Информационные системы

Основы теории информации

Основные понятия

Понятие информация является центральным понятием в теории информации и кибернетики. Имеется множество определений понятия информации от наиболее общего философского (информация есть отражение реального мира) до наиболее узкого практического (информация есть все сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования).

Некоторыми зарубежными авторами информация трактуется с идеалистических позиций в отрыве от материи как некоторая субстанция, занимающая промежуточное положение между материей и сознанием.

Весьма распространенным является также мнение о том, что информация присуща лишь определенным образом организованной материи, в которой возможны процессы управления. Сторонники этой точки зрения под информацией подразумевают только то, что воспринято и осмыслено, т. е. то, что целесообразно использовать для управления. Нетрудно заметить, что вопрос о существовании информации здесь неправомерно отождествляется с вопросом о способности объекта к восприятию и использованию информации. При таком подходе легко сойти на позиции субъективизма, ставящего объективно существующее в зависимость от воспринимающего субъекта.

При контроле и управлении параметрами технологических процессов на производстве также формируются сообщения о событиях. Сообщения о событиях могут быть многообразными. Например, сообщение об изменении состава сырья. В некоторых сообщениях, полученных с помощью телеизмерений, может оказаться больше сведений, чем это необходимо оператору (контроллеру) для принятия решения. Некоторая часть из них уже была известна, и только часть сообщения содержит новизну. В этом случае под информацией следует понимать лишь ту часть сообщения, которая представляет новизну и ранее не была известна получателю.

При всех различиях в трактовке понятия информации, бесспорно, что проявляется информация всегда в материально-энергетической форме в виде сигналов. Информацию, представленную в формализованном виде, позволяющем осуществить ее обработку с помощью технических средств, называют данными.

В теории информации исследуются информационные системы при четко сформулированных условиях (критерия):

1. Источник сообщения осуществляет выбор сообщения из некоторого множества с определенной вероятностью.

2. Сообщения могут передаваться по каналу связи в закодированном виде. Кодированные сообщения образуют множество, являющееся взаимно однозначным отображением множества сообщений. Правило декодирования известно декодеру (записано в его программе).

3. Сообщения следуют друг за другом, причем число сообщений может быть сколь угодно большим.

4. Сообщение считается принятым верно, если в результате декодирования оно может быть в точности восстановлено. При этом не учитывается, сколько времени прошло с момента передачи сообщения до момента окончания декодирования, и какова сложность операций кодирования и декодирования.

5. Количество информации не зависит от смыслового содержания сообщения, от его эмоционального воздействия, полезности и даже от его отношения к реальной действительности.

При управлении технологическим процессом в системе происходят определённые события которые и порождают сообщения, которые необходимо передавать от одного звена системы управления к другому.

В автоматических устройствах сообщения передаются от одного звена к другому также в виде сигналов. Для передачи сигналов используются так называемые переносчики информации – физические процессы, обладающие свойством перемещения в пространстве. Переносчик должен обладать свойством изменять свою форму или параметры под воздействием сообщения.

В качестве переносчика могут послужить звуковые, электрические и электромагнитные колебания, также могут быть использованы световые излучения. Таким образом, переносчик, несущий информацию, становится сигналом.

Так как сообщений может быть много, то и сигналов должно быть также много, но, поскольку переносчик один, сигналы должны отличаться друг от друга и соответствовать передаваемым сообщениям. Следовательно, сигналы должны образовываться по определенному закону.

Итак, чтобы получатель узнал о происшедшем событии или получил какие-то новые сведения, должна быть образована информационная цепь, представленная на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – информационная цепь о событии

Информационные системы

Совокупность средств информационной техники и людей, объединенных для достижения определенных целей или для управления, образуют автоматизированную информационную систему, к которой по мере надобности подключаются абоненты, поставляющие и использующие информацию.

Информационные системы, действующие без участия человека, называют автоматическими. За человеком в таких системах остаются функции контроля и обслуживания.

Автоматизированная информационная система становится автоматизированной системой управления (АСУ), если поставляемая информация извлекается из какого-либо объекта (процесса), а выходная используется для целенаправленного изменения состояния того же объекта (процесса), причем абонентом, использующим информацию для выбора основных управляющих воздействий (принятия решения), является человек. Объектом могут быть техническая система, экологическая среда, коллектив людей. Существуют АСУ, в которых отдельные функции управления возлагаются на технические средства, в основном на ЭВМ и микропроцессоры.

Автоматизированные информационные системы и АСУ нашли широкое применение во всех отраслях народного хозяйства в первую очередь как информационно-справочные и информационно-советующие системы, системы управления технологическими процессами и коллективами людей. Большинство из них являются локальными системами и функционируют на уровне предприятий и учреждений. В настоящее время происходит интенсивный процесс интеграции таких систем в системы производственных объединений и далее — в отраслевые и ведомственные системы.

Системы более высокого уровня становятся территориально рассредоточенными, иерархичными как по функциональному принципу, так и по реализации их техническими средствами. Обеспечение взаимодействия территориально рассредоточенных систем требует протяженных высокоскоростных и надежных каналов связи, а увеличение объема обрабатываемой информации — ЭВМ высокой производительности. Это привело к необходимости коллективного использования средств автоматизации и обрабатываемой информации (банков и баз данных). Техническое развитие как самих электронных вычислительных машин, так и средств связи позволило решить эту проблему путем перехода к созданию распределенных информационно-вычислительных сетей коллективного пользования.

Централизация различных видов информации в одной сети дает возможность использовать ее для решения широкого спектра задач, связанных с административным управлением, планированием, научными исследованиями, конструкторскими разработками, технологией производства, снабжением, учетом и отчетностью.

Наиболее распространенными информационными системами являются системы, обеспечивающие передачу информации из одного места в другое (системы связи) и от одного момента времени до другого (системы хранения информации). Обе разновидности систем передачи информации имеют много общего в принципиальных вопросах обеспечения эффективности функционирования. Их применяют как самостоятельные системы и как подсистемы в составе любых более сложных информационных систем. Совокупность таких подсистем в информационно-вычислительной сети образует ее основное ядро — сеть передачи данных. Современные производственные системы контроля и управления носят рассредоточенный в пространстве характер. Между компонентами систем, такими как датчики, локальные контроллеры, диспетчерские пункты расстояние может составлять единицы и десятки километров. Указанные компоненты систем в процессе своей работы обмениваются различного рода сообщениями, содержащими сведения о технологическом процессе и аппаратных средствах самих систем.