Фундаментальная информатика и информационные технологии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭКОНОМИКИ И УПРАВЛЕНИЯ «НИНХ»

Факультет: информационно-технологический

Кафедра: прикладных информационных технологий

Реферат

Учебная дисциплина: лабораторный практикум

Наименование направления (специальности, профиля подготовки): Фундаментальная информатика и информационные технологии

Ф.И.О студента:

Номер группы: 4711

Номер зачетной книжки:

Дата регистрации курсовой работы кафедрой:

Проверил: Криветченко Оксана Викторовна

Оценочное заключение:

2014

Оглавление

1. Принципы и основные понятия открытых систем

1. Понятие открытых систем

Развитие систем и средств вычислительной техники, повсеместное их внедрение в сферы управления, науки, техники, экономики и бизнеса привели к необходимости объединения конкретных вычислительных устройств и реализованных на их основе информационных систем в единые информационно-вычислительные системы и среды, к формированию единого информационного пространства. Такое пространство можно определить, как совокупность баз данных, хранилищ знаний, систем управления ими, информационно-коммуникационных систем и сетей, методологий и технологий их разработки, ведения и использования на основе единых принципов и общих правил, обеспечивающих информационное взаимодействие для удовлетворения потребностей пользователей.

Единое информационное пространство складывается из следующих основных составляющих:

• информационные ресурсы, содержащие данные, сведения, информацию и знания, собранные, структурированные по некоторым правилам, подготовленные для доставки заинтересованному пользователю, защищенные и архивированные на соответствующих носителях;
• организационные структуры, обеспечивающие функционирование и развитие единого информационного пространства: поиск, сбор, обработку, хранение, защиту и передачу информации;
• средства информационного взаимодействия, в том числе программно-аппаратные средства и пользовательские интерфейсы, правовые и организационно-нормативные документы, обеспечивающие доступ к информационным ресурсам на основе соответствующих информационно-коммуникационных технологий.

При формировании единого информационного пространства менеджеры, проектировщики и разработчики программно-аппаратных средств столкнулись с рядом проблем. Например, разнородность технических средств вычислительной техники с точки зрения организации вычислительного процесса, архитектуры, систем команд, разрядности процессоров и шины данных потребовала создания физических интерфейсов, реализующих взаимную совместимость компьютерных устройств. При увеличении числа типов интегрируемых устройств сложность организации физического взаимодействия между ними существенно возрастала, что приводило к проблемам в управлении такими системами.

Разнородность программируемых сред, реализуемых в конкретных вычислительных устройствах и системах, с точки зрения многообразия операционных систем, различия в разрядности и прочих особенностей привели к созданию программных интерфейсов. Разнородность физических и программных интерфейсов в системе "пользователь - компьютерное устройство - программное обеспечение" требовала постоянного согласования программно-аппаратного обеспечения и переобучения кадров.

Существует достаточное число определений, даваемых различными организациями по стандартизации и отдельными фирмами. Например, Ассоциация французских пользователей UNIX и открытых систем (AFUU) дает следующее определение: "Открытая система - это система, состоящая из элементов, которые взаимодействуют друг с другом через стандартные интерфейсы".

Производитель средств вычислительной техники - компания Hewlett Packard: "Открытая система - это совокупность разнородных компьютеров, объединенных сстыо, которые могут работать как единое интегрированное целое независимо от того, как в них представлена информация, где они расположены, кем они изготовлены, под управлением какой операционной системы они работают".

Определение Национального института стандартов и технологий США (NIST): "Открытая система - это система, которая способна взаимодействовать с другой системой посредством реализации международных стандартных протоколов. Открытыми системами являются как конечные, так и промежуточные системы. Однако открытая система не обязательно может быть доступна другим открытым системам. Эта изоляция может быть обеспечена или путем физического отделения, или путем использования технических возможностей, основанных на защите информации в компьютерах и средствах коммуникаций".

Другие определения в той или иной мере повторяют основное содержание определений, приведенных выше. Анализируя их, можно выделить некоторые общие черты, присущие открытым системам:

o технические  средства, на которых реализована  информационная система, объединяются  сетью или сетями различного  уровня - от локальной до глобальной;

o реализация  открытости осуществляется на  основе функциональных стандартов (профилей) в области информационных  технологий;

o информационные  системы, обладающие свойством открытости, могут выполняться на любых  технических средствах, которые  входят в единую среду открытых  систем;

o открытые  системы предполагают использование  унифицированных интерфейсов в  процессах взаимодействия в системе "человек - компьютер";

o применение  положений открытости предполагает  некоторую избыточность при разработке  программно-аппаратных комплексов.

Открытую систему сегодня определяют, как исчерпывающий и согласованный набор международных стандартов на информационные технологии и профили функциональных стандартов, которые реализуют открытые спецификации на интерфейсы, службы и поддерживающие их форматы, чтобы обеспечить взаимодействие (интер-операбельность) и мобильность программных приложений, данных и персонала.

В качестве примеров использования технологии открытых систем можно привести технологии фирм "Intel" Plug&Play и USB, а также операционные системы UNIX и (частично) ее основного конкурента - Windows NT. Многие новые продукты сразу разрабатываются в соответствии с требованиями открытых систем, примером тому может служить широко используемый в настоящее время язык программирования Java фирмы "Sun Microsystems".

2. Общие свойства открытых систем

Общие свойства открытых информационных систем можно сформулировать следующим образом: 

взаимодействие/интероперабельность - способность к взаимодействию с другими прикладными системами на локальных и (или) удаленных платформах (технические средства, на которых реализована информационная система, объединяются сетью или сетями различного уровня - от локальной до глобальной); 

стандартизуемость - ИС проектируются и разрабатываются на основе согласованных международных стандартов и предложений, реализация открытости осуществляется на базе функциональных стандартов (профилей) в области информационных технологий;

расширяемость/масштабируемость - возможность перемещения прикладных программ и передачи данных в системах и средах, которые обладают различными характеристиками производительности и различными функциональными возможностями, возможность добавления новых функций ИС или изменения некоторых уже имеющихся при неизменных остальных функциональных частях ИС;

мобильность/переносимость - обеспечение возможности переноса прикладных программ и данных при модернизации или замене аппаратных платформ ИС и возможности работы с ними специалистов, пользующихся ИТ, без их специальной переподготовки при изменениях ИС;

дружественность к пользователю - развитые унифицированные интерфейсы в процессах взаимодействия в системе "пользователь - компьютерное устройство - программное обеспечение", позволяющие работать пользователю, не имеющему специальной системной подготовки.

Все эти общепринятые свойства современных открытых систем, взятые по отдельности, были характерны и для предыдущих поколений ИС и средств вычислительной техники. Новый взгляд на открытые системы определяется тем, что эти черты рассматриваются в совокупности, как взаимосвязанные, и реализуются в комплексе. Это естественно, поскольку все указанные выше свойства дополняют друг друга. Только в такой совокупности возможности открытых систем позволяют решать проблемы проектирования, разработки, внедрения, эксплуатации и развития современных информационных систем.

Проиллюстрируем важность такого подхода на примере важнейшего свойства - интероперабельности (Interoperability) [7]. Ниже перечислены обстоятельства, которые отражают насущные потребности развития областей применения информационных технологий и мотивируют переход к интероперабельным информационным системам и разработке соответствующих стандартов и технических средств.

Функционирование систем в условиях информационной и реализационной неоднородности, распределенности и автономности информационных ресурсов системы. Информационная неоднородность ресурсов заключается в разнообразии их прикладных контекстов (понятий, словарей, семантических правил, отображаемых реальных объектов, видов данных, способов их сбора и обработки, интерфейсов пользователей и т.д.). Реализационная неоднородность источников проявляется в использовании разнообразных компьютерных платформ, средств управления базами данных, моделей данных и знаний, средств программирования и тестирования, операционных систем и т.п.

Интеграция систем. Системы эволюционируют от простых, автономных подсистем к более сложным, интегрированным системам, основанным на требовании взаимодействия компонентов.

Реинжиниринг систем. Эволюция бизнес-процессов - непрерывный процесс, который является неотъемлемой составляющей деятельности организаций. Соответственно, создание системы и ее реконструкция (реинжиниринг) - непрерывный процесс формирования, уточнения требований и проектирования. Система должна быть спроектирована так, чтобы ее ключевые составляющие могли быть реконструированы при сохранении целостности и работоспособности системы.

Трансформация унаследованных систем. Практически любая система после создания и внедрения противодействует изменениям и имеет тенденцию быстрого превращения в бремя организации. Унаследованные системы (Legacy Systems), построенные на "уходящих" технологиях, архитектурах, платформах, а также программное и информационное обеспечение, при проектировании которых не были предусмотрены нужные меры для их постепенного перерастания в новые системы, требуют перестройки (Legacy Transformation) в соответствии с новыми требованиями бизнес-процессов и технологий. В процессе трансформации необходимо, чтобы новые модули системы и оставшиеся компоненты унаследованных систем сохраняли способность к взаимодействию.

Свойство интероперабельности информационных ресурсов является необходимой предпосылкой удовлетворения перечисленных выше требований.

Таким образом, основной принцип формирования открытых систем состоит в создании среды, включающей в себя программные и аппаратурные средства, службы связи, интерфейсы, форматы данных и протоколы. Такая среда в основе имеет развивающиеся доступные и общепризнанные стандарты и обеспечивает значительную степень взаимодействия (Inter-operability), переносимости (Portability) и масштабирования (Scalability) приложений и данных.

Благодаря этим свойствам минимизируются затраты на достижение преемственности и повторного использования накопленного программно-информационного задела при переходе на более совершенные компьютерные платформы, а также интеграция систем и ресурсов в распределенные системы. Экономическая рентабельность реализации на практике концепции открытых систем основывается на том, что переход к открытым технологиям создает наилучшие предпосылки для инвестиций в ИТ, так как благодаря свойствам открытости систем ИТ существенно повышается конечная эффективность их использования.

3. Принципы открытых систем

Принципы открытых систем Основной принцип открытых систем состоит в создании среды, включающей программные и аппаратные средства, службы связи, интерфейсы, форматы данных и протоколы, которая в своей основе имеет развивающиеся, доступные и общепризнанные стандарты и обеспечивает переносимость, взаимодействие и масштабируемость приложений и данных. Второй принцип состоит в использовании методов функциональной стандартизации – построении и использовании профиля - согласованного набора базовых стандартов, необходимых для решения конкретной задачи или класса задач.

Открытые системы обладают следующими положительными свойствами [Business, Feldmann, Wang], благодаря которым системные интеграторы проявляют к ним большой интерес:

модульность;

платформенная независимость;

взаимозаменяемость с компонентами других производителей;

интероперабельность (возможность совместной работы) с компонентами других производителей;

масштабируемость.

Модульность

Модульность - это способность аппаратного или программного обеспечения к модификации путем добавления, удаления или замены отдельных модулей (компонентов системы) без воздействия на оставшуюся ее часть.

Модульность обеспечивается при проектировании системы на архитектурном уровне. Базой для построения модульного программного обеспечения является объектно-ориентированное программирование. Главным достижением в направлении развития модульности программного обеспечения АСУ ТП является выделение в нем независимых подсистем: программы в ПЛК, OPC сервера, баз данных, операторского интерфейса и алгоритмической части, реализуемой на языках стандарта IEC 61131-3, а также делениеSCADA на серверную и клиентскую части.

Платформенная независимость

Возможность выполнения программ на разных аппаратно-программных платформах обеспечивает независимость от поставщика этих платформ и дает следующие преимущества:

расширение выбора оборудования путем увеличения числа поставщиков;

независимость от поставщика аппаратного и программного обеспечения.

Отсутствие этих свойств приводит к тому, что система, зависящая от одного производителя, прекращает свое развитие в случаях, когда фирма-производитель внезапно уходит с рынка, увеличивает стоимость продукта или снимает его с производства.

Применение ОС Windows является одним из путей повышения открытости систем, поскольку эта операционная система может быть установлена на максимальное число типов производимых компьютеров. В данном случае монополия фирмы Microsoft компенсируется ее размерами и стабильностью.

Платформенную независимость программных средств и, как следствие, повышение открытости обеспечивает также язык Java, хотя он и уступает С++ по быстродействию приложений.

Для улучшения открытости при компиляции исполняемых модулей программ важно избегать "улучшений" компилятора, применения плагинов, надстроек, скачанных "откуда-то из интернета", поскольку они могут сделать невозможным выполнение программы на других платформах.

Важным шагом на пути обеспечения платформенной независимости явилось применение интернет-технологий в автоматизации, когда передача информации к рабочей станции осуществляется с помощью языка xml, а ее представление пользователю выполняется с помощью любого веб-браузера. Веб-браузер позволяет в качестве рабочей станции АСУ ТП использовать компьютер и операционную систему любого производителя из имеющихся в свободной продаже.

Платформенной независимостью обладает также база данных с языком запросов SQL (Structured Query Language), если исключить из него по возможности все нестандартные расширения. Доступ к базе данных с помощью SQL осуществим независимо от программно-аппаратной платформы, на которой она находятся.

Взаимозаменяемость

Взаимозаменяемость - это возможность замены любого модуля (компонента) системы на аналогичный компонент другого производителя, имеющийся в свободной продаже, и возможность обратной замены. Это свойство позволяет ускорить замену отказавшего модуля, улучшить качество уже работающей системы, исключить ценовую зависимость от поставщика.

Интероперабельность (аппаратно-программная совместимость)

Интероперабельность - это способность открытых систем использовать программы, выполняющиеся одновременно на различных платформах в общей сети, с возможностью обмена информацией между ними. Иначе говоря, программные компоненты системы, расположенные на разных аппаратных платформах в общей сети, должны быть способны работать как часть единой системы.

Масштабируемость (наращиваемость)

Масштабируемость - это возможность применения одного и того же аппаратного и программного обеспечения (баз данных, пользовательских интерфейсов, средств коммуникации) для систем разного размера (больших и малых). Для обеспечения масштабируемости достаточно, чтобы программное обеспечение больших и малых систем было совместимо по операторскому интерфейсу, языкам программирования, а также интерфейсу с аппаратными средствами и не требовало дополнительного обучения персонала. Масштабируемая система должна обеспечивать возможность простого наращивания функциональных возможностей и размеров путем включения новых компонентов как в аппаратную, так и программную часть системы без модификации старых, опробованных программных и аппаратных модулей [Azevedo].

Масштабируемость позволяет применять одни и те же аппаратные и программные средства как для больших, так и для малых систем в пределах одной организации. Примером масштабируемых программных систем являются современные SCADA-пакеты TraceMode и MasterSCADA, которые продаются как единый пакет, но имеющий градации в зависимости от количества тегов.

4. Преимущества открытых систем

Поскольку код открытый, система может быть свободно модифицирована и распространяться даже на коммерческой основе. Возможность свободно экспериментировать с исходным кодом операционной системы, исходя только из своих целей, сделала Linux столь полезным и эффективным решением для ряда крупных компаний, таких как Google.

Пользователи ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ не подвергаются тоталитарному давлению со стороны правообладателя операционной системы, ибо его — этого самого правообладателя — не существует. В качестве противоположного примера можно привести действия Microsoft: компания намеренно перестаёт поддерживать старые версии ОС, тем самым вынуждая пользователей покупать новые (иногда бывает, что приходится покупать новое «железо» в связи незапланированным обновлением ОС). Кроме того, новые версии «Линукс» также распространяются абсолютно бесплатно.

Мало подвержен воздействию вирусов, троянов, червей, программ-шпионов и остального вредоносного ПО

Пока что Linux не может тягаться с Windows по количеству созданных и хорошо отлаженных программ. Однако очень много людей заняты исправлением ситуации. В будущем программ для самых различных нужд будет появляться все больше и больше. Мало того, что большинство программ под «Линукс» распространяется бесплатно, так по функциональности, надёжности и мощности некоторые из них не уступают своим аналогам в среде Windows. Стоит уже избавляться от стереотипа, дескать «под Линукс ничего не найдешь!».

возможность очень тонкой настройки. Вопреки сложившемуся мнению настроить Linux под себя не вызовет никаких проблем у мало-мальски опытного юзера. Во время установки можно указывать самые различные параметры, которые помогут вам выбрать ту конфигурацию, которая подходит именно вам. Будь то компьютер исключительно для работы, медиа центр, ноутбук, веб-сервер, сервер для хранения данных или даже маршрутизатор сети. От пытливого пользователя не скрыты и настройки внешнего вида операционки, который можно настроить в тысячах вариаций. Мечтаете об Apple Mac или до сих пор ностальгируете по Windows? В Linux все это можно воссоздать визуально. Все это благодаря открытому коду, который предоставляет пользователю поистине безграничные возможности.

Linux славится своей превосходной совместимостью с другими операционными системами. Например, «Пингвин» может без проблем считывать, записывать, копировать, стирать и производить другие действия с файлами, которые расположены на разделах жёсткого диска, где установлена Windows. Кроме того, в Linux можно использовать клиенты Windows и даже напрямую работать с программами, заточенными главным образом под ОС от Microsoft. А Windows не только не способна работать с разделами HDD, на которых записаны другие операционные системы, но и не может форматировать эти диски для последующей установки другой оси.

«Линукс» хорошо масштабируется и может работать на системах не только на основе решений Intel или, скажем, AMD. Его можно устанавливать практически на все электронные устройства, начиная с суперкомпьютеров и роботов, заканчивая медицинским оборудованием, мобильными телефонами и даже наручными часами. 

2. Информационные системы

1. Понятие информационных систем.

Информационная система — это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации для достижения цели управления. В современных условиях основным техническим средством обработки информации является персональный компьютер. Большинство современных информационных систем преобразуют не информацию, а данные. Поэтому часто их называют системами обработки данных.

По степени механизации процедур преобразования информации системы обработки данных делятся на системы ручной обработки, механизированные, автоматизированные и системы автоматической обработки данных.

Важнейшими принципами построения эффективных информационных систем являются следующие.

Принцип интеграции, заключающийся в том, что обрабатываемые данные, однажды введенные в систему, многократно используются для решения большого числа задач.

Принцип системности, заключающийся в обработке данных в различных аспектах, чтобы получить информацию, необходимую для принятия решений на всех уровнях управления.

Принцип комплексности, заключающийся в механизации и автоматизации процедур преобразования данных на всех этапах функционирования информационной системы.

2. Классификация информационных систем

Информационные системы также классифицируются:

по функциональному назначению: производственные, коммерческие, финансовые, маркетинговые и др.;

по объектам управления: информационные системы автоматизированного проектирования, управления технологическими процессами, управления предприятием (офисом, фирмой, корпорацией, организацией) и т. п.;

по характеру использования результатной информации: информационно-поисковые, предназначенные для сбора, хранения и выдачи информации по запросу пользователя; информационно-советующие, предлагающие пользователю определенные рекомендации для принятия решений (системы поддержки принятия решений); информационно-управляющие, результатная информация которых непосредственно участвует в формировании управляющих воздействий.

3. Структура открытых информационных систем.

Функциональные подсистемы реализуют и поддерживают модели, методы и алгоритмы получения управляющей информации. Состав функциональных подсистем весьма разнообразен и зависит от предметной области использования информационной системы, специфики хозяйственной деятельности объекта, управления.

В состав обеспечивающих подсистем обычно входят:

информационное обеспечение — методы и средства построения

информационной базы системы, включающее системы классификации и кодирования информации, унифицированные системы документов, схемы информационных потоков, принципы и методы создания баз, данных;

техническое обеспечение — комплекс технических средств, задействованных в технологическом процессе преобразования информации в системе. В первую очередь это вычислительные машины, периферийное оборудование, аппаратура и каналы передачи данных;

.

Организационные подсистемы по существу относятся также к обеспечивающим подсистемам, но направлены в первую очередь на обеспечение эффективной работы персонала, и поэтому они могут быть выделены отдельно. К ним относятся:

кадровое обеспечение — состав специалистов, участвующих в создании и работе системы, штатное расписание и функциональные. обязанности;

эргономическое обеспечение — совокупность методов и средств, используемых при разработке и функционировании информационной системы, создающих оптимальные условия для деятельности персонала, для быстрейшего освоения системы;

правовое обеспечение — совокупность правовых норм, регламентирующих создание и функционирование информационной системы, порядок получения, преобразования и использования информации;

организационное обеспечение — комплекс решений, регламентирующих процессы создания и функционирования как системы в целом, так и ее персонала.

4. Модель взаимодействия открытых систем

В начале 80-х годов ряд международных организаций по стандартизации - ISO, ITU-T и некоторые другие - разработали модель, которая сыграла значительную роль в развитии сетей. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) или моделью OSI. Модель OSI определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Модель OSI была разработана на основании большого опыта, полученного при создании компьютерных сетей, в основном глобальных, в 70-е годы. Полное описание этой модели занимает более 1000 страниц текста.

В модели OSI (рис. 1.25) средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами. Модель не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Свои собственные протоколы взаимодействия приложения реализуют, обращаясь к системным средствам. Поэтому необходимо различать уровень взаимодействия приложений и прикладной уровень.

5. Профили открытых информационных систем

Событийное программирование

Логика приложения, построенного с помощью RAD, является событийно-ориентированной. Это означает следующее: каждый объект, входящий в состав приложения, может генерировать события и реагировать на события, генерируемые другими объектами. Примерами событий могут быть: открытие и закрытие окон, нажатие кнопки, нажатие клавиши клавиатуры, движение мыши, изменение данных в базе данных и т. п.

Разработчик реализует логику приложения путем определения обработчика каждого события — процедуры, выполняемой объектом при наступлении соответствующий события. Например, обработчик события «нажатие кнопки» может открыть диалоговое окно. Таким образом, управление объектами осуществляется с помощью событий.

Обработчики событий, связанных с управлением базой данных (DELETE, INSERT, UPD ATE), могут реализовываться в виде триггеров на клиентском или серверном узле. Такие обработчики позволяют обеспечить ссылочную целостность базы данных при операциях удаления, вставки и обновления, а также автоматическую генерацию первичных ключей.

Создание, сопровождение и развитие современных сложных информационных систем базируется на методологии построения таких систем как открытых. Открытые информационные системы создаются в процессе информатизации всех основных сфер современного общества: органов государственного управления, финансово-кредитной сферы, информационного обслуживания предпринимательской деятельности, производственной сферы, науки, образования. Развитие и использование открытых информационных систем неразрывно связаны с применением стандартов на основе методологии функциональной стандартизации информационных технологий.

Профиль - это совокупность нескольких (или подмножество одного) базовых стандартов с четко определенными и гармонизированными подмножествами обязательных и факультативных возможностей, предназначенная для реализации заданной функции или группы функций.

Профиль формируется исходя из функциональных характеристик объекта стандартизации, В профиле выделяются и устанавливаются допустимые возможности и значения параметров каждого базового стандарта и/или нормативного документа, входящего в профиль.