1 ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет – УПИ

2 Кафедра «Автоматика и управление в технических системах» направление – Автоматизация и управление специальность – Управление и информатика в технических системах ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Лекция 1. Введение. 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Преподаватели: Чесноков Юрий Николаевич, доц., к.т.н., Дружинина Надежда Геннадьевна, доц.

3 Введение. 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Цель изучения материала: ознакомиться с основными понятиями теории информации – информация, энтропия, данные, семантика данных; изучить этапы обращения информации в системе: восприятие, подготовка, передача, хранение, обработка, отображение, воздействие информации. Компетенций, формирующиеся в процессе знакомства с материалом: готовность учитывать современные тенденции развития информатики и вычислительной техники, компьютерных технологий в своей профессиональной деятельности; приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии

4 Введение. 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Содержание лекции 1 Введение 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации

5 Основа дисциплины «Информационное обеспечение систем управления» – проблемы банков и баз данных. В лекциях концентрированно изложен материал дисциплины. Например, из [1] взяты основные теоретические положения. Из другой литературы заимствованы различные подходы к определению ряда понятий, особенно это касается определений нормальных форм. В целях лучшего восприятия ряда понятий рассмотрены многочисленные примеры, взятые из различных источников. Введение

6 Основное внимание уделено рассмотрению вопросов, касающихся реляционных баз данных, имеющих широкое применение. Для расширения кругозора в лекциях кратко описаны сетевые и иерархические базы данных. При разработке информационных систем, основой которых являются базы данных, студенты в своих дипломных работах пренебрегают подробным анализом предметной области, для которой предназначена система. В лекциях значительное внимание уделено так называемому инфологическому аспекту проектирования баз данных. Введение

7 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Информационное обеспечение – составная часть более широкого понятия информационных процессов [5]. Эти процессы определяются как «процессы создания, сбора, обработки, накопления, хранения, поиска, распространения и потребления информации». Термин «информация» происходит от латинского informatio – разъяснение, изложение. Существуют различные определения понятия информации: - вероятностно-статистическое (энтропийное), - нормативно-правовое, - философское или общенаучное и пр.

8 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации При энтропийном подходе информация трактуется как уменьшение степени неопределенности знания о каком-либо объекте, системе, процессе или явлении, или изменение неопределенности состояния самого объекта, системы, явления, процесса. С нормативно-правовой точки зрения информация – это сведения о лицах, предметах, фактах, событиях и процессах независимо от способа их представления.

9 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации В [5] предлагается объединить общенаучный и нормативно-правовой подход для трактовки понятия «информация». При таком подходе информация – это изменение объема и структуры знания о некоторой предметной области (лица, предметы, события, явления, процессы) воспринимающей системой (человек, организационная структура, автоматизированная информационная система) независимо от формы и способа представления знания.

10 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Информация с практической точки зрения – это все сведения, которые являются объектом хранения, передачи и преобразования. Информация проявляется в материально-энергетической форме в виде сигналов. Информация должна быть полезной, т.е. такой, которая снимает или уменьшает неопределенность на приемной стороне в отношении состояния источника сообщений – передающей стороны.

11 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Информация содержится в сообщении, передаваемом от отправителя к получателю. Сообщение описывает некоторое событие. Любое событие состоит в изменении состояния некоторого объекта или процесса. Сообщение является указанием на то, в каком из возможных состояний находится объект или процесс. Чем больше число состояний, в которых может находиться объект или процесс, т.е. чем больше первоначальная неопределенность, тем большая информация получается в результате приема сообщения.

12 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Для получателя состояние объекта или процесса является случайной величиной, характеризуемой законом распределения вероятностей. К. Шеннон предложил использовать в теории информации новый критерий – энтропию, который кратко описывает закон распределения случайной величины.

13 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Если непрерывная случайная величина x имеет дифференциальный закон распределения вероятностей р(х), то ее энтропия [4] Если дискретная случайная величина x имеет конечное число возможных значений с соответствующими вероятностями, то энтропия

14 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Если дискретная случайная величина имеет n равновероятных значений, причем вероятность каждого из них, то энтропия. Единицы измерения энтропии зависят от выбора основания логарифма: биты – для основания 2, диты – для основания 10.

15 Передача информации по реальному каналу связи всегда сопровождается шумами и помехами. Количество передаваемой информации по каналу при наличии помех определяется формулой, где Н(х) – энтропия передаваемого сообщения; Н( ) – энтропия шума. Аналогичная формула справедлива для количества информации, получаемой от измерительного прибора, который имеет случайную погрешность в пределах, если Н( ) рассматривать как энтропию случайной погрешности измерения. 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации

16 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Данные определяются как информация, отражающая состояние некоторой предметной области в конкретной форме представления и содержащая лишь наиболее существенные с точки зрения целей и задач сбора и обработки информации элементы образа отражаемого фрагмента действительности [5]. Информация на стадии данных характеризуется определенной формой представления и дополнительной характеристикой – структурой.

17 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Примеры неструктурированных данных: связный текст (т.е. документ на естественном языке – на литературном, официально-деловом и т.д.); графические данные в виде фотографий, картинок и прочих неструктурированных изображений. Примерами структурированной формы данных являются: анкеты; таблицы; графические данные в виде чертежей, схем, диаграмм.

18 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Структуризация данных – это первичная и наиболее трудно формализуемая и алгоритмизируемая процедура. По этой причине в системах управления используются лишь структурированные данные, которые можно обрабатывать программными средствами.

19 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Данные – это информация в формализованном виде, пригодном для ее обработки с помощью технических средств, или символьные и графические сведения об объектах окружающего мира. При числовой обработке данные – это переменные, векторы, матрицы, многомерные массивы, константы и т.д. При нечисловой обработке – это файлы, записи, поля, иерархии, сети, отношения и т.д. [8].

20 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации В системах управления данные чаще всего представлены кодами в двоичной системе. Такое представление данных связано с обработкой их с помощью ЭВМ.

21 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации В автоматизированных системах управления данные необходимо документировать. В организационно-управленческом смысле документ понимается как служебный или организационно- распорядительный документ, т.е. форма и способ выражения организационно-управленческих решений и воздействий. В нормативно-правовом аспекте документ определяется как зафиксированная на материальном носителе информация с реквизитами, позволяющими ее идентифицировать.

22 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Под документированием информации в широком смысле слова можно понимать выделение единичной смысловой части информации (данных) по некоторой предметной области в общей ее массе, обособление этой части с приданием ей самостоятельной роли (имя, статус, реквизиты и т.п.) Процесс документирования превращает информацию в информационные ресурсы – отдельные документы и отдельные массивы документов, документы и массивы документов в информационных системах (библиотеках, архивах, фондах, банках данных, других видах информационных систем) [5]. Таким образом, документирование информации подводит к фундаментальному понятию информационного обеспечения – информационным системам (ИС). Внедрение в информационные технологии вычислительной техники привело к созданию автоматизированных информационных систем (АИС) – систем, состоящих из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию выполнения установленных функций [5].

23 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Документирование информации – в широком смысле слова – выделение единичной смысловой части информации (данных) по некоторой предметной области в общей ее массе, обособление этой части с приданием ей самостоятельной роли (имя, статус, реквизиты и т.п.)

24 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Процесс документирования превращает информацию в информационные ресурсы – отдельные документы и отдельные массивы документов, документы и массивы документов в информационных системах (библиотеках, архивах, фондах, банках данных, других видах информационных систем) [5].

25 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Семантика данных – это их смысловое содержание. Средством представления семантики данных в большинстве случаев является естественный язык. В общем случае семантика изучает отношение между знаком и тем, что он обозначает, представляет, замещает. Это отношение не так просто, как кажется на первый взгляд. Даже в простейшем случае между знаком и его обозначением стоит субъект, который воспринимает и интерпретирует, понимает этот знак. Однако для изучения информационного обеспечения систем управления эти тонкости не будут иметь принципиального значения.

26 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации При обращении информации в системе выделяют следующие этапы [4]: Восприятие (извлечение) информации – целенаправленное извлечение и анализ информации о каком-либо объекте, в результате чего формируется образ объекта, проводится его опознание и оценка. Простейший вид восприятия заключается в различении двух состояний: наличия и отсутствия (да, нет). Более сложный вид восприятия – измерение. Проблема этого этапа – выделение сигнала из шумов.

27 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Подготовка информации. Содержит операции нормализации, аналого-цифрового преобразования (АЦП), шифрования. Этот этап можно объединить с предыдущим. Результат этапа – сигнал в удобной для передачи и обработки форме.

28 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Передача информации (пересылка из одного места в другое). Проблема этого этапа – декодирование. Хранение информации (пересылка от одного момента времени до другого). На этом этапе необходимо решать проблемы манипулирования данными, которые представляют хранимую информацию. В настоящее время данные хранятся в банках данных на машинных носителях вычислительных машин.

29 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Обработка информации для выявления ее общих и существенных взаимозависимостей, важных для системы (в том числе – с помощью вычислительной техники). В системах управления важнейшей целью обработки является решение задачи выбора управляющих воздействий (этап принятия решения).

30 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Отображение информации – представление информации человеку с помощью устройств, способных воздействовать на его органы чувств. Воздействие – информация используется для осуществления необходимых изменений в системе.

31 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Выводы и заключение по лекции: познакомились с основными понятиями теории информации – информация, энтропия, данные, семантика данных; изучили этапы обращения информации в системе: восприятие, подготовка, передача, хранение, обработка, отображение, воздействие информации.

32 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.1. Основные определения теории информации Перечень источников: Четвериков В.Н. Базы и банки данных/ В.Н. Четвериков, Г.И. Ревунков, Э. Н. Самохвалов; под ред. В.Н. Четверикова. М.: Высшая школа, с. Дейт К. Дж. Руководство по реляционной СУБД DB2/ К. Дж. Дейт. М.: Финансы и статистика, с. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных/ К. Дж. Дейт. М.: Издательский дом «Вильямс», 2001, 1072 с. Дмитриев В.И. Прикладная теория информации/ В.И. Дмитриев. М.: Высшая школа, с. Гайдамакин Н.А. Автоматизированные информационные системы, базы и банки данных/ Н.А. Гайдамакин. М.: Гелиос АРВ, С. Карпова Т.С. Базы данных: модели, разработка, реализация/ Т.С. Карпова. СПб.: Питер, с. Мамаев Е.В. MS SQL Server 7.0. Проектирование и реализация баз данных/ Е.В. Мамаев. СПб.: БХВ- Санкт-Петербург, с. Озкарахан Э. Машины баз данных и управление базами данных/ Э. Озкарахан. М.: Мир, с. Селко Джо. SQL для профессионалов. Программирование/ Джо Селко. М.: «Лори», с. Системы управления базами данных и знаний/ А.Н. Наумов [и др.]; под общ. ред. А.Н. Наумова. М.: Финансы и статистика, с. Теория автоматического управления/ С.Е. Душин [и др.]; под общ. ред. Б. Б. Яковлева. М.: Высшая школа, с. Харрингтон Дж. Л. Проектирование реляционных баз данных. Просто и доступно/ Дж. Л. Харрингтон. М.: «Лори», с. Хендерсен К. Delphi 3 и системы клиент/сервер: руководство разработчика/ К. Хендерсен. Киев: Диалектика, с.