–PAGE_BREAK–
Модельные системы поддержки принятия решений (МСППР).
Сами информационные системы для управления технологическими процессами появились относительно недавно.
МСППР появились в начале 70-х гг., особенно развивались в 80-е гг. благодаря развитию методов моделирования и применения компьютеров для управления технологическими процессами. Основная задача МСППР – обработка информации и помощь ЛПР. Основное направление МСППР – выработка решений по управлению технологическими процессами в плохо структурированных задачах.
Хорошо структурированные задачи управления– кода поведение объекта достаточно хорошо известно, т.е. хорошо известна внутренняя структура объекта управляемого объекта, известны элементы и связи между объектами. Хорошо структурированная система – детерминированная система.
С другой стороны достаточно много технологических объектов, которые можно отнести к классу плохо структурированных, их внутренние связи и элементы изучены недостаточно. Управление такими объектами в существенной степени зависит от опыта и интуиции персонала.
В состав МСППР входят следующие необходимые компоненты:
1. БД о процессе (составы, режимы).
2. Базы моделей.
3. Человеко-машинный интерфейс – обращается к БД и базам моделей для поиска информации и выработки решений.
Технология экспертных систем (ТЭС).
ТЭС служит для обработки информации о процессах и использует методы искусственного интеллекта. Элементами экспертных систем являются эксперты и знания.
Экспертом выступает специалист, имеющий достаточно большой опыт управления технологическим процессом.
Основная идея экспертных систем – использование опыта экспертов том случае, когда технологический процесс управляется менее квалифицированным персоналом.
Экспертная система содержит три необходимых элемента:
Эксперт, взаимодействуя с редактором базы знаний, передаёт свои знания базе знаний.
Пользователь через интерфейс пользователя общается с базой знаний.
БД хранит факты (результаты измерения составов, технологических параметров процессов и т.д.).
Знания– закономерности, связывающие факты.
МСППР и экспертные системы являются наиболее высоким уровнем информационных технологий для управления технологическими процессами. Создание таких технологий требует значительных усилий, в том числе с участием специалистов предметной области.
Архитектура современных аппаратных и программных средств.
Информационные технологии основаны на применении компьютерной техники. Т.о. необходимо иметь определённые знания, касающиеся архитектуры аппаратных и программных средств.
Компьютер– это прибор для автоматизации, создания, хранения, обработки и транспортировки информации.
Работа компьютера основана на последующем выполнении определенных операций, предписанных программой. Таким образом, использование компьютерной техники означает использование аппаратных и программных ресурсов. С одной стороны компьютер – электронное устройство для обработки информации, но без наличия программы ничего не делает. С другой стороны, программа предписывает последовательность действий, но реализуется на определенном устройстве.
Концепция персонального компьютера (ПК) означает, что пользователь компьютера решает задачи предметной области, не обладая знаниями в области программирования и компьютерной техники, то есть без помощи дополнительного персонала.
ПК имеет три основные части:
1. Процессор
2. Память
3. Периферийные устройства
Эти части ПК, будучи электронными устройствами, связаны между собой системой шин. Шина – набор электрических проводников. Назначение электрических сигналов на шине, их электрические характеристики стандартизированы. Таким образом, использование стандартной шины делает аппаратную часть компьютера открытой архитектурой, то есть в компьютерную систему, как в целостное устройство, могут объединяться три составляющих различных производчиков и изготовителей.
Совместимость составляющих компьютера означает, что они совместимы функционально, электрически и конструктивно.
Основной узел – процессор. Его функция – исполнение программ, которые хранятся в памяти. В современных ПК процессор выполнен на одном кристалле, то есть это специализированная микросхема, такое устройство называется микропроцессором. Процессор общается с памятью, взаимодействует так же и с периферийными устройствами этот обмен осуществляется с помощью шины. Объем информации очень значительный. Для обращения к элементам информации требуется определенный адрес, который задается в виде двоичного числа. Чем больше разрядов в двоичном адресе, тем больше элементов памяти может быть задействовано. Основным свойством является разрядность шины. Большинство современных ПК используют 32-х разрядную шину.
Производительность процессора определяется числом элементарных действий в секунду, которые он способен выполнять. Таким элементарным действием может быть чтение, запись и т. д. Для каждой операции требуется определенное время. Время в компьютерной системе должно быть синхронизировано. Для выполнения элементарного действия требуется определенный квант времени – такт. Чем короче такт, тем больше операций в секунду будет выполняться.
Второй важнейшей характеристикой процессора является тактовая частота. Тактовые частоты наиболее распространенных процессоров: 1,5…3 ГГц.
Память.
Назначение памяти – хранение данных и программ.
Всю память можно разделить на две части:
· Внутреннюю память
· Внешнюю память
Внутренняя память выполнена на специализированных микросхемах, имеет относительно небольшой объем, но имеет высокое быстродействие. Память организована таким образом, что информация хранится в виде двоичных слов (8 разрядов), любое слово байт. Важнейшей характеристикой памяти является ее объем.
Внутренняя память компьютера делится на:
· ROM(ReadOnlyMemory)- предназначена только для чтения.
· RAM(RandomAccessMemory) – память с произвольным доступом.
ROM(ПЗУ – постоянные запоминающие устройства) – хранит некоторые программы, записанные на этапе изготовления компьютера, и предназначены, в основном, для запуска компьютерной системы. Объем примерно 64 Мб.
RAM(ОЗУ – оперативное запоминающее устройство) – основная часть информации размещается в ОЗУ примерно 512 Мб.
ПЗУ – энергонезависимая часть памяти, там информация хранится после выключения компьютера.
В ОЗУ информация хранится в виде электрического заряда. Такой способ хранения информации обеспечивает высокое быстродействие, но является энергозависимой.
Внешняя памятьотличается тем, что информация хранится на физических носителях. Размещение информации на физическом носителе изменяется путём изменения свойств поверхности носителя (оптических или магнитных). Устройство для хранения информации, относящееся к внешней памяти, может использовать постоянные или сменные носители информации. На сегодня, такими устройствами хранения информации являются жёсткие магнитные диски (ЖМД), гибкие магнитные диски (ГМД), оптические (лазерные) диски (CD).
ЖМД. Носителем информации является несменный диск (5 дюймов). Размещение информации осуществляется определённым образом, для этого вся поверхность делится на концентрические дорожки. Каждая дорожка разделена на сектора. Информация записывается в нужный сектор на нужной дорожке. Запись производится магнитной головкой. Диск вращается со скоростью: 5400 об/мин (80Гб), 7200 об/мин, ок.10000 об/мин.
ГМДиспользуют такой же принцип записи, но имеет гораздо меньший объём (1,44Мб).
На оптических носителях информации запись осуществляется изменением коэффициента отражения поверхности. Для этого воздействуют на поверхность носителя лазерным лучом. Чтение информации, записанной на такой поверхности, осуществляется с помощью лазерной головки. В остальном, работа ЖМД и CDпрактически одинакова.
Внешняя память в отношении хранения информации так же является энергонезависимой, т.е. записанная на поверхности носителя информация сохраняется практически бесконечно долгое время.
Флэш-память. Использует электронные методы записи информации. Предназначена для кратковременного хранения информации. В основе памяти – специализированная микросхема – до 4 Гб. Обладает двумя полезными характеристиками: приемлемый объём и достаточное быстродействие. Информация будет в порядке в течение 105 циклов записи-чтения.
Периферийные устройства.
Предназначены для ввода и вывода информации при работе с ПК.
Устройства ввода информации:
· Клавиатура
· Мышь
· Сенсорный экран
· Сканер – оптическое устройство, содержащее подвижную линейку оптических датчиков, которые механическим приводом перемещается вдоль поверхности. Он предназначен для ввода информации с бумажного листа.
· Видеокамера
· Цифровой фотоаппарат
· Сетевые карты и другие устройства для работы с сетью
Ввод информации с внешних устройств осуществляется с небольшими скоростями, требует значительного времени по компьютерным меркам. Устройство ввода информации – одна из самых медленных систем.
Устройства вывода информации:
· Монитор (LCD– жидкокристаллический дисплей)
· Медиа-проектор
· Сетевые карты и модемы
Аппаратные средства компьютеров разрабатываются с использованием принципов открытой архитектуры системы. Такая архитектура предполагает, что любые части компьютерной системы совместимы функционально, электрически и конструктивно.
В процессе работы компьютерные системы обмениваются определенными электрическими сигналами. Функция совместимости означает, что устройства способны ״понимать״друг друга, поскольку назначение любых сигналов строго стандартизировано.
Электрическая совместимостьозначает, что все характеристики сигналов, которыми обмениваются устройства в компьютерной системе, стандартизированы.
Конструктивная совместимость. Для объединения частей компьютерной системы используются стандартные типы электрических соединителей (разъёмы).
Открытая архитектура позволяет использовать узлы, изготовленные самыми разными изготовителями, для сборки компьютерной системы. Открытая архитектура позволяет оптимизировать компьютерную систему в аппаратном отношении: для различных задач, выполняемых на компьютере, требуются различные характеристики компьютерной системы, например, различная производительность процессора, объём памяти, периферийные устройства, – т.о. пользователь может собрать систему для решения собственных задач.
В конструктивном отношении различают:
· Desktop – настольный;
· Notebook – карманный.
Архитектура программных средств.
Компьютер представляет собой единство аппаратных и программных средств.
Hardware– аппаратные средства компьютера (железо).
Компьютерная программа позволяет выполнять на одном и том же железе самые разные задачи.
Software– программное обеспечение, имеет иерархическую структуру. Существует несколько уровней программного обеспечения, на каждом уровне программа решает свои специфические задачи, взаимодействует с собой и аппаратной частью:
1. Базовый уровень.
2. Операционная система (ОС).
3. Прикладное программное обеспечение (ПО).
Программы базового уровня.
На этом уровне программы наиболее тесно взаимодействуют с аппаратной частью компьютера. По объёму – самые маленькие. Физически эти программы размещаются в постоянной памяти компьютера – ROM(ПЗУ). Эти программы настроены на работу с конкретными узлами компьютера. Это уровень системы BIOS(BasicInput/OutputSystem). Чаще всего BIOSсоздаётся на специальной микросхеме ПЗУ. Некоторые параметры BIOSможно менять в процессе эксплуатации компьютера.
Основная функция программ этого уровня– тестирование работоспособности компьютерной системы, загрузка ОС, обеспечение взаимодействия ОС с аппаратными средствами компьютера.
Программа тестирования (PoST– PoweronSelfTest), являющаяся основной частью BIOS, запускается в момент включения компьютера и определяет работоспособность его основных частей: проверяется работоспособность процессора, постоянной памяти и др.
После выполнения программы PoST, управление передаётся следующей части BIOS, программе загрузчику ОС. На этом действие BIOSне заканчивается. После загрузки ОС он осуществляет взаимодействие с аппаратными средствами компьютера.
Операционная система (ОС).
ОС – это большой программный комплекс. ОС обеспечивает основные функции работы компьютера:
· Управление ресурсами компьютерной системы;
· Загрузка прикладного ПО;
· Обеспечение работоспособности прикладных программ с аппаратной частью компьютера.
К ресурсам компьютерной системы относятся: процессорное время, объёмы внутренней и внешней памяти, периферийные устройства.
При работе компьютера выполняется, как правило, несколько задач под управлением многих программ. Т.о. важнейшей функцией ОС является организация работы этих программ на имеющемся аппаратном обеспечении.
Разместить ОС в постоянной памяти компьютера достаточно сложно, т.к. она занимает много места, поэтому программы, относящиеся к ОС, хранятся во внешней памяти: ЖМД, CD, дискете. Т.о. в процессе загрузки ОС необходимо указать, где она хранится программе загрузчику.
Без ОС невозможно исполнение программ следующего прикладного уровня. Одна из функций ОС – загрузка прикладных программ и обеспечение их работоспособности.
Прикладное программное обеспечение (ПО).
С помощью программ этого уровня непосредственно выполняются те задачи, которые решает пользователь. Т.о. работа на компьютере превращается в работу с ПО.
Для взаимодействия с пользователем ПО имеют интерфейс – это часть ПО, которая обеспечивает ввод и вывод информации в наиболее удобном виде. Интерфейс является частью ПО. В настоящее время в ОС и в приложениях преимущественно используется графический оконный интерфейс.
Помимо такого 3-уровнего деления можно произвести классификацию компьютерных средств по выполняемым функциям:
1. системное ПО;
2. пакеты прикладных программ (ППП);
3. инструментальные средства.
Системное ПО – совокупность программ для обеспечения работы компьютера, в т.ч. в компьютерных сетях. Оно делится на две части:
· базовое системное ПО;
· сервисное системное ПО.
Базовое системное ПО– минимально необходимое системное обеспечение для работы компьютера.
Сервисное ПОвыполняет вспомогательные функции – служебные программы (утилиты). Сервисная часть может дополнять основную часть ОС.
Работа пользователя на компьютере представляет собой взаимодействие с программой ОС и прикладными программами. Управление ОС осуществляется с помощью интерфейса ОС. Существует 2 варианта интерфейса:
· командный язык ОС;
· графический оконный интерфейс.
В 1-м варианте для исполнения любых действий ОС должна получить команду пользователя (DIR– просмотр, COPY– копировать, ERASE– удалить и т.д.).
В большинстве современных ОС используется графический оконный интерфейс. Для управления ОС в этом случае нет необходимости запоминания многочисленных команд. Пользователь управляет действиями ОС, используя графические изображения на экране компьютера (иконки).
Основная функция ОС – управление ресурсами компьютера. Ресурсы компьютера – время работы процессора, объёмы внутренней и внешней памяти, время работы периферийных устройств. Т.о. ОС постоянно (пока включён компьютер) следит за использованием ресурсов и распределяет их между многочисленными программами, которые в данный момент работают на компьютере. Большинство действий ОС при этом скрыто от пользователей. ОС следит за размещением информации в оперативной памяти и внешней памяти. ОС следит за использованием периферийных устройств (последовательность вывода информации на принтер, последовательность ввода информации с клавиатуры, мыши и других устройств).
Для конечного пользователя нет необходимости глубоко знать ОС, но следует знать основные функции, выполняемые задачи и возможности управления ОС.
Требования к ОС общего назначения, работающих на большинстве компьютеров, можно свести к следующему:
1. Расширяемость ОС. Аппаратные средства развиваются быстрее, чем сами ОС; т.к. ОС большой комплекс, то обновляется довольно редко. Т.о. расширяемость означает возможность добавления к ОС новых программ – драйверов (Driver), обеспечивающих работу новых аппаратных средств. Для обеспечения расширяемости используется модульный принцип: ОС является совокупностью частей, которые в процессе работы взаимодействуют между собой.
2. Переносимость. ОС не должна зависеть от аппаратных средств, т.е. возможность работы ОС на компьютере с почти любой аппаратурной конфигурацией. На одном и том же аппаратном обеспечении могут работать различные ОС.
3. Надёжность, отказоустойчивость. Отказ ОС означает невозможность выполнения на компьютере.
4. Совместимость ОС. Сами ОС непрерывно развиваются. Совместимость – возможность работы ПО, предназначенного для работы более ранних версий ОС под управлением более поздних версий (совместимость сверху – вниз). продолжение
–PAGE_BREAK–
Операционные системы (ОС).
Основная функция ОС– управление ресурсами компьютера, к ним относятся внутренняя и внешняя память, процессорное время и время работы периферийных устройств. ОС является большим по объему программным комплексом и хранится во внешней памяти на жестком магнитном диске. При включении компьютера ОС частично копируется во внутреннюю память компьютера и в процессе работы компьютера остается в этой памяти постоянно (резидентная часть).
По мере необходимости программы, входящие в эту часть ОС обращаются к жесткому магнитному диску (ЖМД) и подгружаются необходимые другие части ОС.
Управление памятью.
Внутренняя памятькомпьютера одновременно используется самой ОС и прикладными программами. Таким образом, встает задача разделения внутренней памяти таким образом, чтобы работающие программы не мешали друг другу. Распределение внутреннего объема памяти не является постоянным. В составе ОС есть программы, отвечающие за динамическое распределение памяти между прикладными программами (диспетчеры памяти), которые являются составной частью ОС.
Управление внешней памятью. К устройствам внешней памяти относят ЖМД и оптические диски. Современные ОС используют файловые структуры. Основная идея в том, что информация на устройствах внешней памяти хранится в файлах, записях определенного формата. Файлы могут содержать как обрабатываемые данные, так и программы для их обработки. Работа с внешней памятью состоит в том, что используются программные файлы и файлы данных, необходимые для работы этих программ. С точки зрения хранения информации во внешней памяти безразлично является ли файл программой или это файл данных. ОС занимается анализом устройств внешней памяти и распределяет поверхность носителя для размещения на этой поверхности соответствующих файлов. Информацию о размещении файлов ОС ведет постоянно в виде таблицы FAT(FileAllocationTable).
Процессорное время.
Работа компьютера – исполнение программы. Программа используется процессором, как последовательность программ, поступающих во времени, таким образом, если на компьютере выполняется в данный момент несколько программ, то процессорное время должно разделяться между этими программами. В процессе работы компьютера исполняется всегда несколько программ.
Для разделения времени работы процессора существуют разные алгоритмы управления процессорным временем. Общая идея сводится к последовательному выполнению программ на одном процессоре.
Таким образом, В любой ОС есть средства, позволяющие управлять одновременно внутренней и внешней памятью, процессорным временем и временем работы периферийных устройств.
Существует несколько алгоритмов управления ресурсами компьютера.
По особенностям распределения ресурсов различают следующие типы ОС:
1. По числу одновременно исполняемых задач.
· Однозадачные
· Многозадачные
В однозадачных ОС в данный момент времени может исполняться одна пользовательская задача (MSDOS).
В многозадачных ОС возможно исполнение нескольких пользовательских задач одновременно (Windows), это требует распределения между задачами процессорного времени, памяти и периферийных устройств. Для этого ОС должна иметь соответствующие возможности.
2. По числу одновременно работающих пользователей различают.
· Однопользовательские ОС
В этих ОС в любой момент времени может обслуживаться только один пользователь (Windows).
· Многопользовательские (Unix,Linux).
Многозадачные ОСпо управлению ресурсами могут быть разделены на несколько типов:
· Системы пакетной обработки информации
· Системы с разделением времени
· Системы реального времени
Системы пакетной обработки информации.
Для исполнения нескольких задач на компьютере используют одни и те же ресурсы компьютерной системы. В режиме пакетной обработки любая задача должна выполняться от начала и до конца. Таким образом, на процессоре ОС готовит мультипрограммную смесь, в этой смеси чередуются программы, требующие различных затрат ресурсов компьютерной системы. Есть программы, использующие большое количество процессорного времени, но малый объем памяти на ЖМД. Другие программы требуют меньше процессорного времени, но чаще обращаются к ЖМД
Путем составления такой смеси удается максимизировать пропускную способность компьютерной системы в целом. В настоящее время таких ОС не существует, потому что задачи в таких ОС не могут быть интерактивными.
Системы реального времени.
В них переход от одной задачи к другой осуществляется по сигналам прерывания, которые генерируются самой исполняемой задачей. Если ОС получает сигнал прерывания, вызванный какой-то задачей, то выполнение программы, которая происходит в данный момент, приостанавливается, результаты запоминаются, а управление передается задаче, вызвавшей прерывание. Та программа, которая выполняется в отсутствие сигнала прерывания – фоновая программа. В простейшем случае она анализирует прерывание задач. Такие ОС используются, как правило, в информационных системах АСУТП. Прерывание в таких задачах формируются тогда, когда готов результат измерения какого-то физического параметра с помощью соответствующего датчика.
В настоящее время используются несколько типов ОС, которые относятся к различным классам.
ОС семейства Windows(98, XP, 2000 и др.) – многозадачные, однопользовательские системы, ориентированные для ПК, для решения наибольшего числа задач.
ОС семейства Unix(Linux) – многозадачные и многопользовательские. И та и другая годятся для любого ПК.
Многопользовательские Unix– подобные системы содержат более развитые средства защиты пользователей.
ОС семейства OS/2,OS9 предназначены для более узкого круга задач. OS9– это система реального времени.
Современные ОС общего назначения используют графический – оконный интерфейс для общения с пользователем, хотя Unixможет использовать и командный язык.
Оболочки операционной системы.
Для управления ОС со стороны пользователя могут использоваться два способа: командный язык и графический интерфейс.
Некоторые ОС (Unix)созданы как системы с командным интерфейсом, а некоторые (Windows) – с графическим.
Оболочка ОС является самой программой компьютера, которая работает вместе с ОС и оболочка обеспечивает удобный интерфейс для пользователя.
Командный интерфейс означает, что пользователи должны знать все команды и ключи к этим командам. Сочетание команд и ключей образует несколько сотен.
Графический интерфейс для управления ОС интуитивно понятен пользователю и не требует запоминания многих команд ОС.
Графический интерфейс предполагает, что все действия ОС достигаются путем манипуляции на экране графическими образами.
Сетевые операционные системы.
Сетевые ОС – это часть ОС, которая работает совместно с основной частью ОС, обеспечивает возможность для пользователя работать в компьютерных сетях.
Сетевые ОС в некотором прошлом дополняли возможности ОС в части работы с сетями. ОС последующих поколений не требуют дополнительной установки компонентов, в них уже содержатся необходимые компоненты для работы с сетями.
Сервисное программное обеспечение.
Программы диагностики.
Программную диагностику аппаратной части компьютера выполняет одна из программ (POST), хранящаяся в BIOSE. Назначение этих программ – определяют быстродействие компьютерной системы, детальный текст памяти (как внутренней, так и внешней), определяют работоспособность периферии.
Программы сервисного программного обеспечения могут устанавливаться самостоятельно и запускаются по требованию пользователя.
Антивирусные программы.
Компьютерный вирус – программа, способная несанкционированно распространяться на компьютере или в сети и вызывать нелегальные действия. Последствия работы вирусов могут быть различными. В самом тяжелом случае вирус уничтожает информацию в памяти компьютера (на ЖМД). Менее вредные вирусы могут замедлить работу ОС и прикладных программ, могут выводить сообщения на мониторе и т.д.
Три типа антивирусных программ:
· Фильтры
· На обнаружение
· На лечение
Современные антивирусные программы обладают всеми тремя типам защиты.
Программы обслуживания дисков.
По мере работы с файлом может быть такая ситуация, когда один файл записан в разных частях поверхности жесткого диска. Обращение к этому файлу становится более длительным.
Для сокращения времени обращения к файлам, для оптимизации свободного пространства на поверхности диска, служат программы обслуживания дисков – дефрагментаторы.
Архиваторы и деархиваторы.
Это специальные программы, основная задача которых сжатие файлов для их хранения или пересылки в более компактном виде. В некоторых случаях удается уменьшить объем файла в несколько раз. Не любая информация может быть сжата.
Прикладное программное обеспечение.
ПК предполагает, что он должен использоваться в качестве инструмента для решения задач из предметной области пользователей. Предполагается, что пользователь не является программистом и имеет начальные знания в области компьютерной техники. Такая концепция выдвигает в число основных пользовательских средств пакета прикладных программ (ППП). ППП разработаны профессиональными программистами и ориентированы на решение пользовательских задач. ППП делятся на:
1. общего назначения
2. проблемно-ориентированные пакеты
3. расширяющие функции ОС
4. интегрированные
1. Пакеты общего назначения созданы для автоматизации обработки информации, возник у пользователей различных предметных областей. Среди таких задач следующие:
· Обработка текста
· Несложные расчеты
· Деловая графика
2. Проблемно-ориентированные пакеты предназначены для решения задач в узкой предметной области. К ним относятся:
· Статистические пакеты
· Математические пакеты
· Экспертные системы
· Издательские системы
· Пакеты для обработки изображений
· Бухгалтерские пакеты
· Пакеты по учету продаж
3. расширяющие функции ОС предназначены для управления экспериментальными установками, для управления специальным оборудованием, для работы с некоторыми видами периферии.
4. интегрированные пакеты разработаны так, чтобы обеспечить наиболее удобную среду, позволяющие решать самые различные задачи.
Microsoft Office
Open Office, Star Office – Linux
Объединяются:
1. текстовый редактор Word
2. электронные таблицы Excel
3. СУБД – Access
4. электронные презентацииPower Point
В интегрированном пакете изначально компоненты созданы так, чтобы обеспечить наиболее эффективное и простое взаимодействие между чатом. Любой компонент пакета может легко взаимодействовать с другими компонентами, обмениваясь информацией.
Расчеты и деловая графика, которая выполнена в среде электронных таблиц, могут быть использованы текстовым редактором, а данные для расчетов могут храниться в базах данных, поиск может осуществляться средствами СУБД.
Средством обмена, как правило, является ״буфер обмена״(Clipboard).
Концепция пакетов прикладных программ освобождает пользователя от необходимости создавать собственные программы для решения пользовательских задач. Таким образом, ППП – мощные инструменты, способные многократно увеличить производительность труда пользователей. От пользователя требуется понимание принципов работы таких инструментов и практические навыки, позволяющие овладеть ими уверенно. По второй причине программы, входящие в состав интегрированных пакетов, должны обладать интуитивно понятным и унифицированным интерфейсом.
Компоненты ППП общего назначения.
Текстовые редакторы.
Независимо от предметной области, практически все пользователи работают с текстами. Текстовые редакторы предназначены для работы с данными, преимущественно являющимися текстом.
Основные функции:
· Создание текста. Предполагает ручной набор с клавиатуры, либо импортирование с других программ. Текст может импортироваться при вводе со сканера.
· Любой текстовый редактор имеет функцию редактирования. Для этого программа текстового редактора может осуществлять поиск фрагментов, замену частей текста, вставку.
· Форматирование текста.Разбиение текста на страницы, автоматические переносы в конце строки, установка границ абзацев, предварительный просмотр. Программы текстовых редакторов позволяют компоновать текст с другими объектами, созданными с помощью других прикладных программ (таблицы, рисунки и другие изображения), в результате компоновки с этими объектами получается комплексный сложный документ. Связывание частей сложного документа в единый комплексный документ возможен в том случае, если редактор является компонентом интегрированного пакета. Таким пакетом является MSOffice, MSWord. Современные текстовые редакторы построены по концепции wisywig(что видишь то и получишь), изображение, выводимое на экран, при печати будет воспроизводиться также как на экране.
Текстовые редакторы содержат очень развитые средства для оформления текста. В текстовых редакторах содержаться средства синтаксического и орфографического контроля.
Электронные таблицы.
Идея электронных таблиц с 1979 года MSExcel.
Основные функции:
· Электронные таблицы преимущественно работают с числами, основной процесс – вычислительный. С помощью электронных таблиц можно проводить несложные расчеты. Эти функции означают, что имеется большое количество встроенных функций, которые объединяются в группы (около 250 функций):
1. математические
2. для работы с датами
3. для работы с базами данных и т.д.
Важной особенностью электронных таблиц является наличие логических функций. С их помощью электронные таблицы превращаются практически в язык программирования, позволяющий выполнить любой вычислительный алгоритм: циклические вычисления, ветвление алгоритма по условию. Электронные таблицы запоминают весь алгоритм вычислений. Во многих разновидностях существуют специальные языки, позволяющие записать такой алгоритм. Такая запись называется макрос. Электронные таблицы, как и текстовые редакторы, являются компонентами интегрированного пакета и позволяют использовать объекты, созданные другими программами.
· В электронных таблицах имеются развитые средства деловой графики для отображения числовых данных в графическом виде (мастер диаграмм).
Электронная таблица является подходящим инструментом для моделирования.
Данные
↓
Алгоритм
↓
Результат
В электронных таблицах могут содержаться надстройки, содержащие дополнительные функции. К ним относится пакет анализа – инструмент статистической обработки данных, поиск решения – средство для решения оптимизационных задач.
В электронных таблицах отсутствует ряд функций, позволяющих решать серьезные задачи: матричные расчеты, интегрирование.
Графический редактор.
Для работы с изображениями существует графический редактор.
Изображение, как вид данных, имеет свои особенности. Изображения можно разделить на два типа:
· Штриховые
· Полутоновые
В штриховых изображениях существует только два уровня яркости, соответствующие черному и белому участку изображения (чертежи).
В полутоновых изображениях имеются переходы яркости от полностью чёрных к белым (фотография). Изображения могут быть чёрно-белыми и цветными. В чёрно-белых есть определённые переходы яркости градации, а в цветных – разные цвета и переходы.
Изображения могут формироваться разными способами:
· растровые;
· векторные.
В растровых изображениях вся площадь рисунка разбивается на множество точек, каждая точка называется пиксель и характеризуется цветом и яркостью.
Векторныеизображения формируются иначе. Векторные изображения – совокупность отдельных отрезков-векторов. Вектора могут быть достаточно маленькими, и, таким образом, изображение представляется единым целым.
Существуют графические редакторы различных типов: растровые и векторные; для обработки штриховых изображений существуют специальные графические редакторы, для полутоновых – свои специальные редакторы (PhotoEditor).
Основные функции:
· создание изображений – ручное изображение, импорт изображений.
· Редактирование изображений: масштабирование, поворот изображений на фиксированный и произвольный угол, вырезать, вставить изображения.
Графические редакторы очень часто содержат библиотеки готовых изображений, управление свойствами изображения: яркостью, цветом, балансом.
Графических редакторов очень много и они встречаются, как компоненты интегрированных пакетов и предназначены для узких предметных областей. продолжение
–PAGE_BREAK–
Системы управления базами данных.
MSAccess. СУБД позволяет формировать логическую структуру БД на этапе ее создания, осуществлять наполнение базы, поиск информации в БД и выдачу информации по запросу пользователя.
Средства для создания электронных презентаций.
MSPowerPoint. С помощью средств создания электронных презентаций любые данные могут быть представлены в удобном для восприятия виде. Текст, числа могут быть выведены в виде таблиц, графиков, текста. Средство анимации изображения можно добавить.
Проблемно-ориентированные пакеты прикладных программ.
Предназначены для решения задач, относящихся к узким предметным областям. Так как много задач в различных областях, существует множество проблемно-ориентированных пакетов.
Пакеты для математических и статистических расчетов.
MathCAD, Statistica, Math lab, Stat graphics.
Математические пакетысозданы для решения математических задач. В отличии от электронных таблиц в математических пакетах существует много дополнительных возможностей.
Основные задачи, решаемые математическими пакетами:
· Решение уравнений и систем уравнений различных видов
· Численное дифференцирование и интегрирование
· Решение дифференциальных уравнений различных видов
· Матричные методы
· Решение задач линейного программирования
· Решение оптимизационных задач
Важная особенность математических пакетов в том, что они разрабатываются с использованием специфического интерфейса для математиков. Запись математической задачи средствами такого интерфейса не отличается от традиционной математической записи.
В математических пакетах имеются средства для решения математических задач методами символьной математики.
В пакетах существуют расширенные средства построения графиков зависимости. Существует возможность построения графиков в полярных координатах.
Статистические пакетыпредоставляют большие возможности для статистической обработки информации.
Первичная статистика, оценка законов распределения случайных величин.
Статистические пакеты позволяют вести регрессионный и корреляционный анализ.
Еще одна функция любого статистического пакета – множественная регрессия, когда функция yзависит от множества величин.
Планирование эксперимента и обработка данных планированного эксперимента.
Статистические пакеты содержат очень развитые средства графического взаимодействия с пользователем: результаты могут быть представлены графически, построение доверительных интервалов тоже отображаются на этих графиках.
В любом статистическом пакете предусмотрены очень мощные средства поддержки пользователей, например, в пакете Statgraphicsсуществует средство StatAdvisor, представляющее собой экспертную систему. Для пользователей, недостаточно знакомых с приемами статистической обработки информации, такая система оказывает большую помощь.
Также существует экспертная система ״консультант плюс״– для юристов.
Специализированные пакеты для управления технологическими процессами.
Программное обеспечение АСУТП для управления технологическими процессами должно обеспечить сбор данных о состоянии технологического процесса, некоторую обработку этих данных для выработки решения по управлению объектом и программные средства, позволяющие реализовать принятое решение при управлении объектом.
1. программы этого типа должны обладать повышенной надежностью.
2. важное требование – быстрое время реакции.
3. программные средства должны обладать многозадачностью(параллельно решаются несколько задач), таким образом, требуется ОС реального времени, работающие по прерываниям от источников информации.
В информационных системах основная работа по обработке информации сосредоточена на уровне SCADA(диспетчер). Для разработки SCADAсистем существуют специализированные пакеты прикладных программ.
Главные функции
SCADA
систем:
1. отображение управляемого технологического процесса в наиболее удобном для восприятия виде (мнемосхема).
2. измерение и отображение величин технологических параметров.
3. аварийная сигнализация.
4. обеспечение общего уровня процессом (объектом). Во-первых, это выработка управляющих воздействий на основе модельной поддержки принятия решений.
Программные средства, входящие в состав SCADAсистемы позволяют изменять величины управляющих воздействий персоналу, который ведет технологический процесс. Программно — аппаратные средства АСУТП позволяют управлять положением регулирующих органов дистанционно с рабочего места оператора, ведущего процесс.
5. ведение архива информации (хранение ≥ 1год).
Средства разработки программ для управления технологическими процессами.
Для разработки SCADAсистем существует несколько распространенных пакетов прикладных программ:
· Genesis
· Win CC
· Base Star
Пакет
Genesis
.
Американской фирмы Iconics, первая версия 1986 год. На основе пакета разработаны SCADAсистемы для предприятий алюминиевой промышленности: выщелачивание боксита, декомпозиция, спекание, электролиз.
На сегодняшний день пакет стандартный в области АСУТП. Работает в ОС Windows. На основе пакета могут создаваться АСУТП различного масштаба от отдельного технологического объекта до предприятия.
Genesis– интегрированный пакет, в составе которого несколько основных приложений:
· Graph Worx 32
· Trend Worx 32
· Alarm Worx 32
Graph
Worx
32– система визуализации и диспетчерского управления технологическими процессами. Имеется мощная библиотека и инструментальные средства для создания мнемосхем любых технологических процессов. Мы можем создавать мнемосхемы для того технологического процесса, которым хотим управлять, на ней можем отображать значения регулируемых параметров и т.д.
В библиотеке изображений, входящих в это приложение, содержатся практически все элементы технологических процессов: печи различных типов, автоклавы, электролизеры. На мнемосхеме отображаются связи; входят в состав библиотеки изображений (конвейеры различных типов, трубопроводы, вентили, задвижки и т.д.).
При разработки мнемосхемы эти объекты могут быть изменены желаемым образом (масштабирование, поворот изображений и т.д.). Кроме того, в приложении имеются средства деловой графики: диаграммы и графики различных типов.
Trend
Worx
32– многооконное приложение, выполняющее следующие основные функции:
1. вывод измеряемых параметров на мнемосхему в реальном времени. Представление контролируемой информации в реальном времени в графической форме в виде линий – трендов. Тренд показывает зависимость контролируемого параметра от времени, с помощью тренда можно проследить изменение параметров в определенное время.
2. архивация параметров технологического процесса и ведение БД.
3. статистическая обработка результатов измерений на реальном технологическом объекте в силу действия случайных величин результаты измерений всегда ״отягощены ошибкой״.
Alarm
Worx
32– мультимедийное приложение, его основные функции:
1. оповещение персонала об обнаруженных аварийных ситуациях.
2. рассылка электронных сообщений в случае аварийных ситуаций.
3. это средство позволяет разрабатывать в составе SCADAсистемы программы, позволяющие контролировать действия персонала в случае аварийной ситуации.
Кроме перечисленных функций Genesisобеспечивает создание развитой системы администрирования и управление правами доступа в соответствии с должностными обязанностями персонала.
Таким образом, применение подобных пакетов разработки SCADAсистем – это пример информационных технологий для создания информационных технологий управления технологическими объектами.
Базы данных (БД).
Современный технологический процесс предполагает измерение большого количества технологических параметров, обработку получаемой информации, принятие решения по управлению технологическими процессом и реализацию с помощью аппаратных средств. Чем больше развита технология, тем больше количество информации образуется в единицу времени.
БД предназначены для хранения больших объемов информации, сопровождающей технологические процессы. По мере увеличения количества информации для ее обработки на определенном этапе развития технологии начали применять компьютеры. На этом этапе вырабатывается традиционный подход хранения и обработки информации.
Для обработки информации о технологическом процессе используются прикладные программы. Любая прикладная программа создается для решения определенных задач. Рассмотрим приложения для мастера, ведущего технологический процесс, задачи:
· управление загрузкой
· управление тепловым режимом
· управление дутьем, топливом.
Для решения этих задач требуются определенные данные: состав материалов, соотношения масс, объемов и т.д.
Приложения для сотрудников отделов, задачи:
· учет сырья
· учет продукции
· учет топлива
Нужны сведения: составы, массы и т.д.
Приложения для главного инженера, задачи:
· оптимальное управление несколькими технологическими аппаратами
Каждое приложение использует данные, которые хранятся в соответствующих файлах, таким образом, при традиционном способе хранения, обработки информации возникают специфические недостатки:
1. избыточность данных – одни и те же данные хранятся в файлах, созданных различными прикладными программами.
2. проблема непротиворечивости; при таком хранении данных нет гарантии, что во всех файлах хранится информация об одинаковых составах шихтовых материалов; данная проблема связана с избыточностью данных.
3. ограниченная доступность данных; каждое приложение может создать данные в своем формате; чем больше количество файлов, содержащих информацию, тем больше времени для поиска информации в этих файлах; если необходимо чтобы приложения работали с файлами различных типов нужно предпринимать решения.
В настоящее время традиционный способ хранения информации вытесняется технологиями БД. Применение этих технологий решает вышеупомянутые проблемы. Основная идея технологии БД: база создается как структура, доступная для многих приложений, любые данные хранятся в одном месте.
БД– это организационная структура предназначенная для хранения информации. Информация размещается в базе в соответствии с логической структурой БД. Даже если в БД нет никакой информации, есть пустая логическая структура. Бумажной аналогией БД является ежедневник.
БД используют объекты следующих типов:
1. таблицы
2. формы
3. отчеты
4. запросы
Основным объектом БД являются таблицы. В простейшем случае таблица представляет собой двумерную структуру. Логическая структура БД тождественна структуре ее таблиц. Таблица – совокупность строк и столбцов. Вся строка представляет собой запись. Любой столбец – поле записи. Таким образом, любая запись БД – совокупность полей. Поле записи определяет групповые средства данных, которые в нем содержатся. Таким образом, поля БД имеют ряд свойств:
· Имя поля – заголовок столбца, используется при автоматизированном поиске информации.
· Тип поля – определяет тип данных, которые хранятся в соответствующем поле записи.
· Размер поля.
· Формат поля определяет способ форматирования данных в любом поле.
· Значение по умолчанию – в пустой БД.
Тип данных может быть различным: числовой; текстовый (текст 28=256 символов); мемо (текстовое поле – содержит ссылку, 216=65535 символов); денежный тип; счетчики (может быть записано только неповторяющееся целое число – служат для нумерации); логический (содержат дискретные значения).
Следующим типом объектов является запросы. Они служат для извлечения информации из БД и выдачи ее пользователю. С помощью запросов пользователь обращается к таблицам БД и осуществляет поиск нужной информации. Поиск информации осуществляется путем сортировки и фильтрации. Фильтрация предполагает, что над содержимым поля записи проводятся определенные логические действия.
Условие запроса Содержимое поля
А = В
А > В
А
… .
В процессе поиска можно просматривать содержимое не одного, а нескольких полей. Для создания запросов в любой СУБД имеется соответствующий интерфейс.
Запрос в результате поиска выбирает информацию в соответствии с условиями поиска и создает временную таблицу (результирующую таблицу) поиска.
Формы служат для ограничения доступа к БД и предоставление возможности пользователю в соответствии с его полномочиями для ввода информации в БД. С этой целью для каждого типа пользователей создаются свои формы. Форма является ״посредником״между пользователем и таблицей БД.
Формы представляют набор полей для ввода данных, этот набор предоставляется пользователю в соответствии с его полномочиями. Для упрощения ввода соответствующие поля форм содержат раскрывающиеся списки.
Отчет– объект БД, предназначенный для вывода информации пользователю. Отчеты ориентированы для вывода информации на печать. В отличие от запросов, отчеты содержат эффективные средства для оформления результатов печати.
Последний объект БД – макросы, — написаны на специальном языке программы, являются средствами типовых операций с БД.
БД работают в двух режимах: проектирования и использования. В режиме проектирования пользователи с БД не работают. В этом режиме создаётся или изменяется структура БД. В режиме использования можно выделить несколько этапов (наполнение и др.).
АдминистраторБД – управляющий БД. Только он уполномочен изменять логическую структуру БД. Администратор определяет полномочия пользователей.
Различают много- и однопользовательские БД.
Многопользовательские БДпозволяют одновременную работу многих пользователей, при этом пользователи удалены друг от друга и БД. И при этом используются сетевые технологии.
Однопользовательские БДпозволяют работу 1-го пользователя и могут быть установлены на компьютере (базы с локальным доступом).
Для работы с многопользовательскими БД используются 2 архитектуры:
а) файл/сервер
б) клиент/сервер
так как многопользовательские БД работают с сетевым доступом, то у каждого пользователя есть свой компьютер, работающий в общей сети. В этой сети один из компьютеров выполняет функцию сервера. В нём физически хранится информация о БД. Остальные пользователи могут получить доступ к информации через сервер.
В случае использования файл/серверной архитектуры основная часть работы по обработке информации сосредоточена на компьютере пользователя. В этом случае по запросу пользователя сервер пересылает ему соответствующий файл БД, а его обработка ведётся на компьютере пользователя. Таким образом, в случае использования такой архитектуры, и если БД достаточно большая, требуется пересылка больших объёмов информации по сети. На сегодняшний день такая архитектура практически не применяется.
Применяется клиент/серверная архитектура. В таком случае пользователи формируют запрос помощью специального языка SQL(StructuredQueryLanguage). Основная часть по обработке информации в соответствии с запросом возложена на сервер, а роль клиента состоит в формулировании запроса. В соответствии с запросом сервер осуществляет обработку информации в БД. Таким образом объём пересылаемой информации сокращается.
Использовать сервер в качестве хранилища БД не всегда возможно по ряду причин и рискованно с точки зрения надёжности.
В настоящее время для серьёзных задач используется технология распределённых БД.
В распределённых БД информация хранится с более высоким уровнем надёжности. Физически она рассредоточена на нескольких серверах. Чем больше мест хранения, тем меньше вероятность одновременного выхода из строя нескольких серверов.
В распределённой БД возникает проблема непротиворечивости данных. Она требует того, чтобы информация обновлялась одновременно во всех местах её хранения.
Использование технологий БД предполагает, что информация, хранящаяся в БД, может использоваться разными прикладными программами. Для этого эти программы должны иметь соответствующий интерфейс, позволяющий работать с данными. продолжение
–PAGE_BREAK–