Классификация моделей. Системное моделирование, напрямую связанное с проектированием и изучением программных систем, представляет собой совокупность мног

Системное моделирование, напрямую связанное с проектированием и изучением программных систем, представляет собой совокупность многих видов моделирования, наиболее важные из них:

• атрибутивное, направленное на систематизацию информации о свойствах объектов. При этом используются различного рода классификации, матрицы, таблицы, которые позволяют систематизировать свойства объектов, выделить главные и второстепенные. Например, программист определяет иерархию классов в объектно-ориентированной программе;

• структурное, обеспечивающее представление структуры объекта или процесса;

• организационное, предполагающее изучение того, как система организована;

• функциональное, ориентированное на построение и исследование функций изучаемого явления;

• структурно-функциональное, изучающее взаимосвязи структуры и функций объекта или процесса;

• витальное, направленное на представление или изучение этапов жизненного пути системы.

Системное моделирование очень прагматично. Его важнейшим назначением выступает не просто получение знаний о системе, а ее оптимизация – с преобразованием тех или иных характеристик реальной системы по заданным критериям оптимизации.

Важно подчеркнуть, что модель всегда отражает точку зрения той или иной группы проектировщиков либо исследователей.

Завершая краткий экскурс в понятийный аппарат моделирования, обратимся к объекту труда программистов – классу человеко-машинных (эрготехнических) систем, элементами которых является вычислительная машина и человек, классу кибернетических систем. Особенности моделирования таких систем во многом определяются их свойствами и пониманием природы работы с информацией.

Основы кибернетики, как уже говорилось, заложил известный американский философ и математик Массачусетского технологического института Норберт Винер

(1894–1964) в работе «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине» (1948). Большая заслуга Винера в том, что он установил общность принципов управленческой деятельности для принципиально разных объектов природы и общества. Управление сводится к передаче, хранению и переработке информации, то есть к различным сигналам, сообщениям, сведениям. Главная заслуга Винера в том, что он впервые понял принципиальное значение информации в процессах управления. Ныне кибернетика изучает системы любой природы, способные воспринимать, хранить и перерабатывать информацию и использовать ее для управления и регулирования.

Кибернетика рассматривает систему как единство управляющих и управляемых элементов. Каждый элемент характеризуется некоторым количеством входов и выходов, определяющих связи элемента со средой. Между управляющим и управляемым элементом (элементами могут быть и подсистемы) существуют каналы связи. По каналу прямой связи передается управляющее воздействие. По каналу обратной связи передается реакция на управляющее воз-действие.

Информационный характер кибернетической системы обусловлен:

• необходимостью получения информации о воздействии среды на управляемую систему

• важностью информации о поведении системы
• потребностью в информации о строении системы

Любая кибернетическая система представляет собой элементы, связанные информационными потоками. К наиболее важным ее проблемам следует отнести:

1) недопущение искажения информации при передаче и приеме;

2) создание языка информации, который был бы понятен всем участникам управленческих отношений;

3) эффективного поиска, получения и использования информации в управлении.

Процесс управления по принципу обратной связи включает:

• постоянный мониторинг функционирования системы;
• сравнение текущего состояния системы с целями системы;
• выработку воздействия на систему для приведения ее в соответствие с целью;
• осуществление такого воздействия.

Обратные связи бывают положительными и отрицательными. Положительная обратная связь усиливает воздействие входного сигнала, выводя систему из равновесия и ухудшая устойчивость. Отрицательная обратная связь ослабляет входной сигнал, способствует восстановлению равновесия в системе.

Важную роль в моделировании кибернетических систем играют понятия черного, серого и белого ящиков. Черным ящиком может быть вся система или ее элемент. Суть в том, что его внутреннее строение и поведение не видно наблюдателю. Видны только входы и выходы черного ящика, определяющие его взаимодействие со средой. Наблюдатель изучает поведение черного ящика, воздействуя на вход и фиксируя выход. Анализ поведения позволяет «осветлить» черный ящик – получить часть сведений о его структуре и функциях. Такой ящик называется уже серым. Дальнейшее изучение поведения серого ящика позволяет полностью раскрыть структуру и закономерность преобразования сигнала вход в сигнал выход и получить в результате белый ящик.

Такой механизм структурной декомпозиции применяется, например, в методологии Харлана Миллза CleanRoom («Стерильный цех»), предназначенной для разработки сложных и сверхнадежных программных систем. Система описывается по уровням иерархии. На самом верхнем уровне система в целом представляется черным ящиком. На нисходящих уровнях иерархии происходит раскрытие черных ящиков (подсистем) до требуемого уровня детализации. Причем на каждом отдельно выделенном уровне иерархии работает только что описанный механизм трех ящиков. У Миллза это триплет Black Box → State Box → Clear Box.