47808

Информационные технологии в юридической деятельности

Конспект

Информатика, кибернетика и программирование

Основы защиты информации: Учебное пособие. Правовое обеспечение процессов информатизации представляет совокупность нормативных актов принимаемых на различных уровнях власти и управления регулирующих комплекс общественных отношений связанных с созданием и использованием информации и перспективных ИТ. Основные понятия Понятия информации в современной науке и технике Функционирование любой системы управления в технике природе обществе в первую очередь основано на сборе обработке и анализе информации поступающей из окружающей среды...

Русский

2013-12-03

15.9 MB

259 чел.

PAGE  2

Курс лекций по дисциплине

«Информационные технологии в юридической деятельности»

 

Данные материалы (158 стр.) составлены доцентом кафедры уголовного процесса и криминалистики ГОУ ВПО «ХГАЭП» Бондарем Константином Михайловичем.  Они подготовлены по следующим изданиям:

  1.  Информатика и информационные технологии в юридической деятельности: Учебное пособие. Изд. 2-е, испр. и доп.  / Под ред. В.А. Минаева, А.П. Фисуна, К.М. Бондаря. – Хабаровск: Дальневосточный юридический институт МВД РФ, 2011. – 380 с.
  2.  Правовая статистика: Учебное пособие / К.М. Бондарь, А.В. Рыбак, П.Б. Скрипко. – Хабаровск: Дальневосточный юридический институт МВД РФ, 2011. – 104 с.
  3.  Математика и информатика: курс лекций / под ред. К.М. Бондаря. – Хабаровск: Дальневосточный институт МВД России, 2009. – 224 с.
  4.  Основы защиты информации: Учебное пособие. Изд. 2-е, исправ. и доп. / под ред. К.М. Бондаря. – Хабаровск:  Дальневосточный юридический  институт МВД РФ,  2011. - 130 с

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

2

Тема 1. Лекция 1.1. Основные понятия

4

Тема 1. Лекция 1.2. Аппаратное обеспечение информационных технологий

27

Тема 1. Лекция 1.3. Программное обеспечение информационных технологий

51

Тема 2. Лекция: Операционные системы: назначение, основные функции

58

Тема 4. Лекция: Основы правовой статистики

77

Тема 5. Лекция: Технология работы с базами данных

98

Тема 6. Лекция: Технология работы в компьютерных сетях

107

Тема 9. Лекция: Автоматизированное рабочее место специалиста

122

Тема 10. Лекция: Основы информационной безопасности

134

 

ВВЕДЕНИЕ

В нашей стране руководством различных уровней управления уделяется значительное внимание развитию областей применения информационных систем (ИС) и информационных технологий (ИТ) в юридической деятельности. Конкретные черты государственной политики в области правовой информатизации определены следующими основными факторами:

  •  созданием соответствующей нормативно-правовой основы (например, Концепции правовой информатизации Российской Федерации 1993 г., Концепции национальной безопасности Российской Федерации 2000 г., Доктрины информационной безопасности Российской Федерации 2000 г., Федеральной целевой программы «Электронная Россия (2002-2010 годы)», Стратегии национальной безопасности РФ до 2020 года, Концепции формирования в Российской Федерации электронного правительства до 2010 года, Федеральной целевой программы «Развитие судебной системы России» на 2007-2011 годы и др.);
  •  целевым направлением ресурсов в сферу проблем государственной правовой информатизации.

В рамках программы правовой информатизации России решается двуединая задача: информатизация правовой сферы, с одной стороны, и правовое обеспечение информационных процессов и информатизации, с другой.

Для решения этих задач основными направлениями информатизации правовой сферы и законодательного регулирования процессов информатизации является:

  •  информатизация правоохранительной деятельности;
  •  информатизация правотворчества;
  •  информатизация правоприменительной деятельности.

Кратко охарактеризуем эти направления.

Информатизация правоохранительной деятельности имеет целью автоматизацию информационных процессов в правоохранительных органах – прокуратуре, органах внутренних дел, юстиции, судебных органах, арбитраже и др.

Информатизация правотворчества предусматривает:

  •  оперативное и качественное обеспечение законодателей и специалистов, действующих в области правотворчества, информацией о нормативных правовых актах, о зарубежном законодательстве, а также экономической, социальной, политической и любой другой информацией, необходимой для рассматриваемой деятельности;
  •  выявление связей создаваемых норм права с действующим законодательством;
  •  приведение законодательства в соответствие с вновь принятыми нормативными актами;
  •  своевременную отмену и изменение устаревших правовых норм;
  •  совершенствование систематизации законодательства в целях устранения множественности и противоречивости нормативных актов;
  •  совершенствование самого процесса правотворчества в результате внедрения перспективных ИТ.

Информатизация правоприменительной деятельности направлена на обеспечение правовой информацией или информационно-правовыми ресурсами всех участников правовых отношений, исполняющих законы или иные нормы права.

Правовое обеспечение процессов информатизации представляет совокупность нормативных актов, принимаемых на различных уровнях власти и управления, регулирующих комплекс общественных отношений, связанных с созданием и использованием информации и перспективных ИТ.

ТЕМА 1. Введение в дисциплину. Государственная политика в информационной сфере. Информационные технологии (основные понятия)

Лекция 1.1.  Основные понятия

  1.  Понятия информации в современной науке и технике

Функционирование любой системы управления (в технике, природе, обществе) в первую очередь основано на сборе, обработке и анализе информации, поступающей из окружающей среды и от объекта, на который направлены управляющие воздействия. В частности, перед человеком информация предстает в очень многих физических формах и разновидностях, она по-разному воспринимается его органами чувств и сознанием. Без восприятия и специальной обработки информации невозможно представить современную жизнедеятельность человека, решение им разнообразных управленческих задач.

Обратимся к содержанию этого понятия, хотя сразу отметим, что, несмотря на значительные достижения в области информатики, до настоящего времени нет четкого, однозначного и всеми принятого определения информации, отсутствует и методология определения значений ее характеристик, что затрудняет решение теоретических и практических задач информационного обеспечения.

Информация (от лат. informatio – разъяснение, изложение) является основным понятием информатики, известным уже около 2500 лет. Например, им пользовался еще Цицерон. До середины ХХ в.           в этом термине заключался примерно такой же смысл – сообщение, осведомляющее о положении дел, о состоянии чего-нибудь. При этом человек считал только себя способным к передаче, приему и сотворению информации. Новая наука кибернетика опровергла это. Она определила, что информационные процессы происходят в любом живом организме. Не случаен в связи с этим афоризм «жизнь – это информация».

Информация, с точки зрения кибернетики, – обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств. Процесс получения и использования информации является процессом нашего приспособления к случайностям внешней среды и нашей жизнедеятельности в этой среде.

Кибернетика – наука, которая изучает общие принципы и методы управления сложными системами в природе, технике, обществе.

Становление этих познаний как определенной структуры и концепции знаний новой науки связывают с работой Н. Винера «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине», опубликованной в 1948 г. В ней автор, профессор математики Массачусетского технологического института, ставит, казалось бы, рядовой вопрос: «Зачем нужна вся та информация, которая непрерывно передается по всевозможным каналам связи в живых организмах, в сообществах разумных (и неразумных) существ и в созданных человеком технических системах?» Углубленное исследование этого вопроса и привело к возникновению кибернетики. Ответ на него оказался чрезвычайно прост: информация нужна для управления! Системы управления всех видов очень похожи.

С точки зрения науки управления, информацияэто сведения о состоянии системы управления и среды функционирования, воспринятые, усвоенные и используемые системой для целей управления.

В связи с прогрессом технических средств массовых коммуникаций (телеграф, телефон, радио, телевидение и т.д.), в особенности с ростом объема передаваемых сведений, появилась необходимость их измерения. В 20-х гг. XIX в. предпринимались многочисленные попытки измерения информации и высказывались идеи, которые затем были использованы в вероятностно-статистической теории информации (Р. Фишер, 1921; Х. Найквист, 1924; Р. Хартли, 1928; Л. Сцилард, 1929). Однако только в 1948 г. в статье К.Э. Шеннона «Математическая теория связи» было дано вероятностно-статистическое определение понятия количества информации, предложена абстрактная схема связи, сформулированы теоремы о пропускной способности, помехоустойчивости, кодировании и т.д., что позволило сформировать положения этой теории – одной из наиболее развитых среди других математических теорий информации.

Математические теории информации выступают как совокупность количественных (и в первую очередь статистических) методов исследования передачи, хранения, восприятия, преобразования и использования информации. Используемые методы преследуют цель измерения информации. Проблема количества информации, как первоочередного вопроса теории информации, неразрывно связана и с ее качественно-содержательным аспектом, т.е. с выявлением содержания понимания информации, к которому применяются количественные методы исследования.

Развитие социального прогресса, науки, техники, объемов информации обусловило необходимость уточнения понятия «информация» и количественной оценки передаваемых сообщений, выявления наиболее характерных видов и свойств информации, что привело к принципиальным изменениям в трактовке самого понятия. Под информацией стали понимать обмен сведениями как между человеком и человеком, так и между человеком и автоматом, автоматом и автоматом, обмен сигналами в животном и растительном мире.

Были предложены и количественные меры информации (К.Э. Шеннон, А.Н. Колмогоров и др.). Они стали основой создания статистической шенноновской теории информации, которая и позволила количественно оценивать сообщения, передаваемые по каналам связи.

В соответствии с шенноновской теорией понятие информации определялось на вероятностной основе как сведения, сообщения, которые снимают существовавшую до их получения неопределенность полностью или частично.

Это представление об информации как снимаемой неопределенности является наиболее распространенной трактовкой понятия информации, однако еще не самой общей. Разумеется, такое определение не может быть только формальным обобщением всех существующих особых форм данного понятия. Это означает, что определение понятия информации должно выступать как результат развития знаний об информации и выделять ее наиболее общие и существенные признаки.

Одними из таких признаков, характеризующих информацию вообще, являются различие и разнообразие. Если в статистической теории понятие информации определяется как уничтоженная неопределенность (т.е. определенность), то в самом общем случае можно сказать, что информация в определенном аспекте есть уничтожение тождества, однообразия (т.е. различие, разнообразие).

Переход от трактовки информации как противоположности неопределенности к трактовке ее как противоположности тождеству диктуется всем ходом развития наших знаний, развитием кибернетики (где информация выступает как синоним разнообразия, которое получает и использует кибернетическая система), а также психологии, биологии, химии, экономики и многих других наук. Согласно данной концепции, информация существует там, где имеется разнообразие и различие.

Если два объекта (или их свойства, связи, отношения и т.п.) различаются, то их совокупность содержит два элемента с разнообразием. Простейшей единицей измерения информации является элементарное различие, т.е. различие двух объектов.

Известно, что мы получаем сведения также о таких событиях, относительно которых никаких прямых гипотез не выдвигалось. Так было, например, открыто явление радиоактивности, многие виды растений, животных и т.д. Все эти сведения и знания являлись информацией в старом, докибернетическом смысле слова: они не уменьшали ранее имевшиеся неопределенности. Это просто отражение фактов, событий, существовавших независимо от нашего сознания, прибавление нового знания. С учетом этого конкретизируем приведенное выше определение информации.

Информация – сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.

Из определения видно, что информация есть отражение или представление реального мира (чего-нибудь) с помощью сведений (сообщений).

Сообщение – это форма представления информации в виде речи, текста, изображения, упорядоченной последовательности символов, цифровых данных, графиков, таблиц и т.п.

Информатика рассматривает информацию как концептуально связанные между собой сведения (сообщения), данные, изменяющие наши представления об явлениях или объектах окружающего мира. Кратко охарактеризуем, в чем общность и различие понятий «информация» и «данные».

Прежде всего, различие их состоит в том, что данные могут рассматриваться как сообщения, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. В том случае, если появляется возможность использовать эти данные для уменьшения неопределенности о чем-либо, данные (они доступны, понятны и необходимы) превращаются в информацию. Поэтому можно отметить, что информацией являются используемые данные.

При работе с информацией всегда имеется ее источник, среда передачи и потребитель (получатель). Пути и процессы, обеспечивающие передачу сообщений от источника информации к ее потребителю, называются информационными коммуникациями.

Следует отметить еще одно понятие информации, обобщенная дефиниция которого дана в Федеральном законе от 27 июля 2006 г. №149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации»: «Информация – сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления».

Для уточнения содержания понятия информации как одного из основных объектов информационного права рассмотрим его дополняющие и производные понятия, приведенные в действующих нормативных правовых актах.

Документированная информация – зафиксированная на материальном носителе путем документирования информация с реквизитами, позволяющими определить такую информацию или в установленных законодательством Российской Федерации случаях ее материальный носитель.

Обладатель информации – лицо, самостоятельно создавшее информацию либо получившее на основании закона или договора право разрешать или ограничивать доступ к информации, определяемой по каким-либо признакам.

Предоставление информации – действия, направленные на получение информации определенным кругом лиц или передачу информации определенному кругу лиц.

Распространение информации – действия, направленные на получение информации неопределенным кругом лиц или передачу информации неопределенному кругу лиц.

Конфиденциальность информации – обязательное для выполнения лицом, получившим доступ к определенной информации, требование не передавать такую информацию третьим лицам без согласия ее обладателя.

Массовая информация – печатные, аудио-, аудиовизуальные и иные сообщения и материалы, предназначенные для неограниченного круга лиц.

С учетом рассмотренных понятий определим более широкое понимание информации это сведения, снимающие неопределенность с объекта, процесса, явления, независимо от формы их представления, отображаемые в сознании человека или на каком-либо носителе для последующего восприятия их человеком или информационной системой.

  1.  Информатизация как закономерный процесс социально-экономического развития информационного общества

Современный период развития социально-экономических, политических, военных и иных сфер деятельности личности, общества и государства в России сопровождается сложными процессами, которые  характеризуются повышением роли информации и новых информационных технологий, формированием единого информационного пространства страны и мирового сообщества, трансформацией старых и появлением новых информационных отношений, обусловливающих переход человечества от индустриального к информационному обществу. Решение этих вопросов неразрывно связано с созданием, обеспечением и функционированием информационных систем различных классов, обеспечивающих формирование и использование информации, информационных ресурсов. Последние являются стратегической основой развития экономики государства, а также решения существующих проблем развития общества и цивилизации в целом.

Важное место в этом процессе принадлежит информационному направлению, основным объектом которого является информация и ее свойства. В условиях развивающегося информационного общества информация, информационные процессы и информационные системы определяют степень развития материально-энергетического потенциала всей цивилизации и отдельных государств, их экономическое процветание и развитие. Основным предназначением организации и обеспечения соответствующих информационных систем и процессов, основной их целью является удовлетворение информационных потребностей и предоставление информационных услуг гражданам и должностным лицам государственного управления.

Из сказанного следует, что информатизация общества является закономерным процессом его развития, который отражает безусловный приоритет информации в обществе и прежде всего одной из ее форм – научных знаний. Важным направлением деятельности при этом является широкое использование современных методов, способов и средств обработки информации, а также интегрирование новых информационных технологий во все виды и сферы деятельности. Это, в свою очередь, обусловливает не только объективные предпосылки повышения эффективности практической деятельности, но и порождает ряд проблем теоретической информатики, связанных с научным обоснованием методологии обработки информации, развитием информационных систем, обеспечением эффективности информационных процессов.

Информатизация общества наиболее ярко характеризуется периодами преобразований общественных отношений, обусловленных кардинальными изменениями в сфере обработки информации:

  •  изобретением письменности, приведшей к качественному и количественному скачку в передаче знаний от поколения к поколению;
  •  изобретением в середине XVI в. книгопечатания, которое радикально изменило индустриальное общество, культуру, организацию деятельности;
  •  изобретением в конце XIX в. электричества, благодаря которому появились телеграф, телефон, радио, позволяющие оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме;
  •  изобретением в 70-х гг. XX в. микропроцессорной технологии, на основе которой создаются компьютеры, в том числе персональные, компьютерные сети, системы передачи данных (информационные коммуникации).

Это обусловило переход от механических и электрических средств преобразования информации к электронным, а также миниатюризацию всех узлов, устройств, приборов, машин, создание программно-управляемых устройств и процессов.

Наряду с развитием элементной и технической базы, созданием программного обеспечения интенсивно велись научные разработки вопросов интеллектуализации информационных технологий: от технологий решения простых задач математического расчета, справочного характера и информационного поиска до технологий аналитической поддержки принятия решений, поиска, синтеза и генерации новых знаний. В дальнейшем ставятся задачи создания понимающих информационных технологий.

Таким образом, рассмотренные проблемы и особенности формирования информационного общества, внедрение современных информационных средств и технологий обработки информации в различные сферы деятельности отражают начало нового эволюционного этапа развития общества – его информатизации.

Информатизация – это процесс социальный, а не сугубо технический, и представляющий собой систематическую реорганизацию и совершенствование, повышение эффективности социально значимой деятельности на основе применения современной вычислительной техники, информационных систем и интеллектуальных технологий.

Следует различать понятия «информатизация общества» и «компьютеризация общества».

При компьютеризации общества основное внимание уделяется развитию и внедрению технической базы – компьютеров, обеспечивающих автоматизацию информационных процессов и технологий в различных сферах человеческой деятельности.

При информатизации общества основное внимание уделяется:

  •  созданию информационной среды общества, государства и личности, в условиях которой возможно обеспечение устойчивого прогрессивного развития;
  •  качественному преобразованию всей информационной деятельности общества в целях обеспечения на ее основе оптимизации результатов любой другой социально значимой деятельности;
  •  комплексу мер, направленных на обеспечение полного использования достоверного, исчерпывающего и своевременного знания во всех видах человеческой деятельности;
  •  сущности и целям социально-технического прогресса;
  •  обеспечению устойчивого прогрессивного развития общества.

Выделение общесоциального и всеобъемлющего характера информатизации имеет принципиальное значение и отражено в следующем определении.

Информатизация общества – это комплекс мер, направленных на обеспечение полного использования достоверного, исчерпывающего и своевременного знания во всех общественно значимых видах человеческой деятельности, где информация становится стратегическим ресурсом общества в целом, во многом обусловливающим его способность к успешному развитию, а техническим средством такого ресурса в большей степени выступают ЭВМ и средства связи.

Информатизация является всеобщим и неизбежным периодом развития человеческой цивилизации, освоения информационной картины мира, осознания единства законов функционирования информации в природе и обществе, практического их применения, создания индустрии производства и обработки информации. Таким образом, «информатизация общества» является более широким понятием, чем «компьютеризация общества», и направлена на скорейшее овладение обществом информацией для удовлетворения своих потребностей.

Последний период развития информатизации характеризуется формированием новой отрасли – информационной индустрии, связанной с производством технических средств, методов, технологий для производства новых знаний, а также с производством самих знаний. Важнейшими составляющими информационной индустрии становятся все виды информационных технологий и систем, особенно телекоммуникации.

Экономический смысл процесса информатизации состоит в переходе к такому состоянию общества, при котором в производстве преобладают не материальные факторы, а информационные продукты и услуги, повышающие эффективность решения задач материального производства и усложняющихся экологических проблем. Такой этап развития общества, обусловленный бурным развитием компьютерной техники и информационных технологий, послужил толчком к развитию общества, построенного на использовании различной информации и получившего название информационного общества.

Информационное общество – общество, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации, особенно высшей ее формы – знаний, а эффективность организации происходящих в нем процессов обеспечивается применением все более разнообразной и качественной информации и все более интеллектуальных и автоматизированных информационных технологий.

Информационная сфера

Основной целью информатизации является создание оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и прав на информацию. Для этого необходимо развитие различных способов организации и использования информации, информационных ресурсов, потоков, сетей и систем, т.е. создание информационной среды.

Информационная сфера (среда) – сфера деятельности субъектов, связанная с созданием, преобразованием и потреблением информации.

С учетом содержания информатизации и информационной сферы можно считать, что их основой является формирование и использование информационных ресурсов, а также создание информационных систем, реализующих многообразие информационных технологий, обеспечивающих различные информационные услуги по использованию информационного ресурса. В результате формируется рынок информационных товаров и услуг.

Деятельность (методы деятельности) субъектов и результаты этой деятельности являются основными элементами информационной сферы. При этом следует учитывать обоюдный процесс влияния как информационной среды на общество, личность и государство, так обратное их влияние на формирование своей информационной среды.

Информационный ресурс

Информация по своему содержанию – не материальный, а идеальный феномен. Сегодня информация уже мыслится как важнейшая субстанция, или среда, которая питает исследователей, разработчиков, управляющие органы и которая ими же создается и непрерывно обновляется. Являясь фактором (ресурсом) интенсивного социально-экономического развития, она обладает рядом свойств: соответствием решаемым задачам, достоверностью, своевременностью, новизной, полнотой, возобновляемостью, воспроизводимостью, фундаментальностью, актуальностью, значимостью, возможностью многократного использования, ценностью, устойчивостью к старению, влиянием на организацию использования других видов ресурса, наличием механизма самовоспроизводства, нерасходуемостью, уникальностью и т.д. Однако эти особенности информации реализуются лишь с помощью материальных информационных средств, техники и технологий – всей индустрии информатики, поскольку информация имеет специфическое, присущее только ей свойство невозможности существования без информационного носителя.

Таким образом, информационный ресурс должен рассматриваться с учетом его двойственного характера – материальности и идеальности.

Вообще под ресурсом понимаются запасы, источники чего-нибудь.

В индустриальном обществе известно несколько основных видов ресурсов, ставших классическими экономическими категориями:  

- материальные ресурсы – совокупность предметов труда, предназначенных для использования в процессе производства общественного продукта, например: сырье, материалы, топливо, энергия, полуфабрикаты, детали и т.д.;

  •  природные ресурсы – объекты, процессы, условия природы, используемые обществом для удовлетворения материальных и духовных потребностей людей;
  •  трудовые ресурсы – люди, обладающие общеобразовательными и профессиональными знаниями для работы в обществе;
  •  финансовые ресурсы – денежные средства, находящиеся в распоряжении государственной или коммерческой структуры;
  •  энергетические ресурсы – носители энергии, такие как уголь, нефть, нефтепродукты, газ, гидроэнергия, электроэнергия и т.д.

Для информационного общества значимым является информационный ресурс, который не рассматривался ранее как экономическая категория.

Информационные ресурсы – отдельные документы и отдельные массивы документов, документы и массивы документов в информационных системах (библиотеки, архивы, фонды, банки данных, другие информационные системы).

Дополнением содержания информационного ресурса является определение документированной информации (документа).

Документированная информация – зафиксированная на материальном носителе путем документирования информация с реквизитами, позволяющими определить такую информацию или в установленных законодательством Российской Федерации случаях ее материальный носитель. Здесь документ представляет материальный объект с зафиксированными на нем сведениями в виде текста, звукозаписи или изображения, предназначенный для передачи во времени и пространстве в целях хранения и общественного использования. Такие сведения могут называться данными.

Документы и их массивы фиксируют на материальном носителе информацию и знания, созданные для общественного использования и распространения. Такие информационные ресурсы общества, как знания, отчуждены от их создателей и материализованы в виде документов, баз данных, баз знаний, алгоритмов, компьютерных программ, а также произведений искусства, литературы, науки и т.д.

Известно, что термин «информационный ресурс» за рубежом впервые был введен в 1963 г., а в отечественной практике используется с конца 1960-х гг., хотя в то время это не дало ничего нового ни для развития теории, ни для практики. Одна из причин такого положения состояла в недостаточной разработанности методологии и механизмов измерения этого вида ресурса. Следует отметить, что проблема количественной оценки информационных ресурсов до сих пор не получила адекватного решения, хотя подобные попытки предпринимались неоднократно. В настоящее время существуют два подхода в трактовке рассматриваемого понятия.

  1.  Информационные ресурсы составляют только информационные фонды документов (архивы, библиотеки, базы данных, депозитарии). При этом активными информационными ресурсами называют ту  часть национальных информационных ресурсов, которую составляет информация, доступная для автоматизированного поиска, хранения и обработки. Вместе с тем все большее распространение в последние годы получает расширенный подход к определению данного понятия.
    1.  Информационные ресурсы (согласно расширенному подходу) включают не только информационные фонды документов, но и иные компоненты, например, технические средства (ЭВМ, средства связи, терминалы, средства передачи и обработки данных и т.д.); источники информации (документы, сообщения); людей (пользователи, обслуживающий персонал); данные, зафиксированные на любых носителях, и навыки работы с ними; средства обработки информации, в том числе интеллектуальные возможности человека; программное обеспечение; информационные технологии и др.

Таким образом, информационный ресурс следует рассматривать как комплексную динамическую систему, включающую в себя целый ряд взаимоувязанных компонентов: информационную базу, материально-техническую базу, кадровую составляющую, средства коммуникации, средства обработки информации, финансовые средства.

Ресурсы могут быть классифицированы по ряду признаков:

  •  по тематике хранящейся информации (правовая, общественно-политическая, научная, финансово-экономическая, экологическая, медицинская и др.);
  •  форме собственности (государственная, федеральная, субъекта Федерации, муниципальная, общественных организаций, акционерная, частная);
  •  доступности информации (открытая, закрытая (конфиденциальная);
  •  принадлежности к виду информационной системы (библиотечная, архивная, научно-техническая и т.п.);
  •  источнику информации (официальная, неофициальная, публикации в СМИ, статистическая отчетность, результаты социологических исследований и т.п.);
  •  назначению и характеру использования информации (массовая, региональная, ведомственная и т.п.);
  •  форме представления информации (текстовая, цифровая, графическая, мультимедийная);
  •  виду носителя информации (бумажный, электронный).

Информационные продукты и услуги

Основой создания информационных продуктов являются информационные ресурсы. Содержание информационного продукта составляет:

  •  отражение информационной модели производителя;
  •  воплощение производителем собственного представления о конкретной предметной области;
  •  результаты интеллектуальной деятельности человека;
  •  формы фиксации на любом материальном носителе.

Носителями, обладающими определенными физическими свойствами, являются  документы, книги, программы и др. С позиций действующего законодательства содержание понятия информационного продукта относится к документированной информации.

Информационный продукт (продукция) – документированная информация, подготовленная в соответствии с потребностями пользователя и предназначенная или применяемая для их удовлетворения. Данный продукт является результатом информационной технологии.

Основными характеристиками информационного продукта являются:

  •  способность фиксировать информационную модель отражаемого объекта;
  •  способность воплощать свое собственное представление о конкретной предметной области, для которой он создан;
  •  необходимость документироваться на материальном носителе любого физического свойства в виде статей, обзоров, программ, книг и т.д.;
  •   способность распространяться такими же способами, как и любой другой материальный продукт.

Независимо от вида физического носителя информационный продукт распространяется с помощью услуг.

Услуга – результат непроизводительной деятельности субъекта (физического, юридического лица), направленной на удовлетворение потребностей человека или организацию использования различных продуктов.

Информационные услуги – действия субъектов (собственников и владельцев) по обеспечению пользователей информационными продуктами. В узком смысле информационная услуга часто воспринимается как услуга, получаемая с помощью компьютеров, хотя на самом деле это понятие намного шире.

Информационные продукты и предоставление информационных услуг лежит в сфере экономики любого государства и характеризуется наличием рынка информационных продуктов и услуг (информационного рынка). Перечень услуг определяется объемом, качеством, предметной ориентацией по сфере использования информационных ресурсов. Основные виды информационных услуг, оказываемых информационными системами, могут включать:

  •  поиск фактов и документов в массивах информационного ресурса;
  •  составление обзоров по тематике и перспективным разработкам в той или иной области человеческой деятельности, аннотирование и реферирование документов;
  •  предоставление полных текстов документов, а также справок по их описанию и местонахождению;
  •  выдачу результатов библиографического поиска и аналитической переработки информации (справки, указатели, дайджесты, обзоры и пр.);
  •  фактографический поиск и аналитическую переработку информации (справки, таблицы, фирменное досье);
  •  организацию научно-технической пропаганды и рекламной деятельности (выставки новых поступлений, научно-технические семинары, конференции и т.п.);
  •  выдачу результатов информационного исследования (аналитические справки и обзоры, отчеты, рубрикаторы перспективных направлений, конъюнктурные справки и т.д.).

Информационные услуги предоставляются в режимах информационного обслуживания (по заявкам и запросам потребителя) и информационного обеспечения (по регулярным, заранее оговоренным тематикам).

Результаты информационных услуг могут быть релевантными и пертинентными.

Релевантность – это соответствие содержания документа информационному запросу. Оно отражает субъективное понимание потребителем необходимой ему информации, которое он излагает в запросе.

Пертинентность – это соответствие содержания документа информационной потребности. В нем выражается объективное содержание информации, требуемой для решения проблемы или задачи.

С учетом того, что предоставление информационных услуг связано с формированием и наличием баз данных в информационных системах, построенных на применении вычислительной техники, применяется следующее содержание понятия «база данных».

База данных – совокупность связанных данных, правила и организация которых основана на общих принципах описания, хранения и манипулирования данными.

Базы данных, по содержанию, существовали и до компьютерного периода в библиотеках, архивах, фондах, справочных бюро и других подобных организациях. В них содержатся всевозможные сведения о событиях, явлениях, объектах, процессах, публикациях и т.п. Таким образом, база данных является одной из форм существования и организации информации.

Можно привести классификацию баз данных с позиций их использования для систематизации информационных услуг и продуктов.

Библиографические базы данных содержат вторичную информацию о документах, включая рефераты и аннотации.

Небиблиографические базы данных представлены множеством видов:

  •  справочными, содержащими информацию о различных объектах и явлениях, например адреса, расписания движения, телефоны магазинов и т.п.;
  •  полнотекстовыми, содержащими первичную информацию, например статьи, журналы, брошюры и т.п.;
  •  числовыми, содержащими количественные характеристики и параметры объектов и явлений. Это химические и физические данные, статистические и демографические данные и т.п.;
  •  текстово-числовыми, содержащими описания и характеристики промышленной продукции, фирм, стран и т.п.;
  •  финансовыми, содержащими финансовую информацию, предоставляемую банками, биржами, фирмами и т.п.;
  •  юридическими, содержащими правовые документы по отраслям, регионам, странам.

3.  Общие понятия информационных систем

Как известно, большая часть усилий специалистов, занятых в информационном секторе, направлена на управление людьми и машинами в ходе трудового процесса. Однако усложнение трудового процесса вызывает проблемы в управлении при обработке информации вручную.

Автоматизированная обработка информации с применением средств связи и оргтехники вооружает администрацию и непосредственных исполнителей точными сведениями об объеме работы, проделанной за любой отрезок времени, об использовании трудовых и материальных ресурсов, о себестоимости и трудоемкости отдельных видов продукции и др. Дальнейшая автоматизация управленческого труда служит средством сокращения и удешевления аппарата управления.

Использование современных информационных технологий и их реализация в виде информационных систем в сфере управления обеспечивает повышение качества, точности, объективности, оперативности и своевременности принятия управленческих решений.

Информационная система (ИС) – взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения и обработки информации в интересах достижения поставленных целей.

Несколько детализировано это понятие в Федеральном законе от 27 июля 2006 г. №149-ФЗ «Об информации, информационных технология и о защите информации». В нем информационная система представлена как совокупность содержащейся в базах данных информации и обеспечивающих ее обработку информационных технологий и технических средств.

Основное предназначение информационной системы: решение задач обработки данных, автоматизации расчетных задач, автоматизации задач экспертных систем, информационное обеспечение систем управления и др.

Важной чертой ИС является то, что электронно-вычислительная техника (ЭВТ) представляет ее техническую базу и инструмент.

История возникновения ИС может быть отнесена к моменту появления систем счисления и в настоящее время, с учетом использования ЭВМ, насчитывает несколько десятилетий и условно может быть разделена на четыре этапа:

- первый этап (1950-1960 гг.) характеризуется созданием ИС обработки расчетной документации на электромеханических бухгалтерских машинах, обеспечивающих повышение скорости обработки документов и упрощение процедуры обработки счетов и расчета зарплаты;

- второй этап (1960-1970 гг.) – создаются управленческие ИС для производственной информации, обеспечивающие ускорение процесса подготовки отчетности по различным видам и сферам деятельности;

- третий этап (1970-1980 гг.) – разрабатываются системы поддержки принятия решений для различных звеньев управления, в том числе для высшего, обеспечивающие выработку или выбор рациональных или оптимальных решений;

- четвертый этап (1980-н/в) – создаются стратегические ИС, представляющие автоматизированные системы управления различными видами деятельности, обеспечивающие эффективное развитие личности, общества и государства.

Структура и основные характеристики информационных систем

Для любых систем, в том числе ИС, понятие и содержание структуры раскрывает схему связей и взаимодействия между элементами. Однако в силу большого разнообразия и динамичности существующих структур такое понятие недостаточно полно и однозначно определяет составные части системы. С учетом этого вводится понятие «архитектура системы», которое дополняет описание структуры системы и является достаточно самостоятельным.

Для ИС выделяют следующие описания:

- физическое, определяющее состав и связи элементов;

- логическое, отображающее функционирование.

В качестве видов обеспечения ИС на практике рассматривают физическое, техническое, информационное, программное и другое строение.

Физическая структура – это схема связей физических элементов системы (технические средства, аппаратура узлов коммутации, вычислительные устройства и другие).

Логическая структура определяет принципы установления связей, алгоритмы организации, функционирования процессов и управления ими, логику функционирования программных средств.

Топологическая структура – обобщенная геометрическая модель физической структуры.

Конфигурация системы – конкретный состав организационно-технических, программно-аппаратных, математических, организационных, правовых, морально-этических средств и мероприятий, а также схема их связей.

Известное понятие «архитектура» (от лат. architeсtura и греч. architektonike) означает искусство проектировать и строить здания, сооружения, а также их комплексы, создающие материально организованную среду, необходимую для жизни и деятельности в соответствии с назначением, современными техническими возможностями и эстетическими воззрениями общества.

Архитектура ИС представляет основные принципы построения, определяющие единство физической, логической и функциональной структур.

Одним из общих требований к архитектуре системы является ее адаптируемость.

Адаптируемость – способность системы к целенаправленному приспособлению при изменении физической, функциональной, логической структур, технологических схем или условий функционирования ИС.

Важность выполнения этого требования обусловливается:

- существенным изменением характеристик и показателей системы в ходе их функционирования;

- потенциальной возможностью существенного изменения структуры, технологического процесса и условий функционирования системы;

- слабой структуризацией процессов управления и высокой степенью их неопределенности.

Кроме адаптируемости к архитектуре системы предъявляются конкретные целевые требования, выполнение которых существенно влияет на эффективность управления:

- функциональные, предполагающие обеспечение решения системой требуемой совокупности задач управления;

- эргономические, направленные на решение системой задач минимизации помех и обеспечения удобства для обслуживающего персонала и должностных лиц системы;

- экономические, предполагающие обеспечение системой минимизации затрат ресурса и максимальное использование средств;

- технические, учитывающие комплексное использование в системе средств, элементов и комплексов управления;

- организационные, предполагающие обеспечение для системы простоты эксплуатации и структурированности всех компонентов.

С учетом отмеченных требований к архитектуре  формируется структура ИС. Она представляет собой множество взаимосвязанных обеспечивающих подсистем (рис. 1.)

Рис. 1. Структура информационной системы

как совокупность подсистем обеспечения

4. Понятия информационных технологий

Технология (от греч. techne) – искусство, мастерство, умение.

Наличие этих качеств и их достижение предполагает реализацию некоторых процессов.

Процесс  определенная совокупность действий, направленных на достижение поставленной цели.

Процесс обусловливается выбранной человеком стратегией и реализуется с помощью совокупности различных средств и методов.

Технология материального производства – процесс, определяемый совокупностью средств и методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья или материала в целях получения материального продукта.

Информация наряду с традиционными материальными ресурсами (нефть, газ и др.) является ценным ресурсом общества. Соответственно и процесс ее переработки, по аналогии с процессами переработки материальных ресурсов, можно воспринимать как технологию переработки исходных данных в соответствующий информационный продукт.

Информационная технология (ИТ) – процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта).

Данный вид технологии четко разделяется на три компонента:

  1.  Аппаратное обеспечение (hardware). Сюда относятся физическая структура, логический макет, конфигурация ЭВМ, систем и прочего оборудования. Это средства согласования задач производства (товаров и/или услуг) с достижением заданного результата или цели.
  2.  Программное обеспечение (software). Оно представляет собой набор правил, руководящих принципов и алгоритмов, необходимых для «оживления» технического оборудования. Сюда также относятся программы, соглашения, стандарты и правила пользования, направленные на координацию отдельных задач и процесса в целом. Это ноу-хау ИТ, оно отвечает на вопрос «как?».
  3.  Алгоритмическое (интеллектуальное) обеспечение (brainware, knoware). Оно, в зависимости от намерений, ожидаемых результатов и целей, должно обосновывать целесообразность использования и развертывания технического и программного обеспечения, а также его конфигурацию в каждом конкретном случае. Эта часть отвечает на вопросы «что?» и «почему?».

Эти три компонента взаимозависимы и равнозначны. Они образуют ядро ИТ.

Однако существует четвертый и самый важный аспект ИТ – сеть поддержки ИТ, инфраструктура. Это необходимые физические, административные и культурные схемы, включая рабочие задания, требуемые навыки, объем работ, стандарты и критерии, стиль, культуру и организационные модели развертывания ИТ. В связи с этим можно привести и иное определение ИТ.

Цель технологии материального производства – выпуск продукции, удовлетворяющей потребности человека или системы.

Цель информационной технологии – производство информации для ее анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.

Применение различных технологий переработки информации, так же как и материальных технологий, позволяет получить различные информационные продукты (табл. 1).

Таблица 1

Сопоставление основных компонентов технологий

В настоящее время повышение эффективности процесса использования информационных ресурсов общества обусловлено широким использованием микропроцессорной техники. На ее основе произошло бурное развитие ЭВТ и ее внедрение в виде новых информационных технологий во все сферы деятельности.

Новая информационная технология – информационная технология с «дружественным» интерфейсом работы пользователя, использующая персональные компьютеры и телекоммуникационные средства.

Основные принципы разработки новых информационных технологий:

  •  интерактивность (диалоговость) режима работы с компьютером;
  •  интегрированность (стыковка, взаимосвязь) различных программных продуктов;
  •  гибкость процесса изменения как данных, так и постановки задач.

Реализация информационных технологий предполагает использование средств аппаратного, программного и математического обеспечения, позволяющего произвести переработку первичной информации. Важное место среди этих средств занимают программные продукты – программный инструментарий информационной технологии.

Инструментарий информационной технологии – один или несколько взаимосвязанных программных продуктов, используемых для определенного типа компьютера, технология работы в котором позволяет достичь поставленную пользователем цель.

Виды инструментария ИТ:

  •  текстовый процессор (редактор);
  •  гипертекстовые системы;
  •  электронные таблицы;
  •  электронные записные книжки;
  •  электронные календари;
  •  системы автоматизации офиса;
  •  системы электронной почты;
  •  системы обработки данных;
  •  системы обработки изображений;
  •  системы обработки речи;
  •  системы виртуальной реальности;
  •  настольные издательские системы;
  •  системы управления базами данных;
  •  информационные системы функционального назначения;
  •  системы поддержки принятия решений;
  •  интеллектуальные системы;
  •  системы управления (процессами, объектами, предприятиями и др.);
  •  экспертные системы и т.д.

Несколько слов о новых современных ИТ, которые все больше внедряются в юридические задачи.

Видеотехнология – это технология использования изображений. Такой технологии может предшествовать визуализация, т.е. представление данных в виде изображений.

Мультимедиатехнология (мультисреда) основана на комплексном представлении данных любого типа. Такая технология обеспечивает совместную обработку символов, текста, таблиц, графиков, изображений, документов, звука, речи, что создает мультисреду. Изображение может быть выдано на экран с текстовым и звуковым сопровождением. Использование мультимедиатехнологии особенно эффективно в обучающих системах. Это связано с тем, что при активной работе в мультисреде пользователь запоминает 75 % воспринимаемой информации, в то время как из услышанной информации запоминается лишь 25 %.

Нейрокомпьютерные технологии используют взаимодействующие друг с другом специальные нейрокомпоненты на базе микропроцессоров. Такой подход основан на моделировании поведения нервных клеток (нейронов). Нейротехнология применяется в создании искусственного интеллекта для решения сложных задач: распознавания образов (в том числе в криминалистических исследованиях); управления кредитными рисками; прогноза развития ситуаций (фондовых в экономике, кадровых в юриспруденции и др.); определения стоимости недвижимости с учетом качества зданий, их состояния, окружающей обстановки и среды и др. Компонентами нейротехнологий являются нейронные компьютеры и процессоры, а также нейронные сети как класс алгоритмов, обеспечивающих решение сложных задач. Нейросети обладают способностью самообучения, имеют высокое быстродействие, так как обработка информации в них осуществляется многими компонентами, функционирующими параллельно.

Объектно-ориентированная технология основана на выявлении и установлении взаимодействия множества объектов и используется при создании компьютерных систем на стадии проектирования и программирования. В качестве объектов в ней выступают пользователи, программы, клиенты, документы, файлы, таблицы, базы данных и т.д. Такие подходы характеризуются тем, что в них используются процедуры и данные, которые заменяются понятием объект. Объект – это предмет, событие, явление, которые выполняют определенные функции и являются источником или потребителем информации. На этой основе, например, построена технология связи и компоновки объектов (OLE), разработанная фирмой Microsoft. Использование объектно-ориентированных технологий позволяет иметь более эффективные решения в системах управления.

Технология управления знаниями позволяет создать не просто автоматизированную систему с единым информационным пространством, а среду, в которой знания одного работника становились бы достоянием всех.

Интернет-технология основана на объединении информационных сетей в глобальную информационную структуру.

Развитие ИТ все более направлено в область интеллектуальных, наукоемких проблем. Визуализация данных, обработка изображений, создание виртуального пространства позволяют человеку погрузиться в образную среду решения сложных задач, приблизиться к поставленным целям на качественно новом уровне, облегчить подготовку и принятие управленческих решений.

ИТ могут использоваться в различных организационных режимах. К основным из них относятся сетевой, пакетный, реального времени, разделения времени, интерактивный и диалоговый.

Сетевой режим определяется необходимостью быстрой передачи информации и оперативного взаимодействия пользователей. Любая сеть характеризуется множеством связанных друг с другом систем, узлов, элементов. Распределенная обработка данных заключается в том, что пользователь и его прикладные программы (приложения) получают возможность работать со средствами, расположенными в рассредоточенных узлах сетевой системы.

Обработка данных в пакетном режиме означает, что каждая порция несрочной информации (как правило, в больших объемах) обрабатывается без вмешательства извне, например, формирование отчетных сводок в конце периода.

Режим реального времени – это технология, которая обеспечивает такую реакцию управления объектом, которая соответствует динамике его производственных процессов. При этом время реакции играет доминирующую роль.

Режим разделения времени – технология, которая предусматривает чередование во времени процессов решения разных задач в одном компьютере.

Интерактивный режим осуществляется в системах реального времени. Он может использоваться для организации диалога (диалоговый режим). Интерактивный режим – это технология выполнения обработки или вычислений, которая может прерываться другими операциями. Такой процесс чаще всего организован как транзакция.

Транзакции – это короткий во времени цикл взаимодействия (объектов, партнеров), включающий запрос, выполнение задания (или обработку сообщения), ответ. Характерным примером транзакции является работа в режиме диалога, например, обращение к базе данных.

Диалоговый режим – технология взаимодействия процессов решения задач со скоростью, достаточной для осмысления и реакции пользователей. Наиболее характерный пример диалога – взаимодействие с базой данных.

Интегрированные технологии представляют собой взаимосвязанную совокупность отдельных технологий, т.е. объединение частей какой-либо системы с развитым информационным взаимодействием между ними. Использование принципа интеграции в компьютерных системах относится к различным аспектам организации технологий: интеграция информации в базах и банках данных; интеграция программ в единые интегрированные пакеты; интеграция распределенных сетевых технологий в целостные системы; интеграция функций управления предприятием в единый управляемый объект и др.

С помощью интегрированных технологий достигается согласованное управление организацией, системой, объектом, координация функций, реализуется доступ многих пользователей к общим информационным ресурсам, тем самым достигается качественно новый уровень управления.

Подводя итог общему обзору современного технологического инструментария,  выделим следующие основные виды информационных технологий, которые находят широкое применение и в юридической деятельности:

  •  обработки данных;
  •  управления;
  •  автоматизированных рабочих мест (автоматизация офиса);
  •  поддержки принятия решений;
  •  экспертных систем.

В заключение еще раз подчеркнем соотнесение ИТ и ИС.

Информационная технология связана с информационными системами, которые являются для нее основной средой. Между ними имеются отличия. ИТ является процессом, состоящим из четко регламентированных правил выполнения операций, действий, этапов разной степени сложности над данными, хранящимися в ЭВТ. Основная цель ИТ – получение пользователем необходимой информации.

ИС является человеко-машинной системой обработки информации, состоящей из компьютеров и их сетей, программных продуктов, базы данных, людей, различного рода технических и программных, средств связи и т.д. Ее основная цель – организация, хранение и передача информации.

Реализация функций ИС невозможна без знания ИТ, ориентированной на нее.  ИТ может существовать и вне сферы ИС. Таким образом, ИТ является более емким понятием, отражающим современное представление о процессах преобразования информации в информационном обществе.

Обобщая все вышесказанное, предлагаем несколько более узкие, нежели введенные ранее, определения информационной системы и технологии, реализованные средствами компьютерной техники.

Информационная технология – совокупность четко организованных определенных целенаправленных действий персонала по переработке информации на ЭВМ.

Информационная система – человеко-компьютерная система для поддержки принятия решений и производства информационных продуктов, использующая компьютерную информационную технологию.

Основными составляющими ИТ являются определение цели; структурирование всех предполагаемых операций и действий, приводящих к достижению цели; выбор необходимого программного инструментария.

В качестве варианта технологического процесса переработки информации можно представить иерархическую многоуровневую структуру:

1-й уровень – этапы, реализующие сравнительно длительные технологические процессы, состоящие из операций (этапы создания постоянной части формы в виде текстов и таблиц, кадра; создания переменной части формы, защита и сохранение формы);

2-й уровень – операции, обеспечивающие создание конкретного объекта в выбранном первом уровне программной среды (операции создания, настройки кадра и внедрения в него рисунка);

3-й уровень – действия – совокупность стандартных для каждой программной среды приемов работы, приводящих к выполнению поставленной в соответствующей операции цели (установка курсора в кадре, выполнение команды «вставка», «рисунок», «таблица» и др.);

4-й уровень – элементарные операции по управлению мышью и клавиатурой.

ТЕМА 1. Введение в дисциплину. Государственная политика в информационной сфере. Информационные технологии (основные понятия)

лекция 1.2. аппаратное обеспечение

информационных технологий

1. История развития вычислительной техники

1.1. Создание первых вычислительных приборов

Человечество тысячелетиями вынашивало идею о создании специальных машин, которые бы осуществляли помощь в творческой, умственной деятельности человека, а именно: в обработке информации и выполнении задач, с которыми традиционно справлялся только человек. Такое стремление было вполне обоснованным и крайне необходимым. Действительно, с момента первоначальной деятельности в качестве социального объекта, человек затрачивал массу энергии на поиски, изобретение, создание различных орудий труда, которые бы помогали ему в каждодневной жизни, ускоряли бы производительность типичных и специфических операций.

Создание вычислительной техники было продиктовано необходимостью осуществления различных расчетных задач, причем, при наличии жестких требований по времени или скорости осуществления этих расчетов.

Например, фараон Хеопс поставил перед своими мудрецами задачу: когда он сможет уйти в царство теней? Ответ был связан с расчетами времени окончания постройки великой пирамиды, дающей возможность, по верованиям Древнего Египта, спокойно умереть фараону. Выполнить подобные расчеты с помощью известной к тому времени технологии счета на пальцах было невозможной задачей.

Мудрецы Египта успешно справились с задачей, подарив миру созданную ими АРИФМЕТИКУ - науку о числах (АРИФМО означает число) и первый на Земле вычислительный прибор - абак.

Абак в переводе означает «пыль», «мелкий песок». На специальной доске раскладывали в определенном порядке камешки и, чтобы они не скатывались, доску посыпали песком. Таким был первый вычислительный прибор всего древнего мира. Так, знаменитый древнегреческий математик Пифагор считал счет на абаке обязательным разделом математики.

Постепенно человек усовершенствовал абак. Косточки для счета нанизали на нити. Получившиеся «бусы» натянули на рамку - так создали счеты. У современных счет вместо нитей установлены металлические спицы. Развитие общественных и информационных отношений заставляло и дальше совершенствовать вычислительную технику, которая от первоначальных вариантов перешла в область специализированных механических устройств.

Первую счетную машину, которая называлась АРИФМОМЕТР, изобрел в XVII веке замечательный французский ученый Паскаль. Она выполняла любые арифметические операции. Умножение в ней производилось многократным сложением, деление - многократным вычитанием.

Машина эта производила на современников неизгладимое впечатление. О ней писались поэмы, слагали легенды, потому что впервые машина делала операции, посильные еще совсем недавно только человеку.

Главным недостатком всех арифмометров было то, что передвигать колесики, устанавливать цифры, запоминать промежуточные результаты - все это должен был делать человек. Он управлял процессом вычислений, а также сам держал в памяти последовательность действий.

Однако жизнь ставила все новые, более сложные задачи: астрономия и экономика государства, мореплавание и научные исследования, строительство мостов и тоннелей, обработка результатов переписи населения. Если бы пришлось решать все эти задачи на арифмометрах, то для этой работы не хватило бы людей на всей планете.

Кроме расчетных задач на механические устройства пытались возложить и простые функции обработки информации, в частности сортировки данных. Так, для обработки результатов переписи населения США в конце XIX века (первая была в 1870 - обрабатывалась 7,5 лет; вторая - 10 лет) служащий бюро ценза Герман Холлерит предложил и использовал механический табулятор.

Счетная машина-табулятор Холлерита - одно из самых первых изделий фирмы, которую он в 1911 г. совместно с Томасом Лодсоном преобразовал  в маленькую фирму - IBM - International Business Machins (что сейчас обозначает данная аббревиатура - давно известно всему миру).

Идея же использования программного управления для построения устройства, автоматически выполняющего арифметические вычисления, была впервые высказана английским математиком Чарльзом Бэббиджем в начале XIX века.  К 1833 году после 10 лет работы была построена лишь часть данной машины (но действующая часть), которая должна была интегрировать уравнения в конечных разностях для задач составления астрономических, навигационных и других жизненно необходимых математических таблиц.

В целом аналитическая машина Бэббиджа должна была содержать, наряду с арифметическим устройством, внутреннюю память, внутреннее устройство управления и программироваться с помощью перфокарт. Однако его попытки построить механическое вычислительное устройство в полном варианте не увенчались успехом.

Идея аналитической машины Бэббиджа легла в основу подготовки первой ЭВМ, но была реализована лишь спустя 100 лет.

1.2. Основные предпосылки создания  ЭВМ в XX веке

Научно-технические предпосылки

Их можно представить с двух взаимосвязанных сторон:

- логической, определяющий общий вид и смысл обработки информации;

- аппаратной (физической), дающей возможность в конкретных технических устройствах выполнить необходимую логику действий над элементарными данными.

Итак, перечислим эти предпосылки.

1. Двоичная система счисления

Двоичная система счисления была открыта Т. Гарриотом еще около 1600 г., а позже Паскаль во Франции, Лейбковиц в Испании, Лейбниц в Германии распространили ее на все арифметические действия. Таким образом, была известна логическая и математическая система простого, но надежного (с точки зрения физической реализации) выполнения операций над элементарной информацией.

Обоснование использования именно двоичной системы счисления для создания электронной вычислительной техники были даны выше при пояснении формы представления информации в ЭВМ.

2. Электромагнитное реле, как аппаратный вариант реализации двоичной логики. Реле было изобретено еще в 30-е годы XIX века, но так же, как и идеи аналитической машины Бэббиджа, более 100 лет его не пытались применять для создания вычислительной техники.

3. Электроламповый триггер, как аппаратный вариант реализации двоичной логики.   Еще в 1918-1919 гг.  М.А. Бонч-Бруевич  в СССР и  У. Икклз и Ф. Джордан в Англии независимо создали ламповый триггер. Это электронное устройство с двумя устойчивыми состояниями. По принципу или смыслу работы триггер может быть элементарной ячейкой памяти машины и, находясь в одном из состояний, как бы «запоминать» необходимый вид сигнала. И, хотя такая ячейка способна фиксировать всего лишь два состояния, она, в силу простого варианта исполнения и принципа работы, умеет делать это надежнее и быстрее других устройств.

Кроме триггеров в машине необходимы и логические устройства (например, двоичные логические элементы - так называемые логические вентили). Они же могут быть выполнены значительно проще триггеров.

Поэтому не случайно высказывание одного из пионеров электронной вычислительной техники, что «после 1919 года в любой момент можно было создать ЭВМ». Однако только в 1937 г. потомок выходца из Болгарии Георгий Атанасов приступил к созданию первой вычислительной машины на электронных лампах. Работа затянулась на долгие годы (до 1942 г.) и  была прервана войной.

Говард Айкен, американский физик, стремившийся сначала лишь к облегчению собственных расчетов, пришел к идеям аналитической машины Бэббиджа самостоятельно и создал в 1944 г. первую действующую аналитическую машину «МАРК-I» на электромеханических реле. Одновременно в Германии аналитическую машину создавал К. Цузе, который еще в 1941 г. сконструировал первый двоичный релейный вычислитель.

Общественно-политические предпосылки создания ЭВМ

Таким образом, к 40-м гг. ХХ в. идея универсальной электронной вычислительной машины не только носилась в воздухе, но ее реализация стала насущной необходимостью.

Этому способствовали реальные условия мирового сообщества. Человечество было на грани Второй мировой войны, бурно развивались атомная физика, ракетная и космическая техника. Начавшаяся война заставила принимать решения по стратегии и тактике ее ведения, применению новых видов и систем вооружения, в первую очередь, атомного.

Все эти проблемы потребовали решения вычислительных задач такого большого объема, что с ними нельзя было справиться при помощи уже имевшихся механических арифмометров, клавишных или перфорационных счетных машин. К новой вычислительной технике было выдвинуто жесткое требование - максимально возможная скорость осуществления вычислительных операций.

Механическая вычислительная техника, да и ее электромеханические варианты не были способны обеспечить необходимую скорость. Самый быстрый среди них элемент - электромагнитное реле - переключается лишь за десятые доли секунды (именно за это время якорь реле перелетает от одной контактной группы к другой и тем самым замыкает разные электрические цепи).

Эта конструктивная особенность принципиально ограничивает совершенствование быстродействия такой машины. Для полностью электронного прибора, например электронной лампы, частота же или условная скорость срабатывания (переключения), была в тысячи раз выше.

Все сказанное доказывает, что с возникшими информационными задачами могли справиться только новые средства вычислительной техники - электронные вычислительные машины. А их принципиальная схема выполнена именно на электронных приборах.

2. Поколения  ЭВМ

После безуспешных работ Георгия Атанасова по созданию электронной машины в 1942 г. выходит книга известного ученого Норберта Винера «Основы кибернетики или теории управления всеми организмами». Основываясь на материале этой книги и на знаниях системной техники, Джон фон Нейман, Чарльз Айстин и другие американские ученые, знакомые с работами Атанасова, приступили к разработке ЭВМ (на базе электронных ламп).

Первая ЭВМ была создана в 1946 году в США в Пенсильванском университете под руководством Дж. Маучли и Дж. Эккерта. Называлась эта машина ENIAC - electronic integrator and calculator (ЭНИАК - аббревиатура от полного названия «электронный интегратор и вычислитель»). Применялась она лишь для расчетов ядерных реакций в военных целях.

От момента создания данной машины и идет эра ЭВМ. И, хотя производительность ее работы составляла мизерную по современным представлениям величину - 5 000 операций в секунду, она была новым принципиальным шагом в развитии вычислительной техники той поры и революционно превосходила все другие виды вычислителей.

Первая в Европе ЭВМ была создана в СССР в 1951 году под руководством академика С.А. Лебедева в АН УССР в Киеве. Называлась она Малая Электронная Счетная Машина - МЭСМ.

Позже в 1952 г. в одном из немецких научных учреждений была обнаружена засекреченная вычислительная машина подобного направления, созданная Карлом Шуреком еще в 1944 г. Но право на изобретение уже было за американцами.

Дальнейшая история развития ЭВМ подобной архитектуры представлена в виде, так называемых поколений. Подробнее о понятии и особенностях архитектурного построения таких машин («фон-неймановской» архитектуры) поговорим ниже

Поколение ЭВМ  - совокупность существенных особенностей и характеристик, используемых при построении конструкторско-технологической и логической базы машины. Основа разделения ЭВМ на поколения, прежде всего, выражается в элементной базе.

Элементная  база -  совокупность  технических устройств, из которых собрана вся машина. Она определяет все характеристики ЭВМ.

Чтобы вести изложение отличий ЭВМ по поколениям развития, приведем эти характеристики и рассмотрим, как их следует понимать.

Характеристики  ЭВМ

Быстродействие - способность ЭВМ выполнять некоторое количество арифметических и логических операций в единицу времени (как правило, в секунду). Данную характеристику не следует путать с тактовой частотой работы процессора. Дело в том, что выполнение конкретной операции складывается из определенной совокупности элементарных действий, каждое из которых осуществляется за один такт.

Эта характеристика измеряется в MIPS (миллионах команд, выполняемых в секунду) и MFLOPS (миллионах операций над числами с плавающей запятой, выполняемых в секунду).

Объем внутренней и внешней памяти - количество информации, которое может быть доступно для быстрой обработки на ЭВМ или может быть сохранено на продолжительный период.  Эти объемы считаются, как было отмечено выше, в байтах, килобайтах и других единицах измерения информации.

Точность вычислений - способность процессора (сопроцессора) ЭВМ выполнять арифметические операции с определенной точностью после запятой (допустим, порядка 300 знаков после запятой).

Габаритные размеры  -  величина внешних размеров как отдельных модулей или составных частей машины, так и всего комплекса в целом.

Энергопотребление - электрическая мощность, потребляемая от источника питания, как отдельными модулями, так и всей ЭВМ.

Стоимость - цена отдельных модулей, всего комплекса ЭВМ, расходных материалов.

Дизайн - внешний вид, форма, окраска, удобство эксплуатации и др.

Возможность выполнения определенных задач. Эта характеристика определяет тактические или, можно сказать, обобщающие возможности ЭВМ. Они реализуются на базе технических характеристик, рассмотренных выше

Основные характеристики производительности ЭВМ подчиняются эмпирическому закону, сформулированному сотрудником корпорации Intel - Г. Муром. В соответствии с ним тактовая частота процессоров (как основной фактор быстродействия) удваивается каждые полгода.

1-е  поколение  ЭВМ (с 1946 г. до середины 50-х годов ХХ в.).

Элементная база ЭВМ этого поколения - электронные лампы.

К первому поколению ЭВМ, кроме отмеченных выше, относятся созданные советскими учеными и инженерами ламповые вычислительные машины БЭСМ-2, Стрела, М-2, М-3, Минск-1, Урал-1, Урал-2, М-20. Они были, в основном, ориентированны на решение научно-технических задач.

Что же представляли собой машины первого поколения? Характеристики ЭНИАКа:  вес - 30 тонн, занимаемая площадь - 150 м.кв., 40 панелей управления, 18 000 электронных ламп, 1 500 реле, производительность - 5 000 операций в секунду.

Одна из первых вычислительных машин - ТРИДАГ - занимала площадь целого здания.

Эксплуатация ЭВМ первого поколения дала ряд заметных результатов и тем самым определяла необходимость дальнейших научных исследований и практических внедрений в области развития этого нового для человечества класса техники.

Такие исследования и внедрения проводились во многих странах и через некоторое время темпы развития новой отрасли вышли в число одних из ведущих в мире. Так, для сравнения, можно прогнозировать создание нового самолета в авиационной промышленности (где темпы развития также высоки), но в условном пересчете на темпы роста индустрии электронно-вычислительной техники и микроэлектроники. В качестве сравнительных характеристик возьмем скорость, энергопотребление, стоимость. Самолет, который бы мог быть создан при таких условиях, должен  быть способным облететь земной шар всего за несколько часов, истратив при этом около 20 кг топлива, а стоил бы всего 500 долларов.

На данном образном примере мы показали, что действительно, начиная с первого поколения, человечество вкладывало огромные ресурсы в становление и развитие электронно-вычислительной техники. Основу такого движения вперед составляли работы по изменению элементной базы ЭВМ и последовательного улучшения всех ее технических характеристик.

Одной из значительных вех на этом пути было изобретение в 1948 году нового электронного прибора - транзистора.

В 1955 г. начинается выпуск транзисторных бортовых ЭВМ для военной авиации. Так было начато 2-е поколение компьютеров.

2-е  поколение ЭВМ (с середины 50-х годов до середины 60-х годов ХХ в.).

Элементная база - транзисторы.

Применение транзисторов в этом поколении позволило существенно повысить надежность, снизить энергопотребление, уменьшить размеры ЭВМ.

В целом изменение элементной базы позволило создать ЭВМ, обладающие большими логическими возможностями и более высокой производительностью. Наряду с машинами для научных расчетов, появились ЭВМ для решения планово-экономических задач (задач обработки данных) и управления производственными процессами.

В нашей стране были созданы полупроводниковые ЭВМ различного назначения: малые ЭВМ серии Наири и МИР, средние ЭВМ для научных расчетов и обработки данных со скоростью работы 5-30 тыс. операций в секунду - Минск-2, Минск-22, Минск-32, Урал-14, Раздан-2, Раздан-3, БЭСМ-4, М-220 и управляющие вычислительные машины Днепр, ВНИИЭМ-3 и др.

В рамках второго поколения академики С.А. Лебедев и В.А. Мельников создали сверхбыстродействующую ЭВМ БЭСМ-6 с производительностью 1 000 000 операций в секунду. Именно данной машине принадлежит мировой рекорд преодоления такой производительности.

Таким образом, уже в рамках второго поколения видно существенное расширение сферы использования вычислительной техники по сравнению с первоначальным узкоспециализированным военным применением. Эта тенденция прослеживается и дальше.

Кроме того, во всем мире продолжали развиваться тенденции к повышению надежности, быстродействия, снижению стоимости аппаратуры и улучшению других характеристик.

Качественное развитие указанных тенденций могло быть лишь при изменении элементной базы ЭВМ.

В 1958 г.  разработана и создана интегральная схема - новый вид электронных приборов. В ней на одном кусочке полупроводника собрана целая электронная схема.

Важен проект фирмы IBM во второй половине 60-х годов ХХ в. по созданию новых классов ЭВМ на базе интегральных схем (ИС). Фактически был создан совершенно новый промышленный комплекс, по сравнению с которым вся предшествующая вычислительная техника могла бы показаться робким экспериментом. Но это и потребовало серьезных затрат в сумме около 5 млрд. долл. - 500 млн. на исследования и более 4 млрд. на развитие производства. Даже на знаменитый Манхэттенский проект, завершившийся взрывами первых атомных бомб, ушло средств в 2,5 раза меньше.

3-е  поколение ЭВМ (с середины 60-х до середины 70-х гг. ХХ в.).

Элементная база - интегральные схемы малой степени интеграции, где на миниатюрном кремниевом кристалле, размером примерно 1 см на 1 см, размещалось до 100 активных элементов. Отсюда и название - чип - от английского слова «кусочек», «обломок».

Первая ЭВМ на интегральных схемах была изготовлена уже в 1961 году. Она содержала 587 схем малой интеграции. А в следующем 1962 г. была выпущена первая серийная ЭВМ 3-го поколения. В полной мере развитие этого поколения относится к выше отмеченному проекту - разработке машин IBM-360.

Наша страна совместно со странами - членами СЭВ - в начале 70-х годов разработали и организовали серийное производство Единой Системы ЭВМ (ЕС ЭВМ) и Системы Малых ЭВМ (СМ ЭВМ) - машин третьего поколения на интегральных схемах.

В 1971 г. был создан первый микропроцессорный комплект 4004 - семейство из пяти дополняющих друг друга кристаллов. Главный чип имел размеры 3,8 на 2,8 мм и содержал 2 250 транзисторов. Первый микропроцессор был 4-разрядным, изготовлен на p-канальных МОП транзисторах и имел быстродействие порядка 50 000 операций в секунду. Уже к концу 70-хх гг. быстродействие микропроцессоров превысило миллион операций в секунду, степень интеграции - 200 000 транзисторов, разрядность достигла 32, что стало достаточным для решения подавляющего большинства задач даже в перспективе. Таким образом, основа для создания ЭВМ 4-го поколения была заложена.

4-е  поколение  ЭВМ (с середины 70-х годов ХХ в. по настоящее время).

Элементная база - интегральные схемы БИС - большой (от 100 до 1 000 активных элементов на один чип) и СБИС - сверхбольшой (свыше 1 000 активных элементов на один чип) степени интеграции. В первую очередь на этих элементах строят память ЭВМ.

В ЭВМ четвертого поколения достигается дальнейшее упрощение контактов человека с ЭВМ. Использование БИС и СБИС позволяет аппаратными средствами реализовывать некоторые функции программ операционных систем (аппаратная реализация трансляторов с алгоритмических языков высокого уровня и др.), что способствует увеличению производительности.

Характерным для крупных ЭВМ четвертого поколения является наличие нескольких процессоров, ориентированных на выполнение определенных операций, процедур или на решение некоторых классов задач. Создаются многопроцессорные вычислительные системы с быстродействием в несколько десятков или сотен миллионов операций в секунду. Кроме того, разрабатываются и многопроцессорные управляющие комплексы повышенной надежности с автоматическим изменением структуры (автоматической реконфигурацией).

Революцией в развитии вычислительной техники явилось создание и выпуск персональных компьютеров. Появлению их способствовали такие условия. Фирмы-разработчики ЭВМ поглощали не более 15% вала микропроцессоров, поставляемых фирмами-технологами. И тогда последние развернули широкую кампанию, стремясь пробудить самодеятельность населения. Попытка удалась настолько, что мир захлестнула новая волна радиолюбительства (точнее компьютеролюбительства). Работая в любых доступных условиях, люди конструировали персональные машины, предназначенные для индивидуального пользователя.

Двоим любителям сопутствовала невероятная удача. Персональная машина «Apple» (яблочко), созданная в 1976 г. Стивеном Джобсом и Стивом Возняком, 20-летними техниками фирмы электрических игрушек, оказалась очень удачной. Уже в 1977 г. ее тираж превысил миллион; к 1984 г. объем продажи фирмы «Apple» достиг 1 млрд. долларов - уровня, до которого нынешний сверхгигант вычислительной техники IBM шел 50 лет! Впрочем, с начала 80-х гг. и IBM и другие мощные фирмы вступили в борьбу за рынок персональных машин. И они достигли больших результатов: условное время сборки одной ЭВМ на линиях сократилось до нескольких секунд, увеличивались емкость памяти, пространственное и цветовое разрешение дисплеев.

В нашей стране в рамках 4-го поколения выпущены разнообразные машины: продолжение серий ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ, причем с рядом персональных ЭВМ, например, ЕС 1840,1841,1842, Искра 1030.

За рубежом - это компьютеры на базе процессора Intel 286, 386, 486, а затем ряда моделей Pentium.

В рамках 4-го поколения развились также хорошо известные всему миру средства вычислительной техники - микрокалькуляторы.

5-е поколение ЭВМ

В значительной степени формированию пятого поколения способствовали публикации сведений о проекте ЭВМ пятого поколения, разрабатываемом ведущими японскими фирмами и научными организациями,  поставившими перед собой цель захвата в 90-х годах ХХ в. мирового лидерства в области вычислительной техники на основе обладания высочайшими технологиями в производстве микропроцессоров. Поэтому этот проект часто называли «японским вызовом».

Согласно проекту ЭВМ и вычислительные системы пятого поколения помимо более высокой производительности и надежности при более низкой стоимости должны обладать следующими качественно новыми свойствами. Это: 1) возможность взаимодействия с ЭВМ при помощи естественного языка, человеческой речи и графических изображений; 2) способность системы обучаться, производить ассоциативную обработку информации, делать логические рассуждения, вести «разумную» беседу с человеком в форме вопросов и ответов; 3) способность системы «понимать» содержимое базы данных, которая при этом превращается в «базу знаний» и использовать эти «знания» при решении задач.

Предполагалось, что в ЭВМ пятого поколения быстродействие машин и емкость основной (оперативной) памяти составят соответственно 2 млн. операций в секунду и 0,5 - 5 Мбайт для персональных компьютеров и 1-100 млрд. операций в секунду и 8-160 Мбайт для сверхпроизводительных ЭВМ. Ожидалось, что в машинах пятого поколения будут использоваться СБИС, содержащие до 1-10 млн. транзисторов на одном чипе.

Однако современная оценка состояния этих прогнозов является неоднозначной. Ряд поставленных целей из-за конструктивных особенностей машин «фон-неймановской» архитектуры не были достигнуты. В то же время основные характеристики (например, быстродействие, объем оперативной памяти и др.) были перекрыты и, нередко, очень значительно. Так, объемы оперативной памяти в 128, 256, 512, 1024 Мбайт и выше в современных персональных ЭВМ стали уже практической необходимостью. Общая проблема данного поколения, как оказалось, скрыта не в достижении некоторых технических характеристик ЭВМ, а в необходимости замены основной идеи работы -  программного принципа и связанной с ним «фон-неймановской» архитектуры. О некоторых попытках создания ЭВМ новых архитектур расскажем дальше.

В заключении отметим: несмотря на то, что пятое поколение ЭВМ так и осталось еще не полностью реализованным, ведутся научные и практические исследования по разработке и созданию следующих поколений. Идеи этих поколений состоят не только в принципиальной замене архитектурного построения, но и в применении иногда фантастических вариантов физической реализации ЭВМ, как, например, предлагается при создании биокомпьютеров, т.е. управление живыми организмами с помощью средств и методов компьютерной техники.

3. Классификация и области применения современных ЭВМ,
их использование в юриспруденции

Классификационными признаками для разделения ЭВМ может выступать множество характеристик и их различных сочетаний. Например, быстродействие ЭВМ, объемы хранимой оперативной и архивной памяти, габаритные размеры, стоимость и т.д.

Поэтому в качестве комбинированного классификационного признака можно взять возможность или предназначение ЭВМ выполнять определенные классы информационных задач.

Согласно такому классификационному признаку, современные ЭВМ можно условно подразделить на следующие классы (более подробно о причинах условности смотри в конце данного параграфа).

1. СУПЕРЭВМ. Они являются самыми мощными компьютерами, предназначенными для решения уникальных задач, требующих предельных характеристик (в первую очередь быстродействия).

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ: - Автоматизация управления в сверхбольших системах (государственное управление, космические исследования, оборона и т.п.).

- Моделирование процессов глобального характера.

ПРИМЕРЫ: - картографирование Земли и других планет при их съемке или радиолокационном обследовании из космоса;

- составление непрерывно меняющихся метеорологических карт и предсказание погоды;

- системы ПВО типа СОИ и другие стратегические оборонные задачи;

- моделирование процессов типа «ядерная зима», последствий Чернобыльской катастрофы;

- поиск оптимальных решений в задачах социально-правового и экономического планирования.

Данный класс машин является самым предельным по размерам, быстродействию, стоимости. Обрабатывает огромное количество информации и представляет результаты в виде динамических таблиц и графиков, имитирующих реальность.

Быстродействие их еще в конце XX в. было свыше 1 000 млрд. операций/сек. А при решении некоторых задач была достигнута огромная производительность - 35 000 млрд. операций/сек. Современные проектные разработки направлены на создание ЭВМ с еще большим быстродействием - порядка сотни тысяч млрд. оп/сек. Основа для создания таких ЭВМ заключена, например, в возможностях нанотехнологии.

По своей внутренней архитектуре и многим показателям суперЭВМ представляют как бы сеть в одной машине. СуперЭВМ обычно содержат множество параллельных процессоров, и в оптимальных условиях производительность машины пропорциональна их числу.

В последнее время начинают происходить изменения и в областях применения суперЭВМ. Их круг типовых задач, отмеченный выше, расширяется в разнообразные сферы деятельности. Например, в США одна из фирм применяет суперЭВМ для проектирования формы металлической баночки под пиво, а в Англии в Скотланд-Ярде суперЭВМ стала применяться (конец 80-х г. XX в.) в задачах дактилоскопической идентификации в работе полиции.

В деятельности правоохранительных органов нашей страны аналогичных применений суперЭВМ пока нет, хотя информационные задачи для такого класса компьютеров, несомненно, имеются.

2. БОЛЬШИЕ ЭВМ. Они предназначены для задач, где вводится и запоминается очень большое количество исходных данных, а обработка ведется по сложным алгоритмам.

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ: - Автоматизация управления отраслями, предприятиями, объединениями, корпорациями (АСУ).

- Автоматизированные банки данных.

- Решение научно-технических задач.

- Автоматизация проектирования.  

ПРИМЕРЫ:

- применение банков данных различного назначения в деятельности правоохранительных органов. Эта область применения больших ЭВМ является, видимо, одной из самых распространенных и известных в мировой практике. В информатике даже существует научно обоснованная точка зрения, которая предлагает определять степень информатизации общества в конкретно взятой стране по количественным характеристикам применяемых баз и банков данных. Среди перечня видов баз и банков данных заметное место занимают те, которые применяются для задач юридической деятельности, начиная от эталонных банков законодательства и специализированных банков правоохранительных органов страны в целом и заканчивая региональными, соответствующими административно-территориальному делению государства;

- другие примеры эксплуатации этого класса ЭВМ соответствуют приведенным типовым задачам.

3. СРЕДНИЕ ЭВМ (ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ). Для задач, где обрабатывается очень большое количество исходных данных, но алгоритмы обработки состоят из сравнительно небольшого числа логических и арифметических операций. Результаты обработки в большом количестве печатаются в отредактированной форме в виде таблиц, ведомостей и т.д.

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ:

-  Инженерные расчеты.

-  Обработка планово-экономических, учетных, статистических данных.

ПРИМЕРЫ: в юриспруденции данные ЭВМ, как и в большинстве других областей человеческой деятельности, применяются именно для решения планово-экономических  задач, а также специфических статистических задач в области уголовно-правовой статистики.

4. МАЛЫЕ (МИНИ) ЭВМ. Отражают идею так называемых «малых» применений вычислительных машин в задачах, где по довольно простым алгоритмам обрабатываются небольшие объемы данных.

Для этих применений, например, ЭВМ общего назначения слишком велики и дороги. Кроме того, для применения ЭВМ данного класса могут быть и довольно специфические условия. В этих условиях компьютер должен работать и применительно к ним приходится создавать специализированные устройства для сбора или восприятия первоначальных данных, а также их предоставления пользователю в каком-то специфическом виде (на практических занятиях мы рассмотрим, что существо данных проблем относится к так называемым периферийным устройствам ЭВМ).

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ:

- Автоматизация управления технологическими процессами (АСУ ТП).

- Автоматизация контроля и измерений.

- Автоматизация научных исследований, испытаний сложных объектов.

ПРИМЕРЫ: эти машины применяются для реализации таких задач, как автоматизированное управление дорожным движением посредством светофорного регулирования, автоматизированная охрана объектов государственной и гражданской принадлежности.

5. МИКРОЭВМ (в том числе ПЕРСОНАЛЬНЫЕ). МикроЭВМ - это компьютер индивидуального применения, позволяющий удовлетворить различные информационные потребности пользователя.

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ:

- Автоматизированные рабочие места (АРМ).

- Управление в сетях передачи данных.

- Первичная обработка информации в местах ее возникновения (интеллектуальные терминалы).

- Автоматизация задач обучения, бытовых, досуга.

ПРИМЕРЫ: в юриспруденции данный класс вычислительной техники находит одно из широких применений. Он позволяет, как реализовывать информационные задачи пользователей любого уровня в иерархической системе государства, так и выполнять отдельные задачи, которые ранее были присущи лишь вышестоящим классам компьютеров. Например, на персональных ЭВМ можно организовать довольно солидные банки данных, вести обработку планово-экономической и статистической информации большого объема, реализовывать выше обозначенные задачи применения малых ЭВМ и т.д. Такое положение в современный период стало характерным в силу качественного, революционного изменения возможностей персональных ЭВМ на базе передовых технологий микроэлектроники, программного обеспечения и ряда других организационных и физических факторов.

6. МИКРОПРОЦЕССОРЫ. Микропроцессор - это интегральная схема (как правило, большая или сверхбольшая), предназначенная для выполнения определенного набора функций.

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ:

- Встроенные устройства контроля и управления приборами, машинами и т.д.

- Блоки и устройства вычислительной техники.

ПРИМЕРЫ: о многообразии применения микропроцессоров в мировой практике говорят данные, указывающие на то, что только направлений их использования для различных сфер деятельности человека насчитывается более 200 000.

Естественно, указанная общая ориентация массового применения микропроцессоров отражается и на деятельности правоохранительных органов. Микропроцессоры используются здесь во всех электронных и иных устройствах, как специализированного профессионального назначения, так и технических устройств и систем общего применения, адаптируемых для реальных практических потребностей.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПО КЛАССАМ. Из сказанного видно, что в настоящее время в развитии средств вычислительной техники наблюдаются очень серьезные, качественные изменения. Современный рост эффективности и быстродействия вычислительной техники на единицу стоимости и веса идет по экспоненте с периодом удвоения приблизительно за два года.

В частности, миниатюризация элементной базы позволяет резко изменить габаритные размеры ЭВМ, ее энергопотребление и другие взаимосвязанные характеристики. Вместе с тем, ЭВМ, выполненные в более миниатюрном исполнении, нередко, обладают возможностями, в несколько порядков превосходящими этот же класс машин более раннего изготовления. А как отмечалось, создание и активная разработка супермикроминиатюрных или нанотехнологий уже сейчас позволяет реально предполагать создание принципиально новых видов ЭВМ, которая будет терафлопным суперкомпьютером (с быстродействие в тысячу миллиардов операций с плавающей запятой в секунду), а величиной не больше спичечной головки.

Кроме того, резкое влияние на характеристики оказывает отмеченная выше тенденция доведения ее до параметров суперЭВМ с резким увеличением коммутационных возможностей.

В силу сказанного, не представляется реальным провести какое-либо четко разграниченное сравнение характеристик рассмотренных классов ЭВМ. Мы ограничились здесь лишь рассмотрением общих возможностей. Приведенные сведения базируются на ретроспективном анализе характерных применений компьютеров различных классов. Тем не менее, даже такое условное рассмотрение дает возможность представить существующий общий обзор задач, которые выполняются с помощью компьютерной техники.

4. Понятие  «фон-неймановской» архитектуры

Как мы уже отмечали, в основе построения первых ЭВМ лежал программный принцип управления, предложенный Чарльзом Беббиджем в своей аналитической машине. Согласно принципу, программа или последовательность элементарных действий по обработке информации готовится заранее человеком, а задача машины состоит в четком и быстром исполнении данной последовательности (во времена Беббиджа такой программный принцип использовался, например, в механических станках ткацкой промышленности).

Идея программного управления вычислительным процессом была существенно развита немецким математиком Джоном фон Нейманом (эмигрировавшим из Европы в США во время войны). Он обратился к проблеме вычислительных машин в 1943 году, а в 1945 году сформулировал принцип хранимой в памяти программы и ряд других необходимых подходов и методов для создания ЭВМ.

Его научный доклад об идеях и принципах построения программно-управляемых электронных машин представлял по сути дела теоретическую базу принципиально нового класса вычислительной техники. Данная концепция приобрела мировую известность и одобрение, прежде всего за то, что там были изложены конкретные пути создания стратегически требуемых вычислителей, сочетающих необходимое быстродействие, простоту изготовления, реальную работоспособность и приемлемую надежность.

Именно по предложенной в докладе методологии осуществлялись разработки и создание большинства первых ЭВМ. За это концепция ученого получила обобщающее название - «фон-неймановская» архитектура.

Следует отметить, что основные идеи такой архитектуры, несмотря на их первоначальную простоту, тривиальность, принципиальные ограничения (которые, кстати говоря, выявились на качественном уровне гораздо позднее - напомним «провал» пятого поколения), имели самое широкое распространение в области разработки ЭВМ. Продолжалось это на протяжении четырех поколений ЭВМ.

Лишь только в современный период начали осуществляться идеи создания машин, которые по своему построению отличаются от данной архитектуры (например, нейрокомпьютеры и другие архитектуры, о чем мы поговорим ниже). Рассмотрим суть «фон-неймановской» концепции.

В обычном представлении термин «архитектура» обозначает следующее.

Архитектура - (лат. architectura, от греч. architekton - строитель), зодчество, система зданий и сооружений, а также искусство их создавать.

Архитектура в информатике - концепция взаимосвязи элементов сложной системы (например, вычислительной машины, вычислительной сети и т.д.).

Архитектура вычислительной системы - общая логическая организация вычислительной системы, определяющая процесс обработки данных в ней. Она включает: методы кодирования данных, состав, назначение, принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.

Другие варианты определения:

  1.  Принципы работы вычислительной системы на функциональном уровне безотносительно к физической реализации.
  2.  Точно определенный интерфейс (система взаимодействия) между программами и аппаратурой вычислительной системы.

В разнообразии представленных определений мы стремимся подчеркнуть тот факт, что на современном уровне развития вычислительной техники при ее разработке и создании приходится затрачивать значительные ресурсы на предварительном концептуальном рассмотрении возможных композиций, сочетаний, технологий объединения, как больших систем, так и любого их модуля (на первый взгляд даже функционально незначительного). Причем для достижения высокопроизводительных, универсальных и, самое главное, надежных комплексов вычислительной техники обязательно приходится сочетать идеи как оригинального, оптимального построения разрабатываемых устройств, так и их совместимости на самых различных уровнях (программном, аппаратном, информационном, физическом и др.)

Таким образом, видна принципиальная значимость архитектурного построения ЭВМ (во всех отмеченных аспектах этой проблемы).

Основными чертами (идеями) «фон-неймановской» архитектуры ЭВМ являются:

1. Хранение программы действий машины в памяти самой машины. Это считается наиболее универсальной идеей фон Неймана, направленной на сокращение времени прохождения электрического сигнала по устройствам машины, что в конечном итоге будет определять быстродействие ее работы. Причем особо важным условием является то, чтобы данная память работала максимально быстро. За это далее мы будем называть ее оперативной;

2. Минимизация оборудования. Данная идея, как и следующие, были порождены слабостью ламповой элементной базы, а также общей установкой на увеличение быстродействия вычислительного комплекса в целом. Но и после замены элементной базы, пути, предложенные фон Нейманом, сохранились как исходная посылка для поиска более совершенных вариантов технологической реализации.

Смысл данного предложения в том, что было необходимо, с одной стороны, создать работоспособную ЭВМ, а, с другой - работающую с определенной надежностью. Поэтому перед разработчиками стояла задача применения в комплексе все меньшего числа самостоятельных устройств, но без потери общей работоспособности и  уменьшения быстродействия;

  1.  Минимизация внутренних связей. В этом подходе также отражается двойственная задача: иметь машину, устройства которой будут соединены как можно меньшим числом проводников, дорожек печатных плат, других физических линий, но, опять же, с выдержкой основных критериев по быстродействию, работоспособности и надежности функционирования. Следует подчеркнуть, что первоначальные идеи архитектуры порождали их дальнейшее усовершенствование, развитие (на основе практической эксплуатации ЭВМ, возникающих информационных задач и расширения новых сфер применения).

Например, отмеченные варианты минимизации привели впоследствии к развитию идей миниатюризации, как отдельных устройств ЭВМ, так и всего комплекса в целом;

4. Определенная организация взаимодействия основных устройств машины - арифметико-логического, управляющего, ввода и вывода данных, памяти. После определения перечисленного набора составляющих модулей ЭВМ, требовалась еще и проработка вопросов их композиционного соединения, при котором бы обеспечивались различные аспекты  совместимости.

Как видим, все предложения фон Неймана по созданию ЭВМ были ориентированы на реализацию простой по конструкции, но работоспособной и надежной машины (в условиях имеющейся элементной базы, о проблемах эксплуатации которой мы частично упоминали в разделе исторических сведений о развитии ЭВМ).

Отмеченный вариант построения (архитектуры) ЭВМ получил в вычислительной технике кроме «фон-неймановской» архитектуры и другое обобщающее название - SISD architecture (Single Instruction Single Data) - ЭВМ с одним потоком команд и одним потоком данных.

В совокупности эти идеи сводятся к варианту (архитектуре) организации ЭВМ, при которой машина состоит из двух основных частей:

1 -  линейно адресуемой памяти, слова (ячейки) которой хранят команды и элементы данных. В определении памяти подчеркнута идея ее линейности (по крайней мере, линейной адресации), т.е. опять представлена необходимость применения самой простой структуры - одной линии. Но и, вместе с тем, расположение всей совокупности команд и результатов в единой непрерывной строке позволяет организовать наиболее надежный последовательный алгоритм обработки информации. Теоретически доказательство такой возможности было приведено еще в 1936 году А. Тьюрингом;

2 -  процессора, выбирающего из памяти команды и их операнды и записывающего результаты также в определенные ячейки памяти (в кратком виде об операнде можно сказать - условия и правила исполнения конкретной команды). Каждая команда явно или неявно указывает адреса операндов, результата и следующей команды.

Программный принцип обработки

Принцип обработки информации путем последовательного выполнения цепочки командных действий получил название «программного принципа обработки». Он характерен именно для ЭВМ с «фон - неймановской» архитектурой. Согласно ему дадим определение программы.

Программа - последовательность команд, каждая из которых четко указывает процессору ЭВМ, где в оперативной памяти в данный момент времени взять элементарную информацию, что с нею сделать и где в памяти записать полученный результат.

Вспомним понятие ЭВМ, как комплекса технических устройств, предназначенного для автоматической обработки информации. Тогда для рассматриваемой архитектуры, в самом общем виде, работа машины может быть представлена так.

Вся информационная часть задачи (исходные данные, сама программа обработки, промежуточные и конечные результаты, а также и некоторая иная информация) записывается в устройство памяти с простым вариантом организации. Всю обработку информации на самом элементарном уровне осуществляет процессор ЭВМ.

Он же с помощью ряда дополнительных устройств (счетчиков команд, регистров и др.) контролирует самую главную особенность вычислителя данного типа - автоматизм выполнения всей последовательности действий, составляющих программу обработки. Фактически отмеченная совокупность устройств и есть ЭВМ. Причем, исходя из необходимости постоянного обмена элементарными порциями обрабатываемой информации, как процессор, так и  оперативная память должны работать с одинаковым быстродействием и, как требует современная действительность, с все более увеличивающимся.

Естественно, что для ввода программы и исходных данных в оперативную память ЭВМ, а также для вывода промежуточных и конечных результатов автоматической обработки информации, реализуемыми главными или основными устройствами компьютера, необходимо добавить и ряд дополнительных - устройств ввода-вывода.  

5. Элементная база

В ЭВМ непосредственную обработку информации, представляемой в виде двоичных электрических сигналов, осуществляют электронные элементы и узлы.

Число разновидностей электронных элементов ЭВМ относительно невелико, несмотря на их большое количество в машине. По своему назначению они могут быть классифицированы на логические, запоминающие и вспомогательные.

Логические элементы предназначены для реализации основных логических функций И, ИЛИ, НЕ и их сочетаний, например, И - НЕ, ИЛИ - НЕ и др.

Запоминающие элементы выполняют функцию памяти. В них под действием входных сигналов устанавливается соответствующее состояние 0 или 1, которое сохраняется неизменным до прихода последующего управляющего сигнала.

Вспомогательные элементы служат для формирования и генерирования сигналов, их усиления и преобразования по амплитуде, мощности и длительности.

В свою очередь элементы ЭВМ являются основой для построения типовых узлов, с помощью которых и реализуются необходимые операции над кодами. К числу типовых узлов ЭВМ относятся регистры, дешифраторы, счетчики и сумматоры.

Регистры предназначены для временного хранения и преобразования двоичной информации (например, для сдвига числа при выполнении операции умножения и деления).

Счетчик служит для подсчета числа сигналов (импульсов), поступающих на его вход, и фиксации этого числа в виде кода с последующим запоминанием.

Дешифратором называется логическая схема, служащая для преобразования поступающего кода числа в управляющий сигнал, формируемый на одном из его выходов. Таким образом, например, производится выбор необходимых ячеек запоминающего устройства.

В сумматоре происходит суммирование чисел путем поразрядного их сложения. Этим способом осуществляется также умножение, деление и вычитание.

Связь между устройствами ЭВМ осуществляется с помощью так называемого интерфейса.

Интерфейс - совокупность линий, шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов.

Причем, среди интерфейсных каналов можно выделить как те, что работают между центральными устройствами, так и те, которые осуществляют связь между ними и устройствами периферии. Имеется также и система разделения каналов на быстрые и медленные (часто их именуют параллельными и последовательными каналами).

Узловыми элементами, связывающими различные типы интерфейсов в компьютере, являются так называемые контроллеры. Фактически контроллеры имеются у каждого из устройств ЭВМ и предназначены для устранения проблем взаимодействия (информационного, аппаратного и др.) между отдельными устройствами.

Исходя из представленных сведений о функциональных возможностях аппаратуры, составляющей типовую ЭВМ, можно сделать вывод о том, что реальные компьютеры могут отличаться от классической типовой схемы по разнообразию и назначению применяемых устройств. В силу этого в практическом применении ЭВМ имеется понятие «конфигурации» для каждого конкретного компьютера.

Конфигурация (configuration) вычислительной системы - совокупность функциональных частей вычислительной системы и связей между ними, обусловленная основными техническими характеристиками этих функциональных частей, а также характеристиками решаемых задач обработки данных.

Из знаний о классификации и направлениях применения современных ЭВМ можно определить, что самыми разнообразными вариантами конфигураций обладают вычислительные системы на базе персональных компьютеров, где одной из сторон проявления персонализации как раз и является комбинирование требуемым набором аппаратных средств и их взаимодействия.

Таким образом, нами рассмотрены виды аппаратных средств, составляющих ЭВМ и обеспечивающих определенный набор функций в совместной работе по обработке информации.

В тоже время в составе реальных ЭВМ имеются ещё ряд устройств, работа которых не изменяет общего представления о концепции обработки информации на компьютере, но имеет свою специфику.

Например, речь идет о внутреннем запоминающем устройстве, называемом постоянное запоминающее устройство - ПЗУ.

ПЗУ (read-only memory - ROM) - запоминающее устройство, не способное осуществлять функцию записи.

Считывание информации с подобного устройства может быть всякий раз при включении питания компьютера, а сама информация остается неизменной. Такие устройства устанавливаются в ЭВМ при серийной заводской сборке и в целом предназначены для первоначального запуска компьютера при включении питания. В зависимости от вариантов исполнения ПЗУ могут быть перепрограммируемые (с возможностью перезаписи информации на них - микросхемы с обнулением информации под воздействием ультрафиолетового излучения и записью новой с помощью специального программируемого источника света) или не перепрограммируемые.

Другим примером может быть вариант внутреннего запоминающего устройства - КЭШ-память.

Кэш-память (cache memory) - сверхоперативная память. Запоминающее устройство с малым временем доступа (в несколько раз меньшим, чем время доступа к основной оперативной памяти). Оно используется для временного хранения промежуточных результатов и содержимого часто используемых ячеек.

КЭШ-память может присутствовать в конфигурации ЭВМ при наличии дополнительных средств на приобретение, а может отсутствовать и тогда компьютер работает с обычным ОЗУ. В отличие от КЭШ-памяти, ПЗУ в том или ином варианте имеется практически у любого компьютера.

Заканчивая разговор о «фон-неймановской» архитектуре ЭВМ и ее программном принципе работы, напомним из краткого обзора истории развития вычислительной техники, что теоретически и практически разрабатываются, уже реально существуют и другие подходы к архитектурному построению компьютеров.

Инициируются данные разработки недостатками «фон-неймановской» архитектуры в области обработки различных видов информации. Причем во многих случаях отмеченные проблемы носят принципиальный характер.

Приведем лишь примеры их них:

- плохо поддается программированию творческая деятельность человека, но имеется все более расширяющаяся необходимость применения компьютеров именно в этой сфере приложений, например в системах поддержки и принятия решений, основывающихся и могущих самостоятельно развиваться на основе баз знаний;

- невозможность реализации образного, ассоциативного (в самом простом случае, очень многопараллельного) принципа обработки информации;

- медленная и, перспективно очень жестко ограниченная, скорость обработки отдельных видов информации, например графической и совмещаемой с ней, где, хотя и достигнуты значительные практические достижения (компьютерная анимация, кино, мультимедиа и др.), но продолжает ощущаться острая потребность, как в реализации новых задач, так и модернизации имеющихся.

Изложим некоторые сведения о других архитектурах ЭВМ, которые разрабатываются в последнее время.

6. Понятие и виды ЭВМ с «не-фон-неймановской»

архитектурой

Не-фон-неймановская архитектура (non von Neumann architecture) - любой способ организации ЭВМ, принципиально отличающийся от классической фон-неймановской архитектуры.

Предлагаемые варианты не-фон-неймановской архитектуры включают: организацию ЭВМ либо без счетчика команд и с непоследовательным выполнением команд, либо без памяти с многократной записью (например, dataflow machine, reduction machine).

Машина, управляемая потоком данных (dataflow machine). Организация ЭВМ, при которой выполнение каждой операции инициируется наличием её операндов; заранее последовательность выполнения команд не задается. При управлении потоком данных в качестве операндов команды указываются не адреса ячеек памяти, а команды, результаты которых являются операндами данной команды.

Такая организация ЭВМ соответствует языкам функционального программирования.

Редукционная машина (reduction machine). Организация ЭВМ, при которой программа представляет собой набор правил подстановки и выражение, подвыражения которого заменяются (редуцируются) в соответствии с правилами. Правила и подвыражения могут обрабатываться с произвольной степенью параллелизма.

Такая организация соответствует языкам логического программирования.

SIMD-architecture - архитектура (параллельной) ЭВМ с одним потоком команд и несколькими потоками данных (например, array processor).

Векторный процессор, матричный процессор (array processor). ЭВМ или спецпроцессор, обеспечивающие параллельное выполнение операций над массивами чисел: векторами или матрицами. Обычно состоит из набора арифметических процессоров, выполняющих одинаковые операции над различными элементами массива, с общим устройством управления.

MIMD-architecture - архитектура (параллельной) ЭВМ с несколькими потоками команд и несколькими потоками данных. Организация вычислительной системы с несколькими однородными или разнородными процессорами, каждый из которых выполняет свои команды над своими данными.

Машина соединений – ее конфигурация внутренних связей динамически перестраивается согласно программе. На одноразрядных микропроцессорах уже в 1983 г. была создана ЭВМ, где согласованно работали 65000 процессорных элементов, а позже уже проектировалась система на 1 млн. элементов.

На транспьютерах (вариант новой микропроцессорной архитектуры) и других приборах подобного класса в чрезвычайно сжатые сроки были созданы системы, в которых соответственно задачам микропроцессоры объединялись самыми различными способами: «вычислительная поверхность», «гиперкуб», «обобщенный гиперкуб», «дерево», «кольцо» и т. д.

На базе этого подхода теперь стало возможным создание супермини и супер микро ЭВМ, которые отличаются высокими параметрами  быстродействия, но не выходят за параметры своего класса по габаритам, энергопотреблению и другим.

Даже из данных кратких представлений видно (сейчас в мире ведутся разработки более 100 архитектур не-фон-неймановского типа), что развитие ЭВМ не останавливается, постоянно ищутся пути создания машин с более качественно новыми характеристиками, во многих случаях фантастическими для современного развития.

К числу таковых относятся, например, некоторые публикации о работах над ЭВМ, вероятно, 6-го поколения - компьютеров, построенных на живых клетках - биологических или биокомпьютерах.

Но пока большинство этих публикаций носит лишь отрывочный характер, в связи со строгой секретностью работ, результаты которых могут, к сожалению, быть использованы в военных и иных подобных целях.

Другим, не менее фантастическим, направлением являются работы в области суперминиатюризации или технологии в нанометрической шкале -  нанотехнологии (уровень 10 в минус девятой степени метра).

Началом эры нанотехнологий считается 1981 год, когда ученые швейцарского отделения IBM сконструировали туннельный микроскоп, который может «видеть» атомы.  Вскоре стало ясно, что с помощью такого микроскопа можно перемещать атомы с места на место, то есть, по сути, строить материю. Возникла идея создания молекулярного ассемблера, молекулярной машины, способной собирать другие молекулярные машины.

Подобная машина имеет принципиальную возможность собирать из атомов и молекул не только неорганическую материю, но и  живые организмы, в том числе человека, беря на себя функцию Творца. Один из первых молекулярных ассемблеров был создан в американской компании Xerox Corporation.

Применение нанотехнологий создает небывалые возможности во многих областях. Самые сенсационные результаты могут быть получены в медицине. Возможно создание устройств размером в один квадратный сантиметр. Внедренное в поверхностные ткани человека, такое устройство самостоятельно произведет анализ крови, определит, какие лекарства необходимо назначить именно этому больному, и впрыснет их в кровь.

Новая технология сулит создание врачей-роботов, которые постоянно будут находиться в организме человека, устраняя повреждения, бесконечное количество раз регенерируя отмирающие клетки и тем самым, приостанавливая процесс старения. Вечная мечта человека о бессмертии может стать реальностью. По крайней мере, станут излечимыми многие смертельные болезни, в том числе и онкологические.  Можно создать и хирургический скальпель размером в несколько атомов, который в организме «доползет» до больного органа и сделает нужную операцию без травмирования тканей.

А, например, для технологии хранения и обработки информации нанотехнология может привести к следующему.

Минимальные размеры современных коммерческих интегральных схем составляют около одного микрона; если бы эти размеры можно было бы уменьшить до десяти нанометров притом, что все остальное сохраняется без изменения, результатом было бы 10 в четвертой степени разовое увеличение плотности записи информации. Если бы это уменьшение сопровождалось десятикратным увеличением размера, результатом было бы возникновение вычислительных машин во столько же раз превосходящих современные вычислительные устройства, во сколько раз водородная бомба мощнее традиционных взрывчатых веществ.

В соответствие с исторической экстраполяцией можно ожидать, что на это может понадобиться около пятидесяти лет.

Эта все «вверх дном» переворачивающая концепция миниатюризации, по мнению наиболее активных сторонников нанотехнологии, существенно ускоряет выполнение программы, рассчитанной на длительный срок. В течение пятидесяти лет, а вероятно, и меньше, они рассчитывают разработать «молекулярную» технологию, основанную как на самосборочных технологических макромолекулярных узлах, так и на контролируемой сборке макро или даже микро молекулярных узлов с помощью того или иного устройства с нанометрической точностью.

Таким устройством в первом поколении может быть сканирующий микроскоп, самосборочный нанометрический позиционный инструмент, какие-либо сочетания того и другого, а также любая «биологически подобная» система, использующая канальный диффузионный перенос. В результате, возможно, появится трехмерная технология, где минимальные размеры изображения будут измеряться не в нанометрах, а размерами атомов (уже сейчас нанотехнологии используются при изготовлении видеодисков – DVD). Такие структуры будут, по меньшей мере, в триллионы раз плотнее по сравнению с сегодняшними коммерческими элементами.

В области кибернетики нанотехнологии обеспечат создание быстродействующих, долговременных белковых блоков памяти емкостью в триллионы байт. Рабочими частотами компьютеров станут терагерцовые. Наночипы будут иметь емкость памяти в несколько гигабайт. Это даст возможность создать компьютер, хранящий в памяти все достижения человечества, который поместиться в кармане.

Но, несмотря на прогресс, у данного направления уже сейчас много противников (например, среди служителей Церкви), пытающихся закрыть подобные исследования, так же как и клонирование.

ТЕМА 1. Введение в дисциплину. Государственная политика в информационной сфере. Информационные технологии (основные понятия)

лекция 1.3. программное обеспечение

информационных технологий

1. Основные этапы решения задач на ЭВМ

Универсальность ЭВМ, их способность к целенаправленной переработке различных видов информации со скоростью, во много раз превышающей возможности человека, объясняют происходящий сейчас стремительный процесс расширения области применения машин для решения самых разнообразных по характеру и сложности задач.

Поручая компьютеру выполнение вычислительной работы, человек обязан прежде ввести в ЭВМ необходимые сведения в виде точной информации и строгих правил её обработки. При этом сведения должны быть представлены в той форме, которую машина способна воспринимать. Процесс организации такого рода взаимодействия человека и машины состоит из ряда взаимосвязанных этапов, объединяемых понятием «подготовка и решение задач на ЭВМ».

1.1. Формализация задачи

Для того чтобы можно было решить с помощью ЭВМ какую-нибудь задачу, её необходимо вначале четко и однозначно сформулировать в виде условных (например, математических) обозначений.

Формализация - представление задачи с помощью условных обозначений. В свою очередь формализация задачи включает в себя ряд элементов:

- формулирование условий задачи;

- анализ методов решения подобных задач;

- выбор методов решения.

Формулирование условий задачи

Сначала формулируется условие задачи, определяются допустимые значения исходных данных и форма выдачи результатов вычислений. Выбор формы выдачи результатов вычислений направлен на достижение возможности получения количественных характеристик, по которым можно будет оценить эффективность принятия тех или иных решений по достижению цели поставленной задачи.

Количественной мерой оценки эффективности при решении расчетных задач являются так называемые критерии эффективности. К ним относятся различные количественные показатели, в том числе и вероятностного характера. Например, в качестве критерия эффективности может быть принята вероятность появления желаемого события, достижения нужных параметров и т.п. Неправильный выбор критериев эффективности (рассчитываемых показателей) может подчас сделать весь расчет на ЭВМ невыполнимым, неэффективным или напрасным.

Анализ методов решения подобных задач

Далее анализируются известные методы решения подобных задач, их достоинства и недостатки, применимость к конкретному случаю. При этом может оказаться, что ни один из известных методов не подходит для решения конкретной задачи по причине сложности учета всех исходных данных, входящих в её условие. В этом случае формулируются ограничения, которые позволяют упростить расчет, не меняя при этом сущности задачи. Иначе говоря, в расчетах не используются второстепенные, не имеющие принципиального значения исходные данные.

Выбор методов решения

С учетом указанных факторов окончательно выбирается метод решения задачи, устанавливающий зависимость искомых результатов от исходных данных и обеспечивающий разбивку вычислительного процесса на ряд элементарных операций. Не исключена ситуация, когда поставленная задача вообще не имеет аналогов или подходов к решению среди известных и применяемых методов обработки информации. Тогда перед разработчиками встает проблема создания нового (иногда экспериментального) метода решения данной задачи и описания последовательности ее выполнения на основе сформулированных правил.

1.2. Алгоритмизация решения задачи

Оценив исходные условия и выбрав метод решения конкретной задачи, переходят к её алгоритмизации, т.е. составлению подробного алгоритма действий (плана) выполнения задачи.

Алгоритм - последовательность элементарных операций над исходными данными с целью получения конечного результата на основе выбранного метода решения задачи.

К любым алгоритмам предъявляется ряд требований: определенность, массовость, результативность.

Определенность алгоритма предполагает однозначность толкования конечного числа всех этапов требуемых операций.

Массовость алгоритма обеспечивает его применимость к любым допустимым значениям исходных данных.

Результативность алгоритма дает возможность получить за конечное число шагов вычисление искомого результата.

1.3. Программирование решения задачи

Машинная реализация составленного алгоритма решения задачи выполняется в процессе программирования. На этом этапе алгоритм записывается в виде программы решения задачи на ЭВМ. Для того чтобы описание алгоритмов стало понятным машине, используются различные языки программирования. С их помощью из отдельных элементов (операторов) записывается текст программы.

Программа - последовательность операторов, каждый из которых является соответствующей инструкцией для выполнения необходимой арифметической или логической операции.

На сегодняшний день разработано довольно-таки большое количество языков программирования (несколько тысяч). Каждый из них предназначен для использования при решении определенного класса задач (вычислительных, логических, моделирования, реализации баз и банков данных и т.д.).  Среди наиболее известных языков программирования: PASCAL, BASIC, C (C++, C#), JAVA, PHP и многие другие.

Программа на языке программирования принципиально не зависит от того, на каком типе ЭВМ будет решаться данная задача. Вместе с тем для каждой программы требуется выполнить ее перевод на так называемый машинный язык данной ЭВМ (т.е. внутренний, конкретно управляющий аппаратурой именно этого компьютера или класса подобных компьютеров). Для этой цели существуют специальные программные средства, называемые трансляторами.

Трансляция (с англ. - перевод) осуществляется автоматически при вводе программы задачи в ЭВМ. В процессе трансляции программа расчленяется на соответствующие машинные операции, которые может выполнять данная ЭВМ.

Последовательность команд, реализующих эти операции, и образует машинную программу решения задачи, записанную на определенном для данного типа ЭВМ машинном языке. Каждая из таких команд содержит:  код операции, которую должна выполнить машина; адреса ячеек памяти, в которых хранятся числа, участвующие в выполнении данной операции;  адрес ячейки памяти, куда должен быть помещен результат, полученный после вычислений.

Дальнейшим развитием этого направления было создание программных средств трансляции,  выполненных на более высоком уровне. Они позволяют не просто в текущем режиме преобразовывать (транслировать) инструкции языка программирования в машинные коды (команды),  но и создавать уже готовые для выполнения,  загружаемые в оперативную память программные модули.

Данный процесс получил название компиляции, а соответствующие программные средства -  компиляторы.

На современном этапе рассматриваемые программные средства интегрировались в единые системы разработки программного обеспечения. Такие системы сочетают возможности разработки программ на одном из языков программирования с трансляцией и компиляцией в загружаемые программные модули. Последними достижениями являются так называемые  CASE-средства. Их использование уже не требует знания конкретного языка программирования.  Разработка программ сводится к визуальному конструированию основных компонентов системы: пользовательского интерфейса, элементов данных, функций обработки данных в программе и т.д.  При этом программный код (загружаемый программный модуль) формируется  автоматически.

1.4. Отладка программы и ее эксплуатация

Этап программирования задачи завершается отладкой (выявлением ошибок, их исправлением, внесением изменений и т.д.) всех блоков разработанной программы, а также пробным решением контрольного варианта задачи. Следует оговориться,  что бывают случаи, когда проверить работоспособность, надежность, правильность функционирования разработанной программы по тем или иным причинам нельзя или крайне затруднительно.

После контрольного прогона задачи (если он возможен и существует) устраняются выявленные недостатки и ошибки в технологии решения.

Затем наступает очередь опытной эксплуатации программы - проверка решения основной задачи. В случае успешного её решения программа принимается в постоянную эксплуатацию и сдается на хранение на машинных носителях информации, откуда она может быть вызвана при необходимости решения аналогичных задач.

Далее начинается коммерческая часть распространения программы и ее эксплуатация конечными пользователями.

2. Понятие и состав программного обеспечения ЭВМ

2.1. Программное обеспечение персонального компьютера

Работа современных ЭВМ осуществляется по заранее подготовленным программам. Поэтому программы являются необходимой составной частью ЭВМ.

Ранее также было отмечено, что структурно любая программа для ЭВМ представляет собой себя последовательность команд, на элементарном уровне указывающих процессору ЭВМ какие действия с информацией необходимо осуществить, как организовать требуемые информационные потоки, вопросы считывания и записи в памяти машины. Исходя из необходимости такого детального распределения действий всех устройств компьютера, программы для сложной обработки информации являются значительными по объему, требуют тщательного, безошибочного написания, обеспечения возможностей быстрой проверки и т.д.

Поэтому реализация хороших, эффективных программных средств в настоящее время в мире является прерогативой целой индустрии разработки программного обеспечения. Уровень затрат, которые тратятся на разработку программных продуктов в некоторой степени может быть проиллюстрирован стоимостью программ.

Некоторые из них стоят десятки миллионов долларов, некоторые стоят десятки долларов, но общая тенденция говорит о превышении стоимости программных средств над стоимостью аппаратных.

Отмеченное положение еще с одной точки зрения характеризует важность и значимость программного обеспечения ЭВМ. Об этом же, в частности, указывает и тот факт, что одним из самых распространенных компьютерных преступлений сейчас является именно кража программного обеспечения с целью последующей его продажи.

К настоящему времени для различных классов вычислительной техники разработано и эксплуатируется большое множество программ. Среди них наиболее распространены, универсальны, удобны и поэтому привлекательны для массового пользователя программы, созданные для персональных ЭВМ.

Данное направление программных средств уже насчитывает десятки тысяч разнообразных программ и продолжает расширяться наиболее значительными темпами.

К тому же в структуре программного обеспечения персональных ЭВМ имеются различные по типам программы, которые реализуют основные идеи компьютерной обработки информации, применяемые в мировой практике и, в том числе, для других классов вычислительной техники.

Исходя из этого, дальнейшее изложение состава и назначения программного обеспечения ЭВМ проведем, ориентируясь именно на персональные ЭВМ.

2.2. Общая характеристика и состав программного обеспечения ЭВМ

Программное обеспечение ЭВМ - это комплекс рабочих программ и инструкций к ним, обеспечивающих автоматическое функционирование вычислительной системы, а также решение различных прикладных задач.

Состав программного обеспечения ЭВМ.

В существующем программном обеспечении персональных ЭВМ выделяют следующие основные классы:

  •  операционные системы, сервисные программы и утилиты;
  •  инструментальные средства и системы программирования;
  •  прикладные системы и программы.

Первые два класса программ  еще  обобщают как – системное программное обеспечение.  

А прикладные системы и программы в целом образуют прикладное программное обеспечение.

Тем самым определяется различие программных средств по их назначению и роли в технологическом и функциональном процессе работы с ЭВМ.

Операционные системы  -  обслуживают   работу аппаратных средств  компьютера и дают возможности прикладным программам обращаться к внешним устройствам, а пользователю - в целом управлять работой машины через соответствующие команды.

Сервисные программы и утилиты - обеспечивают наглядность, простоту и иные удобства в выполнении рутинных, каждодневных задач общего управления ЭВМ и обработки информации.

Инструментальные средства и системы программирования - являются особой категорией среди всех классов программных средств. С их помощью создаются все другие программы. Эта категория программных средств аналогична средствам производства в промышленности: информация в виде текстовых, числовых, графических данных является сырьем для обработки указанными программами.

Прикладные системы и программы -  предназначены для решения конкретных информационных задач. Они являются законченными программными продуктами и обращены к самому распространенному кругу  пользователей, которые не обязаны уметь программировать или даже глубоко знать устройство ЭВМ.

Таким образом, все представленные виды программных средств действительно можно разделить на два больших класса - системное и прикладное программное обеспечение. Системное программное обеспечение ориентировано на решение задач управления системой аппаратных средств компьютера и выполнения типовых задач обмена информацией как пользователя с машиной, так и между отдельными устройствами ЭВМ.

Решение же всех конкретных задач обработки информации на компьютере возложено на прикладное программное обеспечение, которое позволяет пользователям ЭВМ реализовывать их специфические и универсальные требования в обработке информации.

Прикладные системы и программы предназначены для решения конкретных информационных задач, являются законченными программными продуктами и обращены к пользователям, которые в общем случае не обязаны уметь программировать или достаточно глубоко знать устройство ЭВМ.

Виды прикладных программных средств - специализированные и широкого назначения.

Специализированные созданы для конкретных уникальных или узкоспециализированных задач обработки информации. Поэтому они имеют довольно редкое применение на практике.

Прикладные программы широкого назначения предназначены для реализации типовых задач обработки информации, встречающихся в самых различных направлениях деятельности человека.

К числу основных видов прикладного программного обеспечения  относятся:

- программы обработки   текстовой   информации;

- программы электронных таблиц;

- программы управления базами и банками данных;

- правовые базы данных;

- бухгалтерские программы;

- программы - переводчики;

- издательские системы;

- программы обработки  графической  информации;

- интегрированные пакеты прикладных программ и др.

В каждом из этих видов могут встречаться программы специализированные и широкого назначения. Программные средства, разработанные на высоком уровне с предоставлением пользователю широких возможностей в конкретной области обработки информации, получили название программные процессоры. Например, текстовые процессоры, табличные процессоры и т.д.

 

ТЕМА 2. ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ: НАЗНАЧЕНИЕ, ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ

1. Эволюция операционных систем

За полувековой период своего существования операционные системы (ОС) прошли сложный путь. Огромное влияние на их развитие  оказали успехи в совершенствовании элементной базы и вычислительной аппаратуры. Поэтому многие  ОС  связаны с новыми  аппаратными платформами:  мини или персональными компьютерами. Серьезную эволюцию для них была и в связи с новой ролью компьютеров в локальных и глобальных сетях. Важнейшим фактором развития ОС стал Интернет. С глобализацией этой сети, ОС становятся все более простыми и удобными в использовании, разнообразно поддерживают мультимедийную информацию, надежнее защищаются.

1.1. Появление первых операционных систем

Выше  отмечено, что идея компьютера была предложена  Ч. Бэббиджем  в середине XIX века. Его механическая «аналитическая машина» так и не смогла по-настоящему заработать, потому что те технологии  не удовлетворяли требованиям, необходимым для изготовления нужных деталей точной механики. Конечно, никакой речи об операционной системе для этого «компьютера» не шло.

Рождение цифровых электронных вычислительных машин произошло вскоре после Второй мировой войны. Были созданы первые ламповые вычислительные устройства. Причем одни и те же люди  проектировали, эксплуатировали и программировали ЭВМ. Это была скорее научно-исследовательская работа в вычислительной технике, а не использование компьютеров в качестве инструмента решения каких-либо практических прикладных задач. Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. Системного программного обеспечения не было, кроме библиотек математических и служебных подпрограмм. Их программист использовал, чтобы не писать каждый раз коды, вычисляющие значение какой-либо математической функции или управляющие стандартным устройством ввода-вывода.  Все задачи организации вычислительного процесса решались вручную (вместо ОС) каждым программистом с пульта управления - примитивного устройства ввода-вывода из кнопок, переключателей и индикаторов.

С середины 50-х годов на основе полупроводников началось 2-е поколение компьютеров. Выросло быстродействие процессоров, увеличились объемы оперативной и внешней памяти. ЭВМ стали более надежными, могли непрерывно работать столько, чтобы на них можно было возложить выполнение действительно практически важных задач.

Наряду с аппаратным, наблюдался заметный прогресс и в области автоматизации программирования и организации вычислительных работ. Появились алгоритмические языки, и таким образом к библиотекам математических и служебных подпрограмм добавился новый тип системного программного обеспечения  - трансляторы.

В программы стали включать большое количество вспомогательных работ: загрузка нужного транслятора (АЛГОЛ, ФОРТРАН, КОБОЛ и т.п.), его запуск и получение результирующей программы в машинных кодах, связывание программы с библиотечными подпрограммами, загрузка программы в оперативную память, запуск программы, вывод результатов на периферийное устройство. Для эффективного использования таких возможностей в штат многих вычислительных центров ввели должности операторов,  выполнявших работу по организации вычислительного процесса для всех пользователей этого центра.

Но работа операторов не могла состязаться в производительности с работой устройств компьютера. Большую часть времени процессор простаивал в ожидании, пока оператор запустит очередную задачу. А поскольку процессор был весьма дорогим, то низкая эффективность его использования означала низкую эффективность использования компьютера в целом. Поэтому были разработаны первые системы пакетной обработки, которые автоматизировали всю последовательность действий оператора по организации вычислительного процесса.

Системы пакетной обработки явились прообразом современных ОС, они стали первыми системными программами, предназначенными не для обработки конкретных данных, а для управления вычислительным процессом.

В ходе их реализации создали формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какие действия и в какой последовательности он хочет выполнить на вычислительной машине. Типовой набор директив обычно включал признак начала отдельной работы, вызов транслятора, вызов загрузчика, признаки начала и конца исходных данных.

Оператор составлял пакет заданий, которые затем без его участия последовательно запускались на выполнение управляющей программой-монитором. Кроме того, программа-монитор могла самостоятельно обрабатывать наиболее часто встречающиеся при работе пользовательских программ аварийные ситуации (отсутствие исходных данных, переполнение регистров, деление на ноль, обращение к несуществующей области памяти и т.д.).  Обычно пакет был набором перфокарт, но для ускорения работы  мог переноситься на более удобный и емкий носитель, например, на магнитную ленту или магнитный диск.

Ранние системы пакетной обработки значительно сократили затраты времени на вспомогательные действия по организации вычислительного процесса и значительно повысили эффективность использования ЭВМ. Но программисты-пользователи лишились непосредственного доступа к управлению компьютером, что снижало эффективность их работы внесение любого исправления требовало значительно больше времени, чем при интерактивной работе за пультом машины.

1.2. Появление мультипрограммных операционных систем

Следующий важный период развития ОС - это 1965-1975 годы.

В технической базе ЭВМ был переход к интегральным микросхемам и, фактически, к новому поколению. Большие функциональные возможности интегральных схем сделали возможным реализацию на практике сложных компьютерных архитектур, как, например,  IBM/360.

Тогда были реализованы практически все основные механизмы, присущие современным ОС: мультипрограммирование, мультипроцессирование, поддержка многотерминального многопользовательского режима, виртуальная память, файловые системы, разграничение доступа и сетевая работа.  Начинается расцвет системного программирования. Из области прикладной математики (для узкого круга специалистов) системное программирование превращается в отрасль индустрии, оказывающую непосредственное влияние на практическую деятельность миллионов людей.

Революционным событием стала промышленная реализация мультипрограммирования. Мультипрограммирование способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера находилось одновременно несколько программ, попеременно выполняющихся на одном процессоре. Это значительно улучшило эффективность ЭВМ. Она теперь могла использоваться почти постоянно, а не менее половины рабочего времени, как это было раньше.

Мультипрограммирование было реализовано в двух вариантах - в системах пакетной обработки и разделения времени.

Мультипрограммные системы пакетной обработки так же, как и их однопрограммные предшественники, имели своей целью обеспечение максимальной загрузки аппаратуры компьютера, но решали эту задачу более эффективно. В мультипрограммном пакетном режиме процессор не простаивал, пока одна программа выполняла операцию ввода-вывода (как это происходило при последовательном выполнении программ в системах ранней пакетной обработки), а переключался на другую готовую к выполнению программу. Этим достигалась сбалансированная загрузка всех устройств компьютера, а, следовательно, увеличивалось число задач, решаемых в единицу времени.

Но и здесь пользователь по-прежнему был лишен возможности интерактивно взаимодействовать со своими программами. Для того чтобы хотя бы частично вернуть пользователям ощущение непосредственного взаимодействия с компьютером, был разработан другой вариант мультипрограммных систем системы разделения времени. Этот вариант рассчитан на многотерминальные системы, когда каждый пользователь работает за своим терминалом. В числе первых ОС разделения времени, разработанных в середине 60-х годов, были TSS/360 (компания IBM), CTSS и MULTICS (Массачусетский технологический институт совместно с Bell Labs и компанией General Electric). Вариант мультипрограммирования, применяемый в системах разделения времени, был нацелен на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного владения вычислительной машиной за счет периодического выделения каждой программе своей доли процессорного времени. В системах разделения времени эффективность использования оборудования ниже, чем в системах пакетной обработки, что явилось платой за удобства работы пользователя.

Многотерминальный режим использовался не только в системах разделения времени, но и в системах пакетной обработки. Теперь и оператор, и все пользователи получали возможность формировать свои задания и управлять их выполнением со своего терминала. Такие ОС получили название систем удаленного ввода заданий. Терминальные комплексы могли располагаться на большом расстоянии от процессорных стоек, соединяясь с ними с помощью различных глобальных связей - модемных соединений телефонных сетей или выделенных каналов.

К этому времени можно констатировать существенное изменение в распределении функций между аппаратными и программными средствами компьютера. ОС становились неотъемлемыми элементами компьютеров, играя роль «продолжения» аппаратуры. В первых вычислительных машинах программист, напрямую взаимодействуя с аппаратурой, мог выполнить загрузку программных кодов, используя пультовые переключатели и лампочки индикаторов, а затем вручную запустить программу на выполнение, нажав кнопку «пуск». В компьютерах 60-х годов большую часть действий по организации вычислительного процесса взяла на себя ОС. (В большинстве современных компьютеров не предусмотрено даже теоретической возможности выполнения какой-либо вычислительной работы без участия ОС. После включения питания автоматически происходит поиск, загрузка и запуск ОС, а в случае ее отсутствия компьютер просто останавливается.)

Важной тенденцией этого периода является создание семейств программно-совместимых машин и ОС для них. Программная совместимость требовала и совместимости ОС. Однако такая совместимость подразумевает возможность работы на больших и малых вычислительных системах, с большим и с малым количеством разнообразной периферии, в коммерческой области и в области научных исследований. ОС, построенные с намерением удовлетворить всем этим противоречивым требованиям, оказались чрезвычайно сложными. Они состояли из многих миллионов ассемблерных строк, написанных тысячами программистов, и содержали тысячи ошибок, вызывающих нескончаемый поток исправлений. ОС этого поколения были очень дорогими. Так, разработка OS/360, объем кода для которой составил 8 Мбайт, стоила компании IBM 80 миллионов долларов.

1.3. Операционные системы и глобальные сети

В начале 70-х годов появились первые сетевые ОС, которые в отличие от многотерминальных позволяли не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределенное хранение и обработку данных между несколькими компьютерами, соединенными каналами связи. Любая сетевая ОС, с одной стороны, выполняет все функции локальной, а с другой -  обладает некоторыми дополнительными средствами. Они позволяют ей взаимодействовать по сети с ОС других компьютеров. Программные модули, реализующие сетевые функции, появлялись в ОС постепенно, по мере развития сетевых технологий, аппаратной базы компьютеров и возникновения новых задач, требующих сетевой обработки.

Хотя теоретические работы по созданию концепций сетевого взаимодействия велись почти с самого появления вычислительных машин, значимые практические результаты по объединению компьютеров в сети были получены в конце 60-х годов. Тогда с помощью глобальных связей и техники коммутации пакетов удалось реализовать взаимодействие рядовых машин и суперкомпьютеров. Эти дорогостоящие компьютеры часто хранили уникальные данные и программы, доступ к которым необходимо было обеспечить широкому кругу пользователей, находившихся в различных городах на значительном расстоянии от вычислительных центров.

1.4. Операционные системы мини-компьютеров

и первые локальные  сети

К середине 70-х годов широкое распространение получили мини-компьютеры, такие как PDP-11, Nova, HP. Мини-компьютеры первыми использовали преимущества больших интегральных схем, позволившие реализовать достаточно мощные функции при сравнительно невысокой стоимости компьютера.

Архитектура мини-компьютеров была значительно упрощена, что нашло отражение и в их ОС. Многие функции мультипрограммных многопользовательских ОС были усечены, учитывая ограниченность ресурсов мини-компьютеров. ОС мини-компьютеров часто стали делать специализированными, например, только для управления в реальном времени (ОС RT-11 для мини-компьютеров PDP-11) или только для поддержания режима разделения времени (RSX-11M для тех же компьютеров). Эти ОС не всегда были многопользовательскими, что во многих случаях оправдывалось невысокой стоимостью компьютеров.

Важной вехой в истории мини-компьютеров и вообще в истории ОС явилось создание UNIX. Первоначально эта ОС предназначалась для поддержания режима разделения времени в мини-компьютере PDP-7. С середины 70-х годов началось массовое использование ОС UNIX. К этому времени программный код для UNIX был на 90 % написан на языке высокого уровня Си. Широкое распространение эффективных Си-компиляторов сделало UNIX уникальной для того времени ОС, обладающей возможностью сравнительно легкого переноса на различные типы компьютеров. Поскольку она поставлялась вместе с исходными кодами, то  стала первой открытой ОС, которую могли совершенствовать простые пользователи-энтузиасты. Хотя UNIX была первоначально разработана для мини-компьютеров, гибкость, элегантность, мощные функциональные возможности и открытость позволили ей занять прочные позиции во всех классах компьютеров: суперкомпьютерах, больших компьютерах, мини-компьютерах, серверах и рабочих станциях, персональных компьютерах.

Доступность мини-компьютеров и вследствие этого их распространенность на предприятиях послужили мощным стимулом для создания локальных сетей. Предприятие могло себе позволить иметь несколько мини-компьютеров, находящихся в одном здании или даже в одной комнате. Первое сетевое приложение для ОС UNIX появилось в 1976 году и начало распространяться с версией 7 UNIX с 1978 года.

1.5. Развитие операционных систем в 80-е годы

К наиболее важным событиям этого десятилетия можно отнести становление Интернета, стандартизацию технологий локальных сетей, появление персональных компьютеров и операционных систем для них.

Все десятилетие было отмечено постоянным появлением новых, все более совершенных версий ОС UNIX, в которых производители компьютеров адаптировали код ядра и системных утилит для своей аппаратуры.

Начало 80-х годов связано с еще одним знаменательным для истории ОС событием появлением персональных компьютеров. С точки зрения архитектуры персональные компьютеры ничем не отличались от класса мини-компьютеров типа PDP-11, но их стоимость была существенно ниже. Если мини-компьютер позволил иметь собственную вычислительную машину отделу предприятия или университету, то персональный компьютер дал такую возможность отдельному человеку. Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало разработки «дружественного» программного обеспечения, и предоставление этих «дружественных» функций стало прямой обязанностью ОС. Персональные компьютеры послужили также мощным катализатором для бурного роста локальных сетей, создав для этого отличную материальную основу в виде десятков и сотен компьютеров, принадлежащих одному предприятию и расположенных в пределах одного здания. В результате поддержка сетевых функций стала для ОС персональных компьютеров необходимым условием.

Однако и дружественный интерфейс, и сетевые функции появились у операционных систем персональных компьютеров не сразу. Первая версия наиболее популярной операционной системы раннего этапа развития персональных компьютеров - MS-DOS компании Microsoft - была лишена этих возможностей. Это была однопрограммная однопользовательская ОС с интерфейсом командной строки, способная стартовать с дискеты. Основными задачами для нее были управление файлами, расположенными на гибких и жестких дисках в UNIX-подобной иерархической файловой системе, а также поочередный запуск программ.

Недостающие функции для MS-DOS и подобных ей ОС компенсировались внешними программами, предоставлявшими пользователю удобный графический интерфейс (например, Norton Commander) или средства тонкого управления дисками (например, PC Tools). Наибольшее влияние на развитие программного обеспечения для персональных компьютеров оказала операционная среда Windows компании Microsoft, представлявшая собой надстройку над MS-DOS.

Сетевые функции также реализовывались в основном сетевыми оболочками, работавшими поверх ОС. При сетевой работе всегда необходимо поддерживать многопользовательский режим, при котором один пользователь - интерактивный, а остальные получают доступ к ресурсам компьютера по сети. В таком случае от операционной системы требуется хотя бы некоторый минимум функциональной поддержки многопользовательского режима. История сетевых средств MS-DOS началась с версии 3.1. Эта версия MS-DOS добавила к файловой системе необходимые средства блокировки файлов и записей, которые позволили более чем одному пользователю иметь доступ к файлу. Пользуясь этими функциями, сетевые оболочки могли обеспечить разделение файлов между сетевыми пользователями.

Сетевые оболочки для персональных компьютеров выпускали и другие компании: IBM, Artisoft, Performance Technology и другие.

Иной путь выбрала компания Novell. Она изначально сделала ставку на разработку операционной системы со встроенными сетевыми функциями и добилась на этом пути выдающихся успехов. Ее сетевые операционные системы NetWare на долгое время стали эталоном производительности, надежности и защищенности для локальных сетей. Первая сетевая операционная система компании Novell появилась на рынке в 1983 году и называлась OS-Net.

Для персональных компьютеров применялись не только специально разработанные для них операционные системы, подобные MS-DOS и NetWare, но и адаптировались уже существующие ОС. Появление процессоров Intel 80286 и особенно 80386 с поддержкой мультипрограммирования позволило перенести на платформу персональных компьютеров ОС UNIX. Наиболее известной системой этого типа была версия UNIX компании Santa Cruz Operation (SCO UNIX).

1.6. Особенности современного этапа развития

операционных систем

В 90-е годы практически все операционные системы, занимающие заметное место на рынке, стали сетевыми. Сетевые функции сегодня встраиваются в ядро ОС, являясь ее неотъемлемой частью. Операционные системы получили средства для работы со всеми основными технологиями локальных и глобальных сетей, а также средства для создания составных сетей. Появились специализированные ОС, которые предназначены исключительно для выполнения коммуникационных задач. Например, сетевая операционная система IOS компании Cisco Systems, работающая в маршрутизаторах, организует в мультипрограммном режиме выполнение набора программ, каждая из которых реализует один из коммуникационных протоколов.

Особое внимание в течение всего последнего десятилетия уделялось корпоративным сетевым операционным системам. Их дальнейшее развитие представляет одну из наиболее важных задач и в обозримом будущем. Корпоративная операционная система отличается способностью хорошо и устойчиво работать в крупных сетях, которые характерны для больших предприятий, имеющих отделения в десятках городов и, возможно, в разных странах. К настоящему времени достаточно явно определилась тройка лидеров в классе корпоративных ОС это Novell NetWare 4.x и 5.0, Microsoft Windows NT 4.0 и Windows 2000, а также UNIX-системы различных производителей аппаратных платформ.

На современном этапе развития операционных систем на передний план вышли средства обеспечения безопасности. Это связано с возросшей ценностью информации, обрабатываемой компьютерами, а также с повышенным уровнем угроз, существующих при передаче данных но сетям, особенно по публичным, таким как Интернет. Многие операционные системы обладают сегодня развитыми средствами защиты информации, основанными на шифрации данных, аутентификации и авторизации.

Современным операционным системам присуща многоплатформенность, то есть способность работать на совершенно различных типах компьютеров.

В последние годы получила дальнейшее развитие долговременная тенденция повышения удобства работы человека с компьютером. Эффективность работы человека становится основным фактором, определяющим эффективность вычислительной системы в целом. Усилия человека не должны тратиться на настройку параметров вычислительного процесса, как это происходило в ОС предыдущих поколений. Например, в системах пакетной обработки для больших компьютеров каждый пользователь должен был с помощью языка управления заданиями определить большое количество параметров, относящихся к организации вычислительных процессов в компьютере. Так, для системы OS/360 язык управления заданиями JCL предусматривал возможность определения пользователем более 40 параметров, среди которых были приоритет задания, требования к основной памяти, предельное время выполнения задания, перечень используемых устройств ввода-вывода и режимы их работы.

Современная операционная система берет на себя выполнение задачи выбора параметров операционной среды, используя для этой цели различные адаптивные алгоритмы. Даже в процессе установки большинство ОС предлагают режим выбора параметров по умолчанию, который гарантирует пусть не оптимальное, но всегда приемлемое качество работы систем.

Постоянно повышается удобство интерактивной работы с компьютером путем включения в операционную систему развитых графических интерфейсов, использующих наряду с графикой звук и видеоизображение. Это особенно важно для превращения компьютера в терминал новой публичной сети, которой постепенно становится Интернет, так как для массового пользователя терминал должен быть почти таким же понятным и удобным, как телефонный аппарат. Пользовательский интерфейс операционной системы становится все более интеллектуальным, направляя действия человека в типовых ситуациях и принимая за него рутинные решения.

2. Назначение и функции операционной системы

Сегодня существует большое количество разных типов операционных систем, отличающихся областями применения, аппаратными платформами и методами реализации. Естественно, это обуславливает и значительные функциональные различия этих ОС. Даже у конкретной операционной системы набор выполняемых функций зачастую определить не так просто - та функция, которая сегодня выполняется внешним по отношению к ОС компонентом, завтра может стать ее неотъемлемой частью и наоборот. Поэтому при изучении ОС очень важно из всего многообразия выделить те функции, которые присущи им всем как классу программных продуктов.

2.1. Операционные системы для автономного компьютера

Операционная система компьютера представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, который действует как интерфейс между приложениями и пользователями с одной стороны, и аппаратурой компьютера с другой стороны. В соответствии с этим определением ОС выполняет две группы функций:

- предоставление пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры компьютера расширенной виртуальной машины, с которой удобней работать и которую легче программировать;

- повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторым критерием.

2.2. ОС как виртуальная машина

Для того чтобы успешно решать свои задачи, современный пользователь или даже прикладной программист может обойтись без досконального знания аппаратного устройства компьютера. Ему не обязательно быть в курсе того, как функционируют различные электронные блоки и электромеханические узлы компьютера. Более того, очень часто пользователь может не знать даже системы команд процессора. Пользователь-программист привык иметь дело с мощными высокоуровневыми функциями, которые ему предоставляет операционная система.

Так, например, при работе с диском программисту, пишущему приложение для работы под управлением ОС, или конечному пользователю ОС достаточно представлять его в виде некоторого набора файлов, каждый из которых имеет имя. Последовательность действий при работе с файлом заключается в его открытии, выполнении одной или нескольких операций чтения или записи, а затем в закрытии файла. Такие частности, как используемая при записи частотная модуляция или текущее состояние двигателя механизма перемещения магнитных головок чтения/записи, не должны волновать программиста. Именно ОС скрывает от программиста большую часть особенностей аппаратуры и предоставляет возможность простой и удобной работы с требуемыми файлами.

Если бы программист работал непосредственно с аппаратурой компьютера, без участия ОС, то для организации чтения блока данных с диска программисту пришлось бы использовать более десятка команд с указанием множества параметров: номера блока на диске, номера сектора на дорожке и т.п. А после завершения операции обмена с диском он должен был бы предусмотреть в своей программе анализ результата выполненной операции. Учитывая, что контроллер диска способен распознавать более двадцати различных вариантов завершения операции, можно считать программирование обмена с диском на уровне аппаратуры не самой тривиальной задачей. Не менее обременительной выглядит и работа пользователя, если бы ему для чтения файла с терминала потребовалось задавать числовые адреса дорожек и секторов.

Операционная система избавляет программистов не только от необходимости напрямую работать с аппаратурой дискового накопителя, предоставляя им простой файловый интерфейс, но и берет на себя все другие рутинные операции, связанные с управлением другими аппаратными устройствами компьютера: физической памятью, таймерами, принтерами и т.д.

В результате реальная машина, способная выполнять только небольшой набор элементарных действий, определяемых ее системой команд, превращается в виртуальную машину, выполняющую широкий набор гораздо более мощных функций. Виртуальная машина тоже управляется командами, но это уже команды другого, более высокого уровня: удалить файл с определенным именем, запустить на выполнение некоторую прикладную программу, повысить приоритет задачи, вывести текст из файла на печать. Таким образом, назначение ОС состоит в предоставлении пользователю/программисту некоторой расширенной виртуальной машины, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальный компьютер или реальную сеть.

2.3. ОС как система управления ресурсами

Операционная система не только предоставляет пользователям и программистам удобный интерфейс к аппаратным средствам компьютера, но и является механизмом, распределяющим ресурсы компьютера.

К числу основных ресурсов современных вычислительных систем могут быть отнесены такие ресурсы, как процессоры, основная память, таймеры, наборы данных, диски, накопители на магнитных лентах, принтеры, сетевые устройства и некоторые другие. Ресурсы распределяются между процессами. Процесс (задача) представляет собой базовое понятие большинства современных ОС и часто кратко определяется как программа в стадии выполнения. Программа - это статический объект, представляющий собой файл с кодами и данными. Процесс - это динамический объект, который возникает в операционной системе после того, как пользователь или сама операционная система решает «запустить программу на выполнение», то есть создать новую единицу вычислительной работы. Например, ОС может создать процесс в ответ на команду пользователя run prgi.exe, где prgi.exe - это имя файла, в котором хранится код программы.

Управление ресурсами вычислительной системы с целью наиболее эффективного их использования является назначением операционной системы. Например, мультипрограммная операционная система организует одновременное выполнение сразу нескольких процессов на одном компьютере, поочередно переключая процессор с одного процесса на другой, исключая простои процессора, вызываемые обращениями процессов к вводу-выводу. ОС также отслеживает и разрешает конфликты, возникающие при обращении нескольких процессов к одному и тому же устройству ввода-вывода или к одним и тем же данным.

Критерий эффективности, в соответствии с которым ОС организует управление ресурсами компьютера, может быть различным. Например, в одних системах важен такой критерий, как пропускная способность вычислительной системы, в других время ее реакции. Соответственно выбранному критерию эффективности операционные системы по-разному организуют вычислительный процесс.

Управление ресурсами включает решение следующих общих, не зависящих от типа ресурса задач:

  1.  планирование ресурса то есть определение, какому процессу, когда и в каком количестве (если ресурс может выделяться частями) следует выделить данный ресурс;
  2.  удовлетворение запросов на ресурсы;
  3.  отслеживание состояния и учет использования ресурса то есть поддержание оперативной информации о том, занят или свободен ресурс и какая доля ресурса уже распределена;
  4.  разрешение конфликтов между процессами.

Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, особенности которых, в конечном счете, и определяют облик ОС в целом, включая характеристики производительности, область применения и даже пользовательский интерфейс. Например, применяемый алгоритм управления процессором в значительной степени определяет, может ли ОС использоваться как система разделения времени, система пакетной обработки или система реального времени.

Задача организации эффективного совместного использования ресурсов несколькими процессами является весьма сложной, и сложность эта порождается в основном случайным характером возникновения запросов на потребление ресурсов. В мультипрограммной системе образуются очереди заявок от одновременно выполняемых программ к разделяемым ресурсам компьютера: процессору, странице памяти, к принтеру, к диску. ОС организует обслуживание этих очередей по разным алгоритмам: в порядке поступления, на основе приоритетов, кругового обслуживания и т.д.

Таким образом, управление ресурсами составляет важную часть функций любой операционной системы, в особенности мультипрограммной. В отличие от функций расширенной машины большинство функций управления ресурсами выполняются операционной системой автоматически и прикладному программисту недоступны.

2.4. Функциональные компоненты операционной системы

автономного компьютера

Функции операционной системы автономного компьютера обычно группируются либо в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми управляет ОС, либо в соответствии со специфическими задачами, применимыми ко всем ресурсам. Иногда такие группы функций называют подсистемами. Наиболее важными подсистемами управления ресурсами являются подсистемы управления процессами, памятью, файлами и внешними устройствами, а подсистемами, общими для всех ресурсов, являются подсистемы пользовательского интерфейса, защиты данных и администрирования.

2.4.1. Управление процессами

Важнейшей частью операционной системы, непосредственно влияющей на функционирование вычислительной машины, является подсистема управления процессами.

Для каждого вновь создаваемого процесса ОС генерирует системные информационные структуры, которые содержат данные о потребностях процесса в ресурсах вычислительной системы, а также о фактически выделенных ему ресурсах. Таким образом, процесс можно также определить как некоторую заявку на потребление системных ресурсов,

Чтобы процесс мог быть выполнен, операционная система должна назначить ему область оперативной памяти, в которой будут размещены коды и данные процесса, а также предоставить ему необходимое количество процессорного времени. Кроме того, процессу может понадобиться доступ к таким ресурсам, как файлы и устройства ввода-вывода.

В информационные структуры процесса часто включаются вспомогательные данные, характеризующие историю пребывания процесса в системе (например, какую долю времени процесс потратил на операции ввода-вывода, а какую на вычисления), его текущее состояние (активное или заблокированное), степень привилегированности процесса (значение приоритета). Данные такого рода могут учитываться операционной системой при принятии решения о предоставлении ресурсов процессу.

В мультипрограммной операционной системе одновременно может существовать несколько процессов. Часть процессов порождается по инициативе пользователей и их приложений, такие процессы обычно называют пользовательскими. Другие процессы, называемые системными, инициализируются самой операционной системой для выполнения своих функций.

Поскольку процессы часто одновременно претендуют на одни и те же ресурсы, то в обязанности ОС входит поддержание очередей заявок процессов на ресурсы, например очереди к процессору, к принтеру, к последовательному порту.

Важной задачей операционной системы является защита ресурсов, выделенных данному процессу, от остальных процессов. Одним из наиболее тщательно защищаемых ресурсов процесса являются области оперативной памяти, в которой хранятся коды и данные процесса. Совокупность всех областей оперативной памяти, выделенных операционной системой процессу, называется его адресным пространством. Говорят, что каждый процесс работает в своем адресном пространстве, имея в виду защиту адресных пространств, осуществляемую ОС. Защищаются и другие типы ресурсов, такие как файлы, внешние устройства и т. д. Операционная система может не только защищать ресурсы, выделенные одному процессу, но и организовывать их совместное использование, например, разрешать доступ к некоторой области памяти нескольким процессам.

Таким образом, подсистема управления процессами планирует выполнение процессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает синхронизацию процессов, а также обеспечивает взаимодействие между процессами.

2.4.2. Управление памятью

Память является для процесса таким же важным ресурсом, как и процессор, так как процесс может выполняться процессором только в том случае, если его коды и данные (не обязательно все) находятся в оперативной памяти.  Управление памятью включает распределение имеющейся физической памяти между всеми существующими в системе в данный момент процессами, загрузку кодов и данных процессов в отведенные им области памяти, настройку адресно-зависимых частей кодов процесса на физические адреса выделенной области, а также защиту областей памяти каждого процесса.

Существует большое разнообразие алгоритмов распределения памяти. Они могут отличаться, например, количеством выделяемых процессу областей памяти (в одних случаях память выделяется процессу в виде одной непрерывной области, а в других - в виде нескольких несмежных областей), степенью свободы границы областей (она может быть жестко зафиксирована на все время существования процесса или же динамически перемещаться при выделении процессу дополнительных объемов памяти).

Одним из наиболее популярных способов управления памятью в современных операционных системах является так называемая виртуальная память. Наличие в ОС механизма виртуальной памяти позволяет программисту писать программу так, как будто в его распоряжении имеется однородная оперативная память большого объема, часто существенно превышающего объем имеющейся физической памяти. В действительности все данные, используемые программой, хранятся на диске и при необходимости частями отображаются в физическую память. При перемещении кодов и данных между оперативной памятью и диском подсистема виртуальной памяти выполняет трансляцию виртуальных адресов, полученных в результате компиляции и компоновки программы, в физические адреса ячеек оперативной памяти. Очень важно, что все операции по перемещению кодов и данных между оперативной памятью и дисками, а также трансляция адресов выполняются ОС прозрачно для программиста.

Защита памяти это избирательная способность предохранять выполняемую задачу от записи или чтения памяти, назначенной другой задаче. Правильно написанные программы не пытаются обращаться к памяти, назначенной другим. Но реальные программы часто содержат ошибки и такие попытки иногда предпринимаются. Средства защиты памяти, реализованные в ОС, должны пресекать несанкционированный доступ процессов к чужим областям памяти.

Таким образом, функциями ОС по управлению памятью являются отслеживание свободной и занятой памяти; выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов; защита памяти; вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти недостаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место, а также настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.

2.4.3. Управление файлами и внешними устройствами

Способность ОС к «экранированию» сложностей реальной аппаратуры очень ярко проявляется в одной из ее основных подсистем - файловой системе. ОС виртуализирует отдельный набор данных, хранящихся на внешнем накопителе, в виде файла.

Файл - простая неструктурированная последовательность байтов, имеющая символьное имя.  Файлы группируются в каталоги (папки). Они, в свою очередь, образуют группыкаталоги (папки) более высокого уровня. Пользователь может с помощью ОС выполнять над файлами и каталогами такие действия, как поиск по имени, удаление, вывод содержимого на внешнее устройство (например, на дисплей), изменение и сохранение содержимого. При этом для поддержания иерархической структуры ОС надо решать множество задач.

Файловая система ОС выполняет преобразование символьных имен файлов, с которыми работает пользователь или прикладной программист, в физические адреса данных на диске, организует совместный доступ к файлам, защищает их от несанкционированного доступа.

При выполнении своих функций файловая система тесно взаимодействует с подсистемой управления внешними устройствами, которая по запросам файловой системы осуществляет передачу данных между дисками и оперативной памятью.

Подсистема управления внешними устройствами (ввода-вывода),  исполняет роль интерфейса ко всем устройствам, подключенным к компьютеру. Спектр этих устройств очень обширен и может насчитывать сотни моделей. Они могут существенно отличаться набором и последовательностью команд, с помощью которых осуществляется обмен информацией с процессором и памятью компьютера, скоростью работы, кодировкой передаваемых данных, возможностью совместного использования и множеством других деталей.

Драйвер - (англ. drive — управлять, вести) программа, управляющая конкретной моделью внешнего устройства и учитывающая все его особенности. Он может управлять единственной моделью устройства, например, каким-либо конкретным модемом, или же группой устройств определенного типа. Для пользователя очень важно, чтобы ОС включала как можно больше разнообразных драйверов, так как это гарантирует возможность подключения к компьютеру большого числа внешних устройств различных производителей. От этого зависит успех ОС на рынке (в этом одна из причин низкой популярности OS/2).

Созданием драйверов устройств занимаются как разработчики конкретной ОС, так и специалисты компаний, выпускающих внешние устройства. ОС должна поддерживать хорошо определенный интерфейс между драйверами и собой. Тогда разработчики из компаний-производителей устройств ввода-вывода могут поставлять вместе со своими устройствами драйверы для данной ОС.

2.5. Защита данных и администрирование

Безопасность данных вычислительной системы обеспечивается средствами отказоустойчивости ОС, направленными на защиту от сбоев и отказов аппаратуры и ошибок программного обеспечения, а также средствами защиты от несанкционированного доступа, В последнем случае ОС защищает данные от ошибочного или злонамеренного поведения пользователей системы.

Первым рубежом обороны при защите данных от несанкционированного доступа является процедура логического входа. ОС должна убедиться, что в систему пытается войти пользователь, вход которого разрешен администратором. Их функции вообще очень тесно связаны, т.к.  именно администратор определяет права пользователей на обращение к  ресурсам системы - файлам, каталогам, принтерам, сканерам и т.п. Администратор же ограничивает возможности пользователей в выполнении тех или иных системных действий. Например,  может  запретить выполнять процедуру завершения работы ОС, устанавливать системное время, завершать чужие процессы, создавать учетные записи пользователей, изменять права доступа к некоторым каталогам и файлам. Или уменьшить возможности интерфейса, убрав, например, некоторые пункты из меню ОС, выводимого на дисплей пользователя.

Важным средством защиты данных являются функции аудита ОС -  фиксация всех событий, от которых зависит безопасность системы. Например, попытки удачного и неудачного логического входа в систему, операции доступа к некоторым каталогам и файлам, использование принтеров и т. п. Список событий, которые необходимо отслеживать, определяет администратор ОС.

Отказоустойчивость реализуется ОС, как правило,  резервированием (например, поддержание нескольких копий данных на разных дисках или разных накопителях, резервирование принтеров и других устройств ввода-вывода). При отказе одного из избыточных устройств ОС должна быстро и прозрачным для пользователя образом реконфигурировать систему и продолжить работу с резервным устройством. Особый случай - использование нескольких процессоров (мультипроцессирование), когда  работа продолжается при отказе одного из процессоров, хотя и с меньшей производительностью. (Многие ОС используют мультипроцессорную конфигурацию компьютера только для ускорения работы.  При отказе какого-то процессора они прекращают работу.)

Поддержка отказоустойчивости также входит в обязанности системного администратора. В  ОС обычно входят утилиты, позволяющие администратору выполнять регулярные операции резервного копирования для обеспечения быстрого восстановления важных данных.

2.6. Интерфейс прикладного программирования

Прикладные программисты используют в своих приложениях обращения к ОС, когда для выполнения тех или иных действий  требуется ее особый статус. Так, сейчас только ОС может выполнять  все действия, связанные с управлением аппаратными средствами компьютера.  Прикладной программист может также применить набор сервисных функций ОС, которые упрощают написание приложений. Эти функции  реализуют универсальные действия, часто требующиеся в различных приложениях. Они могли бы быть выполнены и самим приложением, но проще использовать уже готовые, отлаженные процедуры, включенные в ОС. Хотя это можно сделать самостоятельно в рамках приложения, если предложенный ОС вариант не вполне устраивает.

Возможности ОС доступны прикладному программисту в виде набора функций, называющегося интерфейсом прикладного программирования (Application Programming Interface, API). От конечного пользователя эти функции скрыты за оболочкой алфавитно-цифрового или графического пользовательского интерфейса.

2.7. Пользовательский интерфейс

ОС обеспечивает удобный интерфейс  для прикладных программ и для человека, работающего за терминалом. Он может быть конечным пользователем, администратором ОС или программистом.

В ранних ОС пакетного режима пользовательский интерфейс был сведены к минимуму и не требовал наличия терминала. Команды языка управления заданиями набивались на перфокарты, а результаты выводились на печатающее устройство. Сейчас ОС  развито поддерживают пользовательский интерфейс для интерактивной работы за терминалами двух типов: алфавитно-цифровыми и графическими.

За алфавитно-цифровым терминалом пользователь применяет систему команд, соответствующих функциям ОС. Обычно ее командный язык запускает и останавливает приложения, выполняет различные операции с файлами и каталогами, выдает состояния (о количестве работающих процессов, объемах пространства на дисках и т.п.), администрирует систему. Команды могут вводиться не только в интерактивном режиме с терминала, но и считываться из так называемого командного файла, содержащего некоторую последовательность команд.

Программный модуль ОС, ответственный за чтение отдельных команд или же последовательности команд из командного файла, иногда называют командным интерпретатором.

Ввод команды может быть упрощен, если ОС поддерживает графический пользовательский интерфейс. Тогда с помощью мыши  на экране выбирается нужный пункт меню или графический символ.

2.8. Требования к современным операционным системам

Главное требование к ОС - выполнение ею основных функций эффективного управления ресурсами и обеспечение удобного интерфейса для пользователя и прикладных программ.  Сейчас, как правило, она должна поддерживать мультипрограммную обработку, виртуальную память, многооконный графический интерфейс пользователя,  выполнять многие другие функции и услуги. Кроме этих требований функциональной полноты к ОС предъявляются не менее важные эксплуатационные требования, которые перечислены ниже.

  1.  Расширяемость. Аппаратная часть ЭВМ устаревает за несколько лет, а полезная жизнь ОС может измеряться десятилетиями (например, UNIX). Поэтому ОС изменяются эволюционно и более значимо, чем  аппаратные средства. Обычно это приобретение новых свойств, например поддержка других внешних устройств или сетевых технологий. Расширяемая ОС такая, код которой написан так, чтобы дополнения и изменения  вносились без нарушения целостности системы. Расширяемость достигается за счет модульной структуры ОС, при которой программы строятся из набора отдельных модулей, взаимодействующих только через функциональный интерфейс.
  2.  Переносимость. В идеале код ОС должен легко переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы (которые различаются не только типом процессора, но и способом организации всей аппаратуры компьютера) одного типа на аппаратную платформу другого типа (многоплатформенность).
  3.  Совместимость. Существует несколько «долгоживущих» популярных операционных систем (разновидности UNIX, MS-DOS, Windows, Windows NT, OS/2). Поэтому пользователям при переходе с одной системы на другую, очень привлекательна возможность запуска в новой среде привычного приложения.  Совместимость ОС - наличие средств для выполнения прикладных программ, написанных для других ОС. Есть совместимость на уровне двоичных кодов, исходных текстов, поддержки  пользовательских интерфейсов других ОС.
  4.  Надежность и отказоустойчивость. Система должна быть защищена как от внутренних, так и от внешних ошибок, сбоев и отказов. Ее действия должны быть всегда предсказуемыми, а приложения не должны иметь возможности наносить вред ОС. Надежность и отказоустойчивость ОС, прежде всего, определяются архитектурными решениями, а также качеством ее реализации (отлаженностью кода). Кроме того, важно, включает ли ОС программную поддержку аппаратных средств обеспечения отказоустойчивости, таких, например, как дисковые массивы или источники бесперебойного питания.
  5.  Безопасность. Современная ОС должна защищать данные и другие ресурсы вычислительной системы от несанкционированного доступа. Для этого, она должна как минимум иметь средства: аутентификации - определения легальности пользователей; авторизации - предоставления легальным пользователям дифференцированных прав доступа к ресурсам; аудита - фиксации всех «подозрительных» для безопасности системы событий.  Особенно важно это для сетей, где к задаче контроля доступа добавляется задача защиты передаваемых данных.
  6.  Производительность. ОС  должна обладать настолько хорошим быстродействием и временем реакции, насколько это позволяет аппаратная платформа. Основные факторы этого: архитектура ОС,  многообразие функций, качество программирования кода, возможность исполнения на высокопроизводительной (многопроцессорной) платформе.

ТЕМА  4. ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТЫ С ЭЛЕКТРОННЫМИ ТАБЛИЦАМИ. ОСНОВЫ ПРАВОВОЙ СТАТИСТИКИ  

ЛЕКЦИЯ: ОСНОВЫ ПРАВОВОЙ СТАТИСТИКИ

  1.  Понятие и содержание статистического исследования

социально-правовых исследований

Статистика это отрасль науки, которая с помощью присущих ей приемов и методов изучает количественную сторону (в неразрывной связи с качественной стороной) массовых явлений и процессов и дает числовое выражение тенденций и закономерностей их развития.

Таким образом, предметом изучения статистики как науки являются количественные характеристики социальных явлений, через которые можно познать качественное содержание социальных процессов.

В статистическом исследовании социальных явлений можно выделить четыре следующие стадии:

1) статистическое наблюдение;

2) систематизация (классификация) собранного материала  и

вычисление обобщающих показателей;

3) выявление тенденций,  и взаимосвязей в совокупности собранных фактов.

4) прогноз.

2. Статистическое наблюдение

 Статистическое наблюдение — первый этап статистического исследования — планомерное, научно организованное и, как правило, систематическое получение данных (сбор сведений) о массовых явлениях и процессах социально-правовой жизни путем регистрации существенных признаков каждой единицы их совокупности.

Прежде чем приступить к рассмотрению особенностей процедуры статистического наблюдения, следует сделать несколько замечаний о таких понятиях как генеральная совокупность и выборка.

Генеральная совокупность определяется как полная совокупность объектов, подвергающихся статистическому исследованию.

Применительно к сфере правоохранительной деятельности такими объектами могут быть, например, все сотрудники в определенном регионе или все лица в определенном году, выявленные в связи с совершением краж, или все осужденные на территории региона, содержащиеся в колониях общего режима. Ясно, что на практике исследование генеральной совокупности не только не экономично, но и зачастую невозможно. Поэтому формируют выборку, исследуя которую, производят оценку свойств генеральной совокупности.

Разность между характеристиками генеральной совокупности и выборочной совокупности называют ошибкой репрезентативности.

Различают следующие способы организации выборок:

1. Собственно-случайная выборка - выборка конкретных единиц генеральной совокупности без дробления последней на группы (выборка конкретных уголовных дел экспертами для исследования).

2. Типическая выборка. Генеральная совокупность делится по тому или иному признаку на типические группы. Критерий деления - минимизация колеблемости признака в группе. Количество единиц в каждой группе выбирается пропорционально среднему отклонению от средней величины признака в группе (деление всех осужденных на территории региона по социальным группам).

3. Серийная выборка применяется при дефиците ресурсов. Генеральная совокупность делится на ряд групп (например, отделы и службы в управлении внутренних дел региона). Затем случайным образом делается выборка из них. Выборка исследуется сплошным способом.

4. Комбинированная выборка осуществляется в два этапа:

1 этап - выборочный отбор серий (аналогично серийной выборке).

2 этап - выборочный отбор единиц из этих серий (отбор сотрудников из выбранных серий, прослуживших менее трех лет для изучения их профессиональной пригодности).

5. Механическая (систематическая) выборка - отбор единиц по списку, через определенный интервал (отбор для изучения каждого третьего уголовного дела из общего числа возбужденных за год).

Само получение статистической информации проводится различными способами, важнейшими из которых являются:

1) непосредственное наблюдение;

2) документальный учет фактов;

3) опрос.

Непосредственное наблюдение - метод сбора информации об изучаемом социальном объекте путем непосредственного восприятия и регистрации фактов, касающихся изучаемого объекта и значимых с точки зрения целей исследования.

Объектами такого наблюдения могут быть:

- поведение отдельных лиц или групп в условиях конкретной обстановки или определенной ситуации;

- высказывания, реакции, суждения правонарушителей или лиц из контрольной группы;

         -  результаты действий (бездействия)   правонарушителей, а также лиц, осуществляющих профилактику правонарушений;

-   среда, окружающая обстановка изучаемого контингента.

Документальный способ наблюдения основан на использовании в качестве источника статистической информации различного рода документов, как правило, учетного характера.

Выделяют текстовые документы и статистические материалы. При изучении уголовно-правовых явлений к текстовым  документам принято относить:

- нормативные материалы;

- материалы правоприменительной практики (уголовные дела);

- обобщения судебной практики (криминологические аспекты);

- материалы прессы (общественное мнение о праве, проблемы правового воспитания и т.д.);

- личные документы (письма, дневники, автобиографии);

- справочники (косвенная документация);

- художественная литература.

К статистическим материалам относятся документы государственной отчетности организаций, составляемые по определенной программе, формам и в определенные сроки. Например, итоговые документы комплексного анализа оперативной обстановки составляются за три, шесть, девять и двенадцать месяцев по строго определенной форме, закрепленной в приказе Министра внутренних дел.

Важнейшим достоинством статистических документов является их методическая строгость и постоянство ведения, что позволяет всесторонне анализировать, сравнивать и прогнозировать процессы развития уголовно-правовых явлений.

При опросе источником сведений являются сами опрашиваемые лица.  Это способ сбора данных об объективных фактах, мнениях, знаниях и т.д. основан на непосредственном и опосредованном (опрос — анкетирование) взаимодействии между исследователем (интервьюером) и опрашиваемым (респондентом).

Основными методами опроса являются  анкетирование и интервью.

Анкетирование - распространение среди населения опросных листов, в которых респонденту (человеку, у которого берется интервью) предлагается ответить в письменной форме на ряд вопросов по интересующей исследователя тематике. Ряд социально-правовых проблем (общественное мнение о законодательстве, престиж права, эффективность правового воспитания и т.п.) вообще нельзя изучать, не прибегая к анкетному опросу.

Интервью - беседа, проводимая с респондентом по определенному плану. Это более трудоемкая процедура, чем анкетирование. Поэтому ее надо использовать только в целях более глубокого анализа.

3. Систематизация собранного материала и  вычисление обобщающих показателей

Полученный в результате статистического наблюдения или опроса материал необходимо сгруппировать и обработать так, чтобы выявить структуру исследуемой системы или процесса. Затем путем вычисления обобщающих показателей определяются типичные черты изучаемой совокупности.

Основу указанного процесса составляет сведение статистических данных в однородные группы.

Различают группировки простые (простая классификация), образуемые по одному признаку, и сложные (сложная классификация), основанные на двух и более признаках.

Технология простой классификации.

Для каждого значения признака фиксируется число случаев появления его в массиве, подсчитывается абсолютная и относительная частота в процентах. Полученная пара рядов (значение признака и соответствующая ему частота) называется рядом распределения.

Ряд распределения, сформированный в результате классификации по количественному признаку (например, по возрасту), называется вариационным (табл.1).

Таблица 1

Возраст осужденных

18

19

20

21

22

23

24

25

26

Число осужденных

1

2

4

6

8

6

4

2

1

Ряд распределения, сформированный в результате классификации по качественному признаку (например, по видам преступления), называется атрибутивным (табл. 2).

Таблица 2

Вид преступления

Убийство

Грабеж

Кража

Разбой

Терроризм

Количество

21

17

123

35

2

Простая группировка (классификация по одному признаку) позволяет понять структуру исследуемой системы.

Следующий шаг - вычисление обобщающих характеристик, позволяющих глубже понять особенности распределения.

Обобщающие показатели подразделяют на три вида:

1) относительные величины;

2) средние величины;

3) показатели вариации.

Относительной величиной называется мера соотношения объема признака с принятой базой - величиной, с которой сопоставляется показатель признака.

Например, в  уголовно-правовой статистике активно используется коэффициент интенсивности преступности, который отражает распространенность явления среди населения по территориям и объектам. Он представляет собой отношение числа преступлений, преступников к численности населения на 100 тыс. или 10 тыс. человек.

Коэффициент преступности (интенсивности) определяется следующим образом:   

                                  ,  где:

П - абсолютное число уголовных преступлений (преступников);

Е - единица населения (10 тыс., 100 тыс.);

Н - численность населения.

Средняя арифметическая вычисляется путем деления объема признака на число выделенных его единиц, обладающих таким признаком.

                           Аср = (А1 + А2 +...+ An)/n  ,

где: n - количество выделенных единиц, обладающих общим признаком.

Вариацией признаков называются различия в численных значениях элементов, составляющих совокупность явлений.

Вычисление показателей вариации признаков служит хорошим дополнением к анализу, осуществляемому посредством средних величин, поскольку последние дают лишь общую картину изучаемого явления, не вскрывая их внутреннего содержания и степень однородности выборки.

Простейшим показателем вариации является  вариационный размах.

Вариационный размах представляет собой разность между максимальным и минимальным значением признака в выборке:

                               R = XMAX  XMIN .

Используется только для грубой оценки колеблемости признаков.

           

4. Выявление тенденций и взаимосвязей в совокупности собранных фактов

4.1. Статистический анализ динамических рядов

Группировка первичного материала и вычисление обобщающих показателей позволяют определить особенности проявления исследуемых социальных процессов. Задача эффективного управления этими процессами требует анализа показателей во времени и взаимосвязи. Для отражения временного развития явления строятся динамические ряды. Они представляют собой совокупности последовательно расположенных показателей, характеризующих изменение какого-либо явления во времени (например, изменение численности населения за некоторый временной интервал – табл. 3).

Простейшими характеристиками динамического ряда являются: уровни ряда, абсолютный прирост, средний уровень ряда, темп роста, средний темп роста, темп прироста.

Числовые значения показателей динамического ряда называются уровнем ряда.

Абсолютным приростом называется разность между каким-то уровнем ряда и предыдущим уровнем или уровнем, принятым за базисный.

Таблица 3

Численность населения Индустриального района (тыс. чел.)

Годы

1996

1997

1998

1999

2000

2001

Численность

Населения

244

243

240

235

236

234

Темп роста (коэффициент роста) показывает во сколько раз уровень данного периода больше или меньше предыдущего или базисного. Различают цепной способ и базисный.

                                             Д

                                   Р =     , где :                                       

                                             П   

Р - темп роста;

Д - уровень данного периода;

П - уровень предыдущего или базисного периода.

Средний темп роста рассчитывается путем определения средней геометрической величины, т.е. перемножением коэффициентов роста и извлечения из этого произведения корня в степени, равной количеству коэффициентов.

                                             Рср =   .

Темп прироста – это относительный показатель того, на сколько процентов один уровень больше или меньше другого.

                                                 А - В

                                      Тпр =                  * 100% , где:

                                                     В

А - общее (текущее) количество преступлений;

В - базовое (предыдущее) количество преступлений. Отрицательные значения   прироста   свидетельствуют   об уменьшении темпа роста количества преступлений,  положительные - об увеличении.

4.2. Выявление тенденций  динамических рядов

Задача выявления тенденций в изменении уровней ряда решается путем применения методов выравнивания динамических рядов, которые можно разделить на эмпирические и аналитические.

К эмпирическим методам относят метод укрупнения интервалов и метод скользящей средней.

Суть способа  укрупнения  интервалов состоит в выборе укрупненного интервала, в пределах которого суммируются показатели уровней имеющегося ряда. Вновь полученные уровни образуют выравненный динамический ряд. Если такое преобразование сразу не приводит к выравниванию ряда, то тогда укрупняют интервал еще раз и т.д.

Для примера рассмотрим условный динамический ряд, характеризующий количество зарегистрированных преступлений по месяцам (см. табл. 4). Для выравнивания ряда выбираем интервал в 3 месяца и в пределах этого интервала суммируем уровни фактического ряда и получаем новый выравненный динамический ряд (см. табл.5).

Таблица 4

Количество преступлений по месяцам

П Р И З Н А К

Месяцы

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Количество преступлений

125

114

131

127

111

133

127

117

144

131

128

136

Для выравнивания динамических рядов используется и  метод скользящей  средней  величины.  Его  суть заключается в замене фактических показателей уровней ряда скользящими средними величинами, взятыми в пределах последовательно скользящего интервала.

Таблица 5

Количество преступлений по кварталам

I

II

III

IV

370

371

388

395

 При этом способе по каждому укрупненному интервалу берется средняя арифметическая фактических уровней, а интервал, начиная с первого, каждый раз переносится на один «шаг» вправо.

Рассмотрим использование метода скользящей средней для выравнивания динамического ряда коэффициента интенсивности (уровня) разбоев по России на 100 тыс. населения (см. табл. 6).

Таблица 6  

Динамика уровня разбоев по России

Годы

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

Уровень

Разбоев

6,3

3,8

5,5

9,9

11,3

12,4

20,7

27,2

25,6

Принимаем укрупненный интервал в три года и в его пределах вычисляем среднюю арифметическую уровней:

             6,3 + 3,8 + 5,5

                                            =  5,2 .

             3

Сдвигаем интервал на один «шаг» и вычисляем среднюю арифметическую для следующих трех месяцев:

             3,8 + 5,5 + 9,9

                                            =  6,4 .

           3

В результате последующих аналогичных вычислений получаем выровненный ряд: 5,2; 6,4; 8,9; 11,2; 14,8; 20,1; 24,5.

Сущность аналитических  способов  выравнивания  динамических рядов состоит в том,  что, используя математические формулы, находят расчетные уровни рядов динамики, близких к фактическим и выявляющие тенденции развития изучаемого явления к настоящему моменту. Чаще всего здесь используют метод наименьших квадратов (рис.1).

Рис. 1.  Получение тренда методом наименьших квадратов

Суть его заключается в нахождении по фактическим данным динамического ряда (линия 1) такой теоретической кривой (в данном случае полиномиальной), точки которой равноудалены от линии 1.

Полученная расчетная кривая отражает длительную тенденцию изменения каких либо показателей, носит название тренда (англ. trend - тенденция) и является основой для дальнейшего прогнозирования изучаемого явления.

4.3. Выявление взаимосвязей в социальных процессах

Вычисление линии тренда, отражающей тенденцию преступности, является базой для разработки прогноза. Но прогнозирование как бы  «сам из себя» без учета влияния внешних факторов может привести к достаточно серьезной ошибке. Особенно это касается нестабильных систем, где причинно-следственные зависимости быстро меняются не только по форме и силе, но иногда и по направлению.

Поэтому необходимо идти от исследования преступности в ее «чистом» виде к исследованию тех явлений, процессов и факторов, которые влияют на нее. Главным центральным вопросом при этом выступает не только определение и изучение  таких факторов, но и расчет силы их влияния на преступность. Для исследования зависимостей между анализируемыми признаками обычно используют методы корреляционного и регрессионного  анализов.

Корреляционный анализ

Между социально-экономическими явлениями и процессами возможны два вида зависимости: функциональная и стохастическая. При функциональной зависимости имеется однозначное соответствие тех или иных параметров, характеризующих различные явления. Примеры такого рода зависимостей в социальной среде практически не встречаются.

При стохастической  (вероятностной)  зависимости конкретному значению зависимой переменной соответствует набор значений объясняющей переменной. Это связано, прежде всего, с тем, что на зависимую переменную оказывает влияние ряд неучтенных факторов. Кроме того, сказываются ошибки измерения переменных: вследствие случайного разброса их значения могут быть указаны лишь с определенной вероятностью.

В социально-экономической сфере приходится сталкиваться со многими явлениями, имеющими вероятностную природу. Так, число совершенных и раскрытых преступлений за фиксированный отрезок времени, число дорожно-транспортных происшествий в каком-либо регионе за определенное время - все это случайные величины. Для изучения стохастических взаимосвязей существуют специальные методы, в частности, корреляционный анализ («корреляция» - соотношение, связь между имеющимися явлениями и процессами).

Статистической (стохастической) зависимостью величины Y от нескольких переменных x1, x2, ..., хn называется связь, в соответствии с которой при изменением значения факторных переменных x1, x2, ..., хn результативная переменная Y может принимать любые значения с некоторыми вероятностями, но ее среднее значение или иные статистические (массовые) характеристики изменяются по определенному закону. Статистическая связь между различными показателями предполагает, что каждый из них имеет случайную вариацию индивидуальных значений относительно средней величины.

Корреляционной связью двух переменных называют частный случай статистической связи, состоящий в том, что разным значениям факторной переменной X соответствуют различные средние значения результативной переменной Y. Слово «корреляция» ввел в употребление Ф.Гальтон в конце XIXв. обозначая им соответствие (correlation), в отличие от обычной функциональной связи (relation).

Если рассматривается взаимосвязь двух переменных, в которой случайную вариацию имеет лишь один из признаков, а значения другого являются жестко детерминированными, то говорят о регрессии, а не о статистической связи. Например, при анализе динамических рядов можно измерять регрессию уровня преступности на номера лет, но нельзя говорить о корреляции между ними и применять показатели корреляции с соответствующей им интерпретацией.

Корреляционная связь между признаками может возникать тремя путями. Вопервых, она может проявиться как причинная зависимость результативного признака (его вариации) от вариации факторного признака. Например, признак X - уровень безработицы, признак Y - уровень преступности.

Во-вторых, она может проявиться между двумя следствиями общей причины. Известен пример1, приведенный А.А.Чупровым: если в качестве признака X взять число пожарных команд в городе, а за признак Y - сумму убытков за год в городе от пожаров, то между признаками X и Y в совокупности городов России имеется прямая корреляция. В среднем, чем больше пожарников в городе, тем больше и убытков от пожаров! Данную корреляцию нельзя интерпретировать как связь причины и следствия; оба признака - следствия общей причины - размера города.

В-третьих, корреляция возникает при взаимосвязи признаков, каждый из которых может выступать и как причина, и как следствие. Такова, например, корреляция между уровнем производительности труда и уровнем оплаты одного часа труда (тарифной ставкой). С одной стороны, чем выше производительность труда, тем выше и оплата. Но с другой стороны, установленные тарифные ставки выступают в качестве стимулирующего фактора по отношению к производительности труда. В такой системе каждый признак может выступать и в роли независимой переменной X, и в качестве зависимой переменной Y.

Первым условием возможности изучения корреляции является общее условие всякого статистического исследования: - наличие данных по достаточно большой совокупности явлений. Какое именно число явлений достаточно для анализа корреляционной связи, зависит от цели анализа, требуемой точности и надежности параметров связи, от числа факторов, корреляция с которыми изучается. Обычно считают, что число наблюдений должно быть не менее чем в 5-6, а лучше - не менее чем в 10 раз больше числа факторов2. При большом числе наблюдений вступает в действие закон больших чисел, обеспечивающий взаимное погашение случайных отклонений от закономерного характера исследуемой связи.

Вторым условием возможности изучения корреляционной связи служит условие, обеспечивающее достоверное выражение закономерности в средней величине для чего необходима качественная однородность исследуемой совокупности. Например, не следует объединять в одну совокупность преступления, совершаемые обычными гражданами, с преступлениями, совершаемыми лицами, отбывающими наказание в исправительно-трудовых учреждениях, поскольку указанные преступления имеют существенные отличия.

Третьим условием корреляционного анализа является необходимость подчинения распределения совокупности по результативному Y и факторному X признакам нормальному закону распределения. Это условие связано с используемым при корреляционном анализе математическим аппаратом, дающим достоверную оценку параметров корреляции только при нормальном распределении. Однако на практике это условие чаще всего выполняется приближенно, но и в этом случае получаемые результаты обладают достаточной надежностью. При значительном отклонении распределений признаков от нормальных нельзя оценивать надежность корреляции, используя параметры данного распределения или распределения Стьюдента.

В статистике линейная зависимость между двумя признаками измеряется посредством простого (выборочного) коэффициента корреляции.  Величина линейной зависимости  одной  переменной  от нескольких других измеряется коэффициентом множественной корреляции. Возможно, вычисление частного коэффициента корреляции, который измеряет линейную зависимость между двумя признаками после устранения части линейной зависимости, обусловленной связью этих переменных с другими переменными.

По форме корреляционные связи могут быть линейными (прямолинейными) и нелинейными (криволинейными), а по направлению - прямыми (положительными) и обратными (отрицательными).

Прямая связь свидетельствует о том, что с увеличением (уменьшением) значений одного признака увеличиваются (уменьшаются) значения другого признака. При обратной связи увеличение (уменьшение) значений одного признака ведет к уменьшению (увеличению) значений другого признака.

Главная задача корреляционного анализа - измерение тесноты связи - решается путем вычисления различных коэффициентов корреляции и проверки их значимости.

Коэффициент корреляции может принимать значения при прямой связи от 0 до + 1, а при обратной - от - 1 до 0. При коэффициентах, близких к 0, считается, что статистическая линейная связь между признаками отсутствует; при абсолютных значениях коэффициентов, меньших 0,3, - связь слабая; при значениях 0,3...0,5 - связь умеренная; при 0,5...0,7 - связь значительная; при 0,7...0,9 - связь сильная; если значения коэффициентов больше 0,9, то связь считается очень сильной; если коэффициенты равны +1 или -1, то говорится о функциональной связи (что практически не встречается в статистических исследованиях).

Однако такая упрощенная оценка силы связи не всегда корректна, так как степень уверенности в наличии статистической связи зависит от объема исследуемой совокупности. Чем меньше объем совокупности, тем большим должно быть значение коэффициента корреляции для принятия гипотезы о существовании зависимости между признаками. С целью количественного измерения степени уверенности в существовании линейной статистической связи между признаками введены понятия уровня значимости и пороговых (критических) значений коэффициента корреляции.

Проверка значимости полученного коэффициента корреляции состоит  в  сравнении расчетного значения с критическим.  При данном числе измерений и задаваемом уровне значимости находится критическое значение, которое сравнивается с расчетным. Если расчетное больше критического, то связь значима, если меньше, то связь или отсутствует (а такое значение коэффициента корреляции объясняется случайными отклонениями) или выборка мала для ее выявления.

Для определения существования и величины линейной зависимости между двумя переменными X и Y необходимо осуществить две процедуры. Первая заключается в графическом отображении точек [Xi, Yi, i=1,..., n] на плоскость [XY].

          

Рис. 2.  Линейная зависимость                          Рис. 3.  Линейная зависимость

           существует.                                                        не просматривается.          

Полученный график (рис. 2, 3) называется диаграммой рассеяния, анализ которой позволяет сделать вывод о допустимости предположения о линейной зависимости между переменными. Если такое предположение допустимо, то необходимо выразить в количественном виде величину линейной связи. Для этого используется выборочный коэффициент корреляции:

                                            

                            R  =  ,

                                                        

где: ,  - среднеквадратические отклонения переменных X и Y соответственно.

Однако даже при наличии сильной статистически значимой связи между двумя переменными нельзя быть полностью уверенным в их причинно-следственной обусловленности, так как могут существовать другие причины (факторы), определяющие их совместную статистическую взаимосвязь. Статистические выводы должны быть всегда обоснованы надежной теоретической концепцией.

В то же время отсутствие статистически значимой связи не говорит об отсутствии причинно-следственных отношений, а заставляет искать другие пути и средства ее выявления, если содержательная концепция и практический опыт указывают на ее возможное существование.

Регрессионный анализ

Понятия корреляции и регрессии непосредственно связаны между собой. В корреляционном и регрессионном анализе много общих вычислительных приемов. Они используются для выявления причинно-следственных соотношений между явлениями и процессами. Однако если корреляционный анализ позволяет оценить силу  и  направление  стохастической связи, то регрессионный анализ - еще и функцию зависимости. При этом следует отметить, что чем слабее взаимосвязь,  тем   больше  диаграмма рассеяния похожа на облако (рис. 3)  и тем труднее определить функцию зависимости.

Регрессия может быть:

а) в зависимости от числа явлений (переменных):

      

Рис. 4.   Линейная зависимость               Рис. 5. Нелинейная зависимость

-  простой (регрессия между двумя переменными, рис. 4, 5);

- множественной (регрессия между зависимой переменной (y) и несколькими объясняющими ее переменными (х1, х2...хn);

б) в зависимости от формы (см. рис. 9, 10):

- линейной (отображается линейной функцией, а между изучаемыми переменными существуют линейные соотношения);

- нелинейной (отображается нелинейной функцией, между изучаемыми переменными связь носит нелинейный характер);

в) по характеру связи между включенными в рассмотрение переменными:

- положительной (увеличение значения объясняющей переменной приводит к увеличению значения зависимой переменной и наоборот);

- отрицательной (с увеличением значения объясняющей переменной значение объясняемой переменной уменьшается);

г) по типу:

- непосредственной (в этом случае причина оказывает прямое воздействие на следствие, т.е. зависимая и объясняющая переменные связаны непосредственно друг с другом);

- косвенной (объясняющая переменная оказывает опосредованное действие через третью или ряд других переменных на зависимую переменную);

- ложной (нонсенс-регрессия) - может возникнуть при поверхностном и формальном подходе к исследуемым процессам и явлениям. Например, регрессия, устанавливающая связь между уменьшением количества потребляемого алкоголя в нашей стране и уменьшением продажи стирального порошка.

При проведении регрессионного анализа решаются следующие основные задачи:

1. Определение формы зависимости.

2. Определение функции регрессии. Для этого используют математическое уравнение того или иного типа, позволяющее, во-первых, установить общую тенденцию изменения зависимой переменной, а, во-вторых, вычислить влияние объясняющей переменной (или нескольких переменных) на зависимую переменную.

3. Оценка неизвестных значений зависимой переменной. Полученная математическая зависимость (уравнение регрессии) позволяет определять значение зависимой переменной как в пределах интервала заданных значений объясняющих переменных, так и за его пределами. В последнем случае регрессионный анализ выступает в качестве полезного инструмента при прогнозировании изменений социально-экономических процессов и явлений (при условии сохранения существующих тенденций и взаимосвязей). Обычно длина временного отрезка, на который осуществляется прогнозирование, выбирается не более половины интервала времени, на котором проведены наблюдения исходных показателей. Можно осуществить как пассивный прогноз, решая задачу экстраполяции, так и активный, ведя рассуждения по известной схеме «если ..., то» и подставляя различные значения в одну или несколько объясняющих переменных регрессии.

Технология построения регрессии

Для построения регрессии используется метод, получивший название метода наименьших квадратов. Суть его заключается в нахождении по фактическим данным динамического ряда  теоретической кривой (тренд), точки которой равноудалены от кривой 1 (см. рис.  6).

При выборе модели регрессии одним из существенных требований к ней является возможность обеспечения наибольшей простоты, позволяющей получить решение с достаточной точностью. Поэтому для установления статистических связей вначале, как правило, рассматривают модель из класса линейных функций, затем другие.

Существует хорошо развитая система подбора аппроксимирующих функций - методика группового учета аргументов (МГУА), достаточно удачно реализованная в программе Excel.

О правильности подобранной модели можно судить по результатам исследования остатковi, являющихся разностями между наблюдаемыми  величинамиyi и соответствующими прогнозируемыми  с помощью регрессионного уравнения величинами yi . В этом случае   для проверки  адекватности модели рассчитывается средняя ошибка   аппроксимации:

                                         1              yi   - yi

                        =        n        yi   

Модель считается адекватной, если , находится в пределах не более 15%.

5. Прогноз, понятие, классификация, методы

5.1. Общие понятия прогнозирования

Прогноз -  это научно обоснованное суждение о возможных состояниях объекта в будущем и (или) об альтернативных путях и сроках их достижения.

Под прогнозированием понимают процесс разработки прогнозов. Прогнозы, разрабатываемые в сфере деятельности органов внутренних дел, относятся к категории обществоведческих или юридических. Наиболее характерным видом юридического прогноза является криминологический прогноз.

Под криминологическим  прогнозом обычно  понимается научное предсказание изменений в структуре и динамике преступности (в целом как явления, отдельных его видов, групп и т.д.) в будущем.

Период упреждения прогноза - промежуток времени от настоящего в будущее, на который разрабатывается прогноз.

Прогнозный горизонт - максимально возможный период упреждения прогноза.

В основе определения периода упреждения лежит общий методологический принцип: прогноз возможен лишь во временных границах, в которых количественные изменения не выходят за пределы данного качества, т.е. пока действуют характерные для данного качества законы. В рамках этих временных границ для юридических прогнозов в соответствии с характером и темпами развития преступности как явления применяется следующая градация прогнозов по периоду упреждения:

  •  краткосрочные прогнозы - до одного года;
  •  среднесрочные прогнозы - от одного до пяти лет;

-  долгосрочные прогнозы - на период свыше пяти и примерно до пятнадцати лет;

         -  дальнесрочные прогнозы - свыше пятнадцати лет.

С периодом упреждения связан и другой вид классификации прогнозов, подразделяющий их на качественные и количественные.

Качественные прогнозы  разрабатываются  в  виде качественных оценок развития объекта:  общего описания тенденций и  ожидаемого характера изменений,  а  в  самом  простом случае - утверждение о возможности или невозможности наступления прогнозируемых  событий (например,  "возможен  рост преступности"  или "может наступить стабилизация определенных видов преступления" и т.п.).

Количественные прогнозы представляют собой числовые значения прогнозируемых показателей (например, "число краж превысит миллион")  либо количественные оценки вероятностей достижения этих значений.

На практике, как правило, прогнозируются одновременно и качественные и количественные характеристики объекта. Соотношение этих сторон в прогнозе зависит от специфики самого объекта прогноза, целей прогнозирования, периода упреждения и др.

Например, с точки зрения последнего критерия достаточно распространенной является следующая структура прогнозной информации: краткосрочные прогнозы являются преимущественно количественными; среднесрочные - количественно-качественными; долгосрочные - в основном качественными;  дальнесрочные - качественными.

5.2. Методы прогнозирования

В зависимости  оттого,  насколько  глубоко были исследованы криминологические процессы (получены ли только динамические ряды, либо исследование проведено на уровне изучения причинно-следственных зависимостей) задача выяснения развития любого явления в будущем может решаться тремя методами: экспертных оценок, экстраполяции, моделирования.

Метод экспертных оценок. Сущность метода экспертных оценок состоит в том, что в основе прогноза используется мнение специалистов, основанное на профессиональном, научном и практическом опыте.

Сущность метода экспертных оценок состоит в том, что в основе прогноза используется мнение специалистов, основанное на профессиональном, научном и практическом опыте. При этом особенно важно вооружить экспертов качественной и количественной аналитической информацией о состоянии преступности, длительных тенденциях в ее среде, процессах, которые на нее могут повлиять. Оценивая все эти данные, эксперты высказывают свое мнение о возможной картине преступности в будущем.

В зависимости от цели экспертизы используются те или иные методы экспертных оценок. Их можно разбить на два класса: методы коллективной работы экспертной группы и методы получения индивидуального мнения членов экспертной группы. К методам коллективной оценки относятся: «комиссия», «мозговая атака», «суд», «индуцирование психоинтеллектуальной деятельности (ИПИД)», «игровая имитация». Колоссальные по своей эмоционально-психологической нагрузке психоэвристические обсуждения на короткое время мобилизуют все мыслительные резервы участников экспертизы, заставляют их интенсивно думать, познавать всю глубину проблемы.

Наиболее известным методом получения индивидуального мнения членов экспертной группы является метод ДЕЛЬФИ. Работа экспертов по этому методу организована следующим образом. Вначале производится индивидуальный опрос экспертов, при этом эксперты не контактируют друг с другом. Затем производится статистическая обработка индивидуальных экспертных оценок с целью определения усредненного мнения группы, а также крайних оценок. Эта обобщенная информация вместе с аргументами экспертов (без персонификации) в пользу своих суждений сообщается всем экспертам. После ознакомления с этой информацией эксперты могут изменить свои первоначальные оценки, если они сочтут аргументы своих коллег убедительными, либо оставить их без изменения. Процедура повторяется несколько раз и завершается при стабилизации экспертных оценок.

Экспертные оценки для разработки прогнозов, как правило, применяются в следующих случаях:

- в условиях отсутствия представительных и достоверных статистических данных о прогнозируемом объекте;

- в условиях неопределенности среды функционирования объекта, влияния на его развитие факторов внешней среды;

  •  в условиях дефицита времени и иных экстремальных ситуациях.

Метод экстраполяции заключается в специальной обработке  динамических рядов, которая сводится к нахождению показателей уровней, лежащих за пределами временных интервалов анализируемого динамического ряда. Практически, технология экстраполяции часто заключается в продлении на длину прогнозируемого периода тренда, полученного методом наименьших квадратов (рис. 6). Затем из последней точки продленного тренда опускается перпендикуляр на ось  Y. Точка пересечения перпендикуляра с осью Y определяет искомое значение признака.  

Рис. 6.  Прогноз методом экстраполяции.

Следует отметить, что достоверность  прогноза методом экстраполяции  в большой степени зависит от ряда условий:

1. Факторы, влияющие на динамику исследуемого признака должны быть достаточно стабильны. Например, если разрабатывается прогноз преступности на несколько лет вперед, то должна быть уверенность, что социально-экономические и политические условия не претерпят сильных изменений на прогнозном горизонте.   

2. Прогнозный горизонт не должен превышать 1/3 анализируемого периода. Т.е., если необходимо сделать прогноз на три года вперед, то необходимо собрать статистический материал как минимум за последние девять лет.

Ввиду того, что уровни динамического ряда формируются под воздействием множества факторов, а также состоят из нескольких компонент (долговременных, циклических, сезонных и случайных), детальный анализ его поведения представляет собой довольно сложную задачу. Есть и другие особенности прогнозирования динамических рядов области социально-правовых процессов:

- развитие процессов в сфере правопорядка происходит непрерывно, однако характеризующие их уровни динамического ряда соответствуют определенным дискретным моментам времени (месяц, квартал, год), что приводит в некоторых случаях к потере части важной информации;

- динамические ряды представлены часто сравнительно небольшим числом элементов, что затрудняет формальное применение экстраполяционных методов прогнозирования;

- динамические ряды часто бывают автокоррелированными, т.е. их элементы тесно взаимосвязаны между собой, что требует применения специальных, довольно сложных методов анализа;

- при построении многофакторных моделей по данным рядов динамики в некоторых случаях имеется тесная связь между независимыми переменными (мультиколлинеарность), что также требует применения специальных процедур;

- при исследовании взаимосвязей между процессами, характеризующимися рядами динамики, часто возникает явление сдвига во времени влияния одного фактора на другой (временной лаг).

Указанные особенности динамических рядов обусловливают необходимость глубокого содержательного анализа структуры описываемого ими явления и применения для их исследования разнообразных статистических процедур.

Как отмечалось ранее, в основе однофакторных статистических методов прогнозирования лежит гипотеза о том, что исходный динамический ряд состоит из устойчивой детерминированной компоненты и случайной составляющей. При этом выделяются три вида детерминированных компонент:

1) устойчивая долговременная тенденция, описываемая чаще всего гладкими апериодическими функциями типа линейной или квадратичной, - Y1(t);

2) циклическая долговременная тенденция, связанная с периодическими качественными изменениями процессов и описываемая колебательными функциями с периодом меньшим, чем время действия устойчивой долговременной тенденции, но большим, чем у различных сезонных колебаний, - Y2(t);

3) циклическая устойчивая тенденция, связанная с периодическими колебаниями уровней ряда за счет влияния сезонных факторов, меняющихся в течение дней недели, месяцев, времен года, - Y3(t).

Таким образом,  общую модель динамического ряда можно представить в следующем виде:

Y(t) = Y1(t) + Y2(t) + Y3(t) + g(t),

где: g(t) - случайная составляющая.

Прогноз методом математического моделирования. Следует отметить, что экстраполяция есть отправной момент прогнозирования, а не конечный итог.

Дело в том, что уровни динамического ряда, отражающие изменение оперативной обстановки, формируются под воздействием многих социально-политических, экономических и демографических факторов, иногда внезапно меняющихся на прогнозируемом периоде. Поэтому прогнозирование криминологических процессов как бы самих из себя при игнорировании факторов внешней среды значительно снижает точность прогноза.

К сожалению, в современной практике аналитической работы, например, органов внутренних дел очень редко применяется многофакторный анализ для прогноза оперативной обстановки. В некоторых случаях используется метод экстраполяции, но обычно результатом аналитической работы является группировка сведений о преступлениях по видам, степени общественной опасности, лицам, вычисление обобщающих показателей.

Между тем  выделение и изучение наиболее существенных факторов, влияющих на уровень и структуру преступности, изучение тесноты, а затем и функции взаимосвязи между ними позволяет, по существу, создать модель криминологической обстановки. Зная, какое влияние выявленные факторы, оказывают на состояние преступности, всегда можно сделать выводы об ожидаемых ее изменениях.

Этот метод прогнозирования известен как метод моделирования. Следует отметить, что данный метод имеет некоторое ограничение в применении, связанное с необходимостью привлечения специалистов в области моделирования, математиков и представителей других научных направлений, что не всегда удается реализовать в условиях практической деятельности. Вместе с тем, не всегда остро стоит необходимость в разработке полной математической модели. Чаще необходимо только выявить новые факторы, появляющиеся на прогнозируемом горизонте и оценить степень их влияния на преступность, т.е. оценить насколько сильно их появление изменит тренд, полученный методом экстраполяции (рис. 6).

Технология этого метода выглядит следующим образом:

1. Методом экспертных оценок проводится оценка криминологической обстановки с целью выявления наиболее существенных факторов, которые по мнению экспертов могут влиять на преступность. Задача эта достаточно сложная и требует высокой квалификации экспертов. Необоснованно малое количество выбранных факторов грозит тем, что «вместе с водой можно выплеснуть и ребенка». Необоснованно большое количество  - излишне усложняет модель, приводит к ситуации, когда «за деревьями можно и не увидеть леса», т.е., невозможности расчета математическими методами прогнозных значений преступности.

2. По каждому выбранному фактору на основе собранных за определенный период статистических данных составляется  динамический ряд.  Затем, используя метод корреляционного анализа, рассчитывается теснота взаимосвязей между динамическими рядами, выбранных существенных факторов. Для дальнейшего исследования выбираются только те группы факторов, которые имеют достаточно высокие коэффициенты корреляции, т.е., зависимость между ними должна быть близка к линейной. Обычно, чтобы обеспечить в дальнейшем уверенный подбор функций этих зависимостей, а значит - достоверный прогноз, коэффициент корреляции не должен быть менее 0,7.

3. Применяя систему подбора аппроксимирующих функций, которая реализована, например, в программе EXCEL – МАСТЕР ДИАГРАММ, находим математические функции выбранных зависимостей.

4.   Задаваясь известными значениями независимого фактора Х, через найденную функцию зависимости находим неизвестные значения зависимого фактора Y. Например, если было определено, что коэффициент корреляции между количеством ввозимых автомобилей и количеством ДТП  больше 0,7 и подобрана функция этой зависимости, то, подставляя известные значения ввезенных автомобилей в функцию этой зависимости  можем рассчитать какую долю в общее количество ДТП внесут эти автомобили.

Среди методов этой группы также можно отметить метод имитационного моделирования, как один из наиболее перспективных и вместе с тем наиболее сложных методов прогнозирования. Он основан на построении системы дифференциальных уравнений, описывающих зависимость прогнозируемого объекта от факторов внешней среды. С помощью этой системы уравнений, являющейся математической моделью данного объекта, на ЭВМ производится исследование (имитация) реального развития прогнозируемого объекта. Достоинство метода заключается в возможности исследования различных вариантов развития объекта в зависимости от исходных предположений о возможных изменениях факторов внешней среды.

ТЕМА  5. ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТЫ С БАЗАМИ ДАННЫХ

1. Основные понятия

Информационная база, поддерживающая работу любого предприятия или учреждения, представляет собой сложный комплекс нормативных, служебных и учетных документов (а также средств и методов их описания и организации).

Работа с информационной базой организуется как традиционным образом (вручную), так и с использованием автоматизированных систем на базе ЭВМ. Любая картотека есть совокупность единообразных документов (учетных карточек). Они имеют определенную структуру (фиксированные поля - реквизиты - для записи отдельных признаков объекта учета; фиксированную форму и т.д.). 

Поэтому справочные картотеки являются первоочередным объектом автоматизации информационного обеспечения деятельности любого предприятия.

Рассмотрим основные понятия информационных баз (прежде всего,  автоматизированных).

Информация обрабатывается в информационных системах в виде данных.

Данные - это информация, представленная в определенном формализованном виде, позволяющем ее передавать, хранить на различных (в том числе и машинных) носителях и обрабатывать.

По своему составу данные подразделяются на  целые  и  вещественные числа, слова и так называемые булевы величины. Например, в ответах на вопросы анкеты, заполняемой при приеме на работу, содержатся все указанные типы элементарных данных. Так, графа анкеты «профессия» заполняется словами; графа «год рождения» – цифрами. А вот графа «имеете ли награды» - булевыми величинами (да, нет).

Запись (или в обычном представлении - документ) - совокупность данных, в целом характеризующая тот или иной объект учета или описываемое явление (рис. 1.).

 

Запись - 3

Запись - 2

Запись - 1        .

Фамилия - ХХХХХХХХХХХ .

Имя      - ХХХХХХХХХХХ

Атрибуты         Отчество - ХХХХХХХХХХХ

Возраст   - ХХХХХ     Файл БД

Рис. 1. Структура  записи  базы  данных

Например, биографические данные на штатное лицо представляют собой один из возможных видов подобной записи (см. рис. 1).

Поле (реквизит) - элемент данных, располагающийся в отдельной определенной позиции записи и характеризующий некоторое свойство (или признак) описываемого объекта.

 Как правило, поле записи соответствует определенной позиции исходного документа, называемой атрибутом (или реквизитом). Для  примера с анкетой атрибутами будут отдельные ее графы: возраст, пол, национальность, рост и т.д.

Файл (массив данных) - совокупность записей одного вида. В частности, совокупность анкет на всех сотрудников какого-либо учреждения составляет кадровый файл этого учреждения.

Таким образом, в автоматизированной информационной системе массиву данных соответствует файл, документу - запись, реквизиту документа - поле записи.

Поток данных - последовательность данных, передаваемых в некоторой системе от источников к приемникам.

О количественной оценке объемов информации уже упоминалось в теме 1, где было дано определение таким единицам как бит, байт, килобайт, мегабайт, гигабайт, терабайт, петабайт.

2. Банки данных и их структура

В соответствии с понятием информационной системы, рассмотренным в теме 1, основными ее компонентами являются:

- люди (персонал), обеспечивающие функционирование названных систем;

- информация, которая в них собирается, систематизируется, хранится и обрабатывается;

- процедуры сбора и методы преобразования информации.

- технические средства;

Автоматизация информационных систем породила новые понятия и новые структуры, которые, тем не менее, являются лишь частным случаем информационной системы.

В качестве таких понятий рассмотрим понятия банка и базы данных. Что это - родственные понятия, суть разные понятия или синонимы? Чтобы ответить на этот вопрос, дадим определение банка данных.

Банк данных (в широком смысле) - организационно-техническая система, предназначенная для накопления, длительного хранения, поиска и обработки информации, используемой в дальнейшем различными пользователями.

Для банка данных является характерной особенностью то, что данные используются многими потребителями с различными целями. Поэтому банки данных в этом плане аналогичны коммерческим банкам, финансовыми ресурсами которых пользуются многие клиенты путем кредитования производственной, организационной и др. деятельности. Очевидно, что именно эта аналогия с коммерческими банками легла в основу понятия «банк данных».

В состав  банка данных входят:

- базы (база) данных;

- система управления базами (базой) данных (СУБД);

- обслуживающий персонал;

- ЭВМ и технические средства.

В связи с тем, что последние два компонента дополнительного изучения не требуют, рассмотрим подробно понятие базы данных и СУБД.

3. Понятие и организация базы данных

Информационный фонд автоматизированных информационных систем - совокупность всех данных, подлежащих накоплению, хранению, поиску, преобразованию и выдачи в установленном порядке, а также используемых для организации общения человека с ЭВМ.

Существуют два подхода к созданию информационных фондов - локальный и интегрированный. 

При локальной структуре информационного фонда создаются массивы (файлы) данных, предназначенные для решения самостоятельных (отдельных) задач управления или их комплексов.

Файлы при этом обычно бывают простыми, последовательными наборами данных, полностью зависящими от программного обеспечения, используемого для их обработки, т.е. конкретных прикладных программ, при помощи которых к этим данным обращаются их пользователи.

Многие файлы локального информационного фонда формируются отдельно для каждого расчета, решения отдельных задач. Поэтому одни и те же данных, используемые в различных приложениях, обычно представляются в другой форме. Это ведет к тому, что в фонде создается большая избыточность или дублирование данных, возникают определенные трудности при их актуализации (обновлении). Практически при большом объеме фонда очень трудно сохранять все файлы на одном и том же уровне обновления.

В связи с этим пользователи часто могут обнаруживать явные противоречия в данных и испытывать определенное недоверие к ЭВМ. Кроме того, при постоянном изменении и расширении фонда локальных файлов возникает необходимость в модификации прикладных программ, которая требует значительных затрат.

Указанные недостатки локальных информационных фондов, в основном проявлялись в системах обработки данных на базе ЭВМ второго поколения. Полностью или значительно они отсутствуют в интегрированных или так называемых единых информационных фондах.

Единые фонды также могут иметь файловую структуру, но при этом данные, включаемые в определенный файл, имеют многоцелевое назначение. Тем самым уменьшается избыточность или дублирование данных, упрощается процесс обновления данных.

Для описания структур данных выделяют два способа: логический и физический.

Логическое описание структуры данных выглядит в виде, полностью готовом для представления пользователю (например, карточки исходной информации, таблицы выходных данных, отпечатанные на ЭВМ и т.д.).

Физическое описание отражает их реальное расположение в определенных ячейках памяти ЭВМ, а также методы доступа к указанным устройствам (например, физическое расположение данных на поле магнитного диска и организация прямого, т.е. без дополнительных устройств, доступа к этому диску оперативного запоминающего устройства ЭВМ).

При создании упомянутых выше локальных информационных фондов физическая и логическая структуры данных полностью совпадали, т.е. отсутствовала возможность по иному, чем физически записано на носителе информации, представлять последовательность и взаимосвязь данных в документах, предназначенных для пользователей. Соответственно любые требуемые изменения в той или иной структуре данных вызывали необходимость изменения всей системы описания данных.

Создание единых информационных фондов потребовало разделения физических и логических структур данных.

Разделение физической и логической структуры данных позволило обеспечить их независимость от прикладных программ. Это в свою очередь создало возможность перейти к новому уровню организации единых информационных фондов, получившему название базы данных. Практическая реализация концепции баз данных связана с внедрением ЭВМ третьего поколения.

База данных - это управляемый единый информационный фонд, содержащий не только соответствующим образом организованные и логически связанные между собой данные, но и систему их описания, а также средства, поддерживающие установленные информационные связи.

Для организации структур баз данных используется три способа: иерархический, сетевой и реляционный.

Иерархические структуры организации баз данных называют также деревьями.

Дерево представляет собой иерархию (строгий порядок расположения) элементов, называемых узлами (рис. 2.).

На самом верхнем уровне иерархии имеется только один узел - корень.  Каждый узел,  кроме  корня, является порожденным и связан только с одним узлом более высокого уровня (исходным узлом).

Рис. 2. Структура  иерархической  базы  данных

По указанному принципу построена, например алфавитно-справочная картотека адресного бюро. В ней исходным элементом является фамилия зарегистрированного лица, а все остальные найденные сведения являются порожденными.

Иерархические структуры обладают достоинством надежного хранения сформированных данных, т.к. отдельные элементы данных лишь однозначно связаны между собой. Кроме того, иерархическая структура базы дает возможность организовать несколько способов поиска данных по их адресам. Причем эти способы поиска отличаются высокой логической четкостью, последовательностью и позволяют вести поиск требуемых данных с большой точностью и максимальной полнотой.

Но  иерархические базы данных имеют и ряд существенных недостатков:

1. Необходимость составления сложного и громоздкого программного обеспечения;

2. Необходимость дублирования одних и тех же данных в описании их логической структуры;

3. Сложность поиска требуемых данных сразу по нескольким связям или признакам.

Многие из указанных недостатков устраняются применением сетевых структур организации баз данных или сетевых файлов.

К сетевым структурам приходится обращаться во всех случаях, если в отношениях или связях между данными порожденный элемент имеет более одного исходного элемента. В сетевой структуре любой элемент может быть связан с любым другим элементом (рис. 3.).

Рис. 3. Структура  сетевой  базы  данных

Наглядным примерам сетевых структур является генеалогическое дерево с указанием родственных связей, где каждый ребенок порожден от двух родителей.

Другим примером связи сетевых структур является  квалификация степени наказания (статьи УК РФ) на основании отношения лица к преступлению (организатор, соучастник, исполнитель и т.д.), способа совершения (в группе, в одиночку и т.д.), а также возможно и других исходных данных.

Сетевые структуры имеют некоторые преимущества в описании данных по сравнению с иерархическим подходом. Смысл этих преимуществ можно свести к гораздо большему перечню возможностей и разнообразию услуг для пользователей сетевых баз данных. В первую очередь данное положение относится к многоаспектному (т.е. по многим признакам) поиску требуемых данных.

Вместе с тем расширение количества связей между элементами данных приводит к определенной трудности в общении с сетевыми базами данных (требует применения «не-фон-неймановских», например, параллельных структур ЭВМ с ассоциативным подходом). Это составляет главный недостаток сетевого подхода.

Дальнейшее развитие способов организации баз данных привело к разработке и внедрению реляционных структур данных.

Реляционный подход (табличный подход) к описанию структур данных основывается на представлении их в виде двумерных таблиц (рис. 4.). Такое представление данных является одним их наиболее естественных и понятных для пользователей.

Строкой такой таблицы является запись (документ) как единица логического описания данных, а каждый столбец является набором значений какого-либо атрибута или признака  для всего перечня записей.

К основным преимуществам реляционных структур относятся:

1. Простота понимания и работы с базой.

2. Простота развития и дополнения  базы.

3. Простота исключения несанкционированного доступа к закрытым данным.

4. Простота осуществления многоаспектного поиска требуемых наборов данных.

Атрибут 1

Атрибут 2

Атрибут 3

. . . Запись 1

. . . Запись 2

. . . Запись 3

Рис. 4. Структура  реляционной  базы  данных

В заключение необходимо указать, что в настоящее время наибольшее распространение в стране (и в мире) нашли реляционные и различным образом комбинированные способы организации баз данных. В особенности это относится к базам данных на персональных ЭВМ.

4. Системы управления базами данных и их основные

функции

Приведем два определения СУБД.

СУБД – программно-логический аппарат (специальный пакет программ), организующий создание, ведение и выдачу данных.

СУБД - это программная система, обеспечивающая создание, актуализацию и выдачу данных из базы с соблюдением основных требований автоматизированной системы, в которой она установлена.

В любом варианте подчеркивается программный смысл СУБД, организованной в соответствии со структурой базы данных.

Основные функции, выполняемые СУБД, следующие:

1 - создание базы  данных;

2 - ведение базы данных в банке данных;

3 - поддержание целостности  данных и  логический   контроль вводимых данных;

4 - обеспечение выборки  нужных данных и выдача  результатов пользователю в заданной форме;

5 - соблюдение приоритета  и  санкционирование доступа  к данным.

Рассмотрим содержание указанных функций на примере образца реляционной структуры базы данных - обобщенной таблицы, содержащей сведения о владельцах автомобилей.

1. Создание базы данных заключается в обеспечении необходимой упорядоченности и связности накапливаемых и хранимых данных.

В нашем случае СУБД задает табличную форму, «шапкой» которой является строго фиксированная последовательность атрибутов или наименований данных, а каждой строкой - соответствующая ей последовательность значений, описывающих конкретный объект учета (в данном случае – автомобиль). При этом название каждого атрибута (реквизита) характеризует некоторое общее свойство реальных объектов, например, «фамилия владельца», «марка, модель автомобиля». А конкретное значение реквизита описывает индивидуальное проявление данного свойства, например, «ПЕТРОВ», «ВОЛГА ГАЗ-31».

2. Ведение базы данных состоит в систематическом пополнении ее новыми данными, корректировке (изменении) или изъятии устаревших данных.

Для реализации данной функции СУБД должна работать как в автономном, так и в оперативном режимах. В автономном режиме целесообразно выполнять массовый ввод данных с заранее подготовленных машинных носителей. В оперативном режиме ввод и корректировка данных обеспечиваются непосредственно с видеотерминала.

В примере основанием для занесения в базу данных новых записей является постановка автомобиля на учет в ГИБДД. Корректировка проводится, например, по причине изменения значения атрибута (скажем, цвета автомобиля). Данные изымаются, если автомобиль по каким-то причинам снимается с учета ГИБДД.

3. Целостность данных - это их непротиворечивость, согласованность и достоверность в любой момент содержания в базе данных.

Так как база данных содержит информацию, используемую многими потребителями, очень важно, чтобы элементы данных и связи между ними не разрушались. В СУБД это достигается использованием программ обнаружения разрушений и восстановления правильного состояния базы данных.

Логический контроль вводимых данных обеспечивает их частичную защиту от промахов и ошибок, возникающих при заполнении исходных (первичных) документов или при непосредственном вводе их оператором в ЭВМ.

Посредством специального логико-программного аппарата СУБД может указывать оператору на правильность, либо очевидную абсурдность некоторых записей. Например: фамилия - ИВАНОВ, имя – ОЛЬГА. Другой пример: автомобиль - ВОЛГА, модель - СИДОРОВ и т.п.

4. СУБД реализует различные способы (логические, математические) поиска и выборки данных и выдачу пользователям необходимого результата поиска в заданной форме (справки, сводки, таблицы и т.д.).

Она может, например, обеспечить выдачу сведений (по запросу или инициативно) о владельцах, имеющих автомобили определенной марки, цвета, о количестве автомашин и т.д.

5. Соблюдение приоритетов обработки запросов применяется в случаях многопрограммного режима обслуживания пользователей, например, в информационных сетях.

Для увеличения жизнестойкости информации в базе данных необходимо защищать ее от некомпетентного, несанкционированного и злонамеренного использования.

Поэтому СУБД должна защищать данные от случайного или преднамеренного доступа к ним лиц, не имеющих на это права, от неавторизованной модификации (корректировки) данных или от их уничтожения.

Защита от несанкционированного доступа заключается, например, в том, что некоторые из входящих в базу данных сведения могут быть выданы только с использованием системы паролей и лишь определенной категории пользователей.

ТЕМА 6.  ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТЫ В КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ

Современное развитие информатизации общества, повышение производительности и качественной эффективности различных систем обработки данных неразрывно связано с внедрением компьютерных информационных сетей.  Применение информационных сетей можно рассматривать как одно из направлений использования систем связи, действующих практически без ограничения дальности передачи сообщений. Но главным отличием и достоинством данной технологии является возможность разнообразной обработки информации на расстоянии, а также, в случае необходимости, подключения к этому процессу дополнительных вычислительных средств, территориально удаленных друг от друга.

1. Общая характеристика информационно-вычислительных сетей

Рассмотрим основные понятия, характеристики и организационные варианты дистанционного обслуживания пользователей ЭВМ.

Телеобработка данных -  это такая организация информационно-вычислительного процесса,  при которой  ресурсы  одной  или нескольких ЭВМ одновременно используются многими пользователями через различные виды средств  связи.

По архитектурному и организационному построению такая обработка данных имеет два принципиальных варианта: системная телеобработка и сетевая телеобработка (информационно-вычислительные сети).

При этом существуют различные способы структурирования информации, методы кодирования данных, алгоритмы взаимодействия компонентов систем и сетей.

Классификация средств телеобработки на основные группы по существу не зависит от архитектурных принципов телеобработки. И системная и сетевая телеобработка состоят из программных и технических средств телеобработки. Программные средства содержат телекоммуникационные методы доступа. Технические  включают в себя устройства сопряжения ЭВМ с каналами передачи данных, абонентские пункты или средства доступа пользователей к ЭВМ, аппаратуру передачи данных. Однако функции программных и технических средств системной и сетевой телеобработки существенно отличаются.

В историческом плане начало практики применения телеобработки данных приходится на конец 50-х - начало 60-х годов XX в., когда для обеспечения загрузки парка ЭВМ универсального назначения стали искать пути дистанционного использования возможностей машин.

Данный метод получил название системная телеобработка.

Системная  телеобработка  обеспечивает удаленному пользователю, как правило, не имеющему своих вычислительных ресурсов, доступ к комплексу на базе ЭВМ через различные виды телефонных коммутируемых и выделенных каналов связи, телеграфные каналы и другие физические линии.

Позднее появился вариант, который собственно и стали называть сетевой телеобработкой или информационной сетью.

Сетевая телеобработка (информационно-вычислительная сеть) обеспечивает объединение различных вычислительных средств в сеть, доступ локальных и удаленных пользователей к распределенным в сети информационно-вычислительным ресурсам и базам данных.

Этот метод обработки информации развил системный вариант и расширил такие возможности как: объединение всех процессов обработки информации в единый автоматизированный комплекс, решение более глобальных информационных задач, значительное увеличение скорости передачи данных, повышение их защищенности и др.

В общем виде сети ЭВМ состоят из набора различных устройств: больших ЭВМ, персональных ЭВМ, терминалов, устройств печати, файловых процессоров и т.д., соединенных между собой каналами связи. Каналы связи представляют собой витые (телефонные) пары, коаксиальные кабели, волоконная оптика (передача светового сигнала по гибким стеклянным волокнам) и т.д. Каждое устройство подключается к каналу с помощью соответствующего согласующего контроллера.

Одна из основных отличительных особенностей сетей состоит в том, что каждое устройство, подключенное к сети, имеет возможность взаимодействия с любым другим устройством этой сети.

2. Классификация информационно-вычислительных сетей

По степени охвата сетью территорий и количеству пользователей сети делятся на:

- глобальные  (WAN – Wide Area Network);

- региональные;

- локальные (LAN - Local Area Network);

  •  микро сети.

Представленные варианты классификации WAN и LAN  разделяются в соответствии с используемыми протоколами (о которых подробнее будет сказано ниже).

Наиболее распространенными являются локальные вычислительные сети и микро сети, особенностью которых является то, что они размещены на ограниченной территории (до нескольких километров), а микро сети даже в одном помещении, под контролем одной организации, но с возможностью выхода во внешнюю среду - в региональные, охватывающие целый регион, (например: Хабаровский край) или национальные (глобальные) вычислительные сети (способные действовать вплоть до размеров всего земного шара). Чем глобальнее компьютерная сеть, чем больше пользователей она объединяет, тем больше вероятность утечки и порчи информации, циркулирующей в сети.

По конфигурации (топологии расположения) - схеме связей между узлами сети передачи данных - наибольшее распространение получили сети:

- с кольцевой топологией (центральная и пользовательские ЭВМ подключаются последовательно в единое замкнутое кольцо);

- с шинной топологией (центральная и пользовательские ЭВМ подключены к единой шине или магистрали с двух сторон);

- со звездообразной топологией (от центральной ЭВМ подключение идет по радиально отходящим в стороны лучам).

Кроме того,  существуют сети с древовидной топологией и многосвязные сети. Древовидные и многосвязные сети являются, в сущности, комбинацией сетей типа: «кольцо», «звезда» или «общая шина».

Топология сети во многом определяет надежность сети, сложность сетевых контроллеров, сетевого математического обеспечения и соответственно сервиса, представляемого пользователю, и в конечном итоге стоимость сети.

По своей архитектуре сети можно разделить на три группы:

- одноранговые сети;

- сети с выделенным сервером – «клиент-сервер»;

  •  комбинированные.

Одноранговые сети обычно объединяют несколько компьютеров, называемых рабочими станциями. Все рабочие станции равноправны и равнозначны с точки зрения выполняемых ими функций (учитывая возможности передачи управления любому компьютеру, общее число ЭВМ в такой сети довольно ограниченно, например 2-3 десятка). Любой компьютер в такой сети работает под управлением обычной дисковой операционной системы, а для выполнения сетевых функций в его оперативную память дополнительно загружаются необходимые программы.

Каждый пользователь сети имеет свой идентификатор. В одноранговой сети пользователи сами выбирают и устанавливают свои идентификаторы. Пользователи одноранговой сети самостоятельно выделяют ресурсы своих рабочих станций в коллективное пользование.

Вторая группа - сети, с так называемым, выделенным сервером или централизованные сети. В них один или несколько компьютеров (серверов) выделяют свои ресурсы в коллективное пользование. При этом рабочие станции имеют доступ к сетевым принтерам и дискам, подключенным к серверу, но не к принтерам и дискам других рабочих станций. По своей идеологии эта группа сетей противоположна первой, объединяющей ресурсы рабочих станций.

Сети третьей группы на самом деле есть не что иное, как комбинация одноранговых сетей с сетями второй группы, использующими выделенные серверы. При использовании такого конгломерата получается, с одной стороны, удобное взаимодействие между отдельными рабочими станциями, с другой - при необходимости - обращение ко всем участникам сети на равных возможностях.

Как отмечали, наиболее распространенными являются локальные вычислительные сети и микро сети.

3. Локальные вычислительные сети

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) - совокупность средств вычислительной техники, объединенных физической средой конкретного типа (коаксиальным или оптическим кабелем) и обеспечивающих на небольшой территории (до нескольких километров –  10-15) многочисленным пользователям доступ к распределенным по сети вычислительным и информационным ресурсам.

Развитие ЛВС является одним из перспективных сетевых направлений. Они изменяются сами, но в большинстве случаев становятся первичными звеньями глобальных иерархических сетей. Малые расстояния в ЛВС позволяют обеспечивать более дешевую и надежную обработку информации и создавать лучшие условия для интеграции обработки различной информации (административной, деловой, технологической и т.д.), а также эффективнее организовывать вычислительный процесс по сравнению с глобальными сетями. В ЛВС достаточно просто достигаются высокие скорости передачи данных, а включение в ее состав нескольких больших ЭВМ, представляет альтернативу традиционным информационно-вычислительным комплексам.

В сетевой архитектуре все системы (узлы) логически разделяются на ряд одинаковых строго унифицированных функциональных уровней, каждый из которых выполняет определенные функции. В 1978 г. Международная организация по стандартизации (ISO)  предложила семиуровневую эталонную модель взаимодействия открытых систем.

Данная модель содержит следующие уровни:

  •  физический;
  •  канальный;
  •  сетевой;
  •  транспортный;
  •  сеансовый;
  •  представительный;
  •  прикладной.

Например, физический – это реальный канал передачи данных, обеспечивающий физический путь для электрических информационных сигналов. Канальный - устанавливает правила совместного использования физического уровня узлами связи. Аналогично определенные функции выполняются и на более высоких уровнях.

Для описания взаимодействия компонентов в сети используются протоколы и интерфейсы.

Протокол (в самом общем виде) - совокупность логических и процедурных характеристик механизма связи между функциональными компонентами одного функционального уровня.

Интерфейс - устанавливает правила взаимодействия между функциональными компонентами, расположенными в смежных уровнях и входящими в одну и ту же систему.

В связи с многоуровневым характером сетевой архитектуры имеется комплекс протоколов и интерфейсов, набор которых соответствует функциональным уровням архитектуры.

Наиболее важными функциями протоколов на всех уровнях сетевой телеобработки являются защита от ошибок, управление потоками данных в сети, защита сети от перегрузки и выполнение операций по маршрутизации сообщений и оптимизации использования ресурсов в сети.

4. Структура локальной вычислительной сети

Любая ЛВС, построенная по клиент-серверной архитектуре, например сети NetWare  или MS Windows,  состоят из следующих компонентов:

- сервер (их может быть несколько, например: контроллер домена, сервер баз данных, сервер приложений, файл-сервер и т.п.);

- рабочие станции;

- операционная система;

- сетевые адаптеры (карты) и кабели;

- периферийное оборудование ЛВС.

Сервер

Особенность современных сетей -  постоянно возрастающий объем информации, передаваемый по ее каналами и жесткие требования к скорости передачи. Это предполагает обязательное выделение одного или нескольких компьютеров для работы в качестве сервера для управления сетью с помощью специальной операционной системы и специальных сервисных служб.

Для сервера используются компьютеры с двумя и более процессорами, большим объемом оперативной памяти, надежной дисковой системой (это, как правило, одни из самых мощных на мировом рынке компьютеров в текущем моменте). Сервер является основным определяющим звеном при обработке данных и функционировании программных средств. В частности, его временные характеристики по загрузке и сохранению данных - есть критерий скорости передачи информации в ЛВС.

Жесткий диск сервера хранит сетевую операционную систему для управления сетью, а также данные, которые централизованно запоминаются и/или предоставляются в распоряжение пользователей в зависимости от компетенции и приоритета последних.

Рабочая станция

Работа с вычислительной сетью предполагает подключение вашего персонального компьютера к другим компьютерам и периферийным устройствам для совместного использования файлов и ресурсов.

Рабочие (сетевые) станции  - персональные компьютеры, подключенные к сети. Они могут быть различных типов и моделей.

Операционная система вычислительной сети

Как любая вычислительная система нуждается в программных средствах, объединенных в операционную систему, так и вычислительная сеть нуждается в собственной операционной системе.  Напоминаем из темы об операционных системах,  что современный  рынок представлен лидерами:  NetWare (фирмы Novell);  Windows NT, Windows 2000, Windows  XP (Microsoft),  а также UNIX - системы.

Сетевые адаптеры и кабели

Большое значение для эффективной работы ЛВС имеет выбор конфигурации физических соединений файлового сервера и рабочих станций – т.е. топологии сети. Выбор, в конечном счете, зависит от мощности компьютера (компьютеров), выделяемого под сервер, удаленности рабочих мест от сервера и типа решаемых задач. Для подключения одного персонального компьютера к другому либо к серверу требуется специальное устройство сопряжения, называемое сетевым адаптером или сетевой картой. Оно устанавливается в специальное гнездо каждого персонального компьютера - рабочей станции.

Сетевые адаптеры  соединяются специальным кабелем.

Периферийное оборудование ЛВС

Периферийное дорогостоящее оборудование (например, лазерные устройства печати, графопостроители, устройства факсимильной связи), подключенные к файловому серверу (или другому серверному устройству), можно использовать с любой рабочей станции.

5. Структура сетевой информации

Вся сетевая и управляющая информация хранится на жестком диске сервера. Управление этой информацией осуществляется серверной операционной системой.

Утилиты - вспомогательные системные обрабатывающие программы операционной системы, обеспечивающие пользователей различными средствами обращения с наборами данных.

Жесткий диск сервера при установке конфигурируется в одну или несколько областей, называемых томами. Разбиение одного диска на тома можно сравнить с выделением разделов на жестком диске. Каждый том имеет ряд каталогов, которые, в свою очередь, делятся на подкаталоги, содержащие файлы. Таким образом, система хранения файлов в ЛВС следующая:

-  жесткие диски;

-  тома;

-  каталоги;

-  подкаталоги;

-  файлы.

В общем, древовидное, иерархическое построение структуры жесткого диска файлового сервера похоже на структуру файловой системы. Операционные системы ЛВС аналогичны системе Windows и идентифицирует большинство команд операционной системы. Поэтому при поиске данных должны быть заданы ветви дерева каталогов, как и в MS-DOS, например:

сервер\том:\каталог\...\подкаталог файл.

Для упрощения пути к искомому каталогу при конфигурировании файловой системы сети используется метод назначения логических дисков, который позволяет обозначить структуру любого подкаталога со всеми его ветвями как отдельный логический диск, например « D ». В этом случае пользователю для поиска нужного подкаталога необходимо использовать знакомую (например, в проводнике) процедуру выбора диска.

6. Пользователи сети

Прежде, чем приступить к работе в сети, каждому должно быть определено положение в качестве пользователя. Существует три квалификационных уровня:

- диспетчер сети (супервизор);

- оператор сети;

- постоянные пользователи сети.

Администратор сети - отвечает за четкую работы всей сети, перестраивает систему, следит за ее усовершенствованием, обновлением и техническим состоянием. Он является единственным пользователем, который определяет нового пользователя, устраняет из сети действующего, расширяет и ограничивает права других пользователей. Супервизора невозможно удалить из списка пользователей.

Операторы сети - это постоянные пользователи, которым выданы определенные привилегии. Например, оператор FCONSOLE - это потребитель сети с правом пользования сервисной программой FCONSOLE.

Постоянные пользователи - люди, пользующиеся сетью. Для удобства в работе пользователи могут  объединяться  в группы в зависимости от спецификации запрашиваемой ими информации или от типа выполняемых работ.

Haпpимep, студенты, обучающиеся по единой программе, могут стaть члeнaми гpyппы Study. Администратором им могут быть назначены единые полномочия, в пределах которых разрешается пользоваться программными и аппаратными ресурсами, что значительно упрощает процесс обмена данными между членами конкретной группы.

7. Информационные ресурсы глобальной сети Internet

В дословном переводе Internet  – это межсеть. Тогда, в узком смысле  Internet – это объединение сетей. Однако в последние годы у этого слова появился и более широкий смысл – Всемирная компьютерная сеть. Internet можно рассматривать в физическом смысле как миллионы компьютеров, связанных между собой всевозможными линиями связи. Но такой «физический» взгляд слишком узок. Лучше рассматривать Internet как некое информационное пространство.

Internet  не является совокупностью прямых соединений между компьютерами.  Так, например, если два компьютера, находящиеся на разных  континентах, обмениваются данными в   Internet, это совсем не значит, что между ними действует одно прямое соединение. Данные, которые они пересылают, разбиваются на пакеты, и даже в одном сеансе связи разные пакеты одного сообщения могут пройти разными маршрутами. Какими бы маршрутами ни двигались пакеты данных, они все равно достигнут пункта назначения и будут собраны вместе в целый документ. При этом, данные, отправленные позже, могут приходить раньше, но это не помешает правильно собрать документ, поскольку каждый пакет имеет свою маркировку.

Таким образом, Internet представляет собой как бы «пространство», внутри которого осуществляется непрерывная циркуляция данных. В этом смысле его можно сравнить с теле- и радио эфиром, хотя есть очевидная разница. Например, в том, что в эфире никакая информация хранится не может. В Internet же она перемещается между компьютерами, составляющими узлы сети, и может хранится на их жестких дисках заданное время.

Стек протоколов TCP/IP.  В сущности, это целое семейство программно-реализованных протоколов (более 100), позволяющих подключать к сети и согласовывать технические характеристики самых разнообразных компьютеров.

Появившийся в начале 80-х г. XX в. протокол играет принципиально важную роль для современной сети. В чем же она состоит?  Прежде всего, уточним, что в техническом понимании TCP/IP – это не один сетевой протокол, а два, лежащих на разных уровнях (поэтому и название стек протоколов).

Протокол TCP (Transfer Control Protocol) – протокол транспортного уровня (см. выше семиуровневую модель взаимодействия открытых систем). Он управляет тем, как происходит передача данных, контролирует целостность передаваемой информации. Иными словами, обеспечивает связь между двумя узлами с гарантированной доставкой информации.

Протокол IP (Internet Protocol)адресный. Он принадлежит сетевому уровню и определяет, куда происходит передача данных.  У каждого участника Всемирной сети должен быть свой уникальный адрес (IP – адрес). Без этого нельзя говорить о точной доставке TCP пакетов на нужное рабочее место.

Данный адрес выражается очень просто – четырьмя байтами, например: 202.139.6.124.  

Поскольку один байт содержит до 256 различных значений (это рассматривалось в 1 теме), то теоретически с помощью 4 байт можно выразить более четырех миллиардов уникальных IP – адресов (256 в 4 степени за вычетом некоторого количества адресов, используемых в качестве служебных). На практике же из-за особенностей адресации к некоторым типам локальных сетей количество возможных адресов составляет порядка 2 млрд. Эта величина достаточно большая, но ее ограниченность проявляется с каждым днем. Как только широко разовьются службы, взаимодействующие с мобильными средствами связи (сотовыми радиотелефонами), узость поля IP – адресов может дать о себе знать.

По данному адресу каждый компьютер может определить, кому из ближайших «соседей» надо переслать пакет, чтобы он оказался «ближе» к получателю. В плане близость понимается не географическое расстояние, а условия связи и пропускная способность линии. Так, два компьютера на разных континентах, но связанные высокопроизводительной линией космической связи, считаются более «близкими», чем два компьютера из соседних поселков, связанные простым телефонным проводом. Решением вопросов, что считать ближе, а что дальше, занимаются специальные средства – маршрутизаторы.

8. Службы  Internet

Работа во Всемирной сети реально связана с использованием одной или нескольких ее служб, в зависимости от конкретных целей и задач клиента.

В простейшем понимании служба – это пара программ, взаимодействующих по определенным правилам (протоколам). Одна из программ пары – сервер, другая – клиент. Первая обеспечивает взаимодействие серверного оборудования  и его программного обеспечения. Вторая – клиентского оборудования и его программного обеспечения.

Разные службы имеют разные протоколы – прикладные протоколы. Их   соблюдение обеспечивается и поддерживается работой специальных программ. Таким образом, чтобы воспользоваться какой-то из служб Internet, необходимо установить на компьютере клиентскую программу, способную работать по протоколу данной службы, и подключить ее к серверной программе. Например, для использования электронной почты, необходимо соблюсти протоколы отправки и получения сообщений, Для этого надо иметь программу (почтовый клиент) и становить связь с почтовым сервером. Аналогично работают и другие службы.

Терминальный  режим (Telnet). Исторически одна из ранних служб удаленного управления компьютером, например для выполнения сложных расчетов на удаленных вычислительных центрах. Сейчас, с возрастанием мощностей персональных ЭВМ, подобных задач становится меньше, но служба продолжает работу. Допустим, для дистанционного управления техническими объектами (телескопами, промышленными роботами, видеокамерами, автоматизированными складами и др.).

Электронная почта (E-mail). Также одна из более ранних и сейчас распространенных служб, базирующаяся на почтовых серверах. Здесь и далее под сервером может пониматься не только сам компьютер, но и программное обеспечение. Тогда, один узловой универсальный компьютер может выполнять функции нескольких серверов. Почтовые серверы получают сообщения от клиентов и пересылают их по цепочке к почтовым серверам адресатов, где эти сообщения накапливаются. При установлении соединения между адресатом и его почтовым сервером происходит автоматическая  передача поступивших сообщений на компьютер адресата.

Почтовая служба основана на двух прикладных протоколах SMTP (отправка корреспонденции на сервер) и  POP3 (прием поступивших сообщений). Существует большое разнообразие клиентских почтовых программ, например Microsoft Outlook Express (Windows 98),  Microsoft Outlook 2000, The Bat!, Eudora, Pegasus mail.

Списки рассылки (Mailing List).  Обычная электронная почта предполагает наличие двух партнеров по переписке. Если же партнеров нет, то достаточно большой поток почтовой информации можно обеспечить, подписавшись на списки рассылки. Это специальные тематические (по самым разнообразным темам) серверы, собирающие информацию по определенным темам и переправляющие ее подписчикам в виде сообщений электронной почты.

Служба телеконференций (Usenet). Она похожа на циркулярную рассылку электронной почты, в ходе которой одно сообщение отправляется не одному корреспонденту, а сразу большой группе (называемой телеконференцией или группой новостей). Сообщения, направленные на сервер группы новостей, отправляются с него на все серверы, с которыми он связан, если на них данного сообщения еще нет. Процесс в целом похож на цепную реакцию.

Ежедневно в мире создается порядка миллиона сообщений для группы новостей. Поэтому вся информация разбита на тематические группы (порядка 50 000). Охват земного шара менее чем за сутки, хранение сообщений на серверах – порядка недели (для желающих познакомится). Предусматривается автоматизированный  и автоматический отсев бесполезных или случайных (например, рекламы) сообщений - модерация.

Основной прием использования групп новостей состоит в том, чтобы задать вопрос, обращаясь ко всему миру по тематике телеконференции. Возможен регулярный просмотр сообщений тематических  телеконференций по сфере своей деятельности – мониторинг информации.

При отправке сообщений указывается адрес своего основного почтового ящика или дополнительного, в связи с реальной угрозой переполнения основного. Как правило, дополнительные адреса арендуют на сервере одной из бесплатных анонимных почтовых служб, например www.hotmail.com.

Работают в телеконференциях также специальные клиентские программы, например указанные выше Microsoft Outlook.  Программу настраивают на взаимодействие с сервером групп новостей, оформляют подписку на определенные тематические группы и периодически получают, как по электронной почте, все поступившие сообщения. Подписка здесь не предполагает со стороны клиента никаких обязательств или платежей – это лишь указание серверу о том, что какие тематические сообщения надо доставлять. Отменить подписку или изменить ее содержание можно в любой удобный момент.

Служба World Wide Web (WWW). Является одной из самых популярных служб Internet.  Она относится к системам автоматизированного поиска информации. Среди  этих систем, кстати,  находятся еще  две менее используемые службы, но также имеющими своеобразные сервисные возможности. Это – гипертекстовая служба Gopher (по ключевым словам и фразам)  и система WAIS (для задач индексирования и последующего поиска в больших объемах неструктурированной информации - обычно текстовой).

World Wide Web – это единое информационное пространство. Оно состоит из взаимосвязанных электронных документов, хранящихся на Web – серверах. Отдельные его документы называются Web – страницами (насчитывающими уже несколько миллиардов со значительным темпом роста количества). Тематически объединенные группы являются  Web – узлами.

Данные документы не привязаны к конкретному носителю, поэтому их можно  просмотреть на различных типах компьютеров с помощью специальных программ - броузеров. Соответственно, подготовка таких документов выполняется с помощью других программ. Эти программы применяют язык разметки гипертекста – HTML (Hyper Text Markup Language). Таким образом,  Web  - документ представляет собой обычный текстовый документ, размеченный командами (тегами) HTML. Подобная разметка заставляет, например текст конкретной строки выравниваться по центру или другим точкам экрана любого типа компьютера. Поэтому такие документы называют HTML – документами или документами в формате HTML. При отображении его на экране с помощью броузера теги не показываются, и мы видим только текст, графику, мультимедийные объекты (звук, музыка, видео клипы), составляющие документ.

Современной сервисной возможностью является применение так называемых активных компонент. Это тоже объекты, но  содержащие кроме мультимедийных и иных типовых данных еще и программные коды. Последние могут выполнять определенные действия на компьютере клиента. При этом большое значение имеет настройка броузера и политики безопасности конкретного компьютера, чтобы подобная внедренная программа не совершила каких-либо разрушительных операций (подобно компьютерным вирусным атакам). Соответственно, для компьютеров с повышенными требованиями безопасности прием активных компонент может полностью исключаться.

Следует подчеркнуть, что отмеченные черты сервиса (внедрение с помощью HTML различных видов данных) отражают лишь эффектную оформительскую сторону Web – страниц. Но сама основная идея WWW предполагает и более важную информационную возможность.

Речь идет о гипертекстовых  ссылках  Web  - страниц, реализуемых также тегами HTML. С любым фрагментом текста или, например, с рисунком с помощью тегов можно связать иной  Web – документ, т.е. установить гиперссылку.

В этом случае при щелчке левой кнопкой мыши на тексте  или рисунке, являющемся гиперссылкой, отправляется запрос на доставку нового документа. Он, в свою очередь, тоже может иметь гиперссылки на другие документы.

В результате образующаяся совокупность огромного числа подобных документов образует определенное  гиперпространство, в котором можно перемещаться двумя вариантами. Произвольное перемещение между документами называют  Web - серфингом (позволяет провести ознакомительный просмотр). Напротив, целенаправленное перемещение составляет Webнавигацию (поиск конкретной информации).

Гипертекстовая связь между миллиардами документов является основой существования логического пространства WWW. Она была бы невозможна без наличия уникального адреса у каждого документа (напомним, что каждый компьютер сети также имеет уникальный адрес,  как и каждый его файл).

Таким образом, образуется понятие уникального полного имени файла. Оно включает в себя как путь доступа, так собственное имя с расширением. Можно развернуть данное преставление и до размеров Всемирной сети. Адрес любого файла во всемирном масштабе определяется унифицированным указателем ресурса – URL.

Адрес URL состоит из трех частей.

1. Указание службы, которая  осуществляет доступ к данному ресурсу (обычно обозначается именем  прикладного протокола, соответствующего данной службе). Так, например, для WWW прикладным является протокол HTTP (Hyper Text Transfer Protocol – протокол передачи гипертекста). После имени протокола ставится двоеточие  и два знака «/» (косая черта – слеш):

http:// . . .

2. Указание доменного имени компьютера (сервера), на котором хранится данный ресурс:

http://www/abcde.com . . .

3. Указания полного пути доступа к файлу на данном компьютере. В качестве разделителя используется символ «/» (косая черта – слеш):

http://www/abcde.com/Files/New/abcdefg.zip 

При записи URL – адреса важно точно соблюдать регистр символов. В отличие от правил работы в MS-DOS и Windows, в Internet строчные и прописные символы считаются разными.

Именно в форме URL и связывают адрес ресурса с гипертекстовыми ссылками на Web – страницах. При щелчке на гиперссылке броузер посылает запрос для поиска и доставки ресурса,  указанного в ссылке. Если по каким-то причинам он не найден, выдается сообщение о том, что ресурс недоступен (возможно, что сервер временно отключен или изменился адрес ресурса).

Служба имен доменов (DNS).  Напомним, что в рассказе о протоколах Internet мы говорили об уникальности адреса любого компьютера во Всемирной сети. Он выражается четырьмя байтами, допустим:

164.29.142.94

Чуть выше было указано, что каждый компьютер имеет уникальное доменное имя, например:

www.abcdef.com

Имеется ли здесь противоречие?

Нет. Это две разные формы записи адреса одного и того же сетевого компьютера. Человеку бывает неудобно работать с числовым представлением IP –адреса.  Напротив, доменное имя запомнить легче,  особенно когда оно имеет содержательную окраску. Например,  Web – сервер  компании Microsoft имеет имя www.microsoft.com, а   Web – сервер компании Космос – ТВ -  www.kosmostv.ru  (домен  .ru в конце имени говорит о том, что данный сервер принадлежит российскому сектору Internet). Аналогично, нетрудно «реконструировать» и имена для других компаний.

С другой стороны, автоматическая работа серверов сети организована с использованием четырехзначного числового адреса. Благодаря нему промежуточные серверы могут осуществлять передачу запросов и ответов в нужном направлении, не зная, где конкретно находится отправитель и получатель. Поэтому необходим  перевод доменных имен в связанные с ними IP – адреса. Этим и занимаются серверы службы имен доменов DNS. Таким образом, запрос пользователя на получение одной из страниц конкретного сервера сначала обрабатывается сервером DNS, и далее он направляется по IP – адресу, а не по доменному имени.

Служба передачи файлов (FTP). Прием и передача файлов составляют значительный процент от прочих Internet – услуг. Необходимость в передаче файлов возникает, например, при приеме файлов программ, при пересылке крупных документов, при передаче архивных файлов с большим объемом свернутой информации.

Служба FTP имеет свои серверы в мировой сети, на которых хранятся архивы данных. Со стороны клиента для работы с серверами FTP может быть установлено специальное программное обеспечение, хотя в большинстве случаев броузеры WWW обладают встроенными возможностями, реализующими простейшие операции протоколов FTP, например загрузку файлов с сервера.

Протокол FTP работает одновременно с двумя TCP – соединениями между сервером и клиентом. По одному соединению идет передача данных, а второе используется как управляющее. Протокол FTP также предоставляет серверу средства для идентификации обратившегося клиента.  Этим часто пользуются коммерческие серверы и серверы ограниченного доступа, поставляющие информацию только зарегистрированным клиентам, - они выдают запрос на ввод имени пользователя и связанного с ним пароля.  Однако существуют и десятки тысяч FTP – серверов с анонимным доступом для всех желающих. В этом случае в качестве имени пользователя надо ввести слово  anonymous, а в качестве пароля задать адрес электронной почты. В большинстве случаев программы-клиенты FTP делают это автоматически.

Служба IRC (Internet Relay Chat).  Она предназначена для прямого общения нескольких человек в режиме реального времени. Иногда службу IRC называют чат-конференциями или просто чатом. В отличие от системы телеконференций, в которой общение между участниками обсуждения темы открыто всему миру, в системе IRC  общение происходит только в пределах одного канала, в работе которого принимают участие лишь несколько человек. Каждый пользователь может создать собственный канал и пригласить в него участников «беседы» или присоединиться к одному из открытых в данный момент каналов.

Существуют несколько популярных клиентских программ для работы с серверами и сетями, поддерживающих сервис IRC. Одна из наиболее популярных – программа mIRC.exe.

Служба ICQ.  Эта служба предназначена для поиска сетевого IP –адреса человека, подключенного в данный момент к Internet. Необходимость в подобной услуге связана с тем, что большинство пользователей не имеют постоянного IP – адреса. Название службы является акронимом выражения I seek you – я ищу тебя. Для пользования этой службой надо зарегистрироваться на ее центральном сервере (http://www.isu.com) и получить персональный идентификационный номер UIN (Universal Internet Number). Данный номер можно сообщить партнерам по контактам, и тогда служба ICQ приобретает характер Internet-пейджера. Зная номер UIN партнера, но, не зная его текущий IP – адрес, можно через центральный сервер службы отправить ему сообщение с предложением установить соединение.

Как уже указывалось, каждый компьютер в мировой сети должен иметь четырехзначный IP – адрес. Этот адрес может быть постоянным или динамическим (временным). Те компьютеры, которые включены в Internet на постоянной основе, имеют постоянные IP – адреса. Большинство же пользователей подключаются к сети лишь на время сеанса. Им выдается динамический IP – адрес, действующий только в течение данного сеанса. Этот адрес выдает тот сервер, через который происходит подключение. В разных сеансах динамический адрес может быть различным и заранее неизвестно каким.

При каждом подключении к Internet программа ISQ, установленная на компьютере пользователя, определяет текущий IP – адрес и сообщает его центральной службе. Служба, в свою очередь, оповещает требуемых партнеров по контактам. Далее партнеры  (если они являются клиентами данной службы) могут установить с инициатором прямую связь. Программа предоставляет возможность выбора режима связи («готов к контакту»; «прошу не беспокоить, но готов принять срочное сообщение»; «закрыт для контакта» и т.д.). После установления контакта, связь происходит в режиме, аналогичном сервису IRC (чату).

Таким образом, мы рассмотрели основные понятия компьютерных сетевых технологий, привели их классификацию с указанием особенностей и распространенности в мировой практике. Особое внимание было уделено локальным вычислительным сетям, как наиболее применяемым так называемыми типовыми пользователями. Логическое обобщение возможностей сетевых технологий представлено в материале об информационных ресурсах глобальной сети Internet.

ТЕМА 9.  АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО СПЕЦИАЛИСТА

1. Понятие автоматизированного рабочего места (АРМ)

Ярко выраженный информационный характер работы специалистов в юридической деятельности, возможность систематизации, типизации, формализации выполнения многих операций по обработке документальной информации, составляющей большой удельный вес в общем объеме циркулирующих потоков, свидетельствует о необходимости применения методов автоматизации для повышения результативности и эффективности принимаемых решений. Компьютерные информационные технологии предлагают для решения данной проблемы один из основных возможных вариантов: применение автоматизированных рабочих мест, способных обеспечить требуемые уровни производительности, сервиса и других характеристик.

Автоматизированное рабочее место (АРМ) - автономный диалоговый (интерактивный) комплекс, система или устройство на базе ЭВМ, предназначенный для автоматизации работ, производимых на рабочем месте.

В общем виде такая рабочая станция должна содержать пять технологических подсистем обеспечения:

- деловой (административной) деятельности;

- профессиональной деятельности;

- принятия решений;

- рутинных работ;

- коммуникаций.

Информационным фундаментом указанных подсистем являются базы данных и знаний, а технологическая основа поддерживается следующим набором программных средств:

- деловым пакетом оперативной деятельности, в состав которого должны входить различные оперативные средства поддержки («электронный» календарь, «электронный» еженедельник, «электронная» записная книжка, личный архив, картотека поручений и пр.);

- средствами поиска и анализа информации, включающими различные информационно-справочные системы, аналитические картотеки, средства экранной графики;

- средствами моделирования управленческих и экономических процессов, включающими экономико-математические модели, «электронные» таблицы, модели принятия решений;

- экспертными системами, поддерживаемыми базами знаний;

- средствами решения различных расчетно-логических задач;

- средствами обработки формализованной и текстовой информации.

По форме своей технической реализации АРМ может представлять собой единое программное средство (так называемый «интегрированный пакет»), обеспечивающее выполнение всех перечисленных выше функций, либо набор из нескольких самостоятельных программ, ориентированных на выполнение конкретных задач пользователя.

В юридической деятельности можно выделить три основных класса типовых АРМ: руководителя, специалиста, технических исполнителей или вспомогательного персонала. Для инструментальной поддержки этих видов деятельности при создании АРМ могут быть использованы различные прикладные программные средства. Их состав зависит от функциональных задач и видов работ: административно-организационной (управленческой); профессионально-творческой; технической (как правило, во многом рутинной).

1.1. АРМ руководителя

Руководитель в повседневной деятельности имеет дело с людьми, идеями и предметами, которые отражаются в задачах понятийного мышления. Основная форма деятельности руководителя - деловое общение. Для руководителей учреждений характерно следующее распределение времени в течение дня: деловые контакты - 47 %; работа с документами - 29 %; телефонные переговоры - 9 %; командировки (поездки) - 6 %; анализ проблем и принятие решений - 4 %; прочее - 5 % .

Видно, что основное время руководитель тратит на деловые контакты и работу с документами. На анализ проблем и принятие решений у современного руководителя времени практически не остается, хотя очевидно, что ряд решений руководитель принимает в ходе делового контакта. Исходя из этого, программное обеспечение АРМ руководителя должно содержать, как минимум, подсистемы:

- обработки деловой информации;

- принятия решений;

- рутинных  работ;

- коммуникаций.

1.2. АРМ специалистов

Вторая группа – это специалисты в конкретных направлениях юридической деятельности - работники юридических учреждений, которые формируют интеллектуальный базис учреждений. Для таких специалистов характерно следующее распределение времени в течение рабочего дня: деловые контакты - 23 %; работа с документами - 42 %; телефонные переговоры - 17 %; аналитическая работа - 12 %; прочее - 6 %.

Эффективность функционирования учреждения в основном определяется продуктивностью деятельности специалистов, особенно в вопросах создания новой информации. Творческий аспект в работе специалистов высокий и варьируется в достаточно широких пределах в зависимости от конкретного содержания текущих задач.

Специалисты обеспечивают практически всю информационную подготовку для принятия решений руководителем. Они являются основными исполнителями документов, определяют их качество. Доля рутинной работы различна и при рациональной технологии должна быть очень незначительной (хотя на практике это происходит не всегда).

Таким образом, основу АРМ специалиста ОВД должны составлять следующие подсистемы:

- обработки деловой информации;

- обеспечения профессиональной деятельности;

- рутинных работ;

- коммуникаций.

1.3. АРМ технических работников

Третью группу представляют - технические работники (обслуживающий персонал), которые выполняют всю рутинную работу. В эту группу входят младшие специалисты (clerks) - секретари, инспектора и т.п., работа которых регламентирована, но требует понимания обрабатываемой информации. К этой же группе относятся работники, обладающие чисто производственными навыками (машинистки, стенографистки и т.п.), ведущие регламентированную работу, не требующую полного понимания обрабатываемой информации. Основной критерий продуктивности их работы - оперативность и своевременность информационной обработки, а также поддержание высокой пропускной способности учреждения с минимальным количеством сбоев и ошибок.

Наиболее многофункциональными работниками данной группы являются секретари. Они подготавливают письма, памятные записки и другие документы, копируют и рассылают документы, ведут файлы документов, осуществляют телефонные, факсимильные, сетевые контакты и т.д.

Для этой группы работников характерен следующий расклад времени: работа с документами (файловые операции, копирование, составление писем, подшивка документов, составление таблиц и др.) - 68 %; телефонные и иные связные переговоры - 20 %; ведение учетов - 6 %; прочее - 6 %.

В общем случае АРМ технического работника включает подсистемы:

- обработки деловой информации;

- рутинных работ;

- коммуникаций.

2. Процесс подготовки и принятия решений

Профессиональная деятельность человека направлена на достижение определенных целей в функционировании организаций, в бытовой сфере и т.д. При этом постоянно могут изменяться исходные данные, влияющие на развитие конкретного процесса, а также возникают разнообразные проблемы и ситуации, требующие принятия определенных решений для поддержания выбранного направления действий. В обобщенном виде отметим, что в основе каждого практического (физического) действия лежит то или иное решение. Таким образом, процесс подготовки и принятия решений является основным содержанием информационного уровня деятельности человека.

Можно обозначить этот процесс как заранее не определенную последовательность (систему) действий, которая позволяет перейти от исходных данных к требуемому результату.

В зависимости от круга (объема) разрешаемых вопросов различают общие, частные и локальные решения. Общие (или глобальные) охватывают всю управляющую или управляемую систему (или обе сразу). Частные относятся к отдельным направлениям деятельности. Локальные касаются функционирования конкретных элементов системы - подразделений, групп, некоторых работников.

Управленческими называются решения, обеспечивающие достижение целей, к которым стремится организация или подразделение.

Практика свидетельствует, что, несмотря на разновидности решений, процесс их подготовки и принятия имеет общие черты, осуществляется в определенной последовательности и состоит из ряда стадий (или этапов):

1) выявление и формулирование проблемы, задачи;

2) сбор и анализ информации для решения;

3) подготовка вариантов (проектов) решения;

4) выбор окончательного варианта (принятие решения). Процесс подготовки  и принятия решений является многоступенчатым и использует множество различных информационных функций, таких как: сбор, накопление и хранение информации в различной форме, расчет разнообразных статистических показателей, оценка критериев эффективности решения, разработка план-графиков для выполнения решения, оформление текстовых документов и т.д. В сложных системах и ситуациях процесс принятия решения требует значительных трудозатрат и времени. В тоже время, например в юридической деятельности, напротив имеются существенные ограничения по времени принятия решения и по трудозатратам на его подготовку.

Кардинальным направлением разрешения этого противоречия является использование современных компьютерных технологий. Применяемое и перспективное программное обеспечение позволяет в различной степени автоматизировать значительную часть информационных функций, образующих процесс подготовки и принятия решений.

Этап выявления и формулирования проблемной ситуации, ее первичной оценки является наименее формализуемым и мало поддающимся автоматизации. Это связано с тем, что для «опознания» и определения последующих целевых установок человек использует значительный объем общих, но неявных (часто, подсознательных) сведений. Это знания о мире в целом, о данной предметной области, о мотивации человеческой деятельности, об объективной и субъективной значимости отдельных параметров проблемной ситуации и т.д.

На этапе сбора и анализа информации для подготавливаемого решения имеется больше возможностей для формализации, в частности, с использованием систем управления базами данных, о которых говорилось выше. Они обеспечивают автоматизацию функций сбора информации и ее первичного (элементарного) анализа. Из наиболее популярных и массовых программ такого рода можно отметить следующие: 1) D:base и ее более мощные аналоги - FoxBase и FoxPro; 2) Paradox; 3) Clarion; 4) Clipper. В последние годы приобретают популярность более мощные СУБД, например Oracle, Sybase, Informix,  поддерживающие распределенные базы данных из миллионов записей.

СУБД позволяют: вводить, накапливать и корректировать информацию, представленную в виде различных документов (карточек, текстов) или изображений (фотографий, отпечатков пальцев, чертежей и т.п.); производить поиск по запросу пользователя; выдавать найденные объекты в удобной форме на различные носители (экран, бумага, магнитные диски). Развитые системы имеют средства для работы одновременно с несколькими базами данных. При этом в процессе ввода, корректировки или поиска отслеживаются разнообразные логические и семантические связи как между реквизитами одного документа, так и между документами из различных баз данных.

Часть данного этапа, т.е. анализ данных с использованием математических и статистических методов - это наиболее формализуемая часть процесса принятия решения. Для этих целей разработан обширный раздел программного обеспечения, состоящий из «электронных таблиц» и программ для сложного статистического анализа. Программы электронных таблиц обеспечивают создание сложной табличной структуры данных из числовой и текстовой информации, осуществление различных расчетов и вычисление ряда статистических показателей. Наиболее популярная из них -  Excel.

Программы для сложного статистического анализа позволяют специалисту производить оценку собранной информации методами математической статистики. При этом технология работы требует только подстановки имеющихся данных в подготовленный сложный формульный аппарат. Разумеется, пользователь должен понимать содержательную сторону используемого метода, смысл исходных и полученных данных. Интерпретацию результатов производит субъект, подготавливающий и принимающий решение. Среди таких программных продуктов отметим: 1) Stadia (Россия); 2) Statgraphics.

Этап подготовки вариантов решения является в существенной степени творческим и субъективным. Здесь специалист активно применяет индивидуальный профессиональный опыт, типовые рекомендации о деятельности в подобных случаях и т.д. Но и использование компьютерных технологий может оказать заметную помощь. В последнее десятилетие активно разрабатывается класс программ, называемых «экспертными системами». Они позволяют за ограниченное время предложить наиболее эффективные варианты решения и, при необходимости, прокомментировать и обосновать каждый из предлагаемых вариантов. Этот класс программ будет ниже рассмотрен подробнее.

Последний этап - выбор окончательного решения - является полностью субъективным, но применение ЭВМ может быть полезным для оформления принятого решения. Во-первых, итогом большинства управленческих (и иных общих и частных) решений является некоторый нормативный документ, определяющий общий порядок и сроки исполнения решений. Для оформления такого документа удобно использовать программы - редакторы текстов. Во-вторых, для многих решений разрабатываются подробные план-графики их исполнения, содержащие сведения о мероприятиях, сроках, исполнителях. В этом случае достаточно эффективными являются программы типа «time-line», которые позволяют быстро и удобно составить и оформить план-график мероприятий.

Таким образом, грамотное использование современных компьютерных технологий может существенно повысить эффективность процесса подготовки и принятия решения.

3. Системы искусственного интеллекта. Экспертные системы,  их классификация и возможности

За последние несколько десятилетий сформировалась и бурно развивается область информатики под общим названием «искусственный интеллект». Она пытается определить основные правила человеческого мышления, применяя кибернетику, математику, психологию и собственные многочисленные исследования.

Глобальной целью этого научного направления является создание средств, которые позволили бы компьютерам, роботам, или иным искусственным системам самостоятельно строить процесс выработки и принятия решения при возникновении какой-либо проблемы. Эта цель оказалась настолько сложной, что сформировалась группа относительно самостоятельных (хотя и взаимосвязанных) разделов науки и практики, например, таких как:

- распознавание образов;

- понимание естественного языка и машинный перевод;

- автоматизация логических рассуждений (допустим, доказательство теорем, вычисление интегралов в символьной форме);

- представление знаний о мире в формализованном виде;

- управление сложными производственными процессами и автономными техническими устройствами (луноход, военная техника и пр.).

Задача создания «искусственного интеллекта» является сложнейшей научно-технической задачей из всех решаемых человечеством. Но пока процесс ее решения породил больше вопросов, чем ответов. Однако по некоторым разделам этого направления достигнуты впечатляющие результаты, имеющие в настоящее время и практическое применение.

В области автоматизации процесса принятия решений большое развитие получила «инженерия знаний», одной из задач которой является разработка экспертных систем. Цель этого направления - создание автоматизированных систем, выполняющих те же функции, что и творческая личность, или имитация процесса принятия решения специалистом с помощью аппаратно-программных средств.

Экспертные системы - это компьютерные программы, способные накапливать знания из различных источников и моделировать процесс экспертизы, т.е. решение неформализуемых задач специалистами той или иной области на основе своего профессионального опыта.

Экспертная система предназначается, прежде всего, для решения трудно формализуемых задач, связанных с проведением логических умозаключений, основанных на обработке данных, представленных в символьной форме.

К неформализуемым относятся задачи, которые обладают одной или несколькими из следующих характеристик:

- задачи не могут быть заданы в числовой форме;

- цели не могут быть выражены в терминах точно определенной целевой функции;

- не существует алгоритмического решения задач. Неформализуемые задачи обладают рядом особенностей:  ошибочностью, неполнотой, неоднозначностью и противоречивостью исходных данных, динамикой ситуаций.

Экспертные системы могут быть полезны для разрешения многих проблем, связанных с эффективным применением средств вычислительной техники, в том числе и в юридической деятельности. Например:

- обеспечение возможности обращения к применяемым в работе базам данных (например, справочным правовым системам) на профессиональном языке;

- использование сложных математических моделей и соответствующих прикладных программ юридическими специалистами, не являющимися программистами и специалистами в области прикладной математики, для решения своих профессиональных задач;

- проведение в реальном масштабе времени анализа различных ситуаций профессиональной деятельности, информация о которых представлена в символьной форме;

- конструирование планов проведения требуемых мероприятий с учетом опыта работы ведущих специалистов;

- прогнозирование развития качественных показателей социально-правовых процессов на основе знания причинно-следственных связей и др.

Согласно определению идеальная экспертная система должна обладать способностями: рассуждать на основе символьных преобразований; использовать как общие, так и частные схемы рассуждения; решать трудные задачи из сложных реальных предметных областей; переформулировать запросы и задачи; метарассуждать, т.е. рассуждать о собственной работе и структуре.

Это характеризует экспертную систему как определенный класс вычислительных систем, в составе которых обязательно наличие базы знаний и некой схемы рассуждений, называемой обычно системой (машиной) логического вывода. Кроме того, любая экспертная система должна иметь в своем составе ряд подсистем: приобретения знаний, отображения и принятия решений, а также интерфейс пользователя.

База знаний - хранит в символьном виде общую информацию об известной части предметной области. Основу базы знаний составляют долгосрочные данные (факты) и правила, описывающие их целесообразные преобразования. Например, факты и правила, их применения.

Факт 1. Тихие, темные улицы опасны.

Факт 2. Пожилые люди обычно не совершают дерзких действий.

Факт 3. Милиция защищает людей от преступников.

Правило 1. ЕСЛИ на тихой, темной улице встретился пожилой человек, ТО можно не очень беспокоиться.

Правило 2. ЕСЛИ на тихой, темной улице Вы видите милиционера, ТО можно чувствовать себя в безопасности.

Заметим, что в приведенных примерах все правила выражены условным отношением ЕСЛИ-ТО, т.е. ЕСЛИ выполняется некоторое условие, ТО последует определенное действие или какая-либо другая реакция. Факты и правила могут быть разной сложности. Обычно при достижении цели связывают сложные совокупности фактов и правил.

Машина логического вывода на основе входных данных и знаний о проблемной области (из базы знаний) формирует решение задачи, т.е. выполняет заключение на основании некоторых правил и генерирует новые факты, которые добавляются к знаниям субъекта.

Интерфейс пользователя осуществляет преобразование естественно-языковых данных параметров ситуации в представление на внутреннем языке системы.

Функция модуля приобретения знаний состоит в обеспечении возможности переноса знаний о некоторой предметной области в базу знаний экспертной системы. Как правило, эти знания, носящие эмпирический характер, накапливаются экспертом в результате длительного опыта. Задача модуля приобретения знаний - обеспечить отражение этих знаний на программно-аппаратных средствах ЭВМ.

С помощью модуля отображения и объяснения решений происходит отображение промежуточных и окончательных решений и объяснение пользователю действий системы. Как правило, такая подсистема отвечает на вопросы типа: «Как достигнуто то или иное заключение», «Почему оно было достигнуто или почему были отброшены другие альтернативы». Многие специалисты полагают, что наличие модуля объяснения является той важной особенностью экспертной системы, которая обеспечивает необходимый уровень доверия пользователя.

Задача, для которой разрабатывается экспертная система, должна обладать некоторыми специфическими свойствами.

Прежде всего, задача должна быть решена путем применения эвристических правил оперирования различными символьными структурами. Главная особенность эвристических правил состоит в том, что они формируются на основе практических знаний эксперта, которые не поддаются математическому описанию. Если же задача может быть решена математически, то именно такой подход и должен быть использован.

Чрезвычайно важной является широта постановки задачи. На первый взгляд кажется, что возможно создание экспертной системы, охватывающей все предметные области, допустим, юридической деятельности, или, по крайней мере, ее отдельных направлений, например экспертной системы для использования в работе адвоката. Это глубокое заблуждение.

Прежде всего, следует учитывать, что для решения всех возможных задач во всех предметных областях необходимо бесконечное число фактов и правил. Даже, если бы такая система была создана, понадобилось бы длительное время на наполнение ее знаниями. Более того, сегодня еще нет ЭВМ, способной хранить и обрабатывать такой объем информации. Поэтому следует ограничиться теми предметными областями, в которых объем информации не слишком велик, например, создать экспертную систему для решения некоторых проблем, связанных с материальной ответственностью в ряде конкретных направлений хозяйственной деятельности.

Итак, задача должна быть достаточно узкой, чтобы избежать комбинаторного взрыва, и достаточно широкой, чтобы представлять практический интерес. При этом задача не должна быть чрезмерно сложной, чтобы эксперт мог предложить решение, не прибегая к дополнительным исследованиям, потратив на решение несколько часов. Однако задача не должна быть и слишком простой. Это может быть задача из такой области знаний, где человеку нужно затратить годы учения и практики, чтобы стать специалистом.

В ресурсном обеспечении можно выделить следующие вопросы:

1) наличие компетентных экспертов; 2) существование программных и аппаратных средств; 3) финансирование.

Современное состояние развития программных и аппаратных средств создания экспертных систем позволяет реализовать их практически для большинства областей приложений.

При создании экспертной системы, прежде всего, возникает вопрос о стоимости и времени разработки коммерческой системы, а именно системы такого уровня совершенства представляют интерес для практических юристов. На создание простых экспертных систем, рассчитанных на широкий круг пользователей, уходит до четырех лет, стоимость их разработки составляет до 300 тыс. дол. (сложные экспертные системы - до 10 млн. дол.). Однако, несмотря на высокую стоимость и сравнительно длительные сроки разработки, рынок экспертных систем имеет стойкую тенденцию к росту. Например, в США в 1986 г. он составил 130 млн. дол., а в 1995 г. – 8-10 млрд.   дол.

Материальные выгоды от внедрения экспертных систем в юридической деятельности довольно трудно оценить из-за отсутствия соответствующих методик и опыта работы. Поэтому проблема эффективности и ее оценки - самостоятельная сложная задача.

Исходя из мировой практики, в инструментальные средства экспертных систем в широком понимании включаются два компонента: аппаратный и программный инструментарий.

Аппаратные варианты создания экспертных систем

Аппаратура, используемая для построения  экспертных  систем, следующая: ПЭВМ; интеллектуальные рабочие станции; последовательные символьные ЭВМ типа ЛИСП и ПРОЛОГ-машин; ЭВМ общего назначения (универсальные); параллельные символьные ЭВМ.

В нашей стране ни последовательные ЛИСП или ПРОЛОГ, ни параллельные ЭВМ не выпускаются. Без использования параллельных символьных ЭВМ выполнение наиболее сложных экспертных систем невозможно. Эти ЭВМ позволяют достичь высочайшего быстродействия при решении символьных задач. Так, ЭВМ Connection имеет максимальное быстродействие 7 млрд. символьных операций в секунду. Параллельные символьные ЭВМ работают в 100-1000 раз быстрее, чем «быстрейшие» последовательные ЭВМ.

При отсутствии символьных ЭВМ обоих типов, универсальных машин и интеллектуальных рабочих станций создание экспертных систем возможно только на персональных ЭВМ. Но такое существенное ограничение в выборе типа аппаратуры не препятствует созданию качественной экспертной системы, т.к. для персоналок характерно постоянное увеличение производительности, технических и потребительских характеристик. Большинство экспертных систем разрабатывается для микроЭВМ, совместимых с IBM.

Программные варианты создания экспертных систем

Широкое распространение персональных компьютеров стимулировало для них стремительную разработку значительного числа программных инструментальных средств, среди которых для создания экспертных систем можно выделить пять уровней (классов):

- процедурные (фон-неймановские) языки программирования - Паскаль, Си, Бейсик, Фортран;

- один из специализированных языков искусственного интеллекта - Лисп или Пролог;

- языки представления знаний, например OPS5;

- «пустые» экспертные системы;

- «оболочки» экспертных систем.

Экспертные системы, создаваемые с помощью процедурных языков и языков искусственного интеллекта, весьма гибки и позволяют без особых технологических проблем реализовывать сложно структурированные предметные области. Использование процедурных языков позволяет создавать на фон-неймановских ЭВМ (в частности, IBM PC) экспертные системы, наиболее эффективные в смысле быстродействия.

Но это требует участия высококвалифицированного программиста на всех этапах разработки экспертной системы и в процессе ее сопровождения, что затрудняет модернизацию и адаптацию системы к изменяющимся условиям, а также ее применение для близких направлений деятельности. Это объясняется тем обстоятельством, что база знаний экспертной системы «погружена» в программную среду.

Языки представления знаний (ЯПЗ) являются языками более высокого уровня абстракции по сравнению с процедурными языками и языками искусственного интеллекта. Они обеспечивают основные потребности инженерии знаний, но не ориентированы на конкретные стратегии решения задач или схемы представления знаний.

Процедурные и специализированные языки чаше всего используются для создания «проблемно-ориентированных» или «специализированных» экспертных систем, которые применяются в конкретной предметной области. Данные системы содержат базы знаний в фиксированной форме и, практически, не поддаются настройке и изменению.

«Пустые» экспертные системы отличаются от проблемно-ориентированных тем, что в таких системах предметная база знаний пуста, а структуры представления знаний и данных, механизмы доступа и вывода решений уже фиксированы. При использовании инструментария этого типа могут возникнуть следующие проблемы: управляющие стратегии, вложенные в процедуры вывода базовой системы, могут не соответствовать механизмам решения, которые использует эксперт, взаимодействующий с данной системой.

Это в результате приводит к неэффективным, а, возможно, и неправильным решениям. Для конкретного приложения может также не подходить и ЯПЗ базовой системы.

Инструментальными средствами быстрого развертывания новых экспертных систем являются «оболочки» экспертных систем. «Оболочка» содержит основные компоненты, обеспечивающие возможность варьировать в определенных пределах способами представления знаний и логическим выводом, что позволяет при проектировании заниматься в основном спецификой конкретной предметной области.

«Оболочка» работает на системном уровне, т.е. уровне понятий предметной области. При этом основная роль разработчика состоит в наполнении базы знаний знаниями экспертов. «Оболочка» содержит необходимые для пользователя структуры данных и конкретную управляющую стратегию.

Поэтому, объем программирования становится минимальным. Однако возможна потеря гибкости в случае, если предметная область не относится к классу задач, которые имелись в виду при создании конкретной «оболочки». Анализ современных средств позволяет считать «оболочку» удачным программным инструментарием для создания прототипа экспертной системы.

В случае применения конкретной «оболочки» экспертной системы пользователь вынужден ориентироваться на ее формализмы представления знаний и особенности функционирования машины вывода. В этой связи, выбор инструментального средства, подходящего для задач конкретного пользователя, приобретает решающее значение.

Сейчас на рынке экспертных систем за рубежом основную часть продаж составляют именно «оболочки», число которых измеряется сотнями. Они создаются и для «больших» машин, и для машин серии VAX, и для многих других (в том числе, дорогих специализированных станций искусственного интеллекта), но наиболее массовый рынок - это персональные компьютеры, совместимые с IBM. Существует богатый выбор таких систем. В нашей стране можно встретить такие популярные «оболочки», как GURU или VP-EXPERT.

ТЕМА 10. ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ

БЕЗОПАСНОСТИ

Активное применение  современных информационных технологий ведет к тому, что происходит постепенный переход к объединению автономных компьютеров на рабочих местах сотрудников в локальные сети подразделений и телекоммуникационной сети. Помимо явных преимуществ, связанных с удобством пользования, доступностью удаленных баз данных и т.п. такой переход несет с собой и ряд проблем, связанных с защитой информации и разграничением доступа. Их приходится решать специалистам подразделений безопасности и автоматизации.

К причинам, приводящим к возникновению таких проблем, можно отнести следующие:

  1.  Сложность и разнородность используемого программного и аппаратного обеспечения. В настоящее время редкостью стали сети, построенные на одной сетевой операционной системе (ОС). Используется, например, такой вариант построения вычислительной сети: рабочие станции под управлением ОС Windows 98, Windows NT и Windows XP, а в качестве сетевой ОС используется Windows NT и Windows XP. Системы обширного семейства UNIX не получили широкого распространения. Большое число конфигурационных параметров используемого программного и аппаратного обеспечения затрудняет его эффективную настройку и эксплуатацию;
  2.  Значительное число узлов вычислительных сетей, их территориальная распределенность, отсутствие времени и соответствующих должностей для контроля всех настроек - все это в целом не позволяет администраторам лично и своевременно контролировать деятельность пользователей системы на всех узлах вычислительной сети;
  3.  Подключение вычислительной сети к глобальной сети Internet и доступ внешних пользователей (сотрудников, партнеров и пр.) в ведомственную вычислительную сеть. Это приводит к расширению возможностей несанкционированного доступа к защищаемой информации. И, хотя внедрение защитных мероприятий должно снять многие проблемы с защитой служебной информации при ее передаче, большая часть компьютерного парка остается открытой по отношению к всемирной паутине.

Одной из важных проблем, возникающих вследствие действия названных причин, является увеличение числа уязвимостей локальных вычислительных сетей. Поэтому для их устранения и обеспечения надлежащего уровня защищенности информации необходимо, прежде всего, четко представлять основной спектр угроз безопасности и целостности информации.

1. Угрозы безопасности и целостности

информации на объектах информатизации

Организации системы защиты информации на объектах информатизации требует, прежде всего, системного подхода к выявлению основных угроз безопасности информации в них. Этот подход, определяемый в стране федеральной службой технического и экспортного контроля Российской Федерации (ФСТЭК), предполагает рассмотрение всех взаимосвязей моделируемого процесса в терминах элементов системы и ее среды. Охарактеризуем основные понятия процесса организации защиты информации.

Угроза – потенциально возможное событие, действие (воздействие), процесс или явление, которое может привести к нанесению ущерба чьим-либо интересам.

Угроза интересам субъектов информационных отношений – потенциально возможное событие, процесс или явление, которое посредством воздействия на информацию или другие компоненты вычислительной сети может прямо или косвенно привести к нанесению ущерба интересам данных субъектов.

Нарушитель – человек, реализующий угрозу безопасности.

Злоумышленник – нарушитель, намеренно идущий на нарушение из корыстных или иных побуждений.

Рабочие станции – компьютеры пользователей. Они являются наиболее доступными компонентами сетей и именно с них могут быть предприняты наиболее многочисленные попытки совершения несанкционированных действий. С рабочих станций осуществляется управление процессами обработки информации, запуск программ, ввод и корректировка данных. На дисках рабочих станций могут размещаться важные данные и программы обработки. На видеомониторы и печатающие устройства рабочих станций выводится информация при работе пользователей (операторов), выполняющих различные функции и имеющих разные полномочия по доступу к данным и другим ресурсам. Информация, которая обрабатывается на рабочих станциях, часто является предметом обсуждения операторов, что делает ее уязвимой со стороны потенциальных злоумышленников.

С позиции целенаправленности нарушения безопасности и целостности информации все угрозы подразделяются на умышленные и неумышленные.

Умышленные угрозы 

В зависимости от способа реализации, возможностей деструктивного воздействия на безопасность информации и используемых при этом средств можно выделить четыре основных класса умышленных угроз:

- уничтожение или хищение носителей информации, аппаратуры и линий связи;

  •  специальные воздействий на защищаемую информацию (носители информации) в целях ее уничтожения, искажения и блокирования;
  •  утечка информации по техническим каналам;
  •  несанкционированный доступ.

Угрозы уничтожения или хищения носителей информации, аппаратуры и линий связи

При организации системы защиты информации  основное внимание часто уделяют вопросам применения высокотехнологичных методов защиты с использованием программных средств и технического оборудования, забывая при этом о возможности банальной кражи компьютеров, носителей информации, элементов линий связи, стоимость которых может быть много ниже стоимости информации, которая на  них хранится.

Кроме того, не соблюдение правил эксплуатации аппаратных средств, пожарной безопасности может привести к уничтожению компьютеров и носителей вместе с хранящейся на них информацией.  

Угрозы специальных воздействий на информацию

Это могут быть механические, химические, акустические, биологические, радиационные, термические, электромагнитные специальные воздействия на защищаемую информацию. Наиболее реальной и серьезной, по нашему мнению, является угрозы электромагнитного воздействия. Воздействие на элементы компьютерных средств, средств связи, специального оборудования электрическими, магнитными и электромагнитными полями может значительно изменять их параметры.

Путями распространения воздействующих сигналов от источников до объектов воздействия могут быть:

для электромагнитных излучений - свободное пространство, дверные проемы зданий, конструктивные и технологические отверстия экранированных корпусов аппаратуры;

для электрических импульсов - линии электропитания, заземления связи и др.;

для магнитного поля - свободное пространство и любые материальные конструкции, кроме магнитных экранов.

Последствия деструктивных электромагнитных воздействий могут заключаться в следующем: отказы линий связи, узлов и блоков аппаратуры с полным или частичным нарушением работоспособности аппаратуры; восстанавливаемые сбои и зависание работы узлов и блоков, ошибки в обработке информации аппаратных средств; искажение и частичная потеря обрабатываемой информации.

Угрозы утечки информации по техническим каналам

Источником угрозы утечки информации по техническим каналам могут быть как разнообразные технические средства регистрации, перехвата, приема, съема или фотографирования информации, так и посторонние лица - нарушители безопасности информации.

Среда распространения информативного сигнала - это физическая среда, по которой информативный сигнал может распространяться и приниматься (регистрироваться) приемником.

Среда распространения может быть как однородной (например, только воздушной), так и неоднородной за счет перехода сигнала из одной среды в другую (например, в результате акустоэлектрических преобразований в обычном микрофоне т.п.).

Носителем защищаемой информации могут быть - физическое лицо или реальный объект, в том числе физическое поле, в котором информация находит отражение в виде символов, образов, сигналов, технических решений и прочих количественных характеристик физических величин.

В соответствии с базовой моделью угроз безопасности информации (утверждена ФСТЭК РФ от 18.05.2007) к техническим  каналам утечки информации принято относить:

- каналы  утечки речевой информации;

- каналы утечки визуальной информации;

- утечка информации по каналам побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН).

Угрозы утечки речевой информации

Речевая информация (РИ) - содержащаяся в непосредственно произносимой, либо воспроизводимой речи. Она добывается с использованием аппаратуры, регистрирующей акустические (в воздухе) и виброакустические (в упругой среде, например, в оконном стекле) волны. Кроме того, РИ может содержаться в электромагнитных излучениях и электрических сигналах, которые возникают за счет акустоэлектрических преобразований в различных технических средствах под воздействием акустических волн.

Первичными источниками акустических речевых колебаний являются механические системы, например, органы речи человека или динамики акустических систем и звуковых колонок, а вторичными - преобразователи различного типа, в том числе акустоэлектрические (например, микрофоны, телефоны). Защищаемая РИ может быть перехвачена: посторонними лицами; средствами перехвата акустических сигналов (ПАС).

К средствам ПАС относятся: портативные (носимые); мобильные (возимые) и стационарные, а также автономные (или управляемые за пределами объекта информации) закладочные устройства. Основными вариантами ПАС являются:

- направленные микрофоны с аппаратурой регистрации, лазерные системы негласного съема РИ с оконных стекол помещений.

средства съема виброакустических сигналов (стетоскопы), распространяющихся по конструкциям зданий (стен, потолков, полов), трубам водоснабжения, отопления, канализации и другим твердым телам.

средства радиоперехвата излучений, образующихся в результате акустоэлектрических и других преобразований РИ.

средства съёма информации с проводных линий (телефонных  факсимильных, телекодовой и телеграфной связи).

Угрозы утечки видовой информации

Необходимым условием осуществления наблюдения (регистрации) видовой информации (ВИ) является наличие прямой видимости между средством наблюдения и носителем сигнала.

Перехват (просмотр) защищаемой ВИ осуществляется посторонними лицами путем ее непосредственного наблюдения в помещении объекта информации либо на расстоянии прямой видимости, либо из-за пределов объекта информации с использованием оптических (oптико- электронных) средств.

Для перехвата защищаемой ВИ могут использоваться закладочные устройства, портативные (носимые), мобильные (возимые) и стационарные средства перехвата ВИ, а также средства съема оптических сигналов в инфракрасном диапазоне.

Например, к портативным средствам относятся:

  •  портативные аналоговые и цифровые фото- и видеокамеры;
  •  цифровые видеокамеры, встроенные в сотовые телефоны;

- миниатюрные видеокамеры со специальными объективами.

Угрозы утечки информации по каналам ПЭМИН

Угрозы утечки защищаемой информации по каналам ПЭМИН связаны с электрическими информативными сигналами технических средств обработки информации и автоматизированных систем ОВД. Генерация, обработка, передача этих сигналов сопровождается побочными (не связанными с прямым функциональным назначением аппаратуры) электромагнитными излучениями, которые распространяются как в объекте информации, так и за его пределами. Это излучения элементов технических средств (клавиатуры, принтера, монитора, накопителей, линий связи и передачи данных, систем звукоусиления, магнитофонов, систем громкоговорящей связи и т.д.).

Перехват подобных излучений может осуществляться:

программно-аппаратными комплексами перехвата;

портативными сканерными приёмниками;

цифровыми анализаторами спектра, управляемыми компьютером со специальным программным обеспечением.

Могут использоваться и параметрические каналы утечки информации, формируемые в результате высокочастотного облучения элементов технических средств обработки информации, в которых проводится обработка информативных сигналов, и приема переизлученного сигнала средствами, аналогичными средствам перехвата ПЭМИН (рис.1).

Рис.1. Схема съема информационных сигналов по параметрическому электромагнитному каналу, реализуемого путем высокочастотного облучения

Для съема информации с проводных линий могут использоваться следующие средства перехвата и съёма наведенных сигналов:

- с аппаратуры основных технических средств связи (ОТСС), средств обработки информации и вспомогательных технических средств, линий связи и передачи данных, выходящих за пределы контролируемой зоны (токовые трансформаторы, пробники);

с цепей электропитания и шин заземления (рис.2);

с инженерных коммуникаций (рис.3).

ПЭМИН от ОТСС могут перехватываться закладочными электронными устройствами, размещаемыми в пределах объекта информатизации, либо в рядом расположенных.

Рис. 2. Схема съема информативных сигналов по электрическому каналу с цепей заземления и питания

Рис. 3. Прямые электрические каналы утечки информации, возникающие за счет электромагнитных наводок в посторонних проводниках

Угрозы, связанные с несанкционированным доступом (НСД)

угрозы непосредственного доступа в операционную среду

Данный вид угроз операционной среде компьютера и нарушения безопасности информации в нем связаны с доступом:

  •  к информации и командам базовой системы ввода/вывода (BIOS) с возможностью перехвата управления загрузкой операционной системы и получением прав доверенного пользователя;
  •  в среду функционирования локальной операционной системы компьютера с возможностью выполнения деструктивных действий путем вызова штатных программ операционной системы или запуска специально разработанных программ, реализующих такие действия;
  •  в среду функционирования прикладных программ (например, к локальной системе управления базами данных);
  •  к информации пользователя (файлам, текстовой, аудио- и графической информации, полям и записям в базах данных) и возможностью ее модификации, уничтожения, перемещения, копирования и т.п.

Эти угрозы по условиям реализации делятся на три группы.

Первая группа включает в себя угрозы, реализуемые в ходе загрузки операционной системы. Вторая группа - угрозы, реализуемые после загрузки операционной среды независимо от того, какая прикладная программа запускается пользователем. Наконец, третья группа включает в себя угрозы, реализация которых определяется тем, какая из прикладных программ запускается пользователем, или фактом запуска любой из прикладных программ.

Большинство из этих угроз могут быть реализованы в случае получения нарушителем физического доступа к самому компьютеру или, по крайней мере, к средствам ввода информации в компьютер. 

угрозы программно-математического воздействия

Программно-математическое воздействие - это воздействие с помощью вредоносных программ. Программой с потенциально опасными последствиями или вредоносной программой называют некоторую самостоятельную программу (набор инструкций), которая способна выполнять любое непустое подмножество следующих функций:

  •  скрывать признаки своего присутствия в программной среде;
  •  обладать способностью к самодублированию, ассоциированию себя другими программами и (или) переносу своих фрагментов в иные области оперативной или внешней памяти;
  •  разрушать (искажать произвольным образом) код программ в оперативной памяти;
  •  выполнять без инициирования со стороны пользователя (пользовательской программы в штатном режиме ее выполнения) деструктивные функции (копирования, уничтожения, блокирования и т.п.);
  •  сохранять фрагменты информации из оперативной памяти в некоторых областях внешней памяти прямого доступа (локальных или удаленных);
  •  искажать произвольным образом, блокировать и (или) подменять выводимый во внешнюю память или в канал связи массив информации, образовавшийся в результате работы прикладных программ, или уже находящиеся во внешней памяти массивы данных.

Вредоносные программы могут быть внесены (внедрены) преднамеренно или случайно в компьютерное программное обеспечение в процессе его разработки, сопровождения, модификации и настройки. Кроме этого, они могут быть внесены в процессе эксплуатации с внешних носителей информации или посредством сетевого взаимодействия как в результате НСД, так и случайно пользователями компьютера.

Наличие в компьютере вредоносных программ может способствовать возникновению скрытых, в том числе нетрадиционных каналов доступа к информации, позволяющих вскрывать, обходить или блокировать защитные механизмы, предусмотренные в системе, в том числе парольную и криптографическую защиту.

Основными видами вредоносных программ являются:

  •  программные закладки;
  •  классические программные (компьютерные) вирусы;
  •  вредоносные программы, распространяющиеся по сети (сетевые черви);
  •  другие вредоносные программы, предназначенные для осуществления НСД (например, подбора и вскрытия паролей, осуществления сетевой атаки).

В связи с усложнением и возрастанием разнообразия программного обеспечения число вредоносных программ быстро возрастает. Вместе с тем, далеко не все из них представляют реальную угрозу. Во многих случаях устранение уязвимостей в системном или прикладном программном обеспечении привело к тому, что ряд вредоносных программ уже не способны внедриться в систему компьютера. Часто основную опасность представляют новые вредоносные программы.

угрозы нетрадиционных информационных каналов

Нетрадиционный информационный канал - это канал скрытной передачи информации с использованием традиционных каналов связи и специальных преобразований передаваемой информации, не относящихся к криптографическим методам.

Для формирования нетрадиционных каналов могут использоваться методы:

  •   компьютерной стеганографии;
  •   манипуляции различных характеристик ресурсов системы, которые можно получать санкционировано (например, времени обработки различных запросов, объемов доступной памяти или доступных для чтения идентификаторов файлов или процессов и т.п.).

Компьютерная стеганография скрывает сам факт передачи сообщения путем встраивания скрываемой информации во внешне безобидные данные (текстовые, графические, аудио- или видеофайлы). Это возможно или на использовании специальных свойств компьютерных форматов хранения и передачи данных или на избыточности аудио, визуальной или текстовой информации с позиции психофизиологических особенностей восприятия человека.

Сейчас развитие и применение находят методы сокрытия информации в графических стеганоконтейнерах. Это обусловлено: размещением сравнительно большого объема информации без заметного искажения изображения; наличием в большинстве реальных изображений текстурных областей, имеющих шумовую структуру и хорошо подходящих для встраивания информации; развитыми методами цифровой обработки изображений и цифровых форматов представления изображений и т.д.

Современные коммерческие и бесплатные программные продукты доступны обычному пользователю и реализуют известные стеганографические методы, в основном, в графических и аудио-контейнерах.

При использовании в информационных каналах некоторых разделяемых ресурсов возможна их манипуляция. При этом в каналах, использующих временные характеристики, осуществляется модуляция по времени занятости разделяемого ресурса (например, модулируя время занятости процессора, приложения могут обмениваться данными). В каналах памяти ресурс используется как промежуточный буфер (например, приложения могут обмениваться данными путем помещения их в имена создаваемых файлов и директорий). В каналах баз данных и знаний используют зависимости между данными, возникающими в реляционных базах данных и знаний.

Нетрадиционные информационные каналы могут быть сформированы на различных уровнях работы компьютерной системы:

  •  аппаратном;
  •  микрокодов и драйверов устройств;
  •  операционной системы;
  •  прикладного программного обеспечения;
  •  функционирования каналов передачи данных и линий связи.

Эти каналы могут использоваться как для скрытной передачи скопированной информации, так и для скрытной передачи команд на выполнение деструктивных действии, запуска приложении и т.п. Для его реализации, как правило, надо внедрить в компьютерную систему программную или программно-аппаратную закладку, обеспечивающую формирование нетрадиционного канала, существующего в системе непрерывно или с активацией одноразово или по заданным условиям. При этом возможно существование обратной связи с субъектом НСД.

Неумышленные угрозы безопасности и целостности информации

К неумышленным нарушениям относятся:

- случайные ошибки персонала;

- неверное исполнение программ (затирание данных, блокировка, неэффективное управление совместными ресурсами), связанное с воздействием внешней среды (например, мощное электромагнитное излучение) или сбоями в программе;

- неумышленное заражение программами-вирусами дисков и программ;

- несчастные случаи, стихийных бедствия (нарушение правил противопожарной безопасности, нарушение правил эксплуатации оборудования и т.п.).

2. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ В СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ  

Эффективная защита от рассмотренных угроз безопасности и целостности информации может реализоваться только через комплексную систему защиты. Это совокупность правовых, организационных мероприятий, технических средств, программно-технических методов, организуемых и поддерживаемых для предупреждения разрушения, утечки или модификации защищаемой информации в вычислительной системе.

ПРАВОВОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

Нормативно-правовая база в области обеспечения информационной безопасности формируется на четырех иерархических уровнях:

Первый уровень образуют международные договоры и федеральные законы России, например:

- Международные конвенции об охране интеллектуальной собственности, авторском праве;

- Конституция РФ (ст. 23, 24, 29, 44);

- Федеральный закон РФ от 19.12.2005 №160-ФЗ «О ратификации Конвенции Совета Европы о защите физических лиц при автоматизированной обработке персональных данных»;

- Уголовный кодекс РФ (ст. 272, ст.273, ст.274);

- Федеральный закон РФ от 27.07.2006 №149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации»;

- Закон РФ от 21.07.93 № 5485-1 (ред. 01.12.2007) «О государственной тайне»;

- Федеральный закон РФ от 10.01.2002 № 1-ФЗ (ред. 08.11.2007) «Об электронной цифровой подписи»;

- Федеральный закон РФ от 27.07.2006 №152-ФЗ «О персональных данных».

Второй уровень составляют подзаконные акты, к которым относятся указы Президента РФ и постановления Правительства РФ, а также письма Высшего Арбитражного Суда РФ и постановления пленумов Верховного Суда РФ. Примерами таких актов могут являться:

- Указ Президента РФ от 06.03.97 № 188 (ред. 23.09.2005) «Об утверждении перечня сведений конфиденциального характера»;

- Указ Президента РФ от 12.05.09 № 537 «О стратегии национальной безопасности Российской Федерации до 2020 года».

- «Доктрина информационной безопасности РФ», утверждена Президентом РФ 09.09.2000 г. №Пр.-1895.

- Указ Президента РФ от 16.08.2004 №1085 (ред. от 17.11.2008) «Вопросы Федеральной службы по техническому и экспортному контролю».

- Указ Президента РФ от 17.03.2008 №351 (ред. 21.10.2008) «О мерах по обеспечению информационной безопасности Российской Федерации при использовании информационно-телекоммуникационных сетей международного информационного обмена».

- Постановление Правительства РФ от 15.08.2006 №504 «О лицензировании деятельности по технической защите конфиденциальной информации».

- Приказ ФСТЭК РФ №55, ФСБ РФ №86, Мининформсвязи РФ №20 от 13.02.2008 «Об утверждении Порядка проведения классификации информационных систем персональных данных».

- Постановление Правительства РФ от 06.07.2008 №512 «Об утверждении требований к материальным носителям биометрических персональных данных и технологиям хранения таких данных вне информационных систем персональных данных».

- Приказ ФСБ РФ от 09.02.2005 №66 «Об утверждении Положения о разработке, производстве, реализации и эксплуатации шифровальных (криптографических) средств защиты информации (Положение ПКЗ-2005)».

Третий уровень - это государственные стандарты (ГОСТы) в области защиты информации, руководящие документы, нормы, методики и классификаторы, разработанные соответствующими государственными органами. В качестве примеров можно привести следующие документы:

- ГОСТ Р 51275-99. «Защита информации. Объект информатизации. Факторы, воздействующие на информацию. Общие положения»;

- Приказ ФСТЭК РФ от 28.08.2007 №182 «Об утверждении Административного регламента Федеральной службы по техническому и экспортному контролю по исполнению государственной функции по лицензированию деятельности по разработке и (или) производству средств защиты конфиденциальной информации»;