Елена Чернопрудова - Проектирование распределенных информационных систем

Введем обозначения:

М – элемент;

{М}– совокупность элементов;

М∈ {М} – принадлежность элементов совокупности.

Вопрос. Сколько или какое количество элементов необходимо, чтобы их совокупность стала системой? Древние философы спорили – сколько нужно камней, сложенных вместе, чтобы они образовали кучу. Вся доступная разуму человека природа состоит из систем, которые могут быть различны по масштабам: от бесконечно больших (галактика) до бесконечно малых (атом); различны по природе: материальные, энергетические, информационные. Практически любой объект с определенной точки зрения может рассматриваться как система, если совокупность элементов обладать двумя признаками: а) связями, которые позволяют посредством переходов по ним от элемента к элементу соединить два любых элемента совокупности (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 – Связь двух элементов

Х 12– воздействие элемента М1 на элемент М2;

Х 21– воздействие М2 на М1.

б) Свойством (назначением, функцией), отличным от свойств отдельных элементов совокупности.

По степени автоматизации решения своих функциональных задач системы могут быть:

– ручные, т.е. без средств автоматизации;

– автоматизированные, т.е. со средствами автоматизации при участии человека;

– автоматические, т.е. типа «автомат» без участия человека.

Дадим определение АСУ согласно ГОСТ 19675-74:

АСУ – это человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности.

Большой системой называют систему, включающую большое количество однотипных элементов и однотипных связей. Пример: гирлянда, трубопровод.

Сложной системой называют систему, состоящую из элементов разных типов и обладающую разнородными связями между ними. Пример: космический корабль, автомобиль, морское судно и т.п.

Простая система – это система, состоящая из небольшого числа элементов и не имеющая разветвленной структуры (нельзя выявить иерархические уровни).

Структура системы – совокупность внутренних, устойчивых связей между элементами системы, определяющая ее основные свойства.

Простейшие типы структур систем показаны на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 – Типы структур систем

Иерархические структуры – это структуры с наличием подчиненности (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 – Иерархические структуры

С понятием структура тесно связан термин «декомпозиция» – это деление системы на части, удобное для каких-то операций.

Примеры: автомобиль состоит из систем смазки, охлаждения, питания и др. Любая книга имеет содержание (оглавление).

Различают также статистические и динамические системы. Состояние статической системы с течением времени остается постоянным, динамические системы, наоборот, изменяют свое состояние во времени.

Динамические системы разделяют на детерминированные, т.е. полностью определенных в любой момент времени, и вероятностные (стохастические).

По характеру взаимодействия системы и внешней среды различают закрытые и открытые системы.

Системы обладают свойством целостности – это принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих ее элементов и, в то же время, зависимость свойств каждого элемента от его места и функции внутри системы.

Группа элементов системы, описываемая только своими входами и выходами и обладающая определенной целостностью, называется модулем (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 – Модуль J

X Jвх– внешние (не от системы) воздействия на элементы модуля;

Х iJ– связи от других элементов системы;

Х J вых –воздействия на выходе системы;

Х Jk– воздействия на элементы системы.

В различных разделах науки и техники понятие модуль имеет различные синонимы:

– в технике: агрегат, блок, узел, механизм;

– в программировании: программа, программный модуль, логический блок;

– в организации и управлении – комиссия, подразделение. Входы и выходы можно интерпретировать как:

1) сигнал – отклик;

2) воздействие – реакция;

3) запрос – ответ;

4) аргумент – решение и др.

Перейдем к анализу понятия управления в системах. Процессы управления протекают повсеместно, ежедневно, ежечасно, ежесекундно и охватывают буквально все стороны и моменты человеческой деятельности.

В науке управление стало изучаться и исследоваться сравнительно недавно, и связано это было прежде всего с именем всемирного ученого Норберта Винера (1894-1964). В 1948 году в США и Европе вышла книга «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине», ознаменовавшая своим появлением рождение нового научного направления – кибернетика.

Кибернетические исследования заключаются в изучении общих свойств процессов управления и систем управления в живых и неживых системах.

Направления исследований кибернетики весьма разнообразны:

– теоретические (теория управления, теория информации, информатика);

– механические (исследование и проектирование АИС);

– биологические (нейрокибернетика – обработка информация в нервных тканях человека;

– бионика – искусственные органы;

– гомеостатика – автоматы–роботы;

– экономические;

– социальные.

В современном обществе кибернетика уступила пальму первенства информатике, но значение кибернетики как науки об общих принципах управления в живых и неживых системах, в искусственных системах и в обществе сохраняются и сейчас.

Итак, что такое управление?

Под управлением в самом общем виде понимают совокупность действий, осуществляемых человеком, группой людей или автоматическим устройством.

Эти действия направлены на поддержание или улучшение работы управляемого объекта в соответствии с имеющейся программой (алгоритмом функционирования) или с целью управления.

Управлять – это значит влиять на ход какого-либо процесса или состояния некоторого объекта и его положения в пространстве.

При изучении структуры процессов управления выделяют три основные проблемы. Первая группа задач – это задачи по изучению свойств объектов управления и их характеристик. Вторая группа задач – анализ различных видов органов управления, форм и способов выработки управляющих воздействий, формирование и согласование множества критериев качества (целей) управления, обеспечение устойчивости функционирования управляющих органов. Третья группа задач связана с передачей информации, ее восприятием, оценкой количества, кодированием, защитой от помех, достоверности. Все это относится к той части кибернетики, которую называют теорией информации.