Проектирование информационных систем

1. Диаграммы потоков данных.........................................................................................................43
2. Критерии качества проекта. Связность.......................................................................................45
3. Критерии качества проекта. Сцепления.....................................................................................46
4. Рациональный унифицированный процесс................................................................................47
5. Структурные методологии проектирования информационных систем..................................48
6. Этапы проектирования информационных систем.....................................................................50
7. Язык UML. Диаграммы взаимодействия....................................................................................50
8. Язык UML. Диаграммы состояний..............................................................................................51
9. Язык UML. Диаграммы сценариев..............................................................................................52

Информационная безопасность и зашита информации.

1. Идентификация параметров персонального компьютера..........................................................55
2. Классификация методов анализа безопасности программного обеспечения...........................55
3. Классы защищенности автоматизированных систем согласно требованиям Гостехкомиссии РФ.....................................................................................................................................................56
4. Количественная оценка стойкости парольных систем...............................................................58
5. Компьютерные вирусы. Классификация. Примеры схем внедрения........................................58
6. Контрольно-испытательные методы анализа безопасности ПО................................................59
7. Логико-аналитические методы анализа безопасности ПО.........................................................60
8. Модель специальной программной закладки...............................................................................61
9. Несанкционированный доступ к информации (НСД). Идентификация, аутентификация, пароль пользователя, понятие парольной системы.................................................................................62
10. Нормативно-правовое обеспечение защиты информации. Основные нормативно-правовые акты, принятые в России и за рубежом.........................................................................................63
11. Основные методы реализации угроз информационной безопасности......................................64
12. Основные положения и классы защищенности «Оранжевой книги» МО США......................65
13. Основные требования к выбору паролей......................................................................................67
14. Понятие информации, безопасности информации. Конфиденциальная информация. Степени секретности. Понятие компьютерной системы............................................................................68
15. Понятие разрушающего программного средства. Программная закладка. Классификация...69
16. Предварительное и динамическое шифрование информации....................................................70
17. Руководящие документы Гостехкомиссии РФ. Состав. Основные положения.......................70
18. Способы распространения программного обеспечения..............................................................72
19. Сравнение методов анализа безопасности ПО............................................................................73
20. Средства криптографической защиты информации (СКЗИ). Особенности функционирования..........................................................................................................................74
21. Структура системы технической защиты от несанкционированного копирования.................75
22. Структура файлового нерезидентного вируса..............................................................................75
23. Структура файлового резидентного вируса..................................................................................77
24. Требования к СКЗИ..........................................................................................................................79
25. Угрозы безопасности информации. Классификация....................................................................80
26. Характеристика систем защиты от несанкционированного копирования встроенного и пристыковочного типов...................................................................................................................81

Управление данными

1. Основные понятия: база данных, модель данных, схема базы данных....................................83
2. Реляционная алгебра: теоретико-множественный операций....................................................84
3. Реляционная алгебра: специальные операции............................................................................86
4. Ограничения целостности: первичные и внешние ключи.........................................................88
5. Модель "сущность-связь"..............................................................................................................89
6. Транзакции. Уровни изолированности пользователей..............................................................90
7. Транзакции. Обнаружение и разрушение тупиков.....................................................................91
8. Транзакции. Метод временных меток..........................................................................................92
9. Нормализация базы данных..........................................................................................................93
10. Транзакции. Метод синхронизационных захватов.....................................................................94
11. Отношения. Свойства отношений................................................................................................96
12. Этапы проектирования баз данных..............................................................................................99

Программирование.

1. Виды семантических действий и способы их реализации в компиляторах..............................102

2. Выполнение оценки проекта на основе LOC- и FP-метрик........................................................104

3. Классификация многозадачности по типу диспетчера процессов.............................................110

4. Классические методы анализа и проектирования программных систем...................................110

5. Классы и их свойства......................................................................................................................115

6. Компоненты Delphi, их свойства...................................................................................................116

7. Концепция виртуальных машин Э. В. Дейкстры.........................................................................118

8. Лексический анализ........................................................................................................................118

9. Методика тестирования программных систем.............................................................................120

10. Модели объектно-ориентированных программных систем.....................................................125

11. Нисходящее проектирование программ.....................................................................................132

12. Общая схема трансляции..............................................................................................................133

13. Объектно-ориентированное программирование........................................................................136

14. Организация бинарного поиска в таблицах................................................................................136

15. Основные этапы разработки программного обеспечения.........................................................137

16. Понятие и эволюция операционных систем...............................................................................137

17. Построение алгоритмов методом пошаговой детализации......................................................138

18. Построение и использование деревьев в динамической памяти.............................................139

19. Построение и использование списков в динамической памяти..............................................140

20. Проблемы взаимодействия процессов и общая схема решения задачи синхронизации......142

21. Программирование конечного автомата....................................................................................143

22. Разработка в стиле экстремального программирования..........................................................145

23. Регулярные множества, языки и выражения.............................................................................148

24. Связь прикладного процесса с ядром ОС..................................................................................150

25. Синтаксический анализ методом рекурсивного спуска...........................................................152

26. Синтаксическое дерево................................................................................................................154

27. Сортировка одномерного массива..............................................................................................156

28. Состояния процесса и граф переходов.......................................................................................161

29. Способы описания грамматики...................................................................................................161

30. Унифицированный язык моделирования UML: общая характеристика.................................165

31. Формальное определение грамматики и языка..........................................................................171

АСУЖТ

1. АРМы..............................................................................................................................................174
2. АСОУП, функциональный состав...............................................................................................174
3. АСУМР...........................................................................................................................................174
4. АСУСС............................................................................................................................................176
5. Безбумажная технология в управлении перевозками................................................................176
6. Виды транспортных перевозок...................................................................................................177
7. Дискон...........................................................................................................................................177
8. Документооборот в портовых станциях....................................................................................177
9. Защита информации (контрольные знаки кодов станции, вагонов, локомотивов)...............178
10. Классификация, кодирование, классификаторы.......................................................................179
11. Концепция информатизации железнодорожного транспорта.................................................179
12. Логистические центры, назначение, структура.........................................................................180
13. Международные транспортные коридоры (МТК), назначение, особенности работы..........180
14. Особенности работы пограничных, грузовых, припортовых станций...................................181
15. Перспективы развития АСУЖТ..................................................................................................181
16. Система ДИСКОР. Структура системы, взаимодействие с другими системами...................182
17. Система ДИСПАРК......................................................................................................................182
18. Система Пальма............................................................................................................................182
19. Система Экспресс-2,3".................................................................................................................182
20. Структура АСУ «СИРИУС»........................................................................................................183
21. Структура АСУЖТ.......................................................................................................................184
22. Структура АСУОЦ, функциональный состав...........................................................................184

Надежность ИВС.

1. Классификация аппаратуры ИВС с точки зрения обеспечения ее надежности.

Аппаратуру информационных систем классифицируют по сложности обычно на три уровня: элементы, устройства и системы.

Элементом называется деталь, которая самостоятельно не применяется и не разбирается. Сложность элементов зависит от уровня интеграции.

Устройством называют совокупность элементов (компонентов), объединенных в законченную техническую конструкцию, имеющую самостоятельное эксплуатационное назначение и выполняющую одну определенную функцию (передатчик, приемник, принтер, сканер, компьютер в целом).

Системой называется технически обоснованная совокупность совместно действующих устройств, предназначенная для выполнения определенной практической задачи (система передачи данных, локальная вычислительная сеть – ЛВС).

При исследовании надежности обычно выделяют два уровня: элемент и система. Элементом в этом случае называют часть системы, любые отказы которой одинаково влияют на работоспособность системы. Часто используется также более обобщенный термин компонент системы.

Надежность элементов в пределах исследования считается известной. Надежность системы определяется по надежности элементов.

По способу применения различают аппаратуру однократного, многократного и непрерывного использования.

Аппаратура однократного (разового) использования применяется по своему целевому назначению только один раз в течение заданного времени (времени штатной работы) или до отказа; аппаратура не восстанавливается. Она может иметь длительный режим хранения до начала использования.

Аппаратура многократного использования работает длительно, после отказов она ремонтируется и восстанавливается. Возможны два случая использования: с режимом дежурства и без режима дежурства. Режим дежурства имеет два рабочих состояния: ожидание и действие. Момент поступления сигнала к началу действия является случайным; в этот момент аппаратура должна быть работоспособна и затем безотказно проработать в течение заданного времени. Этот режим используется в системах защиты. В период ожидания может осуществляться контроль исправности аппаратуры и её восстановление. В режиме без дежурства моменты начала работы заранее известны и аппаратура всякий раз может быть проверена и в случае отказа восстановлена.

Аппаратура непрерывного использования применяется по своему целевому назначению в течение всего срока службы. Аппаратура ремонтируется и восстанавливается. Периоды проведения профилактических работ составляют незначительную часть общего времени работы.

Информационные системы на железнодорожном транспорте обычно функционирует в режимах многократного или непрерывного использования. Так как железнодорожный транспорт работает круглосуточно, информационные системы, обеспечивающие движение поездов, в частности безопасность движения, другие круглосуточно действующие технологические процессы, работают в режиме непрерывного использования. Железнодорожные ИС имеют ряд важных особенностей, которые необходимо учитывать при исследовании и обеспечении их надежности. Системы имеют сложную структуру, часто компоненты их территориально разобщены на десятки и сотни километров. Системы являются многофункциональными, причем многие функции весьма ответственные, к надежности, выполнения которых предъявляются высокие требования. Системы, как правило, развивающиеся, т.е. в процессе существования постоянно изменяется их конфигурация, модернизируется оборудование, совершенствуется программное обеспечение, улучшается техническое обслуживание.

2. Классификация отказов.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

	Классификационный признак	Вид отказа
	По характеру изменения параметра в момент возникновения отказа	Внезапный (катастрофический) Постепенный (параметрический)
	По степени влияния на работоспособность	Полный Частичный
	По связи с другими отказами	Независимый Зависимый
	По времени существования	Устойчивый Перемежающийся Сбой
	По причине возникновения	Конструкционный Производственный Эксплуатационный
	По характеру проявления	Очевидный (явный) Скрытый (неявный)

Внезапные отказы, как правило, происходят в результате внешних воздействий или скрытых производственных дефектов, они не поддаются прогнозированию. Постепенные отказы обусловлены процессами износа и старения, их можно прогнозировать и предупреждать путем непрерывного или периодического контроля соответствующих параметров.

Информационные системы обычно многофункциональные системы, поэтому, кроме полных отказов, для них характерны частичные отказы, при которых нарушается выполнение отдельных функций.

Отказы могут быть зависимыми, если отказы одних элементов вызывают как бы цепную реакцию отказов других, или несколько отказов вызваны общей причиной.

Отказы являются устойчивыми, если их можно устранить только путём ремонта или замены отказавших элементов. Сбой – это кратковременный самоустраняющийся отказ

Явные отказы обнаруживаются в момент их возникновения и могут немедленно начать устраняться. Скрытые отказы характерны для сложных многофункциональных систем, в которых некоторые функции выполняются не постоянно. Возможны скрытые отказы резервных элементов.

3. Комплексные показатели надежности. Выбор показателей надежности.

Показатели надежности - это количественные характеристики одного или нескольких свойств, составляющих надежность элементов и систем.

Безотказность – это свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторой наработки.. Ремонтопригодность – свойство изделия, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта. Сохраняемость – это свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции, в течении и после хранения и (или) транспортирования. Долговечность – это свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Показатели ремонтопригодности Вероятность Рв(t) того, что фактическое время восстановления не превысит заданное время t. Существует время отказа T0 и время восстановления Тв

При экспоненциальном законе распределения времени восстановления интенсивность восстановления mв

.

Коэффициент готовности kг(t) - вероятность работоспособности системы в момент времени t

,

Коэффициент простоя kп(t) - вероятность неработоспособного состояния в момент времени t;

Кг+Кп=1

Показатели долговечности и сохранности

К показателям долговечности относятся ресурс и срок службы изделия. Различают гамма процентный ресурс, средний ресурс, средний ресурс до списания и др. Гамма процентный ресурс - это наработка, в течение которой устройство не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью g процентов.

Показатели безотказности

1. Вероятность безотказной работы Р(t) и вероятность отказа Q(t) за заданное время штатной работы t. Если задано время t, за которое решается поставленная задача, то вероятность Р(t), является вероятностью успешного решения поставленной задачи.

2. Наработка на отказ Этот показатель характеризует безотказность системы, если время её работы не ограничено и желательно, чтобы она проработала безотказно возможно более долго.

3. интенсивность потока отказов w или параметр потока отказов m, а для простейшего потока отказов – интенсивность отказов l, w=m=l.

4. Для ответственных ИС на практике часто используется также уровень безотказности, который не имеет вероятностного характера.. Этот показатель отражает только структурные меры обеспечения высокой надежности системы. Его достоинство состоит в том, что он не зависит от значений показателей надежности отдельных элементов, которые часто бывают нам известны весьма приближенно.

4. Марковский случайный процесс, уравнение Колмогорова. Стационарный марковский процесс, расчет надежности восстанавливаемых систем.

Процесс является марковским, если дальнейший ход процесса зависит от его состояния в момент t=0 и не зависит от предыстории процесса. Это условие выполняется, если времена безотказной работы и восстановления всех элементов подчиняются экспоненциальному закону.

Марковский процесс задается матрицей интенсивностей переходов l_ij(t) из i -го в j -е состояние

lij(t)= ,

где Pij(t,t+Dt) - вероятность перехода из i -го в j -е состояние за время от момента t до t+Dt.

Если для всех состояний интенсивности переходов постоянны, не зависят от времени (lij=const), то марковский процесс называется однородным и матрица переходов имеет следующий вид:

l .

Для наглядного представления возможных переходов пользуются графом переходов, на котором узлами изображают состояния, а дугами возможные переходы, помечая их соответствующими значениями интенсивностей переходов

Интересующие нас показатели надежности системы могут быть найдены, если определена матрица-столбец P(t) вероятностей всех состояний

P(t) = ,

где Pk(t) - вероятность того, что в момент t процесс находится в состоянии k.

По формуле полной вероятности запишем выражение для вероятности Pk(t+Dt) застать процесс в состоянии k в момент времени t+Dt. Возможны два варианта:

- с вероятностью Pk(t) в момент t процесс находился в этом состоянии и за время Dt не вышел из него в любое другое состояние j ( lkjDt – вероятность противоположного события того, что за время Dt система уйдет из k -го состояния);

- с вероятностью Pi(t) в момент t процесс находился в каком-либо состоянии i и за время Dt перешел в состояние k

Pk(t+Dt)=Pk(t) (1- lkjDt)+ Pi(t)likDt + o(Dt),

где o(Dt) - малые величины, более высокого порядка по сравнению с Dt, соответствующие двум или более переходам за время Dt.

Произведя элементарные преобразования, получим:

Перейдя к пределу

,

получим систему n линейных дифференциальных уравнений с n неизвестными, называемых уравнениями Колмогорова:

Пребывание процесса в любой момент времени t в одном из состояний 1£k£n образует полную группу событий, поэтому

. (2.5)

Уравнения системы (2.4) линейно зависимы, поэтому их необходимо дополнить нормирующим условием (2.5), заменив этим условием любое из уравнений Колмогорова.

Начальными условиями для системы (2.4) является матрица-столбец P(0) вероятностей пребывания процесса в различных состояниях при t=0:

P(0) = (2.6)

При составлении уравнений Колмогорова по графу состояний пользуются следующими правилами:

1) в левой части равенства записывается производная вероятности рассматриваемого состояния;

2) в правой части уравнения стоит столько слагаемых, сколько дуг (стрелок) связывает данное состояние с другими состояниями;

3). каждое слагаемое представляет собой произведение вероятности состояния, из которого выходит дуга (стрелка) на интенсивности соответствующего перехода;

4) слагаемые, относящиеся к выходящим дугам (стрелкам), имеют знак минус, к входящим – плюс

Стационарный Марковский случайный процесс.

Если число состояний системы конечно и из каждого состояния за конечное число шагов можно перейти в любое другое состояние, то существуют отличные от нуля и единицы предельные вероятности состояний, причем они не зависят от начального состояния системы:

Будем называть вероятность pk застать систему в состоянии k в произвольный достаточно удаленный от начала работы момент времени t стационарной вероятностью состояния k. Стационарный режим имеют только процессы, описывающие работу систем с восстановлением. Чтобы вычислить стационарные вероятности pk, достаточно в системе уравнений Колмогорова (2.4) все производные приравнять к нулю . При этом система дифференциальных уравнений превратится в систему линейных алгебраических уравнений, которая сравнительно легко решается даже при большой размерности.

(2.8)

Нормирующее условие . Согласно эргодической теореме Хинчина стационарные вероятности pk при t ®¥ сходятся по вероятности к средней доле времени пребывания системы в k -м состоянии. Следовательно, интересующие нас показатели надежности: коэффициент готовности k r и коэффициент простоя k п - можно вычислить по формулам:

5. Методы расчета надежности. Надежностные структуры.

Другой вид моделей – надёжностные структуры. Они могут соответствовать реальному соединению элементов, а могут условно отражать последствия их отказов для системы. Наиболее широко используются структуры в виде последовательно- параллельной схемы. В них отказы мнемонически как бы означают обрывы элементов. Последовательное соединение элементов или групп элементов – это основное (функциональное) соединение, при котором отказ любого элемента или группы параллельно включенных элементов означает отказ системы.

Последовательно-параллельные схемы широко используются для приближенных расчетов надежности на начальных стадиях проектирования систем.

Когда подмножества E0, E1 сформированы, то интересующие нас вероятности безотказной работы и отказа системы P c, Q c, P c +Q c =1 рассчитываются по формулам

(2.2)

Очевидно, что достаточно сформировать любое одно из подмножеств, тогда другое подмножество и соответствующая вероятность определяются как дополнение. Естественно формировать то из подмножеств, мощность которого меньше и для которого проще алгоритм его построения.