Файл: Информационные системы и технологии. Распределенная технология обработки информации.pdf

1.3 Характеристика распределительной обработки информации

Важным направлением по уменьшению времени реакции распределенной СУ является метод опережающей обработки событий. Под событиями в системе управления понимается набор именованных сигналов, активное состояние которых влияет на выполнение алгоритма управления ТП. События могут быть внешними по отношению к конкретной ЛСУ (полученными из другой подсистемы), или внутренними, сформированными на основании сенсорной информации данной системы.

В распределенной СУ формирование и обработка событий может быть в ЛСУ1, а реализация алгоритма в ЛСУ3. Таким образом, между формированием события и реализацией алгоритма присутствует телекоммуникационная сеть с транспортной задержкой. Основная идея опережающей обработки событий заключается в том, что даже если появление очередного события нарушает временной порядок ряда событий, необходимо передать это событие в сеть, то есть, если сеть свободна ее необходимо загрузить. [1]

Примером такого подхода может служить предлагается в работе адаптивный метод опережающей обработки событий, поступающих от сенсоров, с использованием буферизации. Метод основан на алгоритме, при котором обрабатываются те события, которые пришли первыми, даже если они нарушают определенный порядок. Для восстановления необходимого порядка поступления событий в систему управления через сеть, введен буфер, в котором задерживаются события на определенное время. Такой метод существенно сокращает время обработки и дает возможность более равномерно загрузить телекоммуникационную сеть. Необходимо заметить, что в случае аппаратной реализации обработки информации с сенсоров на FPGA, обработку событий можно распараллелить.

Современным инструментом обработки потоков данных в реальном времени является технология data mining. Эта технология "извлечения" данных имеет хорошо отработанные алгоритмы и программные решения и применяется во многих отраслях. Многие сетевые решения data mining, связанные с анализом данных, из-за больших скоростей, реализованы на FPGA. Обработка потока входных данных в СОД распределенных СУ выполняется в реальном времени и критична к значению переменной tip . Поэтому решения по обработке и анализу чаще всего выполняются на FPGA. Можно выделить несколько основных направлений data mining на платформе FPGA:

построение деревьев решений (decision trees) ;

поиск и анализ данных по шаблону (pattern) ;

сигнатурный и корреляционный анализ.

Для формирования событий в СОД распределенной СУ чаще всего используется анализ данных по шаблону [9].

Шаблон может представлять собой любую информацию, организованную в виде произвольной структуры данных. Интерес представляют многовариантные взаимоотношения этих данных, в результате анализа которых можно получить новые знания или сформулировать, например, прогноз поведения технологического процесса. Известны различные алгоритмы и способы сравнения в потоке данных. В работе предложен алгоритм построчного поиска и сравнения, а авторы работы реализуют этот алгоритм поиска методом построения конечного автомата, который ищет одновременно по нескольким шаблонам, совершая простые операций.

Рассмотрим механизм работы шаблона на FPGA. Пусть в качестве шаблона задано множество переменных B = {Б1у B2, B3, .. , Bn}, где каждая переменная принимает двоичное значение равное значению выходного сигнала соответствующего датчика S}, S2, S3, ... Sn (рис.2). Каждая переменная из множества B может принимать произвольную разрядность двоичных чисел, ограниченную технологическими возможностями FPGA. Поток данных поступающий от сенсоров обозначим через множество X = {Xb X2, X3, .. Xn}. Анализ потока данных на базе шаблона можно выполнить через сравнение соответствующих переменных множеств B и Xна равенство.

B

Рис.2 Шаблон для анализа и обработки потока информации с n сенсоров

С помощью булевых функций можно выразить равенство и неравенство (с определением больше или меньше). Определим условие побитного равенства для переменных из множеств B и Xкак

г = bi & Xi + bi & Xi , (2)

где i = 0, 1, 2, m-1, m разрядность переменных, ri условие равенства i го разряда. Обратное

утверждение (побитное неравенство) можно записать следующим образом:

ri = bi & Xi + bi & Xi = bi © xt (3)

Таким образом, условие R равенства переменных из множеств B и X определяется как

R = ri & Г2 & Гз ..& rn (4)

Реализация выражений (2), (3) и (4) в базисе FPGA позволяет за один такт обработки сравнить переменные шаблона множества B с потоком данных от сенсоров и сформировать событие [9], при этом количество шаблонов может быть сколь угодно большим (ограничения определяются емкостью FPGA). Это позволяет существенно сократить время tis обработки информации в СОД.

Современные FPGA, используемые в аппаратуре СОД распределенных СУ содержат достаточное число ресурсов не только для реализации набора быстрых компараторов при поиске по нескольким шаблонам, но и для определения корреляционной зависимости между отдельными переменными.

ГЛАВА 2. РАЗНОВИДНОСТИ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

2.1 Технология обработки текстовой информации

В компьютере для работы с текстами используются ПС (программные средства), называемые текстовыми редакторами (ТР). Существует большое количество разнообразных текстовых редакторов, различающихся по своим возможностям– от очень простых до многофункциональных ПС, называемых издательскими системами. Наиболее популярный среди пользователей IBM – совместных компьютеров текстовый редактор Word for Windows.

ТР это самостоятельная компьютерная программа, используемая специально для ввода и редактирования текстовых данных. Мощные ТР с широкими возможностями по форматированию текста называют таксовыми процессорами. [13]

Технологии обработки текстов одними из наиболее распространенных технологий обработки информации. Текст это последовательность символов, к которым относятся буквы, пробел, знаки препинания, цифры, знаки арифметических операций и т.п. Набираемый на клавиатуре текст воспроизводиться на экране монитора в рабочем поле редактора. Текстовый курсор указывает то место на экране, на котором пользователь может оказывать воздействие с помощью редактора. В текстовых документах, созданных на компьютере с помощью текстового редактора, используются разные шрифты.

Современные ТР имеют достаточно большие наборы шрифтов и у каждого шрифта есть свое название. Например: Calibri (Основной текст), Batang и др. Буквы шрифта могут быть разного начертания: полужирное жирное, курсивное. ТР(текстовые редакторы) дают возможность управлять размером символов. При этом в памяти приходиться хранить не только коды символов но и указания на способ их изображения. Это в свою очередь увеличивает память. Почти все редакторы используемые и распространение в нашей стране позволяет нам использовать так русский так и латинский алфавит, так же они все имеют режим орфографического контроля текста. Для этого в машине хранится большой словарь. Благодаря этому при написании ошибки ТР автоматически исправляет ошибки или предоставляет возможные варианты.

Рабочие поле ТР это экран дисплея, на котором отображаются все действия, выполняемые ТР. Важным элементом среды ТР является интерфейсэто те средства , с помощью которых пользователь может общаться с ТР и управлять им. На сегодняшний день наиболее предпочтительным является интерфейс в форме меню, из которого специальным маркером (выделенным цветом) можно выбрать те или иные команды ТР. Одновременно с меню на экране высвечивается строка состояния, в которой дается информация о текущем состоянии ТР (режим работы, позиция курсора и пр.). [2]

Текст, обрабатываемый с помощью ТР, хранится в оперативной памяти и визуально может быть представлен в виде рулона бумаги (разделенного на страницы в некоторых ТР), длина и ширина которого в большинстве случаев не позволяют целиком наблюдать его на экране. Таким обрезом, экран можно считать своеобразным окном, через которое пользователь просматривает текст. Для перемещения этого окна по тексту используется специальные клавиши. Есть ТР, позволяющие открывать несколько таких окон «над» соответствующим количеством текстов.

Таким образом, пронаблюдали своего рода «эволюцию» программ, позволяющих пользователю работать с текстовыми файлами: от простого текстового редактора, предлагающего минимальный необходимый набор функций по созданию и обработке текстовых файлов, с помощью которого можно производить лишь базовые операции с текстом, до современного текстового процессора Microsoft Word, содержащего огромный набор всевозможных функций и возможностей, позволяющих создавать документы очень высокого качества. Соответственно, разница между документами, созданными в этих редакторах, будет огромна. Понятие «ТР (текстовый редактор)» не удовлетворяет возможностям таких программ как Microsoft Word в данном случае вводится новый термин текстовый процессор. Постоянное развитие и совершенствование ТП максимально приближает их по возможностям к издательским программам

2.2 Технология обработки числовой информации в профильных курсах информатики

В современном обществе, которое называется «информационным», умение пользоваться компьютерными технологиями становится все более значимым для многих профессий. Поэтому изучение технологий обработки числовой информации позволит учащимся более успешно не только продолжить обучение в вузе, но и социализироваться в обществе. Технология обработки числовой информации входит в обязательный минимум содержания основного среднего образования в соответствии с большинством школьных программ. На изучение технологии обработки числовой информациив 10 классе отводится 22 часа.

Умение обрабатывать информацию с помощью компьютерных технологий входит в понятие информационной компетенции. Под компетенцией С.В. Тришина и А.В. Хуторской понимают некоторое «первоначально принятое обществом правило к образованию и надлежащей подготовке специалиста, необходимое для высококачественного выполнения им собственных профессиональных обязанностей». [5]

Информационная компетенция – это умение самостоятельно находить, анализировать, отбирать, редактировать и передавать нужную информацию при помощи устных и письменных коммуникативных информационных технологий.

Исходя из требований информационного общества, несомненно, что для достижения конкретного уровня информационной компетентности специалисту необходимо:

− постоянно приобретать новейшие знания и умения в области информационно-коммуникационных технологий;

− развивать собственные коммуникативные и умственные возможности;

− осуществлять интерактивный диалог в едином информационном пространстве.

Информационная компетенция обеспечивает навыки и опыт деятельности учащегося по отношению к информации, содержащейся в учебных предметах и образовательных сферах, а также в окружающем мире. Владение информационной компетенцией подразумевает умение решать следующие задачи:

1) Освоение и систематизации знаний, имеющих отношение к средствам моделирования, информационным процессам в разнообразных концепциях (технологических, биологических, социальных);

2) Уметь при помощи действительных предметов (компьютер, модем, факс, принтер, копир и т.д.) и информационных технологий (аудиои видеозапись, электронная почта, СМИ, Сеть интернет) собственноручно находить, исследовать и выбирать данные, формировать, изменять, сохранять и передавать ее;

3) Уметь конструировать математическую модель, алгоритм, создавать программы на языке программирования;

4) Уметь находить пути доступа к базам данных и средствам информационного обслуживания;

5) Понимать отличие форм и способов представления данных в вербальной, графической и числовой формах;

6) Знать о существовании доступных источников информации и уметь ими пользоваться;

7) Уметь оценивать существующие сведения с разных точек зрения, использовать способы разбора информации;

8) Уметь применять имеющиеся сведения при решении различных задач. Одной из важнейших составляющих информационной компетенции является умение работать с числовой информацией. Учитывая, что старшая школа является профильной, следует обратить особое внимание на подбор практических задач для каждого профиля при изучении темы «Обработка числовой информации». [3]

Содержание таких задач должно отвечать тем реальным ситуациям, с которыми школьники могут столкнуться при выборе профессии соответствующего профиля. В соответствии с приказом Министерства Образования от 6 октября 2009 г. № 413-ФЗ в старшей школе основными являются следующие профили: