Система информационных технологий

В основе разработки и использовании любой ИТ должен лежать системный подход. Только такой подход может комплексно охватить проблему. Если ИТ рассматривается как система, то под этой системой мы будем понимать совокупность функциональных элементов и отношений между ними, преследующих определенную цель на определенном временном интервале. В зависимости от  поставленной цели будут меняться функциональные элементы и отношения между ними. Это значит, что мы можем выделить ряд конкретных ИТ в зависимости от цели их применения.

Есть целый ряд определений систем ИТ. Мы рассмотрим ИТ как часть метасистемы - информатики. ИТ как совокупность моделей, методов и средств обработки данных представляет собой логический уровень информатики. На этом уровне на основе программно-аппаратных средств ВТ и средств связи создаются информационно-управляющие системы на пользовательском, прикладном уровне информатики.

Существует достаточно условная градация систем: по характеру функционирования (детерминированные и вероятностные) и по степени сложности. Критерий сложности достаточно условный, но тем не менее удобен и применяем, поэтому  классификацию систем по указанному принципу.

1. Простые динамические системы - не имеют разветвленной структуры, не  большое количество элементов и связей. Они могут содержать от 10 до 1000 элементов, в простых системах отсутствуют иерархические уровни.
2. Сложные системы - с развитой иерархической структурой, большим числом элементов и внутренних связей. Связи могут содержать от 10000 до 10 млн. элементов. Их невозможно или очень трудно корректно описать математически.
3. Очень сложные системы - большие системы. Академик Б.И. Петров, один из основоположников теории больших систем, предложил для них ряд необходимых и достаточных свойств, наличие которых позволяет считать систему большой. К этим свойствам относятся:
   1. наличие структуры;
   2. наличие единой цели функционирования;
   3. устойчивость к внешним и внутренним возмущениям;
   4. комплексный состав системы;
   5. способность к развитию (и в пределе способность к самообучению).

Рассмотрим, какие из перечисленных свойств можно отнести к ИТ как системе и достойна ли она называться большой системой.

1. Наличие структуры.

Построение  любой   системы   определяется   ее структурой, по которой можно узнать, как устроена система. Взаимодействие системы с внешней средой позволяет выявить функции системы как проявление ее свойств во времени. Следовательно, строение системы и ее функции связаны через пространственно-временное отношение между ее элементами.

Элементами при системном подходе выступают отдельные подсистемы, которые при иерархическом построении обладают вертикальной подчиненностью. Иерархичность системы может быть выделена по разным направлениям: организация, функция, техническим средствам и т. д. Соответственно для больших систем выделяются такие понятия: организационная структура, функциональная структура, техническая и т.д. Структура ИТ может быть представлена следующим образом (рис.9).

Рис.9. Структура информационной технологии.

ИТ при ее реализации должна быть конкретной, поэтому она должна вписываться в организационную структуру управления конкретного объекта (ОСУ), где она применяется.

Автоматизированное управление решает комплекс функциональных задач данного объекта (КФЗ). Эти задачи описываются математической моделью, на основе чего они должны решаться, то есть функциональные задачи превращаются в решаемые задачи - комплекс решаемых задач (КРЗ).

Решаемые задачи являются исходными для ИТ. Из организационной структуры (ОС) и КРЗ определяется функциональная структура (ФС) ИТ. Это перечень задач, решение которых необходимо обеспечить для  каждого из элементов, подразделений данного объекта. При этом следует помнить, что все элементы находятся в постоянной взаимосвязи.

Основные функции ИТ - это реализация процессов сбора, подготовки, передачи, хранения, обработки и представления информации. Но эти функции подчинены главной задаче ИТ - получению новой информации на основе знаний, полученных при переработке данных.

Реализация ИТ базируется на средствах информационной технологии (СИТ):

• МС - математические средства - совокупность моделей разного уровня. От глобальных моделей принятия решений по всем задачам управления до частных моделей отдельных информационных процессов. При рассмотрении математических моделей используется принцип декомпозиции - то есть переход от более общих к частным моделям. Эти процедуры реализуются с помощью типовых проектных решений.
• ТС - технические средства ИТ включают вычислительные машины разных уровней и специализированные устройства на их основе - АРМы, сети, оргтехника и т.д.
• АС - алгоритмические средства включают в себя алгоритмы реализации МС, то есть моделей. АС раскрываются на основе программного обеспечения. Сюда относятся операционные системы, системы программирования, общесистемное и прикладное ПО.
• ИС - информационные средства. К ним относятся базы и банки данных, базы знаний.
• МС - методические средства - описания, инструкции и другая документация по использованию ИТ для решения функциональных задач управления.

Обобщенная функциональная структура ИТ может быть представлена на следующей схеме.

Рис.10.Обобщенная функциональная структура ИТ.

Формирование информационного ресурса (ФИС) - это центральная функция информационного процесса. Имеется в виду получение новой информации, обновление ресурса. Информационный ресурс образуется при решении задач на базе организации информационных процессов (ОИП). Стыковка отдельных фаз информационного процесса (сбор, обработка, передача и др.) осуществляется путем реализации процедур (РП). Под процедурами понимаются процессы преобразования, кодирования, модуляции. Процедуры автоматизируются путем реализации информационно-вычислительных работ (РР).

Продемонстрировав наличие структуры ИТ,  можем признать , что первому признаку большой системы  ИТ удовлетворяет.

2. Наличие единой цели функционирования.

Большая   система    имеет единую цель. Но в большой системе обязательно наличие подсистем, у которых также есть собственные цели. Понятно, что цель системы подчиняет себе цели подсистем.

Цели ИТ как системы является формирование новой информации, используемой для повышения эффективности действия той системы, где она используется.

Степень достижения любой цели, стоящей перед системой, определяется показателем, который называется «критерий эффективности функционирования системы». Для отдельных информационных процессов можно привести частные критерии эффективности, в соответствии с теми целями, которые преследуют эти процессы, например:

Для процесса передачи информации такими критериями могут быть минимальная вероятность ошибки при ограничении на скорость передачи информации или максимум скорости передачи при ограничении на вероятность ошибки.

Для процесса преобразования: максимум скорости преобразования при ограничении достоверности восстановления сигнала.

Общий критерий эффективности информационного процесса может быть сформулирован как интегральный на основе частных критериев. Для этого используется аддитивная или мультипликативная форма, учитывающая весовые коэффициенты критериев.

Здесь уместно указать на то, что частные оптимумы критерия могут не совпадать с глобальным критерием, что подтверждается свойством эмерджентности больших систем. Эмерджентность  - внутренней свойство большой системы обладать чертами, не присущими ни одному ее элементу. Под элементом здесь имеется в виду подсистема. Чем больше система и меньше рассматриваемый элемент, тем больше, вероятнее различия в свойствах. Это проявляется в том, что при оптимизации процессов управления частные оптимумы подсистем не совпадают с глобальным оптимумом критерия   всей системы.

Поэтому, уж коли мы решили рассматривать ИТ как «большую» систему, следует помнить о свойствах эмерджентности при определении критерия эффективности, который в свою очередь определяет цель функционирования.

Взаимодействие информационных процессов в составе ИТ должно базироваться на основе взаимоувязанных целей. А эти цели подчиняются одной глобальной цели - формированию информационных ресурсов.

Мы доказали, что ИТ имеет общую цель и по этому признаку тоже подпадает под определение «большой системы».

Следует только добавить, что цели нельзя ставить вне зависимости от имеющихся средств. Существует причинная связь между целями и средствами. Цели ИТ менялись в зависимости от развития средств вычислительной техники, ПО и т. д. Развитие средств идет и сейчас довольно активно. Поэтому можно предвидеть и новые глобальные цели ИТ.

3. Устойчивость к внешним и внутренним возмущениям. 

ИТ  должна удовлетворять требованиями той организационной  системы, в которую она внедряется. Информационные процессы ИТ непрерывно подвергаются внешним  и  внутренним  возмущениям  со  стороны  организационной системы. Эти возмущения могут возникать по следующим причинам: неадекватность выбранных моделей реальным процессам, неидеальность реализации модели, ошибки в деятельности персонала, ненадежность аппаратных и программных средств.

При всех этих неприятностях система ИТ должна обладать и проявлять свойства «гомеостаза». Гомеостаз - устойчивость внутреннего состояния и основных функций системы, поддержания состояния устойчивого равновесия системы с внешней средой. При изменении внешних условий механизм саморегулирования системы должен обеспечить быстрое реагирование системы на изменение. Гомеостаз - это свойство, проявляемое во внешних связях системы.

Устойчивость системы обеспечивается за счет введения обратных связей на различных уровнях организации информационных процессов.

Сохранению устойчивости помогают такие меры, как введение тестовых сигналов, применение избыточных кодов, избыточных сигналов и структур, например:

• При передаче информации средствам обеспечения устойчивости к внешним возмущениям (помехам) является помехоустойчивые виды модуляции, корректирующие коды.
• При хранении информации устойчивость обеспечивается специальной организацией информационных массивов, копированием.
• Контроль обработки информации обеспечивается тестами, обнаруживающими кодами, специальными сигналами, контролирующими ход вычислительного процесса.

То есть ИТ как система устойчива к возмущениям, адаптируется к ним. Средства обеспечения ее устойчивости являются неотъемлемой частью самой ИТ.

Комплексный состав системы.

ИТ является уникальной системой по своему составу. Имея организационную структуру, соответствующую той системе, куда она вживляется, ИТ реализует огромное количество функций на очень разных средствах.

Эти средства - модели и методы решения задач, банки данных и базы знаний, программы, технические средства и средства связи.

Такое разнообразие приводит к очень большим затратам на разработку системы ИТ. Огромен труд по разработке и увязке программно-аппаратных средств и техники связи. Комплексный состав ИТ порождает большое число решений для конкретных разработок, поэтому очень важной задачей является типизация решений в соответствии с уровнями и областями использования ИТ.

Выделение типовых направлений применения позволит создать набор типов ИТ, реализуемых на стандартных программно-аппаратных средствах.

Типовой состав ИТ можно представить на схеме

Рис.11. Типовой состав системы ИТ

ИТ носит конкретный характер и соответствует определенной предметной области. Для этого в состав технологии вводится «модель предметной области» (МПО). Она ориентирована на комплекс решаемых задач (КРЗ). Эта модель программно осуществляется на ЭВМ. На основе реализации этой модели строится модели решения задач организации информационных процессов для данной структуры технологии, то есть определяется совокупность информационных процессов (СИП). Взаимодействующие информационные процессы образуют контур переработки информации.

В соответствии с глобальной целью ИТ формируется банки данных и базы знаний (БД и БЗ). Именно в БЗ возникает новая информация, что и составляет информационный ресурс (ИР).

Рассматриваемые составляющие реализуются с помощью средств информационной технологии (СИТ).

Модель предметной области входит в математические средства; информационные процессы базируются на программно-аппаратных средствах сбора, переработки, хранения и обработки информации. Базы данных и базы знаний входят в состав информационных средств. Информационные ресурсы формируются в памяти ЭВМ и выводятся в виде новой информации по требованию пользователя.

Мы доказали, что ИТ обладает комплексным составом своих компонентов. Ее создание, реализация и эксплуатация должны проходить на базе системного подхода.

Способность к развитию.

Наконец,  пятое  условие  соответствия ИТ «большим системам» - способность к развитию.

Развитие ИТ должно идти, во-первых, по пути охвата все большего количества уровней управления в системе, и, во-вторых, по пути расширения количества выполняемых функций. Принципиально новые возможности в развитии технологии дает появление новых средств. Это средства реализации информационных процессов, возможно, разработка новых носителей информации, новые средства накопления. Это совершенствования вычислительных средств, программно-аппаратных средств, например. Совершенствование экспертных систем даст возможность изменить характер «принятия решений» - то есть доберется о верхнего уровня организационной структуры системы управления.

Таким образом, ответив положительно на пять предъявленных вопросов, соответствует ли ИТ структуре «больших систем», мы получим право и возможность поступать с ИТ в соответствии с системным подходом. Воспользуемся этим правом и приступим к созданию системы «информационная технология».