3008
.pdf5
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОРОНЕЖСКИЙ ИНСТИТУТ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Т.А. Некравцева, Т.О. Толстых, О.Н. Чопоров
МОДЕЛИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ И ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ
Воронеж 2000
6
УДК 381.3 Некравцева Т.А., Толстых Т.О., Чопоров О.Н. Моделирование, анализ и
оценка надежности информационных систем и технологий: Учеб. Пособие. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2000. 220 с.
Рассматриваются основы теории моделирования, системное моделирование, имитационное моделирование, математические модели процессов функционирования систем, теория систем массового обслуживания, сетевые модели, вопросы статистической обработки ретроспекивной информации и результатов имитационного моделирования, общие правила построения и способы реализации моделей систем на ЭВМ, методологические основы обеспечения надежности информационных систем.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 190500 «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» и 071900 «Информационные системы» при изучении курсов «Моделирование информационных процессов и систем», «Моделирование биологических процессов и систем», «Надежность информационных систем», «Информационные технологии», а также может быть полезным для студентов и аспирантов, изучающих данное направление.
Методические указания подготовлены на магнитном носителе в текстовом редакторе MS Word 7.0 и содержатся в файле ―ЛР №1_2 по курсу ЗИ.doc‖
Табл. 6. Ил. 30. Библиогр.: 30 назв.
Научный редактор д-р техн. наук И.Я. Львович.
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
Рецензенты: кафедра информационно-технического обеспечения ОВД Воронежского института МВД России (начальник кафедры д-р техн. наук, проф. Д.Б. Десятов);
Д-р техн. наук, проф. А.Г. Юрочкин
Некравцева Т.А., Толстых Т.О., Чопоров О.Н. Оформление. Воронежский государственный
7
ВВЕДЕНИЕ
На современном этапе экономического развития страны одной из важнейших, наиболее острых и неотложных проблем является качество и надежность продукции и работ (услуг). Немаловажное место при решении этой проблемы занимает повышение качества и надежности разработок в области создания информационных систем, используемых в различных сферах деятельности: обработки данных, проектирования, научных исследований и т.п. Качество функционирования информационных систем является одним из важнейших факторов успешной деятельности любой организации (компании, корпорации, фирмы или предприятия, являющиеся филиалом или самостоятельным учреждением, общественным или частным). Решение проблемы качества и надежности тесно связано и с экономической эффективностью, повышение которой особенно важно для развития экономики любой организации в условиях рыночного хозяйствования.
Повышение качества и надежности разработок в области создания информационных систем - многогранная проблема. Она имеет социальный, экономический, научно-технический, организационно-технический и другие аспекты.
Социальный аспект проблемы заключается в необходимости своевременного приведения качества и надежности разработок в соответствие с постоянно ужесточающимися во всем мире требованиями, предъявляемыми потребителем к качеству продукции, которое в первую очередь определяется такими социальными факторами, как профессиональное мастерство и качество труда. Ужесточение требований сопровождается осознанной всеми необходимостью постоянного повышения качества, без чего невозможно достижение и поддержание эффективной деятельности.
Экономический аспект проблемы повышения качества и надежности продукции и работ (услуг) определяется тем, что данная проблема является частью более общей проблемы - повышения эффективности общественного производства.
Научно-технический аспект проблемы обуславливается тем, что, с одной стороны, уровень качества разработок информационных систем зависит от достижений науки и техники, а также темпов внедрения достижений в различных сферах производственной и непроизводственной деятельности, а с другой – тем, что уровень качества и надежности разработок ИС определяющим образом влияет на темпы научно-технического прогресса.
8
Организационно-технический аспект проблемы повышения качества и надежности проектных разработок ИС определяется зависимостью ее решения от уровня организации общественного производства в целом, а также от конкретных организаций, выполняющих разработки проектов ИС.
Информационная система является уникальной системой для каждого отдельного объекта и требует особого подхода к процессу разработки и внедрения. Сложность разработки, связанная с невозможностью экспериментальной проверки проектных решений до момента внедрения написанных и отлаженных компьютерных программ, а также полной отработки операций, выполняемых персоналом, требует тщательной проработки основных принципиальных решений при проектировании и обеспечении возможности их дальнейшей корректировки в процессе функционирования. Это объясняется тем, что все ошибки проектирования подобных систем проявляются практически только при вводе системы в эксплуатацию. Учитывая, что система предназначена для осуществления сложных по структуре процессов, следует предусмотреть возможность ее адаптации, то есть приспособление системы к изменению функционирования объекта управления (хозяйствующего объекта) под влиянием воздействий внешней среды или внутренних вздействий. Это возможно с использованием математических моделей и организации имитационного эксперимента. В процессе создания необходимо включать в ИС современные формы организации и методы проектирования, средства вычислительной и организационной техники таким образом, чтобы не была нарушена непрерывность развития объекта автоматизации и создаваемые системы в дальнейшем могли модифицироваться (расширяться, развиваться), но не создаваться заново. Опыт подсказывает, что это может быть достигнуто за счет интеграции в одну целостную систему процессов управления разработкой и внедрением ИС, а также за счет повышения качества и надежности этих процессов, а также процесса функционирования ИС.
9
ГЛАВА 1. РАЗВИТИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЙ "ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ"
Как отмечалось выше, в настоящее время методы и средства информатики материализуются и доходят до конечного пользователя в виде информационных технологий.
В толковом словаре по информационной технологии "Dictionary of Information Technology" (1982 г.) говорится, что информационная технология - это получение, обработка, хранение и передача графической, текстовой, цифровой, аудио- и видеоинформации на основе микроэлектронных средств вычислительной техники и связи.
В толковом словаре по вычислительной технике "Dictionary of Computing" (1986г.) под информационной технологией подразумевают любую форму технологии, т.е. любые средства, используемые человеком, для обработки информации.
Определение. Информационные технологии – это совокупности методов и средств реализации информационных процессов в различных областях человеческой деятельности.
При этом под информационными процессами понимают следующие:
-сбор, прием, восприятие (эти процессы отражают взаимодействие системы с внешней средой);
-передача информации между отдельными подсистемами системы;
-переработка, анализ, отбор информации, создание новой информации, использование информации;
-хранение, запоминание информации;
-передача информации из системы во внешнюю среду.
Классификация информационных технологий
Рассмотрим вариант классификации, учитывающий возможность выделения типовых задач обработки информации, а также эффективность разработки, воспроизводства и применения технологий.
В составе основных операций по обработке информации, таких как создание, накопление, преобразование, передача, поиск, распределение, вывод и других, можно указать ряд автономных типовых функций обработки информации. К ним, в частности, относятся:
-математические вычисления;
10
-аналитические и символьные преобразования;
-математическое моделирование;
-алгоритмизация;
-программирование; обработка текстовой информации (занесе-
ние;
-изменение, контекстный поиск и др.);
-обработка табличной информации (занесение, вычисления и др.);
-деловая графика (диаграммы, схемы и др.);
-машинная графика (занесение, преобразование, выделение и др.);
-обработка изображений (ввод, преобразование, выдача, архивиза-
-ция, передача и др.);
- обработка сигналов, в т.ч. звуковых (ввод, преобразование,
-хранение, вывод и др.);
-передача и распределение информации и др.
Информационные технологии можно классифицировать по следующим критериям:
-функционально-ориентированные технологии;
-предметно-ориентированные технологии;
-проблемно-ориентированные технологии.
Функционально-ориентированные информационные технологии предназначены для реализации одной из типовых относительно автономных задач обработки информации. Такие технологии могут обладать довольно высокой степенью универсальности и быть доступными для разработки и воспроизводства при минимальном участии будущего потребителя.
Предметно-ориентированные информационные технологии предназначены для решения конкретной специфической задачи в конкретной области. Они максимальным образом удовлетворяют частным требованиям данного применения и могут обладать наименьшей степенью универсальности. Как правило, их появление невозможно без участия будущего пользователя.
Однако часто удается обобщить требования со стороны ряда конкретных приложений и выделить некоторые прикладные проблемы. Отсюда возникает понятие проблемно-ориентированной технологии, которая занимает в определенной степени промежуточное положение между функцио- нально-ориентированной и предметно-ориентированной технологией. Потенциальные пользователи такой технологии могут принять участие в ее разработке только на начальной стадии обобщения и типизации конкретных задач или конечной стадии - при разработке некоторых специализированных
11
дополнений. Это позволяет основную часть технологии создавать автономно от пользователя и применять унифицированные технические решения.
В соответствии с выбранной классификацией к функциональноориентированным технологиям относятся:
-математические вычисления;
-аналитические и символьные преобразования;
-математическое моделирование;
-алгоритмизация;
-программирование;
-обработка текстовой информации;
-обработка табличной информации;
-деловая графика;
-обработка изображений;
-обработка сигналов;
-передача и распределение информации и др.
Предметно-ориентированные технологии базируются на использова-
нии:
-информационно-поисковых систем;
-баз данных и баз знаний;
-экспертных систем;
-систем автоматизации научных исследований;
-систем автоматизированного проектирования;
-систем автоматизации профессионального труда;
-систем автоматизации производства;
-обучающих систем;
-настольно-издательских систем;
-систем для перевода с одного языка на другой;
-телеконференций и др.
Примерами проблемно-ориентированных информационных технологий могут служить технологии для:
-медицинских систем;
-общего и специального профессионального обучения;
-страховых, финансовых и банковских систем;
-средств массовой информации;
-средств социальной реабилитации;
-игровых и развлекательных систем;
-применений в быту.
12
В зависимости от поставленных целей возможно использование и других критериев классификации. Например, по типу применяемых ЭВМ, программных средств, средств передачи данных.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1 Что понимается под информационными технологиями?
2.Понятие информыционных процессов.
3.Классификация информационных технологий
4.По каким критериям можно классифицировать информационные технологии ?
5.Функционально-ориентированные технологии.
6.Предметно-ориентированные технологии.
7.Проблемно-ориентированные технологии.
13
ГЛАВА 2. СИСТЕМНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
В настоящее время при анализе и синтезе больших ИС получил развитие системный подход, который отличается от классического или индуктивного подхода. Последний рассматривает систему путем перехода от частного к общему и синтезирует систему путем слияния еѐ компонент, разрабатываемых раздельно. В отличие от этого системный подход предполагает последовательный переход от общего к частному, когда в основе рассмотрения лежит цель, причем исследуемый объект выделяется из окружающей среды.
2.1. Основные понятия теории системного моделирования
Внастоящее время нельзя назвать область человеческой деятельности,
вкоторой в той или иной степени не использовались бы методы моделирования. Особенно это относится к сфере управления различными системами, где основными являются процессы принятия решений на основе получаемой информации.
Модель (лат. modulus — мера) — это объект-заместитель объектаоригинала, обеспечивающий изучение некоторых свойств оригинала.
Моделирование - это представление объекта моделью для получения информации об этом объекте путем проведения экспериментов с его моделью. Теория замещения одних объектов (оригиналов) другими объектами (моделями) и исследования свойств объектов на их моделях называется тео-
рией моделирования.
В процессе изучения модель выступает в роли относительного самостоятельного квазиобъекта, позволяющего получить при исследовании некоторые знания о самом объекте.
Если результаты моделирования подтверждаются и могут служить основой для прогнозирования процессов, протекающих в исследуемых объектах, то говорят, что модель адекватна объекту. При этом адекватность модели зависит от цели моделирования и принятых критериев.
14
Принципы системного подхода в моделировании систем
При анализе и синтезе больших систем используются два подхода: классический (или индуктивного) и системный подход.
Индуктивный подход рассматривает систему путем перехода от частного к общему и синтезирует (конструирует) систему путем слияния ее компонент, разрабатываемых раздельно.
Системный подход предполагает последовательный переход от общего к частному, когда в основе рассмотрения лежит цель, причем исследуемый объект выделяется из окружающей среды.
Введем некоторые определения:
Система S — целенаправленное множество взаимосвязанных элементов любой природы.
Внешняя среда Е — множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздействием.
Важным для системного подхода является определение структуры системы — совокупности связей между элементами системы, отражающих их взаимодействие. Выделяют структурный и функциональный подход к исследованию структуры системы и ее свойств.
При структурном подходе выявляются состав выделенных элементов системы S и связи между ними. Совокупность элементов и связей между ними позволяет судить о структуре системы, которая в зависимости от цели исследования может быть описана на разных уровнях рассмотрения. Наиболее общее описание структуры — это топологическое описание, позволяющее определить в самых общих понятиях составные части системы и хорошо формализуемое на базе теории графов.
Менее общим является функциональное описание, когда рассматриваются отдельные функции, т. е. алгоритмы поведения системы, и реализуется функциональный подход, оценивающий функции, которые выполняет система, причем под функцией понимается свойство, приводящее к достижению цели.
Проявление функций системы во времени S(t), т. е. функционирование системы, означает переход системы из одного состояния в другое, т.е. движение в пространстве состояний Z. При эксплуатации системы S весьма