Кибернетические аспекты информатики. Функции человека и машины в системах управления. Роль и место ИС в управлении объектами. Защита информации в ИС. Реализация концепции файловых систем средствами языка Паскаль: типизированные файлы.

 

 

Кибернетика – это наука об общих законах получения, хранения, передачи и преобразования информации в системах различной природы (кибернетика имеет дело со сложными управляемыми системами, но она не стремится разобраться в их внутреннем механизме, ее интересуют лишь процессы взаимодействия между такими системами или их компонентами). Основал кибернетику в конце 1940-х гг. американский ученый Норберт Винер. Сегодня кибернетику считают частью информатики, ее «высшим» разделом. Информатика в целом шире кибернетики, так как в информатике имеются аспекты, связанные с архитектурой и программированием ЭВМ, которые непосредственно к кибернетике отнести нельзя. Рассмотрим разделы кибернетики.

1)      Исследование операций. Под этим термином понимают применение математических методов для обоснования решений в различных областях целенаправ­ленной человеческой деятельности. ИО включает в себя следующие разделы: 1) математическое программирование (обоснование планов, программ хозяйственной деятельности): линейное, нелинейное и динамическое программирование; 2) теорию массового обслуживания; 3) теорию игр. Эти разделы не связаны непосредственно с ЭВМ и техническими системами.

2)      Системы автоматического (автоматизированного) регулирования. Этот раздел тесно связан с разработкой технических систем автоматизированного регулирования и управления технологическими и производственными процессами.

3)      Распознавание образов. Этот раздел возник в связи с необходимостью моделирования в технических системах восприятия человеком знаков, предметов и речи, а также формирования у человека понятий.

4)      Вершиной кибернетики (и всей информатики в целом) является раздел, посвященный проблемам искусственного интеллекта. Большинство современных систем управления обладают свойством принятия решений - свойством интеллектуальности, т. е. в них смоделирована интеллектуальная деятельность человека при принятии решений.

 

Хорошо изученной сферой применения кибернетических методов является тех­нологическая и производственная сфера, управление промышленным предприяти­ем. Задачи, возникающие в управлении предприятием среднего и большого мас­штаба, весьма сложны, но допускают решение с использованием ЭВМ. Системы управления хозяйством предприятий или терри­торий (регионов, городов), использующие ЭВМ для переработки и хранения информации, получили название автоматизированных систем управления (АСУ). По своему характеру такие системы являются человеко-машинными, т. е. наряду с использованием мощных компьютеров предполагающими наличие в них человека с его естественным интеллектом. В человеко-машинных системах предполагается следующее разделение функций человека и машины: машина хранит и перерабаты­вает большие массивы информации, осуществляет информационное обеспечение принятия решений человеком; человек принимает управленческие решения.

Целью развития компьютерной технологии управления является полная автоматизация деятельности, включающая частичное или полное освобождение человека от необходимости принятия решений. Система, заменяющая человека, должна обладать интеллектом, в какой-то мере подобным человеческому - искусственным интеллектом.

В ходе развития концепции АСУ была выработана новая концепция компьютеризации и автоматизации управленческой деятельности, которая была направлена прежде всего на автоматизацию обработки документов в системах управления организациями и предприятиями. Появились ИС управления. (ИС – это комплекс программных, аппаратных средств, технологий и персонала, функции которых заключаются в сборе, обработке, хранении, поиске и выдаче информации о некоторой предметной области.) В отечественной системе образования первые ИС управления появились в 60-х гг.

 

Можно выделить следующие уровни управленческой деятельности с использованием ЭВМ в системе образования:

1)      управление обучением и развитием отдельного учащегося;

2)      управление учебным процессом в рамках одного учебного заведения;

3)      управление работой группы родственных учебных заведений;

4)      управление учебными заведениями по территориальному принципу;

5)      управление системой народного образования страны.

 

Термин «защита данных» в ИС означает:

1)      предупреждение несанкционированного или случайного доступа к данным, их изменение или разрушение со стороны пользователя;

2)      предупреждение изменений или разрушений данных при сбоях аппаратных и программных средств, а также при ошибках в работе сотрудников группы эксплуатации.

 

Защита данных  обеспечивает их безопасность и секретность. Это две тесно связанные между собой функции и для их реализации используются одни и те же технические методы защиты данных. Но между ними существуют и принципиальные отличия.

1) обеспечение безопасности – внутренняя задача ИС. Под функцией безопасности понимается защита данных от непреднамеренного доступа к ним и возможности искажения со стороны пользователей, сотрудников группы эксплуатации, а также при сбоях аппаратных и программных средств.

2) обеспечение секретности – внешняя задача ИС. Под функцией секретности понимается защита данных от преднамеренного доступа к ним и возможности искажения со стороны пользователей, сотрудников группы эксплуатации и посторонних лиц. Обеспечение секретности предполагает разделение всех данных на 2 группы: общедоступные и конфиденциальные. Выделяют 2 стороны конфиденциальности: конфиденциальны сами данные или результат их обработки. Обеспечение секретности включает в себя техническую и организационную стороны. Задача обеспечения соответствующего уровня доступа для заданного пользователя, решается администратором БД.

 

Рассмотрим методы  и  приемы  защиты данных.

 

1. Идентификация пользователя. Перед началом работы с системой пользователь должен: 1) идентифицировать себя; 2) подтвердить подлинность своей идентификации (т.е. подтвердить, что он именно то лицо, за которое себя выдает). Процесс идентификации пользователя выполняется с помощью либо системного идентификационного номера пользователя, либо с помощью машиночитаемых идентификационных карт или знаков, либо с помощью номера терминала, запросившего сеанс работы (в этом случае необходимо использовать организационные меры, обеспечивающие возможность работы с определенным терминалом только определенным лицам). Процесс подтверждения подлинности представляет собой обмен между пользователем и системой информацией, известной только пользователю.

2. Управление доступом. Для каждого пользователя система поддерживает паспорт пользователя, составленный администратором БД. Паспорт содержит системный идентификационный номер пользователя, имя процедуры подтверждения подлинности, а также перечень операций, разрешенных данному пользователю.

3.  Защита данных при статической обработке. Необходимость такой защиты данных связана с тем, что если даже ограничить права доступа к данным, но при этом иметь право доступа статической обработки, то можно все-таки узнать требуемое значение по группе.

4.  Физическая защита. Основным методом физической защиты данных является кодирование (шифрование). Шифрование – это такое преобразование данных, в результате которого их можно прочесть с помощью ключа. Проблемой защиты информации путем ее преобразования занимается наука криптология. Криптология разделяется на два направления – криптография и криптоанализ. Цели этих направлений прямо противоположны. Криптография занимается поиском математических методов преобразования информации с целью ее защиты. Сфера же интересов криптоанализа – исследование возможности дешифрования информации без знания ключа. Физическая защита связана также с защитой данных от сбоев в работе аппаратных и программных средств. В этом случае используются средства операционной системы, например, ведение системных журналов.

 

Концепция файловых систем: типизированные файлы в Паскале.

 

Различают две концепции проектирования ИС: концепция файловых систем и  концепция БД. Примерно до середины 60-х гг. основной концепцией проектирования ИС была концепция файловых систем. Ее главные принципы:

1)      Пользователь «видит» данные как совокупность файлов.

2)      Каждая содержащаяся в файле запись представляет собой последовательность символов, которая кодирует те или иные сведения предметной области. Способ кодирования определяется программистом, создавшим данный файл, с помощью написанной к нему программы. С другой стороны, каждая программа, предназначенная для извлечения данных из файла (для выполнения запроса), должна знать принятый для этого файла способ кодирования. Любые изменения способа кодирования (например, представление информации о предметной области в другом виде) влекут изменение всех программ, работающих с данным файлом.

3)      Решение каждой новой задачи, ответ на новый запрос на основе данных, содержащихся в файле, требует написания новых программ обработки файла.

Эти принципы определяют следующие требования к ИС, разработанным на основе концепции файловых систем:

1)      структура ИС, отражающая предметную область не должна подвергаться изменению, т.е. должна быть устойчивой (т.к. изменение структуры, способа кодирования информации о предметной области влечет за собой необходимость изменения всех обрабатывающих программ);

2)      информационные потребности пользователей (запросы), реализованные в рамках ИС должны быть стабильны на протяжении всего периода жизни ИС (т.к. ответ на новый запрос требует написания новых программ обработки файла).

 

Главное отличие концепции файловых систем от концепции БД заключается в том, что:

1)      в файловых системах обрабатывающие программы обращаются непосредственно к данным, содержащимся в файле, поэтому при изменении способа кодирования информации  о некоторой предметной области необходимо менять и программы, обрабатывающие эту информацию;

2)      в СУБД обрабатывающие программы не обращаются непосредственно  к  данным, они вначале обращаются к логическому описанию этих данных (схеме БД), которая обеспечивает им доступ к самим данным; поэтому изменение данных не влечет за собой изменение обрабатывающих программ (т.к. они работают не с самими данными, а с их логической схемой).

 

Рассмотрим реализацию концепции файловых систем средствами языка Паскаль: типизированные файлы.

Типизированный файл - это файл с объявленным типом его компонент. Описание типизированных файлов происходит стандартно.

Файловый тип данных задается в программе следующим образом:

type <имя файлового типа> = file of <тип компонентов>.

Описание файловой переменной задается в разделе описания:

var <имя файловой переменной> : <имя файлового типа> ,

а если  файловый тип не был описан в разделе описания типов, то:

var < имя файловой переменной > : file of <тип компонентов>.

Все операции над типизированными файлами производятся с помощью стандартных процедур и функций: Assign, Reset, Rewrite, IOResult,  Close,  Rename,  Erase, Filesize,  Filepos, Truncate, Eof  (подробное описание смотри в вопросе №19).

Вод-вывод данных осуществляется с помощью процедур: read(f,X),  write(f,X), read(f,X1,Х2, …,Хk) и write(f,X1,Х2, …, Хk), где f - имя файловой переменной,  а переменные X ,Х1, Х2,...ХК должны иметь тот же тип, что и объявленный тип компонент файла f.

В Турбо-Паскале при работе с типизированными файлами разрешается открывать их  для чтения  процедурой reset и при этом использовать процедуру write для записи. Такая возможность позволяет легко обновлять ранее созданные типизированные файлы, при необходимости расширять их.

Кроме вышеуказанных функций для работы с типизированными файлами прямого доступа можно использовать функцию seek(<имя файловой переменной>,N) –установление маркера на позицию N.

Пример. Составить программу, которая в интерактивном режиме позволяет формировать файл f, компонентами которого должны быть целые числа; находить наибольшее из значений; если их несколько, то подсчитывать число таких элементов.

 

program FileTip; uses crt;

var f: file of integer; n,max,k,i: integer;

begin clrscr;

 

assign(f, 'chisla.dat'); {связываем файловую переменную f с файлом chisla.dat}

rewrite(f); {открываем файл для записи в него последовательности целых чисел}

writeln('Введите последовательность целых чисел. По завершении нажмите 0');

repeat read(n); if n<>0 then write(f,n) until n=0;

close(f); {закрываем файл для сохранения изменений}

writeln('Вывод содержимого файла на экран’); writeln;

 

assign(f, 'chisla.dat'); reset(f); {открываем файл для чтения}

while not eof(f) do {пока не конец файла считываем и выводим на экран его элементы}

    begin read(f,n); write(n) end;

close(f);

 

assign(f, 'chisla.dat'); reset(f);

{считывам первый элемент файла и принимаем его за наибольший}

read(f,n); max:=n;

while not eof(f) do {находим наибольшее из введенных значений целых чисел}

    begin read(f,n); if (max<n) or (max=n) then max:=n; end;

writeln('Наибольшее из введенных значений',max);

close(f);

 

k:=0; {k - количество наибольших элементов последовательности}

assign(f, 'chisla.dat'); reset(f);

while not eof(f) do {находим количество наибольших элементов последовательности}

    begin read(f,n); if n=max then k=k+1 end;

writeln('В последовательности встречается ',k, ' наибольших значений ',max);

close(f); readkey; end.

 

  

 

 

 

 

 

Hosted by uCoz