Системный подход в моделирование, понятие систем. Статические и динамические информационные модели

РОСИЙСКАЯ МЕЖДУНОРОДНАЯ  АКАДЕМИЯ ТУРИЗМА 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат по курсу: «Информатика и программирование» 

Тема: «Системный подход в моделирование, понятие систем. Статические и демонические информационные модели » 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Студент: Акст                          О.В.Группа:086102 МГ

Преподаватель:

                                                                              Лопатина О.В.                               
 
 
 
 

      2011 
 

      Содержание  
 
 

1. Системный подход в моделирование, понятие систем…………….3 стр. 
 

2. Статические и  динамические информационные  модели…………11стр. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Системный подход в моделирование, понятие систем.  
 

Любой искусственный объект можно рассматривать  с двух точек зрения - глазами  пользователя и глазами разработчика.  

Покупая телевизор, Вас интересует, прежде всего, его дизайн и технические характеристики, например размер экрана. Вы смотрите на объект как бы с внешней стороны - глазами пользователя. Телевизор  в данном случае - это в буквальном смысле черный ящик и содержимое его для Вас не представляет никакого интереса.  

Другое  дело - разработчик. Чтобы спроектировать тот же телевизор, надо решить, из каких  деталей он будет изготовлен и  как их собрать воедино, чтобы  все работало. Таким образом, разработчика теперь интересует внутреннее строение объекта - его структура.  
 

Рассмотренный пример демонстрирует два альтернативных подхода к моделированию - детерминистский (Ньютоновский) и системный.  

В первом случае (детерминистский подход), объект рассматривается как черный ящик. Его работа (поведение) описывается некоторой функцией и сопровождается определенным набором параметров. Предполагается, что внешняя среда ("окружение") не оказывает влияния на работу объекта. Это означает также отсутствие взаимного влияния таких объектов друг на друга.  

Другими словами, во взаимодействии они будут  работать точно так же, как и  в изоляции. Такой изолированный  взгляд значительно упрощает изучение объектов, но приводит к необходимости  делать массу (порой необоснованных) допущений. Например, в электронике приходится предполагать, что входные сопротивления неизмеримо выше выходных (Rвх->1, Rвых->0), а мощности любых источников питания и выходных сигналов бесконечно велики.  

Главное достоинство этого подхода - простота исследования объекта - нередко вступает в противоречие с точностью и надежностью получаемых результатов. Попробуйте измерить напряжение на выходе логического элемента, переведенного в Z-состояние, цифровым и стрелочным вольт-метрами и результат ошеломит вас.  

Системный подход предлагает вам "забраться" внутрь черного ящика и посмотреть, что там есть. Вы увидите, что на самом деле объект представляет собой  совокупность связанных между собой  элементов (структуру), которые еще  и влияют друг на друга.  

Кроме того, системный подход предполагает, что "окружение" оказывает влияние  на поведение объекта, и этим влиянием пренебрегать нельзя.  

Итак, можно  зафиксировать первую особенность  системного подхода: он рассматривает  объект не как черный ящик, а как  сложно организованную систему, состоящую из множества взаимодействующих элементов. Поведение объекта должно рассматриваться "в окружении" (с учетом влияния внешней среды). То же самое можно сказать и об отдельном элементе системы.  

Кстати, любой элемент можно в свою очередь раздробить на более мелкие части и повторно применить к ним системный подход. Таким образом, можно говорить о структурной декомпозиции объекта и его иерархической организации.  

Для иерархического описания определены две операции противоположного действия:  

Push - понизить (детализировать) описание;  

Pop - повысить  уровень описания (спрятать структуру  в черный ящик).  

Что же дает нам системный подход? Прежде всего, он позволяет представить  одну сложную задачу совокупностью  более простых, которые можно решать быстрее и легче. А главное, их можно решать параллельно.  

Во-вторых, проектирование на любом иерархическом  уровне ведется с учетом окружающей среды. Это исключает ситуации, когда  готовый проект при реализации отказывается работать из-за не идеальности источников питания, внешних помех и наводок, изменения температуры, неучтенной нагрузки и т.п.  

Благодаря системному подходу, реализованному в  процедурах иерархического проектирования, удалось расширить класс принципиально  решаемых задач (например, проектирование СБИС) и повысить качество проектирования.  

Примечательной  особенностью системного подхода является его универсальность: с неизменным успехом он применим как для сложных, так и для простых объектов, а при многоуровневом описании сложных систем он "работает" на любом иерархическом уровне, то есть применим не только к системе, но и к любой ее части 

Системный подход к моделированию заимствует основные понятия, определения и  методологию общей теории систем. Назовем некоторые из них.  

Система - это совокупность связанных элементов, объединенных в одно целое для достижения определенной цели (например, логический элемент, триггер, счетчик, процессор). Другими словами, любой объект любой сложности можно рассматривать как систему.  

Чтобы разобраться в системе, изучить, исследовать ее (задача анализа), надо описать систему, зафиксировать ее свойства, поведение, структуру и параметры, то есть построить одну или несколько моделей.  

Для этого  надо ответить на три основные вопроса:  

— Что она делает (узнать поведение, функцию системы);  

— Как  она устроена (выяснить структуру  системы);  

— Каково ее качество (насколько хорошо она  выполняет свои функции).  
 

Структура системы - это фиксированная совокупность элементов, составляющих систему, и связей между ними.  

Наиболее  часто структура системы изображается в виде схемы. Это может быть блок-схема, структурная, функциональная или принципиальная схема. Наконец, это может быть монтажная  схема или сборочный чертеж, печатная плата или топология. Такие схемы называют инженерной формой представления структуры схемы.  
 

Другой, математической формой отображения  структуры является граф. В этом случае элементы структуры представляются вершинами графа, а связи - его  дугами или ребрами. Она представляет собой двудольный ориентированный граф, вершинами которого являются позиции (небольшие окружности) и переходы (планки). Эта модель показывает взаимодействие трех асинхронных процессов: поступление заданий во входную очередь (позиция Р1), обработку их процессором (позиция Р2) и вывод заданий на печать (позиция Р5). Из рисунка видно, что позиции моделируют устройства (Р2 - процессор, Р5 - принтер, ...) и состояния процессов, а переходы - события, происходящие в системе. Фишка (или несколько фишек) в позиции отражает состояние устройства или процесса. Например, если в позиции Р2 есть фишка, то процессор свободен и может начать выполнение задания, если в Р2 нет фишки, то процессор занят.  

Перемещение фишек по графу имитирует динамику работы ВС.  

Структурный элемент системы - это элементарная, неделимая на данном уровне детализации единица (часть) системы. Неделимость элемента - это удобное допущение, но не физическое свойство. Оперируя понятием элемент, мы оставляем за собой право перейти на более низкий иерархический уровень и говорить о том, из чего состоит элемент. Сказанное свидетельствует о физической разложимости последнего.  

Элемент системы часто называют структурным  примитивом (СТП). В действительности, он является черным ящиком и указывает  входы, выходы и выполняемую функцию  

Название  структурный примитив не должно вводить  Вас в заблуждение. В зависимости  от сложности системы и уровня ее детализации в качестве структурного примитива может выступать отдельный  транзистор, логический элемент, счетчик  или целый микропроцессор.  

Обычно  структурными примитивами представляются конструктивно законченные изделия, которые не надо проектировать, например интегральные микросхемы любого уровня сложности.  
 

Функция системы - это формализованное или содержательное (словесное) описание принципа работы (функционирования) системы. Функцию системы желательно представить в аналитической форме, используя тот или иной математический аппарат, например функциональный анализ, теорию очередей, Марковские модели, исследование операций, математическую логику и т.п.  

Для сложных  систем не удается получить формализованное  описание. В этом случае поведение  системы представляется алгоритмом, записанным в той или иной форме (блок- или граф- схемы алгоритмов, операторные схемы).  

В крайнем случае, можно довольствоваться словесным описанием работы системы, от которого, правда, мало толку, если говорить об автоматизации проектирования.  

Параметры системы - это величины характеризующие качество, свойства или режимы работы объекта. Различают выходные, внутренние и внешние параметры.  

Выходные  параметры - это показатели качества системы. По ним можно судить о правильности функционирования системы и ее качестве. Они позволяют сравнивать однотипные по назначению системы, сделать выбор подходящего варианта.  

Выходных  параметров обычно много и их принято  представлять вектором: Y = (y1,y2,...,yn)  

Например, если в качестве системы рассматривается  операционный усилитель, то его выходными  параметрами будут:  

y1 - коэффициент  усиления;  

y2 - полоса  пропускания;  

y3 - напряжение  смещения нуля;  

и т.п.  

Для логического элемента выходные параметры будут другими:  

y1 - потребляемая  мощность;  

y2 - задержка  распространения сигнала;  

y3 - коэффициент  разветвления по выходу и т.п.  

Внутренние  параметры - это параметры структурных (внутренних) элементов системы: X = (x1,x2,...,xn)  

Для рассмотренных  примеров элементами системы являются транзисторы, резисторы, конденсаторы, диоды и т.п. Следовательно, в качестве Х-параметров могут выступать коэффициент  усиления по току b транзистора, частота  единичного усиления fт, тепловой ток Iк0, напряжение пробоя коллекторного перехода, температурный коэффициент сопротивления, технологический разброс и т.п.  

Внешние параметры - это параметры внешней среды, оказывающие влияние (обычно отрицательное) на функционирование системы.  

Q = (q1,q2,...,qn)  

Прежде  всего, это параметры источников питания, температура, внешние наводки  и помехи. Входные сигналы и  нагрузка также являются внешними по отношению к системе параметрами ("окружением").  

Параметры входных сигналов иногда выделяют в отдельную группу и называют входными параметрами: I = (i1,i2,...,in)  

Конечно, в этом нет особой необходимости, однако графическое представление  объекта становится более наглядным  

Как видно  между различными видами параметров, существует некоторая зависимость. Правильнее говорить, что выходные параметры объекта (а, значит, и его качество), зависят от входных воздействий, параметров внешней среды и, конечно же, от качества составляющих объект элементов (Х-параметров).  

Такая зависимость представляется в аналитической форме и называется глобальной функцией объекта W.  

В первом случае мы ничего не знаем о составляющих объект элементах, то есть нам неизвестны его Х-параметры. Поэтому глобальная функция объекта записывается в  упрощенном виде, как его реакция на внешние воздействия I и Q