Введение в специальность Тема 5: Базовые информационные технологии ЛИСИЦЫНА Любовь Сергеевна – д.т.н., проф., зав. Каф. Кафедра «Компьютерные образовательные технологии» СПбГУ ИТМО, Тел. (812) ,

Вопросы для опроса остаточных знаний по теме 4 – «Базовые информационные процессы» 1. Назовите базовые информационные процессы. 2. Опишите схематично процесс извлечения информации. 3. Назовите формы оценки извлекаемой информации. 4. Что такое объект и экземпляр объекта? Приведите примеры. 5. Что такое класс и элемент класса? Приведите примеры. 6. Что такое атрибут? Приведите примеры. 7. Назовите и охарактеризуйте особенности объектно-ориентированного подхода. 8. Назначение модели OSI, разработанной международной организацией по стандартизации ISO. Что она содержит? 9. Сколько уровней представления информации в модели OSI? Опишите схематично транспортирование информации, осуществляемого в соответствии с этой моделью. 10. Перечислите основные процедуры в базовом информационном процессе по обработке информации. 11. Какие условия для оценки и выбора стратегии могут создаваться в процессах принятия решения? 12. Чем отличается база данных от банка данных? 13. Что представляет собой система БД? 14. Чем отличается склад данных от витрины данных? 15. Какие данные содержит репозиторий и кем он используется? 16. Назовите уровни представления данных. Какой уровень зависит от метода доступа к данным? 17. Что такое СУБД? Назовите основные функции СУБД. 18. Опишите схематично организацию хранения данных с использованием хранилища данных. 19. Какие факторы должны учитываться при разработке процесса представления информации? 20. Какие варианты интерфейсов «человек-компьютер» используются сегодня? Для кого они предназначены? 21. Что такое сценарий интерфейса? Как он проектируется?

Базовые ИТ 1.Мультимедиа-технологии 2. Геоинформационные технологии 3. Технологии защиты информации 4.CASE-технологии 5. Телекоммуникационные технологии 6. Технологии искусственного интеллекта

Мультимедиа - технологии Предметные области применения: образование, игровой бизнес, САПР и т.д.

Назначение мультимедиа-технологии: Объединение многокомпонентной инф. среды (текста, звука, графики, фото, видео) в однородном цифровом представлении. Обеспечение надежного и долговечного хранения информации больших объемов. Простота переработки информации. Носители: CD-ROM, Video-CD, CD-audio, DVD…

Группы, выделяемые в мультимедиа-среде: 1. аудиоряд может включать WAVE - речь, музыку, звуковые эффекты (гром, шум, скрип и т.п.) и MIDI – звуки музыкальных инструментов вместе с музыкальными редакторами (программы секвенсоры); 2. видеоряд может быть статическим (графика и фото) и динамическим (последовательность статических элементов – кадров); 3. текстовая информация. Группы динамического видеоряда: обычное видео (life video) – 24 кадра/сек; квази видео – 6-12 кадров в сек; анимация – последовательность рисованных изображений.

Проблемы мультимедиа технологий 1. Разрешающая способность экрана и количество цветов (при реализации видеорядов). Пути решения проблемы: Стандарт VGA дает разрешение 640 х 480 пикселей (точек) при 16 цветах или 320 х 200 при 256 цветах. Стандарт SVGA (видеопамять 512 Кбайт, 8 бит/пиксель) дает разрешение 640 х 480 при 256 цветах; 24-битные видеоадаптеры (видеопамять 2 Мбайт, 24 бит/пиксель) позволяют использовать 16 млн. цветов. 2. Объем памяти ( Кбайт для статического изображения одного полного экрана).

Геоинформационные технологии Предметные области применения: электронные карты; городское хозяйство; государственный земельный кадастр; экология и т.д.

Понятие ГИС Геоинформационная система (ГИС) – это ИС, в которой используется информация с явно выраженной пространственно-временной природой, а также методы и средства работы с такими данными. Примеры пространственной информации: топография, гидрография, инфраструктура, коммуникации, размещение объектов и т.п. Примеры ГИС - ИС для федерального и муниципального управления, ИС военного назначения и т.д. Основная проблема – формализация предметной области и ее отражение на электронной карте.

Графическая среда в ГИС Графический образ, формируемый в ГИС, состоит из: графической подложки (фона) – площадного или пространственного двухмерного изображения; графических объектов. Координатные классы данных в ГИС: точка, линия, контур (замкнутая линия), полигон (ареал, район). Типы взаимосвязей – для: построения сложных объектов из простых, вычисляемые по координатам объектов, определяемые при вводе данных с помощью специального описания и семантики.

Типы моделей для графической среды Векторная (бинарная) модель в транспортных, коммунальных, маркетинговых и т.д. приложениях ГИС. Растровая (ячеистая) модель объекта (территории) в виде регулярной сети, в которой каждая ячейка моделирует равный по размерам, но отличный по характеристикам (цвет, плотность) участок поверхности. В зависимости от вида ячеек растровые модели делятся на: - регулярные (квадрат, треугольник, шестиугольник), - нерегулярные (треугольные сети неправильной формы и полигоны Тиссена), - вложенные (рекурсивные или иерархические) Назначение векторных моделей - определение местоположения объекта, т.е. где находится объект. Назначение растровых моделей – определение того, что расположено в данной точке объекта (н-р, обработка аэрокосмических снимков).

Что представляет собой электронная карта? Она может быть организована в виде множества слоев (покрытий или карт подложек). Каждый слой в ГИС – цифровая картографическая модель, построенная на основе объединения (типизации) пространственных объектов с общими функциональными признаками.

Особенности ГИС При проектировании ГИС важным моментом является выбор размерности модели: двухмерная (2D) для построения карт; трехмерная (3D) для моделирования геологических процессов, проектирования инженерных сооружений (плотин, водохранилищ, карьеров и др.), моделирования потоков газов и жидкостей. ГИС обеспечивает комплексную обработку информации: Сбор первичных данных, Накопление и хранение информации, Моделирование (семантическое, имитационное, геометрическое, эвристическое), Автоматизированное проектирование, Документационное обеспечение.

Примеры ГИС ER Mapper для обработки больших фотографической информации, тематическое картографирование (геофизика, природные ресурсы, лесное хоз- во). Достоинства: точность, печать карт, визуализация 3-мерного изображения, библиотека алгоритмов. AtlasGIS (США) – полнофункциональная картографическая ИС для анализа и презентаций. Достоинства: легкость и гибкость ПО, настольный вариант. СADdy (Германия) для создания кадастровых и геоинф. систем (топографическая съемка, городское хозяйство, промышленность). Достоинства: объектно-ориентированная технология, развитая модульная структура, разработка польз. Приложений на языке Си. ERDAS для обработки аэрокосмических снимков. Достоинства: модульность системы, графический интерфейс, простатита обучения, многоплатформенность.

Технологии защиты информации

Виды информационных угроз Отказы и нарушения работоспособности ПО и ТС: Нарушения физической и логической целостности данных в следствие старения или преждевременного износа их носителей; Нарушения из-за старения и преждевременного износа аппаратных средств; Нарушения физической и логической целостности данных в следствие некорректного использования компьютерных ресурсов; Ошибки в программных средствах, не устраненные в ходе отладки и испытания. Преднамеренные угрозы, заранее планируемые злоумышленниками для нанесения вреда: Угрозы, реализация которых выполняется при постоянном участии человека; Угрозы без непосредственного участия человека.

Способы защиты информации в КС Внесение избыточности компьютерных ресурсов (структурной, информационной и функциональной); Защита от некорректного использования ресурсов КС; Выявление и своевременное устранение ошибок на этапах разработки программно-аппаратных средств.

Способы защиты информации от угроз Запрет несанкционированного доступа к ресурсам ВС (подтверждение подлинности пользователя и разграничение их доступа к ресурсам, использование простых и динамически изменяющихся паролей); Запрет несанкционированного использования ресурсов при осуществлении доступа (разграничение доступа по спискам или матрицам установления полномочий, разграничение по уровням секретности и категориям); Запрет несанкционированных действий, устранение их причин и последствий (криптографическая защита, своевременное уничтожение данных, защита от компьютерных вирусов).

Особенности криптографии Криптограмма (шифротекст) – это последовательность знаков, в которую преобразуется некоторый исходный (открытый) текст с помощью шифра. Шифр содержит два элемента: алгоритм и ключ. Ключ задает некоторые параметры алгоритма, обеспечивающего шифрование и дешифрование информации. Для похищения информации надо знать ключ и алгоритм шифрования. Типы криптографических систем (по способу использования ключей): Симметрические (одноключевые); Асимметрические (двухключевые или системы с открытым ключом) используются только для шифрования секретных ключей или для формирования цифровой подписи.

Примеры отечественных средств защиты информации Снег – программно-аппаратное средство для защиты информации от несанкционированного доступа в ПЭВМ и ЛВС (1-ая версия) и программное средство (2-ая версия). Спектр – программное средство для построения системы защиты информации от несанкционированного доступа для различных классов ПЭВМ под управлением Windows 95,98.

CASE-технологии Область применения: поддержка и автоматизация процессов инжиниринга (разработки программной системы) и реинжиниринга (модернизации программной системы)

Современные подходы к разработке ПО Функционально-модульный (структурный). Объектно-ориентированный. Недостатки структурного подхода: 1. Однонаправленность информационных потоков и недостаточная обратная связь. 2. Неоднородность ИР, используемых в большинстве ИС.

Что такое CASE-технология? CASE-технология – это комплекс ПС для поддержки процессов создания и сопровождения ПО, включая: анализ и формулировку требований, проектирование, генерацию кода, тестирование, документирование, обеспечение качества, управление проектом. Различают следующие виды CASE-технологий: CASE-технологии, ориентированные на структурный подход; CASE-технологии, ориентированные на объектно-ориентированный подход; комбинированные CASE-технологии.

Спецификация ОМА Консорциум ОМG (более 500 ведущих комп. Компаний: Sun, DEC, IBM, HP, Motorola и др.) для разработки спецификаций и стандартов по разработке и созданию распределенных объектных систем в разнородных средах. Базис – спецификация ОМА. Спецификация ОМА содержит следующие 4-ре компоненты – спецификации различных уровней поддержки приложений: 1. Архитектура брокера запросов объектов CORBA (определяет механизмы взаимодействия в разнородной сети). 2. Объектные сервисы (для создания приложений). 3. Универсальные средства (для поддержки пользовательских приложений: электронная почта, средства печати и др.). 4. Прикладные объекты (объекты приложений) для решения конкретных прикладных задач.

Концепция идеального объектно- ориентированного CASE-средства Использование унифицированного метода UML (Unified Modeling Language – унифицированный язык моделирования); авторы различных версий UML – Г. Буч, Д. Рамбо, И. Джекобсон. Инжиниринг – это спиральный цикл итеративного чередования следующих этапов: анализ-проектирование-реализация (программирование). Реинжиниринг - это спиральный цикл итеративного чередования следующих этапов: восстановление исходной модели ПС - проектирование новой ПС – изменение текста ПС (программирование). CASE-средство в идеале должно содержать 4-ре основных блока: АНАЛИЗ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА и ИНФРАСТРУКТУРА.

Телекоммуникационные технологии

Основы телекоммуникаций Разновидности архитектур КС: Одноранговая (мейнфрейм); классическая «клиент-сервер»; «клиент-сервер» на основе WEB-приложений. Структура WEB-приложения: 1. Компонент представления - КП(для интерфейса с пользователем). 2. Прикладной компонент - ПК. 3. Компонент доступа к инф. ресурсам или менеджер ресурсов - СУБД.

Основные модели в архитектуре «клиент-сервер» двухзвенная модель доступа к удаленным данным, двухзвенная модель сервера управления данными, двухзвенная модель комплексного сервера, трехзвенная модель в архитектуре «клиент-сервер».

Модель доступа к удаленным данным Особенности модели: - Невысокая производительность, т.к. вся обработка происходит на рабочих станциях; - Потери времени при передачи больших объемов с сервера на рабочую станцию для обработки.

Модель сервера управления данными Особенности модели: - Резкое сокращение объемов информации, передаваемых по сети; - Унификация и широкий выбор средств создания приложений; - Затруднительность совершенствования вычислительной системы из-за того, что между КП и ПК практически нет разграничения; - ПК должен быть несложным.

Модель комплексного сервера Особенности модели: - Высокая производительность; - Централизованное администрирование; - Экономия ресурсов сети; - Эффективна только для крупных сетей с постоянно увеличивающимися объемами информации.

Трехзвенная модель в архитектуре «клиент-сервер» Особенности модели: Cервер приложения (один или несколько) реализует несколько функций, каждая функция оформляется как отдельная служба и предоставляется нескольким программам.

Технологии искусственного интеллекта

Понятие интеллектуальной системы В ней должны быть реализованы: Функции представления и обработки знаний; Функции рассуждения; Функции общения.

Общая структура интеллектуальной ИС Машина БЗ - это Система управления БЗ и следующие блоки (базы): База фактов, База правил (продукций), База процедур, База закономерностей, База метазнаний, База целей (сценарии). Решатель – это Система управления решателем и следующие блоки: дедуктивный вывод (новые факты на основе эффективных эвристик); индуктивный и правдоподобный вывод (поиск по аналогии, по прецеденту и т.п.); планирование; функциональное преобразование (для решения задач расчетно-логического и алгоритмического типов). Естественно-языковый интерфейс пользователя.

Виды интеллектуальных ИС Интеллектуальные информационно- поисковые системы (на основе лингвистического процессора); Экспертные системы (для слабо формализуемых областях – медицина, биология, геология и др.); Расчетно-логические системы (для решения управленческих и проектных работ; семантическая сеть для модели БЗ, дедуктивный вывод и планирование); Гибридные экспертные системы.

Модели для представления знаний Семантические сети (вершины моделируют понятия, дуги – отношения между понятиями, направление дуги – и метки – семантику отношений) Фреймы (сети фреймов) Продукционные модели

Фреймовая модель Фрейм – структура данных для представления и описания стереотипных объектов, событий и ситуаций. Фреймы бывают двух видов – образец (прототип) и экземпляр (пример). Фрейм можно представить следующим кортежем:, где ИФ – имя фрейма, ИС – имя слота, ЗС – значение слота, ПП – имя присоединенной процедуры (процедуры-демоны и процедуры- слуги) Фреймовая модель состоит из 2-х частей: набор фреймов и механизм его преобразований.

Продукционная модель Продукционная модель – это набор правил вида «условие- действие», где условиями являются утверждения о содержимом БД, а действия – процедуры, которые могут изменять содержимое БД. Формально продукция выглядит следующим образом: (i); Q; P; C; A -> B; N, где (i) – имя продукции, Q – сфера применения правил, Р – предусловие (например, приоритетность), С – предикат (отношение), A -> B – ядро, N – постусловия (изменения, вносимые в систему правил). Схема построения продукции: ЕСЛИ …, ТО ….