"Информатика (углублённый уровень)", Калинин И.А., Самылкина Н.Н.
Система — это целое, образованное взаимосвязанными элементами и выполняющее определённую функцию. Чтобы понять, как она работает, недостаточно перечислить её части: нужно выяснить, как они связаны, где проходят границы системы и чем она обменивается с окружающей средой. Системный подход помогает рассматривать объект целиком или делить его на подсистемы. Он нужен при изучении компьютеров, сетей, информационных моделей и сложных процессов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Система — совокупность взаимосвязанных элементов, образующая целое и рассматриваемая ради определённой цели или функции. Связи важны потому, что именно они позволяют частям действовать согласованно. Например, куча деталей ещё не компьютер, а собранное и настроенное устройство может обрабатывать информацию.
Элемент системы — часть, которую в рамках выбранного рассмотрения принимают за неделимую; при другом масштабе она может оказаться системой. Это определение помогает не уходить в бесконечное дробление объекта на мельчайшие части. Например, при изучении компьютерной сети отдельный компьютер можно считать одним элементом.
Структура системы — состав элементов и связи между ними, определяющие, как система устроена. Описывая структуру, мы показываем не только, что входит в систему, но и как части взаимодействуют. Это нужно, чтобы объяснить её работу и понять, где изменение связи или элемента может нарушить функцию.
Подсистема — часть системы, которая сама состоит из взаимосвязанных элементов и выполняет в целом определённую функцию. Такое деление упрощает изучение сложного объекта: каждую подсистему можно рассмотреть отдельно, а затем установить, как она участвует в работе целого. Например, устройства ввода компьютера образуют функциональную часть более крупной системы.
Предметы становятся системой не просто потому, что находятся рядом. Между ними должны существовать существенные связи, а при рассмотрении должно быть понятно, какое целое они образуют. У разрозненных деталей нет общей работы: соединение и настройка создают условия, при которых компьютер может выполнять заданные действия. Поэтому при анализе спрашивают не только «что входит?», но и «как это связано?».
Границы системы зависят от вопроса, на который мы ищем ответ. Если изучаем компьютер как устройство, его компоненты находятся внутри границы, а пользователь — снаружи; если изучаем рабочее место, компьютер и пользователь могут входить в одну систему. То же относится к элементам: то, что на одном уровне считают неделимой частью, на другом можно разделить на подсистемы. Выбранный масштаб нужен, чтобы не включать в описание лишнее и не упустить важное.
Функции системы обеспечиваются не отдельным перечнем частей, а тем, как эти части взаимодействуют. Процессор, память и устройства ввода-вывода выполняют разные задачи, но обмениваются данными и командами. Если изменить или отключить один элемент, связи могут нарушиться, а функция — выполняться хуже или перестать выполняться. Поэтому при поиске причины сбоя проверяют и состояние частей, и их взаимодействие.
Система не существует изолированно: её окружающая среда включает объекты и процессы за выбранной границей, которые могут влиять на неё или принимать результаты её работы. Обычно удобно описывать систему как преобразование: она получает входы, обрабатывает их и выдаёт выходы. Компьютер принимает данные и команды, обрабатывает их и показывает результат или сохраняет его. Такое описание помогает проследить обмен между системой и средой, не перечисляя все её внутренние детали.
Целостность означает, что элементы рассматривают как части одного организованного целого. Эмерджентность — появление у системы свойств, которых нет у отдельных элементов сами по себе. Например, детали по отдельности не могут выполнять программу, но соединённый и работающий компьютер способен это делать. Причина таких свойств — взаимодействие частей и организация связей, а не наличие одной «особенной» детали.
| Понятие | Что обозначает | Пример на компьютере |
|---|---|---|
| Система | Взаимосвязанные элементы, образующие целое | Компьютер, работающий как единое устройство |
| Элемент системы | Часть, принимаемая за неделимую в выбранной задаче | Процессор при рассмотрении компьютера целиком |
| Подсистема | Часть системы со своими элементами и функцией | Подсистема хранения данных |
| Структура | Состав частей и связи между ними | Соединение процессора, памяти и устройств |
| Среда системы | То, что находится за границами системы и взаимодействует с ней | Пользователь, электросеть, внешние устройства |
| Вход и выход | То, что система получает и выдаёт в ходе работы | Вход — данные и команды; выход — результат обработки |
Используйте таблицу как план описания объекта: сначала определите, что считаете системой, затем назовите её части и связи. После этого укажите среду, входы и выходы — так станет яснее, где проходят границы и какую функцию выполняет объект. Примеры относятся к компьютеру, но те же вопросы подходят для других систем.
Условие. Назовите элементы и связи системы «школьная библиотека», определите её границы и приведите пример взаимодействия со средой. Сначала уточним задачу: рассмотрим библиотеку как систему, которая выдаёт и принимает книги и помогает читателям находить материалы. Тогда внутрь границ включим то, что участвует в выполнении этой функции.
Ответ. Элементы библиотеки связаны выдачей, поиском и возвратом книг. Граница зависит от задачи, поэтому администрацию можно считать средой, а не внутренней частью системы. Пример взаимодействия со средой — читатель обращается за книгой и получает её.
Условие. Рассмотрите компьютер как систему, выделите две подсистемы, укажите их функции и объясните, как они взаимодействуют. Выберем подсистемы, которые участвуют в выполнении программы: обработку данных и хранение данных. Такое деление не означает, что компьютер состоит только из них; оно помогает проследить конкретную работу.
Ответ. Подсистема обработки выполняет команды, а подсистема хранения удерживает нужные данные и программы. Вместе они позволяют компьютеру выполнять задачу; отсутствие обмена между ними мешало бы обработке.
Условие. Для системы управления светофором определите входы, преобразование, выходы и последствия отказа датчика. Рассмотрим автоматическую систему, которая меняет сигналы с учётом данных о движении. Её границу проведём вокруг датчика, управляющего устройства и светофорных сигналов.
Ответ. Входы — показания датчика и правила, преобразование — обработка данных устройством управления, выходы — сигналы светофора. Отказ датчика способен привести к неверному управлению, поскольку изменение одного элемента влияет на работу целого.
Считать системой любой набор объектов. Часто кажется, что достаточно перечислить предметы, чтобы получить систему, но соседство ещё не создаёт целого. Проверьте, есть ли существенные связи и общая функция; если их нельзя указать, перед вами может быть просто совокупность.
Считать элементы абсолютными и неизменными. Эту ошибку допускают, забывая, что состав зависит от цели и масштаба описания. Проверьте себя вопросом: изменится ли список частей, если изучать объект подробнее или решить другую задачу? Если да, элементы выбраны относительно рассмотрения.
Путать элемент и подсистему. Подсистемой иногда называют любую часть, хотя отдельный элемент в выбранной модели может считаться неделимым. Проверьте, включает ли часть собственные взаимосвязанные элементы и выполняет ли функцию внутри целого; если нет, корректнее назвать её элементом.
Перечислять элементы, но не указывать связи. Такой список не объясняет, как объект работает, хотя его легко принять за полноценное описание. Проверьте, можете ли вы рассказать, кто или что обменивается данными, энергией либо воздействиями. Если связей нет в описании, структура системы не раскрыта.
Для системного рассмотрения нужно уметь различать объект, его свойства и связи между объектами. Здесь эти представления применяются не к отдельным вещам, а к целому, составленному из частей. Поэтому сначала полезно определить, что именно изучается, а затем выделить его свойства и взаимодействия.
Понятие системы помогает строить информационные модели: модель отражает важные элементы и связи объекта. Оно также пригодится при изучении компьютеров и компьютерных сетей, где устройства и программы взаимодействуют ради общей работы. Анализ систем полезен и для понимания сложных процессов, в которых результат зависит от нескольких связанных частей.
Может ли один и тот же объект быть и элементом, и системой?
Да, всё зависит от масштаба и задачи рассмотрения. Компьютер можно изучать как целую систему, а при анализе сети считать его одним из элементов.
Чем подсистема отличается от элемента системы?
Элемент в выбранном рассмотрении принимают за неделимую часть. Подсистема сама включает взаимосвязанные элементы и выполняет функцию внутри более крупной системы.
Почему для определения системы важно указать её границы?
Границы помогают отделить рассматриваемую систему от окружающей среды. Без них непонятно, какие объекты считать её элементами, а какие — внешними участниками взаимодействия.
Может ли система состоять из систем?
Да. Крупную систему часто разделяют на подсистемы, каждая из которых сама устроена как система и выполняет часть общей функции.
Что означает, что у системы есть свойства, которых нет у её элементов?
Такие свойства возникают благодаря взаимодействию частей и относятся к целому. Например, отдельные детали компьютера не могут самостоятельно выполнять вычисления как работающий компьютер.
§ 12. Системы
