Структура и состав ПО ИС

1.

Методические указания

Практическое программирование

Философия программирования

Книги по математическим основам программирования

1. Грэхем Р. и др. Конкретная математика. Основание информатики. – М.:Мир, 1998.

2. Романовский И.В. Дискретный анализ. – СПб.: Невский диалект, 1999.

3. Липский В. Комбинаторика для программистов. – М.:Мир, 1988.

4. Лавров С.С. Программирование. Математические основы, средства, теория. – СПб.:БХВ-Петербург, 2001.

1. Одинцов И. Профессиональное программирование. Системный подход. - СПб.: БХВ – Петербург, 2002. – 521 с.

2. Любая книга по Турбо-Паскаль, Delphi

Алан Перпис:

Лучшая книга по программированию для непрофессионала – «Приключения Алисы в стране чудес», поскольку это лучшая книга для непрофессионала в любой области»

Книги стоят дорого! Как найти хорошую книгу среди тысяч посредственных?

1. Хорошая книга обычно написана от первого лица, посредственная - от третьего.

2. Признак явной халтуры - отсутствие иллюстраций (т.е. образных моделей).

3. Следует избегать книг с названием "учебник" и книг "для чайников". Обычно учебники пишут теоретики - люди, полностью отрезанные от реальности и практических навыков по рассматриваемому в книге предмету. Книги "для чайников" пишут люди, только начинающие изучать описываемые ими вопросы, им все новое интересно и считая, что очень много знают они и пишут эти книги.

Проблема: хорошие книги обычно издаются малыми тиражами и дорого стоят.

III. ПРОБЛЕМЫ МИРОВОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ИНДУСТРИИ

Вы знаете о том, что западная экономика построена по принципу совместного функционирования двух систем: планирующей (для крупных фирм) и рыночной (для мелких фирм и частных лиц).

Планирующая система является доминирующей - она диктует цены рыночной системе.

В планирующей системе не действуют законы рынка:

- она может произвольным образом устанавливать цены на товары и услуги;

- может навязывать потребителю любой товар ("промывая мозги" при помощи рекламы);

- кризисы перепроизводства почти не затрагивают планирующую систему - все издержки она может переложить на рыночную систему, которая, в конечном итоге, всегда платит за ошибки планирующей системы.

Такие фирмы-киты компьютерной индустрии как Intel, IBM и Microsoft явно принадлежат к планирующей системе и пользуются всеми ее преимуществами.

Однако их деятельность явно вызывает кризис в мировой компьютерной индустрии.

Архитектура компьютеров IBM AT и микропроцессоров Intel принципиально устарела. Если раньше решали задачи на PC XT и АТ 286, то сейчас на Pentium III и уже Pentium IV. Операционная система Windows стала сверхуниверсальной, что приводит к чрезвычайному замедлению работы компьютеров. Сейчас используются альтернативные ОС – Linux, FreeBsd и другие.

За кризис в конечном итоге расплатится рыночная система, т.е. потребители. Так и происходит. Так давно производятся компьютеры. Должны дешеветь. Они действительно дешевеют, например, компьютер на базе 486 процессора практически ничего не стоит. Но нет, во все времена хороший (современный) компьютер стоил около $1000. Т.е. дешевеют старые модели, а новые всегда в цене.

(рисунки и новости)

Рисунки

Следует сказать, что бурное развитие новых информационных технологий и расширение сферы их применения привели к интенсивному развитию программного обеспечения. Достаточно сказать, что в 2000 г. мировым сообществом на ПО затрачено около 220 млрд. долларов. Причем тенденции развития ПО показывают, что динамика затрат имеет устойчивую тенденцию к росту, примерно 20% в год.

IV ВВЕДЕНИЕ в ПО ИС

Основными областями использования ЭВМ являются:

1. Обработка данных

2. Решение научных задач

3. Информационные системы

4. Диалоговые системы

5. Управление процессами

Можно еще назвать обучающие системы, игры и т.д.

Основные решаемые задачи при:

1) ввод данных (с магнитных лент, больших магнитных, лазерных и магнитооптических дисков и стримеров, модемов, дискет, но чаще всего с клавиатуры), хранение данных, простейшие вычисления (+, -, *, /, %), вывод информации в нужной форме на экран, бумагу, в файл (таблицы, ведомости, списки, иногда графики).

Такие задачи решаются в бухгалтериях и банках, в производственно-технических и планово экономических отделах предприятий, торговле и т.д. ЭВМ используется здесь как калькулятор с большой памятью и пишущей машинкой.

2) Здесь, как правило, на основе небольшого числа исходных данных ЭВМ работает часами, а иногда месяцами и даже годами решая сложные научные задачи. Например, дифференциальное уравнение теплопроводности, или выполняя

прогноз погоды, вычисляя траекторию полета космических спутников или моделируя поведение элементарных частиц в физических экспериментах и т.д. Здесь ЭВМ используется в качестве мощного

инструмента решения сложных математических задач. Сюда же относятся многочисленные системы математического моделирования.

3) Автоматизированные информационные системы представляет собой программный комплекс, функции которого состоят в поддержке надежного хранения информации в памяти компьютера, выполнении специфических для данного приложения преобразований информации и/или вычислений, предоставлении пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса.

Это, как правило, ответы на различного рода запросы, например, выдать телефон кого-то, адрес или досье, сообщить о наличии свободных мест в кинотеатре, поезде, самолете.

Это поиск и выдача информации о наличии тех или иных запасных частях на складе завода, это компьютеризированные магазины, библиотеки и службы знакомств и т.д.

Система "Абонент ГРО". Мы будем заниматься в основном проблемами создания таких систем.

Это также базы и банки данных со своими особенностями, причем базы как числовых и символьных, так и графических данных.

Электронные схемы газопроводов.

4) Особенностью диалоговых систем является то, что при решении какой-то математической или логической задачи пользователь вмешивается в решение, что-то изменяя или вводя. Эти системы, как правило, являются многопользовательскими.

5) Здесь ЭВМ используется для выполнения или помощи человеку в управлении или слежении за некоторым процессом. Эти системы наиболее сложны.

Область 5 объединяет 1, 2, 3 и 4-ю области, т.к. в ней они все есть. Например, решение задачи управления ракетой по перехвату другой содержит все. Главное требование для таких систем - не должно быть сбоев.

Но это не все особенности.

Кроме того, все задачи, решаемые с помощью ЭВМ, условно можно разбить на 2 части:

1. ЭВМ используются сами по себе и единственное чем они связаны с внешним миром - это клавиатура, дисковод, CD ROM, модем (кстати, раньше это были все задачи). ЭВМ как правило связаны между собой локальной или глобальной сетью. Это обработка данных, информационные системы, диалоговые системы.

2. другая часть технических задач связана с применением ЭВМ качестве гибкого устройства управления оборудованием, в качестве устройства для контроля состояния аппаратуры и исследования

каких-либо процессов.

Телеметрия в газовом хозяйстве.

Мы будем в основном заниматься применением ЭВМ для решения первой части задач, поэтому очень кратко рассмотрим вторую и больше к ней не будем возвращаться.

Типовая структура ИС (вторая часть задач)

(рисунок)

где О - (управляемый) объект испытаний; ИССО - информационная система сопряжения с объектом; ВУС - вычислительно-управляющая система (ЭВМ).

Давайте в общих чертах рассмотрим работу этой схемы.

Физическое воздействие, подлежащее регистрации и измерению (тем-

пература, давление, световой поток, магнитное поле, поток элементар-

ных частиц и т.д.), считывается и преобразуется соответствующими датчи-

ками в электрический сигнал. В качестве датчиков могут использоваться

термопары, пьезоэлектрические и фотоэлектрические приборы и т.д.

Электрические сигналы, снимаемые с выхода датчика, несут в себе инфор-

мацию о характеристиках регистрируемого физического воздействия. При

этом эта информация может заключаться в различных параметрах сиг-

налов: величине непрерывно изменяющегося электрического напряжения или тока, амплитуде импульсов, временном интервале между отдельными импульсами и т.д.

Для того, чтобы ЭВМ могла воспринимать эту информацию, ее

преобразуют в цифровой код, т.е. кодируют.

ИССО может содержать также различные устройства, выполняющие усиление, преобразование, сортировку, отбор поступающих сигналов или кодов.

С выхода ИССО закодированная информация поступает в ЭВМ и

обрабатывается. ЭВМ формирует запросы или управляющие воздействия.

Примеры. Управление производственными процессами, космические исследования, физика элементарных частиц, исследования океана и атмосферы, медицина и т.д.;

Таким образом, функциями ЭВМ в АСОИ и У являются следующие: (примеры)

- сбор и накопление поступающей информации

- обработка и анализ поступающей информации. Быстродействие современных ЭВМ позволяет выполнять предварительный анализ регистрируемых данных в темпе их поступления, или как говорят, в реальном времени.

- управление ходом протекания процессов, путем задания требуемых

режимов работы оборудования и последовательности измерений.

Определение. Автоматизированная система, работающая в реальном времени, это система, которая управляет внешними объектами, получая информацию, обрабатывая ее и возвращая результаты так быстро, чтобы воздействовать на функционирование внешних объектов в заданные моменты времени.

Особенности.

1) Входные данные вводятся в ЭВМ непосредственно из точки их возникновения, и передаются из ЭВМ непосредственно туда, где они используются.

2) Промежуточные стадии, такие как запись на магнитные носители как правило исключены.

3) Автоматизированная система может в любой момент вступать в непосредственный контакт с внешними объектами, управляя

ими.

4) Недопустимы сбои.

Примеры. Управление работой сети пунктов резервирования мест в гостиницах, кассах кинотеатров и трансагенствах, управление полетом космического корабля, выдача клиентам банка состояние их счетов в любую минуту(Абонент ГРО), ускорение уличного движения в городе путем определения положения автомобилей и изменения цветов

светофоров оптимальным образом.

(Пример для АСУ РВ перекресток).

Для непосредственного управления внешними объектами необходимо обеспечивать короткое время ответа системы. Время ответа - это интервал времени между некоторым событием и откликом системы на это событие (не путать с временем решения).

Таким образом, режим реального времени - это такой режим обработки

данных, при котором обеспечивается взаимодействие вычислительной системы с внешними процессами в темпе, соизмеримом со скоростью протекания этих процессов.

Требования к системам реального времени:

- система должна быть мощной, т.е. обязана обслуживать достаточное

число устройств сбора информации и управления. Самые простые поддерживают от 16 до 64 аналоговых и цифровых входов и выходов. Мощные поддерживают до 1024, а в некоторых случаях до 30 000 каналов ввода-вывода.

- высокое качество графического представления информации, т.е. система реального времени должна не только представлять данные в виде графиков и диаграмм, но и имитировать приборные интерфейсы или выводить трехмерные графики и выполнять компьютерную анимацию в реальном времени.

- высокий уровень сервиса т.е. записанные в ходе работы данные должны

конвертироваться в стандартные форматы данных, система должна иметь библиотеки для работы с основными принтерами и плоттерами и допускать распечатку как содержимого экрана монитора, так и архива и т.д.

Разработка и эксплуатация ИС требует знания языков программирования, аппаратных средств связи О с ЭВМ, принципов и техники программирования этого оборудования, операционных систем, особенностей организации ИВК.

В общем случае перед специалистом системотехником при разработке ИС возникает необходимость решения 3-х основных вопросов:

- выбор типа ВУС (можно ли обойтись 1-й ЭВМ, работая в мультипрограммном режиме, либо разбив на подзадачи и для каждой ЭВМ).

- установление связи (сопряжение) с оборудованием;

- программирование работы ВУС для выполнения всем комплексом ИВК определенных функций в ходе эксперимента.

Одной из дисциплин, позволяющих решать последний вопрос, является наш курс.

В настоящее время разработано и используется огромное количество программ.

Первые не ГОСТ овские определения. (ГОСТ овские будут позже)

Техическое определение.

ПРОГРАММА (программный модуль) - это последовательность команд или операторов, которые необходимо ввести в ОЗУ, чтобы компьютер мог обрабатывать входные данные.

Организацинное определение по Бруксу (Брукс Ф. Мифический человеко-месяц или как создаются программные системы. – СПб.: Символ-Плюс, 1999):

Программа – завершенный продукт, пригодный для запуска своим автором на системе, на которой он был разработан.

Программный продукт – программа, которую любой человек может запускать, тестировать, исправлять и развивать.

Программный комплекс – набор взаимодействующих программ, согласованных по функциям и форматам, точно определенным интерфейсам, и вместе составляющих полное средство для решения больших задач.

Программа или программный комплекс, снабженная документацией, необходимой для эксплуатации и сопровождения, называется программным обеспечением (средством).

ПО ИС состоит из системного (общего) и прикладного ПО.

Системное ПО - совокупность алгоритмов и программ, описаний и инструкций, предназначенных для эксплуатации и технического обслуживания ЭВМ, а также для автоматизации разработки и применения прикладного ПО ИС.

В состав общего входит ПО подготовки программ (общесистемное) и базовое ПО (ПО процесса обработки информации) и система документации.

1. Основными функциями общесистемного ПО являются организация вычислительного процесса, автоматизация этапов проектирования прикладного ПО. К такому ПО относятся прежде всего интегрированные среды языков программирования. Простейший пример – Turbo Pascal, С или более сложные примеры – Delphi, Visual Studio.NET.

Оно не отражает специфики ИС.

2. Базовое ПО обеспечивает функционирование прикладных программ и взаимосвязь с общесистемным ПО. Его роль, как правило, выполняют операционные системы.

Мы сейчас о нем говорить не будем. Для этого у нас будет в весеннем семестре специальная дисциплина "Операционные системы".

3. Система документации предназначена для обеспечения эффективного применения, изучения, обслуживания и сопровождения программных средств ИС.

Прикладное ПО - это совокупность рабочих программ, предназначенных для решения целевых задач управления, исследования, контроля, диагностики и прогнозирования состояния конкретного объекта, явления или процесса.

Прикладное ПО вместе с системным обеспечивает функционирование ЭВМ как некоторой специализированной автоматизированной информационной системы.

В прикладном ПО различают рабочие программы пользователя и инструментальные системы.

Пользовательские программы предназначены для решения конкретных задач в конкретной предметной области. Мы их и будем учиться разрабатывать.

А сейчас немного поговорим об инструментальных.

Инструментальной системой - называется совокупность программ, обеспечивающих разработку информационно-программного обеспечения, и формальных языков, поддерживаемых этими программами.

К инструментальным системам относятся программы:

1. Системы общего назначения;

2. Метод - ориентированные;

3. Проблемно-ориентированные;

4. Глобальные сети;

5. Программы организации администрирования информационных систем.

1. К инструментальным системам общего назначения относятся;

- текстовые процессоры WORD, MULTIEDIT, ЛЕКСИКОН и т.д. предназначены для обработки текстовой информации (различие между редактором и процессором);

- графические редакторы PAINTBRUSH, CORELDRAW, PHOTOSHOP и т.д. предназначены для обработки графических документов, включая диаграммы, иллюстрации, чертежи, таблицы;

- электронные таблицы SUPERCALC, EXCEL, LOTUS, QUATROPRO и т.д. предназначены для обработки информации, представленной в виде вычисляемых таблиц;

- издательские системы соединяют в себе возможности текстовых и графических редакторов, обладают развитыми возможностями по форматированию полос с графическими материалами и последующим выводом на печать PageMaker фирмы Adobe(Адоп) и Vintura Pulisher корпорации Corel.

- системы управления базами данных - предназначены для ввода данных, их коррекции и манипулирования данными (добавление, удаление, извлечение, обновление и т.д.) Прошлые - FOXPRO, CLARION, PARADOX и современные ACCES, SyBase, Oracle, InterBase и т.д.;

- информационно-поисковые системы;

Это, как правило, ответы на различного рода запросы, например, выдать телефон кого-то, адрес или досье, сообщить о наличии свободных мест в кинотеатре, поезде, самолете.

Это поиск и выдача информации о наличии тех или иных запасных частях на складе завода, это компьютеризированные магазины, библиотеки и службы знакомств и т.д. Мы что-то подобное будем разрабатывать в КП.

- пакеты программ для математических расчетов MATEMATICA, MATHCAD, MATLAB и т.д.;

- пакеты программ для статистической обработки информации STATISTICA, StatGrapihics;

- системы моделирования GPSS;

- интегрированные системы, объединяющие в себе функционально различные программные компоненты инструментальных систем общего назначения (текстовый и графический редакторы, электронную таблицу, СУБД) - WORKS, Microsoft Office, Framework.

Информационная связь между компонентами обеспечивается путем унификации форматов представления различных данных.

- CASE- средства; Применяются при создании сложных информационных систем, обычно требующих коллективной разработки, в которой участвуют различные специалисты: системные аналитики, проектировщики и программисты. ErWin, BpWin

- оболочки экспертных систем и систем искусственного интеллекта. Основная идея при этом заключается в переходе от строго формализованных алгоритмов, предписывающих, как решать задачу, к логическому программированию с указанием, что нужно решать на базе знаний, накопленных специалистами предметных областей.

Экспертные системы используются для целей:

- интерпретации состояния системы;

- прогноза ситуаций в системах;

- диагностики состояния системы;

- целевого планирования;

- устранения нарушений функционирования системы;

- управления процессом функционирования и т.д.

2. МЕТОД-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ системы отличаются тем, что в их алгоритмической основе реализован какой-либо экономико-математический метод решения задачи. К ним относятся следующие системы:

- математического программирования (линейного, динамического, статистического и т.д.);

- сетевого планирования и управления;

- теории массового обслуживания;

- математической статистики.

Они не привязаны к какой-либо конкретной предметной области. Их можно применять для решения большинства экономических и научных задач.

3. ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫМИ системами называются программные продукты, предназначенные для решения какой-либо задачи в конкретной функциональной области. К ним относятся группы систем, предназначенные:

1) для комплексной автоматизации функций управления в промышленной

сфере (т.е. связанные с материальным производством); Пример – «Галактика».

2) непромышленной сфере (не связанной с материальным производством); 3) системы предметных областей (бухгалтерского учета, правовых систем,

и т.д.). Примеры – 1С, ПАРУС.

Это правовые справочные системы: Консультатн+, Гарант, Кодекс и др.

Система "Абонент ГРО".

Мы будем заниматься в основном проблемами создания таких систем с элементами ИПС.

Это также базы и банки данных со своими особенностями, причем базы как числовых и символьных, так и графических данных.

Электронные схемы газопроводов.

4. ПРОГРАММЫ ГЛОБАЛЬНЫХ СЕТЕЙ ЭВМ предназначены для обеспечения удобного, надежного доступа пользователя к территориально распределенным общесетевым ресурсам, базам данных, передаче сообщений и т.д. Пример Internet.

Кроме того, все задачи, решаемые с помощью ЭВМ, условно можно разбить на 2 части:

1. ЭВМ используются сами по себе и единственное чем они связаны с внешним миром - это клавиатура, дисковод, CD ROM, модем (кстати, раньше это были все задачи).

ЭВМ могут быть связаны между собой локальной или глобальной сетью.

Это обработка данных, информационные системы, диалоговые системы.

2. Другая часть технических задач связана с применением ЭВМ качестве гибкого устройства управления оборудованием, в качестве устройства для контроля состояния аппаратуры и исследования каких-либо процессов.

Телеметрия в газовом хозяйстве.

Всех пользователей ИС можно разделить на 3 основные группы:

1) Разработчики ИС - специалисты, основной задачей которых является разработка базовых методов обработки информации и управления и организация взаимодействия между базовым и прикладным ПО.

2) Прикладные программисты - разрабатывают конкретные процедуры обработки информации и управления.

3) Пользователи ИС - специалисты в конкретных областях знаний, использующие ИС для решения своих задач.

Напоминаю, мы в нашем курсе будем разрабатывать проблемно-ориентированные прикладные программы, а для этого будем использовать системное ПО.