Введение в информационные технологии

14. Лекция: Введение в информационные технологии Обзор и классификация новых информационных технологий, тенденции развития этих технологий. Процесс получения (актуализации) и хранения в компактном виде (структур данных) называется в информатике информационной технологией. Новая информационная технология – информационная технология на базе новых, компьютерных средств получения, хранения, актуализации информации (знаний). В узком понимании, новая информационная технология – использование вычислительной техники и систем связи для создания, сбора, передачи, хранения, обработки информации или часть информационного бизнеса. Взглянем на новые информационные технологии, ограничиваясь их содержательным простым обзором, с учетом того, что две важные информационные технологии – математическое и компьютерное, имитационное моделирование — уже были нами рассмотрены выше. Отметим лишь, что математическое моделирование – "старая" информационная технология, в отличие от компьютерного моделирования, являющегося новой технологией. 1. Технология баз данных (БД) и систем управления БД (СУБД). БД – достаточно большие наборы структурированных данных некоторой предметной области, представленные на машинных носителях и имеющие общую и удобную структуру, единые организационно-методические, программно-технические и языковые средства обеспечения использования данных различными программами пользователей. В последнее время распространяется технология удаленных БД. Она базируется на коллективном доступе пользователей к информационным ресурсам, сосредоточенным на едином компьютере (хост-компьютере), в диалоговом режиме по сетям передачи данных. Информационные услуги – широкие, благодаря наличию разнообразных средств поиска, обработки и выдачи информации. Особенность данной технологии – предоставление пользователю только информационных услуг, а не непосредственно информационных продуктов, в результате чего он получает (оплачивает) только действительно нужную информацию. СУБД – программная система, обеспечивающая общение (интерфейс) программ пользователя и данных из БД. Это общение происходит на специальном непроцедурном языке логического представления данных и структур данных, сами данные описываются средствами также специального языка представления данных, программы пользователя при этом могут быть написаны на языке программирования. СУБД должна иметь средства, которые позволяют сформулировать запрос к БД (поиск, сортировка и т.д.) на языке, близком естественному и понятному пользователю, но в то же время формальному, реализованному на ЭВМ. Такие языки называются языками запросов к базам данных и относятся к языкам непроцедурного типа. Пример. База данных ГИБДД всех владельцев автотранспорта, из которой по запросам сотрудников ГИБДД можно оперативно извлечь, скажем, данные о владельце машины по номеру ее госрегистрации. 2. Технологии хранилищ данных и интеллектуального анализа данных. Хранилище данных – очень большая специализировнная БД и программная система, предназначенная для извлечения, коррекции (чистка, правка) и загрузки данных из источников в БД с многомерной структурой, включая средства упрощения доступа, анализа с целью принятия решения. Интеллектуальный анализ данных (Data Mining) – автоматический поиск скрытых ("не лежащих на поверхности") в больших базах данных взаимоотношений и связей с помощью математического и инфологического анализа, выделения законов (трендов), классификации и распознавания и т.д. Специальные модели и алгоритмы анализа извлекают из больших баз данных или из других хранилищ данных, например, электронных таблиц) знания, позволяющие агрегировать, интегрировать и детализировать эти данные, и самое главное – принимать на их основе решения. Это, по сути, идентификация скрытых в них зависимостей. Пример. Хранилища данных собирают и централизуют текущую информацию о состоянии дел корпорации, о ее услугах, клиентах, поставщиках и предоставляют аналитические и отчетные инструменты. С помощью анализа финансовых отчетов фирм можно их разбить на классы по их финансовой устойчивости, по вероятности их банкротства, что поможет банку-кредитору осуществлять политику их кредитования более эффективно. Интеллектуальный анализ данных в геоинформационных системах может помочь обнаружить и визуализировать участки земной коры с залежами нефти, газа, сейсмоопасные. В бизнесе такой анализ может осуществляться для оценки надежности клиентов, выявления мошенничества, интерактивного маркетинга, анализа трендов и др. то есть для Business Intellegence. 3. Технология баз знаний (БЗ) и экспертных систем (ЭС). БЗ – накопление, структурирование и хранение с помощью ЭВМ знаний, сведений из различных областей таким организованным способом, что можно иметь доступ к этим знаниям, расширять эти знания, получать, выводить новые знания и т.д. Пример. БЗ по хирургическим операциям брюшной полости, из которой молодой и неопытный хирург в экстренной хирургической ситуации может извлечь необходимую информацию об операции; сама же БЗ разработана на основе знаний высокопрофессиональных и опытных хирургов. ЭС – накопление опыта, знаний, умений экспертов, их структурирование и хранение, актуализация с помощью ЭВМ с целью получения экспертных суждений по различным проблемам данной области. Пример. Примером ЭС "Хирург" может быть экспертная система, построенная на основе приведенного выше примера БЗ. 4. Технология электронной почты и телекоммуникационного доступа к удаленной от пользователя информации, носителю информации, собеседнику – человеку или компьютеру. Электронная почта – система передачи сообщений с помощью компьютера отправителя и приема их с помощью компьютера получателя. При этом сообщение отправителя преобразуется из цифровых кодов (например с помощью модема) в коды электромагнитных колебаний, передаваемые по телефонным каналам, а ЭВМ адресата производит обратное преобразование. Развитие сетей связи – виртуальные локальные вычислительные сети, объединяющие пользователей не по территориальному принципу, а по профессиональным интересам. Телеконференция – обмен сообщениями (докладами) между участниками (подписчиками) конференции, объявленной на электронной доске объявлений в сети Интернет. С помощью телеконференций можно проводить консалтинг, обучение, совещание, автоматизацию офиса и др. Базовая система проведения видеоконференций обычно включает: мощную рабочую мультимедийную станцию; видеокамеру и специальную плату для сжатия видеоинформации; микрофон и видеомагнитофон; средства сопряжения с используемой для проведения конференции сетью. Пример. Рассмотрим медицинские видеоконференции (яркий социально-экономический пример использования телеконференции). В крупных больницах и клиниках сейчас имеется современное медицинское оборудование – томографы, эхокардиографы и др., а также достаточно высококвалифицированный медицинский персонал, с помощью которых в режиме видеодиалога (конференции), врачи из региональных (вплоть до районных) медицинских учреждений могут обсудить результаты диагностики больного, диагноза, методов и стратегий лечения. Проблема "приближения" этих средств и кадров особенно актуальна для нашей страны с ее большой территорией. Экономическая и социально-медицинская выгода от таких видеоконференций в 6-10 раз выше, чем от классической технологии проведения консультаций с выездом в клинику (иногда это и невозможно). 5. Технология (использования) автоматизированных систем (АС) и автоматизированных рабочих мест (АРМ). АС – это человеко-машинная система для выполнения ежедневных, часто рутинно производимых на рабочем месте действий, с целью уменьшения времени, ошибок и обеспечения оперативной связи с другими сотрудниками; интеллектуальные системы имеют также и способность к перестройке технологической цепочки, имеют способность к обучению. АРМ – предметно-ориентированная инструментальная АС, предназначенная для автоматизации профессиональных работ (сидящего за данным рабочим столом сотрудника). Можно их определить как автоматизированные системы локального характера, соответствующие некоторому функциональному назначению. Пользовательский интерфейс с АРМ часто организуется с помощью понятия рабочего стола на экране. Экран делится на три части (три объекта). Первая (обычно верхняя) часть – строка меню, с ее помощью осуществляется доступ к другим объектам. Вторая часть (обычно нижняя) называется строкой состояния, с ее помощью быстро вызываются часто используемые объекты или отображается важная текущая информация. Третья часть (основная, средняя часть экрана) называется  рабочей  поверхностью (поверхностью стола), с ее помощью отображаются все объекты, вызываемые из меню или из строки состояния. Такая форма организации диалога человека и машины наиболее удобна, и многие программы используют ее. Программные средства АРМ – часть инструментального программного обеспечения. Пример. АРМ секретаря-референта должен включать редактор текстов, электронную таблицу, переводчики, органайзер и др. АРМ студента-экономиста должен включать электронные учебники по изучаемым дисциплинам, обучающие программы и среды, электронные справочники и энциклопедии, переводчики, органайзер и др. АРМ администратора базы данных должен включать СУБД, электронный журнал администратора и др. АРМ управляющего должен включать средства описания управленческой деятельности в виде сетевого графика, систему контроля исполнения, систему согласования документов, систему электронной подписи, систему ведения совещания и др. АРМ банковского служащего и банковские системы – наиболее развиваемые системы. Они включают программное и техническое обеспечение как специального назначения (например, для банковских расчетов и операции с банкоматами), так и для обеспечения безопасности таких систем. 6. Технологии компьютерного (компьютеризированного) офиса коллективной работы в офисе. Компьютерный офис – это офис, в котором имеется высокий уровень компьютеризации, внедрения АРМ, систем делопроизводства – так, что вся профессиональная деятельность офиса может быть успешно автоматизирована. Пример. Компьютерный офис – это, например, офис, в котором работа осуществляется с использованием локальных сетей связи и интегрированной программной среды Microsoft Office, которая включает в себя все, в частности ведение делопроизводства, контроль исполнения и др. Стандартное ядро Microsoft Office включает: редактор текстов Microsoft Word (функции редактора – набор, именование и сохранение текста, модификацию, переименование и перемещение текста или его отдельных фрагментов, вставку различных формул, графиков, таблиц, диаграмм и др.); электронную таблицу Excel (функции – обработка, хранение и модификация в произвольных таблицах чисел, строк, столбцов, формул, по которым динамически модифицируются числа, строки и столбцы); систему для презентаций (презентационный пакет) PowerPoint (функции – создание и проецирование на большом экране электронных презентаций, слайд-шоу, ярких пленок для проектора, раздаточных печатных материалов); систему управления базами данных Access (СУБД, доступная любому пользователю и позволяющая быстро и эффективно организовывать, анализировать, перемещать, вести поиск и т.д. для больших массивов информации, без дублирования информации в них), например, по шаблонам создания базы данных: Адресная книга – создает базу данных типа адресной книги, Библиотека – создает базу данных типа библиотеки, Контакты – создает базу данных типа контактных связей и др. В состав Microsoft Office-2000 входят и будут входить в ее дальнейших модификациях возможности одновременного показа презентаций по локальной сети, использование возможностей системы распознавания речи, визуальные среды разработки различных офисных приложений (например, заполнения платежных поручений), сайты рабочих групп, системы визуализации данных, система сканирования и ввода данных и др. Технология "Рабочая группа" – технология совместной работы нескольких связанных между собой общими информационными ресурсами компьютеров ("рабочей группы"), объединенных для решения какой-либо общей задачи. Пример. Примеры рабочих групп: "Дирекция", "Бухгалтерия", "Канцелярия". Компьютерная сеть организации может объединять несколько рабочих групп. У каждого компьютера рабочей группы имеется идентификатор, имя в группе, например, по ФИО человека, на нем работающего. В рабочей группе "Бухгалтерия" может существовать компьютер (рабочее место) "Главбух" или "Иванов Сергей Николаевич". Рабочая группа может быть и временной – для работы над конкретным проектом в пределах определенного промежутка времени. Пример. Можно организовать рабочую группу "Презентация фирмы", состоящую из компьютеров сотрудников фирмы, которые подготавливают презентацию своей фирмы, или "Годовой отчет" – для создания годового финансового отчета фирмы. Все эти люди могут работать в разных отделах, но они составляют временную рабочую группу, чтобы было легко обмениваться информацией общего доступа при работе. Обмен информацией может происходить и между рабочими группами. Для этого не нужно физически перемещать компьютеры: чтобы сформировать рабочую группу, достаточно присвоить всем компьютерам, входящим в состав группы, ее имя. Пример. Операционная система Windows for Workgroups позволяет выделение компьютеров в рабочие группы при ее инсталляции. Изменять состав и структуру рабочей группы затем можно из "Панели управления", запустив прикладную программу Network (сеть). При этом все компьютеры одной сети, независимо от их объединения в рабочие группы, имеют доступ к общим принтерам и общим файлам, а такие приложения, как Mail (Электронная почта Schedule (Ежедневник), работают только в пределах одной рабочей группы. Передача почты через Mail возможна только в пределах одной рабочей группы. Как правило, в небольших фирмах имеется одна рабочая группа. Технология "Клиент-сервер" – это технология взаимодействия компьютеров в сети, в которой каждый из компьютеров имеет свое рабочее назначение. Один, более мощный, компьютер (сервер) в сети владеет и распоряжается информационными и аппаратными ресурсами (процессор, файловая система, почтовая служба, база данных и др.), другой, менее мощный ("клиент"), имеет доступ к этим ресурсам лишь через сервер. Пример. Сейчас говорят уже о принципиально иной концепции взаимодействия между элементами сети peer–to–peer (P2P), позволяющей отдельным компьютерам работать друг с другом напрямую. 7. Технологии использования интегрированных пакетов прикладных программ (ППП) – технологии на базе ППП для решения различных классов однотипных и часто встречающихся задач из различного типа предметных областей. Современные ППП имеют диалоговую, интерактивную обратную связь с пользователем в процессе постановки задачи, решения и анализа результатов. Используют при решении задач обычно используемый в предметной области интерфейс. Пример. В качестве примера интегрированного ППП приведем пакет MathCAD, предназначенный как для сложных математических вычислений, так и для несложных (в режиме инженерного калькулятора). 8. Технологии машинной графики и визуализации – технологии, базирующиеся на системах рисования и черчения различных графических объектов и образов с помощью ЭВМ и устройств рисования (например, плоттеров), а также их визуального, наглядного представления. Особо следует отметить средства анимации – "оживления" изображений на экране, компьютерных мультфильмов. Пример. Примером средств машинной графики может служить программный комплекс изображения пространственных объектов и их динамической актуализации – пакет 3D-Studio . Пакет 3D-Studio позволяет не только создавать трехмерные сцены, но и использовать эти сцены при реализации компьютерных анимационных ситуаций (мультипликаций) с использованием различных графических файлов разных форматов, что дает возможность применять при разработке мультфильмов известные графические пакеты: СorelDraw, PhotoPaint и др. 3D-Studio имеет модульную структуру, состоящую из пяти модулей, за каждым из которых закреплены конкретного типа задачи, решаемые в строгой последовательности. Первый модуль (2D-Shaper) является основным инструментом создания и редактирования плоских фигур, а также снабжения других модулей особыми геометрическими структурами, формами и траекториями. Для преобразования плоских фигур в трехмерные каркасные объекты имеется модуль 3D-Lofter, в который включены мощные средства генерации сложных пространственных форм и структур. Подготовленные двумерные планы моделей отображаются ("выдавливаются") в третье измерение по специально заданным траекториям. Модуль 3D-Lofter снабжен средствами деформации, например, по осям, что позволяет создавать трехмерные объекты более сложных форм. Можно построить 3D-фигуру по трем проекциям на координатные плоскости. 9. Гипертекстовые технологии. Гипертекст, hypertext – сверхтекстовая, надтекстовая. Эта технология на базе средств обработки больших, глубоко вложенных, структурированных, связанных семантически и понятийно текстов, информации, которые организованы в виде фрагментов (текста), относящихся к одной и той же системе объектов, что расположены в вершинах некоторой сети и обычно выделяются цветом; они позволяют при машинной реализации быстро, нажатием нескольких клавиш, вызывать и помещать в нужное место просматриваемого или организуемого нового текста нужные фрагменты гипертекста, "привязанные" к выделенным по цвету ключевым словам или словосочетаниям. Гипертекстовая технология позволяет определять, выбирать вариант актуализации информации гипертекста в зависимости от информационных потребностей пользователя и его возможностей, уровня подготовки. При работе с гипертекстовой системой пользователь имеет возможность просматривать документы (страницы текста) в том порядке, в котором ему это больше нравится, а не последовательно, как принято при чтении книг. Достигается это путем создания специального механизма связи различных страниц текста при помощи гипертекстовых ссылок. Пример. Примерами гипертекстов могут быть электронные журналы. 10. Средства и системы мультимедиа (multimedia) и гипермедиа (hypermedia). Медиа – "среда или носитель информации". Мультимедийность, многосредность – актуализация различных сред и чувств восприятия информации: средства озвучивания, оживления – мультипликации, графического и наглядного представления входных и выходных данных задачи и сценариев решения или даже самого решения. Пример. Примерами средств мультимедиа могут служить звуковые карты (Sound Blaster) для генерирования на ЭВМ широкого диапазона звуков, активные звуковые колонки для их передачи и устройства считывания информации с компакт-дисков – CD-ROM, позволяющие считывать большие объемы информации – например некоторую сложную и длительную музыкальную композицию, – а затем воспроизводить их с использованием предыдущих двух средств мультимедиа. Средства гипермедиа – средства на основе синтеза концепции гипертекста и мультимедиа, то есть в гипертекстовые фрагменты могут быть "встроены" мультимедийное сопровождение, мультимедийные приложения. Пример. Глобальной гипермедийной системой является WWW (Word Wide Web – Всемирная Паутина) – система навигации, поиска и доступа к гипертекстовым и мультимедийным ресурсам Интернета в реальном масштабе времени. Глобальной ее можно считать потому, что в отличие от обычного (локального) гипертекста, ссылка на документ в ней (осуществляемая одним или несколькими щелчками мыши) может привести не только к другому документу (как в локальном гипертексте), но и к другому компьютеру (WWW -серверу), возможно, в другом полушарии. Работа ведется с помощью универсальной программы-клиента, которая позволяет объединить в единое целое клиента и сервер. Для доступа к WWW-серверу (информации на нем) необходимо знать адрес сервера, например, адрес http://www.mark-itt.ru – сервер со списком российских WWW-серверов, http (HyperText Transfer Protocol – протокол работы с гипертекстом). Имеется система автоматического поиска по определенным ключам (запросам, разделам). Информация в WWW представлена в виде гипертекстового документа, включающего в себя различные типы данных (текст, графика, видео, аудио, ссылки на другие гипертекстовые документы и т.д.). Такие документы называют WWW-страницами (WWW-pages). Эти страницы просматриваются с помощью браузеров – специальных программ для навигации по сети. Страницы хранятся на компьютерах-узлах сети, которые называют сайтами (site). Каждый компьютер имеет свой уникальный IP-адрес URL (Uniform Resource Locator – универсальный локатор ресурсов), с помощью которого браузер знает, где находится информация и что надо с ней делать. Cтраница – основной элемент WWW. На них находится та информация, которую мы ищем в сети, или ссылки на нужную информацию. Страницы, гипертекст – это легкая и быстрая в использовании, чрезвычайно мощная система связанных ключевых слов и фраз (ссылок), позволяющая ссылаться на другие ключевые слова и фразы других страниц. Эти ссылки обычно выделены другим цветом, и достаточно просто щелкнуть мышкой по выделенной ссылке, чтобы перейти к информации, на которую ссылается эта ссылка. Для создания гипертекстовых приложений (например, личной WWW-страницы) используется специальный язык HTML (HyperText Markup Language), позволяющий создавать гипертекстовый документ в любом текстовом редакторе формата ASCII, с подключением графических файлов двух основных форматов – GIF и JPEG. 11. Технология виртуальной реальности, виртуальная реальность – технологии актуализации различных гипотетических сред и ситуаций, не существующих реально и возможных как варианты развития реальных аналогов, систем реального мира; эти технологии и системы позволяют управлять виртуальным объектом, системой, путем моделирования законов пространства, времени, взаимодействия, инерции и др. Высшая форма развития компьютерного офиса – виртуальный офис и виртуальная корпорация – это офисы и корпорации, не существующие в обычном, классическом виде ("имеющих вывеску, штат, здание"), а существующие воображаемо, распределенно – как в пространстве, так и во времени (отделы и сотрудники могут находиться даже на различных континентах, общаясь по работе с помощью ЭВМ и сетей связи). Они являются высшей ступенью организации делового сотрудничества и в корне меняют организацию работ и систему информационного обеспечения сотрудников. Пример. Виртуальная маркетинговая корпорация "Да Винчи" объединяет ряд горнорудных месторождений, производственные (машиностроительные и строительные), транспортные, инвестиционные, экологические системы. Все подсистемы "Да Винчи" поставляются без доработок под конкретный объект (как детские конструкторы сборно-разборного типа). Один из сценариев, предлагаемых в проекте (Venture Management Model), моделирует нижеследующую ситуацию. Горнодобывающая компания ведет разработки в Новой Гвинее. Построенный в этой местности отель может быть расширен для обслуживания растущего потока деловых клиентов этой компании, а также туристов. Консорциуму, имеющему бизнес в сфере коммуникаций и гостиничных услуг, предлагается долевое участие в развитии этой местности и эксплуатации отеля. Для снижения накладных расходов на расширение отеля и инфраструктуры туризма привлекаются крупные строительные компании (на условиях долевого участия в прибылях). Отметим при этом, что критерии эффективности бизнеса в таком составе – различны, а процесс принятия стратегических решений сопряжен с конфликтными интересами партнеров, динамически изменяющейся их картиной. Для реализации этой корпорации имеются электронная (мультимедийная) почта для поддержки процессов принятия решений первыми лицами, средства телеконференций для функциональных подразделений и аналитиков, геоинформационная система, САПР, взаимодействующая с СУБД через структуру данных с пространственной привязкой, система компьютерного делопроизводства на всех этапах. Используются современные технологии типа "клиент-сервер" и объектно-ориентированные под Windows NT, Windows 95 (рабочие места), Unix (сервер), полные версии MS Office и компьютерный документооборот. В системе электронного документооборота используются: полнотекстовый поиск, доступ к проектной документации на всех этапах жизненного цикла проекта, подготовка интерактивной технической документации. Документ может содержать текст, например, HTML-документ, иллюстрации в одном или нескольких слоях, редакторские правки и комментарии участников различных рабочих групп, участвующих в проекте, трехмерных объекты из программ САПР, подключаемые к документу видео- и аудиофайлы. Есть еще много других видов (классов) технологий: компьютерной алгебры, средо-ориентированные, объектно-ориентированные, CASE-технологии, нечеткие и др.