Подробиці Опубліковано: 21 апреля 2016 Переглядів: 1907
1. Введення
2. Що вивчає дисципліна інформатика
3. Поняття архітектури систем
4. Приклади архітектур
література
Метою досліджуваної нами дисципліни є розгляд нутрощів інформаційно-обчислювальних систем і мереж для подальшого осмисленого їх використання в подальшій професійній діяльності. Причому треба розуміти, що вивчити в нашому курсі все про системах і мережах неможливо. Тому завдання викладача - донести в лекційних матеріалах найістотніші, основоположні, тобто фундаментальні якості і риси досліджуваних в курсі систем. І орієнтуватися викладачеві і студенту треба не на принцип утворення на все життя, а на принцип освіта через усе життя. Наслідком цього принципу є постійна робота з літературними джерелами та придбання професійного досвіду в конкретній галузі. Як правило, викладач має перелік пріоритетних напрямків досліджень і актуальних практичних завдань, які можуть і повинні використовуватися для поглибленого опрацювання цікавлять студентів тем.
Накопичений мною досвід роботи в області, яка зараз називається інформатика, підтверджує важливість виділення і подальшого осмислення в ній найістотніших, фундаментальних, стійких і довгоживучих знань. Іншими словами, тільки отримавши подання про досліджуваних об'єктах, проблеми їх проектування і створення, тенденції розвитку можливий правильний подальший вибір траєкторії навчання. Дилема викладання полягає в підборі для вивчення такого складу досліджуваного матеріалу, який з одного боку повинен враховувати освітній стандарт спеціальності (стандарт переглядається кожні п'ять років і це надзвичайно рідко для такої динамічно розвивається області знань, як інформатика), а з іншого боку бути актуальним для поточного часу в регіоні. Тому-то і формуються різні навчальні модулі, які задовольняють вимогам стандарту спеціальності, але при цьому мають різний рейтинг актуальності, котрий простежується в кінцевому підсумку на рейтингу кафедри і навчального закладу в цілому.
Виділені в попередньому тексті курсивом вираження мають філософський зміст. Пояснимо смислове навантаження слова інформатика і деякі підходи до вивчення нашої дисципліни.
2. Що вивчає дисципліна інформатика
Вся історія розвитку людської діяльності нерозривно пов'язана з розвитком засобів відбору, накопичення і передачі інформації. Так ще в 4000 - 1300 до н. е. представники першої відомої шумерської цивілізації записують інформацію на вкритих глиною дощечках, а в 3000 до н. е. в Вавилоні були винайдені рахунки. Відомо також, що наука як усвідомлене дослідження закономірностей явищ природи і суспільства виникла у древніх греків. Людина вже в ту пору в повній мірі усвідомив, як надзвичайно важко здійснювати будівництво, проводити наукові дослідження, вести комерційні та торговельні справи, вдаючись до допомоги одного лише розуму, який до того ж був вкрай ненадійним "інформаційним банком". Смерть обривала нитки життя, а разом з нею в безодні Аїда виявлялися і багато цінних відкриття, втрачалися секрети давніх майстрів. Книга - це перший і, може бути, найголовніший етап інформаційної революції. Винахід друкарської машинки, телефону, телеграфу, радіо, диктофона, телебачення, комп'ютера, сучасних засобів наземного і космічного зв'язку - такі етапи і шляхи становлення і тріумфу інформаційної ери. Створюється враження, що твердження Н. Вінера "дійсно жити - це означає жити, маючи в своєму розпорядженні правильну інформацію" не втратило своєї актуальності.
Що ж сьогодні являє собою інформатика? Інформатика - це "комплекс проблем і наукових напрямків, пов'язаних з методами, засобами і процесами опису, отримання, передачі та обробки інформації в різних областях людської діяльності". У літературі англійською мовою синонімом терміна інформатика є, мабуть computer sciences - комп'ютерні науки. Слід розуміти також, що інформатика як область знання включає в себе або взаємодіє з такими науковими напрямками, як обчислювальна техніка, обчислювальна математика, математична логіка, теорія масового обслуговування, теорія зв'язку, мікроелектроніка, точна механіка, лінгвістика, дослідження операцій, штучний інтелект, розпізнавання образів і рядом інших.
До теперішнього часу світовою спільнотою: усвідомлений високо розвиваючий потенціал інформатики і їй надано статус фундаментальної дисципліни; визначена структура предметної галузі інформатики та розроблена концепція викладання інформатики, що охоплює всі рівні освіти. Стосовно до системи освіти в Росії підготовка з інформатики поділяється на базову і спеціальну. Мета базової підготовки - дати учнем знання з основ інформатики, необхідні в подальшому для отримання спеціальної підготовки в конкретних предметних областях діяльності. Центр тяжкості базової підготовки в структурі системи освіти Росії (основні етапи -дошкольное, початкова і середня школа, вища школа, аспірантура, докторантура) має природну тенденцію у міру систематизації знань по інформатики до зміщення з більш високих рівнів на нижчі.
Як в більшості наук, в інформатиці можна умовно виділити два найважливіші напрямки: теоретичну інформатику і прикладну інформатику. Відповідно до сучасної концепції структури предметної галузі інформатики теоретична інформатика, будучи математичною дисципліною, широко використовує методи математичного моделювання для обробки, передачі і використання інформації, створюючи тим самим фундамент, на якому покоїться вся будівля інформатики. Прикладна інформатика - це величезний набір засобів інформатики, що включає в себе інформаційно-обчислювальну техніку, мережі та комплекси ЕОМ, технічні засоби зв'язку і комп'ютерні телекомунікаційні системи, аудіо- та відео- системи, системи мультимедіа, програмні засоби, обчислювальні й інформаційні середовища. До прикладної інформатики прийнято відносити і інформаційні технології навчання, проектування, управління об'єктами, процесами, системами.
Прикладом нового підходу до досліджень в галузі інформатики може служити перелік пріоритетних напрямів фундаментальних досліджень РАН, в розділі Технічні науки якого інформатика представлена за наступними напрямками:
- Розробка наукових основ інформатики, інформаційно-обчислювальних систем і мереж, системний аналіз.
- Математичне моделювання, методи обчислювальної і прикладної математики та їх застосування до фундаментальних досліджень в різних областях знань.
- Фундаментальні проблеми побудови систем автоматизації, математичні методи дослідження складних керуючих систем і процесів.
- Проблеми штучного інтелекту, розпізнавання образів, прийняття рішення та експертні системи.
- Теорія інформації та управління, інформаційні процеси в системах і мережах, біоінформатика.
- Паралельні обчислення, системи масового паралелізму, програмне забезпечення
- Інтегровані інформаційно-телекомунікаційні системи і мережі.
- Архітектура, системні рішення та програмне забезпечення інформаційно-обчислювальних комплексів нових поколінь.
- Нейроінформатика і оптико-нейронні системи обробки інформації.
- Мікроелектроніка, наноелектроніка і твердотільна електроніка як база розвитку інформатики.
Основним висновком даного розділу, на мою думку, слід некоректне використання словосполучень типу "інформатика та обчислювальна техніка" або "комп'ютерні мережі та інформатика". Оскільки і обчислювальна техніка, і комп'ютерні мережі є розділами інформатики. Навряд чи в наш час ми знайдемо, наприклад, назва "кафедра вищої математики та диференціального обчислення", оскільки розуміємо, що диференціальне числення є розділом вищої математики. Не будемо ж зловживати повсюдним використанням слова інформатика в поєднанні з іншими словами, конкретизують смислове навантаження слова інформатика.
При вивченні інформатики необхідно позначити межі (або глибину) досліджуваної предметної області. У нашому курсі обчислювальні системи, комплекси та мережі для аналізу і синтезу досить складних об'єктів обраний широко використовуваний спосіб розчленування об'єкта на різноманітні елементи (рівні) з подальшим дослідженням безлічі одержуваних структур їх взаємодії. Цей напрямок аналізу і синтезу складних систем отримало назву АРХІТЕКТУРИ СИСТЕМ. Залежно від об'єкта дослідження ми будемо розглядати архітектури обчислювальних систем, комплексів і мереж. Під архітектурою досліджуваних нами об'єктів (в широкому сенсі) розуміється сукупність їх властивостей і характеристик, розглянутих з різних точок зору.
Так, наприклад, для Користувача системи важливими є такі характеристики, як продуктивність на класі задач, для вирішення яких вона купується, система (системи) програмування, розмір доступної для використання пам'яті, спосіб доступу до системи і т.д. З точки зору Персоналу, який обслуговує дану систему, важливі такі властивості системи, як моніторинг (засоби спостереження, управління, конфігурації, тестування) і надійність системи. З точки зору Конструктора системи найбільш важливими є способи побудови (архітектурні рішення) системи, що задовольняють сформульованим замовником вимогам. На початку проектування системи Конструктор в цілому представляє систему у вигляді сукупності функціональних блоків, певним чином пов'язаних (ЛОГІЧНІ компоненти системи). Далі Конструктор системи на підставі стану справ і перспектив розвитку вибирає елементну базу, середовища передачі даних (ФІЗИЧНІ компоненти системи), операційну систему, системи програмування (програмні компоненти системи).
Найбільш суворе визначення поняття АРХІТЕКТУРИ СИСТЕМ, мабуть, приведено у Е.А.Якубайтіса [3]: - "АРХІТЕКТУРА СИСТЕМИ є ємним поняттям, що включає три найважливіших виду взаємопов'язаних структур: фізичний, логічний і програмне. Крім того, аналізуючи інші аспекти архітектури , часто розглядають структури адміністративного управління, обслуговування і ремонту. Кожна з цих структур визначається набором елементів і характером їх взаємозв'язку. Зв'язок структур між собою утворює АРХІТЕКТУРУ розглянутої СИСТЕМИ. Еле ментами ФІЗИЧНОЇ СТРУКТУРИ є технічні об'єкти. В залежності від того, які завдання вирішуються, цими об'єктами можуть бути напівпровідникові кристали, частини обчислювальних машин, а також комплекси, складені з останніх. Елементами Логічна структура є функції, що визначають основні операції. Дуже важливою характеристикою архітектури системи є також її ПРОГРАМНА СТРУКТУРА. Цю структуру утворюють взаємопов'язані програми: програми обробки інформації, та ін. Таким чином, АРХІТЕКТУРА СИСТЕМИ (вичисл котельної мережі, термінального комплексу, обчислювальної машини, напівпровідникового кристала) є концепція взаємозв'язку великого числа різного типу елементів. Вона в основному характеризується переплетенням ФІЗИЧНОЇ, ЛОГІЧНОЇ І ПРОГРАМНОЇ СТРУКТУР цієї системи ".
Результатом вивчення курсу повинно бути розуміння внутрішнього устрою систем і мереж. Як вже раніше зазначалося, всі системи і мережі ми не зможемо вивчити, але використовувані підходи і методи до вивчення найбільш важливих з них повинні послужити основою для аналізу, проектування або експлуатації інших наявних або знову виникають систем. Так, наприклад, зображені на малюнках 1, 2, 3 архітектура поштової системи в Internet дає цілісне розуміння її функціонування і в залежності від подальшої професійної орієнтації вказує шлях (траєкторію пізнання) подальшої спеціалізації.
У нашому випадку це конфігурація окремих компонент або / та системне адміністрування поштової системи і т. Д. При розгляді досліджуваного об'єкта необхідно постійно ставити перед собою і відповідати на основні взаємопов'язані питання цікавою дітвори: що, навіщо, чому і як? І якщо ви, прослухавши курс, зрозумієте хоча б частину понять, зображених на малюнках, то будете, по крайней мере, знати, що ж ви не знаєте. Ось така тавтологія - я знаю, що не знаю! Хай допоможе нам бог - вам у вивченні предмета, а мені у викладі матеріалу - пам'ятаючи: на бога надійся, а сам не зівай.
Мал. 1.1 Фізична структура поштової системи Internet.
Рис.1.2. Логічна структура поштової системи.
Мал. 1.3. Програмна структура поштової системи.
- Політика в галузі освіти і нові інформаційні технології / Національна доповідь Російської Федерації на II Міжнародному конгресі ЮНЕСКО; Освіта і інформатика / Журн. Інформатика та освіта. N5.- 1996 р
- Смирнов А.Д. Архітектура обчислювальних систем: Учеб. посібник для вузів. М .: Наука. Гл. ред. фіз.мат. лит., 1990. 320 с.
- Якубайтіс Е.А. Архітектура обчислювальних мереж. М .: Статистика, 1980. 279 с., Іл.
При розгляді досліджуваного об'єкта необхідно постійно ставити перед собою і відповідати на основні взаємопов'язані питання цікавою дітвори: що, навіщо, чому і як?