Основные термины и понятия предмета «Информационные технологии». Понятие информации как продукта информационной технологии.

Конспект лекций по предмету Информационные технологии Лекция 1 Основные термины и понятия предмета «Информационные технологии». Понятие информации как продукта информационной технологии. Информационной технологией называется совокупность методов, производственных процессов и программно-технических средств, объединенных в технологическую цепочку, которые обеспечивают сбор, обработку, вывод и распространение информации для снижения трудоемкости процессов использования информационных ресурсов, повышения их надежности и оперативности. Информационным ресурсом называется совокупность организованных данных, которые представляют ценность для предприятия (организации) и выступают в качестве материальных ресурсов. Основным объектом управления в информационных технологиях становится информация, как разумная логическая интерпретация извлекаемых из информационных ресурсов данных. Производимая информация в виде текстовых и табличных документов, графиков и диаграмм, результатов прикладных расчетов, результатов моделирования и проектирования прикладных процессов выражает смысл продуктов, производимых информационными технологиями. Таким образом, информация, как продукт производства информационных технологий, носит смысловую природу и предназначена прежде всего для использования человеком в процессах решения прикладных исследовательских или производственных задач. Статистический подход в теории информации Шеннона. В своих работах 1948-49 годов Шеннон определил количество информации через энтропию -- величину, известную в термодинамике и статистической физике как мера хаотичности системы, а за единицу информации принял "бит", то есть выбор одного из двух равновероятных вариантов. Количество информации определяется как величина энтропии, на которую уменьшается общая энтропия системы в результате получения этой информации. Энтропия используется как мера полезной информации в процессах передачи сигналов в системах передачи информации (данных). Если сигнал на выходе канала связи точно совпадает с сигналом на входе то, с точки зрения теории информации, это означает отсутствие энтропии. Другими словами, статистический характер теории информации Шеннона заключается в построении мощного математико-вероятностного аппарата моделирования прохождения битовых сигналов по каналам связи и оценки количества передаваемой информации. Передаваемые сигналы считаются по определению полезными для получателя, поэтому такие сигналы в теории Шеннона называются информацией. В то же время, моделирование прохождения сигналов по каналам связи выполняется статистическими методами, без учета смысла закодированной в битах прикладной информации. Информация и данные. Семантический подход, основанный на смысловом содержании информации. Основное содержание продуктов информационных технологий заключается в прикладном смысле производимой информации в интересах пользователей. Поэтому необходимо различать понятия «данные» и «информация». Данные определяются как качественные или количественные измеренные характеристики (атрибуты) конкретных объектов предметной области. Данные выражают специфику конкретных объектов. Информация, как логическая интерпретация совокупностей данных, представляет собой разумно связанные данные. Понятие информации в информационных технологиях связано с семантикой, смысловом содержании совокупностей данных. В этом заключается основная трудность моделирования информационных процессов – в практическом отсутствии теоретических основ смыслового моделирования подобного рода процессов. Наиболее развитым на сегодняшний день подходом смыслового моделирования информационных процессов в информационных технологиях стал лексикографический подход, основанный на модели семантической сети. Прагматический смысл информационной продукции. Целью функционирования любой информационной технологии является производство прикладной информации в интересах решения конкретных предметных задач пользователей, предприятий, организаций – задач окружающего реального мира. В этом и заключается прагматический смысл информационной продукции. Ключевым критерием оценки качества производимой технологией информации становится ценность такой информации с точки зрения потребителя. Ценность информации связана со временем, поскольку с течением времени информация устаревает и ценность, а, следовательно, и ее количество уменьшается. Таким образом, прагматический смысл информационной продукции основывается на заданном масштабе времени, в котором функционирует информационная технология. Например, мониторинг отраслевых информационных ресурсов может требовать обновления информации раз в квартал, а управление оперативным технологическим процессом может потребовать обновления информации за доли секунд. Лекция 2 Модели информационных технологий. Понятие концептуальной модели информационной технологии. Концептуальная модель информационной технологии состоит из двух основных компонентов – логическая модель производства информационной продукции и совокупность обеспечивающих технологий, в качестве которых сегодня преобладающе выступают компьютерные технологии. Логическая модель определяет все методы и форматные преобразования исходных данных в информационную продукцию, способы логического форматирования входных данных, модели и методы организации исходных данных в среде информационных ресурсов, модели и методы извлечения информационных объектов из информационных ресурсов, модели и методы анализа и обработки извлекаемой информации, модели и методы формирования выходной информационной продукции. Обеспечивающие технологии выполняют инструментальные функции по хранению и доступу к данным на носителях в принятых международных форматах, по извлечению информации из баз данных информационных ресурсов (например, с применением языка запросов SQL), по выполнению целевых инструментальных операций (например, операций форматирования текста в MS Word), математических операций (например, библиотека математических функций MATH), оформительских операций (графические редакторы). Мультимедиа современных обеспечивающих технологий позволяет приблизить представление данных и информации к интуитивно понятному для пользователей виду. Лексическая основа информационной технологии. Смысловое представление промежуточных результатов и выходной продукции информационных технологий основывается на необходимости его понимания потребителем, человеком. Совокупность логических моделей информационной технологии цементируется единым информационным языком с естественной лексикографической основой. Такой информационный язык специфичен для информационной технологии в соответствии с ее прикладным назначением. Определение лексической основы информационной технологии позволяет организовать единое информационное пространство, в котором не видна специфика компьютерных форматов данных, компьютерных методов обработки данных, сообщений компьютерных обеспечивающих систем. Ярким примером лексикографической модели предметной области является тезаурус, в котором определены заголовочные лексемы (классификационные разделы), терминологический состав лексем, семантические отношения (синонимии, родовидовые, иерархические, агрегатные). Информационные модели ввода и интерпретации исходных данных. Варианты информационных моделей, которые применяются сегодня в отечественной и мировой практике, сводятся к следующим основным разновидностям. Нормативные методические требования и рекомендации в документальном виде. В таких нормативных документах приводится описание состава и структуры исходных данных (например, перечень атрибутов сотрудника для отдела кадров). Определяются информационные единицы хранения данных в информационных ресурсах и взаимосвязи исходных данных для извлечения нормативной информации об объектах предметной области. Нормативные методические требования и рекомендации в виде компьютерного приложения (например, реализация семейства форм MS Access) для удобства, повышения производительности и качества ввода исходных данных. Компьютерные приложения анализа потоков исходных данных для их форматирования в заданные информационные модели. Например, исходные данные снимаются с показаний датчиков по различным физическим, химическим и прочим параметрам. Компьютерное приложение интерпретирует, сортирует и упаковывает такие исходные данные в информационные пакеты в соответствии с нормативными информационными моделями. Логические интерпретаторы исходных данных, построенные, например, с применением средств CASE-технологий. Такие интерпретаторы непосредственно упаковывают исходные данные в логический формат входных информационных моделей. Понятие информационного ресурса. Информационный ресурс – сконцентрированная и организованная совокупность имеющихся прикладным фактов, документов, данных и их представлений, обеспечивающая необходимой информацией пользователей при решении предметных задач в научных исследованиях и материальном производстве. Современные информационные ресурсы широко используют модели и методы технологий баз данных и баз знаний. Информационные ресурсы управляются и сопровождаются соответствующими информационными системами и обеспечивают функционирование использующих такие ресурсы информационных технологий. Информационные ресурсы предоставляют пользователям комплексы информационных услуг, часто именуемых сегодня сервисами. Принципиальной характеристикой таких сервисов определяется точное смысловое содержание результатов запросов, точное понимание информационной модели полученных из ресурса данных или документов. Лексические модели организации информационных ресурсов. Мировой и отечественный опыт построения информационных ресурсов на основе реляционной модели организации баз данных показал недостаточность такого подхода. Реляционная модель по определению не интересуется смыслом атрибутивных данных. Поэтому необходимо осуществлять расширения реляционной модели или замену ее интерпретации. В 70-х годах прошлого века Чен сформулировал принцип семантической модели данных, на основе которого в дальнейшем была разработана концепция CASE-технологий. В такой модели каждое табличное отношение точно соотносится с концепцией (классом) предметной области. Табличные строки соответствуют экземплярам объектов. Таким образом, появляется возможность построения логических моделей над табличными отношениями, что получило название «моделирование сущностей – связей», ER – моделирование. Существенное развитие логического моделирования содержимого информационных ресурсов связано с формулированием принципов объектно-ориентированного подхода, который позволил реализовать в реляционной модели механизмы инструментальных классов, используя базовые принципы абстрагирования и инкапсуляции. Появление технологии SQL-серверов принципиально расширило возможности языков описания данных, например, механизмами хранимых процедур. Все это в совокупности позволяет сегодня строить информационные ресурсы по принципам объектно-ориентированного подхода. На уровне реализации (физическом уровне) в базах данных организуются инструментальные модели данных. На логическом уровне (уровне интерфейса) информационный ресурс способен взаимодействовать с пользователями в заданным лексических моделях, на прикладном информационном языке. Лексические модели производства информационной продукции. Аналогичным образом, применение CASE – моделирования, принципов объектно-ориентированного подхода и возможности современных студий объектно-ориентированного программирования позволяют описывать информационные модели продукции информационных технологий на прикладном языке пользователей. Принцип инкапсуляции внутреннего устройства информационной технологии позволяет построить сквозную цепочку лексических моделей от исходных данных до информационной продукции. К сожалению, во целом ряде разработок такого рода в качестве носителей и производителей информации сегодня использует собственно обеспечивающие технологии (например, системы управления базами данных СУБД, географические информационные системы ГИС и т.п.). Такие технологии хорошо умеют оперировать данными в соответствующих форматах, но они по определению не оперируют смысловым содержанием оперируемых данных. Например, на экран монитора выводится цифровая модель карты, прибора, технологического процесса. Обеспечивающая технология создает комфортные условия просмотра, выполнения форматных операций. Но смысл выведенного пользователю представления приходится выявлять самому пользователю. Построение и программно-технологическая реализация логического концептуального компонента информационной технологии позволяет смягчить и даже ликвидировать такого рода лексический «разрыв» (по аналогии с возможностями мультимедиа в смягчении классического семантического разрыва фон Неймана). Информационные технологии и информационные системы. Понятие обеспечивающих технологий. Итология и понятие новой информационной технологии. Классификация обеспечивающих компьютерных технологий. Архитектура современных программных продуктов, составляющих основу современных обеспечивающих технологий. Лекция 3 Информационные технологии и информационные системы. Информационные технологии – это процесс производства информационной продукции. Информационная система – совокупность моделей, методов и средств полнофункционального управления информационными объектами данного класса. Например, операционная система осуществляет полнофункциональное управление программным приложением – запуском, обеспечением компьютерных ресурсов, выполнением, выдачей результатов работы. Лексический язык такой системы определяется терминами и понятиями программного приложения и компьютерных ресурсов. Система управления базами данных обеспечивает полный набор операций по созданию, организации базы данных, ее сопровождения, операций описания схем отношений, операций доступа в базу данных и механизмов ограничения форматов данных (например, доменные ограничения). Таким образом, функционирование информационной технологии может быть обеспечено наличием ряда информационных систем, в среде которых могут выполняться комплексы технологических операций по производству информационной продукции. Понятие обеспечивающих технологий. Любая производственная технология реализуется в виде набора технологических инструментов, выполняющих необходимые операции на данном технологическом участке. В информационных технологиях в качестве набора технологических инструментов используются обеспечивающие технологии, как правило, имеющие компьютерную природу. Это не исключает применение аналоговых или механических устройств в современных информационных технологиях (например, в области робототехники). Применение компьютерных технологических инструментов существенно повышает такие свойства информационных технологий, как гибкость, адаптацию к изменениям информационных моделей объектов и процессов предметной области. Это, в свою очередь, приводит к увеличению сроков жизненного цикла информационных технологий, и, следовательно, к увеличению их прагматической ценности (по принципу гибких автоматизированных производств). В тоже время, как и в любой материальной технологии, обеспечивающие технологии не должны становится основой выпуска информационной продукции. Например, географическая информационная система не ориентирована на решение экологических задач, а способна лишь обеспечивать географические потребности решения экологических задач. Итология и понятие новой информационной технологии. Итология, сформулированная в 90-х годах, включает ряд понятий и определений, связанных с число компьютерной интерпретацией информационных технологий (IT). К числу основных методов итологии относят архитектурную спецификацию (создание эталонных моделей), фундаментальную спецификацию на интерфейсах IT – систем, таксономию (уникальность идентификации), методы формализации и алгоритмизации решения задач IT, методы конструирования прикладного обеспечения (парадигмы, языки программирования, функциональное профилирование IT и т.д. В таком понимании итологии обеспечена строгая международная стандартизация (организации ООН – ISO, IEC, ITU-T, включающая комитет МККТТ, промышленные организации типа IEEE, промышленные консорциумы типа ECMA, OMG и другие). В тоже время, такое представление IT относится скорее к области обеспечивающих технологий, поскольку процессы и объекты разнообразных прикладных задач не подлежат единой стандартизации по определению. Невозможно в единые стандарты заложить прикладной смысл решаемых пользователями задач. Специалисты IT организуют на предприятиях корпоративные сети, организуют коммуникационные средства, серверные центры и т.п. Классификация обеспечивающих компьютерных технологий. Текстовые и графические редакторы. Технологии ручного и автоматизированного способа работы с конечными пользовательскими документами. Комплексы текстовых и графических редакторов, например, MS Office, позволяющий автоматизировать целый спектр взаимосвязанных операций в рамкам предприятия или организации. Пакеты прикладных программ, выполняющих специальную обработку данных определенного формата. Программные комплексы, выполняющие некоторый ряд соседних по назначению операций (например, сканирование растрового текста, разбор текста и формирование текста в объектном формате MS Word). Программные системы, реализующие полнофункциональный набор операций по управлению объектами заданного класса (например, системы управления базами данных). Архитектура современных программных продуктов, составляющих основу современных обеспечивающих технологий. В общем виде современный программный продукт включает собственно программное приложение и документацию. Программное приложение архитектурно состоит из трех уровней. Коммуникационный уровень – уровень взаимодействия программного приложения с локальной и удаленной периферией. В случае удаленного доступа основу коммуникационного уровня составляют применяемые методы и средства технологии вычислительных сетей. Операционный уровень – уровень обеспечения работы программного приложения. Здесь можно выделить три базовые технологии. Технология систем программирования, как средства создания программного приложения. Технология операционных систем, как среды выполнения программного приложения. Технология взаимодействия с другими программными приложениями и ресурсами. Информационный уровень – уровень методов и средств организация хранения данных на носителях и методов и средств извлечения информации, необходимой для работы программного приложения. На этом уровне базовыми определены технологии баз данных и баз знаний. Лекция 4 Основы технологии баз данных. Модели описания предметной области в БД. Модели и процессы извлечения информации из БД. Понятие системы управления базами данных. Технология SQL-серверов. Роль моделей и методов технологии БД в организации и применении информационных ресурсов в современных информационных технологиях. Основы технологии баз данных. Основы технологии сформулированы в 60-х годах Джеймсом Мартиным. База данных – это совокупность данных и связей между ними. Из БД извлекается информация – разумно связанные данные в аспекте конкретной предметной области. Считается, что на единицу хранимых данных из базы данных должно извлекаться 1000 единиц информации (1 : 1000). Просто набор таблиц вовсе не является базой данных. Содержимо базы данных создается прикладными специалистами, а организация такой базы данных в среде информационной технологии относится к задачам информационного моделирования. Модели описания предметной области в БД. С 60-х годов пройден большой путь исследований в области моделирования данных предметной области. Последовательно были разработаны и апробированы иерархическая, древовидная, сетевая модели данных. Разработка языков осуществлялась в направлениях описания (язык описания данных) и манипулирования данными. Проблема такого рода моделей данных заключалась в том, что требовалось формально структурировать любую предметную область. Например, рабочая группа CODASYL на протяжении 25 лет пыталась построить такую универсальную модель данных (разработка IDMS). Результат оказался отрицательным. Тогда разработчики обратили внимание на статьи Кодда о принципах реляционного исчисления. Рассмотрение схемы базы данных, как отношений с атрибутивными структурами оказалось удачным. Появившаяся реляционная модель обладала массой достоинств – теоретической основой в виде аппарата реляционной алгебры и удобством представления содержимого базы данных в привычном для человека табличном виде. Реляционную алгебру преобразовали в системы реляционного исчисления, которые и стали доминирующими системами в технологии баз данных. Рассмотрение атрибутивных значений как констант предопределило принципиальное ограничение реляционной модели – в таких базах данных любое смысловое описание исключено полностью. Модели и процессы извлечения информации из БД. Выбор реляционной модели и упрощение языка описания данных (описание атрибутивных схем табличных отношений) привело к необходимости разработки мощного языка манипулирования данными, поскольку именно на уровне манипулирования в извлекаемые совокупности данных добавляется смысловая информационная составляющая. Таким языком стал язык SQL. Фактически, вся проблема информационной достоверности извлекаемых из базы данных перекладывалась на плечи прикладных разработчиков и пользователей. В теории переход от модели реляционной алгебры к модели реляционного исчисления назвали введением предиката истинности, который формально в реляционном подходе никак не определяется. Если в реляционной алгебре множество отношений во всех вариантах атрибутивных схем должно быть конечно, то в реляционном исчислении аналогичное множество должно характеризоваться абсолютной достоверностью, то есть быть информационными выражениями. Понятие системы управления базами данных. Автоматизация процессов создания, ведения и пользования базами данных привела к появлению систем управления базами данными, которые как система обеспечивали функционально полный набор операций по работе с базами данных. Основной характеристикой системы управления базами данных является принятая в ней модель данных. В состав классической системы управления базами данных входят следующие компоненты: средства языка описания данных в виде набора соответствующих методов, часто реализуемых в виде экспертного приложения; набор обслуживающих утилит (создание копий, контроль целостности и достоверности и т.п.; ядро СУБД, обеспечивающее все физические операции организации БД на носителе и доступа к ней из программных приложений; средства языка манипулирования данными, позволяющие в достаточно удобном виде формировать запросы и определять структура ответов на запросы в БД. Сегодня таким универсальным языком стал язык SQL (III диалект). Технология SQL-серверов. Технология SQL-серверов сформировалась как ответ на необходимость организации многопользовательского режима работы с одной и той же БД. Очевидно, что синхронизация работы многих пользователей с одним ресурсом (архитектура файл-сервер) практически нереализуема. Пользователи – клиенты могут пытаться одновременно корректировать одни и те же данные. Энтропия такого режима работы будет непредсказуемо высокой. Технология SQL-сервера заменила архитектуру файл – сервер на архитектуру клиент – сервер. В такой архитектуре клиенты никогда не обращаются в БД напрямую, а только посредством специальной программы – SQL – сервера. По мере развития SQL-серверной технологии определилась возможность рассматривать SQL-сервер как систему управления базами данных со своей моделью данных. Более того, концентрация управления разделяемым ресурсом позволила реализовать в среде SQL-сервера новые механизмы, которые существенно расширили возможности реляционной модели данных. К числу таких механизмов относятся генератор уникальных кодов, хранимые процедуры, триггеры и другие. В свою очередь сформировались языки программирования новых механизмов (например, PSQL). Принципиально важно, что созданные таким образом средства являются частью самой базы данных и не зависят от приложений. Другими словами, все эти новые механизмы стали расширением языка описания данных, и, следовательно, средствами внесения порядка в информационную интерпретацию извлекаемых из базы связанных данных. Роль моделей и методов технологии БД в организации и применении информационных ресурсов в современных информационных технологиях. Роль моделей и методов технологии БД в организации и применении информационных ресурсов в современных информационных технологиях трудно переоценить, поскольку базы данных являются ключевыми поставщиками информации, и оттого, насколько грамотно реализованы модели и методы управления данными существенно зависит качество и прагматическая ценность информационной технологии. Принцип реляционной модели «сначала извлекли данные из БД по запросу, а потом пытаемся понять и оценить информативность результата выборки» в информационных технологиях должен смениться на принцип «все, что извлекли из БД, является информацией». Именно поэтому внедрение принципов объектно-ориентированного подхода и использований новых возможностей SQL-серверов становится существенным фактором на пути развития технологии баз данных с учетом применения этой технологии для построения современных информационных технологий. Основы технологии вычислительных сетей. Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI). Протокольные уровни и объекты управления в модели OSI. Модель TCP/IP. Современные технологии вычислительных сетей и понятие интернета. Роль моделей и методов технологии вычислительных сетей в современных информационных технологиях. Лекция 5 Основы технологии вычислительных сетей. Вычислительная сеть объединяет удаленные вычислители в единый вычислительный комплекс (виртуальный сетевой компьютер). Теоретические основы и стандарты вычислительный сетей наработаны на опыте построения и функционирования двух вычислительных сетей – ALOHA (технология локальных вычислительных сетей) и ARPANET (технологий глобальных вычислительных сетей). Понятие «удаленное устройство» связано не с расстоянием от исходного узла, а с возможностями кабеля, соединяющего исходный узел с удаленным устройством. Эти возможности определяются физическими процессами шумов, помех и ослабления сигнала. Для отечественных ЕС ЭВМ критическим расстоянием удаления было 25 метров. Потом стали появляться удаленные рабочие станции, которые были укомплектованы соответствующим оборудованием типа устройств защиты от ошибок, усилителями сигналов и т.п. В результате разработчики такого рода систем пришли к выводу о необходимости стандартизации удаленных соединений, что привело к появлению полноценной технологии вычислительных сетей. Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI). Одним из наиболее важных стандартов IT, разработанных комитетом МККТТ, стала эталонная модель взаимодействия открытых систем (модель OSI). В модели OSI удалось протокольно описать правила преобразования любого сетевого сообщения из пользовательского вида (текст, документ, звук, изображение) в физический сигнал для передачи по каналу связи и обратного восстановления пользовательского вида сообщения на приемнике. В модели OSI сформулировано 7 протокольных уровней, каждый из которых строго отвечает за решение своих задач в рамках общей задачи передачи сообщения удаленному пользователю. Сообщение (или транзакция) является единицей, которой оперирует вычислительная сеть. На физическом уровне сообщение представлено в виде физического сигнала (оптического, электрического, радиотехнического). Именно на этом уровне максимально работают механизмы аппарата теории информации Шеннона. На канальном уровне физический сигнал режется на кадры (протоколы HDLC, X21). На одном физическом соединении может быть организовано много логических канальных соединений (коммутация каналов). Канальный уровень обеспечивает передачу кадров между парами узлов вычислительной сети. На сетевом протокольном уровне водится понятие уникальный сетевой адрес. Таким образом, объектом управления на сетевом уровне является сообщение в целом (коммутация сообщений). Кроме того, первых трех уровней достаточно для организации классической локальной вычислительной сети (ЛВС). Для таких сетей характерна топология, при которой каждый узел сети видит все другие узлы сети (общая шина, кольцо, звезда). Четвертый транспортный уровень обеспечивает возможность передачи через транзитные узлы вычислительной сети. Для решения целого ряда задач на этом протокольном уровне сообщения разбиваются на элементарные пакеты (коммутация пакетов). Пакеты следуют по собственным маршрутам и в узле приемника собираются в исходное сообщение. Следующий сеансовый уровень после доставки сообщения управляет сеансом связи между узлами передачи и приема. Далее, уровень представления обеспечивает возвращение (или свертывание) сообщению исходного вида представления (текст, картинка, звук и т.п.). Наконец, на прикладном уровне осуществляется внедрение сообщение в прикладные процессы узла приемника. Модель TCP/IP. Эталонная модель OSI на практике имеет различные варианты реализации. Наиболее часто используемой сегодня моделью стала модель TCP/IP. Эта модель имеет всего четыре протокольных уровня, которые точно соотносятся с протокольными уровнями модели OSI. Некоторые уровни модели OSI объединены в единые уровни модели TCP/IP, что особенно наглядно иллюстрируют примеры протоколов Интернет. Современные технологии вычислительных сетей и понятие интернета. Современные технологии вычислительных сетей основаны на построении локальных корпоративных сетей (ЛКС) предприятий и организаций, сетей регионального, федерального, сетевых сервисов международного уровня, специальных сетей. Существует ряд программных технологий разработки серверной и клиентской частей (например, ASPNET Microsoft). В тоже время, наблюдаются определенные проблемы в этой области программно-технологического обеспечения. Модель OSI является стандартом. На основе этой модели построена модель TCP/IP. Бурное развитие мобильной технологии накладывает свои требования к современным сетевым технологиям (оборудование рабочих мест пользователей функциональными планшетами). Таким образом, можно выделить следующие основные тенденции: развитие облачных сетевых технологий, при которых требования к вычислительным ресурсам компьютерного устройства минимизируются; развитие семейства веб-серверов и сетевых сервисов (WMS, WFS, WCS и др.); развитие средств разработки реентерабельных серверных DLL-библиотек (например, в студии объектно-ориентированного программирования MS Visual Studio); развитие языков построения клиентских приложений, способных выполнять многие операции без обращения к серверному центру (например, язык JavaScript); развитие языков и технологий сетевых браузеров (HTNL, CSS и т.д.); развитие языков и средств разработки серверов приложений в трехзвенной сетевой архитектуре (сервер – сервер приложений – клиенты). Очевидно, что в такое разнообразие направлений разработок в ближайшее время будет сокращено (например, при разработке средств языка C# корпорация Microsoft просто купила библиотеку VCL системы Delphi и на основе библиотек VCL и MFC создала новую мощную библиотеку классов языка C#. Отдельно необходимо остановится на определении понятия – что такое интернет. Вычислительные сети (ALOHA, ARPANET) существуют уже давно, и в этих сетях сегодня замечательно работает интернет. Значит, прежде всего, интернет – это не вычислительная сеть, и тем более не глобальная вычислительная сеть, как нередко пишут в некоторых источниках. В определенный момент времени разработчикам сетевых технологий пришла идея приблизить такие технологии к рядовому пользователю. Очевидным путем решения такой задачи становится задача функционального расширения возможностей протокольных механизмов стандартной модели OSI. Что и было сделано на практике. Например, хорошо всем знакомые протоколы HTML и HTTP – всего лишь гипертекстовые расширения протоколов уровней транспортного, сеансового и представления. Таким образом, интернет – это система протоколов, построенная в рамках эталонной модели OSI. Роль моделей и методов технологии вычислительных сетей в современных информационных технологиях. В соответствии с задачами, которые решают механизмы протокольных уровней в модели OSI, следует вывод о том, что прикладная информация по стандартным вычислительным сетям не передается по определению. Информационные модели на найденные в сети текст, документ накладывает сам пользователь. Вычислительные сети передают данные в мультимедиа представлении. А извлекает информацию из этих данных непосредственно пользователь сети. Таким образом, роль моделей и методов технологии вычислительных сетей в современных информационных технологиях сводится к обеспечению надежного доступа к удаленным информационным ресурсам. Ряд международных групп работают над созданием информационных сервисов (например, One Geology), однако результаты таких работ пока весьма незначительны. Это следует, например, из применения содержательно различных систем классификации одних и тех же предметных областей в разных регионах и странах. Конечно, масштаб применения сетевых технологий определяется масштабом самих информационных технологий. Однако, различные принципы классификации предметной области могут проявляться и на уровне отдельных предприятий и организаций. Очевидно, что базовым направлением развития сетевых технологий в интересах информационных технологий становится разработка полноценных серверов приложений, суть работы которых заключается в приеме прикладного информационного запроса от клиента, и возврат прикладного информационного ответа клиенту. Лекция 6 Основные модели и методы организации операционной среды современных информационных технологий. Операционные системы, системы программирования и их роль в построении информационных технологий. Классификация методов и механизмов взаимодействия программно-технологических компонентов в разнородной и распределенной операционной среде информационных технологий. Операционные системы, системы программирования и их роль в построении информационных технологий. Реализация инструментов обеспечивающих технологий осуществляется путем разработки соответствующих программных приложений и выполнением таких приложений в операционной среде. Различают следующие основные модели и соответствующие методы организации процесса функционирования операционной среды информационных технологий. Потоковый режим характеризуется таким механизмом прерываний вычислительного процесса, при котором такие прерывания (кроме системных и аварийных) вызывают сами программные приложения (например, при старте операции ввода/вывода). Программное приложение может сколь угодно долго занимать операционную среду, причем остальные процессы (и клиенты) будут находится в состоянии ожидания (если не организована архитектура параллельных вычислений). Потоковый режим характеризуется неопределенным сроком ожидания результатов работы программного приложения. Очевидно, что для информационных технологий, для которых срок годности информации исчисляется неделями и месяцами, такой режим работы операционной среды может подойти, особенно учитывая то, что такой режим будет значительно дешевле. Режим разделения времени определяется наличием источника прерываний в самой операционной среде (например, от таймера). В этом случае можно уверенно прогнозировать время получения результата. Сегодня большинство операционных систем работают именно в режиме разделения времени. Наиболее сложным является построение операционной среды для информационных технологий, работающих в реальном масштабе времени решаемых прикладных задач. Здесь никакие задержки ответа не могут быть по определению. В зависимости от масштаба времени работы информационной технологии выбирается и система программирования, среди которых сегодня одной из лидеров стала студия объектно-ориентированного программирования MS Visual Studio, Инструменты студии программирования должны обеспечивать как необходимые параметры производительности информационных технологий, так и необходимые интерфейсные представления объектов информационных моделей исходных, промежуточных и выходной информационной продукции. В совокупности, способы организации операционной среды информационных технологий должны обеспечивать решение прикладных задач с должным качеством и в должном масштабе времени. Классификация методов и механизмов взаимодействия программно-технологических компонентов в разнородной и распределенной операционной среде информационных технологий. Характерной особенностью большинства информационных технологий является необходимость работы с разнородными данными, инструментальную обработку которых осуществляют разные обеспечивающие технологии и программные системы. Таким образом одной из актуальных задач становится задача обеспечения взаимодействия компонентов информационных технологий в разнородной и распределенной операционной среде. В процессе решения этой задачи было разработано много моделей и механизмов, наиболее важными среди которых являются следующие решения. Буфер копирования и вставки. Простейший метод переноса данных из одного приложения в другое. Метод актуален и сегодня и постоянно расширяется по функциональным возможностям в различных программных системах. Технология привязки и внедрения объектов (OLE). Технология позволяет перенести (привязать или внедрить) не только объект данных, но и набор необходимых методов обработки такого объекта данных в чужой операционной среде. OLE-технология ы некотором смысле уже напоминает организацию серверных поставщиков объектов и методов. Технология ActiveX еще более развитая технология внедрения разнородных объектов. Основным недостатком этой технологии является необходимость существования серверной программной среды на компьютере внедрения. COM-модель решает задачу взаимодействия другим способом – путем заключения передаваемого объекта в типовую оболочку. Операционная среда при применении COM-модели получила название сервер-контейнерной средой. Серверы поставляют разнородные объекты, которые собираются в единой контейнерной среде. К 2000 году корпорация Microsoft планировала переход на интегрированную операционную систему в модели COM++. Однако, в результате начиная с 2002-2003 года развитие технологии взаимодействия приложений пошло совершенно по другому пути. Вместо попыток разработать «систему в системе» корпорация Microsoft стартовала новую концепцию организации операционной среды – технологию DOTNET. В качестве операционной системы при создании приложений выступает логическая операционная система FRAMEWORK, что позволяет практически полностью избежать операционной разнородности используемых в приложении компонентов и объектов. После запуска в реальной операционной системе (например, Windows) логический код (CLR) трансформируется в реальный исполняемый код данной операционной системы. Такое решение принципиально минимизирует проблемы интеграции разнородных компонентов объектов. Связь с внешними приложениями осуществляется посредством строк соединения через соответствующие провайдеры, при этом проблема удаленности каких-либо ресурсов становится для информационной технологии несущественной. Лекция 7 Информационные технологии и базы знаний. Данные, информация и знания. Классификация моделей представления знаний. Экспертные системы. Лексическая основа представления знаний в информационных технологиях. Роль и задачи организации механизмов баз знаний в информационных технологиях. Информационные технологии и базы знаний. Знания с формальной точки зрения представляют собой модели либо извлечения информации из данных, либо выражения информации через совокупности разумно связанных данных (категории классических задач распознавания и прогноза). Информационные технологии по определению оперируют информационными моделями, в основе которых лежат знания. Модели знаний могут присутствовать в различных вариантах. Экспертные знания специалистов прикладной области управляют процессами построения информационных моделей исходных данных, информационных моделей анализа данных и обработки информации, информационных моделей производимой продукции. Например, нормативная методика требований к составу и структуре содержимого информационного ресурса представляет собой документ, разработанный специалистами предметной области, согласованный со всеми заинтересованными сторонами (поставщиками данных, пользователями) и утвержденный соответствующим нормативным органом (например, научно-редакционным советом). Наличие программных приложений, реализующих форматы таких нормативных документов, привносят в информационные технологии элементы автоматизированных экспертных процедур. Лексическая основа информационных технологий предполагает создание электронных словарей терминов и выражений, которые при соответствующем развитии (например, при реализации в модели семантической сети) могут быть преобразованы в элементы экспертных систем. Наконец, полноценная реализация предметных баз знаний с соответствующими механизмами управления такими базами приводит к построению информационных технологий на основе экспертных систем. Данные, информация и знания. Суммируя вышесказанное, теперь можно определить понятия данных, информации и знаний в контексте использования таких агрегатных состояний содержимого предметной области в информационных технологиях. Данные, как количественные и качественные измеренные характеристики конкретных объектов, составляют основу любых информационных объектов. Информация производится в результате анализа и обработки данных, таким образом, информация выражает модели разумно связанных совокупностей данных (разумно в контексте решаемых прикладных задач). Знания выражают устойчивые закономерности окружающего мира (например, парадигматические) и служат основой для построения информационных моделей распознавания или прогноза по совокупностям связанных данных. Информационная технология не предназначена для производства новых знаний. Однако, устойчивое производство информационной продукции вполне может привести к выявлению новых устойчивых закономерностей и, как следствие, к новым знаниям. Классификация моделей представления знаний. В теории выделены следующие основные модели представления знаний. Продукционная или эвристическая модель. Строится на основе заключений «если – то». Такое заключение носит предметный характер и в теории определяется через предикат. Продукции (правила, эвристики) не требуют никаких обоснований, поэтому такая модель широко применяется в экспертных системах, например, класса экспресс-анализа. Предикатная модель представления знаний. Для реализации таких моделей были разработаны специальные языки ЛИСП и ПРОЛОГ. Фреймовая модель представления знаний не имеет устоявшейся теоретической базы. Фрейм, как запись стереотипной ситуации, или как краткая запись знания слабо подлежит формализации на основе существующих методологий. Разнородность фрейма носит не инструментальный, и предметный характер, поэтому реализация фреймовых экспертных систем сегодня осуществляется в узко специализированных областях. Модель семантическая сеть – наиболее общая модель представления знаний. Фреймовые узлы связываются семантическими отношениями, что затрудняет формализацию таких модельных построений на многие порядки. Специалисты считают, что формализации модели семантическая сеть аналогична решению задачи построения модели единого поля. В тоже время, вводя некоторые разумные ограничения, применение моделей представления знаний в информационных технологиях становится практически реальной и актуальной задачей. Экспертные системы. Экспертные системы представляют собой системы (полнофункциональный набор операций) формирования экспертных оценок задаваемых пользователем ситуаций. Классически в состав экспертных систем входит модуль приобретения знаний (описание новых закономерностей в соответствующих моделях представления знаний), собственно база знаний (хранящая совокупность всех модельных описаний) и модуль выработки решений (экспертных оценок), причем вариантов предлагаемых решений классически в общем случае должно быть несколько. Развитие технологии экспертных систем достигло максимума в середине 90-х годов. Однако, сложности построения пользовательских интерфейсов, сложности реализации фреймовых моделей представления знаний и организации, таким образом, полноценной базы знаний привели к тому, что, например, лицензионная покупка одной инсталляции инструментальной экспертной системы KEE стоила порядка 250000$, что конечно недоступно для абсолютного большинства пользователей. Кроме того, такие системы стали требовать приобретения мощных рабочих станций (например, рабочая станция SUN позволяла организацию в несколько сот рабочих мест). Лексическая основа представления знаний в информационных технологиях. Как показала практика, применение лексикографического подхода к формальному описанию информационных моделей сегодня хорошо реализуема в базисе существующего программно-технологического обеспечения. Инструментальные классы доступны для организации в реляционной модели и, тем более, средствами SQL-серверов. Формальное лексическое описание предметной области задач информационных технологий хорошо реализуется в модели словарного инварианта. Лексическая словарная поддержка процессов информационных технологий, как минимум, принципиально повышает качество и производительность решения прикладных задач (блокирование синтаксических ошибок, развитая система подсказок в предметных определениях и пр.),а как максимум, позволяет автоматизировать процессы построения и применения информационных моделей при вводе и анализе данных, обработке информации и производстве информационной продукции. Лексическое моделирование представляет собой один из вариантов реализации модели семантической сети и именно поэтому имеет такое важное значение в современных информационных технологиях. Роль и задачи организации механизмов баз знаний в информационных технологиях. Выполняя операции вода и анализа данных, обработки и производства информации информационная технология объективно вторгается реализацией своих механизмов в области технологии баз знаний. Формулирование и реализация задач построения и применения названных информационных моделей в любом случае выполняется соответствующими экспертами в соответствующих областях знаний предметной области задачи. Организация базы знаний на основе лексикографического (языкового) подхода позволит перевести информационную технологию на новый уровень качества и производительности ее работы, а также, на новый уровень прагматической ценности производимой технологией информации. Лекция 8 Разновидности и этапы развития информационных технологий. Примеры практической реализации информационных технологий. Пути и критерии развития информационных технологий. Перспективные информационные технологии. Информационные технологии нельзя однозначно связывать с применением обеспечивающих компьютерных технологий. Например, в течение нескольких тысяч лет (примерно до 1900 года) наблюдалась эволюция от глиняных таблиц к папирусу, затем к пергаменту и, наконец, к бумаге. Имелось много новшеств в представлении данных: фонетические алфавиты, сочинения, книги, библиотеки, бумажные и печатные издания. Это были большие достижения. Обработка информации осуществлялась вручную, но это вовсе не отрицает технологичность и производственный характер такого рода процессов. Информационное производство в первой половине 20-го века характеризуется массовым применением перфокарт. Далее появились носители в виде перфолент, магнитных лент и т.п. Подобные этапы развития информационных технологий характеризуют в первую очередь развитие обеспечивающих технологий в основном на базе компьютерной техники. Примером отечественной информационной технологии федерального значения является ГИС-Атлас «Недра России» (http://atlaspacket.vsegei.ru), в котором собрана информация более чем по 60000 объектам недропользования (топология, геология, инфраструктура, изученность, экология и пр.). Представленный в открытом доступе информационный ресурс атласа поддерживается информационной технологией мониторинга такого ресурса. Наработанные в регионах данные нормируются, сводятся в информационные пакеты и передаются на централизованную обработку. Далее на основе исходных данных создаются обобщенные модельные представления, которые в соответствии представлениями пользователей формируют заданную информационную продукцию посредством веб-сайта. Эта информационная технология нарабатывалась в течении 10 лет и сегодня пользуется хорошим спросом. Информационная продукция, выставленная на сайте, востребована как на уровне органов управления, так и на уровне рядовых пользователей. Также, следует отметить тот факт, что очень сложная внутренняя организация этой информационной технологии никак не проявляется на уровне пользователей, которым выдается понятный информационный результат. Существует множество примеров реально работающих информационных технологий, большинство из которых в соответствии с законодательной базой закрыты для свободного доступа. Пути и критерии развития информационных технологий. Информационная сущность информационных технологий предопределяет пути и критерии их развития. Формальное моделирование информации есть измерение или исчисление информации. И если в теории информации Шеннона выбрана единица информации «бит», то на уровне смыслового представления информации такого рода выбор еще предстоит сделать. Лексикографический подход к моделированию предметной области позволяет предположить варианты такого рода выбора. Прагматическая ценность лексического выражения вполне может быть оценена в процессе функционирования информационной технологии. Для приведенного выше примера, в результате ежегодного мониторинга информационного ресурса ввод, анализ новых региональных данных и обработка сформированной информации через такт работы информационной технологии может привести, например, к выявлению признаков нового месторождения полезных ископаемых, что и случается на практике. Чем более точно и адекватно будет выполняться формализация (измерение) информации, тем более высокой будет прагматическая ценность информационной технологии. Безусловно, такое развитие связано в первую очередь с развитием теоретических модельных представлений. Тем более, что вариант лексической основы информационной технологии выглядит очень перспективно и в плане теоретического обоснования. В практическом отношении, лексический подход обеспечивает пользователю интуитивно и предметно понятный информационный продукт. Перспективные информационные технологии. Развитие компьютерных технологий может оказать влияние на формирование перспективных информационных технологий. Однако, здесь существует большая проблема, связанная с пресловутой архитектурой фон Неймана. Сегодняшние компьютеры обладают громадными ресурсами, но в своей основе остаются мощными вычислителями на основе регистровой памяти. В 70-х годах в Японии были предприняты попытки разработки так называемых компьютеров 5-го поколения (компьютеров баз данных, фреймовых компьютеров), в которых сама аппаратная часть должны быть реализована с учетом назначения такого компьютера. Попытки закончились неудачей, однако сам факт того, что только при условии развития архитектуры компьютерной техники возможны и перспективы развития информационных технологий, очевиден. Гораздо более реальным представляется полномасштабная автоматизация лексической основы информационной технологии и перевод интерфейса таких технологий полностью на язык информационных моделей. Лексическая основа может быть реализована с применением существующих компьютерных технологий. Опыт такого рода разработок уже есть и показывает хорошие результаты. В максимальном варианте – нужна теоретическая база формального информационного моделирования с выходом на модели представления знаний и базы знаний. Тогда, в рамках предметной области решаемой задачи, информационная технология станет осмысленным производителем информационной продукции с возможностями ее лексической перестройки и адаптации.