Конспект установочных лекций по комплексному курсу Информатика, Теория информации
Модуль Структура и закономерности протекания информационных процессов
Процесс
описывает возможное функционирование распределенной системы. Следовательно, информационный процесс описывает возможное функционирование распределенной информационной системы. Информационные системы - область науки и техники, которая включает совокупность средств, способов и методов человеческой деятельности, направленных на создание и применение систем сбора, хранения, передачи и обработки информации. Процесс в общем случае состоит из множества событий, которые соответствуют выполнению действий и возникают в определенном причинном следственном порядке. Процесс служит для математического моделирования любого дискретного действия распределенной системы и складывается из отдельных действий между которыми существуют причинно-следственные отношения. При каждом воплощении действия говорят о событии. Действие распределенной системы состоит из множества событий, причем каждому событию предписано действие. Различным событиям могут быть предписаны одни и те же действия. Это приводит к следующей математической модели (структуре) для процесса.
Пусть задано множество (универсум) E событий (англ. events), множество A действий (англ. actions). Тройка p=(E0, £0, a) называется структурой действия или также процессом, если справедливы следующие высказывания:
E0ÍE,
£0
есть частичный порядок над E0,
a: E0 ® A.
E0 называется множеством событий, £0 есть отношение причина-следствие, и a - обозначение действия процесса p. Отображение a каждому событию предписывает действие. В это определение структуры действия включается также пустой процесс – он представляется структурой действия, которая содержит пустое множество событий.
В случае сложных конечных или бесконечных процессов рассмотрение неструктурированного множества всех событий и связанных с ними действий становится трудным. Часто процесс складывается из ряда частичных процессов (подпроцессов). Такого рода процесс можно анализировать путем разложения на подпроцессы и их анализа.
Последовательные процессы являются частным случаем параллельных процессов.
Для представления последовательных процессов предлагается более простая форма представления в виде структуры действий. Для представления последовательных процессов можно полностью отказаться от явного задания множества событий, а вместо них использовать конечную или бесконечную последовательность действий.
Каждому последовательному процессу можно однозначно сопоставить поток действий – трассу (spur, англ. trace) процесса. Трассы являются более простыми моделями для последовательного хода работы системы, чем структуры действий.
Для моделирования распределенных систем, как правило, используются не процессы с их явным представлением параллельности (англ. true concurency – истинный параллелизм), а технически более простые для применения множества потоков действий. В этом случае говорят об искусственной линеаризации (англ. interleaving).
Абстрактное описание динамического поведения распределенной системы может быть дано путем задания множества процессов. Существует ряд способов для описания систем и их ходов работ:
· сети Петри, графический метод описания;
· агенты, формальный язык описания;
· формулы логики предикатов для описания хода работы.
Одной из первых концепций, которые были предложены для описания распределенных систем и процессов, являются сети Петри, представляющие собой простое графическое представление таких систем.
Сеть Петри (сеть условий/событий) – направленный граф, состоящий из узлов двух типов – вентилей (переходы, барьеры) и ячеек (места, площадки). Ребра по мере надобности ведут от вентилей к ячейкам или от ячеек к вентилям Ячейки загружаются логическими значениями или натуральными числами. Содержимое ячеек определяет состояние сети. В каком-либо заданном состоянии определенные вентили (множество вентилей) готовы к передаче (они могут «открываться» - путем открытия такого множества вентилей изменяя загрузку сети, т.е.
содержимое ее ячеек).
Для изучения информационных процессов необходимо ввести ряд основных понятий, относящихся к моделированию, описанию и программированию параллельно работающих распределенных систем.
Система
– определенная архитектура взаимодействующих компонент, отграниченных от окружения. Если активности компонент могут происходить одновременно, – то это параллельно работающие системы или параллельно протекающие (параллельные) процессы. Если такие системы построены из отдельных, удаленных друг от друга в пространстве компонент, тогда речь идет об распределенных системах, или об распределенных процессах.
Для описания процессов применяются следующие термины:
· распределение
означает пространственное расположение (или разделение) отдельных компонент процесса;
· параллелизм
относится к временным отношениям между действиями компонентов процесса, которые могут протекать одновременно (параллельно);
· интерактивность, реакция, коммуникация, координация, синхронизация
касаются причинно-следственных отношений между пространственно разделенными и выполняемыми наряду друг с другом действиями (с помощью них осуществляется обмен сообщениями и сигналами);
· недетерминированность
возникает при моделировании распределенных процессов из-за целенаправленного опускания из рассмотрения определенных деталей информации, например, временных взаимозависимостях в функционировании процесса, которые являются существенными при принятии решений в ходе работы процесса.
Процесс
в общем случае состоит из множества событий, которые соответствуют выполнению действий
и возникают в определенном причинно-следственном (временном) порядке.
