Создание и развитие информационных технологийсистем управления
Изложенные в предыдущей лекции особенности использования ЭВМруководителем в прикладных системах определяют необходимость ознакомления сосновными требованиями к организации создания автоматизированных компьютерныхсистем и их разновидностей. Настоящий раздел содержит требования кавтоматизированным организационно-технологическим системам для руководства, ихназначению, составу, основным принципам создания и функционирования. При этомразличные виды интегрированных систем управления рассматриваются как важнейшийкласс прикладных информационных систем обработки данных и управления./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> Основные требования к информационным технологиям систем управления/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Назначение автоматизированных систем
Автоматизированные системы управления (АСУ) представляют собойорганизационно-техническую систему, обеспечивающую выработку решений на основеавтоматизации информационных операций и процессов в различных сферахдеятельности (управление, проектирование, производство и т.д.) или ихсочетаний.
В зависимости от сферы автоматизируемой деятельности различают различныевиды АСУ:
· автоматизированные системы управленияотраслевого назначения (ОАСУ), для руководства производством (АСУП),технологическими процессами (АСУТП), гибкими программируемыми процессами(АСУГПС) и др.;
· системы автоматизированногопроектирования (САПР);
· автоматизированные системы управлениянаучными исследованиями (АСУНИ);
· АСУ обработки и передачи информации(АСУОИ);
· автоматизированные системы управлениятехнологической подготовки производства (АСУТПП);
· автоматизированные системы управленияконтролем и испытаниями (АСУК);
· системы, автоматизирующие сочетанияразличных видов деятельности;
· корпоративные автоматизированныесистемы с сетями ЭВМ;
· глобальные международные системыуправления (банки, безналичные расчеты типа VISA).
АСУ реализуют различные информационные технологии управления в видеопределенной последовательности информационно связанных функций, задач илипроцедур, выполняемых в автоматизированном (интерактивном) или автоматическомрежимах.
Целесообразность создания, внедрения и развития автоматизированныхсистем управления определяется экономическими, социальными, научно-техническимии другими полезными эффектами, получаемыми в результате автоматизацииуправления./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Состав и структура автоматизированных систем
АСУ представляет собой совокупность комплекса средств автоматизации(КСА), информационных и программных комплексов, организационно-методических итехнических документов, специалистов по информационным технологиям иуправленческого персонала, использующего возможности АСУ в процессепрофессиональной деятельности.
В процессе проектирования автоматизированных систем управления (ихчастей) разрабатывают, в общем случае, следующие виды обеспечения:
· техническое;
· программное;
· информационное;
· организационно-методическое;
· метрологическое;
· правовое;
· математическое;
· лингвистическое;
· эргономическое.
Проектные решения по программному, техническому и информационномуобеспечениям реализуют в виде взаимоувязанной совокупности компонент икомплексов, входящих в состав АСУ (их частей) с необходимойорганизационно-методической и эксплуатационной документацией.
Внутреннее строение автоматизированных систем характеризуют при помощиструктур, описывающих устойчивые связи между элементами систем управления:
1) функциональные –
* элементы – функции, задачи, процедуры;
* связи – информационные;
2) технические –
* элементы – устройства, компоненты икомплексы;
* связи – линии и каналы;
3) организационные –
* элементы – коллективы людей и отдельныеисполнители;
* связи – информационные, соподчинения ивзаимодействия;
4) документальные –
* элементы – неделимые составные части идокументы АСУ;
* связи – взаимодействия, входимости исоподчинения;
5) алгоритмические –
* элементы – алгоритмы;
* связи – информационные;
6) программные –
* элементы – программные модули иизделия;
* связи – управляющие;
7) информационные
* элементы – формы существования ипредставления информации в системе;
* связи – операции преобразованияинформации в системе./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Принципы создания автоматизированных систем
АСУ создают в соответствии с техническим заданием, являющимся основнымисходным документом, на основании которого проводят создание и приемку еезаказчиком.
При создании автоматизированных систем необходимо руководствоватьсяпринципами системности, развития (открытости), совместимости, стандартизации(унификации) и эффективности:
· принцип системности заключается в том,что при декомпозиции должны быть установлены такие связи между структурнымиэлементами системы, которые обеспечивают целостность ее и взаимодействие сдругими системами;
· принцип развития (открытости)заключается в том, что, исходя из перспектив развития объекта автоматизации,она должна создаваться с учетом возможности пополнения и обновления функций исостава без нарушения ее функционирования;
· принцип совместимости заключается втом, что при создании системы должны быть реализованы информационныеинтерфейсы, благодаря которым она может взаимодействовать с другими системами всоответствии с установленными правилами;
· принцип стандартизации (унификации)заключается в том, что при создании системы должны быть рационально примененырешения, пакеты прикладных программ, комплексы, компоненты;
· принцип эффективности заключается вдостижении рационального соотношения между затратами на ее создание и целевымиэффектами, включая конечные результаты, полученные в результате автоматизации.
При создании (модернизации) объектов автоматизации должно бытьпредусмотрено проведение работ по созданию (модернизации) АСУ. />/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Основные требования и тенденции развития компонентов системуправления
Современные системы управления характеризуют следующие параметры:
· экономические, например, отношение стоимость / производительность;
· технические, например, надежность и отказоустойчивость;
· организационные, например, масштабируемость;
· способностьк развитию, например,совместимость и мобильность программного обеспечения./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Отношение стоимость/производительность в системахуправления
Появление новых информационных технологий определяется, прежде всего,требованиями рынка. В сложных и многофункциональных системах управления находятприменение большие универсальные вычислительные машины (мейнфреймы) исуперкомпьютеры. Для достижения поставленных целей при проектированиивысокопроизводительных компьютеров, предназначенных для решения особо важныхзадач (военные заказы, заказы правительственных структур, заказы центровуправления космическими объектами), приходится игнорировать стоимостныехарактеристики. Суперкомпьютеры и высокопроизводительные мейнфреймы относятсяименно к этой категории компьютеров. Другим крайним примером может служитьнизкостоимостное оборудование систем управления, где производительностьпринесена в жертву для достижения низкой стоимости. К этому направлениюотносятся персональные компьютеры (ПК). Между этими двумя крайниминаправлениями находится оборудование систем управления, где достигнут балансмежду стоимостными параметрами и производительностью. Типичными примерамитакого рода компьютеров являются миникомпьютеры и рабочие станции.
Для сравнения различных аппаратных средств систем управления между собойобычно используются стандартные методики измерения производительности. Этиметодики позволяют разработчикам и пользователям выявить полученные врезультате испытаний количественные показатели производительности для выборавариантов проектных решений. В конечном счете, именно производительность истоимость и их отношение дают пользователю рациональную основу для решениявопроса о выборе системы управления./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Надежность и отказоустойчивость систем управления
Важнейшей характеристикой оборудования систем управления является надежность.Обеспечение надежности основано на точном понимании физических и логическихоснов работы системы, предотвращении нарушения хода вычислительного процессапутем снижения интенсивности отказов и сбоев за счет применения качественныхэлектронных схем и компонентов с высокой и сверхвысокой степенью интеграции,снижения уровня помех, облегченных режимов работы схем, обеспечения тепловыхрежимов их работы, а также, за счет совершенствования методов сборки, испытанияи обслуживания вычислительных средств.
Отказоустойчивость – это такое свойствовычислительной системы, которое обеспечивает ей, как логической машине,возможность продолжения действий, заданных программой, после возникновениянеисправностей. Обеспечение отказоустойчивости требует аппаратной, программнойи логической информационной избыточности. Направления, связанные спредотвращением неисправностей и с отказоустойчивостью, – основные в проблеменадежности. Концепции параллельности и отказоустойчивости вычислительных системестественным образом связаны между собой, поскольку в обоих случаях требуютсядополнительные функциональные компоненты. Поэтому, собственно, на параллельныхвычислительных системах достигается как наиболее высокая производительность,так и, во многих случаях, очень высокая надежность. Имеющиеся ресурсыизбыточности в параллельных системах могут гибко использоваться как дляповышения производительности, так и для повышения надежности. Структурамногопроцессорных и многомашинных систем управления приспособлена к автоматическойреконфигурации и обеспечивает возможность продолжения работы системы послевозникновения неисправностей.
Следует помнить, что достижение надежности систем управления связано нетолько с надежностью аппаратных средств, но и программного,информационного,организационногообеспечения. Главной целью повышения надежности систем является целостностьхранимых в них данных, согласованность мероприятий по обеспечению надежностикомпонент.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Масштабируемость систем управления
Масштабируемость представляет собой возможность наращивания числа имощности процессоров, объемов оперативной и внешней памяти и других ресурсоввычислительной системы. Масштабируемость должна обеспечиваться архитектурой иконструкцией системы управления, а также соответствующими средствамипрограммного обеспечения.
Добавление каждого нового процессора в действительно масштабируемойсистеме управления должно давать прогнозируемое увеличение производительности ипропускной способности при приемлемых затратах. Одной из основных задач припостроении масштабируемых систем является минимизациястоимости развития системы управления. Развитие компьютерной системы,являющейся компонентом системы управления, должно приводить к линейному ростуее производительности. Однако это не всегда так. Потери производительностимогут возникать, например, при недостаточной пропускной способности шин из-заусложнения связей и трафика между процессорами и основнойпамятью, а также между памятью и устройствами ввода / вывода. Вдействительности реальное увеличение производительности компьютерных систем взначительной степени зависит от состава прикладных задач.
Возможность масштабирования системы определяется не только архитектуройаппаратных средств, но и зависит от заложенных свойств программного иинформационного обеспечения. Масштабируемость программного обеспечениязатрагивает все его уровни от программ передачи сообщений до программ работы сосложными объектами, и программ взаимодействия со средой системы управления. Вчастности, программное обеспечение должно обеспечить оптимальный трафикмежпроцессорного обмена, который может препятствовать линейному роступроизводительности системы. Аппаратные средства (процессоры, шины и устройства ввода /вывода) являются частью масштабируемой архитектуры, используя возможностикоторой программное обеспечение может обеспечить предсказуемый ростпроизводительности при изменении масштабов компьютерной системы управления.Важно понимать, что простой переход, например, на более мощный процессор можетпривести к перегрузке других компонентов системы. Это означает, чтодействительно масштабируемая система должна быть сбалансирована по всемпараметрам. Проблема масштабируемости систем управления определяет ееэкономичность и должна находиться в поле зрения руководителя./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Совместимость и мобильность программного обеспечения системуправления
Концепция программной совместимости закладывается при проектированиисистем управления и заключается в создании такой архитектуры системыуправления, комплекса оборудования, которые были бы одинаковыми с точки зренияпользователя для всех вариантов применяемых в системе средств независимо от ихцены и производительности. Преимущества такого подхода, позволяющего сохранятьсуществующее программное обеспечение при переходе на новые (как правило, болеепроизводительные) модели, были быстро оценены как производителями ипоставщиками средств систем управления, так и пользователями. Практически всепоставщики компьютерного оборудования для систем управления взяли на вооружениеэти принципы, поставляя серии совместимых компьютеров, программ, баз данных.Однако, со временем даже самая передовая архитектура неизбежно устаревает ивозникает потребность внесения радикальных изменений в архитектуру и способыорганизации систем управления.
Одним из наиболее важных факторов, определяющих современные тенденции вразвитии информационных технологий управления, является ориентациякомпаний-поставщиков оборудования на рынок прикладных программных средств. Этообъясняется, прежде всего, тем, что для конечного пользователя, в конце концов,важно программное обеспечение, позволяющее решить его задачи, а не выбор той илииной аппаратной платформы. Переход от однородных сетей программно совместимыхкомпьютеров к построению неоднородных сетей, включающих компьютеры разныхфирм-производителей, в корне изменил и точку зрения на саму сеть. Изсравнительно простого средства обмена информацией компьютерные сетипревратилась в средство интеграции отдельных ресурсов – мощную распределенную вычислительнуюсистему, каждый элемент которой (сервер или рабочаястанция) лучше всего соответствует требованиям конкретной прикладной задачи управления.
Этот переход выдвинул ряд новых требований:
· Во-первых, прежде всего такаявычислительная среда должна позволять гибко менять количество и составаппаратных средств и программного обеспечения в соответствии с меняющимисятребованиями решаемых задач.
· Во-вторых, компьютерная среда должнаобеспечивать возможность запуска одних и тех же программных систем на различныхаппаратных платформах, т.е. обеспечивать мобильность программного обеспечения.
· В-третьих, компьютерная среда системуправления должна гарантировать возможность применения одних и тех жечеловеко-машинных интерфейсов на всех компьютерах, входящих в неоднороднуюсеть.
В условиях жесткой конкуренции производителей аппаратных платформ ипрограммного обеспечения сформировалась концепция открытых систем,представляющая собой совокупность стандартов на различные компонентывычислительной среды, предназначенных для обеспечения мобильности программныхсредств в рамках неоднородной, распределенной вычислительной системы.
Одним из вариантов моделей открытой среды является модель OSE (OpenSystem Environment), предложенная комитетом IEEE POSIX. Наоснове этой модели Национальный институт стандартов и технологий США выпустилдокумент «Application Portability Profile (APP). The U.S. Government's Open System Environment Profile OSE/1, который, в частности, определяет рекомендуемые длясистем государственного управления федеральных учреждений США спецификации вобласти информационных технологий, обеспечивающие мобильность системного иприкладного программного обеспечения.
Ведущие производители компьютеров и программного обеспеченияпридерживаются требований документов, определяющих совместимость ивзаимодействие частей системы управления. Эта проблема также должна быть в полезрения руководителя как заказчика системы управления./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Аппаратныеи программные средства систем управления, ориентированные на руководителя
автоматизированныйуправление система надежность
Важнейший вид аппаратных средств систем управления,ориентированных на руководителей в распределенных сетевых системах управления –рабочиестанции (или автоматизированные рабочие места (АРМ)). Ониосуществляют интегрированную обработку данных по всем альтернативам проблемныхситуаций в зоне компетенции руководителя, имеют различные структуры связи ссетевыми серверами, образуя различные архитектуры прикладных систем дляиндивидуальной и групповой обработки данных. В этой связи в последующихразделах рассматриваются тенденции развития АРМ и рабочих станций, какважнейшего звена непосредственного контакта компьютерных информационных системуправления с руководством, различные классы архитектур объединения рабочихстанций в системы управления.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Автоматизированные рабочиеместа и рабочие станции в системах управления
Автоматизированные системы управления, в ряде случаев, обладают однимсущественным недостатком – преимущественным использование централизованнойобработки данных и разобщенность функционального пользователя и информационнойсистемы управления при принятии решений.
Указанный недостаток устраняется при использовании автоматизированныхрабочих мест.
Автоматизированные рабочие места нашли широкое применение во всех сферахуправленческой деятельности. Это бухгалтерские, экономические, финансовые идругие АРМы, решающие одну или несколько задач управления. Наибольший эффект отприменения АРМ достигается при их сетевом использовании.
АРМы стали незаменимыми для руководителей предприятий промышленности,строительства, непромышленной сферы, коммерческих, финансово-инвестиционныхструктур, руководителей маркетинговых и банковских служб и т.д.
Программное обеспечение типовых автоматизированных рабочих мест содержитинвариантное настраиваемое проблемно-ориентированное программное обеспечение(ПО). Создание ПО АРМ начинается с разработки логической схемы разрешенияпроблемных ситуаций управления, представленных в виде последовательныхпроцедур, состоящих из простых операций. Может быть выделено до ста и болеетаких операций, для каждой из которых разрабатываются новые или выбираются ужеизвестные информационные модели, математические модели, средства диалога исервиса, подсказки и контроля. Как показывает статистика, примерно около третиопераций современных АРМ выполняются в условиях неопределенности исключительнос помощью использования математического моделирования.
Основа современных АРМ–персональные компьютеры, тенденции развитиякоторых существенно определяют архитектуру АРМ и рабочих станций. Руководителюважно знать тенденции развития персональных компьютеров (ПК) в связи сразвитием АРМ.
Персональные компьютеры появились в результате эволюции мини-компьютеров припереходе элементной базы машин с малой и средней степенью интеграцииэлектронных компонентов на большие и сверхбольшие интегральные схемы. ПК,благодаря своей низкой стоимости, очень быстро завоевали хорошие позиции накомпьютерном рынке и создали предпосылки для разработки новых программныхсредств, ориентированных на конечного пользователя. Это, прежде всего,дружественные пользовательские интерфейсы, а также проблемно-ориентированныесреды и инструментальные средства для автоматизации разработки прикладныхпрограмм.
Миникомпьютеры стали прародителями и другого направления развитиясовременных ЭВМ – создание RISC-процессоров, реализующих сокращенную системукоманд, необходимых пользователю, что привело к окончательному оформлениюнастольных систем высокой производительности, которые сегодня известны какрабочие станции. Первоначальная ориентация рабочих станций связана спрофессиональными пользователями в отличие от ПК, которые ориентировались насамого широкого потребителя непрофессионала. В результате АРМ и рабочие станции– это хорошо сбалансированные системы, в которых высокое быстродействиесочетается с большим объемом оперативной и внешней памяти,высокопроизводительными внутренними магистралями, высококачественной ибыстродействующей графической системой и разнообразными устройствами ввода /вывода. Эти свойства выгодно отличают рабочие станции среднего и высокогокласса от ПК и сегодня.
Широкое распространение получили системы мультимедиа применение которыхзависит от возможности использования высокопроизводительных ПК и рабочих станцийс развитыми аудио- и графическими средствами и соответствующими объемамиоперативной и внешней памяти.
Высокая стоимость мейнфреймов и систем среднего класса обусловилиразработку распределенных систем и систем клиент / сервер, котораяявляется оправданной по экономическим соображениям альтернативой. Эти системыбазируются на высоконадежных и мощных рабочих станциях и серверах.
Пользователю рабочих станций и АРМ важно понимать особенности логическойструктуры, часто определяемой как архитектуру системы. Обычно, когда новаяархитектура создается группой архитекторов, независимых групп разработчиков,которые регулярно развивали архитектуру, добавляя новые возможности кпервоначальному набору команд, связям, вводя новые элементы в ПК и АРМ.
Стремительный рост производительности персональных компьютеров, рабочихстанций и серверов создал тенденцию перехода с мейнфреймов на компьютеры менеедорогих классов: миникомпьютеры и многопроцессорные серверы. Эта тенденцияполучила название «разукрупнение» (downsizing). Однако этот процесс в самое последнее время несколькозамедлился. Основной причиной возрождения интереса к мейнфреймам эксперты порабочим станциям считают сложность перехода к распределенной архитектуреклиент-сервер, которая оказалась выше, чем предполагалось. Кроме того, многиепользователи считают, что распределенная среда обработки данных не обладаетдостаточной надежностью для наиболее ответственных приложений, которой обладаютмейнфреймы.
Выбор центральной машины (сервера) для построения информационной системыуправления возможен только после глубокого анализа проблем, условий итребований конкретного заказчика и долгосрочного прогнозирования развития этойсистемы управления.
Главным недостатком мейнфреймов в настоящее время остается относительнонизкое соотношение производительность / стоимость. Однако,фирмами-поставщиками мейнфреймов предпринимаются значительные усилия поулучшению этого показателя.
Следует также помнить, что в мире существует огромная инсталлированнаябаза мейнфреймов, на которой работают десятки тысяч прикладных программныхсистем. Отказаться от годами наработанного программного обеспечения просто неразумно. Поэтому в настоящее время ожидается рост продаж мейнфреймов. Этисистемы, с одной стороны, позволят модернизировать существующие большиеинформационные системы, обеспечив сокращение эксплуатационных расходов, сдругой стороны, создадут новую базу для наиболее ответственных приложений.