1. Основные понятия, определения

И КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ

1. Понятие информационной технологии

Техническое перевооружение предприятия осуществляет­ся на базе внедрения современной вычислительной техники, промышленных роботов, новых технологических процессов.

Перечисленные средства объединяются в гибкие произ­водственные системы и интегрированные производственные комплексы, в которых под управлением вычислительной тех­ники увязан весь процесс - от разработки до выпуска готовых изделий. Создание интегрированных производственных ком­плексов требует интенсификации работ в области формирова­ния баз данных, интегрирования средств вычислительной тех­ники, обмена информацией и т. п.

Под информационной технологией понимается совокуп­ность процессов сбора, передачи, переработки, хранения и до­ведения до пользователей информации.

Все эти процессы осуществляются с помощью современ­ных средств вычислительной техники: мини- и микроЭВМ, персональных ЭВМ, распределенной переработки информа­ции, распределенных баз данных, различных вычислительных сетей, способов представления и переработки информации, основанных на применении искусственного интеллекта и т.д.

Значение информационной технологии многократно воз­растает в условиях перестройки экономики.

В Великобритании реализуется программа информацион­ной технологии (Information Technology) под руководством специально созданного министерства под этим же названием. Одним из направлений деятельности японского Института ин­формационной технологии является изучение и анализ суще­ствующих систем обработки информации и тенденций их развития как в Японии, так и за рубежом.

Следует отметить, что лишь незначительная часть инфор­мации потребляется производством непосредственно в том ви­де, в котором она поступает извне или вырабатывается внутри системы. Большая часть информации подлежит переработке, хранению, передаче, сбору, доведению до пользователей. В целом можно говорить о процессах циркуляции и переработки информации (информационных процессах).

В определении любой технологии, лежащей в основе про­изводственного процесса, можно выделить следующие основ­ные элементы: предмет, способ и методы обработки, орудия производства, описание способов производства. Технологии как процессу свойственны упорядоченность и организован­ность.

1.2. Информационная технология как система

Рассмотрим основные подходы к системному анализу ИТ. Основными свойствами ИТ являются: целесообразность, нали­чие компонентов и структуры, взаимодействие с внешней сре­дой, целостность, развитие во времени. Попробуем последова­тельно раскрыть каждое из них.

Целесообразность системы определяется стремлением к достижению определенных целей и значимостью этих целей.

Основная цель реализации ИТ состоит в повышении эффективности производства на базе использования современ­ных ЭВМ ЕС, мини- и микроЭВМ, персональных ЭВМ (ПЭВМ), распределенной переработки информации, распреде­ленных БД, различных ИВС путем обеспечения циркуляции и переработки информации в интересах проектирования и про­изводства продукции под единым управлением.

Для современного производства характерен ряд противо­речий: между мелкосерийностъю объектов производства и крупными масштабами самого производства; между услож­нившимся характером производства и сокращающимися ре-

сурсами времени для выполнения функций управления (скорость переработки информации отстает от ритма производственного процесса); между углублением специализации в производстве и в системе управления.

Основным средством устранения перечисленных противоречий явилась автоматизация производства на основе иcпользования промышленных роботов, современного технологического оборудования, объединяемых в гибкие производственные системы современной ИТ.

Наибольший эффект дает использование роботов совместно с автоматизированным технологическим оборудованием в составе крупных комплексов - автоматизированных участков, цехов и заводов.

Наглядное представление о функционировании предприятия в условиях ИПК дает рис. 1. Центральным является производственный цикл.

Рис. 1. Функциональная схема интегрированной автоматизированной системы управления предприятием

Широкий круг задач возлагается на АСНИ: от организации систем научно-технической информации до поискового конструирования, включая построение математических моде­лей, сбор и обработку результатов измерений (наблюдений), проектирование экспериментальных установок и т. п.

Целью САПР является выдача конструкторской докумен­тации, которая может быть результатом поиска аналога (про­тотипа) или результатом конструирования (включающего не­обходимые расчеты) оригинального изделия.

Чрезвычайно многообразны задачи АСТПП, к которым относятся: планирование использования технологического оборудования, подготовка (либо проектирование и изготовле­ние) инструмента и вспомогательного оборудования, подго­товка программ для технологического оборудования.

Настоящий период характеризуется, во-первых, объектив­ной потребностью в использовании вычислительной техники, информационного и программного обеспечения различных процессов как средств повышения эффективности производст­ва; во-вторых, наличием на каждом предприятии вычисли­тельного центра или АСУ, решающих задачи научных иссле­дований, проектирования, подготовки производства и т. д.

Всякая система представляет собой совокупность некото­рого числа компонентов — частей системы, вступающих в оп­ределенные отношения с другими ее частями. При рассмотре­нии ИТ можно выделить следующие компоненты: функцио­нальные (реализуемые процессы); содержательные (основ­ные), составляющие БЗ, и опорные (инвариантные), позво­ляющие построить опорную ИТ.

Существуют следующие виды процессов, реализуемых в составе ИТ: сбор, передача, переработка, хранение и доведе­ние до пользователей. Назначение каждого из перечисленных процессов указано в табл. 1.

Таким образом, функциональные компоненты - это кон­кретное содержание процессов циркуляции и переработки ин­формации, вытекающее из особенностей и предметной облас­ти.

Базы знаний состоят из концептуальной части или модели предметной области, баз данных и алгоритмической части или прикладного программного обеспечения.

Модель предметной области образуется совокупностью описаний, которые должны обеспечивать полное взаимопони­мание и правильную интерпретацию исходных сведений и требований в цепочке, крайними звеньями которой являются разработчик и пользователь системы.

Таблица 1

Процессы циркуляции и переработки информации

• Процесс	Назначение
Сбор информации i	Обеспечение этапов производственного цикла и системы управления таким объемом сведений, который позволяет выполнять поставленные задачи
Передача информации	Перенос информации в пространстве. Это! функция средств доставки информации (системы обмена данными)
Переработка информации	Обоснование решений и целесообразных способов действий. Выработанная последовательность действий оформляется в виде докумен­тов: конструкторских, технологических, управленческих, программных и т. д.
Хранение информации	Перенос информации во времени. Хранение информации обеспечивает накопление опыта, запоминание сведений о ходе развития процес­сов производства
Доведение информации до пользова­теля	Преобразование сведений о процессе производства и сведений, влияющих на ход этого процесса, в форму, обеспечивающую оперативное и безошибочное восприятие их пользователями, и непосредственная выдача сведений пользователям

База данных - это совокупность специальным образом структурированной информации на машиночитаемых носите­лях, назначением которой является отображение предметной области. БД допускает использование хранящейся информа­ции оптимальным образом для одного или нескольких прило­жений".

1.3. Классификация информации по функциональному назначению

Всю информацию по функциональному назначению неза­висимо от принадлежности к подсистемам ИАСУ подразделя­ют на директивную, нормативно-техническую, учетно-производственную и вспомогательную.

Директивная информация содержит основные технико-экономические и плановые задания, получаемые от выше­стоящих органов управления. В общем объеме информации ее удельный вес не превышает одного процента.

Нормативно-техническая информация включает в себя данные о составе изделий, технологии их производства, техно­логических нормативах, справочники и классификаторы, обес­печивающие разработку конструкторско-технологической и программной документации и ведение соответствующих им массивов, а также научно-техническую информацию. В общем объеме удельный вес нормативно технической информации может достигать 50 %.

Учетно-производственная информация отражает движе­ние материальных ценностей и учетных данных о подготовке и ходе производства, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах. В общем объеме доля учетно-производственной информации также может достигать 50 %.

Вспомогательная информация отражает режимы работы подразделений предприятия. Удельный вес ее не превышает 1 %.

Прикладное ПО - это совокупность математических мето­дов, моделей, алгоритмов и программ, регламентирующих правила содержательной формализованной переработки ин­формации. Прикладное ПО в большинстве случаев реализует­ся в виде комплекса задач. Разработанные задачи оформляют­ся в виде пакетов прикладных программ, включаются в Госу­дарственный фонд алгоритмов и программ.

Совокупность опорных (базовых, инвариантных) компо­нентов позволяет построить опорную ИТ, которая является ос­новой автоматизированной переработки информации на про­мышленных предприятиях.

Таким образом, опорная технология — это совокупность аппаратных средств автоматизации, системного и программно­го обеспечения, на основе которых реализуются узлы и под­системы хранения и переработки информации.

О писанная последовательность и взаимосвязь компонен­тов ИТ представлена на рис. 2

Рис. 2. Структура информационной технологии

К аждая система (подсистема) всегда есть компонент дру-гой системы, более высокого уровня.

Взаимодействие ИТ с внешней средой показано на рис. 3.

Рис. 3. Взаимодействие информационной технологии с внешней средой

Взаимодействие ИТ конкретного предприятия с ИТ дру­гих предприятий и систем определяется параметрическими связями S₃₁, и S₃₂ и носит характер информационного обмена.

Связи S₃₁, носят потребительский характер и обеспечивают ис­пользование элементов фонда данных и фонда алгоритмов и программ, распределенных на других предприятиях. Связи S₃₂, наоборот, обеспечивают снабжение других предприятий данными и программными изделиями, содержащимися в фон­дах рассматриваемого предприятия.

Взаимодействие ИТ с системой научных знаний характе­ризуется множествами параметров S₄₁ и S₄₂. Первые (S₄₁) оп­ределяют поток научных результатов, которые могут быть в формализованном виде использованы в процессе разработки ИТ: законы общественного производства и законы управления, законы природы, математические и имитационные методы.

Множество S₄₂ содержит параметры, характеризующие ре­зультаты, полученные в процессе разработки ИТ, которые мо­гут оказать влияние на развитие науки.

Взаимодействие ИТ с промышленностью, как и во всех предыдущих рассмотренных случаях, определяется двусто­ронними связями: S₅₁ и S₅₂. Связи S₅₁ определяют поступле­ние программных и технических средств, необходимых для реализации ИТ. Множество S₅₂ содержит параметры, характе­ристики и требования к средствам автоматизации, обоснован­ные на начальных этапах проектирования конкретных инфор­мационных технологий.

1.4. Современная концепция информационной технологии

Будем считать, что ИТ должна отвечать следующим тре­бованиям:

обеспечивать реализацию процессов циркуляции и пере­работки информации системы производства и управления с заданными критериями их эффективности, стоимости и сроков разработки;

содержать набор блоков переработки информации и ин­формационно-технологических процессов во взаимосвязи ме­жду собой и с нормативами их выполнения;

содержать программно-аппаратные средства поддержки информационно-технологических процессов;

определять организационную структуру, обеспечиваю­щую планирование и нормирование процессов циркуляции и переработки информации;

содержать методы реализации процессов циркуляции и переработки информации, их документирования и контроля,

определять формы программных и технологических до­кументов;

определять порядок освоения и внедрения ИТ, а также ис­пользования ее как базы для привязки средств автоматизации к конкретным условиям производства и управления им.

Первая составная часть концепции, в основу которой по­ложены требования к технологии, в меньшей степени зависит от времени по сравнению со второй ее частью - принципами построения ИТ, изменяющимися вместе с развитием реали­зующих ее средств. В качестве принципов построения ИТ пе­речислим следующие: открытость, распределенность, интегра­ция, унификация, персонализация.

Принцип открытой системы требует гибкой организации ИТ и отражает два свойства: способность к развитию и взаи­модействие с внешней средой.

Система называется открытой, если существуют другие связанные с ней системы, которые оказывают на нее воздейст­вие и на которые она тоже влияет.

Принцип распределенной системы явился результатом развития методов применения вычислительной техники и обеспечивает переработку и хранение данных непосредствен­но на рабочих местах (или вблизи них) должностных лиц, ну­ждающихся в выполнении этих процессов.

Принцип интегрированной системы требует взаимной увязки, приспособления и взаимодействия всех составных час­тей ПАСУ. Интеграция происходит по нескольким направле­ниям: на функциональном направлении необходима интегра­ция информационно-технологических процессов, на организа­ционном - производственных подразделений и других струк­турных единиц, на исполнительском - конкретных пользова­телей и системы и т.д.

Реализация принципа унифицированной системы служит одним из средств расширения масштабов внедрения ИТ при относительном сокращении затрат на ее создание.

В настоящее время существует принципиальная возмож­ность на основе использования современных средств автома­тизации переработки информации реализовать ИТ в любой от­расли промышленности.

С усложнением технологии обычно уменьшается степень реализации (определяется наличием прикладного программно­го обеспечения, соответствующих технических средств и разработанных технологических процессов) и одновременно рез-ко возрастает стоимость реализации.

Одним из средств расширения масштабов внедрения со-временной ИТ при одновременном относительном сокращении затрат может явиться унификация информационно-технологических процессов.

Преимущества унифицированной ИТ не являются абсолютными. Они связаны, прежде всего, с масштабами ее применения. Как следует из графика, представленного на рис. 4, область эффективного использования унифицированной ИТ определяется масштабом унификации М, удовлетворяющим условию М > Мmin .

Правее отрезка РМmin лежит область эффективного применения унифицированной технологии.

Рис. 4. Зависимости стоимости S и степени унификации С информационной технологии от масштаба унификации М: 1 - S=f(M) при индивидуальной ИТ; 2 - S=f(M) при унифицированной ИТ; 3 - C=f(M)

Достижимая в настоящее время степень унификации ИТ на предприятиях отрасли, размещенных в крупном регионе (10-15 предприятий), приведена в табл. 2.

Таблица 2

Достижимая степень унификации ИТ и ее компонентов

Информационная технология и ее компоненты	Достижимая степень унификации, %
База знаний	25-35
В том числе. модель предметной области прикладное программное обеспечение база данных	0-20 30-50 40-60
Опорная ИТ	60-75
В том числе: аппаратные средства программные средства подсистема управления данными подсистема переработки данных подсистема административного управления ИТ в целом	60-80 50-70 75-95 40-60 65-85 30-50

Принцип персонализированной системы в наибольшей степени оказывает влияние на составные части ИТ.

Вывод: не существует универсальной ИТ, поскольку при­нятые в ней концептуальные основы могут оказаться совер­шенно неадекватными в конкретных условиях применения.

1.5. Классификация информационных технологий

Информационная технология может внедряться в самых различных сферах и иметь множество отличительных черт. Представление о многообразии ИТ можно составить на осно­вании табл. 3.

Таблица 3

Классификация информационных технологий

Классификационные признаки	Значение признаков
Области приложения	Промышленность, строительство, образование и т. д.
Тип производства	Мелко-, средне- и крупносерийное, массовое, единичное
Роль в области приложения	Основная, вспомогательная
Степень автоматизации	Автоматизированная, механизированная, смешанная, ручная
Масштаб	Подразделение (подсистема) предприятия (звено ИАСУ), предприятие (учреждение), объединение, регион, отрасль, республика, страна
Реализуемые функции	Управление и основные функции*, только управление, только основные функции
Степень централизации	Средства автоматизации частично централизованы, средства автоматизации централизованы, средства автоматизации децентрализованы
Содержание	Программируемая (жесткая), профессио­нально-техническая, научно-техническая, научно-исследовательская
Форма	Предметная, пооперационная
* Основные функции специфичны в каждой области приложе­ния. Например, в области образования - это учебный процесс, в промышленности - этапы производственного цикла (научные ис­следования, проектирование, подготовка производства, непосред­ственное производство и т.д.)

Для получения качественной оценки введем понятие на­учно-технического уровня (НТУ), характеризующего степень соответствия создаваемой или функционирующей ИТ положе­ниям концепции, перечисленным в п. 1.5. Будем считать, что НТУ соответствует функция Е, построенная в виде выражения

E = , (1)

где 1 - частные показатели НТУ ИТ; 1 - весовые коэффициенты частных показателей НТУ ИТ ( =1). При этом Е 1, т.е. НТУ ИТ выражается безразмерной величиной, при наиболее благоприятных принятых решениях стремящей­ся к единице.

Значения коэффициентов могут быть получены методом экспертных оценок. При этом экспертиза проводится в три этапа. Перечень вопросов каждого из этапов представлен в

табл. 4.

Таблица 4

Этапы экспертизы

Номер	Перечень вопросов для экспертизы	Этапы экспертизы
		I	II	III
1	Перечень частных показателей с разновидностями решений по каждому из них	+	-	-
2	Шкала оценок разновидностей решений по каждому частному показателю	-	+	+
3	Весовые коэффициенты частных показателей	+	+	-

Этап I экспертизы можно назвать подготовительным, II этап - основным и III этап - уточняющим.

Состав и значение коэффициентов и оценок существенно зависят от области применения; они постоянно изменяются вместе с развитием средств и структуры ИТ.

Функциональная полнота определяется глубиной рас­крытия закономерностей производства и управления и тем, в какой мере выбранные методы реализации автоматизирован­ных процессов отвечают конкретным условиям и потребно-

стям, насколько алгоритмы элементов ИТ соответствуют со­держанию автоматизируемых процессов, а ИТ в целом создает условия для учета и переработки необходимого множества элементов данных.

Функциональная полнота ИТ в ИАСУ определяется суще­ствованием трех областей и соотношением между ними. Пер­вая область (Q_H) - это область переработки информации, необ­ходимой для функционирования рассматриваемой системы. Вторая область (Q₀) - это область переработки информации, выполняемой без использования средств автоматизации. Тре­тья область (Qr) - это область автоматизированной переработ­ки информации, выполняемой с использованием ИТ. В общем случае области Qr и Q₀ являются подобластями области Q_H. Соотношение между названными областями поясняет рис. 5.

Области Qr и Q₀ являются пересекающимися. По мере развития ИТ область Q₀ поглощается областью Qr и всегда

(2)

Степень функциональной полноты ИТ в автоматизиро­ванной системе производства и управления можно предста­вить в виде частного от деления площади области ( ) пере­работки информации, выполняемой как с использованием средств автоматизации, так и без их использования, на пло­щадь области необходимой переработки информации:

(3)

Из выражения (2) с учетом формулы (3) видно, что вели­чина в ИАСУ может изменяться от нуля (при полном от­сутствии элементов ИТ) до единицы (при полном совпадении областей Qr и Q_H).

Составляющая Q₀ не имеет прямого отношения к рассмат­риваемому случаю. Можно считать, что

(4)

Рис. 5. Функциональные области информационной технологии

В этом случае значение может изменяться от нуля (при полном отсутствии средств автоматизации переработки ин­формации) до единицы (при полном совпадении областей Q_r и Q_h).

Даже идеально переработанная информация будет беспо­лезной, если она получена несвоевременно.

Создание ИТ требует затрат материальных ресурсов в ви­де денежных ассигнований и выделения коллективов разра­ботчиков. Реализация ИТ требует определенных ресурсов ап­паратных средств автоматизации и программного обеспечения.

Анализ целей создания ИТ позволил выделить три основ­ных требования: функциональной полноты, оперативности пе­реработки и доставки информации, каждому из которых по­ставлен в соответствие критерий эффективности. Совокуп­ность критериев эффективности служит основой количествен­ной оценки ИТ.

2. ТЕХНОЛОГИИ ОПИСАНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

2.1. База знаний и модели данных

Знание служит отражением действительности (реального мира), естественной системой (мышлением человека) либо ис­кусственной системой на базе средств хранения и переработки данных. В практике используется два различных подхода к этому понятию.

В соответствии с первым подходом к знанию относятся как сами сведения о некоторой предметной области, так и средства накопления и использования этих сведений и, нако­нец, средства и результат переработки сведений для воздейст­вия на предметную область.

Второй подход основан на связи терминов знание и данные.

Первая разновидность знаний - это системные знания, т.е. совокупность сведений о конкретной предметной области. Эта разновидность знаний образует первую составную часть БЗ -модель предметной области.

Вторая разновидность знаний - это предметные знания, т.е. совокупность сведений о качественных и количественных характеристиках конкретных объектов. Эта разновидность знаний образует вторую составную часть БЗ - базу данных.

Третья разновидность знаний - это алгоритмические, про­цедурные знания, реализация которых называется программ­ным продуктом. Третью составную часть БЗ образует ППО.

База знаний отражает конкретную предметную область -совокупность модели (моделей) предметной области, БД и ППО, созданных для систем автоматизации определенных функциональных подразделений предприятия или предпри­ятия в целом или системы взаимодействующих предприятий. Взаимодействие составных частей БЗ показано на рис. 6.

Связь P₁₁отображает предметную область в модели предметной области. Связи P₂₁ и P₂₂ отражают взаимодействие моделей предметной области и БД в процессе создания последних. Первичными в таком взаимодействии являются модели пред­метной области. Связи P₃₁ дополняют БД сведениями, отсутст­вующими в моделях предметной области. Связи P₄₁ и P₆₁ пи­тают данными ППО в процессе его создания и функциониро­вания. Связи P₄₂ и P₆₂ пополняют и обновляют БД и модели предметной области за счет выработанных в процессе функ­ционирования ППО. Связи P₅₁ отражают воздействие на пред­метную область ППО в процессе его функционирования.

			Предметная область
			область
	Р11			Р51			Р31
Модели				Р21		Базы
предметной						данных
области		Р22
Р62	Р61			Р41			Р42
			Прикладное программное обеспечение обеспе

Рис. 6. Взаимодействие составных частей базы знаний

БЗ в первую очередь относятся к активным информацион­ным ресурсам.

Для классификации основных типов описаний, различаю­щихся способами разработки и использования, введем шесть классификационных признаков. Классификационные признаки и их значения приведены в табл. 5.

Используя шесть указанных классификационных призна­ков( - ), можно получить =729 различных классов про­цессов описаний процесса циркуляции и переработки инфор­мации в системе. Однако не все они могут и должны использо­ваться в решении поставленной задачи. Выделим девять целесообразных классов описаний (К), представленных в табл. 6. Четыре из них будем считать главными, остальные вспомога­тельными.

Таблица 5

Признаки классификации типов описаний

Обозначение	Смысл признака	Значение признака
		1	2	3
1	Отображаемый процесс	11	12	12
2	Назначение	21	22	23
3	Масштаб	31	32	33
4	Способ представления	41	42	43
5	Отображаемая взаимосвязь	51	52	53
6	Динамичность	61	62	63

Таблица 6

Целесообразные классы описаний

Классы описаний	Классификационные признаки
	1	2	3	4	5	6
Главные
К1	11	22	32	41	52	61
К2	12	23	32	42	51	62
К3	11	22	33	43	53	61
К4	13	23	33	43	53	62
Вспомогательные
К5	13	22	32	42	52	62
К6	11	21	32	41	52	61
К7	12	21	32	42	41	62
К8	13	21	32	42	52	63
К9	11	22	31	41	52	63

Класс К₁ характеризуется сочетанием классификацион­ных признаков ( _{11, 22, 32, 41, 51, 61}) К₁ Описания этого класса называются основными статическими описаниями про­цесса циркуляции информации в рамках предприятия. Наибо­лее удобной формой представления таких описаний является матричная.

Класс К₂ характеризуется сочетанием классификационных

признаков ( _{12, 23, 32, 42, 51, 61}) К₂. Описания этого класса называются технологическими динамическими описа­ниями процесса переработки информации в рамках предпри­ятия. Наиболее удобной формой представления таких описа­ний является простой граф.

Класс К₃ характеризуется сочетанием классификационных признаков ( _{11, 22, 33, 43, 53, 61}) К₃. Описания этого класса называются основными статическими описаниями про­цесса циркуляции информации в сети предприятий. Наиболее удобной формой представления таких описаний является сложный граф.

Класс К₄ характеризуется сочетанием классификационных признаков ( _{13, 23, 33, 43, 53, 62}) К₄. Описания этого класса называются технологическими динамическими описа­ниями процесса циркуляции и переработки информации в сети предприятий. Наиболее удобной формой представления таких описаний также служит сложный граф.

Введение описаний процессов циркуляции и переработки информации в качестве самостоятельных компонентов ИТ по­зволяет: обеспечить объективный анализ протекающих ин­формационных процессов; ввести в практику методы проекти­рования ИТ; обеспечить возможность управления ИТ и т.д.

Информационная среда - это состав и объективно сущест­вующие закономерности взаимосвязей элементов системы производства и управления и условий, в которых протекает ее функционирование, имеющих отношение к решаемым зада­чам. Информационная ситуация является отражением информационной среды средствами, имеющимися в распоряжении рассматриваемой системы.

Объектами принято называть элементы информационной среды. В общем случае объект представляет собой реальность, которая может быть описана конечным набором знаков. Объ­ект может быть материальным (например, событие, банков­ский счет, эффективность производства).

Для обсуждения понятия "информация" выделяются три

области, представленные на рис. 7. Первая область - это ре-

Реальный мир Информация Данные альный мир. Вторая

область - область информации, суще­ствующей в пред­ставлении специали­стов. Третья область (данные)может быть разделена на данные

Рис. 7. Информация и данные в представлении

прикладного про­граммиста, общую структуру данных в представлении адми­нистратора и на физическое представление данных.

Совокупность элементов данных образует агрегат дан­ных. Например, дата - это агрегат, содержащий три элемента данных; год, месяц, день. Запись — это совокупность элементов или агрегатов, читаемая, как правило, целиком (например, за­пись цеха, запись участка). Следующая единица данных - файл (от англ. file - упорядоченное хранилище, картотека). Эле­менты, агрегаты и записи образуют массивы данных (инфор­мационные массивы - М).

Весь состав сведений, которые использует конкретная система, включая перечень объектов (W), перечень характери­стик и их значений (Y), будем обозначать символом X. В про­цессе автоматизации ИТ эти сведения оформляются в виде системы БД.

Таким образом, связали информацию с содержанием сведений об объектах реального мира, а данные - с формой представления этих сведений в процессе их хранения и пере­работки.

Документом будем называть материальный объект, со­держащий закрепленную информацию и предназначенный для ее передачи и доведения до потребителей. Все документы под­разделяются на входные (обозначим D) и выходные (обозна­чим В).

Множества В и D объединяются общим понятием "ин­формационный базис". Информационный базис - это совокуп­ность исходных данных и внешних результатов.

Документы должны обеспечить информационное общение между групповыми и индивидуальными абонентами (пользо­вателями системы). Групповые абоненты, в свою очередь, мо­гут быть внешними или внутренними по отношению к рас­сматриваемому предприятию. К внешним групповым абонен­там относятся вышестоящие органы управления и взаимодей­ствующие предприятия и системы. Внутренние групповые абоненты - это, во-первых, само предприятие, отождествляе­мое в ИАСУ; во-вторых, подразделения предприятия или функциональные подразделения и, в-третьих, средства автома­тизации переработки информации или подсистемы ИАСУ (АСНИ, САПР и т.д.). Все индивидуальные абоненты являют­ся внутренними. Это, во-первых, сотрудники функциональных подразделений предприятия; во-вторых, администратор базы данных и, в-третьих, администратор локальной вычислитель­ной сети.

Между перечисленными разновидностями абонентов осуществляется информационное общение в следующих шести контурах: 1) ИАСУ ВУО; 2) ИАСУ ФП; 3) СФП (ФП) СФП (ФП); 4) СФП подсистемы АСУ; 5) СФП АБД; 6)СФП АЛВС.

2.2. Документы и информационные массивы

Многообразие документов распадается на три основные группы. Первая группа - это документы управления, к кото­рым относятся: распоряжения, команды, директивы, оповеще­ния, донесения, сводки и т.д. Вторая группа - это служебные документы, к которым относятся: запросы, ответы на запросы, служебные сообщения, информационные сообщения, квитан­ции, отказы, служебные справки и т.д. Третья группа - это производственная документация, объединяющая конструк­торскую, технологическую и программную документацию.

Каждый документ имеет две составные части: служебную и информационную.

Нормативно-техническая информация содержится в ос­новном в производственной документации и включает в себя данные о составе изделий, технологии их производства, техно­логических нормативах.

Учетно-производственная информация отражает движе­ние материальных ценностей, подготовку и ход производства, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

Документы циркулируют как в автоматизированной, так и неавтоматизированной системах управления.

Информационная ситуация - это система знаков, находя­щихся между собой в различных отношениях. Каждый знак имеет три независимых, но тесно связанных между собой сущности: код, смысл и значение. Код - это физическое выра­жение знака. Смысл - это способ соотнесения знаков с объек­тами и их свойствами. Значение - это характеристика, позво­ляющая оценивать полезность знака для достижения той или иной цели, стоящей перед рассматриваемой системой.

Основной мерой или понятием совокупности сведений служат информационные массивы, которые определяются как наборы записей, обладающие общими структурными элемен-

тами и семантическими признаками. Описание информацион­ного массива состоит из перечня идентификаторов и основных характеристик элементов массива.

Все информационные массивы делятся на входные, внут­ренние и выходные.

Важным вопросом, имеющим непосредственное отноше­ние к информационным массивам, является их способ органи­зации, или структура.

Различают три основных базовых разновидности органи­зации информационных массивов: иерархическая, сетевая и реляционная. Общая характеристика, преимущества и недос­татки этих разновидностей ИМ перечислены в табл. 7.

Если все эти отношения представляют собой тип 1 :М, то сеть является простой. Если в ней имеются отношения М:М, то сеть является сложной.

Другим средством, позволяющим отобразить множест­венные связи между элементами данных с одновременным от­делением логической структуры данных от физической, слу­жит реляционный подход (от англ. relation - отношение). Реля­ционная БД в представлении пользователя отображается дву­мерными таблицами.

Столбцы таблицы называются доменами, а строки - кор­тежами. Если имя отношения w, а имена атрибутов уьуг, ..., у_п, то ЦуьУ2, ..., у_п) - схема отношения. Число столбцов таб­лицы - степень отношения.

Постоянно наблюдается стремление распространить на БД реализацию семантических и прагматических отношений. Эти отношения реализуются в системах ИИ, в частности в интел­лектуальных БД (ИБД). ИБД строятся на основе структур дан­ных нового типа - фреймов.

Фрейм - это формальная заготовка, соответствующая не­которому событию, понятию или состоянию.

Таблица 7

Базовые разновидности структур данных

Структура	Общие характеристи­ки	Преимущест­ва	Недостатки
Иерархиче­ская	Взаимосвязь данных представляется в виде обращенного дерева, образуемого узлами. На верхнем уровне иерар­хии имеется только один узел-корень. Каждый узел связан с одним ис­ходным узлом на более высоком уровне и с од­ним или несколькими порожденными узлами	Простота пони­мания Простота оцен­ки характе­ристик благо­даря заданным взаимосвязям Наличие ус­пешных реали­заций .	Взаимосвязи и их число жестко фик­сированы Сложны операции включения и уда­ления данных Доступ к порож­денному узлу воз­можен только че­рез исходный Изменение связей требует изменения структуры
Сетевая	Взаимосвязь данных представлена в виде де­рева, на котором каждый узел может быть связан с любым другим узлом. В каждый узел может вхо­дить любое число ветвей	Простота реа­лизации часто встречающихся в реальных ус­ловиях связей "многие ко многим". Наличие ус­пешных реа­лизаций	Сложность Трудность введе­ния изменений
Реляционная	Взаимосвязь данных представляется в виде двумерных таблиц, на­зываемых отношениями	Простота Независимость таблиц друг от друга Обоснованием является хо­рошо разрабо­танная теория отношений, ис­пользуемая при проектирова­нии базы дан­ных	Низкая производи­тельность (ниже, чем у иерархиче­ской или сетевой структуры)

Основными составляющими семантической сети являются понятия, события, атрибуты и фреймы. Понятия делятся на понятия-предметы ("деталь", "рабочие") и понятия абстракции

("себестоимость", "численность"). События представляют со­бой действия, которые могут происходить в процессе произ­водства, и фиксируются в экономических документах («израс­ходовано», «продано»). Атрибуты - множество однородных количественных и качественных свойств понятий - предметов.

Фреймы делятся по видам на простые и сложные.

Одно из преимуществ организации БЗ с помощью фрей­мов состоит в том, что она допускает прямую трансляцию в реляционный банк данных. Множество значений фреймов на­зывается его расширением и хранится в реляционной БД в ви­де отношения.

2.3. Организация баз данных. Блоки переработки информации

В период разработки ИТ все многообразие данных пред­приятия должно быть перечислено и разбито на управляемые единицы - предметные базы данных, называемые классами данных.

Создание предметных БД на промышленном предприятии можно проиллюстрировать цепочкой, представленной на рис. 8. В системе производства и управления с развитыми под­системами подготовки новых изделий реализуется два процес­са выделения БД: "сверху-вниз" (АСНИ→САПР→АСТПП→ →производство) и "снизу-вверх" (производство→АСУП). В результате реализации первого процесса последовательно соз­даются БД АСНИ, конструкторские и технологические БД. Технологические БД, завершающие этот процесс, содержат сведения об операциях, инструменте, приспособлениях, осна­стке, нормах, технологическом алгоритме. Реализация второго процесса начинается с создания цеховых БД, которые исполь­зуются при решении задач учета, нормирования, планирова­ния, анализа, регулирования производства.

Рис. 8. Предметные базы данных системы производства

и управления

Прикладное программное обеспечение среди средств ИТ играет ведущую роль как по назначению, так и по относитель­ной стоимости.

Традиционно ППО представляет собой комплекс задач переработки информации.

Блок переработки информации содержит в себе описание цели переработки информации и описание функции, выпол­няемой блоком. Блок получает информацию, перерабатывает ее и выдает в заданном виде.

Можно выделить основные функциональные разновидно­сти блоков переработки информации. При этом общий состав

БПИ ( ) может быть разделен на три группы и рассматри¬ваться как

= { _{1, 2}, ₃} . (5)

Основные виды БПИ перечислены на классификационной схеме, представленной на рис. 9. Рассмотрим последовательно три группы БПИ, основываясь на введенных выше понятиях информационной среды и информационной ситуации. Под информационной средой будем понимать

, (6)

где W ={w₁, w₂,…, w_n} - множество объектов информационной среды; Y = {у₁,у₂,…, у_n}- множество характеристик, которыми описываются объекты w_j, j = ; К={א₁, א_2,…, א_n} – множество характеристик, по которым ведется слежение за информационной средой и производится оценка информационных ситуаций.

				Блоки переработ­ки информации (R)
1	г		1		>			1	г
Блоки переработки информации о со­стоянии информа­ционной среды (R1)			Блоки прогнозирования данных о состоянии ин­формационной (R2)					Блоки анализа и оценки информации и выработ­ки рекомендаций для принятия решений (R3)

Рис. 9. Разновидности блоков переработки информации

Решение основных задач, возлагаемых на систему производства и управления, осуществляется под непосредственным влиянием информационной среды. Информационная ситуация является отражением информационной среды средствами,

имеющимися в распоряжении определенного пользователя (функционального подразделения).

Пусть в момент t на базе совокупности состояний элемен­тов информационной среды Ω(t_i) зафиксирована ситуация Ω^*(t_i). На основе анализа зафиксированной ситуации определя­ется класс, к которому она принадлежит, и осуществляется выработка рекомендаций для принятия решения. Это является

содержанием группы ₃ БПИ.

Применительно к каждому БПИ осуществляется четырех­уровневое описание (постановка, математическая модель, про­граммная модель, документирование) и экспериментальная проверка, соответственно каждый БПИ имеет три уровня представления: функциональный уровень, уровень математи­ческой модели, уровень программной модели.

2.4. Системный анализ информационной технологии

ИТ обладает следующими четырьмя свойствами большой системы:

наличие составной цели;

необходимость учета одновременно нескольких различ­ных аспектов рассмотрения и в связи с этим наличие одновре­менно нескольких различных структур;

невозможность описания системы в одном языке, необхо­димость использования спектра языков для адекватного отра­жения в целях решения задачи, ее создания;

наличие одновременно нескольких описаний для решения данной задачи.

В процессе системного анализа осуществляется: описание процессов циркуляции и переработки информации в системе производства и управления; определение состава, структуры и плана разработки ИТ; создание обобщенного алгоритма функ­ционирования системы производства и управления в условиях

автоматизированной ИТ. Системный анализ является основой всех последующих работ по созданию ИТ для конкретной сис­темы с ориентацией не на отдельные частные задачи произ­водства и управления, а на интегрированную систему. В про­цессе системного анализа создается формализованный интер­фейс между предметной областью и специалистами, разраба­тывающими, внедряющими и использующими ИТ.

По результатам проведенного системного анализа могут приниматься решения: проведение научно-исследовательских работ; разработка технических предложений; проведение опытно-конструкторских работ; прекращение дальнейших ис­следований и разработок в данной области; проведение сис­темного анализа по уточненным исходным данным, целям и т.д.

Системный анализ ИТ распадается на три теснейшим об­разом связанных между собой этапа: 1) разработка задания на анализ конкретной ИТ (или компонентов входа); 2) разработка средств решения проблемы; 3) проведение анализа ИТ в соот­ветствии с заданием.

Этап 1. Компоненты входа вырабатываются в процессе определения: конкретных целей создания ИТ; процессов, под­лежащих автоматизации; необходимости (целесообразности) создания ИТ; состава и содержания информации, циркули­рующей в системе; требований к процессу переработки ин­формации; требований к доставке информации; ограничений (по срокам и материальным ресурсам), накладываемых на процесс создания ИТ. В результате выполнения перечислен­ных функций формируется задание на проведение системного анализа ИТ.

Этап 2. К базовым компонентам системного анализа при­надлежат: состав оптимизационных решений, подлежащих реализации в процессе анализа; способы описания процесса циркуляции и переработки информации в сети; математиче­ские методы и модели, используемые в процессе анализа.

Системный анализ относится к оценочным задачам иссле­дования операций. Качество ИТ оценивается совокупностью критериев V. В частных приложениях используются критерии:

V₁ - степень функциональной полноты; V₂ - степень своевре­менности переработки информации; V₃ - степень своевремен­ности доставки информации.

Из совокупности способов описания процесса циркуляции и переработки информации К выделены четыре основных (см. п. 2.1):

К_1, К₃- статические описания процессов циркуляции ин­формации в масштабе предприятия и сети предприятий соот­ветственно;

К₂, К₄ - технологические динамические описания процес­сов переработки информации в масштабе предприятия и сети предприятий соответственно.

Совершенно очевидно, что третий базовый компонент (используемый математический аппарат) определяется соста­вом множеств V, К и функций системного анализа.

Этап 3. Получение компонентов выхода осуществляется путем последовательной реализации исследования, разработ­ки, отладки и документирования. Исследование проводится с целью анализа задания, выбора и материализации базовых компонентов. В процессе разработки осуществляется непо­средственное достижение целей системного анализа, сформу­лированных выше. Основой построения ИТ является опорная структура, создаваемая из совокупности базисных элементов (средств вычислительной техники, системного и инструмен­тального программного обеспечения, средств системы обмена данными). Путем наложения на опорную структуру ИТ содер­жательных компонентов (информационно - технологических процессов переработки информации и баз данных) создается совокупность вариантов построения технологии, удовлетво­ряющих предъявленным ограничениям. Каждый вариант ха­рактеризуется достигнутыми значениями критериев эффек­тивности, потребными ресурсами и комментарием. Отладка -это анализ полученных вариантов, выбор одного или несколь­ких целесообразных вариантов. И, наконец, документирование - это оформление описания выбранных вариантов построения ИТ с комментариями, обеспечивающими их использование в процессе проектирования.

2.5. Информационно-технологические процессы

За элемент ППО в условиях его блочного построения при­нят информационно-технологический процесс.

Перечислим свойства ИТП.

Свойство 1. Как правило, ИТП - одно функциональный объект, т.е. предназначен для достижения одной из множества целей, стоящих перед системой производства и управления. Эта цель находит выражение в функциях ППО СМОУ, зало­женных в ИТП

Свойство 2. Составные части ИТП вступают в такого ро­да взаимодействия, в результате которых образуется новое ка­чество, не присущее новым объектам взаимодействия. Таким новым качеством служит способность обеспечить автоматиза­цию этапа процесса производства или управления с повыше­нием степени обоснованности принимаемых решений и их оперативности. Этим качеством обладает только ИТП, но ни одна из его составных частей в отдельности.

Свойство 3. При объединении в системе ППО многих ИТП проявляются их интегрированные свойства.

Многообразие ИТП подразделяется по масштабу на две основные разновидности: ординарные и комплексные ИТП. Ординарный ИТП формирует единственный выходной доку­мент, используемый в СПУ. Два или несколько ординарных процессов, имеющих общую цель и обладающих свойствами информационной и временной неразрывности, представляют собой комплексный процесс. Комплексный ИТП рассматрива­ется как некоторая совокупность информационно-связанных процессов, выходы одного процесса служат (непосредственно или через БД) входами другого.

Одним из направлений развития ППО можно считать экс­пертные системы, выделившиеся в последнее время в роли одного из самостоятельных средств ИИ. ЭС осуществляют мо­делирование деятельности специалиста узкой предметной об­ласти, сочетая информационно-справочные функции с функ­циями принятия решений, наличие средств общения конечного пользователя с системой и блока объединения решений. При этом предполагается наличие в БД ЭС информации, почерпну­той не только из различного рода источников, но и отражаю­щей индивидуальные знания специалистов о предметной об­ласти и их опыт принятия решений.

На этапе обучения ЭС накапливает знания экспертов в процессе работы с ними на основе демонстрации подтвер­ждающих и опровергающих примеров. На этапе выдачи сове­тов ЭС анализирует предложенную ей задачу, задает пользова­телю последовательность вопросов, а затем строит логическую цепочку рассуждений, приводящих к возможному решению задачи или советам по ее решению.

Любая ЭС включает в себя очень большую БД, состоящую из правил, которые могут добавляться, изменяться или исклю­чаться.

В системе производства и управления можно выделить два перспективных направления ЭС: в качестве средства рас­пространения опыта и знаний специалистов наиболее высокой квалификации (прошедшая обучение ЭС может использовать­ся на различных предприятиях отрасли, регионах и т.п.) и для повышения качества принимаемых решений в соответствии с установленными критериями и рекомендациями. ЭС нашли применение в САПР. Другими перспективными областями применения могут явиться АСНИ, АСТПП, СУГПС и др.

2.6. Технологическое описание в масштабе предприятия

Основными компонентами описания являются элементы множеств:

блоков переработки информации - = { ₁, _2,…_{, i} };

информационных массивов - М = {т₁,т₂,...,т_i };

точек диалога - С = {с₁, с₂,..., с_n};

входных документов - D = {d₁, d₂,..., d_m };

выходных документов -В .= {b₁, b_2,...,b_k };

параметрических связей между элементами множеств R, М, С, D и B - L = {l₁, l₂,…,l}.

Поскольку рассматриваемое описание отображает процесс переработки информации, развивающийся во времени, зада­ваемом на счетном множестве, а число компонент описания конечно, оно может быть отнесено к разряду конечных дина­мических систем. Наиболее удобным способом описания ди­намических систем являются графы.

Графом С (А, В) называется множество, содержащее эле­менты двух типов: вершины, или точки, составляющие мно­жество А, и дуги, или ребра, составляющие подмножество В, которое является отображением А в А, так как каждая дуга (ребро) графа обязательно соединяет между собой две разные вершины графа или одну вершину графа саму с собой.

В нашем случае вершины графа представляют собой эле­менты множеств R, М, С, D и В, а дуги — параметрические связи L. Рассмотрение технологического графа начнем с обобщенного графа информационно-технологического про­цесса (ИТП) — графа r_i, представленного на рис. 10. Граф r_i;

Рис. 10. Обобщенный граф информационно-технологи- ческого процесса

отображает процесс перера­- ботки информации, содержа-­ щейся во входных документах (D') и информационных масси­- вах (M'). Средством переработ­- ки информации служат БПИ (R'), к которым для объедине­- ния творческих возможностей людей (различных категорий пользователей СПУ) и алго-ритмизированных возможно-стей ИТ подсоединяются точки

диалога (С’). Результат перера­ботки информации - выходные документы (В'). Перечислим свойства графа r_i

Рассматриваемый граф является:

ориентированным (направленным), или диграфом, по­скольку он содержит только направленные дуги;

несвязным, так как не каждую его вершину можно соеди­нить с любой другой его вершиной;

несимметрическим, поскольку в нем не обязательно лю­бые две смежные вершины соединены двумя противоположно ориентированными дугами; неполным, так как в нем не любая пара вершин соединена одинаковым числом дуг;

мулътиграфом, поскольку в нем хотя бы две смежные вершины соединены более чем одной дугой.

Проведение системного анализа ИТ есть последователь­ное выполнение разработки задания (первый этап), разработки базовых компонентов (второй этап) и непосредственное осу­ществление СА (третий этап).

Компоненты выхода вырабатываются в процессе исследо­вания, разработки, отладки и в заключение подвергаются до­кументированию.

Схематично исследование в процессе получения компо­нентов выхода СА отражено в табл. 8. При проведении иссле­дования уточняются, формализуются и взаимоувязываются потребности, подлежащие удовлетворению, потребители, нужды которых должны быть удовлетворены, а также средства удовлетворения потребностей. Именно уточнение, формали­зация и взаимоувязка названных элементов и составляет содер­жание исследования.

Таблица 8

Схема первого этапа системного анализа

Вход		Содержание		Выход
Задание на сис­темный анализ Базовые компо­ненты системного анализа Средства опор­ной информацион­ной технологии Средства базы знаний		Материализация описаний Определение це­лесообразности авто­матизации Определение пе­речня информацион­но-технологических процессов		Описания Заключение о целе­сообразности (неце­лесообразности) ав­томатизации Перечень инфор­мационно-технологи­ческих процессов

Цель разработки - установление состава ИТП, удовлетво­ряющих ограничениям, или определение требований к аппа­ратным и программным средствам, или оценка реализуемости комплексе ИТП (в условиях ограничений).Схематично разработка в процессе получения компонен­тов выходе СА отражена в табл. 9.

Таблица 9

Схема второго этапа системного анализа

Вход		Содержание		Выход
Описание Перечень инфор­мационно-технологи­ческих процессов		Материализация описаний Построение вариан­тной сети информаци­онной технологии Выбор целесообразных вариантов		Модель предмет­ной области Целесообразные варианты построения информационной технологии

В результате выполнения алгоритма вырабатывается ва­риант (варианты) состава и структуры ЙТ, оптимальный (наи­лучший) по отношению к тому критерию, которому соответст­вует минимальный номер параметра в ключе. Применение ме­тода последовательных уступок позволяет получить вариант состава и структуры ИТ, оптимальный по отношению к век­торному критерию, рис. 11

Рис. 11. Реализация метода последовательных уступок

2.7. Создание и обработка текстовых файлов и документов

Большинство документов, предназначенных для печати на бумаге, а также многие электронные документы являются тек­стовыми, т.е. представляют собой блоки текста, состоящие из обычных слов, набранных обычными символами (буквами, цифрами, знаками препинания и др.).

При подготовке текстовых документов на компьютере ис­пользуются три основные группы операций.

Операции ввода позволяют перевести исходный текст из его внешней формы в электронный вариант, т.е. в файл, хра­нящийся на компьютере. Под вводом не обязательно понима­ется машинописный набор с помощью клавиатуры. Сущест­вуют аппаратные средства, позволяющие выполнять ввод тек­ста путем сканирования бумажного оригинала и программы распознавания образов для перевода документа из формата графического изображения в текстовый формат.

Операции редактирования позволяют изменить уже суще­ствующий электронный документ путем добавления или уда­ления его фрагментов, перестановки частей документа, слия­ния нескольких файлов в один или, наоборот, разбиения еди­ного документа на несколько более мелких. Ввод и редактиро­вание при работе над текстом часто выполняют параллельно.

При вводе и редактировании формируется содержание текстового документа. Оформление документа задают опера­циями форматирования. Команды форматирования позволяют точно определить, как будет выглядеть текст на экране мони­тора или на бумаге после печати на принтере.

2.8. Текстовые редакторы и текстовые процессоры

Так сложилось, что все электронные текстовые документы требуют ввода и, обычно, редактирования, но форматирование документа не всегда является обязательным.

Оказалось удобным иметь различные программы: одни из них используются только для ввода и редактирования текста, а другие позволяют также его форматировать. Первые програм­мы называют текстовыми редакторами, а вторые - текстовыми процессорами.

Форматирование текстового документа во многих случаях вредит делу, поскольку информация о форматировании зано­сится в текст в виде невидимых кодов. Наличие подобных ко­дов может мешать определенным программам работать с тек­стами.

Все текстовые редакторы сохраняют в файле текст и со­вместимы друг с другом. Различные текстовые процессоры за­писывают в файл информацию о форматировании по-разному и поэтому несовместимы друг с другом. Однако во многих текстовых процессорах есть возможность преобразования тек­ста из одного формата в другой.

Пример. В состав системы Windows входит стандартный текстовый редактор Блокнот и простой текстовый процессор WordPad. Текстовый редактор Блокнот не способен отобразить на экране текстовый файл, созданный в текстовом процессоре WordPad, хотя обе программы принадлежат к одной группе стандартных программ Windows и обе предназначены для ра­боты с текстами.

Текстовый процессор Word

Стандартная программа WordPad на деле является очень упрощенной версией профессионального текстового процес­сора Word, выпускаемого компанией Microsoft.

Microsoft Word - самый популярный на рынке программ­ных продуктов текстовый процессор для Windows. Word пре­доставляет невиданные ранее возможности обработки текстов с помощью множества инструментов, что значительно облег­чает выполнение форматирования. Последняя версия про­граммы носит название Word 2010, но в эксплуатации находятся также версии Word 2007, Word 2003 и еще более ранняя версия Word 97.

2.9. Электронные таблицы. Программные средства создания и работы с таблицами

Современные технологии обработки информации часто приводят к тому, что возникает необходимость представления данных в виде таблиц, В языках программирования для такого представления служат двухмерные массивы. Для табличных расчетов характерны относительно простые формулы, по ко­торым производятся вычисления, и большие объемы исходных данных. Такого рода расчеты принято относить к разряду ру­тинных работ, для их выполнения следует использовать ком­пьютер. Для этих целей созданы электронные таблицы (таб­личные процессоры) — прикладное программное обеспечение общего назначения, предназначенное для обработки различ­ных данных, представимых в табличной форме.

Электронная таблица позволяет хранить в табличной форме большое количество исходных данных, результатов, а также связей (алгебраических или логических соотношений) между ними. При изменении исходных данных все результаты автоматически пересчитываются и заносятся в таблицу. Элек­тронные таблицы не только автоматизируют расчеты, но и яв­ляются эффективным средством моделирования различных вариантов и ситуаций. Меняя значения исходных данных, можно следить за изменением получаемых результатов и из множества вариантов решения задачи выбрать наиболее при­емлемый.

При работе с табличными процессорами создаются доку­менты, которые также называют электронными таблицами. Такие таблицы можно просматривать, изменять, записывать на носители внешней памяти для хранения, распечатывать на принтере.

Рабочим полем табличного процессора является экран дисплея, на котором электронная таблица представляется в ви­де прямоугольника, разделенного на строки и столбцы. Строки нумеруются сверху вниз. Столбцы обозначаются слева направо. На экране виден не весь документ, а только часть его. До­кумент в полном объеме хранится в оперативной памяти, а эк­ран можно считать окном, через которое пользователь имеет возможность просматривать таблицу. Для работы с таблицей используется табличный курсор - выделенный прямоугольник, который можно поместить в ту или иную клетку. Минималь­ным элементом электронной таблицы, над которым можно выполнять те или иные операции, является такая клетка, кото­рую чаще называют ячейкой. Каждая ячейка имеет уникальное имя (идентификатор), которое составляется из номеров столб­ца и строки, на пересечении которых располагается ячейка. Нумерация столбцов обычно осуществляется с помощью ла­тинских букв (поскольку их всего 26, а столбцов значительно больше, то далее идёт такая нумерация - АА, АВ, ..., AZ, ВА, ВВ, ВС, ...), а строк - с помощью десятичных чисел, начиная с единицы. Таким образом, возможны имена (или адреса) ячеек В2, С265, AD11 и т.д.

Следующий объект в таблице - диапазон ячеек. Его можно выделить из подряд идущих ячеек в строке, столбце или пря­моугольнике. При задании диапазона указывают его началь­ную и конечную ячейки, в прямоугольном диапазоне - ячейки левого верхнего и правого нижнего углов. Наибольший диапа­зон представляет вся таблица, наименьший - ячейка. Примеры диапазонов - А1:А100; B12:AZ12; B2:K40.

Если диапазон содержит числовые величины, то они мо­гут быть просуммированы, вычислено среднее значение, най­дено минимальное или максимальное значение и т.д.

Иногда электронная таблица может быть составной ча­стью листа, листы, в свою очередь, объединяются в книгу (та­кая организация используется в Microsoft Excel).

Ячейки в электронных таблицах могут содержать числа (целые и действительные), символьные и строковые величины, логические величины, формулы (алгебраические, логические, содержащие условие).

В формулах при обращении к ячейкам используется два

способа адресации - абсолютная и относительная адресации.

При использовании относительной адресации копирование, перемещение формулы, вставка или удаление строки (столбца) с изменением местоположения формулы приводят к пере­страиванию формулы относительно её нового местоположе­ния. В силу этого сохраняется правильность расчётов при лю­бых указанных выше действиями над ячейками с формулами. В некоторых же случаях необходимо, чтобы при изменении местоположения формулы адрес ячейки (или ячеек), исполь­зуемой в формуле, не изменялся. В таких случаях используется абсолютная адресация. В приведенных выше примерах адре­сов ячеек и диапазонов ячеек адресация является относитель­ной. Примеры абсолютной адресации (в Microsoft Excel): $А$10; $B$5:$D$12; $M10; K$12 (в предпоследнем примере фиксирован только столбец, а строка может изменяться, в по­следнем — фиксирована строка, столбец может изменяться).

Управление работой электронной таблицы осуществляет­ся посредством меню команд.

Можно выделить следующие режимы работы табличного процессора:

• формирование электронной таблицы;

• управление вычислениями;

• режим отображения формул;

• графический режим;

• работа электронной таблицы как базы данных.

При работе с табличными процессорами создаются доку­менты, которые можно просматривать, изменять, записывать на носители внешней памяти для хранения, распечатывать на принтере. Режим формирования электронных таблиц предпо­лагает заполнение и редактирование документа. При этом ис­пользуются команды, изменяющие содержимое клеток (очи­стить, редактировать, копировать), и команды, изменяющие структуру таблицы (удалить, вставить, переместить).

Режим управления вычислениями. Все вычисления начи­наются с ячейки, расположенной на пересечении первой стро­ки и первого столбца электронной таблицы. Вычисления про­водятся в естественном порядке, т.е. если в очередной ячейке

находится формула, включающая адрес еще не вычисленной ячейки, то вычисления по этой формуле откладываются до тех пор, пока значение в ячейке, от которого зависит формула, не будет определено. При каждом вводе нового значения в ячейку документ пересчитывается заново, - выполняется автоматиче­ский пересчет. В большинстве табличных процессоров суще­ствует возможность установки ручного пересчета, т.е. таблица пересчитывается заново только при подаче специальной ко­манды.

Режим отображения формул задает индикацию содержи­мого клеток на экране. Обычно этот режим выключен, и на эк­ране отображаются значения, вычисленные на основании со­держимого клеток.

Графический режим дает возможность отображать число­вую информацию в графическом виде: диаграммы и графики. Это позволяет считать электронные таблицы полезным инст­рументом автоматизации инженерной, административной и научной деятельности.

В современных табличных процессорах, например, в Microsoft Excel, в качестве базы данных можно использовать список (набор строк таблицы, содержащий связанные данные). При выполнении обычных операций с данными, например, при поиске, сортировке или обработке данных, списки автома­тически распознаются как базы данных. Перечисленные ниже элементы списков учитываются при организации данных:

• столбцы списков становятся полями базы данных;

• заголовки столбцов становятся именами полей базы данных;

• каждая строка списка преобразуется в запись данных.

2.10. Графическая информация. Программные средства создания графических форматов

Любая информация, хранящаяся в файле, - это последова­тельность байт. Каждый байт может принимать значение от 0

до 255 (2⁸-1). Способ записи информации с помощью последо­вательности байт и называют форматом файла. То есть гра­фический формат - это способ записи графической информа­ции.

Способ представления изображения оказывает влияние на возможности его редактирования, печати, на объем занимае­мой памяти.

Существуют два основных способа кодирования графиче­ской информации: векторный и растровый. При векторном -рисунок представляется в виде комбинации простых геомет­рических фигур: точек, отрезков прямых и кривых, окружно­стей, прямоугольников и т. п. При этом для полного описания рисунка необходимо знать вид и базовые координаты каждой фигуры, например, координаты двух концов отрезка, коорди­наты центра и диаметр окружности и т. д. Этот способ кодиро­вания идеально подходит для рисунков, которые легко пред­ставить в виде комбинации простейших фигур, например, для технических чертежей.

Растровый формат, характеризуется тем, что все изобра­жение по вертикали и горизонтали разбивается на достаточно мелкие прямоугольники - так называемые элементы изображе­ния, или пикселы (от английского pixel - picture element).

В файле, содержащем растровую графику, хранится ин­формация о цвете каждого пиксела данного изображения. Чем меньше прямоугольники, на которые разбивается изображе­ние, тем больше разрешение (resolution), то есть, тем более мелкие детали можно закодировать в таком графическом фай­ле.

Размер (size) изображения, хранящегося в файле, задается в виде числа пикселов по горизонтали (width) и вертикали (height). Для примера, оптимальное разрешение современного широкоформатного монитора, как правило, составляет 1920x1080 (FullHD).

Кроме размера изображения, важной является информа­ция о количестве цветов, закодированных в файле. Цвет каж­дого пиксела кодируется определенным числом бит (bit), т.е. элементарных единиц информации, с которыми может иметь

дело компьютер. Каждый бит может принимать два значения -1 или 0. В зависимости от того, сколько бит отведено для цвета каждого пиксела, возможно кодирование различного числа цветов. Нетрудно сообразить, что если для кодировки отвести лишь один бит, то каждый пиксел может быть либо белым (значение 1), либо черным (значение 0). Такое изображение называют монохромным (monochrome).

Далее, если для кодировки отвести четыре бита, то можно закодировать 2 = 16 различных цветов, отвечающих комбина­циям бит от 0000 до 1111. Если отвести 8 бит, то такой рису­нок может содержать 2⁸ = 256 различных цветов (от 00000000 до 11111111), 16 бит - 2¹⁶ = 65 536 различных цветов (так назы­ваемый High Color). И, наконец, если отвести 24 бита, то по­тенциально рисунок может содержать 2²⁴ = 16 777 216 различ­ных цветов и оттенков - вполне достаточно даже для самого взыскательного художника! В последнем случае кодировка называется 24-bit True Color.

Способ разделения цвета на составляющие компоненты называется цветовой моделью. В компьютерной графике применяются три цветовые модели: RGB, CMYK и HSB.

Наиболее распространенным способом кодирования цвета является модель RGB. При этом способе кодирования любой цвет представляется в виде комбинации трех цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue), взятых с разной ин­тенсивностью. Интенсивность каждого из трех цветов - это один байт (т. е. число в диапазоне от 0 до 255).

Цветовая модель CMYK соответствует рисованию крас­ками на бумажном листе и используется при работе с отра­женным цветом, т. е. для подготовки печатных документов.

Цветовыми составляющими модели CMYK являются цве­та (рис. 12): голубой (Cyan), лиловый (Magenta), желтый (Yellow) и черный (Black).

Рис. 12. Цветовые составляющие модели CMYK