Техническое обеспечение АИС

Компьютерные сети по функциональному признаку делят на системы:

• абонентские (компьютер в составе сети, обеспечивающий пользователю доступ к ее ресурсам);
• коммутационные (узлы соединения (коммутации) сети передачи данных между абонентскими системами — процессоры телеобработки или специальные сетевые процессоры);
• Host-системы (сетевые серверы — специальные компьютеры, выполняющие основные функции управления сетью, сбора, обработки, хранения и предоставления информации пользователям сети). По предоставлению сервисных услуг выделяют файл-серверы, серверы доступа и т. д.

При подключении локальной сети к Интернету каждый компьютер этой сети через свой Host-компьютер получает возможность выхода в Интернет.

Средства подготовки и регистрации информации (СПР)

Самую большую сложность представляет перевод традиционных документов в электронный вид для последующей их обработки в ЭВМ. В настоящее время для этих целей используют клавиатуру ЭВМ, разнообразные сканеры, цифровые фотоаппараты, видеокамеры, мобильные телефоны, микрофоны.

Клавиатура служит для ввода символьных данных и управления работой ПК. Ввод содержания документов вручную с клавиатуры для подготовки и регистрации их в ЭВМ — достаточно трудоемкий и утомительный процесс, поэтому все большее применение находят сканеры и другие технические средства, автоматизирующие его.

Сканер называют глазами компьютера. Сканер — устройство, в котором с помощью лазерного луча считывается (точка за точкой переводится в цифровой вид) графическая информация (в том числе текст), которая воспринимается компьютером. Созданная в памяти компьютера совокупность точек является графической копией исходного документа. Затем с помощью специальных программ оптического распознавания символов OCR или шрифтового преобразования (например, Fine Reader российской фирмы ABBYY и CuneiForm российской фирмы Cognitive Technologies) графическую картинку текста можно перевести на естественный язык.

Основные характеристики сканера: оптическое и физическое разрешение, глубина цвета, скорость сканирования.

Разрешение — главная характеристика, чем оно выше, тем лучше. Сканирование выполняется по горизонтальным строкам, которые формируются точками. Чем больше и лучше светочувствительные элементы, тем больше точек строки сканер воспринимает, тем выше разрешение. Единицей измерения разрешения является количество точек на дюйм (dpi). Современные сканеры имеют разрешение от 600 до 1200 dpi. Но это оптическое разрешение.

Физическое разрешение сканера зависит от шага перемещения каретки сканера вдоль изображения во время считывания. Это разрешение обеспечить проще и производители часто рекламируют его.

Глубина цвета исчисляется в битах. Цветное машинное изображение строится из цветовых пятен красного, зеленого и синего цветов. Общее количество передаваемых цветов около 16 млн. Для передачи каждого цвета требуется 8 бит, для трех — 24 бита. Современные сканеры имеют разрешение 48 бит, что позволяет лучше кодировать цвета и убирать искажения.

Скорость сканирования зависит от разрешения. Чем выше разрешение, тем медленнее сканирование. Например, для ввода страницы формата А4 черно-белого текста с разрешением 200 dpi скорость сканирования будет составлять 2-40 с. Скорость сканирования зависит также от интерфейса подключения к компьютеру. Самый быстрый универсальный — USB, самый медленный принтерный — LPT.

Ручные сканеры — самый простой вид сканеров, дающий наименее качественное изображение. Они не имеют движущихся частей, и сканирование происходит путем передвижения сканера по документу. Недостатком является узкая полоса сканирования. Их используют для сканирования текстов, а для сканирования иллюстраций они не пригодны.

Листовые (протяжные) сканеры. Можно сканировать сразу весь лист целиком за один проход. Блок сканирования у таких сканеров неподвижен, а бумага проходит через сканер с помощью специальных валиков. Листовые сканеры гарантируют хорошее качество, но они предназначены для сканирования отдельных листов. Перевести с помощью этого сканера в электронную форму страницу книги или разворота журнала практически невозможно.

Планшетные сканеры обеспечивают наилучшее качество и максимальное удобство при работе с бумажными документами. Под крышкой планшетного сканера располагается прозрачное основание, на которое укладывается документ. Блок сканирования перемещается вдоль документа внутри корпуса сканера. Сегодня планшетные сканеры наиболее популярны, так как позволяют сканировать не только отдельные листы, но и переплетенные книги, журналы и т. п.

Разновидностью планшетного сканера является сканер с прозрачным корпусом, который может быть установлен вертикально, горизонтально и под углом. В этом сканере, благодаря ударопрочному поликарбонатному стеклу корпуса, хорошо видно, как заложен оригинал, и можно избежать его «косой» закладки.

Барабанные сканеры обеспечивают самое лучшее разрешение, но они предназначены не для копирования бумажных форм, а для сканирования прозрачных материалов. В сканерах этого типа сканирующая головка установлена неподвижно, а цилиндр вращается с большой скоростью, сканируя построчно.

Сканеры форм предназначены для сканирования стандартных бланков. Этот вид сканера является подвидом листового сканера (используется, например, на выборах — для бюллетеней).

Штрих-сканеры — это разновидность ручного сканера; используется для считывания штрих-кодов (например, в магазине).

В нашей стране распространение получили сканеры фирм Hewlett-Packard, Mustek и Epson.

Связь сканера с ОС Для подключения сканера к ПК используют различные методы. Существуют сканеры со специальной платой расширения (контроллер). Плату устанавливают в одно из расширений материнской платы ПК, а сканер — к разъему платы. Некоторые сканеры подключают к свободному параллельному порту, в таком случае передача данных идет медленнее, но зато без дополнительных устройств. Аппаратные интерфейсы сканеров отличаются многообразием, поэтому была проведена стандартизация программных интерфейсов, которые обеспечивают связь сканера с ОС. Если сканер поддерживает протокол (обычно протокол TWAIN), то ОС способна обеспечить взаимодействие между сканером и программным приложением, предназначенным для работы с текстом (например, ОС Windows способна обеспечить взаимодействие между сканером и программным приложением).

После сканирования документа получают его графический образ, который нужно распознать, отредактировать и записать в том формате, который необходим для его дальнейшего использования. Для этих целей служат специальные программы. Например, программа Fine Reader фирмы ABBYY.

На рис. 3показан общий вид окна программы, а на рис. 4 — первое диалоговое окно Мастера сканирования и распознавания.

Для ввода звуковой информации служит микрофон, который должен быть подключен к звуковой карте, находящейся в системном блоке компьютера.

Рисунок 3 Общий вид окна программы Fine Reader

Рисунок 4 Диалоговое окно Мастера сканирования и распознавания

 

Средства хранения и обработки информации (СХО)

 

Компьютер — центральный компонент хранения и обработки данных. Смена элементной базы ЭВМ происходила по этапам:

I (с 1951 г.) — на электронных лампах;

II (с 1953 г.) — на транзисторах (полупроводниках);

III (с 1962 г.) — на интегральных схемах;

IV(с 1970 г.) — на больших интегральных схемах. 
Развитие ЭВМ давало толчок для создания более совершенной техники для АИС.

Ввод, обработка и хранение информации осуществляются средствами ЭВМ различного класса в зависимости от решаемых задач. Но именно персональный компьютер (ПК) стал тем инструментом, который позволяет в рамках разнообразных АИС обеспечить решение этих задач. Персональный компьютер заменил многие технические средства, ранее работавшие в АИС. На вход ПК поступает информация одного вида, а выходит — другая, обработанная.

ПК — это не один электронный аппарат, а комплекс взаимодействующих устройств, каждое из которых выполняет определенные функции. Обычно ПК состоит из системного блока (главный компонент), клавиатуры и дисплея (устройства ввода-вывода), мыши (ручного манипулятора, облегчающего ввод и общение пользователя с ПК). Но часто подключают и другие устройства ввода-вывода: сканер, модем (устройство преобразования сигналов для использования телефонной сети), принтер и плоттер (устройства вывода текстовой и графической информации) и пр.

Операционная система Windows ХР, используя технологию Plug & Play («подключи и пользуйся»), обеспечивает возможность работы с периферийным устройством сразу же после его подключения к компьютеру. Plug & Play (корпорации Intel) — набор спецификаций, позволяющий автоматически обнаруживать и настраивать устройства, подключенные к ПК, и устанавливать соответствующие драйверы.

Устройства подключаются через разъемы к портам ПК, расположенным, как правило, на задней стенке системного блока ПК. Порт — разъем, к которому подключаются устройства, передающие данные с ПК и на него. Принтеры обычно подключают к параллельным (LTP), а внешние модемы к последовательным (СОМ) портам. Примерно 127 периферийных устройств (динамики, сканеры, камеры и др.) можно задействовать через порт USB (универсальная последовательная шина). Шина — коммуникационная линия, предназначенная для передачи данных между компонентами ОС. USB — внешняя шина, поддерживающая установку самонастраивающихся устройств по технологии Plug & Play. USB не требует установки дополнительных плат, а ее интерфейс удобен и прост.

Основной узел системного блока — материнская плата, на которой расположена вся вычислительная часть ПК. Здесь находится микросхема процессора, выполняющая арифметические и логические операции под управлением программы. Здесь же — микросхемы оперативной памяти, в которую загружается выполняемая программа с необходимыми данными.

Внутри системного блока отдельно закреплены магнитные накопители:

• дисковый накопитель (жесткий диск, винчестер) — постоянное хранилище программ и данных. Емкость современных винчестеров достигает 10 Гбайт и более;

• дисководы для гибких магнитных дисков (ГМД);
• дисководы для компакт-дисков CD и DVD.

Кроме того, записать/перезаписать информацию можно на флэш-диски миниатюризированные диски размером в несколько сантиметров, подключаемые к ПК через разъем к порту USB.

Для записи информации на компакт-диски и ее считывания существуют устройства — CD-рекордеры.

Сменные носители (дискеты, компакт диски, DVD) служат для переноса информации.

Дискеты (флоппи-диски) имеют в основном размер 3,5 дюйма и объем памяти 1,2 и 1,44 Мбайт. Гибкие диски — это пластиковый футляр, содержащий магниточувствительную пленку, на которую записывается информация.

Объем памяти флэш-дисков 256 Мбайт и выше.

Объем памяти компакт-диска диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм может достигать 640-700 Мбайт. Диски могут хранить информацию разного вида. Имеются компакт-диски (CD-R — CD Recordable) только для записи и чтения единожды записанной информации. Их называют записываемые компакт-диски. Так называемые перезаписываемые диски CD-RW (CD — Rewritable) используются для многократной записи информации. Информация на них записывается медленнее, чем на CD-R, но объем памяти у CD-RW не меньше. Запись и воспроизведение выполняется с помощью низкочастотного, так называемого красного лазера.

Объем памяти DVD достигает 4,7 Гбайт, что в несколько раз выше, чем у CD. На них в основном записывают цифровую видео- и звуковую информацию.

В перспективе — применение носителей нового поколения, использующих технологию красного лазера, которые могут работать с имеющейся техникой: FVD (Forward Versatile Disc) емкостью 6 Гбайт и двухслойны! FVD — 11 Гбайт.

Планируется использовать синие диски (Blue-ray Disk) размером 12 см и объемом памяти 25 Гбайт, производимых на основе высокочастотных синих лазеров. Корпорация Sony разработала для формата Blue-ray Disk дисковый носитель информации с основой из легкого картона, которая должна заменить обычно используемый поликарбонатный пластик.

Основу современных АИС составляют базы данных (знаний), в которых накапливаются большие объемы информации, выполняется их обработка и хранение. Существующие стандартные СУБД для универсальных ПК уже не очень эффективно управляют этой работой. Считается, что необходимо создать специализированные АИС, которые бы реализовали только функции СУБД. Но для этих целей нужны ЭВМ другой архитектуры. Появились даже прототипы машин баз данных — МБД (DBM — Database machine).

!!! МБД — аппаратно-программный мультимикропроцессорный комплекс, осуществляющий функции СУБД, для работы с базами данных и/или базами знаний.

МБД предназначены в основном для работы с реляционными БД и используются в промышленности и коммерческих проектах. Выделяют МН — многопроцессорные неоднородные и сетевые МБД. Например, МН Delta состоит из четырех реляционных процессоров (РП), которые с высокой производительностью выполняют операции реляционной алгебры над отношениями большого объема. При этом каждый процессор может выполнять отдельную операцию независимо от других РП или параллельно. РП имеет центральный процессор, который. выполняет логические операции. Два адаптера иерархической памяти помогают в работе с входными и выходными потоками данных. Процессор слияния

(ПСЛ) и двенадцать процессоров сортировки (ПСО) осуществляют конвейерную сортировку отношений и слияние отсортированных сегментов отношений. Для увеличения скорости ввода-вывода в МН МБД в качестве кэш-диска используется большая полупроводниковая буферная память.

В сетевых МБД хранение данных осуществляется на большом количестве НМД. Сетевые МБД объединяют универсальные микропроцессоры и устройства массовой памяти (УМП). Появились серийные однокристальные транспьютеры, которые содержат процессор, память и каналы (порты ввода-вывода), например транспьютер IMS T4I4 фирмы INMOS. Основной элемент транспьютеров — транспьютерная матрица. Появление этой техники привело к широкому созданию сетевых МБД.

Применение в АИС нашла коммерческая МБД DBC 1012 фирмы Teradata, включающая восемь обрабатывающих процессоров ПМД. Каждый ПМД имеет магнитные дисковые накопители (НМД). ПМД подключаются к сети, в узлы которой встроены высокоскоростные процессоры и программируемые управляющие логические матрицы. К сети подключены коммуникационные процессоры для взаимодействия с главной ЭВМ.