2. Программное обеспечение информационных систем
2.1 Классификация программного обеспечения
Под программным обеспечением информационных систем понимается совокупность программных и документальных средств для создания и эксплуатации систем обработки данных средствами вычислительной техники.
В зависимости от функций, выполняемых программным обеспечением, его можно разделить на 2 группы: базовое (системное) программное обеспечение (рис. 1) и прикладное программное обеспечение (рис. 2).
Базовое (системное) ПО организует процесс обработки информации в компьютере и обеспечивает нормальную рабочую среду для прикладных программ. Базовое ПО настолько тесно связано с аппаратными средствами, что его иногда считают частью компьютера.
Прикладное программное обеспечение предназначено для решения конкретных задач пользователя и организации вычислительного процесса информационной системы в целом.
В состав базового (системного) ПО входят:
операционные системы;
сервисные программы;
трансляторы языков программирования;
программы технического обслуживания.
Операционные системы (ОС) обеспечивают управление процессом обработки информации и взаимодействие между аппаратными средствами и пользователем. Одной из важнейших функций ОС является автоматизация процессов ввода-вывода информации, управления выполнением прикладных задач, решаемых пользователем. ОС загружает нужную программу и память ЭВМ и следит за ходом се выполнения; анализирует ситуации, препятствующие нормальным вычислениям, и дает указания о том, что необходимо сделать, если возникли затруднения.
Исходя из выполняемых функции, ОС можно разбить на три группы (см. рис. 1): однозадачные (однопользовательские); многозадачные (многопользовательские); сетевые.
Рис. 1. Базовое (системное) программное обеспечение
Однозадачные ОС предназначены для работы одного пользователя в каждый конкретный момент одной конкретной задачей. Типичным представителем таких операционных систем является MS-DOS (разработанная фирмой Microsoft). Многозадачные ОС обеспечивают коллективное использование ЭВМ в мультипрограммном режиме разделения времени (в памяти ЭВМ находится несколько программ - задач, - и процессор распределяет ресурсы компьютера между задачами). Типичными представителями подобного класса ОС являются: UNIX, OS 2 корпорации IBM, Microsoft Windows 95, Microsoft Windows NT и некоторые другие.
Сетевые операционные системы связаны с появлением локальных н глобальных сетей 11 предназначены для обеспечения доступа пользователя ко всем ресурсам вычислительной сети. Типичными представителями сетевых ОС являются:
Novell NetWare, Microsoft Windows NT, Banyan Vines, IBM LAN, UNIX, Solaris фирмы Sun.
Сервисное программное обеспечение - это совокупность программных продуктов, предоставляющих пользователю дополнительные услуги в работе с компьютером и расширяющих возможности операционных систем.
По функциональным возможностям сервисные средства можно подразделить на средства:
улучшающие пользовательский интерфейс;
защищающие данные от разрушения и несанкционированного доступа;
восстанавливающие данные;
ускоряющие обмен данными между диском и ОЗУ:
архивации-разархивапии;
антивирусные средства.
По способу организации и реализации сервисные средства могут быть представлены: оболочками, утилитами и автономными программами. Разница между оболочками и утилитами зачастую выражается лишь в универсальности первых и специализации вторых.
Рис. 2. Прикладное программное обеспечение
Оболочки, являющиеся надстройкой над ОС, называются операционными оболочками. Оболочки являются как бы настройками над операционной системой. Утилиты и автономные программы имеют узкоспециализированное назначение и выполняют каждая свою функцию. Но утилиты, в отличии от автономных программ, выполняются в среде соответствующих оболочек. При этом они конкурируют в своих функциях с программами ОС и другими утилитами. Поэтому классификация сервисных средств но их функциям и способам реализации является достаточно размытой и весьма условной.
2.2 Прикладное программное обеспечение и тенденции его развития
К ПО общего назначения или типовому прикладному ПО относят программы, предназначенные для любых пользователей ПК независимо от области их профессиональных интересов. Это следующие программы:
текстовые процессоры,
табличные процессоры,
системы иллюстративной и деловой графики (графические процессоры),
системы управления базами данных,
экспертные системы,
программы математических расчетов, моделирования и анализа экспериментальных данных.
Все эти программы имеют широкое применение. Однако специалисты разных областей используют и специальные, только им необходимые программы, относящиеся к специальному программному обеспечению. Так юристы широко используют справочные информационные системы такие как "Гарант", "Юрисконсульт" или "Консультант - плюс".
Прикладное программное обеспечение (рис. 2) предназначено для разработки и выполнения конкретных задач (приложений) пользователя. Прикладное программное обеспечение работает под управлением базового ПО, в частности операционных систем.
Редакторы документов – это наиболее широко используемый вид прикладных программ. Они позволяют подготавливать документы гораздо быстрее и удобнее, чем с помощью пишущей машинки. Редакторы документов позволяют использовать различные шрифты символов, абзацы произвольной формы, автоматически переносят слова на новую строку, позволяют делать сноски, включать рисунки, автоматически нумеруют страницы и сноски и т.д. Представители редакторов документов – программы Microsoft Word, Wordpad.
Табличные процессоры. При работе с табличным процессором на экран выводится прямоугольная таблица, в клетках которой могут находиться числа, пояснительные тексты и формулы для расчета значения в клетке по именующимся данным. Все распространенные табличные процессоры позволяют вычислять значения элементов таблиц по заданным формулам, строить по данным в таблицах различные графики и т.д. Представители семейства табличных процессоров Microsoft Excel, Quatro Pro.
Графические редакторы позволяют создавать и редактировать рисунки. В простейших редакторах предоставляются возможности рисования линий, кривых, раскраски областей экрана, создание надписей различными шрифтами и т.д. Большинство редакторов позволяют обрабатывать изображения, полученные с помощью сканеров. Представители графических редакторов – программы Adobe Photoshop, Corel Draw.
Правовые базы данных содержат тексты нормативных документов и предоставляют возможности справки, контекстного поиска, распечатки и т.д. Представители правовых баз данных – пакеты Гарант и Консультант+ .
Системы автоматизированного проектирования (САПР) позволяют осуществлять черчение и конструирование различных предметов и механизмов с помощью компьютера. Среди систем малого и среднего класса в мире наиболее популярна система AutoCad фирмы AutoDesk. Отечественный пакет с аналогичными функциями – Компас.
Системы управления базами данных (СУБД) позволяют управлять большими информационными массивами - базами данных. Программные системы этого вида позволяют обрабатывать на компьютере массивы информации, обеспечивают ввод, поиск, сортировку выборку записей, составление отчетов и т.д. Представители данного класса программ – Microsoft Access, Clipper, Paradox.
Интегрированные системы сочетают в себе возможность системы управления базами данных, табличного процессора, текстового редактора, системы деловой графики, а иногда и другие возможности. Как правило, все компоненты интегрированной системы имеют схожий интерфейс, что облегчает обучение работе с ними. Представители интегрированных систем – пакет Microsoft Office и его бесплатный аналог Open Office.
Бухгалтерские программы предназначены для ведения бухгалтерского учета, подготовки финансовой отчетности и финансового анализа деятельности предприятий. Из-за несовместимости отечественного бухгалтерского учета с зарубежным в нашей стране используются почти исключительно отечественные бухгалтерские программы. Наиболее распространены системы 1C: Предприятие и Инфо-бухгалтер.
Основные тенденции развития прикладного программного обеспечения тесно связаны с созданием и переходом на информационные системы четвертого поколения, основанные на иерархической структуре, в которых Центр тяжести перенесен с локальных сетей конечных пользователей на сеть локальных серверов. В основу ИС четвертого поколения закладывается требование сокращения эксплуатационных ресурсов ИС при увеличении масштабируе-мости системы и расширения круга ее функциональных обязанностей.
В ближайшие пять лет ожидается резкое увеличение сложности программного обеспечения, предназначенного для информационных систем различного класса. Следствием этого станет ужесточение требований к характеристикам компьютеров, сетевого оборудования, пропускной способности каналов связи, а также определение оптимального распределения нагрузки в узлах ИС, в которых ресурсы закрепляются за конечным пользователем по принципу «ровно столько, сколько нужно».
Поэтому для всех подразделений компаний необходимо подобрать наиболее удачную конфигурацию сервера и состав программного обеспечения и сбалансировать распределение нагрузки между центральным сервером, локальными серверами и рабочими станциями конечных пользователей в каждом подразделении предприятия. В конечном счете, от этого зависит адекватный выбор аппаратных и программных средств для системы, причем для каждой конкретной ИС эта проблема требует индивидуального подхода. Однако некоторые общие принципы балансировки системы можно привести.
Программное обеспечение (ПО) компьютерных информационных систем (ИС) является их необходимой составляющей. В целом программное обеспечение представляет собой набор программ, функция которых заключается в решении на компьютере определенных задач. Без соответствующего программного обеспечения функционирование даже идеально разработанной системы невозможно, поскольку ее смысл полностью теряется.
В зависимости от возложенных функций составы программного обеспечения очень отличаются друг от друга. Обычно программное обеспечение включает в себя прикладные программы, а также программы-трансляторы. Благодаря этому можно производить перевод прикладных программ с языка высокого уровня на машинный язык. К ним также относятся программы, обеспечивающие автоматический ввод информации посредством различных устройств ввода-вывода; программы, контролирующие работу аппаратуры (в том числе программы, управляющие всеми приборами информационных систем в процессе обработки информации).
Функции программных продуктов
Программное обеспечение бывает двух типов: системное и прикладное.
Системное программное обеспечение включает в себя способы общения с информационными системами и способы организации процесса исчисления, не зависящие от характера задач. Основной целью первого типа является функция защиты. В полном объеме осуществляется только при условии наличия полного программного обеспечения. В качестве защиты в основном используются антивирусные и антишпионские программы. Существуют и другие программы, использующиеся в качестве средств, благодаря которым осуществляется защита информации, но они не так популярны, как вышеперечисленные.
Говоря о системном программном обеспечении информационных систем, следует отметить, что в нем можно выделить как операционные системы, так и системы программирования. Системное программирование включает в себя продукты, благодаря которым осуществляется защита информации. Системы программирования – комплекс программ, обеспечивающий автоматизацию программирования. В них содержатся трансляторы различных языков программирования и другие программы, позволяющие автоматизировать конструирование и налаживание программ. Особая роль в данном случае отводится программам-трансляторам, функция которых заключается в переводе записи решения задач с языка высокого уровня в запись, которая, в свою очередь, подходит для непосредственного осуществления на компьютере.
Виды трансляторов, используемых в информационных устройствах
В компьютерах информационных систем используется два типа трансляторов: компиляторы и интерпретаторы. Первые транслируют всю входящую запись в рабочую программу, а затем осуществляется ее выполнение в информационных системах. Транслируемая с помощью компилятора программа обычно осуществляется намного быстрее, поскольку она полностью превращена в машинный код. В то же время ей необходим больший объем оперативной памяти, поэтому компиляторы используются в основном в больших ЭВМ. Такие аппаратные средства позволяют значительно сэкономить место памяти и контролировать результат выполнения каждой операции. Это удобно при их использовании в диалоговом режиме.
Операционная система (ОС) является важной составляющей программного обеспечения, поскольку несет защитную функцию для систем любого компьютера.
Она управляет выполнением рабочих программ и взаимодействием человека с информационными системами. ОС состоит из комплекса программ управления, обеспечивающих доступ к ним, управляет файлами и планирует задания вычислительными ресурсами, контролирует хранение программ и обеспечивает их использование.
Обеспечение информационных систем необходимыми средствами защиты помогает создать слаженную работу компьютеров и продлить срок эксплуатации операционной системы.
ОС значительно упрощает общение пользователя в отношении информационных систем, автоматически выполняя большое количество промежуточных операций, оставляя за пользователем обязательство только самые нужные операции. С этой целью используются соответствующие команды, адрес которых прописывает пользователь. В основном все функции, выполняемые с помощью ОС, делятся на 3 группы:
- Организация взаимодействия пользователя с компьютером информационных систем;
- Управление всеми информационными данными, введенными в ИС;
- Использование прикладных программ ОС.
Главное – помнить, что третья функция не будет иметь никаких проблем, если прикладные программы совместимы с операционной системой. Количество прикладных программ имеет большое разнообразие и не перестает постоянно расти. Самые популярные среди них – это редактор текста, деловая графика и интегрированные системы. Следует отметить, что последние синтезируют в себе возможности всех предыдущих и поэтому являются дорогостоящими. С их помощью пользователь имеет возможность обрабатывать разную информацию (текстовую, табличную, графическую и так далее).
Сервисное программное обеспечение, состоящее из программных средств, дающих возможность использования дополнительных услуг, тем самым расширяя функции операционных систем, включает в себя не только различного рода антивирусы и антишпионы, но и архиваторы WinRar, WinZip.
Несмотря на то что ИС могут использоваться в различных целях, нужно отметить, что между собой они не слишком отличаются. Задачи, которые выполняет программное обеспечение, тоже похожи. Будь то однозадачное или многозадачное программное средство, функция одна – защита информации, которая проходит в несколько этапов. Сначала необходимо определить совместимость программ и ОС, затем произвести установку данных продуктов, а после определить, правильно ли работает программное обеспечение.
На видео – подробная информация о программном обеспечении информационных систем:
Защита информации
Антивирусные программы используются в тех случаях, когда возникает необходимость удалить или излечить вирус, попавший в компьютер, с целью . Вирусы имеют свойство проникать в устройства через различного рода носители, интернет. Вирусы способны наносить колоссальный вред как файлам, так и непосредственно всему компьютеру. Программы для защиты информации выполняют прямую функцию по уничтожению вирусных вредителей как безвредных, так и очень опасных.
Исходя из вышесказанного, можно подвести итог касательно значимости программного обеспечения для информационных устройств. Первоначальной целью программных продуктов является защита информации, содержащейся в ЭВМ и другой электронной вычислительной технике.
Защита информации очень важна для различных организаций, учреждений, поскольку утрата данных может привести к выходу из строя сетей предприятий.
Данная вероятность нежелательна, поэтому установку программных продуктов следует основательно продумать, проверить на совместимость, просчитать все вероятные ошибки, которые могут возникнуть в процессе работы, а также при их установке. Именно поэтому каждое серьезное предприятие, заботясь о своей репутации, тщательно подбирает программные средства. Архиваторы тоже играют немаловажную роль, ведь они способствуют сжатию информации, при этом не теряя данных, что помогает в тех случаях, когда возникает необходимость в передаче больших объемов данных.
Программные продукты могут расширять функции и увеличивать многозадачность различных типов ЭВМ. Благодаря этому увеличиваются возможности пользователя, расширяются функциональные возможности как непосредственно ЭВМ, так и пользователя. ПО – очень важная составляющая любых ИС, так как играет главную роль при введении в эксплуатацию ИС и помогает проводить различного рода манипуляции с файлами, базами данными.
На видео – информация о программном обеспечение с SDL:
Программное обеспечение (ПО) включает совокупность программ, реализующих функции и задачи системы и обеспечивающих устойчивую работу комплексов технических средств. В состав программного обеспечения входят общесистемные, инструментальные и специальные (прикладные) программы, а также инструктивно-методические материалы по применению средств программного обеспечения.
К общесистемному программному обеспечению относятся программы, организующие взаимодействие аппаратных и программных средств системы между собой и с оператором, распределение ресурсов и организацию вычислительного процесса, осуществляющие контроль и управление процессом обработки данных, решение технологических задач (операционные системы, системы управления базами данных, антивирусы, диагностика и т.п.).
Инструментальное ПО служит для написания, редактирования, документирования и отладки программ, позволяет автоматизировать работу программистов (компиляторы, трансляторы, интерпретаторы, объединяемые в пакеты с библиотеками стандартных программ и планировщиками в CASE-средства).
Специальное программное обеспечение представляет собой совокупность программ прикладного назначения в предметной области автоматизации. Оно включает пакеты прикладных программ, осуществляющих организацию данных и их обработку при решении функциональных задач управления.
Использование программного обеспечения сопряжено с рядом правовых и технологических проблем:
к установке и совместному использованию программ на ПК необходимо подходить очень аккуратно, поскольку все продукты, включая ОС, не свободны от ошибок, действие которых может суммироваться и привести к разрушению системы;
анонсированных производителем вычислительных мощностей на самом деле для функционирования ПО может не хватить, поскольку т.н. резидентные программы и ряд других, а также часть периферийных устройств занимают вычислительные ресурсы.
24. Основные понятия искусственного интеллекта.
Системы искусственного интеллекта ориентированы на решение большого класса задач, называемых неформализуемыми (трудно формализуемыми). Такие задачи обладают следующими свойствами:
алгоритмическое решение задачи неизвестно или нереализуемо из-за ограниченности ресурсов ЭВМ;
задача не может быть представлена в числовой форме;
цели решения задачи не могут быть выражены в терминах точно определенной целевой функции;
большая размерность пространства решения;
динамически изменяющиеся данные и знания.
В исследованиях по искусственному интеллекту можно выделить два основных направления.
1.Программно-прагматическое - занимается созданием программ, с помощью которых можно решать те задачи, решение которых до этого считалось исключительно прерогативой человека.Это направление ориентировано на поиски алгоритмов решения интеллектуальных задач на существующих моделях компьютеров.
2.Бионическое - занимается проблемами искусственного воспроизведения тех структур и процессов, которые характерны для человеческого мозга и которые лежат в основе процесса решения задач человеком. В рамках бионического подхода сформировалась новая наука -нейроинформатика, одним из результатов которой стала разработка нейрокомпьютеров.
Существенный прорыв в практических приложениях систем искусственного интеллекта произошел в середине 70-х годов, когда на смену поискам универсального алгоритма мышления пришла идея моделировать конкретные знания специалистов-экспертов. Так появились системы, основанные на знаниях, - экспертные системы. Сформировался новый подход к решению интеллектуальных задач - представление и использование знаний. Интересно, что понятие «знание» не имеет на сегодняшний день какого-либо исчерпывающего определения.
Знания - это выявленные закономерности предметной области (принципы, связи, законы), позволяющие решать задачи в этой области. С точки зрения искусственного интеллекта знания можно определить как формализованную информацию, на которую ссылаются в процессе логического вывода.
Приведем ряд определений.
База знаний - это совокупность знаний, описанных с использованием выбранной формы их представления. База знаний является основой любой интеллектуальной системы. База знаний содержит описание абстрактных сущностей: объектов, отношений, процессов.
Знания можно разделить на процедурные и декларативные. Исторически первыми использовались процедурные знания, то есть знания, представленные в алгоритмах. Алгоритмы, в свою очередь, были реализованы в программах. Однако развитие систем искусственного интеллекта повысило приоритет декларативных знаний, то есть знаний, сосредоточенных в структурах данных.
Процедурные знания хранятся в памяти ИС в виде описаний процедур, с помощью которых можно получить знания. Так обычно описываются способы решения задач предметной области, различные инструкции, методики и т. д. Процедурные знания составляют ядро базы знаний.
Декларативные знания - это совокупность сведений о качественных и количественных характеристиках объектов, явлений, представленных в виде фактов и эвристик. Традиционно такие знания накапливались в виде разнообразных таблиц и справочников, а с появлением ЭВМ приобрели форму информационных массивов и баз данных. Декларативные знания часто называют просто данными.
Одной из наиболее важных проблем разработки систем искусственного интеллекта является представление знаний.
Представление знаний - это их формализация и структурирование, с помощью которых отражаются характерные признаки знаний: внутренняя интерпретируемость, структурированность, связность, семантическая метрика и активность.
Существуют следующие основные модели представления знаний:
* логические модели;
* продукционные модели;
* семантические сети;
* фреймовые модели;
* модели, основанные на нечетких множествах.
Одним из базовых понятий методологии проектирования АИС является понятие жизненного цикла ее программного обеспечения (ЖЦ ПО). ЖЦ ПО - это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости его создания и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации . Структура ЖЦ ПО базируется на трех группах процессов:
- основные процессы ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);
- вспомогательные процессы, обеспечивающие выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит, решение проблем);
- организационные процессы (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).
Разработка - это все работы по созданию ПО и его компонент в соответствии с заданными требованиями, включая оформление проектной и эксплуатационной документации, подготовку материалов, необходимых для проверки работоспособности и соответствующего качества программных продуктов, материалов, необходимых для организации обучения персонала и т.д. Разработка ПО включает в себя, как правило, анализ, проектирование и реализацию (программирование).
Эксплуатация включает в себя работы по внедрению компонентов ПО в эксплуатацию, в том числе конфигурирование баз данных и рабочих мест пользователей, обеспечение эксплуатационной документацией, проведение обучения персонала и т.д., и непосредственно эксплуатацию, в том числе локализацию проблем и устранение причин их возникновения, модификацию ПО в рамках установленного регламента, подготовку предложений по совершенствованию, развитию и модернизации системы.
Управление проектом связано с вопросами планирования и организации работ, создания коллективов разработчиков и контроля за сроками и качеством выполняемых работ. Техническое и организационное обеспечение проекта включает выбор методов и инструментальных средств для реализации проекта, определение методов описания промежуточных состояний разработки, разработку методов и средств испытаний ПО, обучение персонала и т.п. Обеспечение качества проекта связано с проблемами верификации, проверки и тестирования ПО. Верификация - это процесс определения того, отвечает ли текущее состояние разработки, достигнутое на данном этапе, требованиям этого этапа. Проверка позволяет оценить соответствие параметров разработки с исходными требованиями. Проверка частично совпадает с тестированием, которое связано с идентификацией различий между действительными и ожидаемыми результатами и оценкой соответствия характеристик ПО исходным требованиям. В процессе реализации проекта важное место занимают вопросы идентификации, описания и контроля конфигурации отдельных компонентов и всей системы в целом.
Управление конфигурацией - один из вспомогательных процессов, поддерживающих основные процессы жизненного цикла ПО, прежде всего процессы разработки и сопровождения ПО. При создании проектов сложных ИС, состоящих из многих компонентов, каждый из которых может иметь разновидности или версии, возникает проблема учета их связей и функций, создания унифицированной структуры и обеспечения развития всей системы. Управление конфигурацией позволяет организовать, систематически учитывать и контролировать внесение изменений в ПО на всех стадиях ЖЦ. Общие принципы и рекомендации конфигурационного учета, планирования и управления конфигурациями ПО отражены в стандарте 1ЭО 12207-2.
Каждый процесс характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными на предыдущем этапе, и результатами. Результатами анализа, в частности, являются функциональные модели, информационные модели и соответствующие им диаграммы. ЖЦ ПО носит итерационный характер: результаты очередного этапа часто вызывают изменения в проектных решениях, выработанных на более ранних этапах.
Существующие модели ЖЦ определяют порядок исполнения этапов в ходе разработки, а также критерии перехода от этапа к этапу. В соответствии с этим наибольшее распространение получили три следующие модели ЖЦ:
- каскадная модель (1970-1980-е гг.) - предполагает переход на следующий этап после полного окончания работ по предыдущему этапу;
- поэтапная модель с промежуточным контролем (1980-1985 гг.) - итерационная модель разработки с циклами обратной связи между этапами. Преимущество такой модели заключается в том, что межэтапные корректировки обеспечивают меньшую трудоемкость по сравнению с каскадной моделью, однако время жизни каждого из этапов растягивается на весь период разработки;
- спиральная модель (1986- 1990 гг.) - делает упор на начальные этапы ЖЦ: анализ требований, проектирование спецификаций, предварительное и детальное проектирование. На этих этапах проверяется и обосновывается реализуемость технических решений путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует поэтапной модели создания фрагмента или версии программного изделия, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество, планируются работы следующего витка спирали. Таким образом, углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации. Специалистами отмечаются преимущества спиральной модели:
- накопление и повторное использование программных средств, моделей и прототипов;
- ориентация на развитие и модификацию ПО в процессе его проектирования;
- анализ рисков и издержек в процессе проектирования.
Главная особенность индустрии создания ПО состоит в концентрации сложности на начальных этапах ЖЦ (анализ, проектирование) при относительно невысокой сложности и трудоемкости последующих этапов. Более того, нерешенные вопросы и ошибки, допущенные на этапах анализа и проектирования, порождают на последующих этапах трудные, часто неразрешимые проблемы и в конечном счете приводят к неуспеху всего проекта.
