Основы информационных технологий

Назаров С.В.

Белоусова С.Н.

Бессонова И. А.

Гиляревский Р.С.

ГУцыно Л.П.

Егоров В.С.

Исаев Д.В.

Кириченко А.А.

Кирсанов A.IL
Кишкович Ю.П.

Кравченко ТК.

Куприянов Д.В.
Меликян А.В.

Пятибратов А.П.

Национальный Открытый Университет "ИНТУИТ"
2016
(с) ООО "ИНТУИТ.РУ", 2012-2016

(с) Назаров С.В., Белоусова С.Н., Бессонова И.А., Гиляревский Р.С., Гудыно Л.П.,
Егоров В.С., Исаев Д.В., Кириченкз А А., Кирсанов А.П., Кишкович ЮЛ., Кравченкз
TJC, Куприянов Д.В., Меликян А.В., Пятибратов А.П., 2012-2016
Основы информационной культуры

Мление управлять информационными ресурсами необходимо в наше
время любому специалисту и руюводителю. Оно не сводится к набору
правил и навыков, а предполагает владение общей культурой обращения
с информацией. Постольку в течение, по крайней мере, пяти
тысячелетий эта культура была тесно связана с библиотекой, мы
называем ее также информационно-библиотечной.

Основные понятия

Об информационно-библиотечной культуре

Часто понятие информационной культуры подменяется понятиями
компьютерной или информационной грамотности, юторые входят в нее
как начальные элементы. Компьютерная грамотность предполагает
умение обратиться с компьютером и сетью, к тоторой он подключен,
знание основных элементов операционной системы, прикладных
программ, поисковых машин Интернета. Информационная грамотность
достигается обучением поиску и использованию информации, ее
защите, навыкам общения с применением средств и методов
информационно-коммуникационной технологии.

Информационная культура - это, сверх всего, понимание внутренних
информационных механизмов, управляющих поведением человека и
развитием общества. Мы живем в татое время, когда под влиянием
быстро меняющейся и внедряющейся в быт информационной техники и
технологии меняется весь информационный уклад общества. Для
обозначения этих процессов употребляют много новых
социологических ярлыков: информационное общество, общество,
основанное иа знаниях, цифровое неравенство и т.п. Однако при
внимательном анализе этих и других терминов становится очевидным,
что мы пока еще не осознаем в полной мере того, что уже произошло и
что произойдет в ближайшем будущем.

Это можно объяснить тем, что в прошлом стабильность в
информационных механизмах общества определялась медленной
сменой соответствующих технологий.

осознание значения

книгопечатания подвижными литерами ушло почти целое столетие.
Лкди интеллектуального труда, освоив информационную культуру
своего времени в университете, на протяжении всей жизни
пользовались неизменными навыками поиска и использования
информации. Теперь студенты, не успев окончить университет,
сталкиваются с новыми техническими средствами, представлениями об
их приоритете и необходимостью их освоения.

Другая причина непонимания происходящих изменений в
информационной культуре - стремление освоить ее иа уровне кнопок, а

ие путем проникновения

существо дела. Это наиболее

распространенный метод обучения компьютерной грамотности, но и
при объяснении информационных процессов в обществе он
встречается, к сожалению, нередко. Слово информация, полстолетия
назад не употреблявшееся у нас в научном обиходе из-за неприятия
кибернетики коммунистической идеологией, теперь стало настолько
модным, что многие явления и процессы в природе, обществе и
мышлении при самой отдаленной схожести с информацией называются
ее именем. А это, в свою очередь, порождает много заблуждений
технократического толка.

F.ttip одна опасность в этой сфере выявилась сравнительно недавно.
Научно-техническая информация переживает не лучшие времена,
постольку общество утратило прежнее доверие к науке. Этому есть
много внешних причин - социальных, эюномическнх, политических,
этологических и других. Они временные и будут меняться. Наука,
ориентированная иа войну все больше заменяется наутой, заботящейся
об устойчивом развитии общества.

Воспитанные на диалекгичестом материализме, мы убеждены в
безграничности сферы познания и познаваемости загонов природы,
общества и мышления. Без хорошо налаженной информации о
достижениях в мировой науке никакая наука нигде развиваться ие
может. А стремление к коммерциализации, которое поддерживают
многие руководители научной деятельности, ведет к ограничению
открытого доступа к научной информации.

В передовых странах инвестиции в знание превалируют над
инвестициями в основные фонды. Но это обернулось для науки
негативными последствиями. Правительство США, например, стало
строго лицензировать результаты и методы исследований,
выполненных иа средства государства. Базы данных, в которых
отражается информация из журналов, продаются по все возрастающим
ценам. Это нарушает права на интеллектуальную собственность
авторов статей и издателей журналов. Сокращение публичной сферы
распространения научно-технической информации и данных признано
важной проблемой международного значения, которую обсуждают
национальные академии многих стран и ЮНЕСКО. Для России это
особенно важно, так как мы получаем сведения о мировых научных
достижениях преимущественно из научно-технических журналов.

В связи с этим уместно упомянуть и о неадекватном положении самой
информатики, название которой прочно ассоциируется с обучением
компьютерной и отчасти информационной грамотности. Беда не в том,
что это называется информатикой, а в том, что истинные проблемы
информатики мало разрабатываются в мире и особенно у нас. А ведь
без понимания закономерностей научной коммуникации, структуры и
общих свойств научной информации, без понимания того, что
продается и покупается не информация, а только право на ее
коммерческое использование, никаких социальных вопросов науки
решить не удастся. Без развития подлинной информатики, т. е. науки о
семантической информации, нельзя воспитать и информационную
культуру а значит, и построить информационное общество.

Информационная культура не возникает сама по себе. Ее надо
воспитывать, ее элементам надо обучать, как и восприятию других
проявлений культуры - различных видов искусств или разновидностей
бытовой культуры. И делать это надо на всех уровнях образования,
объясняя всю сложность современного этапа перехода к электронным
средствам коммуникации. Понимание социальных заюиомерностей
интеллектуальной коммуникации - (одна из важных задач
университетского образования.

Информация, сведения, данные, знания

Слово информация - (одно из самых модных в нале время на всех
языках, и особенно на русском. Это связано с тем, что нынешняя
цивилизация достигла определенного материального благосостояния,
позволяющего обратиться к духовной стороне жизни. Что касается
русского языка, то это слово пришло в него сравнительно поздно - в
языке русских классиков XIX в. его не было. В прошлом веке оно с 20-х
гг. использовалось журналистами как термин, обозначающий един из
новостных жанров, а с начала 50-х гг. попало в опалу коммунистической
идеологии в связи с тем, что стало обозначать базовое понятие
кибернетики, и в этом качестве широко вошло в научный оборот многих
дисциплин.

Кибернетика, созданная Н. Винером как наука об управлении в живых
организмах и машинах Г11. претендовавшая и на управление
человеческим обществом Г21. была объявлена в СССР буржуазной
лженауюй, поскольку загоны развития общества являлись абсолютной
прерогативой диалектического и исторического материализма. Но и
коммунистическая доктрина не могла не считаться с бурным развитием
информационной сферы, которая оказалась важной для
обороноспособности советской страны. В 60-е гг. был провозглашен
лозунг: "Кибернетику - на службу коммунизму". Вот тогда-то термин
"информация", как все сначала запрещенное, стал одним из самых
распространенных общенаучных русских терминов. Для того чтобы
убедиться в сказанном, не нужно читать много литературы - достаточно
посмотреть это слово в 18-м и 51-м томах 2-го издания 'Большой
советской энциклопедии", вышедших в 1953 и 1959 гг., а также в 10-м
томе ее 3-го издания, выпэдшем в 1972 г.

Термин информация прочно вошел в самые различные отрасли
современной науки и техники, в повседневную жизнь. Однако точное и
исчерпывающее его определение остается одной из труднейших
научных задач. В повседневной жизни информация означает
сообщение, осведомление о положении дел, сведения о чем-то. Для
(философов, склонных рассматривать информацию в одном ряду с
такими категориальными понятиями, как материя и энергия,
информация - это передача, отражение разнообразия в любых объектах
и процессах живой и даже неживой природы. Математики, физики и
специалисты по системам связи рассматривают информацию как
фактор и меру уменьшения, снятия неопределенности в результате
получения сообщения, а кибернетики - как сообщение, неразрывно
связанное с управлением в единстве синтаксических, семантических и

прагматических характеристик. Биологи,

и философы,

довольствуются трактовкой информации как того, что отражает,
ограничивает многообразие, но в отличие от философов относят это
понятие толью к живой природе. Для социологов важны
аксиологические (т. е. связанные с ценностью, полезностью) свойства
информации, а для специалистов по программированию и
вычислительной технике наиболее существенным является знаювое
представление информации, и т.д.

Сформировалось мнение о возможности трех подходов к пониманию
феномена информации. Агрибутисты полагают, что информация
является неотъемлемым атрибутом всех систем объективной
реальности, функционалисты отрицают существование информации в
неживой природе. По их мнению, это одна из функций жизни, основное
отличие живого от неживого. Антропоцентристы определяют
информацию как содержание (смысл) сигнала, полученного системой из
внешнего мира. ГЪворить о смысле сигнала, а следовательно, об
информации можно толью по отношению к человеку и обществу
Оспаривать эти подходы бессмысленно - каждая наука может называть
информацией те явления и процессы, которые считает удобным так
называть. Но нет никаких доказательств того, что эти разные процессы
и явления обладают общими свойствами и закономерностями, поэтому
нет оснований считать, что существует таюе единое явление или
понятие, юторое соответствует этому термину

Для специалистов в области информатики, изучающей структуру и
общие свойства информации, а также заюномерности ее сбора,
обработки, хранения, поиска, распространения и использования,
неприемлемо игнорирование самого главного в информации - ее
смыслового, семантического содержания. Требуется также уточнение
значения и взаимосвязей терминов сведения, данные, информация и
знания, которые очень часто считаются синонимами и определяются
или трактуются друг через друга, в результате чего образуется порочный
логический аруг. Чтобы его разорвать, нужно одно из этих слов считать
неопределяемым, интуитивно понятным.

Таким словом может быть сведение, юторое 'Словарь русского языка"
С. И. Ожегова определяет как знание, представление о чем-либо,
познание в каюй-иибуць области, известие, сообщение. Приведем нате
толювание терминов "данные" и "информация", их смысловых
различий, так как они очень важны для правильного понимания
рассматриваемой темы.

Данные суть факты, идеи, сведения, представленные в знаювой
(символьной) форме, позволяющей производить их передачу обработку
и интерпретацию (т. е. толкование, объяснение, раскрытие смысла), а
информация - это смысл, который человек приписывает данным иа
основании известных ему правил представления в них фактов, идей,
сообщений. Такое понимание информации соответствует и этимологии
обозначающего его слова (от лат. information - разъяснение, изложение).
Структурированная информация, т. е. связанная причинно-
следственными и иными отношениями и образующая систему
составляет знания.

Из этих толкований следует, что если данные воспринимаются и
интерпретируются человеком, то оии становятся для него
информацией, т. е. из 'Информации в себе" превращаются в
"информацию для нас". Данные в определенной степени подобны
письменному сообщению, передающему какие-то сведения грамотному
человеку и остающемуся набором непонятных знаков для неграмотного.

Таким образом, информация - это потенциальное свойство данных,
юторое может быть реализовано одним воспринявшим их человеюм и
ие реализовано другим. Объектом машинной обработки являются
данные, а не информация, так как никакая машина не в состоянии
интерпретировать данные, т. е. преобразовать их в информацию, ибо
машина ие обладает, как человек, необходимым запасом знаний о мире
и не может мыслить. Таюва диалекгичекая связь между понятиями
данные и информация.

В обществе циркулируют разные виды информации. Но из иих
особенно важную роль играет научная информация, так как она
неразрывно связана с наукой. Определение научный в термине научная
информация означает, что эта информация удовлетворяет
общепринятым в данное время критериям научности (т. е. она
объективна, истинна, проверяема и т.п.), но не обязательно получена
или используется толью в сфере науки.
Если попытаться дать более четкое и полное определение понятию
научная информация, то оно может иметь следующий вид: научная
информация - это логическая информация, получаемая методами
опытно-рационального познания объективного мира в любой сфере
деятельности люден, не противоречанщя господствующей системе
научных представлений и используемая в общественно-исторической
практике. Другими словами, мы исходно понимаем информацию как
содержание, смысл сообщения, передаваемого одним человеком
Другому

Появление и развитие информатики

Информатика возникла не сразу Она развивалась с начала прошлого
столетия, н ее общие юнтуры были четко очерчены ее создателем
Полем Отле (1868-1944). В числе ученых и специалистов, внесших
существенный вклад в развитие информатики как науки о
семантической (смысловой) информации, следует упомянуть имена
таких зарубежных ученых, как С. Бредфорд, В. Бущ К. Муэрс, М. Таубе,
А Кент, Б. Виккери, Х.П. Лун, С. Клевердон, Д. Прайс, Ю. Гарфилд. В
этом ряду стоят такие отечественные ученые, как А.И. Михайлов, В.М.
Глушюв, В.А Успенский, Г.Э. Вледуц, Ю.А Шрейдер, Г.Г. Белоногов,
АИ. Черный, В.К. Финн, Д.Г. Лахуги. Работы и достижения этих
авторов могут служить вехами в развитии информатики.

На протяжении 50-х и 60-х годов прошлого века информатика исходила
нз общественной потребности упорядочить обмен информацией,
главным образом, внутри самой науки. Внешними факторами,
обусловливавшими такую потребность, являлись быстрый рост научной
литературы, трудности ее тематического отбора в связи с ее рассеянием
н ограниченностью поисковых средств, процессы специализации и
интеграции в науке, размывающие традиционные границы между
научными дисциплинами. В течение этого периода наши
представления о способах и методах решения проблемы
информационного поиска претерпевали существенные изменения.
Первоначально надежды возлагались на одни толью технические
средства.

Довольно сюро пришло понимание необходимости разработать
семантические средства анализа и синтеза научной информации. Не
случайно теория информационного поиска, методы координатного
индексирования, понятия релевантности (соответствия запросу) и
пертинентности (соответствия потребности в информации) стали
стержневыми для информатики.

В 70-е годы произошло дальнейшее расширение сферы приложения
информатики. Научная информация стала играть существенную роль в
вопросах управления народным жзяйством, принятия политических
решений, глобального моделирования развития общества. Системы
научно-техническэй информации стали рассматриваться как элемент
автоматизированных систем управления, что было правомерно лишь до
известной степени.

При этом выяснилось, что как бы широка ни трактовалась научная
информация, ее одной недостаточно для информационных систем,
обеспечивающих решение столь общих социальных проблем. С другой
стороны, оказалось, что в наиболее существенных аспектах методы
построения информационно-поисковых систем научной информации
применимы и для многих других видов информации (экономической,
статистической, политической, производственной и т.п.). Особую
значимость приобрела, наряду с научной, информация
фактографическая, а информационное обслуживание, сохранив
дисциплинарную ориентацию, стало развиваться и в проблемных
аспектах.

С нынешних позиций хороню видно и то влияние, которое на

протяжении всего этого периода оказывал на развитие информатики
быстрый прогресс технических средств обработки информации, прежде
всего, вычислительных машин. История техники еще не знала таких
стремительных темпов совершенствования новой технологии, ее
внедрения во все сферы жизни общества. Это влияние мы учитываем
по реальному проникновению компьютеров в информационную
деятельность. Но не меньшим является и влияние компьютерной науки,
ее системы понятий, терминологии, разработанных ею принципов
обработки и хранения информации.

Информатика и библиотековедение
Информатика зародилась в недрах библиотековедения, из которого оиа
начала выделяться сравнительно иедавио - в конце XIX в. Это было
обусловлено огромными достижениями в науке и технике, которые
сопровождались быстрым ростом количества выходящей в мире научно-
технической литературы и расширением круга ее потенциальных
читателей. Первым шагом в этом направлении было создание в 1895 г.
Международного института библиографии, ставшего колыбелью
Международной федерации по информации и документации - ставной
профессиональной организации специалистов по информатике,
просуществовавшей до 2001 г.

До появления специальных информационных органов потребности
ученых в научной информации уцовлетворялись библиотеками, ибо в

течение многих веков их деятельность была ориентирована иа решение

этой задачи. Поэтому библиотековедение и было той отраслью знания,

в которой накапливался, анализировался и обобщался опыт
информационного обслуживания ученых, вырабатывались наиболее
эффективные формы и методы работы библиотек в этом направлении.

Между библиотековедением и информатикой существуют тесные

считают некоторые наиболее радикальные представители последнего.

Сейчас библиотековедение и информатика - уже отдельные иаучные
дисциплины с разными предметами исследований. Они изучают
разные объекты или разные стороны одних и тех же объектов и решают

разные научно-позиавательные и практические задачи.

Для информатики, например, очень важно изучение

каналов научной коммуникации,

также мотивов

неформальных
написания и

структуры первичных научных документов, что никогда не

интересовало библиотековедение. А за пределами интересов
информатики остаются проблемы непрерывного образования,

библиографического учета всех выждящих в мире произведений печати

или долговременного хранения оригиналов книг, все более волнующие

специалистов библиотеке- и библиографоведения.

Возрастание роли научно-информационной деятельности и
информатики в развитии науки и техники стало ясно осознаваться с
началом научно-технической революции, которое может быть отнесено
на конец 30-х - начало 40-х годов прошлого столетия. Именно в это
время появляются специальные журналы по информатике, которые
выходят до настоящего времени. В 1943 г. Королевское общество
Великобритании провело первую Международную конференцию по
научной информации, в 1949 г. состоялась Международная конференция
по научному реферированию, организованная ЮНЕСКО. В 1952 г. в
Академии наук СССР был создан Институт научной информации,
преобразованный в 1955 г. во Всесоюзный (ныне Всероссийский)
институт научной н технической информации (ВИНИТИ). Этим было
положено начало создания в напкй стране единой государственной
системы научной и технической информации. С 1961 г. начал выходить
периодический сборник "Научно-техническая информация",
посвященный проблемам информатики и научно-ннформацнонной
деятельности.

До начала 60-х годов специалисты по информатике ещг не осознавали
огромной роли неформальных каналов научной коммуникации - личных
контактов между учеными н специалистами, научных совепрннй, так
называемых "незримых коллективов" (invisible colleges).
Информатика не включала их в круг объектов своего изучения и
ограничивалась рассмотрением лишь формальных каналов, основанных
на использовании различных научных документов н изданий. Поэтому
информатика в ряде западноевропейских языков называлась
документацией или документалистикой. По традиции эти термины до
сих пор сохраняются в названиях некоторых специальных журналов,
выходящих в ряде зарубежных стран. Но в названиях многих
профессиональных ассоциаций и специальных журналов термин
"документация" был заменен термином ’Информатика" или
"информационная наука" (information science). Сейчас
"документацию" или "документалистику" можно рассматривать лишь как
дисциплину изучающую документальные формы коммуникации.

С середины 60-х годов начался новый этап в развитии информатики.

Все большее осознание ограниченности прежнего, документалистсюго

подхода нашло свое выражение в поисках нового названия для данной
научной дисциплины, которое правильнее раскрывало бы сущность ее
главной проблематики и было бы удобным для использования, прежде
всего - однозначным и (однословным. В качестве таюго названия был
предложен термин "информатика" ( англ, information science, informatics;
франц, science de rinfonmtion, infonmtique; нем. Infonmtionswissenschaft,
Informatik), который быстро получил довольно широкое
распространение и признание. Об этом свидетельствует, в частности,
переименование многих специальных научных журналов по
информатике, а также появление новых журналов, содержащих этот
термин в своих названиях.

В настоящее время информатику можно считать уже вполне
признанной и сложившейся самостоятельной дисциплиной. Всего в
мире ежегодно появляются десятки тысяч публикаций по различным
вопросам информатики. Для сравнения следует указать, что по таким
давно сложившимся наукам, как астрономия и биофизика, и по таким
сравнительно новым дисциплинам, как вычислительная техника и
техническая кибернетика, в год выходит приблизительно по 10 тыс.
публикаций.

Параллельно с выделением и становлением информатики как новой
научной дисциплины происходили и другие важные события, которые
оказали большое влияние на ее развитие. Расширяющееся внедрение
компьютеров во все сферы интеллектуальной деятельности требовало
решения разнообразных проблем, связанных с использованием этих
совершенно новых и непривычных технических средств.

Автоматизация различных информационных процессов становится
возможной лишь тогда, когда мы способны моделировать или
имитировать - хотя бы грубо - механизмы выполнения этих процессов
людьми. Изучением и обобщением такого рода механизмов - главным
образом, ради их воспроизведения при помощи тех илн иных

технических средств, включая и компьютеры, - с самого начала
занимается информатика, которая при этом широко использует

результаты, полученные в других науках и научных дисциплинах:

библиотековедении, языкознании, психологии, математической логике,

семиотике. Из сказанного следует, что основы информатики, имеющей
дело преимущественно с наиболее сложными видами логической

переработки информации, образуют теоретическую основу

информационной технологии и

практической деятельности по

автоматизированной переработке информации.
Измерение и меры информации. Энтропия

Измеряется не сама информация, а ее материальное представление.
Условно все подходы к измерению информации можно разделить на

энтропийный, алгоритмический, семантический и прагматический.

Первые два претендуют на количественное определение, два последних

- лишь на качественное.

Энтропийный поджд был предложен К. Шенноном по аналогии с
принятым в физике определением для характеристики перехода
тепловой энергии в механическую. Он назвал энтропией количество
информации, передаваемой отправителем, н считал ее мерой
неупорядоченности системы, тогда как информация служит мерой ее
упорядоченности. Нулевой энтропии соответствует максимальная
информация. Энтропийный поджд в теории информации Шеннона
позволяет ответить на вопрос: "Столько информации содержит объект Y
относительно объекта X?". В рамках алгоритмического поджда,
предложенного А. Н. Колмогоровым, можно ответить на вопрос:
"Сюлью нужно информации, чтобы описать объект X?". В этом способе
измерение количества информации в последовательности нулей и
единиц сводится к измерению минимальной длины программы,
необходимой для воспроизведения этой последовательности.

Эти н другие количественные способы измерения информации
(вероятностный, комбинаторный), по существу оценивают объем
данных, в тоторых содержится информация. Они не позволяют оценить
смысловое содержание сообщения, его семантику Многочисленные
попытки формального описания н оценки интеллектуальных процессов
информационного взаимодействия не выходят за пределы более или
менее удачных попыток Наиболее известен семантический поджд И.
Бар-Хиллела (США) и Р. Карнапа (Австрия), в котором семантическая
информация в сообщении понимается как логическое высказывание и
измеряется числом состояний универсума, прн тоторых это
высказывание оказывается ложным. Этот подход реализует давнюю
идею Г. В. Лейбница о том, что логически истинные высказывания,
верные во всех возможных мирах, не могут содержать фактической
информации.
Прагматический подход, предложенный А. А. Харкевичем, оценивает
информацию через изменение вероятности достижения определенной
цели, возникающее под воздействием сообщения. Наиболее удачным
представляется подход Ю. А. Шрейдера, юторый оценивал
семантическую информацию сообщения любой природы как степень
изменения системы знаний (тезауруса) человека в результате
восприятия данного сообщения. Эта мера, хотя и не может быть
выражена численно, оценивает новизну и доступность сообщения для
адресата. Отправитель сообщения в процессе информационного
взаимодействия также получает новое знание о состоянии тезауруса
адресата по тому понял или не понял он смысл сообщения.
Документальные потоки и коммуникация

Интеллектуальной коммуникацией называют обмен информацией
между индивидами посредством общей для них знаювой системы при
помощи жестов, устной речи, письменности и т.п. Различают сферы
массовой коммуникации (основными средствами которой являются
печать, радио, телевидение) и научной коммуникации.

Неформальные и формальные каналы коммуникации

Под научной коммуникацией мы понимаем совокупность процессов
представления, передачи и получения научной информации,
образующих основной механизм существования и развития науки. Во
всех процессах научной коммуникации участвуют ученые и
специалисты. Степень их участия различна в зависимости от каналов
коммуникации, которые делят на формальные и неформальные.

К неформальным каналам относят непосредственный диалог между
учеными и специалистами о проводимых ими исследованиях и
разработках, посещение лабораторий коллег и научно-технических
выставок выступления перед аудиторией, обмен письмами и
препринтами.

К формальным каналам относят процессы обмена научной
информацией посредством литературы. В них непосредственное
участие ученых и специалистов, создавших научную информацию,
значительно меньше, так как эти процессы оформились в
самостоятельные виды деятельности: научно-информацнонную,
библиотечно-библиографическую, архивную, редакцнонно-
нздательскую, журналистскую.

Следует отметить, что лишь первый канал специфичен для научной
коммуникации, а остальные исполняют роль общих информационных
каналов для всех видов семантической информации. В этом
направлении развивается и научно-информационная деятельность,
методы и средства которой все шире используются во всей сфере
информационной коммуникации.

В коммуникационном процессе обычно выделяют ряд этапов, которые
соответствуют его основным функциям (или задачам). Прежде всего,
необходимо с максимальной полнотой осуществить сбор выявленной
заранее информации. Это значит, что из всей массы сведений должны
быть отобраны н систематически пополняться все те и только те
сведения, юторые могут понадобиться для научной или пракгичесюн
работы по нескольким отраслям, одной отрасли, направлению или даже
теме такому-либо специалисту коллективу нлн учреждению.

Затем необходимо выполнить аналитико-синтетическую переработку
информации. Каждую группу сведений, имеющихся в издании или
документе, нужно проанализировать с точки зрения содержания, а сам
документ - с точки зрения его формы.

Результаты этого анализа записываются кратко: они синтезируются в
специально разработанных для этого условных обозначениях (прн
помощи слов естественного языка, букв и/илн цифр, формул, таблиц,
графиков). Переработанная таким образом информация становится
удобной для ее последующего хранения н поисга, а также для
использования в творчесюй работе.

Следующая задача - долговременное хранение информации. Ее нужно
решить так, чтобы собранные сведения занимали как можно меньше
места. Материальные носители, на которых они записаны, нужно
сохранять как можно дольше и организовать в стройную систему
позволяющую быстро и без затруднений находить необходимые
сведения.

Информационный поиск - следующий этап и одна из важнейших
проблем информационной деятельности. Она представляет собой ряд
логических операций, обеспечивающих нахождение необходимой
информации. Решение этой задачи с помощью соответствующего
процесса позволяет в любой момент найти в массе собранных сведений
те и толью те из них, которые являются прямым ответом на вопрос
потребителя.

Поскольку результаты всех предыдущих процессов (и особенно
информационного поной) могут представлять интерес одновременно
для большого числа специалистов, возникает задача распространения
информации. Издания и документы (или их части) с необходимыми
сведениями должны быть репродуцированы в достаточном количестве
идентичных экземпляров и распределены в кратчайшие сроки между
всеми заинтересованными потребителями.

Наюнец, для информационной деятельности небезразлично, как
применяются ее результаты, хотя использование информации с целью
создания новой информации, строго говоря, в задачи этой деятельности
не входит. Однакэ в ее задачи входит пропаганда достижений науки и
техники, наиболее рациональных методов работы с документами,
оценка эффективности применения этих документов и изучение того
влияния, которое информационная работа оказывает на науку технику
производство и все народное хозяйство. Ясно, что вопросы технологии
создания и использования информации, входящие в сферу организации
умственного трэда, играют важнейшую роль для всей информационной
деятельности.

Библиотеки, библиография и библиографическое
описание

Библиотеки - един из древнейших общественных институтов, юторый
обеспечивает сбор, хранение и доступ к накопленному человечеством
знанию, записанному в текстах. Древнейшие из дошедших до нас книг
датируются началом 3-го тысячелетия до н.э., а библиотеки - серединой
1-го тысячелетия до н.э. До XX в. все элементы информационной
культуры накапливались и осмыслялись в библиотечном деле. Поэтому
часто говорят об этой сфере культуры как об информационно-
библиотечной.

На протяжении тысячелетий библиотека развивалась, по-разному
осуществляя свои главные фунации - создание фондов документов
(записей, книг, журналов) и обслуживание информационных
потребностей своих читателей. Поначалу это были очень закрытые
библиотеки - дворцовые, храмовые, монастырские, университетские.
Лишь в XIX в. они начали становиться более открытыми для широкого
круга читателей. В наше время библиотека как общественный институт
претерпевает сильные изменения. В условиях распространения
электронных информационных технологий происходит заметное
перераспределение баланса между основными библиотечными
функциями и самого существа этих фунаций. Информационное
обслуживание выдвигается на первый план, а создание фондов
обобществляется. Обслуживание читателей все больше ориентируется
на электронные носители и использование глобальных сетей, а
приобретение литературы - на кооперацию библиотек (координацию
комплектования фондов, приобретение литературы, особенно
журналов, консорциями библиотек).

В федеральном законе Российской Федерации о библиотечном деле (от
29 декабря 1994 г.) библиотека определяется как "информационное,
культурное, образовательное учреждение, располагающее
организованным фондом тиражированных документов и
предоставляющее их во временное пользование физическим и
юридическим лицам; библиотека может быть самостоятельным
учреждением или структурным подразделением предприятия,
учреждения, организации".

Типология современных библиотек сложна и составляет особый раздел
библиотековедения. Облрпринято деление библиотек иа два типа:

массовые библиотеки,

научные и специальные библиотеки.

Классифицировать библиотеки можно по самым разным основаниям:

по роду занятий читателей (пмэльные, университетские, научных
учреждений);

по территории (городская, сельская, районная, областная);

по виду собственности (государственные, общественных
организаций, личные).

Поскольку таких основании деления может быть много, то и
соответствующие им классификации можно создавать по мере
необходимости. Особый тип составляют национальные библиотеки,
существующие во всех развитых странах мира. Первой таюй
библиотекой была объявлена в 1800 г. Национальная библиотека
Франции, самой крупной - Библиотека конгресса США (100 млн ед.
хранения). Большинство национальных библиотек выполняет пять
основных функций. Они получают на основе обязательного экземпляра
и сохраняют все издания, выходящие в стране, издают национальную
библиографию, являются крупнейшим в стране хранилищем
иностранной литературы, обслуживают все три ветви власти
(законодательную, исполнительную и судебную) и осуществляют
методическое руководство библиотечным делом в стране.

В России национальными считаются три библиотеки: Российская
государственная библиотека (43 млн ед. хранения, бывшая
ГЪсударственная библиотека им. В.И. Ленина), Российская
национальная библиотека (33 млн ед. хранения, бывшая
Государственная публичная библиотека им. М.Е. Салтыкова-Щедрина)
и Президентская библиотека РФ им. Б.Н. Ельцина. Ни одна из них всех
перечисленных функций не выполняет, так как национальную
библиографию издает Всероссийская книжная палата, у нас есть
специальная Всероссийская библиотека иностранной литературы им.
М.И. Руцоми-но, а все ветви власти имеют собственные библиотеки.

Согласно Федеральному закону 'О библиотечном деле" (1994 г.)

библиотека

"информационное, культурное, образовательное

учреждение, располагающее организованным фондом тиражированных

документов и представляющее

во временное пользование

физическим и юридическим лицам". Из этого определения ясно, что
функционально библиотека должна состоять из четырех основных
блоков: библиотечного фонда (книг, журналов и других видов изданий),
читателей (которые этими изданиями пользуются), библиотекарей
(которые осуществляют работу библиотеки) и материально-
технического обеспечения (книгохранилищ, читальных залов,
компьютеров, линий связи и других технологических средств).

Основным каналом поступления книг в библиотеки является их
покупка в книжных магазинах на средства, выделяемые из бюджета,
журналов - подписка в агентствах печати. Другими источниками
комплектования является книгообмен с другими библиотеками, дарение
из частных коллеаций, для наиболее крупных и национальных
библиотек - обязательный экземпляр. Система обязательного
экземпляра, возникшая, как было сказано, во Франции еще в ХУТП в., в
настоящее время используется в основном для государственной
регистрации всех изданий, публикуемых на территории государства.
Она служит для учета этих изданий, нх отражения в государственной
библиографии и ведения книжной статистики. В напей стране эти
функции выполняет Российская книжная палата.

Отдел комплектования библиотеки осуществляет эту работу в
соответствии со своим профилем комплектования и инвентаризирует
полученную литературу Затем она поступает в отдел обработки, где
каждый экземпляр книги подвергается аналитико-синтетической
обработке, т.е. библиографическому описанию и систематизации,
которые необходимы, чтобы книга была отражена в алфавитном и
систематическом каталогах библиотеки. После этого она поступает в
отдел хранения, тде определяется ее место на полках книгохранилища в
соответствии с принятой в библиотеке системой расстановки книг.

Расстановка книг на полках может осуществляться по их содержанию в

соответствии с некоторой схемой классификации, по их высоте (т. н.

форматная расстановка), в порядке поступления (по инвентарным
номерам) или по юмбииации этих признаков. Внутри каждой

классификационной рубрики книги расставляются по алфавиту
фамилий их авторов. Чтобы облегчить библиотекарю ежедневную

работу по снятию затребованных книг с полки и их постановке иа

место, американский библиотекарь Чарльз Кеттер (1837-1903 гг.)

фамилии автора и номера, присвоенного следующему за ней двух- или

трехбуквенному сочетанию. Этот знак обычно печатается на обороте

титульного листа книги, входит в ее библиотечный шифр и избавляет

библиотекаря от необходимости соблюдать строгий алфавитный

порядок при постановке ее на место в книгохранилище.

Наряду с основным книгохранилищем многие библиотеки создают
удаленное архивное хранение для малоспрашиваемой литературы и
подсобные фонды вблизи от кафедры выдачи для часто спрашиваемых
изданий. Крупные библиотеки, в фондах юторых есть ценные редкие
издания, снимают их в целях ссофанности иа микрофильмы - для
выдачи читателям, а также потому что микрофильм, в отличие от
электронной формы хранения, проверен иа долговечность по меньшей
мере за последние полтораста лет.

Журналы и другие периодические издания (по аналогии с англоязычной
терминологией называемые сериальными) обычно расставляются по их
названиям, а внутри каждого названия - по годам н номерам.
Встречается н чисто хронологическая расстановка периодики - по годам
выпуска, внутри по названиям. К сериальным изданиям относят также
т. н. продолжающиеся издания, выходящие нерегулярно (например,
труды, ученые записки и т.п.).

Обслуживание читателей в библиотеке традиционно осуществлялось
путем выдачи книг для чтения в читальном зале нли же по так
называемому абонементу т.е. для чтения дома иа определенный срок.
Если запрашиваемой книги в библиотеке не оказывалось, ее получали
нз другой библиотеки по межбиблиотечному абонементу В связи с
резким удорожанием почтовых услуг теперь нужные тексты получают
по электронной почте. Читатели могут за определенную плату
заказывать ксерокопии, микрофильмы книг и их фрагментов, переводы
текстов на иностранные языки и другие информационные услуги,
например, списки литературы или библиографические обзоры по
требуемой теме.

В библиотеке имеется библиографический н/или справочно-
библиографический отдел, в котором сосредоточены средства
информационной навигации: библиографические указатели,
реферативные журналы, схемы классификации, списки предметных
рубрик, тезаурусы, всевозможные картотеки, облегчающие читателю
поиск необходимой информации. В современных библиотеках эти
средства имеются не толью в традиционном полиграфическом или
карточном виде, но и в электронной форме, позволяющей вести поиск
по более широкому спектру признаюв. Многие библиотеки хранят
электронные версии обычных книг и журналов, собственно
электронные книги н журналы, не выходящие в полиграфическом
исполнении, базы данных, а также звукозаписи, видеофильмы на
магнитных носителях Поскольку такие издания получили название
"медиа", то и хранящие их библиотеки иногда называют медиатеками.

Возникло понятие электронной библиотеки. Оно пока еще не устоялось
н включает национальные и международные проекты с
государственной поддержкой ("Память мира" ЮНЕСКО, 'Библиотека
Мгиверсалис", проект Gutenberg), коммерческие проекты (BookSearch-
Google, Internet Archive, 'Библиотека Мопжова"), а также коллекции
электронных изданий в составе традиционных библиотек (Российская
государственная библиотека, Библиотека конгресса США,
Национальная библиотека Франции) и банки данных специальных
изданий (стандарты, патенты, промышленные каталоги). Почти все
электронные библиотеки создаются в первую очередь для улучшения
доступа к изданиям, представляющим историческую, культурную или
научную ценность.

Основной проблемой при создании электронных библиотек является

неопределенность их правового статуса. Три четверти таких библиотек

содержит материалы, защищенные авторским правом. При этом, по
данным ЮНЕСКО, две трети из этих библиотек считают, что право иа
оцифровку дают законы страны, около половины, тем не менее,
заключают соглашение с владельцами прав, а пятая часть не заботится о
формальностях Другие проблемы связаны с технологией их
формирования. После того как произведен отбор книг для библиотеки,
их надо отсканировать. Для этого нужно специальное оборудование,

позволяющее автоматически сканировать страницы и не оказывающее
слишком вредного воздействия на них Затем приждится позаботиться

чтобы полученные файлы имели один формат. Лишь после этих
процессов можно создать базу данных с системой управления ею

(СУБД), для того чтобы библиотека стала доступна читателям через
Интернет.

Поиск нужной литературы в библиотеке осуществляется по каталогам -

алфавитному (если читатель знает автора и заглавие нужной книги),
систематическому (если он ищет литературу по определенной отрасли
знания, дисциплине или их разделу), предметному (если нужна
информация по некоторому предмету т.е. вопросу или проблеме).
Поскольку в отечественных библиотеках предметных каталогов обычно

ие бывает, их часто заменяет алфавитно-предметный указатель (ключ) к

систематическому каталогу Во многих библиотеках карточные каталоги

заменяются электронными, которые позволяют вести поиск по более
широкому набору признаков.

Как правило, читатель ищет литературу по своей теме, не зная
конкретных авторов и заглавий. Поэтому основным инструментом для
него служит систематический каталог В нем описания книг

расположены по отраслям знания, научным дисциплинам и их
разделам. Состав и порядок расположения этих дисциплин
определяется принятой в библиотеке схемой классификации. Массовые
библиотеки в России пользуются Библиотечно-библиографической
классификацией (ББК), созданной в ГЬсуцарственной библиотеге СССР
им. В. И. Ленина полвека назад. Отечественные научные библиотеки

ориентируются на Универсальную десятичную классификацию (УДК),
созданную в начале прошлого века бельгийским документалистом и

создателем информатики Полем Отле. Эта классификация основана на

Десятичной классификации Дьюи (ДДК), созданной выдающимся
американским библиотечным деятелем Мельвилем Дьюи в 70-х гг. XIX

Принцип этой схемы расположения наук обозначен в ее названии: весь
универсум знании разделяется на десять разделов, каждый из них - на
десять подразделов и так до самых последних делений. Это уцобио,
потому что каждое деление обозначается легко запоминаемой
десятичной дробью (без ноля и запятой), понятной говорящим на
любом языке. Одиаю в этом принципе есть и недостаток
заключающийся в том, что уже в момент ее создания философы делили
знания на значительно большее число разделов, не говоря о нашем
времени. Так что эта классификация не отражает нынешнего
представления о структуре науки, хотя ее разделы постоянно
подвергаются пересмотру и уточнению.

Библиотечное

дело изучается научной дисциплиной

"библиотековедение", юторая в "Номенклатуре специальностей научных

работников" входит в раздел "Документальная информация" как единая

специальность

книговедение".

'Библиотековедение,

библиографоведение и

Библиография - это многозначный термин, охватывающий
библиографическую деятельность, ее результаты в виде

библиографических указателей, списков и баз данных и специальную

научную и учебную дисциплину библиографоведение. В обыденном
сознании библиография представляется просто списком литературы. Но

ие всякий такой список является библиографическим. Чтобы про него

можно было так сказать, надо, чтобы его можно было оценить, т.е.

выяснить, соответствует ли он определенным критериям: не пропупрно
ли в нем что-нибуць, нет ли лишних записей. А для этого должно быть
оговорено, какие виды литературы в нем отражены (например, книги,
журналы, статьи и т.п.), на каком языке, за какое время, по каким наукам,
предметам, вопросам и тщ. Так что обычный список использованной
литературы в курсовой или дипломной работе, статье или диссертации,
строго говоря, библиографией ие является, хотя часто так называется.

Особенно важно в наше время, что библиография является составной
частью любой науки и в совокупности - органической частью всей
науки в целом. Она охватывает подготовительный этап всяюго
научного исследования, как бы суммирует литературу по предмету этого
исследования. Это тот инструмент сохранения знания, который
образует ее содержательный каркас.

Библиография во всех упомянутых ее значениях, т.е. как сфера
деятельности с ее методологией, экономикой, социологией и наукой,
составляет важную часть необходимой современному обществу
информационной культуры. Об этом свидетельствуют и справедливые
нарекания в адрес Интернета, в котором усиливается беспорядок, и
несовершенство многих его поисковых машин. Большинство хаотичных
и случайных технологических нововведений, призванных улучшить
положение дел, не учитывает уже известных закономерностей в этой
области знаний, другими словами, достижений информационной
культуры.

Библиографическое описание является специализированным языкам,
который обслуживает библиотечное дело, библиографию, науку
информационную деятельность. Суть его заключается в том, что
признаки документа (будь то рукопись, произведение печати или
электронный ресурс), необходимые для его идентификации и для
информирования о нем читателей, располагаются в определенном
порядке в виде элементов описания. Место каждого элемента, правила
его заполнения и знаки перед элементами устанавливаются
соответствующими стандартами Г31. Это позволяет человеку знакомому
с этим языком, более или менее однозначно описать каждый документ,
опознать его в тексте и определить степень его полезности для своих
задач.

Этот язык развивался на протяжении веков, становясь все более
точным и отражая изменения самих документов и их потоков. Многим
он представляется ненужной формалистикой, без которой вполне
можно обойтись, но это не так. По этому поводу в свое время хороню
написал Директор Библиотеки Британского музея сэр Антонио Паницци
в письме к графу Эллесмеру 29 января 1848 г.: 'Что касается лкодей,
юторые не видят трудностей..., смеются над правилами, над
методикой, над принципами, над аккуратностью, над
последовательностью и над другими библиографическими глупостями,
то слушать их стоит не больше чем слепого, когда он обсуждает
недостатки живописи или вообще искусство колорита".

Библнографичесюе описание (другие названия книгоописание,
описание произведений печати) - сложный процесс, для
профессионального владения которым надо долго обучаться, в полном
объеме доступен только профессиональным каталогизаторам, опытным
библиотекарям и библиографам. Всем остальным работникам
умственного труда достаточно знать упрощенные правила описания,
юторые соответствуют недавно принятому стандарту для
библиогра(|мческнх ссылок. Он устанавливает, что документы, в
юторых указано не более трех авторов, описываются под фамилиями и
инициалами этих авторов.

Тарасова В. И. Политическая история Латинской Америки: учеб, для
вузов. - 2-е изд. - М.: Проспект, 2006. - 305 с.

Документы, в которых указано больше трех авторов или авторы не
указаны, описываются под заглавием, т.е. названием документа, а
инициалы и фамилия первого автора указываются в тексте самого
описания.

История Российский книжной палаты, 1917-1935 / Р. А. Айгастов [и
др.]. - М.: Рос. кн. палата, 2006. - 447 с. - ISBN 5-901202-22-8.

Составные документы, т.е. изданные в составе других документов,
например, статьи в журнале или сборнике, описываются так же, как и
самостоятельно изданные, но после знака две косые черты //
указывается то издание, в состав которого они входят.

Адорно Т Е. К логике социальных наук // Вопр. 4млосо(|ми. - 1992. - No
10. - С. 76-86.
Электронные ресурсы описываются так же, как и произведения печати,
но с добавлением даты их обновления (если оиа указана), электронного
адреса и даты обращения к этому ресурсу в момент его описания.

Экономический рост // Новая Россия: [библиогр. указ.] / сост. Б.Берхина,
О.Кокзвкина, С.Канн; Отд-ние ГПНТБ СО РАН.Новосибирск, [2003-].
Дата обновления:	6.03.2007. URL:	ссылка:

hrtpy/httpy/www.pronnetus.nsc.ru/ (дата обращения 22.03.2007).

Порядок следования элементов библиографического описания, который
позволяет опознавать их при чтении, правила их заполнения,
особенности описывания документов разных типов, как уже сказано,
устанавливаются стандартом. Оии подробно разобраны с примерами в
отдельно изданном "Практикуме по поиску и библиографированию
информационных ресурсов".

Библиотечная и информационная деятельность

Органы научной информации и специальные библиотеки служат
важнейшими вспомогательными учреждениями науки. Эти учреждения
призваны выявлять и собирать информацию, анализировать и
перерабатывать ее в формы, удобные для хранения и последующего
поиска, обеспечивать ее хранение и распространение, включая выдачу
по запросам. Однако осуществляя общие функции, они решают разные
юикретные задачи, при помощи специалистов разного профиля и
разными методами. Эти различия надо понимать, чтобы лучше
использовать те возможности, которые предоставляют
информационные службы и библиотеки. Одно из таких различий,
касающееся информационных работников и библиотекарей, было
удачно сформулировано несколько десятилетий назад группой ведущих
американских ученых в докладе президенту США:

"Для перегруженного текущей работой специалиста гораздо важнее
получить помощь от квалифицированного ученого-информатора, чем
самому разбираться в огромном количестве литературы, полученной им
из информационного центра. Квалифицированные ученые, работающие
в информационном центре и вносящие свой вклад в науку составляют
ядро такого центра. Именно они превращают специализированный
информационный цеитр в научно-исследовательское учреждение, а не в
техническую библиотеку1' Г41.



Таким образом, информационный работник и библиотекарь -
специалисты разного профиля. Первый из них - это специалист в
определенной области, участвующий в репвнии проблемы и
обеспечивающий свой коллектив информацией. Библиотекарь же,
который тоже может иметь образование и квалификацию в одной из
отраслей знания, - это специалист, владеющий методами
библиографического контроля, ориентирующийся в огромном потоке
книжно-журнальной продукции, понимающий психологию читателя и
обладающий педагогическим мастерством руководства его чтением.

Конечные задачи информационной службы - оповещать о новых фактах
и идеях, отвечать на фактографические запросы, например, что известно
по данному вопросу какими свойствами обладает данный объект, какие
объекты обладают данными свойствами и т.п. Поскольку сегодня
ответы на эти вопросы содержатся в научных документах и базах
данных, информационные службы работают с ними и часто
вынуждены вместо фактографических давать "документальные" ответы:
какие сведения содержатся в тех или иных документах, в каких
документах содержится необходимая информация. Следовательно,
работа с научными документами - ие основная деятельность
информационных служб, а лишь средство для получения необходимой
информации, ее интеллектуальной переработки и предоставления
потребителю в удобной для использования форме.

Библиотека же - культурно-просветительное и научно-вспомогательное

учреждение, организующее общественное пользование произведениями

печати и письменности и призванное помогать читателю в выборе

книг, руководить его чтением. Таким образом, библиотеки и
информационные службы имеют разные юиечные цели и задачи, хэтя
во миогом работают с одними и теми же научными документами.

Рдту одно различие касается людей, на которых направлена деятельность
этих учреждений. Потребитель информации обрапрется к
информационным работникам за конкретными сведениями. Ои вправе
требовать от них точного и полного ответа на узкоспециальный запрос,
поскольку они обязаны следить по документальным источникам за
развитием обслуживаемых ими направлений. В библиотеке тот же
самый человек выступает как читатель, которому наряду с

произведениями, соответствующими его сегодняшним узким интересам,

нужно дать прочитать книги и статьи, расширяющие его кругозор,

повышающие его квалификацию, ориентирующие его в смежных

областях, удовлетворяющие его общенаучные и широкие общественные

интересы.

Наконец, если рассматривать работу этих двух типов учреждении по-
крупному то нельзя не отметить, что они работают и в разных режимах.
Хотя это различие не носит принципиального характера, но такова
преимущественная практика, и, по-видимому она ие случайна.
Большинство информационных служб работает в режиме регулярного
распространения научной информации. Он соответствует режиму
поступательного развития науки, периодического выгода новых
публикаций, появления непубликуемых научных документов.

Органы информации стремятся к максимально полному ознакомлению
с новыми документами, осуществляют их аналитико-сиитетическую
переработку а затем равномерными порциями доводят их основное
содержание до сведения потребителей в виде отдельных выпусков
периодически издаваемых реферативных журналов, обзоров, экспресс-
информации или библиографических указателей. Одновременно
информационные службы стремятся обеспечить долговременное
хранение документов с целью их последующего поиска и выдачи
потребителям по запросу

Библиотеки же преимущественно работают в режиме "запрос - ответ".

Они накапливают произведения печати и письменности, раскрывают
их содержание и организуют их хранение таким образом, чтобы

выдавать затем по запросам читателей. Правда, почти каждая

библиотека или группа библиотек ведет регулярное информирование

Тенденции развития основных видов документов

С развитием каждой цивилизации по мере усовершенствования ее
языка и письменности вырабатывались и определенные типы
документов, как по форме, так и по содержанию. Самые древние из
дошедших до нас документов - клинописные плитки Месопотамии -
датируются четвертым тысячелетием до н. э. От шумерской культуры
того времени и ассиро-вавилонской, расцвет которой пригодится на
второе тысячелетие до н. э., сохранились сочинения в области
астрономии, географии, истории, права, торговли. Наряду с
небольшими глиняными плитками высотой в 2,5 см изготовлялись
плитки высотой до 40 см, содержание до 400 строк в 4 колонки с двух
сторон. Основным иедосгатгом этих глиняных книг, в течение
тысячелетий обслуживавших культурные и научные потребности
человека, была их громоздкость и недостаточная емкость. Отдельные
произведения занимали до 10 плиток Собрания, насчитывавшие
десятки тысяч плиток (а до нас дошли остатки подобных библиотек),
требовали огромных помещений.

Папирусный свиток - более компактная форма документа, позволявшая
накапливать большие собрания произведений письменности. Начиная с
третьего тысячелетия до н.э., в Египте изготовлялись именно такие
книги. ТЬкст на папирусном свитке располагался перпендикулярно его
длине колонками от 25 до 45 строк Хрупкость и недолговечность
папируса обусловила незначительное число дошедших до нас образцов
древнеегипетских документов (древнейший из них восждит к XVIII в.
до н.э.). Это, главным образом, ритуальные "книги мертвых”,
извлекаемые археологами из пирамид и других захоронений.

У грегов и римлян на протяжении долгого времени сведения (особенно
научного характера) распространялись устным путем. Известно, что
лишь после Аристотеля для этих целей стали широко применяться
рукописи. До середины нашего века мы не располагали ни одним
оригиналом времен античных классиков, часто столетия отделяют
последнюю сохранившуюся копию от возможной даты написания
текста. Исключение составляют лишь найденные во время второй
мировой войны кумранские рукописи ("рукописи Мертвого моря"),
датируемые первым веком и. э. Сведения о греческих и римских
папирусах почерпнуты из малоазиатских и позднеегипетских образцов.
Средняя длина свитка не превышала 10 м, ширина - 30 см.

Пергамент, изготовлявшийся из телячьих шкур, известен как материал
для письма с III в. до н.э. Он позволял писать с двух сторон, был более
долговечен, чем папирус, и обусловил пережд к современной блочной
форме книги - кодексу Кодексы из папируса изготовлялись еще в первые
века н.э., но к V в. были вытеснены пергаментным кодексом.

Кодекс - более емкая форма книги, чем свиток, он удобнее для записи
больших текстов и для наведения справок. Пергаментные кодексы
вплоть до ХИ в. были единственной формой книги в Европе.
Основным их недостатком, препятствовавшим широкому
распространению письменных документов, была дороговизна. Для
одного экземпляра пергаментной книги требовались шкуры целого
стада телят. На смену пергаменту пришла бумага, изобретенная в 105 г. в
Китае. На Ближнем Востоке ее начали изготовлять с 751 г., а в ХП в.
через арабских завоевателей Испании она проникла в Европу

Бумажная книга, значительно более дешевая, чем пергаментная, стала
широко использоваться в научных и образовательных целях. Опыт
несюльких тысячелетий развития письменных документов показывает,
что их форма менялась главным образом под влиянием потребностей
общества: документы становились все более емкими, удобными для
использования и дешевыми. Именно эта тенденция развития средств,
служивших для закрепления информации, привела к появлению
бумажного книжного блока, который до нашего времени оставался
основной материальной формой документа.

В XV в. стала повсеместно ощупрться потребность в новом способе
изготовления документов. Рукописная книга перестала удовлетворять
культурные и научные запросы общества по двум причинам. Во-первых,
она изготовлялась слишком долго и требовала значительных затрат
труда. Во-вторых, переписка текстов от руки не давала возможности
получить большое число экземпляров идентичного содержания, так как
юпии одного и того же текста отличались друг от друга из-за
искажений, вносимых переписчиками.

Именно к этому времени относится историческое изобретение в 1448 г.
немецким ремесленником И. Гутенбергом книгопечатания подвижными
литерами. Технические средства, которые легли в основу
книгопечатания, - граверная и литейная техника и винодельческий
пресс, преобразованный Гутенбергом в печатный станок, - были

известны еще в античные времена. Однако лишь настоятельная
потребность общества в быстром и точном механическом
воспроизведении текстов вызвала к жизни это изобретение,
совершенству юторого мы не перестаем удивляться и основными
принципами юторого еще пока продолжаем пользоваться для
размножения документов.

Мы знаем, что теперь появились технические средства, значительно
повысившие наши возможности хранения больших массивов
информации с быстрым доступом к любой единице этой информации.
Речь идет о компактных оптических дисках, используемых в качестве
внешней памяти юмпьютера (CD - Compact Pise). В этой области
прогресс происходит так быстро, что рисюванно приводить какие-либо
точные данные. Но объем одного диска измеряется гигабайтами, т. е.
миллиардами страниц текста, время записи и считывания одной
страницы не превышает долей секунды, а поиск и выдача информации
по запросу в электронной библиотеке занимает секунды. Выведенные
иа экран тексты и изображения можно изменять по мере
необходимости. Эти новые средства используются столь активно, что
успешно конкурируют с традиционными.

Различные виды документов возникали в разное время и иа
протяжении последних столетий и даже десятилетий претерпевают
значительную эволюцию. Книга существует уже несколько тысячелетий,
описание изобретений - полтысячелетия, научный журнал -350 лет, а
журнальная статья в ее настоящем виде - 100-150 лет. Типология
документов также существенно меняется. До последнего времени
наиболее важным считалось деление научных документов иа
опублиюванные н непубликуемые. Еще иесюлью десятилетий назад
идеи и факты признавались введенными в оборот толью после их
опублиюваиия, означавшего широкое распространение и официальную
регистрацию документов, в юторых они содержались.

Для информационной деятельности это разграничение менее
существенно, так как, во-первых, в неопубликованных документах
содержится много ценной информации, опережающей сведения,
юторые появляются в публикациях, а, во-вторых, новые средства
репродуцирования делают это разграничение очень условным. Такие
научные документы, считающиеся обычно непубликуемыми, как
отчеты, диссертации, переводы, часто распространяются в сотнях и
даже тысячах экземпляров.
Информатика выдвинула на первый план деление документов на
первичные и вторичные. Деление это также очень условно и
приблизительно, поскольку оно главным образом относится к самой
информации, а не к документам, в которых она содержится. Считается,
что в первичных документах отражаются непосредственные результаты
познания, а во вторичных - результаты аналитико-синтетической
переработки информации, содержащейся в первичных документах.
Однако исторически сложивпияся система научных документов такова,
что многие из них содержат одновременно и результаты научных
исследований, и переработку прежних сведений, содержавшихся в
ранее опублиюванных документах. Примером могут служить и статьи в
научных журналах, и монографии, и учебники, и особенно - справочная
литература.

Тем не менее, деление это удобно, так как позволяет характеризовать
различные потоки документов в информационной деятельности. Мы
придерживаемся его в информатике, считая первичными те документы
и издания, в нэторых преимущественно содержатся иовые сведения или
новое осмысление известных идей и фактов, а вторичными - те
документы и издания, в которых содержатся сведения о первичных
документах. С учетом сделанных оговорок к первичным документам и
изданиям можно отнести большинство книг (за исключением
справочников), журналы, газеты и другие сериальные издания,
описания изобретений, стандарты, отчеты, диссертации, переводы, а кэ
вторичным - справочники и энциклопедии, обзоры, реферативные
журналы, библиотечные каталоги, библиографические указатели и
картотеки.

Специальные исследования показали, что две трети всех
информационных потребностей специалистов удовлетворяются через
журналы. Журналом мы будем называть периодическое (сериальное)
издание, регулярно публикуемое в течение одного года выпусками,
одинаково оформленными и содержащими статьи или иные материалы
научно-технического или обн^ственно-политического содержания, а
также произведения множественной литературы. В журналах
содержится новейшая информация, освепрются последние достижения
науки и техники. Журналы появились, как уже сказано, триста пятьдесят
лет назад: точной датой этого события считается 5 января 1665 г., вида
был опубликован первый номер французского еженедельника "Журнал
ученых", который дал название этому виду периодических изданий.

Основным назначением этого журнала, предопределившим характер
научных журналов на 150 лет вперед, стало оповещение о новых книгах
по всем отраслям науки, литературы и искусства, однаю с особым
вниманием к естественным наукам и технике. Для раскрытия
содержания книг в то время широко пользовались прямыми
заимствованиями и цитатами из текста. Вначале научная хроника
играла в журнале второстепенную роль, постепенно все больше места в
нем стали занимать сообщения об экспериментах в области
естественных наук и вновь открытых явлениях природы. Оригинальные
статьи в течение всего XVIII в. публиковались в журналах редко.
Обычно они принадлежали крупным ученым и имели традиционно-
условную форму писем одного ученого к другому: так было принято
сообирть о научных открытиях в предшествующие эпохи.

Начиная с XIX в. журнал становится основным источником научной
информации. В нашем столетии установилась исключительно важная
практика упоминания в каждой журнальной статье всех научных работ,
которые использовались при ее написании. Однаю рост числа
журналов, их недостаточная про^илированиость, быстрое старение
опубликованных в них материалов привели к тому что уже с 30-х гг.
прошлого века журнал как источник информации стал подвергаться
критике ученых. Они выдвинули множество проектов замены научных
журналов другими средствами распространения знаний. В их основе
лежит предложение вместо издания журналов депонировать
разрозненные статьи в специальных отраслевых центрах и отражать их
в реферативных журналах.

Закономерности роста и старения

С развитием информатики наступил новый этап в изучении научных
публикаций, поскольку основное внимание стали уделять
закономерностям, характеризующим внутреннюю связь изданий с
развитием науки, количественные зависимости между числом
публикаций и показателями роста науки. Закономерности эти связаны
со структурой и свойствами научной информации, но проявляются
иесюлью иначе и могут быть достаточно точно измерены.
Выяснилось, что для числа авторов, публикующих определенное
юличество работ в течение своей жизни, числа журналов, ежегодно
публикующих определенное юличество статей, числа публикаций,
содержащих определенное юличество ссылок иа другие публикации,
существует общая закономерность распределения.

"Они следуют тому же типу распределения, юторый характеризует
соотношение миллионеров и бедняков в условиях высокоразвитой
капиталистической экономики: огромная доля богатств находится в
руках узкого круга богачей, а небольшой остаток - в руках несметного
множества мелких производителен, Является ли точная форма
распределения логарифмичесюй, экспоненциальной, описывается ли
она законом Ципфа или обратной квадратной функцией - это предмет
особого рассмотрения в каждом отдельном случае" Г51.

Это означает, что большинство авторов за всю жизнь публикуют лишь
одну или две статьи, тоща как небольшая группа авторов отличается
плодовитостью, публикуя по несколько десятюв или даже сотен работ.
По большей части прекращают выходить в свет периодические издания,
успевшие выпустить несколько годовых комплектов, тогда как
небольшое число давно выходящих изданий публикует львиную долю
всех статен. Примерно половина опубликованной литературы обязана
такому числу авторов или журналов, юторое составляет квадратный
юрень общего их количества.

Рост литературы выражается в непрерывном увеличении числа новых
названий вновь появляющихся изданий и публикаций. Широю
распространенное представление об экспоненциальном росте
основных видов литературы справедливо лишь для ее суммарного
количества, причем без учета старения. Реальной моделью такого
представления могут служить крупные научные библиотеки,
комплектующие литературу по широкому профилю и выполняющие
функции архивного хранения литературы. Но если нас интересует
ежегодный прирост новой литературы, то приходится быть более
осторожными в оценках

Статистика мирового книжного рынка за последние полстолетия
показывает, что число ежегодно выпускаемых иа рынок книг
увеличивается в арифметической прогрессии, а именно на несюлью
десятков тысяч названий, и достигает ныне 3 млн. Справедливость

требует заметить, что это все выходящие книги - тех, которые поступают

в продажу существенно меньше. Если бы было возможно учесть
заказные, бесплатные, ведомственные, учебно-методические н другие
издания ограниченного распространения, то приведенные цифры были
бы более точными. Следует также иметь в виду что книги, содержащие
научную информацию, составляют четверть от общего их числа.

Подсчет числа журналов значительно сложнее, так как онн, в отличие
от книг, все время находятся в процессе изменений. Журналы
возникают, прекращаются, сливаются, дробятся, меняют название,
издателей, периодичность. По мнению специалистов, на каждые три
новых журнала один перестает выходить. Наиболее достоверные
сведения о числе выходящих журналов можно получить из
"Международной библиографии периодических издании", выходящей
под именем Констанции Ульрик. В последнем издании этого
справочника зарегистрировано около 200 тыс. названий журналов, из
юторых около 50% падает на издания по общественным и
гуманитарным наукам, 40% составляют журналы по точным,
естественным и прикладным наукам н лишь 10% - литературно-
художественные и общественно-политические журналы.

Старение публикаций заключается в том, что они с увеличением своего
"возраста" теряют ценность как источники информации и все меньше

используются специалистами. Степень этого использования можно

устанавливать при помощи учета цитирования. В данном случае
стареет не сама информация, а содержащие ее публикации, постольку в
свежих работах эта информация может быть '^упакована" более плотно
вместе с новой.

Для измерения скорости старения публикаций американские ученые Р.
Бартон н Р. Кеблер предложили в 1960 г. меру названную периодом
полужизни публикаций, по аналогии с показателем скорости распада
радиоактивных веществ. Период полужизни публикаций - это время, в

течение которого была опубликована половина всей используемой в

настоящее время литературы по какой-либо отрасли или предмету.

Например, если этот период равен 5, то это значит, что 50% всех
процитированных в текущем году по данному предмету работ не старше

пяти лет. Ниже приводятся данные разных авторов о периодах
полужизни публикаций в различных отраслях науки:

Достоверность приведенных цифр зависит от величины выборки
цитирования, от типа и характера публикаций, поэтому даже в пределах
одной науки данные разных авторов могут существенно расходиться. Но
дело не только в этом. В 70-е и 80-е гг. прошлого века проблема
старения литературы подверглась интенсивным исследованиям, в
результате которых ее понимание стало сильно отличаться от
концепции периода полужизни. Начало этому пересмотру положил М.
Лайн, который ввел в расчет характеристики старения литературы
темпы ее экспоненциального роста. Сущность того, что произошло в
трактовке старения, как всегда ярко выразил Д. Прайс.

"В течение иесюльких лет после публикации спрашиваемость статьи

или ее относительная цитируемость уменьшается крайне медленно (по
параболе, если считать по логарифмам прошедших лет). Даже через

работ большинство, и очень сомнительно, чтобы это вызывалось
эффектом немедленное™, связанным с быстрым старением...'1 Г61.

Этой проблеме до сих пор и у нас, и в ряде зарубежных стран
посвяпрется много серьезных работ, которые убеждают в том, что
частота использования определенной совокупности литературы одного
года издания меняется очень медленно. Использование публикаций,
определяемое по их цитированию или на основе запросов читателей,
отражает ие толы© старение литературы, но и ее рост.

Для теоретиков информатики и историков науки важно учитывать
старение литературы в чистом виде, для информаторов и
библиотекарей период полужизни служит важным практическим
показателем и продолжает широт использоваться. Следует также иметь
в виду что цитируются далеко не все научные публикации. Половина
статей в определенной области в текущем году как правило, ие
упоминается, а еще 40 % цитируется лишь один раз (обычно самим
автором). Таким образом, активный исследовательский фронт, т. е.
число работ, цитируемых более одного раза в году на породой меньше
горпуса опубликованной литературы.

Оценка значимости (влиятельности) ученых и
журналов

Распространенная оценка продуктивности научной деятельности
основывается на абсолютных показателях общего числа
опубликованных научных работ и/или библиографических ссылок на
них. Однако такая оценка, как правило, носит односторонний характер.
Общее число статей в действительности оценивает лишь
публикационную активность научного работника, но не учитывает
значимости публикаций, того информационного вклада, юторый они
вносят в науку. Общее число ссылок на работы автора не учитывает
возможности большого числа ссылок толью на некоторые из его работ,
написанные притом в соавторстве. Этот показатель дает
неоправданный приоритет цитирующим обзорным работам перед
исследовательскими. В этих случаях показатель также не оценивает
реального вклада ученого в науку

Чтобы устранить указанные ограничения, можно считать толью число
значимых статей, установив для их значимости критерий
определенного числа ссылок на них Но такой критерий произволен и
субъективен, поскольку он должен быть разным в разных науках и для
разных возрастных категорий ученых Можно было бы ограничиться
подсчетом числа толью наиболее цитируемых статей, но и этот
абсолютный критерий обладает недостатками предыдущего. Кто и как
буцет устанавливать порог наибольшей цитируемости?

Индексы цитирования могут относительно адекватно отражать
результативность научной деятельности, если они опираются на
объективную выборку журналов. Хотя самые известные из иих
Science Citation Index фирмы Thomson Reuters и
Scopus фирмы Elsevier претендуют на статус международных,
первый из них отражает мнение и практику американских, а второй -
европейских ученых

Для оценки и сравнения результативности научной деятельности
российских ученых необходимо дождаться полной готовности
Национального российского индекса цитирования (РИНЦ), который
разрабатывается с 2005 г. Научной электронной библиотекой (НЭБ).
Основные задачи, которые рениет этот проект, - создание
информационно-поисковой системы по публикациям российских
ученых, единого их реестра, инструментария для статистичесюго
анализа отечественной науки, эффективной системы навигации в
массиве научной информации.

Названный проект является не единственной отечественной
инициативой по созданию указателя библиографических ссылок.
Другим подобным проектом является Указатель Российского фонда
фундаментальных исследований (РФФИ). Начиная с 1992 г. РФФИ
является основной организацией, финансирующей фундаментальные
научные исследования на конкурентной основе. Источником данных
для "Указателя РФФИ является база данных в которой содержится
информация о поданных конкурсных заявках на исследовательские
проекты и результатах их выполнения. В отличие от РИНЦ, в этом
указателе учитываются и иноязычные публикации (около 40% от
общего числа). Почти половину вводимых публикаций составляют
журнальные статьи. Общее число отечественных и зарубежных
журналов, в которых публикуются эти статьи, превынает 5 тыс.
наименований, из юторых40% представлены в Journal Citation
Report (JCR) фирмы Thomson- Reuters.

По данным, которые подсчитывают названные учреждения, вычисляют
и показатели значимости (влиятельности) и быстроты отклика
(оперативности) научных журналов, получивших названия Impact
factor и Immediacy index. Влиятельность конкретного журнала
в определенном году вычисляется как отношение числа ссылок этого
года в других журналах иа статьи нашего журнала, опубликованные за
два предыдущих года, а оперативность - иа статьи, опубликованные в
том же году По этим показателям корректируется комплектование
периодики научных библиотек и ПРНД ученых, публикующих статьи в
журналах

Введенные в JCR показатели "Impact factor" и "Immediacy
index" являются тонкими количественными оценками научного
статуса журнала, отражающими, по сути, качество работ, публикуемых в
журнале, через оценку двух аспектов журнала - продуктивности (числа
опубликованных в нем работ) и цитируемости (количества ссылок на
него, т.е. его используемости учеными).

Impact factor можно рассматривать как показатель влиятельности

журнала (обозначим его Tj), который рассчитывается как отношение
числа ссылок, которые получил журнал в текущем году на статьи,
опубликованные в этом журнале в предлвствующие два года, к числу
статей, опубликованных в этом журнале в эти же два предшествующих
года.

Immediacy index можно рассматривать как показатель быстроты
отклика на журнал. Этот показатель равен отношению числа ссылок,
полученных журналом на статьи текущего года, к числу статей,
опубликованных в нем в том же году

Любые количественные показатели при оценке научной деятельности
могут служить лишь формальными данными для содержательной

интерпретации, поскольку они не учитывают индивидуальных

особенностей мыслительной работы ученого и национальных традиций

сложившейся системы информационной коммуникации. Вместе с тем,
эти данные позволяют корректировать субъективную оценку

значимости отдельных ученых, научных коллективов и даже сравнивать
интеллектуальную деятельность разных стран.

Закон рассеяния статей конкретной тематики по
журналам

Еще одним важным свойством научных публикаций является их
рассеяние. Закон рассеяния научных статей в журналах был открыт в
1934 г. С. Бредфордом, который в 1948 г. дал ему следующую
Формулировку Г81:
"Если научные журналы расположить в порядке убывания числа
помещенных в них статей по какому-либо заданному предмету то в
полученном списке можно выделить ядро журналов, посвященных
непосредственно этому предмету н несюлью групп нли зон, каждая нз
юторых содержит столько же статей, что и ядро. Тогда числа журналов
в ядре н в последуютодх зонах будут относиться как 1 j л

В соответствии с этим заюном журналы по продуктивности можно
сгруппировать так, чтобы они как бы образовали три зоны. Включенные
в каждую такую зону журналы содержали бы одну треть публикаций по
данному предмету помещенных во всех этих журналах

Первая, ядерная зона содержит публикации из небольшого числа самых
продуктивных журналов - Вторая зона содержит публикации из
большего числа журналов средней продуктивности - а третья зона -
нз еще большего числа журналов с низкой продуктивностью, *1’3. ТЬгда
в соответствии с рассматриваемым законом

Т1 :Т2: ТЭ= 1 i а: о3,

где а является коэффициентом рассеяния, т. е. величиной для данного
предмета и времени постоянной.

Другими словами, если совокупность всех публикации по какому-либо
вопросу принять за целое, то в специальных журналах данного профиля

(число юторых невелико) поменяется линь одна треть этих
публикаций. Вторая треть статей по данному вопросу оказывается
опубликованной в значительно большем числе тематически
родственных (смежных) журналов. Последняя треть этих публикаций
рассеяна в огромном числе периодических изданий, в юторых
появление статей данной тематики трудно предвидеть, так как эти
издания имеют широкий профиль нли общенаучный характер.

За годы, прошедшие со времени открытия этого закона, проведены
сотни исследований с целью проверки его истинности и поиска для
него строгого математического выражения. Они показали, что закон
этот выполняется толью при определенных условиях, когда предмет
или тема четю сформулированы, учитываются все релевантные
документы в полном перечне изданий и строго ограничено время
выхода этих изданий.



Последнее условие имеет особый смысл, так как закон этот
характеризует рассеяние в определенный момент. Он является частным
случаем более обгодго распределения, описываемого законом Ципфа.
Дж. Ципф установил, что если к достаточно большому тексту составить
список всех встретившихся в нем слов и расположить их в порядке
убывания частоты встречаемости в данном тексте, то для любого слова
произведение его порядювого номера (ранга) на эту частоту есть
постоянная величина, имеющая одинаковое численное значение в
данном тексте. Этому закону подчиняется распределение не только слов
во всех языках мира, ио и других явлений социального характера:
ученых по числу опубликованных ими работ, городов по численности
населения, людей по размерам дохода и даже биологических родов по
числу входящих в них видов.

Закон Бредфорда отражает одно из свойств открытой социальной
системы, каковой и является научная литература по предмету а именно
- стабильность ее иерархической структуры. Неюторое отличие этого
закона от ципфовского распределения объясняется специфмкэй
периодических изданий как формы квантования научной литературы.
Эти иодания обладают большой инерционностью: изменения в их
профилях и номенклатуре происходят значительно медленнее, чем в
содержании статей, которые непосредственно отражают все процессы в
науке и технике.

Закон рассеяния публикаций имеет большое практическое значение. Из
него следует, что охват всех публикаций по какой-либо отрасли или
предмету не может быть обеспечен, если ограничиться просмотром
лишь профильных журналов и журналов по родственной тематике - для
этого приходится просматривать значительную часть научно-
технических журналов. Этот заюи учитывается при организации
национальных информационных систем. Он позволяет решить рад
практических задач информационной деятельности:

определять число журналов, которые обеспечивают тот или иной
процент всех публикаций по какой-либо отрасли или предмету;

составлять списки журнальных публикаций по теме с
гарантированной степенью полноты;
оценивать полноту библиографических списков журнальных
публикаций;

комплектовать журнальные фонды при фиксированных
ассигнованиях;

вычислять длину полок, необходимых для хранения фонда
журналов.
Инструменты традиционного

и сетевого

информационного поиска

Понятие информационного поиска появилось только в середине

прошлого века. Оно объединило такие, казалось бы, разные виды

деятельности, как составление библиотечных каталогов и
библиографических указателей, организация библиотек и справочно-
информационного обслуживания, архивное дело, создание словарей,
справочник®, энциклопедий, вспомогательных указателей к
монографиям и сборникам.

Предыстория и сущность

В основе этого понятия лежит представление о том, что поиск

необходимой информации в любом собрании документов практически
невозможен путем прочтения или даже беглого просмотра текстов всех
документов данного собрания. Поэтому уже с незапамятных времен для
поиска информации применяют ряд логических процедур, юторые в
совокупности и составляют процесс информационного поиска.
Прочтение полного текста документа заменили просмотром заглавий,
аннотаций, рефератов. Однако и эта процедура в многотысячных
собраниях документов оказалась слишюм труцоемюй. Документы

пришлось систематизировать по содержанию, юторое условно стали

обозначать индексами, т. е. буквами и/или цифрами. Систематизация по

разделам наук (классам) - один из самых первых способов раскрытия

содержания научно-технических документов, моделирующий работу

человеческого сознания и восждящий кглубоюй древности.

По мере увеличения количества письменных и печатных документов и
объема наших знаний о мире их классификация усложнялась. Эти
классификации получили название иерархических Многотомные схемы
классификации юнца прошлого - начала нашего века насчитывали

десятки тысяч классов, подклассов, отдельных рубрик Специалистам
смежных областей знания и особенно массовому читателю библиотек
стало труцно ориентироваться в схемах классификации и определять в
их иерархии место той рубрики, по юторой необходимо получать
информацию.
Да и сами рубрики, которые строго ориентированы на узкие разделы
наук, подвергающиеся непрерывному процессу дифференциации,
перестали удовлетворять специалистов-практиков, которым нужна была
все более комплексная, предметная информация. Это привело к
созданию в 70-х годах XIX в. предметной или, точнее, алфавитно-
предметной классификации. На долгие годы она стала господствующей
при составлении энциклопедий, вспомогательных указателей к труцам,
систематически излагающим проблему или раздел науки, а в США, где
она была создана, - при организации каталогов.

Стремительный рост объемов литературы значительно усложнил также
задачу идентификации каждого произведения печати. Библиотеки
первыми столкнулись с необходимостью создать инструмент, при
помощи которого можно было бы быстро и надежно устанавливать
наличие определенного произведения в их фондах Таким
инструментом стал в XIX в. авторский, именной указатель (алфавитный
каталог, по библиотечной терминологии), который однозначно
идентифицировал произведение по фамилиям лиц, принимавших
участие в его создании или же связанных с его содержанием. Таким
образом, до середины XX в. возможности содержательного поиска
информации по справочникам или документов, содержащих нужную
информацию, в библиотеках ограничивались тремя способами:
систематическим, предметным и алфавитным.

Традиционной технологией реализации этих способов были списки,
перечни книг и статей, содержавших необходимую информацию. С 70-х
годов XIX в. эти сведения стали записываться на дискретных носителях
- библиотечных карточках из плотного картона формата 75x125 мм
(размер сложенной пополам американской почтовой карточки). Следует
отдать должное этой традиционной технологии. Она успешно
обеспечивала культурный прогресс иа протяжении целого столетия
вплоть до нынешнего этапа научно-технической революции, позволила
накапливать и использовать многомиллионные собрания документов,
обслуживать тематические потребности ученых и специалистов в
необходимой им информации. На ней и сегодня еще в значительной
степени зиждется деятельность всей мировой библиотечной системы -
этого краеугольного камня человеческой культуры, важными
составными частями юторой является наука и техника.
Однако недостаточность, ограниченность этой технологии стала все
более остро ощущаться уже в первой четверти XX в. В науке первыми
почувствовали это химики из-за быстрого роста числа синтезируемых
ими веществ. Обычные методы оповещения - библиографические
указатели, библиотечные каталоги, справочники - начали значительно
отставать по времени от успехов исследователей и перестали
охватывать их результаты в полном объеме. Революции в физике и
электронике, характеризующие середину прошлого столетия, усугубили
трудности информационной коммуникации.

Процедуры и понятия

Научное сообщество осознало необходимость организационного
оформления информационной деятельности, которая в течение
нескольких десятилетий подспудно созревала в недрах науки и техники.
Большая наука индустриального типа, пришедшая на смену 'Чилой"
науке университетского типа, выдвинула задачу создания систем
научно-технической информации. Именно в это время, в юнце 40-х -
начале 50-х гг. прошлого века были сформулированы понятия
информационного поиска, информационно-поисковой системы,
информационно-поискового языка, была выдвинута задача
механизации, а затем и автоматизации информационного поиска.

К этому времени стало ясно, что информационный поиск - это
совокупность логических процедур, в результате юторых в ответ иа
информационный запрос выдается либо необходимая информация, либо
документы, в юторых она может содержаться, либо библиографические
адреса этих документов. В первом случае поиск получил название
фактографического, во втором - документального, в третьем -
библиографического. Эти процедуры сводятся к следующему

Каждый вновь появляющийся документ подвергается анализу в
результате которого определяется его смысловое содержание. Затем это
абстрактное представление о содержании (считается, что оно должно
совпадать с авторским) выражается иа некотором информационно-
поисковом языке, т. е. синтезируется в виде библиографического
описания и индекса.

Индекс образуется путем мысленного сопоставления основного
смыслового содержания с потенциальными запросами потребителей
информации. Эти запросы как бы зафиксированы в схемах
классификации и обозначены индексами. Сама процедура выражения
основного смыслового содержания документов и информационных
запросов иа информационно-поисковом языке получила название
индексирования и составляет существенную часть аналитико-
синтетической обработки документов. Информационный поиск, таким
образом, заключается в замене содержательного прочтения полного
текста документов формальным сличением (сравнением на
соответствие) их поисковых образов с запросами на языке индексов.

Понятно, что такая замена значительно упрощает и убыстряет
нажждение нужной информации, делает возможной автоматизацию
процедуры сравнения. Но за это приходится платить неполнотой и
неточностью поиска. Описанные выше логические процедуры
допускают субъективизм осуществляющих их лиц, а используемые
информационно-поисковые языки несовершенны и не способны
адекватно передавать содержание документов и смысл запросов.
Следовательно, информационные потери и шум - неизбежные условия
информационного поиска. Когда говорят, что поиск осуществлен со
100-процентиой полнотой, имеют в виду, что информационного поиска
не производилось, а был осуществлен полный перебор всех текстов
(современная технология в некоторых случаях предоставляет такую
возможность).

Информационный поиск реализуется при помощи информационно-
поисковой системы, изгорая в абстрактном виде должна состоять из
информационно-поискового языка, правил перевода иа этот язык и
критерия смыслового соответствик, определяющего объем выдачи
документов или информации (критерий выдачи). Конкретная система
включает также средства реализации (перечень, картотека,
механический селектор, компьютер), информационный массив и
обслуживающий персонал.
Рис. 3.1. Блок-схема информационно-поисковой системы

Фунационирование простейшей документальной информационно-
поисковой системы можно проследить по ее блок-схеме на рис. 3.1. В
системе имеется два входа (для документов и запросов) и один выход
(для выдачи документов по запросам). На вждах имеются
преобразователи для индексирования документов и запросов.
Поисковые образы документов вместе с адресами их хранения
(номерами) направляются в активное запоминающее устройство
(ЗУакт), а сами документы - в пассивное (ЗУтас). Индексы каждого

запроса сравниваются с индексами всех документов в решающем
устройстве (РУ), юторое в случае их соответствия (полного или

предусмотренного критерием выдачи) дает в хранилище (ЗУтас)
юманду на выдачу документа. Это хранилищу составляет как бы второй
юнтур системы (сами документы), которого нет у библиографических
(одноконтурных) систем.

Даже названия элементов на блок-схеме говорят о юмпьютерной

реализации информационно-поисковой системы. Однако блок-схема

верно обрисовывает работу любой системы, включая и наиболее

традиционные. Это легко видеть на примере библиотеки.
Преобразователи на вждах соответствуют отделам обработки и
справочно-библиографйчесюму ЗУакт - каталогам, ЗУтас - фондам. Нет
в библиотеке только РУ - оно моделируется интеллектом читателя,
юторый (ж>тя часто он и не осознает этого) вырабатывает собственный
критерии выдачи и собственную стратегию поиска.

Не случайно именно эта интеллектуальная часть функционирования
информационно-поисковой системы представила наибольшие
трудности для автоматизации, именно она больше всего сдерживала
развитие этих систем. Камнем преткновения явились, прежде всего,
традиционные информационно-поисковые языки, ограничивающие
возможности содержательного поиска информации. Расхожее мнение о
том, что эти языки трудно поддаются автоматизации, неверно. Но они
рассчитаны на ручную реализацию, и поэтому использование их в
компьютерах удорожает поиск, ограничивает число пользователей и не
дает никаких выигрышей, т. е. не снимает ограничений, присущих этим
языкам.

А ограничения эти стали особенно ощутимыми на нынешнем этапе
научно-технической революции. Прежде всего, традиционная
технология поиска рассчитана на стабильный, медленно меняющийся
состав запросов. В схемах классификации н перечнях предметных
рубрик уже заранее как бы скоординированы все понятия, по которым
можно извлекать информацию из документов и затем производить по
ним поиск (такие языки поэтому и получили название
предкюрдинатных). Это приводит к тому что при возникновении
новой проблемы или направления исследований, по которым имеется
полученная прежде информация, система не обеспечивает ее поиска.
Ведь эта тематика раньше не была сформулирована и не нашла места в
схемах классификации и списках предметных рубрик, а значит, и
индексирование по ней не производилось.

Другими словами, традиционная технология поиска не позволяет
искать информацию по любому заранее не предвиденному сочетанию
признаков. При этом субъективизм индексатора при извлечении
основного содержания документа увеличивает информационный шум и
потерн, предопределенные характером традиционных поисковых
языков. Нельзя не отметить также, что основанные на них системы
ручного поиска, даже фактографические, не предназначены для
манипулирования полученными из них данными. Они не имеют
логического аппарата для содержательной переработки этих данных.
Подобная задача всегда решалась самими потребителями без помощи
информационных систем.
Координатное индексирование

Новая технология пришла в информационный поиск в виде метода
координатного индексирования, разработанного в США. в 50-е гг.
прошлого века математическим логиком М. Таубе и работником службы
химичесюй информации К. Муэрсом. Этот метод основан на
предположении, что основное смысловое содержание любого
документа и информационного запроса можно выразить при помощи
набора терминов, по большей части содержащихся в самом
индексируемом документе. Эти термины получили название ключевых
слов. Если, к примеру нужно индексировать документ, в котором
говорится о защите от коррозии лопаток газовых турбин, то
совокупность терминов ''турбина", "газ", "лопатки", "юррозия", "защита"
и будет служить поисковым образом документа. Эти ключевые слова
образуют для данного документа как бы координатную сетку по которой
в дальнейшем ведется информационный поиск по соответствующему
запросу

Преимущества данного метода очевидны. Прежде всего,
информационные работники и потребители информации
освобождаются от жестких рамок классификационных схем и перечней
предметных рубрик. Индексирование новых документов ведется без
оглядки на отраженные в них потенциальные и часто уже устаревшие
запросы специалистов. С другой стороны, индексирование
освобождается от субъективизма - ключевые слова выбираются
формально. Эту работу в принципе, можно поручить автомату Во
многих современных информационно-поисковых системах оператор
вводит в машину библиографические данные документа, его реферат
(аннотацию, резюме), а иногда и наиболее информативные части текста
(например, первый и последний абзацы статьи, которые содержат
наибольшее число терминов, относящихся к ее содержанию). Эти
элементы текста можно просто отсканировать. При помощи
"запретительного" списка служебных и общезначимых слов, введенных
в компьютер, осуществляется автоматический отбор ключевых слов,
которые программно приводятся к нормальному виду (единственное
число именительного падежа существительных и прилагательных,
инфинитив глаголов). Это существенный шаг к автоматизации ввода
инфюрмации в инфюрмационно-поисковую систему
При поиске необходимой информации специалист может
формулировать свой запрос в виде цепочки терминов, на пересечении
юторых и окажется большинство документов, содержащих необходимую
информацию. При этом потребитель может произвольно менять
стратегию поиска в зависимости от оценки его промежуточных
результатов. Если документов по запросу мало или нет в Системе,
можно снять из запроса какие-либо ключевые слова (в приведенном
выше примере "газ" и "защита"). Тогда система выдаст документы более
широкого содержания о юррозии лопаток турбин, в юторых все же
может содержаться нужная информация. В случае если документов по
запросу слишком много, можно добавить ключевые слова,
ограничивающие поиск, например, определенным классом турбин или
же конкретными методами защиты их лопаток от юррозии. В этом уже
заключен важный элемент возможности диалога с системой при
помощи слов естественного языка.

Основные достоинства этого принципиально нового подмэда к
раскрытию содержания документов и поиску информации заключаются
в том, что он позволяет находить информацию по любому заранее не
предвиденному сочетанию признаков. Кроме того, при появлении
совершенно новых направлений исследований можно вести поиск во
всем массиве документов, ранее индексированных по этому методу
Традиционные методы таких возможностей не предоставляли.

Было бы несправедливо умолчать о том, что достоинства нового метода
приходится оплачивать преодолением дополнительных трудностей.
Прежде всего, поиск с использованием естественного языка
ограничивает его рамками знаюмых пользователю языюв. Чтобы
расширить этот круг, приходится прибегать к словарям. Затем, каждый
естественный язык отличается богатством своего словарного состава -
слова, одинаювые по написанию, могут иметь разный смысл
(многозначность, омоиимия), а одно и то же понятие может выражаться
разными терминами (синонимия). Запросив информацию о юсах, вы
получите сведения ие толью о сельсююзяйствениых орудиях, но и о
географических объектах, а может быть, и о прическах Желая получить
документы о транзисторах, следует помнить, что они могут также
называться полупроводниками.

Термины находятся в сложных взаимоотношениях между собой,
выражают более узкие или более широкие понятия, могут быть
связанными по сходству по контрасту или по другим ассоциациям.
Чтобы иметь возможность учитывать это при поиске, приходится
составлять на каждом языке специальные понятийные справочники
(тезаурусы). В них для каждого понятия (класса условной
эквивалентности) выбирается годин термин - дескриптор, а для
остальных слов указывается их связь с дескриптором, Тезаурусы иногда
называют дескрипторными словарями, а сам поиск с их
использованием - дескрипторным. Кроме словарей, для поиска по
ключевым словам и дескрипторам часто создают специальную
грамматику Необходимость в ней вызывается возникновением ложной
координации терминов, ошибочным их сочетанием. В ответ на запрос

можно получить не только необходимую информацию о покрытии
медных труб свинцом, но и о покрытии свинцовых труб медью.

Курьеза ради следует упомянуть, что метод координатного
индексирования для поиска информации, явившийся принципиальным
шагом к иовой информационной технологии, иа самом деле
новшеством не был. В 1915 г. он был реализован иа перфокартах

американским орнитологом Т Тейлором при составлении определителя
птиц, а у Б. Виккери возникло предположение, что шумерские врачи
еще в Ш тысячелетии до н. э. пользовались диагностическими
устройствами, работавшими по этому принципу На глиняных
клинописных плитках записывались симптомы болезней, а под каждым
из них - названия болезней, при юторых эти симптомы встречаются.
Совокупность симптомов составляла юординатную сетку а
совпадающие для всех симптомов названия болезней - наиболее
вероятные недуги больного.

Из этого понятно, что информационно-поисковые

системы,

основанные на принципе юординатного индексирования, могут быть

реализованы простейшими средствами ручного обращения. Система
'Унитермкарт" самого М. Таубе представляла собой особым образом

организованную картотеку позволявшую легю сличать номера
документов, чтобы выявить совпадающие номера для заданных
терминов ('Унитермов'^). Первые информационно-поисковые системы
такого типа часто создавались на просветных перфокартах Однаю
подлинный размах создание координатных, по большей части

дескрипторных систем получило, когда они стали использовать

компьютеры второго поюления. В 60-е -70-е годы на базе крупнейших в
мире реферативных служб были созданы мощные автоматизированные
информационные системы, которые предназначались для ускорения
выпуска информационных изданий и расширения спектра
информационных услуг; а затем стали основными генераторами
документальных баз данных на магнитных лентах

Цитирование, библиографическое сочетание,

со цитирование

Принцип цитирования был использован Институтом научной
информации США, основанным в 1958 г. Ю. Гарфилдом, для создания
принципиально нового вида информационного обслуживания.
Английское слово citation означает упоминание, ссылку н ие
соответствует русскому слову цитирование, означающему дословное
повторение "чужого" текста. Однако в данном случае в качестве термина
привилась прямая калька с английского языка, поскольку речь идет о
библиографических ссылках (для цитирования в русском значении
употребляется английское слово quotation).

При поиске информации Ю. Гарфилд ваял в качестве индексов
библиографические ссылки в документах В выпускаемых им указателях
цитированной литературы, называемых также "индексами
цитирования", эти ссылки располагаются по алфавиту фамилий авторов
цитированных работ с указанием сведений о документах в которых они
упоминаются. Произведения, использованные при написании статьи,
составляют как бы координатную сетку для ее поиска. Если статья
написана по совсем новой проблеме, не нашедшей рубрики в
классификации наук, с еще не устоявшейся н малоизвестной
терминологией, найти ее в потоке мировой литературы другими
методами очень трудно. Указатель цитированной литературы можно
представить себе как многоуровневую систему библиографических
описаний документов, находящихся в обратной связи друг с другом.

Указатели цитированной литературы позволяют искать информацию по
совершенно новым межотраслевым или комплексным проблемам под
фамилиями пионеров и наиболее известных специалистов каждой из
таких проблем. Например, для поиска литературы по цитированию
достаточно знать фамилию Ю. Гарфилда, так как почти в каждой работе
по этой проблеме есть упоминание о нем и его статьях. Фамилии
авторов найденных работ могут, в свою очередь, служить входами в
указатель, и за 1-5 таких итераций (последовательных поисков) все
сведения об отраженной в указателе литературе по проблеме
оказываются найденными.

Индексы цитирования предоставляют уникальную возможность

проследить за всеми случаями применения какой-либо идеи или

метода, за их критиюй и обсуждением, оценить информационный

предсказывали нобелевских лауреатов. Институт научной информации
США выпускает указатели цитированной литературы по точным,
естественным и прикладным наукам (с 1964 г.), по общественным

наукам (с 1969 г.), по искусству и гуманитарным наукам (с 1976 г.), для

чего просматривается около 10 тыс. научных журналов и ежегодно

ленте, дискетах, оптических дисках). Нужно ли говорить о том, что
осуществление принципа, положенного в основу этих изданий, стало
возможным лишь благодаря компьютерам. Ведь речь идет о ежегодном
библиографировании более 10 млн ссылок

В двух статьях 1$ и F, например (см. рис, 3.2) имеются
библиографические ссылки, юторые устанавливают прямую
библиографическую связь между ними (цитирующими документами) и

статьями	и X?, юторые в них упоминаются (цитируемыми

документами). В указателе цитированной литературы эти ссылки, по

алфавиту которых упорядочивается его массив, обозначают цитируемые

документы, а под ними располагаются описания цитирующих

документов.

Понимание потенциальных возможностей комплексирования
документов по признаку общих ссылок и стремление максимально
использовать накопленный массив в машиночитаемой форме повели к
поискам новых путей применения метода цитирования. Можно считать
связанными по смыслу документы, авторы которых ссылаются на одни
и те же работы, а числом совпадающее ссылок - измерять степень такой
связанности. Этот метод, который называется библиографическим
сочетанием документов, долгое время не имел широкого практического
применения, но затем был использован для создания ретроспективной
поисковой системы на компакт-дисках

Рис. 3.2. Схема цитирования, социтирования и библиографического
сочетания документов

Можно также считать связанными по смыслу и тематике работы, на
которые совместно ссылаются авторы нескольких документов. Этот
метод, чаще всего называемый социтированием, имеет другую
коммуникационную основу В каждой исследовательской области
имеется некоторый набор важных работ, отражающее познавательную
основу этой области. Данные работы цитируются многими
исследователями и поэтому принадлежат к числу высоко цитируемых
Больше того, они часто цитируются вместе, образуя таким образом
социтирование. Другими словами, социтированием принято называть
одновременное упоминание любых двух или большего числа
публикаций в какой-либо последующей публикации.

Для лучшего представления разницы в этих методах приведена схема
(рис. 3.2). на которой и Г являются цитирующими документами
т. е. JE цитирует A,S и С, a F цитирует и © . Тоща между
цитирующими работами и F образуется библиографические

сочетание, а между цитируемыми работами © и С - социтирование
(обозначено пунктиром). Для простоты и наглядности степень

работами или кластера социтирования в каждом отдельном случае
устанавливается определенный минимальный порог, который тем
выше, чем интенсивнее цитирование).

Между характером этих методов установления связи и областью их

применения

имеется существенная разница. Библиографические

сочетание - это однократно произошедший факт, поскольку Jg и F
были однажды опубликованы со своими ссылками, и с ними в

дальнейшем ничего уже произойти не может. Именно поэтому данный

метод применяется для ретроспективного поиска документов,
связанных между собой единством тематики, юторая исследовалась их

авторами.

Совсем по-другому обстоит дело с социтированием, так как связь между
цитируемыми В и С может сохраняться (увеличиваться или
уменьпиться) в последующие годы в зависимости от того, настолько
часто они будут попарно цитироваться в новых работах Частое
социтирование указывает на их концептуальную близость, постольку
они используются как единый комплекс. Между этими работами как бы

возникают невидимые связи, тоторые после наглядного их выражения
образуют смысловые сгустки (кластеры). Совокупность таких кластеров

ключевых работ, отражающих исследовательские области, представляет

собой как бы карту определенной научной области, а совокупность карт
- атлас науки на данный момент.

Рубрикаторы информационных изданий

На большинстве

европейских языков рубрикатором называли

переписчика рукописей, который в скрипториях средневековья и
Возрождения размечал красной краской первые буквы смысловых
фрагментов текста, получивших название рубрик Это название
сохранилось и до наших дней, хотя в нынешних произведениях печати
рубрики отмечаются абзацными отступами или отделяются друг от
друга пробелами. В журналистике рубриками принято также называть
постоянные разделы в журналах и газетах, а в библиотековедении -
структурные подразделения систематичесюго и предметного каталогов.

В 50-е годы в информатике рубрикаторами стали называть перечни
рубрик реферативных журналов и других информационных изданий. В
данном случае рубрика выступает как содержательный фрагмент такого
издания и состоит из индекса и заголовка раздела, а также
библиографических записей (с аннотациями или рефератами)
произведений печати, которые по своему содержанию относятся к
данной рубрике. По мере роста числа и увеличения объемов
реферативных журналов их рубрикация стала усложняться. Появилась
необходимость в создании такого перечня рубрик, кэторый отвечал бы
определенным требованиям и мог бы служить средством
систематизации библиографических записей вместе с рефератами.
Поскольку библиотечно-библиографические классификации оказались
непригодными для этого, реферативные службы стали создавать
собственные рубрикаторы.

Рубрикатор - это особым образом организованный перечень рубрик
иерархической классификации, предназначенный для отражения
сведений о текущих публикациях в иифюрмационных изданиях или
системах инфюрмационного обслуживания. К его характерным
особенностям относятся сравнительно небольшая глубина индексации,
ориентированность иа межотраслевые, междисциплинарные,
комплексные проблемы, простота и линейность структуры, достаточная
гибкость, частая и безболезненная изменяемость формулировки рубрик.
Любой рубрикатор создается под влиянием двух противоречивых
фнкгоров, отражает два взаимосвязанных, ио разных информационных
потока: документального и запросов потребителей. Первый оказывает
преимущественное влияние на структуру рубрикатора, второй - на
фюрмугировку заголовкэв рубрик, причем изменение структуры
документального потока несюлью отстает от быстро меняющегося
характера иифюрмациоииых запросов.

Возникает вопрос, почему же все-таки для создания рубрикаторов ие
использовались существующие классификации? Можно указать иа

иесюлью обстоятельств, юторые ведут к серьезным различиям в схемах

иерархических классификаций, используемых для библиотечных
каталогов и для построения рубрикаторов. Первые, рассчитанные, в
первую очередь, иа систематические каталоги и картотеки библиотек,
отражают структуру универсального потока документов: книг, брошюр,
периодических и продолжающихся изданий. Рубрикаторы
реферативных журналов ориентированы преимущественно иа
журнальные статьи и другие публикации из научной периодики,
юторые имеют другую содержательную структуру более дробную и
гибкую. В реферативных журналах подчас приходится открывать
рубрики для таких вопросов, которые в библиотечном каталоге могут
стать необходимыми лишь через десять лет.

Систематические каталоги

библиотек ориентированы иа

дисциплинарную структуру т. е. на выделение основных классов в
соответствии с научной классификацией. В рубрикаторе наряду с

дисциплинарными характеристиками необходимо учитывать
комплексные междисциплинарные проблемы и отрасли народного
хозяйства. Это нарушает строгую логиту иерархической классификации,
ио придает рубрикатору особую гибкость. Библиотечная классификация

предназначена для ретроспективного поиска, для накопления записей за

много лет, это требует сложной структуры, ее стабильности,

устойчивости, медлительности в изменениях. Для рубрикатора частые

изменения являются правилом, формулировка заголовков рубрик,
публикуемых в каждом номере издания, играет сравнительно большую
роль, а форма индексов, выполняющих служебную роль, менее значима.
Рубрикатор легко обозрим, имеет небольшую глубину и простой

служебный аппарат (систему ссылок и вспомогательных делений,
способы сочетания рубрик).

По рубрикаторам классифицируются самые мощные потоки научных
публикаций - во всем мире ежегодно миллионы несовпадающих
документов. Это на порядок больше, чем приходится на долю
классификАций, применяемых ежегодно для описания входных потоков
всеми библиотеками мира. Поэтому рубрикаторы приобрели болыгюе
значение в научно-информационной деятельности. Во многих
информационных центрах избирательное распространение
информации, сигнальная информация и даже справочно-
библиографическое обслуживание осуществляются при помощи

рубрикаторов. Чтобы они моти справиться с такими несвойственными

им функциями, приходится оснащать их различными вспомогательными

средствами, которые приближают их к библиотечным классификациям,

но затрудняют их использование по прямому назначению. Как и во всех
подобных случаях, здесь приходится прибегать к разным компромиссам,
но это неизбежно там, где мы не пользуемся новой информационной
технологией.
Электронные ресурсы информации

Электронные издания, как и печатные, типизируются по целевому
назначению, по периодичности и структуре, но, в отличие от печатных,
по технологии распространения могут быть локальными и сетевыми,
могут иметь печатные аналоги, быть мультимедийными и
интерактивными.

Электронные издания

Электронные издания, как и печатные, типизируются по целевому
назначению, по периодичности и структуре, но, в отличие от печатных,
по технологии распространения могут быть локальными и сетевыми,
могут иметь печатные аналоги, быть мультимедийными и
интерактивными. Основная трудность их идентификации, особенно в
сетевом варианте, заложена в самом их определении, поскольку
наличие редакционно-издательской обработки довольно трудно
обнаружить, а выходные сведения требуют интерпретации. Документ,
выставленный на сайте ученого или специалиста, является изданием
или нет? Неизменность такого документа тоже трудно определима. Тем
не менее, можно юнстатировать устойчивую тенденцию роста
абсолютного числа электронных изданий, увеличение их доли в общем
числе изданий и усюрение темпа этого увеличения. По всей
вероятности, это, в свою очередь, ведет к другой заметной тенденции -
развитию интерактивности электронных и особенно сетевых изданий.

Тенденция интерактивности электронных изданий проявляется,
главным образом, в развитии практики свободного редактирования.
Идея свободы коммунигации получила в последнее десятилетие новый
смысл благодаря появлению и развитию социально-ориентированных
сетевых технологий. Это выразилось, прежде всего, в попытке стереть
границы между специалистами и любителями - создателями сайтов и
их пользователями, авторами / редакторами и читателями - за счет
возможности свободного взаимодействия с содержанием сайтов,
получившим название мультимедийного юнтента. Естественным
продолжением тенденций свободного обмена информацией в
Интернете стало появление свободного редактирования,
инструментарий которого позволяет любому желающему принять
участие в исправлении замеченных ошибок, доработке контента и его
авторизации. Отвергаются все регламенты, ограничивающие этот
процесс, и попытки установления цензуры, а его участники
превращаются в свободных и равноправных членов интернет-
сообщества.

Свободное редактирование - новое явление в редакторском деле,
которое активно развивается. Его востребованность подтверждается
непреждящим интересом к свободной онлайн-энциклопедии
'Википедия” (Wikipedia), которая успешно развивает свои

многочисленные языковые версии. Ее организаторы ставят цель:
создать депозитарий свободной информации и предоставить доступ к
знаниям всем желающим. М. Арнисон, впервые предложивший термин
"свободное редактирование" (англ, open editing), так охарактеризовал
свободную публикацию: это электронная реинкарнация древнего
искусства рассказывания историй; это свободное программное
обеспечение (в свободной публикации используются те же принципы,
что и при разработке свободного программного обеспечения а именно:
свобода информации и свобода творчества); это использование работы

волонтеров.

'Википедия" - универсальная, свободно распространяемая, доступная
для чтения и редактирования онлайн-энциклопедия (так характеризуют
ее сами участники) - была создана в 2001 году Д. Уэйлсом,
финансирующим проект, и Л. Сэнгером (организатором и главным
редактором). В составлении и редактировании "Википедии" участвуют
тысячи творческих людей по всему миру Их сообщество существенно
отличается от традиционного редакторского коллектива, так как работа
в ’Википедии" децентрализована. ’Википедия" постоянно изменяется и

дополняется, перманентно нащцясь в редакционно-издательском

процессе. При этом данный процесс практически неконтролируем
(доступ к публиакции и правке статей в ’Википедии" имеют даже

анонимные пользователи), что вызывает нарекания со стороны
академического сообщества. Ведь одно из самых важных требований,
предъявляемых к энциклопедии, - это достоверность и научность (у
'Википедии" нет научной редакции и оплачиваемых редакторов). Тём не

менее, у ’Википедии" есть неоспоримые преимущества перед
традиционными энциклопедиями. Например, ее статьи можно
сопровождать не толью грас|ическими изображениями (схемами,
картами, рисунками), но и добавлять к ним звуковые файлы, а также
оперативно добавлять или изменять ошибочные данные.

Развитие информационной технологии привело к созданию
мультимедиа - компьютерных средств отображения не только текста, но
и звука и изображения, в том числе и движущегося. Медиакультура -
часть общей культуры общества: мира книг, газет и журналов,
кинематографа, радио и телевидения, интернет-ресурсов. Текст, раньше
всего литературный текст, стал меняться, перестав быть монополистом
в передаче динамики, звуков и красок жизни. Мультимедийный текст, т.
е. написанный на компьютере в современном редакторе, сразу может
быть связан со звуком, изображением в цвете и движении, одним
словом, со всем, что сегодня составляет вместе с ним средства
мультимедиа и чему для создания полной виртуальной реальности пока
недостает запахов и осязаемых предметов.

Еще одна важная тенденция развития электронных изданий заключается
в том, что их содержание со все большей настойчивостью перемещается
из настольных компьютеров и ноутбуков в сферу мобильной телефонии.
Эта тенденция, замеченная сначала на Западе, теперь осознана и у нас.
В сегодняшней конкурентной окружающей среде важно чувствовать
"лицо" времени одинаково с потенциальными пользователями. Даже
совсем новое информационное обслуживание, возможно, не привлечет
быстро желательных пользователей, если оно ие поддерживает три
ключевых потребности сегодняшних пользователей - доступ к
мультимедиа, ощущение сообщества и потребности в точных
результатах поиска, даже когда информационный запрос не очень точно
определен. А это ощущение сообщества создают мобильные средства
связи между потребителями электронного контента и между ними и
Интернетом.

В последние годы все более заметной тенденцией развития
электронных изданий становится технологическое сращивание
издательского дела и научно-информационного обслуживания, что
обусловлено широким применением в иих новейших средств
информационной техники. Основным средством подготовки научных
журналов и книг стал персональный компьютер, порождающий - в
качестве побочного продукта - электронные версии этих изданий. Такие
версии полностью или частично задействуются для
автоматизированной подготовки реферативных баз данных, указателей
цитирования литературы и других информационных продуктов.

Среди издательств, использующих электронные версии своих изданий
для создания вторичных электронных изданий, в первую очередь нужно
назвать такие издательские гиганты, как Elsevier (Нидерланды) и
Thomson Reuters (США). В настоящее время издательская
компания Elsevier является крупнейшей в мире: она выпускает более
1,8 тыс. журналов и ежегодно 2 тыс. новых книг по естественным
наукам, медицине и технологии. Она приобрела ряд крупных
информационных служб и в начале 2000-х годов создала ныне самую
большую в мире политематическую реферативную базу данных
Scopus.

Реферативная база данных Scopus. Эта база данных не содержит
полных текстов первоисточников; она была введена в коммерческую
эксплуатацию в ноябре 2004 г. Главной функцией информационной
системы Scopus, созданной в Нидерландах, является слежение за
содержанием мировой научной литературы, так как именно в ней
находят отражение все достижения современной науки. В этой базе
данных отражается содержание более 15 тыс. названий рецензируемых
научных журналов (52% этих журналов европейские, более 260 -
российские); они выпускаются четырьмя тысячами издательств мира.
Тшдтельный подбор этих журналов обеспечивает большую полноту
охвата в Scopus соответствующей научной информации при
наименьших затратах При этом важным достоинством Scopus
является то, что она содержит болыгк информации, относящейся к
стыкам наук, т.е. к областям, в которых химия граничит с биологией,
физикой, медициной, экологией и другими науками.

База данных S copus была открыта для общего пользования в 2004 г. В
настоящее время она содержит более 28 млн рефератов журнальных
статей, а также 250 млн гиперссылок на высококачественные веб-
ресурсы (ссылка: http://www.infb. scorpius.com). Подготовка этой
реферативной базы данных технологически увязана с подготовкой
статей для научных журналов. Поэтому служба Scopus может
сообшдть пользователям о статьях, находящихся еще в стадии
производства. В базе данных Scopus приводятся также ссылки на
другие базы данных, в том числе на полнотекстовые, на материалы
научных конференций, справочники, описания патентов США, Зап.
Европы и Японии. Несомненным достоинством Scopus является ее
больная ретроспектива (с 1966 г.), постоянное пополнение н
одноразовый ввод запросов.

Другой крупной издательской корпорацией, которая в качестве главного
направления своей деятельности выбрала работу преимущественно с
электронной информацией, стала Thomson Reuters. (Канада -
США). На основе информационных ресурсов, приобретенных этой
4ирмой, ею было создано трн взаимосвязанных веб-комплекса,
получивших названия Web of Science, Web of Knowledge и
Current Contents Connect. Организационным ядром для
создания этих веб-комплексов послужила 4мрма Institute for
Scientific Information (ISI), которая была переименована
сначала в ISI Thomson, а затем - в Thomson Reuters. Для
подготовки указателей цитирования научной литературы используется
около 8,7 тыс. тщательно подобранных журналов. А всего в базах
данных ISI охвачено более 16 тыс. журналов, важнейшие книги н
труды научных конференций.

Web of Knowledge представляет собой значительно расширенную
версию ISI Web of Science, к которой добавлен ряд важных
информационных ресурсов н фирменных средств автоматизированной
логической обработки данных. В компании Thomson Reuters был
проведен анализ цитирования научной литературы. Этот анализ
показал, что примерно в 2 тыс. журналов публикуется около 80% н
цитируется 95% всех статей, что половина всех процитированных
статей взята всего нз 150 названий журналов и что в этих журналах
содержится четверть всех опубликованных статей. Но это "ядро"
журналов не является статичным - оно постоянно изменяется. Поэтому
анализу н отбору наиболее продуктивных журналов в компании
Thomson Reuters уделяется повышенное внимание.

Важной частью информационных ресурсов Thomson Reuters
является система сигнальной информации, основанная на
использовании оглавлений тщательно отобранных научных журналов.
Эта система была создана президентом н владельцем (до 1992 г.) 4мрмы
Institute for Scientific Information Ю. Гарфилдом в
1988 г. Первый бюллетень такой сигнальной информации вышел под
названием Chemical, Pharmaco-Medical &Life SciencesH
охватывал всего 200 журналов.

Бюллетени сигнальной информации типа Current Contents
имели существенные преимущества перед другими информационными
изданиями: они обеспечивали широкий охват тггртельно отобранных
научных журналов, подготавливались и выходили в кратчайшие сроки,
позволяли заказывать и быстро получать копни релевантных статей.
Эти преимущества еще более возросли в результате преобразования
Current Contents в электронную формун интеграции с другими
информационными ресурсами фирмы Institute for
Scientific Information. Система Current Contents,
интегрированная в рамках общей компьютерной платформы Web of
Knowledge, получила название Current Contents Connect.

Таким образом, даже на примере двух крупнейших издательских
корпораций можно утверждать, что в сфере электронных изданий
происходит технологическое и организационное сращивание
издательский и информационного дела, его укрупнение и интеграция, а
основной формой информационного обеспечения ученых и
специалистов становится нх обслуживание.

Информационные ресурсы, структуры и
инфраструктура

Информация как тип ресурсов имеет особенности, существенно
отличающие ее от других типов ресурсов, например, природных,
производственных, финансовых и т.п. Важнейшими такими отличиями
являются:

неисчезновение при потреблении;

неотчуждение прн обмене нлн передаче;

неограниченное по времени сохранение потребительских сяойств

(стоимости).

Понятие информационных ресурсов целесообразно рассматривать в
юнтексте обсуждения информатизации современного общества, которая
заключается во все большем использовании информации как вида
ресурсов для дополнения и замены двух других базисных ресурсов -
материальных и энергетических

Национальные информационные ресурсы складываются из
государственных и негосударственных, владельцами которых являются
общественные и частные организации и лица. Владельцы
негосударственных информационных ресурсов сами определяют - в
рамках действующих законов - условия их использования (обычно эти
условия являются коммерческими).

Фонды информационных ресурсов не существуют сами по себе. Они
создаются при организациях и учреждениях, юторые собирают
определенную информацию, хранят ее, обеспечивают поиск нужной
потребителям информации, ее выдачу и распространение.

Старейшим видом таких специальных организаций являются
библиотеки, появившиеся не менее трех тысяч лет назад и накопившие
огромный опыт по созданию, хранению и использованию фондов
информационных ресурсов. В XX в. н. э. для выполнения работы по
сбору обработке, хранению, поиску выдаче и распространению
информации - преимущественно относящейся к науке и технике - стали
создаваться специальные информационные центры. Это было
обусловлено возрастающей ролью науки и техники в развитии военного
потенциала, экономики и культуры современного мира.

Важным средством повышения эффективности национальной системы
(сети) органов НГИ, особенно при наличии в стране частного и

государственного секторов экономики, является развитие и укрепление
научных обществ, научно-исследовательских ассоциаций в отраслях
промышленности и профессиональных ассоциаций. Эти общества и
ассоциации обеспечивают неформальное взаимодействие между

частным и государственным секторами экономики, в том числе и в
области НГИ. Они решают следующие основные задачи:

• выпускают научно-техническую литературу особенно

периодические издания, по своим отраслям;

организуют научные совещания ученых и специалистов;

создают центры и системы информационного обеспечения своих

членов;
организуют и/или проводят исследования в интересах всех своих
членов;

разрабатывают общие методические и нормативные материалы,
необходимые для взаимодействия между государственными и
частными организациями и учреждениями;

разрабатывают общие профессиональные требования к
специалистам собственной сферы, организуют и юнтролируют их
подготовку и повышение квалификации;

развивают координацию и кооперацию между однотипными
организациями и учреждениями;

информируют общественность о целях, задачах и достижениях
своих членов.

Создание национальной информационной инфраструктуры может
способствовать развитию информационной революции, юторая
навсегда изменит образ жизни людей, то, как они работают и

взаимодействуют друг с другом. В ией предусматривается создание
средств, позволяющих быстро передавать и получать информацию,

организационно не входящих в существующие информационные
структуры (например, как почта, юторая лишь обеспечивает быструю

доставку корреспонденции адресатам, но не создает и ие использует ее
сама). Поэтому чтобы собственно информационные структуры -
центры информации, библиотеки и т.п. - могли эффективно
пользоваться этой инфраструктурой (т. е. сверхбыстродействующей
сетью передачи данных), они должны быть оснащены новейшим
информационным оборудованием, создавать новые виды
информационной продукции, внедрять новые методы
информационного обслуживания.

Информационные продукты и услуги

На мировом рынке информационных продуктов и услуг можно
выделить следующие основные секторы, юторые характерны для всех
развитых стран, в том числе и для России.

Сектор деловой информации (биржевой, финансовой, юммерчесюй,
экономической, статистической), охватывающий:
•	биржевую и финансовую информацию - информацию о
котировках ценных бумаг, валютных курсах, учетных ставках,

рынке товаров и капиталов, инвестициях, ценах,
предоставляемую биржами, специальными службами биржевой и
финансовой информации, брокерскими компаниями, банками;

экономическую и социальную статистическую информацию -
числовую экономическую, демографическую, социальную
информацию в виде рядов динамики, прогнозных моделей н
оценок, предоставляемую государственными службами, а также

разработками н

по компаниям,
н их продукции,

компаниями, занятыми исследованиями и
консалтингом в области рынков спроса;

коммерческую информацию - информацию
фирмам, корпорациям, направлениям работы

ценам, финансовому состоянию, связям, сделкам, руководителям н

деловые новости в области экономики и бизнеса,
предоставляемые специальными информационными службами.

Сектор информации для специалистов (научно-технической и
специальной, а также первоисточники), охватывающий:

•	профессиональную информацию - специальные данные н
информацию для юристов, врачей, фармацевтов, преподавателей,
инженеров и т.п.;

•	научно-техническую инфюрмацню - документальную,
библиографическую и реферативную, справочную информацию н
данные в области фундаментальных и прикладных, естественных,
технических и общественных наук, отраслей производства и сфер
человеческой деятельности;

•	услуги организации доступа к первоисточникам (в том числе в
виде копий документов) - через библиотеки и
специализированные службы, возможности приобретения
первоисточников, их получения по межбиблиотечному
абонементу

Сектор массовой и потребительской информации (новости, услуги на
основе современных средств глобальной телекоммуникации),
охватывающий:
•	новости и литературу - информацию служб новостей и агентств
прессы, электронные журналы, справочники, энциклопедии;

•	потребительскую и развлекательную информацию,
ориентированную на домапнее, а не служебное использование -
местные новости, погоду расписания движения транспорта, игры,
программное обеспечение, предложения по обмену, покупкам и
продажам, справочники отелен и ресторанов, информацию по
обмену валюты, аренде машин, турам, дачам для аренды. Эта
информация распространяется как в виде традиционных изданий,
так и по каналам служб телевидения (телетекст, видеотекст),
радиовепрния, а в последние годы через юмпьютерные сети, и
прежде всего - Интернет.

Сектор социально-политичесюй информации, охватывающий:

•	информацию для всех ветвей органов власти (законодательной,
исполнительной и судебной);

•	информацию политических партий и общественных организаций;

•	информацию о социальной структуре общества;

•	информацию об общественном мнении, включая результаты
социологических опросов.

Нужно отметить, что различия между выделенными здесь секторами
рынка информации достаточно условны. Тём не менее, подобное
разделение необходимо, так как позволяет определенным образом
структурировать информационные ресурсы, прежде всего, исходя из
круга пользователей в сочетании с задачами, решаемыми ими, т. е.
сферой применения, иа которую ориентируется каждый из секторов.

Можно рассматривать мировые информационные ресурсы с точки
зрения современных каналов доступа и сфер применения этих ресурсов.
Тогда можно выделить такие области, как электронные сделки, включая
торговлю, глобальную юммуникацию и Интернет.

Электронные сделки включают системы банювских карт, системы
резервирования билетов и мест в гостиницах, заказа товаров и услуг, а
также биржевых, банювских и расчетных операций. Вплоть до
середины 90-х гг. этот рынок развивался в рамках специализированных
юмпьютерных систем транспортных и туристических компаний,
крупных банков и фондовых брокеров, а также торговых компаний.
Доступ к этим системам со стороны юнечного потребителя был
ограничен или имел экзотический характер. Интернет юренным
образом изменил ситуацию, привлек в эти области массового
потребителя, а также все большее число ранее замкнутых систем,
юторые начали использовать эту сеть для совершения электронных
сделок, несмотря на все еще сохраняющиеся явно недостаточные
возможности защиты информации.

Электронная глобальная юммуникация включает различные системы на
основе современных средств связи и человечесюго общения. К ним
относятся коммерческие и публичные сети передачи данных, системы
электронной почты, юммерческие диалоговые системы, объединяющие
владельцев персональных юмпьютеров, телеюнференции, электронные
сетевые доски объявлений и бюллетени, клирингхаузы общественно
доступного программного обеспечения и т.п. Основным их отличием от

распространение так называемые социальные сети.

Этот сектор выделился из услуг связи и, в отличие от стандартных услуг
связи, при оказании которых основное внимание уделяется передаче
информации вне зависимости от ее содержания, имеет более сильную
связь с содержанием. Он выступает важным компонентом
формирования спроса на информационные услуги и часто неотрывен от
него, а также имеет более тесную привязку к потребностям юнкретных
потребителей.

Интернет стал восприниматься как мировой информационный ресурс
благодаря сектору электронной глобальной юммуникации и долго
существовал и развивался параллельно с другими службами связи и
юмпьютерными сетями. В дальнейшем основная часть сектора
электронных коммуникаций с добавленной стоимостью (прежде всего,
направленная на межличностные и внутри- и межкорпоративные
юммуникации) интегрировалась в Интернет. Однаю и сегодня эта
область по-прежнему существует как самостоятельная, например, в виде
служб кабельного или спутникового телевидения, юторые в свой пакет
услуг наряду со стандартными услугами связи включают и
распространение информации.

Информатизация и информационное общество

Любое изменение условий жизни человека, обусловленное развитием
общества и изменением социально-экономических условий, влечет за
собой необходимость адаптации человека к ним. История развития
цивилизации показывает, что увеличение объемов знания повлекло за
собой появление письменности, а следовательно, появилась
необходимость умения писать и читать для того, чтобы не оказаться
изгоем общества. Возникновение развитого промышленного
производства потребовало от большинства населения определенных
навыков работы с техническими устройствами, как в быту так и в
условиях производства.

Основные понятия и проблемы становления
информационного общества. Информатизация как
процесс перехода к информационному обществу

Наиболее крупные изменения, произошедшие в информационном
развитии общества, можно отметить пятью революционными этапами.

Первая революция. Появление речевых коммуникаций,
обеспечивающее групповое поведение лкщей, сохранение накопленных
знаний на основе устного общения.

Вторая революция. Изобретение письменности - основа наиболее
важного скачка в развитии общества, появилась возможность
долговременного сохранения знаний и передачи их от поколения к
поколениям.

Третья революция. Изобретение книгопечатания, позволившее

реализовать массовое распространение письменной информации,
изменило культуру и организацию взаимной деятельности, обеспечило
широкомасштабное развитие науки и образования.

Четвертая революция. Изобретение электричества и связанных с ним
технологий передачи информации (телеграфа телефон, радио,
телевидение), позволяющих оперативно передавать информацию,
замещая непосредственное общение людей. Параллельно с этими
изменениями появились средства оперативной фиксации событий
(фотография и звукозапись).

Пятая революция. Появление электронно-вычислительных мапмн и
основанных на них автоматизированных технологий. Проникновение
информационных технологий во все сферы деятельности
(промышленность, управление, культура и т.д.). Появление Интернета.
Создание инструментальной базы для интеллектуальных систем.

Все эти преобразования ие являются одномоментными событиями - как
правило, это достаточно длительные эволюционные процессы.
Поэтому указать временные периоды для каждого из
вышеперечисленных преобразований можно достаточно условно. Даже
появление книгопечатания нельзя связать только с изобретением
Гуттенберга, которому почему-то приписывают изобретение печатного
станка. Реальный исторический анализ показывает, что технологии
оттиска были известны еще в очень ранних культурах (например,
орнаменты), а оттиск на бумажный носитель, когда штамп вырезался иа
липовой доске, являлся базой для массового тиражирования задолго до

В настоящее время проходит очередной этап развития цивилизации -
пережд к информационному обп^ству. Понятие "информационное
обпрсгво" как модификация концепций постиндустриального общества
возникает во второй половине 1960-х гг. Постиндустриальное
обпрсгво, юторое уже характерно для большинства развитых стран
мира и в экономике которого в результате научно-технической
революции и существенного роста дождов населения приоритет
перешел от преимущественного производства товаров к производству
услуг, создает основу информационного общества. Уже для этой стадии
развития производственным ресурсом стали информация и знания,
научные разработки образуют главную движущую силу экономики,
наиболее ценными качествами являются уровень образования,
профессионализм, обучаемость и креативность работника.

Знание и информация всегда были обязательными компонентами в
жизнедеятельности людей. Знания являются средством освобождения
от влияния стихийных объективных сил, основой формирования
личности. Но в условиях информационного обпрства знание
приобретает новое значение, оно в определенной мере становится
самостоятельной силой, центральным фактором технических} и
социального развития. Важнее всего, что знание может использоваться
для производства нового знания. Становится возможным получать
новое знание о реальности на основании имеющегося опыта. Это
приводит к росту теоретических наук, прогнозу и проведению
практических исследований на основании предварительных
предположений. Математические методы проникают во все сферы
деятельности человека.

В период перехода к информационному обп^ству любая
организационная структура все больше использует информацию с
целью повысить эффективность, стимулировать инновации, укрепить
конкурентоспособность. Информация становится предметом массового
потребления у населения, происходит интенсивное формирование
информационного сектора экономики, который растет более быстрыми
темпами, чем остальные отрасли.

Название "информационное общество" впервые появилось почти
одновременно в Японии и США. Создание самого термина
"информационное общество" приписывается Ю. Хаяши, профессору
ТЪкийсгого технологического института. Контуры информационного
общества были обрисованы в отчетах, представленных японскому
правительству рядом организаций.

Основной смысл юнцепции информационного общества,
сформулированной в этих работах, может быть представлен
следующими тезисами:

•	большая часть населения развитых стран занята информационной
деятельностью;

•	одной из главных социальных ценностей, объединяющих
общество, главным продуктом производства и основным товаром
становится информация;

•	власть в обществе переходит в руки информационной элиты;

•	классовая структура общества лишается смысла, постепенно
уступает место элитарно-массовой структуре. Исчезает
пролетариат, а с ним и все противоречия, появляется
"когнитариат" и новое юмпьютерное поюление свободных людей
- "гомо интеллекгус”.

Это технократическое определение может вызывать определенные
вопросы, однако до настоящего времени, несмотря на обилие
публикаций, не существует четю сформулированных признаков
перехода к информационному обществу. Достаточно правильно
охарактеризовал эту ситуацию Фрэнк Уэбстер: 'Читая литературу об
информационном обществе, просто диву даешься, сколь велико число
авторов, оперирующих неразработанными определениями предмета, о
котором пишут" Г91. Сформулировать эти признаки трудно, так как мы

сами являемся непосредственными участниками

этого сложного,

динамического, многоаспектного н, самое главное, развивающегося

процесса. На необходимость осмысления происходящих изменений
указывает то, что к этой работе подключаются ученые, работающие на

стыке таких дисциплин, как социология, математика, философия,
эюиомика и география,

Наиболее краткое определение, характеризующее барьер перехода к
информационному обществу, сформулировано аналогично определению
постиндустриального общества, в котором слово 'Услуги" заменено иа
"информационно-интеллектуальные услуги" и звучит так Если в
обществе более 50% населения занято в сфере информацнонно-
интеллекгуальных услуг, общество становится информационным. Этот
социально-экономический аспект занятости населения иллюстрируют
наблкодення, предложенные Порэтом в виде диаграммы, которая
представлена иа рис. 5.1. Уровень занятости 50% проходится даажды:
первый раз при становлении новой общественной формации, второй -
когда следующая волна развития покрывает общественные потребности,
сформулированные на предыдущих этапах, меньшим количеством
работников.

Один нз основоположников идей информационного общества Кастельс
характеризует эволюцию занятости следующими параметрами:

•	вытеснение сельскохозяйственной занятости;

•	постоянное сокращение традиционной промышленной занятости;
Змятоотвсфе1вхвмв»г1!м<%>

Рис. 5.1. Эволюция социальных систем (диаграмма Порэта)

•	развитие услуг производителями (с акцентом на деловые услуги) и
социальных услуг (с акцентом иа услуги здравоохранения);

•	растущая диверси(|мкация сферы услуг как источника рабочих



быстрый рост управленческих, профессиональных и технических

рабочих мест;

формирование пролетариата 'белых воротничков", составленного

из конторских служащих и работников торговли;

относительная стабильность существенной доли занятости в
розничной торговле.

В более подробных определениях информационного общества,
предпринимающих попытку выделить и сформулировать основные
характеристики информационного общества, традиционно исследуются
следующие критерии.

Технологический: анализируются информационные технологии,
юторые широко применяются в производстве, учреждениях, системе
образования и в быту

Социальный: исследуются процессы, выступающие в качестве важного
стимулятора изменения качества жизни.

Экономический: информация составляет ключевой фактор в экономике
в качестве ресурса, услуг, товара, источника добавленной стоимости и
занятости.

Политический: свобода информации, ведупря к политическому
процессу который характеризуется растущим участием и консенсусом
между различными классами и социальными слоями населения.

Культурный: признание культурной ценности информации.

Наиболее четко перечень из 12-ти признаков, характеризующих
информационное общество, представлен в работе Дона Тэпскотта
"Электронно-цифровое общество" Г101.

Ориентация на знания. Млсгвениый труд становится основой
создания материальных ценностей, получения доходов и
прибылей. Центр тяжести сменяется от силы мышц к силе мысли.
Знания становятся составляющей продукции. Распространяются
технические средства, ориентированные на знания. Системы
управленческой информации эволюционируют в системы знаний.
Цифровая форма представления объектов. Документы
преобразуются в электронно-цифровую форму Общение между
людьми приобретает форму единиц и нулей. Переход от
аналоговой техники к электронно-цифровой (связь, системы
фиксации событий, копирование).

Виртуальная природа. Физические предметы, организации могут
становиться виртуальными. Виртуальные магазины, склады,
рабочие места, бригады. Виртуализация данных, системы
'виртуальная реальность" с воздействием иа все органы чувств.

Молекулярная структура. Конец админисгративно-кэмандной
иерархии. Отдельные работники и бригады получают свободу
действий и возможность создавать ценности. Создаются
компоненты типа "конструктора "Лего", предполагающие
многократное и многофункциональное использование.

Интеграция. Межсетевое взаимодействие. Предприятие нового
типа - это сетевой элемент. Появляются модульные независимые
организации, составляющие единую сеть услуг и производства.
Создание материальных ценностей, торговля, общественная
жизнь основываются на глобальной инфоструктуре общего

пользования.

Устранение

в хозяйственной

посредников. Устранение

деятельности агентов, маклеров, оптовиков, отчасти розничных
торговцев - всего, что стоит между изготовителем и
потребителем, всех, кто выполнял функции усилителя сигналов в
каналах связи организаций.

7.	Конвергенция. Конвергенция ключевых отраслей экономики.
Конвергенция организационных структур.

8.	Инновационная природа. Нововведения - главная движупщя сила
экономической деятельности и успеха в деле. Основным
источником ценностей становится человеческое воображение, а
не традиционные факторы успеха - доступ к сырью,
производительность, масштабы, стоимость рабочей силы.
Нововведения в стратегии маркетинга, методах управления.

9.	Трансформация отношений "изготовитель-потребитель".
Стирание граней между изготовителем и потребителем. Знания,
информация потребителя используется при создании продукта,
особенно при разработке информационных систем, программных
продуктов. Потребитель может отслеживать, корректировать и
даже участвовать в создании продукта, ориентированного иа его
конкретные пожелания.

10.	Динамизм. Новое общество действует в режиме реального
времени. Торговля становится электронной, коммуникации
выполняются мгновенно, получение истинной картинки процесса

параметрами обеспечивает

со всеми необходимыми

непосредственный контроль и управление. Жизненный цикл
продукции сокрапрется.

11.	Глобальные масштабы. Знанию не ведомы границы. Экономика
превращается в общемировую. Организация взаимной работы,
сотрудничества не ограничивается пространством и временем.
Работу можно выполнять в самых разных местах, в том числе иа
дому Возрастает взаимозависимость стран.

12.	Наличие противоречий. Возникают массовые социальные
противоречия между трудящимися и уволенными рабочими,
знания которых стали не нужны, знающими и невеждами,
имеющими доступ к информационной магистрали и ие
имеющими его.
Как уже говорилось выше, преобразования, связанные с переходом к
новым социальным, экономическим, технологическим и другим
условиям, требуют от человека новых знаний, усилий по адаптации к
изменениям. При этом общество старается подцержать человека в
процессах адаптации, создавая специализированные образовательные
структуры, формируя систему стимулов. Постоянно производится
мониторинг и анализ наиболее значительных перемен в общественной
жизни человека. Если происходящие изменения способствуют прогрессу
общества, то оно создает благоприятную ситуацию для ускорения этих
преобразований.

Комплекс мероприятий, способствующих переходу к информационному
обществу, и сам процесс перехода принято называть информатизацией
общества. По определению Федерального закона РФ "Об информации,
информатизации и защите информации" от 25 января 1995 г. ,
информатизация - это "организационный социально-экэномический и
научно-технический процесс создания оптимальных условий для
удовлетворения информационных потребностей и реализации прав
граждан, органов государственной власти, органов местного
самоуправления, организаций, общественных объединений иа основе
формирования и использования информационных ресурсов".

Как и определение понятия 'Информационное общество", определение
информатизации имеет несюлько взаимодополняющих формулировок.

Термин "информатизация" был впервые применен в докладе
'Информатизация общества", подготовленном в 1978 г. группой
специалистов по заказу президента Франции Валери Жискар д'Эстена.
В отечественной периодически печати термин "информатизация"
одним из первых, в 1987 г., применил А. И. Ракитов. В дальнейшем
информатизация была определена им как процесс, в котором
социальные, технологические, экономические, политические н
культурные механизмы не просто связаны, а буквально сплавлены,
слиты воедино. Вместе с тем, это процесс прогрессивно нарастающего
использования информационных технологий для производства,
переработки, хранения и распространения информации. По мнению
Ракитова, процесс информатизации должен быть не столькэ
технократичен, сколько направлен именно на решение задач
социального развития, существенного повышения интеллектуального
уровня общества, причем самой приоритетной из них является
проблема выживания человечества Г111. Академик А. П. Ерпюв считал,
что информатизация - это комплекс мер, направленных на обеспечение

полного использования достоверного, исчерпывающего знания во всех

общественно значимых видах человеческой деятельности.

Нет необходимости приводить далее многочисленные взгляды по этому
вопросу отечественных и зарубежных исследователей. Однако можно
выделить два основных теоретико-методологических подхода к
информатизации общества.

Технократический подход сводит информатизацию общества, грубо

говоря, к технико-технологичесюму оснащению труцовой деятельности

людей в сфере производства и управления. В этом случае
информационные технологии расцениваются как средство повышения

производительности труца.

Социологический подход, когда информатизация рассматривается как
процесс, охватывающий все сферы человечесюй деятельности,
воздействующий на самого человека - его знания и мораль,
экономические и духовные интересы, его развитие как личности. При
этом информатизация общества предстает как совокупность
взаимосвязанных технических, экономических, социальных,
политических и духовно-культурных факторов. Именно они
обеспечивают развитие и широкомасштабное получение, обмен и
применение информации в обществе в целях дальнейшего развития и
совершенствования общества и его членов.

Таким образом, информатизация - это технологический, социальный и
даже культурологический процесс, связанный со значительными
изменениями в образе жизни населения. Такие процессы требуют
серьезных усилий не только властей, но и всего сообщества
пользователей ииформационно-коммуникациоииых технологий иа
многих направлениях, включая ликвидацию компьютерной
неграмотности, формирование культуры использования новых
информационных технологий и др.

Процесс информатизации включает в себя следующие взаимосвязанные
технико-технологические составляющие.
1.	Электронизация - распространение электронной технологии иа
самые различные сферы человеческой деятельности: в
производство и управление, образование и науку социальную и
культурную сферы.

2.	Медиатизация - процесс совершенствования средств сбора,
хранения и распространения информации, в котором главным
носителем информации и данных становится электронный
носитель. Медиатизация позволяет передавать информацию без

перемещения человека, увеличивает скорость и расширяет спектр
возможностей этой передачи.

3.	Компьютеризация - процесс совершенствования средств поиска и
обработки информации на основе внедрения компьютерной
техники. Компьютер становится главным средством
коммуникации человека, средством избавления от рутинных

операций. Компьютеризация - это не только технический и
технологический процесс, но и социологические преобразования,
связанные с освоением компьютерной техники практически всем

населением.

Интеллектуализация - процесс развития знаний и способностей

людей к восприятию и порождению информации, что

обуславливает

закономерно

повышение

интеллектуального

потенциала общества, включая возможность использования

средств искусственного интеллекта.

Что касается автоматизации и роботизации производства, то они
являются технической базой информатизации. Автоматизация и
роботизация началась задолго до информатизации общества и
непосредственно включать их в процесс информатизации общества не
следует, они являются как бы предтечей информатизации общества,
способствуя развитию электронной технологии. На базе автоматизации
и электронных устройств конструируются мехатронные устройства -
гибрид механической и электронной техники.

К юнцу 20-го столетия коммуникационные возможности человека
пополнились появлением Интернета, что определило формирование
еще одной составляющей информатизации общества, которую
достаточно часто называют интернетализацией. Под этим термином
понимают ускоренными темпами развивающуюся мировую
информационную систему техническую основу которой сейчас
составляет Интернет. Эта глобальная сеть охватила практически все
страны, проникла во все сферы жизнедеятельности людей, для
значительного числа лкдей стала "средой обитания". Она оказывает
огромное и все возрастаюпре влияние на промышленный и
финансовый рынок, функционирование культуры и политику различных
правительств. Именно Интернет является той реальной силой, которая
стимулирует сложный и весьма противоречивый процесс
глобализкции.

Возникновение, этапы развития и технологические
аспекты информатизации

Традиционно возникновение информатизации связывают с появлением
компьютерной техники. Видимо, поэтому достаточно часто возникает
мнение, что именно компьютеры стали главной причиной
возникновения информатизации и информационного обпрства.
Компьютеры и все связанные с этим направлением устройства, и даже
Интернет являются лишь технической базой, средством
информатизкцин. Именно они оказались наиболее эффективным
средством для реализации задач, возникших при переходе к
информкционному обпрству. Но если говорить об определении
рубежных этапов развития информатизации, то они связаны с
динамикой развития вычислительной техники и широким спектром
электронных устройств, ориентированных на использование
компьютеров, так как именно они формировали условия для наиболее
важных преобразований.

Информатизация возникла из-за кардинального изменения роли
информкции во всех направлениях облиственного развития. Если до
середины прошлого столетия она выполняла вспомогательные,
обслуживающие функции, то, начиная с 50-х гг. прошлого столетия,
тогда научно-техническая революция потребовала тесного сопряжения
науки и промышленности, вовлечения в научные исследования
широкого круга специалистов, роль информации стала изменяться. От
сотрудников стали требовать работы с информкцией ие только в период
обучения, но и в процессе производства. При этом работа не
ограничивалась простым просмотром литературы, требовался поиск,
анализ и другие интеллектуальные оперкции. Технологически
обеспечение всех вышеперечисленных процессов в большинстве
случаев опиралось на традиционное библиотечное оборудование и
доступные в тот период средства связи (телефон, телеграф, почту).

Ике в этот период стало понятно, что обладание большой базой
структурированной информации (потенциальными знаниями) и

совершенными средствами доступа

ней

основой

экономического, научного, технологического и политического успеха.
Информация стала приобретать самостоятельное значение. При любом
рассмотрении понятия информатизации надо четко понимать, что
основой информатизации является не обилие технических средств, а
наличие высококачественной, систематизированной, всесторонней
информации.

Поэтому нулевым, подготовительным этапом информатизации следует
считать мероприятия, предпринятые наиболее развитыми странами в
50-60-е гг. по созданию крупных информационных коллекций,
технологий и организационных структур, позволяющих работать с
этими массивами. В СССР наиболее крупным подобным мероприятием
следует считать Государственную систему научно-технической
информации (ГСНТИ). Начальные этапы ее реализации приходятся на
этот период. Программа включала не толью сбор и систематизацию
информации, но и обеспечивала любому специалисту удобный доступ к
научно-технической литературе (книга, журналы, патентная
информация и др.) через организационную структуру фунациональных,
отраслевых, территориальных центров. В период расцвета ГСНТИ в
этих подразделениях работало около миллиона информационных
работников.

Другим аспектом информационной ситуации 50-60-х гг. явилось
понимание невозможности освоения растущих объемов информации
существующими на то время информационными технологиями.
'Информационный взрыв" поставил задачу поиска новых
информационных технологий, позволяющих сгладить возникающие
трудности со сбором информации, ее хранением, систематизацией и
доступом. Традиционные технологии себя исчерпали. Поэтому с конца
60-х гг. начинается активное использование компьютерной техники не
толью для сложных вычислительных работ, но и для автоматизации
работ практически во всех сферах деятельности человека, включая
работу с информацией. Появлеиие магнитных носителей (магнитные
ленты, магнитодисювые системы) позволило начать формирование
электронных баз и банков данных. В развитых странах Запада к
созданию информационных технологий с использованием компьютеров
подключаются коммерческие структуры. Начинается формирование
рынка информационных услуг, рынка компьютерной техники.

Компьютерная техника этого периода представлена в виде чрезвычайно
дорогого, часто уникального оборудования, доступного толью очень
крупным структурам. Наиболее востребованной, обеспечивающей
высокую доходность услугой становится предоставление доступа к
вычислительным ресурсам, так называемое "машинное время". В это же
время предпринимаются шаги по совершенствованию взаимодействия
человека с вычислительной машиной. Перфокарты, перфоленты
заменяются дисплеями, позволяющими осуществлять диалог с
компьютером.

Несмотря на достигнутый прогресс, большинство работников ие имели
непосредственного соприкосновения с новыми технологиями и
относились к ним с большим недоверием. Они получали возможность
пользоваться конечными результатами через квалифицированного
посредника (оператора). В качестве примеров подобных разработок
направленных на широкий круг населения можно указать системы
резервирования билетов и различные справочные системы.

В СССР этот этап информатизации вылился в колоссальную, очень
затратную и неэффективную программу создания иерархичесюго
комплекса автоматизированных систем управления (АСУ). На каждом
предприятии, в каждом более или менее крупном учреждении
образуются вычислительные центры, в конкурентной борьбе

распределяется
эффективности

вычислительная техника,
старались не говорить,

Об экономической
программа иосила

идеологический характер. В шюльных программах и специализациях
практически всех высших учебных заведений появляются курсы
программирования, ориентированные не на практичесюе применение,
а на абстрактные математические вычисления. Именно в этот период в
нашей стране происходит изменение значения термина "информатика",
который изначально предполагал изучение информации, ее свойств и
методов работы с ией. Теперь "информатика" - это обучение
программированию, технологии работы с вычислительной машиной.

Следующий этап информатизации общества связан с появлением
персональной вычислительной техники, средств индивидуальной
печати и допирования, возможности передачи графических образов
документов, появлением мобильной связи и Интернета. Для каждого
человека появляется возможность перехода к принципиально новой
технологии индивидуальной работы, доступ к широчайпвму спектру
информационных ресурсов, расширению спектра развлечений.
Персональные компьютеры предназначаются уже не только для работы,
но и для развлечения. Они приходят в дом и постепенно становятся
таким же привычным устройством, как телевизор или телефон.

Персональная техника создала техника-технологическую основу
информационного общества, поэтому с начала 90-х г г. наиболее
развитые страны начали постепенный переюд к информационному
обществу, началась активная фаза информатизации. Переход к ней был
сопряжен, по крайней мере, с тремя проблемами, в репкнии которых
требуется участие государства.

Во-первых, каждый человек должен был иметь доступ к необходимым
техническим средствам, которые в зависимости от ситуации будут

находиться в индивидуальном или коллективном пользовании.
Конечно, государство не должно непосредственно вмешиваться в
организацию этого процесса. Уровень жизни, достигнутый иа
предыдущих этапах развития общества, должен позволить населению
самостоятельную закупку соответствующего спектра оборудования,
выбирать ту или иную технологию работы. Именно уровень жизни
населения обуславливает неравномерность перехода к
информационному обществу различными странами.

Во-вторых, массовое внедрение новых технологий требует
определенных навыков и знаний не толью у наиболее активной части

населения, догорая ориентирована на изменения, но и на рядового
работника, пенсионера, человека, живущего в сельской местности. В
решении этой проблемы государство обязано занимать более активную

позицию. Оно должно организовывать и стимулировать создание
дополнительной системы образования, оперативно помогать
населению в освоении новых технологий.
И, наконец, третьей составляющей является обеспечение гарантий
равноправного и регламентированного доступа к информации,
налэдящейся в общественном доступе. И здесь законодательная роль
государства должна быть определяюпрй. Дополнительной задачей для
государства, ориентированного на создание информационного
обп^ства, становится расширение спектра информации, находящегося в
открытом доступе. При рассмотрении этого этапа не следует забывать,
что персональная техника является частью сложного технологических)
юмплекса и обеспечивает толью конечную работу пользователя. Ядром
информатизации являются глобальная система информационных
ресурсов (массивов, банюв данных, каталогов и т.д.), организационные
структуры, технические и технологические средства, поддерживающие
эти фонды, а также транспортная информационная инфраструктура,
обеспечивающая доступ к ним. В конечном виде именно они
определяют уровень информатизации. В информационном обществе эта
центральная, организующая часть приобретает стратегический характер.

Развитие этой "материальной" части информатизации выполняется как
государственными, так и коммерческими структурами. ГЬсударство
формирует ресурсы, связанные с государственным управлением,
обороной, историей, статистикой. Коммерческие структуры формируют
информационные ресурсы, ориентированные на обслуживание
бизнеса, банковских) дела, информационное обеспечение обпрства,
развлечения.

Переход на электронную форму хранения информации. При
рассмотрении этапов информатизации не всегда обрапрют внимание
на изменение формы хранения информации- Считается очевидным, что
информационные ресурсы, участвующие в процессах информатизации,
имеют электронную форму и на этом рассмотрение заканчивается.
Однако реализация этого положения имеет достаточно непростую
историю, юща, чтобы достичь современного уровня хранения и
обработки информации, потребовалось решить ряд достаточно сложных
организационных и технических задач. Требовалось создать
общепринятые форматы записи, обеспечить создание широюго набора
электронных носителей (магнитные ленты, диски, дискеты, CD- и DVD-
диски), разработать транспортные технологии, обеспечить надежность
и безопасность хранения иа столь непривычном носителе, ютда
невозможно проверить присутствие информации без соответствующего
оборудования. Но самой главной задачей является внедрение этой
новой цифровой формы хранения информации в привычную
деятельность человека, отказаться от ориентации на традиционные
носители (бумага, фотопленка, носители, основанные на принципах
аналоговой записи).

Для обыкновенного пользователя возможные трудности перехода на
новый носитель компенсируются большими удобствами,
реализованными в современном оборудовании. Перед приобретением
оборудования он уже принял решение о переходе, готов преодолевать
все сложности освоения. Требуется только грамотно организовать
рекламу получаемых преимуществ, консультации и техническую
поддержку.

Несколько сложнее этот переход осуществляется в производственных
процессах, где ои, как правило, сопряжен с разработкой
специализированных, часто уникальных информационных систем,
вровень современных информационных технологий позволяет
формировать электронные информационные ресурсы в процессе
основной фунациональной работы. Любая система имеет развитые
средства накопления данных, участвующих в операциях, фиксации и
архивации возникающих ситуаций иа электронных носителях. Созданы
технические и программные средства ведения банюв данных с
огромными объемами хранения, Эти разработки обеспечивают
автоматическое пополнение ретроспективных баз данных текущей
информацией.

Таким образом, к концу 90-х гг. основным носителем для сохранения
информации становится электронный носитель. Но основной объем
знаний, накопленный за многовековую историю, оставался на
традиционных носителях Подобная ситуация создавала значительные
неудобства, так как некоторые виды работ предполагают использование
ие только текущей информации, которая уже ориентирована иа
современные технологии и расположена иа электронных носителях, но
и ретроспективы, расположенной на традиционных носителях
Возникает проблема перевода иаиболее ценной информации иа
электронные носители.

Здесь особенно ярю проявилось отличие аналоговой записи
информации от электронной. Невозможно полностью сохранить
содержание аналогового документа в электронном образе. Из-за

дискретности электронная запись может зафиксировать толью какую-то

узкую, целевую на момент выполнения преобразования часть сведений,

содержащихся в аналоговом документе. В качестве одного из наиболее

простых примеров рассмотрим рукописный документ. Если перевод

осуществляется в виде графического образа, то точность

воспроизведения зависит от разрешения сканера. При этом документ ие

очень пригоден для дальнейшей электронной обработки, например, с
использованием текстового редактора - требуется распознать текст.
Однако процесс распознавания еще более огрубляет информацию,
полностью исчезает понятие "почерк", характеристики исходного
материального носителя и другие тонкие характеристики. Поэтому

создание электронного аналога ие отменяет ценность первичного
документа. Если рассматривать вышеуказанную проблему более широко,

то и аналоговые документы (бумага, фотопленка и т.д.) также ие
являются идеальным средством фиксации информации. Скорее всего, в
перспективе этому направлению будет уделено особое внимание.

Проблема совместимости актуальна не толью при трансформации

аналоговой

информации в электронную, достаточно больпюе

количество задач приходится решать при сопровождении уже

имеющихся массивов электронной информации. Структура записи
электронного документа определяется форматом, который, в свою

очередь, зависит от носителя, технического средства записи-
считывания, программной разработки, в рамках юторой живет
информация. Постоянное развитие этих составляющих требует
непрерывной конверсии электронных данных. Утеря контроля над этим
процессом достаточно часто влечет потерю информации. Ярким
примером подобной ситуации может служить переход в нашей стране с
ЕС ЭВМ на персональную вычислительную технику который совпал с
перестроечными процессами, упразднением и реорганизацией
структур, владеющих ценными массивами. Поэтому значительное
количество созданных баз данных, информация из юторых актуальна и
в настоящее время, было утеряно.

Перевод коммуникации иа сетевые электронные технологии. Наиболее

заметным технологическим изменением, кардинально изменившим

систему коммуникаций человека, стало повсеместное использование
сетевых технологий и Интернета. Внедрение этих технологий
позволило реализовать функции коллективной, дистанционной работы.
Изменились коммуникационные возможности человека за счет
быстрого подключения к любой группе адресатов, старости приема-
передачи информации, возможности оперативного использования
информации из электронных архивов н баз данных. Разработка сетевых
методов и освоение необходимых технических средств начались оюло
сорока лет назад. На начальном этапе формировались технологии,
обеспечивающие коллективную работу в рамках автоматизации
производственных и офисных работ в компактно расположенном
комплексе зданий на базе локальных вычислительных сетей (ЛВС).
Пользователи работали сначала на выносных терминалах, позднее к
сети были подключены персональные компьютеры, юторые совместно
с серверами и кабельной сетью предприятия стали технической
основой современных ЛВС. Программная часть локальных сетевых
технологий основана на приложениях типа клиент-сервер,
обеспечивающих корректную многопользовательскую работу с едиными
данными.

Дальнейшее развитие методов работы с информацией потребовало
объединить взаимодействие не толью в рамках единого здания. В
середине 70-х гг. появляются модемные соединения удаленных
компьютеров через телефонную сеть, позволившие обмениваться
короткими текстовыми сообщениями. Следует отметить, что одной из
первоначальных причин объединения компьютеров (основы
современного Интернета) была оптимизация загрузки уникального
дорогостоящего оборудования. Повышение их производительности

выполнялось

счет привлечения заданий из перегруженных

вычислительных центров. Информационный обмен сообщениями,
электронная почта возникли в виде инициативы энтузиастов, имеющих
доступ к развитию сетевой технологии. Электронная почта, пройдя
сложный процесс становления, стала одним из главных инструментов
юммуникации в современном обществе.

В процессе эксплуатации выяснилось, что электронная почта имеет
существенное ограничение во взаимодействии пользователей. Для
передачи сообщения от одного пользователя сети по одному или
нескольким юн-кретным адресам необходимо было знание этих
адресов. Достаточно часто требуется публикация сообщения, чтобы оно
было доступно всем пользователям сети. Поэтому следующий этап

совершенствования технологий сетевого взаимодействия был посвящен

реализации этой идеи, юторая была реализована в 80-х гг. Появляются

Bulletin Board Systems (BBS) - электронные доски

объявлений, на юторых размещали самую разнообразную информацию:
коммерческие предложения, поиск работы, объявления о пропаже

животных и т.п. С использованием BBS появилась возможность

организации чата, проведение коллективных игр. Для доступа к BBS
пользователю были необходимы телефонная сеть, модем и программа-
терминал.

Доступ осуществлялся по принципу "точка - точка", поэтому к
компьютеру подключался громоздкий шлейф модемов, требовалась
масса телефонных номеров. Дозвониться до BBS было очень
проблематично. Изначально эти доски объявлений содержали
разнообразные фирмы, и доступ к иим был платный. Впоследствии же,
в качестве хобби, их стали открывать и обычные люди. В основной
своей массе доступ кчастным BBS бесплатный.

Они могли быть как автономными, так и связанными с другими BBS.
Связь выполнялась на основе некоммерческой сети Фидонет (коротко -
Фидо, от англ. Fidonet), которая также базировалась на модемных
соединениях "точка - точка". Подключаясь к сетевой BBS, пользователь
имел доступ толью к информационным ресурсам, хранящимся
конкретно на этой BBS. Поэтому для создания интегрального ресурса
BBS обмениваются информацией между собой, забивая телефонные
каналы.

К юнцу 80-х гг. использование BBS приобрело массовый характер. В
сети начали концентрироваться колоссальные объемы информации, но
доступ ко всему спектру этих ресурсов ограничивался неспособностью
обмена информацией между многочисленными BBS по телефонным
каналам. Появилась идеология создания Всемирной паутины. Основой
Всемирной паутины является специализированная сеть кабельных
соединений, обеспечивающая транспорт информации, и система
компьютеров, диспетчируютодя потоки информации в соответствии с
адресами отправителя и получателя, прикрепленными к ней. Каждый
пользователь сети для входа в нее должен получить уникальный адрес н
установить электрическое подсоединение к Всемирной паутине.
Следует отметить, что моренное отличие Всемирной паутины от
предшествующего ей Фидонета заключается не в технических решениях,
а в принципах размещения информационных ресурсов. В Фидо ресурс
располагается на компьютере администратора сети, он должен дать
согласие на это размещение и упорядочить данные в соответствии со
своей системой организации массивов. Во Всемирной паутине такого
ограничения нет. Любой пользователь может зарегистрировать,
договориться о подключении к провайдеру и создать собственный сайт,
на котором практически бесконтрольно может публиковать любую
информацию. Для внешнего подключения необходимо знать
уникальный адрес юмпьютера, хранящего требуемую информацию.
Однако такое стихийное построение создает проблему поиска
необходимой информации.

Если в BBS администратор систематизирует информацию, например,
по тематике и в значительной степени упрощает поиск, то во
Всемирной паутине эту функцию должны выполнять поисковые
системы, через набор 'Пауков", "ощупывающих" подключенные к сети
компьютеры, автоматические информационные технологии,
систематизирующие найденную информацию. Работа поисковика
зависит от качества работы этих составляющих К сожалению, на
настоящий момент качество поиска далеко от идеала, часть информации
отсутствует, много шума и искажений. Стремительное развитие сети
предъявляет новые более жесткие требования к поиску, которые,
возможно, будут выполнены при реализации идеологии Семантической
паутины (Semantic Web). Идеология продвигается Консорциумом
W3 (организация, разрабатывающая и внедряющая технологические
стандарты развития Всемирной паутины).

Обеспечение мобильности и интеграции информационных технологий.
Следующим шагом в технологическом обеспечении информатизации
стало обеспечение мобильности. Начало было положено широким и
очень быстрым переездом на мобильную телефонную связь. Принцип
радиотелефонии был известен ещр в 20-30-е гг. прошлого столетия, но
только появление сотовой связи в 1978 г. вдохнуло в эту технологию
возможности массового использования. Начиная с 80-х гг., постоянный
рост этой услуги позволил практически любому человеку купить
сотовый телефон и иметь возможность оперативного обмена
информацией.
Следующей новацией стало появление мобильного компьютера,
сначала в виде очень громоздило лэптопа, затем ноутбука. Пользователь
теперь имеет возможность работать с информационными ресурсами
компьютера без привязки к какому-либо фиксированному месту но он
лишен уже привычной возможности сетевого общения и, что самое

главное, Интернета. Модемы, как правило, входящие в стандартную
комплектацию мобильных компьютеров, не смогли эффективно
обеспечить эту функцию. Проблема обеспечения мобильности сетевого
соединения стояла не только для переносных компьютеров. В ряде
случаев построение кабельной части локальной вычислительной сети
было невозможно либо нерационально в связи с постоянной
реконфигурацией схемы подключений. Поэтому в юнце 90-х подов были
разработаны оборудование и стандарт беспроводного сетевого
подключения Wi-Fi (Wireless Fidelity - "беспроводная точность").

Реальная мобильность компьютеров стала возможна после создания
мобильного Интернета. С 2005 г. операторы мобильной связи
использовали технологии Wi-Fi при развитии сотового покрытия
территорий. Сейчас происходит бурное развитие этих технологий, идет
борьба за выделенные диапазоны радиочастот, конкурентная борьба
форматов связи {LTE, WiMAX).

Одним из главных направлений технико-технологического развития,
способствующего еще более эффективной работе с информацией,
является конвергенция технологий, кэмплексирование функций
нескольких электронных устройств в одной мобильной конструкции
(компьютер, телефон, навигация, электронная книга, Интернет н т.п.).
При этом для побуждения населения к закупке более совершенных
устройств, кроме агрессивной рекламы, проводится политика снижения
цены на оборудование и юмпенсации финансовых потерь за счет
расширения спектра предоставляемых услуг, например, мобильного
телевидения или доступа к каким-то популярным информационным
ресурсам.

Судя по вектору текущего развития информяционных технологий,
ближайшие десятилетия будут посвящены развитию методов
виртуализации ощущений человека. Перспективные технологии
позволят выполнять дистанционную работу полностью погружаясь в
виртуальную среду взаимодействия с управляемым (набдкодаемым,
юнтролнруемым) объектом.

Положительные и отрицательные последствия
информатизации

Период к информационному обществу совпал с острой фазой
информационного кризиса - наиболее болезненной, мешающей
дальнейшему развитию цивилизации проблемы. Обпрство столкнулось
с противоречием между ограниченными возможностями человека по
восприятию н переработке информации н существующими огромными
потоками н массивами хранящейся информации. Необходимо
согласовать информационный "голод" и информационную "лавнну".
Поэтому главным и наиболее ожидаемым положительным
последствием информатизации должно стать преодоление этой
проблемы. Одним из начальных шагов ренЕння этой сложной задачи
является разработка современных информационных технологий. Они
должны позволить формулировать запрос на выполнение любых
операций с информацией на языках, близких к естественному
эффективно отсекать информационный шум, доставлять нужные
сведения в удобной для пользователя форме.

Другой важной задачей информатизации является реализация
свободного доступа каждого человека к информационным ресурсам
всей цивилизации. Сейчас этот доступ в значительной степени
ограничен административными, межгосударственными н
экономическими барьерами. ГЪсуцарство, международные организации
через законодательные акты, соглашения, целевые программы должны
разумно отрегулировать доступ к информации, обеспечивающей
эффективное развитие цивилизации. Разумность регулирования
заключается в том, что имеется опре-деленный спектр информации,
закрытие которой обосновано государственными нли корпоративными
интересами. Процессы информатизации должны определить разумные
границы доступа. Кроме этого, доступ должен быть согласован с
соблюдением авторских прав. Основным принципом
информационного общества должно стать утверждение: "Ограничение
свободного распространения информации наносит вред государству*'.

Положительной стороной информатизации является переход к новым
формам занятости. Появляется возможность дистанционной работы:
телеработа, телекоммьютинг, (telecommuting), расширение сектора SOHO
(малый и домашний офис). Для ряда специальностей теперь можно
организовать гибкий график работы. При этом существенно

уменьшаются
транспортные

затраты всех участников (офисное помещение,
расходы, сокращение производственной

инфраструктуры), работник может более эффективно использовать те
временные интервалы, когда его организм работает максимально
продуктивно, появляется возможность реализовать пожелание "жить,
где хочу" и, наконец, улучшается экология. Елу одним закономерным
следствием дистанционной работы является стирание граней
государственных границ при наборе работников - работа по контрактам
без каких-либо непосредственных юитакгов с работодателем.

Появление новой индустрии - индустрии информации - должно

компенсировать сокращение занятости в аграрном и промышленном
секторе. Новые рабочие места ориентированы иа
высококвалифицированных специалистов, что, в свою очередь, должно

определить углубление образовательных процессов в вузовском и

послевузовсюм образовании. Образование, навык работы со сложными

электронными устройствами становится обязательным условием для
самореализации в информационном обществе.

Наиболее ожидаемым явлением, к реализации которого привлекаются
наиболее совершенные технологии и специалисты, является создание

Е-правительства. Информатизация этого направления целиком

возлагается на государство. Разработка должна повысить эффективность

государственных функций во всех сферах общественного развития,
снять бюрократические барьеры при взаимоотношениях с

государственными и муниципальными органами управления.

Среди других положительных последствий информатизации следует
отметить:

отторжение массовой стандартизации и унификации - каждый
член общества получает возможность проявлять свои
индивидуальные качества, выбирая наиболее подходящие для него
виды деятельности, оперативно и с минимальными
административными барьерами представить собственное особое
мнение по любому вопросу самому пмрокому кругу пользователей
Интернета;

совершенствование

информационно-вычислительного

обеспечения эюномнческих и социальных процессов;

расширение информационной и аналитической поддержки
процессов принятия решений;

рост н развитие информационных потребностей населения за
счет доступности ресурсов и их многообразия, расширения
спектра средств доступа.

В информационном обществе изменяется не толью производство, но н
весь уклад жизни, система ценностей, возрастает значимость
культурного досуга по отношению к материальным ценностям. Лица с
ограниченными физическими возможностями, в частности, пожилые
леоди, смогут даже после ухода на пенсию продолжать работать, так как
повысится планка работоспособного возраста.

Так как информационное общество является более комфортным,
совершенным и отражает прогрессивное развитие общества,
информатизация влечет в основном положительные последствия.
Однаю в некоторых ситуациях она может приводить к отрицательным
результатам. Перечислим прогнозируемые основные отрицательные
последствия информатизации.

Проблема манипулирования сознанием лкдей в результате
усиления влияния на общество средств массовой информации, в
том числе и в свободном доступе в сети Интернет.

Трудности адаптации к сложной среде информационного
общества у определенной категории лщцей (пожилые лщци,
малоимущие, не обладающие достаточным образовательным
цензом). Рост массы незанятого населения по этой причине.
Противоречия между новым, "компьютерным" поколением и
носителями "индустриальной" технологии.

Возрастание риска техногенных катастроф. При создании
алгоритмической, программной части систем управления человек
не всегда может спрогнозировать и учесть все возможные
ситуации. Реальность этой опасности прослеживается уже сейчас.
Расслоение населения на тех, кто допущен к информации, и на
тех, кто к ней не имеет доступа, в зависимости от внутренней
имущественного

политики

государств,

ценза,

межгосударственных отношений и т.д.

Глобализация, усиление процессов унификации культур, стирание
культурных различий между народами и уничтожение

самобытности

Размывание
традиций,

профессионально-трудовых

малочисленных народов.

национальных

национальных шюл и течений в науке н искусстве.

•	Сокращение межличностных контактов. Современные сетевые
технологии, как правило, обеспечивают коммуникации без
необходимости прямого взаимодействия людей н гарантируют
анонимность. В определенных условиях человек может оказаться
совершенно одиноким.

•	Оцифровка личных данных (базы паспортных данных,
телефонных соединений, покупок, поездок и т.д.) создает
потенциальную возможность проникновения в частную жизнь
людей н организаций.

•	Рост преступлений в информационных технологиях,
использующих электронную регистрацию пользователей
(системы паролей, пластиковые карты и т.д.). Особую опасность
представляют вмешательства в финансовые операции.

•	Снижение значимости традиционных культурных ценностей
(книги, живопись, классическая музыка) за счет навязываемой
массовой культуры, ориентации на углубленное изучение
компьютерных дисциплин.

В литературе, рассматривая прогнозируемые последствия
информатизации, наиболее часто ссылаются на таблицу
представленную в книге швейцарского исследователя К. Хессига 'Страх
перед компьютером?" Г121. В ней отражены результаты опроса жителей
Швейцарии в конце 80-х гг., собраны н систематизированы ответы
респондентов. Несмотря на то, что исследование выполнено более
двадцати лет назад, собранные данные можно считать весьма
актуальными и для настоящего времени, так как в Швейцарии уже
давно сложились практически все классические предпосылки
информационного общества.

Болышнство ответов выражают эмоции респондентов, и к каждому из
них необходимы пояснения. Например, ответ 'Снижение культурного
уровня" выглядит достаточно странным, так как развитие


информационной среды создает предпосылки для повышения
культурного уровня (доступ по сетям к сокровипрм библиотек, музеев и
т.д.). Однако автоматически это не проислэдит. Возможно резюе
увеличение числа людей, являющиеся механическими потребителями
предоставляемой информации, что отражает негативную тенденцию.
Или ответ 'Элитарное знание" - его надо понимать как опасность
огромной поляризации знаний в обществе, возможном накоплении их
преимущественно в узком, "верхнем" общественном слое - элите
(политической, экономической и т.д.). Выхватывание этих "девизов" без
расшифровки внутреннего содержания нежелательно.

Таблица 5.1. Последствия информатизации в зеркале общественности
Программы информатизации

Государственное участие в процессах информатизации оформляется в
виде специализированных программ, причем каждое государство
определяет свою тактику поддержки процессов перехода к
информационному обществу. Анализ национальных планов
информатизации позволяет выделить ключевые факторы,
определяющие различия между ними. К ним относятся:

•	экономический потенциал, государственное устройство,
политическая ситуация;

•	специфика законодательства, обеспечивающего (или тормозящего)
движение к информационному обпрству;

•	макроэкономическая политика государства в юнтексте
формирования информационного общества;

•	особенности идеологии построения информационного общества;

•	характеристики национальной культуры и менталитета.

К основным сферам информатизации общества, в юторых государство
занимает активную позицию, относятся:

•	социальная сфера;

•	информатизация социального обеспечения;

•	информатизация системы образования;

•	материальное производство;

•	управление;

•	информатизация государственного управления;

•	информатизация армии.
Основными целями программ информатизации вне зависимости от
выбранной конкретным государством тактики являются:

•	содействие динамичной конкуренции в области развития
телекоммуникаций;

поощрение частных капиталовложений в
информационной инфраструктуры;

развитие

участие в разработке гибкого, способного к адаптации
законодательства в сфере информатизации;

•	обеспечение открытого доступа к информационным сетям;

•	содействие предоставлению гражданам эффективных и доступных
информационных услуг;

•	участие в обсуждении международных проблем построения
глобального информационного общества.

Существуют два принципиальных подюда к информатизации: западная
и азиатская модель Г131. Западной моделью информатизации называют
путь, по которому идут индустриально развитые страны. Однако в его

рамках следует отделить путь, по которому идет континентальная

Европа, от американо-английского пути. Европейский путь - это поиск

некоего баланса между полным контролем со стороны государства и
стихийностью рынка, динамическое сочетание правительственных и

рыночных сил, с учетом того, что роль каждой из иих может меняться

во времени. Все страны ЕС имеют собственную программу и взгляды
иа информатизацию, основной идей каждой из них остается социальная
направленность и государственное регулирование большинства
процессов, затрагивающих преобразование общества. Однако акценты
информатизации могут иесюлько отличаться.

Тах, например, в отчете датского правительства "Информационное
общество 2000" подчеркивается, что рынку нельзя позволить взять
контроль над стратегией разработки иифомагистралей. В шведском

правительственном отчете "ИТ - крылья человеческим возможностям"

предлагается введение переходного периода, во время которого
правительство берет руюводство на себя и является гарантом интересов

ие толью рынка, но и индивидуумов.

Франция наиболее жестко настаивает на централизованном развитии
инфраструктуры информационного общества. Она предполагает
обобщить опыт использования телеинформационной системы
Минитель (разработка 70-х годов, аппарат связи выдается в почтовом
отделении бесплатно, пользователь платит толью за услуги), которая в
2009 г., несмотря на существование Интернета, имела не менее
миллиона пользователей. Испания считает, что роль правительства
заключается в обеспечении перехода от услуг для элиты к услугам для
всех, и прежде всего - в отраслях телеобразования и телемедицины.

Американо-английский путь информационного развития определяется
своей моделью социально-экономического развития, когда функции
государства сводятся к минимуму а частных лиц - к максимуму Истинно
американский путь - перевес частной инициативы во всех проявлениях
развития: оставить все в руках частного сектора и рынка, полная
либерализация рынка информационных технологий, ограничение
государственного управления в сфере телекоммуникаций.

Вторым из основных факторов, по которому дифференцируются
европейская и американская модели развития информационного
общества, являются особенности законодательства. Континентальная
Европа имеет более жесткое законодательство в области регулирования
рынка труда, продуктов и услуг, чем США и Великобритания. По
мнению экспертов, существующее в Европе заюнодательство во миогом
тормозит развитие информационного общества. ГЬсуцарственная
политика США в вопросах информатизации ограничивается развитием
глобальных проектов, юторые частный капитал (финансировать не
может.

Азиатская модель информатизации основана на эффективном
сотрудничестве государства и рынка, попытке установить связь между
социальными трансформациями и культурными ценностями. Эта
модель отражает (философский принцип сосуществования и
сопроцветания - альтернативный способ социалыю-эюномичесюго
развития региона и конфронтацию с Западом. В рамках азиатской
модели выделяются Япония и "азиатские тигры" (Южная Корея,
Тайвань, Сингапур и ГЬнюнг).

В Японии процессы информатизации обязаны базироваться на главной
идее общества, когда каждый знает свой статус по отношению к другим
и ведет себя в соответствии с целями своей группы. Японский стиль


управления основан на иной, по сравнению с европейской,
корпоративной культуре, когда управляющее звено обязано заботиться о
подчиненных, а те должны беспрекословно выполнять директивы.
Поэтому государство и бизнес совместно несут ответственность за все
проблемы, возникающие при переходе к информационному обществу, и
разрепвют их совместными усилиями. Большие государственные
расходы на научные исследования и разработки всегда были и являются
до сих пор отличительными чертами Японии. Роль бизнеса состоит в
развитии новых, высоких технологий и производств. При этом роль
государства - создавать благоприятные условия для творчества,
уменыгить риск предпринимателей, действующих в приоритетных
сферах. Японсюе правительство считает, что для стимуляции
творческой деятельности интеллектуальный капитал нации должен
стать достоянием всех Основной акцент в будущем Японии делается иа
повседневные нужды людей, на разработку и внедрение ИКХ
способствующих повышению качества жизни населения.

В основе развития региона Восточной и Юго-восточной Азии -
"четырех тигров" - лежит японская модель. Однако процессы пережда к
информационному обществу в этих странах имеют отличные от Японии
стартовые условия. В значительной степени эти государства можно
отнести к развивающимся странам. Экономическому успеху "тигров" в
большой мере способствовали японские капиталовложения, вместе с
ними они восприняли от Японии (|млосо(|мю взаимоотношений
государства и бизнеса. Взаимоотношение "государство-рынок" в этих
странах остается социологическим и политическим, а не чисто
эюиомическим.

Модели информатизации развивающихся стран. В развивающихся
странах выделяют две идеологии построения информационного
общества - латиноамериканскую и азиатскую, в основе юторых лежат
две модели реформы телекоммуникаций, технической основы
информатизации.

Для развивающихся стран возможны две принципиально различные
стратегии реформы - приватизация и либерализация. Приватизация -
это передача государственных предприятий и видов деятельности в
полное или частичное владение или юнтроль. Либерализация - это
снижение барьеров для вхождения в рынок или его часть с помощью
страны, юторые пытались одновременно проводить приватизацию и
либерализацию, потерпели неудачу и растянули достижение реформы
во времени.

Латиноамериканская модель начинается с приватизации,
предназначенной быстро улучшить качество телекоммуникационных
услуг ценой задержки введения иа рынок конкуренции.

Азиатская модель реформы развивающижя стран характеризуется тем,
что реформа начинается с внедрения конкуренции, оставляя всякую
серьезную приватизацию на потом. Латиноамериканская модель более
быстрая и смелая.

Отдельный путь перехода к информационному обществу выбрала
Индия. Особенностью идеологии построения информационного
общества в Индии является осторожность, постепенность и опора на
национальные культурные корни. Ее путь можно назвать
промежуточным, по размаху и глубине ои ближе к латиноамерикансюй
модели, а по сюрости проведения - к азиатсюй. Индия не выбрала ни
пути полной приватизации, ни мягкой либерализации. Своим главным
капиталом на пути в глобальное информационное общество Индия
считает свои человеческие ресурсы. Государственные предприятия не
передаются в частный сектор, а конкуренция допускается на рынке
местных услуг; при этом разрешается ие более 49% иностранного
присутствия. Междугородная и международная связь остаются в руках
государства. В стране сущгствует гибкое законодательство, хороню
регулирующее сферу телекоммуникаций.

Международные программы информатизации. Учитывая глобальный
характер проблем перехода к информационному обществу,
необходимость выравнивания условий информатизации в различных
регионах и странах, формируются международные программы,
определяющие главные векторы глобальной информатизации.

В июле 2000 года на Окинаве состоялся саммит 'Большой восьмерки".
Там впервые официально был провозглашен переход мирового
сообщества к глобальному информационному обществу. Окинавская
хартия (Okinawa Charter on the Global Information
Society) устанавливает основные принципы вхождения государств в
глобальное информационное общество и является важнейшим
документом, призванным организовать и активизировать деятельность
международного сообщества в области формирования глобального
информационного общества.

В Хартии выделяется четыре раздела:

1.	использование возможностей цифровых технологий;

2.	преодоление электронно-цифрового разрыва;

3.	содействие всеобщему участию;

4.	дальнейшее развитие.

В Окинавской хартии были установлены следующие основные
принципы вхождения государств и стран в глобальное информационное
общество.

1.	Информационно-коммуникационные технологии (ИТ) - един из
наиболее важных факторов, влияющих на формирование
общества XXI в. Их революционное воздействие касается образа
жизни людей, их образования и работы, а также взаимодействия
правительства и гражданского общества.

2.	Суть стимулируемой ИТ экономической и социальной
трансформации заключается в ее способности содействовать
людям и обществу в использовании знаний и идей.

3.	Руководители стран '^восьмерки" подтверждают свою

приверженность принципу участия в этом процессе, исходя из
того, что все люди повсеместно, без исключения должны иметь
возможность пользоваться преимуществами глобального
информационного общества.

Руководители стран '^восьмерки" будут осуществлять руководство в
продвижении усилий правительств по укреплению
соответствующей политики и нормативной базы.

Руководители стран ’^восьмерки" отмечают, что Хартия является,
прежде всего, призывом ко всем как в государственном, так и в
частном секторах ликвидировать международный разрыв в
области информации и знаний.

Не менее важным событием явился Всемирный саммит на высшем
уровне по информационному обществу, проводившийся в два этапа:

Женева, 2003 год, и Тунис, 2005 год. По итогам первого этапа была

принята "Декларация принципов. Построение информационного
общества - глобальная задача в новом тысячелетии", декларативный
документ, определяющий основные задачи глобальной информатизации
[14].

Второй этап проходил при активном участии ООН и был посвящен в

значительной

степени

проблемам управления Интернетом.

Генеральный секретарь ООН Кофи Аннан, выступая на саммите, сказал:

"Нынешняя встреча на высшем уровне должна стать саммитом
решений". Была сделана попытка выявить ключевые вопросы
публичной политики и разработать согласованное представление о

ролях и ответственностях правительств, межправительственных и
международных организаций, частного сектора и организаций
гражданского общества в вопросах управления Интернетом.
Значительная группа стран под руководством Китая и членов так
называемой Группы-20 (Бразилия, Южная Африка, Индия и другие)

заняла позицию достаточно жесткого управления Интернетом, включая
борьбу со спамом, незаконным контентом и т.д, Фактически эта позиция
сводится к установлению цензуры в Интернете. США и страны
Европейского союза при поддержке частного сектора утверждают, что
регулирование Интернета должно сводиться к техническим вопросам, а
его организационную основу менять не следует. Российская делегация
заняла промежуточную позицию, но точка зрения Китая была ей более
близка. Несмотря на жесткую дискуссию, найти согласованное решение
не удалось, и Интернет до настоящего времени остается стихийной
организацией, управляемой коммерческими структурами,
базирующимися на территории США.

Свои программы имеют межгосударственные объединения (Евросоюз,
СНГ) и международные организации (ООН, ЮНЕСКО).
Первоначальный план действий Евросоюза 'Европейский путь в
информационное общество" (Europe's Way to the
Information society. An action plan) был принят в 1994
г. Его часто называют 'Инициативой Бангемана", по фамилии
руководителя группы высокопоставленных экспертов, которая
подготовила рекомендации по активизации работ, связанных с
переходом к информационному обществу. Европа к тому моменту имела
серьезное отставание в процессах информатизации от США. и Японии.

Дальнейшая стратегия информатизации в ЕС была определена на
сессии Совета Европы в Лиссабоне в 2000 г., которую затем оформили в
виде программы действий 'Электронная Европа 2002" (eEurope Action
Plan 2002), подготовленной Европейской юмиссией. В этой программе
поставлена стратегическая цель - создать к 2010 г. в Евросоюзе самую
конкурентоспособную н динамичную информационную экономику в
мире. Приоритетными направлениями должны стать: дешевый,
быстрый, безопасный Интернет; инвестиции капитала в людей и их
квалифика-цню; содействие использованию Интернета;
совершенствование юридической среды информационного общества;
развитие информационной инфраструктуры, распространение
соответствующих услуг в пределах Евросоюза, ускорение развития
электронной торговли; создание "онлайнового правительства":
электронный доступ к общественным услугам; создание онлайнового
здравоохранения; разработка европейского цифрового контента для
глобальных сетей; создание интеллектуальных транспортных систем.

Практическая реализация стратегических целей развития Евросоюза
объединяется в 5-летнне рамочные программы Г151. Так, в рамках 5-ой
рамочной программы было направление "Технологии
информационного общества". 6-ая программа (2002-2006 гг.) в
значительной степени посвящена крупнейшему политическому проекту
"Электронная Европа" (eEurope), в рамках которого выполнялось

множество подпрограмм как внутри стран-членов ЕС, так н на уровне
Европейской юмисснн. В виде примеров таких подпрограмм можно

указать e-Content - программа поддержки производства,

распространения и использования европейского контента и поддержки
многоязычия Всемирной сети; e-Inclusion - вовлечение в жизнь
общества, обеспечение компьютерного образования малоимущих,
людей с различными физическими недостатками. Если какое-то
государство Евросоюза хочет развивать направления, не лежащие в
русле общей стратегии, оно должно обеспечивать их собственным
финансированием.

Следует отметить, что система демократического распространения
финансовых средств сопровождается очень жестким мониторингом
достигнутых результатов. Сравниваются показатели различных
государств, достигнутые при реализации общей стратегии. Все
основные результаты, текущие задачи и возникающие проблемы
кэнцентрируются	на	сайте	ссылка:

ht^y/ec.europa.eWinfonmtioii_society/index_en.htm.

Так как европейцы не удовлетворены состоянием дел в области
научных исследований, считая их не адекватными стратегической цели
построения информационного общества, базирующегося на знаниях,
при мониторинге особое внимание уделяется сравнениям с
аналогичными процессами в США.

Государства, входящие в Содружество Независимых ГЪсударсгв, также
нацелены на интеграцию усилий при пережде к информационному
обществу. Этому способствуют общие исторические горни, менталитет,
географическое расположение. В 1996 г. была разработана и согласована
"Концепция формирования информационного пространства СНГ" Г161.
В ней отмечается, что "в области формирования информационного
пространства СНГ существуют закономерности, общие для всех
государств Содружества и специфические для каждого государства",
поэтому одной из основных задач является развитие нормативно-
правовой базы взаимодействия в информационной сфере. Кроме этого,
в Концепции определены общие интересы государств Содружества в
информационной сфере:

•	сохранение и развитие контактов граждан;

•	беспрепятственное и нецензурируемое распространение
открытой информации о жизнедеятельности государств -
участники СНГ и органов Содружества;

•	развитие образования, науки, техники и культуры;

•	обеспечение доступа граждан, предприятий и организаций,
органов государственного управления к национальным и
международным информационным ресурсам по различным
сферам согласованной деятельности на основе соответствующих
межгосударственных договоров;

•	создание условий взаимовыгодного использования
информационных ресурсов государств - участниюв СНГ.

Кроме этого было юнстатировано, что имеется ряд важных юнкретных
задач, эффективное ренЕние которых возможно только путем


совместных усилий государств Содружества.

Однако реализация на практике декларированных положении пока
вызывает значительные затруднения.

Программы информатизации России

Стартом процесса информатизации в России можно считать 60-е гг.,
кода кибернетика окончательно перестала быть "лженауюй", была
осознана роль информации как важнейшего ресурса предприятия,
организации, региона, общества в целом. Начали разрабатываться
автоматизированные информационные системы разного рода. В этот
период было создано большое количество организаций и структур,
занимающихся компьютерной техникой и информационными
технологиями. Проблема обеспечения информацией управленческих
работников была поставлена сразу системно, обеспечена детальными
теоретическими разработками. Была разработана концепция
иерархического комплекса автоматизированных систем управления
(АСУ), в которой, прежде всего, выделялись системы разных уровней
управления - АСУП (для уровня предприятий и организаций), ОАСУ
(отраслевые), РАСУ (республиканские н региональные), н, наконец,
ОГАС (общегосударственная автоматизированная система). Эти уровни
составили основу концепции академика В. М. Глушкова по разработке
стратифицированной структуры ОГАС. Начальный период завершился в
конце 80-х гг. и совпал с экономическим кризисом, который в
значительной степени размыл эффективность достигнутых результатов
информатизации. Не говоря о развитии, даже поддержание
достигнутого уровня требовало значительных трудовых и финансовых
затрат. Стране в тот период было не до информатизации.

В виде примеров юнкретных достаточно успешных разработок
начального периода информатизации можно отметить:

•	Общесоюзную автоматизированную систему

управления

продажей билетов и резервированием мест на внутренних
авиалиниях СССР;

•	АСУ железнодорожного транспорта (АСУ ЖТ), охватывающую
все уровни управления железнодорожными перевозками;

•	АСУ ’Морфлот", предназначенную для всех уровней управления
морским транспортом в рамках Министерства морского флота
СССР.

политической неразберихи

правительство

пыталось

переломить

ситуацию и мечтало о прорывных технологиях, почти все

государственные программы начинались с девизов ’ускорение",

’^интенсификация", был поднят вопрос о создании перспективного

плана информатизации страны. В 1989-1990 гг. с участием
государственных структур и общественности была разработана
концепция информатизации общества, затем одобренная
соответствующим комитетом Верховного Совета СССР. На ее основе
были подготовлены проекты общесоюзной программы информатизации
и республиканской программы 'Информатизация России" (1990-1991
гг.). Однако в силу ряда причин (ограниченность финансовых ресурсов,
несогласованность позиций министерств и ведомств) проект
программы не был принят правительством.

К моменту развала СССР ситуация в области информатики приобрела
катастрофический характер. Для того времени стали характерны
высказывания такого вида: 'Мы близки к тому что теперь не только не
сможем юпировать западные прототипы, но и вообще окажемся не в
состоянии даже следить за мировым уровнем развития". В течение
следующего десятилетия (1991-2000 гг) информатизация в России
проводилась без активного вмешательства государства. Научные
разработки проводились по инерции, реализуя накопленный ранее
потенциал. Производство отечественных технических средств
информатизации (компьютеры, средства связи и т.п.) практически
прекратилось из-за их технического несовершенства и качества.

Однаю информатизация не прекратилась, ее ведупрм звеном
становятся коммерческие структуры. Появляется большое количество
частных, полугосударственных фирм, занимающиеся
информационными технологиями, импортом и продажен зарубежной
техники. Формируется разветвленная сеть мобильных телефонных
услуг, учреждения и наиболее продвинутая часть населения
подключаются к Интернету Приобретает пмрокие масштабы сборка

простейших моделей персональных компьютеров из импортных
комплектующих. Персональный компьютер постепенно переходит в
разряд бытовой техники, служащей для учебы, развлечений, работы с
текстами и простейшими расчетами (электронные таблицы).

В течение 1992-1996 гг. в стране активно проводилась работа по
формированию законодательной базы информатизации. Были приняты
федеральные законы 'Об информации, информатизации и защите
информации" (1995 г.) и 'Об участии в международном
информационном обмене" (1996 г.). Было также выпущено большое
количество указов Президента РФ и постановлений правительства по
вопросам информатизации. Учитывая традиционную для России
способность "спокойного" отнонюния к законодательству и сложную
общественно-политическую обстановку эти законодательные акты
никакого влияния на информатизацию не оказали. Это был задел на
последующие периоды.

В 1995 г. была разработана концепция формирования и развития
единого информационного пространства России (ЕИПР) и
соответствующих государственных информационных ресурсов [17].
Единое информационное пространство России (ЕИПР) понимается в
Концепции как "совокупность баз и банков данных, технологий их
ведения и использования, информационно-телекоммуникационных
систем и сетей, функционирующих на основе взаимосвязанных
принципов и по общим правилам и стандартам, обеспечивающих
информационное взаимодействие организаций и граждан,
удовлетворение их потребностей в информационных услугах". На базе
этого документа в 1998 г. по поручению Комитета Государственной
Думы по информационной политике и связи была разработана и
одобрена Концепция государственной информационной политики.

Целями государственной информационной политики объявлялись

следующие положения:

•	обеспечение прав граждан на информацию;

•	создание и поддержание необходимого для устойчивого развития
общества уровня информационного потенциала;

•	обеспечение согласованности решений органов государственной
власти;

•	повышение уровня правосознания граждан;
•	обеспечение контроля со стороны граждан за деятельностью
органов государственной власти;

•	повышение деловой и общественной активности граждан;

•	интеграция с мировым информационным пространством;

•	модернизация	информационно-телекоммуникационной

инфраструктуры;

•	развитие информационных, телекоммуникационных технологий;

•	эффективное формирование и использование национальных
информационных ресурсов (ИР) и обеспечение широкого,
свободного доступа к ним;

•	обеспечение граждан общественно значимой информацией и
развитие независимых средств массовой информации;

•	подготовка человека к жизни и работе в грядущем
информационном веке;

•	создание необходимой нормативной правовой базы построения
информационного общества.

'Электронная Россия". В 2002 с Правительство РФ принимает
Федеральную целевую программу ’Электронная Россия". И это уже план
конкретных мероприятий, обеспеченных государственным
финансированием. Мероприятия программы распределены на три
этапа и рассчитаны на период 2002-2010 гг.:

•	1-й этап (2002 г.) - создание предпосылок для реализации
Программы, анализ уровня информатизации России;

•	2-й этап (2003-2004 гг.) - реализация проектов, обеспечивающих
взаимодействие органов государственной власти и органов
местного самоуправления с гражданами и хозяйствующими
субъектами;

•	3-й этап (2005-2010 гг.) - создание предпосылок для массового
распространения ИКТ во всех сферах общественной деятельности.

В долгосрочном плане мероприятий было предусмотрено 69
конкретных работ, разбитых на следующие группы.

Совершенствование	законодательства	и  государственного регулирования в сфере ИКТ Обеспечение открытости в деятельности	системы  органов
государственной власти.

• Совершенствование деятельности органов государственной

власти и органов местного самоуправления.

Совершенствование взаимодействия органов государственной

власти и органов местного самоуправления с хозяйствующими

субъектами.

Развитие системы подготовки специалистов по ИКТ

Содействие развитию независимых средств

массовой

информации.

Развитие телекоммуникационной инфраструктуры и создание
пунктов подключения к открытым информационным системам.

Разработка и создание системы электронной торговли

Если сравнивать проект 'Электронная Россия" с программами

информатизации западных стран, то можно отметить, что российская

программа, в отличие от них, отражает главным образом интересы

государства и лишь опосредованно, через него, - интересы людей.

Специфика российской

программы состоит в укреплении

государственных институтов, органов власти и механизмов
взаимодействия государства с хозяйствующими субъектами, а также в
содействии развитию СМИ.

К сожалению, начальный вариант программы 'Электронная Россия"
характеризовала определенная декларативность, общность и размытость

достигаемых результатов. Скорее всего, именно по этим причинам

реализация программы уже с самых начальных этапов испытывала
значительные трудности. В реализации программы участвовало много
конкурирующих ведомств и организаций, концентрирующих внимание
толью на распределении финансовых потоков. Выделение средств

выполнялось толью в юнце отчетного периода, централизованное

содержательное управление практически отсутствовало.

Государство, оценивая достигнутые результаты, несколько раз изменяло
программу пытаясь придать ей большую динамичность и конкретность

планируемых результатов. Последняя корректировка произведена в

юнце 2009 г. Согласно этой версии, вся программа с 2002 по 2010 гг.

обойдется в 21,2 млрд руб. (изначально планировалось 77,2 млрд руб.),

что в

значительной

степени характеризует востребованность

результатов. Завершающий этап целиком посвящен активизации работ
по созданию '’электронного правительства".

В определенной степени особое внимание к проблеме 'Электронное
правительство" можно объяснить парадоксальной ситуацией,
сложившейся в России к концу 2009 г. ГЬсуцарство и государственные
структуры оказались наиболее слабым звеном при переходе к
информационному обществу. Высокий образовательный уровень

населения,

достаточно благоприятная экономическая ситуация

позволили значительной части населения приобрести персональные
компьютеры, мобильные телефоны, сканеры, принтеры и другое
современное оборудование, подключиться к Интернету освоить
наиболее простые информационные технологии. Современный
россиянин считает Интернет наиболее доступным и исчерпывающим
источником информации, отказываясь от других ресурсов, например,
библиотек Обыденными стали электронная почта, SMS-сообщения,
чаты, форумы и т.д, Для городского населения привычной стала
интернет-торговля.

Минкомсвязи представил проект долгосрочной целевой программы
"Информационное общество" на 2011-2020 гг. и предлагает выделить из
федерального бюджета на информатизацию 88,03 млрд руб., из юторых
9,3 млрд руб. предполагается потратить до 2013 г., а остальные 78,73
млрд освоить в 2014-2020 гг. Программа должна стартовать в 2011 г.,
она сменит ФЦП 'Электронная Россия", действие которой закончилось
в 2010 г. В программу входит шесть направлений: электронное
правительство, повышение качества жизни граждан и улучшение
условий ведения бизнеса, преодоление цифрового неравенства,
безопасность в информационном обществе, развитие рынка
информационно-коммуникационных технологий и сохранение
культурного наследия.

Бизнес проявляет активность в тех направлениях информатизации, тде
он может самостоятельно окупить затраты и получить значительную
прибыль (развитие мобильной связи, Интернета, платежных систем и
т.д.). Практически вся офисная работа и бухгалтерия в фирмах и
учреждениях переведена на компьютеры. Созданы и подключены к
Интернету значительные русскоязычные информационные банки
данных. Крупные промышленные предприятия, которые полностью
перестроились на работу в новых экономических условиях, были
вынуждены использовать современные информационные технологии,
иначе им было бы невозможно выжить в условиях открытой экономики
и жесткой конкуренции с зарубежными фирмами.

Отдельным направлением государственной политики России в 2001-
2010 гг. стала информатизация в сфере образования. В 2001 г. была
принята Федеральная целевая программа 'Развитие единой
образовательной информационной среды (2001-2005 гг.)". Целью
программы было создание и развитие единой образовательной
информационной среды, обеспечивающей:

•	единство образовательного пространства на всей территории
страны;

•	повышение качества образования во всех регионах России;

•	сохранение, развитие и эффективное использование научно-
педагогического потенциала страны;

•	создание условий для поэтапного перехода к новому уровню
образования на основе информационных технологий;

•	создание условий для предоставления российских
образовательных услуг русскоязычному населению за рубежом

Эта программа была более успешной. Основные затраты шли на закупку
компьютерных классов для общеобразовательных учреждений,
особенно сельских шюл. В ее рамках была создана система
образовательных порталов:

•	Федеральный	портал 'Российское	образование" ссылка:

httpy/www.edu.ru/ (корневой портал)

•	образовательный портал 'Экономика, социология, менеджмент"
ссылка: http7/www.ecsocman.edu.ru/

•	Российский образовательный правовой портал ссылка:
httpy/www.law,edu.ru/.

•	портал ’’Социально-гуманитарное и политологическое
образование" ссылка: ht^yAvww.humanities.eduru/

•	естественнонаучный образовательный портал (физика, химия,
биология, математика) ссылка: http://www.en.edu.ru/

•	Российский общеобразовательный портал ссылка:
httpy/www.schooLedu.ru/

•	портал информационной поддержки единого государственного


экзамена (ЕГЭ)

образовательный портал по подцержке процессов обучения в
странах СНГ ссылка: http://www.sng.edu.ni/

специализированный федеральный портал "Инженерное
образование" ссылка: httpy/www.techno.edu.m/
специализированный портал "Международное образование"
ссылка: http^/www.intemationaledu.ni/.

Необычная ситуация сложилась с выполнением работ по организации

электронных библиотек учебных материалов и обеспечения доступа к
ним. В рамках проекта была создана Центральная библиотека

образовательных ресурсов (ФГУ ЦБОР) (свыше 12 тыс. книг), в которую
поменялась практически вся выходяпця в России учебная литература.
Учебные заведения имели доступ к ресурсам по индивидуальному
паролю. Однако в работах не были учтены вопросы соблюдения
авторского права, библиотеку пришлось закрыть.

2010 г. стал еще одним ключевым рубежом в информатизации России. С
учетом негативных результатов программы 'Электронная Россия" было
принято решение о ее замене программой "Информационное общество",
ориентированной на утвержденную Правительством РФ в феврале 2008
г. стратегию развития информационного общества. В ней, в частности,
говорится о создании инфраструктуры широкополосного доступа иа
всей территории Российоюй Федерации, внедрении в медучреждениях
дистанционного обслуживания пациентов, интеграции
государственных информационных систем и ресурсов, создании
условий для коммерциализации и внедрения результатов научных
исследований и развитии системы библиотечных фондов на основе
применения ИКТ

Особый интерес для прогнозирования работ, предстоящих в области
информатизации, представляет Приложение к Стратегии развития
информационного общества в Российской Федерации, в котором
определены контрольные значения показателей развития
информационного общества в Российоюй Федерации на период до
2015 года. В документе указывается, что 'к 2015 году должны быть
достигнуты следующие контрольные значения показателей:

• место Российоюй Федерации в международных рейтингах в
области развития информационного общества - в числе двадцати

ведущих стран мира;

место Российской Федерации в международных рейтингах по
уровню доступности национальной информационной и
телекоммуникационной инфраструктуры для субъектов
информационной сферы - не ниже десятого;

наличие персональных компьютеров, в том числе подключенных
к сети Интернет, - не менее чем в 75% домашних хозяйств;

доля государственных услуг, которые население может получить с
использованием информационных и телекоммуникационных
технологий, в общем объеме государственных услуг в Российсюй
Федерации -100%;

доля электронного документооборота между органами
государственной власти в общем объеме документооборота - 70%;
доля библиотечных фондов, переведенных в электронную форму
в общем объеме фондов общедоступных библиотек - не менее
50%, в том числе библиотечных каталогов - 100%".

Достижение этих показателей потребует очень больших затрат и
усилий.

Электронное правительство

Первопроходцами в деле построения э-правительств были США и
Канада. Первый этап строительства э-правительства США начался в
2002 г., когда во время представления годового бюджета в Конгресс
страны президент Буш выделил перечень основных мероприятий по
созданию электронного правительства, распределенных по четырем
портфелям:

•	государственные услуги для граждан;

•	государственные услуги для бизнеса;

•	услуги различных государственных структур друг другу;

•	мероприятия по повышению внутренней эффективности и
результативности государственного сектора.

Особенно была отмечена необходимость широкого использования
интернет-технологий.
Особая роль Канады объясняется тем, что она относится к числу стран с
наибольшим количеством пользователей Интернета. Уже в 2004-2005 гг.
72% канадцев имели доступ во Всемирную паутину с домашних ПК.
Именно этим обусловлены высокие показатели спроса на онлайновые
общественно-государственные услуги.

Наиболее емюе определение функционального назначения
электронного правительства было сформулировано Европейский
комиссией. В 2003 г. она, отмечая значение электронного правительства
для будущего Европы, определила его следующим образом:
"Электронное правительство является средством повышения
эффективного государственного обслуживания граждан и бизнеса. Оно
упрощает проведение в жизнь государственной политики и помогает
госсектору справляться с противоречивыми требованиями: с одной
стороны - расширять объем услуг и повышать их качество, а с другой -
экономить ресурсы. Это достигается за счет внедрения
информационных н телекоммуникационных технологий в
государственных органах, предваряемого проведением
организационных изменений н приобретением новых навыков,
направленных на улучшение общественных служб и демократических
процессов".

Таким образом, основой любого э-правительсгва является перевод

системы коммуникаций государственных структур на информационные

технологии с использованием компьютерной телекоммуникаций (Интернета). Функциональное конкретной реализации электронного правительства большого количества параметров: государственного общественно-политических отношений внутри распределения обязанностей между государственными	техники и наполнение зависит от устройства, государства, структурами,

наюнец, традиций.

Создание электронного правительства в России реализуется на трех
уровнях:

•	государственном (федеральном);

•	отраслевом;

•	региональном.
Типовыми услугами, предоставляемыми государственными органами
власти гражданам (G2C) и в значительной степени ориентированными
на Россию, являются:

взаимоотношения с налоговыми органами, подача налоговых
деклараций, уведомление о результатах проверки деклараций;

•	взаимоотношения с местными органами власти
(муниципальными образованиями);

•	услуги по поиску работы, предоставляемые департаментами

трупа;

•	выплаты из фонда социального страхования;

•	выдача документов (паспортов и водительских прав);

•	регистрация автомашин;

•	подача заявлений на выдачу разрешений на строительство;

•	заявления в правоохранительные органы (например, о краже,
угоне и т.д.);

•	публичные библиотеки (доступность каталогов, инструментов
поиска);

•	акты гражданского состояния (рождение, заключение брака,
смерть): запрос и получение;

•	подача заявления о поступлении в вуз;

•	регистрация по месту жительства;

•	услуги здравоохранения (например, интерактивное
информирование о предоставлении услуг в различных больницах;
направления в больницы).

Услуги, предоставляемые органами власти бизнесу (G2B):

выплаты за сотрудников в фонды социального страхования;

НДС: декларирование, уведомление о результатах проверки
деклараций;

регистрация иовой компании;

предоставление информации в статистические органы;

подача таможенных деклараций;

разрешения, связанные с охраной окружающей среды, включая
отчетность;

поставка товаров и услуг для государственных нужд.
Создание электронного правительства РФ должно перевести эти услуги
в Интернет, упростить взаимоотношения граждан и бизнеса. Основу
взаимоотношений государственных органов между собой должен
составить электронный (безбумажный) документооборот с активным
использованием электронной подписи. На эту же технологию должны
быть переведены и все внутренние бумажные потоки государственных
организаций.

Реальное состояние с созданием э-правительства РФ можно
охарактеризовать оценкой, данной в отчете, обнародованном в марте
2009 г. Всемирным экономическим форумом об ИТ-
юикурентоспособности мировых стран. В отчете содержатся оценки
индекса развитости ИКТ (The Networked Readiness Index, NRI) различных
держав, юторый измеряет готовность стран к эффективному
использованию ИКТ по трем параметрам: среда для развития И Т
готовность трех основных заинтересованных сторон (граждан, бизнеса
и национальных правительств) к плодотворному использованию ИКТ и
оценка уровня фактического использования ИКТ. В 2009 г. в
исследовании участвовало 134 страны, среди юторых Россия заняла 74-
е место. По сравнению с рейтингом 2007-2008 гг. показатели страны
ухудшились на две позиции. При этом из бывших союзных республик
Россию обошли ие толью Украина, поднявшаяся с 70-го иа 62-е место,
ио и Литва (35-е), Латвия (48-е), Азербайджан (60-е место) и Казахстан
(73-е место) Г181.

Если смотреть толью на эту оценку то ситуация кажется
катастрофичесюй. Однако создавшееся положение объясняется далею
не техническими причинами и нежеланием населения работать с
новыми технологиями. Основные причины - это бюрократия, плохая
организация управления, правовые проблемы и, наконец, коррупция,
юторая препятствует открытости общества.

Одной из наиболее важных технических причин, сдерживающих
развитие электронного правительства, является идентификация
участник» электронных юммуникации. Открытость Интернета,
возможность измеиеиия содержания электронного документа создают
опасность искажения первоначального содержания сведений.

Электронная цифровая подпись - реквизит электронного документа,
предназначенный для защиты данного электронного документа от

подделки, полученный в результате криптографического преобразования

информации с использованием закрытого ключа электронной цифровой
подписи и позволяющий идентифицировать владельца сертификата
ключа подписи, а также установить отсутствие искажения информации
в электронном документе. В январе 2002 г. принят Закон РФ 'О
цифровой электронной подписи". Согласно этому закону электронная
подпись должна выполнять следующие юридические функции:

•	указывать, гем подписан электронный документ;

•	гарантировать, что он подписан уполномоченным лицом;

•	гарантировать, что заверенный документ является подлинным и
неизменным;

•	предотвращать негативные последствия отсутствия
собственноручной подписи;

•	символизировать выражение воли конкретной стороны сделки;

•	символизировать письменную форму сделки, которая заключена
контрагентами посредством электронной связи.

Для разработки инфраструктуры, поддерживающей технологии
электронной подписи, в 2004 г. Постановлением Цравительсгва РФ иа
Федеральное агентство по информационным технологиям возложены
функции уполномоченного федерального органа исполнительной
власти в области электронной цифровой подписи (ЭЦП). Согласно
этому распоряжению в РФ должна быть создана система региональных
удостоверяющих центров. Удостоверяющий центр
Росинформтехнологии должен обладать следующими параметрами:

•	изготовление до 1000 сертификатов ключей подписи в сутки;

•	ведение реестра на 300 тысяч сертификатов;

•	ведение архива на 2 млн сертификатов.

Несмотря на подготовленную юридическую базу поручения
Правительства, электронные ключи имеют лишь редкие
государственные структуры. Бизнес и тем более радовые граждане
практически ничего не знают об этой возможности. Правда, следует
отметить, что применять электронный ключ пока некуда.
Контрольные вопросы

1.	Какие подходы существуют в науке к пониманию термина
"информация1?

2.	Перечислите основные свойства информации.

3.	Перечислите способы фиксации информации.

4.	В каких формах представляется информация?

5.	Дайте определение понятию 'Знания".

6.	Перечислите основные виды информации в соответствии с ее
свойствами.

7.	Какие существуют меры информации и югда ими нужно
пользоваться?

8.	Что такое носитель информации?

9.	Дайте определение понятию "данные".

10.	Что такое модель данных?

11.	Какие модели данных Вы знаете?

12.	В чем заключается различие информации и данных?

13.	Что такое метаданные?

14.	Что такое документ?

15.	Какими параметрами характеризуется документ?

16.	Чем отличаются опубликованные документы от
неопубликованных?

17.	Что такое поисковый образ документа?

18.	Зачем нужно библиографическое описание?

19.	Приведите классификацию основных видов информационных
услуг.

20.	Что такое аналитико-синтетическая обработка информации?

21.	Где можно найти индекс цитирования интересующего Вас
ученого?

22.	Что такое индекс цитирования научной работы?

23.	Что такое нмпакг-фактор журнала?

24.	Какие виды вторичных документов Вы знаете?

25.	Укажите основные виды информационных технологий.

26.	Какие существует методы поиска информации?

27.	Чем отличается информационный поиск в информатике от
обычного поиска информации?

28.	Что такое пертинентность н релевантность информации?

29.	Перечислите основные способы оформления цитат.
30.	Сравните типы известных Вам информационных систем.

31.	Что и когда координируется при координатном индексировании?

32.	Какие типы информационно-поисковых языков Вы знаете?

33.	Что такое тезаурус?

34.	Что такое код и кодирование?

35.	Перечислите основные класси4мкационные системы
информационных ресурсов.

36.	Перечислите основные технологические процессы
информационного центра.

37.	Перечислите основные группы деловой информации.

38.	Дайте определение библиотеки согласно Федеральному загону 'О
библиотечном деле".

39.	Почему библиотеку ГУ ВШЭ можно называть медиатекой?

40.	Приведите основные фунации библиотеки.

41.	В чем основные функции национальной библиотеки?

42.	Назовите крупнейшие библиотеки России.

43.	Перечислите основные формы обслуживания в библиотеке.

44.	Зачем в крупных библиотеках образуют подсобные фонды?

45.	Каким образом расставляются библиотечные фонды?

46.	Имеется ли различие в расстановке книжной и сериальной
литературы?

47.	Перечислите основные каналы поступления литературы в
библиотеки.

48.	Какие навигационные инструменты предоставляет библиотека
читателям?

49.	Перечислите основные виды библиотечных каталогов.

50.	Как устроен систематический каталог библиотеки?

51.	В чем заключаются преимущества электронного каталога?

52.	Перечислите основные проблемы, возникающие при создании
электронных библиотек

53.	Каюва технология работы с электронной книгой?

54.	Дайте определение термину "электронный документ".

55.	В чем основные отличия информационного центра от
библиотеки?

56.	Назовите несколько зарубежных информационных центров.

57.	Какие виды деятельности относят к сфере коммуникации?

58.	Охарактеризуйте формальные и неформальные каналы
коммуникации.

59.	В чем состоят функции информационной деятельности?
60.	Связано ли старение документов с ростом их числа?

61.	Что такое обработка информации? Какие процедуры в нее
включаются?

62.	Как рассеиваются статьи определенной тематики по журналам?

63.	В чем выражается затон Брэдфорда?

64.	Как Вы понимание старение документов и связано ли оно с
ростом числа документов?

65.	Назовите информационные революции в истории развития

цивилизации.

66.	Что такое информационные ресурсы общества?

67.	Чем определяется информационный потенциал общества?

68.	В чем заключается информационная безопасность личности и
общества?

69.	Перечислите основные объекты информационной безопасности.

70.	Что такое информатизация общества?

71.	Назовите признаки формирования информационного общества.

72.	Назовите критерии пережда к информационному обществу.

73.	Назовите основные сферы информатизации общества.

74.	Перечислите положительные последствия информатизации
общества.

75.	Перечислите отрицательные последствия информатизации
общества.

76.	В чем заключается информационное неравенство? Мшжите
аспекты его рассмотрения.

77.	Назовите нестолько программ информатизации за рубежом.

78.	Основные задачи, решаемые программой 'Электронная Россия".

79.	Какие основные документы регламентируют работу программы
'Электронная Россия'?

80.	Перечислите основные образовательные порталы в 'Электронной
России".

81.	Что такое Окинавская хартия?

82.	Чем характеризуется информационный кризис во второй
половине 20-го столетия?

83.	В чем основная задача международных программ информатизации
Информационные технологии

Одно из (специфических) свойств информации заключается в том, что
она существует в виде различных материальных форм. Форма
представления информации может меняться в процессе ее обработки
или использования.

Представления информации

Сообщение как материальная форма представления
информации

Одно из (специфических) свойств информации заключается в том, что
она существует в виде различных материальных форм. Форма
представления информации может меняться в процессе ее обработки
или использования. Например, информация, передаваемая по телеграфу
сначала может быть представлена в виде текста на бумаге, затем
телеграфист переносит ее на магнитный носитель, где оиа существует в
виде различным образом намагниченных участюв, далее она может
быть преобразована в электрические импульсы в проводнике и т.д.
Информация является общим абстрактным содержанием в различных
формах представления.

Различные материальные формы представления информации
называются сообщениями, содержащими данную информацию.
Различные сообщения могут содержать одну и ту же информацию. В
качестве примера на рис.6.1 показаны различные представления числа
4; в виде разноформатных начертаний арабсюй цифры 4, римсгой
цифры, слова "четыре", записи числа 4 в двоичной системе счисления.
4

Рис. 6.1. Различные формы представления числа 4

F.ttip одним подобным примером является возможность записи чисел в

различных системах счисления. Следует заметить, что информация
может быть облечена не только в графическую форму Произнесенное
человеком слово "четыре" также является сообщением, представляющим
число 4. Нетрудно привести множество других примеров такой
"многол икости" информации.

Следует заметить, что практический интерес представляют только такие
материальные формы представления информации, которые могут быть

восприняты человеком и другими живыми существами.
Предполагается, что человек воспринимает сообщения

непосредственно своими органами чувств или с использованием

специальных приборов или средств. Органы чувств человека можно

рассматривать как естественные (созданные природой)
регистрирующие и измерительные средства (датчики).

Формы сообщений (сигналы, изображения, знаки,
языковые сообщения)

Можно выделить несколько основных форм сообщений (в порядке
возрастания их сложности).


Сигналы представляют собой иеюторые физические величины или
свойства физичесызй среды, изменяющиеся во времени. Чапу» всего

такими величинами являются: напряженность элекгричесызго поля,

величина электрического тока,
давление газа и т.п.

интенсивность светового потока,

Сигналы воспринимаются органами чувств человека или других

как правило, преобразуются в другую форму Например, микрофон
преобразует звукэвые колебания (периодические изменения давления

атмосферы) в переменный электрический тох, а световые или звуковые

сигналы преобразуются органами чувств высших животных в импульсы

"четыре".

Рис. 6.2. График звуковых юлебаний

Чаше всего информация в виде сигналов используется в системах
управления техническими объектами для описания изменения
состояния объектов с течением времени. Отклонение этих сигналов от
требуемых по условиям эксплуатации значений приводит к выработке
системой управления сигналов, представляющих управляющую
информацию. Излучение, обработка и анализ сигналов о состоянии
управляемого объекта и внешней среды, а также генерация
управляющих сигналов рассматриваются в теории управления.

Изображения можно рассматривать

как

многомерные
пространственные сигналы (фотографии, карты, графики и т.п.), в
юторых регистрируемые параметры физичесюй среды зависят не от
времени, а от пространственного положения. Для черно-белой
фотографии таким параметром является степень почернения
фотоматериала (фотопленки или фотобумаги).

Физические величины, изменения юторых рассматриваются как
сигналы или изображения, называются параметрами сигналов. Если

параметры сигналов принимают юиечное число значений, то таюй

сигнал называется дискретным.

Неюторые повторяющиеся образцы (фрагменты) сигналов
(изменяющихся во времени или в пространстве) в процессе
общественной практики человека обособляются, выделяются и

трактуются как некоторые новые сущности, а не просто как
произвольные фрагменты сигнала. Таким образом возникают фонемы
(акустические сигналы) и графемы. Эти новые сущности являются

элементами, на основе юторых формируется речь и письмо. Число этих
элементов юнечно. Графемы и фонемы являются частными случаями
более общего понятия - знака. Знаюм можно считать любую сущность,
отличную от других сущностей. Примерами знаюв являются буквы
различных естественных языюв, всевозможные условные обозначения

на картах, схемах и других документах, дорожные знаки и многое
другое. Разнообразные примеры наборов знаюв приведены в 27.

Последовательность знаюв, сменяющих друг друга во времени, можно
рассматривать как дискретный сигнал. Например, последовательность
фонем представляет собой речевое сообщение. Аналогичным образом
расположение графем может восприниматься как письменное
сообщение. Таким образом, представление информации в виде знаюв
является основой речи, письменности, а также способов хранения,
передачи и обработки информации.

Условно можно выделить научные дисциплины, юторые
преимущественно занимаются изучением рассмотренных трех форм
представления информации. Это анализ и обработка сигналов,
распознавание образов и информатика. Еще раз следует подчеркнуть,
что это разделение достаточно условно. Неюторые вопросы
рассматриваются в несюльких дисциплинах одновременно.
Учитывая вышеизложенное, можно сказать, что информатика
занимается изучением сбора (получения), хранения, поиска, обработки
и выдачи информации, представленной в знаковой форме. Знаки - это
всего лишь одна нз материальных форм информации. Но помимо формы
представления информация может характеризоваться содержанием или
смыслом, который приписывается человекам.

Следует отметить, что наряду с термином "информация" используется
термин "данные" (иногда как синонимы). В Г281предлагается различать
эти два термина н считать, что данные суть факты, идеи, сведения,
юторые представлены в знаковой (символьной) форме, позволяющей
производить нх передачу, обработку и интерпретацию (т.е. толкование,
объяснение, раскрытие смысла), а информация - это смысл, юторый
человек приписывает данным на основании известных ему правил
представления в них фактов, идей, сообщений.

Полезно сделать еще одно замечание относительно терминов "знак" и
"символ". Некоторые знаки приобретают определенное значение. К
примеру буквы свидетельствуют об алфавите, в юторый они входят, и о
языке, юторый использует эти буквы. Но некоторые буквы (знаки) имеет
для лгодей более глубокий смысл. Например, знак эг, помимо того, что
он является буквой гречесюго алфавита, означает для людей, знаюмых с
математиюн, отношение длины окружности к длине ее диаметра.
Поэтому символом целесообразно называть знак, юторый имеет
специальный смысл (значение), связанный с определенной областью
человеческой деятельности. Примерами символов являются следующие
знаки:©, $, §, °°.

Число исходных для представления информации знаков, как правило,
невелико (иесюлько десятков), а потребность в знаках, представляющих
информацию о реальном мире, существенно превыпиет это юличесгво
и постоянно возрастает с развитием человечества, усложнением
производственных отношений. Неограниченный запас новых языковых
сообщений может быть получен нз конечного множества знаков путем
их юмбинирования или составления из них последовательностей
первичных знаков. Именно такой принцип лежит в основе большинства
естественных языюв. Несмотря на особенности каждого естественного
языка, они имеют много общего. Для изучения общих принципов
постро-ення языюв разработаны формальные (математические) модели,
юторые так и называются - формальные языки.

Основные понятия теории формальных языков

Формальные языки являются упрощенными моделями реально
существующих естественных и искусственных языков. Как и реальные
языки, формальный язык состоит из множества слов, составленных из
букв. Прежде чем дать точное определение формального языка,
рассмотрим некоторые вспомогательные понятия.

Алфавитом называется конечное непустое множество знаков. Обычно

подразумевается, что это множество линейно упорядочено. Условимся

обозначать алфавиты символом Наиболее часто используются
следующие алфавиты.

1.	в <0,1} - бинарный, или двоичный, алфавит, состоящий из
двух знаков: 0 и 1.

2	Е={«Л....4 - множество строчных букв английсюго
алфавита.

3.	Множество ASCII-символов или множество всех печатных
ASCII-символов.

4.	Множество десятичных цифр Х>= {0,1*2*314*5,8,7,
является алфавитом, с помощью которого записываются
неотрицательные целые числа.

5.	Алфавит Н= {0,1,3, 3,4,5,6,7,8,9,a,il,C,ti,B,/} также
служит для записи неотрицательных целых чисел в
шестнадцатеричной системе счисления.

6.	Алфавит	Я = {0,1,3,3,4,5,6,7,8,9,

позволяет записывать арифметические выражения над целыми

Следует отметить, что алфавит jff содержит 10 десятичных цифр т. е.

bUKIh

Слово или цепочка - это конечная последовательность знаков
неюторого алфавита. Например, 01101 - это цепочка в бинарном
алфавите ^'= {0,1}. Цепочки 15903 н 15dflO являются цепочками в
алфавите О и ff соответственно.

Пустая цепочка - это цепочка, не содержащая ни одного символа. Эту
цепочку обозначаемую е, можно рассматривать как цепочку в любом
алфавите.

Часто бывает необходимо нли удобно класси4мцироватъ слова по их
длине, т.е. по числу позиций, которые занимают знаки в слове.
Например, слово 01101 имеет длину 5. Обычно говорят, что длина
цепочки - это число знаюв в ней. Это определение широю
распространено, но не вполне юррекгно. Так, в цепочке 01101 всего 2
символа, но число позиций в ней - пять, поэтому она имеет длину 5.
Все же следует иметь в виду что часто пишут "число знаюв",
подразумевая "число позиций".

Длину некоторой цепочки	обычно обозначают .

Например, = |Ю1| = 1/501 = 3, а |е| = 0

Степени алфавита. Для множества всех цепочек определенной длины,
состоящих из символов неюторого алфавита , удобно использовать, по
аналогии с декартовыми степенями множеств, знак степени. Обозначим

через А& множество всех слов длины Jt, состоящих из знаюв алфавита
А. Данное множество с точностью до обозначений его элементов

*

совпадает с декартовым произведением х ... ^ Д Различие
заключается в том, что элементы декартовою произведения обычно
заключаются в сюбки, а слова из записываются без сюбок.

Рассмотрим примеры такой записи Л® = {4 независимо от алфавита
А, т.е. е - единственное слово длины 0. Для
л={о,1}л1={о.1},л’={0о.о1, ю, и), Л3={ооо,ео1, о»,он, ио,и,по, 111}
и так далее. Отметим, что между Л и Л$ есть небольшие различие.
Дело в том, что Л есть алфавит, и его элементы 0 и 1 являются

символами, а Л$ является множеством слов, н его элементы - это слова
1 и 0, каждое длиной 1. Мы не буцем вводить разные обозначения для
этих множеств, полагая, что из контекста буцет понятно, является {0,1}
или подобное ему множество алфавитом или же множеством цепочек.

Множество всех слов над алфавитом Д принято обозначать Д*. Так,
например	=	По-другому

это множество можно записать в виде Д*лЧМЧМ’и-

Множество всех непустых слов в алфавите Л обозначают через -Д*.
Таким образом, имеют место следующие равенства:

А+ = AlljA’UA’U

Конкатенация слов. Пусть а и & - слова. Тогда в* обозначает их
конкатенацию (соединение), т.е. слово, в котором последовательно
записаны слова & к 0 . Более строго, если а - слово из £ символов:
в «= вДО  • ‘ Brf, а Э - слово из j символов №	то

- это слово длины i 4-j, а' 3 — вава...

Конкатенацию можно рассматривать как алгебраическую операцию на
множестве всех слов в алфавите Д*, которая любым словам а и & из
А? сопоставляет слово из Д*. Эта операция обладает некоторыми
привычными свойствами алгебраических операций. Так, конкатенация
является ассоциативной операцией, то есть для любых слов
справедливо равенство {«Аi 3S «к *	Сюбки в этом

выражении определяют порядок выполнения операций конкатенации.
Доказательство ассоциативности следует непосредственно из
определения операции конкатенации. Операция юнкатенации не
является перестановочной (юммутативной), что следует из следующего
примера.

Пусть а=иою и # = «Й. Тоща a010010001, а
0.« = «110010 и, следовательно,

Для пустого слова г и любого слова w справедливы равенства
. Таким образом, е является единицей (нейтральным
элементом) относительно операции конкатенации, поскольку результат
ее конкатенации с любым словом дает то же самое слово (аналогично
тому как 0, нейтральный элемент относительно сложения, при
сложении с любым числом я дает число ж). Описанные выше
свойства операции конкатенации означают, что множество всех слов
Д* является (свободным) моноидом относительно операции
конкатенации Г291.

Если «ft—- /S5 , то S называется началом, или префиксом, слова a, a jS
- окончанием, или постфиксом, слова вс .

Множество всех слов можно представить графически в виде
помеченного корневого дерева (дерева с выделенной вершиной,
называемой корнем). Вершинам дерева соответствуют слова в алфавите
Л . Поэтому это дерево можно назвать словарным деревом, а поскольку
все слова представлены в этом дереве, то его также можно назвать
словарным универсумом. Это дерево имеет ярусное строение. На одном
ярусе располагаются все слова одинаковой длины.

На рис.6.3 изображен фрагмент словарного универсума для случая, клда
алфавит состоит из двух знаков, то есть Л =: {О,.

Рис. 6.3. Фрагмент словарного дерева (универсума) для алфавита {0,1)
Опишем процедуру построения словарного дерева. Построение
начинается с вершины, которая является корнем дерева и которая
соответствует пустому слову g. Эта (единственная) вершина образует
нулевой ярус (уровень) дерева. Первый ярус дерева состоит из ж
вершин (ж - число букв в алфавите А ), которые соединены с корнем
ребрами, помеченными буквами алфавита А  Вершины первого уровня
соответствуют всем однобуквенным словам, которые получаются
конкатенацией букв, помечающих ребра, с пустым словом.

Дальнейшее построение дерева выполняется аналогичным образом.

Если к ~й уровень дерева сформирован, то есть в дереве уже имеется

вершин, соответствующих всем словам длины к, к каждой
вершине к -го уровня присоединяется к вершин $?•+- -го уровня
посредством ребер, помеченных буквами алфавита А • Любой вершине

уровня соответствует слово, которое получается
конкатенацией некоторого к -буквенного слова и буквы, помечающей
ребро между этими словами.

Таким образом, из процедуры построения дерева следует, что ребром в

дереве соединяются только те вершины, которым соответствуют слова,

отличающиеся по длине на 1. При этом более длинное слово является

конкатенацией более коротюго слова и буквы, помечающей ребро. Ясно

пре-фиксом слова а, то естъ а=	А* .

Рассмотренные выше понятия и примеры позволяют сформулировать

точное определение формального языка. Пусть А - некоторый
фиксированный алфавит. Множество слов, каждое из которых
принадлежит Д*. называют формальным язьпюм. Иными словами,
если Д - алфавит и ДЖА*, то X - это язык над А или в А.
Отметим, что язык в Л не обязательно должен содержать цепочки, в
которые вждят все символы Д. Поэтому если известно, что X

является языком в А > то можно утверждать, что X - это язык над
любым алфавитом, содержащим А •

Однако оправданием использования термина "язык" для множества
л с л* может служить то, что и обычные языки можно рассматривать
как множества цепочек (слов). Возьмем в качестве примера русский
язык, где набор всех литературных русских слов есть множество
цепочек в алфавите (русских же букв). Еще один пример - язык
программирования С или любой другой язык программирования, в
ютором правильно написанные программы представляют собой
подмножество множества всех возможных цепочек, а цепочки состоят
из символов алфавита данного языка. Этот алфавит является
подмножеством символов ASCII. Алфавиты для разных языков
программирования могут быть различными, хотя обычно они состоят из
прописных и строчных букв, цифр, знаков пунктуации и
математических символов.

Существует, однаю, множество других языков. Приведем несколько
примеров.

Язык, состоящий из всех цепочек, в юторых п единиц следуют за п
нулями для неюторого Ц : {г,в1,воп,<юот....)

Множество цепочек, состоящих из 0 и 1 и содержащих поровну тех и
другие faM.lMOll.lWl,...! .

Множество двоичных записей простых чисел:

{10,11,101,111,1011,...}

Множество	всех правильных скобочных выражений,

л = {(,)}.((() 0Ю)е *». (00)) < Л».

Д* - язык для любого алфавита jf .

S3 - пустой язык в любом алфавите.

\{\varepsflon\} - язык, содержащий одну лишь пустую цепочку Он также
является языюм в любом алфавите. Заметим, что	; первый ие

содержит вообще никаких цепочек, а второй состоит из одной цепочки.

Единственное существенное ограничение для множеств, юторые могут
быть языками, состоит в том, что все алфавиты конечны.
Некоторые из приведенных выше языюв содержат юнечное число слов.
В этом случае язык, в принципе, может быть задан перечислением
входящих в него слов.

Однако некоторые языки и могут содержать бесконечное число цепочек,
но эти цепочки должны быть составлены из символов неюторого
(фиксированного конечного алфавита. В общем случае язык - это
бесконечное множество слов. В этом заключается сложность работы с

языками, в частности, их задание или описание. Несмотря на то, что
язык содержит бесконечное число слов, желательно, чтобы описание
такого языка было юнечным. Один из подходов заключается в том, что
применяется процедура (называемая грамматикой) построения слов
точно определенным способом с применением правил грамматики.
Другой подход использует алгоритм, юторый для каждого слова

однозначно определяет, принадлежит ли оно языку или нет.

Модели источников сообщений. Конечный
вероятностный источник сообщений

Большинство информационных процессов связано не с отдельными
сообщениями, а с последовательностями (потоками) сообщений.
Например, при чтении человек анализирует последовательность букв,
образующих слова и текст в целом; данные, поступающие от
измерительных устройств или передающиеся по каналам связи,
представляют собой последовательности сообщений. Для описания
(моделирования) подобных ситуаций удобно ввести формальное
понятие юнечиого (комбинаторного) источника сообщений.

Конечным (юмбинаториым) источником называется произвольное
множество S • Элементы множества S обычно называются
сообщениями. Источник может породить любое из этих сообщений.

В некоторых случаях бывает известно, что в последовательностях
сообщений одни сообщгния встречаются чатод, чем другие. Например, в
текстах на руссюм языке буквы "о", "е" встречаются более чем в 10 раз
чаще букв 'Щ', пэ", ’ф" Г301. В других естественных языках наблюдается

аналогичная ситуация. Использование дополнительной информации о

частотах появления сообщений вероятностного источника может
повысить эффективность обработки данных.

Формализацией понятия частоты появления того или иного события в

математике является его вероятность. Вероятность события Д

обозначают обычно символом Вероятность некоторого события
(сообщения) можно представлять себе как долю тех случаев, в которых

оно появляется, от общего числа появившиеся событий (сообщений).

Так, если заданы четыре сообщения	с вероятностями

PWl) = V2,F<4J) = 3/8.l>(4a} = iP(41} = l/lB, то эта
означает, что среди, например, 10000 переданных сообщений около
5000 раз появляется сообщение Дз, около 3750 - сообщение Дд и
примерно по 625 раз - каждое из сообщений Да и Д*.

Распределение вероятностей появления отдельных сообщений

является важной

ее характеристикой

последовательности

существенно влияет на дальнейшие процессы обработки сообщений.
Для дальнейшего удобно ввести формальное понятие конечного

вероятностного источника сообщений.

Вероятностным источником S назовем произвольное множество
(сообщений) с вероятностями (частотами) появления каждого из них.
Удобно представлять вероятностный источник в виде таблицы.

Вероятностный источник сообщений $

С позиций теории вероятностей вероятностный источник представляет
собой дискретное распределение.

Характерной особенностью вероятностного источника

является

отсутствие полной определенности в поступлении очередного

сообщения источника. Степень неопределенности для различных

источник»

может значительно отличаться.

Например, если

рассматривать в качестве источника иомера лотерейных билетов,
крайне трудно определить номер оче-редного выигрышного билета.
Однако если сообщениями источника считать исходы розыгрыша
крупного выигрыша (автомобиля или квартиры) для конкретного
билета, то сообщение такого источника предсказать не трудно. Скорее
всего, на данный лотерейный билет крупного вынгрыпв не будет.

Для практики желательно уметь оценивать степень неопределенности
различных вероятностных источников. Рассмотрим источник с я
равновероятными сообп^ннями. Понятно, что степень
неопределенности такого источника зависит от я. При
неопределенность отсутствует, т. к. может появиться только одно
единственное сообщение. При больших я неопределенность больше
(трудно предсказать появление какого-то определенного сообщения из
п возможных). Из рассмотренного примера следует, что функция,
описывающая неопределенность источника, должна принимать нулевое
значение в случае отсутствия неопределенности (при	а при

увеличении я она должна возрастать. Можно показать Г311. что,
наложив ряд простых и естественных требований на функцию, которая
должна характеризовать неопределенность вероятностного источника,
можно определить вид такой функции.

Неопределенность вероятностного источника £ с множеством
сообщений »•*•»«*»}' > вероятности появления которых равны
соответственно, принято описывать функцией
(величиной)

»да=• ьь £ (6.1)

Величина называется энтропией источника сообщений g. К.
Шеннон предложил использовать энтропию для описания источников
информации 1301.

Неопределенность источника можно трактовать как его
информативность. Действительно, если неопределенность источника
мала или даже равна 0, то очередное сообщение не несет новой
информации, т. к. легко может быть предсказано заранее. И наоборот,
очередное сообщение неопределенного источника плож предсказуемо,
скорей всего оно будет новым, отличным от любого ожидаемого
сообщения.


Входящее в выражение (6.1) для энтропии выражение	можно

рассматривать как информативность (неопределенность) i -го
сообщения источника, поскольку оно вполне соответствует
интуитивному представлению о неопределенности. Энтропию можно
рассматривать как среднюю информативность всего источника S •

От вероятностного источника зависит выбор оптимального в среднем
способа кодирования сообщений.

Кодирование сообщений источника

Равномерное кодирование. Дерево кода

текстов.

Чаще всего информация представляется в виде языковых сообщений
(цепочек знаков или слов), причем в процессе ее обработки форма
представления может меняться. Например, сообщение,
предназначенное для передачи по телеграфу первоначально может быть
представлено в виде рукописного текста. Телеграфист переводит это
сообщение в последовательность длинных, коротких импульсов и пауз,
передающихся по телеграфному каналу А на приемном конце такая
последовательность может быть преобразована в печатный текст.
Рассмотренные преобразования представляют собой пример
кодирования сообщений. Егод одним примером кодирования является
тайнопись, когда исходное сообщение преобразуется в другую форму
скрывающую содержание исходного сообщения.

Различные задачи кодирования можно формализовать следующим
образом. Пусть А и В алфавиты, ЖШ А* некоторое множество слов
в алфавите А  Тогда функция

называется кодированием или кодом. Кодом называется также образ
отображения с, обозначаемый	Если существует обратная

функция то она называется декодированием. Одно и то же
множество сообщений можно закодировать многими различными
способами. Поэтому среди многих вариантов кодирования ищут такой,
который был бы оптимальным в некотором смысле или обладал
определенными полезными свойствами. Наиболее естественным
требованием является возможность декодирования.

Побуквенное (алфавитное) кодирование. Обычно, кодирование
множества слов S производится с помощью функции кодирующей
отдельные буквы алфавита Л - Для этого случая определение кода буцет
следующим.

Кодом называется отображение

(6.2)

сопоставляющее каждому знаку из алфавита Л некоторое слово,
юторое составлено из знаков, входящих в В  Слова, входящие в

, называются кодовыми словами. Отображение (6.2) может задаваться
любым из известных в математике способов. Для конечного множества
А чапу всего используется табличный способ, задающий кд (6.2)
таблицей.

Такая таблица называется кодовой таблицей. В качестве примера можно
привести таблицу кодирования алфавита {0* 1,2,3,4» 6, из
цифр восьмеричной системы счисления словами из упоминавшегося
ранее бинарного алфавита 8 =	• В данном случае отображение

(6.2) имеет вид {0Л2Л4.М.?}-В8


RiTip одним примером является так называемый код ASCII, фрагмент

Кодирование слов. Отображение (6.2) позволяет перейти от
кодирования отдельных знаков (букв конечного алфавита) к
кодированию слов. Если	j - слово, состоящее из

знаков (полученное конкатенацией знаков)	,.(ед€ А, то

кодом слова at (по определению) является конкатенация кодов
знаков Oi, образующих слово, т. е.

е(а) = e(ai) • е(вя) ' -  - • о(вк) £ В*. Например, с применением
таблицы ASCH кода (см. последнюю таблицу) слово head буцет
закодировано последовательностью 10410197100 при использовании


десятичной системы счисления или последовательностью 68656164 - в
шестнадцатеричной.

Условие (необходимое) однозначной декодируемое™ заключается в
инъективности отображения (6.2). Инъективность обеспечивает
однозначную декодируемое™ отдельных знаюв из алфавита Л . Однаю
однозначной деюдируемоеги слов из	это условие ие

обеспечивает, если моды отдельных знаюв, входящих в слово, следуют
един за другим и ие разделяются специальным символом. Подробнее
проблема однозначной деюдируемоеги будет рассмотрена позже.

В частном случае, когда знаки из И кодируются однобуквениыми
словами, отображение (6.2) имеет вид	и представляет

собой простую замену (подстановку) знаюв. Однаго чаще всего, в
основном из-за использования в большинстве технических устройств
обработки информации двоичного алфавита В = {О,1J каждый знак
из кодируется последовательностью знаюв (словом) из В.

Недостаточность юличества знаюв в алфавите В является
препятствием применения простой замены для кодирования (не
обеспечивается инъективность и, следовательно, однозначность
деюдируемоеги при 1<>‘Ж ). Для устранения этой проблемы
используются множества новых, "составных" объектов из степеней

; алфавита В - Множество В* состоит из упорадоченных
последовательностей элементов из В (векторов) длины к. Число
элементов WN множества в* равно Например, для двоичного
алфавита	имеем = Таким образом, взяв

достаточно большую степень к, можно получить нужное юличество
элементов вторичного алфавита.

Если каждый знак алфавита jf отображается при кодировании
#5'	в слово одинаковой длины jfc, то говорят, что код является

кодом постоянной длины. Такие коды широко распространены,
поскольку для обработки сообщений используются вычислительные
машины, коммуникацион-ные устройства и другое оборудование,
имеющее регистры фиксированного размера.
Процедуру кодирования слова в5 = вйЯ1Д;. в алфавите .А
можно представить следующим образом. Имеется кодовая таблица, в
левом столбце которой находятся кодируемые буквы алфавита Л, а в
правом столбце - соответствующие кодовые слова (кодовые слова могут
иметь различную длину).

Кодфувгое слово

Рис. 6.4. Процедура кодировании слов с использованием кодовой
таблицы

Для каждого знака слова в —	начиная с первого знака, в

кодовой таблице находится строка, в юторой в левом поле
располагается кодируемый знак (буква), и из правого поля этой строки
берется соответствующее кодовое слово в алфавите В • Найденное
кодовое слово приписывается слева (конкатенируется) к уже
сформированной части кода слова at. Кодовое слово первой буквы
слова а приписывается к пустому слову е. Эта процедура схематически

Неравномерное кодирование. Средняя длина
кодирования

В приведенных выпе примерах кодирования все кодовые слова имели
одинаковую длину Однако это не является обязательным требованием.
Более того, если вероятности появления сообщений заметно
отличаются друг от друга, то сообщения с большой вероятностью
определенных условиях станет в среднем юроче.

Показателем экономичности или эффективности неравномерного кода
является не длина отдельных кодовых слов, а "средняя" их длина,
определяемая равенством:

где - кодовое слово, которым закодировано сообщение в», а

- его длина, - вероятность сообщения в* ,п - общее число
сообщений источника S  Для краткости записи формул далее могут
использоваться обозначения	| и L= 2z(Ssc)- Заметим, что

обозначение средней длины кодирования через	подчеркивает

тот факт, что эта величина зависит как от источника сообщений S, так
и от способа кодирования С.

Наиболее эюномным является код с наименьшей средней длиной

Сравним на примерах эюиомичносгь различных способов
кодирования одного и того же источника.

Пусть источник содержит 4 сообщения	с

вероятностями

М) = 1/3,	= 3/в,	= 1/W Эти

сообщения можно закодировать кодовыми словами постоянной длины,

состоящими из двух знаков, в алфавите	tj? в соответствии с

кодовой таблицей.

CCI1

Z11



Очевидно, что для представления (передачи) любой
последовательности в среднем потребуется 2 знака на одно сообщение.
Сравним эффективность такого кодирования с описанным выше
кодированием словами переменной длины. Кодовая таблица для
данного случая может иметь следующий вид.

В этой таблице, в отличие от предыдущей, наиболее частые сообщения
и Ла кодируются одним двоичным знаком. Для последнего
варианта кодирования имеем

Ь= 1 х 0,5+lx 0,375 + 2x0,0625+2x8,0625 = 1,125

в то время как для равномерного кода средняя длина Д =/3 (она
совпадает с общей длиной кодовых слов). Из рассмотренного примера
видно, что кодирование сообщений словами различной длины может
двть суще-ствениое (почти в два раза) увеличение эюномичности
кодирования.

При использовании неравномерных кодов появляется проблема,
юторую поясним иа примере последней кодовой таблицы. Пусть при
помощи этой таблицы иодируется последовательность сообщений
ЛжЛЬЛаЛв, в результате чего оиа преобразуется в следующий
двоичный текст: 010110. Первый знак исходного сообщения
декодируется однозначно - это Л1- Однако дальше начинается
неопределенность: Л1Л>Л1Л«Л1,Л%ЛэЛзЛа или Л1Л3Л4Л1. Это
лишь некоторые из возможных вариантов декодирования исходной
последовательности знаков.

Необходимо отметить, что неоднозначность декодирования слова
появилась несмотря иа то, что условие однозначности декодирования
знаков (инъективность кодового отображения) выполняется.

Существо проблемы - в невозможности однозначного выделения
кодовых слов. Для ее решения следовало бы отделить одно кодовое
слово от другого. Разумеется, это можно сделать, но лишь используя
либо паузу между словами, либо специальный разделительный знак,
для которого необходимо особое годовое обозначение. И тот, и другой
путь, во-первых, противоречат описанному выше способу кодирования
слов путем гонкатенации годов знаков , образующих слово, и,
во-вторых, приведет к значительному удлинению кодового текста, сводя
на нет преимущества использования кодов переменной длины.

Решение данной проблемы заключается в том, чтобы иметь
возможность в любом годовом тексте выделять отдельные годовые
слова без использования специальных разделительных знаков. Иначе
говоря, необходимо, чтобы год удовлетворял следующему требованию:
всякая последовательность годовых знагов может быть единственным
образом разбита на годовые слова. Коды, для которых последнее
требование выполнено, называются однозначно декодируемыми
(иногда их называют годами без запятой).

Рассмотрим год (схему алфавитного кодирования)
заданный годовой таблицей

ai -» Д
а



и различные слова, составленные из элементарных годов.

Определение. Код с называется однозначно декодируемым, если





то есть любое слово, составленное из элементарных годов,
единственным образом разлагается на элементарные годы.


то год заведомо не является однозначно декодируемым (схема не
является разделимой). Такие коды далее не рассматриваются.

Префиксные коды

Наиболее простыми и часто используемыми годами без специального

разделителя годовых слов являются так называемые префиксные коды
129].

Определение. Код, обладающий тем свойством, что никакое годовое
слово не является началом (префиксом) другого годового слова,
называется префиксным.

Теорема 1. Префиксный год является однозначно декодируемым.

Доказательство. Предположим противное. ТЪгда существует слово
которое можно представить двумя разными способами
причем до номера t все
подслова в обоих представлениях (разложениях) совпадают, а слова
и различны. Отбросив одинаювые префиксы двух равных слов
(представлений), получим совпадающие окончания
=	, начинающиеся с различных слов.

Из-за равенства окончаний первые буквы слов и должны
совпадать. По аналогичной причине должны совпадать и вторые буквы
этих слов и тщ. Это означает, что неравенство слов и Дй может
заключаться только в том, что они имеют разную длину и,
следовательно, одно из них является префиксом другого. Это
противоречит префиксное™ года.

Множество годовых слов можно графически изобразить как поддерево
словарного дерева (рис.6.5). Для этого из всего словарного дерева
называют деревом кода или кодовым деревом.

На рис.6.5 а) - дерево, соответствующие иду у юторого все слова
имеют одинаковую длину Кружками помечены те вершины, которые
соответствуют кодовым словам. В данном случае это 4 двухбуквенных
слова, составляющих второй уровень словарного дерева (универсума).
Нетрудно понять, как отражается свойство префиксности или его
отсутствие на кодовом дереве. Рассмотрим код, состоящий из слов (О,
10,111). Это не полный префиксный юд, так как к коду можно добавить
слово 110, которое получается из слова 11 приписыванием справа 0.
Эта операция показана на рис.6.5 б) пунктирным ребром. На рис.6.5 в)
показано дерево полного префиксного кода. В данном случае вершины,
соответствующие словам префиксного кода, как бы "разрезают"
словарный универсум на две части - "верхнюю" и "нижнюю". Если
попытаться добавить слово "выше" кодовых слов, то одно из кодовых
слов станет префиксом добавляемого слова. Если добавлять слово
"ниже" слов префиксного кода, то добавляемое слово окажется
префиксом одного из кодовых слов. В обоих случаях нарушается
свойство префиксности. На рис.6.5 г) представлено дерево для
рассмотренного ранее кода, ие обладающего свойством префиксности.
Таким образом, если свойство префикса не выполняется, то неюторые
промежуточные вершины дерева могут соответствовать кодовым
словам.
Рис. 6.5. Деревья различных кодов

Замечание. Свойство префиксности является достаточным, но не
является необходимым для однозначной декодируемое™.

Пример. Код, состоящий из двоичных кодовых слов 1, 10, - не
префиксный, но может быть (однозначно декодирован. Появление
символа 1 означает начало нового кодового слова. Последнее остается
справедливым для кода, каждое слово которого есть единица с
последующими нулями. Разумеется, подобные коды далеко не самые
экономные.

начинается следующее. Если, например, в кодовой записи встретилось
кодовое обозначение 110, то разночтений быть не может, так как в силу
префиксности наш код не содержит кодовых обозначений 1, 11 или,
скажем, 1101. Именно так обстояло дело для рассмотренного выше кода,
юторый очевидно является префиксным.

Необходимые и достаточные условия существования
префиксного кода с заданными длинами кодовых слов.
Неравенство Крафта

Для применения кода на практике желательно, чтобы кодовые слова
были как можно короче. Однако чем слова короче, тем их запас меньше.
В этом легко убедиться, посмотрев на изображение словарного
универсума на рис.6.3. Если попытаться построить префиксный код с
очень короткими длинами кодовых слов, то можно потерпеть неудачу -
кода с такими длинами слов может не быть. Например, нетрудно
убедиться, что ие существует префиксного кода с длинами слов 1, 1, 2.
При необходимости построить префиксный код с болышм числом
кодовых слов заданной длины проверка существования такого кода
может быть достаточно сложной. К счастью, найдены необходимые и
достаточные условия на длины кодовых слов дли существования
префиксного и любого (однозначно декодируемого кода. Эти условия
известны как теорема Крафта - Макмиллана, Необходимые и
достаточные условия сформулируем в виде двух теорем.

Теорема (необходимые условия). Пусть С =	. *0»}

префиксный двоичный код с длинами кодовых слов	• Тогда

выполняется неравенство Крафта

Доказательство. Рассмотрим, сколько слов длины Jc может быть в
префиксном коде. Максимальное число таких слов равно В этом
случае все кодовых слова имеют длину Jc.

Для каждого кодового слова длины й 4 имеется 2* слов длины Jc,
для которых данное слово является префиксом и по этой причине ие
является кодовым. Это следует из структуры словарного дерева (см. рис.

6.3). Множества н слов длины к, для которых кодовые слова
С; и являются префиксами, не пересекаются, так как в противном
случае более короткое нз этих слов было бы префиксом более длинного.
Значит, если в префиксном коде имеется	слов длины

•«IsWwj слов длины If'—слов длины 1, ТО ЧИСЛО ПЦ
слов длины Jc удовлетворяет неравенству
а» <$Л*	‘ • ‘“Шим

Это неравенство верно для любого к, в том числе н для к, равного
максимальной длине кодовых слов. После деления на обеих частей
неравенства (6.4) его можно преобразовать к виду

3»+ffef' 4-  •  + 51 + < 1 (a s)

Слагаемое вида представлявшее в неравенстве (6.5) Пт кодовых
слов длины т, можно записать в виде суммы

л. ____________________

С учетом такого представления неравенство (6.5) можно переписать
следующим образом:

Й +" ‘ "** 1

где - обтдее число слов префиксного кода. Теорема доказана.

Выполнение неравенства Крафта доказано для префиксного кода.
Однако в 1956 году Макмиллан доказал более общую теорему согласно
которой неравенство Крафта выполняется и для любого однозначно
декодируемого кода. Доказательство теоремы изложено в Г291. Г311.

Можно также доказать, что если префиксный код полный, то в
нестрогом неравенстве (6.3) буцет выполняться равенство.

Теорема (достаточные условия). Если положительные целые числа
удовлетворяют неравенству Крафта

£• +Й"+  + ;&<1

то существует префиксный код	с длинами

кодовых слов	«= й» Jewl» Ъ» •«о
Доказательство. Если среди чисел	имеется ровно

чисел, равных i , то неравенство Крафта можно записать в виде

>+!»+’”+>+$>'£1

где 4^'  максимальное из данных чисел. Из справедливости этого
неравенства следует, что верны неравенства (6.5) для всех ft Ж, а
следовательно, и неравенство (6.4).

Для построения нужного префиксного года должна быть возможность
подходящим образом выбрать Яц слов длины 1, Wt слов длины 2,
вообще П& слов длины »(1<к<М) или, иными словами, Щ
вершин годового дерева на первом, я® - на втором, • *	- на Л -м

ярусе.

Из неравенства (6.4) при Дйз, 1 получаем Яд С 2, т е. требуемое
число не превосходит общего числа вершин первого яруса. Значит, на
этом ярусе можно выбрать какие-то Пд вернин в качестве гонцевых (
П1 равно 0, 1 или 2). Если это сделано, то из общего числа вершин
второго яруса (их	для построения года можно использовать

лишь 4'—-2й1- Однаго и этого числа вершин хватит, так как из
неравенства (6.4) при вытекает

п, < 4-2л1

Аналогично, при £ = 3 имеем неравенство:

п* < 2* — 4»i — 2пэ

Правая часть его вновь совпадает с допустимым для построения
префиксного года числом вершин третьего яруса, если на первых двух
ярусах уже выбраны П], и годовых вершин. Значит, снова можно
выбрать Яз годовых вершин на третьем ярусе. Продолжая этот процесс
вплоть до , мы и получим требуемый год. Теорема доказана.

Докажем, что если для длин	годовых слов выполняется

равен - равенство	= 1 ,то год является полным.

Предположим противное, то есть, что код не полный. Тогда к нему
можно добавить, по крайней мере, одно годовое слово (длины W»)и
получить новый префиксный год, для которого, с одной стороны,
й+д * *•+Л-+I, ас другой стороны, в силу
теоремы Крафта, +	+	+	+	1 Полученное

противоречие доказывает утверждение.

Теоремы Крафта доказаны для случая, когда рассматриваются коды в
алфавите {<М} Если кодовый алфавит содержит символов, то
аналогичным образом можно доказать, что необходимым и
достаточным условием для существования префиксного кода с длинами
слов	является выполнение неравенства

<Гй^’+ Si

Оказывается, этому неравенству обязаны удовлетворять н длины
кодовых слов произвольного однозначно декодируемого кода. Поэтому
если существует однозначно декодируемый код с длинами слов
то существует и префиксный код с теми же длинами
слов.

Методы построения кодов. Код Фано

Один нз методов алфавитного кодирования был предложен Фано.

Предположим, что кодируемые сообщения источника (знаки негодного
алфавита) располагаются в последовательности	таи,

что соответствующие им вероятности не возрастают, т. е.

->w Рассмотрим разбиения

последовательности А 1, А2, .... AN на две подпоследовательности
и	. ,Ам Каждое такое разбиение

определяется числом ЯЦ1 < m < К - I, которое определяет, сколько
элементов исходной последовательности входит в первую и вторую
части разбиения. Среди ЛГ — 1 разбиения выберем такое, чтобы модуль

разности	был минимальным. Всем
сообщениям из первой части разбиения в качестве первого знака

вдового слова приписываем 0, а сообщениям из второй части 1. По

тому же принципу каждая из полученных подпоследовательностей
снова разбивается на две части, и это раз-биение определяет значение

второго символа кодового слова. Процедура продолжается до тех пор,
пока все множество не будет разбито на отдельные сообщения. В
результате каждому из сообщений будет сопоставлено вдовое слово из
нулей и единиц.

Описанную процедуру построения кода Фано на примере из пяти
сообщений иллюстрирует следующая таблица.

Таблица 6.1.

Понятно, что чем более вероятно сообщение, тем быстрее оио образует
"самостоятельную" группу и тем более коротким словом оно будет
закодировано. Это обстоятельство и обеспечивает высокую
эюиомность вда Фано. Код, построенный для данного источника
методом Фано, имеет среднюю длину вдового слова равную 2,3.

Код, построенный методом Фано, всегда является префиксным.
Действительно, на первом шаге построения кода методом Фано
множество сообщений источника разбивается на два подмножества.
Все вдовые слова, соответствующие первому подмножеству имеют
однобуквенный префикс, состоящий из 0, а все слова, соответствующие
второму подмножеству имеют однобуквенный префикс, состоящий из 1
(или наоборот). Поэтому ни одно слово, соответствующее каюму-
нибуць из сообщений из первого подмножества, не может быть
префиксом ни для какого слова, соответствующего сообщению из


второго подмножества. Аналогичная процедура разбиения применяется
к каждому подмножеству сообщений с одинаковыми префиксами при
добавлении нового знака к формируемым кодовым словам. При этом
число подмножеств, на которые разбивается исходное множество
сообщений источника (блоков разбиения), увеличивается. Важным
свойством разбиений является то, что для кодовых слов,
соответствующих сообщениям из разных блоков разбиения, имеются
различные префиксы. Построение кода завершается разбиением
множества сообщений на блоки, содержащие по одному сообщению.
Из-за отмеченного свойства разбиений ни одно кодовое слово ие
является префиксом другого модового слова, то есть построенный
методом Фано код является префиксным.

Описанный метод кодирования можно применять и в случае
произвольного алфавита из d символов, с той лишь разницей, что на
каждом шаге следует производить разбиение на d равновероятных
групп.

Избыточность кодирования. Нижняя граница средней
длины кодирования

Рассмотренные ранее примеры показывают, что использование модов
переменной длины позволяет эффективнее иодировать сообщения по
сравнению с равномерным кодированием. Для получения оценки
минимально достижимой средней длины кодового слова рассмотрим
избыточность кодирования	, представляющую собой разность

=	между средней длиной кодового слова

при кодировании источника S кодом с и энтропией. Две следующие
теоремы показывают, каюва нижняя граница средней длины
кодирования и как близю можно приблизиться к этой границе за счет
рационального выбора кодовых слов.

Для доказательства первой теоремы напомним одно свойство
логарифма, юторое заключается в том, что график функции
лежит ниже касательной к ней в точке	и следовательно,

выполняется неравенство	^то св°йсгво иллюстрирует
рис.6.6.

Теорема. Для произвольного источника S и префиксного кода с
избыточность кодирования неотрицательна, т. е.

Рис. 6.6. График функции log2(x) и касательной к ней в точке х=1

Доказательство.

= лет-

С учетом отмеченного выше неравенства для функции каждое
слагаемое можно оценить сверху следующим образом:

W»» (ад.1,над) $	(адзЬжз) < & (з^зг ~ *W)

После суммирования получим
-W.S) < & (EL jsfer - EL W) 5 °

причем последнее неравенство следует из неравенства Крафта (6.3) для
префиксного кода и равенства	. Таким образом,

-Я(сЛ)<0, что доказывает утверждение теоремы.

Из доказанной теоремы следует, что энтропия источника является
нижней границей средней длины кодирования. Для источников, у
которых вероятности являются целыми отрицательными степенями 2,
эта граница достижима. Лег® проверить, что для источника с
распределением	вероятностей

Я = 0,5 = г И = 0,36 = 2-’. м = л = 0.126 = га
средняя длина кодирования равна 1,/ь и совпадает с энтропией
источника.

Для доказательства второй теоремы потребуется функция |ж|, которая
называется "потолок" и определяется выражением
|х] =тИ1{п|» > «, »	. Необходимые для доказательства

свойства этой функции лег® следуют нз ее графика, показанного на
рис.6.7, и заключаются в выполнении неравенств 0 < [а?] — Ж-< 1.


Теорема, Для каждого источника $ найдется префиксный код с,
избыточность которого не превышает единицы, т. е. Jtjc»*!?)

Пусть —	J, где [х] функция "потолок". ТЬтда

2”'* < £•-it-r= J*.	= 1

Это означает, что числа Ц удовлетворяют неравенству Крафта. Тогда нз
теоремы Крафта следует, что найдется префиксное кодирование с, такое

что з= . Оценим избыточность этого кодирования

=Йн Р(Л) ([|<Мп] -Мл) 5 Eti №=1

ТЬорема доказана.

Данная теорема гарантирует, что для любого источника найдется
префиксный код со средней длиной кодирования. превышающей
энтропию не более чем на 1.

Оптимальное кодирование, свойства оптимальных
кодов, построение оптимальных кодов методом
Хафмена

Для практических целей представляет интерес нажжденне для каждого
источника префиксного кода с минимальной средней длиной
кодирования.

Определение. Префиксное кодирование называется оптимальным
для источника S, если для каждого префиксного кодирования с
источника S справедливо неравенство.

Пусть буквы алфавита источника имеют вероятности появления ,

длины кодовых слов при использовании иода равны . Рассмотрим
некоторые свойства оптимального кодирования, для того чтобы,
опираясь на эти свойства, сформулировать процедуру нахождения

оптимального кода.

Свойство 1. Для оптимального кода из следует, что .

Для доказательства предположим противное, т. е. что для оптимального

кода существуют и , такие что и . Построим новый код, поменяв

местами кодовые слова рассматриваемого оптимального кода для -он и -

ой букв алфавита. Разность между средней длиной кодирования

оптимальным кодом и средний длиной построенного иода имеет вид

что противоречит оптимальности рассматриваемого кода.

Свойство 2. Существует оптимальный код источника, для юторого
причем два последних слова имеют максимальную длину и отличаются
толью в последнем знаке.

Предположим, что в оптимальном коде не существует двух слов
максимальной длины. Это значит, существует толью одно слово
максимальной длины. Если это самое длинное слово сократить на один
последний знак, а другие кодовые слова оставить неизменными, то
получится новый код, юторый, во-первых, будет префиксным (нет
второго слова, юторое отличается в последнем знаке), и, во-вторы^
средняя длина кодирования будет меньше. Это противоречит
предположению о существовании в оптимальном коде толью одного
слова максимальной длины. Таким образом, в оптимальном коде
существует, по крайней мере, два кодовых слова максимальной длины.

Докажем, что какие-то два слова максимальной длины отличаются
толью в последнем знаке. Опять предположим противное, то есть
любые два слова максимальной длины отличаются не толью в
последнем знаке. В этой ситуации можно повторить описанную выше
процедуру укорачивания одного из слов максимальной длины и
получить в результате новый префиксный код с меньшей средней
длиной кодирования, что противоречит оптимальности исходного кода.

Опираясь на рассмотренные свойства, можно построить оптимальный
для заданного источника код с использованием двух процедур: сжатия
источника и расщепления кода. Смысл первой процедуры заключается в
том, что исходный источник последовательно заменяется на более
простой (содержащий на 1 меньше знаюв) источник. Применение
процедуры сжатия заканчивается, когда будет получен простейший
источник с двумя знаками, оптимальное кодирование которого
очевидно. Процедура расщепления кода предназначена для построения
из оптимального кода более простого источника оптимального кода того
источника, из которого процедурой сжатия был получен простой
источник.

Процедура сжатия источника заключается в переходе от источника с
алфавитом из п знаюв упорядоченных в порядке невозрастания
соответствующих им вероятностей, к источнику с алфавитом из знака
и вероятностями при и.

Операцию сжатия источника будем обозначать через Фактически, при
сжатии первые знака остаются неизменными, а два последних,
наименее вероятных знака заменяются на некоторый новый знак с
вероятностью, равной сумме вероятностей двух заменяемых знаков.

Применяя сжатие к источнику , получим новый источник , применяя
затем процедуру сжатия к получим . Действуя подобным образом раза,
построим последовательность источников,.

Алфавит источника состоит только из двух знаков, поэтому иайти
оптимальный код для этого источника не составляет труца. Одно из
слов кодируется знаком 0, а другое - знаком 1. Это особенно важно
потому что, используя оптимальный код для источника и
последовательность кодов , можно найти оптимальный код для
исходного источника.

Для построения оптимального кода источника , содержащего на один
знак больше, чем источник , необходимо выполнить процедуру
расщепления ища.

Пусть имеем источник

И оптимальный код

Через обозначен тот знак алфавита источника , который заменил два
знака с минимальными вероятностями источника при его сжатии.

Процедура расщепления заключается в использовании оптимального
кода источника для построения оптимального кода для источника. Она
заключается в следуютщм: знакам алфавита источника , перешедшим в
без изменения, назначаются кодовые слова совпадающих с ними знаков
источника ; двум наименее вероятным знакам алфавита источника ,
замененным в процессе сжатия на знак, сопоставляют кодовые слова и

Слово в оптимальном коде источника , содержащем знаков,
"расцепляется*', путем добавления (конкатенации) знаков 0 и 1, на 2
слова в кодовом множестве для источника, содержащем знаков.

Средняя длина кода источника и средняя длина кода, полученного из


него расщеплением, связаны соотношением. Действительно,

Докажем, что получающийся в результате расщепления юд является
оптимальным для источника.

Предположим противное, т. е. что существует другой оптимальный код

т. е. . В соответствии со свойством 2 оптимальный код содержит два
слова максимальной длины, отличающиеся в последнем знаке и

кода связана со средней длиной кода соотношением . Из этого

Таким образом, используя процедуру расщепления, строится
оптимальный код для источника, который ранее был преобразован
процедурой сжатия в более простой источник. Повторяя эту процедуру
необходимое количество раз, можно будет найти оптимальный код для
исходного источника.

Описанный метод оптимального кодирования был предложен в 1952 г.
Д. Хафменом и называется его именем. В общем случае, когда для
кодирования используется алфавит из более чем двух букв, метод
Хафмена рассмотрен в Г321.

Рассмотрим процесс построения оптимального кода на примере
источника из пяти сообщений с вероятностями . Построение мзда
показано на следующем рисунке.
Иопдвы1 КПШЦ	
S	
Всрмтсса) Км	Пмп—пгм| Км
ОЛ	1  0,15	ОШ  0,15	011  0,15-1	000  0,15 ОоГ"	0Л	1  г* 0,3	00  0,15	010  ] 0,15 J 01Г"

	
S®	S®
Вад	1MWLI1ULI1| КМ
0,4	I  0,3	00  г*03-* <И	г>О,б	в  ] ОЛ	1

Стрелками показаны шаги сжатия источника. В левой части каждого

столбца показано распределение вероятностей источника. В правой

части каждого столбца, соответствующего одному из источников,
показаны кодовые слова. Построение кода начинается с простейшего
источника, который кодируется двумя однобуквенными словами 0 и 1.

В данном случае средняя длина кодирования для оптимального кода,
построенного методом Хафмеиа, составляет 2,2. Это меньпк, чем
средняя длина кода, построенного ранее методом Фано для того же
источника.
Передача информации

Передача информации является одним из основных информационных
процессов. Передача информационных сообщений происходит при
устном общении лицей, при разговоре по телефону при использовании
визуальных сигналов (жесты, специальные сигналы с использованием
флажков, световых приборов), а также с применением различных
технических средств связи (телеграф радио и т.п.).

Модель процесса передачи. Двоичный симметричный
канал

Обработка информации в вычислительных системах невозможна без
передачи сообщений между отдельными элементами (оперативной
памятью и процессором, процессором и внешними устройствами).
Примеры процессов передачи данных приведены в следующей таблице.
В канале сигнал подвергается различным воздействиям, юторые
мениют процессу передачи. Воздействия могут быть
непреднамеренными (вызванными естественными причинами) или
специально организованными (созданными) с какой-то целью
неюторым противииюм. Непреднамеренными воздействиями иа
процесс передачи (помехами) могут являться утичный пум,
электрические разряды (в т. ч. молнии), магнитные возмущения
(магнитные бури), туманы, взвеси (для оптических линий связи) и т.п.

Для изучения механизма воздействия помех на процесс передачи
данных и способов защиты от них необходима некоторая модель.
Процесс возникновения ошибок описывает модель под названием
двоичный симметричный канал (ДСК) [321. Г331. схема юторой
показана на рис.7.2.

1-р

Рис. 7.2. Схема двоичного симметричного канала

При передаче сообщения по ДСК в каждом биге сообщения с
вероятностью Р может произойти ошибка, независимо от наличия
ошибок в других битах. Ошибка заключается в замене знака 0 на 1 или 1
на 0.
Некоторые типы ошибок

•	замена знака 0 на 1 или 1 на О (1—

•	вставка знака ^-4	г-*

•	пропуск знака

Чаще других встречается замена знака. Этот тип ошибок исследован
наиболее полно.

Способы повышения надежности передачи сообщений

Если при кодировании сообщений используются оптимальные коды, то

прн появлении всего лишь одной ошибки все сообщение или его
значительная часть может быть искажена. Рассмотрим пример. Пусть
кодирование элементарных сообщений	источника

осуществляется с использованием кодовой таблицы

ТЬгда закодированное сообщение имеет вид 011011100110. Если в
первом знаке произойдет ошибка, то будет принято сообщение
111011100110, которое декодируется в слово	Полное

искажение сообщения из-за одной ошибки происходит вследствие того,

что одно кодовое слово переходит в другое кодовое слово в результате

замены одного или нескольких знаков. Пример показывает, что
оптимальное кодирование плою защищает сообщения от воздействия
ошибок.

На практике необходим юмпромисс между экономностью кода и
защитой от ошибок.
Сначала удаляется ’бесполезная" избыточность (в основном
статистическая), а затем добавляется "полезная" избыточность, которая
помогает обнаруживать и исправлять ошибки.

Рассмотрим некоторые методы повышения надежности передачи
данных. Широю известными методами борьбы с помехами являются
следующие Г341:

1.	передача в юнтексте;

2.	дублирование сообщений;

3.	передача с переспросом.

Рассмотрим подробней каждый из этих способов.

1.	Передача в юнтексте. С этим хорошо известным и общепринятым
способом сталкивался каждый, кто, пытаясь передать по телефону
с плохой слышимостью чью-либо фамилию, называл вместо букв,
ее составляющих, какие-нибудь имена, первые буквы юторых
составляют данную фамилию. В данном случае правильному
восстановлению искаженного сообщения помогает знание его
смыслового содержания.

2.	Дублирование сообщений. Этот способ тоже широко применяется
в житейсюй практике, югда для того, чтобы быть правильно
понятым, нужное сообщение повторяют несюлью раз.

3.	Передача с переспросом. В случае, юща получатель имеет связь с
источниюм сообщений, для надежной расшифровки сообщений
пользуются переспросом, т. е. просят повторить все переданное
сообщение или часть его.

Общим во всех этих способах повышения надежности является
введение избыточности, то есть увеличение тем или иным способом
объема передаваемого сообщения для возможности его правильной
расшифровки при наличии искажении.

Следует отметить, что введение избыточности уменьпвет старость
передачи информации, так как толью часть передаваемого сообиуния
представляет интерес для получателя, а избыточная его доля введена
для предохранения от шума и не несет в себе полезной информации.
Естественно выбирать такие формы введения избыточности, юторые
позволяют при минимальном увеличении объема сообщения
обеспечивать максимальную помехоустойчивость.

Принципы обнаружения и исправления ошибок с
использованием кодов

Способы введения избыточности, позволяющие обнаруживать и
исправлять ошибки, можно разделить на два класса, один нз юторых
соответствует блоювым щцам, а другой - сверточным кодам Г331. Обе
схемы кодирования применяются на практике. При блоювом

кодировании последовательность, составленная нз полученных в

результате юди-рования источника кодовых слов, разбивается на блоки

одинаковой длины. Каждый блок перед отправюй в канал
обрабатывается независимо от других Выход устройства,

выполняющего сверточное кодирование, напротив, зависит не толью

от обрабатываемых в данный момеит знаюв, но и от предыдущих
знаюв. Остановимся более подробно на блоювом кодировании.

Как было показано ранее, ошибка в одном лишь разряде может
испортить все сообщение. Чтобы избежать таких тяжелых последствий,
сообщения, закодированные каким-либо эюномным кодом, перед
направлением в канал делятся на блоки одинаковой длины н каждый
блок передается отдельно. При этом методы, позволяющие
обнаруживать и исправлять ошибки, применяются к каждому блоку
Такой прием напоминает разделение большого судна на несюлью
изолированных друг от друга отсеюв, что позволяет при пробоине в
одном отсеке сохранить судно н груз в других отсеках

Рассмотрим схему передачи данных, показанную на рнс.7.3.

С кодирующего устройства в канал поступают закодированные блоки
(кодовые слова) одинаковой длины п. В канале в результате действия
различных помех в некоторых битах передаваемого сообщения могут
происходить ошибки. Процедуру кодирования при передаче и


ямии

Рис. 7.3. Схема передачи данных

декодирования при приеме с использованием одной и той же кодовой
таблицы иллюстрируем рис.7.4. Предполагается, что появление ошибок
описывается моделью дискретного симметричного канала

Рис. 7.4. Использование кодовой таблицы для кодирования и
декодирования

В геометрической интерпретации эти блоки можно рассматривать как
точки п-мерного пространства я*, где в = {0,1}. Точки этого
пространства представляют собой последовательности чисел 0 и 1
длины п. Пространства JS* для = можно представить в
виде угловых точек единичного интервала (li — l), вершин квадрата со
стороной, равной 1	и вершин куба с ребрами длины 1

). Эти пространства условно изображены на рис.7.5.

Код, используемый для обнаружения и исправления ошибок,
представляет собой некоторое подмножество пространства JF*. В
168
качестве примера можно привести код с = {ООО 110101Ш1} С В*-
Кодовые слова этого кода как точки пространства JB3 изображены иа
рис. 7.6 белыми кружками. Если представить куб расположенным в

трехмерном пространстве, то словам данного кода соответствуют

вершины тетраэдра. Более полезным

011 Ш

Рис. 7.5. Геометрическое представление пространства Впдля п= 1, 2 и
3

с практической точки зрения является то, что каждое слово кода
содержит четное число единиц. Если при передаче кодового слова через
канал произойдет «одна ошибка, то число единиц в слове станет
нечетным. Проверяя свойство четности числа едиииц в слове после
получения его из канала на приемном конце, можно обнаружить одну
ошибку В данном случае для кодирования четырех знаков используется
3 двоичных разряда, хотя достаточно двух. Однако благодаря такой
избыточности удается обнаружить одну ошибку

Рис. 7.6. Код в ВЗ, обнаруживающий одну ошибку

В соответствии с общей схемой передачи сообщений в кодирующем и
декодирующем устройствах используется одна и та же кодовая таблица
и, следовательно, множество модовых слов. При передаче модового

слова через канал возможны следующие ситуации.

Передавалось и было получено некоторое модовое слово . Эта

ситуация, которая показана в верхней части рис.7.7, соответствует

отсутствию ошибок при передаче.

Передавалось модовое слово d, а получено было сообщение, которое не
является кодовым словом. При попытке декодировать это сообщение
буцет обнаружено, что таюго слов в модовой таблице нет. Это означает,
что ошибка, произошедшая при передаче и исказивпвя модовое слово,
обнаружена. Эта ситуация изображена в средней части рис.7.7.

Рис. 7.7. Возможные варианты передачи модового слова через канал
ошибка не обнаруживается, постольку полученное сообщение также
является кодовым словом, и декодирование будет выполнено неверно.
Такая ситуация показана в нижней части рис.7.7.

Расстояние Хеминга и корректирующие возможности
кодов

Определение. Код обнаруживает t ошибок, если	ошибок в

кодовом слове переводит его в слово, которое не входит в код.

Код 'Тетраэдр" из предыдущего примера обнаруживает одну ошибку
(меняется четность), но не обнаруживает две ошибки. Например, слово
101 в результате двух ошибок в первых двух знаках переходит в другое
кодовое слово (реализуется третий вариант передачи на рис.7,7). Легто
заметить, что данный код обнаруживает 3 ошибки, 5 ошибок и вообще
любое нечетиое число ошибок, но не обнаруживает любое четное число
ошибок. Поэтому в соответствии с приведенным определением, этот
код не обнаруживает 3 или 5 ошибок, а толью одну

В пространстве В* вводится мера отличия двух точек этого
пространства, юторая называется расстоянием Хеминга Г291, Г331, £34].

В виде математической формулы это можно записывать так:



где через обозначается абсолютная величина числа X.

В качестве примера рассмотрим расстояние Хеминга между двумя
точками (последовательностями или словами) a ss	и

Д — 111100$ пространства В?. Эти последовательности отличаются
в первой, четвертой и пятой позициях, следовательно,	=


Вещественную функцию	двух переменных на множестве V

принято называть расстоянием, если она обладает следующими
свойствами:

tf(rt у) >	у) = 6 гада вгазысо тордк, ятфяг» де

dfosj-dfi,»):

<s, г) < d(»,K) + ^(«,г)(1»равеаесто 1роуг»л*шва).

Расстояние Хеминга обладает перечисленными выше свойствами. Два
первых свойства очевидным образом следуют из определения
расстояния Хеминга (нли из приведенной выше формулы для
расстояния Хеминга), а третье свойство вытекает из следующей
последовательности равенств н неравенств

ХМ =SU	Ай=

=Еы fa - nl Et»hiMI=ХМ+ХМ

Возможности обнаруживать и исправлять ошибки с помощью кода С
зависят от его характеристики, юторая называется кодовым
расстоянием Г341.

Определение. Кодовым расстоянием кода С называется

минимальное расстояние между различными кодовыми словами

(векторами).



С использованием расстояния Хеминга в пространстве Я* можно
определить аналоги таких геометрических понятий, как сфера н шар
Г341. Эти понятия потребуются в дальнейшем для объяснения
принципов обнаружения н исправления ошибок с помощью кодов.

Сферой радиуса t с центром в точке а является множество

Число точек ;^Й1| о сфере определяется выражением
ie2(*)i={:)=«

Шаром радиуса t с центром в точке в называется множество



Число точек |^(^| в шаре определяется выражением

=1+©+<:)+••+(?)

Замечание. Если имеется некоторое исходное слово &, а слово
получилось из а в результате одной ошибки, произошедшей, например,
при передаче слова а по каналу то	I- т. е. в смысле

Хеминга расстояние между ними равно 1.

Аналогичным образом, если при передаче слова а произошло к
ошибок и оно превратилось в слово ф то jrfpii ) = Л .

Утверждение. Код обнаруживает т ошибок, если для любых кодовых
слов а и з (Va„3 € СЭДа,#) >t +1 или > t + 1.

Рассмотрим, как происходит декодирование сообщения после его
передачи через канал. Если при передаче не произошло ошибок, то будет
получено кодовое слово. Естественно считать это кодовое слово
результатом декодирования.

Если в результате передачи получено не кодовое слово, то произошла
ошибка. В этом случае целесообразно использовать декодирование в
ближайшее кодовое слово. Таюй подход имеет объяснение.
Действительно, пусть полученное слово S ближе к кодовому слову et,
чем к любому другому кодовому слову т. е. Кв,*)<л1АА для всех
модовых слов •. Если сравнить различные гипотезы о том, каюе
исходное слово было пе-редано, то гипотеза о передаче слова & при
условии получения слова S является наиболее вероятной. Это следует
из того, что первая гипотеза (основная) соответствует меньшему числу
ошибок при передаче, чем конкурирующие гипотезы.
Утверждение. Код исправляет £ ошибок, если для любых кодовых слов
в И ffla, О € СМа, Я > а+1 или Л >»+-!.

Для доказательства рассмотрим шары радиуса t с центрами в кодовых
словах Из неравенства треугольника для расстояния Хеминга следует,
что эти шары не пересекаются. Тогда при передаче любого кодового
слова и при числе ошибок, ие превыпвющем t, полученное слово буцет
находиться в шаре с центром в передаваемом слове и деюдироваться
(по методу деюдирования в ближайшее кодовое слово) в переданное
слово.

Из последних двух утверждений следует, что важнейшей
характеристикой кода, определяющей его корректирующие
возможности, является его кодовое расстояние.

Рассмотрим, следуя Г341. какие задачи требуется решать при создании
кодов, с помощью которых можно эффективно обнаруживать и
исправлять ошибки, возникающие при передаче сообщений. Одна из
важнейших задач теории кодирования состоит в следующем. Требуется
построить код, исправляющий t ошибок и имеющий максимально
возможное число точек. В геометрической постановке эта же задача
звучит следующим образом: среди вершин единичного п -мерного куба
jg* требуется выделить максимальное число таким способом, чтобы
расстояние между любыми двумя выделенными вершинами было не
меньше, чем а+1. Это максимальное число обозначается обычно
через

Другая, связанная с предыдущей, задача состоит в расположении s
точек в вершинах в* тая, чтобы наименьшее из попарных расстояний
между ними было возможно большим. Это расстояние обозначается

через

Выражения "построить", "выделить", "расположить" нуждаются в
уточнении, так как нам вовсе не безразлично, в каком виде буцет задан
искомый код. Самый простой способ - перечисление всех кодовых точек
- является неэффективным, требует большой памяти. Поэтому нужен
такой способ задания кода, который позволяет просто восстановить
каждую точку кода по ее номеру Другими словами, код должен иметь
простую реализацию. С некоторыми просто реализуемыми кодами мы
познаюмимся ниже. С другой стороны, мы ютим иметь возможность
просто восстанавливать исходное сообщение на выходе.

Таким образом, "хороший иод" должен удовлетворять следуюпртм трем
естественным требованиям:

1.	исправлять много ошибок, т. е. иметь большое кодовое расстояние;

2.	иметь несложную реализацию;

3.	обладать простым алгоритмом исправления ошибок на приемном
конце.

Следует отметить, что эти требования в значительной степени
являются противоречивыми, так как код с, нсправляюпртн много
ошибок, вовсе не обязан иметь простую реализацию и тем более
простой алгоритм декодирования. Поэтому на практике применяются
моды, юторые обладают в достаточной мере всеми тремя
перечисленными выше качествами.

- максимальное число точек кода в Ж*, расстояние между
любыми двумя кодовыми словами не меньше 8.

Для количественной оценки свойств кода полезно знать, настолько его
параметры отличаются от параметров "идеального" кода. Для этого
необходимо иметь хугя бы приближенные значения важнейших
параметров "идеального" кода, т. е. значения	О и

Следует отметить, что функции	1) и	не являются

единственными параметрами, харакгеризуюпртми качество кода. Не
менее важными являются также такие параметры кода, как вероятность
правильного декодирования и вероятность обнаружения ошибки.
Имеется также еще ряд других важных 1фитернев, прнменяюпфтхся для
оценки качества кодов.

Оценки верхних границ корректирующих способностей
кодов
Если расстояние между любыми двумя точками года не меньше, чем
2£Ч-1, то шары радиуса t с центрами в годовых словах не
пересекаются. Поэтому общее число точек в этих шарах равно:
+<£+•-+<©, где |Г| - число точек (годовых
слов) в годе V, а	ф*** число точек в шаре

радиуса t. Так как число точек, попавших в шары, очевидно, не
превосждит общего числа точек (двоичных слов) в , то
(1+Ci+C’ + -+Cl)<r. Это неравенство справедливо для
любого множества с расстоянием между любыми двумя точками не
меньше, чем Ж-М, в том числе и для года с максимальным числом
слов Л(в,» + 1). откуда и следует неравенство Хеминга.

Л(п,» + 1) < (1+И1+^+...+Сг)

Для максимального числа слов Л(М»+Ц в годе, исправляющем f
ошибок, может быть получена оценка снизу

Утверждение (неравенство Варшамова - Гилберта):

(ч-Д*+<!£+--ьа?) -	® +• Ч

Чтобы доказать неравенство Варшамова - Гилберта, можно рассмотреть
следующую процедуру построения года, исправляющего t ошибок.

В качестве первого годового слова возьмем произвольное слово (вектор)

из В*. Рассмотрим шар радиуса 2£ с центром в данном слове. Если в

В* есть слова, не вошедшие в этот шар, то в качестве второго годового

шаров. Построим шар радиуса с центром в данном слове.
Продолжим эту процедуру выбора годовых слов н построения шаров до

тех пор, пока не будут исчерпаны все точки пространства

построенными шарами, содержащими по 1 4-	4*	4- •  • 4* С*

точек каждый. Постольку шары могут пересекаться, справедливо
неравенство ««(l+Ci + Cjd-----+C*J > 3*. Центры шаров

образуют код С, имекнодй, как следует нз способа построения, кодовое
расстояниерс>2«»1. Из того, что	- это максимально

возможное число точек кода с кодовым расстоянием не меньше, чем
ШчН. следует, что Л(п,!й+1)>т н
А(п,а 4- и . (1+с» +	+ • -+с«) > г Последнее

неравенство эквивалентно неравенству Варшамова - Гилберта.

Особенности векторных пространств над конечным
полем GF(2). Линейный групповой код

Для построения кодов, обнаруживающих и исправляющих ошибки,
используются векторные пространства над конечным полем GF(2j
Г321. В этом случае множество (п-мерный куб) Д?* рассматривается
как линейное векторное пространство над конечным полем ЙЗД-
Точки из В* становятся векторами, их можно складывать и умножать
на числа из поля GF(3).

Специфика некоторых понятий линейной алгебры в векторном
пространстве является следствием особенностей поля
Сложение векторов из Л* производится покоординатно с учетом
особенностей операции сложения в поле w

Сложение и умножение в поле определяется следуюпрмн таблицами.

Таблица
сложения
^111
Таблица
умножения



Till

Сложение в поле (сложение по модулю 2) часто обозначается
Ф. Этим же знаком буцем обозначать сложение векторов из В*.
Следует отметить справедливое для всех векторов J5T* равенство
вгф Дг = 0, вытекающее из таблицы сложения. Оно означает, что
любой вектор является противоположным себе	а также что

при заданных et и уравнение имеет решение =

Рассмотрим особенности еще некоторых понятий линейной алгебры.

Линейная комбинация в В* • Учитывая, что В* рассматривается как
векторное пространство над конечным полем	содержащим

только два элемента 0 и 1, линейная комбинация в В^ превращается в
сумму векторов

“‘‘Ц = “»*» + •»•* + •+«*» = Чк	+-»А

Линейная оболочка множества векторов из	г®*»-  это

совокупность различных сумм этих векторов. Линейная оболочка
векторов	будет обозначаться через

Линейная зависимость векторов из ДЗГ*. Векторы

линейно зависимы, если существует сумма некоторых из них, равная 0.

Векторы	•-»»Vr*линейно независимы, если любая сумма

некоторых из нихне равна 0.

Утверждение. Если векторы	независимы, то все их
линейные комбинации (суммы) различны.

Доказательство.

Предположим,



=	ЭДалив из левой и правой частей

этого равенства одинаковые векторы и перенеся оставшиеся из правой
части в левую, получим нулевую сумму векторов. Это противоречит их
линейной независимости.

Всего из т линейно независимых векторов можно составить

1+"»+{7) + "' + СУ =2“

линейных комбинаций, и все они различны.

Из доказанного утверждения следует, что линейная оболочка тд
линейно независимых векторов содержит вектора.

Рассмотрим пример. Пусть имеем два вектора

Их линейная оболочка	состоит из четырех векторов На

традиционном изображении В? в виде точек куба
образуют плоскость (увеличенные светлые вершины куба на рисунке).
Рис..



Подпространства в • Подпространством векторного пространства
ЗВ* называется подмножество векторов из 2J*, замкнутое
относительно операций сложения и умножения на число из поля

Линейная оболочка	векторов

уявляется подпространством пространства •

подпространством не является, постольку оно ие замкнуто
относительно операции сложения. Например, д не входит в это
множество векторов.

По аналогии с подпространствами в Ц* подпространства в ff* могут
задаваться системами линейных уравнений (ио над полем CF(3)).
Именно таким образом далее будет задаваться линейный групповой код.

весом этого вектора. С помощью нормы вектора и операции сложения
векторов в 21* (операции поюординатного сложения по
выражение для расстояния Хеминга может быть записано в виде

М-Л	ФА =

Кодовое расстояние линейного кода может быть вычислено проще, чем
кодовое расстояние произвольного кода. Учитывая, что для слов
аеС,0ёС линейного кода С справедливо
выполняется следующая цепочка равенств

Рс = яипв#ир(а,Д) = тй|^|а<д


Определение. Пусть М - матрица над полем GW) размера
и ранга	Множество С? С С?Ж*(2} решений

уравнения Их =9 называется линейным м КОДОМ. я
проверочная матрица, п - длина щца, к - размерность кода. Если
матрица ДГ имеет вид Jf =	, где Д*-*> - единичная

матрица порядка то код называется систематическим.

Построение линейного кода по заданной порождающей
матрице

Рассмотрим, как можно получить линейный мод, зная порождающую
матрицу Для этого решим уравнение Я® = Q и найдем модовые слова.
В матричном виде уравнение для модовых слов запишется в виде

АЛ

А/

Чтобы найти решение, нужно произвольно задать fc компонент

SPJ- в ОД	— ОД» * • ••» ОД — ОД вектора х, а остальные вычислить
по формуле (2.6). Таким образом, первые к компонент вектора я?
полностью его определяют

I)

Матрица 43 — называется порождающей. Ее столбцы образуют
базис пространства решений системы	Учитывая особенности

поля С?Ж(2}> порождающая матрица имеет вид e =

Нетрудно показать, что справедливо равенство	О, где G -

матрица из нулевых элементов, имеющая строк и к столбцов.

Для того чтобы лучше понять свойства линейных кодов, полезно

рассматривать произведение ж- как линейную комбинацию столбцов
матрицы Jf с коэффициентами, являющимися
компонентами вектора х.

Н * X - feiXi +•	+ ... Л +ЯЖм

Лемма. Линейный код С7 с проверочной матрицей М& имеет кодовое
расстояние	тогда и только тоща, когда любые s столбцов

матрицы Mis линейного кода С линейно независимы.

Если любые в столбцов матрицы Мс. линейно независимы, то
никаюй вектор Х=	имеющий в или меиее

ненулевых (единичных) компонент, не обращает в ноль произведение
JB*»ЯЕ = MsSi -► ЬъХз	. Это означает, что нормы всех

кодовых слов, то есть слов %, для юторых справедливо Я& • я ~ О,
больше *, и следовательно, кодовое расстояние рс -3><9 4-t.

Пусть теперь линейный код С с проверочной матрицей Ж& имеет
кодовое расстояние	Для доказательства линейной

независимости любых 8 столбцов проверочной матрицы Же?
предположим противное, то есть предположим, что существует «ч!
линейно зависимых столбцов матрицы Яс, Это значит, что сумма
< t некоторых из этих столбцов равна
нулевому вектору пространства Ж* • Эту сумму можно представить как
произведение &ii	Яо *«, где я - вектор, у

юторого компоненты с номерами	< t < # равны 1, а

остальные компоненты равны 0. Значит ав - кодовый вектор с нормой
Ц «С W, что противоречит тому что кодовое расстояние >-4-1.

Рассмотрим неюторые примеры линейных кодов.

Код с разрядом для проверки на четность является линейным кодом с
проверочной матрицей Я =	Действительно, уравнение

Иж = Овэтом случае имеет вид

Ъ + хь+Хз+х* =0

или

Х4—Xj -J-lfe+Xs,

то есть четвертый разряд (проверочный), равный сумме трех
информационных, делает сумму всех разрядов кодового слова четной.
Каждый столбец проверочной матрицы линейно независим, поэтому
из доказанной выше леммы следует, что код имеет кодовое расстояние,
равное 2, и следовательно, обнаруживает одну ошибку Ошибка
обнаруживается, если число единичных разрядов в принятом слове
нечетно (сумма всех разрядов принятого слова по модулю 2 не равна 0).
В этом коде 8 «тутовых слов.

Код с повторением является линейным кодом с проверочной матрицей

Д J • Л
|1 о 1 о|
V в » V

Линейное уравнение, определяющее мод, в данном случае имеет вид

Гж * W = Л

[Ж 4- Ш = й

[ж 4-	*» = Й

а его решения описываются соотношениями

жал* адц Эти равенства означают, что три

проверочных разряда повторяют один информационный разряд. Любые

3 столбца проверочной матрицы являются лииейио независимыми

(сумма любых трех столбцов ие равна нулевому столбцу), поэтому

модовое расстояние, равное 4, обеспечивает исправление одной ошибки

и обнаружение трех. Код содержит всего 2 кодовых слова: (ПИ»)ги
(Ш1)г Считается, что слово передано с ошибтой, если ие все
разряды в нем (одинаковы. Исправление одной ошибки производится по
принципу голосования. Если в полученном слове больше единичных
разрздов, то, очевидно, оно ближе к кодовому слову	чем к

кодовому слову (оа»)г поэтому декодирование производится в слово

По аналогичной причине, тогда в принятом слове больше
нулевых разрядов, декодирование производится в слово (йй(»)т.

Декодирование линейного кода по синдрому

Путь Н- матрица размера (ft —•if) Х £ и ранга (ft — <) над полем
Эта матрица задает линейное отображение

пространства Д* в пространство по формуле	Ядро
этого линейного отображения или множество решений уравнения
образующее подпространство пространства Jj*, является

линейным кодом, Можно рассмотреть разбиение пространства Л* на
классы равнообразносги. В один класс входят все элементы Л*,
юторые при отображенииВ”/ПР* переходят в один и тот же
элемент пространства Я"-* Элемент пространства	в

который переходят все элементы одного класса, называется синдромом.
Рис.7.8 иллюстрирует разбиение пространства Л* на классы
равнообразносги.

Отображение	является отображением на все пространство

. Для систематической матрицы Н это практически очевидно.

Действительно, для любого J#*-* можно найти (построить)
таюй, что	.

Рис. 7.8. Разбиение пространства Вп на классы равнообразносги

Произведение ЛМЙЕВ" называется синдромом Г291. Г331.
Фактически, синдромом вектора а£-€‘'Л* является образ этого вектора

при отображении -jgH jj . Все векторы «Ж*, имеющие один
синдром, образуют класс. Так как синдром > = я«ев"-* имеет
размерность rt—jt, всего существует 2*“* классов (если проверочная
матрица имеет ранг #:**>,. в частности, если матрица ff имеет
систематический вид). Из определения линейного кода следует, что
класс, юторому соответствует нулевой синдром, является кодом С •
Каждый класс отличный от кода, порождается "сдвигом"

ЩЦа С на один нз векторов в* класса Ш-
Действительно, если	то есть	«да

Jffc-ft) = 0 н, следовательно,	и #== Ш s где

&€ © - кодовое слово. Таким образом, любой некодовый вектор,
имеющий синдром # S, можно представить в виде суммы кодового
вектора и вектора, имеющего синдром 8 . Представление таюго вида не
является единственным. Некодовый вектор в* в этой сумме можно
рассматривать как вектор ошибок произошедших в тех разрядах
кодового слова с, в которых соответствующие компоненты вектора а»
равны 1. Из всех векторов ошибок, имеющих один синдром, наиболее
вероятным является вектор 1а (векторы) с минимальным весом (числом
единичных компонент). Такой вектор (векторы) называется лидером

класса.

Алгоритм декодирования заключается в следующем. Если получен
вектор У н Ну = > :$£ 0, считаем, что ошибкам соответствует наиболее
вероятный вектор из класса С., то есть лидер класса Ck. Тогда
декодирование осуществляется в вектор > =у-Ь = У+4,
получающийся из принятого вектора уцаленнем лидера.

Рассмотрим пример построения кода по заданной проверочной матрице
н декодирования полученного сообщения по синдрому Пусть дана

Л 1 1 л

проверочная матрица ™ ~’ll	gj J / • Запишем уравнение для

определения кодовых векгировделив; для данной матрицы:

Sassas*

и 3^ которые можно рассматривать как информационные разряды,
задаются произвольно (всего 4 варианта 00, 01, 10, 11), а проверочные
разряды «Ра и определяются через Ж1 и В итоге все юсовые
слова определяются из выражения
где ЭД и Ха - информационные разряды, а I * 1 - порождаюнря
матрица, столбцами которой являются кодовь О/ :.

Кодовые слова, рассматриваемые как векторы-столбцы, образуют
матрицу кода

О
1
1
О

I
о
1
1

1?
1
О

Расстояние кода равно минимальному весу ненулевого слова

pc = 5L

, имеющих одинаковый синдром, и выберем в каждом классе лидера
(вектор из класса с минимальным весом).

Синдромом является любое возможное значение произведения Н*.Х-

В данном случае имеется 4 синдрома:	('J)» -Каждому

синдрому соответствует смежный класс, синдром yjj соответствует

моду Смежные классы (столбцы матриц) для каждого синдрома и
выбранные лидеры приведены в таблице.
В третьем смежном классе - два потенциальных лидера с весом
(нормой), равным 1. Один нз ннх выбирается в качестве лидера

произвольно.

Рассмотрим на этом примере процесс декодирования полученного
вектора (слова) с использованием синдромов. Пусть передавался

г0'

кодовый вектор 1-1 и в процессе переачи произошла ошибка в
первом разряде. значает, что иа приемном юнце был получен

вектор

, полученный нз переданного

в результате добавления вектора ошибки ($1 (ошибка

вектора

в первол Wf ще). Определим синдром, вычислив проиэ ie Ж* у

В данном случае получим II == {jJ . Это означает, что
полученный вектор У водит в четвертый смежный класс (см. таблицу).
Лидером этого смежного класса является вектор
соответствующий данному синдрому Вычитая (добавляв

принятому вектору производим декодирование
В данном случае декодирование выполнено пра
Обработка данных



Обработка - широкое понятие, юторое относится не только к данным,
но и к другим объектам (сущностям) материального мира. Обработку
можно считать преобразованием объектов обработки, которое придает
им новые, необходимые свойства. Это преобразование осуществляется
в форме процесса, протекающего во времени.

Процессам обработки, в том числе и обработке данных, присуще
свойство, заключающееся в том, что обработка состоит из нескольких
стадий, этапов, операций, которые могут рассматриваться как более
простые процессы (подпроцессы) обработки. Стадии обработки могут
быть взаимосвязаны. Выполнение тех или иных этапов обработки
зависит от результатов выполнения других этапов.

Описание процессов обработки осуществляется в виде совокупности
предписаний или достаточно простых действий, которые должны быть
выполнены для придания объекту обработки желаемых свойств.
Подобные описания, представленные в формализованном виде, обычно
называются алгоритмами.

Для исследования процессов обработки данных используются
различные формальные модели: юнечные автоматы, сети Петри,
взаимодействующие последовательные процессы Хоара, системы и сети
массового обслуживания и многие другие. Они описывают различные
аспекты процессов обработки. Некоторые из этих моделей
рассматриваются далее.

Описание процесса обработки данных. Понятие
алгоритма и его свойства. Способы формальной записи
алгоритмов

В повседневной жизни часто
предписания, инструкции и

встречаются различного рода
другие подобные документы,

определяющие порядок действий, которые необходимо выполнить для

достижения определенного результата. Примерами таких документов

являются

инструкции по

использованию различных устройств
(бытовых приборов, банкоматов, торговых автоматов и т.п.), правила
выполнения работ в промышленности и строительстве, регламенты
совершения различных действий (банковских операций, сделок на
фондовых валютных и товарных биржах, проверок технического
состояния оборудования и объектов и т.п.). Эти предписания могут
отличаться различной степенью точности и детальности описания
действий. Если предполагается, что исполнителем предпи-саний будет
некоторое устройство (агрегат, станок, транспортное средство или
ЭВМ), то предписание будет написано на некотором формальном языке.
Типичным примером такого предписания является компьютерная
программа, написанная иа некотором языке программирования.
Обобщением различного рода инструкций и предписаний является
понятие алгоритма Г271. Г351.

Алгоритм - это точное, т. е. сформулированное на определенном языке,
конечное описание того или иного общего метода, основанного на
применении исполнимых элементарных тактов обработки.

Рассмотрим более подробно отдельные аспекты данного определения.
Во-первых, в определении говорится, что описание должно быть
точным. Точность описания необходима для того, чтобы обеспечить
однозначность понимания действий, юторые требуется выполнять, и
последовательности их выполнения. В зависимости от того, для юго
предназначен алгоритм, точность его описания может быть различной.
Если алгоритм предназначен для выполнения человеком, то он может
быть описан на естественном языке, например, на русском. В этом
случае однозначному пониманию алгоритма ие мепвют некоторые
орфографические ошибки или безобидные опечатки. Если алгоритм
должен выполняться автоматическим устройством, то описание
алгоритма выполняется на некотором формальном языке (см. п. 6.3),
иапример, на языке инструкций вычислительной системы илн языке
программирования высокого уровня. Важно также, чтобы описание
было конечным, чтобы его можно было загрузить (прочитать) за
конечное время.

Во-вторых, важную роль в алгоритме играют элементарные шаги или
действия, с помощью юторых выполняется алгоритм. Эти действия
должны быть достаточно конкретно описаны, чтобы однозначно интер-
претироваться исполнителем. Алгоритм для исполнителя должен


включать только те мэманды (элементарные действия), которые ему
(исполнителю) доступны. Например, если алгоритм предназначен для
выполнения на ЭВМ, то элементарные действия должны входить в
систему команд ЭВМ.

В-третьих, алгоритмы, как правило, предназначены для решения не
только частных задач (выполнения преобразований конкретных
исходных данных), но н для решения целых классов задач. Подлежащие
решению частные задачи выделяются из рассматриваемого класса
выбором параметров алгоритма. Параметры играют роль исходных
данных для алгоритма (процедуры преобразования исходных данных в
результат). Например, может быть задан алгоритм, юторыи
осуществляет сложение любых двух натуральных чисел. Такому
алгоритму нужны два натуральных числа в их десятичном
представлении в качестве исходных данных, и он вырабатывает одно
число в десятичном представлении как выходные данные (результат).

Алгоритмы характеризуются различными свойствами в зависимости от
особенностей процесса нх исполнения Г261. Г351. Алгоритм называется
терминистическим или завершающимся, если он всетда (для всех
допустимых исходных данных) заканчивается после конечного числа
шагов.

Алгоритм называется детерминистическим, если в процессе его

выполнения нет никакой свободы в выборе очередного шага обработки.

Алгоритм называется детерминированным нли (однозначным, если
результат алгоритма определен (однозначно (даже если некоторые шаги
алгоритма не определены (однозначно).

Рассмотрим примеры алгоритмов.

Алгоритм вычисления значения дроби (в+6)/(в-6). Сначала
вычисляются (используя алгоритмы сложения н вычитания) значения
выражений	и	(в любой последовательности), потом

находится частное от деления полученных результатов (используя
алгоритм деления).

Этот пример демонстрирует иерархическую структуру алгоритмов.
Алгоритм вычисления дроби	основан на алгоритмах

сложения, вычитания и деления чисел. Из того, что операции
и	могут выполняться в любой последовательности, следует,

что этот алго-ритм не детерминистический, но детерминированный.
Очевидно, что алгоритм завершающийся (достаточно всего трех
элементарных действий: сложения, вычитания и деления).

Алгоритм вставки карточки в упорядоченную картотеку. Постановка
задачи. Имеется колода карт. Пусть на каждой карте за(|мксировано одно
натуральное число. Требуется вставить карточку в картотеку не нарушив
упорядоченности картотеки.

В случае пустой картотеки (в картотеке нет карточек) вставка карточки
тривиальна. В противном случае раскроем картотеку в произвольном
месте и сравним записанное на открывшейся карточке число с числом
на вставляемой карточке. В соответствии с результатом этого сравнения
буцем действовать тем же самым способом, вставляя карточку
соответственно в переднюю или хвостовую часть картотеки. Процесс
заканчивается, когда карточку нужно вставлять в пустое множество карт.

Очевидно, что этот алгоритм - заверпиющийся. Если все числа на
карточках различны, то этот алгоритм - детерминированный. Однаю
из-за произвольности места, в ютором раскрывается картотека,
алгоритм не является детерминистическим.

Алгоритм для вычисления наибольшего общего делителя (НОД) двух
натуральных чисел. Постановка задачи. Пусть даны два натуральных
числа где e>U и $ > Q; надо найти наибольший общий
делитель НОД (dj&l чисел а и & .

Еще в Ш веке до нашей эры математик Евклид, известный автор
первого дошедпЕго до нас теоретического трактата по математике
"Начала", в геометрической форме изложил правило получения
наибольшего общего делителя двух натуральных чисел. Идея этого
правила (обоснование его корректности) заключается в том, что если

НОД - наибольший общий делитель двух натуральных чисел о и
b, то в случае равенства этих чисел он совпадает с любым из них, а в
случае их неравенства разность между большим и меньшим вместе с
меньшим имеет тот же самый наибольший общий делитель. Назовем

число, равное тому из двух чисел 4,^, юторое не меньше другого, их
верхней гранью и обозначим Я, а второе обозначим h- После
вычитания одного числа из другого получим новую пару чисел
и ft, верхняя грань $ юторых строго меньше Я . Новые числа имеют
тот же наибольший общий делитель НОД	Значит, мы свели

задачу к нахождению наибольшего облиго делителя натуральных чисел,
верхняя грань юторых меньше первоначальной.

Повторяя прием, мы должны, в юнце юнцов, прийти к случаю, когда

новые полученные натуральные числа между собой равны, так как

несюлью).

Сам алгоритм нахождения наибольшего общего делителя НОД (фб)
двух натуральных чисел а и Ь (алгоритм Евклида) можно изложить
так:

1.	если в >>, то перейти кп. 4, иначе перейти кп. 2;

2.	если $.$» д., то перейти кп. 5, иначе перейти кп. 3;

3.	считать, что НОД	Конец;

4.	от а отнять b и впредь считать, что эта разность является
значением а. Возвратиться к п. 1;

5.	от Ъ отнять а и впредь считать эту разность значением Ь.
Возвра-титьсякп. 1.

Для алгоритма Евклида арифметическая операция и проверка
выполнения отношений "<" и считаются эффективными
элементарными шагами обработки. Очевидно, что данный алгоритм
является завер-ниющимся. Однаю если в постановке задачи опустить
ограничения и $>!], то получается алгоритм, юторый для
неравных отрицательных чисел не прерывается, то есть не является
завершающимся. Кроме того, данный алгоритм является
детерминистическим, то есть для каждых исходных данных
последовательность отдельных шагов точно определена.
Для рассмотренных достаточно простых алгоритмов их свойства
(детерминистичность, детерминированность, завершаемость) легю
устанавливаются. Однако в общем случае различные свойства алгорит-
мов необходимо доказывать. Доказательство свойств алгоритмов
относится к проблематике теории алгоритмов. Одним из важнейших
вопросов, которым занимается теория алгоритмов, является выяснение
того факта, что алгоритм решает сформулированную задачу для
заданного множества исходных данных Представляет интерес также
нахождение множества исходных данных, на котором алгоритм решает
сформулированную задачу

В приведенных выше примерах описаний алгоритмов все время
встречались некоторые похожие друг на друга фрагменты. Так,
некоторые шаги алгоритма могут выполняться лишь при определенном
условии, или выполнение некоторых шагов производится
неоднократно. Часто также поставленная задача решается с помощью
решения той же самой задачи, но с другими исходными данными (более
простыми). В этих случаях говорят о разветвлении, повторении и
рекурсии.

Классические элементы, которые встречаются в описаниях алгоритмов,

выполнение элементарных шагов;

разветвления по условиям;

повторения;

рекурсии.

В примере с вычислением дроби мы имеем наиболее простой случай:
количество элементарных тактов обработки постоянно и не зависит от
чисел а, Ь. Иначе обстоит дело в других примерах: в случае алгоритма
Евклида число шагов обработки зависит от величин чисел а, Ь, в случае
алгоритма карточки число шагов зависит от размера картотеки. Хотя
описание алгоритма конечно и постоянно, количество фактически
выполняемых тактов - величина переменная; это часто является
следствием использованию приема, сводящего общую задачу к более
простой задаче того же класса. Этот прием называют рекурсией. В
алгоритме Евклида и алгоритме вставки карточки в упорядоченную
картотеку наличие рекурсии очевидно из алгоритма. В алгоритмах часто
используется специальный случай рекурсии - чисто повторительная
рекурсия. При описании алгоритма ее часто записывают в форме
итерации: "Пока выполнено определенное условие, повторять...".

Наряду с рекурсией и повторением в алгоритмах встречается также
анализ возможных случаев. Без анализа отдельных случаев и выявления
условий завершения было бы невозможно окончание рекурсивных
алгоритмов.

Способы описания алгоритмов. Алгоритмы обрабатывают
определенные объекты в качестве исходных данных ("входные") и
выдают другие объекты в качестве результатов. Объекты могут быть
конкретными, как, например, десятичное число в случае алгоритма

сложения десятичных чисел, или абстрактными,

скажем,

натуральные числа (для юторых могут использоваться разнообразные
эквивалентные системы предста-вления) в случае нахождения
наибольшего общего делителя. Для описанного ранее алгоритма
нахождения НОК совершенно ие существенно, записываются числа в
десятичной или двоичной системе счисления или даже римскими
цифрами: свойства делимости от этого не меняются. В теоретических
исследованиях предпочитают опираться на алгоритмы, юторые
работают, например, толью с натуральными числами (Гедель) либо
толью с цепочками знаюв (Марюв). С практической точки зрения нет
никакой пользы или иужды в таких ограничениях, допустимы какие
угодно множества объектов, если толью можно аккуратно определить
их свойства. Разве лишь, поскольку приходится привлекать разбор
отдельных случаев, необходимо включить в множество объектов, по
крайней мере, значения истинности "истина” и "ложь". В зависимости
от того, какие допускаются классы объектов (и соответствующих
операций), приходят к различным классам алгоритмов.

Рассмотрим чуть более подробно специальную запись алгоритмов
преобразования последовательностей знаюв Г271. Г351. Такая запись
пред-ставляет собой один из способов уточнения понимавшегося до сих
пор интуитивно понятия алгоритма.

Без сомнения, элементарной операцией над последовательностями
знаюв может считаться замена подслова на некоторое слово (текстовая
замена). Будем исходить из множеств W и ЦТ* слов над общим
набором знаков (алфавитом) Л • Отдельную операцию замены, которую
также называют продукцией, будем записывать в виде вс —*и
понимать ее следующим образом.

Если & является подсловом заданного слова X, то заменить это под-
слово на  В случае если подслово в! встречается в X несюлько раз,
словом # заменяется то из них, которое стоит в самой левой позиции.

Далее, если дано конечное множество таких продукций, перечисленных
в определенном порядке, то текстовая замена должна производиться
посредством применения самой первой (относительно этого порядка)
из применимых продукций. Все это повторяется до тех пор, пока
возможно, или же до применения особым образом отмеченной
продукции ("останавливающей"). Учитывая, что одно из слов в
продукции может быть пустым словом (см. 2.1.3), текстовая замена
включает в себя вставку и присоединение зиаюв, а также вычеркивание
знаков.

Такого рода алгоритмы называют алгоритмами Маркова по имени
советсюго математика А. А Маркова, который впервые описал их в
1951 г. Сам Марков называл их "нормальными алгоритмами". Их можно
считать уточнением понятия алгоритма, достигаемым за счет
использования специальной формы описания. Существуют и другие
подходы к уточнению (формализации) понятия алгоритма,
используемые, в основном, для теоретических исследований.

Для практических целей часто используют графические способы
описания алгоритмов, которые являются более компактными и
наглядными. При графическом описании каждая операция процесса
обработки изображается отдельной стандартной геометрической
фигурой (блоком).

Некоторые стандартные блоки, их назначение и краткое описание
приведены в таблице.


Блоки соединяются линиями переждав, определяющими очередность
выполнения действий. Такое графическое представление называется
схемой алгоритма или блок-схемой. Набор символов, используемых в
блок-схемах, и правила изображения блок-схем в настоящее время
определяются ГОСТ 19.701 - 90 (ИСО 5807 - 85) "Единая система
программной документации. Схемы алгоритмов, программ, данных и
систем. Условные обозначения и правила выполнения".

Модель процесса обработки данных. Конечные
автоматы


подвергаемых обработке) играет активная сосгавляюпря процесса -

некоторая сущность, выполняющая обработку Таким обработчиком, или

преобразователем данных, могут быть как лкоди, так и некоторые
устройства. Важнейшие характеристики процесса обработки данных
зависят от того, как функционирует преобразователь. Поэтому создание
и исследование различных моделей обработки имеет важное
теоретическое н практическое значение. Одной нз таких моделей
является понятие конечного автомата Г321. Г361. Конечный автомат

можно охарактеризовать как устройство, имеющее входной и выходной

каналы; в процессе функционирования на каналы поступают
дискретные порцнн данных (буквы алфавита). Автомат может

находиться в одном из конечного числа внутренних состояний. По

определенному закону (в зависимости от состояния автомата и входных

данных) осуществляется преобразование входной порцнн данных в

выходные данные н смена состояния автомата. Формально конечный

автомат определяется следующим образом.

Определение. Конечным автоматом называется набор из пяти объектов

(А В, Я , в котором:

Л ~	вЭ» > • *»вл} - входной алфавит;

в = {ъ,ь»......М - выходной алфавит);

S = fwit	4 Дг}	 множество внутренних состояний

автомата;

4>:SxA-+S- функция перехода в следующее состояние
(переходная функция);

ф’.Зх A-tB - функция выхода (выходная функция).

Таким образом, конечный автомат математически описывается тремя

множествами и двумя функциями. Функционирование автомата состоит

в том, что он "считывает" последовательность входных символов

(’^программу1) и затем "выпечатывает" последовательность выходных
символов. Действие происходит последовательно. Конечный автомат,
находящийся сначала во внутреннем состоянии , считывает первый

входной символ fife . Функция принимает на паре	значение

которое выпечатывается в качестве первого выходного символа.
Функция р принимает иа паре	значение <4 , которое является

следующим внутренним состоянием автомата. Затем автомат считывает
новый входной символ, выпечатывает выждной, переладит в
следующее состояние и т.д., пока не кончится программа.

На рис.8.1 дан удобный способ представления последовательных тактов
работы автомата.

Будем предполагать, что протрамма записана на вждной ленте. Автомат
считывает с нее вждные знаки один за другим. По прочтении каждого
вждного знака выпечатывается выходной знак иа выждной ленте, и
автомат переладит в следующее состояние прежде чем считать
следующий символ программы. Позже мы введем другие способы
представления: графы и таблицы состояний.

В нашем определении подразумевается, что функции и в описа-
нии автомата всюду определены: каждый элемент S- X Л задает их
значения. Такое описание автомата является полным. Коль скоро задано
начальное состояние такэго автомата, он способен считывать любую
программу и выдавать однозначно определенную цепочку символов.
Иными словами, существует функция, которая ставит в соответствие
любому начальному состоянию з и любой последовательности
вждных символов вполне определенную последовательность выходных
символов.

Рис. 8.1. Конечный автомат


Пусть - полученный на вход автомата знак на i -м пите, •т -

состояние, в котором находился автомат на i -м ните, а - знак,

юторый вырабатывает автомат на i

-м шаге в качестве выходного

значения. Работа автомата, то есть переход из состояния в состояние и

появление выходных знаюв, с использованием функций и может
быть описано выражениями

»(« + !) = ₽(»(»}.«(*» (8-Ц

J(i) = чЯХО.вф) (8-2)

Постольку множества S а А конечны, функции, заданные на их
декартовом произведении , удобно задавать табличным способом.
На рис.8.2 показан общий вид таблиц, задающих переходную функцию
и выходную функцию ф конечного автомата.

Рассмотрим пример конечного автомата, у которого

имеется два состояния ф =	, а функции и <^ задаются

таблицами

цитата

“II
@11
@11

Пусть на вход автомата подается последовательность знаюв (слово)

после-довательность знаюв формируется на выходе. Для этого

рассмотрим таблицу состоящую из трех строк. В первой строке
записаны знаки, поступающие на вход автомата. Во второй строке

записываются состояния, в юторых оказывается автомат в процессе

обработки входного слова. Наюнец, в третьей строке записываются
знаки, юторые появляются на выходе автомата в результате его работы.


г		Ввдвой алфавит				
				а.		
1	«1					
				Ики»,)		
						
						
						
	f.					

		Выхйдаййалфалаг				
				Of		
1	ai					
				r&A)		
						
						
						
	fp			f'O..»/)		

Рис. 8.2. Табличное задание переходной и выходной функций

Обработка входной последовательности знаюв производится по питам.
На каждом шаге обрабатывается один знак В таблице каждому питу
обработки соответствует один столбец. Пусть в момент поступления
первого знака, которым является 1, автомат находился в состоянии St.
Тогда в на выходе появится знак 0, а в соответствии с определением
функции автомат перейдет в состояние , которое записывается во
вторую строку следующего (второго) столбца таблицы. При
поступлении второго знака обрабатываемого слова получим
= 1 (записывается в третью строку второго столбца таблицы)
и	= <1 (записывается во вторую строку следующего

(третьего) столбца таблицы). Процесс обработки следующих знаков
происходит аналогичным образом и завершает-ся после обработки
последнего знака. В результате исходное слово 1001101 преобразуется в
слово 0100110, которое, как можно заметить, является "сдвигом"
исходного слова, то есть получается удалением последнего знака из
исходного слова и добавлением знака "0" в начало исходного слова.


Помимо рассмотренного табличного способа существует еще

графический способ описания (задания) юиечных автоматов в виде

помеченного ориентированного графа, который называется "диаграмма
состояний". Вершины этого графа помечены символами,
обозначающими внутренние состояния. Каждое ребро помечено парой

символов где а - входной знак, юторый вызывает переход в
следующее состояние, отвечающее этому ребру а & - выходной знак,
юторый автомат выдает в результате обработки вводного знака. Из
каждой вершины диаграммы выходит столько дуг, сюлью знаюв
имеется во входном алфавите.



м

Рис. 8.3. Диаграмма состояний сдвигающего автомата

Диаграмма состояний рассмотренного автомата, сдвигающего вправо
на один знак вводное слово, показана на рис.8.3.

Табличный и графический способы описания юнечных автоматов
дополняют друг друга. Использование таблиц удобнее для вычислений,
а диаграммы более наглядны.

пусть {A, B.S, tp.tf) - неюторый автомат. Выделим одно состояние,
юторое назовем начальным и с юторого будет начинаться обработка
всех входящих слов. Тогда любой входной строке
а. «(*) длины Jt, где «(fl. - знак на i -м месте вхдной
последовательности, однозначно соответствует строка внутренних
состояний, « = «(!>.(»..,«(*), длины к, где - состояние
после i -го шага работы, юторая получается последовательным
применением отображения по формуле (8.1). Аналогично выходная
строка В =	Длины к, где fe(i) - знак иа i -м месте

выходной последовательности,(однозначно определится
последовательным применением отображения Vs по формуле (8.2).

Таким образом, автомат можно рассматривать как устройство,
преобразующее для заданного начального состояния входную
строку tpha = eOWSD... e(fc) в строку о- з=	и

выходную строку /=К1ЖЮ...К*) и тем самым реализующее
функции (преобразования)	и

x	, которые рекурсивно строятся по функциям ф и

0.

Сеть Петри как модель параллельно выполняемых
процессов обработки

Различные системы, в том числе и информационные, состоят из
множества взаимодействующих подсистем (элементов). Хотя работа
каждой подсистемы происходит в значительной степени автономно и
параллельно, общая функциональность системы обеспечивается
взаимодействием ее подсистем. Как правило, различные события,
связанные с взаимодействием подсистем, возможны толью при
выполнении некоторых условий.

Примеры: разгрузка судов в порту сделки с недвижимостью, чтение
файла с дискеты и т.д.

Взаимодействие подсистем приводит к изменению состояния
подсистем, всей системы в целом и к выполнению некоторых новых
условий, которые могут привести к новым событиям в системе. Для
моделирования последовательностей событий, обусловленных логиюй
работы системы, используется аппарат сетей Петри Г371. Г381. В моделях
такого типа рассматриваются толью события и условия.

Составные части сети. В сетях Петри события и условия представлены

абстрактными символами из двух непересекающихся алфавитов,

называемых соответственно множеством переходов

Т = {*11*»....и множеством мест Р = (я.«ЯЬ..«.йк}  в
графическом представлении сетей переходы изображаются "барьерами",
а места - кружками (рнс.8.4). Условия-места н события-переходы
связаны отношением непосредственной зависимости
(непосредственной причинно-следственной связи), которое
изображается с помощью направленных дуг, ведущих нз мест в
переходы н нз переходов в места. Места, нз которых ведут дуги на
данный переход, называются его входными местами. Места, на которые
ведут дуги нз данного перехода, называются его выходными местами.

Рис. 8.4. Переход и его входные и выходные места

Во фрагментах сети на рнс.8.4 места FL и » являются входными для
перехода ti, а места н Щг - выходными. В этом примере событие-
переход С1 непосредственно зависит от условнн-мест Л н а места

н непосредственно зависят от tg. В сети некоторые места могут
являться входным или выходными одновременно для нескольких
переходов.

Разметка сети. Выполнение условия изображается разметюй
соответствующего места, а именно помещением некоторого числа
фишек (маркеров) в это место. Если число фишек, которые необходимо
поместить в некоторое место, достаточно велико, то в это место
помещают число, равное требуемому количеству фишек. Число фишек,

находящихся

некотором месте 9, называется емкостью

соответствующего условия.

О -условна^ не выполнено
0 - условиевыполнена
(2) - )кжиив^ имеет емкость 7

Функционирование сети. Динамика поведения моделируемой системы
находит свое отражение в функционировании (работе) сети Петри.
Неформально работу сети можно представить как совокупность
локальных действий, которые называются срабатываниями переходов.
Они соответствуют реализациям событий и приводят к изменению
разметки мест, т.е. к локальному изменению условий в системе.

Переход может сработать, если выполнены все условия реализации
соответствующего события. Например, для так называемых ординарных
сетей Петри (частный случай принятой в настоящее время версии сетей
Петри, введенный им в первой работе) все входные места перехода
должны содержать ютя бы по одной фишке.

Срабатывание перехода - неделимое действие, изменяющее разметку
его входных и выходных мест следующим образом: из каждого входного
места изымается по одной фишке, а в каждое выходное место
добавляется по одной фишке. Тем самым реализация события,
изображаемого переходом, изменяет состояние (емкость)
непосредственно связанных с ним условий так, что емюсгь
предусловий, вызвавших реализацию этого события, уменышется, а

емкость постусловий, на юторые оно влияет, увеличивается. Переход ti

на рис.8.5 а) может сработать, так как оба его входных места Pl и J3!?

содержат фишки, а после срабатывания ii разметка его входных и
выходных мест изменяется так, как показано на рис.8.5 б).

Если два (и более) перехода могут сработать и они не имеют общих
входных мест, то их срабатывания являются независимыми действиями,
осуществляемыми в любой последовательности или параллельно.

Если иесюлью переходов могут сработать и имеют общее входное место
(как переходы ti и 4а на рис.8.5 а)), то срабатывает толью одни, любой
из них При этом может оказаться, что, сработав, этот переход лишит
возможности сработать другие переходы (рис8.5. б) и г)). Таким
способом в сети моделируется конфликт между событиями, когда
реализация одного события может исключить возможность реализации
других В сети никак не указывается, каким образом конфликт следует
фактически разрешить. Считается, что решение о том, какое из
юифликгующих событий следует реализовать, принимается вие
формализма сети, т.е. поведение сети носит недоопределенный
недетерминированный характер. Аналогичный конфликт возникает в
том случае, югда несколько переходов могут сработать и они имеют
общие выходные места, как переходы 4з и 4< (рис.8.5. б и в).
Рис. 8.5. Пример функционирования сети

В процессе функционирования сети происходит смена

разметок мест

как результат срабатывания ее переходов. Сеть останавливается, если ни
один из ее переходов ие может сработать как, например, на рис.8.5. в) и
г)-

Формальное определение сети Петри

Чтобы можно было использовать сети Петри для анализа процессов
обработки, необходимо иметь точное определение.

Графом сети Петри буцем называть тройку	ще

Р - непустое множество элементов сети, называемых местами,

Г - непустое множество элементов сети, называемых переходами,

FCPxTUTxJP-отношение инцидентности,

идля^ЪГ)выполнены следующие условия:

•	W-: ® (множества мест и переходов не пересекаются);

•	<т.е.
любой элемент сети инцидентен хотя бы одному элементу другого
типа);

если для произвольного элемента сети «ж обозначить через
«Г множество его входных элементов	, а через X*. -

множество его выходных элементов	, то

Vpi.pj e Р: Сш = и) Л (Pi = pj) => (pi = Л),
то есть сеть не содержит пары мест, которые инцидентны одному
и тому же множеству переходов.

Графическим представлением сети служит двудольный
ориентированный граф с двумя типами вершии; вершины-места
изображаются кружочками, вершины-переходы - барьерами. Из
вершины х в вершину У ведет дуга, если и толью если

На основе понятия сети, которая описывает толью статическую
топологию моделируемого процесса или системы, вводятся
динамические сетевые структуры, в которых местам приписываются
специальные разметки, моделирующие выполнение условия, и с сетью
связывается понятие ее функционирования, изменяющего эти разметки
(условия) в результате так называемых срабатываний переходов. К
таким динамическим сетям относятся сети Петри, их различные
варианты, обобщения и частные случаи.

Сеть Петри - это набор Jf ==:	, где ГЛЯ -

конечная сеть (множество	конечно), а

Ф : JPx P-*tf ч AfeiP-t’JV- две функции,
называемые соответственно кратностью дуг и начальной разметкой.
Первая сопоставляет каждой дуге число 9 (кратность дуги). Если
то в графическом представлении сети число п выписывается
рядом с короткой чертой, пересекающей дугу Часто такая дуга будет
также заменяться пучком из и дуг, соединяющих соответствующие
элементы сети. Условимся никак не отмечать кратность дуг, равную 1.
Такую сеть будем называть ординарной. Вторая функция сопоставляет
каждому месту некоторое число	(разметка места).
В графическом представлении сети разметка места Р изображается
помещением в вершину-кружок числа	или, если это число

невелик), соответствующего числа точек (фипвк).

Разметка сети - это функция	• Если предположить, что

все места сети строго упорядочены каким-либо образом, т.е.
JP =	• • < »Рж) > то разметку Hjf сети (в том числе начальную

разметку) можно задать как вектор целых неотрицательных чисел

такой, что для любого	=

На основе отношения инцидентности F можно ввести функцию
инцидентности Ф :/>xT'UTx Р-М которая определяется
выражением

[о, есяк -^гу

Значения функции	можно трактовать как кратность дуги

между вершинами сети s и У. Если = 0, то это означает, что
между вершинами х и 8 дуги нет.

Если места сети упорядочены, то можно каждому пережду t
сопоставить два целочисленных вектора и длиной п, где
»=|р(:


Функционирование сети Петри описывается формально с помощью

последовательностей

срабатываний и множества

множества

достижимых в сети разметок Эти понятия определяются через правила

срабатывания переходов сети.

Переход t vLQTam сработать при некоторой разметке М сети ЛГ, если
> ф(рД), то есть каждое входное место Р перехода t
имеет разметку не меиьшую, чем кратность дуги> соединяющей Р и t.
Это условие можно переписать в векторной форме следующим образом:
м >'«(«).

Предполагается, что для векторов ®	€ Я* выражение

озна-чает, что Xi >	.»Л .

Из определения векторов Ш и ясно, что вектор ЧМЙ
является столбцом матрицы , а вектор является столбцом
матрицы

«feti ... жц

®feti) ®feM

,®feA) ®fe,W ... tfeWj

/*Й.й) Ф(*а,Р1) ...

•Ой) «fe») -
Векторы W) и «w могут быть представлены как произведения
Й	матриц St* и jj+ на вектор X, вида

м

’ *«ЯДО>(8.3)

W

у которого все компоненты равны 0, кроме £ -й компоненты, равной 1.

Для ординарной сети Петри условие срабатывания перехода означает,
что любое входное место этого перехода содержит хэтя бы одну фшжу
т.е. имеет ненулевую разметку

Срабатывание перехода tf при разметке jgi порождает разметку по
следующему правилу:

В матричном виде изменение разметки при срабатывании перехода ti
описывается выражением

У = м Ф(«о+«'(МилиАГ = М - п « TS + £>ч * т4 (8.4

Обозначив й-=-й+«-йг-

, получим еще более краткую запись для
выражения (8.4)

(8.5)

Таким образом, срабатывание перехода t изменяет разметку так, что
разметка каждого его входного места Р уменьшается на Ф(М). т.е. иа
кратность дуги, соединяющей Р и t, а разметка каждого его
выходного места увеличивается на	т.е. на кратность рут,


Элемент матрицы	, находящийся в £ -н строке и j -м

в £ -м месте 4мшек в результате срабатывания j -го перехода.

На множестве разметок можно ввести отноикнне непосредственного
следования разметок:

М»М~ 3» € Т: (М > «Й Л (М' = -'•(«) + «'й)

Будем использовать уточняющее обозначение	если М*

непосредственно следует после м в результате срабатывания перехода
t. ГЪворят, что разметка К* достижима от разметки если
существует последовательность разметокМ.Ма.Мэ,...,М' н слово
; j в алфавите Т, такие что



Множество	разметок, достижимых в сети ЦТ от

разметки М. обозначим через Л(Я,М}- Множество
ЙОД = В(^МО) , т.е. множество всех разметок, достижимых в JV
от начальной разметки м>. называют множеством достижимых
разметок сети jV (заметим, чтоме»(Лг.М)иМ>ёЛ(^).
то есть множество всех последовательностей срабатываний, ведущих от
ЭДо к каждой достижимой в JV разметке.

На рис.8.6 изображена сеть Петри, на примере юторой поясним данные
выше определения. В этой сеги р - {pi.pj.paJ.T = {*!., *аг, *»> 
Функция инцидентности ф задается с помощью следующих двух
таблиц, в которых на пересечении строки % и столбца V стоит число

•WuJ:

ggg

ЯНН

яннн

И1Г11ISISIQ

-

WHIM

мн

Начальная разметка Afa задается следующим образом:

АЛО.) = 1. Мо(р>) = 2, Afo&ns) = О, или в векторной форме:
^ = (1.2.0)’

При разметке могут сработать переходы ti и fa, так как
Мв = (1,3,0)’ >'Ф(Ъ) = (1,0,0)’,М >' •(*») =0,2,0)’.
Переходы £з и $4 не могут сработать, так как вектор начальной разметки
ма не покрывает векторы Ч>0з) = (0,0.1)1. и ’>(««) = (0.0.1)*


Рис. 8.6. Пример сети Петри

В результате срабатывания перехэда разметка Afa сменяется иа
разметку (1, 3, 0), а в результате срабатывания перехода й разметка М©
сменяется иа разметку (0, 0, 1) . Обе новые разметки непосредственно
следуют после А& в рассматриваемой сети. Можно представить
возможные изменения разметок сети , происходящие в результате
срабатывания ее переходов, в виде графа разметок - ориентированного
графа, множество вершин которого образовано множеством Ш)
достижимых в разметок. Из вершины М в вершину ведета дуга,
помеченная символом перехода t, если и толью если	. На

рис.8.7 показан начальный фрагмент графа разметок сети на рис.8.6.
Этот граф бесконечен, так как множество достижимых разметок
бесконечно для рассматриваемой сети.

Разметка	называется тупиковой, если в сети JV не

существует ни одного перехода, который может сработать при этой
разметке. Для рассматриваемой сети тупиковыми являются разметки
(0, 2, 0), (0, 3, 0), (0,4,0),..., (0, п, 0)...

Легко видеть, что если выделить путь по дугам графа разметов
начинающийся в вершине М и заканчивающийся в вершине н

выписать подряд все встречающиеся символы переходов, то полученное

слово образует последовательность срабатываний, ведущих от -М кЦр.

Множество всех слов, которые получены выписыванием символов

переходов вдоль путей, начинающих^ в Л$а, образует множество
последовательностей срабатываний сети, или ее свободный язык. Так,

язык рассматриваемой

сети включает слова




Основные задачи анализа процессов обработки,
решаемые с использованием сетей Петри

В процессе функционирования сети Петри некоторые ее места могут
накапливать неограниченное число фипюк. Примером такого места
может служить место В» в сети иа рис.8.6. Если интерпретировать
места как
Рис. 8.7. Граф разметок сети Петри



наюпители (буферы) данных, сигналов или деталей в моделируемых

потребовать, чтобы при любом варианте
систем не происходило переполнение
реальных ситуациях имеют конечную,
Следующие понятия формализуют такие

системах, то естественно
функционирования этих
накопителей, юторые в
(фиксированную емкость,
требования.

Определение. Место Р в сети Петри ЛГ =: (Р, Т|^Ф,Ма)
называется ограниченным, если существует число п, таюе что для

любой достижимой в сети разметки справедливо неравенство

М(р) < п Сеть называется ограниченной сетью, если любое ее
место ограничено.

Ясно, что множество достижимых разметок конечно, если н
толью если $ - ограниченная сеть. В сети на рис.8.6 места Р1, и Рз
ограничены, так как каждое нз них может содержать не более одной
(финки. В то же время место Кг не ограничено, и поэтому эта сеть не
является ограниченной.

Определение. Место Р называется безопасным, если для всякой
достижимой разметки	выполняется неравенство

МОЙ *41’ соответственно, сеть безопасна, если все ее места
безопасны.

Любая достижимая в безопасной сети разметка представляет собой
вектор из 0 и 1. Сеть, показанная на рис.8.6, не является безопасной.

Родственным понятиям ограниченной и безопасной сети Петри
является понятие консервативной, или сохраняющей, сети.

Определение. Сеть, в которой сумма (фишек во всех ее местах остается
постоянной в процессе работы сети, то есть

Цер «i(f) = £лр «>(₽),
Wi,Mz€K(W)
называется сохраняющей (консервативной).

Условие сохранения числа фшюк в сети - это очень сильное
ограничение. Например, из него немедленно следует, что число вждов
в каждый переход должно равняться числу выждов (с учетом
кратности). Если бы это было не так, запуск перехода изменил бы
число фнпекв сети.

Часто (|мшки в сети Петрн моделируют различные ресурсы. Однаю
взаимно однозначного соответствия между фликами и ресурсами нет.
Фишка может представлять как един ресурс, так и несюлью ресурсов
сразу Во втором случае ф<шка может использоваться для создания
хратных фшюк (по одной на ресурс) путем запуска перехода с большим
числом выждов, чем вждов. Поэтому определение свойства
сохраняемости сети целесообразно сделать более общим, заменив
простую сумму фнпек на сумму с весами. Фишкам, не являющимся
важными, можно присвоить нулевой вес; другим финкам можно
присвоить весы 1, 2, 3 или любое другое положительное число.

Определение. Сеть Петри называется сохраняющей (консервативной)
по отношению к вектору весов IjAo ==	.«о»), где п -

число мест в сети, если

SIU • ^00 = XXi “1 •	vAflp м, € я w (8.6)

Сохраняющая сеть Петрн является сохраняющей по отношению к
вектору весов (1,1,,,., 1). Следует исключить из рассмотрения
нулевой вектор весов, постольку все сети являются сохраняющими по
отношению к нулевому вектору весов.

Переходы в сетях Петри, как правило, моделируют некоторые действия
(события), которые могут соверпвться в реальных процессах обработки.
Поэтому вопросы, касающиеся возможности срабатывания тех или
ниых переждов, представляют интерес прн анализе сетей Петрн.

Пережд в сети может сработать при определенных условиях, связанных
с разметюн его входных мест. Может оказаться, что для некоторого
пережда условие его срабатывания никогда не выполняется, как бы нн
функционировала сеть. Татой пережд - лишний в сети, его можно
217


соответствующих изменений ее разметки неюторые переходы, в том
числе те, юторые уже срабатывали, больше ниюгда ие сработают, какие
бы варианты достижимых в сети разметок не возникали. Это означает,

что в моделируемых системах могут появляться ситуации, тупиковые
для некоторых событий. Например, в операционных системах подобные
случаи происходят при взаимных блокировках процессов (deadlocks)
при недоступности требуемых ресурсов. Таким образом, переходы в
сети Петри могут обладать различной активностью, и их можно разбить
на категории по уровню активности.

Уровень 0: переход t обладает активностью уровня 0 и называется
мертвым, если он никогда не может быть запущен.

Уровень 1: переход t обладает активностью уровня 1 н называется
потенциально живым, если существует такая разметка
М* € Л{ММз), что £ разрешен в Уровень 2: переход t
обладает активностью уровня 2, если для всяюго целого п существует
последовательность запусков, в которой t присутствует по крайней
мере л раз.

Уровень 3: переход t обладает активностью уровня 3, если существует
бесюнечная последовательность запусков, в которой £ присутствует
неограниченно часто.

Уровень 4: переход t обладает активностью уровня 4 н называется
живым, если для всякой М'€Я(ЛГ,М,) переход £ является
потенциально живым для сети Петри с начальной маркировкой -’jtf

Сеть Петри называется живой, если все ее переходы являются живыми.

В качестве примера, иллюстрирующего уровни активности, рассмотрим
сеть Петри на рнс.8.8. Переход to не может быть запущен ниюгда; он
мертвый. Переход fa можно запустить толью один раз; он обладает
активностью уровня 1. Переход fa может быть запущен произвольное
число раз, но это число зависит от числа запусюв перехода fa. Если мы
хугим запустить fa пять раз, мы запускаем пять раз fa, затем £з и после


этого пять раз Однаю, как толыо запустится ti ($1 должен быть

запулен до того, как будет запулен $з), число возможных запусков
станет фиксированным. Следовательно, ta обладает активностью

уровня 2, но не уровня 3. С другой стороны, переход $з можно

запускать бесконечное число раз, и поэтому он обладает активностью

уровня 3, но не уровня 4, постольку как толью запустится ti, переход £з
больше запустить будет нельзя.

Рис. 8.8. Сеть Петри, иллюстрируюпря различные уровни активности
переходов

Многие прикладные задачи анализа систем и процессов в терминах
сетей Петри могут быть сформулированы как задача о достижимости

заданной разметки сети. Эта разметка может соответствовать целевому

состоянию, в которое желательно перевести систему или процесс, или

наоборот, описывать состояние, попадания в юторое лучше избежать

(аварийное, убыточное и т.п.). Важность задачи о достижимости

заключается также в том, что к ней сводятся неюторые другие задачи
анализа сетей Петри.

Формально задача о достижимости состоит в следующем: для сети

Петри JV с начальной разметкой Мп и заданной разметки &F

установить справедливость включения Я £ Мп). Иными

словами,

требуется выяснить, существует ли допустимая

последовательность срабатываний переходов

переводился сеть Петри из начальной разметки Af„ в заданную
разметку М. то естьМ£>М.



Близкой по смыслу к задаче о достижимости является задача о
покрываемое™. Она заключается в том, чтобы для данной сети Петри
JV с начальной маркировкой Afc и заданной маркировки №
определить, существует ли такая достижимая маркировка

Напомним, что отношение ЛГ>Л/ истинно, если каждый элемент
маркировки не меньше соответствующего элемента маркировки Jtf*

Матричный метод анализа сетей Петри

Матричный метод основан на выражении (8.5), связывающим разметки

сети, которые были до и после срабатывания иеюторого перехода и

матрице ©, описывающей работу сети.

Пусть начальная разметка сети равна Если в сети допустима
последовательность срабатывания переходов	то

выполняются следующие соотношения

м=М.+D	» • «<,+-+»• Ч. = *Ь+Ж++•  • + Яд

Обозначив Т'=< •• • получим

АЛ = М0 + Х>.т
М*-Л^ = Р*г

(8.7)

Из-за того, что вектор тявляется суммой векторов вида (8.2) он должен
быть целочисленным неотрицательным вектором. Выполнение
соотношения (8.6) для неюторого целочисленного неотрицательного
вектора т является необходимым условием достижимости разметки Мм
из началь-ной разметки ЗЙЬ.

Выражение (8.7) является системой линейных неоднородных уравнений
относительно неизвестных компонент вектора т. Следует заметить, что
целочисленное неотрицательное решение уравнения (8.7), как правило,
ие определяет однозначно порядок срабатывания переходов, потому что
от порядка суммирования векторов вида (8.2) сумма
не зависит. Для нахождения требуемого
порядка срабатывания переходов необходимо проводить
дополнительные исследования.

>3

** I

е



Рис. 8.9. Сеть Петри

Рассмотрим пример решения матричным методом задачи о
достижимости. Спрашивается, достижима ли разметка
Л& = (1122)1’для сети Петри, изображенной на рис.8.9?

Если разметка достижима, то указать последовательность срабатываний
переходов, приводящую к данной разметке.

Матрица Я? для данной сети Петри имеет вид

о 
-1
о

1i

Матричное уравнение (8.6) для определения последовательности


pmatHzOOO
Ю-1

OXO

срабатываний переходов имеет вид

Без первого уравнения, которое

лняется, имеем

pmotnzlO-1
010

мт

систему трех уравнений с тремя неизвестными I 1I 2 1
w ы

Из второго и третьего уравнений получаем —	а из

первого —aSt =;$. Таким образом, в качестве решения имеем
целочисленный неотрицательный вектор

/э\

*= |з1

W

Этот вектор ие определяет порядок срабатывания переходов. Среди
последовательностей срабатывания есть невыполнимые, например,
 Среди последовательностей срабатывания переходов,
удовлетворяющих вектору необходимо искать допустимые. Допустимых
после-довательностей может быть много, а может и не быть вовсе. Для
данного примера допустимой последовательностью является
последовательность	или последовательность

Наличие неотрицательного положительного решения у линейного
уравнения для определения последовательности срабатывания является
только необходимым условием и не гарантирует реального существова-
ния такой последовательности. Например, рения задачу о


достижимости разметки Ш='ЙД W для описанной выше сети
Петри, в качестве решения мы получим неотрицательный
целочисленный вектор

Однако реальной последовательности, приводящей к требуемой
разметке, не существует, так как для срабатывания перехода £3
необходимо наличие в месте маркера. Но ^мшка, попавшая в не
может покинуть эту позицию.

Пример 2 (решение матричным методом задачи о достижимости).

Рассмотрим сеть

и исследуем достижимость разметки

из начальной разметки

lol

W
матрица имеет вид
9
1
1
-J

Матричное



0 |

*i|

if

уравнение для определения последовательности

срабатываний переходов имеет вид

pmatnzOOO
-по
-ш

Без первого уравнения, которое тривиально выполняется, имеем
систему

pmatrt® — 110

Складывая второе и третье уравнения, получим ipj. i=s^. Из первого
уравнения получаем	а из третьего	Таким образом, в

качестве решения имеем целочисленный неотрицательный вектор

Этот вектор не определяет порядок срабатывания переходов. Среди
последовательностей срабатывания есть невыполнимые, например




Среди последовательностей срабатывания переходов, удовлетворяющих
вектору необходимо искать допустимые. Допустимых
последовательностей может быть много, а может и не быть вовсе. Для
данного примера допустимой последовательностью является
последовательность

Матричный подход может быть использован для вектора весов,

относительно юторого

Петри является сохраняющей

(юнсервативной). Пусть Ipha ==	. (<Ха) - вектор-строка

нсюмых весов. В соответствии с приведенным выше определением
юнсервативность сети заключается в выполнении равенства (8.6). Обе
части этого равенства можно рассматривать как скалярные
произведения вектора а на векторы любых двух достижимых разметок.
Если в качестве одной из разметок взять начальную разметку Л&, а в
качестве второй - любую достижимую разметку то из (8.6) следует, что
в.М-в-М=а(М-Л4>) = 0. Из формулы (8.5) следует, что

В результате получаем, что	= для

всех векторов т, соответствующих достижимым разметкам. Равенство
выполняется, если	Это матричное выражение

представляет собой линейное однородное уравнение относительно
весов, составляющих вектор

Для сети, изображенной на рис.8.10, найдем матричным методом
вектор весов а, относительно юторого она является сохраняющей. Эта
сеть моделирует два взаимодействующих процесса обработки,
использующих общий ресурс (описывается местом
Рис. 8.10. Модель двух процессов, использующих неделимый ресурс

Матрица О для данной сети имеет вид

	М 0	1	О\
	0 -1	0	1
	1 О	-1 а	
	О 1  £-*4	—д	О -1  1 1/	

Легко заметить, что эта матрица имеет ранг 2 (третий столбец равен
первому умноженному на -1, а четвертый столбец равен второму
умноженному на -1). Поэтому система уравнений	для

вектора весов а = (at|)	включает в себя толью два

уравиеиия

-ац 4- «а - о® = О
ад 4- а* — are. = О

Существует бесюиечно много решений этой системы, юторые могут
быть получены из выражений

{«1 — йа -а®

— о< — flra

при произвольном задании весов	Из этих выражений
видно, что сеть ие является строго сохраняющей, т. к. вектор (1, 1, 1, 1,
1) не является решением системы. В качестве вектора весов,
относительно которого сеть является сохраняющей, нас интересуют
толью неотрицательные решения. Задавая	=	=	,

получим =	= 1. Вектор весов (1, 1, 1, 1, 0), являющийся

решением системы, означает, что сеть сохраняет суммарное юличество
фишек во всех местах, за исключением места Я&- (юличество фишек в
месте не учитывается прн подсчете обще-го числа в сети). Еще одно
решение (1,1, 2, 2,1) соответствует случаю, когда фишки в местах и
Pt учитываются прн подсчете взвешенной суммы фишек в сети с
коэффициентом 2.
Экономические информационные системы

Информационную инфраструктуру любой организации можно
представить в виде несюльких иерархических уровней, каждый из
юторых характеризуется степенью агрегированное™ информации и
своей ролью в процессе управления. В частности, можно выделить
такие укрупненные уровни, как уровень трансакционных систем,
уровень систем бизнес-интеллекта и уровень аналитических
приложений.

Иерархия информационных систем управления

Трансакционные системы

К трансакционным системам относятся системы управления ресурсами
предприятий (ERP-системы), а также неюторые другие решения,
например, автоматизированные банковские системы (АБС), биллинго-
вые системы, учетные приложения и некоторые другие. Все эта
системы имеют общую черту: они являются трансакционными, т.е.
предназначенными для обработки отдельных операций (трансакций).

Неюторые из трансакционных систем комплексны и состоят из
отдельных модулей. Например, модульная структура свойственна ERP-

системам, основная задача юторых - объединить различные службы
предприятия в единый управленческий юнтур. Кроме того, такие
системы всетда имеют набор финансовых и учетных фунаций. Поэтому
трансакционные системы представляют собой источники первичной
информации, используемой для последующей аналитичесюй
обработки. Данные из трансакционных источниюв требуется собрать,
структурировать и представить в виде, уцобном для принятая решений.

Сами трансакционные системы тоже содержат неюторые
аналитические возможности, но эта функции скорее носят
вспомогательный характер и существенно уступают аналогичным
возможностям аналитических систем. Тем не меиее, роль
трансакционных систем для решения задач бизнес-аналитики крайне
важна, поскольку именно они являются поставщиками информации для
систем бизнес-интеллекта и аналитических приложений.
Системы бизнес-интеллекта



Понятие систем бизнес-интеллекта (Business Intelligence,
BI) является довольно емким и объединяет различные средства анализа
и обработки данных масштаба предприятия. Среди BI-систем можно
выделить такие составляющие, как хранилища и витрины данных,
инструменты оперативной аналитически обработки (OLAP-системы),
средства обнаружения знаний, а также средства формирования
запросов и построения отчетов.

Важную роль среди Bi-систем играют хранилипр данных (data
ware-house, DW), обеспечивающие сбор, упорядочение и хранение
больших объемов информации, полученной из разных источник».
Один из авторитетных специалистов в этой области, У Инмон,
определяет хранилища данных как "предметно-ориентированные,
интегрированные, стабильные, поддерживающие хронологию наборы
данных, используемые для поддержки принятия управленческих
решении" Г391. Ценность хранилищ данных заключается в том, что они
представляют собой крупные базы данных масштаба предприятия,
юторые содержат определенную информацию и обеспечивают ее
оперативное представление в виде, удобном для пользователя или для
дальнейшей обработки другими аналитическими системами.

Витрины данных (data marts), как и хранилища, представляют
собой структурированные информационные массивы, но их отличие
состоит в том, что витрины данных в еще большей степени являются
предметно-ориентированными. Как правило, витрииа содержит
информацию, относящуюся к какому-либо определенному предметному
направлению деятельности организации. Поэтому информация в
витринах данных хранится в специальном виде, наиболее подходящем
для решения юнкретных аналитических задач или обработки запросов
определенной группы аналитик».

Что касается систем аналитически обработки данных в режиме
реального времени, или OLAP-систем (On-Line Analytical
Processing), то их особенность состоит в многомерности хранения
данных (в отличие от реляционных таблиц), а также в предрасчете
агрегированных значений. Это дает пользователю возможность строить


оперативные нерегламентиро-ванные запросы к данным, используя ряд
аналитических направлений. Кроме того, для OLAP-систем характерна
предметная (а не техническая) структурированность информации,

позволяющая пользователю оперировать привычными экономическими

категориями и понятиями.

Еще одним элементом BI-платформы, юторый часто выделяют в
отдельную категорию, являются средства обнаружения знаний (data
mining). Один нз ведущих экспертов в данной области, Г. Пиатецкий-
Шапиро, определяет деятельность таких систем как процесс
обнаружения в сырых данных ранее неизвестных, нетривиальных,
практически полезных и доступных интерпретации знаний,
необходимых для принятия репений в различных сферах человечеснэй
деятельности Г401. В деятельности систем обнаружения знаний
используются такие методы анализа данных, как фильтрация, деревья
репений, ассоциативные правила, генетические алгоритмы, нейронные
сети, статистический анализ.

Наконец, к числу BI-снстем относятся средства формирования запросов
н построения отчетов (query and reporting tools). Такие
системы обеспечивают построение запросов к информационно-
аналитическим системам в пользовательских терминах, с возможной
интеграцией данных из разных источников, а также просмотр
информации с возможностью ее детализации и агрегирования,
построение отчетов и их печать.

Аналитические приложения

Аналитические приложения (analyt. кардинально отличаются от трансакцнонны ориентированы не на обработку отдельны? агрегированной информации. Для того чтобы могла считаться аналитическим прило удовлетворять следующим критериям Г4111:	ic	applications)  х систем, постольку они ; операций, а на анализ информационная система женнем, она должна

• она должна позволять структурировать и автоматизировать
процессы, способствующие повышению качества управленчесызй


информации, что, в свою очередь, приводит к повышению

качества принятия решений. Это достигается путем применения

правил, процедур и технологий, основанных на соответствующей
методологии и направленных на решение определенных бизнес-
проблем;

она должна поддерживать аналитические функции, т.е. оперкции

по анализу данных, полученных из самых разных источников -
внутренних или внешних, финансовых или операционных;

это должен быть самостоятельный программный продукт,
функционирующий независимо от трансакционных систем, но в
то же время способный взаимодействовать с ними "в обе
стороны" - как в части получения исходных трансакционных
данных, так и в части обратной передачи результатов их
обработки.

Важно не пугать аналитические приложения с системами бизнес-
иителлекта: их функциональность существенно отличается от В1-снстем
в трех аспектах - предметной специализкции, сегментации рынка и
структуре Г421.

С точки зрения предметной специализации аналитические приложения

предназначены для определенных аналитических бизнес-процессов, в
то время как средства бизнес-интеллекта имеют более общие функции.

С некоторой долей условности можно сказать, что с аналитическими
приложениями работают конечные пользователи-аналитики, a BI-

системы используются техническими специалистами в качестве

инструмента для создания аналитических приложений для тех же
пользователей.

С точки зрения сегментации рынок аналитических приложений может

быть структурирован в зависимости от вида аналитических процессов

(иапример, маркетинг, оперкциоииое планирование, бюджетирование,
консолидация финансовой отчетности), в то время как рынок средств
бизнес-интеллекта может быть сегментирован в зависимости от типа
архитектуры каждой из систем (например, системы "data mming’' или
OLAP-системы).

С точки зрения структуры аналитические приложения помогают

пользователям координировать бизнес-процессы и получать
определенный результат (например, разработанный бюджет или оценку
деятельности основных поставщиков), в то время как средства бизнес-
интеллекта поддерживают функции, юторые заранее в системе не
предопределены (построение пользовательских запросов, проведение
специализированного анализа н др.).

В то же время развитие аналитических приложений и систем бизнес-
интеллекта тесно взаимосвязано. Аналитические приложения
способствуют увеличению числа пользователей BI-систем, постольку
именно BI-технологин лежат в основе многих готовых предметно-
ориентированных аналитических приложений. В то же время было бы
неверным считать, что аналитические приложения могут полностью
заменить BI-системы: потребность в настраиваемых программных
продуктах, выполняющих специфические функции, не толью
существует, но и буцет расти по мере возникновения новых типов задач
в области анализа данных.
Системы управления ресурсами предприятия (ERP-
системы)

Информационные системы, охватывающие управление всеми видами
ресурсов предприятия (материальными, трудовыми, финансовыми),
получили название ERP-систем (Enterprise Resource Planning). Именно
такие системы позволяют объединить в единый управленческий контур
функции текущего планирования и учета, а также соответствующие
службы предприятия - маркетинг, продажи, производство, снабжение,
учет, финансы [43].

Сущность ERP-систем

В соответствии с определением Американской ассоциации по
управлению запасами и производством (American Inventory
and Production Control Society, ARICS') термин "ERP-
система" может употребляться в двух значениях. Во-первых, это
информационная система для идентификации и планирования всех
ресурсов предприятия, юторые необходимы для производства, закупки,
отгрузки и учета в процессе выполнения клиентских заказов. Во-вторых
(в более общем юнтексте), это методология эффективного
планирования и управления ресурсами предприятия, юторые
необходимы для производства, закупки, отгрузки и учета при
исполнении заказов клиентов в сферах производства, дистрибуции и
оказания услуг.

Практически все ERP-системы построены по модульному принципу
что дает предприятию возможность выбора и внедрения лишь тех
модулей, юторые ему действительно необходимы. Модули разных
систем могут отличаться как по названиям, так и по содержанию. Тем ие
менее, есть неюторый набор фунаций, юторый может считаться
типовым для всех программных продуктов класса ERP. Рассмотрим
основные функции ERP-систем, условно подразделив их на функции
управления запасами и производством, функции учета и управления
финансами и фунации управления персоналам Г441.

Управление запасами и производством
К основным функциям ERP-сисгем в области управления запасами и
производством относятся: управление спецификациями изделий и
технологиями производства, планирование операций, управление
продажами, управление запасами, управление закупками, управление
производственными процессами.

Управление спецификациями изделий и технологиями производства

Современное промышленное производство характеризуется наличием
сложных изделий, состоящих из сотен или даже тысяч составных
частей - деталей, узлов, агрегатов и т.д. Структура таких изделий может
быть схематично представлена в графическом виде, когда на первом
(верхнем) уровне располагается само изделие, а иа нижестоящих
уровнях - те агрегаты, узлы и детали, из которых это изделие состоит.

Схема, отражающая состав сложного изделия, в английском языке
получила название bill of material (BOM), в русском языке
аналогами являются такие термины, как спецификация, состав изделия
или рецептура. В такой схеме одна и та же деталь может присутствовать
несколько раз, оиа может использоваться в составе разных узлов и
агрегатов. Процедуру определения связей между различными уровнями
изделия называют разузлованием (explosion). Схема разузлования
позволяет представить сложное изделие как совокупность
элементарных деталей, вяэдящих в его состав. Такое представление
изделия исключает дублирование одниаювых компонент, хотя при этом
теряется представление о том, какие детали входят в состав отдельных
узлов и агрегатов.

Функции управления спецификациями и технологиями ERP-систем
позволяют организовать ведение реестра спецификаций, включая
специфические характеристики продуктов и условия нэнтроля их
качества. При этом для каждой позиции может поддерживаться
несколько вариантов спецификаций.

Характеристики технологий производства включают описание
последовательностей производственных процессов и отдельных
оперкций, а также всех материалов и трудозатрат, необходимых для
производства той или иной продукции. Некоторые ERP-системы


(например, применяемые в химическэй или пищевой промышленности)
позволяют динамически корректировать формулы и рецептуры в
зависимости от свойств и качества исходных материалов.

Спецификации позволяют определить все необходимые ресурсы,
задействованные на разных стадиях производственного процесса, т.е.
информацию для текущего планирования материальных потоков и
загрузки производственных мощностей. Характеристики изделий и

описания технологических процессов также важны и для оперативного

управления производством, например, в случаях, когда требуется

согласовать спецификации продуктов с особенностями тех или иных
производственных линий.

Планирование операций

Фунациональносгь E-RP-систем позволяет поддерживать полную
иерархию операционного планирования текущего уровня, включая
формирование основного производственного плана, планирование
потреб-ностей в материалах, планирование загрузки мощностей, а
также формирование оперативных объемно-календарных планов.

Функции формирования основного производственного плана дают

возможность разработать производственный план, соответствующий

как уже имеющемуся портфелю заказов, так и прогнозируемому объему

продаж, с учетом доступных ресурсов. При формировании основного
производственного плана для каждого периода определяется объем
конечной продукции, который необходимо произвести, с учетом

ожидаемого спроса, имеющижя запасов и производственных
мощностей.

Функции планирования потребностей в материалах позволяют
определять, какие материалы и в каюм количестве предприятию
следует приобрести или произвести на основании основного
производственного плана и соответствующих ему производственных
заданий.

Функции обобщенного планирования загрузки мощностей
предоставляют возможность формирования обобщенных планов
загрузки, а также просмотра запланированных потребностей в ресурсах
и сравнения их с имеющимися ограничениями. 'Обобщенность"
означает, что ограничения по ресурсам учитываются на уровне групп
оборудования, подразделений или предприятий, и это гарантирует не
превьшЕние общего уровня загрузки.

Функции оперативного планирования загрузки мощностей позволяют
учитывать динамику и реальное состояние производства. Это дает
возможность приводить производственные планы в соответствие с
доступными мощностями. Таким образом, средства детального
планирования загрузки производственных мощностей позволяют
планировать работы в соответствии с основным производственным
планом в рамках заданного периода планирования, с учетом
производственныхи эксплуатационных заданий.

Намэнец, ERP-системы позволяют формировать и контролировать

исполнение детальных объемно-календарных

планов, которые

формируются для отдельных производственных заказов, с учетом
приоритетов их исполнения.

Управление продажами

В качестве основных функций управления продажами можно выделить
ведение информационной базы о клиентах, оценку возможности
принятия клиентских заказов к исполнению, управление запасами
готовой продукции и ее отгрузюй, расчеты цен заказов, а также
обработку клиентских запросов.

Ведение информационной базы о клиентах предусматривает заведение
на каждого клиента 'Электронной карточки", в юторой регистрируется
вся существенная информация. К такой информации, например,
относится наименование клиента, его принадлежность к той илн иной
категории, юнтактные данные, платежные реквизиты, типовые условия
поставок и оплаты за отгруженную продукцию.

Оценка клиентских заказов служит основой для принятия решения о
том, следует ли принять заказ к исполнению илн отклонить его. Это
первый логический наг производственного процесса, поскольку именно
он предваряет формирование портфеля реальных заказов. В этой части
•ЕЯР-система дает возможность

обобщенной оценки

потенциального заказа, так и его детального анализа.

Формирование заказа сопровождается составлением комплектовочной
ведомости, которая содержит информацию об объемах отгрузок, а также
о складах, откуда будет производиться отгрузка готовой продукции. На
основе таких ведомостей может быть организована автоматическая
отгрузка, с автоматическим формированием всех соответствующих
документов. Для международных операций документы могут
формироваться на языке заказчика и в валюте, определенной для
конкретного заказчика. Система также предоставляет возможность
начисления различных налогов, скидок и наценок, в зависимости от
заказчика или особенностей заказа.

ЕЯР-система может полностью обеспечить процедуру
ценообразования, включая определение цен и формирование прайс-
листа. Также можно организовать процесс заключения договора,
принятие его к исполнению и дальнейший контроль исполнения. При
заключении договора определяются такие его условия, как
номенклатура, размер партии, стоимость, условия и сроки поставки и
оплаты. После этого договор ре-гистрируется и ставится на контроль, а
на его основе формируются заявки на изготовление продукции.

Немаловажным моментом в отношениях предприятия с его клиентами
является возможность быстро и четко реагировать на клиентские
запросы, касающиеся конкретных заказов. Для этого в ЕЯР-системах
пре-дусматриваются специальные функции обработки клиентских
запросов. Каждый раз, когда клиент интересуется состоянием своего
заказа, менеджер может воспользоваться "экраном клиентских
запросов", который позволяет получить оперативную информацию обо
всех заказах клиента и состоянии финансовых взаиморасчетов. При
этом менеджер может получить всю необходимую информацию о
конкретном клиенте, отсортировать заказы по датам, клиентам, номерам
и статусам заказа, просмотреть детали по любому из заказов и если

необходимо

внести изменения

дополнении, просмотреть

бухгалтерские проводки по счетам дебиторов для определения
кредитного статуса клиента, просмотреть детали переписки и контактов
с клиентом, просмотреть складские позиции и забронировать товар,
просмотреть предварительные оценки заказов и сформировать заказ.
Управление запасами



ЕРР-системы

позволяют управлять материальными потоками,

синхронизируя их по времени, с учетом имеющихся запасов и их
использования для производства каждого вида продукции.
Соответствующие функции системы позволяют оперативно выявлять
проблемы, связанные с запасами. В частности, специальные отчеты

позволяют контролировать наличие материалов иа складах и в
производственных цехах, а также фор-мировать перечни всех
материалов, необходимых для выполнения конкретных заказ-нарядов на
производство, включая отсутствующие материалы, которые должны
быть закуплены или произведены.

В ЕРР-системе каждый вид запасов подлежит описанию, которое
может быть различным для разных категорий материалов. Кроме того, в
зависимости от происхождения и роли в процессе производства запасы
могут характеризоваться как закупаемые, производимые, переменяемые,
складируемые или нескладируемые.

В части управления складами ЕРР-система позволяет контролировать
состояние каждого склада в режиме реального времени. При этом
менеджер может видеть каждую единицу материала или товара
независимо от того, где имеиио она наждится, даже если этот тип
материала складируется в нескольких местах Одной из наиболее
важных функций является синхронное управление иесюлькими
складами одновременно. При этом иа разных складах могут храниться
запасы с одинаковыми кодами, а также с одинаковыми или разными
наборами счетов, по которым производится учет.

Функции управления запасами ЕРР-систем, как правило, дополняются
набором стандартных отчетов. К их числу относятся отчеты по
складским оперкциям, отчеты о запасах по местам складирования,
отчеты о транзитных запасах и другие.

Отравление закупками

ЕРР-системы поддерживают функции, связанные с закупочной
деятельностью предприятия. В частностн, система позволяет


инициировать закупочные операции на основе информации из разных

источниюв. К числу документов, юторые могут служить основанием

для инициирования закупочных операций, относятся заказы на
приобретение сырья и материалов, клиентские заказы, заказ-наряды иа
производство, заявки на перемещение материалов, план-график

выпуска продукции. При этом система позволяет юнтролировать раслэд

материально-производственных запасов и их пополнение в

хронологическом порядке по каждому на-именованию.

Система позволяет юнтролировать преобразование заявки на закупку в
заказ к поставтодку при этом заявка может иметь разные статусы,
например, "заявлено", "одобрено", "отклонено", "приостановлено",
"преобразовано в заказ", "архив". При преобразовании заявки в заказ все
позиции должны иметь статус "сдобрено" и иметь соответствующего
поставщика.

После формирования заявок на закупку и одобрения заявленных
позиции уполномоченным лицом формируются сводные заказы
поставщикам. На базе одного заказа иа закупку можно осуществить

Отравление закупками в ЕйР-системах позволяет отслеживать такие

данные, как состояние расчетов с поставщиками (график платежей),
тарифы и возможные скидки. Каждая строка заказа на закупку может
быть привязана к породившим ее операциям: заказ-наряду на

производство, заказу клиента, складскому заказу заказу на перемещение,

проекту При этом для одного и того же товара или запаса система

позволяет использовать различные единицы измерения и обеспечивать
их преобразование.

Отравление производственными процессами

Современные промышленные предприятия должны иметь возможность
применять различные методы производственного менеджмента, в
зависимости от особенностей производственных процессов и форм
организации производства. Поэтому функциональность
производственных модулей ЕйР-систем включает различные методы
управления, позволяющие обеспечить необходимый уровень контроля
производства. К таким методам, в частности, относятся метод заказ-
нарядов на производство (для управления выпуском продукции под
заказ), метод производственных графиков (для управления серийным
производством), метод JIT/KANBAN.

предлагает самый детальный уровень юитроля, но взамен требует боль-
шого объема ввода данных. С другой стороны, метод KANBAN

предполагает очень простое планирование и контроль операций, но

предоставляет средства и аналитические данные, юторые делают
производство эффективным и гибким.

Учет и управление финансами

Сущность финансового и управленческого учета

Формирование финансовой и управленческой отчетности представляет

собой одну из функций бухгалтерсюго учета, являющуюся системой

сбора, упорядочения и представления экономической информации,
ориентированную на две большие группы пользователей - внешних
(инвесторов, кредиторов, органы государственной власти, фискальные
органы, общественность) и внутренних (директоров и менеджеров
предприятия). Соответственно, исходя из ориентации иа ту или иную
группу пользователей, выделяют два основных направления
бухгалтерсюго учета - финансовый и управленческий учет.

Финансовый учет (financial accounting) ориентирован,

утвержденными стандартами. Управленческий учет (management

accounting) ориентирован, прежде всего, на внутренних
пользователей экономической информкции. Ои не является
обязательным, ведется по решению руководства предприятия, а
принятые методы, подходы и формы управленческой отчетности
определяются из соображений полезности для принятия
управленческих решений.

Несмотря на объективные различия, финансовый и управленческий
учет тесно связаны между собой. Многие принципы, методы и подходы
с одинаковым успехом используются как для формирования внешней
фи-нансовой отчетности, таки в управленческих целях.

Типовая учетная функциональность ЕЯР-систем охватывает такие
области, как ведение главной книги, расчеты с дебиторами и
кредиторами, учет основных средств, учет денежных средств
(банковские и кассовые операции), учет материально-
производственных запасов, расчеты с персоналом, налоговый учет,
формирование бухгалтерской отчетности, а также (что, пожалуй,
наиболее важно с точки зрения управления) параллельный учет н
аналитические возможности.

Главная книга

Центральное место в учетной системе занимает главная бухгалтерская

книга.

основное назначение - регистрация всех фактов

производственно-хозяйственной деятельности предприятия и создание
основы для их последуюпрго анализа.

Основным элементом главной книги являетсв план счетов, который
играет роль основного справочника для классификации активов и
пассивов компании. Каждый счет определяется его номером. Логически
иомер счета, как правило, разбивается на главный счет и субсчет.
Среди счетов можно выделить бухгалтерские и вспомогательные счета.
Бухгалтерские счета соответствуют структуре рабочего плана счетов
юмпании и используются в бухгалтерских проводках. Счета могут быть
подразделены на типы в соответствии с методологией бухгалтерского
учета: активы, обязательства, капитал, доходы, расходы.
Вспомогательные счета служат для структурирования информации
(например, в форме заголовков), а также для расчета итогов по группам

счетов.
Каждый счет главной книги содержит несколько аналитических кодов,
юторые позволяют группировать счета и проводки для различных
аналитических и управленческих целей.

Для формирования бухгалтерских проводок в ERP-системах, как
правило, предусматриваются журналы, каждый из которых относится к
определенной области деятельности: например, журналы расчетов с
дебиторами, расчетов с кредиторами, расчетов с банком, операций с
основными средствами, складских операций, расчетов по заработной
плате, закупок, производственных операций, операций по проектам.
Данные об операциях накапливаются в бухгалтерских журналах до тех
пор, пока они не будут проверены и проведены по счетам главной
книги.

Важным свойством ERP-систем является их мультивалютность, т.е.
поддержка ведения счетов главной книги, выполнения бухгалтерских
проводок и формирования сводной отчетности в разных валютах Это
связано с тем, что даже на относительно небольших предприятиях
ведение бизнеса требует представления операций в различных валютах,
а также оценки экономической эффективности этих операций с разных
точек зрения.

Расчеты с дебиторами

Функции учета расчетов с дебиторами в ERF-системах тесно
интегрированы с фунациями клиентский обслуживания, юторые
служат для обработки всех операций с клиентами, в том числе
выставление счетов и обработку входящих платежей. Возможности
системы, в частности, включают ведение и юнтроль дебиторских
лимитов, ведение прайс-листов и условий предоставления скидок,
автоматическое и ручное выстав-ление счетов, обеспечение расчетов с
применением векселей, формирование напоминаний об оплате,
выставление счетов на оплату пеней и штрафов, отчетность по срокам
платежей.

Расчеты с кредиторами
Функции учета расчетов с кредиторами обеспечивают обработку всех
оперкций с поставщиками и подрядчиками, у которых предприятие
приобретает товары, работы и услуги. Система предусматривает
автома-тическую интегркцию бухгалтерии кредиторов с функциями
снабжения и поддерживает выполнение таких оперкций, как
формирование заказов, отражение поступающих к оплате счетов,
проведение полных или частичных платежей (в т.ч. с использованием
чеков и векселей), выполнение авансовых платежей, составление
отчетов по срокам платежей.

Основные средства

Учет основных средств в ЕНР-сисгемах обеспечивает отражение
текущего состояния, движения и амортизации основных средств, к
числу которых относятся здания, сооружения, оборудование,
вычислительная техника и другие объекты. Возможности системы
помогают принимать решения в отношении выбора методов
амортизкции, списания и замены основных средств.

При выбытии объекта основных средств система автоматически
рассчитывает все заданные параметры, а также формирует все
необходимые бухгалтерские проводки.

Денежные средства

Функции учета денежных средств используются для проведения
оперкций (расчетов) через банковские счета предприятия. К числу таких
оперкций относятся формирование заявки на выполнение платежа,
подготовка платежного поручения, получение подтверждения
(выписки) из банка об исполнении платежа, выверка банковской
выписки, формирование соответствующих бухгалтерских проводок. При
этом счета, открытые в одном банке, объединяются в одну труппу что
обеспечивает наглядность представления ииформкции.

Кроме того, данный модуль предназначен для ведения кассовых
оперкций: выполнения наличных расчетов (поступления денежных
средств в кассу выдачи денежных средств из кассы), бухгалтерского
учета операций, ведения кассовой книги, печати первичных документов
и соответствующих отчетов (приходныхи расходных кассовых ордеров).

Материально-производственные запасы

Оценка материально-производственных запасов при отпуске в
производство или ином их выбытии может производиться с
применением сплошного метода, метода средней стоимости, FIFO или
LIFO. На основе этих методов в ERP-системе реализуются функции
производственной бухгалтерии, которые позволяют автоматизировать
учет таких операций, как списание в производство сырья, материалов и
полуфабрикатов, прияэдование собственных полуфабрикатов и отходов
производства, учет потерь в пределах норм и сверх норм, отнесение
расходов на электро-, тепло- и водоснабжение на основное и
вспомогательное производство, учет перемещения полуфабрикатов
между цехами, учет цеховых транспортных расходов, учет затрат иа
ремонт.

Расчеты с персоналом

Как показывает практика, расчеты с персоналом (заработная плата,
расчеты с подотчетными лицами) различаются в разных странах из-за
законодательных требований и национальных традиций. Поэтому
несмотря иа наличие соответствующей функциональности в "западных"
ERP-системах, российские партнеры ыэмпаний-разработчиыэв
вынуждены довольно существенно перерабатывать модуль расчетов с
персоналом. Тем самым обеспечивается учет российских особенностей
без нарушения целостности информационной системы предприятия.

Важным элементом финансовой составляющей ERP-системы является
налоговый учет, позволяющий обеспечить соответствие российскому
законодательству в области налогообложения. Налоговая
функциональность ERP-систем позволяет автоматически рассчитывать
налоги и отражать эти расчеты иа соответствующих бухгалтерских
счетах. Для каждого из налогов в системе создаются налоговые коды, на
основе юторых затем формируются налоговые группы и налоговые
группы номенклатуры.

Бухгалтерская отчетность

ERP-системы позволяют автоматически формировать бухгалтерскую
отчетность (как годовую, так и промежуточную), предусмотренную
соответствующими нормативными документами. В частности, система
обеспечивает составление таких форм, как балансовый отчет, отчет о
прибылях и убытках, отчет о движении капитала, отчет о движении
денежных средств. К числу форм отчетности также относятся
приложения к бухгалтерскому балансу, отчет о целевом использовании
полученных средств, справка об авансовых взносах налога в бюджет,
налоговые декларации, сведения о счетах в рублях и иностранной
валюте, расшифровка дебитор-сюй и кредиторской задолженности и
другие формы отчетности.

Аналитические возможности

Наюнец, рассмотрим наиболее важную с точки зрения управленчество
учета функциональность ЕКР-сисгем - аналитический учет и
управленческую отчетность.

Любая ERP-система включает в себя довольно большое число так
называемых стандартных отчетов. Эта своеобразная библиотека -
результат опыта, натопленного при внедрении системы в разных
странах. Примечательно то, что управленческие отчеты (в отличие от
(финансовой отчетности) не регламентируются никакими внешними
нормативными документами и практически не зависят от специфики
той или иной страны. Это тот редкий случаи, тогда функциональность
западных разработок может применяться в России без катой-либо
дополнительной адаптации.

Наличие стандартных отчетов позволяет любому предприятию
составить нужный комплект отчетности на основе тех, юторые уже
заложены в систему Но даже если потребуется составить какой-нибудь
Для удобства работы пользователей любой отчет можно "выгрузить" в
электронную таблицу (например, Microsoft Excel) для
последующего анализа и обработки.

Управление персоналом

Модули управления персоналом ЕЯР-систем позволяют собирать,

хранить и использовать на практике структурированную информацию о
сотрудниках компании, их квалификации и производственном опыте.
Прежде всего, обеспечиваются функции кадрового учета, многие из

которых регламентируются действующим законодательством. К числу

таких функций, в частности, относятся: ведение штатного расписания,

ведение списка сотрудников с соответствующими анкетными данными,

учет операций по приёму н увольнению персонала, формирование

табеля учета рабочего времени (включая отражение отпусков н

отсутствия сотрудников на работе по болезни или другим причинам),
оформление трудовых книжек, формирование необходимой отчетности.

Планирование повыпения квалификации сотрудников н их

продвижения по службе также может быть реализовано прн помощи

специальных функций и инструментов. В частности, можно оценивать
текущий уровень квалификации и выявлять области возможных

улучшений, а затем на основе этого планировать мероприятия,

направленные на практическую реализацию выявленных
возможностей. Кроме того, имеется возможность автоматизации
управления учебными программами и тренингами, как внешними, так н
внутрикорпоративными.

Ограниченность ERP-систем

Роль ЕРР-систем в управлении ресурсами предприятия трудно
переоценить. Такие системы представляют собой важнейший элемент
текущего н оперативного управления основной деятельностью
(операциями) предприятия, включая материальные запасы,
производственные мощности, труцовые ресурсы и, конечно же,
финансы.

Тем не менее, было бы неверным считать ERP универсальным
инструментом, решающим абсолютно все управленческие задачи Г431.
Действительно, ERP-сисгема имеет дело со всеми видами ресурсов, но
это вовсе не означает, что она обеспечивает все виды управления. И
методология, и технология ERP имеют свои рамки, в которых они
исторически разрабатывались и развивались. Есть некоторый набор
функций и организационных принципов, которые можно считать
базовыми для всех систем этого класса. При этом отличия одних
программных продуктов от других сводятся к вариациям этих базовых
функций (глубине проработки и, возможно, ориентации на
определенные типы производства), а также к некоторым
дополнительным функциям.

В то же время есть ряд задач управления, выходящих за рамки ERP, и
это признают даже сами разработчики таких систем. К таким задачам, в
частности, относятся стратегическое управление, долгосрочное и
среднесрочное корпоративное планирование, а также многие
аналитические задачи. Характерный пример - корпоративное
бюджетирование. С одной стороны, в KRF-сисгеме имеется вся
информация, необходимая для полноценного бюджетирования, -
данные о продажах, закупках, запасах, финансовых вза-имоотношениях
с контрагентами. Но, с другой стороны, бюджетный период, как
правило, существенно превышает горизонт планирования,
охватываемый планами текущей деятельности, которые формируются
при помощи ERP-системы. Поэтому ERF-система может предоставить
лишь некоторую часть данных для построения корпоративного
бюджета, а также обеспечить учетную информацию для план-факт
анализа.

В результате одного из исследований, посвященных перечисленным
проблемам, были выделены несколько причин ограниченности ERP как
систем управления Г411.

1.	ERP-системы сложны и ориентированы иа обработку большого
количества отдельных бизнес-операций (трансакций).
Ориентация ERp-систем на управление операциями делает
затруднительным обобщение и анализ данных для поддержки
принятия управленческих решений, особенно в случаях, когда
речь идет о нестандартных аналитических задачах Дело в том,
что в KRF-системе данные, как правило, хранятся во множестве
реляционных файлов, связанных между собой. Например, файл
'Справочник клиентов" связан с файлом 'Счета, выставленные
клиентам", который, в свою очередь, связан с соответствующей
позицией конкретного счета. Все это позволяет эффективно
отслеживать детали отдельных операций, и в этом отношении
ЕйР-системы незаменимы. Однако принятие стратегических
решений основывается на информации другого характера -

агрегированной на макроуровне и особым
структурированной. Именно такая информация

образом
помогает

руководителю оценить ситуацию, смоделировать различные
сценарии и выбрать тот или иной вариант действий. В рамках
ERP-системы это требует не толью знания специального языка
формирования запросов, но и структуры данных, поэтому задача
оперативного извлечения необходимой информации нз
множества информационных массивов оказывается практически
не-выполнимой.

2.	ERP-системы, как правило, поставляются с набором стандартных
отчетов, юторые сфокусированы, опять же, на параметрах
отдельных трансакций. Это свойство чрезвычайно важно для
оперативной деятельности, например, для управления заказами
или отношениями с внешними юнтрагентами. Но, поскольку
ERF-система оперирует понятиями документов, проводок,

и т.д., формирование гибюй аналитичесюй
основанной на показателях и их взаимосвязях

маршрутов
отчетности,

становится затруднительным, даже при наличии генераторов
отчетов.

3.	Медленное формирование управленчесюй отчетности на основе
трансакционных данных Чем больше количество операций
юмпании, тем медленнее происходит формирование
управленчесюй отчетности, что не позволяет менеджеру получать
своевременную, а ие устаревшую информацию. Эта проблема
частично может быть репкиа за счет оптимизации
вычислительных ресурсов и повышения мощности аппаратной
части системы, ио даже эти меры недостаточны, например, для
выполнения нестандартных аналитических запросов.
4.	Цикл закрытия учетного периода требует времени. Получение
наиболее важной финансовой информации из ЕЯР-системы

связано

закрытием учетного периода. Этот процесс

предусматривает специальные бухгалтерские проводки и
формирование отчетов, ио такие процедуры выполняются лишь
спустя некоторое время после завершения соответствующего
периода. Однако возможен и другой путь - получить из ERP-
системы ие готовые отчеты, а лишь остатки по счетам (т. н.
'Проверочный баланс'), после чего загрузить их в аналитическую
систему обработать и получить управленческую информацию из
аналитической системы. Это не является альтернативой
формирования полного пакета отчетности средствами ERP-
системы, но для поддержки принятия управленческих решений
такой способ вполне подходит, поскольку процесс получения
важной информации существенно ускоряется, а возможные
погрешности, как правило, не столь существенны.

Результаты упомянутого исследования подтверждают, что
функциональность ЕЯР-систем не может считаться достаточной ни для
принятия управленческих решений на стратегическом уровне, ни для
оперативного анализа информации.

Один из путей решения перечисленных задач - развитие самих ERP-
систем в сторону повышения их аналитической функциональности. Это
действительно дает определенный эффект, но в основном на уровне
управления операциями. Однако иа стратегическом уровне управления
возможности ЕЕР-систем все же оказываются ограниченными. Именно
это и привело к появлению остальных уровней "аналитичеоюй
пирамиды", включая системы бизнес-интеллекта и аналитические
приложения.

Таким образом, в силу ряда причин ЕЯР-системы, ориентированные иа
управление текущей деятельностью, не могут обеспечить решение
стратегических задач. Однако они выполняют ряд важных фунаций,
которые крайне необходимы с точки зрения информационной
поддержки корпоративного управления и стратегичесюго менеджмента.

Во-первых, ERp-системы обеспечивают процессы текущего
планирования и оперативного управления деятельностью предприятий.


При этом в качестве основы для текущего планирования выступают
данные, сформированные системой корпоративного планирования и

бюджетирования. Таким образом, обеспечивается преемственность и
согласованность трех уровней управления - стратегичесюго,
тактического и оперативного, что позволяет обеспечить ориентацию

текущей деятельности компании на решение стратегических задач.

Во-вторых, ERP-системы (точнее, их учетные модули) представляют
собой основной источник фактически информации для системы
информационной поддержки корпоративного управления и
стратегичесюго менеджмента, постольку именно они обеспечивают
регистрацию операций и обобщение трансакционных данных. Эта
информация впоследствии используется на корпоративном уровие для
анализа и контроля реализации стратегий.

В-третьих, именно ERP-системы формируют "индивидуальную"
финансовую отчетность, т.е. отчетность отдельных предприятий. Такая
отчетность представляет самостоятельную ценность, постольку оиа
является публичной и становится доступной для всех стейкжлдеров
после ее опубликования. Кроме того, индивидуальная финансовая
отчетность используется на корпоративном уровне в качестве исходной
информации для формирования консолидированной финансовой
отчетности, дающей пользователям экономической информации
представление о группе компаний в целом.

Можно сделать вывод о необждимости интеграции ERP-систем с
аналитическими системами стратегического уровня. Такая интеграция
позволяет обеспечить всех заинтересованных лиц (и прежде всего -

руко-водителей
управленчесюй

и менеджеров предприятия) качественной
информацией для принятия обоснованных

управленческих репЕний.


Системы бизнес-интеллекта (В1-сисгемы)

Типичная ситуация, характерная для практически любой достаточно

крупной организации, - наличие множества систем автоматизации для

решения разных задач, разрозненное хранение данных и, как следствие,
- отсутствие единого взгляда на управленческую информацию.

Сущность систем бизнес-интеллекта

Типичная ситуация, характерная для практически любой достаточно
крупной организации, - наличие множества систем автоматизации для
решения разных задач, разрозненное хранение данных и, как следствие,
- отсутствие единого взгляда на управленческую информацию Г451.
Создается парадоксальная ситуация. С одной стороны, в
информационных системах предприятия имеется вся информация,
необходимая для анализа. Но, с другой стороны, анализировать
информацию, хранящуюся в различных трансакционных системах, базах
данных и электронных таблицах, становится невозможно.

информацию, аналитик должен не толью понимать, в каких источниках

эти данные находятся, но и знать их структуру и форматы. Кроме того,

надо быть готовым к ситуациям, когда одни и те же данные
дублируются в разных системах или когда между данными из разных

получение данных из трансакционных систем сопровождается
повышенной нагрузкой на эти системы, а это может существенно
мепвть оперативной работе.

Еще одна проблема аналитической обработки информации связана с

человеческим фактором. Во многих компаниях задача получения

необходимого отчета автоматизируется силами двух специалистов -

технического специалиста, обеспечивающего необходимые запросы к
базам данных, и экономиста, пытающегося свести эти данные в единый
аналитический отчет, необходимый руководству Как показывает
практика, подобная модель взаимодействия пользователя отчета
(руководителя) и самих данных ие толью требует существенных затрат
времени, но и часто приводит к эффекту 'Испорченного телефона”.
Кроме того, экономист зачастую оказывается просто не в состоянии без
помощи программиста оперативно подготовить необиодимую выборку и
ответить на вопросы о том, каким образом были получены те или иные
цифры. О том, чтобы моделировать возможные ситуации, отслеживать
влияние одних показателей на другие, прогнозировать тенденции
развития, проводить сравнительный анализ и отображать различные
срезы данных, как правило, не идет и речи.

В 80-е годы XX века упомянутые проблемы привели к идее
централизованного хранения данных, необходимых для последующего
анализа. При этом было признано, что все исходные данные должны
храниться в одном месте, в простой и понятной (а значит, удобной для
анализа) структуре. Именно в этот период возник термин "хранилище
данных". За прошедшие с тех пор четверть века идеи

централизованного хранения данных получили существенное развитие,
чему в немалой степени способствовали рост вычислительных

мощностей, новые сетевые архитектуры и интернет-технологии.

Хранилища данных

Функциональность

Напомним определение У. Инмона: хранилища данных - это
"предметно-ориентированные, интегрированные, стабильные,
поддерживающие хронологию наборы данных, используемые для
поддержки принятия управленческих решений" Г391.

Данные в хранилище попадают из оперативных (трансакционных)
систем, а также из внешних источников. По аналогии с
"материальными" хранилищами, хранилища данных предусматривают
такие операции, как сбор данных ("приход материалов на склад"),
хранение данных ("складсюй запас'1), прррмрттунир в витрины данных
("отгрузка товаров в розничную сеть").

С экономической точки зрения, хранилище данных приносит
252
долгосрочный эффект тогда, когда оно становится надежным
механизмом доставки данных, существенных для анализа и принятия
решений. При этом не следует забывать и о затратной части: ведь
информация может считаться действительно полезной лишь тогда, когда
экономические выгоды от ее использования превышают затраты,
связанные с ее приобретением. Построение хранилища данных -
достаточно сложный проект и обеспечить его окупаемость в
краткосрочной перспективе бывает непросто [451.

В качестве основы хранилища данных, как правило, используется
реляционная модель хранения данных, что существенно облегчает
дальнейшее развитие таюго хранилища. Впрочем, существует и другой



применение оптимизированных структур, например,

многомерных (по этому пути пошли разработчики компании SAP в
своем продукте SAP BW). Однаю, по мнению ряда исследователей
(например, У Инмона Г461), такой подход имеет целый ряд недостатков,
не являясь достаточно гибким и универсальным. В самом деле, если
данные из хранилища поступают лишь в ограниченное юличество
витрин данных и аналитических приложений, то от хранилища вовсе
ие требуется поддерживать специализированные запросы. В этом
отношении использование реляционных баз данных эюномичнее (без
потери (^национальности), а следовательно, - предпочтительнее.

После того, как хранилище построено, встает вопрос об использовании
данных конечными пользователями. При этом могут применяться
различные средства (от специализированных средств создания
пользовательских запросов и отчетов до электронных таблиц), в
зависимости от решаемых задач, предпочтений и опыта пользователей.
И все же есть целый спектр задач, которые предъявляют к
информационным системам особые требования: это задачи с
необходимостью оперативной (т.е. в режиме реального времени)
обработки достаточно больших объемов данных, в разных
аналитических разрезах. Экономический анализ, как правило, бывает
многомерным: информация может быть сгруппирована и
консолидирована по разным признакам, причем разные группы
пользователей информации заинтересованы в разных способах
группировки.

Таким образом, превращение разрозненных данных


структурированную информацию, описанную в экономических
терминах и обеспечивающую поддержку принятия управленческих
решений, можно считать одной из самых актуальных задач. При этом
обработка данных и принятие решений должны быть настолыю
оперативными, насколько этого требуют интересы бизнеса. Именно для
этого предназначены специальные системы аналитической обработки
данных в режиме реального времени - OLAP-системы.

OLAP-сисгемы

Функциональность

Идея обработки многомерных данных восходит к 1962 году когда К.
Айверсон опубликовал свою работу "Язык программирования" (А
Programming Language, APL) 1471. apl - это математически
определенный язык с многомерными переменными и изящными, но
довольно абстрактными операторами. В 70-е и 80-е годы он активно
использовался во многих деловых приложениях, функционально схожих
с современными OLAP-системами.

В 1993 году вышла в свет статья Е. Ф. Кодда, в которой впервые было
дано формальное определение OLAF-технологии Г-481. Эта работа
получила большой резонанс и привлекла внимание к возможностям
многомерного анализа. В статье были описаны двенадцать правил
OLAP, к которым чуть позже (в 1995 году) были добавлены еще
несколько. Все эти правила были разделены на четыре группы и
названы "харакгеристикамип(:ЕеаЬигез).

К правилам OLAP относятся:

•	основные характеристики: многомерность модели данных,
интуитивные механизмы манипулирования данными,
доступность данных, пакетное извлечение данных, клиент-
серверная архитектура, прозрачность, многопользовательская
работа;

•	специальные характеристики: обработка ненормализованных
данных, хранение результатов отдельно от немодных данных,
выделение отсутствующих данных, обработка отсутствующих
значений;

характеристики построения отчетов: гибкое построение отчетов,
стабильная производительность при построении отчетов,
автоматическое регулирование физического уровня;

управление размерностью: обпря функциональность,
неограниченное число измерений и уровней агрегирования,
неограниченные оперкции между данными различных
измерений.

Мгиверсальным критерием определения OLAP как аналитичесюго
инструмента является тест FASMI (Fast Analysis of Shared
Multidimensional Information - быстрый анализ разделяемой многомерной
информации). Рассмотрим детально каждую из составляющих этой
аббревиатуры Г491.

Fast (быстрый). Это свойство означает, что OLAP-система должна
обеспечивать ответ иа запрос пользователя в среднем за пять секунд,
при этом большинство запросов обрабатываются в пределах одной
секунды, а самые сложные запросы должны обрабатываться в пределах
двадцати секунд.

Analysis (аналитический). OLAP-система должна справляться с
любым логическим и статистическим анализом, характерным для
бизнес-приложеиий, и обеспечивать сохранение результатов в виде,
доступном для юнечного пользователя. Средства анализа могут
включать процедуры анализа временных рядов, распределения затрат,
конверсии валют, моделирования изменений организационных структур
и другие.

Shared (разделяемый). Система должна предоставлять широкие воз-
можности разграничения доступа к данным и одновременной работы
многих пользователей.

Multidimensional (многомерный). Система должна обеспечивать
юн-цептуалыю многомерное представление данных, включая полную
подцержку множественных иерархий.

Information (информация). Мощность различных программных
про-дукгов характеризуется количеством обрабатываемых вжщных
данных. Разные OLAP-системы имеют разную мощность: наиболее
мощные из них могут оперировать, по крайней мере, в тысячу раз
большим количеством данных по сравнению с самыми маломощными.
При выборе OLAP-инструмента следует учитывать целый ряд факторов,
включая дублирование данных, требуемую оперативную память,
использование дискового пространства, эксплуатационные показатели,
интеграцию с информационными кранилипрми и т.п.

Обсуждая тему OLAP, следует упомянуть и о разновидностях
многомерного хранения данных Дело в том, что информационные
массивы, логически упорядоченные по аналитическим направлениям и,
таким образом, являющгеся многомерными с точки зрения конечных
пользователей, ие обязательно являются многомерными по их
технологичесюй реализации. Как правило, выделяют три
разновидности кранения данных Г451:

многомерный OLAP (multidimensional OLAP, MOLAP) -
"OLAP в чистом виде", т.е. технология, основанная на хранении
данных под управлением специализированных многомерных
СУБД;

реляционный OLAP (relational OLAP, ROLAP) -
технология, основанная на хранении многомерной информации в
реляционных базах данных, на основе одной или нескэльких схем
типа ’Звезда" или "снежника";

гибридный OLAP (hybrid OLAP, HOLAP) - технология, при
которой одна часть данных хранится в многомерной базе, а другая
часть - в реляционной. При этом инструментальные средства,
пцвдерживающге эту технологию, обеспечивают прозрачность
данных для пользователя, который на логичесюм уровне всегда
работает с многомерными данными.

Выбор способа хранения зависит от нескольких факторов, таких как
объем и структура данных, скорость выполнения запросов, частота
обновления OLAP-кубов,

Средства формирования запросов и визуализации
данных
Функционально стъ



Средства формирования запросов и построения отчетов обеспечивают
функции построения запросов к информационно-аналитическим
системам, интеграцию данных из несюльких источников, просмотр
данных с возможностью их детализации и обобщения, построение и
печать отчетов, в том числе презентационного качества. Некоторые из
программных продуктов этого класса могут использоваться конечными
пользователями, с минимальной поддержкой ИТ-департамента, другие
же требуют определенного программирования и настраиваются
техническими специалистами Г451.

С точки зрения конечного пользователя, такие системы - удобный
инструмент, позволяющий решить уже упоминавшуюся проблему
"единого взтяда" на управленческую информацию. В этом плайе BI-
решения позволяют существенно упростить и ускорить сбор
информации, унифицировать ее и представить в удобной и наглядной
форме. Такая информация - надежная база для принятия управленческих
решений, при этом рутинные процедуры сводятся к минимуму а время
специалистов высвобождается для репкния аналитических задач.
Аналитические приложения

Подробно рассмотрен ряд примеров аналитических приложений.

Основные виды аналитических приложений

В качестве примеров аналитических приложений, расположенных на
вершине "аналитической пирамиды" рассмотрим:

•	системы, реализующие методологию сбалансированных систем
показателей (BSC-системы);

•	системы корпоративного планирования и бюджетирования;

•	системы формирования и анализа консолидированной
финансовой отчетности;

•	ВI-приложения н другие аналитические приложения.

BSC-снстемы, системы корпоративного планирования и
бюджетирования и системы консолидации финансовой отчетности
представляют собой трн основных типа аналитических приложений
корпоративного уровня, входящие в состав комплексных систем
управления эффективностью бизнеса (Business Performance
Management, ВрМ). В то же время имеется довольно больпюе
количество систем, юторые по своей сути также являются
аналитическими, хотя и применяются не столь масштабно - для
решения отдельных, иногда специфических задач.

Системы управления эффективностью бизнеса (ВРМ-
системы)

Сущность концепции ВРМ

90-е годы прошлого века ознаменовались интенсивным развитием
аналитических систем, включая ВI-системы и аналитические
приложения. На определенном этапе была признана необходимость их

интеграции

н методологической (функциональной), и

технологичесюй. Так появилось новое направление, получившее
название Business Performance Management (ВРМ), что на
русский язык обычно переводится как '^правление эффективностью
бизнеса" (хотя такой перевод представляется не вполне корректным). В
общих чертах, ВРМ - это целостный, процессно-ориентированный
поджд к принятию управленческих решений, направленный на
улучшение способности компании оценивать свое состояние н
управлять эффективностью своей деятельности на всех уровнях, путем
объединения собственников, менеджеров, персонала н внешних
контрагентов в рамках общей интегрированной среды управления Г501.

Приведем определение, разработанное группой по стандартизации
ВРМ.

Business Performance Management (ВРМ) - это методология, направленная
на оптимизацию реализации стратегии и состояния из набора
интегрированных циклических аналитических процессов, которые
поддерживаются соответствующими технологиями н имеют отношение
как к финансовой, так и к операционной информации. ВРМ позволяет
предприятию определять, измерять и управлять эффективностью своей
деятельности, направленной на достижение стратегических целей.
Ключевые финансовые и операционные процессы ВРМ включают
планирование, консолидацию н отчетность, анализ ключевых
показателей эффективности и их распространение в рамках
организации Г511.

Заметим, что, как и в случае с термином ERP, понятие "ВРМ-система"
может употребляться в двух значениях: как концепция управления
(определенный подход к принятию управленческих решений н их
практической реализации) и как информационная система (комплекс
программных н технических средств, поддерживающих идеологию ВРМ
и обеспечивающих ее практическую реализацию).

К сожалению, сложилось так, что разные организации (включая
аналитиков рынка и разработчиков программного обеспечения) стали
использовать разные термины для обозначения одного и того же
понятия. Сегодня в литературе можно встретить, как минимум, четыре
различные аббревиатуры;

управление эффективностью бизнеса (Business Performance


Management, BPM);

управление эффективностью деятельности предприятия (Enterprise
Performance Management, ЕРМ);

управление эффективностью деятельности корпорации (Corporate
Performance Management, СРМ);

стратегическое управление предприятием (Strategic Enterprise
Management, SEM).

Также нельзя не отметить досадное совпадение: аббревиатура ВРМ
имеет и другую расшифровку - Busmess Process Management (управление
бизнес-процессами). Этот термин используется, в частности,
компанией IDS Scheer - одним из мировых лидеров в области
управления бизнес-процессами и разработки соответствующего
программного обеспечения.

Так или иначе, несмотря иа некоторые терминологические проблемы,

понятие ВРМ уже завоевало себе право на жизнь и признано как
специалистами в области управления, так и ведущими компаниями -

аналитиками рынка информационных технологий. По сути дела,
концепция ВРМ превратилась в самостоятельное направление,

имеющее не только определенную теоретическую идею, ио и методики
и технологии ее практической реализации.

Функциональность ВРМ-систем

В соответствии с документом, разработанным Группой по
стандартизации ВРМ, в качестве основных процессов, охватываемых
ВРМ-системами, можно выделить следующие Г511.

•	формализация стратегии (strategize);

•	планирование (plan);

•	мониторинг и анализ (monitor and analyze);

•	корректирующие воздействия (take corrective actions).

В части формализации стратегии ВРМ-системы позволяют менеджерам
разрабатывать стратегии и доводить их до подразделений компании,
выявлять возможности создания стоимости и формировать системы
метрик, позволяющих оценивать эффективность бизнеса и ее динамику

В части планирования ВРМ-системы позволяют менеджерам всех
подразделений компании устанавливать свои локальные цели,
разрабатывать и моделировать сценарии планирования, разрабатывать
программы и бкоджеты, поддерживающие бизнес-стратегию, а также
формировать целевые значения определенных показателей для
различных временных периодов.

В части мониторинга и анализа ВРМ-сисгемы позволяют оценивать

индивидуальную и групповую эффективность

с применением

соответствующих ключевых показателей на всех организационных

уровнях, а также предоставляют пользователям дополнительную
информацию, помогающую им предпринимать те или иные действия.

В части корректирующих воздействий ВРМ-системы помогают
менеджерам своевременно реагировать на возникающие ситуации и
отклонения.

Приведенная классификация построена в соответствии с циклом

стратегического управления: первые две группы процессов связаны

формированием и реализацией стратегий (целеполагание
трансформация стратегий в планы), вторые две группы -

обеспечением обратной связи (контроль, корректировка целей

планов). В этом отношении классификация достаточно детально
отражает структуру фунациональиых областей ВРМ. Одиакэ, с другой

стороны, она вряд ли подходит для классификации информационных

систем, обеспечивающих перечисленные функции. Дело в том, что

конкретные программные продукты, как правило, реализуют не одну а
сразу несколько ключевых функций, относящихся к разным
функциональным областям и используемых иа разных стадиях цикла

стратегического управления.

Например, информационные системы, поддерживающие
разработанную Р. Капланом и Д. Нортоном методологию Balanced
Scorecard Г521. часто называемые BSC-сисгемами, позволяют
структурировать стратегические цели организации, формировать
системы ключевых показателей (как финансовых, так и нефинансовых),
декомпозировать эти показатели вплоть до иижнего уровня
управленческой пирамиды, а затем - осуществлять мониторинг
достижения целей и строить на этой основе корпоративную систему
мотивации, обеспечивающую координацию усилий отдельных
подразделений и бизнес-единиц. Таким образом, BSC-сисгемы
включают в себя все компоненты раздела "формализация стратегии". В
то же время совокупность индикаторов дает менеджерам возможность
оценить, насколько успешно компания продвигается в заданном
направлении и насколько его текущая деятельность соответствует
утвержденной стратегии. Эти функции соответствуют разделу
"мониторинг и анализ". Наконец, BSC-системы позволяют создавать
уведомления и поддерживают процессы корректировки целей, что
соответствует разделу "корректирующие воздействия".

Аналогичные рассуждения применимы и к системам юрпоративного
планирования и бюджетирования. Прежде всего, такие приложения
содержат всю необходимую для планирования функциональность,
включая ведение аналитических направлений и классификаторов,
описание финансовой структуры и принципов взаимодействия, учет
трендов, анализ отклонений и т.п, Такие системы учитывают
потребности крупных организаций, позволяя составлять бюджеты для
каждой бизнес-единицы и для каждого из структурных подразделений,
при этом консолидация информации может осуществляться иа любом из
уровней организационной структуры Г531. Перечисленные функции
представляют раздел 'Планирование". Кроме того, системы
планирования и бюджетирования позволяют производить план-факт
анализ иа основе информации из транс-акционных систем (раздел
"мониторинг и анализ1), а также осуществлять корректировку планов и

бюджетов (раздел "корректирующие воздействия1),
современные системы этого класса обладают

Наконец,
развитой

функциональностью в области организкции бюджетного процесса, что
дает возможность координировать усилия специалистов разных
подразделений, обеспечивая тем самым коллегиальность
стратегичесюго управления (функциональность раздела "формализкция
стратегии1).

В то же время существуют приложения, возможности которых
относятся всего лишь к одной из функциональных юмпонент,
приведенных в классификации. Примером могут служить системы
консолидации финансовой отчетности, функциональность юторых
относится к одной из компонент раздела 'Мониторинг и анализ". Такие
системы позволяют организовать сбор финансовой отчетности всех
организаций, входящих в состав группы, обеспечить процедуры
консолидации в соответствии с национальными или международными
стандартами и в результате сформировать полный юмплекг
консолидированной финансовой отчетности.

Таким образом, юнцепция управления эффективностью бизнеса может
применяться для предприятий и организаций самых разных отраслей,
включая организации социальной сферы. Эта концепция имеет
непосредственное отношение к стратегическому менеджменту
поскольку она предусматривает целый ряд важных управленческих
функций, включая формализацию стратегии и определение ключевых
показателей, планирование, мониторинг и анализ, а также обеспечение
необходимой обратной связи и корректирующие воздействия. С другой
стороны, концепция ВРМ тесно связана с задачами корпоративного
управления, позволяя обеспечить информационную прозрачность
организации для заинтересованных лиц, в частности, путем
формирования и представления корпоративной отчетности.

Управление по ключевым показателям

Balanced Scorecard и другие методики управления по
ключевым показателям

Развитие теории управления привело к появлению методологии

сбалансированных систем показателей (Balanced Scorecard,

BSC), которую ее создатели, Р. Каплан и Д. Нортон, определяют как

инструмент, позволяющий трансформировать миссию и стратегию
организации в исчерпывающий набор показателей эффективности,
которые служат основой для системы стратегического управления и

контроля Г521. Именно эта теория на сегодняшний день получила

всеобщее признание и, несмотря на наличие целого ряда аналогичных
метсдик, все чану воспринимается как "стандарт де-факто".

Возникновение Balanced Scorecard относится к началу 90-х
годов, когда был разработан новый пцдход к оценке результативности
деятельности кампании, позволяющий преодолеть ограниченность
традиционных методов. Важным новшеством стало то, что набор
измеряемых показателей, по которым оценивалось предприятие, был
расширен, и в него, помимо привычных финансовых показателей, были
включены нефинансовые параметры - сведения о клиентах, внутренних
процессах, обучении и развитии. Кроме того, вместо ретроспективных
показателей в процессе анализа стали учитываться и "опережающие
индикаторы", позволяющие оценивать состояние компании с учетом
перспектив в будущем.

Дальнейшее развитие методологии Balanced Scorecard
характеризуется переходом от простой оценки показателей
эфх|)ективносги к управлению стратегическим развитием компании. Для
этого Капланом и Нортоном была разработана карта стратегии
(strategy map), которая дает визуализированное представление
стратегии в виде стратегических целей, показателей и причииио-
следсгвеиных связей.

В карте стратегии Каплана и Нортона выделяются четыре аспекта
(перспективы):

•	финансы (финансовое положение и финансовые результаты
деятельности);

•	клиенты (то, как предприятие выглядит с точки зрения своих
клиентов);

•	внутренние процессы (ключевые процессы, в значительной мере
определяющие эффективность деятельности компании);

•	обучение и рост (наиболее важные элементы культуры,
технологии и навыков персонала предприятия).

Связующим звеном между четырьмя перечисленными перспективами
служат причинно-следственные связи (cause and effect
linkages). Известно, что любая организация представляет собой
сложный организм, и изменение в какой-то одной области практически
неизбежно влечет за собой изменения в нескольких других областях.

Перечисленные перспективы включают в себя цели (objectives),
связанные между собой причинно-следственными связями. Цели - это
ориентиры, характеризующие желаемое состояние организации в
будущем. Можно сказать, что именно цели определяют то, как стратегия
будет трансформирована иа операционный уровень. При этом
различные цели и группы целей закрепляются за конкретными
уровнями менеджмента, определяющими их достижение. Отметим, что
для целей организации, так же как и для перспектив, характерно
наличие причинно-следственных связей: действия, направленные на
достижение одной цели, способствуют (а иногда и препятствуют)
достижению других целен.

Наконец, необходимым элементом Balanced Scorecard являются
стратегические инициативы (strategic initiatives),
представляющие собой конкретные действия и/или программы
действий по реализации стратегии и достижению стратегических
целей. По сути дела, стратегические инициативы - это перечень
усилий, которые следует предпринять для достижения стратегического
результата. Иначе говоря, стратегические инициативы представляют
собой не что иное, как тактические мероприятия, позволяющие
реализовать стратегию.

В результате детализации и описания зависимостей определяются
целевые показатели, характеризующие успехи (или неудачи) в тех или
иных стратегических областях. Как правило, количество таких
параметров не должно превьшйть двух-трех десятков, что дает
возможность контролировать их взаимосвязь. При этом часто
пригодится констатировать конфликт целевых показателей: например,
задача снижения затрат вступает в противоречие с задачей поддержания
необходимого квалификационного уровня сотрудников, поскольку
программы повыпения квалификации ие бесплатны. В таких случаях от
руководителей компании требуется найти некоторую "золотую
середину", не противоречащую стратегическим целям компании. В
результате такого анализа и формируется Balanced Scorecard -
сбалансированная система показателей.

Таким образом, при помощи набора "стратегические перспективы -
цели - измерители - целевые показатели - стратегические инициативы"
система Balanced Scorecard позволяет выстроить сквозную связь
между стратегией и тактикой организации, в результате чего задача
трансформации стратегии в реальные действия оказывается решена.
Кроме того, такая система позволяет не только формализовать
стратегию, но и юнтролировать успешность ее реализации за счет
измерителей и значений целевых показателей.

Balanced Scorecard по праву можно назвать наиболее
популярной среди методик стратегического управления. Но это не
означает отсутствия других методов и подходов, многие из юторых
также получили достаточно широюе распространение и признание.
Примерами таких разработок могут служить методика управления
стоимостью юмпании (Value Based Management, УВМ),атакже
методика tableau de bord, разработанная и получившая распространение
во Франции.

Функциональность BSC-сисгем

На определенном этапе развитие методологии стало сопровождаться
появлением информационных систем, поддерживающих функции
информационной поддержки процессов управления на основе
сбалансированных систем показателей. Такие системы,
представляющие собой инструментальные средства для реализации
методологии Balanced Scorecard, получили называние BSC-
систем (что, впрочем, не исключает возможности их применения для
реализации других подходов, связанных с формированием систем
ключевых показателей).

В юнце 90-х годов при участии Р. Каплана и Д. Нортона были
разработаны стандарты фунациональности BSC-систем, юторые
содержали минимальные требования, необходимые для формирования
сбалансированных систем показателей Г541. Документация по
функциональным стандартам BSC-снстем включает четыре раздела:

•	построение системы;

•	стратегическое образование и юммуникации;

•	практическая реализация;

•	обратная связь и обучение.

С точки зрения построения BSC-система должна обеспечивать взгляд
иа стратегию с точки зрения четырех перспектив (финансы, клиенты,
внутренние процессы, обучение и рост), позволять устанавливать

стратегические цели для каждой перспективы, связывать цели с
показателями эффективности, описывать причинно-следственные
связи, устанавливать целевые значения показателей, поддерживать

реестр стратегических инициатив.

С точки зрения коммуникаций система должна содержать функции,
позволяющие пользователям взаимодействовать друг с другом. В
частности, система должна обладать возможностями описания и
документирования целей, показателей, целевых значений и
стратегических инициатив.

С точки зрения практически? реализации система должна позволять

описывать взаимосвязь между стратегическими инициативами,

используемыми для реализации стратегии, и соответствующими
стратегическими целями.

С точки зрения обратной связи функциональность системы должна
обеспечивать минимально возможный промежуток времени между

получением информации и принятием решения. Например,

графические индикаторы должны давать четкое представление о

расхождениях между целевыми и фактическими результатами и

помогать выявлять области бизнеса, требующие особого внимания. Но

при этом система не должна требовать "механического" реагирования

на те или иные сигналы: необходима свобода суждений менеджера, в
том числе на основе деловой интуиции и субъективных оценок.

Таким образом, стандарты функциональности BSC-систем
предусматривают как методологические функции, так и вопросы
организации процессов стратегичесюго управления.

Корпоративное планирование и бюджетирование

Основы корпоративного планирования и
бюджетирования

Система планов любой организации носит иерархический характер,
при этом различные планы отличаются друг от друга по горизонту
планирования и степени детализации. Неюторые виды планов
формируются и поддерживаются трансакционными системами
(например, ERP или автоматизированными банковскими системами) -
это планы "нижнего уровня", которые характеризуются высокой
степенью детализации и относительно небольшими горизонтами
планирования. Но для того, чтобы сформировать эти планы,
трансакционные системы нуждаются в информации, которая должна
поступить из планов более высокого уровня - стратегичесюго бизнес-
плана, плана продаж и операций и (для производства) основного
производственного плана. Эти планы, относящиеся к компетенции
систем управления эффективностью бизнеса, формируются на основе
агрегированной информации и охватывают более длительные
интервалы планирования. Оба уровия систем управления - ВРМ и
трансакционные системы (ERP и другие) - "смыкаются" на уровне
одного из планов (для производства это - основной производственный
план), юторый формируется в ВРМ-системе и затем передается в ERP-
систему в качестве исходной информации, на основе которой затем
строятся планы более низкого уровня.

Таким образом, следует отметить существенное отличие систем
планирования корпоративного уровня (в ЕРМ-системах) от модулей
планирования ERP-систем. Это отличие заключается в том, что
планирование юрпоративного уровня охватывает всю компанию (или
даже группу кампаний), ведется в агрегированных показателях, в рамках
достаточно дли-тельных плановых периодов (например, год с
разбивкой по кварталам или месяцам). Что касается ERP-систем, то они
обеспечивают текущее (краткосрочное) планирование, с применением
более детальных показателей, в рамках отдельных подразделений и
производственных участков. Таким образом, обе категории систем
планирования в совокупности охватывают полный спектр планов - от

стратегических до оперативных. Далее, говоря

системах

планирования и бюджетирования, будем иметь в виду системы
юрпоративного уровня.

Построение финансового плана

(бюджета) происходит по

определенным правилам. Отправной точкой при этом служат разного
рода прогнозы - прогноз продаж и прогноз наличия (доступности)
необходимых ресурсов. После этого определяется принципиальный
бюджетный фактор (часто называемый лимитируютфм фактором) - то,
что ограничивает деятельность предприятия и принятие
соответствуклодх управленческих решений. Такэе ограничение может
быть как внешним по отношению к предприятию (емкость рынка или
платежеспособный спрос), так и внутренним (ограничения по
производственным мощностям и доступности других ресурсов). Для
ограничений, которые желательно устранить, определяется
принципиальная возможность такого устранения, а также то, с какими
затратами это будет связано. Наконец, происходит построение системы
планов (бюджетов), в результате чего структура корпоративного
бюджета наполняется реальной информацией.

Как правило, структурирование корпоративного бюджета
предусматривает наличие двух групп планов - функциональных
бюджетов и основного бюджета (иногда его называют мастер-

бюджетом). Типовая структура бюджета схематично может быть
представлена так, как показано иа рис. 12.1. Приведенную структуру
можно считать наиболее типичной и универсальной для предприятия

промышленного производства, хотя даже организации одной отрасли,

как правило, модифицируют эту схему с учетом собственной
специфики.
Рис. 12.1. Типовая структура бюджета предприятия

Основной бюджет консолидирует информацию, представленную в
перечисленных функциональных бюджетах, и, как правило, включает
три основные составляющие:

• бюджетный баланс - отчет, характеризующий ^мнансовое
состояние предприятия на юиец бюджетного периода. Часто
дополня-ется показателями движения основного и оборотного

капитала за период;

бюджетный отчет о прибылях и убытках - строится на основе
бюджета продаж, бюджета себестоимости продаж и бюджета
непроизводственных затрат;

бюджет движения денежных средств - строится с учетом сроюв
финансовых поступлений и платежей, принимая во внимание ус-
ловия расчетов с дебиторами и кредиторами.
Кроме того, основной бкщжет часто дополняется таким элементом, как
бкщжет капитальных вложений (инвестиционный бкщжет). По сути,
этот бкщжет представляет собой "выжимку1' из вышеперечисленных
частей основного бкщжета в части капитальных затрат и проектов.
Например, основные средства, приобретение которых относится к
инвестиционному бюджету, найдут отражение в бкщжетном балансе,
их амортизация - и в балансе, и в бкщжетном отчете о прибылях и
убытках, а платежи, связанные с их приобретением - в бкщжете
движения денежных средств.

Еще раз подчеркнем, что приведенная схема - это лишь один (ютя и
наиболее типичный) из вариантов структурирования корпоративного
бкщжета. Поэтому в реальной работе она должна восприниматься как
основа для построения индивидуальной структуры, ориентированной
иа задачи конкретного предприятия и учитывающей его особенности.

Функции формирования и анализа бкщжетов (как функциональных, так
и основных), реализуются при помощи специализированных
информационных систем планирования и бюджетирования.
Рассмотрим основные функции таких систем [501. [551. [531.

Многомерное хранение информации

Для хранения управленческой информации системы планирования и
бкщжетирования, как правило, используют многомерные базы данных,

что дает возможность
технологий.

воспользоваться

преимуществами

OLAP-

По сути дела, управленческая информация хранится в многомерном
кубе, грани которого (аналитические направления) имеют конкретную
экономическую интерпретацию: план счетов (бюджетные статьи),
календарь планирования, валюты, объекты (центры финансовой
ответственности), виды продукции, рынки и т.п. Неюторые из
аналитических направлений (например, план счетов и календарь)

являются обязательными, а другие определяются пользователями.

План счетов
Для систематизации и структурирования показателей планирования
предусмотрен план счетов, который, по сути, является структурой
плановых или бюджетных статей. План счетов может иметь
иерархическую структуру и предусматривает детализацию до
необходимого уровня.

Непосредственно в структуре счетов можно описывать арифметические
зависимости между показателями, при этом более сложные
взаимосвязи между счетами могут описываться при помоц^!
специальных расчетных процедур - бизнес-правил.

Календарь планирования

Календарь позволяет описать горизонт планирования и его разбивку на
отдельные интервалы времени. При этом обеспечивается
иерархическое представление временных интервалов. Например,
данные первого полугодия могут быть детализированы по месяцам,
данные второго полугодия - по кварталам, а перспективные показатели,
выходящие за пределы текущего года, могут относиться к
соответствующему году без какой-либо детализации.

Мультивалютно сть

Планирование, прогнозирование и анализ финансовой информации
могут производиться как в одной, так и в нескольких валютах. Для
каждого из центров финансовой ответственности (ЦФО) указывается
его локальная (базовая) валюта, которая, по умолчанию, считается
валютой ввода финансовой информации для данного ЦФО. При
необходимости валюта ввода данных может быть изменена на уровне
бюджетной строки или даже отдельной ячейки. Это очень удобно для
мульти-национальных корпораций и компаний, имеющих зарубежные
отделения, постольку позволяет участникам бюджетного процесса,
находящимся в разных странах, использовать для планирования свои
национальные валюты.

Бизнес-правила
Бюджетная модель может потребовать применения более сложных
расчетов, чем арифметические действия, определяемые иерархией
аналитических направлений. Для этого в системе предусмотрены
специальные средства описания расчетных процедур (бизнес-правил).
С их помощью можно производить сложные многошаговые
вычисления, применять распределения и формулы экономических
расчетов, а также использовать глобальные параметры - предпосылки и
допущения, являющиеся общими для нескольких счетов.

Описание финансовой структуры предприятия

В процессе планирования взаимоотношения между сотрудниками
должны выстраиваться определенным образом, в соответствии с
финансовой структурой предприятия, т.е. совокупностью и иерархией
центров финансовой ответственности (ЦФО). Постольку
аналитические направления допускают иерархическое представление, в
системе можно описать отношения подчиненности, с учетом
финансовой структуры предприятия. При этом можно указывать любую
уместную информацию, например географические регионы, отделы или
филиалы.

Описание пользователей

Системы корпоративного планирования и бкщжетирования рассчитаны
иа одновременную работу большого количества пользователей в
условиях централизованного процесса планирования, охватывающего
все подразделения, филиалы и дочерние структуры корпорации. При
этом пользователи подразделяются на следующие категории:

системный администратор

технический специалист,

занимающийся инсталляцией, контролем работоспособности и
поддержюй программного комплекса;

администратор бкщжетов

специалист фииансово-

экономического профиля, который координирует и направляет все
процессы, связанные с формированием, контролем и анализом
исполнения бкщжета. Этот сотрудник обладает полным набором
прав доступа к бюджетной информации;

аналитик бюджетов - сотрудник финансового департамента,
исполняющий роль связующего звена между руководителями под-
разделений и финансовой службой компании. Его функции
заключаются в просмотре, анализе, изменении и представлении
плановых и бюджетных данных, именно он разрабатывает и
внедряет правила и модели планирования, а также создает отчеты

для руководства;

составитель бюджетов (планировщик) - сотрудник,
представляющий определенное структурное подразделение и
отвечающий за бюджеты на уровне подразделения или проекта.
Этот специалист вводит в систему информацию (вместе с
аннотациями), анализирует бюджетные данные и представляет их
на рассмотрение, контролирует состояние плана или бюджета.

Сценарии и версии

В любой достаточно крупной организации планирование носит
многовариантный характер. Для этого система должна позволять
описывать различные вариации планов и бюджетов; при этом
подразумевается, что любой из версий может соответствовать
собственная процедура согласования.

Сценарии могут охаатыватъ различные временные интервалы. При
описании сценария указывается категория данных (например,

"плановые", ’фактические" или ’Прогнозируемые"),

также

соответствующие данному сценарию период времени и таблица курсов
валют. Когда планировщики вводят данные, соотнесенные
определенному сценарию, им доступны толью годы и периоды в
пределах установленного для данного сценария диапазона (данные
других периодов доступны только для чтения).

Когда бюджетная модель является мультивалютной, за сценарием
должна быть закреплена таблица обменных курсов. Если за разными
сценариями закрепить разные таблицы курсов валют, это даст
возможность моделировать последствия различных допущений
относительно валютных котировок
Версии бкщжета придают процессу планирования дополнительную
гибкость и могут иметь различную интерпретацию по отношению к
определенному плану например: предварительный или окончательный
вариант плана, оптимистическая, пессимистическая или наиболее
вероятная оценка показателей, внутренние или внешние данные.

Управление процессом планирования

Важным свойством современных автоматизированных систем
планирования и бюджетирования является поддержка функций
управления бюджетным процессом, позволяющих организовать
формирование бюджетов, их согласование, утверждение, а также
последующий контроль исполнения Г551.

Как показывает практика, рассмотренная функциональность
автоматизированной системы корпоративного планирования и
бюджетирования является достаточной для организации бюджетного
процесса даже в очень крупных организациях.

Формирование и анализ консолидированной
финансовой отчетности

Сущность консолидированной финансовой отчетности

Консолидированная финансовая отчетность занимает важное место в
системе корпоративной отчетности любой крупной группы компаний
[561. Основная идея финансовой консолидации состоит в том, что оиа
формируется для группы компаний в целом, при этом вся группа
представляется так, как будто оиа является единым предприятием.

Понятие группы компаний - основное в теории консолидации. Группа
предполагает такую форму организации бизнеса, когда отдельные
направления деятельности или операции в разных регионах ведутся
разными компаниями, каждая из которых является юридически
самостоятельной. Но при этом, несмотря на юридическую
самостоятельность, эти компании не могут считаться полностью
независимыми, поскольку многие экономические решения (особенно
стратегические) принимаются для всей группы в целом.

Чтобы консолидированная отчетность разных групп компаний обладала
свойством сопоставимости (что необходимо для анализа), она
нуждается в стандартизации. Поэтому в системе Международных
стандартов финансовой отчетности (МСФО) правилам формирования
консолидированной отчетности уделяется особое внимание Г571.

Важно отметить, что правила консолидации применяются не толью по

отношению к материнским и дочерним компаниям, но и в некоторых
других случаях. К таким случаям, в частности, относятся инвестиции в
зависимые юмпании (предприятия, не являющиеся ни дочерними, ни

совместными, но на деятельность которых инвестор оказывает
существенное влияние) и совместная деятельность (югда несколько

участниюв осуществляют экономическую деятельность, подлежащую

совместному юнтролю).

В соответствии с МСФО, выделяются три метода консолидации: полная
консолидация, пропорциональная консолидация и метод долевого
участия.

Полная юнсолидация (entity method) исходит нз того, что группа
представляет собой единое экономическое образование. Метод

используется по отношению к дочерним предприятиям, при этом

консолидации подлежат все чистые активы дочерних юмпании

(принцип приоритета юнтроля над владением), а доля меньшинства
отражается в пассиве юн-солидированного балансового отчета.

(proportional

Пропорциональная

юнсолидация

consolidation) отличается от полной тем, что консолидации

подлежат лишь те чистые активы, юторыми инвестор реально владеет,
при этом доля меньшинства в балансе не отражается. Метод

применяется для консолидации отчетности по совместной деятельности.

Метод долевого участия (equity method) предполагает, что доля

инвестора в чистых активах объекта инвестирования отражается в
балансе отдельной строюй, доля меньшинства в балансе не отражается.

Этот метод используется для юнсолидации отчетности
ассоциированных юмпаннй.
Информационные системы консолидации финансовой
отчетности

Формирование консолидированной отчетности - процесс сложный, как

с методологической, так и с технической точек зрения. Теоретически,
консолидированная отчетность может быть сформирована вручную, но

этот способ вряд ли подходит для сложных организационных структур.
Поэтому решение задач консолидации тесно связано с применением
информационных технологий. Системы, в которых пользователь может

выполнять консолидацию, условно делятся на два класса - надстройки к
бухгалтерским системам и специализированные системы консолидации
Г581. В настоящее время надстройки в том или ином виде разработаны
практически ко всем имеющимся на рынке бухгалтерским системам. Тем
ие менее, фунациональность этих программных продуктов

несопоставима с возможностями специализированных систем.

Специализированные системы формирования консолидированной
финансовой отчетности обеспечивают сбор, обработку и представление
в едином формате финансовой информации всех дочериих и зависимых
компаний в сложной структуре группы компаний, позволяя применять
необходимую методологию и учитывать требования международных
или национальных стандартов. При этом можно организовать сбор
финансовой отчетности предприятий группы, выполнить
корректирующие проводки, обеспечить непосредственную
консолидацию и сформировать необходимые отчеты. Такие фунации,
как элиминирование внутригрупповых операций, расчет перекрестных
владений и доли меньпмнства, а также обработка мультивалютной

отчетности, выполняются автоматически. Кроме того, современные
системы консолидации обладают расширенными аналитическими

возможностями.

Для решения методологических
предусмотрены типовые методы,

задач в системах консолидации

с помощью которых могут быть

автоматизированы такие задачи, как определение доли меньпмнства,
исключение внутригрупповых расчетов, расчет гудвила. В системах
также предусматриваются функции контроля расхождений, возникших
при элиминировании внутригрупповых расчетов.
Рассмотрим подробнее основные функции специализированных систем
формирования и анализа консолидированной финансовой отчетности

Аналитические направления

Структурной основой систем юнсолидации является набор
аналитических направлений. К таким направлениям, например, могут
относиться категории, организации, организационные структуры, счета,
валюты, периоды, уровни консолидации, режимы отображения данных

Четкое структурирование данных позволяет пользователям финансовой
информации просматривать данные в наиболее удобном ракурсе. При
этом можно выбрать аналитические направления и их элементы,
которые будут представлены соответственно в строках и столбцах
отображаемых таблиц.

Сбор н структурирование исждной информации

Использование систем юнсолидации позволяет повысить
эффективность процесса сбора и группировки исходной информации.
При этом допускается несюлью способов ввода данных ручной ввод в
заранее подготовленные формы, автоматический ввод из электронных
таблиц, автоматический перенос из бухгалтерских программ, получение
информации из хранилища данных

Последние два способа являются весьма примечательными, поскольку
автоматический перенос данных дает возможность получать
информацию практически из любой учетной системы. При этом
система консолидации (после выполнения соответствующих настроек)
может самостоятельно импортировать информацию из формируемого
бухгалтерской программой текстового файла. Дополнительным
преимуществом является повышение надежности информации, так как
систему распознавания настраивает специалист по юнсолидации, а
рядовому пользователю остается толью "обычная" бухгалтерская работа.

Мультивалютность
Система позволяет консолидировать и анализировать отчетность,
составленную в разных валютах. Для каждой из валют, введенных в
систему помимо кода и описания, указывается масштаб, влияющий на
расчет обменных курсов.

Бизнес-правила

Для автоматизации вычислений, связанных с формированием
отчетности, планированием и прогнозированием, применяются бизнес-
правила. Они могут быть использованы для таких задач, как расчет

данных, которые ие могут быть получены путем иерархического
агрегирования (юэф4мциенты, отклонения), сложные расчеты с
трансляцией валют, определение курсовых разниц и т.д. С помощью
бизнес-правил могут быть настроены автоматические процессы расчета
гудвила, доли меньшинства, внутригрупповой прибыли и др.

Журналы

Для осуществления ручных корректировок в системах консолидации
предназначены журналы, В журнал могут быть занесены
юрректировочиые проводки как на уровне одного предприятия, так и иа
уровне группы. Журналы могут быть использованы для устранения
расхождений во внутригрупповых операциях, внесения показателей,
рассчитанных вне системы, осуществления трансформационных
проводок. Система обладает функциональностью, позволяющей
создавать пвблоны для типовых журналов. В случае если журнальные
проводки осуществляются по окончании каждого учетного периода,
может быть создан автоматический ре-курсивный журнал. Кроме того,
в системе может быть создан журнал, юторый автоматически будет
сторнирован в следующем периоде.

Организация процесса консолидации

Фунации управления процессом консолидации предназначены для
юитроля обработки информации, в случае если процедура
консолидации выполняется централизованно. Элементарный блок
процесса представляет собой комбинацию сценария, года, периода,
предприятия и вида значений.

В процессе согласования каждый блок проходит ряд состояний, первое
из юторых - "не начато". Затем следует уровень 'Первое чтение" и далее
- до десяти уровней "в рассмотрении", на каждом из юторых могут
вноситься необходимые корректировки. После всех необходимых
преобразований блок получает статус "готов к утверждению", после
утверждения уполномоченным сотрудником переходит в состояние
’Утверждено", а после открытия публичного доступа к утвержденному
блогу - к статусу "опубликовано".

Процедуры консолидации

В системах поддерживается автоматический расчет консолидированной
отчетности. Процедуры консолидации запускаются после проведения
всех журналов. Консолидированная отчетность может быть отдельно
рассчитана для каждого субхолдинга (сегмента), при этом для ускорения
процесса консолидации можно произвести расчет толью тех ячеек,
юторые содержат данные. Кроме того, система позволяет рассчитать
отдельно вклад конкретной компании в консолидированный отчет.

Отчеты

В информационных системах консолидации предусматриваются отчеты,
отражающие внутригрупповые операции и расхождения по иим. Также
можно просмотреть системные отчеты, составленные по журнальным
корректировкам. Кроме того, в комплекте с системами консолидации
поставляются генераторы отчетов - программные продукты,
предназначенные для создания и форматирования различных отчетов, в
том числе презентационного качества. Генераторы отчетов позволяют
создавать как традиционные финансовые отчеты (отчет о прибылях и
убытках, баланс, отчет о движении денежных средств), так и
нетрадиционные формы отчетов для финансовых и аналитических
даннык, включающие текстовую и графическую информацию, а также
данные, полученные в разных моделях.
BI-приложения



Системы бизиес-интеллекга в своем "чистом" виде ие являются
предметно-ориентированными. В то же время они играют роль
платформы, на основе юторой могут быть разработаны прикладные

решения для различных аналитических задач, относящими к различным
предметным областям.

Обычной практикой является использование В 1-систем для

проектирования и реализации прикладного решения той или иной

задачи юнкретного заказчика. Тем не менее, в настоящее время

разработчики ВТ-решений предлагают готовые преднастроенные

приложения, несущие в себе вполне юнкретную методологическую
составляющую. Эти системы содержат стандартные наборы
анализируемых показателей, управленческих отчетов, панелей

этой причине заслуживают внимания. Кроме того, внедрение готового

BI-приложения требует существенно меныпихзатрат труца и времени.

Системы финансового моделирования

Аналитические приложения этого класса весьма разнообразны, что
объясняется разнообразием объектов моделирования и решаемых задач.
В качестве примеров рассмотрим два программных продукта нз
линейки решений Oracle Hyperion

Система Oracle Hyperion Profitability and Cost Management позволяет
решать ряд задач, так или иначе связанных с анализом и управлением
затратами и доходами организации. К числу таких задач, в частности,
относятся определение прибыльности того или иного сегмента бизнеса
или принятие решений в области ценообразования.

Функциональность системы позволяет организовать распределение
затрат и доходов с их последующим отнесением на соответствующие
объекты. Модель распределения может строиться как для организации в
целом, так и для ее части. Для многомерного представления
информкции в системе предусмотрен ряд аналитических направлений.
К их числу относятся бизнес-направления, отражающие объекты

отнесения затрат

доходов (продукты, регионы, центры

ответственности, категории клиентов), направления для описания
финансовых показателей, носителей затрат, баз н ставок распределения,
а также направления для периодов времени и расчетных сценариев.

Другая система моделирования - Oracle Hyperion Strategic Finance -
представляет собой репение для разработки финансовых моделей
стратегичесюго уровня, позволяющих оценить финансовые
последствия выбора тех или иных стратегических альтернатив, включая
последствия слияний и приобретений и различные варианты
финансирования бизнеса.

С помощью встроенных функций моделирования и прогнозирования
система позволяет формировать и анализировать различные сценарии
развития внешней и внутренней среды юмпании, производить
тестирование возможных стратегий, строить гипотетические планы
стратегичесюго развития и оценивать влияние стратегических
альтернатив и соответствующих планов на общую эффективность
бизнеса. В результате появляются предпосылки для снижения рисков,
возникающих из-за недостаточной определенности перспективного
состояния бнзнес-среды и погрешностей прогнозирования.

Системы имитационного моделирования

Определения и термины

Имитационная модель (simulation model, ИМ) - модель
реального явления или процесса, построенная с помощью
компьютерных технологий и позволяющая производить многократные
имитационные эксперименты с цель получения новых знаний об
исследуемом объекте. Компьютерное моделирование имеет дело с
абстрактными (знаковыми, математическими) моделями. Имитация есть
подражание чему-либо, следовательно, имитационным нужно называть
моделирование, сохраняющее внешнее сходство с исходным процессом.

В имитационной модели изменения процессов и данных
ассоциируются с событиями. "Проигрывание" модели заключается в
последовательном переходе от одного события к другому Обычно
имитационные модели строятся в случае, когда другие математические
модели оказываются слишком сложными.

ИМ может быть разработана или с помощью программной реализации
аналитической модели поведения объекта (функциональная модель
класса "вход - выход”), или с помощью системы взаимосвязанных
программных блоков, каждый из которых моделирует либо часть
функций объекта (модель из функциональных блоков), либо подобъекг
(модель объектных блоков).

Статистическим считается вид моделирования, при котором

воспроизводятся аналоги массовых явлений с последующей обработкой

результатов наблюдений методами математической статистики.

Имиткционный процесс - проведение расчетного эксперимента с
помощью имитационной модели реального объекта.

Сценарий имиткционного эксперимента - это совокупность входных
(исходных) параметров модели, заданных условий проведения
имитационного исследования. Получая выходные данные на каждом
сценарии, исследователь имеет возможность сравнить их с данными
других сценариев и принять решение о необходимости внесения

коррекции в те или иные условия проведения имиткционного

эксперимента - иначе говоря, сформировать условия нового сценария.

Имитационные модели разделяют на дискретные и непрерывные Г591.

Дискретные имиткционные модели представляют реальный мир и

моделируемые в нем процессы как дискретные, т.е. проявляющие свои

функции и свойства в определенные моменты времени. Можно

которые проявляют себя в случайные моменты времени. Асинхронные
дискретные модели могут быть реализованы в классе синхронных, но с
более сложными функциями управления имитационным
экспериментом. Интервал времени, через который происходит анализ
изменения имитационной ситуации, называется питом моделирования.

Шаг моделирования определяет точность, сходимость и время

имитационного эксперимента.
Непрерывные модели предполагают развитие имитационной ситуации
в модели как в непрерывной (аналоговой) среде.

Практически одну и ту же систему можно представить в виде либо
дискретно изменяюпрйся модели, либо непрерывно изменяюпрйся. Как
правило, в имитационном моделировании время является основной
независимой переменной. Другие переменные, включенные в
имитационную модель, являются функциями времени, т.е. зависимыми
переменными. Определение "дискретная" и "непрерывная" относятся к
поведению зависимых переменных. При "дискретной" имитации
зависимые переменные изменяются дискретно в определенные
моменты времени, называемые моментами свершения событий.

Переменная времени в имитационной модели может быть либо
непрерывной, либо дискретной в зависимости от того, могут ли
дискретные изменения зависимых переменных происходить в любые
моменты времени или только в определенные моменты.

При "непрерывной" имитации зависимые переменные модели
изменяются непрерывно в течение имитационного времени.
Непрерывный процесс может имитироваться либо непрерывной
моделью, либо дискретной в зависимости от того, будут ли значения
независимых переменных доступны в любой точке или только в
определенные моменты времени.

В "комбинированной" имитации зависимые переменные модели могут

изменяться дискретно, непрерывно или непрерывно с наложенными
дискретными скачками. Наиболее важный аспект комбинированной
имитации заключается в возможности взаимодействия между

дискретно и непрерывно изменяющимися переменными.

представляются с помощью непрерывно изменяющихся зависимых
переменных).

Имитационные модели также подразделяются на статические и
динамические.

Статические модели имеют стабильную, не изменяющуюся во времени
('^жесткую") модель функций и блоков исследуемого реального объекта.
Обычно такие модели строятся на базе аналитической разработки,
юторая реализуется в виде программы. Такие модели близки по своим
свойствам к расчетным моделям, а режим имитации здесь используется
толью для "прогона" расчетов в заданных интервалах входных
параметров. Как правило, модели данного класса применяют для

подтверждения гипотетических догадок

предполагаемых

аналитически выраженных свойствах исследуемого явления или
объекта.

Динамические модели, как правило, имею более сложную схему
реализации и проведения имитационного эксперимента. Модели
данного класса предполагают, что "ядро" схемы моделирования,
определяющее основные связи и свойства объект, меняется в процессе
имитационного эксперимента и модифицируется в зависимости от
промежуточных данных.

Здесь возможны два варианта развития: динамика изменения схемы
имитационного эксперимента известна и динамика изменения модели
является целью имитационного исследования.

Очевидно, что последний вариант имитационной модели является
наиболее сложным случаем в практике исследований с помощью
имитационных моделей, поскольку по существу представляет собой
компьютерный инструментарий исследования нового, неизвестного
свойства реального объекта. Примером таких сложных имитационных
моделей с динамической структурой являются модели, исследующие
ситуации катастроф, "переломных” эюномию-политических ситуаций и

Области применения имитационных моделей

Имитационное моделирование является универсальным и особенно
успешно может применяться в вероятностных процессах и в
исследовании переходных режимов экономических явлений. Лица,
ответственные за принятие решений в области создания экономических
систем, могут оценить их эффективность одним из трех следующих
способов.
Во-первых, есть возможность (по крайней мере, теоретическая)
проводить управляемые эксперименты с экономичесюй системой
4мрмы, отрасли или страны. Однаю принятие неоптимальных решений
может причинить ущерб экономической системе. При этом чем больше
масштаб системы, тем ощутимее убытки. Даже в случае нахождения
оптимальных решений, касающижя, например, управления
деятельностью 4мрмы, при проведении реальных экспериментов
трудно сохранить постоянство факторов и условий, влияющих иа
результат, а, следовательно, сложно обеспечить надежную оценку
различных экономических ретрний.

Во-вторых, если есть данные о развитии экономичесюй системы за
неюторый период времени в прошлом, то можно провести мысленный
эксперимент на этих данных. Однаю для этого нужно знать точно,
какие изменения каких входных переменных привели к наблюдаемому
изменению выходных переменных, характеризующих эффективность
экономической системы. Иногда причинами изменении могут оказаться
случайные возмущения, или так называемый "шум”. Поэтому нельзя
слишком доверять оценкам.

В-третьих, можно построить математическую модель системы,
связывающую входные (независимые) переменные с выходными
(зависимыми) переменными, а также с экономичесюй стратегией. Если
есть основания для того, чтобы считать разработанную математическую
модель адекватной рассматриваемой эюномичесюй системе, то с
помощью модели можно производить расчеты или машинные
эксперименты. По результатам этих экспериментов можно выработать
рекомендации по повы-шению эффективности существующей или
проектируемой экономичесюй системы.

К недостаткам систем имитационного моделирования можно отнести
следующие:

•	сложность описания;

•	сложность проведения экспериментов;

•	слабость средств моделирования конфликтов за общие ресурсы;

•	необходимость перебора большого количества сравниваемых
вариантов с целью отыскания оптимального.
Существующие имитационные модели можно условно разделить на три
группы.

К первой группе можно отнести модели, которые достаточно точно
отражают какую-либо одну сторону определенного экономического
процесса, происходящего в системе сравнительно малого масштаба. С
точки зрения математики они представляют собой весьма простые
соотношения между двумя-пятью переменными. Обычно это
алгебраические уравнения не выше 2-й или 3-н степени, в крайнем
случае, система алгебраических уравнений.

Ко второй группе можно отнести модели, которые описывают реальные
процессы, протекающие в экономических системах малого н среднего
масштаба, подверженные воздействию случайных и неопределенных
факторов. Разработка таких моделей требует принятия допущений,
позволяющих разрешить неопределенности. Например, требуется задать

распределения случайных величин, относящихся

входным

переменным. Эта искусственная операция в известной степени
порождает сомнение в достоверности результатов моделирования.

Среди моделей данной группы наибольшее распространение получили
модели систем массового обслуживания. С упорствуют две
разновидности этих моделей: аналитические и алгоритмические.
Аналитические модели не учитывают действие случайных факторов и
поэтому могут использоваться только как модели первого приближения.
С помощью алгоритмических моделей исследуемый процесс может
быть описан с любой степенью точности на уровне его понимания
постановщиком задачи.

К третьей группе относятся модели больших н очень больших
(макроэкономических) систем: крупных торговых и промышленных
предприятий и объединений, отраслей народного хозяйства и
экономики страны в целом. Создание математической модели
экономической системы такого масштаба представляет собой сложную
научную проблему решение мэторой под силу лишь крупному научно-
нсследовательсюму учреждению.

Перечисленные выше признаки соответствуют разным типам моделей,
относительно независимым. Поэтому у многих авторов имеются
разногласия в определении имитационных моделей:
характеристик является моделированием математическим, но ие

имитационным и ие статистическим. Соответственно, входящий

в состав MatLab'a Simulink никакэго отношения к двум
последним видам моделирования ие имеет Г601:

визуализацию логистического процесса (например, передвижения
внутри объекта) можно назвать математический (ио не стати-
стичесыэй) имитацией;

вычисление многомерного интеграла методам Монте-Карло -

это статистическое, но не имитационное моделирование;
моделирование задач теории очередей на GPSS и других языках
является одновременно имитационным и статистическим.

За рубежом появилось огромное количество современных систем
имитационного моделирования (симуляторы). Коммерческие
симуляторы специализированы по отраслям промышленности:
eMPlant (машиностроение), DELMIA (судостроение), NETRAC
(телекоммуникации и связь). Но средн них имеются и пакеты общего
применения, прежде всего - специализированные языки
имитационного моделирования GPSS, Simula, и программы,
использующие ту же транзакг-парадигму что и GPSSt Arena,
Extend, ProModel, SimProcess, LabView, Crystal
Ball 200 0 Г611.

Решение задач с преобладанием логистических аспектов может быть
получено с помощью таких симуляторов, гак AutoMod, AnyLogic,
Process Model, QUEST, SIMFACTORY, Taylor ED,
WITNE S S, объектно-ориентированного моделирования
информационных процессов Natural Engineering Workbench,
имитационного моделирования бизнес-процессов ReThink Г621.

Несюлько особняюм стоит система BPsim Г631 - она опирается иа
аппарат динамических экспертных систем. В ней определены
следующие классы объектов: операции, ресурсы, средства, процессы,
источники и приемники ресурсов, перекрестки, параметры. Отдельно
выделены информационные типы ресурсов: сообщения и заявки иа
выполнение операций. Параметры процесса задаются функцией от
характеристик объектов и классифицируются на производные (свертка
различного типа характеристик) и консолидированные (свертка
одноименных характеристик операций процесса). Описание причинно-
следственных связей задается специальными объектами.

Имитационное моделирование все шире внедряется в практику
исследования производственных (в самом широком смысле слова)
процессов, стратегичесюго и оперативного управления нми. В
настоящее время встал вопрос о сплошном применении цифровых
моделей (Digital Factory) Г641 в процессе проектирования и
эксплуатации производственных систем. Люди, участвующие в такой
деятельности, получают возможность наблкадать статические
объекты, как правило, в виде трехмерных изображений (виртуальная
реальность - VR). Наличие имитационной модели и обоснование с ее
помощью выбранного варианта в западных странах являются
обязательными в комплекте документов, подаваемых на рассмотрение
для проектирования или модернизации нового производства либо
технологически^} процесса.

Имитационные модели используются и для обучения персонала. Эта
концепция называется ^-manufacturing. Убежденными
сторонниками ее выступают, в частности, ведущие автомобильные
компании Daimler-Chrysler, Mercedes-Benz, BMW,
Audi, Toyota. Этот подход применяется и на сборке аэробусов
А-380 в Гамбурге Г641.

Областями целесообразного применения компьютерных имитационных
моделей в экономичесюй политике на уровне федерального органа
управления можно считать следующие:

•	макроэкономическая модель России - для прогнозирования
агрегированных показателей (ВВП, инфляция, объем
производства важнейших отраслей, инвестиции, экспорт, импорт,
объем денежной массы, золотовалютные резервы, курс
национальной валюты);

•	динамическая модель межотраслевого баланса России позволяет
получать вариантные сбалансированные прогнозы социалыю-
эюномического развития России, учитывающие структурные


сдвиги экономики;

модель платежного баланса России предназначена для
моделирования внешнеэкэномичесюй деятельности России;

модель консолидированного бтоджета России позволяет
прогнозировать основные параметры государственного бтоджета
на заданном периоде с учетом перспективной эюномической
ситуации (которая, в свою очередь, спрогнозирована при помощи
отмеченных выше моделей).

Расчет комплекса моделей на каждой точке прогнозного периода

производится последовательно, от макрамодели до модели бюджета.

При этом результаты расчета каждой модели либо оказывают

непосредственное влияние на внутренние показатели других моделей,

либо учитываются при построении значений показателей иа следующих

временных интервалах (если в спецификации моделей заложены
лаговые зависимости).

Такой комплекс моделей дает возможность получать адекватное
представление о будущем сбалансированном состоянии экономики
государства.

На уровне региональных органов власти целесообразно использование

комплексной имитационной модели региона, отражающей особенности

развития региональной экономики. Данную модель можно представить
в виде следующих структурных блоков:

"Население" - отвечает за осуществление прогнозных расчетов
общей численности населения с учетом естественного движения

и процессов миграции,

его половозрастной структуры,

численности экономически активного контингента и баланса

трудовых ресурсов конкретной территории. Исходными данными
для этого выступают результаты переписи, данные о миграции, а
также информация о профессиональной структуре трудовых
ресурсов территории;

"Рынок труда" - моделируется межотраслевое движение рабочей
силы в зависимости от потребности, уровня скрытой и
структурной безработицы, размера оплаты труда;

'Производство и сфера услуг" - в этом блоке можно выделить три
составные части: инвестиционно-фондовая отражает
инвестиционные ресурсы и движение основных
производственных фондов отрасли (промышленность, сельсюе
хозяйство, транспорт и связь, строительство, торговля и общепит);
ресурсная показывает динамику материальных и трудовых
ресурсов отраслей; производственная характеризует изменение
объемов производства важнейших видов продукции, работ, услуг
с учетом обеспеченности трудовыми, материальными ресурсами и
платежеспособного спроса иа продукцию отраслей, сценарных
условий функционирования экономики РФ на прогнозный

период;

'Финансы1'

прогнозируются финансовые результаты

деятельности предприятий, доходы и расходы
поступления в государственный бщджет и i

। населения,
направления

расходования средств с возможностью анализа и прогнозной
оценки регионального отклика на изменения налоговой системы
и структуры региональной экономики;

'Социальная сфера" и "^ювень жизни населения" - в этом блоке
представляют во взаимосвязи динамику инвестиционно-
фондовых процессов, формирования материальных и трудовых
ресурсов и обеспечения населения услугами непроизводственных
отраслей. Здесь рассчитываются как отдельные показатели, так и
показатель интегральный, учитывающий специфику региона и
разносторонние факторы качества жизни человека
(обеспеченность жильем, уровень занятости и др.);

'Комплексная модель экономики субъекта РФ" - отражает
динамику функционирования регионального хозяйства на базе
целостной интегрированной системы взаимосвязанных
макроэкономических показателей, включенных в систему
национальных счетов.

В управлении финансово-хозяйственной деятельностью крупного

предприятия возможно использование
моделей, состоящего из блоков:

комплекса динамических

'Планирование производственных показателей" - рассчитывается
ввод производственных мощностей в зависимости от инвестиций
на плановый период, с учетом фондоотдачи определяются
плановые показатели объемов производства готовой продукции и

транспортных услуг;
"Планирование экономических показателей" - рассчитываются
плановые объемы реализации в зависимости от спроса,
изменения запасов готовой продукции, планируются выручка от
реализации (в том числе на экспорт в зависимости от курсов
валют) и производственные затраты с учетом индексов роста,
рассчитываются себестоимость производства и реализации,
прибыль (убытки), планируются начисленные налоги при

заданных ставках;

'ТТланирование финансовых показателей"

планируются

инвестиции и финансовая деятельность, рассчитываются доходы
и расходы (по отгрузке), выделяется оплачиваемая часть по видам
платежных средств (денежные средства, векселя, прочие виды
расчетов), исходя из заданных коэффициентов оплаты,

рассчитываются
задолженностей;

• "Планирование

изменения кредиторской и дебиторской

активов"

рассчитывается состояние

внеоборотных активов, запасов, денежных средств, дебиторской
задолженности на конец планового периода;

•	"Планирование пассивов" - рассчитывается состояние капитала и
резервов, заемных средств, кредиторской задолженности на
конец планового периода.

Комплекс динамических моделей в управлении финансово-
хозяйственной деятельностью предприятия позволяет планировать
финансово-хозяйственные потоки, построить прогнозный
бухгалтерский баланс, сформировать план социально-экономического
развития и бюджет предприятия.

Последовательность разработки имитационныхмоделей

Технологическая схема разработки имитационной модели может быть
представлена в виде этапов следующим образом.

Этап 1: разработка математического (или аналитического) описания
моделируемого объекта и формулировка основных положений и
требований к программной реализации имитационной модели. Здесь
разработчик оценивает сложность модели, репвет задачу выбора
математических, аналитических и программных средств. Определяет
основные пути проектирования имитационной модели. Этот этап
называется составление концептуальной модели. Он включает
следующие подэтапы:

•	постановка задачи моделирования;

•	представление результатов моделирования;

•	интерпретация результатов моделирования;

•	выдача рекомендаций по оптимизации режима работы реальной
системы.

Перед проведением расчетов на ПК должен быть составлен план
проведения эксперимента с указанием комбинаций переменных и
параметров, для юторых должно проводиться моделирование системы.
Задача заключается в разработке оптимального плана эксперимента,
реализация которого позволяет при сравнительно небольшом числе
испытании модели получить достоверные данные о заюномерносгях
функционирования системы.

Результаты моделирования могут быть представлены в виде таблиц,
графиков, диаграмм, схем и т.п.

Интерпретация результатов моделирования имеет целью пережд от

информации, полученной в результате машинного эксперимента с
моделью, к выводам, касающимся процесса функционирования объекта-

оригинала.

На основании анализа результатов моделирования принимается
решение о том, при каких условиях система буцет функционировать с
наибольшей эффективностью.

Этап 2: выбор средств описания реального объекта, методов
проектирования, среды программирования.

Этап 3: разработка н создание программной реализации имитационного
расчета для одного пита имитации. Определение функций изменения
имитационной модели на пите. Для динамических моделей
разрабатывается алгоритм изменения расчетной модели при пережде от
одного шага имитации кдругому

Этап 4: определение среды и условия проведения имитационного
эксперимента. Разрабатывается программа управления имитационным
процессом и выдачи промежуточных и окончательных результатов
эксперимента по заданному сценарию.

Этап 5: анализ вариантов сценариев, принятие решения о путях
совершенствования модели, имитационного процесса и выбор новых
(или уточнение старых) путей исследования.

Компьютерная реализация имитационной модели

Как вытекает из вышесказанного, имитационный эксперимент
представляет собой многократный циклический процесс, в ютором
исследователь при помощи компьютерной модели проходит следующие
стадии: ввод исходных данных, формирование условий имитационного
сценария, проведение самого расчета, юторый может длиться от
иесюльких секунд до нескольких часов, сбор и сохранение результатов
имитационного моделирования, анализ вариантов сценариев. Все эти
стадии реализуются с помощью большого числа разнообразных
операций обработки данных, требующих контакта (взаимодействия)
человека с юмпьютером.

Очевидно, что для эффективной работы пользователя со сложной
имитационной средой требуется организация рационального диалога
между человеюм и юмпьютером, с целью снижения загрузки на
человека рутинными операциями и обеспечения юмфортных условий
для проведения анализа результатов и принятия решения.

Для этого создается диалоговая надстройка, юторая берет на себя
функции обучения, навигации и помощи пользователю на всех стадиях
имитационного процесса. Концептуально диалоговая имитационная
модель содержит следующие юмпоненты:

база моделей, база вюдных и выюдных данных, база сценариев -
позволяют вести весь архив имитационного эксперимента и
создают условия для дальнейшего глубоюго и всестороннего
анализа результатов моделирования (хранилище данных); среда
имитационного моделирования - юмпьютериая среда, оснащеииая
специальным или типовым программным обеспечением,
позволяющая создавать, корректировать имитационные модели
заданного класса, получать и сохранять данные из хранилилр
данных;

адаптивная диалоговая оболочка - выполняет функции обучения
пользователей всем процедурам, как на этапах подготовки моде-
ли, так и на этапах исполнения имитационного эксперимента, а
также позволяет произвести ввод/вывод данных в хранилище,
произвести аудит и администрирование хранящихся данных и
сценариев.

Одним из наиболее эффективных инструментов имитационного
моделирования является система Arena фирмы System Modeling
Corporation.

Arena позволяет строить имитационные модели, проигрывать их и
анализировать результаты для самых разных сфер деятельности -
производственных технологических операций, складснэго учета,
банковской деятельности, обслуживания клиентов и т.д.

Имитационная модель Arena включает следующие основные
элементы: источники и стоки (Create и Dispose), процессы
(Process) и очереди (Queue).

Источники - элементы, от которых в модель поступает информация или
объекты. Скорость поступления данных или объектов от источника
обычно задается статистической функцией.

Сток представляет собой устройство для приема информации или
объектов.

Перед стоками могут накапливаться объекты, которые организуются
двумя способами: очередь и стек

Очередь - это место хранения данных, где они ожидают обработки.
Время обработки объектов (производительность) в разных процессах
может быть разным. В результате перед некоторыми процессами могут


накапливаться объекты, ожидающие своей очереди. Часто целью

имитационного моделирования является минимизация количества

объектов в очередях. Тип очереди в имитационной модели может быть
конкретизирован, Очередь работает по принципу [прим, корр.: здесь

название принципа идет сразу за называемым словом, двоеточие не
нужно] '^первым пришел - первым обслужился" (FIFO: first-in -
first-out).

Стек - пришедшие последними к стоку объекты первыми отправляются
на дальнейшую обработку (LIFO: last-in - first-out).
Альтернативой стеку может быть последовательная обработка в
очереди.

Могут быть заданы н более сложные алгоритмы обработки очереди.

Процессы - это аналог работ в функциональной модели. В
имитационной модели может быть много процессов, и для каждого
задана своя производительность, временные н технологические
характеристики.

Другим средством построения компьютерных имитационных моделей
на рынке программных продуктов является система MATLAB в
сочетании с пакетом визуального моделирования Simulink компании
MathWorks Г651.

Возможности пакета Simulink:

•	визуальное представление логики функционирования компонент
сложной системы и их взаимодействия;

•	работа во внешнем режиме при использовании раздела
PCTagert (универсальных PC 1-контроллеров);

•	управление и работа с внешними системами в режиме реального
времени.

На рынке отечественных разработчиков существует универсальный
пакет имитационного моделирования AnyLogic 4.1 российской
юмпании XJ Technologies Г661. В AnyLogic представление
модели является визуальным н иерархическим. Простой графический
язык моделирования (основанный на UML-RT) оперирует понятиями
объектов и связей между ними - дискретными (отправка сообщений
произвольной структуры) и непрерывными (отслеживание
показателей). Для описания сложного поведения пользователь может
применять графические диаграммы переходов и состояний. Такие
диаграммы позволяют визуально проектировать сложные бизнес-
процессы и многопвговые действия с альтернативами.

Описание поведения объектов производится с помощью фрагментов
кода иа языке Java: пользователю необходимо определить действия в
специальных полях свойств элементов объектов, а весь рутинный юд
генерируется пакетом автоматически. При разработке моделей
доступны все возможности языка Java. Это касается и организации
доступа к базам данных. Когда базовых возможностей AnyLogic
недостаточно (в неюторых случаях нужны многомерные массивы и
календари), разработчик модели может использовать язык Java для
создания дополнительных классов.

Как и все выше рассмотренные пакеты, AnyLogic существенно
снижает трудоемкость разработки модели по сравнению с
универсальными системами разработки программного обеспечения,
поскольку предоставляет в готовом виде:

•	визуальный язык проектирования модели;

•	ядро моделирования - планировщик событий, механизм обмена и
распределения сообщений в соответствии с графическими свя-
зями;

•	средства представления результатов моделирования - графики,
сбор статистики, анимация;

•	средства инспекции модели - отображение всех имеющихся в
системе объектов, информации о состояниях объектов,
параметров и переменных;

•	численные методы решения систем дифференциальных
уравнений;

•	классы распределений случайных величии;

•	библиотеки блоюв, аналогичных MAT LAB/ Simulink.

Перечисленные возможности в измплексе позволяют разработчику ие
тратить время иа базовые функции, а сосредоточиться на логике
имитационной модели.
Во всех случаях создавать имитационные модели без предварительного
анализа бизнес-процессов не всегда представляется возможным.
Действительно, не поняв сути бизнес-процессов предприятия,
бессмысленно пытаться оптимизировать конкретные технологические
процессы. Поэтому функциональные и имитационные модели не
заменяют, а дополняют друг друга, при этом они могут быть тесно
взаимосвязаны. Имиткционная модель дает больше информации для
анализа системы. В свою очередь, результаты такого анализа могут стать
причиной модификации модели процессов. Наиболее целесообразно
сначала создать функциональную модель, а затем на ее основе построить
модель имитационную. Для поддержки такой технологии
инструментальное средство функционального моделирования BPwin

4.0 имеет возможность преобразования диаграмм IDEF3 в
имитационную модель Arena (версии 3.6 и выше). Для
преобразования диаграммы IDEF3 в модель Arena необходимо, чтобы
BPwin 4.0 и Arena были запущены одновременно. В BPwin 4.0
следует открыть диаграмму IDEF3, а затем выбрать меню
File/Export/Arena. Далее экспорт производится автоматически.

Поскольку имитационная модель имеет гораздо больше параметров, чем
диаграмма IDEF3, в BPwin 4 . О существует возможность задать эти
параметры с помощью свойств, определяемых пользователем (UDP,
User Defined Properties). В поставку BPwin 4.0 входят
примеры моделей с предварительно внесенными UDP для экспорта в

Arena (Program Files/Computer Associates/BPwin

4 . O/Samples/Arena/) и модель ArenaBEUDPs .bpl, в которой
определены все необходимые для экспорта UDP и которую можно

использовать в качестве пвблона для создания новых моделей.

Рассмотрим основные элементы интерфейса программы ARENA Г671.

На рис.12.2, приведен вид экрана с выведенными на него сведениями о
программе. Нетрудно заметить, что внешне он в наибольшей степени
похож на экран программы MS Vi s i о


Рис. 12.2. Сведения о программе

Это закономерно, поскольку обе программы выполнены с соблюдением
стандартов MS Windows. Более того, если рисование в Visio
представляется разработчику более легким делом, чем аналогичная
работа в ARENA, то он может изобразить логику процесса в Visio,
после чего перейти в Arena и импортировать созданную диаграмму
Панели, расположенные в верхней части окна на рисунке, достаточно
традиционны. Заметим лишь, что на второй линии пиктографических
изображений расположены инструменты для изображения линий,
связывающих блоки на диаграммах.

Рассмотрим панель инструментов, расположенную вертикально в
левой части окна на рис, 12.3. Она называется Project Ваг и
размещается на экране путем установки галочки в соответствующем
пункте меню группы View.
Рис. 12.3. Открытие панели инструментов

Это базовый набор модулей, необходимый для описания моделируемых
систем, в первую очередь - систем массового обслуживания. Он
состоит из двух групп. Модули первой группы (желтые пиктограммы)
предназначены для описания логики взаимодействия элементов
системы. В этом они подобны блокам IDEF-диаграмм.

Однако каждый блок имеет специфику которая отражена не только в его
названии, но и форме. Эти модули называются Flowchart
modules. Как ясно из названия, речь идет о потоках - в первую
очередь, заявок и обслуживания. Модули второй группы
ориентированы на детальное описание параметров (данных)
Flowchart modules. Они таки называются-Data modules.

Им соответствуют пиктограммы в виде таблиц. Это как бы напоминает
исследователю, что MS Excel является простым и уцобиым
инструментальным средством записи, хранения данных и обмена ими
между программами, ориентированными на расчеты.

Программа ARENA имеет большое число Flowchart modules и
Data modules.

Они объединены в кластеры н могут загружаться в Proj ect Ваг из
группы File, как показано на рис.12.4, рис.12.5, рнс.12.6.

Рис. 12.4. Открытие панели пвблонов

Рассмотрим более детально процесс загрузки новых кластеров в
программу

Первый этап. Для загрузки нового кластера необходимо открыть меню
File/ Template Panel/Attach. После этого появится
диалоговое окно, в котором необходимо выбрать соответствующий
кластер (набор инструментов).

Кластеры можно как подключать, так и отключать. Для выгрузки
кластеров необходимо выбрать

Panel/Detach.

пункт File/ Template

Помимо этого, в меню File есть

кнопки, позволяющие создавать

новые модели, сохранять их или открывать уже существующие,
отправлять документы на печать и прочие функции, вызвать которые
можно нажатием на соответствующий пункт меню.

Второй этап: выбор необходимого кластера в диалоговом окне Attach

Template Panel. Программа ARENA обладает широким набором

кластеров для более удобной работы. Как можно увидеть на рис.12.5, в
программе представлены оюло 15 пиблонов. Используя эти наборы,

можно значительным образом увеличить скорость и удобство работы.

Изначально в программе открыт кластер Basic Process.

Рис. 12.5. Выбор пиблона

Все представленные в кластере элементы (Flowchart modules и
Data modules) можно применять для создания диаграмм.

Рис. 12.6. Элементы для создания диаграмм

Третий этап. Загрузка завершена. Как видно на рис.12.6, в меню
инструментов добавилась новая вкладка с названием "Advanced
Process".

Это напоминает загрузку тематических панелей в Visio. Однакэ

ARENA - не "рисовалка",
моделирования.

а мощное средство имитационного

Программа ARENA позволяет создавать диаграммы, отражающие
функционирование того или иного процесса. Процесс создания
диаграмм во многом схож с таювым в MS Visio. Здесь также
используется технология Drag and Drop, однакэ для иеюторых
процесс "рисования" в MS Visio будет более удобным и
предпочтительным.
На рис. 12.7 изображена диаграмма основной деятельности системы
массового обслуживания с ожиданием иа примере системы
обслуживания клиентов с применением офисной АТС.

Рис. 12.7. Диаграмма основной деятельности системы массового

обслуживания с ожиданием

Однако после ряда настроек ARENA позволяет, помимо построения
диаграмм, проводить также имитационное моделирование. В результате
проведения данной операции получаем результаты, которые можно
использовать для дальнейшего анализа и построения новых моделей.
Пример подобных результатов представлен на рис. 12.8. Программа дает
возможность проводить имитационное моделирование, но уже с
другими параметрами.

Данный пример иллюстрирует только системы массового
обслуживания с очередью. Существуют и другие системы, например,
системы массового обслуживания с отказом, когда клиент не желает
ждать. Также выделяют различные СМО в зависимости от того,
поступают заявки извне или от элементов самой системы. Все эти
модели можно создать и "проиграть” с применением программы
ARENA.

Рис. 12.8. Результаты имитационного моделирования

Под экспертной системой понимается программная система, которая
моделирует рассуждения человека - эксперта в некоторой определенной
предметной области, используя базу знаний, содержащую факты и
правила об этой области и некоторый механизм логического вывода
результата экспертизы.

Достоинство экспертных систем заключается в возможности принятия

решений в уникальных ситуациях, для которых алгоритм заранее не
известен и формируется по исходным данным в виде цепочки
рассуждений (правил принятия репшннй) нз базы знаний. Причем
репЕнне задач предполагается осуществлять в условиях неполноты,
недостоверности, многозначности исходной информации и
качественных оценок процессов.

Экспертная система является инструментом, усиливающим

интеллектуальные способности эксперта,
следующие роли:

может выполнять

консультанта
пользователей;
ассистента в

для неопытных или

непрофессиональных

связи с необходимостью анализа экспертом

различных вариантов принятия решений;

партнера эксперта по вопросам, относящимся к источникам
знаний из смежных областей деятельности.

Архитектура экспертной системы

Экспертная система (рис. 12.9) включает в себя два основных
компонента: базу знаний (хранилище единиц знаний) и программный
инструментарий доступа и обработки знаний. Программный
инструментарий состоит нз механизмов вывода заключении,
приобретения знаний, объяснения получаемых результатов и
интеллектуального интерфейса Г681.

Центральным компонентом экспертной системы является база знаний,
которая выступает по отношению к другим компонентам как
содержательная подсистема, составляюгфя основную ценность.
Рис. 12.9. Архитектура экспертной системы

База знаний - это совокупность единиц знаний, юторые представляют
собой формализованное с помощью некоторого метода представления
знаний отражение объектов проблемной области и их взаимосвязей,
действий над объектами и, возможно, неопределенностей, с которыми
эти действия осуществляются Г691.

В качестве методов представления знаний чаще всего используются
либо правила, либо объекты (фреймы), либо их комбинация. Так,
правила представляют собой конструкции:

Если < условие >

То <заключение> CF (фактор определенности) <значение>

В качестве факторов определенности (CF), так правило, выступают
либо условные вероятности байесовского подщда (от 0 до 1), либо
коэффициенты уверенности нечеткой логики (от 0 до 100).

Примеры правил имеют следующий вид.

Правило 1: если Коэффициент рентабельности > 0.2, то Рентабельность
= "удовлетворительна" CF 100.
Правило 2: если Задолженность = "нет" и Рентабельность =
'Удовлетворительна", то Финансовое состояние = ’Удовлетворительно"
CF 80.

Правило 3: если Финансовое состояние = ’Удовлетворительно" и
Репутация = 'Удовлетворительна", то Надежность предприятия =
'Удовлетворительна" CF 90.

Объекты представляют собой совокупность атрибутов, описывающих
свойства и отношения с другими объектами. В отличие от записей баз
данных, каждый объект имеет уникальное имя. Часть атрибутов
отражают типизированные отношения, такие как "род - вид" (super-
class - sub-class), "целое - часть" и др. Вместо иэнкретных
значений атрибутов объектов могут задаваться значения по
умолчанию, присущие целым классам объектов, или присоединенные
процедуры (process).

Интеллектуальный интерфейс. Обмен данными между конечным
пользователем и ЭС выполняет программа интеллектуального
интерфейса, которая воспринимает сообщения пользователя и
преобразует их в форму представления базы знаний и, наоборот,
переводит внутреннее представление результата обработки в формат
пользователя и выдает сообщение на требуемый носитель.

Важнейшим требованием к организации диалога пользователя с ЭС
является естественность, юторая не означает буквально
формулирование потребностей пользователя предложениями
естественного языка, хотя это и не исключается в ряде случаев Г701.

Важно, чтобы последовательность решения задачи была гибкой,

соответствовала представлениям пользователя и
профессиональных терминах

велась

Механизм вывода. Этот программный инструментарий получает от
интеллектуального интерфейса преобразованный во внутреннее
представление запрос, формирует из базы знаний конкретный алгоритм
решения задачи, выполняет алгоритм, а полученный результат
предоставляется интеллектуальному интерфейсу для выдачи ответа на
запрос пользователя. В основе применения любого механизма вывода
лежит процесс наюждения в соответствии с поставленной целью и
описанием конкретной ситуации (исходных данных), относящихся к
решению единиц знании (правил, объектов, прецедентов н т.д.) и
связыванию их при необходимости в цепочку рассуждений,
приводящую к определенному результату Для представления знаний в
форме правил это может быть прямая или обратная цепочка
рассуждений (рис.12.10 и рис.12.11).

Рис. 12.10. Прямая цепочка рассуждений

Рис. 12.11. Обратная цепочка рассуждений

Для объектно-ориентированного представления знаний характерно

применение механизма наследования атрибутов, когда значения

атрибутов передаются по иерархии от вышестоящих классов к

нижестоящим. Также при заполнении атрибутов фрейма необходимыми

данными запускаются на выполнение присоединенные процедуры.


Механизм объяснения. В процессе или по результатам решения задачи

пользователь может запросить объяснение или обоснование юда

решения. С этой целью ЭС должна предоставить соответствующий
механизм объяснения.

Объяснительные способности ЭС определяются возможностью
механизма вывода запоминать путь решения задачи, Тоща на вопросы
пользователя ’Как?" и "Почему?" получено решение или запрошены те
или иные данные, и система всегда может выдать цепочку рассуждений
до требуемой контрольной точки, сопровождая выдачу объяснения
заранее подготовленными комментариями. В случае отсутствия
решения задач объяснение должно выдаваться пользователю
автоматически.

Полезно иметь возможность и гипотетического объяснения решения
задачи, когда система отвечает иа вопросы, что буцет в том или ином
случае. Однако не всегда пользователя интересует полный вывод
решения, содержащий множество ненужных деталей. В этом случае
система должна уметь выбирать из цепочки только ключевые моменты
с учетом их важности и уровня знаний пользователя. Для этого в базе
знаний необходимо поддерживать модель знаний и намерений
пользователя.

Если же пользователю все еще не понятен полученный ответ, то
система должна быть способна в диалоге на основе поддерживаемой
модели проблемных знаний обучать пользователя тем или иным
фрагментам знаний, т.е. раскрывать более подробно отдельные понятия
и зависимости, если даже эти детали непосредственно в выводе ие
использовались.

Механизм приобретения знаний. База знаний отражает знания
экспертов (специалистов) в данной проблемной области о действиях в
различных ситуациях или процессах решения характерных задач.
Выявлением подобных знаний и последующим их представлением в
базе знаний занимаются специалисты, называемые инженерами
знаний. Для ввода знаний в базу и их последующего обновления ЭС
должна обладать механизмом приобретения знаний. В простейшем
случае используется интеллектуальный редактор, который позволяет
вводить единицы знаний в базу и проводить их синтаксический и
семантический контроль, например, на непротиворечивость. В более
сложных случаях инженер знаний должен из-влекать знания путем
специальных сценариев интервьюирования экспертов, или из
вводимых примеров реальных ситуаций, как в случае индуктивного
вывода, или из текстов, или из опыта работы самой интеллектуальной
системы.

По степени сложности решаемых задач экспертные системы можно
классифицировать следующим образом Г711.

По способу формирования решения экспертные системы разделяются
на два класса: аналитические и синтетические. Аналитические системы
предполагают выбор решении из множества известных альтернатив
(оп-ределение характеристик объектов), а синтетические системы -
генерацию неизвестных решений (формирование объектов).

По способу учета временного признака экспертные системы могут
быть статическими или динамическими. Статические системы решают
задачи при не изменяемых в процессе решения данных и знаниях,
динамические системы допускают такие изменения. Статические
системы осуществляют монотонное непрерываемое решение задачи от
ввода исходных данных до конечного результата, динамические системы
предусматривают возможность пересмотра в процессе решения
полученных ранее результатов и данных

По видам используемых данных и знаний экспертные системы
классифицируются на системы с детерминированными (четка
определенными) знаниями и неопределенными знаниями. Под
неопределенностью знаний понимается их неполнота,
недостоверность, двусмысленность, нечеткость.

По числу используемых источников знаний экспертные системы могут
быть построены с использованием одного или множества источников
знаний. Источники знаний могут быть альтернативными или
дополняющими друг друга


В соответствии с перечисленными признаками классификации
выделяются следующие основные классы экспертных систем (табл.
12.1.).

Классифицирующие экспертные системы. Экспертные системы,

репоющие задачи
классифицирующими,

распознавания ситуаций, называются
поскольку определяют принадлежность

анализируемой ситуации к некоторому классу

Таблица 12.1. Основные классы экспертных систем

путем подстановки исходных данных в некоторую совокупность
взаимосвязанных общих утверждений получается частное заключение.

Доопределяющие экспертные системы. Более сложный тип
аналитических задач представляют задачи, которые репвются на основе
неопределенных исходных данных и применяемых знаний. В этом
случае экспертная система должна как бы доопределять недостающие
знания, а в пространстве решений может получаться несколью
возможных решений с различной вероятностью или уверенностью в
необходимости их выполнения.

В качестве методов работы с неопределенностями могут применяться
байесовский вероятностный подход и нечеткая логика.

Доопределяющие экспертные системы могут использовать для
формирования решения несколью источников знаний. В этом случае
могут применяться эвристические приемы выбора единиц знаний из их
конфликтного набора, например, на основе использования приоритетов
важности, или получаемой степени определенности результата, нли
значений функций предпочтений и т.д.

Для аналитических задач классифицирующего и доопределяющего
типов характерны следующие проблемные области.

1.	Интерпретация данных - выбор решения нз фиксированного
множества альтернатив на базе введенной информации о текущей
ситуации. Основное назначение - определение сущности
рассматриваемой ситуации, выбор гипотез, исходя их фактов.
Типичным примером является экспертная система анализа
финансового состояния предприятия.

2.	Диагностика - выявление причин, приведших к возникновению
ситуации. Требуется предварительная интерпретация ситуации с
последующей проверкой дополнительных фактов, например,
выявление факторов снижения эффективности производства.

3.	Коррекция - диагностика, дополненная возможностью оценки н
рекомендации действий по исправлению отклонений от
нормального состояния рассматриваемых ситуаций.

Трансформирующие экспертные системы. В отличие от аналитических

статических экспертных систем синтезирующие динамические
экспертные системы предполагают повторяющееся преобразование

знаний в процессе репюния задач, что связано с характером результата,
юторый нельзя заранее предопределить, а также с динамичностью
самой проблемной области.

Для синтезирующих динамических экспертных систем наиболее
применимы следующие проблемные области.

1.	Проектирование - определение конфигурации объектов с точки
зрения достижения заданных критериев эффективности н
ограничений, например, проектирование бюджета предприятия
или портфеля инвестиций.

2.	Прогнозирование - предсказание последствий развития текущих
ситуаций на основе математичесюго н эвристического
моделирования, например, прогнозирование трендов на
биржевых торгах
3.	Диспетчеризация - распределение работ во времени, составление

расписаний, например, планирование графика
капиталовложений.

4.	Планирование - выбор последовательности
пользователей по достижению поставленной цели,
планирование процессов поставки продукции.

освоения

действии
например,

5.	Мониторинг - слежение за текуп^й ситуацией с возможной
последующей коррекцией. Для этого выполняется диагностика,
прогнозирование, а в случае необходимости - планирование и
коррекция действий пользователей, например, мониторинг сбыта
готовой продукции.

6.	Управление - мониторинг, дополненный реализацией действий в
автоматических системах, например, принятие решений иа
биржевых торгах.

Многоагентные экспертные системы. Для таких динамических систем
характерна интеграция в базе знаний нескольких разнородных
источников знаний, обменивающихся между собой получаемыми
результатами иа динамической основе, например, через "доску
объявлений".

Для многоагентных систем характерны следующие особенности:

проведение альтернативных рассуждений на основе
использования различных источников знаний с механизмом
устранения про-тиворечий;

распределенное решение проблем, которые разбиваются на
параллельно решаемые подпроблемы, соответствующие самостоя-
тельным источникам знаний;

применение множества стратегий работы механизма вывода
заключений в зависимости от типа решаемой проблемы;

обработка больших массивов данных, содержащихся в базе
данных;

способность прерывания решения задач в связи с необходимостью
получения дополнительных данных и знаний от пользователей,
моделей, параллельно решаемых подпроблем.

Технология создания экспертных систем
Слабая формализуемость процесса принятия решений, его
альтернативность и нечеткость, качественная природа используемых
знаний, динамичность изменения проблемной области - все эти
характерные особенности применения экспертных систем
обусловливают сложность и большую трудоемкость их разработки по
сравнению с другими информационными системами.

Извлечение знаний при создании экспертной системы предполагает
изучение множества источников, к которым относятся специальная
литература, базы фактуальных знаний, отчеты о решении аналогичных
проблем, а самое главное, опыт работы специалистов в исследуемой
проблемной области.

Успех проектирования экспертной системы во многом определяется
тем, насколько компетентны привлекаемые к разработке эксперты и
настолько они способны передать свой опыт инженерам по знаниям.
Вместе с тем, эксперты не имеют представления о возможностях и
ограничениях ЭС.

Следовательно, процесс разработки ЭС должен быть организован
инженерами по знаниям таким образом, чтобы в процессе их
итеративного взаимодействия с экспертами последние получили весь
иеобтодимый объем знаний для репкния четко очерченных проблем.
Этапы проектирования экспертной системы представлены на
рнс.12.12.

Однако необходимо учитывать, что эксперты сами представляют собой
свержложные системы, и их деятельность также зависит от многих
внешних и внутренних условий.

Взаимодействие между экспертами может как стимулировать, так и
подавлять их деятельность. Поэтому в разных случаях применяют
различные методы экспертизы, отличающиеся характером
взаимодействия экспертов друг с другом: анонимные и открытые
опросы и анкетирования, совещания, дискуссии, деловые игры,
мозговой штурм н т.д. Нередко прн работе с экспертами используется
метод Дельфм Г731.

На начальных этапах идентификации и концептуализации, связанных с
определением контуров будущей системы, инженер по знаниям
выступает в роли ученика, а эксперт - в роли учителя, мастера. На
заключительных этапах реализации и тестирования инженер по
знаниям демонстрирует результаты разработки, адекватность которых
проблемной области оценивает эксперт. На этапе тестирования это
могут быть совершенно другие эксперты.

На этапе тестирования созданные экспертные системы оцениваются с
позиции двух основных групп критериев; точности и полезности.

С точностью работы связаны такие характеристики, как правильность
выполняемых заключений, адекватность базы знаний проблемной
области, обоснованность применяемых методов решения проблемы.
Поэтому конечные оценки системе ставят специалисты в проблемной
области - эксперты.

Полезность же экспертной системы характеризуется степенью
удовлетворения требований пользователя в части получения
необходимых рекомендаций, легкости и естественности взаимодействия
с системой, надежности, производительности и стоимости
эксплуатации, способности обоснования решений и обучения,
настройки на изменение потребностей.


Переформулирование I Идентификация

*1	проблемкой области

1Нбоваши

Переформудирсвашге U КонцептуализацшЕ
проблемной области

Рис. 12.12. Этапы проектирования экспертной системы

Оценивание экспертной системы осуществляется по набору тестовых

примеров, как из предшествующей практики экспертов, так и

специально подобранных ситуаций. Результаты тестирования подлежат

статистической обработке, после чего делаются выводы о степени
точности работы экспертной системы.

Следующий этап жизненного цикла экспертной системы - внедрение

и опытная эксплуатация в массовом порядке без непосредственного

контроля со стороны разработчиков и пережд от тестовых примеров к

решению реальных задач.
Важнейшим критерием оценки становится соотношение стоимости
системы и ее эффективности. На этом этапе осуществляется сбор
критических замечаний и внесение необходимых изменений.

В результате опытной эксплуатации может потребоваться разработка
иовых специализированных версий, учитывающих особенности
проблемных областей.

Описание приемов извлечения знаний инженерами знаний
представлено в таблице 12.2.

Первые два этапа разработки экспертной системы составляют
логическую стадию, не связанную с применением четю определенного
инструментального средства.

Последующие этапы реализуются в рамках физического создания
проекта иа базе выбранного инструментального средства.

Вместе с тем, процесс создания экспертной системы как сложного
программного продукта имеет смысл выполнять на основе
прототипного проектирования, сущность которого сводится к
постоянному наращиванию базы знаний, начиная с логической стадии.

Прототипная технология создания экспертной системы означает, что
простейший прототип будущей системы реализуется с помощью любого
подручного инструментального средства еще иа этапах идентификации
и концептуализации. В дальнейшем этот прототип детализируется,
концептуальная модель уточняется, реализация выполняется в среде
окончательно выбранного инструментального средства.

Таблица 12.2. Приемы извлечения знаний
Идентификация проблемной области. Этап идентификации

проблемной области включает определение назначения и сферы

применения экспертной системы, подбор экспертов н группы

инженеров по знаниям, выделение ресурсов, постановку и
параметризацию решаемых задач.

Начало работ по созданию экспертной системы инициируют
руководители компаний (предприятий, учреждений). Обычно
необходимость разработки экспертной системы в той или иной сфере

деятельности связана с затруднениями лиц, принимающих решение, что

сказывается на эффективности функционирования компании. Эти
затруднения могут быть обусловлены недостаточным опытом работы в

данной области, сложностью постоянного привлечения экспертов,

нехваткой трудовых ресурсов для решения простых интеллектуальных

задач, необходимостью интеграции разнообразных источников знаний.

Как правило, назначение экспертной системы связано с одной из
следующих областей:

обучение и консульткция неопытных пользователей;

•	распространение и использование уникального опыта экспертов;

•	автоматизация работы экспертов по принятию репкний;

•	оптимизкция решения проблем, выдвижение и проверка гипотез.

Сфера применения экспертной системы характеризует тот круг задач,
который подлежит формализации, например, "оценка финансового
состояния предприятия", "выбор поставщика продукции",
"формирование маркетинговой стратегии" и т.д.

Обычно сложность реииемых в экспертной системе проблем должна
соответствовать труцоемкэсти работы эксперта в течение несюльких
часов. Более сложные задачи имеет смысл разбивать на совокупности
взаимосвязанных задач, юторые подлежат разработке в рамках
нескольких экспертных систем.

Ограничивающими факторами на разработку экспертной системы
выступают отводимые сроки, финансовые ресурсы и программно-
техническая среда. От этих ограничений зависит количественный и
качественный состав групп инженеров по знаниям и экспертов, глубина
прорабатываемых вопросов, адекватность и эффективность решения
проблем. Обычно различают три стратегии разработки экспертных
систем Г741:

•	широкий набор задач, каждая из юторых ориентирована на узкую
проблемную область;

•	концентрированный набор задач, определяющий основные
направления повышения эффективности функционирования эко-
номического объекта;

•	комплексный набор задач, определяющий организацию всей
деятельности экономического объекта.

После предварительного определения контуров разрабатываемой
экспертной системы инженеры по знаниям совместно с экспертами
определяют:

класс решаемых задач (прогнозирование, планирование,
проектирование, мониторинг, управление);

критерии эффективности результатов решения задач
(минимизация использования ресурсов, повышение качества
продукции и обслуживания, ускорение оборачиваемости капитала
И т.д.);

критерии эффективности процесса решения задач (повышение
точности принимаемых решений, учет большего числа факторов,
просчет большего числа альтернативных вариантов, адаптивность
к изменениям проблемной области и информационных потреб-
ностей пользователей, сокращение сроюв принятия решений);
•	цели решаемых задач;

•	подцели (разбиение задачи на подзадачи, для каждой из юторьгх
определяется своя цель);

•	исходные данные (совокупность используемых факторов);

•	особенности используемых данных (определенность /
неопределенность, статичность / динамичность, одноцелевая /
многоцелевая направленность, единственность /
множественность источниюв знаний).

Построение юнцептуальной модели. На этапе построения

концептуальной модели создается целостное и системное описание

используемых знаний, отражающее сущность функционирования
проблемной области.

От качества построения концептуальной модели проблемной области во

многом зависит, насколью часто в дальнейшем по мере развития

проекта буцет выполняться переработка базы знаний.

Хорошая концептуальная модель может толью

(детализироваться или упрогщться), но не перестраиваться.

уточняться

Результат построения юнцептуальной модели обычно представляется в
виде наглядных графических схем:

объектная модель описывает структуру предметной области как

совокупности взаимосвязанных объектов;

функциональная модель отражает действия и преобразования над
объектами;

поведенческая модель рассматривает взаимодействия объектов во

временном аспекте.

Первые две модели описывают статические аспекты функционирования
проблемной области, а третья модель - динамику изменения ее
состояний. Естественно, что для различных классов задач могут
требоваться разные виды моделей, а, следовательно, и
ориентированные на них методы представления знаний.

Формализация базы знаний. На этапе формализации базы знаний
осуществляется выбор метода представления знаний и осуществляется
проектирование логической структуры базы знаний.

Рассмотрим классификацию методов представления знаний:

•	логичестотя модель реализует и объекты, и правила с помощью
предикатов первого порядка, является строго формализованной
моделью с универсальным дедуктивным и монотонным методом
логического вывода "от цели кданным";

•	продукционная модель реализует эвристические методы вывода
на правилах и может обрабатывать неопределенности в виде ус-
ловных вероятностей или коэффициентов уверенности, а также
выполнять монотонный или немонотонный вывод;

•	семантическая сеть отображает разнообразные отношения
объектов; фреймовая модель, как частный случай семантической
сети, использует для реализации операционного знания
присоединенные процедуры;

•	объектно-ориентированная модель, как развитие фреймовой
модели, реализуя обмен сообщениями между объектами, в
большей степени ориентирована на динамические задачи и
отражение поведенческой модели.

Рассмотрим применение аппарата нечеткой логики на примере оценки
надежности поставщика, в ютором кроме фактора финансового
состояния учитывается и фактор формы собственности (рис.12.13).

Рис. 12.13. Применение нечеткой логики
Пусть государственное предприятие не имеет задолженности с
уверенностью 60% и предполагается, что его рентабельность
удовлетворительна с уверенностью 80%. Фрагмент множества правил
имеет следующий вид.

Правило 1: если Задолженность = "нет" и Рентабельность =
'Удовлетворительна", то Финансовое состояние = ’Удовлетвори-тельно"
cf100.

Правило 2: если Финансовое состояние = 'Удовлетворительно", то
Надежность = "есть" cf 90.

Правило 3: если Предприятие = "государственное", то Надежность =
"есть" cf 50.

Результат выполнения первого правила:

Результат выполнения второго правила:

СЛНадежиость = ’геи,») = «). 90/100=Й

Результат выполнения третьего правила:

С/(Надежв«т. = ’есть») = М + 50 - Ы « 50/100 = 07

Для динамических моделей важны:

рациональная организация памяти системы для запоминания и
обновления получаемых промежуточных результатов,

обмен данными между различными источниками знаний для
достижения нескольких целей,

изменение стратегий вывода с выдвижения гипотез (прямая
аргументация) к их проверке (обратная аргументация).

Целям построения таких гибких механизмов вывода служит

применение технологии "доски объявлений", через которую в результате

осуществления событий источники знаний обмениваются
сообщениями.



В целях динамического реагирования иа события неюторые
продукционные модели используют специальные правила-демоны,
юторые формулируются следующим образом: "Всякий раз, как
происюдит некоторое событие, выполнить неюторое действие".
Например: всякий раз, как становится известным значение переменной
"Поставщик", выполнить набор правил "Финансовый анализ
предприятия".

В программном средстве GURU подобное правило будет записано
следующим образом:

IF: KNOWN ("Поставщик1) = true THEN: CONSULT FIN.AN

Для динамических экспертных систем характерна также обработка
времени как самостоятельного атрибута аргументации логического
вывода: если в течение дня уровень запаса понизился больше, чем иа
50%, то выполнить набор правил "Выбор поставщика для поставки".

Общим недостатком всех моделей представления знаний, основанных
на правилах, является недостаточно глубокое отражение семантики
проблемной области, что может сказываться на гибкости
формулирования запросов пользователей к экспертным системам. Этот
недостаток снимается в объектно-ориентированных методах
представления знаний.

Рекомендации по выбору экспертной системы

На этапе реализации экспертной системы происходит физическое
наполнение базы знаний и настройка всех программных механизмов в
рамках выбранного инструментального средства, а при необходимости -
и программирование специализированных модулей.

Особенности реализации экспертной системы во многом
определяются характером инструментального средства, в качестве
юторого могут выступать программные оболочки (shells),
генераторы (интегрированные среды), языки представления знаний
(языки программирования),


Оболочки имеют реализованные механизмы вывода, накопления,

объяснения знаний, диалоговый компонент, что, с одной стороны,

упрощает разработку программной части экспертной системы,
поскольку не требуется программирование, а с другой стороны,
усложняет разработку базы знаний вследствие возможного
несоответствия системы требованиям структуры.

Использование языков представления знаний, таких как язык
логического программирования PROLOG, язык функционального
программирования LISP, язык объектно-ориентированного
программирования SmallTalk, язык продукционных правил OPS5 и
другие, повышает гибкость разрабатываемой системы и одновременно
увеличивает трудоемкость разработки.

Скелетные оболочки.

Наиболее

распространенными

инструментальными средствами для создания экспертных систем
являются генераторы или интегрированные среды разработки,
например, G2 (фирма Gensym, дистрибьютор фирма ArgusSoft),
ART-Enterprise (фирма Inference, дистрибьютор фирма
'Метатехнология"), GURU (фирма MDBS, дистрибьютор фирма 'ЦПС",
Тверь).

Указанные среды позволяют настраивать программные средства иа
особенности проблемных областей. При иеобждимости предоставляют

возможность программировать на встроенных языках и осуществлять

эффективный экспорт/импорт данных с другими инструментальными

средствами.

Проблемно- и предметно-ориентированные системы. Преимущество

предметно-ориентированных систем заключается в более простой
адаптации к юикретной предметной области, а следовательно, и в
сокращении затрат на разработку Например, интеллектуальная
система для разработки финансовых приложений Cogensys
Judgment Software (Cogensys Corp) стоит 200 тыс. дОлл.

Экспертные системы реального времени. Среди специализированных
инструментальных средств интеллектуальных систем основной
удельный вес занимают экспертные системы реального времени,
позволяющие динамически управлять непрерывными процессами (70%
рынка).



Бесспорным лидером в разработке экспертных систем реального
времени является 4мрма Gensym с инструментальным средством G2
(дистрибьютор в России - 4мрма ArgusSoft), имеюпря внедрения в
таких юмпаниях, как IBM, NASA, General Electric,
Nissan и др.

На базе G2, в свою очередь, созданы такие проблемно-
ориентированные комплексы, как GDA для решения задач диагностики,
разработки, ReThink для моделирования бизнес-процессов (бизнес-
реинжиниринга), NeurOnline для подцержки нейронной сети, IPS
для решения задач динамического планирования, FaultExpert для
управления телеюммуникациями и др.

Например, G2 (4мрма Gensym, дистрибьютор (|мрма ArgusSoft), ART-
Enterprise (<|мрма Inference, дистрибьютор фирма "Метатехноло-
гия"), GURU (<|мрма MDBS, дистрибьютор (|мрма "ЦПС", Тверь), которые
позволяют настраивать программные средства на особенности
проблемных областей, при необходимости предоставляют возможность
программировать на встроенных языках и осуществлять эффективный
экспорт/импорт данных с другими инструментальными средствами.

Отечественные экспертные системы. Среди отечественных разработок
следует отметить экспертную оболочку ЭКО (ArgusSoft) и
программный кэмплекс SIMER-MIRAGE (Исследовательский центр
искусственного интеллекта ИПС РАН), который предоставляет
инструментальные средства как автоматизации разработки, так и
подцержки экспертных систем.

В процессе жизненного цикла разработки экспертной системы

инструментальные средства могут сменять друг друга по мере
расширения базы знаний. Так, на этапе проектирования прототипа

требуется его быстрая разработка в ущерб производительности, в то
время как на этапе разработки промышленной версии на первый план
выходит обеспечение эффективности фунационирования.

На выбор инструментальных средств экспертной системы, в основе
юторых лежит определенный метод представления знаний, ос-новное


влияние оказывает класс решаемых задач (проблемных областей). И

прежде

всего,

характер полученной концептуальной модели,

определяющий множество требований в части отображения объектов,
действий над объектами, методов обработки неопределенностей,

механизмов вывода.

Инструментальные средства, в свою очередь, характеризуются
определенными возможностями по реализации этих требований.

Сущность алгоритма выбора инструментальных средств сводится к
наложению требований проблемной области на возможности

инструментальных средств и определению наилучших по заданным

В таблице 12.3. оценки инструментальных средств для решения

различных классов задач заданы в рангах

В качестве других критериев, по которым можно судить о возможности
создания экспертной системы, следует отметить следующие:

наличие экспертов, компетентных в избранном круге вопросов,

которые согласны сотрудничать при создании ЭС;

поставленная проблема должна быть достаточно важной и

актуальной. Это могут быть проблемы, требующие высокого

уровня экспертизы, либо простые, но трудоемкие, многократно

повторяющиеся проверки. Нет смысла тратить время на решение

проблем, которые возникают редко и могут быть разрешены
человеком с обычной квалификацией;

необходимо четко ограничивать круг решаемых задач, т. е.
предметная область выбирается достаточно узкой, чтобы избежать
"комбинаторного взрыва'' объема информации, необходимой для
компетентного решения поставленной задачи;

необходима согласованность мнений экспертов о том, как следует
решать поставленные задачи, какие факты необходимо
использовать и каковы общие правила вынесения суждений. В
противном случае невозможно расширить базу знаний за пределы
опыта одного человека и осуществить синтез экспертных знаний
из несюльких областей;

должно быть достаточно исходных данных для проверки
работоспособности экспертной системы в выбранной
предметной обла-сги, чтобы разработчики смогли убедиться в
достижимости некоторого заданного уровня ее
функционирования;

должна обеспечиваться возможность постепенного наращивания
системы. База знаний должна легко расширяться и коррек-
тироваться, так как правила часто меняются с появлением новых
фактов.

Системы подцержки принятая решений

Большинство авторов под системами поддержки принятия решений

(СППР) понимают интерактивные компьютерные системы, которые
помогают лицу принимающему решение (ЛПР), использовать
информацию и модели для решения слабо структурированных или
трудно формализуемых задач

Результат внедрения СППР заключается в повышении эффективности
принимаемых решений. Значимость для менеджеров - создание
инструмента, находящегося под их полным контролем, кэторый не
пытается предопределить цели или навязать свое решение.

Выделим специфические особенности СППР:
позволяют ликвидировать разрыв между аналитиками и лицами,
принимающими решения, поскольку их конечными пользовате-
лями являются именно специалисты, принимающие решения, а
не технические специалисты;

используют экономико-математические методы и модели для
обоснования альтернатив (вариантов управленческих решений);
содержат базу данных;

отображают информацию в формате и терминологии, которые
привычны ЛПР;

выборочно предоставляют информацию и избегают
избыточности информации.

Характеристика различных систем поддержки принятия решений

Представим характеристику существующих систем поддержки принятия
решений в виде таблицы 12.4.

Таблица 12.4. Сводная таблица систем поддержки принятия рс








Выделение признаков классификации СППР
Сформулируем признаки, с помощью юторых целесообразно
описывать/классифицировать СППР, а также поясним отдельные
признаки на примере различных СППР.

Технические спецификации.

° Наименование системы.

о Тип пользователя.

° ГГ-составляющая (перечень используемых информационных
технологий).

о Совместимость с другими программными продуктами.

2.

Особенности интерфейса.

° Под особенностями интерфейса подразумеваются как
применяемые информационные технологии (например,
наличие веб-интерфейса, использование технологии AJAX
и т.п.), так и архитектурные особенности (например,
наличие каталога решаемых задач, доступность каких-либо
сервисов с каждой страницы и т.п.).

3.	Методы принятия решений, используемые в СППР. Большинство
существующих СППР используют какой-либо один
математический метод принятия решений, в основном метод
анализа иерархий Томаса Л. Саати. Важнейшим преимуществом
СППР является многообразие используемых методов принятия
решений, поскольку в этом случае альтернативы оцениваются с
позиций различных математических моделей, отражающих
отдельные аспекты задачи принятия решения.

4.	Особенности ввода исходных данных. Входные данные могут
формироваться вручную, подгружаться из внешних источниюв
или копироваться из уже созданных в системе задач. Например,
система UTA позволяет толью ручной ввод данных Система
SuperDecisions допускает не толью ручной ввод данных, но
и загрузку из внешних исгочииюв. Система ЭСППР
предоставляет возможность ие толью ручного ввода данных, но и
цитирования данных из уже имеющихся вариантов решения
задачи, созданных ранее в системе.

5.	Особенности представления результата решения задачи.
Выходные данные в разных системах формируются с разной
степенью детализации. Преимуществом обладают системы,
формирующие выходную информацию наиболее детально. Часто
решение задачи представляется пользователю в виде отчета,
содержащего как исходные данные задачи, так и результат выбора.

В отдельных системах реализован анализ чувствительности
результатов, позволяющий проследить, как изменение весов
критериев влияет иа результат решения задачи.

6.	Наличие базы знаний. База знаний - это набор правил для выбора
соответствующих методов принятия решений в зависимости от
условий задачи принятия решения. Единственной системой,
имеющей базу знаний, является ЭСППР.

7.	Наличие базы данных. База данных СППР служит для хранения
данных, описания задач и методов принятия решений.

8.	Оценка альтернатив.

° Способы задания множества альтернатив. Множество
альтернатив (вариантов решений) может быть конечным,
счетным, представлено в виде подмножества п-мерного
пространства или задано иным способом. В ЭСППР
множество альтернатив может быть конечным или
представлено в виде подмножества п-мерного
пространства.

о Способы задания предпочтений на множестве альтернатив.
Существенным преимуществом обладают системы,
предоставляющие возможность выбора различных шкал для
задания оценок альтернатив. Например, в системе Expert
Choice (модуль Comparion™ Suite) предусмотрены следующие
варианты:

	Pairwise - оценки задаются для каждой пары
альтернатив;

	Rating scale - оценки задаются в порядювой
шкале;

	Simple utility curve - оценки проставляются
на заранее построенной кривой;
curve - оценки

Advanced

проставляются на заранее построенной кривой с
расширенными возможностями;

Direct Data input - прямой ввод оценок;

Step function - прямой ввод оценокв интервале

Принципы согласования оценок альтернатив по различным
признакам. Принципы согласования оценок альтернатив по
различным признакам определяются методами принятия
решения, используемыми в СППР. В качестве примера
можно привести принцип большинства, принцип Парето,
принцип последовательного рассмотрения критериев,
принцип Саати.

Способы задания относительной значимости признаков
(критериев). Большинство СППР позволяют задавать
относительную зна-чимость признаков экспертно. Кроме
того, существуют системы, в юторых предусматривается
возможность рассчитывать вес признаков, например,
SuperDecisions н Expert Choice.

Проверка согласованности оценок альтернатив по
отдельным признакам. Проверка согласованности входных
данных позволяет избежать формирования суждений на
основе противоречивых оценок. Например, в СППР,
основанных на методе анализа иерархий, рассчитывается
коэффициент согласованности для всех матриц попарных
сравнений. Значение данного коэффициента не должно
превышать неюторого установленного уровня. В случае его
превышения эксперту реюмендуется пересмотреть
сформированные оценки.

9.	Возможность согласования оценок альтернатив в различных
проблемных ситуациях. Учет условий внешней среды, возможные
реализации юторых в совокупности задают проблемные
ситуации принятия решений, существенно повышает качество
аналитичесюго обоснования альтернатив. Единственной СППР,
включающей в себя методы принятия решений в условиях риска н
неопределенности, является ЭСППР. При этом выделяют:

° принципы согласования оценок альтернатив в различных
проблемных ситуациях в условиях неопределенности
(принципы Парето, пессимизма, оптимизма, Гурвица,
антагонистичесюго игрока, Сэвиджа, Лапласа);

° принципы согласования оценок альтернатив в различных
проблемных ситуациях с учетом вероятности их появления
(принцип большинства или принцип Байеса).

10.	Организация работы с экспертами.

Возможность привлечения экспертов. Современные СППР
обладают возможностью сбора и обработки групповых
суждений экспертов. Некоторые системы позволяют
присваивать различные роли экспертам, привлекаемым для
решения задачи. Например, система Expert Choice (модуль
Cornparion™ Suite) предусматривает роли администраторов
и простых экспертов. Простые эксперты имеют
возможность задавать оценки, администраторы
редактировать исходные данные задачи.

Учет коэффициентов компетентности экспертов. В
большинстве случаев предполагается ручной ввод
коэффициентов компетентности экспертов.

Принципы согласования оценок экспертов. Среди таких
принципов можно выделить принцип большинства,
принцип Парето, расчет среднего геометричесюго
отдельных оценок.

Оценка сохласованности мнений экспертов. Для оценки
согласованности мнений экспертов, которые высказывают

порядковой шкале, может

свои предпочтения

использоваться коэффициент частной ранговой корреляции
Кенделла и взвешенное расстояние между предпочтениями
экспертов (модификация коэффициента частной ранговой
корреляции Спирмена).

Информационная система 'Экспертная система поддержки принятия
решений (ЭСППР)" ориентирована на автоматизацию процедур анализа
проблемных ситуации и выбора эффективных решений.
Выделим особенности ЭСППР:



обеспечивает проведение расчетов для обоснования альтернатив
на основе экономико-математических методов н моделей с ис-
пользованием экспертных оценок специалистов;

содержит множество математических методов и моделей (в
конкретной реализации около 50) в отличие от большинства
СППР, использующих, как правило, один метод принятия

решения;

включает методы

принятия решений

условиях

неопределенности н риска, предусматривающие моделирование
проблемных си-туаций принятия решений;

содержит базу знаний: набор правил выбора соответствующих
моделей н методов принятия решений для обоснования
альтернатив в зависимости от конкретной реализации элементов
поставленной задачи;

осуществляет процедуру поиска метода принятия решения путем
выбора пользователем ответа (нз предлагаемого набора ответов)
на вопросы, задаваемые системой, об элементах задачи принятия
решения;

не только дает возможность выбрать метод принятия решения для
кэнкретной задачи, ио и обеспечивает ее практическое решение иа
основе этого метода;

содержит базу данных для хранения информации, необходимой
для проведения расчетов; описания задач и методов принятия ре-
шений; формирования отчетов; поддержки многоязычного
интерфейса, добавления новых методов принятия решений без
изменения программного кода системы;

не является проблемно-ориентированной: на основе ЭСППР
может быть решена задача принятия решения нз любой
проблемной области;

обеспечивает коллегиальность в принятии решений, позволяя
обосновывать варианты решений на основе консолидации мнений
экспертов;

автоматизирует процедуру формирования отчетов о вариантах
решения задачи на основе реляционной базы данных;

проводит многомерный анализ решаемых задач и формирование
аналитических отчетов с использованием OLAP-сервера;

обеспечивает доступ конечных пользователей к системе с


применением технологии 'Тонкий клиент" (через интернет-
браузер и веб-сервер).

Архитектура ЭСППР

ЭСППР включает в себя: модуль интерактивного общения с
пользователем; модуль выбора метода принятия решения; модуль
принятия ренский; модуль оперативного анализа и генерации
отчетности, модуль извлечения знаний (рис.12.14).

Назначением модуля интерактивного общения с пользователем является
обеспечение средствами авторизации доступа; гра^вчесюго ввода/
вывода информации; одновременного доступа нескольких
пользователей к ЭСППР через веб-браузер.

Рис. 12.14. Архитектура Экспертной системы поддержки принятия
решений

Данный модуль позволяет создавать собственные задачи; редактировать

задачи; находить задачу по ключевым словам; вводить экспертные

оценки, необходимые для решения задачи; посылать приглашение

экспертам; присваивать статус эксперта; отбирать статус эксперта;

генерировать отчет; назначать права доступа к задаче.
Назначением модуля выбора метода является обеспечение поиска
конкретного метода, исхздя из особенностей поставленной задачи,
используя информационно-справочные функции, предоставляемые
системой.

Данный модуль позволяет выявить информкцию об элементах
репвемой задачи посредством выбора пользователем одного из
возможных ответов на вопросы, задаваемые системой. Исключает
противоречия в следовании отдельных вопросов, югда каждый
следующий вопрос рассматривается как отклик на предыдущие ответы
пользователя. Осуществляет загрузку и передачу управления модулю,
реализующему этап принятия решения.

Назначением модуля принятия решений является обеспечение
нахождения эффективного варианта решения на основе выбранного
метода; возможности многовариантного решения поставленной задачи
с использованием различных экономико-математических методов;
участия экспертов в оценке альтернатив.

Модуль оперативного анализа и генерации отчетности направлен на
формирование отчетности по задачам и анадитичесюй отчетности.

Аналитические отчеты иа основе многомерной базы данных
основываются на введении набора показателей по различным
аналитическим направлениям: юличество пользователей в системе;
юличество экспертов, количество задач; юличество вариантов решения
задач; юличество просмотров задачи пользователями; время,
затраченное на получения ответа по варианту решения.

Назначением модуля извлечения знаний является нахождение схожей
задачи для использования в качестве аналога для самостоятельной
постановки.

ЭСППР допускает два варианта выбора метода принятия решения:
путем ответа на задаваемые системой вопросы и в явном виде (по
названию метода).


При выборе метода путем ответа на вопросы пользователю

предлагается цепочка вопросов с несколькими вариантами ответов иа

каждый вопрос. Выбранный ответ приводит к тому что из полного

списка методов система постепенно удаляет те методы, которые ие
удовлетворяют выбранным ответам. В итоге остается единственный
метод, с помощью которого будет решаться задача.

Выбор метода в явном виде применяется в том случае, когда
пользователь знает, каюй из методов должен использоваться для
решения задачи.

Рис. 12.15.

Страница выбора метода принятия решений в ЭСППР содержит
иесюлью рабочих областей (рис, 12.15.).

Область вопросов. В этой области отображаются вопросы, ответы на
кэторые приводят к выбору метода принятия ратания. Каждый вопрос
содержит информацию об одном из элементов задачи принятия
решения.

Область подсказок к вопросам. Эта область позволяет получить более
подробную информацию (развернутое пояснение) о содержании того

или иного вопроса. Подсказка выводится на экран автоматически при
появлении очередного вопроса.



Область вариантов ответов. В данной области располагаются
допустимые варианты ответов на текущий вопрос. Варианты ответов
отображаются в виде списка, из которого пользователь может выбрать
толью один элемент.

Область подсказок к вариантам ответов. Эта область позволяет
получить более подробную информацию (развернутое пояснение) о
содержании того или иного варианта ответа. Для вывода подсказки на
экран следует отметить тот или иной вариант ответа путем
активизации соответствующего переключателя.

Область истории ответов. В этой области отображается содержание тех
ответов, юторые были выбраны пользователем в ходе проведения
опроса. Ответы располагаются в хронологичесюй последовательности,
т.е. в том порядке, в ютором пользователь отвечал на вопросы. При
каждом новом сеансе выбора метода принятия решения история
ответов очищается.

Область допустимых методов принятия решения. В данной области
отображается список допустимых методов, т.е. удовлетворяющих всем
требованиям, юторые были заданы ранее ответами пользователя иа
вопросы. При этом в начале опроса в списке присутствуют все методы,
включенные в систему а по мере продвижения вдоль цепочки вопросов
и ответов их юличество постепенно уменьшается, что в итоге
позволяет сократить круг допустимых методов до единственного
метода.

Область подсказок к методам принятия решения. Эта область позволяет
получить более подробную информацию (развернутое пояснение) об
условиях применения того или иного метода приятия решения. Для
вывода подсказки на экран следует отметить соответствующий метод (в
области допустимых методов) путем активизации соответствующего
переключателя.

Выбор метода принятия решения является необходимым условием для
перехода к описанию параметров решения задачи и далее - к вводу
исходных данных задачи и запуску процедуры ее решения.
Характеристика Эспин по выделенным признакам



Приведем характерные особенности ЭСППР по выделенным выше
признакам.

Таблица 12.5. Особенности ЭСППР по выделенным признакам


Перечисленные выше классы аналитических приложений носят общий
характер и в той или иной мере могут быть использованы

организациями различной отраслевой принадлежности

(хотя

конкретные модели, кэнечно же, будут учитывать как особенности

отрасли, так и индивидуальные особенности отдельных организаций).

Тем не менее, нельзя забывать и о том, что отраслевая специфика может

порождать специфические классы аналитических задач, свойственных
тем или иным предметным областям. Информатизацию таких задач
тем или иным предметным областям. Информатизацию таких задач
осуществляют специализированные аналитические приложения для
конкретных предметных областей. Примерами таких решений могут
служить системы инвестиционного анализа и системы анализа рынка
ценных бумаг.

Системы инвестиционного анализа помогают произвести
экономическую оценку инвестиционных проектов с учетом
предполагаемых инвестиций и ожидаемых результатов на основе
довольно широкого набора методов и моделей. Примерами таких систем
могут служить отечественные разработки Project Expert и Prime Expert

Системы анализа рынка ценных бумаг позволяют анализировать
сведения, поступающие из различных источников информации о
фондовом рынке, включая открытые базы данных и системы биржевой
торговли. Примерами таких систем могут служить системы
технического анализа Omega Research ProSuite и MetaStock. Кроме того,
среди аналитических приложений этого класса присутствуют системы,
реализующие другие методы, Например, методы фундаментального
анализа ценных бумаг, статистические или нейросетевые методы.

Можно отметить, что круг информационных систем, относящихся к
аналитическим приложениям, весьма широк. Впрочем, это не
удивительно, учитывая емкость понятия "экономический анализ”,
разнообразие аналитических задач и применяемых для их решения

методов и моделей. Также отметим,

хотя большинство

аналитических систем так или иначе основаны на обработке
количественной информации, это не исключает возможности
использования экспертных оценок, применяемых для поддержки
принятия решений в случаях, кода по тем или иным причинам
количественные оценки не представляются возможными.
Технические средства информационных технологий

За прошедшее время вычислительная техника, микроэлектроника и вся
индустрия информатики стали одной из основных составляющих
мирового научно-технического прогресса. Их развитие осуществлялось

продолжает расширяться. В настоящее время компьютеры используются

ие только для автоматизации сложных расчетов, но и в управлении
производственными процессами, в образовании, здравоохранении,

экологии и т.п.

Принципы построения компьютера

История и тенденции развития вычислительной
техники

В 1946 году появилась первая электронная вычислительная машина
(компьютер), что явилось громадным достижением человечества. В
реализации проекта принимали активное участие такие крупные
ученые, как К. Шеннон, Н. Виниер, Дж. фои Нейман и др. С этого
момента началась эра вычислительной техники. За пропрдп^е время
вычислительная техника, микроэлектроника и вся индустрия
информатики стали одной из основных составляющих мирового
иаучно-техничесюго прогресса. Их развитие осуществлялось темпами,
которых не знала ни одна отрасль де-ятельности человека. Влияние
вычислительной техники на все сферы деятельности человека
продолжает расширяться. В настоящее время компьютеры используются
не только для автоматизации сложных расчетов, но и в управлении
производственными процессами, в образовании, здравоокранении,
экологии и т.п.

Математические основы автоматических вычислений были уже
разработаны ранее (Г. Лейбниц, Дж. Буль, А. ТЬюринг и др.), но
появление компьютеров стало возможным только благодаря развитию
электронной техники. Многократные попытки создания разного рода
автоматических вычислительных устройств (от простейших счетов до
механических и электромеханических вычислителей) ие привели к
созданию надежных и экономически эффективных машин.

Появление электронных схем сделало возможным построение
электронных вычислительных машин.

Электронная вычислительная машина (ЭВМ), или компьютер, - это

комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для
автоматизации подготовки и решения задач пользователей. Следует

отметить, что в настоящее время термин 'Электронная вычислительная

машина” практически не используется, уступив место термину
"компьютер".

Под пользователем

понимают

человека,

в интересах которого

проводится обработка данных. В качестве пользователя могут выступать
заказчики вычислительных работ, программисты, операторы.

Компьютеры являются универсальными техническими средствами

автоматизации вычислительных работ, то есть они способны решать
любые задачи, связанные с преобразованием информации. Однаю

подготовка задач к решению была и остается до настоящего времени
достаточно трудоемким процессом, требующим от пользователей во

многих случаях специальных знаний и навыков. Как правило, время

подготовки задач во много раз превышает время их решения.

Для снижения трудоемкости подготовки задач к решению, более
эффективного использования отдельных технических, программных
средств и компьютера в целом, а также облегчения их эксплуатации
создается специальный комплекс программных средств. Обычно
аппаратные и программные средства взаимосвязаны и объединяются в
одну структуру

Структура представляет собой совокупность элементов и их связей. В
зависимости от юитекста различают структуры технических,
программных, аппаратно-программных и информационных средств.

Часть программных средств обеспечивает взаимодействие
пользователей с компьютером и является своеобразным "посредником"
между ними. Она получила название "операционная система" и
является ядром программного обеспечения.
Под программным обеспечением понимают комплекс программных
средств регулярного применения, создающий необходимый сервис для
работы пользователей.

Программное обеспечение (ПО) отдельных компьютеров н
вычислительных систем (ВС), созданных на их основе, может сильно
различаться составом используемых программ, который определяется
классом используемой вычислительной техники, режимами ее
применения, содержанием вычислительных работ пользователей н т.п.
Развитие ПО в значительной степени носит эволюционный и
эмпирический характер, но можно выделить закономерности в его
построении.

В общем случае процесс подготовки и решения задач предусматривает
обязательное выполнение следую тцрй последовательности этапов:
формулировка проблемы н математическая постановка задачи; выбор
метода и разработка алгоритма решения; программирование (запись
алгоритма) с использованием некоторого алгоритмического языка;
планирование н организация вычислительного процесса - порядка н
последовательности использования ресурсов компьютеров и
вычислительных систем (ВС); формирование "машинной программы",
то есть программы, которую непосредственно будет выполнять
компьютер; собственно решение задачи - выполнение вычислений по
готовой программе.

По мере развития вычислительной техники автоматизация этих этапов
идет снизу вверх. На пути развития электронной вычислительной

техники обычно
отличающихся э
организацией,

з выделяют четыре поколения компьютеров,
элементной базой, фунационально-логичесюй

конструктивно-технологическим

исполнением,

программным обеспечением, техническими и эксплуатационными
характеристиками, степенью доступа к ресурсам со стороны
пользователей.

Смене поколений сопутствует изменение основных технико-
эксплуатационных н технико-экономических показателей компьютеров
н в первую очередь таких, как быстродействие, емкость памяти,
надежность и стоимость. При этом одной из основных тенденций
развития было и остается стремление уменьшить трудоемкость
подготовки программ решаемых задач, облегчить связь пользователей с
компьютерами, повысить эффективность использования последних Это

диктовалось и диктуется постоянным ростом сложности и трудоемкости
задач, решение юторых возлагается на компьютеры в различных сферах
их применения.

Возможности улучшения технико-эксплуатационных показателей
компьютеров в значительной степени зависят от элементов,
используемых для построения их электронных схем. Поэтому при
рассмотрении этапов развития компьютеров каждое поколение в
первую очередь характеризуется используемой элементной базой.

Основным активным элементом компьютеров первого поколения

являлась электронная лампа, остальные компоненты электронной
аппаратуры - это обычные резисторы, конденсаторы, трансформаторы.
Для построения оперативной памяти уже с середины 50-х годов начали
применяться специально разработанные для этой цели элементы -
ферритовые сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса. В
качестве устройства ввода-вывода сначала использовалась стандартная
телеграфная аппаратура (телетайпы, ленточные перфораторы,
трансмиттеры, аппаратура счетно-перфорационных машин), а затем
специально были разработаны электромеханические запоминающие
устройства на магнитных лентах, барабанах, дисках и
быстродействующие печатающие устройства.

Компьютеры этого поколения имели значительные размеры,
потребляли большую мощность. Быстродействие этих машин
составляло от нескольких сотеи до нескольких тысяч операций в

секунду емюстъ памяти

несколько тысяч машинных слов,

надежность исчислялась несколькими часами работы.

В этих ЭВМ автоматизации подлежал этап выполнения вычислений,
так как у них практически отсутствовало какое-либо программное
обеспечение. Все этапы подготовки пользователь должен был готовить

вручную самостоятельно, вплоть до получения машинных модов

программ. Трудоемкий и рутинный характер этих работ был источником

большого количества ошибок в заданиях Поэтому в компьютерах

следующих поколений появились сначала блоки программ, а затем
целые программные системы, облегчающие процесс подготовки задач к
решению.



На смеиу лампам пришли транзисторы в машинах второго поколения
(начало 60-х годов). Применение постоянно совершенствуемых
транзисторов позволило преобразовать окружающий человека мир
(радио, телевидение, бытовая аппаратура, системы связи и т.п.).
Компьютеры стали обладать большими быстродействием, емкостью
оперативной памяти, надежностью. Все основные характеристики
постоянно улучшались. Существенно были уменьпвны размеры, масса и
потребляемая мощность.

В компьютерах этого поколения появились методы и приемы
программирования, выспей ступенью юторых явилось появление
систем автоматизации программирования, значительно облегчающих
труд математиков-программистов. Больпюе развитие и применение
получили алгоритмические языки, существенно упропрющие процесс
подготовки задач к решению. Это привело к созданию библиотек
стандартных программ, что позволило строить машинные программы
блоками, используя иаюпленный и приобретенный программистами
опыт.

Третье поколение компьютеров (в конце 60-х - начале 70-х годов)
характеризуется широким применением интегральных схем.
Интегральная схема представляет собой заюнченный логический и
функциональный блок, соответствующий достаточно сложной
транзисторной схеме. Благодаря использованию интегральных схем
удалось еще более улучшить технические и эксплуатационные
характеристики машин. Вычислитель-ная техника стала иметь широкую
номенклатуру устройств, юторые позволили строить разнообразные
системы обработки данных, ориентированные на различные
применения.

Отличительной особенностью развития программных средств этого
поюления является появление ярю выраженного программного
обеспечения и развитие его ядра - операционных систем, отвечающих
за организацию и управление вычислительным процессом. Стоимость
программного обеспечения стала расти и в настоящее время намного
опережает стоимость аппаратуры (рис.13.1). Наибольшая крутизна
графика соответствует времени появления операционных систем -
началу 80-х годов.



ОС планирует последовательность распределения и использования
ресурсов вычислительной системы, а также обеспечивает их
согласованную работу Под ресурсами обычно понимают те средства,
юторые применяются для вычислении: машинное время отдельных
процессоров или компьютеров, входящих в систему; объемы
оперативной и внешней памяти; отдельные устройства,
информационные массивы; библиотеки программ; отдельные
программы, как общего, так и специального применения, и т.п.
Интересно, что наиболее употребительные функции ОС в части
обработки внештатных ситуаций (защита программ от взаимных помех,
системы прерываний и приоритетов, служба времени, сопряжение с
каналами связи и т.д.) были полностью или частично реализованы
аппаратно. Одновременно были реализованы более сложные режимы
работы: коллективный доступ к ресурсам, мультипрограммные режимы.
Часть этих решений стала своеобразным стандартом и начала

использоваться повсеместно в компьютерах различных классов.

Свс

Рис. 13.1. Динамика изменения стоимости аппаратурных и

программных средств

Здесь были существенно расширены возможности доступа к ним со
стороны абонентов, находящихся на различных, в том числе и
значительных (десятки и сотни километров) расстояниях. Удобство
общения абонента с компьютером достигалось за счет развитой сети
абонентских пунктов, связанных с ним информационными каналами
связи, и соответствующего программного обеспечения.

Для компьютеров четвертого поколения (80-е годы) характерно
применение больших интегральных схем (БИС). Высокая степень
интеграции способствовала увеличению плотности компоновки
электронной аппаратуры, усложнению ее функций, повышению
надежности и быстродействия, снижению стоимости. Это, в свою
очередь, оказало существенное воздействие на логическую структуру
компьютера и его программное обеспечение

В четвертом поколении с появлением микропроцессоров (1971 г.)
возник новый класс вычислительных машин - микроЭВМ, на смену
которым пришли персональные компьютеры (ПК, начало 80-х годов). В
этом классе наряду с БИС стали использоваться сверхбольшие
интегральные схемы (СБИС) 32-, а затем 64-разрядности.

Появление ПК - наиболее яркое событие в области вычислительной
техники, до последнего времени самый динамично развивающийся
сектор отрасли. С их внедрением решение задач информатизации
общества было поставлено на реальную основу

Применение ПК позволило сделать труд специалистов творческим,
интересным, эффективным. Коренным образом были преобразованы
сферы делопроизводства, торговли, складского учета и т.п. Компьютеры
стали использоваться в различных системах управления
технологическими процессами, производствами, фирмами,
организациями и тд.

Применение ПК позволило применять новые информационные
технологии и создавать системы распределенной обработки данных
Высшей стадией систем распределенной обработки данных являются
компьютерные (вычислительные) сети различных уровней - от
локальных до глобальных

В своем развитии компьютеры первых четырех поколений не выждали
за рамки классичесиэй структуры, ориентированной на
последовательные вычисления по программе. Но в начале нового
тысячелетия (2005-2006 гг.) в связи с успехами микроэлектроники
появились, а затем стали доминировать многоядерные
микропроцессоры. Это позволило пе-рейти к параллельным
вычислениям даже внутри отдельного компьютера. Де-факто возникли
качественно новые по построению и своим возможностям компьютеры
следующего поколения. Однако еще в 1980 году появился японский
проект создания компьютеров пятого поколения, отличительной
особенностью которых должен быть встроенный искусст-венный
интеллект. Видимо, несовпадение признаков классификации не
позволяет сейчас узаконить переход на компьютеры нового поколения.

В новых компьютерах продолжается усложнение технических и
программных структур (иерархия управления средствами, увеличение
их количества, параллелизм в работе). Следует указать на заметный рост
уровня ’^интеллектуальности" систем, создаваемых на их основе.
Подобные тенденции будут сохраняться и впредь. Так, по мнению
исследователей Г461. новые компьютеры наращивают и совершенствуют
встроенный в них "искусственный интеллект", что позволяет
пользователям обращаться к ним на естественном языке, вводить и
обрабатывать тексты, документы, иллюстрации, создавать системы
обработки знаний и т.д. Аппаратная часть компьютеров постоянно
усложняется, для них приводится создавать сложное многоэпклоиное
иерархическое программное обеспечение.

Основные характеристики и классификация
компьютеров

Эффективное применение вычислительной техники предполагает, что
каждый вид вычислений требует использования компьютера с
определенными характеристиками.

Важнейшими из них служат быстродействие и производительность.

Эти характеристики достаточно близки, но их не следует смешивать.

Быстродействие характеризуется числом определенного типа юманд,
выполняемых за одну секунду Производительность - это объем работ
(например, число стандартных программ), выполняемый в единицу
времени.



Определение характеристик быстродействия и производительности
представляет собой очень сложную инженерную и научную задачу до
настоящего времени не имеющую единых подходов и методов решения.
Обычно вместо получения юнкретных значений этих характеристик
указывают результаты сравнения данных, полученных при испытаниях
(тестированиях) различных образцов.

Другой важнейшей характеристикой компьютера является емюсгь
запоминающих устройств. Еммэсть памяти измеряется количеством
структурных единиц информации, которое может одновременно
находиться в памяти. Этот показатель позволяет определить, каюй
набор программ и данных может быть одновременно размещен в
памяти.

Наименьшей структурной единицей информации является бит - одна
двоичная цифра. Как правило, емкость памяти оценивается в более
крупных единицах измерения - байтах (байт равен 8 битам).

Следующими	единицами	Измерения	служат

1 Кбайт - 210 бЛтоа = 1024 Selroa'l = 2“ 6а*кв;1 Гва*г =

Обычно отдельно характеризуют емкости оперативной и внешней
памяти. В настоящее время персональные компьютеры имеют емкость
оперативной памяти, равную 512Мбайт, 1Гбайт и даже больше. Этот
показатель очень важен для определения, какие программные пакеты и
их приложения могут одновременно обрабатываться в машине.

Емкость внешней памяти зависит от типа носителя. Так, практически

исчезли из обращения дискеты как накопители и средства переноса и
кранения данных На смену им пришла флэш-память, емюсгь которой
может быть от иесюльких Гбайт до Тб. Пока сохраняют свое значение и

традиционные накопители. Емкость дисков DVD достигает нескольких

десятков Гбайтов, емюсгь компакт-диска (CD-ROM) - 640 Мб и выше,

программных продуктов, юторые могут устанавливаться. Например, для
установки операционной среды Windows 7 в зависимости от версии
требуется объем памяти жесткого диска 160Г6-1Т6 и оперативной
памяти 1-ЗГб.

Надежность - это способность компьютера при определенных условиях
выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени
(стандарт ISO - 2382/14-78).

Высокая надежность компьютера закладывается в процессе его
производства. Переход на новую элементную базу - сверхбольшие
интегральные схемы (микропроцессоры и схемы памяти) резю
сокращает число используемых интегральных схем, а значит, и число их
соединений друг с другом.

Точность - возможность различать почти равные значения (стандарт
ISO 2382/2-76). Точность получения результатов обработки в основном
определяется разрядностью компьютера, а также используемыми
структурными единицами представления информации (бантом, словом,
двойным словом).

Современные компьютеры, включая ПК, имеют возможность работы с
32- и даже с 64-разрядными машинными словами. С помощью языков
программирования этот диапазон может быть увеличен в неоюлькО раз,
что позволяет достигать очень высокой точности.

Достоверность - свойство информации быть правильно воспринятой.
Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных
результатов. Заданный уровень достоверности обеспечивается
аппаратно-программными средствами контроля. Возможны методы
контроля достоверности путем решения эталонных задач и повторных
расчетов. В особо ответственных случаях проводятся контрольные
решения иа других компьютерах и сравнение результатов.

Усложнение схем компьютеров приводит к увеличению
энергопотребления, что порождает целый ряд проблем. Поэтому для
микропроцессоров введена характеристика, отражающая класс
мощности (энерго-потребление, TDP - Thermal Design Power,
тепловой пакет).

В настоящее время в мире произведены, работают и продолжают
выпускаться миллионы вычислительных машин, относящиеся к
различным поколениям, типам, классам и отличающиеся своими
областями применения, техническими характеристиками и
вычислительными возможностями.

Основные черты рынка современных компьютеров - разнообразие и
динамизм. Практически каждые полтора десятилетия меняется
поколение машин, каждые два года _ основные типы
микропроцессоров, СБИС, определяющих характеристики новых
вычислителей. Такие темпы сохраняются уже многие годы.

Рынок компьютеров постоянно имеет широкую градацию классов и

моделей.

Существует большое количество классификационных

признаков, по которым все это множество разделяют на группы: по
уровням специализации (универсальные и специализированные), по
типоразмерам (настольные, портативные, карманные), по

совместимости, по типам используемых микропроцессоров и
количеству их ядер, по возможностям и назначению и др. Г441.
Разделение компьютеров по поколениям, изложенное в п. 13.1, также
является одним из видов классификации. Наиболее часто используют
классификацию компьютеров по возможностям и назначению, а в
последнее время - и по роли компьютеров в сетях

По возможностям и назначению компьютеры подразделяют:

суперЭВМ, необходимые для решения крупномасштабных
вычислительных задач, а также для обслуживания крупнейших
информационных банков данных

С развитием науки и техники постоянно выдвигаются новые
крупномасштабные задачи, требующие выполнения больших
объемов вычислений. Особенно эффективно применение
суперЭВМ при решении задач проектирования, в юторых
натурные эксперименты оказываются дорогостоящими,
недоступными или практически неосуществимыми. СуперЭВМ
по сравнению с другими типами машин позволяют точнее,
быстрее и качественнее решать крупные задачи, обеспечивая
необходимый приоритет в научных разработках, в том числе и в
перспективной вычислительной технике.
Неудивительно, что мощные компьютеры являются особым
достоянием любого государства. В Интернете отслеживается
список пятисот самых мощных компьютеров мира (Cop500.org). Их
разработка возведена в ранг государственной политики ведущих в
экономическом отношении стран и является одним из важнейших
направлений развития науки и техники. Список topSOO сейчас
возглавляют китайский компьютер Tianhe-1A и компьютер
Cray ХТ5-НЕ Jaguar, с быстродействием соответственно

2,67 и 1,759 PFLOP (1 петафлоп=^|Ш оп/с). В списке top500
имеются суперкомпьютеры, используемые в России. Их число
возросло до одиннадцати штук, и Россия вышла на 7-ое место.
Пятьдесят самых мощных компьютеров России отслеживаются на
отечественном сайте ссылка: http//supercomputers.ru (список top50);

большие ЭВМ, предназначенные для комплектования
ведомственных, территориальных и региональных
вычислительных центров (министерства, государственные
ведомства и службы, крупные банки и т.д.). Примером подобных

машин, а точнее, систем, могут служить компьютеры,
предназначенные для обеспечения научных исследований, для
построения рабочих станций для работы с графикой, UNIX-

серверов, кластерных комплексов;

•	средние ЭВМ, широко используемые для управления сложными
технологическими и производственными процессами (банки,
страховые компании, торговые дома, издательства). Компьютеры
этого типа могут применяться и для управления распределенной
обработкой информации в качестве сетевых серверов;

•	персональные и профессиональные компьютеры (ПК),
позволяющие удовлетворить индивидуальные потребности
пользователей. На базе этого класса ЭВМ строятся
автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов
различного уровня. К настоящему времени в развитых странах
ниша ПК практически заполнилась;

•	мобильные и карманные компьютеры. Появление
микропроцессоров способствовало разработке на их основе
разнообразных устройств, используемых в различных областях
жизнедеятельности человека: мобильная связь, бытовая техника,
авто, игровые приставки, электронные записные книжки т.п.
Аналитики предсказывают их прогрессирующее развитие на
ближайшие 5-10 лет Г451.



Появлению новых устройств способствуют следующие факторы:

экономические - новые устройства успешно конкурируют со
старыми, традиционными. Например, сотовая связь уверенно
отвоевывает клиентов обычной телефонной связи;

технологические - новые технологии обеспечивают качественно
новые услуги (мобильный офис, телеконференции, предложение
товаров от ближайших поставщиков и т.д.);

социальные - мобильные телефоны и досуг с использованием
Интернета становятся стилем жизни;

бизнес-факторы - бизнес требует новых типов предложений под
лозунгами "Услуги в любое время и в любом месте" и
предоставления каждому ’’Своего офиса в кармане".

Рассмотрим упрощенную градацию подобных устройств.

Ноутбуки (Notebooks). Совершенствование ми!фопроцессоров привело
к созданию мощных, дружественных и малогабаритных компьютеров,
вполне способных обеспечить создание мобильного офиса различного
класса с ориентацией на электронную почту передачу факсов, доступ в
Интернет. Интересно, что гфизис ГГ-рынги почти не затронул сектор
ноутбуков. Их производство устойчиво и вытесняет обычные ПК.
Конфигурации ноутбуков обеспечивают широкие возможности.
Ценовой диапазон - от 0,5 до 3-4 тысяч долларов. Миниатюрные
ноутбуки позволяют решать практически все задачи, присущие
настольным ПК, они обладают теперь достаточной мощностью,
расширяемостью и гибюстью. Но пока оии еще достаточно дороги, и
время их автономной работы огра-ничено несколькими часами.

Младшей разновидностью ноутбуков следует считать UMPC (ultra-mobile
PC, ультрамобильный ПК). Если UMPC достаточно дороги, то проект
OLPC (One Laptop per Child - "По ноутбуку каждому ребенку1) имеет
целью развитие инфраструктуры беднейших стран мира. Согласно ему
небольшие компьютеры, стоимостью меиее 100$, должны в массовом
количестве поставляться в беднейшие страны Африки, Азии и
Латинской Аме-рики. Пока не уцается снизить стоимость компьютеров
ниже 150-200$.
Конкурентом младших моделей ноутбуков следует считать нетбуки
(netbooks), ориентированные на работу с сетевыми ресурсами
Интернета. Они появились 2-3 года назад, но по числу продаж уже
сравнялись с ноутбуками. Их производство набирает силу

Карманные персональные компьютеры (КПК). Эти компьютеры
ориентированы на выполнение в основном информационных фунаций.
Онн имеют очень широкую номенклатуру н градацию. Центральной
функцией этих устройств являлось обеспечение мобильной связи. Еще

5-7 лет назад компьютеры этого типа рассматривали как конкурентов
ноутбуков, однаю реальность показывает, что они должны в ближайшем
будущем уступить место коммуникатором, смартфонам и

специализированным устройствам (для навигации нли специального
применения). В настоящее время границу между различными типами
этих устройств тяжело провести. Коммуникатор - это упрощенный

КПК, дополненный фунацнональностью мобильного телефона. От
мобильного телефона он отличается на-личием установленной

развитой операционной системы. Обычно особенности управления

телефонами изготовителями не разглашаются.

Широюе распространение получили устройства, называемые
смартфонами. Смартфоны (умные телефоны), обрастая новыми
функциями, способны заменить целый класс специализированных
устройств и являются их киллерами.

В настоящее время почти 50% населения Земли имеет мобильные

телефоны. Современный телефон стоимостью в 100$ оснащен цветным

экраном, встроенным фотоаппаратом с разрешением 5-7 Мпикселов,
ауди-оплеером. Неюторые из них способны вести видеосъемки,

просматривать видеофильмы, иметь игротеки. Неюторые способны

заменить библиотеку юмпьютер с доступом в Интернет и E-mafl.

Встраиваемые микропроцессоры, осуществляющие автоматизацию

управления отдельными устройствами и механизмами. Утехи

микроэлектроники позволяют создавать миниатюрные
вычислительные устройства, вплоть до однокристальных ЭВМ. Эти
устройства, универсальные по характеру применения, могут
встраиваться в отдельные машины, объекты, системы. Они находят все
большее применение в бытовой технике (теле-фонах, телевизорах,
электронных часах, микроволновых печах и т.д.), в городском хозяйстве
(энерго-, тепло-, водоснабжении, регулировке движения транспорта и
т.д.), на производстве (робототехнике, управлении технологическими
процессами). Постепенно они входят в нашу жизнь, все больше изменяя
среду обитания человека.

Высокие скзрости вычислений позволяют перерабатывать и выдавать
все большее количество информации, что, в свою очередь, порождает
потребности в создании связей между отдельно используемыми
вычислителями. Поэтому все современные компьютеры в настоящее
время имеют средства подключения к сетям связи и объединения в
системы. С развитием сетевых технологий все больше начинает
использоваться другой классификационный признак, отражающий их
место и роль в сети. Согласно ему предыдущая классификация
отражается на сетевой среде:

мощные машины, включаемые в состав сетевых вычислительных
центров и систем управления гигантскими сетевыми
хранилищами информации;

кластерные структуры;

серверы;

рабочие станции;

сетевые юмпъютеры.

Мощные машины и системы предназначаются для обслуживания
крупных сетевых банков данных и банков знаний. По характеристикам
их можно отнести к классу суперЭВМ, но в отличие от них они
являются более специализированными и ориентированными на
обслуживание мощных потоюв информации.

собой многомашинные

Кластерные структуры

представляют

распределенные вычислительные системы, объединяющие под единым
управлением несколью серверов. Это позволяет гибко управлять

ресурсами сети, обеспечивая необходимую производительность,

надежность, готовность и другие характеристики.

Серверы - это вычислительные машины и системы, управляющие
определенным видом ресурсов сети. Различают файл-серверы, серверы
приложений, фаю:-серверы, почтовые, коммуникационные, веб-
серверы и др.



Термин "рабочая станция" отражает факт наличия в сетях абонентских
пунктов, ориентированных на работу профессиональных пользователей
с сетевыми ресурсами. Этот термин как бы отделяет их от ПК, юторые
обеспечивают работу основной массы непрофессиональных
пользователей, работающих обычно в автономном режиме.

Сетевые юмпьютеры. На базе существующих стандартных

микропроцессоров появляется новый класс устройств, получивший это

название. Само название говорит о том, что они предназначаются для

использования в компьютерных сетях. В зависимости от выполняемых

функций и от юитекста под этим термином понимают совершенно

различные устройства, от простейшего юмпьютера-наладонника до
специализированных сетевых устройств типа "маршрутизатор", "шлюз",

"юммутатор" и т.п.

Число приведенных типов юмпьютеров в индустриально развитых
странах образует некое подобие пирамиды с определенным

соотношением численности каждого слоя. Распределение
вычислительных возможностей по слоям должно быть сбалансировано.

Принципы построения компьютера

Основным принципом построения всех современных юмпьютеров
является программное управление. В его основе лежит представление
алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.

Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны
быть представлены в виде программы, состоящей из
последовательности управляющих слов _ юманд. Каждая команда
содержит указания на конкретную выполняемую операцию, места
нахождения (адреса) операндов и ряд служебных признаков. Операнды
_ переменные, значения юторых участвуют в операциях
преобразования данных. Программы и обрабатываемые ими данные
должны совместно краниться в памяти компьютера.

Для доступа к программам, командам и операндам используются их


адреса. В качестве адресов выступают номера ячеек памяти компьютера,
предназначенных для хранения объектов. Информация (командная и

данные: числовая, текстовая, графическая и другая информация)

кодируется двоичным кодом (цифрами 0 и 1). Поэтому различные типы

информации, размещенные в памяти, практически неразличимы,

идентификация их возможна лишь при выполнении программы,

согласно ее логике, по контексту

Выполнение каждой команды программы предполагает многократное
обращение к памяти (выборка команд, выборка операндов, отсылка
результатов и т.п.). В первых структурах ЭВМ использовалось

централизованное управление, при котором годна и та же аппаратура
выполняла и основные, и вспомогательные действия. Это было

выполнять

оправдано для первых дорогих машин, ио ие позволяло
параллельные работы. Эволюция вычислительной
потребовала децентрализации.

техники

Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие
элементы, которые являются общим стандартом структур современных
компьютеров:

•	модульность построения;

•	магистральность;

•	иерархия управления.

Модульность построения предполагает выделение в структуре

компьютера автономных, функционально, логически и конструктивно

законченных устройств: процессор, модуль памяти, накопитель на

магнитном диске, дисплей и т.п.

Модульная конструкция компьютера делает его открытой системой,
способной к адаптации и совершенствованию. К нему можно
подключать дополнительные устройства, улучпвя его технические и

экономические показатели.

Появляется возможность наращивания

вычислительной мощи, улучшения структуры путем замены отдельных

устройств на более совершенные, изменения и управления

конфигурацией системы, приспособления ее к конкретным условиям

применения в соответствии с требованиями пользователей.
В качестве основных средств подключения и объединения модулей в
систему используются магистрали, или шины. Стандартная система
сопряжения (интерфейс) обеспечивает возможность формирования
требуемой конфигурации, гибкость структуры и адаптацию к
изменяющимся условиям функционирования.

В современных вычислителях принцип децентрализации и
параллельной работы распространен как на периферийные устройства,
так и на сами компьютеры, их процессоры. Появились вычислительные
системы, которые содержат несколько вычислителей, работающих
согласованно и параллельно. Внутри самого компьютера произошло еще
более резкое разделение функций между средствами обработки.
Появились отдельные специализированные процессоры, например,
сопроцессоры, выполняющие обработку чисел с плавающей точкой,
матричные процессоры и др.

Модульность структуры потребовала стандартизации и унификации
оборудования, номенклатуры технических и программных средств,
средств сопряжения - интерфейсов, конструктивных решений,
унификации типовых элементов замены, элементной базы и
нормативно-технической документации. Все это способствовало
улучшению технических и эксплуатационных характеристик
компьютеров, росту технологичности их производства.

Децентрализация управления предполагает иерархическую
организацию структуры компьютера. Главный или центральный модуль
системы определяет последовательность работ подчиненных модулей и
их инициализацию, после чего они продолжают работу по
собственным программам управления. Результаты выполнения
требуемых операций представляются ими "вверх по иерархии" для
правильной координации всех работ. Подключаемые модули могут, в
свою очередь, использовать специальные шины, или магистрали, для
обмена управляющими сигналами, адресами и данными.

Иерархический принцип построения и управления характерен не толью

для структуры компьютера в целом, но и для отдельных его подсистем.
Например, по этому же принципу строится система памяти.

Децентрализация управления и структуры компьютера позволила
перейти к более сложным многопрограммным (мультипрограммным)
режимам. При этом в компьютере одновременно могут обрабатываться
несколько программ пользователей.

Структурные схемы и взаимодействие устройств
компьютера

Классическая схема компьютера, отвечаюпря программному принципу
управления, логично вытекает из последовательного характера
преобразований, выполняемых человеком по некоторому алгоритму
(программе). Обобщенная структурная схема ЭВМ первых поколений
представлена на рис.13.2.

В любом компьютере имеются устройства ввода информации (УВв), с
помощью которых пользователи вводят программы решаемых задач и
данные. Введенная информация сначала полностью или частично
запоминается в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), а затем
переносится во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ),
предназначенное для длительного хранения информации, где
преобразуется в специальный информационный объект - файл.

Рис. 13.2. Структурная схема первых компьютеров

При использовании файла в вычислительном процессе его содержимое

переносится в ОЗУ Затем программная информация команда за
командой считывается в устройство управления.

Устройство управления (УУ) предназначается для автоматического
выполнения программ путем принудительной координации всех
остальных устройств. Цепи сигналов управления показаны на рис.13.2
штриховыми линиями. Вызываемые из ОЗУ команды дешифрируются
устройством управления: определяют код операции, которую
необходимо выполнить следующей, и адреса операндов, принимающих
участие в данной операции.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметические
и логические операции над данными. Основной частью АЛУ является
операционный автомат, в состав которого входят сумматоры, счетчики,
регистры, логические преобразователи и др. Ои каждый раз
перестраивается на выполнение очередной операции. Результаты
выполнения отдельных операций сохраняются для последующего
использования на одном из регистров АЛУ или записываются в память.
Отдельные признаки результатов г 0Й = 8^ Г. <	> В и др.)

устройство управления использует для изменения порядка выполнения
юманд программы. Результаты, полученные после выполнения всей
программы вычислений, передаются на устройство вывода
информации (УВыв). В качестве УВыв могут использоваться экран
дисплея, принтер, графопостроитель и др.

Классическая структура компьютера представляла собой "удивительно
изящное инженерное решение", хорошо отвечающее тогдашнему уровню
развития промышленных технологий. Она стала фактическим
стандартом (de facto), которому стали следовать производители
вычислительной техники.

В персональных компьютерах, относящихся к юмпьютерам четвертого

поколения, произошло дальнейшее изменение структуры (рис.13.3).
Соединение всех устройств в единую машину обеспечивается с
помощью общей шины, представляющей собой линии передачи данных,

под управлением сервисных программ.
___________, и - S

| Працяхюр | J	оп |_Р j	J

[Контроллер] ••• [Контроллер]

Шина

Таймер |

Рис. 13.3. Структура ПК

Ядро ПК образуют процессор, основная память (ОП), состояния из
оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ),
и видеопамять. ПЗУ предназначается для записи и постоянного
хранения наиболее часто используемых программ управления.

Подключение всех внешних устройств (ВнУ), дисплея, клавиатуры,

внешних ЗУ и др. обеспечивается через соответствующие адаптеры -

соптасователи

скоростей работы сопрягаемых устройств, или

контроллеры - специальные устройства управления периферийной

аппаратурой. Контроллеры в ПК играют роль каналов ввода-вывода. В

качестве особых устройств следует выделить таймер - устройство

измерения времени, и контроллер прямого доступа к памяти (КПД) -
устройство, обеспечивающее доступ к ОП, минуя процессор.

Организацию согласованной работы шин и устройств выполняют
микросхемы системной логики, называемые чипсетом {Chipset).
Большинство наборов микросхем системной логики имеют ярю

выраженную иерархическую структуру построения, отвечающую
уровням высоюскоростных и ввода-вывода данных. Уровень
высоюскоростных устройств образуют процессоры, видеопамять,
оперативная память; уровень низко-скоростных устройств образуют
любые внешние устройства.

Компьютерные системы
Полувековая история развития вычислительной техники была связана с
совершенствованием классический структуры компьютера, имеющей
следующие отличительные признаки:

•	ядро компьютера - процессор - единственный вычислитель в
структуре, дополненный каналами обмена информацией и
памятью;

•	линейная организация ячеек всех видов памяти (фиксированного
размера;

•	одноуровневая адресация ячеек памяти, стираюпря различия
между всеми типами информации;

•	внутренний машинный язык низкого уровня, при котором команды
содержат элементарные операции преобразования простых
операндов;

•	последовательное централизованное управление вычислениями;

•	достаточно примитивные возможности устройства ввода-вывода.

Классическая структура компьютера уже сослужила добрую службу
человечеству В жде эволюции оиа была дополнена целым рядом
частных доработок, позволяющих ликвидировать наиболее '^узкие
места" и обеспечить максимальную производительность в рамках
достигнутых технологий. Однако, несмотря на все успехи, классическая
структура уже не обеспечивает возможностей дальнейшего
наращивания производительности. Теория и практика построения
компьютеров подошли к рубежам микроэлектроники, за которыми стоят
множество практически неразре-шимых проблем в областях
системотехники, дальнейшего наращивания частоты работы микросхем,
программирования, компиляции и т.д.

Дальнейшее поступательное развитие вычислительной техники
напрямую связано с переходом к параллельным вычислениям, с идеями
построения многопроцессорных систем и сетей, объединяющих
большое количество отдельных процессоров и (или) ЭВМ. Здесь
появляются огромные возможности совершенствования средств
вычислительной техники. Но следует отметить, что при несомненных
практических достижениях в области параллельных вычислений до
настоящего времени отсутствует их единая теоретическая база.

появлением

начале нового тысячелетия многоядерных
микропроцессоров эра компьютеров классической структуры и
связанных с ними последовательных вычислений заканчивается. На
смену идут новые параллельные структуры с новыми принципами их
построения. Они становятся экономически более выгодными. Будущее
вычислительной техники - именно за этими системами.

Под вычислительной (компьютерной) системой (ВС) понимают
совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или
ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения,
предназначенную для сбора, хранения, обработки и распределения
информации. Отличительной особенностью ВС по отношению к ЭВМ
является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих
параллельную обработку Создание ВС преследует следующие основные
цели: повышение производительности системы за счет ускорения
процессов обработки данных, повышение надежности и достоверности
вычислений, предоставление пользователям дополнительных
сервисных услуг и т.д.

Основные принципы построения, закладываемые при создании ВС:

возможность работы в разных режимах;

модульность структуры технических и программных средств,
которая позволяет совершенствовать и модернизировать
вычислительные системы без коренных их переделок;

унификация и стандартизация технических и программных
решений;

иерархия в организации управления процессами;

способность систем

адаптации, самонастройке и

самоорганизации;

обеспечение необходимым сервисом пользователей при
выполнении вычислений.

Существует большое количество признаюв, по которым
классифицируют вычислительные системы: по целевому назначению и
выполняемым функциям, по типам и числу ЭВМ или процессоров, по
архитектуре системы, режимам работы, методам управления
элементами системы, степени разобщенности элементов
вычислительной системы и др. Однаю основными из них являются
признаки структурной и функциональной организации вычислительной
системы.



Большое разнообразие структур ВС затрудняет их изучение. Поэтому их
классифицируют с учетом их обобщенных характеристик. С этой целью
вводится понятие "архитектура системы".

Архитектура ВС - совокупность характеристик и параметров,
определяющих функционально-логическую и структурную организацию
системы и затрагивающих в основном уровень параллельно
работающих вычислителей. Понятие архитектуры охватывает общие
принципы построения и функционирования, наиболее существенные
для пользователей, которых больше интересуют возможности систем, а
ие детали их технического исполнения. Поскольку ВС появились как
системы параллельной обработки, рассмотрим классификацию
архитектур именно с этой точки зрения.

Классификация архитектур была предложена М. Флинном (М. Flynn) в
начале 60-хгг. В ее основу заложено два возможных вида параллелизма:
независимость потоков заданий (команд), существующих в системе, и
независимость (несвязанность) данных, обрабатываемых в каждом
потоке. Классификация до настоящего времени еще не потеряла своего
значения. Однако подчеркнем, что, как и любая классификация, она
носит временный и условный характер. Своим долголетием она
обязана тому что оказалась справедливой для ВС, в которых
вычислительные модули построены на принципах классической
структуры ЭВМ. С появлением систем, ориентированных на потоки
данных и использование ассоциативной обработки, эта классификация
может быть некорректной.

Согласно данной классификации существует четыре основных
архитектуры ВС, представленных на рис.13.4:

одиночный поток команд - одиночный поток данных (ОКОД), в
английском варианте Single Instruction Single Data
(SISD) - одиночный поток инструкций - одиночный поток
данных (рис.13.4а):

одиночный поток команд - множественный поток данных
(ОКМД), или Single Instruction Multiple Data
(SIMD} - одиночный лоток инструкций - одиночный поток
данных (рис.13.4б):

множественный поток команд - одиночный поток данных
(МКОД), или Multiple Instruction Single Data
(MISD) - множественный лоток инструкций - одиночный поток
данных (рис.13.4в):

множественный поток команд - множественный поток данных
(МКМД), или Multiple Instruction Multiple Data
(MIMD) - множественный поток инструкций - множественный
поток данных (рис.13.4г).

Короп© рассмотрим отличительные особенности каждой из архитектур.

Архитектура

ОКОД охватывает все однопроцессорные и

одномашинные варианты систем, то есть варианты с одним
вычислителем. Все ЭВМ классической структуры попадают в этот

класс. Здесь параллелизм вычислений обеспечивается

путем

совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ а также
параллельной работой устройств ввода-вывода информации и
процессора. Закономерности организации вы-числительного процесса
в этих структурах достаточно хэрошо изучены.

Архитектура ОКМД предполагает создание структур векторной или
матричной обработки. Системы этого типа обычно строятся как
однородные, т.е. процессорные элементы, входящие в систему

идентичны и все они управляются одной

той же

последовательностью команд. Однако каждый процессор обрабатывает
свой поток данных. Под эту схему хорошо подходят задачи обработки
матриц или векторов (массивов), задачи решения систем линейных и
нелинейных, алгебраических и дифференциальных уравнений, задачи
теории поля и др. В структурах данной архитектуры желательно
обеспечивать соединения между процессорами, соответствующие
реализуемым математическим зависимостям. Как правило, эти связи
напоминают матрицу в которой каждый процессорный элемент связан
с соседними.
Рис. 13.4. Архитектуры вычислительных систем: а) ОКОД (SISD) -
архитектура; б) ОКМД (SIMD) - архитектура; в) МКОД (MISD) -
архитектура; г) МКМД (MIMD) - архитектура

Эту схему использовали н используют все суперЭВМ без исключения,
начиная с таких известных систем, как Cyber-205 н Gray различных
модификаций. Узким местом подобных систем является необходимость
изменения коммутации между процессорами, коща связь между ними
отличается от матричной. Кроме того, задачи, допускающие широкий
матричный параллелизм, составляют достаточно узкий класс задач.
Структуры ВС этого типа по существу являются структурами
специализированных суперЭВМ.

Архитектура МКОД предполагает построение своеобразного
процессорного конвейера, в котором результаты обработки передаются
от одного процессора к другому по цепочке. Выгоды таюго вида
обработки понятны. Прототипом таких вычислений может служить
схема любого производственного конвейера. В современных ЭВМ по
этому принципу реализована схема совмещения операций, в которой
различные функциональные блоки работают параллельно, н каждый из
них делает свою часть в общем цикле обработки команды.

В ВС этого типа конвейер должны образовывать группы процессоров.
Однаю прн переходе на системный уровень очень трудно выявить
подобный регулярный характер в универсальных вычислениях. Кроме
того, на практике нельзя обеспечить и 'большую длину" такого
конвейера, при юторой достигается наивысший эффект. Вместе с тем
конвейерная схема нашла применение в так называемых скалярных
процессорах суперЭВМ - они применяются как специальные
процессоры для поддержки векторной обработки.

Архитектура МКМД предполагает, что все процессоры системы
работают с различными программами и с индивидуальным набором
данных. В простейшем случае они могут быть автономны и
независимы. Такая схема использования ВС часто применяется во
многих крупных вычислительных центрах для увеличения пропускной
способности центра.

Наибольший интерес представляет организация согласованной работы
процессоров системы, когда каждый элемент делает часть общей
программы. Общая теоретическая база такого вида работ пока толью
создается. Но можно привести примеры большой эффективности этой
модели вычислений. Подобные системы могут быть многомашинными

и многопроцессорными. Пережд на многоядерные микропроцессоры
позволяет создавать мощные центры параллельной обработки,

имеющие в своем составе тысячи процессоров. Проектировщики
компьютерных систем сосредотачивают свои усилия на разработках
разноплановых структур ВС (сосредоточенных и распределенных
систем) именно в архитектуре МКМД.

Контрольные вопросы

1.	Каково содержание понятия "структура компьютера’?

2.	По каким техническим характеристикам осуществляется оценка и
выбор компьютера?

3.	Что представляет собой класс карманных персональных
компьютеров?

4.	Каковы основные тенденции развития компьютеров?

5.	Объясните суть принципа иерархии построения ЭВМ.

6.	Перечислите отличительные особенности классической структуры
ЭВМ.

7.	Каковы отличительные особенности структуры ПК?

8.	Объясните многообразие шин, используемых в структуре ПК.
9.	Каковы основные предпосылки появления и развития
компьютерных систем?

10.	Какие принципы положены в основу классификации архитектур
компьютерных систем?
Информационно-логические основы ЭВМ

Рассмотрены основные системы счисления.

Системы счисления

Системой счисления называется способ изображения чисел с помощью

ограниченного набора символов, имеющих определенные
количественные значения. Систему счисления образует совокупность
правил и приемов представления чисел с помощью набора знаков
(цифр).

Различают позиционные и непозиционные системы счисления. В
позиционных системах каждая цифра числа имеет определенный вес,
который зависит от позиции цифры в последовательности,
изображающей число. Позиция цифры называется разрядом, В
позиционной системе счисления любое число можно представить в

Лм = 5Х“\в<*ЛГ''(14'1)

где я» - { -я цифра числа;

£ - юличество цифр в дробной части числа;

Ш - юличество цифр в целой части числа;

- основание системы счисления.

Основание системы счисления JV показывает, во сюлью раз ,'вес" * -го
разряда больше (i — 1) разряда. Целая часть числа отделяется от
дробной части точюй (запятой).

Пример 14.1. Дю =	.

В соответствии с формулой (14.1) это число формируется из цифр с
весами разрядов:



Аже*-****-	+•в- ю~г

Теоретически наиболее экономичной системой счисления для
представления значения числа цифрами является система с основанием
« = 2, "1828 находящимся между числами 2 н 3.

Во всех современных ЭВМ для представления числовой информации
применяется двоичная система счисления. Это обусловлено:

более простой реализацией алгоритмов выполнения
арифметических и логических операций;

более надежной физической реализацией основных функций, так
как они имеют всего два состояния (0 н 1);

экономичностью аппаратной реализации всех схем ЭВМ.

Прн =;"2 число различных цифр, используемых для записи чисел,
ограничено множеством нз двух цифр (нуль н единица). Кроме
двоичной системы счисления, широкое распространение получили н
производные системы:

•	двоичная - {<МЬ

•	десятичная, точнее двоично-десятичное представление
десятичных чисел -{М,..,»);

•	шестнадцатеричная - {0,1,2, ...9, Л, В, <7, D, В, F} Здесь
шестнадцатеричная цифра Л обозначает число 10, В - число 11,
..., F - число 15;

•	восьмеричная (от слова восьмерик) - {0>1>3,8,4Л6,Г> . Она
широко используется во многих специализированных ЭВМ.

Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления являются
производными от двоичной, так как $.§'=•'3$ н	Они

применяются в основном для более компактного изображения
двоичной информации, так как запись значения чисел производится
существенно меньшим числом знаков
Пример 14.2. Число Аю == $9В.в2& в двоичной, восьмеричной и
шестнадцатеричной системах счисления имеют следующее
представление:

А, = И00Ю#.Ю1;

-4,-144.5;

Ац —'ЛА»

A1 = U2t4-l»ae+0.24+e*2»+l«2’4-t«2,+0«2e+l*rM«2-1+l*r1i

Л1в = в*К+4*1вв + 1в»1«“1г

В табл, 14.1 приведено сравнительное представление чисел в
различных системах счисления: десятичной (10 с/с), двоичной (2 с/с),
восьмеричной (8 с/с) и пюстнадцатеричной (16 с/с).

По данным этой таблицы можно выявить целый ряд заюномерностей:

нуль и единица имеют единственное и одинаковое представление
в любых системах счисления;

основание системы счисления в любой системе имеет
представление 10;

незначащие нули слева от целой части и справа от дробной части
числа не изменяют значений чисел;

Таблица 14.1. Представление чисел в различных
системах счисления
• представление чисел в различных системах счисления допускает
однозначное их преобразование из одной системы в другую.

В ЭВМ перевод из одной системы в другую осуществляется
автоматически, по специальным программам. Правила перевода целых
и дробных чисел отличаются.

Необходимо сделать несколью замечаний. В общем случае перевод
любого числа с дробью из одной системы счисления в другую может
привести к появлению иррациональных чисел, имеющих бесконечное
юличество разрядов в дробной части чисел. Естественно, что любое
техническое устройство, например компьютер, может оперировать
толью с конечным числом цифр, являющижя старшими, наиболее
значимыми разрядами.

Игнорирование, отбрасывание младших разрядов чисел приводит к их
округлению. При этом разница между округляемым и полученным
числами называется ошибюй округления. Следует учитывать, что
округление результатов вычислений по любому неслучайному правилу
приводит к ошибкам с ненулевым смещением Г831.

Перевод целых чисел

Целое число с основанием .ДГ1 переводится в систему счисления с
основанием путем последовательного деления числа иа
основание записанного в виде числа с основанием JVX до
получения 'остатка. Полученное частное следует вновь делить на
основание -Wg, и этот процесс надо повторять до тех пор, пока частное
не станет меньше делителя.


Полученные остатки от деления и последнее частное записываются в
порядке, обратном полученному при делении. Сформированное число
и буцет являться числом с основанием

Пример 14.3.	=?>-Л1в =•?

Л, =ТОШ

2)37|1£
\52

Лц, =37

Л16 =25



Перевод дробных чисел

Дробное число с основанием JV1 переводится в систему счисления с
основанием JV2 путем последовательного умножения
«Eqn010.eps» на основание №, записанное в виде числа с
основанием При каждом умножении целая часть произведения
берется в виде очередной цифры соответствующего разряда, а
оставшаяся дробная часть принимается за новое множимое. Число
умножений определяет разрядность полученного результата,
представляющего число	в системе счисления

пример 14.4. Л1о	М?
	х2
	1250 х2  0500  Г а  1000  1

4г =0-101

		Основы информационных теткмогий			
Ь)	1	1.625 х8  5 000	С)		0.625  х!6  10.000

= &5	4 = 0. Л

Так как двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы связаны
через степени числа 2, то преобразования между ними можно вы-
полнять другим, более простым способом. Для перевода из
шестнадцатеричной (восьмеричной) системы счисления в двоичную
достаточно двоичным юдом записать шестнадцатеричные юды цифр
тетрадами (по 4 двоичных разряда) и триадами (по 3 двоичных разряда)
- для восьмеричных цифр. Обратный перевод из двоичного щда
производится в обратном порядке: двоичное число разбивается влево и
вправо от границы целой и дробной частей на тетрады - для
последующей записи цифр в шестнадцатеричном представлении, иа
триады - для записи их значений восьмеричными цифрами.

Арифметические основы ЭВМ

Представление числовой информации в компьютере

В компьютерах используются три вида чисел: с фиксированной точкой
(запятой), с плавающей точкой (запятой) и двоично-десятичное
представление. Точка (запятая) - это подразумеваемая граница целой и
дробной частей числа, разряды Jt ну формулы (4.1).
Все современные юмпьютеры имеют центральный процессор или
центральное процессорное устройство - CPU (Central Processing Unit),
предназначенное для обработки чисел с фиксированной точкой. Одной
из важнейших его характеристик является разрядность к - юличество
двоичных разрядов, представляющих значение числа. Основным
достоинством CPU служит простота алгоритмов выполнения операций
и, соответственно, высокая старость операций.

У чисел с фиксированной точкой в двоичном формате предполагается
строго определенное место точки (запятой). Обычно это место
определяется или перед первой цифрой числа, или после последней
цифры числа. Если точка фиксируется перед первой значащей цифрой,
то это означает, что число по модулю меньше единицы. Диапазон
изменения значений чисел определяется неравенством:



Если точка фиксируется после последней цифры, то это означает, что Л
-разрядные двоичные числа являются целыми. Диапазон изменения их
значений составляет:

< |Л»| < Г-1

Перед самым старшим из возможных цифровых разрядов двоичного
числа фиксируется его знак Положительные числа имеют нулевое
значение знатавого разряда, отрицательные - единичные. Каждая цифра
двоичного числа {1X1} занимает один бит соответствующего п-
разрядного формата.

Существенным недостатком представления чисел с фиксированной
точкой служит тот факт, что аппроксимация малых чисел связана с
большой относительной ошибюй. Для чисел же, приближающими по
величине к максимально возможным (2Л), относительная ошибка
уменьшается. Абсолютная же опмбка представления чисел с
фиксированной точкой всегда лежит в одних и тех же пределах
независимо от величины чисел.

Другой формой представления чисел является представление их в виде
чисел с плавающей точкой (запятой). Представление чисел с


плавающей точкой необходимо использовать, когда обрабатываемые

числа имеют очень большой диапазон изменения. Эта ситуация

типична для научно-технических расчетов (тригонометрические,
экспоненты, логарифмы). Поэтому все современные микропроцессоры

в качестве дополнения к CPU имеют математические сопроцессоры.

Их обычно называют блоками илн устройствами с плавающей точкой -

FPU (Floating Point Unit), или числовым расширением процессора - NPX

(Numeric Processor extension). Сочетание параллельно работающих CPU
и FPU позволяет добиться большей скорости и большей точности

вычислений.

Числа с плавающей точкой представляются в виде мантиссы и
порядка Ля, иногда это представление называют полулогарифмически!
формой числа. Например, число	можно представить в виде

прн этом	основание системы

счисления подразумевается фиксированным и равным десяти. Для
двоичных чисел в этом представлении также формируется П*» и
порядок прн основании системы счисления, равном двум.

А»,—ЛфйЛзЬ.

что соответствует записи

Детализация двоичного представления чисел с плавающей точкой и
двоично-десятичная форма чисел подробно освещены в Г881. Постольку
их представление и обработка базируются на двоичной арифметике,
рассмотрим правила сложения двоичных цифр.

Все современные ЭВМ имеют достаточно развитую систему команд,

включающую десятки и сотни машинных операций. Однакэ
выполнение любой операции основано на использовании простейших
микроопераций типа сложения н сдвига. Это позволяет иметь единое

арифметико-логические устройство для выполнения любых операций,

связанных с обработкой информации. Сложение двоичных цифр двух
чисел А и В иллюстрируется табл. 14.2.

Таблица 14.2. Правила сложения двоичных цифр
Подобные таблицы можно было бы построить для любой другой
арифметической и логической операции (вычитание, умножение и т.д.),
но именно данные этой таблицы положены в основу выполнения
любой операции ЭВМ. Под знак чисел отводится специальный
знаковый разряд. Знак "ч-” кодируется двоичным нулем, а знак -
единицей. Действия иад прямыми годами двоичных чисел при
выполнении операций создают большие трудности, связанные с
необходимостью учета значений знаковых разрядов:

•	во-первых, следует отдельно обрабатывать значащие разряды
чисел и разряды знака;

•	во-вторых, значение разряда знака влияет на алгоритм
выполнения операции, например, сложение может заменяться
вычитанием и наоборот.

Во всех ЭВМ без исключения все операции выполняются над числами,
представленными специальными машинными годами. Их
использование позволяет обрабатывать знаковые разряды чисел так же,
как и цифровые разряды, а также заменять операцию вычитания
операцией сложения.
Различают прямой код (П), обратный код (ОК) и дополнительный код
(ДК) двоичных чисел.

Машинные коды

Прямой код двоичного числа образуется из абсолютного значения этого
числа и кода знака (нуль или единица) перед его старшим числовым
разрядом.

Пример 14.5.

Лю = +10 А3 = +1019 ОД = 0:1010;

Лю = -15 fa = -Ш1 ОД = 1:Ш1

Точечной вертикальной линией здесь отмечена условная граница,
отделяющая знак от цифровых разрядов.

Обратный код двоичного числа образуется по следующему правилу
Обратный код положительных чисел совпадает с их прямым кодом.
Обратный код отрицательного числа содержит единицу в знаковом
разряде числа, а значащие разряды числа заменяются инверсными, т.е.
нули заменяются единицами, а единицы - нулями.

Пример 14.6.

Аю = +5 А» — +101	— 0:101;

Вм = -ИВ» = -1101	- 1-0910.

Свое название обратный код чисел получил потому что коды цифр
отрицательного числа заменены инверсными. Укажем наиболее важные
свойства обратного кода чисел:

сложение положительного числа С с его отрицательным
значением в обратном коде дает так называемую машинную

единицу MEtaM 1:111 -. - It, состоящую из единиц в знаковом
и значащих разрядах числа;
нуль в обратном моде имеет двоякое значение. Ои может быть
положительным числом -	и отрицательным числом -

1-Д1...11 Значение отрицательного нуля совпадает с MEU
Двойственное представление нуля явилось причиной того, что в
современных ЭВМ все числа представляются ие обратным, а
дополнительным модом.

Дополнительный мод положительных чисел совпадает с их прямым
кодом. Дополнительный код отрицательного числа представляет собой
результат суммирования обратного мода числа с единицей младшего
разряда (2°- для целых чисел,	- для дробных).

Пример 14.7.

Аю = +1S А, - +10011 W, - |А»}ох = Мяк = М«Ц;

ВЩ = -13 Вд = -11 - 1 [В>]да = Мок + 2“ = li0010 +1 = 1S011

Укажем основные свойства дополнительного кода.

Сложение дополнительных модов положительного числа С с его
отрицательным значением дает так называемую машинную
единицу дополнительного кода:

МЕ„=МЕ_е + 2О = НМ»...0О,

т. е. число 10 (два) в знаковых разрядах числа.

Дополнительный мод получил такэе свое название потому что
представление отрицательных чисел является дополнением
прямого мода чисел до машинной единицы МЕ-да

Нуль в дополнительном моде имеет единственное представление.
Благодаря этому все современные компьютеры используют при
хранении и преобразовании чисел именно двоичный мод.

Модифицированные обратные и дополнительные коды двоичных чисел
отличаются соответственно от обратных и дополнительных модов
уцвоением значений знаковых разрядов. Знак "+" в этих модах кодируется
двумя нулевыми знаковыми разрядами, а - двумя единичными
разрядами.

Пример 14.8.

Лю = 9; А» = +1001;	= И,]» = [А,|дк = ft 1001;

[A»}„. = [Aajw, = «11001

Вм = -9; % = -4ЯИ1 (£4]» = 1®Н0 [/Ь]дк =

[вг]_ = 11Ыж Wmw= «5и«-

Целью введения модифицированных юдов является фиксация и

обнаружение случаев получения неправильного результата, когда

отрицательном переполнении. В настоящее время практически во всех

моделях ЭВМ, в том числе во всех ПК, роль удвоенных разрядов для
фиксации переполнения разрядной сетки играют переносы, идущие в
знаковый и из знакового разряда.

Арифметические операции над числами с
фиксированной точкой

Сложение (вычитание). Операция вычитания приводится к операции
сложения путем преобразования чисел в обратный (ОК) илн

дополнительный (ДК) код. Пусть числа	и & тоща

операция алгебраического сложения выполняется в соответствии с

табл, 14.3.

Таблица 14.3. Таблица преобразования кодов при
алгебраическом сложении

krai
Зависимости, представленные в правой части таблицы, указывают иа
замену операции вычитания операцией сложения с обратным или
дополнительным кодом соответствующего числа. Сложение двоичных

следующие правила.

•	Слагаемые должны иметь одинаковое число разрядов. Для
выравнивания разрядной сетки слагаемых можно дописывать
незначащие нули слева к целой части числа и незначащие нули
справа к дробной части числа.

•	Знаковые разроды чисел участвуют в сложении так же, как и
цифровые.

•	Необходимые преобразования кодов (п. 14.2) производятся с
изменением знаков чисел. Приписанные незначащие нули
изменяют свое значение при преобразованиях по общему правилу

•	При образовании единицы переноса из старшего знакового
разряда, в случае использования ОК, эта единица складывается с
младшим числовым разрядом. При использовании ДК единица
переноса теряется. Знак результата формируется автоматически,
результат представляется в том коде, в котором представлены
исходные слагаемые.

Пример 14.9. Сложить два числа Лщ =	= Ш.

Л» = +Ш = -НИН;

Да = +1«Ю=+100В0.

Исходные числа имеют различную разрядность, и необходимо провести
выравнивание разрядной сетки:
РУ. =	= [А»]дк = МОШ;

= [Д4- - [ОДк = О:ЮТЮ.



Сложение в обратном или дополнительном кщах дает одни и тот же
результат:

О:О0Ш
+ 0:10000
сэ=а: юшв
Cw = +23

получении правильного результата.

Пример 14.10. Сложить два числа Лю:=4-1&; -;Мш= в ОК и ДК.
В соответствии с табл, 14.3 должна быть реализована зависимость
Дв которой второй член преобразуется с учетом знака

[Аа]п = 0:10000= □:IflQOQ; [Ля]-

М.=1;Ш=1;«0Ш;1в4.

СтошшввОК

loooo

4£Дз]мГ1 :11000

ojaiooo

0:01001

Сз-0 :(Й<Ш
Си- + «

=в:ШВ; {Л3] =Ж = 0:10000

1: ИК»; Мда = 1:110О1
СшжнпвДК

: JW00

4<Дв]ж"1:П001

0:01001

02=0:01001

При сложении чисел в ОК и ДК были получены переносы в знаковый
разряд и из знакового разряда. В случае ОК перенос из знакового
разряда требует дополнительного прибавления единицы младшего
разряда (см. п. 4. правил). В случае ДК этот перенос игнорируется.

Умножение. Умножение двоичных чисел наиболее просто реализуется в
прямом годе. Рассмотрим, каким образом оно приводится к операциям
сложения н сдвигам.

Пример 14.11. Умножить два числа jIw = Tj,Перемножим
эти числа, представленные прямыми двоичными годами, также, как это
делается в десятичной системе.

I JjJh “ Ш-ИИМИМ»
к к

Д2]в =	101инаадиепь

111-мимзшое	(зд«гяа.0 разрядов^

+ ООО -рщржшсвкС)	(<ана'»1рмвд9

Ш -множимо*	(едвигж&Зргарэд)

[СгЬж - ЮИН1 -произведя®»

Си-ss

Нетрудно видеть, что произведение получается путем сложения
частных произведений, юторые представляют собой разряды
множимого, сдвинутые влево в соответствии с позициями разрядов
множителя. Частные произведения, полученные умножением на нуль,
игнорируются. Важной особенностью операции умножения п-
разрядных сомножителей является увеличение разрядности
произведения до	Знак произведения формируется путем

сложения знаковых разрядов сомножителей. Возможные переносы из
знакового разряда игнорируются.

Деление. Операция деления, как и в десятичной арифметике, является
обратной операции умножения. Покажем, что и эта операция
приводится к последовательности операций сложения н сдвига.

Пример 14.12. Разделить два числа Лцэ =4Йг$	=-S.
He = loml
«я»



Деление произведено так же, как это делается обычно в десятичной

записывается единица и определяется частная разница. В противном

полученной предыдущей разнице сносится очередная цифра делимого,
и данный процесс повторяется, пока не будет получена необходимая
точность. Если учесть, что все вычитания в ЭВМ заменяются
сложением в ОК или в ДК (см. табл, 14.3). то действительно, операция

деления приводится к операциям сложения и сдвигам вправо разрядов
делителя относительно разрядов делимого. Отметим, что делимое перед
операцией деления должно быть приведено к 2Л-разрядной сетке.
Тольиэ в этом случае при делении на п -разрядный делитель получается
П -разрядное частное.

Знак частного формируется также путем сложения знаковых разрядов
делимого и делителя, как это делалось при умножении.

Логические основы ЭВМ

Основные сведения из алгебры логики

Теоретической основой построения ЭВМ служат специальные
математические дисциплины. Одной из них является алгебра логики,
396
или булева алгебра (Дж. Буль - английский математик XIX в.,
основоположник этой дисциплины). Ее аппарат широкз используют
для описания схем ЭВМ, их проектирования и оптимизации.

Вся информация в ЭВМ представляется в двоичной системе счисления.
Поставим в соответствие входным сигналам отдельных устройств ЭВМ

соответствующие значения	> а выждным сигналам -

значения функций	) (рис.14.1).

В этом случае зависимостями



где 3Ji - й вход;

п - число входов;

- } -й выход;

Т - число выходов в устройстве, можно описывать алгоритм работы
любого устройства ЭВМ. Каждая такая зависимость является
"булевой функцией, у которой число возможных состояний и каждой ее
независимой переменной равно двум" (стандарт ISO 2382/2-76), т.е.
функцией алгебры логики, а ее аргументы определены иа множестве
{0^ 1} . Алгебра логики устанавливает основные заиэны формирования
и преобразования логических функций. Она позволяет представить
любую сложную функцию в виде композиции простейших функций.
Рассмотрим наиболее часто употребляемые из них
Xj	•			*У1  t
Ч	•			► У)
к"	»			► У я



Рис. 14.1. Входные и выходные сигналы в схемах компьютера

Известно, что количество всевозможных функций от л аргументов
выражается зависимостью:

лг=аГ(14.з)

При можно определить две основные функции (Jf =? 2), не
зависящие от каких-либо переменных: £№ , тождественно равную нулю (
и У1, тождественно равную единице ( ж Г). Технической
интерпретацией функции W j может быть генератор импульсов.
При отсутствии входных сигналов иа выходе этого устройства всегда
имеются импульсы (единицы). Функция jfc aEG может быть
интерпретирована как отключенная схема, сигналы от юторой ие
поступают ни к каким устройствам.

При 1 зависимость (14.3) дает =$. Представим зависимость
значений этих функций от значения аргумента se в виде специальной
таблицы истинности (табл. 14.4).

Таблица 14.4. Таблица
функций от одной
переменной

яяи
Таблицы истинности получили такое название, потому что они
определяют значение функции в зависимости от комбинации вждных
сиг-налов. В этой таблице, как и ранее, и Jft Ж-J. Функция
ИВ***»а функция Us(инверсия ®).

Этим функциям соответствуют определенные технические аналоги.
Схема, реализующая зависимость	называется повторителем, а

схема Ж - инвертором.

При	= IS, т.е. от двух переменных можно построить

шестнадцать различных функции. В табл, 14.5 представлена часть из
них, имеющая фундаментальное значение при построении основных
схем ЭВМ.

Таблица 14.5. Таблица функций от двух переменных

В левой части таблицы перечислены все возможные комбинации
входных переменных (наборы значений), а в правой - возможные реак-
ции выждных сигналов. В табл. 14.5 представлены функции
полностью соответствующие функциям табл, 14.4. а также новые, часто
используемые и интересные функции Ш* При этом
местоположение функций и их нумерация в таблице особого значения
не имеют. По данной таблице нетрудно составить аналитичесюе
выражение (зависимость) для каждой функции от двух аргументов вида
(14.2). Для этого наборы неременных, на которых функция принимает
значение единицы, записываются как конъюнкции (логичесюе
умножение) и связываются знаками логического сложения. Такие
формы функций получили название дизъюнктивных нормальных форм
(ДНФ). Если в этих функциях конъюнкции содержат все без исключения
переменные в прямом или инверсном значениях, то такая форма
функций называется совершенной.

Функция Ш представляет собой функцию логического сложения,
дизъюнкцию. Она принимает значение единицы, если значение
единицы имеет жтя бы одна переменная Хг или Xi:

зг*=	=w. У

Тождественность приведенных аналитических зависимостей можно
установить, пользуясь законами алгебры логики, приведенными ниже.

Функция W является инверсной функцией по отношению к ЦК:

Она имеет название отрицание дизъюнкции. Иногда в литературе
встречается ее специальное название "стрелка Пирса", по имени
математика, исследовавшего ее свойства.

Функция W является функцией логического умножения, конъюнкцией.
Она очень похожа на операцию обычного умножения и принимает
значение единицы в тех случаях, когда все ее переменные равны
единице:

Функция V7 является инверсной функцией по отношению ЦК:

Она называется отрицание конъюнкции или "штрих Щеффера".

Функция Ш называется логической равнозначностью, она принимает
значение единицы, если все ее переменные имеют одинаковое значение
(или 0 или 1):

Функция является инверсной по отношению W8 и называется не-
равнозначностью:


Она принимает значение единицы, если ее переменные имеют
противоположные значения. Функции и ;W являются основой для

построения сумматоров, так как они соответствуют правилам

формирования цифр двоичных чисел при сложении и вычитании (табл.
14.2).

Из перечисленных функций двух переменных можно строить сколь

угодно сложные зависимости, отражающие алгоритмы преобразования

информкции, которая представлена в двоичной системе счисления.

Алгебра логики устанавливает правила формирования логически

полного базиса простейших функций, из которых могут строиться
любые более сложные. Наиболее привычным базисом является набор

трех функций {инверсия - [, дизъюнкция - V, конъюнкция - Л или
&}. Работа с функциями, представленными в этом базисе, очень пожжа
на использование оперкций обычной алгебры.

Алгебра логики устанавливает, что существуют и другие комбинации
простейших логических функций, обладающих свойством логической
полноты. Например, наборы логических функций {инверсия,
дизъюнкция} и {инверсия, конъюнкция} также являются логически
полными. Наиболее интересны минимальные базисы, включающие по

одной операции {"отрицание дизъюнкции (V)", {"отрицание

проектированию ЭВМ определенных навыков.

Законы алгебры логики

Из определения вышеприведенных функций можно установить целый
ряд простейших свойств:

iVl = l ®»Q=e
»v® = l 4»v»v- -var=*
®ve=» xoi-й
В алгебре логики установлен целый ряд законов, с помощью юторых
возможно преобразование логических функций (ЛФ):

•	юммугативный (переместительный)

•	ассоциативный (сочетательный)

(nV4r)v«=«ivfchV«t)

Эти законы полностью идентичны закэнам обычной алгебры;

•	дистрибутивный (распределительный)

X, V х» • х» = (ач V х,)(Х1 V х,);

•	закон поглощения. В дизъюнктивной форме ЛФ конъюнкция
меньшего ранга, т.е. с меныпим числом переменных, поглощает
все конъюнкции большего ранга, если ее изображение содержится

a^V«l.x» = xl xj.fxi Vxj) = хи

•	закон склеивания

Xix>V«i5, = «i (ж, Vxj)(xi VS»> = xt,
FxVFi = F (®VFMiVF) = F

где F - логическая функция общего вида, не зависящая от
переменной х;

xVSF = .VF X(XVF) = XF;

•	правило де Моргана

_____«ТУЙ = *» «*»*»	=	___________________
Убедиться в тождественности приведенных зависимостей можно путем
аналитических преобразований выражений, находящижя в левой и
правой частях, или путем построения таблицы истинности для ЛФ.

Используя данные законы, можно преобразовывать исходные
выражения в более простые (минимизировать их). По упрощенным
выражениям можно построить техническое устройство, имеющее
минимальные аппаратурные затраты.

Техническая интерпретация логических функций

По логическим выражениям проектируются схемы ЭВМ. При этом
следует придерживаться следующей последовательности действий.

Словесное описание работы схемы.

Формализация словесного описания.

Запись функций в дизъюнктивной (юиъюнкгивиой) совершенной
нормальной форме по таблицам истинности.

Минимизация логических зависимостей с целью их упрощения.

Представление полученных выражений в выбранном логически
полном базисе элементарных функций.

Построение схемы устройства.

Проверка работоспособности полученной схемы.

Покажем взаимосвязь перечисленных этапов иа примере.

Пример 14.13. Спроектировать схему фиксирующую появление

Неправильной" тетрады в двоично-десятичном представлении чисел.

1.	Каждая тетрада двоично-десятичиого представления числа
содержит десятичные цифры 0-9, что соответствует двоичным
числам 0000-1001. Значения тетрады, соответствующие двоичным
числам 1010-1111 (пЕСГнадцатеричные цифры A-F), ие должны
появляться при представлении десятичных чисел.

2.	Составим таблицу истинности функции (рис.14.2). юторая
принимает значения, равные единице, при появлении
"неправильных" тетрад. Разряды тетрады обозначим
переменными

Рис. 14.2. Таблица истинности функции F

3.	Исходная совершенная дизъюнктивная нормальная форма
записывается как

F = лфав V фа V суф V tyiu V syaS V

4.	Эта форма функции допускает упрощение, если использовать
законы алгебры логики.

5.	Минимальная форма функции F в логически полном базисе

f, V'j буцет иметь вид:

F = хи V хг - г&У

Для представления этой же схемы в другом полном базисе,
например,	, воспользуемся правилом де Моргана:


F xv Vxx - -^yVxz - xv»ltS

6.	llo полученным зависимостям можно построить схемы фиксации
"неправильных" тетрад (рис, 14.3).

7.	Проверить работоспособность построенных схем можно путем
задания различных комбинаций переменных	и

определения реакции иа выходе схемы F.

а)бв®<нл.*.Г}

Р

Рис. 14.3. Схема фиксации неправильных тетрад

Кодирование информации в компьютере

Информация - это сведения об окружающем мире и протекающих в нем

процессах, воспринимаемые человеюм или специализированным

устройством, например, в компьютере, для обеспечения
целенаправленной деятельности.

Информация может быть по своей физической природе числовой,
текстовой, графический, звуковой, видео и др. Она также может быть
постоянной (не меняющейся), переменной, случайной, вероятностной.
Наибольший интерес представляет переменная информация, так как оиа

позволяет выявлять причинно-следственные связи в процессах и
явлениях. Существуют различные способы оценки количества
информации. Классическим является подход, использующий формулу К.
Шениоиа. Эта формула учитывает возможную неодинаковую
вероятность состояний (сообщений) в наборе


где J - юличество информации;

Pi - вероятность того, что именно i-e состояние (сообщение) выделено
в наборе из п состояний. Применительно к равновероятным нсюдам
она имеет вид (формула Р. Хартли):

где I - юличество информации, несущей представление о состоянии, в
котором иаюдится объект;

JV - юличество равновероятных альтернативных состояний объекта.

Любая информация, обрабатываемая в компьютере, должна быть
представлена двоичными цифрами {0,1}, т.е. должна быть закодирована
комбинацией этих цифр. Код - это набор условных обозначений для
представления информации, а процесс представления информации с
использованием элементов кода называется кодированием. Различные
виды информации (числа, тексты, графика, звук) имеют свои правила
кодирования. Коды отдельных значений, относящиеся к различным
видам информации, могут совпадать. Поэтому расшифровка
кодированных данных осуществляется по юнтексту при выполнении
команд программы. Ранее были показаны особенности представления и
иодирования числовых данных. Рассмотрим особенности
представления в компьютерах других видов информации.

Кодирование нечисловой информации

До последнего времени практически все системы связи России,
системы передачи аудио- н видеоинформации, включая центральное
радио и телевидение, строились на принципах передачи аналоговой
информации. Это подразумевало выполнение процедур модуляции
(преобразования данных в высокочастотные сигналы прн передаче) н
демодуляции для обратного преобразования и воспроизведения
принятых данных

С развитием микроэлектроники и компьютерных технологий все
большее распространение получают цифровые системы передачи дан-
ных. В их основу положены процедуры квантования аналоговой
информации по времени и величине. Значения функции =

измеряются с больпюй точностью в
о. At, аде.... ,пДе(Де = еиме). эта

моменты времени

последовательность

дискретных измерений пересылается абоненту у которого по ним
воссоздается значение функции. Качество воспроизведения функции
»=/« при * 0 может быть очеиь высоким.

По скорости изменения обрабатываемых цифровых данных
информацию можно разделить на два вида: статический и
динамический. Например, числовая, логическая и символьная
информация является статической - ее значение не связано со временем.
В отличие от перечисленных типов вся аудиоинформация имеет
динамический характер. Оиа существует толью в режиме реального
времени, ее нельзя остановить для более подробного изучения. Если
изменить масштаб времени (увеличить или уменьшить),
аудиоинформация искажается. Это свойство иногда используется для
получения звуковых эффектов.

Видеоинформация может быть как статичеоюй, так и динамически}.
Статическая видеоинформация включает текст, рисунки, графики,
чертежи, таблицы и др. Рисунки делятся также на плоские - двумерные,
и объемные - трехмерные.

Динамическая видеоинформация - это видео-, мульт- и слайдфильмы, В
их основе лежит последовательное экспонирование на экране в
реальном масштабе времени отдельных кадров в соответствии со
сценарием.

Дииамическая видеоинформация применяется либо для передачи
движущихся изображений (анимация), либо для последовательной де-
монстрации отдельных кадров вывода (слайдфильмы).

Для демонстрации анймациоииых и слайдфильмов используются
различные принципы. Анимационные фильмы демонстрируются так,
чтобы зрительный аппарат человека ие мог зафиксировать отдельные
кадры.

При демонстрации слайдфильмов каждый кадр экспонируется на экране
столько времени, сколько необходимо для восприятия его человеком
(обычно от 30 с. до 1 мин.). Слайдфмльмы можно отнести к статичесюй
видеоинформации.

По способу формирования видеоизображения бывают растровые,
матричные и векторные.

Растровые видеоизображения используются в телевидении, а в
компьютерах практически не применяются.

Матричные изображения получили в ЭВМ наиболее широюе
распространение. Изображение на экране рисуется электронным лучом
в виде точек.

Информация представляется в виде характеристик значений каждой
точки - пиксела (picture element), рассматриваемой как
наименьшая структурная единица изображения. Количество

высвечиваемых одновременно пикселов на экране дисплея
определяется его разрепвющей способностью. В качестве характеристик
графически информации выступают: координаты точки (пиксела) на
экране, цвет пиксела, цвет фона (градация яркости). Вся эта информация
хранится в видеопамяти дисплея. При выводе графической информации
на печать изображение также воспроизводится по точкам.

Изображение может быть и в векторной форме. Тоща оно составляется
нз отрезков линий (в простейшем случае - прямых), для которых
задаются: начальные координаты, угол наклона и длина отрезка (может
указываться и кэд используемой линии). Векторный способ имеет ряд
преимуществ перед матричным: изображение легко масштабируется с
сохранением формы, является "прозрачным", может быть наложено на
любой фон и т.д.

Интенсивное развитие информационных технологий предполагает
объединение самых различных систем (компьютерные сетевые систем
связи, информационных и т.п.) для решения задач формирования,
хранения, обработки н преобразования данных Способы
представления информации в отдельных согласованно работающих
устройствае кодирование и преобразование в них кэдов зависят от
типов данные принятых стандартов, принципов действия отдельных
устройств.
Кодирование текстовой информации

При формировании любого текстового (символьного) документа
характерно последовательное использование нескольких видов
кодировок и их преобразований. Например, при вводе информации с
клавиатуры каждое нажатие клавиши, на которой изображен требуемый
символ, вызывает появление так называемого scan -кода, который
представляет собой двоичное число, равное порядковому номеру
клавиши.

Сам номер нажатой клавиши никак не связан с формой символа,
нанесенного иа клавише. Опознание символа по его scan-коду и
присвоение ему внутреннего кода компьютера производится
специальной программой - кодировщиком (драйвером). Соответствие
scan-кодов клавиш и кодов представления символов внутри томпьютера
образует так называемую кодовую таблицу символов. Внутреннее

представление символьных данных

компьютере полностью

определяется особенностями построения этих годовых таблиц.

Бурное развитие сетевых технологий, в частности, Интернета, привело
к интеграции многих технических, программных и информацион-ных
систем с большим количеством стандартов, использующих совершенно
разные коды, а соответственно, и разные таблицы кодировок

Только для русских текстов широко применялись кодировки: KOI-7 и
K0I-8r, ASCII, ANSI, Winl251, ISO-8859, кодировка
ГОСТ - альтернативная (СР8 б 6) и др.

Стандарты кои-7 (код обмена информацией, 7-ми битовый) и KOI-
8 г (восьмибитовый) используются, в основном, в почтовых
сообщениях, в E-mail. Они были широто распространены и продолжают
применяться на постсоветском пространстве.

До недавнего времени, тогда удельный вес приложений MS DOS был
определяющим, наиболее часто использовался стандарт ASCII
(American Standard Code for Information Interchange) - американский
стандартный год передачи информации.

Появление операционной среды Windows с графическим интерфейсом
потребовало изменения стандарта и введения другой кодовой таблицы -
таблицы ANSI (American National Standard Institute - Американский

институт национальных стандартов). Графический интерфейс Windows

реализует векторный принцип отображения данных на экране дисплея,

что позволяет использовать масштабируемые шрифты True Туре. По

сравнению с таблицей ASCII в ANSI изменилось размещение

символов и отсутствуют символы псевдографики, так как в графическом

интерфейсе они не нужны. С учетом успеяэв фирмы Microsoft в

продажах на российском рынке своего программного обеспечения,
фирмой была разработана русская кодовая страница СР-1251

(Wmdows-1251), получившая широкое признание и ставшая стандартом
de facto.

Кодировка ISO-8859 (юдировка фирмы Sun), жтя и принята в
качестве стандарта ГОСТа, ио практически в стандартных приложениях
не применяется.

Обилие кодовых страниц привело к трудностям адекватного
воспроизведения текстовой информации, разработке различных
программ-переюдировщиюв. Сообщество фирм Unicode предложило
новую систему кодирования, основанную на 16-разрядном кодировании
символов. В двухбайтовом представлении отпадает необходимость в
использовании отдельных кодовых таблиц и их перекодировок. Таблица
Unicode позволяет дать уникальный номер любому символу всех
национальных алфавитов (2^* ~ символов). Для компенсации
возрастающих объемов памяти под программные продукты,
представленные в Unicode, при хранении и пересылках файлов
применяются процедуры "сжатия" (архивации) данных Этот стандарт
приобретает все большую популярность.

Кодирование графических данных

Методы кодирования графики и цвета во многом определяются
способами передачи цвета и его оттенюв (полутонов). Для
формирования цвета отдельных пикселов применяется его
декомпозиция иа составляющие цвета. Имеется иесюлько подобных

систем:
основная система RGB (Red, Green, Blue) - использует разложение
цвета и смешение трех цветов (красного, зеленого и синего) в
различных пропорциях;

дополнительная (альтернативная) система CMY (Cyan, Magenta,
Yellow) - смешение бирюзового, фиолетового и желтого цветов;

полиграфическая CMYK, используюиря добавление к предыдущей
системе четвертого цвета - черного (ЫаК).

Если для передачи оттенков (полутонов) каждого нз основных цветов
задействовать один байт (28=256 градаций), то появится возможность
формировать 2* • 2® • 2® — Й** различных цветов, более
10* цветов для первых двух систем и более 4* 10® для
полиграфической системы. Такой режим представления графики
называется полноцветным -

Статические кадры с графикой служат основой для создания
анимационных систем. В современных высококачественных мониторах
и в телевизорах с цифровым управлением электронно-лучевой трубкой
цветные кадры с графикой сменяются 70 н более раз в секунду что
позволяет высококачественно передавать движение объектов.

Высокое качество передачи графических образов и видеоинформации
сопряжено с повышенным потреблением ресурсов памяти. Поэтому
разработан ряд стандартов, создающих файлы в форматах *. bmp,
*.jpg, *.рпд и др. Различие всех этих стандартов н файлов
заключается в качестве (точности) передачи образов и объемах
создаваемых ф)айлов.

Кодирование звуковой информации

Кодирование аудиоинформации - процесс более сложный. Изначально
аудиоинформация является аналоговой. Для преобразования ее в
цифровую форму используют аппаратные средства - аналого-цифровые
преобразователи (АЦП), в результате работы юторых аналоговый
сигнал оцифровывается, т.е. представляется в виде числовой
последовательности. Для вывода оцифрованного звука на
аудиоустройства необходимо проводить обратное преобразование,
юторое осуществляется
преобразователей (ЦАП).

помощью цифро-аналоговых

Одним из самых популярных стандартов для передачи и
воспроизведения звука был и остается MP3, обеспечивающий
юмпактность МРЗ-файлов, высокое качество звука и простоту
применения. Однаю держатели патентов корпорация Thomson и
Frauenhofer Institut ввели новый платный порядок использования
стандарта, что немедленно вызвало разработку альтернативных
бесплатных стандартов.

Контрольные вопросы

1.	Что понимается под системой счисления?

2.	Сформулируйте правила перевода целых и дробных чисел из
одной системы счисления в другую.

3.	Как переводятся числа в системах счисления с основаниями,
кратными степени 2?

4.	Как выполняются операции над двоично-кодированными
десятичными числами? В чем сущность проведения коррекций
результата?

5.	Приведите примеры выполнения логических операций над

6.

двоичными кодами.

Какова связь логических выражений со схемами компьютера?

7.	В чем заключается различие между представлениями чисел в
формах с фиксированной и плавающей точкой (запятой)?

8.	Каким образом представляется в компьютерах текстовая и
графическая информация?

9.	Чем отличается растровая и векторная графики?

10.	Как осуществляется передача цвета в графике?
Устройства ЭВМ

Подробно описаны основные составляющие ЭВМ.

Комплекс технических средств, реализующих функцию памяти,
называется запоминающим устройством (ЗУ). ЗУ необходимы для
размещения в них команд и данных. Они обеспечивают центральному
процессору доступ к программам и информации.

Запоминающие устройства делятся на основную или оперативную
память (ОП), сверхоперативную память (СОЗУ), ассоциативную
память (память с выборкой по содержанию) и внешние запоминающие
устройства (ВЗУ).

Основная память

Основная память включает в себя два типа устройств: оперативное
запоминающее устройство - ОЗУ (RAM - Random Access
Memory) н постоянное запоминающее устройство - ПЗУ (ROM -
Read Only Memory).

ОЗУ предназначено для хранения переменной информации. Оно
допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения
процессором вычислительных операций с данными н может работать в
режимах записи, чтения, хранения.

ПЗУ содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе
выполнения процессором вычислительных операций, - например,
стандартные программы и константы. Эта информация заносится в ПЗУ
перед установкой микросхемы в ЭВМ. Основными операциями,
юторые может выполнять ПЗУ являются чтение и хранение.

Фунациональные возможности ОЗУ шире, чем ПЗУ Но ПЗУ сохраняет
информацию при отключении питания (т.е. является
энергонезависимой памятью).

В современных ЭВМ микросхемы памяти изготавливают из кремния по
полупроводниковой технологии с высокой степенью интеграции
элементов на кристалле.



Основной составной частью микросхемы является массив элементов

памяти (ЭП), объединенных в матрицу накопителя.

Каждый элемент памяти может краннть 1 бит информации и имеет
свой адрес. ЗУ позволяющие обращаться по адресу к любому ЭП в

произвольном порядке, называются запоминающими устройствами с

произвольным доступом. При матричной организации памяти

реализуется координатный принцип адресации ЭП, в связи с чем адрес

делится на две части (две координаты) - X и У. На пересечении этих
юординат находится элемент памяти, чья информация должна быть

прочитана илн изменена.

Рис. 15.1. Структурная схема ОЗУ

По шине управления передается сигнал, определяющий, какую

операцию необходимо выполнить.

По шине данных передается информация, записываемая в память или
считываемая из нее.

По шине адреса передается адрес участвующих в обмене элементов
памяти (поскольку данные передаются машинными словами, а один ЭП
может воспринять только один бит информации, блок элементов
памяти состоит из я матриц ЭП, где я - количество разрядов в
машинном слове).

Максимальная емкость памяти определяется количеством линии в
шине адреса системной магистрали: если количество линий обозначить

, то емкость памяти (т. е. количество элементов памяти, имеющих
уни-кальные адреса) определяется как $**. Так, в IBM FC XT шина
адреса СМ содержала 20 линии. Поэтому максимальный объем ОП в
этих машинах равен = Мбайт. В IBM PC АГ (с микропроцессором
i80286) СМ содержит 24 линии, поэтому объем ОП мог быть увеличен
до 16 Мбайт. Начиная с МП i80386, шина адреса содержит 32 линии.
Максимальный объем ОП увеличился до 2^ = <Гб.

Микросхемы памяти могут строиться на статических (Static
Random Access - SRAM) и динамических (Dynamic Random
Access - DRAM) ЭП. В качестве статического ЭП чапр всего
выступает статический триггер. В качестве динамического ЭП может
использоваться электрический конденсатор, сформированный внутри
кремниевого кристалла.

Статические ЭП способны сшфанять свое состояние (0 или 1)
неограниченно долго (при включенном питании). Динамические ЭП с
течением времени записанную в них информацию теряют (например,
из-за саморазряда конденсатора), поэтому они нуждаются в
периодическом восстановлении записанной в них информации - в
регенерации.

Микросхемы элементов памяти динамических ОЗУ отличаются от
аналогичных ЭП статических ОЗУ меньшим числом компонентов в
одном элементе памяти, в связи с чем имеют меньшие размеры и могут
быть более плотно упакованы в кристалле. Однако из-за необходимости
регенерации информации динамические ОЗУ имеют более сложные
схемы управления.

Микросхемы ПЗУ так же построены по принципу матричной структуры
накопителя. Функции элементов памяти в них выполняют перемычки в
виде проводников, полупроводниковых диодов или транзисторов. В


таюй матрице наличие перемычки может означать "1", а ее отсутствие -
"О". Занесение информации в микросхему ПЗУ называется ее

программированием, а устройство, с помощью юторого заносится
информация, - программаторам. Программирование ПЗУ заключается в
устранении (прожигании) перемычек по тем адресам, где должен
храниться "О".

Обычно схемы ПЗУ допускают только одно программирование, но
специальные микросхемы - репрограммируемые ПЗУ (РПЗУ) -

допускают их многократное стирание и занесение новой информации.

Этот вид микросхем также относится к энергонезависимым, т.е. может

длительное время сохранять информацию при выключенном питании

(стирание микросхемы происходит либо за счет подачи специального

стирающего напряжения либо за счет воздействия на кристалл
ультрафиолетового излучения, для этого в юрпусе микросхемы

оставляется прозрачное окно).

Сверхоперативная память

Сверхоперативные ЗУ (СОЗУ) используются для хранения небольших

объемов информации и имеют значительно меньшее время (в 2-10 раз)

считывания/записи, чем основная память. СОЗУ обычно строятся иа

регистрах и регистровых структурах.

Регистр представляет собой электронное устройство, способное

хранить занесенное в
включенном питании).

него число неограниченно долго (при
Наибольшее распространение получили

регистры на статических триггерах.

Регистры могут быть объединены в единую структуру Возможности
таюй структуры определяются способом доступа и адресации
регистров.

Если к любому регистру можно обратиться для записи/чтения по его
адресу такая регистровая структура образует СОЗУ с произвольным
доступом.

Безадресные регистровые структуры могут образовывать два вида
устройств памяти: магазинного типа и память с выборюй по
содержанию (ассоциативные ЗУ).



Память магазинного типа образуется из последовательно соединенных
регистров (рис.15.2).

______i______

Р«»стр 1

| РегастрЗ |

Запись i I Чтение
и стек I *-----------1 из стека

Регистр К

!______I________!

Регистр К

»

в)

Рис. 15.2.

Если запись в регистровую структуру (рнс.15.2а) производится через
один регистр, а считывание - через другой, то такая память является
аналогом линии задержки и работает по принципу "первым вошел -
первым вышел" (FIFO - first input, first output).

Если же запись и чтение осуществляются через один и тот же регистр
(рис.15.2б). такое устройство называется стеювой памятью,
работающей по принципу 'Первым вошел - последним выпел” (FILO

- first input, last output). При записи числа в стеювую

память сначала содержимое стека сдвигается в сторону последнего, К-го

регистра (если стек был полностью заполнен, то число из К-го регистра
теряется), а затем число заносится в вершину стека - регистр 1. Чтение

осуществляется тоже через вершину стека, после того, как число из
вершины прочитано, стек сдвигается в сторону регистра 1.
Стековая память получила широкое распространение. Для ее
реализации в ЭВМ разработаны специальные микросхемы. Но часто
работа стековой памяти эмулируется в основной памяти ЭВМ: с
помощью программ операционной системы выделяется часть памяти
под стек (в IBM PC для этой цели выделяется 64 Кбайта). Специальный
регистр микро-процессора (указатель стека) постоянно хранит адрес
ячейки ОП, выполняющей функции вершины стека. Чтение числа
всегда производится из вершины стека, после чего указатель стека
изменяется и указывает на очередную ячейку стековой памяти (т.е.
фактически стек остается неподвижным, а перемещается вершина
стека). При записи числа в стек сначала номер ячейки в указателе стека
модифицируется так, чтобы он указывал на очередную свободную
ячейку, после чего производится запись числа по этому адресу Такая
работа указателя стека позволяет реализовать принцип "первым вопел -
последним вышел".

В стек может быть загружен в определенной последовательности ряд
данных, юторые впоследствии считываются из стека уже в обратном
порядке. На этом свойстве построена система арифметических
преобразований информации, известная под названием "логики
Лукашевича".

Ассоциативная память

Память с выборкой по содержанию является безадресной. Обращение к
ией осуществляется по специальной маске, юторая содержит
поисковый образ. Информация считывается из памяти, если часть ее
соответствует поисковому образу зафиксированному в маске. Например,
если в такую память записана информация о людях, содержания данные
о месте жительства (включая город), и необходимо найти сведения о
жителях определенного города, то название этого города помещается в
маску и дается команда "чтение" - из памяти выбираются все записи,
относящиеся к заданному городу

В микропроцессорах ассоциативные ЗУ используются в составе кэш-
памяти для хранения адресной части команд и операндов исполняемой
программы. При этом нет необходимости обращаться к ОП за
следующей командой или требуемым операндом: достаточно поместить
в маску необходимый адрес, и если исизмая информация имеется в
СОЗУ то она буцет сразу выдана. Обращение к ОП буцет необходимо
линь при отсутствии требуемой информации в СОЗУ За счет таюго
использования СОЗУ сокращается число обращений к ОП, а это
позволяет экономить время.

Кэш-память может быть размещена в кристалле процессора (так
называемая "кэш-память I уровня") либо выполнена в виде отдельной
микросхемы или модуля, содержащего несколько микросхем (внешняя
кэшпамять, или кэш-память П уровня).

Встроенная кэш-память (I уровня) в процессорах Pentium имеет объем
16-32 Кбайт. Внешняя кэш-память (П уровня) имеет объем до 1Гбайта и
работает с 64-битными словами.

Центральный процессор ЭВМ

Основу центрального процессора ПЭВМ составляет микропроцессор
(МП) - обрабатывающее устройство, служащее для арифметических и

логических преобразований данных, для организации обращения к ОП

и ВНУ и для управления ходом вычислительного процесса. В настоящее

время существует большое число разновидностей микропроцессоров,

различающих^ назначением, фунациональными возможностями,
структурой, исполнением. Наиболее существенными

классификационными различиями между ними чаще всего выступают:

назначение (микропроцессоры для серверов

мощных

приложений; МП для персональных компьютеров и тод.);

количество разрядов в обрабатываемой информационной
единице (8-битные, 16-битные, 32-битные, 64-битные и др.);

технология изготовления (0.5мкм-технология; О.ЗБмкм; 0.25мкм;
0.18мкм; 0.13мкм; 0.07мкм, и т.п.).

Обобщенная структурная схема 32-разрядного микропроцессора х86
(серии Pentium) приведена на рис.15.3.

Условно микропроцессор можно разделить иа три части:
исполнительный блок (Execution Unit - EU), устройство
сопряжения с системной магистралью (Bus Interface Unit -
BIU)h блок управления микропроцессором (Control Unit - CU).

В исполнительном блоке находятся: арифметический блок (кэш данных -
DATE CACHE, микросхемы арифметико-логического устройства -
АЛУ, регистр флагов), регистры общего назначения (РОН) ЕАХ,
ЕВХ, ЕСХ, EDX; общие регистры ESI, EDI, ESP, EBP.

В регистре флагов каждый разряд имеет строго определенное
назначение. Обычно разряды регистра флагов устанавливаются
аппкратно при выполнении очередной операции в зависимости от
получаемого в АЛУ результата. При этом фиксируются такие свойства
получаемого результата, как нулевой результат, отрицательное число,
переполнение разрядной сетки АЛУ и т.д.

Регистры общего назначения EAX, ЕВХ, ЕСХ, EDX имеют длину
по 32 бита. Каждый из них делится иа два 16-битных регистра,
младший из которых имеет свое имя (что обеспечивает совместимость с
16-разряднымн версиями микропроцессоров). Так, в регистре ЕАХ
содержится 16-битный регистр АХ, в регистре ЕВХ содержится регистр
ВХ, в ЕСХ - регистр СХ, в EDX - регистр DX. Каждый из 16-битных
регистров, в свою очередь, состоит из двух 8-битных регистров,
имеющих свои имена. Например, АХ (аккумулятор) делится иа АН и AL,
регистр базы (Base Register) - ВХ, делится на ВН и BL. Счетчик
(Count Register) СХ включает регистры сн и CL. Регистр данных
(Data Register) DX содержит регистры DH и DL. Каждый из
коротких регистров может использоваться самостоятельно или в
составе регистровой пары. Условные названия (аккумулятор, регистр
базы, счетчик, регистр данных) не ограничивают применения этих
регистров - эти названия говорят о наиболее частом их использовании
или об особенности применения того или иного регистра в тон или
иной команде. Буква ’Н" в имени 8-битного регистра означает верхний
(или старший) регистр, буква "L" - младший (т.е. младший байт 16-
битного регистра илн младший однобайтный регистр двухбайтного
регистра).


Рис. 15.3. Обобщенная структурная схема 32-разрядного
микропроцессора

Эти регистры используются для операций с данными, такими как
сравнение, математические операции или запись данных в память.
Регистр СХ чаще всего применяется как счетчик циклов.

Общие регистры- ESP, EBP, ESI, EDI также 32-битные, младшая
половина которых доступна как регистры S Р, В Р, SI, DI.

Регистр ESP указывает на адрес вершины стека (адрес, куца буцет
заноситься следуюиря переменная командой PUSH).

Регистр ЕВР содержит адрес базы, юторый может использоваться при
работе со стеюм.

Регистр ESI - адрес источника, обычно содержит адрес начала блока
информации для операций типа "переместить блок", а регистр EDI -
адрес приемника (назначения) в этой операции.

Блок управления микропроцессором содержит сегментные регистры,
системные регистры и блок выработки управляющих сигналов
микропроцессора.

Сегментные регистры CS, DS, ES, FS, GS, SS имеют дляиу
по 16 бит и используются для формирования физических адресов
юманд и данных в основной памяти.

CS - сегмент кэда исполняемой в данный момент программы.

DS - сегмент данных исполняемой программы, т.е. юнстанты,
строювые ссылки и т.д.

SS - сегмент стека исполняемой программы.

ES, FS, GS - дополнительные сегменты, юторые в неюторых
программах могут не использоваться.

Системные регистры GDTR и LDTR являются регистрами глобальной и
локальной дескрипторных таблиц. GDTR имеет длину 48 бит, LDTR -
16 бит (точнее, 16 бит - это толью "видимая" часть этого регистра).

Регистр IDTR (таблицы дескрипторов прерываний - DTR) имеет дляну
48 бит, 32 из юторых являются базовым адресом таблицы дескрипторов
прерываний (IDT), а 16 - смещением этого адреса (пределом).

Регистр TR является регистрам состояния задачи. 'Видимая" его часть
имеет дляну 16 бит и содержит селектор дескриптора. "Скрытая" часть
Структурная схема блока выработки управляющих сигналов
микропроцессора приведена на рис.15.4.

Основу его составляют счетчик команд, АЛУ, конвейер команд и группа
управляющих, отладочныхи тестовых регистров.

Регистр EIP является указателем адреса команды (instruction
Pointer), которая будет выбираться в конвейер команд в качестве
очередной команды (в отечественной литературе такое устройство
называется счетчик команд).

Рис. 15.4. Структурная схема блока выработки управляющих сигналов

Конвейер команд МП хранит несколько команд, что позволяет при
выполнении линейных программ совместить подготовку очередной
команды с выполнением текущей. Команды в конвейер юманд
поступают с внутренней магистрали микропроцессора и накапливаются
в кэше команд. Блок предвыборки и прогнозирования переходов
осуществляет трансляцию команд х86 в RISC-команды, прогнозирует
последовательность исполнения команд и направляет полученные
последовательности команд в соответствующие ветви конвейера команд
(U,v,...). Каждый конвейер команд имеет свой буфер (память
423
магазинного типа FIFO), из которого команды поступают в
соответствующий регистр тманд для исполнения.

АЛУ команд используется для вычисления физических адресов
необходимых для работы микропроцессора команд и данных

Управляющие регистры - CRC, CR1, CR2, CR3имеют длину по
32 бита. Эти регистры устанавливают режим работы процессора
(нормальный, защищенный и т.д.), контролируют постраничное
распределение памяти, и т.д. Они доступны только для
привилегированных программ. Младшая часть регистра CR0

используется как слово состояния машины.

Отладочные регистры - DR0-DR7 - содержат адреса восьми точек
прерывания и устанавливают, что должно произойти при достижении
программой соответствующей точки прерывания. Эти регистры

защипанного режима). Тестовые (контрольные) регистры TRj
используются для контроля постраничной системы распределения
памяти, реализуемой операционной системой.

Система юманд микропроцессора

Один из основных принципов построения ЭВМ был сформулирован
американским ученым Дж. фон Нейманом: работой ЭВМ управляет
программа, состоялся из отдельных команд. Программа разменяется
вместе с данными в основной памяти ЭВМ. Каждая команда гранится в
отдельной ячейке памяти (или группе смежных ячеек) и имеет свой
адрес. Все команды имеют одинаковую структуру Они состоят из двух
частей: кода операции и адресной части. Код операции определяет,
какую команду нужно выполнить. Адресная часть определяет, где
хранятся операнды, т.е. обрабатываемые данные, и куца необходимо
поместить результат операции.

В зависимости от количества используемых в команде операндов
различаются одно-, двух-, трех-, четырехадресные и безадресные
команды.
В одноадресных юмандах указывается, тде находится один из двух
обрабатываемых операндов. Второй операнд должен быть помещен
заранее в арифметическое устройство (для этого в систему юманд
вводятся специальные команды пересылки данных между
устройствами).

В двухадресных юмандах оба операнда перед выполнением операции
находятся в памяти, поэтому их адреса указываются в юманде. После
выполнения юманды в одни из этих адресов засылается результат, а
находившийся там операнд теряется.

В трехадресных юмандах два адреса указывают, где находятся исходные
операнды, а третий - куца необходимо поместить результат.

В четырехадресных юмандах три адреса используются для указания
исходных операндов и результата, а четвертый - для указания адреса
следующей юманды.

В безадресных юмандах обычно обрабатывается один операнд, юторый
до и после операции находится в арифметичесюм устройстве (в память
ие пересылается). Кроме того, безадресные юманды используются для
выполнения служебных операций (очистить экран, заблокировать
клавиатуру снять блокировку и др.).

Все юманды программы выполняются последовательно, команда за
юмандой, в том порядке, как они записаны в памяти ЭВМ
(естественный породой следования юманд). Этот породой характерен
для линейных программ, т.е. программ, не содержащих разветвлений.

Для организации разветвлений (циклического выполнения участков
программы) есть юманды, нарушающие естественный породою К иим
относятся: безусловная передача управления ("безусловный переход"),
условная передача управления (т.е. переход, если выполняется заданное
условие), обращение к подпрограмме ('^переход с возвратом"),
циклические операции. Кроме того, естественный породок следования
юманд не соблюдается в машинах, использующих четырехадресные
юманды - в этом случае некоторые из юманд передачи управления
упраздняются.

При явном указании адреса следующей юманды реализуется
"принудительный" порядок следования команд. Он возможен, толью
если программа размещается в доступной процессору части основной
памяти. Поскольку прн этом команды (с точки зрения процессора)
ничем не отличаются от данных, в процессе выполнения программы ее
юманды можно изменять (модифицировать), что повышает гибюстъ
программирования н универсальность ЭВМ.

Семейство микропроцессоров фирмы Intel, начиная от 8086 и вплоть до
Pentium последних моделей, имеет базовую систему юманд, в состав
юторой входят следующие группы:

1.	команды пересылки данных:

°	команды пересылки данных внутри МП (MOV, PUSH,
POP, XCHNG НТ.Д.);

о	юманды ввода-вывода (IN, OUT);

о	операции с флагами;

°	операции с адресами (LEA, LDS н т.п.);

2.	арифметические команды:

°	основные (сложение, вычитание, умножение, деление);

°	дополнительные (INS, DEC и др.);

3.	логические юманды (сдвиг, дизъюнкция, юнъюнкция, отрицание
равнозначности и др.);

4.	юманды обработки строковых данных (пересылка, сравнение,
сканирование, слияние/разделенне н др.);

5.	юманды передачи управления (безусловный переход, условный
переход, прерывания, переход с возвратом);

6.	юманды управления ("нет операции", "внешняя синхронизация" н
тд-)-

Каждая команда имеет большое число модификаций, чаще всего
определяемых режимом адресации данных (операндов).

Взаимодействие элементов при работе микропроцессора

Работой МП управляет программа, записанная в ОП ЭВМ. Адрес
очередной команды хранится в счетчике юманд EIP (Instruction

Pointer) и в одном из сегментных регистров, чаще всего - в CS.

Каждый из них в реальном режиме имеет длину 16 бит, тоща как
физический адрес ОП должен иметь длину 20 бит. Несогласованность
длины машинного слова (16 бит) и длины физического адреса ОП (20

бит) приводит к тому, что в командах невозможно указать физический

адрес ОП - его приходится фхзрмировать, собирать из разных регистров
МП в процессе работы.

В защищенном режиме базовые адреса сегментов хранятся в
дескрипторных таблицах и имеют длину 24 или 32 бита (в зависимости
от типа МП). В сегментных же регистрах хранится селектор,
содержащий номер дескрипторной таблицы и дескрипторное
смещение, т.е. порядковый номер дескриптора (в котором и хранится
базовый адрес сегмента) в данной дескрипторной таблице (рис.15.5).

Рис. 15.5. Формирование адреса в защищенном режиме
Физический адрес очередной юманды через внутреннюю магистраль
МП и интерфейс памяти поступает на шину адреса системной
магистрали. Одновременно из устройства управления (УУ)
исполнительного блока на шину управления выдается юманда
(управляющий сигнал) в ОП, предписывающая выбрать число,
находящееся по адресу указанному в системной магистрали. Выбранное
число, являюпреся очередной юмандой, поступает из ОП через шину
данных системной магистрали, интерфейс памяти, внутреннюю
магистраль МП в юнвейер юманд (в блок Instruction Cashe).
После обработки полученной юманды н преобразования ее в
последовательность RISC-юманд (операций) очередная операция
поступает в регистр команд.

Из операции в регистре команд выделяется код операции, который
поступает в УУ исполнительного блока для выработки управляющих
сигналов, настраивающих микропроцессор на выполнение требуемой
операции.

В зависимости от используемого в юманде режима адресации
организуется выборка необходимых исходных данных.

Системы визуального отображения информации
(видеосистемы)

Видеосистемы предназначены для оперативного отображения
информации, доведения со до сведения оператора ЭВМ. Обычно они
состоят нз двух частей: монитора и адаптера. Монитор служит для
визуализации изображения, адаптер - для связи монитора с
микропроцессорным юмплектом Г881.

Классификацию мониторов можно провести по используемым
физическим эффектам, по принципу формирования изображения на
экране, по способу управления, по длительности кранення информации
на экране, по цветности.

По принципу формирования изображения мониторы делятся на
плазменные, электролюминесцентные, жидкокристаллические, дисплеи
с эмиссией полем, гелиодисплен, и электронно- лучевые.
Плазменные, электролюминесцентные, жидкокристаллические
мониторы и дисплеи с эмиссией полем относятся к дисплеям с плоским
экраном. Для них характерно, что экран имеет малые физические
размеры и не мерцает. Мониторы этого вида имеют малый вес и
незначительное потребление энергии, большую механическую
прочность н длительный срок службы.

Плазменные, электролюминесцентные мониторы и дисплеи с эмиссией
полем являются активными, излучающими свет. Для работы с ними не
нужен посторонний источник света.

Жидкокристаллические - пассивные мониторы. Они работают толью
при наличии постороннего источника света и способны работать либо
в отраженном, либо в проходящем свете. Жидкокристаллические
мониторы используют способность жидких кристаллов изменять свою
оптическую плотность или отражающую способность под воздействием
электрических сигналов.

В плазменной панели элемент изображения образуется в результате
газового разряда, который сопровождается излучением света.
Конструктивно панель состоит нз трех стеклянных пластин, на двух из
юторых нанесены тонкие прозрачные проводники. На одной пластине
проводники расположены горизонтально, на другой - вертикально.
Между ними находится третья стеклянная пластина, в юторой в местах
пересечения проводников имеются сквозные отверстия. Эти отверстия
при сборке панели заполняются инертным газом. Вертикально и
горизонтально расположенные проводники образуют координатную
сетку на пересечении проводников находятся элементы изображения -
пикселы (от "picture ele-ment1').

Электролюминесцентные мониторы работают на принципе
люминесценции вещества при воздействии на него элекгрнчесюго
поля. Люминесцентное вещество распыляется на внутренней
поверхности одной из пластин с координатной сетюй. Напряжение на
координатные шины подается такое, чтобы иа пересечении
координатных шин создавалось электрическое поле, достаточное для
возбуждения люминофора.

Дисплеи с эмиссией полем (Field Emission Display, FED) -
это плоские дисплеи, по принципу работы подобны обычным ЭЛТ
Электроны в них излучаются из хэлодных катодов, имеющих форму
очень острых ми-кроигл, количество которых иа каждый пиксел может
составлять до нескольких тысяч. Этот вид мониторов характеризуется
хорошим воспроизведением цветов, так как используется такой же
люминофор, как в электронно-лучевых трубках, и высокой скоростью
работы (как и в ЭЛТ).

В 2005 году инженеры юмпании 102 Technology создали
необычное проекционное устройство, получившее название
"гелиодисплей" (Heliodisplay). Этому необычному проектору ие
нужен экран: при помощи лазерных лучей прибор формирует цветное
изображение непосредственно в атмосферном воздухе.

По утверждению разработчик», в гелиодисплее используется
совершенно новый принцип формирования изображения, основанный
иа ряде как уже запатентованных, так и толью ожидающих патентов
технических решений.

В 2005 году IO2 Technology представила три модели готовых к
серийному производству изделий: Ml, Ml а и Мх.

Представленные модели гелиодисплеев являются интерактивными. При
работе с ПК "приюсновения" к проецируемому изображению можно
использовать для управления элементами пользовательского
интерфейса (управляющие юманды, эмулирующие работу
манипулятора, передаются в ПК по интерфейсу USB).

Максимальное количество строк иа экране и юличество точек в строке

образуют разрепвющую способность монитора:

•	низкую: 320*200 (320 пиксел в строке, 200 строк иа экране);

•	стандартную: 640*200, 640*350 или 640*480;

•	высокую: 750*348 или 800*600;

•	особо четкую: 1024*768 или 1024*1024 и выше.

Разрешающая способность оказывает значительное влияние иа качество
изображения на экране, но качество изображения зависит и от других
характеристик: физических размеров элементов изображения (пиксел,
или точек), размеров экрана, частоты развертки, цветовых
характеристик и др.



Одна из моделей цветообразования цветных ЖК-дисплеев, в настоящее
время наиболее распространенная, является конструкцией, аналогичной
конструкции цветных дисплеев на ЭЛТ В качестве источника света в
цветном ЖК-дисплее используется люминесцентная лампа подсветки,
излучающая свет белого цвета. Пикселы такого диаглея состоят каждый
из трех частей - ячеек Перед каждой ячейкой расположен светофильтр,
пропускающий свет одного из цветов модели RGB (красного, зеленого и
голубого). Благодаря наличию светофильтра каждый элемент пиксела
участвует в генерации определенного цвета, а поскольку размеры
элементов малы, цвета каждой триады элементов сливаются в один,
воспринимаемый глазом человека.

Другая модель вместо люминесцентной лампы использует
светодиодные модули подсветки или массив углеродных нанотрубок
(carbon лал-otube, CNT), которые с высокой частотой
последовательно меняют цвет излучаемого света (красный - зеленый -
голубой - красный и т.д.) и позволяют отказаться от использования
светофильтров.

В мониторах со светодиодной подсветкой применяется светодиодная
матрица - каждый пиксел изображения освещается отдельным диодам.
Благодаря этому достигается равномерная яркость изображения,
увеличиваются углы обзора, а главное - значительно улучшается
цветопередача. Кроме того, средний срок службы светодиодной
подсветки намного больше времени службы ламп с холодным катодом и
оценивается не менее чем в 100 тыс. часов работы.

Во миогих портативных устройствах дисплеи используются не толью
для отображения, но и для ввода информации. Такие дисплеи
называются сенсорными. В них экран обладает чувствительностью к
прикосновению.

В настоящее время сенсорные дисплеи применяются во миогих моделях
карманных и планшетных ПК, а также смартфонов и коммуникаторов.

В 2005 году начался серийный выпуск цифрового фотоаппарата,
оснащенного 3-дюймовым сенсорным ЖК-дисплеем, - Sony Cyber-
shot DSC-N1.
Связь ЭВМ с монитором осуществляется с помощью адаптера -
устройства, которое должно обеспечивать совместимость различных
мониторов с микропроцессорным комплектом ЭВМ. В начальный
период супрствования персональных компьютеров адаптеры старались
стандартизировать, чтобы в полной мере обеспечить совместимость
различных по конструкции мониторов с ЭВМ. Было разработано пять
стандартов:

•	MDA - монохромный дисплейный адаптер;

•	CGA - цветной графический адаптер;

•	MGA - монохромный графический адаптер;

•	EGA - улучшенный графический адаптер;

•	VGA - видеографическая матрица.

Кроме иих существовали и другие адаптеры, например, Геркулес, PGA,
SVGA, и др. Но они не поддерживали некоторые общепринятые
режимы работы мониторов и вследствие неполной совместимости не
позволяли реализовать любое программное обеспечение.

В последнее время наибольшее распространение получили адаптеры
SVGA. Этот адаптер не стандартизован, вследствие чего каждая фирма,
выпускаюпщя мониторы, обязательно снабжает их драйверами,
позволя-ющими работать с различными адаптерами.

Широкое распространение режима Plag&Play привело к тому что в
состав операционных систем фирмы Microsoft включено огромное
юличество постоянно обновляемых фирмой драйверов.

Исторически сложилось, что дисплеи могут работать в одном из двух
режимов: символьном или графическом.

В символьном режиме на экран может выводиться ограниченный
состав символов, имеющих четю определенный графический образ:
буквы, цифры, знаки пунктуации, математические знаки и знаки
псевдографики. Состав этих символов определен системой
кодирования, применяемой в данной ЭВМ, в IBM PC - кодом ASCII,
юторый в последнее время вытесняется кодом UNICOD.

Для вывода символа на экран дисплея сначала определяется позиция, в
готорой должен появиться символ (номер символа в строке и
порядковый номер строки), а затем по году символа определяется его
форма, которая и высвечивается на экране. Предельное количество
символов, одновременно размещаемых на экране, называется
информационной емгос-тью экрана. В символьном режиме на экране
монитора IBM PC может быть высвечено 40, 80 или 132 (VESA BIOS
EXTENTION) символа в строке. Всего на экране помепрется 25, 50 или
60 строк

Форма выводимого символа определяется знакогенератором дисплея, в
мотором хранятся годы формы всех символов ASCII или UNICODE.

В графическом режиме изображение на экране формируется из
отдельных точек (пиксел), имеющих свои адреса (номер пиксела в
строке * иомер пиксельной строки). В простейшем случае каждому
пикселу экрана соответствует един пиксел видеопамяти, который и
определяет, светлым или темным должна быть соответствующая точка
иа экране. Если кроме этого необходимо указывать цвет пиксела, то
количество битов видеопамяти, характеризующих каждый пиксел,
приходится увеличивать. Поэтому для графического режима требуется
больная память, чем для символьного при той же разрешающей
способности экрана.

Основу адаптера любого типа составляет видеопамять.

Начиная с адаптера EGA, видеопамять имеет плоскостную структуру: вся
память делится на битовые плоскости. В каждой битовой плоскости
одному пикселу выделяется един бит. Длина битовой плоскости
определяет разрешающую способность экрана. Количество битовых
плоскостей (в каждой из которых выделено по одному биту для
соответствующего пиксела) определяет, сколы© бит отводится для
хранения атрибутивного признака пиксела. Если видеопамять имеет
одну битовую плоскость, то тягой дисплей может работать тольго в
монохромном режиме (пиксел может быть либо крким, либо темным).
При наличии двух битовых плосгостей в видеопамяти может храниться

4 значения, определяющих, как должен выглядеть пиксел иа
экране (при цветном мониторе - четыре цвета, един из которых, с кодом
00 - черный. Те. фактически с помощью двух битовых плосгостей
можно управлять RGB-монитором). При 8-битовых плоскостях атрибут
пиксела обеспечивает кодирование	цветов - такой адаптер

эффективно применять толью для аналоговых RGB-мониторов, в

юторых между видеопамятью и управляющими цветом электродами
ЭЛТ ставится цифро-аналоговый преобразователь (Digital to
Analog Converter - DAC). В DAC из видеопамяти подается кд
цвета. Из DAC в ЭЛТ выдается аналоговый сигнал (код цвета
преобразуется в величину напряжения на управляющем электроде).

Физически видеопамять может иметь линейную структуру Разбиение ее
на видеоплоскости в этом случае может осуществляться программным
путем - с помощью драйвера дисплея. Поэтому есть возможность одну и
ту же видеопамять использовать для различной разрешающей
способности экрана (изменяя длину битовой плоскости) и для
различного юличества воспроизводимых иа экране цветов (изменяя
юличество битовых плосюстей). Следовательно, при фиксированном
объеме памяти можно увеличить разрешающую способность (но при
этом сократится юличество воспроизводимых цветов) или увеличить
юличество воспроизводимых цветов (снизив соответственно
разрешающую способность экрана). Если же видеоплосюсти
реализованы аппаратно, переключение режимов (мод экрана) может в
ограниченных пределах эмулироваться драйвером дисплея.

Для воспроизведения динамических (движущихся, анимационных)
изображений видеопамять пригодится делить иа страницы, юторые
поочередно выводятся на экран при каждой регенерации (пока одна
страница выводится на экран, вторая заполняется очередным кадром).

Во всех адаптерах часть видеопамяти отводится под знакогенератор, в
ютором записаны коды формы выводимых на экран символов. В

неюторых случаях в видеопамяти пригодится хранить несюлью

знакогенераторов, например, с национальными шрифтами.

Кроме видеопамяти, в состав адаптера входят блок сопряжения с
монитором, блок управления, различные усюрители (графический,
Windows-усюритель, ЗВ-усюритель, и др.), юторые предназначены
для выполнения вычислительных операций без обращения к МП ЭВМ.

Все видеоустройства имеют плоский экран. Естественным для такого
экрана является двумерное (плосюе) изображение. В то же время для
человека более естественным является объемное (трехмерное)
изображение. Поэтому разрабатываются устройства и способы создания
если не трехмерного изображения, то жтя бы имитирующего его.

Один из способов создания эффекта глубины изображения заключается
в использовании декартовой системы координат и нанесения иа
рисунок толью видимых линий.

Другой способ - "перспективу" - используют художники: все
параллельные линии, уходящие вглубь экрана, сюдятся в одной точке иа
линии горизонта (условной линии, расположенной в верхней части
экрана).

Более сложный метод создания объемного изображения основан иа
явлении стереоэффекта. Стереоизображение состоит из двух,
выполненных для правого и для левого глаза. Но каждое из них должен
видеть толью тот глаз, для юторого оио предназначено. Один из
способов достижения этого - выполнение изображений в разных
цветах (например, одно - в красном, а другое - в зеленом). Наблюдатель
вдевает очки, юторые содержат стекла разного цвета (одно - красное,
второе - зеленое). Через красный светофильтр видно зеленое
изображение, а через зеленый - красное. Другой способ разделить
изображения - применить не цветные, а поляризационные фильтры.

Еще более сложным способом создания объемного изображения
является голография. ГЬлографмческий метод формирования
изображения известен с юнца 40-х гг. В начале 60-х гг Ю. Н. Денисюк
изобрел метод формирования голограмм в трехмерных средах при
использовании для записи встречных пучюв. Этот метод позволял
избавиться от фантомов - так назывались сопутствующие основному
лишние (дополнительные) изображения. На основе этого метода
разработана цифровая голография, которую можно реализовать с
помощью ЭВМ, без задействования дополнительной аппаратуры.

ГЪлография по Денисюку предусматривает наличие югерентного
источника света, юторый излучает свет в виде лучей, выходящих из
источника в одной и той же фазе. Это точечный источник света,
имеющий достаточно малые размеры. Если на пути световых лучей

поставить линзу лучи преломляются и далее следуют параллельно друг
другу На их пути устанавливается прозрачная стеклянная
фотопластинка. Лучи света проходят через нее и освещают каюй-либо
объемный предмет. Отражаясь от этого предмета, лучи снова попадают
на фотопластинку Но если при движении к объекту лучи проходили
сквозь пластинку находясь в одной и той же фазе и имея одинаковую
интенсивность, то возвранрются назад они после отражения от объекта
в разных фазах и с разной интенсивностью. Фазы у них разные, так как
расстояние от фотопластинки до различных частей отражающего
объекта различно, а интенсивность изменилась по сравнению с
начальной, поскольку отражающая способность разных частей объекта
различна. На фотопластинке прямой и обратный лучи суммируются.

Степень засвечивания фотослоя зависит
определяется полученной суммой. На
интерференционная картина. Если

от ярюсти, которая
пластинке образуется
пластинку проявить,

интерференционная картина становится видимой. При рассматривании
ее невооруженным глазом в рассеянном свете видны толью темные и
светлые пятна различной формы, даже отдаленно не напоминающие
объект, юторый фотогра4мровался. Если теперь в эту установку
поместить проявленную пластинку и убрать объект, то при включении
югерентного источника света на месте, где раньше находился объект,
появится его объемное изображение.

Стеклянная пластинка имеет следующее свойство: если пластинку
разбить, то каждый ее кусочек несет полную картину изображения,
правда, не таюго яркого, как целая пластинка.

Цифровая голография позволяет получать интерференционную картину
без использования югерентного источника света и фотопластинок по
трем плоским изображениям объекта, сделанным в трех разных взаимно
перпендикулярных плоскостях. Интерференционная картина
вычисляется иа ЭВМ. Если ее вывести на принтер, сфотогра4мровать, а
затем полученную фотопластинку поместить в установку Денисюка и
осветить когерентным источником света, то появится объемное
изображение исходного объекта.

Впоследствии оказалось, что если снятую с принтера распечатку
разглядывать, фокусируя по-разному зрение, можно увидеть объемное
изображение объекта и без использования дополнительной аппаратуры.
Клавиатура



Клавиатура - это одно из основных устройств ввода информации в
ЭВМ, позволяющее вводить различные виды информации. Вид
вводимой информации определяется программой, интерпретирующей
нажатые нли отпущенные клавиши. С помощью клавиатуры можно
вводить любые символы: от букв и цифр до иероглифов и знаков
музыкальной иотации. Клавиатура позволяет управлять курсором иа
экране дисплея - устанавливать его в нужную точку экрана, переменить
по экрану "прокручивать" экран в режиме «фоллинга, отправлять
содержимое экрана на принтер, производить выбор при наличии
альтернативных вариантов, и т.д.

В последнее время наблюдаются тенденции отказа от клавиатуры в
пользу альтернативных устройств: мыши, речевого ввода, сканеров. Но
полностью эти устройства клавиатуру не заменяют.

Стандартная клавиатура IBM PC имеет иесюлько групп клавиш.

1.	Алфавитно-цифровые и знаковые клавиши (с латинскими и
русскими буквами, цифрами, знаками пунктуации,
математическими знаками).

2.	Специальные клавиши; Esc, Tab, Enter, Backspace.

3.	Функциональные клавиши: (Fl. . . Fl 0. . .).

4.	Служебные клавиши для управления перемещением курсора
(стрелки:Up, Down, Left, Right, клавиши Home, End,
PgUp, PgDn и клавиша 5, иногда обозначаемая значком - в
центре дополнительной цифровой клавиатуры).

5.	Служебные клавиши для управления редактированием (Ins,
Del).

6.	Служебные клавиши для смены регистров и модификации годов
других клавиш (Alt, Ctrl, Shift).

7.	Служебные клавиши для фиксации регистров (CapsLock,
Scroll-Lock, NumLock).

8.	Разные вспомогательные клавиши (PrtSc, Break, Grey
+, Grey -).
дольше, чем 0,5 сек, начинает генерироваться последовательность ее
основных кодов с частотой оюло 10 раз в сек, что имитирует серию
очень быстрых нажатий этой клавиши.

Конструктивно клавиатуры могут быть реализованы по-разному Есть
плоские клавиатуры, на юторых руки быстро устают при длительной
работе. Есть специальное исполнение клавиатуры - эргономичесюе, у
юторых положение рук для работы требуется таюе, при ютором
меньше напряжены мышцы кистей рук Это снижает утомляемость при
длительной работе на клавиатуре. Но работать на такой клавиатуре
можно толью "вслепую", так как поверхность клавиш не видна.

Фирма IBM зарегистрировала патент иа клавиатуру чувствительную к
силе нажатия клавиши.

Выпускаемые разными производителями клавиатуры различаются так
же по расстоянию между клавишами, числу специальных клавиш,
способу переключения на цифровой регистр для быстрого ввода
числовых данных, углу наклона, форме и текстуре поверхности клавиш,
усилию иажима и величине кода клавиш, расположению часто
используемых клавиш, способу соединения с ЭВМ (инфракрасная связь,
радиоклавиатура), и др.

Принтеры

Принтеры - это внешние устройства ЭВМ, предназначенные для
вывода информации на твердый носитель в символьном или
графичесюм виде.

Классификация принтеров может быть проведена по следующим
критериям: по способу вывода, по принципу формирования
изображения, по способу регистрации, и по принципу управления
процессом печати.

По способу вывода изображения принтеры делятся на две группы:
символьные и графические. Символьные принтеры могут выводить
информацию в виде отдельных символов по мере их поступления в
печатающее устройство (ПУ). При этом за один цикл печати
формируется один знак (посимвольные ПУ). В построчных ПУ вывод на
печать осуществляется толью после заполнения буферного ЗУ юторое
по емкости равно одной строке. Постраничные ПУ за седин цикл печати
формируют и распечатывают целую страницу

Графические ПУ выводят информацию не целыми символами, а
отдельными точками или линиями. Количество точек на единицу
длины определяет разрешающую способность принтера, юторая имеет

разную величину в зависимости от направления: по горизонтали и по

вертикали. В принтерах этого типа каждая точка имеет свои
координаты, юторые являются адресом этой точки.

По способу регистрации изображения ПУ делятся на ударные и
безударные.

ПУ ударного действия формируют изображение иа бумаге, сжимая с
помощью удара иа юроткий промежуток времени рельефное
изображение символа или его части, красящей ленты и бумаги. Инотда
краска наносится на поверхность литеры, красящая лента в этом случае
отсутствует.

Существуют принтеры, использующие ударочувствительную бумагу
цвет которой изменяется за счет механического воздействия на нее без
дополнительного нанесения краски.

ПУ безударного действия характеризуются тем, что изображение на
бумагу наносится через промежуточный носитель, чувствительный к

электричесюму воздействию,

к электростатическому полю, к

магнитному полю, и др. Обычно промежуточный носитель исполняется

в виде барабана. Изображение на него наносится лазерным лучом, с
помощью магнитных головок, и др. Затем изображение иа
промежуточном носителе проявляется - на поверхность барабана

наносится смесь сухого красителя с порошком, "прилипающим" к
зафиксированному на барабане изображению (например, если

изображение наносилось на барабан магнитным полем, в качестве

порошка используются мелкие металлические опилки). После этого к

барабану "прикатывается" чистый лист бумаги, на юторый переносится

краситель с барабана. Лист с накатанным на него красителем
подвергается термообработке - нагревается до расплавления красителя,
юторый в жидком виде проникает в поры бумаги и хороню закрепляется
на ней, После расплавления красителя отдельные точки сливаются в
единое целое, поэтому качество изображения получается высоким.
Разрешаются способность таких принтеров очень высока.

К ПУ безугарного действия относятся струйные принтеры, у юторых
жидкий краситель (чернила) находится в печатающей головке. Головка
имеет отверстия, через юторые краситель вылиться не может из-за сил
поверхностного натяжения. Внутри головки находится терморезистор,
юторый прн подаче на него импульса тока разогревает краситель,
увеличивая его испарение. Пары красителя проникают через отверстие
в головке н попадают на бумагу в виде капли. Благодаря тому что
головка может работать с несюлькими красителями, выпускаются и
цветные струйные принтеры. Длительностью нагрева терморезистора
можно регулировать юличество выбрасываемых чернил, а
следовательно - размеры н яркость точки. Печатаюпря головка
струйного принтера может содержать до несюльких сот отверстий
(сопел).

Несмотря на большое разнообразие типов принтеров, различия
принципов управления печатью касаются, в основном, способов
знакогенерацнн.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ)

В качестве внешней памяти ПЭВМ используются наюпнтели на
магнитных дисках (НМД), наюпнтели на магнитных лентах (НМЛ), или
стриммеры, и оптические ЗУ

НМД бывают двух типов: НГМД - на гибюм магнитном диске (с
носителем-дискетой) и НМД - на жестюм магнитном диске.

НМД имеют значительно больший объем внешней памяти н высокое
(почти на порядок) быстродействие, чем НГМД. Но у НГМД есть
съемные магнитные носители - дискеты (компактные, на юторых легче
организовать архивное хранение данных н программ).

НМЛ обычно бывают кассетного типа н используют либо юмпакт-
кассеты для бытовых магнитофонов, либо видеокассеты (для
стриммеров) с многодорожечной записью. Емкость их измеряется в
гигабайтах.

ВЗУ связываются с МП через системную магистраль при помощи
устройства управления (контроллера).

Контроллер необиодим для двух целей:

• управления ВЗУ',
• связи с МП и ОП.

НМД и оптические ЗУ представляют собой устройства с циклическим
доступом к информации. НМЛ представляют собой устройства с
последовательным доступом.

Время доступа к информации в ВЗУ намного превосходит время
обращения к OIL ВЗУ являются относительно медленными
устройствами электромеханического типа.

Накопитель на жестком магнитном диске

В наюпителе на жестком магнитном диске (НМД) магнитный носитель
информации является несъемным и может состоять из нескольких
пластин, закрепленных на общей оси и образующих пакет магнитных
носителей.

Каждую рабочую поверхность такой конструкции обслуживает своя
магнитная головка. В НМД головки во время работы находятся на
небольшом расстоянии от поверхности (десятые доли микрона) и во
время чтения-записи неподвижны.

Магнитное покрытие каждой поверхности диска во время чтения-
записи переменяется относительно головки. Магнитный "след" на
поверхности диска, образовавшийся при работе головки на запись,
образует кольцевую траекторию - дорожку (trek). Дорожки,
расположенные друг под другом на всех рабочих поверхностях
магнитного носителя, называются цилиндром (cylinder).

В жестких МД различных 4мрм используются разные материалы для
магнитного покрытия: диски ранних конструкций имели оксидное
покрытие (окись железа), более поздние диски - кобальтовое покрытие.

Кобальтовое покрытие наносится на поверхность диска методом
напыления. При этом образуется тонкая магнитная пленка, иа которую
легко воздействовать для образования магнитных следов. Размеры
магнитных следов по сравнению с оксидным покрытием уменьшились,
что позволило увеличить продольную и поперечную плотности записи.
Увеличение продольной плотности записи позволило увеличить
емкость дорожки, а увеличение поперечной плотности записи -
количество дорожек на поверхности диска.

Стандарт на физическое размещение информации на жестком
магнитном диске мягче, чем для НГМД, так как гибкие диски должны
читаться одинаково на дисководах разных фирм, в то время как жесткий
магнитный диск имеет встроенную в него систему управления. При
работе с жестким магнитным диском встроенная система управления
репвет вопросы физического размещения информации и зачастую
недоступна для внешнего вмешательства. Например, наружные и
внутренние дорожки магнитного диска имеют разную длину Если их
сделать одинаковой емкости и писать информацию с одинаковой
плотностью записи, то иа наружных дорожках остается много
свободного места. Некоторые фирмы при изготовлении жестких дисков
делают дорожки различной емкости. Но для того, чтобы стандартные
операционные системы могли работать с такими дисками, встроенный
в них контроллер осуществляет пересчет адресов; при этом физически

на диске имеется меньшее количество дорожек,

чем кажется

операционной системе (так как операционная система настроена иа
работу с дорожками одинаковой емкости).

Количество дисков, каждый из которых имеет по дае рабочих
поверхности, в накопителе может быть от 1 до 10 и более. В иеюторых
накопителях дае крайние поверхности пакета (верхняя и иижняя) ие
являются рабочими - при этом сохраняется размер дисковода (и емкость
тоже). Иногда эти поверхности используются для размещения
служебной информации.

Магнитные головки при работе НМД могут перемениться, настраиваясь
иа требуемую дорожку
Перед началом эксплуатации пакет магнитных дисюв форматируется:
иа нем размечаются дорожки (ставится маркер начала дорожки и
записывается ее номер), наносятся служебные зоны секторов на
дорожках Для записи-чтения информации контроллеру НМД
передается адрес: номер цилиндра, номер рабочей поверхности
цилиндра, номер сектора на выбранной дорожке. На основании этого
магнитные головки перемещаются к нужному цилиндру ожидают
появления маркера начала дорожки, ожидают появления требуемого
сектора, после чего записывают или читают информацию из него.
Несмотря иа то, что все магнитные головки установлены на требуемый
цилиндр, работает в каждый данный момент толью одна головка.

Основной характеристикой НМД является их емюсгь, которая в
наибольшей степени зависит от плотности записи, в свою очередь, в
значительной степени зависящей от уровня развития технологии.

Оптические запоминающие устройства

Классификация оптических накопителей информации приведена иа
рис.15.6.

Компакт-диск CD-ROM (Compact Disk - Read Only
Memory). Диск имеет прозрачную поликарбонатную основу толщиной
1,2 мм и диаметром 8 или 12 см. На одном дюйме по радиусу умещается
16000 дорожек (тогда как на одном дюйме флоппи-диска - всего 96).
Емюсть юмпакт-диска составляет 650-700 Мбайт.
Рис. 15.6. Классификация оптических накопителей информации

Первые экземпляры содержали информацию толью в цифровом виде.
Конструкция была аналогична самой простой пластинке
Laservision. Работал такой юмпакт-диск по принципу CLV -
считывания с постоянной линейной скоростью, угловая скорость
изменялась от 200 до 500 об/мин.

Впоследствии дисюводы для CD-ROM стали выпускаться на двойную

(х2), четырехкратную (х4),..., тридцатидвухкратную (х32) и т.д. сюросгь
чтения. Кратность определялась относительно продолжительности

воспроизведения звуюзаписи с аналогичного аналогового диска.

Компакт-диски CD-WO (в современном представлении - CD-R и CD-
RW) позволяют дозаписывать информацию за несколью сеансов. После
каждой дозаписи создается оглавление диска. Компакт-диски CD-WO

(CD-R, CD-RW) могут изготовляться по различным технологиям:

диск может быть покрыт чувствительным фотолаком, в ютором лазер

прожигает отверстия, испаряя лак; на подложку диска могут быть
нанесены два слоя - один из искусственных полимеров (имеющих
малую теплоту плавления), другой - металлический. При нагревании
металла лазерным лучом находящийся под ним слой полимера
испаряется, что приводит к образованию пузырька в металлическом


сурьмы или индий-сурьмы, которые при воздействии на них лазерного

луча расплавляются и переходят из кристаллического в аморфное

состояние, что сопровождается изменением условий отражения и

может быть зафиксировано считывающим лазерным лучом.

DVD - это универсальный диск с высокой плотностью записи
информации. По сравнению с обычными компакт-дисками CD и

видеодисками VideoCD плотность записи DVD увеличена в 7 раз. На

DVD-диске за счет более мелкого микрорельефа информационной

дорожки и использования многоуровневой записи уцалось значительно

увеличить юличество записываемой информации по сравнению с

VideoCD.

Контрольные вопросы:

1.	Назовите общие черты и особенности CISK и RISK процессоров.

2.	Какие микропроцессоры фирмы Intel вы знаете, что их
характеризует?

3.	Как связано ОЗУ с микропроцессорным комплектом ЭВМ?

4.	От чего зависит максимальная емюсгь ОП?

5.	Какие особенности имеет матричная развертка?

6.	Охарактеризуйте принцип действия аналогового монитора.

7.	От чего зависит разрешающая способность принтера?
Структурно-функциональная организация ЭВМ

ЭВМ представляет собой совокупность устройств, выполненных на
больших интегральных схемах, каждая из которых имеет свое
функциональное назначение. Комплект интегральных схем (чипсет), из
которых состоит ЭВМ, называется микропроцессорным комплектом. В
состав микропроцессорных комплектов вждят микросхемы,
обеспечивающие совместную работу всех функциональных узлов ЭВМ.

Все устройства ЭВМ делятся иа центральные и периферийные.
Центральные устройства - полностью электронные, периферийные
устройства могут быть либо электронными, либо
электромеханическими с электронным управлением.

В центральных устройствах основным узлом, связывающим
микропроцессорный комплект в единое целое, является системная
магистраль. Она состоит нз трех узлов, называемых шинами: шииа
данных (ЛТД), шина адреса (ША), шина управления (ШУ). В состав

системной магистрали вюдят регистры защелки,

которых

запоминается передаваемая иифор-мация, шинные формирователи,
шинные арбитры, определяющие очередность доступа к системной
магистрали, и др.

Логика работы системной магистрали, количество разрядов (линий) в
шинах данных, адреса и управления, порядок разрешения конфликтных
ситуаций, возникающих прн одновременном обращении различных
устройств ЭВМ к системной магистрали, образуют интерфейс
системной шины.

В состав центральных устройств ЭВМ вждят: центральный процессор,
основная память и ряд дополнительных узлов, выполняющих
служебные функции.

Периферийные устройства делятся на два вида: внешние ЗУ (НМД,
НГМД, НМЛ) и устройства ввода-вывода (УВВ): клавиатура, дисплей,
принтер, мышь, адаптер каналов связи (КС) и др.

Организация функционирования ЭВМ с магистральной
архитектурой



Угтравляюпря работой ЭВМ программа перед началом выполнения
загружается операционной системой в основную память. Адрес первой
выполняемой команды передается микропроцессору и запоминается в
счетчике команд. Начало работы процессора заключается в том, что
адрес из счетчика команд (в котором всегда хранится адрес очередной
команды) выставляется на шину адреса системной магистрали.
Одновременно на шину управления выдается команда: выборка из ОП,
которая воспринимается основной памятью. Получив с шины
управления системной магистрали команду основная память считывает
адрес с шины адреса, находит ячейку с этим номером и ее содержимое
выставляет на шину данных, а на шину управления выставляет сигнал о
выполнении команды. Процессор, получив по шиие управления сигнал
об окончании работы ОП, вводит число с шины данных на внутреннюю
магистраль МП и через нее пересылает введенную информацию в
регистр команд.

В регистре команд полученная кэманда разделяется на кодовую и
адресную части. Код команды поступает в блок управления для
выработки сигналов, настраивающих МП иа выполнение заданной
операции, и для определения адреса следующей команды (который
сразу заносится в счетчик команд). Адресная часть команды
выставляется на шину адреса системной магистрали (СМ) и
сопровождается сигналом выборки из ОП на шине управления.
Выбранная из ОП информация через шииу данных поступает иа
внутреннюю магистраль МП, с юторой вводится в арифметико-
логическое устройство (АЛУ). На этом заканчивается подготовка МП к
выполнению операции и начинается ее выполнение в АЛУ

Результат выполнения операции выставляется микропроцессором иа
шину данных, на шину адреса ставится адрес ОП, по которому этот
результат необходимо записать, а иа шину управления - команда запись в
ОП. Получив с шины управления команду ОП считывает адрес и данные
с системной магистрали, организует запись данных по указанному
адресу и после выполнения юманды выставляет на шину управления
сигнал, обозначающий, что число записано. Процессор, получив этот
сигнал, начинает выборку очередной команды: выставляет адрес из
счетчика команд на шину адреса, формирует команду выборка нз ОП на
шине управления и т.д.

В каждом цикле, получив команду в регистр команд н выделив код
операции, процессор определяет, к какому устройству она относится.
Если команда должна выполняться процессором, организуется ее
выполнение по описанному циклу Если же команда предназначена для
выполнения в другом устройстве ЭВМ, центральный процессор (ЦП)
передает ее соответствующему устройству Процесс передачи юманды
другому устройству предусматривает следующие действия: ЦП
выставляет на шину адреса СМ адрес интересующего его устройства. По
шинам управления передается сигнал поиска устройства. Все
устройства, подключенные к системной магистрали, получив этот
сигнал, читают иомер устройства с шины адреса и сравнивают его со
своим номером. Устройства, для юторых эти номера ие совпадают, иа
эту команду не реагируют. Устройство с совпавшим номером
вырабатывает сигнал отклика по шине управления.

ЦП, получив сигнал отклика, в простейшем случае выставляет
имеющуюся у него юманду на шину данных и сопровождает ее по шине
управления сигналом Передаю юманду". Получив сигнал о приеме
юманды, ЦП переюдит к выполнению очередной своей юманды,
выставляя на шину адреса содержимое счетчика команд.

В более сложных случаях, получив сигнал, что устройство
откликнулось, прежде чем передавать юманду ЦП запрашивает
устройство о его состоянии. Текущее состояние устройства

закодировано в байте состояния, который откликнувшееся устройство

нем единиц свидетельствует о нештатной ситуации, юторую ЦП

пытается проанализировать и в необходимых случаях извещает

оператора о сложившейся ситуации.

Взаимодействие МП с внешними устройствами предусматривает
выполнение логичесюй последовательности действий, связанных с

поисюм устройства, определением его технического состояния,
обменом юмандами и информацией. Эта логическая
последовательность действий вместе с устройствами, реализующими
ее, получила название "интерфейс ввода-вывода".

Для различных устройств могут использоваться разные логические
последовательности действий, поэтому интерфейсов ввода-вывода
может в одной и той же ЭВМ использоваться несюлью. Если их удается
свести к одному универсальному то такой интерфейс называется
стандартным. В IBM PC есть три стандартных интерфейса для связи
ЦП с внешними устройствами: параллельный (типа Centronics) и
даа последовательных (типа RS-232 и USB).

Интерфейсы постоянно совершенствуются, поэтому с появлением
новых ЭВМ, новых внешних устройств и даже нового программного
обеспечения появляются и новые интерфейсы. Так, в программном
обеспечении, разработанном ведущими фирмами (в том числе фирмой
Microsoft) все шире используется новый интерфейс "Plug and Play"
("Включи и играй'), юторый предназначен для облегчения системной
настройки ЭВМ при подключении новых устройств к машине. Этот
интерфейс позволяет подключить с помощью кабеля новое устройство,
а после включения ЭВМ ее программное обеспечение автоматически
определяет состав подключенных устройств, их типы и настраивает
машину на работу с ними без вмешательства системного оператора.

Если при обращении ЦП к внешнему устройству продолжение
выполнения основной программы ЦП возможно только после
завершения операции ввода-вывода, то ЦП, запустив внешнее
устройство, переходит в состояние ожидания и находится в нем до тех
пор, пока внешнее устройство не сообщит ему об окончании обмена
данными. Это приводит к простою большинства устройств ЭВМ, так
как в каждый момент времени может работать толью одно из них
Такой режим работы получил название однопрограммного - в каждый
момент времени все устройства находятся в состоянии ожидания, и
только одно устройство выполняет основную (и единственную)
программу

Для ликвидации таких простоев и повышения эффективности работы
оборудования внешние устройства сделаны автономными: получив от
ЦП необходимую информацию, они самостоятельно организуют свою
работу по обмену данными. Процессор же, запустив внешнее
устройство, пытается продолжить выполнение программы. При
необходимости (если встретятся соответствующие команды) он может
запустить в работу несколько других устройств (так как внешние
устройства работают значительно медленнее процессора). Если же ему
приходится переходить в режим ожидания, то, пользуясь тем, что в ОП
может одновременно находиться не одна, а несюлько программ, ЦП
переходит к выполнению очередной программы. При этом создается
ситуация, когда в один и тот же момент времени различные устройства
ЭВМ выполняют либо разные программы, либо разные части одной н
той же программы. Такой режим работы ЭВМ называется
многопрограммным.

Организация работы ЭВМ при выполнении задания
пользователя

Организация процессов ввода, преобразования и отображения
результатов в ЭВМ относится к сфере системного программного
обеспечения. Это сложные процессы, которые чаще всего делаются
"прозрачными", т.е. незаметными для пользователя. Один нз ннх -
реализация задания пользователя: профессиональный пользователь
(программист) пишет задание для ЭВМ в виде программы на
алгоритмически языке. Написанное задание (программа) представляет
собой исходный модуль, сопровождаемый управляющими
предложениями, указывающими операционной системе ЭВМ, на каком
языке иаписана программа н что с ней надо делать. Если программа
пишется на алгоритмическим языке, то управляющие предложения - на
языке управления операционной системой (в Windows всех версий это
скрипты, оформляемые в виде командных файлов).

Исходный модуль перед исполнением должен быть переведен на
внутренний язык машины. Эта операция выполняется специальной
программой - трансляторам. В качестве транслятора может
выступать компилятор, нли интерпретатор (рнс.16.1).


Рис. 16.1. Реализация задания пользователя

Результат работы компилятора может быть записан в библиотеку
объектных модулей (БОМ) или передан другим программам для
дальнейшей обработки, поскольку полученная машинная программа не
готова к исполнению по двум причинам. Во-первых, она содержит
неразрешенные внешние ссылки (т.е. обращение к программам, которые
не содержатся в исходном модуле, но необходимы для работы основной

программы - например, к стандартным программам алгоритмичесюго

языка, таким как извлечение корня квадратного, вычисление
тригонометрических фунацнй н т.д.). Во-вторых, объектный модуль
представляет собой машинную программу в условных адресах: каждый
объектный модуль начинается с адреса Oh, тогда как для исполнения
программа должна быть "привязана" к конкретным физическим адресам
основной памяти.



Недостающие программы должны быть взяты из библиотек
компилятора (которые могут быть написаны в виде исходных либо в
виде объектных модулей) и добавлены к основной программе. Эту
операцию выполняет редактор связей. В результате работы редактора
связей образуется загрузочный модуль (ЗМ), который помещается в
соответствующую библиотеку программ - библиотеку загрузочных
модулей (БЗМ). В загрузочном модуле все ссылки разрешены, т.е. он
содержит все необходимые стандартные программы, но привязки к
памяти у загрузочного модуля нет.

Привязка к памяти загрузочного модуля производится программой
выборки, изгорая переносит загрузочный модуль из библиотеки
загрузочных модулей (обычно хранящейся иа магнитном носителе) в
основную память и во время этого переноса корректирует адреса,
учитывая, с какого адреса основной памяти размещается загрузочный
модуль. После перемещения загрузочного модуля в основную память
программа выборки инициирует ее выполнение.

Представление машинной программы в виде исходных, объектных и
загрузочных модулей позволяет реализовать наиболее эффективные

программные комплексы. Например, если по одной и той же программе

необходимо много раз производить расчеты, то неэффективно тратить

каждый раз время иа трансляцию и редактирование программы - ее
нужно оформить в виде загрузочного модуля и хранить в
соответствующей библиотеке. При обращении к такой программе сразу
будет вызываться программа выборки для загрузки соответствующего
модуля (а этапы компиляции и редактирования связей будут опускаться),

и время на выполнение программы существенно сократится.

Если же программа только отлаживается или после каждого просчета ее
нужно будет модернизировать, то получение загрузочного модуля и
обращение к программе выборки будут лишними операциями. Для их
обхода вместо редактора связей может быть применен загрузчик -
программа, сочетаются в себе функции редактирования связей и
загрузки полученной машинной программы в основную память для
исполнения. Но при использовании загрузчика многократные просчеты
по программе проводить невыгодно, так как каждый раз приходится
выполнять лишние операции редактирования связей.

Особенности управления основной памятью ЭВМ

Алгоритмы распределения, использования, освобождения ресурсов и

представления к ним доступа предназначены для наиболее

эффективной организации работы всего юмплекса устройств ЭВМ.

Рассмотрим их на примере управления основной памятью.

Для выполнения программы при ее загрузке в основную память ей
выделяется часть малинных ресурсов - они необходимы для
размещения юманд, данных, управляющих таблиц и областей ввода-
вывода, т. е. производится трансляция адресного пространства
откомпилированной программы в местоположение в реальной памяти.

Выделение ресурсов может быть осуществлено самим программистом
(особенно если он работает на языке, близюм малинному), но может
производиться и операционной системой.

Если выделение ресурсов производится перед выполнением
программы, такой процесс называется статическим перемещением, в
результате которого программа "привязывается" к определенному месту
в памяти вычислительной машины. Если же ресурсы выделяются в

процессе выполнения программы, это называется динамическим
перемещением, в этом случае программа не привязана к определенному
месту в реальной памяти. Динамический режим можно реализовать
только с помощью операционной системы.

При статическом перемещении могут встретиться два случая.

Реальная память больше требуемого адресного пространства программы
(рис.16.2):
Рис. 16.2. Загрузка программы в реальную память

В этом случае загрузка программы в реальную память производится,
начиная с нулевого адреса.

Загружаемая программа А является абсолютной программой, так как
никаюго изменения адресов в адресном пространстве, подготовленном
компилятором, прн загрузке в основную память не пронсжщит -
программа располагается с адреса реальной памяти Oh.

Реальная память меньше требуемого адресного пространства программы

(рис.16.3):

Рис. 16.3. Загрузка прн реальной памяти меньше требуемого адресного
пространства

В этом случае программист (или операционная система) вынужден

решать проблему как организовать выполнение программы. Методов

решения проблемы существует несколько: можно создать оверлейную

структуру (т. е. разбить программу на части, вызываемые в ОП по мере
необходимости), сделать модули программы реентерабельными (т.е.
допускающими одновременную работу модуля по нескольким
обращениям из разных частей программы или из различных программ)

н так далее.


В некоторых операционных системах адреса откомпилированной (с
адреса Oh) программы могут быть преобразованы в адреса реальной

адреса.

Тогда, при мультипрограммном режиме, если имеем программы А, В и
С, для которых известно, что программа А выполняется при
размещении в памяти с адреса 60 Кбайт до 90 Кбайт, В - с 60 Кбайт до
90 Кбайт, С - с 50 Кбайт до 120 Кбайт, организовать их совместное
выполнение невозможно, так. как им необходим один и тот же участок
реальной памяти. Эти программы будут ждать друг друга, либо их
нужно заново редактировать с другого адреса.

При работе в мультипрограммном режиме может сложиться ситуация,
ютда между программами образуются незанятые участки памяти. Таюе

состояние называется фрагментацией реальной памяти. Оно характерно

для систем со статическим перемещением (рис.16.4).

Рис. 16.4. Фрагментация памяти

В системах с динамическим перемещением программ перемещающий
загрузчик размещает программу в свободной части памяти и допускает
использование несмежных ее участков (рис.16.5).
Рис. 16.5. Динамическое перемещение программ

В этом случае имеется больше возможностей для организации
мультипрограммной работы, а следовательно, и для более эффективного
использования временных ресурсов ЭВМ.

При больших размерах реализуемых программ возникают некоторые
противоречия в организации мультипрограммного режима работы и
трудности динамического распределения ресурсов.

В настоящее время разработано несколью способов решения этих
противоречий. Например, для борьбы с фрагментацией основной
памяти адресное пространство программы может быть разбито на
отдельные сегменты, слабо связанные между собой. Тогда программа,
которая имеет длину превышающую размеры свободных участков
памяти, может быть представлена в виде ряда сегментов, загружаемых в
различные области ОП. Это позволяет использовать реальную память,
теряемую из-за фрагментации.

Адреса в каждом сегменте начинаются с Oh. При статическом

перемещении программы в процессе загрузки ее в основную память
адреса должны быть привязаны к конкретному месту в памяти, на это

уходит много времени, отвлекаются вычислительные ресурсы. Более

эффективной является динамическая трансляция адресов (ДТА), которая

заключается в том, что сегменты загружаются в основную память без

трансляции адресного пространства (т.е. без изменения адресов в
программе с учетом (физического размещения в памяти команд и
данных), а трансляция адресов каждой команды производится в
процессе ее выполнения. Этот тип трансляции называется
динамическим перемещением и осуществляется специальными
аппаратными средствами ДТА. (рис.16.6).

Для динамической трансляции адресов (т.е. при определении
абсолютных адресов по известным относительным, содержащим номер
сегмента и смещение) операционная система строит специальные
таблицы, устанавливающие соответствие между сегментируемым
адресным пространством программы и действительными адресами
сегментов в реальной памяти (рис.16.7).

Рис. 16.6. Динамическое перемещение программ
Адресах

VapaoocD

Tufii— ся матов
вмпшмкЭ

Рис. 16.7. Динамическая трансляция адресов

Каждая строка таблицы сегментов содержит адрес начала сегмента в
реальной памяти. Для каждого сегмента имеется одна строка таблицы.

Таблицу сегментов содержит каждая выполняемая программа.

В дополнение к таблице сегментов для динамической трансляции
адреса применяется специальный управляющий регистр, называемый
регистром начала таблицы сегментов (РНТС, или STOR (segment
table origin register)). В этот регистр занесен адрес таблицы
сегментов выполняемой в данный момент программы. В МП Pentium в
качестве РНТС используются 3 регистра: GDTR, LDTRh IDTR.

Использованием сегментации программ достигается уменьшение
фрагментации основной памяти, но полностью фрагментация ие
устраняется - остаются фрагменты, длина которых меньше длины
сегментов программы.

Если сегменты разделить на одну или несколько единиц, называемых
страницами, которые имеют фиксированный размер, то, поскольку
размер страницы достаточно мал по сравнению с обычным размером
сегментов, неиспользуемые фрагменты ОП значительно сохраняются в
объеме, буцет происходить так называемая фрагментация внутри
останутся, но они будут
использования ресурсов

страниц. Следовательно, потери все-таки
существенно меньше. Такая организация
называется сегментно-страничной.

Формирование сегментно-страничной структуры выполняется

автоматически с помощью операционной системы.

Все преимущества динамического перемещения с применением
сегментации и страничной организации достигаются благодаря
аппаратуре и программному обеспечению, а не пользователям системы.
Специальные программы во время загрузки разбивают адресное
пространство программы на сегменты и страницы, строят таблицы
сегментов н страниц. Средства ДТА автоматически транслируют адрес
в процессе выполнения программы.

Система прерываний ЭВМ

Современная ЭВМ представляет собой комплекс автономных
устройств, каждое из которых выполняет свои фунации под
управлением местного устройства управления независимо от других
устройств машины. Включает устройство в работу центральный
процессор (ЦП). Он передает устройству команду н все необходимые
для ее исполнения параметры. После начала работы устройства
центральный процессор отключается от него и переходит к
обслуживанию других устройств или к выполнению других функций.

Можно считать, что центральный процессор переключает свое
внимание с устройства на устройство н с функции на фунацню, На что
именно обращено внимание ЦП в каждый данный момент,
определяется выполняемой нм программой. Во время работы в ЦП
поступает (н вырабатывается в нем самом) большое количество
различных сигналов. Сигналы, которые выполняемая в ЦП программа
способна воспринять, обработать и учесть, составляют поле зрения ЦП
или, другими словами, входят в эону его внимания.

Например, если процессором исполняется программа сложения двух
двойных слов, которая анализирует регистр флагов ЦП, то в "поле ее
зрения" находятся флаги микропроцессора, определяющие знаки
исходных данных и результата, наличие переноса из тетрады или байта,
переполнения разрядной сетки и др. Такая программа готова
реагировать на любой из сигналов, находящихся в ее зоне внимания (а
постольку именно программа управляет работой ЦП, она определяет и
"зону внимания" центрального процессора). Но если во время
выполнения тэтой программы нажать какую-либо клавишу то эта
программа "не заметит" сигнала от этой клавиши, так как он не входит в
ее "поле зрения".

Для того чтобы ЦП, выполняя свою работу имел возможность
реагировать на события, которые происходят вне его зоны внимания и
наступления которых ои "не ожидает", существует система прерываний
ЭВМ. При отсутствии системы прерываний все заслуживающие
внимания события должны находиться в поле зрения процессора, что
сильно усложняет программы и требует большой их избыточности.
Кроме того, поскольку момент наступления события заранее не
известен, процессор в ожидании каюго-либо события может
находиться длительное время, и чтобы не пропустить его появления,
ЦП не может "отвлекаться" на выполнение какой-либо другой работы.
Татой режим работы (режим сканирования ожидаемого события) связан
с большими потерями времени ЦП на ожидание.

Кроме сокращения потерь на ожидание, режим прерывании позволяет
организовать выполнение такой работы, которую без него реализовать
просто невозможно. Например, при появлении неисправностей,
нештатных ситуаций режим прерываний позволяет организовать
работу по диагностике и автоматическому восстановлению в момент
возникновения нештатной ситуации, прервав выполнение основной
работы таким образом, чтобы сохранить полученные к этому времени
правильные результаты, тогда как без режима прерываний обратить
внимание иа наличие неисправности система могла только после
окончания выполняемой работы (или ее этапа) и получения
неправильного результата.

Таким образом, система прерываний позволяет микропроцессору
выполнять основную работу ие отвлекаясь иа проверку состояния
сложных систем при отсутствии такой необходимости, или прервать
выполняемую работу и переключиться на анализ возникшей ситуации
сразу после ее появления.
Помимо требующих внимания нештатных ситуаций, которые могут
возникнуть при работе микропроцессорной системы, процессору
полезно уметь "переключать внимание" и на различные виды работ,
одновременно выполняемые в системе. Поскольку управление работой
системы осуществляется программой, этот вид прерываний должен
формироваться программным путем.

В зависимости от места нахождения источника прерываний оии могут
быть разделены на: внутренние (программные и аппаратные) и
внешние прерывания (поступающие в ЭВМ от внешних источников,
например, от клавиатуры или модема).

Принцип действия системы прерываний заключается в следующем: при
выполнении программы после каждого рабочего такта
микропроцессора изменяется содержимое регистров, счетчиков,
состояние отдельных управляющих триггеров, т. е. изменяется
состояние процессора. Информация о состоянии процессора лежит в
основе многих процедур управления вычислительным процессом. Не
вся информация одинаюво актуальна, есть существенные элементы, без
которых невозможно продолжение работы. Эта информация должна
сохраняться при каждом 'Переключении внимания процессора".

Совокупность значений наиболее существенных информационных

элементов называется вектором состояния или словом состояния
процессора (в некоторых случаях оно называется словом состояния
программы).

Вектор состояния в каждый момент времени должен содержать
информацию, достаточную для продолжения выполнения программы
или повторного пуска ее с точки, которая соответствует моменту
формирования данного вектора.

Вектор состояния формируется в соответствующзм регистре процессора
или в группе регистров, которые могут использоваться и для других
целей.

Наборы информационных элементов, образующих векторы состояния,
отличаются у ЭВМ разных типов. В IBM PC вектор состояния
включает содержимое сметчика команд, сегментных регистров,
регистра флагов и аккумулятора (регистра АХ). В более поздних версиях
основу вектора состояния образуют такие регистры, как слово состояния
малины (Mashine status word - MSJV), регистр состояния
задачи (TR) и др.

При возникновении события, требующего немедленной реакции со
Стороны малины, ЦП прекращает обработку текущей программы и
переходит к выполнению другой программы, специально
предназначенной для данного события, по завершению которой
возвращается к выполнению отложенной программы. Такой режим
работы называется прерыва-нием.

Каждое событие, требующее прерывания, сопровождается
специальным сигналом, юторый называется запросом прерывания.
Программа, затребованная запросом прерывания, называется
обработчиюм прерывания.

Запросы на прерывание могут возникать из-за сбоев в аппаратуре
(зафиксированных схемами контроля), переполнения разрядной сетки,
деления на ноль, выхода за установленные для данной программы
области памяти, затребования периферийным устройством операции
ввода-вывода, завершения этой операции ввода-вывода нли
возникновения прн этой операции особых условий и т.д.

Неюторые из этих запросов порождаются самой программой, но время
их возникновения невозможно предсказать заранее.

При наличии несюльких источников запросов прерывания часть из иих
может поступать одновременно. Поэтому в ЭВМ устанавливается
определенный порядок (дисциплина) обслуживания поступающих
запросов. Кроме того, в ЭВМ предусматривается возможность
разрешать или запрещать прерывания определенных видов.

Программы - обработчики прерываний могут находиться в различных

частях основной памяти (место их расположения в разных версиях

операционных систем может быть различным). Для обеспечения
совместимости программ под разными версиями операционной
системы обращение к обработчикам прерываний осуществляется по их

номерам.

В реальном режиме связь между номером прерывания и адресом
основной памяти, соответствующим точке входа в обработчик
прерывания, осуществляется через таблицу векторов прерываний,
занимающую 1Кбайт сегмента 0 основной памяти.

В 32-битных микропроцессорах число п в кэманде iNTn определяет
номер индекса вызываемого прерывания в таблице дескрипторов
прерываний IDT. Таблица IDT в режиме реальной адресации является
массивом четырехбайтных дальних указателей. Линейный базовый
адрес таблицы IDT определяется содержимым регистра IDTR. При
переходе в режим реальных адресов первоначальное значение IDTR
равно нулю (т.е. начало таблицы DTR совпадает с началом вектора
прерываний IBM PC).

Параллельные вычисления

Вычислительный процесс - это последовательность целенаправленных
действий по обработке информации, приводящих к достижению
поставленной цели.

Вычислительный процесс характеризуется тремя параметрами:

•	составом событий, из которых он состоит;

•	продолжительностью каждого события (или операций по
обработке события);

•	последовательностью возникновения событий.

Графически вычислительный процесс может изображаться трассой,
временной диаграммой, ярусно-параллельным графом, и др.

Трасса представляется в виде упордцоченного множества событий
Я = (Л.Л........Sn} , имевших место в моменты времени

*1,причем

Трасса характеризует динамику процесса, т.е. развитие его во времени.
Обычно она изображается в виде последовательности событий,
нанесенных в масштабе на ось времени.
Развитие процесса в пространстве и во времени характеризуется
временной диаграммой. Временная диаграмма обычно изображается на
нескольких осях времени, причем каждая ось содержит трассу которая
характеризует загрузку одного из устройств, выделенных процессу

Ярусно-параллельный граф характеризует параллельность
(одновременность, параллелизм) выполнения действий, составляющих
процесс.

Простейший вид параллелизма реализован в мультипрограммных
системах - этот вид параллелизма называется "совмещение во времени
различных этапов разных задач".

Мультипрограммная обработка возможна и в однопроцессорной
системе, так как реализует совмещение во времени выполнение
различных частей разных задач. Для такого совмещения лишь
иеобждимо, чтобы однопроцессорная система состояла из
относительно независимых, автономных частей, каждая из которых
может выполнять свою работу одновременно с работой других При
этом каждая задача все-таки будет решаться последовательно, но разные
части вычислительной системы будут одновременно работать над
разными задачами, не мешая друг другу

В вычислительных системах содержащих несколью обрабатывающих
устройств, возможен другой тан параллелизма: одновременное решение
различных задач или одновременное решение независимых ветвей
одной задачи.

Если в систему поступает непрерывный поток не связанных между

собой задач (т. е. таких задач, для которых характерно, что решение
любой задачи ие зависит от результатов решения других задач),

использование несюльких обрабатывающих устройств

позволяет

совместить решение этих задач во времени. Это - "естественный

параллелизм независимых задач".

При решении большой задачи в ней так же могут быть выделены
отдельные независимые части - ветви, которые при наличии
нескольких обрабатывающих устройств могут выполняться параллельно
и независимо друг от друга. Это - "параллелизм независимых ветвей".
Для естественного параллелизма независимых задач и параллелизма
независимых ветвей наиболее наглядной формой графических}
представления является ярусно-параллельная.

Ярусно-параллельный граф представляет вычислительный процесс в
виде совокупности ветвей, расположенных в нескольких уровнях
(ярусах). Ветви обозначаются кружками с цифрами внутри. Длина ветви
характеризуется цифрой, стоящей около кружка. Стрелками показаны
вждные данные и результаты обработки. Вждные данные обозначаются
символами выходные - символами у*. Индексы при 'у есть нижние
и верхние. Верхние индексы соответствуют номеру ветви, при
выполнении которой получен данный результат. Нижний индекс
обозначает порядковый номер результата, полученного при реализации
данной ветви программы.

Ветви каждого яруса ие связаны друг с другом, т.е. результаты решения
какой-нибудь ветви данного яруса не являются входными данными для
другой ветви этого же яруса.

На примере ярусно-параллельных графов можно выявить преимущества

вычислительных

систем,

имеющих несколько

устройств, н проблемы, возникающие в таких системах.

обрабатывающих

Рассмотрим возможности ярусно-параллельного графа иа примере

параллелизма независимых ветвей одной задачи. Пусть необходимо в

параллельной системе произвести вычисление по формуле:

v-******

и определить продолжительность вычислений по сравнению с

однопроцессорной системой. Будем считать, что сложение и вычитание

выполняются за 100 единиц времени, умножение - за 600, деление - за
1000.

В однопроцессорной системе последовательность действий может быть
такая:


Время t на выполнение такой последовательности действий
составляет 3100 единиц.

При наличии нескольких процессоров последовательность действий
может измениться (рис.16.8):
Рис. 16.8. Пример 1 ярусно-параллельного графа

1.	сначала вычисляется в = 2а ж Жя

2.	затем на разных процессорах одновременно вычисляется:

о	Ь=Л1-‘Л

°	с — XI 4-е

о	0 = aEi*a

3.	на одном из процессоров вычисляется £

4.	затем опять иа любом процессоре вычисляется < —

5.	и наконец, вычисляется последняя разность Л = е —• tf.

Здесь цифры обозначают ярусы.

Продолжительность операции на 1 ярусе - 600 единиц, на втором -
тоже 600 (сложение и вычитание закончатся раньше, но критическим
для яруса является умножение), на третьем ярусе - 1000 единиц, на
четвертом - 600, и на пятом -100. Итого tl = 2900 единиц.

Можно самую длинную операцию 2 яруса перенести на 3 ярус. Тогда
граф изменится (рис.16.9), ветвь 4 со 2-го яруса переместится на 3.
Рис. 16.9. Пример 2 ярусно-параллельного графа

В этом случае продолжительность 2 яруса станет 100, т.е. уменьшится на
500 единиц, и общее время вычислений станет равным 2400 единиц.

В случае естественного параллелизма независимых задач и большом

на рис.16.10.

Для такого графа характерно, что выигрыш во времени может
существенно юлебаться в зависимости от последовательности
выполнения ветвей каждым обрабатывающим блогом (процессором),
поэтому каждый процессор должен выбирать новую ветвь с учетом
этого обстоятельства. Перед началом выполнения очередной ветви
каждый процессор должен иметь информацию о готовности данных
для этого.

Рис. 16.10. Пример 3 ярусно-параллельного графа

Таким образом, чтобы с помощью нескольких обрабатывающих

устройств решить задачи, имеющие независимые параллельные ветви,

необходима соответствующая организация вычислительного процесса,

юторая будет определять пути репкния задач и вырабатывать
необходимую информацию о готовности каждой ветви.

При этом возникают следующие трудности:

1.	длительность каждой ветви известна недостаточно точно;
2.	трудно избежать некоторых простоев из-за неготовности данных
для выполнения той или иной ветви;

3.	есть сложности и в оптимизации выделения независимых ветвей.
Наличие этих трудностей несколько снижает выигрыш в
производительности системы.

Однако при решении многих сложных задач одно только
программирование с выделением независимых ветвей уже позволяет
существенно сократить время решения.

Хорошо поддаются параллельной обработке такого типа задачи

матричной алгебры (в том числе - и компьютерной графики), линейного

программирования, спектральной обработки сигналов, преобразования

Фурье, задачи кластерного анализа, математической статистики,
автоматической классификации, и т.д,

Контрольные вопросы

1.	Какие устройства ЭВМ относятся к центральным?

2.	В какой последовательности работают блоки микропроцессора
при выполнении машинной команды?

3.	Объясните разницу между однопрограммным и
многопрограммным режимами работы ЭВМ.

4.	Чем различаются интерпретаторы и компиляторы?

5.	Что такое фрагментация памяти и есть ли какие-либо способы ее
избежать?

6.	Для чего используется динамическая трансляция адресов?

7.	Какую структуру имеет адрес операнда при сегмеитио-
страничной организации памяти?

8.	Для чего предназначен вектор прерывания и какую структуру он
имеет?
Локальные компьютерные сети



Локальная компьютерная сеть представляет собой систему обмена
информацией и распределенной обработки данных, охватывающую
небольшую территорию (этаж, здание, несколько соседних зданий)
внутри предприятий и организаций.

Характеристика и особенности ЛКС

Локальная компьютерная сеть представляет собой систему обмена
информацией и распределенной обработки данных, охватывающую
небольшую территорию (этаж, здание, несколько соседних зданий)
внутри предприятий и организаций, т.е. это система взаимосвязанных и
распределенных на фиксированной территории средств передачи,
хранения и обработки информации, ориентированных на коллективное
использование общесетевых ресурсов - аппаратных, программных,
информационных. Такую сеть можно рассматривать как
коммуникационную систему которая поддерживает в пределах
некоторой ограниченной территории один или несколько
высокоскоростных каналов передачи информации, предоставляемых
подключенным абонентским системам для кратковременного
использования.

В обобщенной структуре ЛКС выделяются совокупность абонентских
систем (АС), серверов и коммуникационная подсеть (КП). Основными
компонентами ЛКС являются кабели с оконечным приемопередающим
оборудованием, рабочие станции (PC), серверы, сетевые адаптеры,
модемы, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, мосты (их
иазначение указано ниже).

Рабочие станции формируются на базе персональных компьютеров
(ПК) и используются для решения прикладных задач, выдачи запросов в
сеть на обслуживание, приема результатов удовлетворения запросов,
обмена информацией с другими PC.

Серверы сети - это аппаратно-программные системы, выполняющие
функции управления сетевыми ресурсами общего доступа; оии могут
работать и как обычные АС. Сервер создается на базе более мощного
ПК, чем для PC. В ЛКС может быть несколько различных серверов для
471
управления сетевыми ресурсами, однако всегда имеется один (или
иесюлько) для управления внешними ЗУ общего доступа и организации
распределенных баз данных (РБД).

Рабочие станции и серверы соединяются с кабелем коммуникационной
подсети с помощью интерфейсных плат (сетевых адаптеров - СА),
основные функции юторых- организация приема-передачи данных из
(в) PC, согласование сюрости приема-передачи информации
(буферизация), формирование пакета данных, параллельно-
последовательное пре-образование кодов (юнвертирование),
кэдирование/декэдирование данных, проверка правильности передачи,
установление соединения с требуемым абонентом сети, организация
собственно обмена данными. В ряде случаев перечень функций СА
существенно увеличивается, и тогда они строятся иа основе
микропроцессоров.

К основным характеристикам ЛКС относятся следующие:

•	длина общего канала связи;

•	вид физической среды передачи данных (волоконно-оптический
кабель, витая пара, коаксиальный кабель);

•	топология сети;

•	максимальное число АС в сети;

•	максимально возможное расстояние между PC в сети;

•	максимальное число каналов передачи данных;

•	максимальная сюрость передачи данных;

•	тип передачи сигналов (синхронный или асинхронный);

•	способ синхронизации сигналов;

•	метод доступа абонентов в сеть;

•	структура программного обеспечения сети;

•	возможность передачи голоса, изображений, видеосигналов;

•	возможность связи ЛКС между собой и сетью более высокого

уровня;
возможность

использования процедуры установления

приоритетов при одновременном подключении абонентов к
общему каналу;

условия надежной работы сети.

К числу наиболее типичных областей применения ЛКС относятся
следующие Г871.



Обработка текстов - одна из наиболее распространенных функций
средств обработки информации, используемых в ЛКС. Передача и
обработка информации в сети, развернутой на предприятии (в
организации, вузе и т.д.), обеспечивает реальный переход к
"безбумажной" технологии, вытесняя полностью или частично пишущие
машинки.

Организация собственных информационных систем, содержащих
автоматизированные базы данных - индивидуальные и общие,
сосредоточенные и распределенные. Такие БД могут быть в каждой
организации или фирме.

Обмен информацией между АС сети - важное средство сокращения до
минимума бумажного документооборота.

Обеспечение распределенной обработки данных, связанное с
объединением АРМ всех специалистов данной организации в сеть.

Поддержка принятия управленческих решений, предоставляющая
руководителям и управленчесюму персоналу организации достоверную
и оперативную информацию, которая необходима для оценки ситуации
и принятия правильных решений.

Организация электронной почты - одного из видов услуг ЛКС, юторые
позволяют руководителям и всем сотрудникам предприятия оперативно
получать всевозможные сведения, необходимые в его производственио-
юзяйственной, коммерческой и торговой деятельности.

Коллективное использование дорогостоящих ресурсов необходимое

условие снижения стоимости работ, выполняемых в порядке
реализации вышеуказанных применений ЛКС.

Для деления ЛКС на группы используются определенные
классификационные признаки Г871.

По назначению ЛКС делятся на информационные (информациоиио-
поисювые), управляющие (технологическими, административными,
организационными и другими процессами), информационно-расчетные
и другие.



По типам используемых в сети ЭВМ их можно разделить иа
неоднородные, где применяются различные классы (микро-, мини-,
большие) и модели (внутри классов) ЭВМ, а также различное
абонентское оборудование, и однородные, содержащие одинаковые
модели ЭВМ и однотипный состав абонентских средств.

По организации управления однородные ЛКС разделяются на сети с
централизованным и децентрализованным управлением.

В сетях с централизованным управлением выделяются одна или
иесколью машин (центральных систем или органов), управляющих
работой сети. Диски выделенных машин, называемых файл-серверами
или серверами баз данных, доступны всем другим компьютерам
(рабочим станциям) сети. На серверах работает сетевая ОС. Каждая PC

имеет доступ к дискам сервере® и совместно используемым принтерам,
но, как правило, не может работать непосредственно с дисками других
PC. Серверы могут быть выделенными, и тогда они выполняют толы©

задачи управления сетью и не используются гик PC, или
невыделенными, когда параллельно с задачей управления сетью
выполняют пользовательские программы (при этом снижается
производительность сервера и надежность работы всей сети из-за
возможной ошибки в пользовательской программе, которая может
привести к остановке работы сети). Такие сети отличаются простотой
обеспечения функций взаимодействия между АС. В сетях с
централизованным управлением большая часть информационно-
вычислительных ресурсов сосредоточена в центральной системе.

Если информкционно-вычислительные ресурсы ЛКС равномерно
распределены по большому числу АС, централизованное управление
мало эффективно из-за резкого увеличения служебной (управляющей)

информкции. В этом случае эффективными оказываются сети с

децентрализованным (распределенным) управлением, или
одноранговые. В таких сетях нет выделенных серверов, функции
управления сетью передаются по очереди от одной PC к другой.
Рабочие станции имеют доступ к дискам и принтерам других PC. Это
облегчает совместную работу групп пользователей, но

производительность сети иесколью понижается. По скорости передачи
данных в общем канале различают:



ЛКС с малой пропускной способностью (единицы и десятки
мегабит в секунду), в которых в качестве физической передающей
среды используются обычно витая пара или коаксиальный кабель;

ЛКС со средней пропускной способностью (десятки мегабит в
секунду), в которых используется также коаксиальный кабель или
витая пара;

ЛКС с большой пропускной способностью (сотни мегабит в
секунду), где применяются оптоволоконные кабели (световоды).

По топологии, т.е. конфигурации элементов в сети, ЛКС бывают с
шинной топологией, юльцевой, звездообразной, смененной (звездно-
юльцевой, сегментированной).

Отметим основные особенности ЛКС и их отличия от глобальных
сетей. Они заключаются в следующем Г841. Г851.

1.	Качество линий связи, способ их прокладки и протяженность.
Поскольку ЛКС по определению отличаются небольшой
протяженностью линий связи, в таких сетях стало возможным
применение высококачественных линий (коаксиального кабеля,
витой пары, оптоволоконного кабеля), не всегда доступным в

ГКС

экономических ограничений. В ГКС часто

применяются уже существующие телефонные линии связи, а в
ЛКС линии прокладываются заново.

2.	Разделение каналов. Каналы связи в ЛКС используются, как
правило, совместно несколькими узлами сети, а в ГКС -
индивидуально.

3.	Использование метода юммутации пакетов. Для ЛКС характерно

неравномерное распределение

нагрузки,

наличие

пульсирующего трафика. В связи с этим очень эффективной
оказывается коммутация пакетов, обеспечивающая большую
пропускную способность сети. В ГКС наряду с коммутацией
используются и другие методы коммутации, а также
некоммугируемые каналы.

4.	Масштабируемость. ЛКС отличаются пложй масштабируемостью
из-за жесткости базовых топологий, определяющих способ
подклютения PC и длину линий связи. ГКС рассчитаны на работу с
произвольными топологиями, поэтому для них характерна
яэрошая масштабируемость.

5.	Сложность оборудования и методов передачи данных В ЛКС
наличие качественных линий связи позволило упростить
процедуры передачи данных (применяются смодулированные

информационные сигналы,
подтверждения получения

отсутствуют обязательные
пакета) и соответствующее

оборудование. В ГКС из-за низюй надежности физических
каналов эти процедуры значительно сложнее: широк»
применяются модуляция, асинхронные методы передачи данных,
сложные методы контроля достоверности передачи данных и
обеспечения их безопасности и т.д.

6.	Сюрость обмена данными. В ЛКС, тде используются
высокэскоросгные каналы (10, 16, 100 и более Мбит/с), она
неизмеримо больше, чем в ГКС, тде скорости передачи данных
2400, 9600, 28800, 33600 бит/с, 56 и 64 Кбит/с и только иа
магистральных каналах - до 2 Мбит/с.

7.	Оперативность удовлетворения запросов пользователей. Для
ЛКС обычным является режим on-line, поэтому время
доставки пакета (кадра) адресату составляет несколью
миллисекунд. В ГКС, тде скорость передачи данных сравнительно
низкая, это время исчисляется иеоолькими секундами,
реализация служб для режима on-line затруднена, зато широк»
используется режим off-line (дейтаграммный режим доставки
пакетов).

8.	Перечень услуг пользователям. В ЛКС этот перечень существенно
шире, чем в ГКС, где в основном предоставляются почтовые
услуги и передача файлов.

Заметим, что указанные особенности ЛКС и их отличия от глобальных
сетей характерны для сетей конца 80-х и начала 90-х годов XX века. В
последние годы наметилась устойчивая тенденция сближения ЛКС и

ГКС, приведшая

значительному взаимопроникновению их

технологий. Одним из проявлений этой тенденции является появление
корпоратив-ных и городских сетей, занимающих промежуточное
положение между локальными и глобальными сетями. В таких сетях
даже при больших расстояниях между узлами прокладываются
качественные линии связи, обеспечивающие высокие скорости
передачи данных Используются оптоволоконные линии связи,
упрощаются процедуры обеспечения корректности передачи
информации, как это имеет место в сети Frame Relay. Режим
работы on-line стал обычным и в ГКС, например, в гипертекстовой
информационной службе WWW (World Wide Vteb), интерактивные
возможности которой перенесены в ЛКС.

Процесс переноса служб и технологий из глобальных сетей в локальные
и корпоративные сети приобрел практически массовый характер. В
связи с этим появился даже специальный термин - Intranet-
технологии (Intra - внутренний), обозначаюцщй применение служб
внешних (глобальных) сетей во внутренних (локальных,
корпоративных). В ЛКС стали обращать такое же большое внимание на
обеспечение безопасности ин-формации, как и в глобальных, т. е.
используются те же методы защиты информации от
несанкционированного доступа. Появляются новые технологии,
предназначенные для использования в ГКС и ЛКС. Это прежде всего
технология ATM, объединяются все существуюцще виды трафика в
одной транспортной сети.

Протоколы и технологии локальных сетей

В локальных сетях основная роль в организации взаимодействия узлов
принадлежит протоколу канального уровня, юторый ориентирован на
вполне определенную топологию ЛКС. Так, самый популярный
протокол этого уровня - Ethernet - рассчитан на топологию "общая
шина", когда все узлы сети параллельно подключаются к общей для них
шине, а протокол Token Ring - на топологию "звезда". При этом
применяются простые структуры кабельных соединений между PC

режиме разделения времени. Такие простые решения, характерные для
разработчиков первых ЛКС во второй половине 70-х годов XX века,

наряду с положительными имели и отрицательные последствия,

главные из которых
надежности.

ограничения по производительности и

Поскольку в ЛКС с простейшей топологией (общая шина, кольцо,
звезда) имеется толью один путь передачи информации - моноканал,
производительность сети ограничивается пропускной способностью

этого пути, а надежность сети - надежностью пути. Поэтому по мере

развития и расширения сфер применения локальных сетей с помощью

специ-альных юммуникационных устройств (мостов, юммутаторов,

маршрутизаторов) эти ограничения постепенно снимались. Базовые

конфигурации ЛКС (шина, юльцо) превратились в элементарные
звенья, из юторых формируются более сложные структуры локальных
сетей, имеющие параллельные и резервные пути между узлами.

Однаю внутри базовых структур локальных сетей продолжают работать
все те же протоюлы Ethernet и Token Ring. Объединение этих
структур (сегментов) в общую, более сложную локальную сеть
осуществляется с помощью дополнительного оборудования, а
взаимодействие PC такой сети - с помощью других протоколов.

В развитии локальных сетей, кроме отмеченные наметились и другие
тенденции:

•	отказ от разделяемых сред передачи данных и переход к
использованию активных юммутаторов, к юторым PC сети
присоединяются индивидуальными линиями связи;

•	появление нового режима работы в ЛКС при использовании
юммутаторов - полнодуплексного (хотя в базовых структурах
локальных сетей PC работают в полудуплексном режиме, т. к.
сетевой адаптер станции в каждый момент времени либо
передает свои данные, либо принимает другие, но не делает это
одновременно). Сегодня каждая технология ЛКС приспособлена
для работы как в полудуплексном, так и в полнодуплексном
режимах Стандартизация протоюлов ЛКС осуществлена
юмитетом 802, организованном в 1980 в институте TREE.
Стандарты семейства IEEE 802.Х охватывают толью два нижних
уровня модели ВОС - физический и канальный. Именно эти
уровни отражают специфику локальных сетей, старшие уровни,
начиная с сетевого, имеют общие черты для сетей любого класса.

В локальных сетях канальный уровень разделен на два подуровня:

•	логичесюй передачи данных (LLC
Control);

Logical Link
управления доступом к среде (MAC - Media Access
Control).

Протоколы подуровней МАС и LLC взаимно независимы, т.е. каждый
протокол подуровня МАС может работать с любым протоколом
подуровня LLC, и наоборот.

Подуровень МАС обеспечивает совместное использование общей
передающей среды, а подуровень LLC организует передачу кадров с
различным уровнем качества транспортных услуг. В современных ЛКС
используются несколько протоколов подуровня МАС, реализующих
различные алгоритмы доступа к разделяемой среде и определяющих
специфику технологий Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit
Ethernet, Token Ring, FDDI, lOOVG-AnyLAN.

Протокол LLC. Для ЛКС этот протокол обеспечивает необходимое
качество транспортной службы. Он занимает положение между
сетевыми протоколами и протоколами подуровня МАС. По протоколу
LLC кадры передаются либо дейтаграммным способом, либо с

помощью процедур

установлением соединения между

взаимодействующими станциями сети и восстановлением кадров путем
их повторной передачи при наличии в иих искажений.

Технология Ethernet (стандарт 802.3). Это самый распространенный
стандарт локальных сетей. По этому протоколу в настоящее время
работают большинство ЛКС. Имеется несколью вариантов и
модификаций технологии Ethernet, составляющих целое семейство
технологий. Из них наиболее известными являются 10-мегабитный
вариант стандарта IEEE 802.3, а также новые высоюсюростные
технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Все эти
варианты и модификации отличаются типом физической среды
передачи данных.

Все виды стандартов Ethernet используют один и тот же метод
доступа к передающей среде - метод случайного доступа CSMA/CD. Ои
применяется исключительно в сетях с общей логической шиной, которая
работает в режиме коллективного доступа и служит для передачи
данных между любыми двумя узлами сети. Таюй метод доступа носит
вероятностный характер: вероятность получения среды передачи в свое
распоряжение зависит от загруженности сети. Прн значительной
загрузке сети интенсивность коллизий возрастает и ее полезная
пропускная способ-ность резко падает.

Полезная пропускная способность сети - это скорость передачи
пользовательских данных, переносимых полем данных кадров. Она
всегда меньше номинальной битовой скорости протокола Ethernet за
счет служебной информации кадра, межкадровых интервалов и
ожидания доступа к среде. Коэффициент использования сети в случае
отсутствия коллизий и ожидания доступа имеет максимальное значение
0,96.

Технологией Ethernet поддерживаются 4 разных типа кадров,
имеющих общий формат адресов. Распознавание типа кадров
осуществляется автоматически.

Для всех стандартов Ethernet имеют место следующие
характеристики и ограничения:

•	номинальная пропускная способность -10 Мбнт/с;

•	максимальное число PC в сети -1024;

•	максимальное расстояние между узлами в сети - 2500 м;

•	максимальное число коаксиальных сегментов сети - 5;

•	максимальная длина сегмента - от 100 м (для 10Base-T) до 2000 м
(для lOBase-F);

•	максимальное число повторителей между любыми станциями
сети - 4.

Технология Tbken Ring (стандарт 802.5). Здесь используется разделяемая
среда передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля,
соединяющих все PC сети в кольцо. К юльцу (общему разделяемому
ресурсу) применяется детерминированный доступ, основанный на
передаче станциям права на использование юльца в определенном
порядке. Это право предается с помощью маркера. Маркерный метод
доступа гарантирует каждой PC получение доступа к кольцу в течение
времени оборота маркера. Используется приоритетная система
владения маркером - от 0 (низший приоритет) до 7 (высший).
Приоритет для текущего кадра определяется самой станцией, которая
может захватить кольцо, если в нем нет более приоритетных кадров.
В сетях Token Ring в качестве физичесюй среды передачи данных
применяется экранированная и иеэкранированиая витая пара и
волоконно-оптический кабель. Сети работают с двумя битовыми
скоростями - 4 и 16 Мбит/с, причем в одном юльце все PC должны
работать с одной скоростью. Максимальная длина кольца - 4 км, а
максимальное количество PC в кольце - 260. Ограничения на
максимальную длину юльца связаны со временем оборота маркера по
юльцу Если в юльце 260 станций и время удержания маркера каждой
станцией равно 10 мс, то маркер после совершения полного оборота
вернется в активный монитор через 2,6 с. При передаче длинного
сообщения, разбиваемого, например, на 50 кадров, это сообщение будет
принято получателем в лучшем случае (ютда активной является толы®
PC-отправитель) через 260 с, что для пользователей не всегда
приемлемо.

Максимальный размер кадра в стандарте 802.5 не определен. Обычно
он принимается равным 4 Кбайтам для сетей 4 Мбит/с и 16 Кбайтам
для сетей 16 Мбит/с.

В сетях 16 Мбит/с используется также и более эффективный алгоритм
доступа к кольцу Это алгоритм раннего освобождения маркера (ETR):
станция передает маркер доступа следующей станции сразу же после
оюнчання передачи последнего бита своего кадра, не дожидаясь
возвращения по юльцу этого кадра и занятого маркера. В этом случае по
юльцу будут передаваться одновременно кадры несюльких станций, что
существенно повышает эффективность использования пропускной
способности кольца. Конечно, и в этом случае в каждый данный
момент ге-нернровать кадр в юльцо может толы® та PC, которая в этот
момент владеет маркером доступа, а остальные станции будут лишь
ретранслировать чужие кадры.

Технология Token Ring (технология этих сетей была разработана рптр
в 1984 г. фирмой IBM) существенно сложнее технологии Ethernet. В
ней заложены возможности отказоустойчивости: за счет обратной связи
юльца одна из станций (активный монитор) непрерывно юнтролирует
наличие маркера, время оборота маркера и кадров данных,
обнаруженные ошибки в сети устраняются автоматически, например,
потерянный маркер может быть восстановлен. В случае выхода из строя
активного монитора выбирается новый активный монитор и процедура
инициализации кольца повторяется.



Стандарт Token Ring изначально предусматривал построение связей
в сети с помощью концентраторов, называемых MAU, т.е. устройствами
многостанционного доступа. Концентратор может быть пассивным
(соединяет порты внутренними связями так, чтобы PC, подключенные к
этим портам, образовали кольцо, а также обеспечивает обход какого-
либо порта, если подключенный к этому порту компьютер выключается)
или активным (выполняет функции регенерации сигналов и поэтому
иногда называется повторителем).

Для сетей Token Ring характерна звездно-кольцевая топология: PC
подключаются к концентраторам по топологии звезды, а сами
концентраторы через специальные порты Ring In (RI) и Ring
Out (RO) объединяются для образования магистрального физического
кольца. Сеть Token Ring может строиться на основе нескольких
колец, разделенных мостами, маршрутизирующие кадры адресату
(каждый кадр снабжается полем с маршрутом прохождения колец).

Недавно технология Token Ring стараниями компании IBM
получила новое развитие: предложен новый вариант этой технологии
(HSTR), поддерживающий битовые скорости в 100 и 155 Мбит/с. При
этом сохранены основные особенности технологии Token Ring 16
Мбит/с.

Технология FDDI. Это первая технология ЛКС, в которой для передачи
данных используется волоконно-оптический кабель. Она появилась в
1988 г. и ее официальное название - оптоволоконный интерфейс
распределенных данных (Fiber Distributed Data
Interface, FDDI). В настоящее время в качестве физической среды,
кроме волоконно-оптического кабеля, применяется иеэкранированиая
витая пара.

Технология FDDI предназначена для использования иа магистральных
соединениях между сетями, для подключения к сети
высокопроизводительных серверов, в корпоративных и городских сетях
Поэтому в ией обеспечена высокая скорость передачи данных (100
Мбит/с), отказоустойчивость на уровне протокола и большие расстояния
между узлами сети. Все это сказалось на стоимости подключения к сети:
для подключения клиентских компьютеров эта технология оказалась
слишком дорогой.

Существует значительная преемственность между технологиями Token
Ring и FDDI. Основные идеи технологии Token Ring восприняты
и получили соверпЕнствование и развитие в технологии FDDI, в
частности, кольцевая топология и маркерный метод доступа.

В сети FDDI для передачи данных используются два оптоволоконных
кольца, образующих основной и резервный пути передачи между PC.
Станции сети подключаются к обоим кольцам. В нормальном режиме
задействовано только основное кольцо. В случае отказа канэй-либо
части основного кольца оно объединяется с резервным юльцом, вновь
образуя единое кольцо (это режим "свертывания" колец) с помощью
концентраторов и сетевых адаптеров. Наличие процедуры
"свертывания" при отказах - основной способ повышения
отказоустойчивости сети. Существуют и другие процедуры для
определения отказов в сети и восстановления ее работоспособности.

Основное отличие маркерного метода доступа к передаюи^й среде,
используемого в сети FDDI, от этого метода в сети Token Ring
заключается в том, что в сети FDDI время удержания маркера является
постоянной величиной только для синхронного трафика, который
критичен к задержкам передачи кадров. Для асинхронного трафика, не
критичного к небольшим задержкам передачи кадров, это время
зависит от загрузки кольца: при небольшой загрузке оно увеличивается,
а при большой - может уменьшаться до нуля. Таким образом, для
асинхронного трафика метод доступа является адаптивным, хорошо
регулирующим временные перегрузки сети. Механизм приоритетов
кадров отсутствует. Считается, что достаточно разделить трафик иа два
класса - синхронный, который обслуживается всегда (даже при
перегрузках кольца), и асинхронный, обслуживаемый при малой
загрузке кольца. Станции FDDI применяют алгоритм раннего
освобождения маркера, как это сделано в сети Token Ring со
скоростью 16 Мбит/с.

В сети FDDI выделенный активный монитор отсутствует, все станции
и концентраторы равноправны, при обнаружении отклонений от
нормы они осуществляют повторную инициализацию сети и, если это
не-обходимо, ее реконфигурацию.



Результаты сравнения технологии FDDI с технологиями Ethernet и
Token Ring приведены в табл.5.1.

Технологии Fast Ethernet и lOOVG-AnyLAN. Обе эти технологии не
являются самостоятельными стандартами и рассматриваются как
развитие и дополнение технологии Ethernet, реализованное
соответственно в 1995 и 1998 годах Новые технологии Fast
Ethernet (стандарт 802.3н) и lOOVG-AnyLAN (стандарт 802.3z)
имеют производительность 100 Мбит/с и отличаются степенью
преемственности с классическим Ethernet.

В стандарте 802.3н сохранен метод случайного доступа CSMA/CD и тем
самым обеспечена преемственность и согласованность сетей 10 Мбит/с
и 100 Мбит/с.

В технологии 100VG-AnyLAH используется совершенно новый метод
доступа - Demand Priority (DP), приоритетный доступ по
требованию. Эта технология существенно отличается от технологии
Ethernet. Она поддерживает различные типы трафика в довольно
узкой области и не нашла широкого распространения.

Отметим особенности технологии Fast Ethernet и ее отличия от
технологии Ethernet:

структура физического уровня технологии Fast Ethernet -
более сложная, что объясняется использованием трех вариантов
кабельных систем: волоюнно-оптический кабель, витая пара
категории 5 (используются две пары), витая пара категории 3
(используются четыре пары). Отказ от коаксиального кабеля
привел к тому что сети этой технологии всегда имеют
иерархическую древовидную структуру;

диаметр сети сокращен до 200 м, время передачи кадра
минимальной длины уменьшено в 10 раз за счет увеличения
скорости передачи в 10 раз;

•	технология Fast Ethernet может использоваться при
создании магистралей локальных сетей большой протяженности
совместно с коммутаторами (полудуплексный вариант работы для
этой технологии является основным);

Таблица 17.1. Сравнение сетей различных топологий

для всех трех спецификаций физического уровня, отличающижя
типом применяемого кабеля, форматы кадров отличаются от

форматов кадров технологий 10-мегабитного Ethernet;

признаком свободного состояния передающей среды является ие

отсутствие сигналов, а передача по ней специального символа в


кодированном виде;

применяется метод иодирования 4В/5В, хорошо себя
зарекомендовавший в технологии FDDI. В соответствии с этим
методом каждые 4 бита передаваемых данных представляются 5
битами, т.е. из 32 комбинации 5-битных символов для
иодирования исходных 4-битных символов используются только
16 комбинаций, а из ос-тавшихся 16 комбинаций выбираются
несколько кодов, которые используются как служебные. Один из
служебных кодов постоянно передается в течение пауз между
передачей кадров. Если он в линии связи отсутствует, то это
свидетельствует об отказе физической связи;

кодирование и синхронизация сигналов осуществляются с
помощью биполярного кода NRZ;

технология Fast Ethernet рассчитана на применение
концентраторов-повторителей для образования связей в сети (то
же самое имеет место для всех некоаксиальных вариантов
Ethernet).

Технология Gigabit Ethernet Появление этой технологии представляет
собой новую ступень в иерархии сетей семейства Ethernet,
обеспечивающую скорость передачи в 1000 Мбит/с. Стандарт по этой
технологии принят в 1998г., в ием максимально сохранены идеи
классической технологии Ethernet.

По поводу технологии Gigabit Ethernet следует отметить
следующее:

на уровне протокола ие поддерживаются (так же, как и у его

предшественников): качество обслуживания, избыточные связи,

тестирование работоспособности узлов и оборудования. Что

касается качества обслуживания, то считается, что высокая

скорость передачи данных по магистрали и возможность

назначения пакетам

приоритетов

в коммутаторах вполне

достаточны для обеспечения качества транспортного

обслуживания пользователей сети. Поддержка избыточных связей

и тестирование оборудования осуществляются протоколами более

высоких уровней;

сохраняются все форматы кадров Ethernet;
имеется возможность работы в полудуплексном и
полнодуплексном режимах. Первый из них поддерживает метод
доступа CSMA/CD, а второй - работу с коммутаторами;

поддерживаются все основные виды кабелей,
предшествующих технологиях этого семейства:
оптический, коаксиальный, витая пара;

как и в
волоюнно-

минимальный размер кадра увеличен с 64 до 512 байт,
максимальный диаметр сети тот же - 200 м. Можно передавать
несколько кадров подряд, не освобождая среду

Технология Gigabit Ethernet позволяет строить крупные
легальные сети, в которых серверы и магистрали нижних уровней сети
работают на старости 100 Мбит/с, а магистраль 1000 Мбнт/с объединяет
их, обеспечивая запас пропускной способности.

Технология Wt-Fi. Технология Wi-Fi (произносится "вай-фай", сокр. от
англ. Wireless Fidelity - беспроводная надежность) - это
стандарт на оборудование Wireless LAN, которое устанавливается
там, тде развертывание табельной системы невозможно или
экономически нецелесообразно. Мобильные устройства этого
оборудования (смартфоны и ноутбуки), оснащенные клиентскими Wi-
Fi приемо-передающими устройствами, могут подключаться к
локальной сети и получать доступ в Internet через так называемые точки
доступа (хост-порты).

Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и
не менее одного клиента, но возможно подключение двух клиентов в
режиме '‘точка-точка", и тогда точка доступа не используется, а клиенты
со-единяются посредством сетевых адаптеров напрямую. Наименьшая
старость передачи данных для Wi-Fi -1 Мбит/с. Стандарт Wi-Fi дает
клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения с
другими клиентами. Последние версии операционных систем этого
стандарта содержат функцию, которая показывает пользователю все
доступные сети и позволяет переключаться между ними.

Технология Wi-Fi применяется в основном для управления
движущимися объектами, а также в тех случаях, когда невозможно
прокладывать проводные сети Ethernet.
Преимущества Wi - F i:



возможность развертывания сети без прокладки кабеля, что
уменьшает стоимость ее создания и расширения;

Wi-Fi-устройства достаточно широко представлены на рынке, а
устройства разных производителей могут взаимодействовать иа
базовом уровне сервисов;

для клиентских станций возможно перемещение в пространстве;

Wi-Fi - это набор глобальных стандартов, поэтому Wi-Fi-
оборудование может работать в разных странах по всему миру

В качестве недосгатгюв Wi-Fi можно отметить следующие:

наличие ограничений в частотном диапазоне в различных
странах;

довольно высокое по сравнению с другими стандартами
потребление энергии;

ограниченный радиус действия (до 100 м);

возможность наложения сигналов от различных точек доступа,
что затрудняет связь клиентов друг с другом;

недостаточно высокая информационная безопасность. Отметим,
что Microsoft Windows полностью поддерживает Wi-Fi
посредством драйверов.

До снх пор рассматривались протоколы, работающие на первых трех
уровнях семиуровневой эталонной модели ВОС и реализующие
соответствующие методы логической передачи данных и доступа к
передающей среде. В соответствии с этими протокэлами передаются
пакеты между рабочими станциями, ио не реишются вопросы,
связанные с сетевыми фай-ловыми системами и переадресацией
файлов. Эти протоколы не включают никаких средств обеспечения
правильной последовательности приема переданных данных и средств
идентификации прикладных программ, нуждающиеся в обмене
данными.

В отличне от протокэлов нижнего уровня, протоколы верхнего уровня
(называемые также протокэлами среднего уровня, так как они
реализуются на 4-м и 5-м уровнях модели ВОС) служат для обмена
данными. Они предоставляют программам интерфейс для передачи
данных методом дейтаграмм, югда пакеты адресуются и передаются
без подтвержде-ния получения, и методом сеансов связи, когда
устанавливается логическая связь между взаимодействующими
станциями (источником и адресатом) и доставка сообщений
подтверждается.

Здесь лишь коротко отметим протокол IPX/SPX, получивший
некоторое применение в локальных сетях, особенно в связи с
усложнением их топологии (вопросы маршрутизации перестали быть
тривиальными) и расширением предоставляемых услуг. IPX/ SPX -
сетевой протокол NetWare, причем IPX (Internetwork Packet Exchange)
- протекал межсетевого обмена пакетами, a SPX (Sequenced Packet
Exchange) - протокол последовательного обмена пакетами.

Протокол IPX/SPX. Этот протокол является набором протоколов IPX и
SPX. Фирма Nowell в сетевой операционной системе NetWare
применяет протокол IPX для обмена дейтаграммами и протокол SPX
для обмена в сеансах связи.

Протокол IPX/SPX относится к программно-реализованным

протоколам. Он ие работает с аппаратными прерываниями, используя
функции драйверов операционных систем. Пара протоколов IPX/SPX

имеет фиксированную длину заголовка, что приводит к полной

совместимости разных реализаций этих протоколов.

Протокол IPX применяется маршрутизаторами в сетевой операционной
системе (СОС) NetWare. Он соответствует сетевому уровню модели
ВОС и выполняет функции адресации, маршрутизации и
переадресации в процессе передачи пакетов данных Несмотря иа
отсутствие гарантий доставки сообщений (адресат не передает
отправителю подтверждения о получении сообщения), в 95% случаев
ие требуется повторной передачи. На уровне IPX выполняются
служебные запросы к файловым серверам, и каждый таюй запрос
требует ответа со стороны сервера. Этим и определяется надежность
работы методом дейтаграмм, так как маршрутизаторы воспринимают
реакцию сервера на запрос как ответ на правильно переданный пакет.

Протокол SPX работает на транспортном уровне модели ВОС, но имеет
и функции, свойственные протоколам сеансового уровня. Он
осуществляет управление процессами установки логичесюй связи,
обмена и окончания связи между любыми двумя узлами (рабочими
станциями) ЛКС. После установления логичесюй связи пакеты могут
циркулировать в обоих направлениях с гарантией того, что они
передаются без ошибок. Протокол SPX гарантирует очередность приема
пакетов согласно очередности отправления.

Сетевые устройства ЛКС

Укажем назначение и наиболее важные особенности сетевых устройств,
используемых в локальных сетях

Сетевой адаптер (СА) - электронная плата для сопряжения компьютера
со средой передачи информации в сети.

Сетевые адаптеры, концентраторы и кабельная система - это минимум
оборудования для создания ЛКС с общей разделяемой средой, но с
небольшим количеством PC, иначе общая среда становится узким
местом по пропускной способности. Поэтому сетевые адаптеры и
концентраторы используются для построения базовых фрагментов
сетей, юторые объединяются в более крупные структуры с помощью
мостов, коммутаторов и маршрутизаторов.

Выпускаемые в настоящее время адаптеры можно отнести к адаптерам
четвертого поколения. Они выполняют ряд высокоуровневых функций,
таких как приоритизация кадров, адаптация к временным параметрам
шины и оперативной памяти компьютера с целью повышения
производительности обмена "сеть-компьютер".

Повторители - относятся к физическому уровню эталонной модели
ВОС. Они позволяют увеличивать протяженность сети, гарантируя при
этом, что сигналы (последовательность электрических или световых
им-пульсов, несущих информацию и переменяющихся в среде передачи
данных) будут распознаны принимающим устройством. Повторители
принимают ослабленный (вследствие затухания) сигнал, очипрют его
от помех, усиливают и отправляют дальше в сеть, тем самым
увеличивая расстояния, на юторых сеть может функционировать.
Выполняя те же функции, повторители дают возможность увеличить
число узлов в сети, постольку каждый узел является причиной
небольшого ослабления сигнала.

Концентратор (хаб, многопортовый повторитель) - это сетевое
устройство, которое выполняет основную функцию - повторение кадра
либо на всех портах (как определено в стандарте Ethernet), либо
толью иа некоторых портах согласно алгоритму определенному
соответствующим стандартом.

Важными особенностями юнцентраторов является то, что они:

•	усиливают сигналы в сети;

•	распространяют сигналы в сети;

•	используются как точки юнцентрации в сети;

•	не занимаются маршрутизацией и юммутацией;

•	не выполняют фильтрацию.

Фильтрацией называется процесс, в ходе юторого в сетевом трагике
юитролируются определенные характеристики, например, адрес
источника, адрес получателя или протоюл, и на основании
установленных критериев принимается репвние - пропускать трагик
дальше или игнорировать его.

Мосты. Это устройство, служащее для объединения в единую сеть
нескольких сетей различных типов, а также для снижения нагрузки в
сети. Однаю чапу мосты используются для соединения сегментов сети.
Мосты работают на канальном уровне модели OSI и ие занимаются
исследованием информации от верхних уровней. Назначение мостов
состоит в том, чтобы устранить ненужный трагик и уменьшить
вероятность возникновения коллизий. Это достигается путем
разделения сети на сегменты и за счет фильтрации трафика по пункту
назначения или МАС-адресу

Мосты Змльтруют трагик толью по МАС-адресу поэтому они могут
быстро пропускать трагик, представляющий любой протоюл сетевого
уровня. Мосты отвечают толью за то, чтобы пропускать или ие
пропускать пакеты дальше, основываясь при этом на содержащихся в
них МАС-адресах.
Наиболее важные особенности мостов:



более высокая интеллектуальность, чем у концентратора, - они
могут анализировать приходящие пакеты и пропускать (или ие
пропускать) ихдалыгЕ на основании адресной информации;

возможность принимать и пропускать пакеты данных между
двумя сетевыми сегментами;

возможность управления широковещательными пакетами в сети;

наличие и ведение внутренних таблиц адресов.

Коммутатор - это сложное многопортовое вычислительное устройство,
имеющее несколько процессорных модулей и реализующее технологию

коммутации сегментов сети. В коммутаторе

осуществляется

параллельная обработка нескольких кадров, что обеспечивает
существенное повыпюние производительности сети.

Главное достоинство коммутатора

его высокая



производительность. Разработчики коммутаторов стараются выпускать
неблокирующие модели коммутаторов. Неблокирующий коммутатор -
это тагой коммутатор, который может передавать кадры через свои
порты с той же скоростью, с которой они на них поступают.

Пропускная способность коммутатора

это количество

пользовательских данных (в мегабитах в секунду), переданных в
единицу времени через его порты. Максимальное значение пропускной
способности коммутатора достигается при передаче кадров
максимальной длины, для юторых доля служебной информации
гораздо меньше, чем для кадров минимальной длины.

Задержка передачи кадров - время с момента прихода первого байта
кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого байта в
его выходном порту Прн полной буферизации кадров (для кадров
минимальной длины) эта задержка колеблется от 50 до 200 мкс.

Маршрута затор

устройство межсетевого взаимодействия,

используемое для объединения отдельных сетей и доступа к Internet
Маршрутизаторы обеспечивают сквозную маршрутизацию трагика
между различными сетями на основании информации сетевого
протокола и способны принимать решение о выборе оптимального
маршрута движения данных в сети. С помощью маршрутизаторов
решается также проблема чрезмерного широковещательного трафика,

так как они не переадресовывают дальше широковещательные кадры,
если нм это не предписано. Маршрутизаторы н мосты отличаются тем,

•	мостовые соединения осуществляются на канальном уровне, а
маршрутизация - на сетевом уровне модели ВОС;

•	мосты используют физические или МАС-адреса для принятия
решения о передаче данных, а маршрутизаторы - различные схемы
адресации, существующие на сетевом уровне. Адреса сетевого
уровня называются логическими, или IP-адресами. Они
реализованы в программном обеспечении и соотносятся с сетью,
в кото-рой наждится маршрутизатор, поэтому их называют еще
сетевыми адресами или протокольными. МАС-адреса
устанавливаются производителем сетевого адаптера н
зашиваются в адаптере на аппаратном уровне. IP-адреса обычно
назначаются сетевым администраторам.

Для успешной маршрутизации необходимо, чтобы каждая сеть имела
уникальный номер, юторый включается в IP-адрес каждого устройства,
подключенного к сети.

Таким образом, суммируя сведения о сетевых устройствах, можно
отметить следующие:

•	сетевые устройства - это аппаратные средства, используемые для
объединения сетей;

•	повторители принимают ослабленный сигнал, очишрют его от
помех, усиливают н отправляют дальше в сеть;

•	термин "юнцентратор" применяется вместо термина
'Повторитель", коща речь идет об устройстве, которое служит
центром сети;

•	область сети, в пределах которой пакет данных порождается н
вступает в конфликт, называется доменом коллизий;

•	мосты устраняют лишний трафик и уменьшают вероятность
возникновения конфликтов, что достигается за счет разделения
сети на сегменты и фильтрации трафика по адресу станции или


МАС-адресу;

маршрутизаторы способны принимать интеллектуальные решения
о выборе оптимального маршрута доставки данных в сети.

Структурированная кабельная система и логическая
структуризация ЛКС

Структурированная кабельная система (СКС) составляет фундамент
любой компьютерной сети н представляет собой набор
коммуникационных элементов (кабелей, разъемов, кроссовых панелей и
шкафов, коннекторов), которые удовлетворяют стандартам локальных
сетей н позволяют создавать регулярные, легко расширяемые структуры
сетей путем добавления сегментов, коммутаторов или изъятия
ненужного оборудования.

Структурированная кабельная система, отвечаются высоким
требованиям к качеству кабельной системы, строится избыточной, что

облегчает реконфигурацию и расширение сетей

(стоимость

последующего расширения СКС превосходит стоимость установки
избыточных элементов).

СКС состоит из трех иерархически построенных подсистем:
горизонтальной (в пределах этажа), соединяющей кроссовый шкаф
этажа с розетками пользователей; вертикальной, соединяющей
кроссовые шкафы каждого этажа с центральной аппаратной здания;
подсистемы кампуса, соединяющей несколько зданий с главной
аппаратной всего кампуса. ГЬризонтальная подсистема отличается
многообразием ответвлений и перекрестных связей, наиболее
подходящий тип кабеля для нее - неэкранированная витая пара.
Вертикальная подсистема (иначе называемая магистральной) должна
передавать данные на большие расстояния и с большей сюростъю. Для
нее выбор кабеля ограничивается двумя вариантами: волоконно-
оптический кабель (это предпочтительный вариант) и толстый
коаксиальный кабель - широкополосный кабель, используемый в
кабельном телевидении. Для подсистемы кампуса предпочтительным
кабелем является оптоволокно.

Структурированная кабельная система по сравнению с хаотически
проложенными кабелями обладает рядом преимуществ: более высокой

надежностью (производитель СКС гарантирует качество не толью ее

отдельных элементов, но и их совместимость), универсальностью (СКС
может стать единой передающей средой в ЛКС для передачи

компьютерных данных, организации локальной телефонной сети,
передачи видеоинформации), большим сроком службы (до 10-15 лет),
меньшими затратами при расширении сети с целью добавления новых
PC (что объясняется избыточностью СКС), обеспечением более
эффективного обслуживания (в СКС отказ одного сегмента не приводит
к отказу всей сети, так как сег-менты объединяются концентраторами,

юторые диагностируют и локализуют неисправный участок).

В настоящее время эксплуатируется громадное юличество
сравнительно небольших локальных сетей (на 10-30 PC), в том числе и
тех, в юторых передаются большие объемы мультимедийной

информации и применяются высокоскоростные технологии (скорость
обмена до 1000 Мбит/с). Для них характерно использование одной
разделяемой среды, что позволяет реализовать стандартные технологии
и приводит к экономичным и эффективным решениям.

Эффективность одной разделяемой среды для небольших ЛКС
очевидна:

возможность использования стандартного набора протоколов, а

следовательно, сравнительно
оборудования - сетевых
концентраторов;

возможность наращивания (в
узлов сети;

довольно простое управление

дешевого коммуникационного
адаптеров, повторителей,

определенных пределах) числа

сетью, чему способствует сама

логика разделения среды, не допускающая потерь кадров из-за
переполнения буферов коммуникационных устройств.

Однаю по мере развития локальных сетей, появления новых
технологий и протоколов все в больней степени стали проявляться
недостатки ЛКС на одной разделяемой среде. Главные из иих
следующие:
узлов) на основе одной разделяемой среды. Причина не толы© в
том, что все технологии ограничивают количество узлов в
разделяемой среде (Token Ring - 260 узлами, FDDI - 500
узлами, все виды семейства Ethernet - 1024 узлами), ио и в
плоюй работе сети иа одной разделяемой среде, если количество
PC приближается к разрешенному пределу;

•	резкое возрастание величины задержки доступа к передающей
среде при достижении юэф^мциента использования сети
неюторого порогового значения (юэф^мциент использования
сети, иначе называемый юэф^мциентом нагрузки сети, - это
отношение трафика, юторый должна передать сеть, к ее
максимальной пропускной способности). Для всего семейства
технологий Ethernet пороговое значение этого юэф^мциента
равно 40-50 %, для технологии Token Ring - 60 %, и для
технологии FDDI - 70 %;

•	имеются жесткие ограничения максимальной длины сети: они
лежат в пределах нескольких километров, и толью для технологии
FDDI это неаюлью десягюв километров.

Все эти недостатки и ограничения, возникающие из-за использования
общей разделяемой среды, преодолеваются путем разделения сети иа
иесколью разделяемых сред, или отдельных сегментов, юторые
соединяются мостами, юммутаторами илн маршрутизаторами.
Следовательно, единая разделяемая среда, созданная юнцентраторами,
делится на иесколью частей (сегментов), подсоединяемых к портам
моста, юммугатора или маршрутизатора. Такое деление сети,
называемое структуризацией сети, обладает родом преимуществ. К их
числу относятся следующие.

1.	Повышение производительности сети при том же юличестве
узлов, составе и характеристиках сетевого оборудования. Это
объяснятся разгрузюй сегментов: в пределах данного сегмента
циркулируют информационные потоки, создаваемые только
"своими" рабочими станциями.

2.	Увеличение гибюсти сети. Каждая подсеть, т.е. логический
сегмент сети, может быть адаптирована к специфическим
особенностям рабочей группы пользователей, юторую она
обслуживает. Этому способствует и то, что каждая подсеть имеет
свои средства управления, повышающие степень ее
самостоятельности.

Повышение безопасности данных, циркулирующих в сети. Это
обеспечивается путем запрета доступа определенных
пользователей к ресурсам "чужих" сегментов, установления
различных логических фильтров на мостах, коммутаторах и
маршрутизаторах с целью контроля доступа к ресурсам, чего не
позволяют сделать повторители. Прн работе в
широковещательном режиме в сети с общей разделяемой средой
информация распространяется по всей кабельной системе,
поэтому лица, заинтересованные в расстройстве схемы адресации
и приеме не адресованных им передач, имеют для этого большие
возможности. В сети с логический структуризацией запутпунносп»
информации выше, так как работа в широковещательном режиме
возможна только в пределах логического сегмента.

Упроттунир управления сетью. Это можно рассматривать как
побочный эффект уменьпения трафика и повышения
безопасности данных. Подсети образуют логические домены
управления сетью, поэтому проблемы одной подсети не
оказывают влияния на другие подсети.

Повышение надежности работы сети: выход нз строя годной
подсети не отражается на работе других взаимосвязанных
подсетей сети, так как коммуникационное оборудование,
осуществляющее множественное взаимодействие, изолирует
отказавшие подсети.

Увеличивается диапазон действия сети, так



8.

коммуникационное оборудование устраняет ограничение по
допустимой протяженности кабеля.

Возможность использования приоритизации трафика. Эта
возможность обусловлена тем, что коммутаторы буферизируют
кадры перед их отправкой на другой порт. Для каждого входного и
выходного порта коммутатор формирует не одну а несюлью
очередей, отличающихся по приоритету обработки.
Приоритизация трафика коммутаторами - это один из механизмов
обеспечения качества транспортного обслуживания в ЛКС. Она
особенно желательна для приложений, предъявляющих
различные требования к допустимым задержкам кадров и к
пропускной способности сети.

Возможность использования полнодуплексного режима работы
протоюлов локальных сетей. Такая возможность предоставляется
юммугаторами ЛКС. В этом режиме отсутствует этап доступа к
разделяемой среде, а обпря скорость передачи данных
увеличивается в два раза (по сравнению с полудуплексным
режимом).

9. Отсутствие необходимости в замене уже установленного
оборудования - кабельной системы, сетевых адаптеров,
юнцентраторов. К портам коммутаторов можно подключать как
юнечный узел сети, так и юнцентратор, организующий
логический сегмент.

Контрольные вопросы:

1.	Какие характеристики ЛКС в наибольшей степени определяют ее
возможности?

2.	Как классифицируются ЛКС?

3.	В чем состоят основные особенности ЛКС?

4.	Каковы тенденции развития ЛКС?

5.	Характеристика режимов работы протокэла LLC.

6.	Технология Ethernet - сущность, оценка, области применения.

7.	Технология Token Ring - сущность, оценка, области
применения.

8.	Особенности технологий Fast Ethernet, lOVG-AnyLAriH
Gigabit Ethernet.

9.	Характеристика протоюла IPX/ SPX.

10.	Состав и назначение сетевого коммуникационного оборудования
ЛКС.

11.	Всегда ли глобальная вычислительная сеть (ГВС) имеет в своей
основе базовую сеть передачи данных?

12.	Для чего необходимы точки соединения сетей (Interconnect
Points) и точки доступа к сети (Network Access Points)?

13.	Охарактеризуйте высокоскоростную магистраль Abilene.

14.	В связи с чем 1 января 1983 года принято считать официальной
датой рождения Интернет?

15.	Каким образом в странах СНГ создаваемые сети соединяются
между собой для обмена информацией?

16.	Каким образом осуществляются доступ региональных научных
сетей России к международному каналу связи и обмен трафиком
иностранных сетей с основными российскими сетями?

17.	Какие виды сервиса Интернет относятся к традиционным?

18.	Дайте характеристику разным видам провайдеров Интернета.

19.	Чем можно объяснить, что Интернет построен на основе
архитектуры 'клиент-сервер'?

20.	Чем обеспечивается безопасность работы в Интернете?
Глобальные сеги. Сетевые услуги (сервисы)

Рассмотрены глобальные сети, отдельным пунктом выделены сети в
России.

Виды глобальных сетей

В конце шестидесятых годов:

•	корпорация Rand (сокращение от Research and
Development - научно-исследовательские разработки);

•	Массачусетский технологический институт;

•	Калифорнийский университет Лос-Анжелеса, - начали
эксперименты по созданию децентрализованной вычисли-
тельной сети с передачей пакетов.

В 1968 г. ARPA (Агентство по работе с исследовательскими проектами в
области перспективных исследований военного ведомства США)
открыло финансирование этого проекта.

К осени 1969г. была создана глобальная вычислительная сеть АРПА-
НЕТ, состоявшая из 4 ЭВМ:

•	SDS SIGMA в Калифорнийском университете Лос-Анжелеса;

•	SDS 9 4 0 в Стенфордскзм исследовательском институте;

•	IВМ 3 6 0 в Калифорнийском университете Санта-Барбары;

•	DEC PDP-ЮвуниверситетешгатаЮга.

В дальнейшем сеть быстро развивалась: в 1971г. она насчитывала 15
узлов; в 1972 г. - 37; в 1973 г. к сети подключены зарубежные узлы
(Университетский колледж в Лондоне и Королевская лаборатория
радиолокации в Норвегии), и глобальная вычислительная сеть стала

международной. В 1987 г. количество узлов в сети составляло 10000; в
1989 г. - 100000.

Сначала сеть работала по протоколу NCP (Network Control Protocol).

В 1974 г. Винт Серф и Боб Кан (сотрудники National Science Foundation)


опубликовали первые спецификации протоколов TCP/IP. В 1983 п
AR PANE т отказалась ОТ NCPB пользу TCP/IP.

Internet - это "сеть сетей", не глобальная вычислительная сеть, а

структура, объединяюпря десятки тысяч глобальных вычислительных

сетей.

Глобальная вычислительная сеть (ГВС) имеет в своей основе базовую
сеть передачи данных (рис.18.1).

•	символы "УС” обозначают узлы связи;

•	символы ’ЭВМ" - локальные ЭВМ, подключенные к глобальной
вычислительной сети;

•	цифры обозначают номер канала связи базовой сети передачи
данных (СПД).

Рис. 18.1. Типовая структура ГВС

При создании глобальной вычислительной сети в узлах СПД
устанавливаются мощные ЭВМ, называемые хост-компьютерами.
Возможны различные конфигурации ГВС. Звездообразная (рис.18.2):
Рис. 18.2. Звездообразная конфигурация ГВС

Звездообразная юн^мгурацня обладает наименьпЕЙ надежностью нз-за
наличия единственного сетеобразующего узла.

Узловая (рис.18.3).

Рис. 18.3. Узловая юн^мгурацня ГВС

Узловая глобальная вычислительная сеть - более надежная. Но наличие
единственного центрального узла не позволяло решать задачи,
поставленные перед разработчиками Министерством обороны США.
Несмотря на это, примерно такая сеть реализоваиа в нашей стране
некоторыми министерствами.

НаибольпЕЙ надежностью н устойчивостью обладают сети
распределенной юн^мгурации (рис.18.4), матричные, полносвязные и
Рис. 18.4. Полносвязная юнфигурация ГВС

В сентябре 1971 г географическая карта ARPANET представляла собой
(рис.18.5):

Рис. 18.5. Структура ГВС ARPANET

Затем, по примеру АРПАНЕТ стали появляться другие глобальные сети.

Одна из первых сетей США - NSFNET - выглядела аналогично
(рис.18.6)
Рис. 18.6. Сеть NSFNET

Таких сетей в США. было создано много. Различные глобальные сети
обслуживаются разными операторами связи: CompuServ,
Prodiji, America Onlinet и др. Отдельные узлы сетей
выделены как точки соединения сетей (Interconnect Points) и
точки доступа ксети (Network Access Points).

Для объединения глобальных вычислительных сетей в единую
структуру в течение 80-х годов в США был создан "магистральный
хребет Интернет" (Internet Backbone), который лег в основу
супермагистрали NSFNET.

Сначала эта суперскоростная магистраль имела пропускную
способность 56 Кбит/сек. В 1988 г. ее пропускная способность была
увеличена до 1,544 Мбит/сек. NSFNET перестала существовать в
качестве супермагистрали в 1995 г.

Ее заменила vBNS (very high speed Backbone Network Service -
сверхвысоюскоростная Сетевая служба магистрали) с пропускной
способностью 155 Мбит/сек (владельцы: Национальный научный фонд
и оператор дальней связи MCI Word Com).

24 февраля 1999г. в США параллельно с vBNS введена в эксплуатацию
Интернет-2 - высокоскоростная магистраль Abilene (кольцо через всю
страну из волоконно-оптического кабеля, длиной 21000 км). К
Abilene было подключено 130 университетов. Вначале сеть
использовалась только для научных исследований. Новая сеть
обеспечивала передачу в реальном времени "видео телевизионного
качества (30 кадров в секунду); транспортировку файлов терабайтного
размера; телемедицину (консультации во время операций). Длина IР-
адреса в новой сети увеличена с 32 до 128 бит.

Пропускная способность Abilene - 2,4 Гбит/сек. Предполагалось ее
увеличить до 9,6 Гбит/сек. В перспективе Abilene должна охватить
все университеты США. Обслуживание сети ведет университет штата
Индиана. К сети разрепиют подключаться некоторым канадским,
скандинавским и голландским центрам.

В соответствии

с концепцией национальной информационной

инфраструктуры Альберта ГЪра, магистральная инфраструктура США
(Abilene + vBNS) должна слиться со средствами массовой

информации - произойдет слияние нескольких отраслей
промышленности: компьютерной, телекоммуникационной, софтверной
и промышленности информационного снабжения (т.е. создания и
поставки информации: развлекательной, социальной, учебной, научной,
медицинской, и др.), так как государству нужна связность посредством
информационных сетей, выполняющих роль нервной системы страны.

К супермагистрали подключаются глобальные вычислительные сети

меньшей производительности, юторые имеют свои базовые сети

передачи данных, предоставляющие услуги frame relay. Более подробно
с супермагистралью Abilene можно познакомиться на ее сайте (рис.18.7):

ссылка: httpy/www.internet2.edu/maps/network


Рис. 18.7. Структура супермагистрали Abilene

В каждой ГВС применяется различная номенклатура технических
средств(5иы, IBM PC, АррХеидр.).

Форматы используемой в разных ГВС информации и системы юманд
различны.

Для того чтобы соединить две ГВС, построенные на разных типах ЭВМ
(неоднородные ГВС), необюдимы специальные технические и
программные средства, реализованные в виде "шлюзов" (или
"маршрутизаторов").

В шлюзах осуществляется перекодировка информации из годов,
действующих в одной сети, в коды, действующие в другой (например, из
КОИ-7 в ДКОИ или в ASCII и обратно), и преобразовываются другие
данные (например, адреса абонентов сети) в соответствии с правилами,
принятыми в каждой ГВС.

При большом юличестве разнородных глобальных вычислительных
сетей для связи друг с другом эти ГВС должны иметь болыше
юличесгво шлюзов, что связано с большими материальными
затратами.

Значительно более эффективным является разработка общих для всех
правил обмена информацией и способов ее представления.

1 января 1983 года ARPANET перешла на новый протоюл (TCP/IP).
Этот день принято считать официальной датой рождения Интернета.

При создании Internet разработаны единые правила обмена
информацией - протоколы TCP (UtansirissKm Control Protocol) и IP
(Internet Protocol), применяемые обычно совместно и известные под
именем TCP/IP, в состав которых входила стандартная система
адресации ресурсов (URL - Uniform Resource Locator).

URL и протоколы TCP/IP являются стандартом Internet и
обязательны для использования всеми ГВС для внешнего обмена
информацией в составе Internet.

URL, или доменная система адресации, позволяет адресовать не толью
абонентов (в качестве которых могут выступать серверы, клиентские
юмпьютеры, абонентские пункты, сетевые принтеры, и др.), но и
информационные единицы, вплоть до файлов.

Согласно протоколу TCP, передаваемая информация разбивается иа
маленькие фрагменты - пакеты (дейтограммы). Соединение пакетов в
соответствии с этим протоколом происходит иа принимающей машине
после их поступления (поступать они могут на принимающую машину
вразбивку и по различным маршрутам).

Протокол IР определяет иаилучший маршрут от одной ЭВМ к другой и
управляет передачей пакетов,

Internet реализована с ориентацией иа технологию "клиент-сервер",
т.е. предусматривает наличие хост-компьютеров (хост-компьютером
называется каждая постоянно подключенная к сети ЭВМ с
установленным на ней программным обеспечением как минимум
одного сервера), с юторыми связываются компьютеры-клиенты
(локальные ЭВМ).

В Internet

миллионы юст-юмпьютеров,

насчитываются

принадлежащих различным глобальным вычислительным сетям (в 1969
г. было всего 4 ,'хзста", в 1996 г. количество хост-компьютеров возросло
до 8,3 млн).

В таком количестве хост-компьютеров хранится огромное юличество
информации.
Глобальные сеги России

РосНИИРОС

В странах СНГ также создано большое юличество глобальных сетей:
региональных, ведомственных, принадлежащих отдельным крупным
предприятиям. Создаваемые сети соединяются между собой для обмена
информацией с помощью точек доступа, которые обычно являются
государственными предприятиями связи.

Координацию работы всех заинтересованных организаций по
использованию глобальных сетей ведет Российский научно-
исследовательский институт развития общественных сетей
(РосНИИРОС, английское наименование института - Russian Institute for
Public Networks (RIPN)). Он осуществляет развитие базовых элементов
инфраструктуры российского сегмента сети Интернет и является
оператором опорной научно-об-разовательной сети RBNet.

С целью оптимизации межрегионального информационного обмена
РосНИИРОС обеспечивает развитие соответствующих региональных
систем обмена IP-трафиком: MSK-IX, SPB-IX, Samara-IX,
NSK-IX. Как правило, эти системы создаются и эксплуатируются в
рамках сети RBNet, а в дальнейшем могут быть выделены в
специализированные организации, как это уже сделано в отношении
MSK-IX (ее развитием и эксплуатацией занимается Центр
взаимодействия компьютерных сетей, соучредителем которого является
РосНИИРОС).

Для создания распределенных систем высокосюростного доступа на
региональном уровне РосНИИРОС развивает собственные волоконно-
оптические сегменты (Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Самара),
на базе юторыхсозданы сети ATM и Gigabit Ethernet.

Магистральная сеть науки и образования RBNet (Russian Backbone
Network)
RBNet построена в рамках Межведомственной программы ’’Создание
национальной сети компьютерных телекоммуникаций для науки н
высшей шюлы" (1996-2002 гг.). В настоящее время RBNet
функционирует в рамках смешанного финансирования: часть средств
поступает из бюджета (Минобрнауки), а часть расщцов на развитие и
эксплуатацию покрывается за счет хозяйственной деятельности
Российского НИИ развития общественных сетей, являющегося
оператором сети.

Рис. 18.8. Структура сети RBNet

Сеть RBNet построена как базовая транспортная магистраль,
обеспечивающая связность многочисленных сетевых сегментов,
юторые обслуживают различные группы пользователей, относящихся к
сфере науки и образования РФ.

С технологической точки зрения RBNet представляет собой

высоюскоростную ZP-сеть, объединяющую федеральные округа с

подключенными к ней региональными сегментами сетей науки и

образования.

Вся эта сетевая инфраструктура охватывает около 50 регионов РФ.
Подключения к сети RBNet осуществляются на базовых узлах,
расположенных в городах: Москва, Санкт-Петербург, Ростов-на-Дону
Самара, Нижний Новгород, Казань, Екатеринбург, Новосибирск,
Иркутск, Хабаровск, Обнинск.

Оборудование RBNet размещается как правило, на региональных
предприятиях связи, что гарантирует надежное круглосуточное
обслуживание.

Канальная инфраструктура сети RBNet обеспечивается двумя
крупнейшими российскими операторами связи - компанией
'Транстелеком" и ОАО 'Ростелеком”.

В рамках сети RBNet обеспечивается подключение к общеевропейской
магистральной исследовательской сети GEANT (координатор проекта -
Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН) и к
международным системам обмена иаучно-образовательным трафиком
StarLight и NetherLight (координатор проекта - РНЦ
"Курчатовский институт'), с общей емкостью доступа 622 Мбит/с.

Для выполнения этих задач оборудование, находящееся под
управлением РосНИИРОС, разменяется в Амстердаме, Стокгольме и
Чикаго.

Для обеспечения этих задач совместно с ГНИИ ИТТ "Информика"
реализован проект создания интегрированной магистрали ("магистраль
RUNnet/RBNet') по маршруту Москва - Санкт-Петербург - Стокгольм
(2,5 Гбит/с) - Амстердам (622 Мбит/с).

Благодаря заключению пиринговых соглашений с сетью GEANT
(Стокгольм), сетями Abilene (Internet2) и ASNET через
Starlight (Чикаго) обеспечено взаимодействие сети RBNet с

международными научными сетями с использованием протокола IPv6.

Сеть RUNNet

Федеральная университетская компьютерная сеть России RUNNet
(Russian UNiversity Network) является основой телекоммуникационной
инфраструктуры единой образовательной информационной среды. Сеть
RUNNe t была создана в 1994 поду в рамках государственной программы
"Университеты России" как I P-сеть, объединяюиря региональные сети,
а также сети крупных научно-образовательных учреждений. Основная
задача RUNNet - формирование единого информационного
пространства сферы образования России и его интеграция в мировое
информационное сообщество.

чем 400 университетам и другим крупным образовательным и научно-
исследовательским учреждениям, подключенным либо
непосредственно к опорной сети RUNNet, либо через региональные
научно-образовательные сети.

В число пользователей RUNNet входят такие крупные научно-
образовательные сети, гак FREEnet, RUHEP/Radio-MSU,
RELARN-IP, RS SI, сети Московского и Санкт-Петербургсюго
государственных университетов, и др.

Структура сети RUNNet приведена на рис.18.9.

Инфраструктура сети RUNNet состоит из опорной инфраструктуры,
используемой всеми пользователями, и инфраструктуры доступа к
опорной сети, используемой отдельными университетами. Опорная
инфраструктура, в свою очередь, состоит из наземной и спутниковой, а
иаземиая - из российской и международной.

Телекоммуникационная связность сети внутри России обеспечивается

аппаратно-программными комплексами опорных узлов,
расположенных в Москве, Санкт-Петербурге, Самаре, Новосибирске,
Хабаровске, Екатеринбурге, Нижнем Новгороде, Ростове-на-Дону и
Владивостоке.
Рис. 18.9. Структура сети RUNNet

Несюлько десятков региональных научно-образовательных сетей и
сетей крупных вузов подключены к опорным узлам RUNNet в Москве и
Санкт-Петербурге по цифровым каналам емюсгью от 2 до 8 Мб/с,

арендуемым, в
'ТрансТелеюм".

основном, у операторов связи 'Ростелеюм" и

Международная связность сети RUNNet обеспечивается каналами

Москва-Стокгольм-Амстердам (магистральный канал) и Москва-
Хельсинки-Стокгольм (резервный канал - 622 Мб/с) и осуществляется в
рамках договора о транзите тра((мка с сетью NORDUnet.

Международные опорные узлы сети RUNNet расположены в

Стокгольме и Амстердаме. Емкость магистральных каналов: Москва-
Стокгольм -10 Гб/с, Стокгольм-Амстердам - 2.5 Гб/с.

Сеть RUNNet обеспечивает связность со следующими
международными сетями:

NORDUnet (10 Гб/с), научно-образовательной сетью стран
Северной Европы (Дания, Финляндия, Швеция, Норвегия,
Исландия), предоставляющей доступ к научно-образовательным
сетям Европы и США;

международной магистральной сетью ReTN (10 Гб/с),
предоставляющей услуги передачи данных, голоса н ТР-тра^мка
между крупнейшими телекоммуникационными узлами мира и
России;

телегюмуннкацнонной сетью TeleGlobe (Tata Comnuitications, 10
Гб/с), обеспечивающей связность с научно-образовательными
сетями Северной Америки;

Европейской научно-образовательной сетью GEANT (через
NORDUnet), объединяющей 26 национальных
телекоммуникационных сетей Европы.

Общее число пользователей этой сети близю к 2 000 000.

Узел маршрутизации Российского фонда
фундаментальных исследований (РФФИ)

С целью обеспечения интеграции создаваемых в рамках проектов
РФФИ региональных научных сетей н сетей крупных научных центров
в глобальную сетевую инфраструктуру Интернет, а также с целью
снижения затрат этих проектов на обеспечение межрегионального н
международного тра4мюв в 1995 г. были организованы точка доступа и
узел маршрутизации, а также введен в эксплуатацию международный
наземный цифровой канал (64 Кбит/с).

узлом маршрутизации. Схема типового узла маршрутизации РФФИ
приведена на рис.18.10.


Рис. 18.10. Схема типового узла маршрутизации РФФИ

Российская государственная библиотека (РГБ) и Государственная
публичная научно-техническая библиотека (ГПНТБ).

В состав центра маршрутизации входит оборудование РФФИ, а также
оборудование, предоставленное ИОХ РАН, ВорГТХ ЯрГУ и ЧГГУ и
приобретенное в рамках выполняемых в этих организациях проектов.

№ел маршрутизации РФФИ имеет прямые соединения (10 Мбит/с) с
российским центром обмена сетевым трагиком M9-IX и с ЮМОС,
через которые осуществляется обмен трагиком с более чем 20
российскими научными и общественными сетями.
Вологде, Воронеже, Королеве, Новгороде, Нижнем Новгороде, Ростове-
иа-Дону Пензе, Перми, Челябинске, Казани, Кемерово, Уфе, ТЬери,
Черноголовке, Ярославле.

MSK-IX (Московский центр взаимодействия
компьютерных сетей Internet exchange)

Автономная некоммерческая организация "Центр взаимодействия
компьютерных сетей ’MCK-IX" (российская точка обмена интернет-
трафиком) учреждена Российским научно-исследовательским
институтом развития общественных сетей (РосНИИРОС) в 2001 ищу с
целью развития проекта 'Московский Internet Exchange".

MSК-IX организован в 1995 г. Начавшись с единственного узла,
организованного на Мостовской международной телефонной станции
ММТС-9, сегодня московский Internet Exchange представляет собой
надежную, распределенную систему которая включает десять
равноправных точек, объединенных высокосторостиой магистралью.
Благодаря распределенной структуре MSK-IX существенно
расширяются возможности для московских и региональных
провайдеров по подключению к системе обмена IP-трафиком, а также
по получению высокоскоростного транзита между узлами MSK-IX.

Через М9 подключено более 80% Рунета. Через ММГС Ns 9 также
проходит большинство телекоммуникационных каналов, соединяющих
Россию с миром.

Сеть MSK- IX имеет 10 узлов доступа, объединенных высокоскоростной
магистралью, что позволяет обеспечить высокое качество и доступность
услуг MSK-IX в точках концентрации телекоммуннкацноныхресурсов,
включая М9, MIO, KIAEHOUSE и ряд других технологических
площадок в Москве.

MSK-IX является одним из крупнейших европейских Internet
Exchange по числу подключенных операторов и входит в ассоциацию
международных сетей обмена трагиком - European Internet
Exchange Association (Euro-IX).

Проект MSK-1X начинался в конце 1994 года, когда московские
интернет-провайдеры Демос, Релком, МГУ НИИЯФ МГУ FREEnet,
Ассоциация RELARN, Роспринт пришли к соглашению о создании
точки вза-имного обмена I Р-тра^иком. Это соглашение было вызвано
желанием провайдеров обмениваться своим трагиком друг с другом
напрямую, оптимизируя маршруты прохождения трагика, что
существенно сократило как время передачи сетевых пакетов данных,
таки загрузку дорогостоящих международных каналов связи.

Изначально точкой обмена трагика была избрана международная
телефонная станция ММТС-9, или М9, в которой все интернет-
провайдеры имели точки присутствия, т. к. на М9 приходили все
международные и междугородные каналы связи. Координация MSK-IX
была поручена Российсюму НИИ развития общественных сетей
(РосНИИРОС).

В 2002 году была произведена модернизация MSK-1X. Мосювский
Internet Exchange стал распределенным, включив в себя 10 точех,
соединенных волоконно-оптическим кабелем по технологии Gigabit
Ethernet'

•	ОАО 'Центральный телеграф";

•	Институт космических исследований РАН;

•	РНЦ 'Курчатовский Институт";

•	Cable & Wireless CIS Svyaz Ltd.;

•	Центральная станция связи РЖД;

•	ГП "Космическая связь";

•	ММТС 9 и ММТС 10;

•	Предприятия Sonera RusHWideXs.

В декабре 2004 года российский универсальный оператор связи
"Корбина Телеком" приступил к реализации в Москве проекта

"Интернет 2", одной из отличительных особенностей которого является

применение протомэла передачи данных IPv6.
Сервисы Internet



Способы использования Интернета определяются предоставляемыми
посетителям сервисами, в число юторых вхздят традиционные,
специальные и новые виды сервиса.

К традиционным видам сервиса относятся:

электронная почта (e-mail);

телеконференции (news);

живое общение (chat);

использование вычислительных и информационных ресурсов
компьютера в режиме удаленного терминала (telnet);

служба хранения, поиска и пересылки файлов - FTP (File
Transfer Protocol);

WWW (W>rld Wide Web) - всемирная паутииа (в ее составе в июле
1993г было 130 язст-компьютеров, а в июне 1996г. 230000).

К специальным сервисным средствам относятся:

•	информационная система Gopher;

•	информационная система WAIS, ведупря поиск по ключевым
словам,

•	поисювые системы WWW;

•	библиографические (диспетчерские) системы;

•	Archie - поисювая система FTP;

•	и др.

Новые виды сервиса включают в себя:

•	системы для заказа товаров по сети (цветы, пицца, авиабилеты,
номер в гостинице и т.д.);

•	библиотечные системы,

•	электронные издания газет и журналов, блоги;

•	сервисные представительства фирм,

•	коммерческие информационные системы по производителям
товаров и услуг, котировкам акций иа фондовых биржах;

_____* ИДР-__________________________________________________
Всех работающих в Интернете можно разделить на две группы: тех, кто
предоставляет различные ннтернет-услуги (провайдеров Интернета), н
тех, кто эти услуги использует (пользователей Интернета).

Обучение пользованию Интернетом в основном сводится к обгдему
ознакомлению с устройством Интернета, с предоставляемыми
сервисами, адресацией ресурсов, с поиском информации в сервисе WWW
н основами работы с электронной почтой.

Провайдеры Интернета по составу предоставляемых услуг делятся на
три группы:

•	провайдеры, предоставляющие доступ в Интернет - ISP
(Internet Service Providers). Примером могут
служить ссылка: httpi/www.raLru, ссылка: hUp/Avww.rntu.m, н др.;

•	провайдеры, предоставляющие услуги присутствия в Интернет -
IPP (Internet Presence Providers), примером
юторых могут служить ссылка: httpy/www.maiLni, ссылка:
httpi/www.narod.ru, и др. К предоставляемым ими услугам
относятся электронный почтовый ящик н услуги почты,
размеп^ние сайта клиента на ЭВМ провайдера, различные
поисковые системы, новости, и т.д.;

•	издатели собственных материалов - РСР (Private Content
Publisher), которые содержат (т.е. разрабатывают н
эксплуатируют) свои информационные системы (иапример,
ссылка: httpt/www.garaiiLru, ссылка: httpy/www.rbc.ru н т.п.),
электронные магазины, рекламные агентства, туристические
фирмы, н т.д.

ISP (Internet Service Provider)

ISP - это поставщик услуг Internet, т.е. организации или частные
лица, предоставляющие доступ в internet (hosting).
Источником доходов ISP являются владельцы локальных ЭВМ,
юторым предоставляется доступ к данной глобальной вычислительной
сети. Через имеющиеся шлюзы локальные пользователи могут получить
доступ к другим глобальным сетям и таким образом получить
возможность работать в Internet.



ISP подключены к Internet постоянно и имеют постоянный IP-
адрес (IP-адрес является частью URL). Остальные пользователи
(клиенты) могут подключаться к ISP лишь на время работы. IP-адрес
присваивается им ISP каждый раз при подключении, а при
отключении - отбирается и может быть отдан кому-нибудь другому ISP
часто предоставляет своим клиентам удаленный доступ по
коммутируемым каналам телефонной связи (это называется "dual-up
service")- Для этого ISP арендует у местной телефонной компании
телефонные номера, по юторым с ним можно связаться.

ISP иногда может предоставлять (делегировать) функции хостинга
локальным ЭВМ (которые при этом получают свой постоянный IP-
адрес), например, стоящим дома или на работе, и превращать таким
образом локальную ЭВМ в ISP более низюго уровня. В свою очередь,
локальная xocm-ЭВМ может делегировать такие права другой
локальной ЭВМ, юторая становится хост-провайдером (т.е. ISP) еще
более низюго уровня (если она, конечно, имеет доступ к каналам связи -
например, через учрежденческую АТС). Образуется цепочка
провайдеров, различающижя своими IP-адресами: mesi.ru;
ex.mesi.ru; stud. ex .mesi. ru и т.д.

Широю известными интернет-сервис-провайдерами являются,
например, mtu. ru и rol. ru.

IPP (Internet Presence Provider)

IPP - это провайдер, обеспечивающий своим клиентам присутствие в
Internet. Он так же подключен к Internet постоянно и имеет
постоянный IP-адрес. В отличие от ISP, он не предоставляет услуг
типа dual-up service. Он может толью размещать на своих
серверах публикации других лиц, рекламу веб-сайты, организовывать
работу электронной почты и т.д.

IPP после регистрации на их сайте предоставляют имя, юторое будет
являться наименованием вашего почтового ящика (e-mail), и кроме
того - именем вашего сайта, который размещается на ЭВМ провайдера.

Например, после регистрации на mail • г и предоставляется почтовый

вапюго сайта буцет:

ящик имя@гоай.ги, Адрес

в домене Ш уровня, а не где-то среди каталогов IPP. Это выглядит
солиднее, похоже на то, что у вас есть свой компьютер с постоянным

I Р-адресом.

Широко известными провайдерами присутствия в Интернете являются:

•	ссылка: httpy/www.maihru;

•	ссылка: httpy/www.yandexru;

•	ссылка: tttp/Avww,narod.ru;

•	ссылка: tttp/Avww.rambler.ru и др.

PCP (Private Content Publisher)

PCP - это издатель собственных материалов. Он является участником
межсетевого обмена (провайдером услуг), который готовит
информацию для размещения в Internet, разменяет ее, как правило,
иа своих компьютерах и постоянно обновляет ее. На определенных

условиях он разрешает пользоваться своими материалами клиентам,

приходящим из Internet.

Он может содержать базу телефонов города, справочники различного
назначения. Такой провайдер является квалифицированным
источником информации. Обычно его базы данных относятся к
области, в которой он является квалифицированным специалистом.

Этот тип провайдера очень бережно относится к своей информации, к
исправности своего компьютера, и у него всегда можно получить самые
достоверные, постоянно обновляемые данные по выбранной им
специальности.
Пример этого типа провайдера - ссылка: http://www.garant.ru
(юридические документы).

В отличие от ISP, он не предоставляет услуг dual-up service.
Подготовка провайдеров Интернета предусматривает изучение таких
дисциплин, как:

•	общий курс по работе в сети Интернет;

•	техническое обеспечение глобальных вычислительных сетей;

•	программирование на специальных алгоритмических языках;

•	операционные системы для глобальных вычислительных сетей;

•	программное обеспечение глобальных вычислительных сетей;

•	интернет-протоколы;

•	инструментальные средства для исследования глобальных
вычислительных сетей;

•	WWW-программирование на стороне клиента;

•	WWW-программирование на стороне сервера;

•	разработка веб-сайтов;

•	веб-дизайн;

•	администрирование узлов глобальных вычислительных сетей.

Характеристики хостинг-провайдеров

Размещение сайтов иа чужой технической базе называется хостингом.

Хостинг бывает платный и бесплатный.

При платном хостинге оговаривается состав услуг, предоставляемых
провайдером:

•	провайдер предоставляет все: канал, ЭВМ, URL-адрес,
обслуживание сайта и т.д.;

•	провайдер предоставляет площадь для размещения вашей ЭВМ,
канал, URL, обслуживание, и т.д.;

•	и т.д.

При бесплатном хостинге провайдер предоставляет URL, место иа
своих магнитных носителях, сервисные программы для создания и
обслуживания сайта. Но взамен размещает свою баннерную рекламу на
вашем сайте.

Хостинг-провайдеры характеризуются:

• техническими ресурсами, к которым относятся ЭВМ, каналы

связи, маршрутизаторы, которые
характеристику как скорость отклика.

определяют такую

Скорость отклика сайта - это характеристика провайдера, которая
связана с загрузкой его каналов. Например, провайдер имеет
выход в Интернет, соединяясь по радиоканалу с другим
провайдером, имеющим спутниковую связь. Канал может быть
перегружен, и для связи с Интернетом через такого провайдера
может понадобиться большое время. Больпюе значение также
имеет связь локальных ЭВМ с провайдером (телефонный канал,
количество телефонов для подключения локальных ЭВМ и др.);

предоставляемыми услугами, которые могут быть весьма
специфичными. Прн их выборе необходимо понимать, что услуга
вам дает н что от вас требуется для ее использования.

Например, предоставление вам ЭВМ провайдера - и
предоставление вам площадки для установки вашей ЭВМ

различаются тем, что если вы устанавливаете у провайдера свою

ЭВМ, то ее никто из сотрудников провайдера не имеет права

трогать (но в договоре можно оговорить, что ремонт отказавшей
ЭВМ проводится сотрудниками провайдера) - это ваша ЭВМ,
тоща как если вам предоставлена ЭВМ провайдера, то ее мотуг
заменить на другую без согласования с вами;

программными ресурсами провайдера: какая операционная
система используется (80% провайдеров работает под Unix),
какое программное обеспечение используется для сервиса WWW
(чаще всего - сервер Apache), какие виды сервиса разрешены и
обеспечиваются провайдером (например, часто запрещаются ftp
и telnet).

Программные ресурсы провайдера характеризуются также


программным обеспечением, предоставляемым клиентам
(компиляторы, интерпретаторы, СУБД, предустановленные
скрипты, управляющие интерфейсы (мастера и шаблоны), и т.д.).
Этот состав очень важен для размещения созданного сайта у
хостинг-провайдера, так как провайдер может плохо относиться к
продукции $мрмы и не подцерживать конструкции FrontPage и
другие расширения операционной системы Windows, а для
клиента это программное обеспечение является основным;

системой безопасности провайдера: для пользователя имеет
значение наличие зеркальных серверов, резервных мощностей.

Зеркальный сервер - это дублирующий сервер, содержащий ту же
самую информацию, что и основной. Такие зеркала нужны для
увеличения надежности системы и ее пропускной способности.

Зеркальные серверы могут устанавливаться в различных частях

посетителей на ближайший из них

Резервная мощность - это запасные технические средства,
юторые находятся в резерве (юлодном, теплом, горячем). При
отказе какой-либо ЭВМ провайдер переключает работу на
резервную ЭВМ;

службой технической подцержки, обеспечивающей помощь
клиентам и снабжающей клиентов технической документацией по
предоставляемым сервисам.

Эта служба ведет разработку техдокументации для клиентов,
проводит мониторинг сайта и оценку его эффективности,
резервное цитирование сайта (backup) и др.;

сопутствующими услугами, предоставляемыми хостинг-
провайдером, такими как регистрация доменных имен, бонусами
(т.е. скидками или дополнительными услугами,
предоставляемыми некоторым клиентам), возможным
освобождением вашего сайта от размещения чужих баннеров,
возможностью подключения до-полнительных услуг, таких как


сервис Spylog, и др.; условиями и ограничениями:

ограничениями трафика (установлением разной платы за работу в
РуНете и в Интернете); установкой лимита на скачивание
информации с локальной ЭВМ (например, 1 Гбайт в месяц) - и
взиманием дополнительной платы за превыпЕние трафика;
ограничением объема предоставляемой памяти; запретом на
хранение информации, ие связанной гиперссылками с основным
содержанием сайта; с условиями типа: "мы ие несем
ответственности за утерю информации клиента", - и т.д.

Программное обеспечение Интернета

Каждый сервис требует своего программного обеспечения (в общем
виде структура программного обеспечения Internet приведена иа
рис.18.11).

Интернет построен на основе архитектуры "клиент-сервер". В сетях
этого типа выделяется мощный яэст-юмпьютер (или даже несюлью
яэст-юмпьютеров), иа юторый ставится серверное программное
обеспечение.

На клиентских ЭВМ устанавливается клиентсюе программное
обеспечение.

Хосг-ЭВМ постоянно включены, имеют постоянные IP-адреса.
Клиентские ЭВМ включаются по мере необходимости, связываются с
серверным программным обеспечением юсг-ЭВМ, получают от него
времен-ный IP-адрес, действующий толью в пределах данного сеанса
связи.

Глобальные вычислительные сети имеют узлы (юсты), на которых
устанавливается серверная часть программного обеспечения сервисов
Интернета. Серверное и клиентсюе программное обеспечение
взаимодействуют между собой.

Из рис.18.11 видно, что программное обеспечение Интернета состоит
из трех видов программ: серверное ПО, клиентсюе ПО и ПО систем
безопасности. Серверное ПО устанавливается на юсг-юмпьютерах,
клиентсюе - иа локальных ЭВМ (т. е. на ЭВМ клиентов). ПО систем


безопасности может не соответствовать архитектуре ’клиент-сервер".

Системы безопасности либо устанавливаются на клиентской ЭВМ или
только на жст-ЭВМ, либо для них выделяется отдельная ЭВМ, на

юторой устанавливаются специализированные
обеспечивающие безопасность, - такие программы
"брандмауэрами", или

программы,
называются

Рис. 18.11. Структура программного обеспечения Irtemet (общий вид)

"firewall" (эти названия заимствованы у пожарных, юторые

требуют, чтобы при строительстве длинных домов производилось их
разделение иа части и одна часть от другой отделялась каменной

стеной, основное назначение юторой - ие допустить распространения

огня на всю постройку при возгорании одной из ее частей). Программы
безопасности являются аналогами таюй стены между ЭВМ
пользователей и Интернетом. Они могут быть настроены так, чтобы
полностью разрывать связь между ЭВМ и Интернетом, могут допускать
одностороннюю связь (например, разрешена только отправка почты с
локальной ЭВМ) или разрепвть двустороннюю связь только для
определенных видов работ. Кроме того, может быть запрепрно
выполнение каких-либо действий.

Входная и выходная информация в таких программах проходит через
фильтры, которые, например, могут быть настроены на выявление
вирусов, на пропуск файлов, не превышающих заданных размеров, или
файлов определенного типа, на запрет связи с определенными IP-
адресами и тщ.

В клиентском программном обеспечении необходимо обратить
внимание на VRML-браузеры, позволяющие просматривать
виртуальные миры, работать в трех измерениях (в двух измерениях по
экрану можно перемещаться вверх-вниз и вправо-влево; в трех
измерениях, кроме этого, добавляется возможность приближаться к
экрану или удаляться от него). VRML-браузеры - это клиентское
программное обеспечение. В Ин-тернете есть несколько сайтов с
серверами VRML и своеобразными виртуальными мирами.

Как на клиентских ЭВМ, так и на хостах могут быть разменяны
программы, расширяющие возможности серверов и клиентов. Для
написания таких программ применяются специальные алгоритмические
языки: HTML, PHP, система программирования CGI, Java,
Java-script, Perl, SSI и др.

При использовании таких программ на сервере должно быть
установлено соответсгвуюпре программное обеспечение.

Программирование глобальных вычислительных сетей - сложное
направление, в котором применяются приведенные выше
алгоритмические языки на основе правил работы, определяемых
протоколами TCP/IP и соответствующих сервисов Интернета.


1	Винер Н, Кибернетика или управление и связь в животном и машине, М: Сов.
Радио, 1958; 2-е изд. 1968

2.	Винер Н, Кибернетика и общество., М.: Изд-во «Иностр, лит», 1958

3.	ГОСТ 7.1-2003 Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие
требования и правила составления, М.: Изд-во стандартов, 2004. —64 с

4.	Science, government, and information, A Report of The President’s Science Advisory
Committee.-Washington, D. C.; The White House, 1963.-P. 33

5.	Прайс Д, Регулярные закономерности в организации науки, Органон. - 1965. - Na 2. -
G246-248

6.	Price D, General theory of bibliometrical and other cumulative processes, Journal of the
American Society for Infoimation Science. -1976. - \bL 29, N 5- P. 292

7.	Хирш Дж, Индекс для количественной оценки научно-исследователъсного

9.	Уэбстер Ф, Теории информационного общества, М.: Аспект Пресс, 2004. - 400 с

10.	ТэпсиэтгД, Электронно-цифровое общество, М.: Рефл-бук, 1999 - 432с

11.	Ракитов АЛ, Философия компьютерной революции, М.: Политиздат; 1991

Technologie., Р.: Haupt, 1987. - Р. 229

13.	Вершинская О.Н, Существующие модели построения информационного общества
, Информационное общество- 1999, вып. 3. - С. 53 - 58

14.	Перфильева О.В , Проблема цифрового разрыва и международные инициативы
по ее преодолению, URL: http.Wwww.un.org/russian/conferen/wsis/dec.pdf , Вестник
международныхорганизаций. 2007. №2(10)

15.	Концепция сотрудничества государств - участников содружества независимых

государств

сфере

информационной

URL:

httpWwww.cis.rrnnsk.by/webnpa/te>!.

16.	Концепция формирования и развития единого информационного пространства
России и соответствующих государственных информационных ресурсов, URL:
http://www.im.org/riissiaii/documeii/sgre-port/a-55-l/cli3-6.litni, М.: Информрегистр, 1996

17.	Рудычева

теряет ИТ-конкурентоспособность?, URL:

http://www.cnews.ni/reviews/free/gov2009/ articles/it-konkur.shtml

18.	Афанасьева

«Информационное общество» дошло до президиума

правительства, ComNews. - 2010. - 30.09

19.	Гиляревский Р.С, Основы информатики, М.: МГУ им. М. В. Ломоносова, ф-тет
журналистики, 2010. - 4.1.183 с.; Ч. 2.178 с

20.	Артюшкин О.В, Информационная культура, Абакан: Изд-во Хакасского гос. ун-та
им. Натанова, 2003. - 237 с (Главы 4-7)

21.	Информатика как наука об информации, М.: ФАИР, 2006. - 592 с. (Глава 1)

22.	Блюменау Д. И, Информационный анализ/синтез для формирования вторичного
потока документов, СПб: Профессия, 2002,- 235 с

23.	Армс В, Электронные библиотеки, М.:ПИК ВИНИТИ, 2001- 273 с

24.	Р.С. Гиляревский, В.А. Минкин, Справочник информационного работника. Изд. 2-е,
перераб. и доп, СПб: Профессия, 2007. - 584 с
40. Piatetsky-Shapiro G, Frawley W.J, Knowledge Discovery in Databases, MET Press, 1991

51.	Business Performance Management Industry Framework Document 5.0, BPM
Standards Group, 2005
52.	Каплан Р., Нортон Д, Сбалансированная система показателей, М.: Олимп-бизнес,
2003

промышленность. 2003. №5. - С.50-53

Collaborative, 2000

55.	Исаев Д.В., Мостовой ЕЛ, Организационные аспекты бюджетирования:
Управление процессом бюджетирования в специализированных информационных
системах, Управление корпоративными финансами. 2004. N«2. — С.10-16

56.	Исаев Д.В., Слепов Ю.В, Методы и технологии консолидации финансовой
отчетности , Финансовая газета. Региональный выпуск. 2004. №22 С.14-15; №23. С.14-
15

57.	A Guide through International Financial Reporting Standards (IFRSs), 1ASB, 2009

58.	Духонина OB., Горянский П.С, Автоматизация формирования и анализа
консолидированной отчетности , Финансовая газета. 2004. №37. С. 14-15; №38. С.14-15

59.	Бусленю НИ, Моделирование сложных систем, М.: Наука, 1978

60.	Материалы 1-й Всероссийской научно-практической конференции. Опыт
практического применения языков и программных систем имитационного
моделирования в промышленности и прикладных разработках?, том 1-2, СПб: ЦНИИ
технологии судостроения, 2003

61.	Борщев АВ, Практическое агентное моделирование и его место в арсенале
аналитика, Exponenta Pro, № 3-4,2004

62.	Толуев Ю.И, Применение имитационного моделирования для исследования
логистических процессов, Имитационное моделирование. Теория и практика: Сб.
Второй всероссийской научно-практической конференции. СПб.: ФГУП ЦНИИ ТС,
2005, с. 71-76

моделирования процессов преобразования ресурсов ВРят: Материалы первой
всероссийской научно-практической конференции ?Опыт практического применения
языков и программных систем имитационного моделирования в прамыш, СПб.:
ФГУП ЦНИИ технологии судостроения, 2003. Т. 1. С. 36-40

64.	Валуев Ю.И., Рихтер К, Комплексное применение имитационного моделирования

всероссийской научно-практической конференции ИММОД-2003- Санкт-Петербург:
ФГУП ЦНИИ технологии судостроения, 2003

65.	Дорф Р-, Бишоп Р, Современные системы управления, М.: Лаборатория базовых
знании, 2002

66.	Карпов Ю.Г, Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование с
AnyLogic 5, СПб: БХВ-Петербурр 2006

67.	Марон А.И, Инструментальное средство моделирования сложных систем
ARENA, М. GREEN ОТУ 2007

68.	Уотерман Д, Румэводспио по экспертным системам, М.: Мир, 1989

69.	Х.Уэно, М.Исидзука, Представление и использование знаний, М.: Мир, 1989

70.	Литвак Б.Г, Экспертные оценки и принятие решений, М.: Патент; 1996

71.	Тетънов Ю.Ф., Скорова АЛ., Андреева Н.В, Проектирование баз знаний, М.:
МЭСИ, 1992
КЬнюрд, 1992.

90. ГЛ Рузайкин, ПК: на пути к 2020 году., URL: www.osp.ru/pcworld/2009/08/9960975


Содержание



Титульная страница	2

Выходные данные	3

Лекция 1. Основы информационной культуры	4

Лекция 2. Документальные потоки и коммуникация	17

Лекция 3. Инструменты традиционного и сетевого
информационного поиска

Лекция 4. Электронные ресурсы информации	61

Лекция 5. Информатизация и информационное
общество

Лекция 6. Информационные технологии	124

Лекция 7. Передана информации	163

Лекция 8. Обработка данных	190

Лекция 9. Экономические информационные системы 228

Лекция 10. Системы управления ресурсами
предприятия (ERP-системы)

Лекция 11. Системы бизнес-интеллекта (В1-системы)	251

Лекция 12. Аналитические приложения	258

Лекция 13. Технические средства информационных
технологий

Лекция 14. Информационно-логические основы ЭВМ 381

Лекция 15. Устройства ЭВМ	413

Лекция 16. Структурно-функциональная организация ААС

ЭВМ	т

Лекция 17. Локальные компьютерные сети	471

Лекция 18. Глобальные сети. Сетевые услуги (сервисы) 500

Список литературы	527