Основные понятия управления автоматизированных систем обработки информации и управления

Автоматизированные системы обработки информации и управления (АСОИУ) — область науки и техники, которая включает широкую совокупность средств, способов и методов деятельности, направленной на разработку технического, информационного, программного, математического, лингвистического, эргономического, организационного и правового обеспечения названных систем, а также структуры систем в целом.

В соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования специалист в области автоматизированных систем обработки информации и управления в соответствии с фундаментальной и специальной подготовкой может выполнять такие виды профессиональной деятельности, как: проектирование, научные исследования, эксплуатация в данной области.

Он должен знать и уметь использовать основные математические понятия и методы, Математические модели процессов в естествознании и технике, вероятностные модели для анализа и количественных оценок конкретных процессов, базовые понятия информатики и вычислительной техники, закономерности протекания информационных процессов в системах управления, принципы работы технических и программных средств, основные приемы обработки экспериментальных данных.

С точки зрения общепрофессиональных дисциплин инженер в области автоматизированных систем должен иметь представление:

• — об основных закономерностях функционирования систем и возможности их системного анализа;
• — о современных методах исследования, оптимизации и проектирования АСОИУ;
• — об использовании основных положений теории управления в различных областях науки и техники;

Под автоматизированной системой обработки информации и управления понимается совокупность экономико-математических методов, организационных мероприятий, информационных и технических средств, обеспечивающих сбор, передачу, обработку и представление результатов о деятельности какого-либо объекта, предприятия, подразделения.

Автоматизированные системы обработки информации и управления относятся к классу человеко-машинных систем, причем их развитие в каждой конкретной области применения идет по линии повышения роли ЭВМ как в сфере принятия решений, так и в сфере реализации принятых решений.

Предельный случай, когда ответственность как за принятые решения, так и за их выполнение возлагается на вычислительную машину, должен рассматриваться как отдельная сфера применения ЭВМ, а именно сфера автоматического управления в реальном масштабе времени. Чтобы обеспечить работу в реальном времени, соответствующие языки программирования и программы должны содержать зависящие от времени конструкции.

В этом случае ЭВМ используется в контуре обратной связи некоторой системы управления, то есть вмешательство человека в процесс управления полностью исключается.

Итак, следует отличать термины «автоматизированный» и «автоматический».

• — о возможностях информационных технологий и их применении в промышленности, научных исследованиях, организационном управлении и других областях;
• — о современном состоянии и тенденциях развития архитектур ЭВМ, вычислительных систем и сетей, об архитектуре и о возможностях микропроцессорных средств;
• — о современных алгоритмических языках, о проблемах и направлениях развития технологии программирования, об основных методах и средствах автоматизации проектирования программного обеспечения, о методах организации работы в коллективах разработчиков программного обеспечения.

Классифицировать информацию в АСОИУ можно по нескольким признакам.

По характеру изменения информацию можно классифицировать следующим образом:

• · условно-постоянная, изменяющая свою количественную характеристику эпизодически;
• · переменная, оперативно изменяющая свою количественную характеристику в процессе обработки.

Примером условно-постоянной информации являются плановые и нормативные показатели, цены, стоимость основных фондов.

Рассмотрим классификацию информации по способу использования в системе:

• · входная информация,
• · выходная информация.

Входную информацию представляют исходные документы. Вводимую информацию можно, в свою очередь, подразделить на базовую и текущую (оперативную). Базовая образуется на основе входной информации и хранится в течение всего времени функционирования АСОИУ, претерпевая коррекцию и пополнение в случае необходимости. В состав базовой входят плановые показатели работы управляемого процесса или объекта. Оперативная информация формируется на основе постоянно поступающих исходных данных и регулярно используется для обработки.

Качество управления всецело зависит от полноты и достоверности исходных данных.

Выходная информация есть результат логико-математической обработки базовой информации. Она представляется в виде документов, отражающих состояние управляемого процесса, и в виде команд, направляемых к исполнительным органам.

Помимо основной информации (баз данных), характеризующей решаемую задачу, к информационному обеспечению относится так называемая служебная информация: массивы справочной информации, словари, упрощающие процесс общения пользователя с системой, а также система кодирования информации.

Полезно рассмотреть понятие «данные» и способы их организации. С одной стороны, данные характеризуются реквизитами. В реквизите представлены две группы информации: основание и признаки. Основание связано с количественной оценкой. Примером основания являются цена, количество материала, итоговые показатели. Признаки выражают качественные свойства и характеризуют процессы, при которых получены: наименования материалов, работ, сорт, размер, склад хранения, дата поступления.

Данные могут быть представлены двояко:

• * конкретными величинами — константами, не меняющими значения в процессе решения задачи;
• * в обобщенном виде как переменные.

Переменная — это именованное данное, значение которого в процессе решения задачи либо при повторных ее решениях могут изменяться.

Обрабатываемые в ЭВМ данные различаются набором допустимых значений и видами операций, которые могут выполняться над ними. Эти две характеристики определяют тип данного. Различают числовые, символьные, логические и данные типа «дата».

Числовые данные принимают числовые значения со знаком или без знака. Допустимые над числовыми данными операции, реализуемые в ЭВМ, можно разделить на две группы. Первую группу представляют арифметические операции: сложение, вычитание, умножение, деление, возведение в степень. Результатом их выполнения является число. Ко второй группе относятся операции сравнения двух величин (операции отношения): больше, больше или равно, меньше, меньше или равно, равно, не равно. Результатом их выполнения является логическое значение TRUE (истина), если условие выполняется, и FALSE (ложь) в противном случае.

Символьные данные принимают значения в виде последовательности любых символов.

Примечание. Обычно символьное данное выделяется специальными символами (например, `привет').

Допустимо выполнение следующих операций над символьными данными:

• — операция сравнения «равно», в результате выполнения которой формируется значение TRUE или FALSE;
• — операция сцепления двух символьных данных в одно.

Логические данныепринимают одно из двух возможных значений (TRUE, FALSE).

Допустимые операции над логическими данными — это операции алгебры логики: отрицание, дизъюнкция, конъюнкция (см. раздел 3).

Данные типа «дата"принимают значения даты, представляемые в ЭВМ в виде ММ/ДД/ГГ или ДД/ММ/ГГ, где ММ — двузначный номер месяца в году, ДД — число, ГГ — две последние цифры года.

Допускается выполнение следующих операций над данными этого типа:

• — арифметические — сложение, вычитание (к дате может быть добавлено или от даты вычтено целое число — количество дней), результатом выполнения которых является дата;
• — операция сравнения двух дат, результатом выполнения которой, естественно, является логическое значение TRUE или FALSE.

Рассмотрим способы организации данных. Допускается организация данных в массивы, структуры, списки.

Программное обеспечение АСОИУ включает в себя системное программное обеспечение в виде операционной системы (ОС), прикладное программное обеспечение (например, системы управления базами данных, табличные процессоры), а также специализированное программное обеспечение, ориентированное на решение конкретного класса задач.

Под ОС понимается комплекс программ, поддерживающий функционирование ЭВМ, освобождающий пользователя от распределения ресурсов и контроля их использования с целью хранения данных и управления ими, оптимального выполнения параллельно нескольких задач (в том числе с учетом приоритета их выполнения), использования устройств ввода/вывода.

Различают следующие режимы обработки пользовательских программ: пакетный, режим диалога и режим реального времени. Последний, как указывалось выше, является режимом управления реальными процессами.

Как правило, автоматизированные системы обработки информации и управления представляют собой сложный комплекс параллельно действующих подсистем, занимающих определенное место в общей цепи управления. Сложные задачи целесообразным образом разлагаются на более мелкие подзадачи («divide-and-concuer» — «разделяй и властвуй»). При этом выбор разложения на подзадачи — структурирование постановки задачи — является одним из важнейших шагов проектирования АСОИУ. Каждая подсистема имеет свою сферу управления с самостоятельными входами и выходами. Результаты решения задач одной подсистемы служат исходными данными или ограничениями для выполнения функций другой подсистемой.

В многоуровневых системах предусмотрены как вертикальные информационные связи, так и горизонтальные. По взаимодействию различают моноиерархические и полииерархические многоуровневые системы. В первых реализуются только радиальные линии передачи информации. На рис. 2 представлена структурная схема одноуровневой автоматизированной системы обработки информации и управления.

На следующих рисунках представлены структурные схемы многоуровневых автоматизированных систем обработки информации и управления. Они различаются характером линий связи источников информации с централизованным пунктом ее переработки. Различают радиальные (рис. 3), магистральные или цепочечные (рис. 4), древовидные (рис. 5) и иерархические, то есть смешанные структуры (рис. 6). С увеличением числа управляемых объектов усложняется и структура АСОИУ. Наиболее характерными становятся цепочечные и древовидные структуры. При цепочечной структуре подсистемы рассредоточены вдоль линии связи. Такой принцип построения характерен для транспортных и других систем.

При выборе структуры АСОИУ следует руководствоваться следующими принципами:

• · минимизация числа ступеней иерархии и линий связи,
• · обеспечение наиболее простых схем взаимодействия между элементами системы.

Но вместе с этим необходимо соблюдать условие полной самостоятельности каждой из подсистем.

На рис. 7 представлена более подробная структурная схема автоматизированной системы обработки информации и управления.

Рассмотрим существо каждой из составляющих.

Информационная база— это совокупность данных, а именно массивы обрабатываемой информации, словари и массивы справочной информации.

Программное обеспечение следует рассматривать как совокупность системного программного обеспечения, управляющего функционированием ЭВМ, прикладного программного обеспечения, реализующего процессы обработки текста, ведения баз данных, обработку табличной информации. Кроме того, каждая АСОИУ характеризуется специализированным программным обеспечением, реализующим процедуры управления.

Организационная составляющая объединяет людей, совместная деятельность которых на основе определенных правил и процедур направлена на достижение цели управления. Она регламентирует схему движения информации в системе, сроки представления информации в соответствии с сетевым графиком управления.

Математическое обеспечение базируется на теории автоматического управления и представляет собой совокупность математических методов и алгоритмов реализации задачи на ЭВМ.

Техническое обеспечение базируется в первую очередь на компьютерной технике, а также представлено телекоммуникационными средствами приема и передачи информации, аппаратурой сопряжения с линиями связи, средствами документирования информации, устройствами взаимодействия человека с ЭВМ.

К техническому обеспечению АСОИУ предъявляются следующие требования:

• — обеспечение необходимой пропускной способности (время реакции на запрос пользователя не должно превышать двух-трех секунд);
• — единство информационной базы всех пользователей системы с правом коллективного доступа к ней и обеспечение при этом защиты информации от несанкционированного доступа;
• — интерактивный режим взаимодействия человека с системой;
• — возможность развития системы;
• — возможность работы в сети.

Методологическое обеспечение представлено документацией, отражающей состав и функционирование АСОИУ.

Рассмотрим основные функциональные возможности автоматизированных систем обработки информации и управления.

К ним относятся:

• 1. Сбор информации.
• 2. Обработка данных: проведение расчетов, сортировка информации.
• 3. Поиск информации по стандартным запросам.
• 4. Выдача справок по всем показателям, характеризующим обрабатываемую информацию.
• 5. Формирование информационно-аналитических данных для принятия человеком решений, необходимых на различных этапах управления и планирования.

Автоматизированные системы обработки информации и управления — человеко-машинные системы. Человек участвует в принятии решений на основе анализа и оценки получаемой информации. АСОИУ всегда должны быть ориентированы на широкого пользователя (специалиста в своей профессиональной деятельности) и иметь диалоговый интерфейс, который предполагает реализацию следующих режимов:

• · режима «вопрос — ответ» с инициативой задания вопросов за компьютером,
• · широкое использование подсказок,
• · предоставление пользователю различных меню с правом выбора одной из позиций.

Можно выделить три уровня общения человека с ЭВМ:

• — логический,
• — реляционный,
• — уровень представления знаний.

Вопросами информации занимается специальная отрасль знания — теория информации, изучающая процессы, с помощью которых могут быть собраны и переданы соответствующие сведения по каналам связи. Информация при этом оценивается с помощью количественных признаков, как правило, без учета смысла передаваемой информации.

Основная проблема, возникающая при таком подходе к оценке информации, — создание наиболее эффективных форм передачи сведений при сохранении достоверности.

Информационное сообщение состоит из символов, задаваемых алфавитом из Мбукв и цифр. Если сообщение содержитNсимволов, то количество возможных различных состояний в этом сообщенииL=MN. При использовании двоичной системы счисления в качестве единицы информации используется бит — один двоичный разряд. Для измерения информации используется байт — восемь двоичных разрядов, достаточных для представления в двоичной системе счисления кодов всех символов используемого алфавита. Кодирование существенно сокращает общий объем используемой в системе информации и соответственно требуемой для ее хранения памяти.

Основные информационные процессы, характерные для АСОИУ можно сформулировать следующим образом:

• · выявление информации,
• · передача информации,
• · хранение информации,
• · переработка информации,
• · предъявление информации,
• · генерация новой информации в результате принятых мер управления.

Внедрение автоматизированных систем обработки информации и управления связано с проведением большого объема работ по изучению информационных потоков, формализации операций, унификации первичных документов, исключения их дублирования.

Анализируя информационные процессы, следует отметить в качестве одной из первых задач, решаемых при создании АСОИУ, типизацию документов, которая связана с выбором минимального количества показателей, из которых путем соответствующей обработки можно получить достаточную для достижения результата информацию.

В связи с многоуровневой системой АСОИУ возникает задача агрегирования информации, которая связана с иерархическим характером управления: для принятия решения на каждом уровне необходима различная информация. На высшем уровне имеют дело с обобщенной информацией, на нижних — с подробными показателями.

Анализ информационных потоков в АСОИУ показывает, что наряду с необходимой велика доля избыточной информации. Актуальной является задача выделения существенной информации и сокращения доли избыточной информации.

Под автоматизированной системой обработки информации и управления понимается совокупность экономико-математических методов, организационных мероприятий, информационных и технических средств, обеспечивающих сбор, передачу, обработку и представление результатов о деятельности какого-либо объекта, предприятия, подразделения.

Автоматизированные системы обработки информации и управления относятся к классу человеко-машинных систем, причем их развитие в каждой конкретной области применения идет по линии повышения роли ЭВМ как в сфере принятия решений, так и в сфере реализации принятых решений.

Предельный случай, когда ответственность как за принятые решения, так и за их выполнение возлагается на вычислительную машину, должен рассматриваться как отдельная сфера применения ЭВМ, а именно сфера автоматического управления в реальном масштабе времени[1]. Чтобы обеспечить работу в реальном времени, соответствующие языки программирования и программы должны содержать зависящие от времени конструкции.

В этом случае ЭВМ используется в контуре обратной связи некоторой системы управления, то есть вмешательство человека в процесс управления полностью исключается.

Итак, следует отличать термины «автоматизированный» и «автоматический».