Языки программирования

Лекция №13 – Информационно-технологическая доминанта

Информационно-технологическая доминанта

Эта доминанта формирует в архитектуре системы её физический (материальный) базис с виртуальной начинкой. Физическим базисом является техника, заполненная информацией, логистику которой в системе посредством связи и сообразно топологии определяют функции, задачи, технологии и программы, составленные на языках программирования.

Здесь:

Логистика (греч. logistike – искусство вычислять, рассуждать) – порядок сбора и обработки информации с выдачей результатов по назначению в требуемые время и место.

Рассмотрим составные части физического базиса с логической надстройкой (технику, топологию, связь, информацию, функции, задачи, технологии, программы, языки программирования) в контексте их логической взаимообусловленности. Техника является первоосновой системы. Пространственное распределение техники определяет топология, формируя, таким образом, звенья системы. Взаимодействия звеньев осуществляет связь, являющаяся носителем информации. Звенья реализуют функции, которые определяют порядок обработки информации и решения задач, складывающийся в устойчивые технологии, пригодные для распространения и многократного применения. Реализацию физического базиса обеспечивают программы на языке, понятном технике, и являющиеся второосновой архитектуры системы.

Рассмотрим составные части физического базиса и надстройки по отдельности.

Техника

В общем случае:

Техника (греч. techne–искусство, мастерство) –множество инструментов (средств, орудий труда), используемых при оказании услуг и/или изготовлении продуктов, которые пригодны для удовлетворения личных, общественных или производственных потребностей.

Сегодняшний мир техники труднообозрим и в нём своё прочное место заняли мириады средств вычислительной техники и телекоммуникаций (СВТ и ТК), имеющие отношение к архитектуре АСОИУ. При всём своём конкретном много и разнообразии средства вычислительной техники и телекоммуникации включают:

электронно-вычислительные машины,

каналы связи,

устройства ввода информации,

устройства отображения информации.

Электронные вычислительные машины. Примем следующее определение:

Электронная вычислительная машина (ЭВМ) – вычислительная машина, осуществляющая арифметические и логические операции с помощью устройств, принцип действия которых основан на использовании свойств электронов, определяющих с другими частицами строение твёрдого тела.

Здесь:

Электрон (гр. electron) – элементарная частица с массой, равной 9.108 ∙ 10^-28 г, отрицательным электрическим зарядом и спином ½.

Спин (англ. spin– вращаться) – собственный механический момент количества движения элементарной частицы (электрона, протона, нейтрона).

Электронные вычислительные машины представим следующими группами технических средств:

стационарные и подвижные технические средства - персональные компьютеры (ПК) в виде рабочих станций (РС) и серверов, суперЭВМ, кластеры ЭВМ и ЭВМ будущего (ЭВМБ);

мобильные технические средства – телефоны, смартфоны, коммуникаторы, айфоны, айпады, гаджеты и другие девайсы;

носимые технические средства (или wearable-устройства, англ. wearable – носимый, пригодный для носки)– это аксессуары в виде миниатюрных со встроенными технологиями технических устройств, расположенных стационарно на человеке, взаимодействующих с интернетом и посредством интернета с другими техническими устройствами.

Здесь:

Аксессуар (франц. accessoire)– что-то, принадлежащее или сопутствующее чему-либо.

Стационарные технические средства занимают неизменное местоположение, передвижные технические средства стационарно размещаются на платформе, которая может перемещаться в пространстве.

Мобильные технические средства принадлежат человеку и, когда находятся при нём или у него, то перемещаются вместе с ним.

Носимые технические средства находятся на человеке и перемещаются вместе с ним.

Мобильные и носимые устройства не только функциональны, что важно само по себе, но ещё и социальны, что приумножает их значимость для человека. Если мобильные устройства соответствуют его стилю жизни, одежде, самовыражению, то wearable-устройства являются частью образа и реализуют дополнительные функции украшения.

Уже сейчас существующие wearable-устройства поражают своим разнообразием – это фитнес – трекеры, умные часы, ювелирные изделия, смарт - очки, гибкие экраны, сервисы геолокации, показывающие местоположение сотрудников и особенности их перемещения, наконец, синаптические платья (англ. SynapseDress), на которых световыми сигналами отображаются эмоции владельцев одежды. И это только начало и то, что только что перечислено, и то, что появится в обозримой перспективе, относится к гаджетам и/или девайсам.

Безусловно, отсутствуют четкие и однозначные границы между многими техническими средствами из числа тех, что принадлежат той или иной из приведённых групп. Тем более, основой любой ЭВМ, будь то суперЭВМ или карманный компьютер, является каноническая графическая модель (структурная схема), показанная на рис. 8.6.1.1.

Здесь:

Канонический (греч. kanon – консервативный) – твёрдо установленный, принятый за образец.

Любая ЭВМ, независимо от типа и принадлежности к той или иной из выделенных групп, состоит из процессора П (ВУ) – центрального блока, способного выполнять арифметические и логические операции над информацией, поступающей в ЭВМ на обработку в виде мультимедийных сообщений М, содержащих в общем случае данные Д, звук З, изображения И или любые две или одну из этих модальностей. Кроме того, любая ЭВМ должна иметь блоки оперативной ОП и внешней ВП памяти, а также устройство ввода /вывода информации У_вв/выв. Физическое взаимодействие перечисленных устройств через соответствующие интерфейсы ИН обеспечивает устройство управления УУ.

Различия между группами заключается в конструкторской реализации (построении) блоков (устройств) канонической модели и особенностях используемой элементной базы, т.е. физических элементов, являющихся конкретными носителями и преобразователями информации в ЭВМ. Следствием этого являются своеобразия свойств множества реальных ЭВМ и возможностей их практического применения.

Элементная база традиционных кремниевых ЭВМ имеет свою историю, вехами которой являются электронные лампы для ЭВМ первого поколения, полупроводники – ЭВМ второго поколения, интегральные схемы – ЭВМ третьего поколения, большие и сверхбольшие интегральные схемы – ЭВМ четвёртого поколения. Здесь поколения характеризуются своеобразием технологических решений, доминантой которых является повышение быстродействия ЭВМ, сопровождаемое сдерживанием (понижением) роста её цены и габаритов. В традиционных ЭВМ пятого поколения акцент смещается на разработку способов общения пользователей с ЭВМ на естественном языке.

 

         Рис.8.6.1.1. Структурная схема ЭВМ

                                     (каноническая)

Обозначения:

Мультимедиа М

А, Б, В, … - данные Д

… - звук (речь, музыка) З

… - изображения И

П(ВУ) – процессор (вычислительное устройство)

УУ – устройство управления

ОП – оперативная память

ВП – внешняя память

У_вв/выв – устройство ввода/вывода

ИН – интерфейс

 

Отличительные признаки включенных в группы технических средств существуют, и следует их указать. Сделаем это, приняв следующие определения.

Компьютер (англ. computerот лат. computare – считать, вычислять) - электронная вычислительная машина; термин принят в иностранной (главным образом английской) литературе и прочно утвердившийся в русском языке.

Компьютинг (англ. computing) – вычисление, выполненное на компьютере; вычислитель.

Телефон (гр.tele – вдаль, далеко + гр.phone- звук)- устройство для передачи речи (звука) на расстояние по проводным линиям связи.

Мобильный телефон (фр. mobileот лат. mobilis – подвижный, способный к передвижению + гр. telephone – устройство для передачи речи) – устройство для передачи речи на расстояние по беспроводным линиям связи.

Смартфон (англ. smart– умный + гр. phone - звук) – умный телефон, предназначенный для преобразования, зрительного восприятия и передачи на расстояние информации (звука, текста, цвета, движения, изображения и их сочетаний в различных комбинациях) с помощью сенсорного экрана по беспроводным линиям связи (посредством Интернета).

Сенсорный (лат. sensus– чувство, ощущение) – чувствующий.

Коммуникатор (англ. kommunikator от лат. communicatio – связь, сообщение) – карманный компьютер с клавиатурой, снабженный модулем мобильного телефона.

iPhone (i – Internet + гр. phone - звук) – тоже самое, что и смартфон.

iPad (англ. Appletablet – Стив Джобс и корпорация Appleобозначили жаргоном iPad(I–Internet + англ.pad – контактная площадка, клавиатура, планшет; набивать, заполнять)) – планшетный компьютер с сенсорным экраном.

Девайс (англ. device– устройство, машина, предмет) – устройство, которое может работать самостоятельно независимо от чего-либо (например, компьютер).

Гаджет (англ. gadget– устройство, приспособление) – устройство, которое может работать совместно с чем-то, расширяя его функциональные возможности (например, клавиатура, мышь или звуковые колонки для компьютера).

Кластер (англ. cluster – скопление) – объединение нескольких одинаковых или близких между собой объектов, одновременно функционирующих, дополняя друг друга и обеспечивая лучший в некотором смысле результат.

Укажем на принципиальные прикладные особенности ЭВМ из разных групп.

Рабочие станции РС в виде персональных компьютеров от минимальной до средней стоимости предназначены для индивидуального использования пользователями на автоматизированных рабочих местах в автономном режиме или в режиме реального времени в составе вычислительной сети. Они имеют привлекательный дизайн, цветной монитор с приличной разрешающей способностью, удобную клавиатуру и средние характеристики по быстродействию и объёмам оперативной и внешней памяти.

Серверы (англ. toserve– обслуживать) в виде дорогостоящих компьютеров предназначены для коллективного использования в режиме реального времени многими пользователями с их автоматизированных рабочих мест в составе вычислительной сети. Они не притягательны своим внешним видом, но обладают мощными характеристиками по быстродействию и объёмам памяти и, что важно, исключительной надёжностью, обеспечивающей бесперебойную работу в режиме 24/7, т.е. непрерывную работу 24 часа в сутки 7 дней в неделю.Посути, серверы являются в настоящее время более совершенными аналогами того, чтоне так давно было принято называть большими ЭВМ (БЭВМ).

СуперЭВМ характеризуются большими объёмами оперативной и внешней памяти. Кроме этого, что существенно, они отличаются высоким быстродействием, начинающимся с 10⁸ оп/сек, и простирающимся до 1 Петафлопс = 10¹⁵ оп/сек (суперЭВМ BlueGene) и далее.

Здесь:

Флопс (англ. flopsили flop/s – акроним от англ. Floating-pointOperationsPerSecond – произносится как флопс) – величина, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная ЭВМ.

Поскольку современные компьютеры обладают высоким уровнем производительности, более распространены производные от FLOPS, образуемые путём использования стандартных приставок системы СИ:

Флопс 1941 год 0⁰ оп/сек 

Килофлопс 1949 – 10³

Мегафлопс 1964 – 10⁶

Гигафлопс 1987 - 10⁹

Терафлопс 1997 - 10¹²

Петафлопс 2008 - 10¹⁵

Эксафлопс       - 10¹⁸

Зеттафлопс      - 10²¹

Йоттафлопс     - 10²⁴

Здесь год означает время появления реальной суперЭВМ с производительностью, измеряемой величиной, кратной соответствующей производной от флопс. Так, например, пиковая производительность суперЭВМ Cray-1 (США, автор Сеймур Крэй) составила 133 Мегафлопс. Для сравнения, нынешний 1 в рейтинге Top500 суперкомпьютеров Тяньхэ-2 (Китай) обладает вычислительной мощностью 23.96 Петафлопс.

Как большинство других показателей производительности, флопс определяется путём запуска на испытуемом компьютере тестовой программы с известным количеством операций и подсчитывается время, за которое она была решена. Наиболее популярным тестом на сегодня является программа LINPAC, используемая, в том числе, при составлении рейтинга суперкомпьютеров TOP500.

Одним из важнейших достоинств показателя флопс является то, что он до некоторых пределов может быть истолкован как абсолютная величина и вычислен теоретически, в то время как большинство других популярных мер являются относительными и позволяют оценить испытуемую систему лишь в сравнении с рядом других. Эта особенность даёт возможность использовать для оценки работы различных алгоритмов, а также оценить производительность вычислительных систем, которые ещё не существуют или находятся в разработке.

Человек, пользуясь лишь ручкой и бумагой, выполняет операции с плавающей запятой очень медленно и часто с большой ошибкой. Говоря о производительности нашего вычислительного аппарата, придётся использовать такие единицы Миллифлопс и даже Микрофлопс. Тем не менее, мозг человека в реальном времени может выполнять такие сложные операции как синтез и распознание речи и образов, координацию в пространстве и многие другие.

Китайский университет оборонных технологий разработал вычислительную машину Tianhe-1А, мощность которой составляет 2.5 петафлопс, что эквивалентно двум квадрильонам вычислений за секунду. Предполагается, что устройство будет использовано для моделирования климата, исследования генов, прогнозирования сейсмической активности.

Сейчас в десятке самых мощных суперкомпьютеров находятся две китайские машины и семь американских. Самый мощный российский суперкомпьютер “Ломоносов” исследовательского центра МГУ занимает 13-ю строчку рейтинга. Он был спроектирован российской компанией “Т-Платформа”, его производительность – 0.35 петафлопс.

Перспективные американские суперкомпьютеры:

Sequoia - 20 Петафлопс,

Dawn - 500 Петафлопс.

Для развертывания суперкомпьютера требуется более 300 кв. метров площади.

Современная суперЭВМ может содержать более 10 000 процессоров и сотни, и более Гигабайт оперативной памяти. Почему современные суперЭВМ работают так быстро?

Это связано, во-первых, с развитием элементной базы и, во-вторых – и это главное, с реализацией принципа параллельной обработки информации, воплощающей идею одновременного выполнения нескольких действий. Используется два способа параллельной обработки информации: собственно параллельная и конвейерная. При собственно параллельной обработке независимо одновременно работают несколько соединённых параллельно процессоров, суммарный результат действий которых формирует конечный искомый результат.

При конвейерной обработке процессоры соединены последовательно и каждый из процессоров реализует свой этап многоэтапного вычислительного процесса, используя результаты работы предшествующего процесса в качестве входной информации и передавая результаты свой работы на вход последующего процесса.

В том и другом случае, при параллельной или последовательной схеме соединения процессоров, время обработки информации может сокращаться пропорционально числу используемых процессоров.

Развитие суперЭВМ идёт по трём направлениям: векторно-конвейерные ЭВМ (оперируют массивами независимых данных, например, перемножают сразу два массива, а не два числа), массивно-параллельные ЭВМ (здесь процессоры соединяются с помощью сетевого оборудования – меняя число процессоров, легко подбирается нужная производительность ЭВМ), параллельно-процессорные ЭВМ (здесь оперативная память разделяется между одинаковыми процессорами, имеющими доступ к общей дисковой памяти)

Гигантская производительность суперЭВМ с лихвой компенсируется трудностями их использования: нужны дополнительные знания и, значит, высококвалифицированные специалисты, написать эффективную параллельную программу намного сложнее, чем последовательную программу, требуются существенные финансовые затраты, исчисляемые десятками миллионов рублей). Однако спектр научных и практических задач, решаемых только на суперЭВМ, достаточно велик, и он склонен к расширению.

Кластеры ЭВМ представляют собой объединения высокоскоростной телекоммуникационной средой многих ЭВМ или процессоров, что позволяет обеспечить большую надёжность и повысить производительность такой системы. Достоинством кластеров является то, что они позволяют объединять в систему ЭВМ различного типа, начиная от персональных компьютеров и кончая суперЭВМ.

Кластеры ЭВМ классифицируются по назначению: вычислительные кластеры, кластеры баз данных, отказоустойчивые кластеры, кластеры для распределения нагрузки. Вычислительные кластеры ориентированы на решения задач конкретных пользователей. Кластеры баз данных работают с параллельными версиями баз данных, обеспечивая их надёжность и повышая производительность. Отказоустойчивые кластеры строят для того, чтобы обеспечить надёжность критически важных приложений пользователей. Кластеры распределения нагрузки предназначены для распределения большого потока запросов по многим серверам.

Рано или поздно (уже в обозримой перспективе) элементная база современных ЭВМ, традиционно изготавливаемая в виде полупроводниковых микросхем из кремния, изживёт себя в том смысле, что не позволит в силу физических ограничений совершенствовать быстродействие ЭВМ, потребность в котором увеличивается с нарастающей скоростью. Поэтому предпринимаются энергичные усилия для создания ЭВМ будущего (ЭВМБ), действующих на принципах, отличных от того, который лежат в основе современных ЭВМ. Кремниевые ЭВМ основаны на бинарном принципе, т.е. байты, являющиеся носителями инфор-

мации, представляются в виде последовательной во времени цепочки битов (нулей и единиц), как показано на рис. 8.6.1.2-а). Альтернативой является представление байтов мгновенными комбинациями нулей и единиц, называемыми кубитами, как показано на рис. 8.6.1.2-б). На рис. 8.6.1.2-в) проиллюстрирован принцип действия квантового кубита.

Здесь:

Кубит (англ. quantum–величина, количество, частица + англ. bit - кусочек, немножечко) – наименьший элемент хранения и передачи информации в квантовом компьютере.

Каналы связи. Для совместной работы ЭВМ объединяются в сети: глобальные и локальные.

Глобальная вычислительная сеть (ГВС) – вычислительная сеть, охватывающая значительную территорию (масштаба страны, региона или отрасли).

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) –вычислительная сеть, охватывающая ограниченную территорию (масштаба предприятия, организации или подразделения).

В общем случае ГВС может включать несколько ЛВС.

В ГВС расстояние между удалёнными друг от друга ЭВМ может исчисляться десятками тысяч километров, в ЛВС – десятками сотен метров.

Для взаимодействия в сети любой пары ЭВМ (или каких-либо других объектов) они соединяются между собой каналом связи (КС).

Канал связи – линия связи и подключённая к ней аппаратура передачи данных (канальная аппаратура или оборудование).

Канал связи является средством электросвязи, которое обеспечивает передачу электрических сигналов от одного объекта к другому по линии связи. В качестве линии связи (или, как принято называть, передающей среды) применяются металлические (преимущественно медные)провода в чистом виде или в форме многожильного кабеля, оптоволоконные нити в виде оптоволоконного кабеля и, наконец, эфир (воздушные линии) для беспроводной, в том числе, подвижной связи.

Линия связи устанавливает физическое соединение между ЭВМ, пригодное для передачи по нему электрического сигнала, являющегося носителем информации. Однако для гарантированной передачи сигнала от источника к получателю, процесс передачи может включать ряд специфических, но обязательных процедур таких, как:

установление размера передаваемого сигнала, определяемого видом используемой связи,

 переформатирование сигнала (преобразование его из одной формы, например, дискретной, в другую, например, аналоговую, и наоборот,

восстановление теряемой мощности сигнала при распространении его по линии связи,

 

Рис.8.6.1.2. Варианты представления информации в ЭВМ.

Обозначения: а) – классическая ЭВМ,

б) – квантовая ЭВМ,

C_1,2 – спин (направленное магнитное поле электрона),

Э_1,2 – электрический электрод для управления

 

 

защита сигнала от искажений, разрушений и несанкционированного доступа к нему,

установление направления передачи сигнала по линиям связи и осуществление коммутации линий связи,

концентрирование сигналов на передающей стороне для передачи их далее по одной линии связи и выделение сигналов на приёмной стороне,

подсоединение к линии связи нового оборудования и отключение не нужного,

деление сети линий связи на фрагменты и передача сигнала с соблюдением некоторых правил внутри сегментов и между ними и т.п.

Отсюда:

Аппаратура передачи данных (АПД) – аппаратура, подключаемая к линиям связи, для обеспечения идентичности и сохранности в сети линий связи передаваемого по ней сигнала.

Соответственно этому к аппаратуре передачи данных в общем случае следует отнести устройства, реализуемые технически или программно, либо комбинированным методом:

модем (модулятор-демодулятор – преобразует дискретный сигнал из ЭВМ в аналоговый в линию связи и наоборот),

маршрутизатор (англ. router–роутер, определяет путь следования сигнала в сети по линиям связи от ЭВМ- источника к ЭВМ-получателю),

шлюз (обеспечивает передачу сигнала по линии связи между ЭВМ разных типов, например, с разными операционными системами),

мост (англ. bridge - делит сеть линий связи на фрагменты и обеспечивает передачу сигнала через границы между фрагментами в том случае, если ЭВМ-источник и ЭВМ-получатель принадлежат разным фрагментам сети),

концентратор (англ. concentrator – направляет сигналы из многих входных линий в одну выходную линию связи),

коммутатор (англ. switch – перенаправляет входной сигнализ линии связи на одну из выходных линий связи),

повторитель (англ. repeater – восстанавливает мощность передаваемого по линии связи сигнала, сохраняя его форму)

УЗО (устройство защиты от ошибок),

ЗАС (аппаратура засекречивания),

разветвитель (подключает к линии связи ЭВМ),

заглушка (гасит в линии связи отраженный сигнал).

Устройства ввода информации. В общем случае информация представляется в виде символов-знаков (текст), звуков (речь, мелодия), изображений (рисунки, картины), цвета, движения и возможных комбинаций перечисленных модальностей. Следовательно, устройствами ввода являются устройства, способные распознавать эту информацию и преобразовывать её в электрический сигнал, пригодный для ввода в ЭВМ. К таким устройствам относятся:

клавиатура ЭВМ (посимвольно воспринимает текст, вводимый вручную человеком),

микрофон (воспринимает звуковые волны, несущие речь или мелодию),

фотоаппарат (фиксирует черно-белое или цветное изображение),

аудио-видеокамера (фиксирует черно-белое или цветное изображение, сопровождаемое звуком),

сканер (считывает черно-белые или цветные изображения и текст),

человек (при естественно-языковом взаимодействии с ЭВМ – пока в ограниченных пределах).

Устройства отображения информации. Любая сеть или отдельная ЭВМ осуществляет обработку информации не самоцельно, т.е. для самой себе, а для представления результатов пользователям на их устройства отображения информации. В качестве устройств отображения информации применяются:

дисплей или монитор (англ. display–показывать или лат. monitor–тот, кто напоминает, советник–отображает в общем случае мультимедийную информацию или любую её модальность в статике или динамике на экране, воспринимаемую визуально и на слух во время отображения или после до переключения или выключения устройства),

электроуправляемая пишущая машинка или принтер (англ. printer–тот, кто печатает – отображает текстовую информацию на бумажном носителе для текущего или последующего визуального восприятия),

графопостроитель (отображает графическую информацию на бумажном носителе для текущего или последующего визуального восприятия),

динамик или колонка (отображает звуковую информацию для текущего слухового восприятия),

синтезатор речи (отображает информацию с помощью слов или словосочетаний естественного языка для текущего слухового восприятия),

табло или панель, доска, стена (то же, что и дисплей, но на экране большого формата для коллективного восприятия).

Таким образом, номенклатура технических средств рассматриваемой доминанты весьма внушительна, она позволяет закономерно формировать из её элементов (устройств) различные комбинации. Географическое местоположение комбинаций определяет ту или иную топологию. Рассмотрим возможные топологии.

 

Топологии

В общем случае:

Топология (гр. topos– место, местность + гр. logos– понятие, мысль, разум)– графическая модель, описывающая с учётом пространственного расположения упорядоченное множество физических элементов и физических связей между ними.

Формально топология является графом. Вершинам графа соответствуют конструктивно и функционально завершенные комбинации технических средств

или различные типы отдельных технических средств (типы оборудования или вычислительных средств). В первом случае – это звенья: например, в ГАС “Контур” ГВЦ, оконечные пункты и т.п. Во втором – серверы, рабочие станции, маршрутизаторы и т.п., как, например, в ГАС “Выборы”. Рёбра графа соответствуют линиям связи между физически совместимыми вершинами.

Следует выделить типовые топологии, к которым относятся следующие топологии [ ]: полносвязная – П, дерево – Д, звезда – З, кольцо – К, шина – Ш, ячеистая – Я, иерархическая – И, смешанная – С. Типовые топологии графически представлены на рис. 8.6.1.3.

Топология полносвязная П. Здесь каждый элемент (вершина) связан со всеми остальными. Полносвязность обеспечивает максимальную надёжность, помехоустойчивость и живучесть топологии. Недостаток – высокая стоимость в

силу значительной капиталоёмкости линий связи. Применяется топология в случаях, когда количество элементов (вершин) незначительно, как, например, в ГАС “Контур”, или, когда это необходимо в силу принципиальных соображений, например, сети передачи данных общего пользования – это основная прикладная область данной топологии. Общая длина физических линий связи в полносвязной топологии составляет 168 единиц [ ].

Для уменьшения стоимости следует в полносвязной топологии устранить часть физических связей и перейти к другим топологиям, рассматриваемым ниже.

Топология дерево Д. В этой топологии физические связи, сливаясь в промежуточных пунктах, направлены к центральной общей точке К – это коммутатор или концентратор. Благодаря этому общая длина физических связей составляет 83 единицы, что является наименьшей общей длиной среди всех возможных видов соединений. Действительно, для любого заданного множества точек существует “минимальное стягивающее дерево”, которое сводит общую длину

рёбер к наименьшему возможному значению при оптимальном выборе местоположения точки К.

Основное достоинство данной топологии – её экономичность. Недостаток – низкая надёжность и слабая живучесть системы с такой топологией.

Топология звезда З. Здесь связь любой пары вершин осуществляется через концентратор К. Главное преимущество –повышенная надёжность. Любая неопрятность с физической связью касается только одной вершины. Концентратор, кроме того, может выполнять функции интеллектуального фильтра информации, блокируя запрещённые передачи. Недостаток – повышенная стоимость из-за концентратора, который должен иметь много коммуникационных портов. В звёздообразной топологии суммарная длина физических связей составляет 116 единиц.

Топология кольцо К отличается от всех других топологий тем, что в ней данные передаются по единственному кольцу от вершины к вершине в одном направлении. Если вершина распознаёт данные как свои, то копирует их себе во внутренний

 

Рис.8.6.1.3. Типовые топологии

 буфер памяти. В этой топологии необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо вершины не прерывались физические связи между оставшимися вершинами. Эта топология представляет очень удобную конфигурацию для организации обратной связи: данные, сделав полный оборот, возвращаются к вершине – источнику. Поэтому легко контролируется процесс доставки данных адресату. Суммарная длина физических связей в кольце составляет 98 единиц. Данная топология часто используется в локальных вычислительных сетях.

Топология шина Ш. Здесь вершины подключаются к общей физической связи – шине. Это уменьшает стоимость сети, построенной по данной топологии. Недостаток – низкая надёжность: любой дефект шины, включая многочисленные разъёмы, полностью парализует работу всей сети. Другой недостаток – невысокая производительность, так как в любой момент только одна вершина может передавать данные в сеть. Для нейтрализации этих недостатков данная технология интенсивно совершенствуется и очень распространена в локальных вычислительных сетях.

Ячеистая технология Я. Она получается из полносвязной топологии путём удаления некоторых связей. В ней непосредственно связываются только те вершины, между которыми происходит интенсивный обмен данными. Чаще всего эта топология применяется в глобальных вычислительных сетях.

Иерархическая топология И. Ей присуще разделение функций между вершинами и наличие управляющих и управляемых элементов. Чаще всего эта топология применяется в глобальных сетях. Примером тому является ГАС “Выборы”, которая рассмотрена выше. Функциональная специализация – это более высокая степень организации информационно-технологической доминанты архитектуры.

Рассмотренные типовые топологии практически используются в частных случаях. Для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между вершинами и строятся они с использованием смешанных технологий.

Смешанная топология С. В общем случае эта топология является произвольной комбинацией топологий П, Д, З, К, Ш, Я, И.

Во всех рассмотренных технологиях предполагается, что вершины не изменяют своего местоположения и соединяются двухточечными стационарными линиями связи. Однако, радиосистемы могут работать в широковещательном режиме, т.е. каждая вершина может связываться одновременно со всеми остальными. Это позволяет создавать сети без фиксированной топологии. Более того, передвижные вершины, снабженные радиостанциями, могут в любой момент времени менять своё местоположение.

Повторим, что рассмотренные топологии имеют смысл математического объекта, называемого графом. Граф задаёт состав вершин и отношений или связей между ними. Это наиболее наглядный способ описания топологии и понятный для человека (пользователя), не имеющего специальной подготовки. Недостаток этого способа – относительная сложность использования ЭВМ для анализа свойств топологии, характеризующейся такими параметрами, как:

связность, т.е. наличие обрывов, висячих фрагментов и т.п.,

избыточность, т.е. превышение общего числа связей над числом минимально необходимых связей,

компактность, т.е. близость вершин между собой, централизация или размытость, и т.д.

 Эти параметры оцениваются на основании информации, извлекаемой из информационно-технологической доминанты, в частности, составе технических устройств и их связей. Если ввести числовые функции на топологии, то можно оценить её временные, надежностные, стоимостные и иные характеристики. Для этого наиболее компактным и эффективным способом описания топологии является использование матричного и множественного представления графов [? ].

Акцентируем два момента. Во-первых, топология по определению отражает географический аспект информационно-технологической доминанты архитектуры, т.е. взаимосвязи технических устройств, расположенных в различных географических пунктах

Во-вторых, местоположение технических устройств определяют конфигурацию системы передачи данных – СПД. СПД является самой консервативной составляющей архитектуры. Далее рассмотрим связь конкретнее.

 

Связь

В философском смысле связь обеспечивает взаимообусловленность существования в природе и обществе предметов, процессов, явлений, событий, разделённых в пространстве и во времени. Связь классифицируют по многим основаниям, в том числе по содержанию. Если содержание рассматривать предметом связи, то связь позиционируется как способ переноса вещества, энергии или информации [25].

С учётом этого дадим понятию “связь” следующее определение:

Связь – информационное взаимодействие двух или более объектов между собой.

В роли объекта может выступать любой элемент автоматизированной системы, являющийся или считающийся неделимым целым (рабочая станция, сервер, маршрутизатор, хранилище информации и т.п.), и местоположение которого задаётся топологией системы. Для взаимодействия элементов необходимо их физическое соединение. Таким соединением является канал связи, в котором могут распространяться сигналы электрической (электромагнитной, оптической) природы. Эти сигналы являются носителями информации, передаваемой в системе от одного элемента к другому. Рассмотрим физический смысл информационного взаимодействия с архитектурных позиций.

Архитектурный подход позволяет опустить теоретические и конструктивные детали механизмов, реализующих информационное взаимодействие, но обязывает акцентировать внимание на роли и месте в нём информации, каналов связи, коммутации, маршрутизации, мультиплексирования, телекоммуникационной инфраструктуры, технологий передачи данных и т.д.

Информация. Информационное взаимодействие осуществляется с использованием информации, которая может иметь в общем случае одну из трёх форм: звуковую, визуальную и комбинированную. Информация в звуковой форме – это речь или музыка, а также их сочетание в различных пропорциях. Визуальная информация – это письменность: текст или изображения и комбинации текста и изображений в различных сочетаниях. Изображения – это графики, схемы, рисунки (включая фото и живописные высокохудожественные полотна или их копии) в статике или динамике с использованием цветовых и световых эффектов. Комбинированная форма информации – это мультимедиа на основе звуковых и визуальных компонентов.

Источником информации является человек. Звуковая информация инициируется человеком путём физического воздействия его на собственный голосовой аппарат или на клавиши музыкального инструмента. В том и другом случае создаются плавные (непрерывные) упругие колебания воздуха различной амплитуды с частотами из диапазона от 16 герц до 20 килогерц. Такая форма информации является аналоговой (непрерывной).

Человек также является источником визуальной информации, которую он продуцирует (производит) путём начертания специальных знаков (символов) на бумаге. Такая форма информации является для зрительного восприятия дискретной (импульсной).

Атмосфера и бумага являются уникальными и универсальными носителями информации. Визуальная информация является статичной (неизменной во времени и независящей от него). Звуковая информация является динамичной (исчезающей в атмосфере с течением времени).

Информация независимо от формы её представления должна нести в себе определённый смысл. В общем случае под смыслом будем понимать следующее:

Смысл – сущность предмета или явления, определяющая “что есть что”.

Сущность (того, что есть что), — это лабильная ассоциация представлений о признаках предмета (явления), определяющих его правомерность, непротиворечивость, предназначение, порядок и закономерность, а также взаимообусловленность с окружением в пространстве и во времени и т.п.

 Осмысленность информации обеспечивается использованием для её представления знаковой (символьной) системы, лежащей в основе конкретного языка. Знаковая система включает алфавит языка, правила произношения звуков, образования слогов, построения слов и словосочетаний, а также сложных лингвистических конструкций и т.д.

Исторически первым возникло речевое взаимодействие в виде непосредственного общения людей друг с другом на естественном языке. Позднее оно дополнилось пересылкой письменных сообщений в конвертах от отправителей к получателям с помощью почтовых общего назначения и фельдъегерских специального назначения служб (опосредованное общение). Для опосредованного речевого общения людей, находящихся на расстояниях друг от друга и в условиях, исключающих их личный диалог, нужны были специальные средства, и они были изобретены виде телефонной связи. С течением времени телефонная связь стала повсеместной, общедоступной для миллионов людей и превратилась в телефонную сеть общего пользования ТфСОП, которая, покрывая фактически территорию всей страны, является национальным достоянием каждого государства.

Далее с появлением сначала отдельных ЭВМ, потом систем, состоящих из двух взаимосвязанных и взаимодействующих ЭВМ, затем сетей, объединяющих многие ЭВМ, стало необходимым передавать между ЭВМ данные. Под данными здесь понимается информация в любой форме, представленная в памяти ЭВМ (фотоаппарата, видеокамеры и т.п.) или вне них на отдельном носителе в двоичном коде. Иначе, закономерно упорядоченным набором дискретных электрических сигналов, называемых битами (или байтами – 8 бит каждый), т.е. в виде нулей и единиц. Для взаимообмена данными многих ЭВМ и других устройств стали разрабатываться системы и сети передачи данных СПД.

С течением времени объективные предпосылки привели к пониманию необходимости слияния двух видов связи: ТфСОП и СПД и создания единой информационно – телекоммуникационной или, короче, инфокоммуникационной инфраструктуры. Объединяющей тканью инфокоммуникационной инфраструктуры являются каналы связи, рассмотренные выше, которые являясь средством электросвязи, обеспечивают передачу электрических сигналов от одного объекта к другому.

Электрический сигнал может быть аналоговым в виде переменного напряжения синусоидальной формы с фиксированной частотой или дискретным в виде последовательности прямоугольных импульсов напряжения, характеризующихся постоянной амплитудой и длительностью. В первом случае канал связи называется аналоговым, во втором – цифровым (дискретным). Независимо от типа канал связи содержит передающую физическую среду и аппаратуру, которая обеспечивает преобразования сигналов и их устойчивое направленное распространение в этой среде. Передающая среда называется линией связи. В зависимости от вида физической среды линии связи подразделяются на следующие типы:

проводные медные линии связи без изолирующих и экранирующих оплёток,

кабельные, где для передачи сигналов используются такие линии связи как кабели “витая пара”, коаксиальные кабели или оптоволоконные кабели,

беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи), использующие для передачи сигналов электромагнитные волны, распространяющиеся по эфиру.

 

Информация

Из предыдущего следует, что предметом связи является информация. Информация, отражая окружающую людей действительность (реальную и виртуальную), обладает двумя важными свойствами: она разнообразна и беспредельна. В таком виде она не пригодна для конкретного использования человеком и обработки компьютерами и другими средствами вычислительной техники в автоматизированной системе. Информация должна быть структурирована и прежде по форме и размерам. Безусловно, желательно, чтобы структуризация была адекватна укоренившимся стереотипам мышления и языку пользователя и вместе с тем позволяла осуществлять ввод информации и последующую обработку на ЭВМ.

Человек и компьютер обладают возможностями воспринимать информацию последовательно ограниченными порциями конечного размера, который

может варьироваться в широких пределах. Информация строго фиксированного размера, дополненная признаками (атрибутами) для её однозначной идентифи-

кации, ранее определена как сообщение, которым может оперировать и человек, и компьютер.

Формы информации, или виды сведений в контексте индустриально - технологической концепции автоматизированных систем, были выяснены ранее при рассмотрении этой концепции. Дополним её следующей конкретизацией. Выделим сообщения, которые формируют информационный фонд автоматизированной системы. Это – заранее специальным образом структурированные сообщения в виде данных, документов, знаний, геоинформации и заблаговременно неструктурированные сообщения в виде линейных текстов естественного языка, аудио, видео, мультимедиа-информация в различных форматах. В общем случае эти структурированные и неструктурированные сообщения образуют входной и выходной информационные потоки системы.

Выделим также входные сообщения, которые инициируют в системе определённые процессы. Это – запросы и задания (на решение пользовательских задач, указания, директивы). Запросы осуществляют поиск в базе данных системы нужной информации и вывод её из системы в виде справок в ответ на запросы. Задания на решение задач запускают вычислительные процессы решения задач и выдачи результатов пользователям в виде соответствующих справок. Указания содержат управленческие решения, предназначенные для реализации на объектах управления. Директивы, вводимые персоналом системы, осуществляют реконфигурацию её программно-технической среды путём логических манипуляций (например, замену отказавших устройств на работоспособные – логическое отключение одних и подключение других) и корректируют вычислительные процессы в ней (например, изменяют приоритеты сообщений в очередях на обработку).

Состояние программно-технических средств (ПТС) и ход вычислительных процессов (ВП) при функционировании системы в силу непредсказуемых причин могут отклоняться от нормальных (штатных) режимов и это автоматически фиксируется и представляется в виде соответствующих справок персоналу из числа ЛОФ – лиц, обеспечивающих функционирование (например, ОДП – оперативно- диспетчерский персонал в ГАС “Контур”).

Запросы и задания, а также результаты реакции системы на них дополняют входной и выходной потоки системы. При этом запросы и задания по форме можно отнести к данным, а результаты реакции системы на запросы и задания могут в общем случае принимать любую из рассматриваемых форм, в том числе и их допустимые комбинации.

Заметим, что структурированные сообщения в большинстве случаев имеют таблично-форматированный вид. Табличная форма информации является продуктом огромного опыта человека в организации управления, она свободна от обще речевых навыков, которые являются излишними при решении ограниченного круга специальных задач управления, таблица гарантирует большую однозначность и информационную ёмкость сообщения [1]

В общем случае структурированная информация в виде данных, документов, знаний, геоинформации образует производственную документацию. Объектами автоматизации при создании АСОИУ в большинстве случаев являются системы организационного управления, основными элементами которых являются люди и документация. Люди, объединённые в структурные подразделения, решают задачи управления, а документация является носителем информации о предметах и процессах объекта управления. Возникает вопрос: где и как хранить деловую информацию в автоматизированной системе при условии оперативной, т.е. в кратчайшее время, доступности к ней пользователей?

Исторически сложилась и укоренилась, продолжая развиваться, следующая иерархия способов хранения информации в автоматизированных системах и об этом уже шла речь при обсуждении информационных барьеров ранее:

файл,

банк данных,

база данных центральная (сосредоточенная),

 база данных распределённая,

хранилище данных,

центр обработки данных.

Простейшим способом хранения является поименованный информационный массив, который и является файлом. Пользователь сам формирует файл или получает файл в готовом виде, например, по электронной почте и использует его в своих целях, как правило, многократно. Файл может содержать как структурированную информацию, так и неструктурированную информацию, а также одновременно ту и другую информацию в различных комбинациях. Примечательно, что с течением времени у пользователя на автоматизированном рабочем месте появляется много файлов, которые в совокупности по умолчанию превращаются в банк данных. Постепенно пользователь неактуальные для него файлы удаляет в корзину компьютера, формируя тем самым в корзине банк данных ещё большего объёма. Характерной особенностью банка данных является его информационная избыточность (присутствие одной и той же информация в разных файлах) и трудности быстрого поиска нужной информации, связанные с ручным перебором многих файлов. Так было сначала и частично применяется сейчас.

Но производственная документация содержит информацию, которая характеризует (описывает) различные аспекты одного и того же объекта автоматизации. Следовательно, по определению эта информация на уровне соответствующих ей конкретных физических элементов реального объекта управления подчинена внутренней логической непротиворечивости и целостности. Появляется задача: построить модель, которая бы включала ключевые физические аспекты, адекватные реальному объекту, и устанавливала существенные взаимосвязи и взаимообусловленности между ними. Это принято называть концептуальной моделью предметной области создаваемой автоматизированной системы.

Построение концептуальной модели является исходным пунктом перехода от банка данных к базе данных, которая не содержит избыточности и строго упорядочивает все включённые в неё элементы. Элементами базы данных являются абстрактные сущности, из которых каждой соответствует не конкретный физический элемент, а ему подобные наборы или ансамбли, например, сущность – “студент”, которой соответствуют все студенты конкретной группы. Встаёт задача: построить модель, которая бы содержала сущности, адекватные элементам концептуальной модели, и связи между ними. Естественно, такая модель является производной от концептуальной модели и называется логической моделью базы данных.

Наконец, элементы логической модели необходимо в некотором смысле рациональным образом распределить в реальной системе по её физическим носителям и внутри них. Эту задачу решает физическая модель базы данных, которая является завершающей для проектирования базы данных.

Создаваемая автоматизированная система может быть локальной, компактно расположенной в пространстве. В этом случае будет такой же и спроектированная для неё база данных. Пример – ГВЦ в ГАС “Контур”. Напротив, система может быть крупномасштабной и покрывать огромную территорию, возможно, территорию всей страны, как, например, ГАС “Выборы. Здесь объектом автоматизации является распределённая в пространстве избирательная система, в которой отдельные её части наделены правом ограниченной самостоятельности. В таких условиях предпочтительной является распределённая база данных, центральная часть которой компактно расположена в целесообразно выбранном одном месте, а отдельные фрагменты базы распределены между периферийными узлами системы.

Такой вариант является естественным проектным решением, но не лишенным, по крайней мере, следующего недостатка. Распределённая база данных крупномасштабной автоматизированной системы характеризуется, как правило, большой информационной ёмкостью, т.е. большим объёмом хранимой в базе информации, распределённой к тому же по многим узлам системы. В такой ситуации резко падает оперативность доступа к информации, которую необходимо предварительно сформировать путём её поиска и выборки из распределённой базы по многим признакам (параметрам), заданным в запросах пользователей. Реальный выход из создавшейся ситуации для действующей автоматизированной системы состоит в следующем. В процессе эксплуатации системы реально в силу естественных причин (узость или ограниченность официальными рамками профессиональной деятельности пользователя в условиях системы, уровень его интеллектуальных возможностей, творческий потенциал пользователя и т.п.) выявить стереотипность запросов пользователей, провести интерполяцию и/или экстраполяцию выявленных запросов и заблаговременно для них сформировать упреждающие ответы или шаблоны для будущих ответов.

Подобная планомерная и целенаправленная аналитика обеспечивает формирование вторичной информации (считая информацию в базе данных первичной, что и есть на самом деле) для накопления, хранения и использования которой предназначается хранилище данных ХД. Хранилище данных уже сейчас является неотъемлемым типовым звеном современных прогрессивных, т.е. нацеленных на будущее, автоматизированных систем.

Хранилища данных и уже сейчас существующие технологии и аналитический инструментарий генерации вторичных данных для хранилищ являются началом перспективного движения информационных технологий в направлении создания центров обработки данных ЦОД. Калейдоскопичный и динамичный современный мир продуцирует многообразную и хаотичную информацию, одна часть которой оседает в базах и хранилищах данных многочисленных автоматизированных систем, а другая часть, возможно большая, существует сама по себе, являясь явной для специалистов и просто наблюдательных и любознательных людей, но при этом оставаясь не востребованной. Внешне кажущиеся разнообразие и хаотичность этой информации скрывают присутствующие в ней тенденции и закономерности, присущие реальной действительности, которые чрезвычайно важны для правильной ориентации человека, общества, государства и вообще мирового сообщества в современном мире.

Центры обработки данных являются, точнее должны стать, сосредоточением этой разнообразной и хаотичной информации, поступающей из многочисленных, разнообразных и разрозненных источников, которая для центра является предметом интеллектуального анализа с целью выявления скрытых тенденций и закономерностей, важных и жизненно необходимых уже в обозримой перспективе для человека и человечества в целом.

По физическому смыслу и хранилище, и центр обработки данных являются надстройками над базой данных.

Не зависимо от способа хранения информации её источником являются входные сообщения. Содержащаяся в них информация загружается в базу данных. Информация, извлекаемая из базы данных и соответствующим образом преобразованная (обработанная), выводится из автоматизированной системы также в виде сообщений. Таким образом, автоматизированная система характеризуется входными и выходными сообщениями, точнее входными и выходными потоками сообщений, другими словами, входными и выходными информационными потоками.

Информация, находящаяся в банке данных, базе данных, хранилище, центре обработки данных, формирует информационный фонд информационно-

технологической доминанты архитектуры АСОИУ. В общем случае информационный фонд содержит структурированную и неструктурированную информацию.

Структурированная информация включает:

периодические сообщения,

незамедлительные сообщения,

указания,

ответы в ответ на указания,

запросы,

справки в ответ на запросы,

задания на решения задач,

справки с результатами решения задач,

знания,

геоинформацию,

документы,

справки о состоянии программно-технических средств (ПТС) и ходе вычислительных процессов (ВП),

директивы для управления состоянием ПТС и ходом ВП

сообщения интернет вещей,

сообщения носимых устройств и др.

Неструктурированная информация включает:

текстовые файлы различных форматов и размеров,

мультимедийные файлы различных форматов и размеров и др.

Информация, поступающая в автоматизированную систему в форме того или иного сообщения из приведённого перечня, подвергается в ней преобразованиям (обработке) в соответствии с той или иной функцией, реализуемой системой. Обратимся к рассмотрению функций, реализуемых информационно - технологической доминантой.

Функции

Здесь в общем виде примем:

Функция (лат. function – исполнение, осуществление) – исполнение чего-либо, применяя что-то, по отношению к чему-либо.

Если не все, то многие смыслы известных из доступной литературы, в том числе и Интернета, дефиниций этого понятия заключены в принятом определении. Конкретно “что-то «может означать «автоматизированную систему”, исполняющую те или иные действия (это означает “исполнение чего-либо”) с информацией (что конкретизирует здесь “по отношению к чему-либо”). В общем случае “что-то” представляет собой многое: государство, орган человеческого организма, математическое выражение и т.д. Отсюда следует функция государства, функция, например, сердца, функция конкретной формулы и т.д.

На этом прервём анализ и заметим, что определение инкорпорирует функцию целесообразным процессом (“исполнение” – процесс и конечный результат). Здесь в общеизвестном смысле:

Процесс (лат. processus – продвижение) – последовательное изменение состояний чего-либо.

Тогда последовательность функций означает функционирование (того, что является носителем смысла словосочетания “применяя что-то” в определении понятия “функция”) с последующей результативностью. Сформируем логически упорядоченную последовательность функций автоматизированной системы как носителя информационно-технологической среды архитектуры АСОИУ.

Функционирование представляется многостадийным процессом, начинающимся с функции ввода информации в виде сообщений, о которых речь шла выше. Затем по каналам связи информация передаётся по принадлежности узлам, определённых топологией, в которых она может накапливаться, храниться, обновляться и использоваться для решения задач, рассматриваемых ниже. Но часть сообщений может следовать через эти узлы транзитом. Далее результаты решения задач и транзитные сообщения передаются на узлы, где они, наконец, отображаются в виде привычном для пользователей на их устройствах индивидуального или коллективного пользования, рассмотренных выше.

Таким образом сформирована логически упорядоченная последовательность функций, являющаяся канонической:

Ввод, Передача, Накопление, Хранение, Обновление, Решение, Вывод,

которые являются простыми или базовыми, осуществляющими собственно преобразования информации в системе. Далее при рассмотрении базовой функционально-структурной модели архитектуры АСОИУ указанные функции показаны на функциональной схеме (рис. 9.4). Этими функциями (кроме Ввода и Вывода) в повседневности пользователи не пользуются (возможно, о некоторых и не знают). Но есть функции, построенные на базовых, которые привычны, доступны и необходимы пользователям, — это, назовём так, комплексные или производные функции такие, как Электронная почта, Электронная доска объявлений, Аудиовидеоконференцсвязь, Электронный документооборот, Настольная издательская система, Координация и субординация коллективной деятельности и др. Базовые (или простые) и производные (или комплексные) функции являются универсальными функциями общего назначения и в полном объёме или выборочно по необходимости могут присутствовать в любой автоматизированной системе.

Из базовых функций особой является функция Решение, означающая решение задач пользователей (пользовательских задач), - ради чего, собственно, и создаётся автоматизированная система. Состав задач, решаемых в системе, является, как правило, уникальным и этим отличает любую автоматизированную систему от всех остальных. Рассмотрим смысловой контекст пользовательских задач.

 

Задачи

Прежде примем:

Задача – цель, соответствующая заданным условиям, которую необходимо достигнуть.

Условие – то, чем нельзя пренебречь.

К условиям задачи относятся, прежде всего, исходные данные и ограничения, которые не могут быть нарушены.

Любая задача первоначально задаётся (формулируется) в функциональной постановке, т.е. на естественном языке, затем преобразуется к операторному виду, т.е., в общем случае, y = f(x) cизвестным оператором f, который, наконец, представляется алгоритмом, пригодным для реализации в автоматизированной системе на ЭВМ. Так возникает вычислительная задача, исполнимая на ЭВМ за приемлемое время или нет, когда мощности ЭВМ, даже суперЭВМ, оказывается недостаточно. В последнем случае задача является трансцендентной, т.е. невычислимой, и таких задач со временем появляется всё больше и больше, что является стимулом совершенствования вычислительной техники и создания ЭВМ, действующих на новых физических принципах (квантовые компьютеры, ДНК-компьютеры и т.п.)

Задачи, решаемые в системе, представим двумя видами – функциональными и технологическими. Технологическая задача – задача, результаты решения которой предназначены для удовлетворения информационных потребностей персонала системы - внутренних пользователей (пользователей класса ЛОФ - лиц, обеспечивающих функционирование системы, например, оперативно-диспетчерский персонал в ГАС “Контур”). Функциональная задача – задача, результаты решения которой предназначены для удовлетворения информационных потребностей внешних пользователей (пользователи классов ЛПР, ЛГР, и т.д. - выделены ранее, для которых система и создана).

Технологические задачи в принципе предопределены – это: наблюдение за текущей производственно-технологической обстановкой в системе, мониторинг состояния программно-технической среды, контроль процессов обработки информации (входных и выходных информационных процессов, информационного фонда системы, решения пользовательских задач и удовлетворения информационных потребностей пользователей) и управления ими, защита системы по периметру и внутри от несанкционированного доступа к информации с целью злоумышленного её использования, искажения или разрушения, проведения профилактических (проверка работоспособности), регламентных (восполнение выработанных ресурсов), восстановительных (для программных средств) и ремонтных (для технических средств) работ, для развития системы разработка, отладка и внедрение новых задач пользователей, модернизация оборудования (замена морально устаревшего на современное и перспективное), обучение, в т.ч. переподготовка, пользователей, снабжение для своевременного приобретения прогрессивного оборудования и вырабатываемых ресурсов. 

Таким образом, сформировано, как представляется, непротиворечивое множество технологических задач, которым присвоим идентификаторы: Наблюдение, Мониторинг, Контроль, Управление, Защита, Профилактика, Регламент, Ремонт, Развитие, Модернизация, Обучение, Снабжение и, возможно, другие.

Конкретный состав пользовательских задач для создаваемой системы мало предсказуем, кроме задач очевидных и простых. Безусловно, некоторые нетрадиционные задачи задаются к началу создания системы, но они, как правило, претерпевают существенные изменения.

Однако с достаточной вероятностью можно сформулировать классы задач, к которым относится большинство задач, результаты решения которых необходимы пользователям. Эти классы должны быть в базовой морфологической модели. Они выполняют, в частности, роль ориентиров для пользователей, которые могут более-менее правильно соотнести свои те или иные информационные потребности конкретному классу.

Выделим следующие классы пользовательских задач:

К₁ -организационно-распорядительные,

К₂ – информационно-справочные,

К₃ – логико-арифметические,

К₄ – расчётно-аналитические,

К₅ – выбора альтернатив и принятия решений,

К₆ – мониторинговые,

К₇ – информационно-аналитические,

К₈ - фундаментально-исследовательские.

Укажем на типичные задачи, относящиеся к тому или иному из этих классов.

Класс К₁ организационно-распорядительных задач: контроль исполнения, делопроизводство (формирование, согласование и утверждение документов, приём корреспонденции, подготовка и отправка ответов на неё, ведение архивов и т.п.), координация и субординация коллективной деятельности и т.д.

Класс К₂ информационно-справочных задач: запросы фактографические (поиск и выдача количественных данных, характеризующих, например, выпуск определённого вида продукции, или прирост населения страны в прошлом году, или количество голосов, поданных за того или иного кандидата и т.п.), запросы документальные (поиск и выдача различного рода документов).

 Класс К₃ логико-арифметических задач: логические (сортировка, объединение, выборка и т.п.), прямого счёта (расчет заработной платы, начисление пенсий, пособий, субсидий, квартплаты и т.п.), задачи типа “производственная функция” (установление зависимости между различными факторами и показателя производства), балансовые