Архитектура вычислительных систем. Тема 1

1.

Тема 1. Архитектура вычислительных систем
Вычислительные и информационные системы
Понятие архитектуры системы.
ГОСТ Р ИСО 57100-2016.
Методики планирования ИТ архитектуры.
Архитектурная модель ИС, схема Захмана.
Сервисно-ориентированные архитектуры
Онтологические модели в описании ИС, ГОСТ 15971-90
Принстонская и Гарвардская архитектуры ВС

2.

Вычислительные системы
Вычисле́ние — математическое преобразование входящего потока
информации в выходной с отличной от первого структурой.
С точки зрения теории информации, вычисление — это получение
человеком из известных входных данных нового для него
знания.
Вычислительный процесс – упорядоченное согласно алгоритму и
развёрнутое во времени выполнение совокупности действий,
реализующих решение некоторой вычислительной задачи.
Вычислительная система – совокупность элементов и связей
между ними, реализующих вычислительный процесс и
позволяющих на основе исходных данных и правил
вычисления получить определённый результат.
Если правила утрачены, понять результат сложно, поэтому любая
ВС
является
информационной,
т.е.
обрабатывающей
осмысленную информацию, а не просто двоичный код.
Вычислительные системы появились как средство реализации
потребности человека в счёте каких-либо предметов или
явлений окружающего мира. В зависимости от принятой
системы счисления правила представления информации,
техника и скорость вычислений будут различны.

3.

Вычислительные системы
Пример: использование зарубок на дереве или камне для счёта лет
или других событий (трофеев).
Компоненты такой системы: человек, выполняющий зарубку;
человек, считающий их количество; носитель информации
(дерево, камень); средство записи - топор (тесло); правила
нанесения зарубки (когда и как) и счёта (интерпретации
результата). Впоследствии на основе этой технологии появились
римские цифры и правила их объединения в числа.
I=1; V=5; X=10; L=50; C=100; D=500; M=1000
Вопрос 1: какие числа здесь записаны?
ММХIX
MCMXLI
CMXCIX
Вопрос 2: какой принцип записи числа римской системы не
используется в позиционной системе с арабскими цифрами? В
чём ещё отличие этих систем? Почему старшинство разрядов
числа в современных позиционных системах убывает слева
направо?

4.

Вычислительные системы

5.

Информационные системы
Информационная система - совокупность содержащейся в базах
данных информации и обеспечивающих ее обработку
информационных технологий и технических средств (закон «Об
информации,
информационных
технологиях
и
защите
информации» от 27.07.2006г. №149-фз). В основе любой ИС
лежат
процессы
преобразования
информации
с
использованием тех или иных счётных или логических
процедур.
Современные ИС сложны по своей организации, количеству,
качеству и взаимосвязям элементов, и для целей их создания,
использования и поддержки люди вынуждены использовать
различные способы описания, предполагающие преодоление
сложности и неоднозначности восприятия представителями
различных профессий, социальных групп и уровней образования.
Разработаны и применяются различные подходы к обобщению и
упрощению
таких
описаний,
позволяющие
сохранить
обозримость системы на разных уровнях детальности и
сложности представлений. По аналогии со строительством такие
подходы принято называть архитектурными.

6.

Понятие архитектуры системы
Архитектура системы - наглядное отображение наиболее
существенных
для
разных
участников
построения,
функционирования и последующего демонтажа системы свойств
и связей между относительно независимыми её сущностями:
субъектами и объектами внутри системы и с внешней
средой, а также протекающих в системе процессов.
В зависимости от целей исследования в архитектуре
отображаются наиболее значимые для внутрисистемного
взаимодействия и связей с внешней средой с точки зрения тех
или иных наблюдателей свойства субъектов и объектов и
характеристики процессов.
Существуют различные определения понятия архитектуры
системы, например:
архитектура - это концептуальное описание структуры системы,
включающее описание элементов системы, их взаимодействия и
внешних свойств системы.
Многие авторы отмечают, что комплексная архитектурная модель
системы должна включать как логические, так и технические
компоненты.

7.

Понятие архитектуры системы
Логическая архитектура предоставляет собой высокоуровневое
описание назначения системы, ее целей, стратегий их
достижения и основных видов действий, обеспечивающих
реализацию этих стратегий. При этом важны, как минимум, два
измерения: распределение указанных компонент между
субъектами системы и развитие их во времени на протяжении
жизненного цикла системы с отображением взаимосвязи
событий, происходящих в системе. К логической архитектуре
можно отнести правила организации вычислительного процесса,
правила предоставления доступа процессов к ресурсам системы
и проч.
Техническая архитектура представляет модель материальных и
информационых компонентов системы в целостном и
обозримом виде. Техническая архитектура системы дает
структурированное представление о следующих аспектах:
— функционирование системы и его результаты;
— структура и составные части системы, включая аппаратуру,
данные и ПО;
— взаимодействие элементов системы;
— размещение элементов в пространстве.

8.

Понятие архитектурной модели. ГОСТ Р ИСО 57100-2016
ГОСТ Р ИСО 57100-2016 «Системная и программная
инженерия. Описание архитектуры» определяет способ, с
помощью которого осуществляются организация и выражение
описания архитектуры систем, определяет точки зрения на
архитектуру, структуру и языки описания архитектуры для
использования в описаниях архитектуры. Стандарт также
содержит обоснование для используемых терминов и понятий,
представляет руководство по определению точек зрения на
архитектуру и демонстрирует своё использование во
взаимодействии с другими стандартами.
архитектура (системы) (architecture): Основные понятия или
свойства системы в окружающей среде, воплощенной в ее
элементах, отношениях и конкретных принципах ее проекта и
развития.
описание архитектуры (architecture description): Рабочий
продукт, используемый для выражения архитектуры.

9.

Понятие архитектурной модели. ГОСТ Р ИСО 57100-2016
процесс архитектуризации (architecting): Процесс понимания,
определения, выражения, документирования, взаимодействия,
соответствующей
сертификации
при
реализации,
сопровождении и улучшении архитектуры в жизненном цикле
системы.
архитектурное представление (architecture view): Рабочий
продукт, выражающий архитектуру некоторой системы с точки
зрения определенных системных интересов.
точка зрения на архитектуру (architecture viewpoint): Рабочий
продукт,
устанавливающий
условности
конструирования,
интерпретации и использования архитектурного представления
для структуризации определенных системных интересов.
интерес (системы) (concern): Польза или проблемы в системе,
относящиеся к одной или нескольким заинтересованным
сторонам.
Интерес относится к любому воздействию на систему в ее
окружающей
среде,
включая
воздействия
разработки,
технологические,
деловые,
эксплуатационные,
организационные, политические, экономические, юридические,
регулирующие, экологические и социальные воздействия.

10.

Понятие архитектурной модели. ГОСТ Р ИСО 57100-2016
окружающая среда (системы) (environment): Контекст,
определяющий параметры и обстоятельства всех воздействий
на систему. Окружающая среда системы включает воздействия
разработки, технологические, деловые, эксплуатационные,
организационные, политические, экономические, юридические,
регулирующие, экологические и социальные воздействия.
вид модели (model kind): Условности для типа моделирования.
Примеры видов модели включают диаграммы потока данных,
диаграммы классов, сети Петри, бухгалтерские балансы,
организационные структуры и модели перехода состояний.
заинтересованная сторона, правообладатель (stakeholder):
Индивидуум, команда, организация или их группы, имеющие
интерес в системе.

11.

Система архитектурных «взглядов»
Если попытаться получить описание системы от тех или иных
связанных с нею лиц, то разные наблюдатели могут дать разные
ответы в зависимости от своего профессионального уровня и
роли в жизненном цикле системы, в совокупности составляющие
архитектурный «взгляд». Архитектурные «взгляды» должны
быть в наибольшей степени адаптированы к системе
восприятия соответствующих групп наблюдателей, и в то же
время быть связаны между собой единой структурой онтологии
предметной области системы.
Отдельной проблемой является степень специализации
архитектурных
представлений,
границы
использования
профессионального
жаргона.
Поскольку
архитектура
разрабатывается для обеспечения целостного и единообразного
восприятия
системы
представителями
различных
профессиональных групп, степень сложности используемых в ней
онтологических понятий не должна превышать уровень,
обязательный для освоения всеми группами наблюдателей.
Глубина декомпозиции моделей отдельных «взглядов» также
определяется
возможностью
восприятия
архитектурных
конструкций
наименее
«продвинутыми»
представителями
соответствующей предметной области (заказчики, владельцы,
пользователи), если требуется согласование с ними.

12.

Система архитектурных «взглядов»
Архитектурный взгляд на систему должен быть представлен не
только в специальных документах или иных средствах описания
системы, но и чётко выдержан в пользовательском
интерфейсе, эксплуатационной документации и проч.
Любой пользователь системы сообразно своей роли должен всегда
понимать, с чем он имеет дело, в какой стадии процесса
находится, что обозначают доступные ему элементы интерфейса
и для чего они могут быть использованы, какой результат следует
ожидать от их применения.
Для пользователей, не отягощённых пониманием реальной
сложности компонентов и связей системы, протекающих в
системе вычислителных процессов, приходится использовать
систему метафор – понятий из сферы обыденной жизни и
культурной
среды, окружающей
человека,
которые
на
определённом этапе процесса и в достаточной для совершения
корректных
действий
степени
соответствуют
реальной
архитектуре вычислительной системы. Степень и границы этого
соответствия должны быть понятны пользователю.

13.

Система архитектурных «взглядов»
Например, метафора папки с файлами достаточна для операций
поиска и перемещения только целостных объектов, но не
работает при попытках восстановления информации на носителе
с разрушенной FAT, когда отдельные сегменты разбросаны по
разным дорожкам и секторам диска.
Ограниченность возможностей манипулирования объектами на
рабочем столе в графическом интерфейсе часто приводит к
неоднозначности
и
непредсказуемости
результата,
особенно для начинающих пользователей: принципиально разные
действия – раскрытие папки с файлами, чтобы посмотреть
вложения, и запуск приложения на исполнение реализованы
одним и тем же действием (двойной щелчок левой кнопкой). В
первом случае метафора действия соответствует обыденным
представлениям (типа разбить скорлупу ореха), во втором – нет.
Только после обучения или методом проб и ошибок пользователь
начинает привыкать, что одно и то же действие будет давать
разные результаты в зависимости от того, на какую иконку он
нажимает.
В современных сенсорных интерфейсах, где не гарантированы
параметры средства ввода информации (ловкость пальцы руки),
неоднозначностей и нечёткостей ещё больше.

14.

Способы преодоления сложности описания
информационных систем
Представление ИС в виде набора подсистем различной
функциональности
В самом общем виде структура ИС состоит из следующих основных
подсистем:
- подсистема ввода информации из внешней среды;
- подсистема обработки информации;
- подсистема хранения и обеспечения доступа к информации;
- подсистема вывода информации пользователям и передачи во
внешнюю среду;
- подсистема внутренних коммуникаций;
- подсистема гарантированного энергообеспечения и реагирования
на изменения его качества;
- подсистема диагностики и администрирования;
- подсистема управления изменениями и проч.

15.

Представление ИС как набора видов обеспечения
Математическое
обеспечение:
методы
решения
задач
вычисления и управления, модели и алгоритмы.
Информационное обеспечение: совокупность единой системы
классификации и кодирования информации, унифицированных
систем документации, информационных потоков и ресурсов. В
него входят: классификаторы информации, нормативносправочная информация, формы представления и организация
данных в системе, в т.ч. формы документов, массивов, форматы
файлов, протоколы обмена данными, логические интерфейсы и
проч. Часто эти два вида обеспечения объединяют при описании.
Программное
обеспечение:
программные
компоненты,
необходимые для реализации всех функций АС в объеме,
предусмотренном техническим заданием. В зависимости от
принятой архитектуры системы, часть компонентов ПО, явно
зависимых от аппаратуры (например, прошивки програмируемых
средств, в т.ч. BIOS), предсталяют в техническом обеспечении.
Техническое обеспечение: технические средства, необходимые
для реализаций функций АС: средства получения, ввода,
подготовки, обработки, хранения (накопления), регистрации,
вывода, отображения, использования, передачи информации и
средства реализации управляющих воздействий;

16.

Представление ИС как набора видов обеспечения
Организационное обеспечение: документы, определяющие
функции
подразделений
пользователей,
обеспечения
и
управления, действия и взаимодействие персонала АС;
Метрологическое обеспечение: метрологические средства,
обеспечивающие эталоны и контроль погрешностей измерений и
вычислений, инструкции по их применению;
Правовое обеспечение: нормативные документы, определяющие
правовой статус АС и персонала, правил функционирования АС и
нормативы на автоматически формируемые документы, в том
числе на машинных носителях информации (например, правила и
процедуры придания юридической силы первичным и
производным документам в ГАС “Выборы”);
Лингвистическое обеспечение: тезаурусы и языки описания и
манипулирования данными, средства описания предметной
области (объекта автоматизации), способы организации диалога.
Этот вид обеспечения в документах часто объединяют с
информационным или программным обеспечением.

17.

Способы преодоления сложности описания
информационных систем
Каждый из видов обеспечения может быть представлен различными
видами моделей: текстовыми, матричными, графическими,
аналитическими, физическими и проч., для того, чтобы ещё до
создания самой системы можно было представить особенности
её устройства, функционирования и результаты её деятельности.
В наше время господствует принцип полимодельности: систему
представляют несколькими видами моделей, в совокупности
дающими возможность понять её устройство и особенности.
Вне зависимости от видов и композиции различных моделей в
архитектурном представлении ВС должны найти отражение:
- собственно информация, виды и способы её представления;
- технические и программные средства;
- люди, предоставляющие и пользующиеся информацией,
принимающие решения по параметрам вычислительного
процесса и другим обстоятельствам ЖЦ ИС;
- цели применения ВС, которые определяют требования к
точности, быстродействию и прочим характеристикам системы.
Должно быть предствалено взаимодействие этих компонентов в
пространстве и времени.

18.

Способы преодоления сложности описания
информационных систем
Для преодоления сложности представления информации,
технических и программных средств; персонала и целей
применения ВС используют разного рода структурные модели
в виде графов: иерархические, сетевые, фасетные и проч.
Глубина их декопозиции обычно согласовывается для разных
видов объектов таким образом, чтобы на каждом уровне
получалась достаточно целостное восприятие:
Персональные
данные
сотрудников
Заработная
плата
Инсп. по
зарплате
L:\Personal\Zarpl
Здоровье
Отдел
кадров
L:\Personal
L:\Personal\Strah
Инсп. по
страховани
ю

19.

Способы преодоления сложности описания
информационных систем
Взаимодействие компонентов структурных схем в пространстве
и времени представляют различными процессными и
событийными моделями, например DFD, IDEF0, IDEF3, ARIS
eEPC, BPMN, UML sequence diagramm, и проч.
Пример: диаграмма процесса IDEF0

20.

Методология IDEF0
Диаграмма IDEF0 верхнего уровня бизнес-процесса "Увольнение
сотрудника"

21.

Диаграмма последовательности (sequence diagram)
Диаграмма телефонного разговора

22.

Методики планирования ИТ архитектуры
ИT-архитектура
описание
важнейших
особенностей
организации, которые имеют связь с информационной средой,
прикладными системами и технологиями, при этом учитывается
вoздействие ИТ на основные функции и процессы компании.
Есть разные модели и способы описания ИТ архитектуры. Все эти
способы
задают
классификацию
главных
областей
архитектуры и единичные взгляды для их описания.
Существуют различные способы отображения примeняемых
стереотипов, действий, моделей для oпределения разных частей
ИТ архитектуры, например:
методики аналитических компаний: Gartner, Giga, META и др.;
модель Захмана;
методика TOGAF;
методика POSIX 1003.23i компании Cap Gemini.
Для государственных организаций существуют специальные
методики,
такие
как
Федеральная
Архитектура
Госорганизаций (FEAF – Federal Enterprise Architecture
Framework) или используемая в Министерстве Обороны США
DoDAF (Department of Defence Architecture Framework).

23.

Схема Захмана
Схема Захмана формирует единый словарь и набор возможностей
или структур для описания основных характеристик сложных
систем. Дж. Захман обозначил архитектуру компании как "набор
описательных
моделей,
применимых
для
описания
предприятия в соответствии с требованиями управленческого
персонала, которые могут развиваться в течение определенного
периода".
Модель архитектуры, которую предложил Захман, преследует две
главные цели:
- упорядочить описание архитектуры, разбив ее на отдельные
сегменты для лучшего восприятия и возможности анализа;
- иметь возможность рассмотрения всей архитектуры с
интересующих точек зрения.
Широко употребляемым подходом при описании систем многие годы
является использование жизненного цикла системы, на
каждом из его этапов анализируются и основные функции
системы, и данные, и структуры.
Захман предложил вместо стандартного подхода, опирающегося на
рассмотрение отдельных аспектов создания и работы системы
как бы в разные моменты времени, рассматривать системы с
разных точек зрения.

24.

Матричное представление архитектуры
По строкам матрицы разделяются взгляды разных категорий
наблюдателей, которые требуют согласования в процессе
проектирования, создания, эксплуатации и демонтажа системы
По столбцам матрицы расположены относительно независимые
компоненты
архитектуры,
важные
для
комплексного
представления знаний о системе и её связях с внешним миром в
рамках одного взгляда (строки) или архитектуры в целом. Два первых
столбца – субъекты и объекты, отображают систему в статике
(структурные компоненты), третий – процессы, отображают динамику,
реализацию целей системы во времени
Характ.
субъектов
Характ. объектов
Характ.
процессов
Взгляд А
Х
Х
Х
Взгляд Z
Х
Х
Х

25.

Схема Захмана
Первоначально модель Захмана была оформлена только для ИС,
затем подход был обобщен для описания предприятия в целом.
Главная
задача
архитектора
обеспечить
возможность
поочередного описания каждого отдельного аспекта системы в
связи со всеми остальными, связать характеристики системы с
задачами в области её применения.
Модель ИС задается в виде матрицы - таблицы, имеющей 5
строчек и 6 столбцов. Строки отражают представления системы
для различных категорий специалистов, которые участвуют в
создании ИС. Столбцы отражают основные аспекты модели.
Шестая строка в модели соответствует описанию работающей
системы.
На любом из уровней участники разработки архитектуры
рассматривают одни и те же вопросы, соответствующие столбцам
таблицы. Ответы на эти вопросы будут соответствовать их
компетенциям и отличаться уровнем абстракции и детализации:
- входные данные и информация в системе (что?);
- процессы и функции обработки (как?);
- место реализации данных процессов (где?);
- участники (кто?);
- события (когда?);
- цели и ограничения работы системы (почему?).

26.

Схема Захмана

27.

Схема Захмана
Основные правила при заполнении таблицы:
- каждая клетка не зависит от других, а вместе они составляют
функционально единое пространство описания системы ("базис");
- порядок расположения столбцов не имеет особого значения;
- любая ячейка включает в себя соответствующее описание аспекта
применения системы в виде конкретной модели;
- стандартные модели для любой из колонок являются
неповторимыми;
- совокупности моделей в ячейках любого ряда образуют широкое
описание системы с конкретно обозначенного ракурса;
- запись в ячейки должна производиться постепенно, а именно
"сверху вниз".
Участники могут фокусировать свое внимание на различных
деталях, рассматривать разные вопросы, но в итоге должно
сформироваться общее видение архитектуры, отражающее
реальную картину. Модель архитектуры дает концентрацию на
частных аспектах системы и в то же время не утрачивает чувство
всеобщего контекста, т.е. взгляда на ИС в целом.
Следующая
диаграмма
иллюстрирует
несколько
методов
моделирования. Пересечение методов используется для
формирования матрицы Захмана.

28.

Схема Захмана

29.

Пример — сборник тезисов конференции
Субъект
восприятия:
Что
Как
Где
Кто
Когда
Почему
Руководитель конф.
Темы
работ
Сбор
тезисов,
рассылка
Место
издания
Кафедрыучастники
Дата
издания
Для
отчётов
Участник
Свой
текст, идеи
Набор,
отправка
Адрес
редакции
Авторы,
редактор
Даты
отправки и
получения
Заявить о
себе
Редактор
Тексты с
ошибками
Правка,
Вёрстка,
АРМ
верстки
Авторы,
редактор
Поручение
Даты
получения руководителя
и сдачи
Издатель
Оригиналмакет,
тираж,
Печать,
брошюров
ка,
Типографская
система
Заказчик,
работники
Даты
заказа и
выпуска
Бизнес

30.

Cтруктура и модель описания ИТ-архитектуры
Gartner
В 2002 г. Gartner Group определила свою концепцию ИТ архитектуры
предприятия. Модель Gartner 2002 г. представляет собой 4
взаимосвязанных уровня:
- Среда бизнес-взаимодействия;
- Бизнес-процессы и стили бизнес-процессов;
- Шаблоны;
- Технологические строительные блоки (кирпичики).
Уровень «Среда бизнес-взаимодействия» описывает модель
взаимодействия бизнеса и информационной среды, для которых
будет разработана архитектура, согласно выявленным бизнеспроцессам и требованиям;
Уровень «Бизнес-процессы» описывает основные, управленческие и
обеспечивающие процессы на предприятии;
Уровень «Шаблоны» описывает, какие шаблоны представлений
могут быть использованы для задания модели;
Уровень «Строительные блоки» расшифровывает содержание
шаблонов и предлагает соответствующие им элементы, такие как
серверы, операционные системы, базы данных.

31.

Cтруктура и модель описания ИТ-архитектуры
Gartner

32.

Cтруктура и модель описания ИТ-архитектуры
Gartner
Соответствие уровней ИТ архитектуры и уровней операций мира
бизнеса: верхние уровни ориентированы на совместное
обсуждение с руководителями и специалистами, а нижние уровни
входят
во
внутреннюю
компетенцию
информационнотехнологической службы.
Подход Gartner является механизмом, который позволяет
руководству влиять на принятие решений в сфере ведения
бизнеса и в области применения информационных технологий на
предприятии.
Подход является примером реализации методов довольно высокого
уровня. Это лишь единая модель описания, и она не определяет
ни какого-либо определенного языка, ни форматов описания.
В подходе Gartner сформулированы актуальные и необходимые
рекомендации в виде конкретных шагов и задач сотрудников,
относительно разработки архитектуры предприятия.

33.

Методики архитектурного моделирования
Взаимодействие ролей в построении архитектурной модели

34.

Сервисные модели архитектуры ИС
Доступным для восприятия ЛПР способом описания ИС является
создание каталога и спецификации ИТ сервисов и описание их
основных технико-экономических характеристик, которые, с одной
стороны, дают чёткое представление об участии ИС в
деятельности предприятия, а с другой - определяют требования к
ИТ инфраструктуре.
Такой подход тем более предпочтителен, чем в большей степени
предприятие ориентируется на аутсорсинг ИТ услуг,
использование программного обеспечения по SAAS модели и
технологий облачных вычислений.
Под ИТ-сервисом понимается конкретная ИТ-функциональность,
предоставляемая пользователям ИС для выполнения ими своих
служебных обязанностей (например, конкретные функциональные
возможности используемых приложений, сервисы передачи или
печати документов и проч.). Это одна или несколько технических
или профессиональных ИТ услуг, которые делают возможным
бизнес-процесс заказчика.

35.

Сервисные модели архитектуры ИС
ИТ-сервис
обладает,
в
частности,
следующими
характеристиками:
- удовлетворяет одну или несколько конкретных потребностей
заказчика по получению или преобразованию информации;
- соответствует бизнес-целям заказчика;
- воспринимается заказчиком как относительно единое целое или
как готовый к использованию продукт.
Современные методики управления ИТ инфраструктурой
(например, ITIL v.3, MOF v.4.0 и другие) в качестве основы
взаимоотношений с заказчиком и всего ИТ менеджмента также
предлагают использование каталога и портфеля ИТ сервисов
и содержат правила организации процессов управления
подготовкой, заключением и исполнением соглашений по уровням
сервисов, в т.ч. Service Portfolio Management (SPM), Service
Catalogue Management (SCM), Service Level Management (SLM).
При этом, однако, не даётся универсальных рекомендаций по
источникам требований к сервисам и методике их классификации.

36.

Сервисные модели архитектуры ИС
Многие специализирующиеся в области ИТ консалтинга фирмы
используют собственные методики каталогизации и
описания ИТ сервисов, основанные на интервьюировании
пользователей, анализе их обращений в службу поддержки,
сложившихся представлениях ИТ менеджеров и других
источниках, что обычно бывает полезно для анализа
существующей системы, но мало применимо для проектируемой
вновь.
В комментариях к стандартам и методикам управления ИТ
инфраструктурой обычно приводятся лишь примеры самого
примитивного деления всей совокупности сервисов на
системные (в ряде источников - технические) сервисы, обычно
не видимые пользователю, и сервисы, непосредственно
связанные
с
поддержкой
конечных
пользователей
(профессиональные). Целью системных сервисов является
обеспечение функционирования ИТ инфраструктуры и работы
приложений в системной среде. Целью сервисов поддержки
конечных пользователей является обеспечение выполнения ими
своих ролей в деловых процессах организации.

37.

Сервисные модели архитектуры ИС
ЛПР на стороне заказчика обычно достаточно объективно может
судить лишь об услугах по получению и преобразованию
информации, предоставляемых непосредственно бизнеспользователям, а также о степени участия ИТ службы и ИС в
стратегическом
планировании,
развитии
и
управлении
предприятием. Поэтому в качестве основы классификации ИТ
сервисов логично использовать виды преобразований
информации, используемой в деловых процессах организации,
а также виды действий по управлению организацией и
исполнению ею своей миссии.
К основным видам преобразований информации в деловых
процессах можно отнести поиск, сбор (получение), обработку,
модификацию, хранение, передачу (распространение) и
изменение статуса информации (например, по юридической
силе или по ограничению доступа).
К видам деятельности можно отнести прогнозирование,
планирование, принятие и оформление решений, контроль
исполнения, учёт и отчётность, проектирование изделий (услуг),
их производство, проверку качества, доставку потребителю и
проч.

38.

Сервисные модели архитектуры ИС
АВС метод экономического анализа даёт возможность приступить к
формированию каталога ИТ услуг в понятных заказчику
терминах — как набора ресурсов и механизмов,
используемых им в его основной деятельности для
преобразования информации. Конкретная операция делового
процесса пользователя может содержать все перечисленные
выше виды действий с информацией или часть из них, и
использовать
необходимые
инструменты
обработки
информации и ресурсы, наличие которых обеспечивает ИТ
служба.
Правила и цели
Ресурсы
Бизнес-процесс
ИТ сервис
Результаты

39.

Сервисные модели архитектуры ИС
Правила
Excel
Данные
статистики
Правила
PowerPoint
SLA 1
Проанализировать
статистику
продаж
MS Excel
Таблицы и
диаграммы
SLA 2
Подготовить
презентацию
руководству
Файл Pr.ppt
MS
PowerPoint
Формулировка ИТ сервиса в виде: «ИТ поддержка выполнения iой операции j-ого делового процесса», с подробной
спецификацией конкретных действий, ресурсов и инструментов,
а также времени, места и прочих условий достаточно понятна
пользователю и его руководителю, однако количество таких
элементарных сервисов в масштабах ИС предприятия может
составлять сотни и тысячи.
Возможно объединение сервисов по признакам однотипности
рабочих операций, используемых инструментов и ресурсов, а
также по принадлежности к отдельным информационным
системам, подразделениям или деловым процессам.

40.

Сервисные модели архитектуры ИС
UseCase диаграмма языка UML даёт возможность представить ВС
как набор классов или отдельных экземпляров ИТ сервисов,
показать потребителей сервиса и средства взаимодействия
(интерфейсы) пользователя.
Оборудование
терминала
n
Бухгалтер
m
Калькулятор

41.

Сервисные модели архитектуры ИС
Например, выполнение операции по получению графика
изменения остатков материала на складе за отчётный период
может потребовать для определённой группы пользователей
наличия рабочих мест, оснащённых сетевыми ПК, обеспечения
сетевого доступа к соответствующей учётной системе с
правами чтения и копирования информации, возможности
обработки данных в табличном процессоре и печати графика
на полноцветном сетевом принтере.
Помимо программно-технических средств системы и доступа к
хранилищу данных предприятия, существенным компонентом
сервиса может стать обеспечение конфиденциальности
информации
или
консультационная
поддержка
пользователей со стороны специалистов по технологии
обработки информации в учётной системе и табличном
процессоре.
Дополнительным условием, влияющим на стоимость сервиса,
может быть потребность в получении этой услуги за пределами
установленного регламентом предприятия рабочего времени и
т.д..

42.

Примерная структура записи об услуге в каталоге ИТ
сервисов
Наименование сервиса
Предназначение сервиса
Реквизиты сторон
Бизнес-процесс, который поддерживается сервисом, и его цель
Виды обработки информации
Характеристики обрабатываемой с использованием сервиса
информации
Краткое описание услуги (элементы сервиса)
Метрики качества и результативности
Целевые и пороговые значения метрик
Ресурсное обеспечение сервиса со стороны ИС (на единицу
мощности)
Возможные уровни предоставления
Перечень зависимых сервисов
Перечень дополнительных услуг
Приоритеты пользователей и элементов сервиса
Ссылки на контракты и соглашения с третьими сторонами

43.

Примерная структура записи об услуге в каталоге ИТ
сервисов
Предварительная оценка стоимости сервиса на единицу мощности
Приемлемые формы платежей
Требования к квалификации участников предоставления и
потребления сервиса
График предоставления услуги
График сопровождения услуги
Требования к непрерывности и гарантированное время
восстановления услуги после сбоя
Прочие условия предоставления услуги
Действия, связанные с предоставлением услуги или отказом от нее
Ссылки на регламентирующие документы
Требования по защите информации
Отчётность по сервису

44.

Онтологические модели в архитектуре ИС
Основной характерной чертой онтологического анализа является
разделение реального мира на составляющие и классы
объектов (at its joints) и определение их онтологий, т.е.
совокупности
фундаментальных
свойств,
которые
определяют их изменения и поведение.
Естественная наука представляет собой типичный пример
онтологического исследования. Однако фундаментальные и
естественные науки не обладают достаточным инструментарием
для того, чтобы полностью охватить область, представляющую
интерес для онтологического исследования (она обычно
мультидисциплинарна).
Онтологический анализ обычно начинается с составления словаря
терминов,
который
используется
при
обсуждении
и
исследовании
характеристик
объектов
и
процессов,
составляющих рассматриваемую систему, а также создания
системы точных определений этих терминов. Кроме того,
документируются основные логические взаимосвязи между
соответствующими введенным терминам понятиями. Результатом
этого анализа является онтология системы, или же совокупность
словаря терминов, точных их определений взаимосвязей между
ними.

45.

Технологии онтологического анализа
В любой системе существует две основные категории предметов
восприятия, такие как сами объекты, составляющие систему
(физические и интеллектуальные) и взаимосвязи между этими
объектами, характеризующие состояние системы.
При построении онтологии, в первую очередь происходит создание
списка или базы данных дескрипторов и с помощью них, если
их набор достаточен, создается модель системы. Таким образом,
на начальном этапе должны быть выполнены следующие задачи:
1) Создание и документирования словаря терминов
2) Описание правил и ограничений, согласно которым на базе
введенной
терминологии
формируются
достоверные
утверждения, описывающие состояние системы.
3) Построение модели, которая на основе существующих
утверждений
позволяет
формировать
необходимые
дополнительные утверждения.

46.

Технологии онтологического анализа
Формальная модель онтологии O=<Т, R, F> — это упорядоченная
тройка конечных множеств, где:
Т — термины прикладной области (ПрО), которую описывает
онтология O;
R — отношения между терминами заданной ПрО;
F — функции интерпретации, заданные на терминах и/или
отношениях онтологии O.
Модели онтологий классифицируются таким образом:
простые (имеют лишь концепты);
на основе фреймов (имеют лишь концепты и свойства);
на основе логик (например Ontolingua, DAML+OIL).
Отношения представляют тип взаимодействия между концептами
ПрО. Пример бинарного отношения — «является частью».
Отношения, которые целесообразно использовать при создании
онтологии, значительно менее разнообразны, чем термины, и, как
правило, не специфичны для конкретной ПрО («часть-целое»,
«является подклассом», «оказывает воздействие», «похоже на» и
т. п.).
Аксиомы используются для моделирования утверждений, которые
всегда являются истинными.

47.

Технологии онтологического анализа
Существуют традиционные языки спецификации онтологий:
Ontolingua, CycL, языки, основанные на дескриптивных логиках
(такие как LOOM), языки, основанные на фреймах (OKBC, OCML,
Flogic). Более поздние языки основаны на Web-стандартах (XOL,
SHOE, UPML). Специально для обмена онтологиями через Web
были созданы RDF(S), DAML, OIL, OWL.
Различие между традиционными и Web-языками спецификации
онтологии заключается в выразительных возможностях описания
предметной области и некоторых возможностях механизма
логического вывода для этих языков. Типичные примитивы языков
дополнительно включают:
конструкции для агрегирования, множественных иерархий классов,
правил вывода, аксиом;
различные формы модуляризации для записи онтологий и
взаимоотношений между ними;
возможность мета-описания онтологии, что полезно при
установлении отношений между различными видами онтологий.
Сегодня некоторые из таких языков приобрели большую
популярность и широко применяются (в частности для описания
информационных ресурсов и сервисов Интернет).

48.

ГОСТ 15971—90
Основой для формирования словаря онтологической модели
вычислительной системы может служить ГОСТ 15971—90
«СИСТЕМЫ
ОБРАБОТКИ
ИНФОРМАЦИИ.
Термины
и
определения». Стандарт устанавливает термины и определения
понятий в области систем обработки информации. Термины,
обязательны для применения во всех видах документации и
литературы, входящих в сферу работ по стандартизации или
использующих результаты этих работ. Примеры понятий:
Данные, Data — Информация, представленная в виде, пригодном
для обработки автоматическими средствами при возможном
участии человека
Операционная система, Operating system - Совокупность
системных программ, предназначенная для обеспечения
определенного уровня эффективности системы обработки
информации за счет автоматизированного управления ее работой
и предоставляемого пользователю определенного набора услуг
Архитектура вычислительной машины, Computer architecture
Концептуальная
структура
вычислительной
машины,
определяющая
проведение
обработки
информации
и
включающая методы преобразования информации в данные и
принципы взаимодействия технических средств и программного
обеспечения

49.

Применение архитектурных моделей
Предметные области и объекты дисциплины архитектуры ИТ
решений

50.

Основные классы компонентов ВС
В примере доисторической информационной системы, приведённом
в начале лекции, мы выделили несколько основных и
существенно отличных друг от друга классов компонентов,
характерных и для современных ИС, отражение которых в модели
необходимо.
Во-первых, это люди (кто): те, кто готовит исходную информацию,
разрабатывает ПО, руководит вычислительным процессом,
интерпретирует
и
использует
результаты
вычислений,
контролирует корректность работы системы, обеспечивает её
работоспособность и развитие. Сам процесс преобразования
информации может протекать и без участия человека, но смысл
и целесообразность (почему) существования ВС определяет
он.
Во-вторых, это информация, которая в свою очередь делится на
собственно информацию и её описания (метаинформация),
переменные и условно-постоянные (неизменные в течение
конкретного экземпляра вычислительного процесса) исходные
данные, результаты вычислений (основной и информация о ходе
процесса). Сюда можно отнести и языки представления
информации.

51.

Основные классы компонентов ВС
В-третьих, это аппаратура, позволяющая вводить информацию в
систему, преобразовывать её к пригодному для вычисления виду,
выполнять сам вычислительный процесс, хранить исходные
данные, промежуточные и конечные результаты вычислений,
представлять информацию пользователям, передавать её для
дальнейшего применения, гарантировать сохранность и проч.
В-четвёртых, это программное обеспечение, позволяющее
создавать и исполнять программы, управлять вычислительным
процессом и необходимыми ресурсами, диагностировать
состояние системы, собственно решать задачи обработки
информации.
В-пятых, это правила создания, применения, развития и утилизации
информационных систем, договоренности о статусе систем и
данных в них, прочие организационно-правовые аспекты.
Все
названные
компоненты
протекающих в ВС.
используются
в
процессах,

52.

Развитие и использование архитектуры ВС

53.

Частные архитектурные модели ВС
Традиционно, архитектурные модели ВС строились в первую
очередь для аппаратуры и ПО (вычислительных платформ),
инфориационно-логические
модели
разрабатывались
достаточно обособленно, поскольку во многом инвариантны
платформе.
Стандарты процессов жизненного цикла ВС и управления ИТ
инфраструктурой также развивались преимущественно как
платформо-независимые, даже такими заинтересованными
сторонами, как IBM, HP, Microsoft и проч.
Наконец, человеческая составляющая ВС учитывается в
архитектурных
моделях
предприятия
(организационное
представление), но, как правило, без детализации на роли в
вычислительных процессах. Это направление долгое время
развивалось преимущественно разработчиками интерфейса
пользователя в виде групповых профилей пользователей для
различных ролей в ВС.
Далее в качестве примера рассмотрим частные архитектурные
модели аппаратных средств ВС на самом верхнем уровне
абстракции.

54.

Принстонская архитектура ВС
Принстонская
архитектура,
которая
часто
называется
архитектурой фон Неймана, характеризуется использованием
общей адресуемой оперативной памяти для хранения
программ, данных, а также для организации стека. По идее,
устройства постоянной памяти и ввода-вывода также должны
быть отображены в этом адресуемом пространстве, хотя
конструктивно их ячейки памяти выполнены иначе. Для
обращения к памяти используется общая системная шина, по
которой в процессор поступают и команды, и данные (по
отдельным линиям или по принципу мультиплексированя).
Архитектура современных персональных компьютеров основана на
магистрально-модульном принципе. Любую вычислительную
машину образуют три основные модуля:
процессор,
память,
устройства ввода-вывода (УВВ).
Информационная
связь
между
устройствами
компьютера
осуществляется через системную шину (системную магистраль).
Шина – это проводящая сигналы система, состоящий из множества
проводников. Количество проводников, входящих в состав шины,
определяет для параллельных интерфейсов максимальную
разрядность шины.

55.

Принстонская архитектура ВС
Принстонская
архитектура,
которая
часто
называется архитектурой фон Неймана, характеризуется
использованием общей оперативной памяти для хранения
программ, данных, а также для организации стека. Для
обращения к памяти используется общая системная шина, по
которой в процессор поступают и команды, и данные.
Архитектура современных персональных компьютеров основана на
магистрально-модульном принципе.

56.

Принстонская архитектура ВС
Системная шина, в свою очередь, представляет собой совокупность
шины данных, служащей для переноса информации;
шины адреса, которая определяет, откуда и куда переносить
информацию;
шины управления, которая определяет правила для передачи
информации;
шины питания, подводящей электропитание ко всем узлам
вычислительной машины.
Системная
шина
характеризуется
тактовой
частотой
и
разрядностью. Количество одновременно передаваемых по шине
бит называется разрядностью шины. Шины данных и адреса
могут иметь различную разрядность.
Тактовая частота характеризует число элементарных операций
по передаче данных в 1 секунду. Разрядность шины измеряется в
битах, тактовая частота – в мегагерцах.
Устройство управления (УУ) формирует адрес команды, которая
должна быть выполнена в данном цикле, и выдает управляющий
сигнал на чтение содержимого соответствующей ячейки
запоминающего устройства (ЗУ). Считанная команда передается
в УУ.

57.

Принстонская архитектура ВС
По информации, содержащейся в адресных полях команды, УУ
формирует адреса операндов и управляющие сигналы для их
чтения из ЗУ и передачи в арифметико-логическое устройство
(АЛУ). После считывания операндов устройство управления по
коду операции, содержащемуся в команде, выдает в АЛУ
сигналы на выполнение операции. Полученный результат
записывается в ЗУ по адресу приемника результата под
управлением сигналов записи. Признаки результата (знак,
наличие переполнения, признак нуля и так далее) поступают в
устройство управления, где записываются в специальный
регистр признаков. Эта информация может использоваться при
выполнении следующих команд программы, например команд
условного перехода.
Устройство ввода позволяет ввести программу решения задачи и
исходные данные в ЭВМ и поместить их в оперативную память,
управлять процессом вычисления. В зависимости от типа
устройства ввода исходные данные для решения задачи вводятся
непосредственно с клавиатуры, либо они должны быть
предварительно помещены на какой-либо носитель (напимер,
дисковый накопитель).

58.

Принстонская архитектура ВС
Устройство вывода служит для вывода из ЭВМ результатов
обработки исходной информации и хода процесса. Чаще всего это
символьная информация, которая выводится с помощью
печатающих устройств или на экран дисплея.
Запоминающее устройство или память с произвольной
адресацией – это совокупность ячеек, предназначенных для
хранения некоторого кода. Каждой из ячеек присвоен свой номер,
называемый адресом. Информацией, записанной в ячейке, могут
быть как команды в машинном виде, так и данные.
Обработка
данных
и
команд
осуществляется
посредством арифметико-логического устройства (АЛУ),
предназначенного для непосредственного выполнения машинных
команд под действием устройства управления. АЛУ и УУ
совместно образуют центральное процессорное устройство
(ЦПУ). Результаты обработки передаются в память.

59.

Принстонская архитектура: основные принципы
Принцип двоичности. Для представления данных и команд
используется двоичная система счисления.
Принцип программного управления. Программа состоит из набора
команд, которые выполняются процессором друг за другом в
определённой последовательности.
Принцип однородности памяти. Как программы (команды), так и
данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той
же системе счисления, чаще всего – двоичной). Над командами можно
выполнять такие же действия, как и над данными (модификация).
Принцип адресуемости памяти. Структурно основная память состоит
из пронумерованных ячеек, процессору в произвольный момент
времени доступна любая ячейка.
Принцип условного перехода. Команды из программы не всегда
выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе
команд условного перехода (а также команд вызова функций и
обработки прерываний), которые изменяют последовательность
выполнения команд в зависимости от значений данных и иных
событий.

60.

Принстонская архитектура: достоинства и недостатки
Архитектура фон Неймана имеет ряд важных достоинств.
- наличие общей памяти позволяет оперативно перераспределять ее
объем для хранения отдельных массивов команд, данных и
реализации стека в зависимости от решаемых задач. Таким образом,
обеспечивается возможность более эффективного использования
имеющегося объема оперативной памяти в каждом конкретном случае
применения.
- использование общей шины для передачи команд и данных
значительно упрощает отладку, тестирование и текущий контроль
функционирования системы, повышает ее надежность.
Однако, ей присущи и существенные недостатки. Основным из них
является необходимость последовательной выборки команд и
обрабатываемых данных по общей системной шине (пока не
выбрана и не декодирована очередная команда, не понятно, как
интерпретировать седующее за нею слово). При этом общая шина
становится «узким местом» (bottleneck – «бутылочное горло»), которое
ограничивает производительность цифровой системы при попытках
распараллелить вычисления.

61.

Гарвардская архитектура
Гарвардская архитектура была разработана Говардом Эйкеном в
конце 1950-х годов в Гарвардском университете с целью увеличить
скорость выполнения вычислительных операций и оптимизировать
работу памяти.
Она характеризуется физическим разделением памяти команд
(программ) и памяти данных. В ее оригинальном варианте
использовался также отдельный стек для хранения содержимого
программного
счетчика,
который
обеспечивал
возможности
выполнения вложенных подпрограмм. Каждая память соединяется с
процессором отдельной шиной, что позволяет одновременно с
чтением-записью данных при выполнении текущей команды
производить выборку и декодирование следующей команды.
Благодаря такому разделению потоков команд и данных и
совмещению операций их выборки реализуется более высокая
производительность,
чем
при
использовании
Принстонской
архитектуры (прообраз конвейера команд). Можно распространить
этот принцип и на внешние устройства (например, видеоподсистему),
что также ускоряет процесс обработки информации, но усложняет и
удорожает аппаратуру.

62.

Гарвардская архитектура

63.

Гарвардская архитектура
Недостатки Гарвардской архитектуры связаны с необходимостью
проведения большего числа шин, а также с фиксированным
объемом памяти, выделенной для команд и данных, назначение
которой не может оперативно перераспределяться в соответствии с
требованиями решаемой задачи.
Поэтому
приходится
использовать
память
большего
объема,
коэффициент использования которой при решении разнообразных
задач оказывается более низким, чем в системах с Принстонской
архитектурой.
Развитие микроэлектронной технологии позволило в значительной
степени преодолеть указанные недостатки, поэтому Гарвардская
архитектура широко применяется во внутренней структуре
современных высокопроизводительных
микропроцессоров, где
используется отдельная кэш-память для хранения команд и
данных. В то же время во внешней структуре большинства
микропроцессорных систем реализуются принципы Принстонской
архитектуры.