерлиньяж – регулировка промежутка между строками.

Формат файла определяет способ хранения текста в файле. Простейший формат текстового файла содержит только символы (числовые коды символов), другие же форматы содержат дополнительные управляющие числовые коды, которые обеспечивают форматирование текста.

Существуют универсальные форматы текстовых файлов, которые могут быть прочитаны большинством текстовых редакторов, и оригинальные форматы, которые используются отдельными текстовыми редакторами. Для преобразования текстового файла из одного формата в другой используются специальные программы – программы-конверторы.

Рассмотрим некоторые наиболее распространенные форматы текстовых файлов.

Только текст (Text Only) (TXT). Наиболее универсальный формат. Сохраняет текст без форматирования, в текст вставляются только управляющие символы конца абзаца. Применяют этот формат для хранения документов, которые должны быть прочитаны в приложениях, работающих в различных операционных системах.

Текст в формате RTF (Rich Text Format) (RTF). Универсальный формат, который сохраняет все форматирование. Преобразует управляющие коды в команды, которые могут быть прочитаны и интерпретированы многими приложениями, в результате информационный объем файла существенно возрастает.

Документ Word (DOC). Оригинальный формат используемой в настоящее время версии Word. Полностью сохраняет форматирование. Использует 16-битную кодировку символов, что требует использование шрифтов Unicode.

Документ Word 2.0, Word 6.0/95 (DOC). Оригинальные форматы предыдущих версий редактора Word. При преобразовании из формата Word 97/2000/2003 форматирование сохраняется не полностью.

Works 4.0 для Windows (WPS). Оригинальный формат интегрированной системы Works 4.0. При преобразовании из формата Word форматирование сохраняется не полностью.

HTML-документ (HTM, HTML). Формат хранения Web-страниц. Содержит управляющие коды (тэги) языка разметки гипертекста.

Выбор требуемого формата текстового документа или его преобразование производится в процессе сохранения файла.

Форматирование документа

Любой документ состоит из страниц, поэтому в начале работы необходимо задать значения параметров страницы: формат, ориентацию, размер полей и др.

При создании реферата, курсовой работы и др. целесообразно выбрать формат страницы А4, который соответствует размеру стандартного листа бумаги для принтера.

Существуют две возможные ориентации страницы – книжная и альбомная. Для обычных текстов чаще всего используется книжная ориентация, а, например, для таблиц с большим количеством столбцов – альбомная.

На странице можно установить требуемые размеры полей (верхнего, нижнего, правого и левого), которые определяют расстояние от краев страницы до границы текста. Для вывода на каждой странице документа одинакового текста (например, имени автора, названия документа и др.) удобно использовать верхний или нижний колонтитул. Расстояние от края страницы до колонтитула можно изменять.

Страницы документа требуется нумеровать, причем номера можно размещать по-разному (вверху или внизу страницы, по центру, справа или слева).

Абзац является одним из основных объектов текстового документа. В компьютерных документах абзацем считается любой текст, заканчивающийся управляющим символом (маркером) конца абзаца. Ввод конца абзаца обеспечивается нажатием клавиши <Enter> и отображается символом ¶, если включен режим отображения непечатаемых символов.

Абзац может состоять из любого набора символов, рисунков и объектов других приложений. Форматирование абзацев позволяет подготовить правильно и красиво оформленный документ.

Выравнивание абзацев отражает расположение текста относительно границ полей страницы. Чаще всего используют четыре способа выравнивания абзацев: по левому краю, по центру, по правому краю, по ширине.

Чаще всего абзац начинается отступом первой строки. Отступ может быть различных типов: положительный отступ (когда первая строка начинается правее всех остальных строк абзаца), отрицательный отступ – выступ (когда первая строка выходит влево относительно остальных строк абзаца), нулевой отступ.

Расстояние между строками документа можно изменять, задавая различные значения междустрочных интервалов (одинарный, двойной и т. д.). Для визуального отделения абзацев друг от друга можно устанавливать увеличенные интервалы между абзацами.

Символы являются теми основными объектами, из которых состоит документ. Символы – это буквы, цифры, пробелы, знаки пунктуации, специальные символы. Символы можно форматировать, т. е. изменять их внешний вид.

Среди основных свойств символов можно выделить следующие: шрифт, размер, начертание и цвет.

Шрифт – это полный набор символов определенного начертания, включая строчные и прописные буквы, знаки препинания, специальные символы, цифры и знаки арифметических действий. Для каждого исторического периода и разных стран характерен шрифт определенного рисунка. Каждый шрифт имеет свое название. Например, наибольшей популярностью пользуются шрифты Times New Roman, Arial.

Единицей измерения размера шрифта является пункт (1 пт = 0,376 мм). Размеры шрифтов можно изменять в больших пределах (обычно от 1 до 1638 пунктов).

Кроме нормального (обычного) начертания символов обычно применяют полужирное, курсивное, полужирное курсивное.

Можно установить дополнительные параметры форматирования символов: подчеркивание символов различными типами линий, изменение вида символов (верхний индекс, нижний индекс, зачеркнутый), изменение расстояния между символами (разреженный, уплотненный) и др.

Если планируется многоцветная печать документа, то для различных групп символов можно задать различные цвета, выбранные из предлагаемой текстовым редактором палитры.

Для размещения в документе различных перечней применяются списки. Существуют следующие виды списков:

• нумерованные списки, когда элементы списка сопровождаются арабскими или римскими цифрами и буквами,

• маркированные списки, когда элементы списка отмечаются с помощью специальных символов-маркеров.

Возможно создание и вложенных списков, причем вкладываемый список может по своему типу отличаться от основного.

Иногда в текстовых документах используются таблицы. Таблица – это объект, состоящий из строк и столбцов, на пересечении которых образуются ячейки. С помощью таблиц можно форматировать документы, например, расположить абзацы в несколько рядов, совместить рисунок с текстовой подписью и так далее.

При размещении в таблице чисел можно производить над ними вычисления по формулам: суммирование, умножение, поиск максимального и минимального чисел и др.

2 Технологии и средства обработки числовой информации

К аппаратным средствам ввода числовой информации относится клавиатура, вывода – принтер, обработки – процессор и сопроцессор.

К программным средствам ввода и обработки числовой информации относятся:

• электронные калькуляторы;

• электронные таблицы (SuperCalc, Excel, Lotus и др.);

• пакеты прикладных программ для статистической обработки данных (Systat, Statistica, Stadia и др.);

• специализированные математические пакеты прикладных программ (Eureka, Mathcad, Matlab, Maple и др.).

Электронные калькуляторы являются специализированными программными приложениями, предназначенными для произведения вычислений. Электронные калькуляторы по своим функциональным возможностям соответствуют аппаратным микрокалькуляторам.

Электронный Калькулятор является стандартным приложением операционной системы Windows. С его помощью можно:

• производить арифметические действия над целыми и дробными числами;

• переводить числа из одной системы счисления в другую;

• вычислять значения математических функций;

• вычислять значения статистических функций;

• вычислять значения финансовых функций и др.

Электронные калькуляторы позволяют проводить сложные многоступенчатые вычисления с записью промежуточных результатов в ячейки памяти калькулятора. По мере необходимости такие результаты можно извлекать из памяти и использовать в дальнейших вычислениях.

Электронные калькуляторы позволяют обмениваться числовыми данными с другими приложениями с использованием буфера обмена операционной системы.

Электронная таблица – работающее в диалоговом режиме приложение, хранящееся и обрабатывающее данные в прямоугольных таблицах. Наибольшее распространение получили электронные таблицы Microsoft Excel и StarCalc.

Электронная таблица состоит из столбцов и строк. Заголовки столбцов обозначаются буквами и сочетаниями букв (А, В, АВ и т. п.), заголовки строк – числами (1, 2, 3 и т. д.). Ячейка – место пересечения столбца и строки.

Каждая ячейка таблицы имеет свой собственный адрес. Адрес ячейки составляется из заголовка столбца и заголовка строки, например А1, В3, Е6. Ячейка, с которой производятся какие-то действия, выделяется рамкой и называется активной.

Электронные таблицы, с которыми работает пользователь в приложении, называются рабочими листами. Можно вводить и изменять данные одновременно на нескольких рабочих листах, а также выполнять расчеты на основе данных из нескольких листов. Документы электронных таблиц могут включать несколько рабочих листов и называются рабочими книгами.

В работе с электронными таблицами можно выделить три основных типа данных: число, текст и формула. В зависимости от решаемой задачи возникает необходимость применять различные форматы представления данных. В каждом конкретном случае важно выбрать наиболее подходящий формат.

Для представления чисел по умолчанию электронные таблицы используют числовой формат, который отображает два десятичных знака после запятой (например, 187,40).

Экспоненциальный формат применяется, если число, содержащее большее количество разрядов, не умещается в ячейке (например, число 15 000 000 000 в экспоненциальном формате будет записано в следующем виде: 1,50Е+10).

По умолчанию числа выравниваются в ячейке по правому краю. Это объясняется тем, что при размещении чисел друг под другом (в столбце таблицы) удобно иметь выравнивание по разрядам (единицы под единицами, десятки под десятками и т. д.).

Текстом в электронных таблицах является последовательность символов, состоящая из букв, цифр и пробелов, например, запись «80 Мбайт» является текстовой. По умолчанию текст выравнивается в ячейке по левому краю. Это объясняется традиционным способом письма (слева направо).

Формула должна начинаться со знака равенства и может включать в себя числа, имена ячеек, функции и знаки математических операций. В формулу не может входить текст.

При вводе формулы в ячейке отображается не сама формула, а результат вычислений по этой формуле. При изменении исходных значений, входящих в формулу, результат пересчитывается немедленно.

Для представления данных можно использовать также специализированные форматы: денежный формат (4000,00р.) удобен для бухгалтерских расчетов, форматы дата и время позволяют хранить значения временных данных (12.02.2006; 14:35:10).

В формулах используются ссылки на адреса ячеек. Существуют два основных типа ссылок: относительные и абсолютные. Различия между ними проявляются при копировании формулы из активной ячейки в другую ячейку.

Относительные ссылки в формулах используются для указания адреса ячейки, вычисляемого относительно ячейки, в которой находится формула. При перемещении или копировании формулы из активной ячейки относительные ссылки автоматически обновляются в зависимости от нового положения формулы. Относительные ссылки имеют вид: А1, В4.

Абсолютные ссылки в формулах используются для указания фиксированного адреса ячейки. При перемещении или копировании формулы абсолютные ссылки не изменяются. В абсолютных ссылках перед неизменяемыми значениями адреса ячейки ставится знак доллара (например, $A$2).

Если символ доллара стоит перед буквой (например, $A1), то координата столбца абсолютная, а строки – относительная. Если символ доллара стоит перед числом (например, A$1), то, наоборот, координата столбца относительная, а строки – абсолютная. Такие ссылки называются смешанными.

Формулы могут состоять не только из арифметических операторов и адресов ячеек. Часто в вычислениях приходится использовать формулы, содержащие функции. Электронные таблицы имеют несколько сотен встроенных функций, которые подразделяются на категории: Математические, Статистические, Финансовые, Дата и время и др. При вводе в формулу функций удобно использовать Мастер функций.

Электронные таблицы позволяют осуществлять сортировку данных, то есть производить их упорядочение. Данные в электронных таблицах можно сортировать по возрастанию или убыванию. При сортировке по возрастанию данные выстраиваются в следующем порядке:

• числа сортируются от наименьшего отрицательного до наибольшего положительного числа;

• текст сортируется в следующем порядке: числа, знаки, латинский алфавит, русский язык;

• пустые ячейки всегда помещаются в конец списка.

В электронных таблицах можно осуществлять поиск данных (строк) в соответствии с заданными условиями. Такие условия называются фильтром. В результате поиска будут найдены строки, удовлетворяющие заданному фильтру.

Условия задаются с помощью операций сравнения. Для числовых данных это операции равно (знак =), меньше (знак <), больше (знак >), меньше или равно (знак <=), больше или равно (знак >=). Для задания условия необходимо выбрать операцию сравнения и задать число.

Для текстовых данных возможны операции сравнения равно, начинается с (сравниваются первые символы), заканчивается на (сравниваются последние символы), содержит (сравниваются символы в любой части текста). Для задания условия необходимо выбрать операцию сравнения и задать последовательность символов.

Электронные таблицы позволяют визуализировать данные, размещенные на рабочем столе, в виде диаграммы или графика. Диаграммы и графики наглядно отображают зависимости между данными, что облегчает восприятие и помогает при анализе и сравнении данных.

Диаграммы могут быть различных типов и соответственно представлять данные в различной форме. Для каждого набора важно правильно подобрать тип создаваемой диаграммы. Для наглядного сравнения различных величин используются линейчатые диаграммы. Для отображения величин частей от целого применяется круговая диаграмма. Для отображения изменения величин в зависимости от времени и построения графиков функций используются диаграммы типа «график».

При рассмотрении пакетов статистической обработки следует указать сферы применения, средства графического представления данных и результатов. Пакеты статистической обработки предназначены для проведения статистической обработки больших массивов данных.

Математические пакеты позволяют решить практически любую математическую задачу и представить результаты расчетов в табличном или графическом виде. Многие математические пакеты имеют развитые средства построения трехмерных поверхностей, задаваемых с помощью функций.

3 Технологии и средства обработки графической информации

Распространение компьютерной графики началось с полиграфии. Но вскоре она вырвалась из тесных помещений типографий на простор широкого применения. Огромную популярность завоевали компьютерные игры, научная графика и фильмы. Сейчас без развитой и изощренной графики не обходится ни один фантастический фильм, ни одна компьютерная игра. Создаются изображения настолько реальные, что трудно поверить в то, что все это создано на компьютере. Мощнейшие машины и талантливейшие команды математиков, программистов и дизайнеров работают над этим. Ни один доклад в сфере бизнеса не обходится без компьютерной презентации.

Из простого перечисления областей применения видно, что понятие «компьютерная графика» довольно обширно – от алгоритмов, рисующих на экране причудливые узоры, до мощных пакетов 3D-графики и программ, имитирующих классические инструменты художника. То есть, компьютерная графика не является простым рисованием при помощи компьютера, а представляет собой довольно сложный комплекс, который условно можно разделить на несколько направлений:

• двухмерная графика

• полиграфия

• web-дизайн

• мультимедиа

• 3D-графика и компьютерная анимация

• видеомонтаж

• САПР и деловая графика.

Сферы применения компьютерной графики чрезвычайно разнообразны. Каждый ее раздел имеет свои отличительные особенности и тонкости «технологического производства». Для каждого из них создано свое программное обеспечение, включающее разнообразные специальные программы (графические редакторы). Вне зависимости от области использования каждый графический редактор должен иметь:

• инструменты рисования на компьютере;

• библиотеку готовых изображений;

• набор шрифтов;

• набор спецэффектов;

• а также быть совместимыми с другими графическими программами.

Многие пользователи ПК связывают понятие компьютерной графики с программами, предназначенными для редактирования двухмерных цифровых изображений. Это программное обеспечение по принципу действия и функциональному назначению можно разделить на три группы:

1. растровая графика

2. векторная графика

3. фрактальная графика.

Наиболее широко в компьютерной графике представлены первых два типа программ: растровые и векторные. А фрактальная графика, как и векторная – вычисляемая и занимает промежуточное положение между векторной и растровой. Кроме того, фрактальные узоры часто используют в качестве красивых фрактальных заливок в редакторах растровой и векторной графики. Двухмерная, или 2D-графика, - это основа всей компьютерной графики (в том числе и 3D-графики). Ни один компьютерный художник-дизайнер не может плодотворно работать над своими проектами без понимания базовых положений двухмерной графики.

Растровая графика

Большинство программ для редактирования изображений являются растровыми программами. В них изображение формируется из решетки крошечных квадратиков, именуемых пикселами. Поскольку каждый пиксел на экране компьютера отображен в специальном месте экрана, то программы, которые создают изображение таким способом, называют побитовыми, или программами с побитовым отображением. Решетку (или матрицу), образуемую пикселами, называют растром. Поэтому программы с побитовым отображением также называются растровыми программами.

Как создается цифровое изображение? Многие программы для обработки изображений позволяют пользователю выбирать нужные электронные кисть, цвет и краску. Иногда конечный результат неотличим от традиционной живописи, но, в общем, возможности компьютера гораздо шире традиционных..

Большинство традиционных изображений сначала поступают в компьютер при помощи сканера или цифрового фотоаппарата. С помощью сканера можно оцифровать слайд, диапозитив, фотографию путем преобразования изображения в цифровые данные. Методика сканирования изображения с последующими операциями цветокоррекции и ретуширования наиболее часто используются в печатной компьютерной продукции, в первую очередь при создании рекламных объявлений и обложек журналов. Компьютер может поменять цвет вашей прически или глаз, отретушировать родинку на щеке, изменить цвет или фон вашей фотографии, а также убрать все недостатки и дефекты. Для привлечения внимания зрителей компьютерные художники часто добавляют к фотографиям в журналах и рекламным объявлениям специальные эффекты, создавая сложные коллажи.

Процесс оцифровывания изображения посредством цифрового фотоаппарата несложен – человек просто направляет аппарат на объект съемки и нажимает спуск. Изображение мгновенно оцифровывается и записывается в запоминающее устройство внутри фотоаппарата. Вам не нужно покупать и проявлять пленку – ее просто нет. Вместо вывода изображения на слайды или печать фотографий оно загружается в компьютер по кабельной линии. Когда изображение появляется на экране компьютера, вы можете изменять его цвета, ретушировать, крутить-вертеть, изгибать, искажать для создания специальных эффектов в программах – редакторах изображений.

Растровые программы предназначены в основном для редактирования изображений, обеспечивая возможность цветокоррекции, ретуши и создания специальных эффектов на базе цифровых изображений. Пользуясь программными продуктами для формирования изображений, можно создавать коллажи, виньетки, фотомонтажи и подготавливать цветные изображения для вывода на печать.

На сегодняшний день программы редактирования изображений используются при производстве практически всех печатных изображений, где необходима фотография. Их применяют для стирания морщин с лиц фотомоделей, придания ярких красок пасмурным и мрачным дням и изменения общего настроения посредством специальных световых эффектов. Они также широко используются производителями мультимедиа для создания текстовых и фоновых эффектов и для изменения количества цветов изображения.

Векторная графика

Изображение, созданное в векторных программах, основывается на математических формулах, а не на координатах пикселов. Составляющие основу таких изображений кривые и прямые линии называются векторами. Так как при задании объектов на экране используются математические формулы, то отдельные элементы изображения, создаваемые в векторных программах, можно легко перемещать, увеличивать или уменьшать без проявления «эффекта ступенек». Так, для перемещения объекта достаточно перетащить его мышью. Компьютер автоматически пересчитывает его размер и новое местоположение.

Поскольку в этом случае изображение создается математически, векторные программы обычно используются тогда, когда нужны четкие линии. Они часто применяются при создании логотипов, шрифтов для вывода на плоттер и различных чертежей.

Когда вы выводите изображение, созданное в векторной программе, его качество зависит не от исходного разрешения изображения, а от разрешающей способности устройства вывода. Так как качество изображения не основывается на разрешении, то изображение, созданное в векторных программах, как правило, имеет меньший объем файлов, чем построенное в программах побитового отображения. В векторных программах нет проблем и со шрифтами – большие шрифтовые массивы не образуют файлов огромного размера.

Фрактальная графика

Фрактальная графика (ФГ), как и векторная – вычисляемая, но отличается от нее тем, что никакие объекты в памяти компьютера не хранятся. Изображение строится по уравнению, поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо. Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину.

1. Простейшим фрактальным объектом является фрактальный треугольник. Постройте обычный равносторонний треугольник со стороной а. Разделите каждую из его сторон на 3 отрезка. На среднем отрезке стороны постройте равносторонний треугольник со стороной, равной 1/3 стороны исходного треугольника, а на других отрезках постройте равносторонние треугольники со стороной, равной 1/9а. С полученными треугольниками повторите те же операции. Треугольники последующих поколений наследуют свойства своих родительских структур. Так рождается фрактальная фигура.

2. Процесс наследования можно продолжать до бесконечности. Взяв такой бесконечный фрактальный объект и рассмотрев его в лупу или микроскоп, можно найти в нем все новые и новые детали, повторяющие свойства исходной структуры.

3. Фрактальными свойствами обладают многие объекты живой и неживой природы. Обычная снежинка, многократно увеличенная, оказывается фрактальным объектом. Фрактальные алгоритмы лежат в основе роста кристаллов и растений.

В отдельных ветках деревьев чисто математическими методами можно проследить свойства всего дерева. А если ветку поставить в воду, то вскоре можно получить саженец, который со временем разовьется в полноценное дерево.

Способность ФГ моделировать образы живой природы вычисляемым путем часто используют для автоматической генерации необычных иллюстраций.

Трехмерная графика

Трехмерная графика нашла широкое применение в таких областях, как научные расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических объектов. В качестве примера рассмотрим наиболее сложный вариант трехмерного моделирования – создание подвижного изображения реального физического тела. В упрощенном виде для пространственного моделирования объекта требуется:

• спроектировать и создать виртуальный каркас («скелет») объекта, наиболее полно соответствующий его реальной форме;

• спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствам визуализации похожие на реальные;

• присвоить материалы различным частям поверхности объекта;

• настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать объект, - задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства взаимодействующих объектов и поверхностей;

• задать траекторию движения объектов;

• рассчитать результирующую последовательность кадров;

• наложить поверхностные эффекты на итоговый анимационный ролик.

Применение сложных математических моделей позволяет имитировать такие физические эффекты, как взрывы, дождь, огонь, дым, туман. Особую область трехмерного моделирования в режиме реального времени составляют тренажеры технических средств – автомобилей, судов, летательных аппаратов. В них необходимо точно реализовывать технические параметры объектов и свойства окружающей среды. В более простых вариантах, например при обучении вождению наземных транспортных средств, тренажеры реализуют на персональных компьютерах. Самые совершенные на сегодняшний день устройства созданы для обучения пилотированию космических кораблей и военных летательных аппаратов.

Следует определить состав аппаратных и программных средств создания и обработки графических изображений (рисунков, схем, фотографий и пр.).

К аппаратным средствам относятся в основном:

• монитор и видеокарта, поддерживающая графический режим отображения;

• видеоадаптеры (видеоускорители);

• 3D-акселераторы;

• манипуляторы «мышь»;

• сканеры;

• дигитайзеры;

• принтеры и графопостроители (плоттеры).

К программным средствам относятся:

• программы двумерной компьютерной живописи – графические редакторы, предназначенные для создания и обработки плоскостных (двумерных) статичных изображений (Painter, Adobe PhotoShop, Picture Man и др.);

• средства деловой графики;

• пакеты компьютерной графики для полиграфии – позволяют дополнять текст иллюстрациями разного формата, создавать дизайн страниц и выводить полиграфическую продукцию на печать с высоким качеством;

• презентационные пакеты, используемые как средства создания разнообразных слайдов для сопровождения докладов, выступлений, рекламных акций;

• программы двумерной анимации, используемые для создания динамических изображений и спецэффектов в кино (Animator Pro, PowerAnimator и др.);

• программы для двумерного и трехмерного моделирования, применяемые для дизайнерских и инженерных разработок (AutoCAD, Sketch!, Ray Dream Designer, AutoStudio и др.);

• пакеты трехмерной анимации, используемые для создания рекламных и музыкальных клипов и кинофильмов (3D Studio, Power Animator, Truespace и др.);

• программы для научной визуализации (Surfer, Grapher, PV-Wave, Data Visualizer и др.).

Рассмотрим некоторые программы компьютерной графики.

MS Paint

Растровый редактор Microsoft Paint является стандартным приложением операционной системы. Одно из главных достоинств программы MS Paint – доступность и компактность. Несмотря на это, в ней размещено ядро инструментальных средств, входящее в состав практически всех современных графических пакетов, а знакомство с ее инструментальными средствами позволяет эффективнее освоить более мощные средства работы с графикой.

Графический редактор MS Paint предназначен для создания, изменения и просмотра рисунков. С помощью технологии OLE созданное в нем изображение может быть вставлено в любой другой документ или использовано в качестве фона рабочего стола. При наличии определенных навыков рисования редактор MS Paint позволяет подготовить вполне приличные рисунки для мультимедиа-презентаций. Кроме того, его можно использовать для просмотра и правки фотографий, введенных с помощью цифровой камеры или сканера.

Подобно большинству популярных программ, MS Paint содержит развитую справочную систему, которая аналогична большинству приложений, работающих под Windows.

Пользовательский интерфейс редактора MS Paint предельно прост и ориентирован на интуитивное применение. Большинство пользователей начинают работать с редактором сразу без какого-либо знакомства с его возможностями.

Adobe Photoshop

Adobe Photoshop – непревзойденный редактор оцифрованных изображений, признанный всеми стандарт.

Основные рабочие качества Adobe Photoshop:

1. Возможность создания многослойного изображения. При этом каждый элемент иллюстрации может быть сохранен в собственном, отдельном слое, который может редактироваться отдельно, перемещаться относительно других слоев и т.д. Конечное изображение можно сохранить как в оригинальном, «многослойном» виде, так и слить все слои в один, переведя готовую картинку в один из стандартных форматов.

2. Улучшенные инструменты для работы с текстом. Начиная с шестой версии программы можно добавлять текстовые вставки в любой участок изображения, «набивая» текст прямо поверх картинки. В дальнейшем текст можно редактировать, указав на него мышкой.

3. Около 100 разнообразных фильтров и спецэффектов.

4. Несколько десятков инструментов для рисования, вырезания контуров изображения.

5. Богатейшие возможности совмещения изображений, работа с текстурами.

6. Возможность работы с десятками популярных графических форматов.

7. Профессиональные инструменты для выделения и редактирования отдельных участков изображения.

8. Формат файлов.

9. Возможность многоступенчатой отмены внесенных изменений.

Однако неплохой набор средств редактирования сам по себе не дает Photoshop того преимущества, которое он имеет сегодня. Другое дело, что все эти инструменты реализованы не на любительском уровне, а на профессиональном.

Работа с цветами – вот качество, которое возносит его на поистине недосягаемую высоту. Adobe Photoshop снабжен инструментами для тончайшей регулировки цветов отсканированного изображения, причем параметры каждого цвета или оттенка в картинке можно отрегулировать отдельно.

Модули создания спецэффектов – другой козырь Adobe Photoshop. Этих модулей существуют сотни – от простых, повышающих резкость изображения, до весьма экзотических, позволяющих создавать трехмерные объемные объекты из двухмерных фото, имитировать эффекты взрывов, сигаретного дыма и т.д.

CorelDraw

Corel Draw считается наиболее мощным, известным и универсальным среди векторных редакторов на сегодняшний день. CorelDraw изначально был задуман как универсальный редактор, применяемый для решения абсолютно всех задач векторной графики. Сегодня же CorelDraw применяется для изготовления рекламной продукции, плакатов, листовок, календарей, визиток, шрифтовых работ с выводом на плоттер и т.д.

Достоинства Corel Draw:

Преимущества над другими программами вытекают в основном из преимуществ векторной графики над растровой:

• изменение масштаба без потери качества и практически без увеличения размеров исходного файла;

• огромная точность (до сотой доли микрона);

• небольшой размер файла по сравнению с растровыми изображениями;

• прекрасное качество печати, возможность вывода на плоттер;

• отсутствие проблем с экспортом векторного изображения в растровое;

• работа с разными платформами;

• хорошая совместимость с другими программами. Поддерживаются различные форматы файлов с сохранением всех слоев изображения. Имеется более 70 фильтров для импорта и 40 фильтров для экспорта изображений, охватывающих практически все стандарты графики, изображений и файловые форматы;

• использует специальный интерфейс для работы с цифровыми камерами, тем самым обеспечивая возможность загрузки изображений, снятых 120 моделями камер;

• поддерживается создание web-страниц с помощью мастера преобразования в формат HTML с использованием карт изображений и ссылок;

• в последних версиях введена возможность создания электронных публикаций.

Недостатки Corel Draw также главным образом являются недостатками векторного редактора по сравнению с растровыми.

Практически невозможно экспортировать из растрового формата в векторный. Невозможно напрямую применить обширную библиотеку эффектов, используемых при работе с растровыми изображениями. Окна диалога в некоторой степени перегружены кнопками и опциями. С одной стороны, это хорошо, поскольку обеспечивает максимальную настраиваемость программы под конкретного пользователя, но с другой стороны – мешает отделить главные параметры настройки от второстепенных. В различных версиях этой программы присутствуют досадные ошибки разработчиков. Corel Draw не имеет инструментов деловой графики, предоставляющих возможность быстро и просто создавать графики и диаграммы. Однако перечисленные недостатки программы не могут перечеркнуть ее огромных и неоспоримых достоинств.

Программное обеспечение должно быть подобрано таким образом, чтобы оно соответствовало требованиям, предъявляемым к учебным программным средствам, и устойчиво работало на имеющихся в наличии компьютерах.

4 Технологии и средства обработки звуковой информации

Первые персональные компьютеры отличались от калькуляторов и больших ЭВМ тем, что могли издавать звуки с помощью маленького динамика, установленного в их корпусе. И хотя акустические возможности этих компьютеров были более чем скромными, уже на заре компьютерной эры появились музыкальные редакторы, с помощью которых можно было создать звуковой файл для подключения к той или иной программе, написанной пользователем.

С появлением в 1989 году звуковых карт перед пользователями открылись новые возможности. На порядок улучшилось качество звука. Появилась звуковая подсистема – комплекс программно-аппаратных средств, предназначенный для:

• записи звуковых сигналов, поступающих от внешних источников (микрофона или магнитофона);

• воспроизведения записанных ранее звуковых данных с помощью внешней акустической системы или головных телефонов (наушников);

• микширования (смешивание) при записи или воспроизведении сигналов от внешних источников;

• одновременной записи и воспроизведения звуковых сигналов;

• обработки звуковых сигналов: редактирования, объединения или разъединения фрагментов сигнала, фильтрации, изменения уровня и т.п.;

• управления панорамой стереофонического звукового сигнала и уровнем сигнала в каждом канале при записи и воспроизведении;

• обработки звукового сигнала в соответствии с алгоритмами объемного звучания;

• генерирования с помощью синтезатора звучания музыкальных инструментов через специальный интерфейс MIDI;

• воспроизведения звуковых компакт-дисков;

• управления компьютером и ввода текста с помощью микрофона.

Звуковая система компьютера обычно выполняется в виде самостоятельных звуковых карт, устанавливаемых на материнской плате, но может быть размещена и на другой карте расширения. Отдельные функциональные модули звуковой системы могут выполняться в виде дочерних плат, устанавливаемых в соответствующие разъемы звуковой карты. Дочерняя плата обычно расширяет базовые возможности звуковой системы.

К аппаратным средствам обработки звуковой информации относятся:

• модуль записи и воспроизведения звука, который осуществляет аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразование звуковых данных;

• модуль синтезатора;

• модуль интерфейсов, обеспечивающий взаимодействие программных и аппаратных средств;

• модуль микшера, который позволяет осуществить смешивание сигналов от разных источников;

• акустическая система (микрофон, наушники, колонки и т.п.).

Первые четыре модуля, как правило, устанавливаются на звуковой карте. Каждый из модулей может быть выполнен в виде отдельной микросхемы или входить в состав многофункциональной микросхемы.

Программные средства обработки звуковой информации включают в себя:

• музыкальные редакторы;

• синтезаторы звуков;

• системы автоматического распознавания речи;

• звуковые редакторы;

• голосовые навигаторы;

• программы диктовки, позволяющие преобразовывать речь в «письменный» текст;

• программы для улучшения качества фонограмм.

Создание (синтез) звука в основном преследует две цели:

• имитацию различных естественных звуков (шум ветра и дождя, звук шагов, пение птиц и т. п.), а также акустических музыкальных инструментов;

• получение принципиально новых звуков, не встречающихся в природе.

Обработка звука обычно направлена на получение новых звуков из уже существующих (например, голос робота), либо придание им дополнительных качеств или устранение существующих (например, добавление эффекта хора, удаление шума или щелчков).

Так же, как создание всевозможных анимационных эффектов и эффектов трехмерной графики базируется на использовании разнообразных математических методов, каждый из методов синтеза и обработки звука имеет свою математическую и алгоритмическую модель.

К основным программам обработки цифрового звука относят Cool Editor, Sound Forge, Samplitude, Software Audio Workshop дают возможность прослушивать выбранные участки, делать вырезки и вставки, амплитудные и частотные преобразования, звуковые эффекты, наложение других оцифровок, изменение частоты оцифровки, генерировать различные виды шумов, синтезировать звук.

Для обработки звука используются следующие основные методы 1, с. 392.

Монтаж. Состоит в вырезании из записи одних участков, вставке других, их замене, размножении и т. п. Называется также редактированием. Практически каждый музыкальный редактор имеет такие возможности редактирования. Все современные звуко- и видеозаписи в той или иной мере подвергаются монтажу.

Амплитудные преобразования заключаются в усилении или ослаблении звука.

Частотные (спектральные) преобразования – усиление или ослабление определенных полос частот.

Фазовые преобразования. Слуховой аппарат человека использует фазу для определения направления от источника звука. Фазовые преобразования стереозвука позволяют получить эффекты вращающегося звука, движущегося источника звука и им подобные.

Временные преобразования. Заключаются в добавлении к основному сигналу его копий, сдвинутых во времени на различные величины. При небольших сдвигах (порядка менее 20 мс) это дает эффект размножения источника звука (эффект хора), при больших – эффект эха.

Формантные преобразования оперируют с формантами – характерными полосами частот, встречающимися в звуках, произносимых человеком. Каждому звуку соответствует свое соотношение амплитуд и частот нескольких формант, которое определяет тембр и разборчивость голоса. Изменяя параметры формант, можно подчеркивать или затушевывать отдельные звуки, менять одну гласную на другую, сдвигать регистр голоса и т. п.

Обработка речевой информации включает в себя синтез речи и автоматическое распознавание речи.

Устное сообщение можно представить как последовательность элементарных звуков, называемых фонемами, и пауз между ними. От числа фонем, выделяемых в устной речи, зависит точность ее описания. На практике для кодирования русской устной речи выделяют порядка 40-45 фонем, каждой из которых ставится в соответствие кодирующее ее обозначение. Последовательность кодов, описывающих фонемы устного сообщения, вводится и хранится в памяти ЭВМ и при необходимости выводится из нее через специальные устройства, называемые синтезаторами речи.

В настоящее время сфера применения синтезаторов речи непрерывно расширяется – используются различные автоматизированные информационно-справочные системы, системы автоматизированного контроля, способные голосом предупредить человека о состоянии контролируемого объекта, и другие системы.

Разработаны устройства, позволяющие преобразовать письменный текст в соответствующее ему фонемное представление, что дает возможность воспроизводить в виде речи произвольный текст, хранящийся в памяти компьютера.

Немало усилий было положено на то, чтобы снабдить программы и операционные системы графическим интерфейсом пользователя. Сейчас развивается новое направление – речевой интерфейс пользователя. Различные голосовые навигаторы управляют программами, в какой-то мере заменяя клавиатуру и мышь.

Растет популярность средств автоматического распознавания речи. Эти средства преобразуют речь в закодированный «письменный» текст. Для этого производится спектральный анализ оцифрованной речи и определяются при помощи специальных математических методов минимальные звуковые единицы языка.

Существующие системы распознавания речи ориентированы или на слитную, или на дискретную речь. Слитная (непрерывная) речь – это нормальная плавная человеческая речь. Если система рассчитана на дискретную речь, то говорить надо с паузами между словами.

Большинство систем зависимы от диктора – перед началом работы пользователь должен «обучить» программу, произнося определенный текст. Но есть и разработки, которые не требуют этого.

Сегодня анализ звука и речи применяется во многих областях человеческой деятельности. Это биометрия, судебная экспертиза, медицина, обучение, конструкторская деятельность, научные исследования и другие. Голос человека можно использовать как пропуск в системах с ограничением доступа. При производстве судебной экспертизы материалов звукозаписи часто нужно провести идентификацию личности, то есть ответить на вопрос – принадлежит ли голос на двух фонограммах одному и тому же человеку? Можно определять эмоциональное состояние человека (уровень стресса) по параметрам устной речи. Этот способ имеет то преимущество, что человеку не нужно подсоединять датчики. Речевое сопровождение обучающих программ позволяет сделать процесс восприятия учебного материала более полным.

5 Технологии работы в базах данных

Базы данных (БД) представляют собой информационные модели, содержащие данные об объектах и их свойствах. Базы данных хранят информацию о группах объектов с одинаковым набором свойств. Информация в БД хранится в упорядоченном виде. Например, в записной книжке все записи упорядочены по алфавиту, в библиотечном каталоге – либо по алфавиту (алфавитный каталог), либо по области знания (предметный каталог).

База данных – это информационная модель, позволяющая в упорядоченном виде хранить данные о группе объектов, обладающих одинаковым набором свойств.

Существует несколько различных структур информационных моделей и соответственно различных типов баз данных: табличные, иерархические и сетевые.

Табличная БД содержит перечень объектов одного типа. Такую БД удобно представлять в виде двумерной таблицы: в каждой ее строке последовательно размещаются значения свойств одного из объектов; каждое значение свойства – в своем столбце, озаглавленном именем свойства.

Столбцы такой таблицы называют полями; каждое поле характеризуется своим именем (именем соответствующего свойства) и типом данных, представляющих значения данного свойства.

Строки таблицы являются записями об объекте; эти записи разбиты на поля столбцами таблицы, поэтому каждая запись представляет собой набор значений, содержащихся в полях.

Каждая таблица должна содержать, по крайней мере, одно ключевое поле, содержимое которого уникально для каждой записи в этой таблице. Ключевой поле позволяет однозначно идентифицировать каждую запись в таблице.

Тип поля определяется типом данных, которые оно содержит. Поля могут содержать данные следующих основных типов:

• счетчик – целые числа, которые задаются автоматически при вводе записей. Эти числа не могут быть изменены пользователем;

• текстовый – тексты, содержащие до 255 символов;

• числовой – числа;

• дата/время – дата или время;

• денежный – числа в денежном формате;

• логический – значения Истина (Да) или Ложь (Нет);

• гиперссылка – ссылки на информационный ресурс в Интернете (например, Web-сайт).

Поле каждого типа имеет свой набор свойств. Наиболее важными свойствами полей являются:

• размер поля – определяет максимальную длину текстового или числового поля;

• формат поля – устанавливает формат данных;

• обязательное поле – указывает на то, что данное поле обязательно надо заполнить.

Иерархические БД графически могут быть представлены как перевернутое дерево, состоящее из объектов различных уровней. Верхний уровень (корень дерева) занимает один объект, второй – объекты второго уровня и т. д.

Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект, более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом объект-предок может не иметь потомков или иметь их несколько, тогда как объект-потомок обязательно имеет только одного предка. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами.

Сетевая БД является обобщением иерархической за счет допущения объектов, имеющих более одного предка. Вообще, на связи между объектами в сетевых моделях не накладывается никаких ограничений.

Сетевой базой данных фактически является Всемирная паутина глобальной компьютерной сети Интернет. Гиперссылки связывают между собой сотни миллионов документов в единую распределенную сетевую БД.

Пользователями базы данных могут быть прикладные программы, программные комплексы, специалисты предметной области, выступающие в роли потребителей или источников данных, называемые конечными потребителями.

В современной технологии баз данных предполагается, что ее поддержка и обеспечение доступа пользователей к ней осуществляется централизованно с помощью специального программного инструментария системы управления базами данных.

Система управления базами данных (СУБД) – комплекс программных и языковых средств, необходимых для создания баз данных, поддержания их в актуальном состоянии и организации поиска в них необходимой информации.

Технологию работы с базами данных следует изучить на примере рассмотрения программного средства Access. Здесь можно выделить такие этапы как:

• создание структуры таблиц базы данных;

• ввод и редактирование данных в таблицах;

• обработка данных, содержащихся в таблицах;

• ввод информации из базы данных.

В Access используется стандартный многооконный интерфейс, но в отличие от других приложений, не многодокументальный. Единовременно может быть открыта только одна база данных, содержащая обязательное окно базы данных и окна для работы с объектами базы данных. В каждый момент времени одно из окон является активным и в нем курсивом отмечается активный объект.

Окно базы данных – один из главных элементов интерфейса Access. Здесь систематизированы все объекты БД: таблицы, запросы, формы, отчеты, макросы и модули.

Таблица. В базах данных вся информация хранится в двумерных таблицах. Это базовый объект БД, все остальные объекты создаются на основе существующих таблиц (производные объекты). Каждая строка в таблице – запись БД, а столбец – поле. Запись содержит набор данных об одном объекте, а поле – однородные данные обо всех объектах.

Запросы. В СУБД запросы являются важнейшим инструментом. Главное предназначение запросов – отбор данных на основании заданных условий. С помощью запроса из базы данных можно выбирать информацию, удовлетворяющую определенным условиям.

Формы. Формы позволяют отображать данные, содержащиеся в таблицах и запросах, в более удобном для восприятия виде. При помощи форм можно добавлять в таблицы новые данные, а также редактировать или удалять существующие. Форма может содержать рисунки, графики и другие внедренные объекты.

Отчеты. Отчеты предназначены для печати данных, содержащихся в таблицах и запросах, в красиво оформленном виде.

Макросы. Макросы служат для автоматизации повторяющихся операций. Запись макроса производится так же, как в других приложениях, например, как в приложении Word.

Модули. Модули также служат для автоматизации работы с БД. Модули еще называют процедурами обработки событий и пишутся на языке VBА.

3.6 Технологии работы в сетях

Использование компьютеров становится значительно эффективнее, если пользователи имеют возможность обмениваться информацией (данными, программами, алгоритмами, профессионально важными сведениями и пр.). Передача информации с помощью внешних носителей лишь отчасти решает эту проблему, а подлинным решением является объединением компьютеров в сети.

К аппаратным средствам работы в сетях относятся:

• линии связи (кабели, радиосвязь, спутниковая связь);

• сетевые карты;

• модемы;

• серверы (компьютеры, выделенные для управления сетевыми ресурсами).

Программные средства:

• операционная система, поддерживающая режимы работы в сети;

• коммуникационные программы, поддерживающие сетевые протоколы.

К сетевым услугам относятся электронные доски объявлений (Bulletin Board System – BBS), электронная почта (e-mail), телеконференции или группы новостей (News Group), обмен файлами между компьютерами (FTR), параллельные беседы в Интернете (Internet Relay Chat – IRC), поисковые системы «Всемирной паутины».

Электронная почта является исторически первой информационной услугой компьютерных сетей и не требует обязательного наличия высокоскоростных и качественных линий связи

Принципы ее функционирования аналогичны работе обычной почты. Однако электронная почта имеет несколько преимуществ:

• высокую скорость пересылки сообщений;

• возможность пересылки не только текстовых сообщений, но и «прикрепленных» файлов, содержащих графику, звук и прочее;

• одновременно рассылку писем нескольким абонентам.

Любой пользователь Интернета может получить свой почтовый ящик на одном из почтовых серверов Интернета, в котором будут накапливаться передаваемые и получаемые электронные письма.

Текст электронного письма можно набирать в редакторе, входящем в состав программного обеспечения компьютера, или непосредственно в редакторе почтовой программы (например, Outlook Express). В первом случае текст послания может быть отправлен как «прикрепленный файл». Для отправки электронного письма отправитель должен подключиться к сети и передать на свой почтовый сервер сообщение. Почтовый сервер сразу отправляет письмо через систему свободных в данное время почтовых серверов сети на почтовый сервер получателя, с которого письмо попадет в его почтовый ящик. Адресат получит письмо лишь после того, как соединится с сервером и «заберет» почту из своего почтового ящика.

Электронная доска объявлений (BBS). Электронная доска объявлений – прикладная программа, установленная на главной машине, оборудованной модемами. Иногда BBS называют сам компьютер, на котором установлена указанная программа.

Пользователи подключаются к этой машине и регистрируются на ней. Каждый пользователь сети имеет уникальное имя-адрес. На диске BBS-ЭВМ выделена область, доступная всем пользователям, - каждый может обратиться к этой области и записать туда свою информацию либо скопировать информацию оттуда на свой компьютер.

Кроме того, дисковое пространство машины BBS разбито на отдельные зоны, называемые почтовыми ящиками. Каждый почтовый ящик закреплен за отдельным пользователем – другие пользователи доступа к нему не имеют. Тем самым, реализуется и такая услуга, как электронная почта.

Связь между узлами сети осуществляется с помощью специальной программы-почтальона, которая отвечает на внешний вызов и выясняет, кто обращается – человек или другая BBS-ЭВМ. В первом случае запускается программа- BBS, которая принимает сообщение и помещает его либо в общую часть дисковой памяти, либо в чей-то почтовый ящик. Во втором случае принимается передаваемая почта или файлы и выявляется, нет ли почты в обратном направлении; если есть, то она передается.

Пользователь, обратившись в любой момент времени к общей части дисковой памяти, либо к своему почтовому ящику, может ознакомиться с объявлениями, либо с адресованной ему корреспонденцией.

Большинство станций BBS объединены в сеть FidoNet – международную некоммерческую сеть пользователей компьютеров разных стран.

Телеконференции или группы новостей (Newsgroupe). В Интернете существует много различных конференций, каждая из которых посвящена обсуждению какой-либо проблемы. Каждой конференции выделяется свой почтовый ящик на серверах Интернета, поддерживающих работу телеконференций. Участники конференции могут посылать свои сообщения на любой из этих серверов, а так как серверы периодически обмениваются содержимым почтовых ящиков, материалы конференций в полном объеме доступны на любом таком сервере.

Принцип работы в телеконференциях похож на принцип работы с электронными досками объявлений. Абонент сети может «подписаться» на интересующие его группы новостей. После этого он получает возможность отправлять свои сообщения по тематике данной телеконференции и автоматически получать все новые сообщения по этой теме, отправленные другими пользователями сети.

Чтобы стать участником конференции, необходимо зарегистрироваться. При регистрации каждый участник конференции получает уникальное имя (NIC) и пароль для «входа» на конференцию.

Большинство конференций регулируется специальной редакционной коллегией, которая называется модератором. В обязанности модератора входит просмотр посланий и вынесение решения – публиковать данные послания (рассылать их участникам группы) или нет.

Протокол обмена файлами (FTR). С помощью FTP-технологий осуществляется обмен файлами между компьютерами. На множестве FTP-серверов можно найти полезные утилиты, демонстрационные версии программ, мультимедийные ролики, картинки и т. п. Доступ к большинству FTP-серверов свободный, в качестве входного пароля пользователю достаточно набрать адрес своей электронной почты.

Параллельные беседы в Интернете, или Internet Relay Chat (IRC) или просто Chat – целый мир виртуального общения.

Технически эти беседы организованы как система связанных между собой IRC-серверов, разбросанных по всему миру. В сети Интернет, по оценкам специалистов, одновременно ведут беседы несколько тысяч человек, присоединившиеся к нескольким сотням «разговорных каналов».

IRC можно представить себе как огромное здание со множеством комнат (они называются каналами), в каждой из которых собираются люди и ведут беседы. Пользователь запускает у себя программу IRC-клиент, подключается к одному из серверов и может общаться с другими людьми ,также подключившимися к этому каналу. Он получает на экран своего компьютера тексты реплик от всех участников «кибер-беседы» и может тут же ввести свой текст, который займет свое место в последовательности реплик данной беседы. Кроме текстов таким же образом в «разговор» могут встраиваться картинки, аудио- и видео-клипы и т. п. Каналы, как и комнаты, могут быть открыты для всех желающих, но бывают и закрытые каналы, на которые можно попасть, имея ключ или по специальному приглашению.

Каждый общающийся в Chat имеет псевдоним, по которому к нему могут обратиться или ответить на его вопрос. Chat предоставляет возможность параллельного общения сразу на нескольких каналах.

Всемирная паутина (World Wide Web – WWW). На сегодняшний день это наиболее интересный информационный ресурс – гипертекстовая система навигации в Интернете.

Система навигации – это совокупность программ, позволяющих пользователю ориентироваться во всем многообразии информации, размещенной в сети, и находить необходимые ему фактические данные, полезные программы.

Гипертекст – система взаимосвязанных текстов.

Иными словами, гипертекст – это текст со вставленными в него словами (командами) разметки, ссылающимися на другие места этого текста, другие документы, картинки и прочее. Во время чтения такого текста (в соответствующей программе, обрабатывающей его и выполняющей соответствующие ссылки или действия) вы видите выделенные в тексте слова. Если щелкнуть мышью на таком слове, то будет выполнено некое действие, связанное с данным выделенным словом, например, на экране появится текст, на который ссылалось это слово, возможно, это другой участок текста этого же документа, но может быть, совсем другой документ.

От обычного гипертекста WWW отличается главным образом тем, что позволяет устанавливать ссылки не только на соседний файл, но и на файл, находящийся на компьютере в другом полушарии Земли. По вашему запросу связь будет установлена автоматически. В WWW по ссылкам гипертекста можно не только попасть в совершенно другой текстовый документ, но и войти в какую-нибудь программу, вообще произвести какое-либо действие.

Благодаря своим широким возможностям, красоте и простоте использования программ, обеспечивающих навигацию в сети и работу с информационными ресурсами, «Всемирная паутина» завоевала огромную популярность во всем мире.

Для поиска информации в сети разработаны самые разнообразные поисковые системы: AU, AltaVista, Rambler, Yahoo!, Aport и многие другие.

Вопросы для самоконтроля

1. Что относится к аппаратным и программным средствам обработки текстовой информации?

2. Опишите технологию создания и форматирования текста с помощью текстового процессора Word.

3. Какие вам известны средства обработки числовой информации?

4. Опишите технологию выполнения работ в электронной таблице Excel.

5. На какие виды делится компьютерная графика?

6. Опишите наиболее распространенные программы компьютерной графики.

7. Какие методы и средства используются для обработки звука?

8. Опишите технологию работы в базах данных.

9. Какие технологии работы в сетях вам известны?

Литература

1. Бешенков, С.А. Информатика. Систематический курс. Учебник для 10 класса / С.А. Бешенков, Е.А. Ракитина – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. – 432 с.

2. Информатика. Базовый курс / Под ред С.В. Симоновича. – СПб.: Питер, 2005. – 640 с.

3. Информатика: Учебник/ Под ред. Н.В. Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 2002. – 768 с.