Лекция 3. Анализ информационных процессов: цели и методы, логические схемы

Анализ информационных процессов осуществляется с целью выявления свойств и получения количественных оценок показателей, характеризующих свойства процесса. Одними из основных являются временные характеристики процессов (среднее время завершения информационного процесса; дисперсия длительности процесса; время получения ответа на запрос, направляемый в информационную систему). Знание временных характеристик информационных процессов необходимо для того, чтобы убедиться, что реализованная (или проектируемая) информационная система удовлетворяет требованиям, сформулированным в техническом задании.

Существуют два способа получения оценок временных характеристик: путем построения и анализа математической модели информационного процесса и с помощью эксперимента, проводимого с информационной системой, реализующей исследуемый процесс. Последний способ предполагает, что информационная система уже существует, и. следовательно, неприменим в случае, когда речь только идет о ее проектировании (за исключением ситуации, когда в ходе проектирования создается макет системы: в этом случае объектом экспериментальных исследований может быть макет системы).

Математическая модель (аналитическая или имитационная) описывает информационный процесс на языке математических и логических отношений. Очевидно, что один и тот же информационный процесс может иметь много различных моделей. Вид модели определяется тем, для чего модель нужна, т.е. тем, какие задачи мы хотим решить с помощью модели (какие характеристики процесса хотим оценить). Различный вид будут иметь модели, например, процесса расчета заработной платы для работников некоторой организации в случаях, когда модель предполагается использовать для оценки времени решения задачи или оценки вероятности ошибки при начислении заработной платы (до­стоверности информации). В каждом из этих случаев в модели при­сутствуют только те показатели процесса расчета заработной платы, которые важны именно для данного использования. Для оценки времени решения задачи надо знать порядок следования операций и оценки длительности каждой операции, для оценки достоверности — вероятность появления ошибок при осуществлении каждой операции, используемые методы контроля и показатели их эффективности (вероятности пропуска ошибок).

Обычно процедура анализа информационного процесса начинается с его словесного описания (описательной модели). Далее переходят к моде­ли графической, а от графической — к математической.

Рассмотрим способы описания информационных процессов с помощью графических и математических моделей, предназначенных, прежде всего, для оценки временных характеристик процессов. Область применения некоторых из изучаемых моделей шире, чем оценка временных характеристик. Например, модели типа графов состояний используются при расчете надежности информационных систем, модели систем и сетей массового обслуживания — для оценки загрузки элементов информационных систем, сети Петри — для анализа средств защиты данных и информационных системах, локализации ошибок программного обеспечения и других целей.

Рассмотренные ниже модели, предназначены для оценки временных характеристик информационных процессов: времени завершения (при детерминированной модели), среднего времени и дисперсии времени завершения процесса (при вероятностных моделях, содержащих элементы неопределенности).

При оценке временных характеристик несущественны сведения о том, где, когда и с помощью каких средств реализуется та или иная операция. Зато необходимо знать характеристики длительности выполнения операции и правила, определяющие характер их следования.

Для оценки временных характеристик информационных процессов удобно использовать модели с символикой, показанной в табл. 1.

В позиции 1 табл. 1 в прямоугольнике, обозначающем операцию, указываются ее характеристики. Как правило, это средняя длительность m_т и дисперсия длительности σ²_т. При детерминированных операциях указывается ее длительность Т; при случайной длительности допускается вместо m_т и σ²_т приводить плотность распределения вероятностей дли­тельности операции.

Для получения m_т и σ²_т какой-либо операции требуется детально описать ее в терминах логических схем.

На основе символики табл. 1 могут быть описаны типовые элементы логических схем информационных процессов (табл. 2). Основное требо­вание к перечню типовых элементов — это требование полноты: совокуп­ность вводимых элементов должна быть достаточной для представления выбранного класса информационных процессов.

В табл. 3 приведены выражения для длительностей Т, средних длительностей m_т и дисперсий длительностей σ²_т выполнения действий, представленных в виде типовых элементов 1-5 табл. 2 для случая, когда время выполнения каждой элементарной операции типовой схемы детер­минированное (не случайное).

В табл. 4 даны выражения для средней длительности m_т и диспер­сии длительности σ²_т выполнения действий, представленных типовы­ми схемами 1-4 табл. 2 (типовой элемент 5 табл. 2 не рассматривал­ся) в случае, когда длительность каждой элементарной операции типовой схемы — случайная. При этом всегда полагалось, что длительнос­ти различных операций типовой схемы — независимые случайные величины.

Таблица 1. Условные обозначения на логических схемах

№ п/п	Графическое изображение	Название элемента	Примечания
1.		Операция	mт - среднее время выполнения опера­ции; σ^2т - дисперсия времени выполнения операции. Допускается вместо mт и σ^2т указывать функцию плотности распределения време­ни выполнения опе­рации fT(t) или, в слу­чае детерминирован­ной операции, ее дли­тельность Т
2		Фиктив­ная опера­ция	Операция, не тре­бующая затрат вре­мени на выполнение (допускается не изо­бражать прямоуголь­ник вообще)
3		Разветви­тель И	Все выходящие связи инициируются одно­временно
4		Разветвитель ИЛИ (по условию)	Внутри ромба записывается условие ветвления. В схемах, подготовленных для расчетов, этот символ заменяется символом 5.
5		Разветвитель ИЛИ(по вероятности)
		Объединитель И	Выходная связь инициируется после инициализации всех входных связей
7		Объединитель ИЛИ	Выходная связь инициируется любой входной

Таблица 2 Типовые элементы моделей процессов обработки данных

№ м/п	Графическое обозначение	Наименование
1		Последователь­ное соединение
2		Параллельные операции
3		Схема ветвления
4	Если число повторений цикла фиксировано (например равно N), то следует использовать типовой элемент 1 с N прямоугольниками	Цикл
5	k	Цикл с ограниченным числом k повторений

Пользуясь табл. 3 и 4, любой типовой элемент логической схемы можно заменить символом операция с характеристиками m_т и σ²_т, опреде­ляемыми расчетным путем. Если при этом модель информационного про­цесса представлена в виде множества типовых элементов, связанных между собой по входам и выходам (вход одного является выходом другого и т.д.), то расчет временных характеристик сводится к последовательности пре­образований исходной логической схемы, при которых типовые элементы заменяются символом операция. При таких преобразованиях могут воз­никнуть трудности, требующие реконфигурации исходной логической схемы. При этом допустимыми являются любые преобразования исходной схемы, при которых не изменяются результирующие оценки временных характеристик.