Автор: admin

Опыт построения обучающей среды, основанной на гипертексте.

Проблемы гипертекстовой интерпретации лингвистического материала в процессе создания автоматизированного мультимедийного курса русской фонетики

Базовыми элементами современных систем дистанционного обучения (ДО), вне всякого сомнения, признаны компьютерные технологии обучения и, в первую очередь, сетевые компьютерные технологии. В ними связывают развитие образования все специалисты, работающие в области ДО. Неоднократно отмечалось, что новые сетевые информационные технологии, которые постепенно входят в практику обучения, предоставляют как преподавателю, так и учащемуся более широкие (по сравнению с традиционным заочным обучением) возможности в преподавании и изучении дисциплин самых различных циклов. Однако необходимо учитывать целый ряд очень важных ограничений, характерных для ДО, а именно: принципиально иная ситуация протекания учебного процесса: отсутствие непосредственного аудиторного контакта преподавателя и студентов, а также многократно возрастающая потенциальная численность обучающихся. Информационные технологии в этой ситуации, как показывает наш опыт, предоставляют новые возможности интеграции и учета на уровне общей методологии и частных методик обучения дифференцированной структуры индивидуальных целей учащихся, и их ситуативно обусловленных потребностей, особенно, если удается достичь оптимального сочетания новых возможностей презентации учебного материала (гибкая гипертекстовая форма, упрощающая нахождение и использование необходимой информации, аудио-, видео- наглядность и т.д.) и эффективных систем управления и контроля за процессом обучения. Все это предъявляет особые требования, в первую очередь, к базовым составляющим дистанционного обучения на современном этапе, а именно — к учебным электронным курсам, опыт разработки таких курсов мы хотели бы обсудить в данной работе.

Анализ ситуации, сложившейся к настоящему времени, позволяет утверждать, что сетевые компьютерные технологии и сформировавшееся на их основе мировое информационное сообщество, называемое Интернетом, предоставляют для организации полноценного дистанционного обучения следующие, уже перешедшие в разряд стандартных, возможности:

 Протоколы, обеспечивающие свободный или регламентируемый доступ к практически неограниченным по объему мультимедийным базам данных, в том числе распределенным (но полностью совместимым друг с другом).

 Свободное сочетание в любых пропорциях информации, хранимой на разных носителях: серверах Интернета, отчуждаемых жестких дисках (CD-ROM, DVD), возможность дополнения ею информацией на традиционных носителях.

 Оперативный обмен достаточно крупными информационными блоками любой модальности между заданными подмножествами Интернет-серверов и, соответственно, конечными пользователями (обмен файлами, электронная почта, телеконференции, аудио-, видеоконференции в режиме on-line).

Все эти виды информационной поддержки имеют свои, функционально значимые для ДО, особенности. На наш взгляд, это:

а) для информации, хранимой на серверах, -возможность регламентации доступа, практически неограниченный объем крайне разнообразной информации, предоставляемой в открытый (свободный или условно свободный) доступ;

б) для CD-ROM и DVD — очень большая информационная емкость (новейшие разработки позволяют поместить на DVD до 30 часов интерактивного полноценного видео), а также большой выбор эффективных операционных оболочек для создания учебных материалов;

в) для информационных каналов — возможность установления и поддержки непосредственного контакта в любой модальности восприятия всех участников процесса обучения. Однако здесь нельзя не отметить существующие пока еще технологические и технические трудности: ограниченный объем и ограниченное время доступа к информационному ресурсу, высокая стоимость использования таких каналов.

В настоящее время исследователями — теоретиками ДО и практиками-методистами — активно разрабатывается несколько концепций развития основанного на компьютерных сетевых технологиях обучения: собственно интернетовская концепция — построенная на взаимодействии «клиент-сервер» (вся учебная информация в формате HTML доступна обучающемуся на сервере учебной организации), контроль за процессом овладения знаниями (промежуточное и итоговое тестирование) осуществляется в процессе очных контактов, которые по логике этой концепции, абсолютно необходимы и не могут быть компенсированы никакими техническими средствами (считается, что имитация полноценного контакта преподавателя и учащегося или учащихся между собой неэффективна); смешанная (компилятивная) концепция, которая предполагает сочетание интернетовской базы данных, учебных компьютерных программ и обучающих курсов на других информационных носителях с информационно-справочными и учебными материалами, лежащими вне интернетовских структур (напр., учебники, справочники, задачники и другие учебно-методические материалы на традиционных носителях; модель, ориентированная преимущественно на традиционные методики заочного обучения с подключением интерактивных возможностей Интернета только для решения специальных задач (в первую очередь, тестирования), которую можно условно определить как полимодальную модель на основе технологий Интернета, оперативно обеспечивающих интерактивное взаимодействие между серверами и пользователями (включая видеоконференции и т.п.). Наконец, так называемая, «распределенная» система обучения (предполагает интеграцию в заданных пропорциях, диктуемых целями обучения, всех вышеперечисленных технологий, которые к тому же могут быть рассредоточены в мире по любому количеству Интернет-серверов, в том числе тех из них, которые обеспечивают оперативный доступ к реальным или виртуальным экспериментальным установкам — в случае языкового обучения: радио-, телепередачам, средствам массовой информации, другим масс-медиа и т.п.).

Как легко заметить, эти модели различаются, прежде всего тем, какие возможности сетевых компьютерных технологий избраны в качестве основных, базовых, а также что признается неэффективным, ненужным для решения поставленных задач. Все эти модели имеют своих сторонников и противников, зачастую занимающих достаточно крайние, непримиримые позиции: так, некоторые российские разработчики лингвистических учебных курсов ограничивают будущее ДО исключительно моделями, в которых используются учебные материалы (в форме интерактивного видео) на DVD-ROM, рассылаемые по почте, а за Интернетом оставляют только функцию контроля и управления учебным процессом (тестирование) и функцию сугубо дополнительной справочно-информационной среды. Противоположное крыло методистов-разработчиков в настоящее время даже получило своеобразное неформальное определение «могильщиков» CD- и DVD-ROM, поскольку во главу угла в их концепции ДО ставится принцип межличностных взаимодействий (учитель — ученик, ученик — ученик и т.д.), и вся учебная и справочно-информационная поддержка сосредоточена исключительно в ресурсах сети.

Все эти модели предъявляют разные требования к степени синкретичности используемых материалов, их единообразию в техническом и идеологическом плане, функционально определяемой взаимодополняемости. Естественно, распределенная модель, с учетом всех этих требований, оказалась наиболее сложной не только в техническом, но и в собственно методологическом и методическом отношении, хотя именно она в последнее время привлекает все более пристальное внимание всех тех, кто занимается развитием этой области, и особенно методистов и разработчиков систем ДО. При этом, если вопросы технической совместимости (совместимости на уровне компьютерных протоколов и технических параметров специальных, дополняющих компьютер, устройств) решаются достаточно быстро и эффективно (особенно в последнее время), то проблемы обеспечения единого методологического подхода, без чего весьма сложно организовать процесс обучения, так же как и согласованность взглядов на эффективность тех или иных методик и/или их сочетаний, способов оптимального сочетания разномодальных модулей обучающей системы, функциональной интеграции дополнительных возможностей, о которых было сказано выше, еще ждут своей квалифицированной проработки. Ниже мы постараемся изложить некоторые соображения по этому вопросу, которые сформировались в ходе практической работы над проектированием в рамках концепции «распределенного» обучения учебной среды по фонетике русского языка для пилотной системы дистанционного обучения, создаваемой в настоящее время по ряду учебных дисциплин на факультетах Московского университета.

1. Последняя из перечисленных выше моделей представляется нам наиболее эффективной и продуктивной. Поэтому именно в русле стратегии т.н. «распределенного обучения», когда в процесс обучения интегрированы не только специальным образом подготовленные электронные учебные материалы, но и соответствующие ресурсы всей глобальной сети (Интернета), а также творческая личность преподавателя (преподавателей) и ученика (работающего как индивидуально, так и в группе), авторами была проведена работа по созданию обучающей среды, предназначенной для поддержки университетского курса «Фонетика русского языка». Мы считаем, что нам удалось, прежде всего, экспериментальным путем, найти удачные новаторские решения для оптимального сочетания теоретических и практических материалов, разработать особую форму их представления и сопряжения, а также интегрировать в процесс изучения данной предметной области субъекта и объектов учебного процесса, другие полезные информационные ресурсы Интернета.

В теории ДО, основанного на сетевых компьютерных технологиях, в первую очередь подчеркивается революционная роль этих технологий по отношению к ключевому элементу всякого обучения — личности и функциям учителя. Неоднократно отмечалось, что широкое внедрение этих технологий в сферу обучения привело к тому, что взгляд на обучающие возможности компьютера, на роль учителя в компьютерном обучении и, в целом, в современном образовательном процессе должен претерпеть изменения. Это положение исследуется и в теоретических работах, и на основе опыта практической реализации внедряемых в процесс обучения систем (в том числе и систем ДО). Теоретики дистанционного обучения отмечают [1], что его возникновение кардинальным образом изменило базовую схему всего процесса, которую в традиционном обучении можно было условно представить формулой «учитель → учебник → ученик». В ситуации дистанционного образования чрезвычайно возрастает роль индивидуальной творческой познавательной деятельности учащегося и, как следствие, возрастает роль как собственно учебника, так и всего комплекса обучающих материалов. В компьютерном обучении они интегрированы в единую интерактивную обучающую среду во многом благодаря возможностям, предоставляемым гипертекстовыми технологиями; в процессе исследования этой среды учащиеся приобретают необходимые знания и овладевают полезными навыками. Таким образом, выстраивается новая схема образовательного процесса: «ученик → учебник → учитель», где роль промежуточного звена — учебника — становится ключевой во многом за счет того, что часть функций учителя перераспределяются в пользу обучающей среды. В то же время нет никаких оснований говорить о замене учителя компьютером, но можно уверенно прогнозировать, что в скором времени проблема интеграции его в процесс обучения в новых условиях (прежде всего в процесс дистанционного или распределенного обучения) найдет свое решение. Как нам кажется, продуктивными будут те модели, где учитель становится как бы частью самой модели обучающей среды.

Таким образом, нам представляется очевидным, что при построении модели дистанционного обучения основную информационную нагрузку, ядро этой модели несет не видео лекция и даже не интерактивный видео семинар, а мультимедиа комплекс обучающих интерактивных компьютерных материалов, включающий системы проверки и закрепления знаний и навыков, на базе которого формируется полноценная среда обучения[2]. Однако работа учащегося с таким мультимедийным комплексом при дистанционном обучении обязательно должна поддерживаться постоянными контактами с преподавателем и соучениками, при необходимости с партнером-носителем изучаемого языка (как, напр., в системах партнерского обучения — International Tandem Network[3]). Этот контакт может осуществляться посредством электронной почты и в ходе интерактивных видеоконференций, в системе модерируемых чатов и т.п. Особенно важно отметить, что преподаватель в такого рода системе получает возможность осуществлять проективную функцию в обучении не только напрямую, в контакте с обучаемым, но и через постоянное обновление информационной среды обучения, комбинируя оптимальным способом разные ее модальности.

2. Основным принципом формирования интерактивной обучающей среды при всех концепциях обучения, как показывает наш опыт, является гипертекстовый принцип структурирования и представления информации. Разрабатываемая в литературе теория гипертекста, а также наш собственный опыт по созданию гипертекстовых структур позволяют наметить ряд его сущностных, структурно значимых понятийных признаков. Вспомним историю формирования этого явления. Первоначально гипертекстовые технологии привлекли внимание преподавателей как средство интеграции текстовой информации и информации, представляемой в других модальностях — мультимедиа (звук, видео, анимация и т.д.). Затем авторы — разработчики компьютерных обучающих программ открыли для себя гипертекст как средство моделирования когнитивных процессов и тем самым как новое средство управления этими процессами. Симптоматично, что сама идея гипертекста (хотя и без введения именно этого термина) была впервые, как утверждается во всех западных учебниках по истории этого понятия и как принято сейчас считать в интернетовском информационном сообществе, изложена в статье Ванневара Буша, озаглавленной следующим образом: «As we may think» (1945 г.)[4]; именно от этой работы начинается отсчет эпохи гипертекста как некоторого особого явления в теории информации, лингвистике и когнитивной психологии, а также в сфере художественного слова нового типа (hypertext fiction).

В настоящее время термин «гипертекст» применяют к разным объектам: 1) так называют особый метод построения информационных систем, обеспечивающий прямой доступ к данным с сохранением логических связей между ними; 2) это определенная система представления текстовой и мультимедийной информации в виде сети связанных между собой текстовых и иных файлов; 3) это особый универсальный интерфейс, отличительными чертами которого является его интерактивность и необычайная дружелюбность по отношению к пользователю. Разработка гипертекстовых систем для целей обучения была начата за рубежом в 80-е годы, аналогичные работы в России до последнего времени находились в пилотной стадии. В 1998 г. у нас наблюдается экспоненциальный рост числа гипертекстовых систем, предлагаемых для дистанционного обучения, что соответствует мировым тенденциям в этой области. В частности, по оценкам канадских экспертов, в 1998 году на порядок изменилось общее число онлайновых учебных курсов. Если в январе 1998 г. в мире предлагалось менее 2.000 онлайн-курсов, то к декабрю их количество выросло до 10.000. Ожидается, что к 2000 г. общее количество такого рода материалов составит порядка 40.000 (сведения взяты на Информационном сервере Министерства общего и профессионального образования РФ «Информика»[5]).

Такой успех гипертекстовых технологий в сфере обучения далеко не случаен. Нам представляется, что он обусловлен, в первую очередь, тем, что гипертекстовые технологии, используемые для построения обучающих систем в Интернете, обладают рядом весьма привлекательных свойства, а именно:

 за последнее время сформировался набор унифицированных и достаточно универсальных способов создания интернетовских информационных серверов (Web-страниц), существует корпус учебников и авторитетных практических руководств по этому вопросу (в том числе и в самом Интернете);

и постоянно пополняется массив достаточно простых, но очень эффективных технических средств создания гипертекста (SGML/HTML и др.). Работа с ними не требует долговременной и трудоемкой специальной подготовки (что подтверждается нашим опытом преподавания: в результате чтения специального семестрового курса «Интернет для филолога» студенты и преподаватели филологического факультета Московского университета активно самостоятельно работают над созданием своих собственных Web-страниц и интенсивно пополняют информационные учебные ресурсы Web-сервера филологического факультета[6]);

программные средства (software), используемые при проектировании интернетовских информационных серверов, постоянно совершенствуются и оперативно обновляются; при этом обязательным условием является сохранение их преемственности и совместимости. Таким образом, идет постоянное расширение диапазона обслуживаемых прикладных задач: от ввода и редактирования звучащей информации и изображения (стационарного или анимационного, а также видео) до построения простых и сложных систем, использующих методы искусственного интеллекта, способных осуществлять обработку интерактивных запросов и ответов в реальном времени.

все (или почти все) эти программные средства предоставляются для свободного или условно свободного распространения (free- /share-ware).

К преимуществам гипертекста на содержательном уровне для задач обучения относят также то, что он позволяет создавать открытые информационные системы за счет относительно (об этом будем подробнее сказано ниже) свободного соединения информационных блоков. Таким образом, появляется возможность (при условии того, что общая структура задана правильно) неограниченной детализации в зависимости от прагматической направленности обучения любых положений и понятий, а также оперативное пополнение баз данных, которые лежат в основе учебных материалов.

Учебные материалы, подготовленные на основе мультимедийных гипертекстовых технологий, обладают рядом очевидных преимуществ как для учителя, обеспечивающего, направляющего и контролирующего процесс обучения, так и для обучаемого: прежде всего, это принципиально новые возможности презентации учебного материала, связанные с использованием зрительной и аудитивной наглядности. Необходимо также отметить, что сама гипертекстовая структурированность учебного материала обладает собственным дидактическим значением, так как является значительно более гибкой формой подачи информации, позволяющей в максимальной степени учитывать индивидуальные потребности обучающегося. По сути дела каждое обращение к автоматизированному обучающему курсу, основой которого является база данных, выполненная в гипертекстовом формате, является процессом создания своего собственного учебного текста, наиболее адекватно соответствующего данной актуальной задаче, вследствие чего процесс обучения приобретает творческий аспект. Устанавливая логические связи информационных блоков, выстраивая информацию, следуя собственной логике ее осмысления, обучающийся по сути дела становится соавтором, и, может быть, это и становится наиболее привлекательной стороной использования подобных курсов в процессе обучения. Однако необходимо подчеркнуть, что ключевой проблемой в такой системе становится проблема организации «навигации», свободная или навязываемая автором-разработчиком стратегия исследования данного информационного поля, которая к тому же должна решать и собственно дидактические задачи. В исследованиях по теории гипертекста вопросы организации «чтения» гипертекстовой информации рассматриваются в совокупности с формальным анализом структуры гипертекстового поля, возможностями технических средств управления «навигацией», а также особенностями когнитивных стратегических предпочтений человека (вновь подчеркнем, что последнее остается до сих пор наименее изученной областью). В качестве достаточно хорошо проработанных формализованных стратегических моделей часто выступают модели, лежащие в основе систем автоматизированного поиска и систем автоматической обработки запросов.

Один из основных вопросов, встающих перед авторами гипертекстов (в частности, перед создателями учебных автоматизированных курсов, базирующихся на всем массиве традиционных учебных материалов, к которым относятся и разрабатываемые авторами системы) — это соотношение традиционного письменного текста, имеющего линейную структуру, и гипертекста с его многоуровневой иерархически организованной стратификацией, — в частности, вопрос о правилах перехода от текста письменного к гипертексту. При этом мы столкнулись с необходимостью решения целого ряда проблем, связанных с распределением информации, содержащейся в тексте, по разным структурным уровням, с выработкой критериев оценки оптимального структурирования текста. На наш взгляд, одним из основных формальных принципов подобных трансформаций является стремление к самодостаточности информации в пределах одного информационного блока, который должен иметь характер законченности при данной степени детализации. При этом необходимо помнить, что дальнейшая детализация информации, не связанная с выходом на иной понятийный уровень или в соположенные информационные блоки, обеспечивающаяся системой ссылок в пределах данного гипертекста, является факультативной и зависит от потребностей конкретного пользователя, т.е. информация, вызываемая обращением к такого рода ссылке, не является принципиально важной для восприятия смысла данного фрагмента текста в целом. Содержательная структура гипертекста в значительной мере соотносима с понятийным тезаурусом конкретной предметной области, которая должна быть смоделирована средствами этого гипертекста. При этом, как показывает наш опыт, рекомендуется следующая уровневая иерархия ссылок, взятых в их функциональном аспекте: а) на первом, самом высоком уровне, используется жанр максимально коротких аннотаций для всех базовых терминологических понятий, б) на следующем уровне дается предметное истолкование тех или иных понятий, в) далее идет информационный слой, связанный с концептуальной трактовкой этих понятий, который может сопровождаться набором библиографических ссылок или ссылками на рекомендуемую литературу (в том числе и представленную в электронном виде в Интернете[7]).

Как показывает практика, процедура оснащения исходного текста системой ссылок часто не представляется простой. Здесь встает вопрос о требованиях, которым должны соответствовать ключевые слова и словосочетания в гипертексте. Нам представляется, что они должны соответствовать следующим требованиям: 1) быть достаточно информативными (ключевые слова), т.е. обладать преимущественно терминологическим значением в пределах данного текста; 2) занимать определенную синтаксическую позицию во фразе, связанную в значительной мере с актуальным членением (относится к составу ремы); 3) полностью соответствовать блоку информации, которая вызывается обращением к ним; 4) быть логически связанными только с одним информационным блоком в пределах данного гипертекста. Употребление того или иного слова (словосочетания) в качестве ключевого для ссылки регулируется целым рядом морфологических, лексико-семантических и синтаксических критериев.

Особым образом проецируются на структуру и состав учебных компьютерных систем такие ключевые для гипертекста понятия, как объем и место в общей структуре информационных узлов разной степени значимости, а также типологическая иерархия связей между всеми узлами. Эти же параметры являются ключевыми и для оптимальной организации процесса навигации по информационным блокам.

В теории гипертекста для формализации этих параметров была разработана специальная гипертекстовая метрика, которая включает два базовых параметра: степень информационной компактности и индекс стратификации[8]. Высокий уровень компактности характеризует такие гипертекстовые структуры, в которых на любой из информационных блоков можно с легкостью попасть из любого другого блока (обычно это обеспечивается многочисленными перекрестными ссылками). Чрезмерно высокая компактность может привести к полной дезориентации обратившего к гипертексту читателя, а также чрезвычайно затрудняет процесс отслеживания преемственности понятий. Низкая информационная компактность чревата выпадением из поля зрения читателя гипертекста отдельных узлов, которые могут нести важную для формирования каких-то понятий информацию или же вообще делать отдельные узлы во многих случаях недоступными. Индекс стратификации позволяет оценить допустимую степень свободы выбора последовательности чтения гипертекстового документа. Именно этот последний параметр представляется нам особенно значимым параметром для такой функционально-стилистической разновидности гипертекста, как обучающий гипертекст.

В подготовленных нами учебных компьютерных материалах было экспериментально получено оптимальное количество допустимых ссылок в расчете на один абзац текста (не более 1 — 2 ссылок), а также рекомендуемый объем текстовой информации: при выводе на экран компьютера он должен занимать не более 1,5 или 2-х экранов. Допустимая и рекомендуемая иерархическая глубина связей устанавливалась в соответствии с данными теории восприятия информации и когнитивной лингвистики. Предполагалось, что в зависимости от индивидуальных когнитивных стилей усвоения информации она может колебаться от 2 до 5 шагов[9]. В ряде психологических и психолингвистических работ, посвященных теории гипертекста, были предприняты попытки выявления базовых стратегий, которые оказывались предпочтительными для разных групп людей; полученные данные позволяют наметить три основных типа поведения в гипертекстовом пространстве, их принято в англоязычной традиции называть depth-first navigation, breadth-first navigation и два варианта промежуточной стратегии (random navigation), совмещающей в определенных долях два первых подхода[10]). Однако нельзя не отметить, что все без исключения исследователи подчеркивают необходимость дополнительных экспериментов в этом направлении для установления степени достоверности полученных данных. Мы также полагаем, что этот вопрос нуждается в дальнейшем, более глубоком изучении, поэтому в данной работе руководствовались преимущественно интуитивными представлениями об оптимальной структуре связей, которые, на наш взгляд, были продиктованы спецификой лежащего в основе нашего гипертекста материала.

3. Дополнительным стимулом в нашей работе служило то, что именно фонетика является такой лингвистической дисциплиной, где учебный процесс принципиально невозможен без использования зрительной и аудитивной наглядности. Ее преподавание как в теоретическом аспекте, так и в иноязычной аудитории при практической отработке адекватных произносительных навыков должно учитывать специфическую и многоаспектную природу звука как минимальной речевой единицы: обладая определенной функциональной нагрузкой в системе данного языка, звук материален и как акустический образ, и как определенная последовательность движений органов, формирующих произносительный аппарат человека. Процесс изучения фонетики и, особенно, обучения фонетике какого-либо языка сталкивается с непреодолимыми трудностями, если его необходимо организовать в форме заочного или дистанционного обучения.

Одной из ключевых проблем в преподавании фонетики и, особенно, фонетики неродного языка является неконтролируемость артикуляционных навыков в процессе коммуникации: человек, если он не обладает специальной подготовкой, не может в достаточной степени сознательно регулировать процесс формирования резонирующих полостей, прежде всего ротового резонатора (положение языка, степень и характер его напряжения, работу губ, степень межчелюстного раствора и т.д.). При изучении иностранного языка большая или меньшая степень адекватности произносительных навыков, как правило, достигается в результате многократного имитационного повторения эталонных звучаний, — это достаточно длительный и, к сожалению, не всегда продуктивный процесс, который требует постоянного контроля со стороны преподавателя.

По одной из лингвистических теорий, восприятие звуков человеческой речи (которые, кстати, в силу их краткости и вариативности невыгодно отличаются в этом аспекте от других звуков) происходит с опорой на собственные артикуляционные навыки; человек, слыша тот или иной звук, для его правильного опознавания должен представлять, какая именно артикуляция нужна для его производства[11]. Таким образом, один из самых существенных моментов отработки произносительных навыков в процессе изучения иностранного языка, от которого во многом зависит успешность результата, определяется спецификой изучаемого объекта, а именно взаимосвязью и взаимообусловленностью артикуляционной и акустической сторон речи.

Мультимедийный гипертекстовый учебник русской фонетики, созданный на филологическом факультете МГУ, позволяет решить задачу отражения взаимосвязи трех аспектов звука речи:

 Звук как результат работы произносительного аппарата (анатомо-физиологический аспект);

Звук как результат воздействия на слуховой аппарат человека колебаний воздуха (акустический аспект);

 Звук как минимальная единица, обладающая определенным набором коррелятивных связей в системе данного национального языка (функциональный аспект).

Это нашло воплощение в структуре учебного комплекса. Основу курса составляет база данных, содержащая изложение теоретических основ русской фонетики, представленное в гипертекстовом режиме. Условно текстовое содержание курса можно разделить на две части: 1) изложение основных моментов описания функционирования гласных и согласных фонем, а также интонационной системы современного русского языка; 2) подробное описание артикуляции всех звуков русской речи.

В процессе работы над данным курсом авторы столкнулись с рядом проблем, наиболее существенной из которых, как и ожидалось, стала проблема соотношение гипертекстовой организации информационной базы данных, лежащей в основе курса по русской фонетике, и описания особенностей фонетической системы русского языка, предлагаемой традиционными учебниками. Как известно, на данном этапе любой мультимедийный учебный курс не исключает, а, наоборот, предполагает обязательное использование других источников информации (учебников, словарей, лекций и т.д.), так как одной из наиболее существенных особенностей гипертекста является то, что его структура в идеальной варианте представляется открытой и неконечной. Ввиду этого оптимальным можно считать завершение той или иной логической последовательности информационных блоков, организованных по принципу конкретизации и детализации, списком библиографии по данному вопросу, снимающим проблему функциональной ограниченности гипертекста в пределах данного электронного носителя. Вместе с тем гипертекстовое структурирование является не только новым способом презентации информации, но и ее переосмыслением. Именно поэтому любая попытка механического перехода от линейного текста к гипертексту обречена на неудачу.

Здесь мы наблюдаем достаточно интересные явление: предоставляя неоспоримые преимущества, гипертекстовая форма в силу особенностей своей стилистики, накладывает ряд существенных ограничений как на отдельные формулировки, так и на всю структуру описания в целом. Главным требованием гипертекстовой структурированности (как отмечалось выше) является то, что весь объем лингвистической информации, составляющей основу курса, с необходимостью должен быть поделен на минимальные текстовые блоки (об оптимальном размере таких блоков см. выше), каждый из которых должен быть информативным и законченным при данной степени детализации. В идеале каждый информационный узел является относительно самостоятельной информационной единицей; дальнейшая детализация информации, обеспечивающаяся системой ссылок в пределах данного гипертекста, является факультативной и зависит от потребностей конкретного пользователя, т.е. информация, вызываемая обращением к ссылке, не является принципиально важной для восприятия смысла текста в целом.

Вместе с тем такая структурированность определяет одно из главных, на наш взгляд, преимуществ гипертекста перед традиционными описаниями: в рамках данной структуры существенно возрастает возможность увеличения степени детализации учебного материала без опасения того, что подобная степень детализации является излишней и утомительной (обучающийся всегда имеет возможность остановится без ущерба для восприятия проблемы в целом). Так, раздел «Вокализм русского языка» базы данных, лежащей в основе разрабатываемого авторами автоматизированного курса русской фонетики, который описывает артикуляцию гласных звуков, особенности реализации гласных фонем под ударением и в безударных позициях, состоит из более чем 250 подобных файлов. Для сравнения можно привести объем, который занимает изложение той же информации в традиционных учебниках фонетики: наиболее подробно данный материал рассматривается в учебниках Р.И.Аванесова «Русское литературное произношение» (51 стр.), М.И.Матусевич «Современный русский язык. Фонетика» (60 стр.).

Таким образом, предоставляя неоспоримые преимущества, гипертекстовая форма организации учебного материала в то же самое время сопряжена с определенными трудностями, стоящими перед ее создателями, наиболее существенной из которых, на наш взгляд, является сама задача гипертекстового структурирования. Гипертекстовая форма предъявляет также и ряд других ограничений:

1) Прежде всего это ограничения объема отдельного файла (информационного блока): как показывает и наша практика, для того, чтобы быть адекватно воспринятым, объем линейно излагаемого материала в пределах гипертекста не должен превышать 1,5-2 размеров экрана, что составляет примерно 200-300 слов. Нами учитывался также тот факт, что восприятие информации с экрана компьютера (чтение текста с экрана компьютера) происходит примерно на 30% медленнее, чем чтение теста на бумажном носителе. Как следствие возрастает необходимость четкости и однозначности формулировок, использования «компактного» языка.

2) Следует стремиться к преодолению явлений «каскада» в изложении информации, когда один и тот же теоретический материал формулируется в пределах разных информационных блоков (файлов) или изложение материала, определяемого одним понятием, относится к разным блокам (т.е. это те случаи, когда наблюдается несоответствие между гипертекстовой структурированностью и стратификацией излагаемой информации, определяемой собственными специфическими характеристиками описываемого объекта).

3) При этом сама организация текста должна соответствовать определенным требованиям, связанным прежде всего с представленностью в нем терминов и формулировок, призванных обеспечивать естественные логические переходы от одного информационного блока к другому (система линков, основанная на понятийной структуре текста).

В зависимости от характера лингвистической информации, изложенной в информационных «узлах», файлы в пределах одного гипертекста могут быть весьма различны по своей стилистике. Если рассматривать стилистическое варьирование отдельных файлов в пределах гипертекста, можно отметить определенную соотнесенность с традиционными способами информационной структурированности (как известно, существуют традиционные формы преодоления линейности изложения текстовой информации в зависимости от ее значимости в пределах текста, а также возможности передачи информации, прямо не связанной с излагаемым, но находящейся с ней в некой логической связи: выделенность курсивом, изменение размера шрифта, заключение части текста в скобки, подчеркивание, разбиение на главы, параграфы, использование нумерованных перечней, сноски, ссылки и т.д.). Опыт создания базы данных курса русской фонетики показывает, что на основании степени детализации информации и особенностей ее текстовой организации можно выделить следующие основные типы информационных блоков в пределах гипертекста учебной направленности:

1) так называемая первая страница (первое окно), сочетающая в себе признаки введения (обозначение предмета описания, его целей и методов, а также его адресация) и оглавления (перечня наиболее общих и существенных характеристик данного объекта, целью которого является обеспечение доступа к указанной информации). «Повествовательность», свойственная введению, здесь должна органически сочетаться с различными видами списков (оглавление). Вследствие этого, в отличие от традиционного оглавления, при всей своей лаконичности «первая страница» имеет не только вспомогательную роль, демонстрирующую расположение информации, но и является наиболее общим описанием объекта, отражающим его наиболее общие типологические характеристики, существенные, дистинктивные признаки понятий и их корелятивных рядов;

2) реферат, или аннотация, которые в случаях значительного объема информации в пределах данного конкретного блока являются обоснованным переходом от «первой страницы» к более детальному ее изложению; при этом подобные тексты должны соответствовать основному требованию гипертекстовой структурированности, т.е. быль целостными и законченными. По стилистическим особенностям они могут быть сравнены со статьями толкового терминологического словаря;

3) основной учебный текст, который по своим стилистическим особенностям может быть сравнен со статьей энциклопедического словаря; неслучайно любой энциклопедический словарь предоставляет нам примеры прообраза гипертекстовой структурированности — выделенности курсивом тех понятий, толкование которых присутствует в данном словаре. В качестве одной из главных особенностей подобных текстов (как и в словарных статьях) следует указать на нежелательность присутствия здесь тенденциозности и субъективности в изложении информации;

4) различного рода иллюстрации и примеры, использующие разные виды зрительной наглядности (текст, рисунки, видеозапись, мультипликация) и звук;

5) комментарий, по жанру близкий традиционной книжной ссылке. Именно на этом этапе возможным изложение информации, не являющейся общепризнанной и бесспорной;

6) библиография, отсылающая к традиционным источникам информации (книги, журнальные статьи и т.д.)

При этом следует помнить, что гипертекстовая форма позволяет одновременное выведение на экран двух и более файлов в виде отдельных фреймов, т.е. сочетание в пределах одного окна монитора текстов разных типов.

Таким образом, проблема гипертекстовая интерпретации учебного материала, неизбежно возникающая при создании автоматизированных учебных курсов, не представляется тривиальной. Она является не только новой формой презентации информации, но и ее переосмыслением (как создателями, так и пользователями).

При использовании средств визуальной и аудитивной наглядности в базе данных нашего учебника были использованы как традиционные, так и достаточно новые способы представления артикуляционных особенностей и акустической картины звука. Так, текстовое описание артикуляции сопровождается тремя видами визуальной наглядности (анимационное представление артикуляции русских звуков, выполненное на основе кинофоторентгенограмм[12]; видеозапись видимых артикуляционных движений, прежде всего работы губ и степени межчелюстного раствора; графическое отображение звукового сигнала, которое может быть выполнено в виде осциллограммы) и звуковыми файлами, демонстрирующими реализацию гласных и согласных в речи. Таким образом, в процессе работы с курсом становится возможным формирование представлений об основных функциональных звукотипах русского языка как о взаимообуславливающем единстве произносительных навыков и звуковых образов, что на наш взгляд, также является одним из достоинств данного курса.

Гипертекстовая форма организации учебного материала позволила преодолеть одну из самых существенных трудностей, возникающих при преподавании фонетики, а именно изолированность описания единиц сегментного и суперсегментного уровней, присутствующую в большинстве учебников по русской фонетике, в которых обычно эти сведения составляют материал разных разделов. Как показывает практика преподавания, многие аспекты описания, традиционно относимые к различным частям курса, неразрывно связаны. Так, невозможно говорить о качественной реализации русских гласных в отрыве от вопросов русской акцентологии и интонации и наоборот. Переход от линейного изложения материала к созданию автоматизированной базы данных, отражающей взаимообусловленность как различных аспектов звука, так и функционирования единиц сегментного и суперсегментного уровней, позволяет наиболее полно, адекватно и наглядно отразить особенности русской фонетической системы. Учебный материал перестает распадаться на отдельные блоки (главы, параграфы, уроки и т.д.), а выстраивается как некое диалектическое единство, отображающее и описывающее объект в целом.

Авторы предполагают продолжить работу над новыми модулями обучающей среды по фонетике русского языка с учетом тех положений теории и практики гипертекстовых систем, а также организации полноценного дистанционного обучения, которые были обсуждены выше. С подготовленными учебными материалами и макетом обучающей среды, в которую они интегрированы, можно ознакомиться на Web-странице филологического факультета[6] и на Web-сервере физического факультета по адресу: http://info.phys.msu.su/Philology/.

Список литературы

Дистанционное обучение. М., «Владос», 1998.

Кедрова Г.Е., Егоров А.М., Дедова О.В., Руденко-Моргун О.И. Гипертекст как принцип формирования интерактивной обучающей среды по русскому языку. — «Проектирование инновационных процессов в социокультурной и образовательной сферах». Матер. 2 научно-практическ. конференции. Сочи, 1999.

Напр., Tandem Server in Trinity College (University of Dublin) по адресу: http://www.tcd.ie/CLCS/tandem/

De Bra, P., Post, R., Information Retrieval in the World Wide Web: Making Client-based searching feasible. WWW-94 Conference, CERN, 1994.

 URL: «http://www.informika.ru»

 URL: «http://www.philol.msu.ru»

 Кедрова Г.Е., Дедова О.В. Компьютерный языковой учебник в Интернете. // Доклады межд. конф. «Интернет. Общество. Личность. (ИОЛ-99)». Вып. 2. CD-ROM. С.-Петербург, 1999.

 Botafogo, R.A., Rivlin, E., Shneiderman, B. Structural analysis of Hypertexts: Identifying Hierarchies and Useful Metrics. ACM Transactions on Information Systems, 10-2, 1992.

 De Munk J.T., Aerts A., De Bra P. OODB Support for WWW Applications: Disclosing the Internal Structure of Documents. Proc. WebNet-96 Conference. San Francisco, 1996.

 Van Dyke Parunak, H., Hypermedia topologies and user navigation, II ACM Conference on Hypertext, 1989.

  Бондарко Л.В. Звуковой строй современного русского языка. Л.,1977.

 Болла К. Атлас звуков русской речи. Будапешт, 1981.

Теория и практика речевых исследований (АРСО-99). Материалы конференции. М., 1999.

Г.Е.Кедрова, О.В.Дедова. Опыт построения обучающей среды, основанной на гипертексте. Проблемы гипертекстовой интерпретации лингвистического материала в процессе создания автоматизированного мультимедийного курса русской фонетики

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.nature.ru/

3) Каждой ветви соответствует компонентное уравнение:
а.
dU
I=C*
dt
I, U — фазовые переменные типа потока и разности потенциалов (напряжения) в
рассматриваемой ветви, С — емкость.
б.
dI
U=L*
dt
L — индуктивность
в.
U=R*I
R — сопротивление
г.
U=f1(V,t)
U — вектор фазовых переменных,
t — время, в частном случае возможное U=const
д.
I=f2(V,t)
U — вектор фазовых переменых,
I — м.б. I=const
Зависимая ветвь — ветвь, параметр которой зависит от фазовых переменных.
4) Каждому узлу схемы соответствует определенное значение фазовой переменной
типа потенциала, каждой ветви — значения переменных I и U, фигурирующих в
компонентных уравнениях. Соединение ветвей друг с другом (т.е. образование
узлов) должно отражать взаимодействие элементов в системе. Выполнение этого
условия обеспечивает справедливость топологических уравнений для узлов и
контуров.
В качестве фазовых переменных нужно выбирать такие величины, с помощью которых
можно описывать состояния физических систем в виде топологических и компонентных
уравнений.
В ЭВМ эта схема представляется в табличном виде на внутреннем языке.
Граф электрич. схем характеризуется некоторыми так называемыми топологическими
мат-рицами, элементами которых являются (1, 0, -1). С помощью них можно написать
независимую систему уравнений относительно токов и напряжений ветвей на
основании законов Кирхгофа. Соединения ветвей с узлами описываются матрицей
инциденции А . Число ее строк равно числу узлов L, а число столбцов — числу
ветвей b. Каждый элемент матрицы a(i, j):
м -1 — i-я ветвь входит в j-й узел,
a(i, j) = н 1 — i-я ветвь выходит из j-го узла,
о 0 — не соединена с j-м узлом.
Легко видеть, что одна строка матрицы линейно зависит от всех остальных, ее
обычно исключают из матрицы, и вновь полученную матрицу называют матрицей узлов
А. Закон Кирхгофа для токов с помощью этой матрицы можно записать в виде:
А * i = 0, где i — вектор, состоящий из токов ветвей.
Для описания графа схемы используют еще матрицы главных сечений и главных
контуров. Сечением называется любое минимальное множество ветвей, при удалении
которых граф распадается на 2 отдельных подграфа. Главным называется сечение,
одна из ветвей которого есть ребро, а остальные — хорды. Главным контуром
называется контур, образуемый при подключении хорды к дереву графа. Число
главных сечений равно числу ребер, т.е. L-1, а число главных контуров — числу
хорд m=(b-(L-1)). Матрицей главных сечений П называется матрица размерностью
(L-1) * b, строки которой соответствуют главным сечениям, а столбцы — ветвям
графа. Элементы матрицы a(i, j)=1, если j-я ветвь входит в i-е сечение в
соответствии с направлением ориентации для сечения; a(i, j)=-1, если входит, но
против ориентации, и a(i, j)=0, если не входит в сечение.
Закон Кирхгофа для токов можно выразить с помощью матрицы главных сечений.
Пi = 0
Матрицей главных контуров Г называется матрица размерностью (b-(L-1))*b, строки
которой соответствуют главным контурам, а столбцы — ветвям графа. Элемент этой
матрицы a(i, j)=1, если j-я ветвь входит в i-й контур в соответствии с
направлением обхода по контуру, -1, если ветвь входит в контур против
направления обхода, и 0, если ветвь не входит в контур.
Закон Кирхгофа для напряженй выражается с помощью матрицы главных контуров в
виде:
Пи = 0
Располагая в матрицах П и Г сначала столбцы, соответствующие ветвям-ребрам, а
затем столбцы, соответствующие ветвям- хордам, можно записать:
П = [E, Пх] Г = [Гр, Е]
где Пх содержит столбцы, соответствующие хордам; матрица Гр — столбцы,
соответствующие ребрам, а Е — единичные матрицы [размерность матрицы Е, входящей
в П, (L-1)*(L-1), а входящей в Г, (b-(L-1))*(b-(L-1))].
Матрицы Гр и Пх связаны следующим соотношением:
Гр=-Пxт , где т — знак транспонирования матрицы, или, обозначая Гр=F, получаем
Пх=-Fт.
Если для расчета электрической схемы за искомые переменные принять токи i и
напряжения u ветвей, то уравнения:
Ai = 0 или Пi = 0
Гu = 0 Гu = 0
совместно с компонентами уравнений:
Fj(I,U,dI/dt,dU/dt,x,dX/dt,t)=0
составят полную систему уравнений относительно 2b переменных.
То есть полная система в общем случае представляет собой набор обыкновенных
линейных дифференциальных уравнений.(в случае линейных схем)
Число переменных и уравнений можно уменьшить следующим образом. Токи ребер Ip и
напряжения хорд Ux можно выразить через токи хорд Ix и напряжения ребер Up:
Ip= F * Ix Ux = -Fu
Если подставить эти уравнения в уравнение:
Fj(I,U,dI/dt,dU/dt,x,dX/dt,t)=0
то число уравнений и переменных можно уменьшить до числа ветвей b.
Обозначения: L — число вершин (узлов),
b — число ветвей,
p — число ребер,
m -число хорд.
Для связного графа справедливы следующие отношения:
p = L — 1 m = b — (L-1)
хорда — ребро, не вошедшее в дерево.
Оценим эффективность использования вышеописанных матриц описания схем с точки
зрения размерности, для ЭВМ это проблема экономии памяти.
Пусть имеем: число вершин (узлов) L = 500,
число ветвей b = 1000.
Оценим размеры матриц:
Инцидентности:
L * b = 500 * 1000 = 500000
Главных сечений:
(L-1) * b = p * b = 499 * 1000 = 499000
Главных контуров:
(b-(L-1)) * b = (b-p) * b = (1000-(500-1)) * 1000 = (1000-499) * 1000= 501000
Из вышеприведенных нехитрых вычислений следует, что для описания схемы выгоднее
использовать матрицу главных сечений.
2 — Эквив.схема преобразуется в программу решения линейных дифференциальных
уравнений.
Для решения таких систем необходимо организовать иттерационный процесс, решая на
каждом шаге иттераций систему линейных уравнений.
— Схема организации вычислит. процесса:
— Ввод исходной информации
— Трансляция исходной информации. Заполнение массивов в соответствии с внутр.
формой представления данных
— Построение матем. модели схемы
— Решение системы линейных уравнений
— Обработка и выдача результатов
Задачи:
1. Получить АЧХ, ФЧХ (АФЧХ) решением системы дифф. уравнений
2. Построить характеристики по АЧХ и ФЧХ
Построение модели эквивалентной схемы.
Модель схемы может быть построена в одном из 4-х координатных базисов:
1. ОКБ — однородный координатный базис
2. РОКБ — расширенный однородный координатный базис
3. СГКБ — сокращенный гибридный координатный базис
4. ПГКБ — полный гибридный координатный базис
1) Модель представляет собой систему алгебро-интегро-дифференциальных уравнений.
Неизвестные величины — напряжения U в узлах.
2) Система обыкновенных дифф. уравнений первого порядка, в неявной форме.
Неизвестные величины:
Uс
Il
3) Модель — система обыкновенных дифф. уравнений в форме Коши (в явной форме).
Неизвестные величины:
Uc
Il
Теоретически существует, но на практике не используется, так как он избыточен.
Неизвестные величины:
U
I
Для построения модели используются:
1) МУП — метод узловых потенциалов
2) ММУП — модифицированный МУП
3) МПС — метод переменных состояния
1) ОКБ
Используются следующие матрицы:
С, G, L, Y.
На нулевом шаге все матрицы и векторы заполнены нулями.
В матрице С рассматриваются i, j строки и столбцы.
При совпадении индексов элемент в матицу включается со знаком “+”, а при
несовпадении — со знаком “-”. В матрицу могут быть включены 4 или 1 элемент.
Характеристики модели в ОКБ.
Достоинства:
— Метод построения прост, обладает низкой трудоемкостью.
— Матрицы, как правило, хорошо обусловлены, результатом чего является высокая
точность решения.
Недостатки:
— Используется только один вид зависимых источников.
— Наличие интегральных уравнений.
2) Построение модели в РОКБ с помощью ММУП.
Цель — избавиться от интегральных уравнений и оставить только дифференциальные
уравнения.
1. Записывается модель в ОКБ.
2. Избавляемся от интегральных членов уравнения ( вида 1/pL, т. к. 1/р —
оператор интегрирования), преобразовывая их в новые неизвестные (например,
токи).
Получим систему вида:
м C*dX(t)/dt+G*X(t)=Y(t)
о X(0)=X0
X(t),dX(t)/dt,Y(t)-вектора
С,G-матрицы.
Это система линейных обыкновенных дифференциальных уравнений 1-го порядка с
постоянными коэффициентами в неявной форме.
Решаем полученную систему.
Достоинства:
1. В модели могут быть любые типы источников.
2. Низкая трудоемкость (т. к. метод прост).
3. Отсутствуют интегральные уравнения.
Недостатки:
Выросла размерность решаемых задач.
Построение модели в СГКБ с помощью МПС
МПС сложен для осмысления и для реализации. МПС можно построить, если в схеме
нет топологических выражений (это контуры из емкостей или звезды из
индуктивностей).
Чтобы выйти из этой ситуации, в схему вводят дополнительные элементы, но
снижается точность вычислений.
X0(t0), X0(t0), X0(t0)… ;t=ti-ti-1 ;Xi=f(xi-1)
Вывод: модели СГКБ имеют смысл, когда кlmaxп/пlminп
собственные значения матрицы (А- Е).
Определение квазистатических (частотных) характеристик линейных эквивалентных
схем.
Для большинства линейных схем характернымиявляются такие показатели, как
добротность, полоса пропускания, равномерность усиления в некотором частотном
диапазоне и другие, определяемые по АЧХ и ФЧХ.
Основными широко применяемыми при “ручных” расчетах схем являются методы
операционного исчисления, и в частности, спектральный (частотный) метод Фурье.
С помощью преобразований Лапласа решения системы линейных дифф. уравнений
переводятся в область комплексной переменной p=Y+jw, показываемой комплексной
частотой.
Функция от t, к которой применено преобразование Лапласа, называется оригиналом,
а соответствующая функция от р — изображением. Связь между ними определяется
формулами:
F(p)=тf(t)*e-ptdt f(t)=1/2*пjтF(p)*eptdt
первые пределы:[0;бесконечность]
вторыке пределы:[g-jw;l+jw]
Основная цель этих преобразований — сведение дифференциальных уравнений к чисто
алгебраическим относительно комплексной частоты р. Так, при нулевых начальных
условиях операция дифференцирования соответствует умножению на р-изображение,
следовательно, при х0=0 уравнения системы:
х = Ах + f(t) х = х0
t=t0
х(t) — вектор переменных состояния,
А — матрица размерностью n x n,
х0 — вектор начальных значений
будут иметь вид:
р Х(р) = А Х(р) — F(р)
а решение исходной системы вида:
х(t) = eAtx0 +тeA(t-s) f(S)dS, где еAt =S(At)k /k! (матричная экспонента)
будет иметь вид:
Х(р) = (рЕ — А)-1 * F(p) = K(p) F(p)
Так как выходные токи и напряжения линейным образом выражаются через переменные
состояния и входные воздействия, то вектор выходных переменных z = Bx + Cf , где
В, С — матрицы. Тогда матрица В(рЕ — А)-1 + С соответствует матричной
передаточной функции, обозначаемой обычно К(р). Отношения любых переменных
вектора неизвестных называются схемными функциями. Численный расчет или
формирование аналитических выражений для схемных функций составляют основу
задачи анализа линейных эквив. схем в частотной области. Согласно правилам
Крамера, эти функции описываются линейной комбинацией отношений алгебраических
дополнений матрицы А. Таким образом, в общем случае схемные функции есть
дробно-рациональные выражения относительно комплексной частоты. Форма их
представления называется символьной (буквенной), если коэффициенты при различных
степенях р определены через параметры элементов схемы. Если коэффициенты
получены в численном виде, то такую форму представления принято называть
символьно-численной или аналитической.
К достоинствам методов определения схемных функций на ЭВМ можно отнести:
получение конечного результата анализа в аналитическом виде; возможность
быстрого дальнейшего расчета значений схемных функций на заданных частотах;
удобство при решении задачи оптимизации и определения устойчивости схемы.
К недостаткам при решении задачи на ЭВМ можно отнести: огромный порядок (до
нескольких десятков) полиномов схемных функций, диапазон изменения коэффициентов
полиномов может превышать возможности представления чисел в разрядной сетке ЭВМ,
что требует проведения соответствующей нормировки и счета с удвоенной точностью.
Это объясняется влиянием всех элементов схемы во всем частотном диапазоне.
Вывод: используя метод оределения схемных функций, можно достичь в приемлемое
время результатов для схем небольших размерностей.
Наряду с методами символьного анализа существуют методы численных решений или
расчета тех же схемных функций по точкам. Целью анализа в том случае является
получение набора численных значений схемных функций на заданных частотах путем
многократного решения системы линейных алгебраических уравнений с комплексными
коэффициентами. В процессе расчета необходимо учитывать разреженность матрицы и
оптимальный порядок исключения переменных. Алгоритмы численных методов расчета
схемных функций, как правило, легче реализуются на ЭВМ и требуют меньших объемов
машинной памяти и используются при этом для расчета достаточно больших схем ,
имея при этом удовлетворительную погрешность и приемлемое время.
Численный метод.
Идея: Выбирается диапазон частот, для каждого значения частоты решают
комплексное уравнение.
Достоинства и недостатки метода:
1. Можно работать с переменным шагом частоты. Чем сильнее меняются
характеристики, тем меньше шаг, это может привести к огромному количеству шагов.
2. Трудоемкость линейно зависит от количества шагов.
Линейно-аналитический метод.
Идея метода: Определить выходные характеристики в аналитическом виде (т. е. как
функция от р, где р — буква). Далее вместо р подставляют конкретное значение
частоты и получают иско-мые характеристики.
Достоинства и недостатки:
— Нули и полюсы заранее известны повиду функции (больше полезной информации).
— Точное решение многочлена высокой степени (>4) не может быть получено, а
вычисление значений многочлена степени >30 приведет к погрешности >50%.
— Нули и полюсы вычисляются как собственные значения матриц (числителя и
знаменателя).
— Трудоемкость этой задачи 2 * n (n — порядок матрицы), и 4/3 * n — для
вычислений в одной точке по частоте.
Вывод: применяется для задач малой размерности.
Информационное обеспечение и справочные данные.
В ПМК будут использоваться базы данных по элементам . В этих базах будут
содержаться реальные характеристики R,L,C и т. д. элементов.Так как данный ПМК
предназначен для решения реальных задач,то данные базы данных представляют собой
ни что иное,а электронные справочники по различным типам элементов(при
необходимости и их зарубежным аналогам).
Информация о каждом элементе должна быть максимально полной:включая не только
основные электрические,тепловые ,маркировку и т.д. ,то есть
характиристики,жизненно важные для расчетов,но и цвет,размеры,массу,материал из
которого изготовлен и т.д.
Использование их как в составе ПМК,так и отдельно даст двойную эффективность.
Обмен данных между программами.
Поскольку данный ПМК будет представлять собой систему взаимодействия между:
Пользователя с программами.
Программ между собой.
Здесь не будет рассматриваться взвимодействие программ с ОС и ПЕРЕФЕРИЕЙ
поскольку данные функции реализуются,как правило,по средствам ОС. то для
безошибочной и удобной работы всей системы необходимо разработать систему
интерфейсов.Так же необходимо учесть,что особенностью данного ПМК будет то,что
для всех шагов,результаты работы предыдущето шага(программы) есть результаты для
работы следую -щего(следующей программы).
Для решения проблемы взаимодействия между программами будем использовать так
называемый ИНТЕРФЕЙСНЫЙ ФАЙЛ.Поскольку ПМК ,в частности,ориентирован на
конкрктный объем вычислений,в нашем случае это ограничение на число
узлов:n
данных,используемых на том или ином шаге.Используя это представим структуру
файла в следующим образом:файл разбивается на так называемые СЕГМЕНТЫ
ДАННЫХ,каждый из которых будет содержать или входные или выходные данные.
Каждый СЕГМЕНТ будет иметь УНИКАЛЬНЫЕ КООРДИНАТЫ в соответствии с которыми
программа,которой требуются данные,безошибочно воспользуется ими зная координаты
начала и конца сегмента.
С другой стороны появляется еще несколько дополнительных способов работы ПМК:
-это способ работы нескольких программ на одном шаге используя данные одного или
нескольких ИНТЕРФЕЙСНЫХ ФАЙЛОВ,то есть возможно брать данные из одного,а
выдавать в другой файл.Почему несколько,потому что возможно привязав к
стандартному набору шагов несколько ИНТЕРФЕЙСНЫХ ФАЙЛОВ запускать в ПЛАНИРОВЩИКЕ
нес-колько программ,реализующих данный шаг или одну программу с различными
входными данными несколько раз.
-это способ работы согласно модификации только данных/результатов работы того
или иного шага/шагов системы.В качестве модификатора данных предполагается
использовать некотурую программу,работающую с жестким учетом структуры данных
данного ПМК.Иными словами возможно задаться вопросом:А что произойдет,если
результаты работы данного шага или нескольких шагов будут такими-то?
Кроме этих способов на базе интерфейсных файлов можно создать полный протокол
работы ПМК.Эта возможность поможет отладить работу ПМК и обнаружить
ошибки,конечно только на уровне взаимодействия программ.
Теперь рассмотрим интерфейс взаимодействия с пользователем.Несомненно что самым
удоб-ным интерфейсом явлается система окон и меню:
1. Панировщик.
2. Спиок подключенных программ.
3. Режимы работы.
4. Графика.
5. Результаты.
Справочная информация.
Помощь.
Выход.
Пункт меню ПЛАНИРОВЩИК.
Содержит порядок выполнения пакетов(для системы это BAT-файлы),если текущий
режим работы ПМК-пакетный и порядок выполнения шагов(каждый пакет система
рассматривает как последовательность шагов каждый,в свою очередь,выполняется с
определенными параметрами, например,итерфейс-файл для взатия данных и
итерфейс-файл для выдачи результатов.
Если текущий режим работы-с использованием данных,то позволяет на определенном
шаге или
шагах указать модификатор или модификаторы (если режим пакетный с использованим
данных)
Так же данное меню позволяет воспользоваться загрузкой данных из файлов(формата
ПМК) то есть схем,моделей т.д. и возможности по изменению порядка
пакетов,программ(шагов) в составе пакета и т.д.
Пункт меню СПИСОК ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ.
Каждый пункт данного меню содержит информацию о всех файлах подключенных к
системе.
Пункт меню РЕЖИМЫ РАБОТЫ.
Содержит всевозможные режимы работы ПМК.
-Обычный(1 интерфейс-файл,1 пакет стандартных шагов для реализации задачи).
-Пакетный(несколько интерфейсных файлов,несколько пакетов,в каждом пакете м.б.
несколько программ для реализации данного шага или шагов )
-Модификация данных(1 интерфейсный файл,1 пакет стандартных шагов для реализации
задачи,причем в качестве шага м.б. использована программа для модификации данных
с соответственным указанием этого системе)
-Модификация данных в пакетном режиме(несколько интерфейсных файлов,несколько
паке- тов,причем в качестве шага или шагов м.б. использована программа или
несколько программ для модификации данных с соответственным указанием этого
системе).
Следует заметить,что согласно алгоритму работы того или иного режима некоторые
пункты в различных меню могут недоступны.
Пункт меню ГРАФИКА.
Позволяет задать драйвер графического режима,текущее разрешение,файл работы с
графикой(в ПМК предусмотрена работа с файлами графических форматов,а
конкретнее,сохранять схемы и результаты работы(в нашем случае это график или
графики АЧХ,ФЧХ и т.д.) в фаил или файлы графических форматов,а так же работать
в текстовом режиме,отключив грвфический.Следует отметить,что поддержка
разрешения и прочих неотъемлимых атрибутов графического режима осуществляется с
помощью используемого драйвера и полностью зависит от него,кроме того следует
обратить особое внимание на согласование поддержки всего спектра рзрешений и
других атрибутов графического режима такими модулями ПМК как редактор схем и
построитель графиков.(возможно объединение модулей ПМК ответственных за
реализацию математических методов и построения схем и графиков,но гибкость
системы при этом значительно снижается).
Пункт меню РЕЗУЛЬТАТЫ.
Данный пункт отвечает за вид выводимых результатов работы ПМК.ПМК имеет
возможность вывода результатов на принтер,плоттер,в файл и на экран ЭВМ.
Пункт меню ПОМОЩЬ.
Указывает на текущий файл помощи,используемый ПМК и согласно структуре этого
файла и системе контекстной помощи могает легче найти ответ на тот или иной
вопрос пользователя.
Пункт меню СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ.
Позволяет быстро получить всю информацию о текущем состоянии системы (режимах
работы, подключенных файлах и т.д.),кроме того позволяет осуществить необходимые
привязки одних файлов к другим(модуля(ей) ПМК к интерфейс-файлу(ам) и т.д.) и
определить все стандартные пакеты или пакет.
Пункт меню ВЫХОД.
Позволяет осуществить выход из среды ПМК(только по окончании работы всех шагов
системы ), дает возможность удобного выхода в OS ,по необходимости,оставляя
основной модуль в ОЗУ и обратного возвращения в среду ПМК по определенной
команде и т.д.
Структура ПО.
Данное ПО представляет собой разветвленную структуру.По стволу соответствующего
дерева производится взаимодействие с программами(модулями) реализующими тот или
ной шаг сис-темы,в первом круге происходит взаимодействие между
программами(модулями) и основной интерфейсной программой,запускаемой на первом
шаге работы ПМК,во втором,в свою оче-редь-взаимодействие между интерфейсной
программой и пользователем.
Система объектов.
С точки зрения основной интерфейсной прграммы каждая взаимодействующая с ней
программа (модуль) есть объект,реализующий тот или иной стандартный шаг системы
и имеющий определенные свойства.Пронумерованный список стандартных шагов
приводится в начале описания объектов,а затем,указав номер шага и имя объекта
можно,привязав данный объект к одному или нескольким интерфейсным файлам,имя или
имена которых описываются после описания набора стандартных шагов,можно
осуществить привязки каждой из программ, взаимодействующих с системой (модулей)
непосредственно к системе.Следующий пример по-кажет как осуществить
вышеописанное для нашей задачи:
/Список Стандартных Шагов Системы:/

/Список интерфейсных файлов:/

/Блок описания объектов:/

1.’C:editmap.exe’
‘C:editmap.map’
‘С:interface1.int’,’C:interface2.int’
‘C:interface1.int»15’
‘C:interface2.int»16’

1.’С:buildmodel1.exe’
‘C:modelmodel1.mod’
‘C:interface2.int’
‘C:interface2.int»16’
‘C:interface2.int»17’

1.’С:methodokb1.met’
‘C:interface2.int’,’С:interface1.int’
‘C:interface2.int»17’
‘C:interface1.int»18’
и т.д.
Возможность описания нескольких файлов в одном разделе появляется появляется
только в пакетном режиме.Данная структура является очень гибкой,но может быть
немного громозд коватой и сложноватой.В заключении следует ометить,что за
гибкость приходится платить: возростает трудоемкость отслеживания ошибок.
Структура данных.
При явном наличии в качестве результатов большого количества чисел,данные можно
представить ввиде отсортированных в порядке последующего взятия и перечисленных
через запятую или другой разделитель чисел,которые являются результатами работы
того или иного ша-га.В связи с этим необходим строгий учет согласования форматов
данных для взаимодействую-щих между собой модулей.
Что касается электронных справочников(таблиц),то выбор данных из них производит
программа,которой они необходимы,и ей необходимо абсолютно точно знать
координаты необходимых ячеек.
Вообще, некорректную работу на уровне обмена данных предотвратят заранее
определенные для всех взаимодействующих программ правила их использования.
Технические и инструментальные средства и технология программирования.
Что касается технических средств(‘железа’) для будущей работы данного ПМК,то
очень полезным делом было бы упомянуть о следующем:каждая команда выполняется
процессором за несколько машинных циклов(цикл-это интервал времени за который
происходит обращение процессора к оперативной памяти или внешнему устройству и
т.д.),каждый цикл,в свою очередь, состоит из машинных тактов,когда
такт-минимальный промежуток времени за который в процессоре происходит
какое-либо изменение.Кроме этого следунт напомнить о том,что основными гарантами
высокой скорости работы являются скорости выполнения мультипликативных
операций(вычисления и т.п.) и операций ввода-вывода(работа с данными и т.д.).
С учетом всего этого можно сделать вывод о том,что чем меньше процессор
затрачивает времени на выполнение такта при реализации мультипликативных
операций и операций вводавывода,тем больше он нам подходит.
Кроме этого,если предполагается использование высококачественной,цветной
графики,то необходимо позаботиться о хорошей SVGA-карте и мониторе(диагональ
(>=17») и размер зерна (
несомнено вабор падет на PCI,в качестве устройств вывода информации можно
использовать принтер(в данный момент существуют струйные принтеры,имеющие очень
высокое качество печати и недорогие) или графопостроитель.
Вышеперечисленные характиристики в своем подавляющем большинстве были
рассмотрены непосредственно по отношению к платформе PC,не исключено,а скорее
даже наоборот, что при анализе других платформ на процессорах MAC,ALPHA,SPARK и
т.д. реализация данной задачи окажется во много раэ эффективнее.
Что касается операционных систем,опять же применительно к платформе PC, то для э
того прекрасно подойдет ОС Windows(95/NT),т.к. существует достаточное количество
прекрасных средств для разработки приложений под эти ОС-ы таких как: DELPHI,
DELPHI2, C++BUILDER, VISUAL C++ и т.д.ОС-ы семейства Windows(кроме 3.х)
представляют собой полноценные многозадачные ОС-ы, так например, при вычислении
точек по частоте можно, пользуясь этими способностями, имея n точек по частоте и
разбив этот промежуток на m интервалов можно запустить m процессов на
параллельную обработку,а затем опять тоже самое, но внутри каждого интервала и
уже с коррекцией шага в зависимости от изменения значения характиристики в
конкретной точке со значением частоты. Кроме этого можно воспользоваться тем,что
ОС Windows NT поддерживает многопроцессорную обработку,тоесть можно
распараллелить вычисления на нескольких процессорах, что даст огромный вклад в
производительность системы.
Что касается технологии программирования,то из достаточно большого их
числа:структурное программирование,объектно-ориентированоое,смешанное и т.д.
более эффективным будет выбор смешанного,поскольку та или иная технология
позволяет упростить программирование только в каких-то определенных рамках.Таким
образом,используя смешанную технологию можно будет получить максимальный эффект
от написания программы.

Размещено на http://

Введение

В настоящее время – время высоких технологий – людям не обойтись без помощи мобильных телефонов, компьютеров и интернета, без помощи техники, которая выполняет за них тяжелую умственную работу. К такой технике принадлежат кассовые аппараты, которые имеет в своем обиходе каждый магазин. Ростовская фирма «Формула торговли» занимается приобретением, производством, сбытом и сервисным обслуживанием кассовых аппаратов. Конечно, при приобретении кассового аппарата покупателю дается гарантия на ремонт (при поломке аппарата), но также покупатель обязан заключить договор на сервисное обслуживание раз в один, два или три месяца. Не смотря на то, что фирма успешно функционирует на протяжении десяти лет, она не останавливается на достигнутом и стремится совершенствовать свою работу.

Задачей данной курсовой работы является минимизация затрат времени и средств в процессе деятельности ООО «Формула торговли» с целью повышения эффективности работы фирмы и привлечения новых клиентов, что, несомненно, обеспечит фирме большую прибыль.

Таким образом, увеличение прибыли ООО «Формула торговли» – и есть цель работы.

1. Описание деятельности ООО «Формула торговли»

1.1 Описание деятельности ООО «Формула торговли»

предприятие моделирование прибыль

ООО «Формула торговли» была создана на рубеже тысячелетий. Ее основал Коренский Сергей Александрович, профессор высшей математики. «Формула торговли» имеет множество филиалов, магазинов в г.Ростове-на-Дону и области. Так как по законам РФ каждый предприниматель или организация, которая совершает какие-либо способы торговли, обязана иметь кассу, она обязана заключить договор с любой сервисной службой, которая ежемесячно или хотя бы раз в три месяца должна проверять работоспособность этой кассы и ставить соответствующие пометки. Коренский предоставил людям наиболее обширный выбор кассовой и другой вспомогательной техники (счетчики денег, денежные ящики, сканеры, пластиковые карты).

Контрольно-кассовая машина ККМ – устройство, предназначенное для пробития чеков, на которых излагается информация о предпринимателе (его ИИН, название его фирмы), серийный номер кассового аппарата, название и цена товара и прочее. ККМ оснащена индикатором, собственной клавиатурой, питается либо от батарейки, либо от напряжения сети.

— ШТРИХ – МИНИ – К;

— ЭЛВЕС – МИКРО – К;

— МЕРКУРИЙ 115К, 130К…;

— ОРИОН 100К, 101К, 110К…;

— ОКА и другие.

Фискальный регистратор ФР – новое поколение «касс». Это устройство соединено с компьютером через COM-порт и все действия выполняет только с его помощью, т.е. полностью пользуется интерфейсом компьютера. Однако он питается от сети через специальный блок питания.

— ШТРИХ – ФР – К;

— ЭЛВЕС – ФР – К;

— ФЕЛИКС – 02К;

— ШТРИХ – МИНИ – ФР – К и другие.

POS-терминал – это устройство, которое объединяет компьютер и ФР в одно целое. Он обладает собственным процессором, монитором, клавиатурой и огромными возможностями.

Главный офис фирмы находится по адресу: улица Карпатская, 41«Б». А на улице Доватора, 144 расположен главный филиал фирмы.

Сервисный центр включает в себя:

— директора сервисного центра;

— начальника сервисного центра;

— главного инженера;

— старшего инженера по ремонту;

— инженера по ремонту;

— регламентного инженера по ремонту;

— 4-х инженеров по регламенту;

— 2-х инженеров по ремонту весов;

— 2-х сервис-менеджеров;

— инженера по приему и ремонту.

Сервис центр Формулы торговли обслуживает более 1000 касс по г.Ростову-на-Дону и области. Обслуживание производят инженеры по регламенту. Существует несколько форм договоров, в соответствии с которыми кассы обслуживаются один раз в месяц (базовый), в два месяца (упрощенный), в три месяца (эконом-договор).

1.2 Постановка задачи объектно-ориентированного анализа деятельности ООО «Формула торговли»

Объектно-ориентированный анализ преследует следующие цели:

Понять проблему или проблемы, которые программная (или иная) система должна решить.

Задать значимые вопросы о проблеме и о системе.

Обеспечить основу для ответов на вопросы о специфических свойствах проблемы и системы.

Одним из важнейших преимуществ анализа вне зависимости от конечного результата является то, что в процессе его задаются важные вопросы (цель 2). Метод анализа позволяет развеять иногда фатальный для разработки туман двусмысленности, предоставляя специалистам данной конкретной области возможность подготовить необходимые исходные данные.

Основой для анализа должна стать объектно-ориентированная модель деятельности ООО «Формула торговли», которая позволит детально рассмотреть различные процессы как часть системы и связь между объектами. Необходимо построить диаграммы прецедентов, классов, деятельности и взаимодействий. В конечном итоге нужно сформировать минимальную совокупность диаграмм, необходимых и достаточных для определения базового инварианта архитектуры, позволяющего исследовать систему на предмет реализуемости в рамках статической структуры, целедостижимости в процессе наблюдаемого поведения и управляемых переходов в пространстве состояний системы [4].

2. Объектно-ориентированный анализ и построение базовой модели деятельности ООО «Формула торговли»

2.1 Моделирование контекста и функциональных требований к системе

В процессе моделирования человек упрощает реальность, чтобы лучше понять проектируемую систему. Используя язык UML, можно строить модели из базовых блоков, таких как классы, узлы, зависимости, обобщения и ассоциации. Диаграммы позволяют обозревать эти строительные блоки в удобной для понимания форме.

UML – это графический язык для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования артефактов программной системы. Его используют для того, чтобы моделировать системы. Модель – это упрощение реальности, абстракция, создаваемая, чтобы лучше понять систему. Система, зачастую разложенная на ряд подсистем, – это множество элементов, организованных некоторым образом для выполнения определенной цели. Система описывается набором моделей, по возможности рассматривающих ее с различных точек зрения. Важными составными частями модели являются такие сущности, как классы, интерфейсы, компоненты и узлы. В UML модели применяются для организации подобных абстракций системы. По мере возрастания сложности обнаруживается, что сущность, на одном уровне абстракции представлявшаяся как система, на другом — более высоком – оказывается лишь подсистемой. В UML можно моделировать системы и подсистемы как единое целое и тем самым органично решать проблему масштабирования.

Хорошо структурированные модели помогают визуализировать, специфицировать, конструировать и документировать систему под разными (но вместе с тем взаимосвязанными) углами зрения. Хорошо структурированные системы функционально, логически и физически связаны, но при этом составлены из мало зависящих друг от друга подсистем.

Для моделирования вида системы с точки зрения прецедентов применяются диаграммы прецедентов. Чаще всего это предполагает моделирование контекста системы, подсистемы или класса либо моделирование требований, предъявляемых к поведению указанных элементов. Прецедент – это описание множества последовательностей действий (включая их варианты), которые выполняются системой для того, чтобы актер получил результат, имеющий для него определенное значение. Актер представляет собой логически связанное множество ролей, которые играют пользователи прецедентов во время взаимодействия с ними. Актерами могут быть как люди, так и автоматизированные системы.

Диаграммы прецедентов имеют большое значение для визуализации, специфицирования и документирования поведения элемента. Они облегчают понимание систем, подсистем или классов, представляя взгляд извне на то, как данные элементы могут быть использованы в соответствующем контексте. Кроме того, такие диаграммы важны для тестирования исполняемых систем в процессе прямого проектирования и для понимания их внутреннего устройства при обратном проектировании.

На языке UML способы, которыми элементы связаны друг с другом, моделируются в виде отношений. Отношением (Relationship) называется связь между элементами. В объектно-ориентированном моделировании тремя самыми важными отношениями являются зависимости, обобщения и ассоциации. Графически отношение представлено линией, тип которой зависит от вида отношения.

Ассоциацией (Association) называется структурное отношение, показывающее, что объекты одного типа неким образом связаны с объектами другого типа.

Зависимостью (Dependency) называют отношение использования, согласно которому изменение в спецификации одного элемента может повлиять на другой элемент, его использующий, причем обратное не обязательно. Графически зависимость изображается пунктирной линией со стрелкой, направленной от данного элемента на тот, от которого он зависит.

Обобщение (Generalization) – это отношение между общей сущностью (суперклассом, или родителем) и ее конкретным воплощением (субклассом, или потомком). Обобщение означает, что объекты потомка могут использоваться всюду, где встречаются объекты родителя, но не наоборот. Другими словами, потомок может быть подставлен вместо родителя. При этом он наследует свойства родителя, в частности его атрибуты и операции. Часто, хотя и не всегда, у потомков есть и свои собственные атрибуты и операции, помимо тех, что существуют у родителя. Графически отношение обобщения изображается в виде линии с большой незакрашенной стрелкой, направленной на родителя.

Важнейшая особенность разработки прецедентов состоит в том, что не специфицируется, как они будут реализованы. Прецеденты специфицируют желаемое поведение, но ничего не говорят о том, как его достичь. И, что очень важно, это позволяет эксперту или конечному пользователю общаться с разработчиками, конструирующими систему в соответствии с требованиями, не углубляясь в детали реализации. Прецеденты могут быть применены ко всей системе или к ее части, в том числе к подсистемам или даже к отдельным классам и интерфейсам. В любом случае прецеденты не только представляют желаемое поведение этих элементов, но могут быть использованы как основа для их тестирования на различных этапах разработки.

Система анализа информации о процессе функционирования ООО «Формула торговли» должна удовлетворять определенным требованиям, которые указаны в таблице 1.

интернет журналистика портал информационный

Таблица 1 – Распределение требований по субъектам и прецедентам

Исходя из данных таблицы 1 построена диаграмма прецедентов (рисунок 1).

Рисунок 1 – Диаграмма прецедентов для ООО «Формула торговли»

Опишем прецедент «Провести обслуживание ККТ» с помощью документально зафиксированного потока событий. Соответствующий текстовый документ определяет, что должна делать система, когда субъект инициирует прецедент. Описательная спецификация данного прецедента представлена в таблице 2.

Таблица 2 – Описательная спецификация прецедента «Провести обслуживание ККТ»

Продолжение таблицы 2

2.2 Моделирование структуры деятельности ООО «Формула торговли»

Система анализа деятельности ООО «Формула торговли» характеризуется состоянием системы. Состояние является функцией содержимого системной информации в заданный момент времени – это функция системного текущего набора объектов-экземпляров. Определение внутреннего состояния системы дается в модели классов. К элементам, принимающим участие в моделировании классов, относятся сами классы, атрибуты и операции над классами, ассоциации, агрегации и композиции, а также обобщения.

Классом называется описание совокупности объектов с общими атрибутами, операциями, отношениями и семантикой. Классы используются для составления словаря разрабатываемой системы. Это могут быть абстракции, являющиеся частью предметной области, либо классы, на которые опирается реализация. С их помощью описывают программные, аппаратные или чисто концептуальные сущности.

Операцией называется реализация услуги, которую можно запросить у любого объекта класса для воздействия на поведение. Класс может содержать любое число операций или не содержать их вовсе. Часто (хотя не всегда) обращение к операции объекта изменяет его состояние или его данные.

Атрибут – это именованное свойство класса, включающее описание множества значений, которые могут принимать экземпляры этого свойства. Класс может иметь любое число атрибутов или не иметь их вовсе. Атрибут представляет некоторое свойство моделируемой сущности, общее для всех объектов данного класса. Таким образом, атрибут является абстракцией данных объекта или его состояния.

Ассоциацией называется структурное отношение, показывающее, что объекты одного типа неким образом связаны с объектами другого типа. Если между двумя классами определена ассоциация, то можно перемещаться от объектов одного класса к объектам другого. Простая ассоциация между двумя классами отражает структурное отношение между равноправными сущностями, когда оба класса находятся на одном концептуальном уровне и ни один не является более важным, чем другой. Но иногда приходится моделировать отношение типа «часть/целое», в котором один из классов имеет более высокий ранг (целое) и состоит из нескольких меньших по рангу (частей). Отношение такого типа называют агрегированием.

Агрегирование является простой концепцией с достаточно глубокой семантикой. Простое агрегирование – чисто концептуальное отношение, оно лишь позволяет отличить «целое» от «части», но не изменяет смысла навигации по ассоциации между целым и его частями и не накладывает никаких ограничений на соотношение времен жизни целого и частей.

Однако существует вариация простого агрегирования – композиция, которая добавляет к семантике агрегирования новые важно. Композицией называется форма агрегирования с четко выраженным отношением владения, причем время жизни частей и целого совпадают. Части с нефиксированной кратностью могут быть созданы уже после самого композита, но, будучи созданы, живут и умирают вместе с ним. Впрочем, части могут быть удалены явным образом еще до уничтожения композита.

Опишем соответствие функциональных требований и классов в виде таблицы (таблица 3).

Таблица 3 – Соответствие функциональных требований и классов

Чтобы получить структуру системы анализа деятельности ООО «Формула торговли» была построена диаграмма классов, показанная на рисунке 2.

Рисунок 2 – Обобщенная диаграмма классов

Построенная диаграмма включает в себя десять классов:

— Сервис Центр,

— Менеджер Сервис Центра,

— Инженер по ремонту,

— Фирма-поставщик,

— Клиент,

— Инженер по регламенту,

— Начальник Сервис Центра,

— Грузчик,

— База данных,

— ККТ.

Класс Сервис Центр связан с классами Менеджер Сервис Центра, Инженер по ремонту, Фирма-поставщик, Клиент, Инженер по регламенту, Начальник Сервис Центра, Грузчик отношениями агрегации, так как имеет более высокий ранг по сравнению с его объектами-частями. Классы База данных и Менеджер Сервис Центра связаны отношением зависимости. Зависимостью называют отношение использования, согласно которому изменение в спецификации одного элемента может повлиять на другой элемент, его использующий, причем обратное не обязательно. Самым распространенным видом отношения зависимости является соединение между классами, когда один класс использует другой в качестве параметра операции. В данном случае зависимость направлена от класса Менеджер Сервис Центра к классу База данных, поскольку последний используется в операциях Обрабатывает заказ клиента, Оформляет заказ и Проверяет наличие товара на складе класса Менеджер Сервис Центра.

Также отношением зависимости связан класс ККТ с классами Фирма-поставщик и Клиент, так как используется в операциях Предоставляет товар класса Фирма-поставщик и Покупает товар класса Клиент соответственно.

2.3 Моделирование динамики деятельности ООО «Формула торговли»

Пять основных диаграмм поведения в UML используются для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования динамических аспектов системы. Можно считать, что динамические аспекты системы представляют собой ее изменяющиеся части. Например, динамические аспекты жилого дома – это перемещение потоков воздуха и людей по комнатам. Динамические аспекты программной системы охватывают такие ее элементы, как поток сообщений во времени и физическое перемещение компонентов по сети.

В соответствии с основными способами моделирования динамики системы диаграммы поведения в UML условно разделяются на пять типов, один из которых – диаграмма прецедентов – был рассмотрен выше:

— диаграммы последовательностей акцентируют внимание на временной упорядоченности сообщений;

— диаграммы кооперации сфокусированы на структурной организации объектов, посылающих и получающих сообщения;

— диаграммы состояний описывают изменение состояния системы в ответ на события;

— диаграммы деятельности демонстрируют передачу управления от одной деятельности к другой.

2.3.1 Моделирование потоков управления (диаграмма деятельности)

Использовать диаграмму деятельности для моделирования некоторого динамического аспекта системы можно в контексте практически любого элемента модели. Но чаще всего они рассматриваются в контексте системы в целом, подсистемы, операции или класса. Можно присоединять диаграммы деятельности к прецедентам и кооперациям (для моделирования динамических аспектов сообщества объектов).

При моделировании динамических аспектов системы диаграммы деятельности применяются в основном двумя способами:

— для моделирования рабочего процесса. Здесь внимание фокусируется на деятельности с точки зрения актеров, которые сотрудничают с системой. Рабочие процессы часто оказываются с внешней, обращенной к пользователю стороны программной системы и используются для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования бизнес-процессов, составляющих существо разрабатываемой системы. Для такого применения диаграмм деятельности моделирование траекторий объектов имеет особенно важное значение;

— для моделирования операции. В этом случае диаграммы деятельности используются как блок-схемы для моделирования деталей вычислений. Для такого применения особенно важно моделирование точек ветвления, разделения и слияния. При этом контекст диаграммы деятельности включает параметры операции и ее локальные объекты.

Диаграммы деятельности могут использоваться самостоятельно для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования динамики совокупности объектов, но они пригодны также и для моделирования потока управления при выполнении некоторой операции. Если в диаграммах взаимодействий акцент делается на переходах потока управления от объекта к объекту, то диаграммы деятельности описывают переходы от одной деятельности к другой. Деятельность (Activity) – это некоторый относительно продолжительный этап выполнения в автомате. В конечном итоге деятельность сводится к некоторому действию, которое составлено из атомарных вычислений, приводящих к изменению состояния системы или возврату значения.

Диаграммы деятельности важны не только для моделирования динамических аспектов поведения системы, но и для построения выполняемых систем посредством прямого и обратного проектирования.

Состояние действия (action state) является специальным случаем состояния с некоторым входным действием и, по крайней мере, одним выходящим из состояния переходом. Этот переход неявно предполагает, что входное действие уже завершилось. Состояние действия не может иметь внутренних переходов, поскольку оно является элементарным. Обычное использование состояния действия заключается в моделировании одного шага выполнения алгоритма (процедуры) или потока управления.

Каждая диаграмма деятельности должна иметь единственное начальное и единственное конечное состояния. Они имеют такие же обозначения, как и на диаграмме состояний. При этом каждая деятельность начинается в начальном состоянии и заканчивается в конечном состоянии. Саму диаграмму деятельности принято располагать таким образом, чтобы действия следовали сверху вниз. В этом случае начальное состояние будет изображаться в верхней части диаграммы, а конечное – в ее нижней части.

Когда действие или деятельность в некотором состоянии завершается, поток управления сразу переходит в следующее состояние действия или деятельности. Для описания этого потока используются переходы (Transitions), показывающие путь из одного состояния действия или деятельности в другое.

Простые и ветвящиеся последовательные переходы в диаграммах деятельности используются чаще всего. Однако можно встретить и параллельные потоки, и это особенно характерно для моделирования бизнес-процессов. В UML для обозначения разделения и слияния таких параллельных потоков выполнения используется синхронизационная черта, которая рисуется в виде жирной вертикальной или горизонтальной линии. Каждый из параллельно выполняющихся потоков управления существует в контексте независимого активного объекта, который, как правило, моделируется либо процессом, либо вычислительной нитью.

При моделировании течения бизнес-процессов иногда бывает полезно разбить состояния деятельности на диаграммах деятельности на группы, каждая из которых представляет отдел компании, отвечающий за ту или иную работу. В UML такие группы называются дорожками (Swimlanes), поскольку визуально каждая группа отделяется от соседних вертикальной чертой. Дорожки – это разновидность пакетов, описывающие связанную совокупность работ.

Диаграмма деятельности ООО «Формула торговли» представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Диаграмма деятельности ООО «Формула торговли»

Рассмотрим подробно первую часть диаграммы, которая описывает оформление заказа клиента и продажу товара (рисунок 4). Процесс начинается с действий: Обработать заказ клиента, Оформить заказ, Проверить наличие на складе со стороны Менеджера. Далее происходит ветвление процесса, которое описывает различные пути выполнения в зависимости от значения некоторого булевского выражения. В данном случае если товар на складе в наличии, то Грузчик отгружает товар со склада и доставляет в отдел Менеджеру. Если товара в наличии нет, то Менеджер заказывает товар у фирмы-производителя. Далее потоки Получить товар и Выставить счет клиенту выполняются параллельно.

Рисунок 4 – Диаграмма деятельности для оформления заказа и продажи товара

Вторая часть диаграммы, описывающая процесс сервисного обслуживания, показана на рисунке 5.

Рисунок 5 – Диаграмма деятельности для сервисного обслуживания

2.3.2 Моделирование временного аспекта и структурной организации системы

Диаграммы взаимодействий используются для моделирования динамических аспектов системы. Сюда входит моделирование конкретных и прототипических экземпляров классов, интерфейсов, компонентов и узлов, а также сообщений, которыми они обмениваются, – и все это в контексте сценария, иллюстрирующего данное поведение. Диаграммы взаимодействий могут существовать автономно и служить для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования динамики конкретного сообщества объектов, а могут использоваться для моделирования отдельного потока управления в составе прецедента.

Диаграммы взаимодействий важны не только для моделирования динамических аспектов системы, но и для создания исполняемых систем посредством прямого и обратного проектирования.

На диаграммах взаимодействий показывают связи, включающие множество объектов и отношений между ними, в том числе сообщения, которыми объекты обмениваются. При этом диаграмма последовательностей акцентирует внимание на временной упорядоченности сообщений, а диаграмма кооперации – на структурной организации посылающих и принимающих сообщения объектов. Такие диаграммы можно строить двумя способами – уделяя основное внимание временной упорядоченности сообщений или структурным отношениям между взаимодействующими объектами. Получаемые любым из этих способов диаграммы семантически эквивалентны и преобразуются друг в друга без потери информации.

Диаграммой последовательностей (Sequence diagram) называется диаграмма взаимодействий, акцентирующая внимание на временной упорядоченности сообщений. Графически такая диаграмма представляет собой таблицу, объекты в которой располагаются вдоль оси X, а сообщения в порядке возрастания времени – вдоль оси Y. Диаграммой кооперации (Collaboration diagram) называется диаграмма взаимодействий, основное внимание в которой уделяется структурной организации объектов, принимающих и отправляющих сообщения. Графически такая диаграмма представляет собой граф из вершин и ребер.

На диаграммах последовательностей внимание акцентируется прежде всего на временной упорядоченности сообщений. Для создания такой диаграммы надо прежде всего расположить объекты, участвующие во взаимодействии, в верхней ее части вдоль оси X. Обычно инициирующий взаимодействие объект размещают слева, а остальные – правее (тем дальше, чем более подчиненным является объект). Затем вдоль оси Y размещаются сообщения, которые объекты посылают и принимают, причем более поздние оказываются ниже. Это дает читателю наглядную картину, позволяющую понять развитие потока управления во времени.

Диаграммы последовательностей характеризуются двумя особенностями, отличающими их от диаграмм кооперации. Во-первых, на них показана линия жизни объекта. Вторая особенность этих диаграмм – фокус управления.

Диаграмма кооперации акцентирует внимание на организации объектов, принимающих участие во взаимодействии. Для создания диаграммы кооперации нужно расположить участвующие во взаимодействии объекта в виде вершин графа. Затем связи, соединяющие эти объекты, изображаются в вид дуг этого графа. Наконец, связи дополняются сообщениями, которые объекты принимают и посылают. Это дает пользователю ясное визуальное представление о потоке управления в контексте структурной организации кооперирующихся объектов.

У диаграмм кооперации есть два свойства, которые отличают их от диаграмм последовательностей. Первое – это путь. Второе свойство – это порядковый номер сообщения.

Поскольку диаграммы последовательностей и кооперации используют одну и ту же информацию из метамодели UML, они семантически эквивалентны. Это означает, что можно преобразовать диаграмму одного типа в другой без какой-либо потери информации. Это не означает, однако, что на обеих диаграммах представлена в точности одна и та же информация. С другой стороны, на диаграмме последовательностей могут быть показаны возвращаемые сообщения, а на соответствующей диаграмме кооперации они отсутствуют. Таким образом, можно сказать, что диаграммы обоих типов используют одну модель, но визуализируют разные ее особенности.

При моделировании динамических аспектов системы диаграммы взаимодействий обычно используются двояко:

— для моделирования временной упорядоченности потоков управления. С этой целью используют диаграммы последовательностей. При этом внимание акцентируется на передаче сообщений во времени, что бывает особенно полезно для визуализации динамического поведения в контексте прецедентов. Простые итерации и ветвления на диаграммах последовательностей отображать удобнее, чем на диаграммах кооперации;

— для моделирования структурной организации потоков управления. В этом случае нужны диаграммы кооперации. Основное внимание при этом уделяется моделированию структурных отношений между взаимодействующими экземплярами, вдоль которых передаются сообщения. Для визуализации сложных итераций, ветвлений и параллельных потоков управления диаграммы кооперации подходят лучше, чем диаграммы последовательностей.

На одной диаграмме последовательностей можно показать только один поток управления (хотя с помощью нотации UML для итераций и ветвлений можно проиллюстрировать простые вариации). Поэтому, как правило, создают несколько диаграмм взаимодействий, одни из которых считаются основными, а другие описывают альтернативные пути и исключительные условия. Такой набор диаграмм последовательностей можно организовать в пакет, дав каждой диаграмме подходящее имя, отличающее ее от остальных.

На рисунке 6 показана диаграмма последовательности, показывающая последовательность действий при оформлении заказа и продажи товара клиенту.

Рисунок 6 – Диаграмма последовательности действий при оформлении заказа и продажи товара клиенту

На рисунке 7 изображена последовательность действий при проведении сервисного обслуживания кассовых аппаратов.

Рисунок 7 – Диаграмма последовательности действий при проведении сервисного обслуживания

На рисунок 8 показана диаграмма кооперации, которая описывает поток управления, связанный с проведением сервисного обслуживания кассовых аппаратов, причем внимание акцентируется на структурных отношениях между объектами. На диаграмме представлено пять объектов: Клиент, Сервис Центр, Инженер по регламенту, ККТ и Инженер по ремонту. Поток управления пронумерован явно. Действие начинается с того, что Клиент подписывает договор на сервисное обслуживание с Сервис Центром, после чего Сервис Центр выдает акты с данными клиентов Инженеру по регламенту, который едет на место, проводит обслуживание кассовых аппаратов, после чего заполняет журнал учета. Далее, если аппарат неисправен, Инженер по регламенту отвозит его в Сервис Центр, где Инженер по ремонту его ремонтирует. В конце Инженер по регламенту отвозит отремонтированную ККТ обратно Клиенту и Клиент оплачивает услуги в Сервис Центр.

Рисунок 8 – Диаграмма кооперации процесса сервисного обслуживания

2.3.3 Моделирование потоков управления (диаграмма состояний)

С помощью взаимодействий можно моделировать поведение сообщества совместно работающих объектов. Автомат же позволяет моделировать поведение отдельного объекта. Автомат (State machine) описывает поведение в терминах последовательности состояний, через которые проходит объект в течение своей жизни, отвечая на события, а также его реакций на эти события.

Автоматы используются для моделирования динамических аспектов системы. По большей части под этим понимается описание жизни экземпляров класса, прецеденто и системы в целом. Экземпляры могут реагировать на такие события, как сигналы, операции или истечение промежутка времени. Состояние (State) объекта – это ситуация в его жизни, на протяжении которой он удовлетворяет некоторому условию, осуществляет определенную деятельность или ожидает какого-то события. Событие (Event) – это спецификация существенного факта, который происходит во времени и пространстве. В контексте автоматов событие – это стимул, способный вызвать срабатывание перехода. Переход (Transition) – это отношение между двумя состояниями, показывающее, что объект, находящийся в первом состоянии, должен выполнить некоторые действия и перейти во второе состояние, как только произойдет определенное событие и будут выполнены заданные условия. Деятельность (Activity) – это продолжающееся неатомарное вычисление внутри автомата. Действие (Action) – это атомарное вычисление, которое приводит к смене состояния или возврату значения. Диаграмма состояний изображается в виде графа с вершинами и ребрами.

Визуализировать автомат можно двумя способами: выделяя передачу потока управления от одной деятельности к другой (с помощью диаграммы деятельности) или выделяя потенциальные состояния объектов и переходы между ними (с помощью диаграммы состояний). Хорошо структурированные автоматы подобны хорошо структурированным алгоритмам – они эффективны, просты, адаптируемы к разным ситуациям и просты для понимания.

Диаграмма состояний показывает автомат. Ее частной разновидностью является диаграмма деятельности, в которой все или большая часть состояний – это состояния деятельности, а все или большая часть переходов инициируются в результате завершения деятельности в исходном состоянии. Таким образом, при моделировании жизненного цикла объекта полезны как диаграммы деятельности, так и диаграммы состояний. Но если диаграмма деятельности показывает поток управления от деятельности к деятельности, то на диаграмме состояний представлен поток управления от состояния к состоянию.

Диаграммы состояний используются для моделирования динамических аспектов системы. По большей части под этим подразумевается моделирование поведения реактивных объектов. Реактивным называется объект, поведение которого лучше всего характеризуется его реакцией на события, произошедшие вне его собственного контекста. У реактивного объекта есть четко выраженный жизненный цикл, когда текущее поведение обусловлено прошлым. Диаграммы состояний можно присоединять к классам, прецедентам или системе в целом для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования динамики отдельного объекта.

Обычно диаграмма состояний включает в себя:

— простые и составные состояния;

— переходы вместе с ассоциированными событиями и действиями.

При моделировании динамических аспектов системы, класса или прецедента диаграммы состояний обычно используются только с целью моделирования реактивных объектов.

Реактивный, или управляемый событиями, объект – это такой объект, поведение которого лучше всего характеризовать его реакцией на внешние события. Как правило, реактивный объект находится в состоянии ожидания, пока не получит событие, а когда это случается, его реакция зависит от предшествующих событий. После того как объект отреагирует на событие, он снова переходит в состояние ожидания следующего события. Для таких объектов интерес представляют прежде всего устойчивые состояния, события, инициирующие переходы из одного состояния в другое, и действия, выполняемые при смене состояния.

Одна диаграмма состояний может описать семантику одного реактивного объекта, но никогда – семантику всей системы, за исключением самых тривиальных случаев.

Диаграмма состояний для процесса сервисного обслуживания показана на рисунке 9 [1, 2, 3].

Рисунок 9 – Диаграмма состояний для сервисного обслуживания

2.4 Моделирование статического вида системы с точки зрения реализации и развертывания

Компонент (Component) – это физическая заменяемая часть системы, совместимая с одним набором интерфейсов и обеспечивающая реализацию какого-либо другого. Компонент изображается в виде прямоугольника с вкладками.

У каждого компонента должно быть имя, отличающее его от других компонентов. Имя – это текстовая строка; взятое само по себе, оно называется простым. К составному имени спереди добавлено имя пакета, в котором находится компонент. Имя компонента должно быть уникальным внутри объемлющего пакета.

Можно выделить три вида компонентов.

Во-первых, это компоненты развертывания (Deployment components), которые необходимы и достаточны для построения исполняемой системы. К их числу относятся динамически подключаемые библиотеки (DLL) и исполняемые программы (EXE).

Во-вторых, есть компоненты – рабочие продукты (Work product components). По сути дела, это побочный результат процесса разработки. Сюда можно отнести файлы с исходными текстами программ и данными, из которых создаются компоненты развертывания. Такие компоненты не принимают непосредственного участия в работе исполняемой системы, но являются рабочими продуктами, из которых исполняемая система создается.

В-третьих, есть компоненты исполнения (Execution components). Они создаются как следствие работы системы.

Диаграммы компонентов – это один из двух видов диаграмм, применяемых при моделировании физических аспектов объектно-ориентированной системы. Они показывают организацию наборов компонентов и зависимости между ними.

Диаграммы компонентов применяются для моделирования статического вида системы с точки зрения реализации. Сюда относится моделирование физических сущностей, развернутых в узле, например исполняемых программ, библиотек, таблиц, файлов и документов. По существу, диаграммы компонентов – это не что иное, как диаграммы классов, сфокусированные на системных компонентах.

Диаграммы компонентов важны не только для визуализации, специфицирования и документирования системы, основанной на компонентах, но и для создания исполняемых систем путем прямого и обратного проектирования.

Для визуализации статического аспекта физических компонентов и их отношений, а кроме того, для специфицирования деталей конструкции в UML используются диаграммы компонентов

Диаграмма компонентов (Component diagram) показывает набор компонентов и отношения между ними. Графически диаграмма компонентов представляется в виде графа с ребрами и вершинами.

Диаграмма компонентов обладает общими свойствами, присущими всем диаграммам – именем и графическим содержанием, которое отражает одну из проекций модели. Отличается она от других диаграмм своим специфичным содержанием.

Диаграммы компонентов обычно включают в себя:

— компоненты;

— интерфейсы;

— отношения зависимости, обобщения, ассоциации и реализации.

Диаграмма компонентов для системы управления заказами и сервисного обслуживания ООО «Формула торговли» представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 – Диаграмма компонентов для ООО «Формула торговли»

Узел (Node) – это физический элемент, который существует во время выполнения и представляет вычислительный ресурс, обычно обладающий как минимум некоторым объемом памяти, а зачастую также и процессором. Графически узел изображается в виде куба. Множество объектов или компонентов, приписанных к узлу как группа, называется элементом распределения (Distribution unit).

Диаграммы развертывания, или применения, – это один из двух видов диаграмм, используемых при моделировании физических аспектов объектно-ориентированной системы. Такая диаграмма показывает конфигурацию узлов, где производится обработка информации, и то, какие компоненты размещены на каждом узле.

Диаграммы развертывания используются для моделирования статического вида системы с точки зрения развертывания. В основном под этим понимается моделирование топологии аппаратных средств, на которых выполняется система. По существу, диаграммы развертывания – это просто диаграммы классов, сосредоточенные на системных узлах. Диаграммы развертывания важны не только для визуализации, специфицирования и документирования встроенных, клиент-серверных и распределенных систем, но и для управления исполняемыми системами с использованием прямого и обратного проектирования.

В UML диаграммы развертывания используются для визуализации статических аспектов физических узлов и их взаимосвязей, а также для описания их деталей, которые имеют отношение к конструированию системы.

На диаграмме развертывания, или применения (Deployment diagram), показана конфигурация обрабатывающих узлов, на которых выполняется система, и компонентов, размещенных в этих узлах. Диаграмма развертывания представлена в виде графа с ребрами и вершинами.

Диаграммы развертывания обычно включают в себя:

— узлы;

— отношения зависимости и ассоциации.

Диаграмма развертывания для системы управления заказами и сервисного обслуживания ООО «Формула торговли» представлена на рисунке 11 [2, 3].

Рисунок 11 – Диаграмма развертывания для ООО «Формула торговли»

3. Концептуальное конструирование матрицы ответственностей

Разработка диаграммы целевых классов

Концептуальное конструирование системы преследует цель формирования минимальной совокупности диаграмм необходимых и достаточных для определения базового инварианта архитектуры, позволяющего исследовать систему на предмет реализуемости в рамках статической структуры, целедостижимости в процессе наблюдаемого поведения и управляемых переходов в пространстве состояний системы. Исходными для интеграции являются полученные на первых двух этапах диаграммы, каждая из которых отражает функциональную, статическую или поведенческую абстракцию системы. Однако принципиальным отличием данного этапа анализа является интегративный характер итеративного процесса, что собственно и позволяет классифицировать его как конструирование. Каждая из заключительных диаграмм представляет собой результат интеграции исходных диаграмм и является соответствующим (функциональным, статическим или поведенческим) инвариантом, образованным соединением целевой и системной (реализационной) диаграмм. При этом, цель выступает как сущность, определяющая направленность процессов самоорганизации (интеграции) на формирование и поддержание внешне- и внутрисистемных инвариантов (соответственно, функционального, статического или поведенческого). Эффективность функционирования механизма концептуального конструирования связана с методологией организации процедур интеграции диаграмм и итераций в процессе проведения анализа.

Объектно-ориентированная методология представляет UML-диаграммы, как инструмент исследования и результат анализа, а моделирование, как процесс исследования реальной системы путем итерационного изменения диаграмм, интерпретирующих ее существенные стороны. Однако процедуры, собственно, итеративных переходов или интеграции диаграмм в нотации UML не описаны, поскольку они в значительной степени связаны с особенностями предметной области.

Задача интеграции диаграмм является частным случаем исследования фундаментальной философской категории развития, как взаимосвязи и взаимодействия «вещи, свойства и отношения». Механизм взаимодействия в рамках указанной категории может быть представлен в виде формирования и поддержания внутрисистемного инварианта, например, нового свойства. Таким образом, в общем виде задача концептуального конструирования может быть сведена к анализу взаимосвязи исходных диаграмм и установления линии пересечения их плоскостей, как линии обретения нового качества.

Совокупность целевых классов определяется исходя из дерева целей и целевых функций, а диаграмма целевых классов представляет собой взаимно однозначное соответствие дереву целей, то есть оно всюду на множествах элементов и соотношений дерева целей и диаграммы классов определено, сюръективно, функционально и прообразом любого элемента из области значений диаграммы классов является единственный элемент из области определения дерева целей.

На рисунке 12 показана диаграмма целевых классов для ООО «Формула торговли». Основной целью на пути повышения прибыли является увеличение скорости и качества обслуживания клиентов, что позволит закрепить численность клиентской базы, и снижение стоимости сервисного обслуживания, что также привлечёт новых клиентов. На основании этого можно выделить целевые классы и построить диаграмму целевых классов [2, 5].

Рисунок 12 – Диаграмма целевых классов для ООО «Формула торговли»

3.2 Разработка диаграммы классов исполняющей системы и диаграммы ответственностей

Разработав диаграмму целевых классов, можно приступить к созданию диаграммы ответственностей. Она показывает, какие подцели должны решиться, чтобы достичь главной цели. Также видно, при помощи каких классов эти цели достигаются.

На диаграмме ответственностей, изображенной на рисунке 13, начальник отдела организует и распределяет введение премий и поощрений, организует проведение семинаров и тренингов для повышения квалификации сотрудников. Сотрудники, в свою очередь, в этих семинарах и тренингах участвуют. Также начальник отдела обеспечивает правильное распределение рабочего времени и обязанностей инженеров по регламенту. Чтобы не платить слишком высокую цену за сервисное обслуживание кассовых аппаратов, клиенты привозят их на фирму сами.

Рисунок 13 – Диаграмма ответственностей для ООО «Формула торговли»

На основе диаграммы ответственностей строится матрица ответственностей (таблица 4).

Таблица 4 – Матрица ответственностей для ООО «Формула торговли»

Заключение

В ходе данной работы была описана деятельность ООО «Формула торговли», проведен объектно-ориентированный анализ с построением базовой модели и описано функционирование системы в виде дискретно-событийной модели. Чтобы найти возможные пути повышения эффективности работы и, соответственно, прибыли фирмы была построена концептуальная модель процесса функционирования фирмы и на ее основе – матрица ответственностей. Таким образом, в результате подробного описания деятельности фирмы и концептуального конструирования основная цель – увеличение прибыли ООО «Формула торговли» – была достигнута.

Литература

1. Информационные технологии [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.citforum.ru, свободный.

2. Jacobson, I., Booch, G. and Rumbaugh. J. The Unified Software Development Process. Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1999.

3. Язык UML. Руководство пользователя [Электронный ресурс] Режим доступа: http://sitemonitor.ru/doc/UML_HTM/, свободный.

4. Б. Мейер Основы объектно-ориентированного проектирования [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.intuit.ru/department/se/ooad/9/5.html, свободный.

5. Википедия [электронный ресурс]: свободная энциклопедия – http://ru.wikipedia.org/wiki/.

1. Основные функции программ для модемов

Набор выполняемых связными программами функций чрезвычайно широк и может значительно отличаться в каждом конкретном случае. Основными функциями программ для модемов являются:

^ конфигурирование связного порта и режимов его взаимодействия с внутренней шиной компьютера (для внутренних модемов);

> конфигурирование модема, то есть установка протокола передачи, формата данных, команд и других параметров;

> управление модемом в процессе установления соединения и при передаче данных, вывод ответов модема и информации о состоянии соединения;

> передача файлов между взаимодействующими компьютерами;

> диалоговый текстовый обмен между пользователями компьютеров (Chat-режим);

> доступ к информационным службам, базам данных;

> выход в Internet;

> удаленный доступ к локальной сети предприятия;

> эмуляция режима Host — компьютера (главной ЭВМ) для ряда удаленных терминалов;

> эмуляция режима терминала удаленного Host-компьютера;

> сохранение принимаемой и передаваемой информации;

> регистрация событий, происходящих в течение сеанса связи;

> автоматизация часто повторяющихся последовательностей действий;

> передача факсимильной информации между компьютерами или компью тером и факсимильным аппаратом;

> организация хранения вспомогательной информации, такой как телефон ные номера, данные о конфигурации модема и др.

Связные программы обеспечивают интерфейс пользователя с модемом, позволяют управлять конфигурацией модема и выполнением ими основных своих функций.

Кроме перечисленных основных функций, иногда возможна реализация протоколов сжатия данных и исправления ошибок.

Специфическими особенностями программ передачи факсимильной информации являются:

> передача данных по расписанию многочисленным адресатам;

^ прием и передача факсимильной информации в фоновом режиме;

> преобразование ряда графических форматов данных в стандартные для факсимильных аппаратов;

> возможность просмотра факсимильной информации.

13.2. Типовые команды связных программ

В большинстве связных программ (в основном для операционных систем типа DOS) для управления их режимами работы наряду с меню используются так называемые Alt-команды. Можно сказать, что сформировался некий стандарт де-факто на такие команды. Однако в конкретной реализации коммуникационной программы возможны некоторые отличия. Рассмотрим типовые Alt-команды на примере программы Procomm Plus.

13.2.1. Команды управления соединением

До соединения:

— выход в телефонный справочник и набор номера.

В процессе соединения:

— передача разрыва;

— очистка экрана;

— сохранение информации, выведенной на экран;

— включение/отключение принтера;

— вывод времени соединения;

— использование клавиш макроопределений;

— включение/выключение записи в файл регистрации соеди нения;

— задание паузы записи в файл регистрации соединения;

— запуск Script-файла;

— повторный вывод сохраненного содержимого экрана;

— переключение режима дуплекс/полудуплекс;

— включение режима диалога (Chat—режима);

— включение Host-режима;

— инициализация модема;

— автоматический ответ на вызов;

— сброс терминала;

— режим записи;

— переход в меню команд программы защиты от ошибок прото кола Kermit;

— пауза экрана;

— переключение режимов «возврат каретки/ возврат каретки с переводом строки» (CR/CRLF).

После соединения:

— отключение от линии;

— выход из программы.

13.2.2. Команды установки конфигурации

— конфигурирование модема;

—

конфигурирование портов;

таблица преобразования;

— распределение функций клавиш клавиатуры.

13.2.3. Команды дополнительных функций

— вызов текстового редактора;

— выход в каталог файлов;

— вывод информации о программе;

— просмотр файла;

— смена каталога;

— использование буфера временного хранения (Clipboard);

— режим монитора;

— < ]> изменение состояния;

— < — > изменение строк;

выход в меню программы.

13.3. Конфигурирование порта

13.3.1. Установка номера порта

Большинство программ позволяют использовать последовательные порты СОМ 1—COM4. Однако программы, ориентированные на компьютеры IBM PS/2, могут использовать СОМ1—СОМ8. Номер порта, устанавливаемый в программе, должен соответствовать реально используемому модемом порту. Рис. 13.1 иллюстрирует меню операционной системы Windows’95, в котором производится установка номера порта.

13.3.2. Скорость передачи

Скорость передачи данных по последовательному порту задается одним из значений: 75, 110, 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 19600, 38400, 57600, 115200 Бод. Выбор скорости зависит от типа модема, его максимальной скорости и типа микросхемы UART, используемой в контроллерах последовательного порта модема и компьютера.

Если вы не являетесь счастливым обладателем UART 16550A и не используете программные ускорители типа FOSSIL-драйверов, то скорость передачи порта не может быть выше 19200 Бод.

Рис. 13.1. Установка свойств модема в Windows’95

При использовании модема, поддерживающего протоколы сжатия (V.42bis, MNP5), рекомендуется устанавливать скорость порта несколько большей, чем максимально возможная скорость передачи информации модемом. Например, если модем поддерживает протокол V.34 (28800 бит/с), то необходимо установить скорость порта 38400, 57600, или 115200 Бод.

Часто для более устойчивой работы приложений требуется, чтобы скорость передачи по используемому порту была постоянной и не изменялась в течение сеанса связи, даже несмотря на изменение скорости передачи модемом в канале. Это условие, в частности, относится к программам, использующим в своей работе Fossil-драйверы. Такая «залочка» (lock — замок, запирать) порта, как правило, достигается подачей команды АТ&В1 или явным заданием скорости порта в программе. В Windows’95, характеризующейся общим «отчуждением железа» от пользователя, фиксация скорости порта осуществляется установкой флажка «Only connect at this speed» в поле «Maximum speed» меню General (Control PanelModemsGeneral) (рис. 13.1).

13.3.3. Формат передачи

Формат передаваемых через порт асинхронных знаков задается следующими параметрами:

> числом бит данных (7 или 8);

> числом стоповых бит (1, 1.5 или 2);

> типом проверки (на четность — Even, на нечетность — Odd, без проверки — None, проверочный бит всегда равен «1» — Mark, проверочный бит всегда равен «О» — Space).

Рис. 13.2. Установка формата асинхронного символа в Windows’95

Наиболее широко используется формат символа, включающий в себя 8 бит данных и 1 столовый бит без использования проверки (8N1). Значения соответствующих параметров для данного формата в Windows’95 показаны на рис. 13.2.

Рис. 13.3. Установка адреса порта и номера прерывания в терминальной программе Telix

Рис. 13.4. Установка параметров порта в программе Term95 (NC 5.0)

13.3.4. Адрес порта и номер прерывания

При конфигурировании встроенных модемов задаются адрес порта ввода-вывода и номер линии прерывания. На рис. 13.3 и 13.4 иллюстрируется выполнение этой операции для DOS с помощью программ Telix и Term95 (терминальной программы, включенной в состав оболочки Norton Commander 5.0).

13.4. Использование FOSSIL-драйверов

FOSSIL-драйверы используются для расширения функций BIOS, обслуживающих асинхронный последовательный порт (FOSSIL — аббревиатура названий нескольких коммуникационных программ Fido/Opus/SEAdog Standard Layer). Дополнительно эти драйверы поддерживают ряд функций для работы с клавиатурой, видеоадаптером и системным таймером.

Применение FOSSIL-драйверов позволяет увеличить скорость обмена по последовательному порту до 38400 Бод, в то время как функции BIOS обеспечивают максимальную скорость передачи только 9600 Бод.

Работа FOSSIL-драйверов основана на перехвате прерываний от портов. Драйверы содержат два внутренних буфера (приемника и передатчика), организованных в виде очереди FIFO. В буфер передатчика записываются данные, передаваемые компьютером модему. Драйвер самостоятельно определяет, когда свободен регистр данных СОМ-порта, и записывает в него очередной символ данных. При этом переданный символ удаляется из буфера, и осуществляется передача следующего символа. В буфер приемника драйвер записывает данные, поступающие в компьютер через СОМ-порт. Затем содержимое этого буфера может быть считано прикладной программой при помощи специальной функции драйвера.

Существуют специальные FOSSIL-драйверы, обеспечивающие программную эмуляцию протоколов исправления ошибок. Наиболее распространенными FOSSIL-драйверами являются XOO.SYS (ХОО.СОМ) и BNU.EXE (BNU.COM). В качестве примера рассмотрим установку этих драйверов.

Для запуска драйвера из стартового файла CONFIG.SYS, в нем необходимо записать строку:

device = XOO.SYS Е 2 Т=1024 R=2048,

где Е — отключение заставки, 2 — номер СОМ-порта, Т=1024 — размер буфера для передачи, R=2048 — размер приемного буфера.

При запуске драйвера из командной строки DOS с теми же параметрами необходимо набрать следующую команду:

ХОО.ЕХЕ Е 2 Т=1024 R=2048 Драйвер BNU.EXE запускают из командной строки следующим образом:

BNU.EXE /T:1024 /R:2048 /М-,

где /Т=1024 — размер буфера для передачи, /R=2048 — размер приемного буфера, /М— — отключение заставки.

Рассматриваемые драйверы допускают фиксацию скорости порта, что оказывается полезным при использовании модемов с аппаратным сжатием передаваемых данных. При фиксации порта в команды запуска FOSSIL-драйверов добавятся следующие параметры (порт COM2, скорость фиксации 9200 Бод):

> при запуске драйвера ХОО в CONFIG.SYS:

device = XOO.SYS Е 2 Т=1024 R=2048 В,2,19200 > при запуске драйвера ХОО из командной строки DOS:

ХОО.ЕХЕ Е 2 Т=1024 R=1024 В,2,19200 > при запуске драйвера BNU:

BNU.EXE /R-.1024 /Т:2048 /М- /L1:19200,8N1

Для большинства модемов V.22bis (2400 Бод) с аппаратными протоколами MNP и V.42bis рекомендуется установить скорость порта 9600 Бод, для модемов V.32 (9600 Бод) — 19200 бод, а для модемов V.32bis (14400 Бод) — 19200 и выше. Максимальная скорость в этом случае зависит уже от параметров СОМ-порта.

13.5. Конфигурирование модема

Установки параметров и управление работой модема осуществляется с помощью АТ-команд. Для удобства пользователя современные коммуникационные программы используют заранее подготовленные данные о конфигурации и АТ-командах большого числа известных модемов. Если модем не входит в их число, то приходится выбирать наиболее близкий по характеристикам из списка либо самостоятельно создать строку инициализации, автоответа, отбоя и т.п., пользуясь документацией на модем.

13.5.1. Строка инициализации

Строка инициализации (init string) задает исходный режим работы модема и состоит из ряда АТ-команд. В общем случае таких строк может быть несколько — для различных режимов соединения. Например, одна — для соединения без использования протоколов сжатия данных и исправления ошибок, другая — с использованием таких протоколов. Часто строку инициализации можно сократить, записав необходимые установки в память модема, например, командой AT&W1.

Пример строки инициализации в меню Modem Settings программы Term 95 приведен на рис. 13.5.

В операционной системе Windows’95 строка инициализации в явном виде практически никогда не задается. При инициализации модема, обслуживаемого Windows’95, посылаются команды, соответствующие установкам параметров модема.

Таблица 13.1. Протокол соединения модема

Содержание

Введение

1. Вводные замечания

2. Представления сообщений с помощью полиномов Лежандра

3. Представление сообщений с помощью функций Уолша

Заключение

Список литературы

Введение

Дискретные системы – это системы, содержащие элементы, которые преобразуют непрерывный сигнал в дискретный. В дискретных системах сигналы описываются дискретными функциями времени.

В первой половине ХХ века при регистрации и обработке информации использовались, в основном, измерительные приборы и устройства аналогового типа, работающие в реальном масштабе времени, при этом даже для величин, дискретных в силу своей природы, применялось преобразование дискретных сигналов в аналоговую форму. Положение изменилось с распространением микропроцессорной техники и ЭВМ. Цифровая регистрация и обработка информации оказалась более совершенной и точной, более универсальной, многофункциональной и гибкой.

Под дискретизацией сигналов понимают преобразование функций непрерывных переменных в функции дискретных переменных, по которым исходные непрерывные функции могут быть восстановлены с заданной точностью. Роль дискретных отсчетов выполняют, как правило, квантованные значения функций в дискретной шкале координат. Под квантованием понимают преобразование непрерывной по значениям величины в величину с дискретной шкалой значений из конечного множества разрешенных, которые называют уровнями квантования. Если уровни квантования нумерованы, то результатом преобразования является число, которое может быть выражено в любой числовой системе. Округление с определенной разрядностью мгновенных значений непрерывной аналоговой величины с равномерным шагом по аргументу является простейшим случаем дискретизации и квантования сигналов при их преобразовании в цифровые сигналы.

1. Вводные замечания

При дискретно-аналоговых представлениях с помощью регулярных выборок для получения малой ошибки интерполяции необходимо выбирать большую частоту опроса. При этом между соседними выборками появляются сильные корреляционные связи, что уменьшает пропускную способность канала передачи информации.

Для сокращения избыточности используют два пути:

Отказаться от использования в качестве координат регулярных

выборок. При этом увеличивается эффективность представления путем изменения частоты опроса сигнала.

Использовать обобщенные дискретные представления,

позволяющие сократить количество координат при условии, что корреляционные связи между отдельными отсчетами сигнала на интервале представления .

При обобщенных дискретных представлениях в результате анализа поведения функции на интервале представления формируется сообщение:

, (1)

где — координаты, формируемые в результате анализа сигнала на интервале представления . Для этого весь интервал наблюдения разбивается на интервалы представления … и т.д.(рисунок 1)

Рисунок 1

. (2)

В результате анализа функции на интервале после окончания этого интервала формируется сообщение , которое передается в интервале представления. Обычно интервал представления выбирается равным:

, (3)

где — максимальный интервал корреляции, при

.

Координаты получаются как коэффициенты разложения сигнала в функциональный ряд по базисным функциям

. (4)

На приемной стороне по переданным координатам восстанавливается первичный сигнал

, (5)

а координаты на передающей стороне определяют как коэффициенты функционального ряда:

, (6)

где — весовая функция, определенным образом связанная с .

Как следует из этого соотношения координата может быть представлена как результат фильтрации сигнала фильтра с импульсной характеристикой:

. (7)

Выбор лучшего обобщенного представления сводится к решению двух задач:

Выбор оптимального базиса .

Определение числа координат , обеспечивающих заданную

точность восстановления функции.

Оптимальные базисы, минимизирующие число координат при заданной точности восстановления, связаны с вероятностными характеристиками первичного сигнала. Они описываются громоздкими выражениями и на практике неудобны. Обычно используют универсальные базисы , применение которых не требует сложных устройств обработки и , в тоже время , достаточно эффективно. Такие базисы выбирают в классе ортогональных функций:

. (8)

В качестве примера рассмотрим базисные функции в виде полиномов Лежандра и функций Уолша.

2. Представления сообщений с помощью полиномов Лежандра

Поместим начало отсчета времени в середину интервала представления:

Рисунок 2

Введем нормированное время

При таких обозначениях полиномы Лежандра задаются соотношением:

, (9)

где — целая часть n/2.

В частных случаях полиномы Лежандра имеют вид:

(10)

Полиномы Лежандра при описываются рекуррентным соотношением:

. ( 11)

Графики первых четырех полиномов Лежандра приведены на рисунке 3:

Рисунок 3

Структурная схема формирования полинома Лежандра имеет вид (рисунок 4):

Рисунок 4

Структурная схема формирования координат изображена на рисунке 5, где

, (12)

— коэффициенты пропорциональности.

Рисунок 5

Недостатки обобщенных представлений с помощью полиномов Лежандра:

Сложность формирования весовых функций .

Необходимость контроля коэффициента усиления каналов формирования координат .

Высокие требования к синхронизации.

При цифровом представлении весовых функций эти недостатки снимаются.

3. Представление сообщений с помощью функций Уолша

Использование этих представлений позволяет избежать многих недостатков представления сообщений с помощью полиномов Лежандра. Достоинством является простота реализации таких представлений с помощью цифровой техники.

Выберем начало отсчета времени у левой границы интервала представления (рисунок 6).

Рисунок 6

Введем нормированное время: , . При использовании функций Уолша число отсчетов следует выбирать так, чтобы выполнялось равенство: , где -целое число.

Функции Уолша строятся на основе базовых функций следующего вида (рисунок 7):

Рисунок 7

Базовые функции ортогональны, т.е. для них выполняется следующее условие:

. (13)

Все функции Уолша находятся из соотношения:

, (14)

где

, , — целые числа, .

Используя формулу ( 14), определим первые восемь функций Уолша:

;

, , ;

, , ;

, , , ;

, , ;

, , , ;

, , , ;

, , , , ;

Построим графики функций Уолша (рисунок 8).

Функции Уолша также ортогональны:

. (15)

Формирование функций Уолша возможно с помощью элементов цифровой техники. Структурная схема формирования функций Уолша имеет вид, представленный на рисунке 9.

Формирование координат производится в соответствии с выражением

. ( 16)

Рисунок 8

Рисунок 9

Недостатки обобщенных представлений с помощью функций Уолша:

Требуется большее число координат, чем при представлении с помощью полиномов Лежандра при той же точности.

Требуется большая полоса устройств формирования при реализации функций Уолша, чем при полиномах Лежандра.

дискретный сигнал представление полином

Заключение

Существует два основных способа представления процессов: аналоговый и дискретный. Аналоговое представление заключается в том, что электрическая величина, играющая роль сообщения, формируется непрерывно. Такое представление используется в системах ЧРК, где непрерывное напряжение модулирует несущие или поднесущие гармонические колебания. Дискретное представление делится на дискретно-аналоговое и дискретно-квантованное (цифровое). Дискретно-аналоговое представление сводится к тому, что непрерывный процесс заменяется совокупностью аналоговых выборок, которые формируются через определенные интервалы времени (используются АИМ, ШИМ, ВИМ). Дискретно-квантованное представление отличается от дискретно-аналогового тем, что выборки формируются в цифровой форме.

При обобщенном дискретном представлении координаты сообщения представляют собой коэффициенты некоторого ряда, это позволяет сократить количество координат, т.е. объем выборки. В качестве координат функций могут использоваться полиномы Чебышева, Лежандра, Уолша и др.

Список литературы:

Кириллов С.Н., Поспелов А.В. Дискретные сигналы в радиотехнических системах. Учебное пособие. Рязань. РГРТА, 2003. 60с.

Кириллов С.Н., Виноградов О.Л., Лоцманов А.А. Алгоритмы адаптации цифровых фильтров в радиотехнических устройствах. Учебное пособие. Рязань. РГРТА, 2004. 80с.

Кириллов С.Н., Дмитриев В.Т. Алгоритмы защиты речевой информации в телекоммуникационных системах. Учебное пособие с грифом УМО. Рязань. РГРТА, 2005. 128с.

Системы радиосвязи: Учебник для вузов / Н.И. Калашников, Э.И. Крупицкий, И.Л. Дороднов, В.И. Носов; Под ред. Н.И. Калашникова. М.: Радио и связь. 1988. 352с.

Тепляков И.М., Рощин Б.В., Фомин А.И., Вейцель В.А. Радиосистемы передачи информации: Учебное пособие для вузов / М.: Радио и связь. 1982. 264с.