Вопросы для самопроверки:
Перечислите основные способы защиты информации.
Назовите основные нормативные документы регламентирующие информационную безопасность на территории РФ.
Дайте классификацию компьютерным вирусам.
Назовите антивирусные средства.
Что включает в себя современная криптография?
Перечислите источники угроз информационной безопасности.
Какие вы знаете средства защиты от несанкционированного доступа на ПК.
Назовите основные составляющие информационной безопасности.
Что называется «электронная подпись»?
Раздел II. Моделирование, алгоритмизация и программирование Глава 1. Модели решения функциональных и вычислительных задач
Необходимость создания моделей:
Оригинал уже не существует.
Оригинала нет в действительности.
Необходимо исследование выборочных свойств оригинала.
Исследования на оригинале экономически не выгодно или могут привести к гибели (живые существа)
Моделирование – это метод научного познания , основанный на изучении объектов посредством их моделей.
Модель – материальный или мысленно представленный объект, который в процессе изучения замещает объект-оригинал, сохраняя важные для исследования типичные его черты.
Различают материальное и идеальное моделирование.
Материальное моделирование, в свою очередь, делится на физическое и аналоговое моделирование.
Физическим принято называть моделирование, при котором реальному объекту противопоставляется его увеличенная или уменьшенная копия, допускающая исследование (как правило, в лабораторных условиях) с помощью последующего перенесения свойств изучаемых процессов и явлений с модели на объект на основе теории подобия.
Примеры: в астрономии - планетарий, в архитектуре - макеты зданий, в самолетостроении - модели летательных аппаратов и т.п.
Аналоговое моделирование основано на аналогии процессов и явлений, имеющих различную физическую природу, но одинаково описываемых формально (одними и теми же математическими уравнениями).
От предметного моделирования принципиально отличается идеальное моделирование, которое основано не на материальной аналогии объекта и модели, а на аналогии идеальной, мыслимой.
Основным типом идеального моделирования является знаковое моделирование. Знаковым называется моделирование, использующее в качестве моделей знаковые преобразования какого-либо вида: схемы, графики, чертежи, формулы, наборы символов.
Важнейшим видом знакового моделирования является математическое моделирование, при котором исследование объекта осуществляется посредством модели, сформулированной на языке математики. Классическим примером математического моделирования является описание и исследование законов механики Ньютона средствами математики.
Один и тот же объект может иметь множество моделей:
объект "ЧЕЛОВЕК" его модели:
1) химия - БИОХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
2) анатомия - СКЕЛЕТ, СТРОЕНИЕ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ
3) физика - МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА
Разные объекты могут описываться одной моделью :
модель " КАРТА" её объекты :
1) ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ - на карте полезных ископаемых
2) КЛИМАТИЧЕСКИЕ ЗОНЫ - на карте климатических зон
3) ГОСУДАРСТВА, СТРАНЫ - на политической карте
4) ЗВЕЗДЫ - на звездной карте
Классификация моделей
с учетом фактора времени и области использования:
статические (модели, описанные в определенный момент времени);
динамические (описывают процессы изменения и развития систем);
по области использования:
учебно-наглядные (тренажеры, обучающие программы);
опытные модели
игровые (экономические, спорт., деловые игры)
имитационные (имитируют реальность);
по способу представления:
предметные (материальные) модели воспроизводят геометрические, физические и др. свойства объектов в материальной форме (скелет человека, макет солнечной системы, глобус);
абстрактные (нематериальные) – не имеют реального воплощения, бывают: мысленные и вербальные; информационные.
Формы представления моделей
Общая черта, присущая моделям, состоит в том, что они копируют исходный объект. Модели делаются из иного материала, чем исходный, зачастую более дешевого. Они могут быть созданы как образ на экране компьютера или других специальных устройств, позволяющих не только увидеть объект, но и ощутить.
Технология создания моделей
постановка задачи, описание, цель, анализ объекта
разработка модели
компьютерный эксперимент, процесс проверки правильности модели
анализ результатов моделирования
завершение работы, если результат соответствует цели.
Все многообразие способов моделирования, рассматриваемого теорией моделирования, можно условно разделить группы.
Аналитическое моделирование заключается в построении модели, основанной на описании поведения объекта или системы объектов в виде аналитических выражений — формул. При таком моделировании объект описывается системой линейных или нелинейных алгебраических или дифференциальных уравнений, решение которых может дать представление о свойствах объекта. К полученной аналитической модели, с учетом вида и сложности формул применяются аналитические или приближенные численные методы. Реализация численных методов обычно возлагается на вычислительные машины, обладающие большими вычислительными мощностями. Тем не менее, применение аналитического моделирования ограничено сложностью получения и анализа выражений для больших систем.
Имитационное моделирование предполагает построение модели с характеристиками, адекватными оригиналу, на основе какого-либо его физического или информационного принципа. Это означает, что внешние воздействия на модель и объект вызывают идентичные изменения свойств оригинала и модели. При таком моделировании отсутствует общая аналитическая модель большой размерности, а объект представлен системой, состоящей из элементов, взаимодействующих между собой и с внешним миром. Задавая внешние воздействия, можно получить характеристики системы и провести их анализ. В последнее время имитационное моделирование все больше ассоциируется с моделированием объектов на компьютере, что позволяет в интерактивном режиме исследовать модели самых разных по природе объектов.
При имитационном моделировании воспроизводится алгоритм функционирования системы во времени – поведение системы; причем имитируются элементарные явления, составляющие процесс, с сохранением их логической структуры и последовательности протекания, что позволяет по исходным данным получить дающие возможность оценить характеристики системы сведения о состояниях процесса в определенные моменты времени. Основным преимуществом имитационного моделирования является возможность решения сложных задач.
Имитационные модели позволяют достаточно просто учитывать такие факторы, как наличие дискретных и непрерывных элементов, нелинейные характеристики элементов системы, многочисленные случайные и другие воздействия, которые часто создают трудности при аналитических исследованиях.
В настоящее время имитационное моделирование – наиболее эффективный метод исследования систем, а часто единственный, практически доступный метод получения информации о поведении системы.
Эвристическое моделирование – разновидность инновационного моделирования, заключающаяся в стремлении человека воспроизвести то, что однажды уже привело его случайно к успеху. Этот вид моделирования представляет собой механизм самообучения человека на собственном положительном опыте.
Эволюционное моделирование - направление в математическом моделировании, объединяющее компьютерные методы моделирования биологических процессов эволюции, а также другие, идеологически близкие направления в математическом программировании, использующие эвристические методы и эволюционный принцип. Инструментами эволюционного моделирования являются генетические алгоритмы, генетическое программирование, эволюционные стратегии, эволюционное программирование, а также искусственные нейронные сети, нечеткая логика
Информационная модель
а) Информационная модель - это совокупность информации об объекте, характеризующая свойства и состояние объекта, процесса или явления, их взаимосвязь с внешним миром.
б) Информационные модели – целенаправленно отобранная информация об объекте, которая отражает наиболее существенные для исследователя свойств этого объекта
Информационные модели представляют объекты в виде словесных описаний, текстов, рисунков, таблиц, схем, чертежей, формул и т.д.
Информационные модели строятся на информации.
Классы информационных моделей
вербальные – разговорная форма
знаковые – средства форм языка
компьютерные – реализуются с помощью программной среды
Абстрактные (нематериальные) модели
Мысленные модели формируются в воображении человека в результате раздумий, умозаключений, иногда в виде некоторого образа. Это модель сопутствует сознательной деятельности человека.
Вербальные – мысленные модели выраженные в разговорной форме. Используется для передачи мыслей
Информационные модели также делятся на:
Табличные – объекты и их свойства представлены в виде списка, а их значения размещаются в ячейках прямоугольной формы. Перечень однотипных объектов размещен в первом столбце (или строке), а значения их свойств размещаются в следующих столбцах (или строках)
Иерархические – объекты распределены по уровням. Каждый элемент высокого уровня состоит из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня
Сетевые – применяют для отражения систем, в которых связи между элементами имеют сложную структуру
Формализация используется во многих областях науки, техники и т.д.
Формализация - это замена реального объекта или процесса его формальным описанием т.е. информационной моделью.
По степени формализации информационные модели бывают образно-знаковые и знаковые.
Образно-знаковые модели :
Геометрические (рисунок, пиктограмма, чертеж, карта, план, объемное изображение)
Структурные (таблица, граф, схема, диаграмма)
Словесные (описание естественными языками)
Алгоритмические (нумерованный список, пошаговое перечисление, блок-схема)
Знаковые модели:
Математические – представлены математическими формулами, отображающими связь параметров
Специальные – представлены на специальных языках (ноты, химические формулы)
Алгоритмические – программы
Модели процессов управления
Разомкнутая система управления - не учитывает состояние управляемого объекта управление идет по прямому каналу
Замкнутая система управления - управляющий объект получает информацию по каналу обратной связи о реальном положении дел, а по прямому каналу происходит управление
Компьютерное моделирование. Построение компьютерной модели.
В настоящее время компьютерное моделирование в научных и практических исследованиях является одним из основных инструментов познания.
Компьютерное моделирование начинается как обычно с объекта изучения, в качестве которого могут выступать: явления, процесс, предметная область, жизненные ситуации, задачи. После определения объекта изучения строится модель. При построении модели выделяют основные, доминирующие факторы, отбрасывая второстепенные. Выделенные факторы перекладывают на понятный машине язык. Строят алгоритм, программу.
Когда программа готова, проводят компьютерный эксперимент и анализ полученных результатов моделирования при вариации модельных параметров. И уже в зависимости от этих выводов делают нужные коррекции на одном из этапов моделирования: либо уточняют модель, либо алгоритм, либо точнее, более корректнее определяют объект изучения.
Компьютерные модели проходят очень много изменений и доработок прежде, чем принимают свой окончательный вид.
В методе компьютерного моделирования присутствуют все важные элементы развивающего обучения и познания: конструирование, описание, экспериментирование и т.д. В результате добываются знания об исследуемом объекте-оригинале.
Однако важно не путать компьютерную модель (моделирующую программу) с самим явлением. Модель полезна, когда она хорошо согласуется с реальностью. Но модели могут предсказывать и те вещи, которые не произойдут, а некоторые свойства действительности модель может и не прогнозировать. Тем не менее, полезность модели очевидна, в частности, она помогает понять, почему происходят те или иные явления.
Современное компьютерное моделирование выступает как средство общения людей (обмен информационными, компьютерными моделями и программами), осмысления и познания явлений окружающего мира (компьютерные модели солнечной системы, атома и т.п.), обучения и тренировки (тренажеры), оптимизации (подбор параметров).
Компьютерная модель - это модель реального процесса или явления, реализованная компьютерными средствами.
Компьютерные модели, как правило, являются знаковыми или информационными. К знаковым моделям в первую очередь относятся математические модели, демонстрационные и имитационные программы.