Что такое системный эффект в информатике примеры

Системный анализ

Для того чтобы получить информационную модель любого реального объекта или процесса, необходимо рассмотреть его с системной точки зрения — выполнить системный анализ объекта. Задача системного анализа, который проводит исследователь, — упорядочить свои представления об изучаемом объекте для того, чтобы отразить их в информационной модели. Таким образом, просматривается следующий порядок этапов перехода от реального объекта к информационной модели:

Понятие системы

Под системой понимается любой объект, состоящий из множества взаимосвязанных частей и существующий как единое целое.

Наука о системах называется системологией. Любой объект окружающего мира можно рассматривать как систему. Системы бывают материальные, нематериальные и смешанные. Примеры материальных систем: дерево, здание, человек, планета Земля, Солнечная система. Примеры нематериальных систем: человеческий язык, математика. Пример смешанных систем — школа. Она включает в себя как материальные части (школьное здание, оборудование, тетради, учебники и пр.), так и нематериальные (учебные планы, программы, расписания уроков).

Все разнообразие существующих систем можно разделить на две категории: на естественные системы, т.е. существующие в природе, и искусственные системы — созданные человеком. Например, Солнечная система — естественная, а компьютер — искусственная система. Для всякой искусственной системы существует цель ее создания человеком: автомобиль — перевозить людей и грузы, компьютер — работать с информацией, завод — производить продукцию. В системологии искусственную систему определяют как “средство достижения цели”*. Именно целесообразностью системы определяется ее состав и структура.

Состав системы. Подсистемы

Состав системы — это множество входящих в нее частей. В качестве примера системы рассмотрим объект, с которым ученикам приходится иметь дело на уроках информатики, — персональный компьютер.

Самое поверхностное описание ПК такое: это система, составными частями которой являются системный блок, клавиатура, монитор, принтер, мышь. Можно ли назвать их простыми элементами компьютера? Конечно, нет! Каждая из этих частей — это тоже система, состоящая из множества взаимосвязанных частей. В состав системного блока входят: центральный процессор, оперативная память, накопители на жестких и гибких магнитных дисках, CD-ROM, контроллеры внешних устройств и пр. В свою очередь, каждое из этих устройств — также сложная система. Например, центральный процессор состоит из арифметико-логического устройства, устройства управления, регистров. Так можно продолжать и дальше, все более углубляясь в подробности устройства компьютера.

Систему, входящую в состав какой-то другой, более крупной системы, называют подсистемой.

Из данного определения следует, что системный блок является подсистемой персонального компьютера, а процессор — подсистемой системного блока.

А можно ли сказать, что какая-то простейшая деталь компьютера, например гайка, системой не является? Все зависит от точки зрения. В устройстве компьютера гайка — простая деталь, поскольку на более мелкие части она не разбирается. Но с точки зрения строения вещества, из которого сделана гайка, это не так. Металл состоит из молекул, образующих кристаллическую структуру, молекулы — из атомов, атомы — из ядра и электронов. Чем глубже наука проникает в вещество, тем больше убеждается, что нет абсолютно простых объектов. Даже частицы атома, которые называли “элементарными” (например, электроны), тоже оказались не простыми.

Любой реальный объект бесконечно сложен. Описание его состава и структуры всегда носит модельный характер, т.е. является приближенным. Степень подробности такого описания зависит от его назначения. Одна и та же часть системы в одних случаях может рассматриваться как ее простой элемент, в других случаях — как подсистема, имеющая свой состав и структуру.

Структура системы

Всякая система определяется не только составом своих частей, но также порядком и способом объединения этих частей в единое целое. Все части (элементы) системы находятся в определенных отношениях или связях друг с другом. Здесь мы выходим на следующее важнейшее понятие системологии — понятие структуры.

Структура — это совокупность связей между элементами системы.

Можно еще сказать так: структура — это внутренняя организация системы. Многие открытия в науке связаны именно с выяснением структуры природных систем. Например, экспериментально было доказано, что атом состоит из положительно и отрицательно заряженных частиц. Однако лишь открытие орбитальной структуры атома, сделанное Нильсом Бором, в полной мере объяснило природу атома. Стали понятны многие физические явления (например, механизм электромагнитного излучения).

Всякая система обладает определенным составом и структурой. Свойства системы зависят от того и от другого. Даже при одинаковом составе системы с разной структурой обладают разными свойствами, могут иметь разное назначение.

С примерами зависимости свойств различных систем от их структуры ученики встречаются в разных школьных дисциплинах. Например, известно, что графит и алмаз состоят из молекул одного и того же химического вещества — углерода. Но в алмазе молекулы углерода образуют кристаллическую структуру, а у графита структура совсем другая — слоистая. В результате алмаз — самое твердое в природе вещество, а графит — мягкий, из него делают грифели для карандашей. В химии известно явление, которое называется изомерией. Вещества, состоящие из молекул одинакового атомарного состава, но различающиеся структурой молекул, обладают разными свойствами.

Типы связей в системах

Связи в системах бывают материальными и информационными. В естественных системах неживой природы (космические системы, атомы и молекулы, природные системы на Земле и пр.) связи носят только материальный характер, а в системах живой природы существуют связи материальные и информационные.

Информационные связи — это обмен информацией между частями системы, поддерживающий ее целостность и функциональность.

Очевидно существование информационных связей в животном мире, в человеческом обществе. В технических системах, используемых в информационной сфере (радио, телевидение, компьютерные сети), также действуют связи информационного типа. В них информация — это семантическое содержание физических сигналов, передаваемых между частями системы.

Общественные (социальные) системы — это различные объединения людей. Конечно, между ними тоже есть определенные материальные связи (например, общее помещение, экономическая зависимость, родственно-генетические связи), но очень важны информационные связи. Ни один коллектив, от семьи до государства, не может существовать без информационного обмена.

Системный эффект

Следующее важное положение системологии формулируется так: всякая система приобретает новые качества, не присущие ее составным частям.

Например, отдельные детали велосипеда: рама, руль, колеса, педали, сиденье — не обладают способностью к езде. Но вот эти детали соединили определенным образом, создав систему под названием “велосипед”, которая приобрела новое качество — способность к езде, т.е. возможность служить транспортным средством. Этим свойством не обладала ни одна из деталей в отдельности. То же самое можно показать на примере самолета: ни одна часть самолета в отдельности не обладает способностью летать; но собранный из них самолет (система) — летающее устройство. Еще пример: социальная система — строительная бригада. Один рабочий, владеющий одной специальностью (каменщик, сварщик, плотник, крановщик и пр.), не может построить многоэтажный дом, но вся бригада вместе справляется с этой работой.

Появление нового качества у системы называется системным эффектом. Это же свойство выражается фразой: “Целое больше суммы своих частей”.

Модели систем

Наши представления о реальных системах носят приближенный, модельный характер. Описывая в какой-либо форме реальную систему, мы создаем ее информационную модель. Рассмотрим три разновидности информационных моделей систем:

— модель “черного ящика”;

Модель “черного ящика”. Всякая система — это нечто цельное и выделенное из окружающей среды. Система и среда взаимодействуют между собой. В системологии используются представления о входах и выходах системы. Вход системы — это воздействие на систему со стороны внешней среды, а выход — это воздействие, оказываемое системой на окружающую среду. Такое представление о системе называется моделью “черного ящика” (см. рисунок).

Модель “черного ящика”

Модель “черного ящика” используется в тех случаях, когда внутреннее устройство системы недоступно или не представляет интереса, но важно описать ее внешние взаимодействия. Например, в любой инструкции по использованию бытовой техники (телевизор, магнитофон, стиральная машина и пр.) дается описание работы с ней на уровне входов и выходов: как включить, как регулировать работу, что получим на выходе. Такого представления может быть вполне достаточно для пользователя данной техникой, но не достаточно для специалиста по ее ремонту.

Модель “черного ящика” отражает лишь взаимодействие системы с окружающей средой. Такой подход к сложным системам был введен в кибернетике. Казалось бы, это простейшая модель, которая не углубляется во внутреннее устройство системы. Однако и внешние взаимодействия реальной системы оказываются бесконечно сложными. Поэтому модель “черного ящика”, как и любая другая, строится в соответствии с целью моделирования, учитывая лишь те входы и выходы системы, которые существенны с точки зрения цели моделирования, назначения создаваемой модели.

Если описать компьютер как “черный ящик”, учитывая только его информационное взаимодействие с внешней средой, то модель получится следующей:

Модель “черного ящика” компьютера

Если, кроме информационного, учитывать еще и физическое взаимодействие компьютера с внешней средой, то на входе надо добавить: “электропитание”, “температурное воздействие”, “вибрационное воздействие”. На выходе: “излучение экрана”, “шум вентилятора”, “нагрев от монитора”. В таком расширенном списке входов и выходов следует выделить основные параметры и побочные. Основные — это те, которые связаны с главной функцией системы: работа с информацией. Среди побочных можно выделить необходимые (электропитание) и нежелательные (излучение экрана, шум вентилятора).

Модель можно расширить, добавив в нее экономические параметры, связанные с финансовыми расходами на входе (исходная цена, оплата электроэнергии, оплата за пользование Интернетом) и возможными доходами на выходе, если компьютер является рабочим инструментом, в результате использования которого человек зарабатывает деньги.

Модель состава системы дает описание входящих в нее элементов и подсистем, но не рассматривает связей между ними. Очевидно, что и модель состава компьютера может иметь разные варианты в зависимости от отражаемой в ней точки зрения на систему. Например:

Вариант 1: системный блок, клавиатура, монитор, принтер, мышь.

Вариант 2: оперативная память, внешняя память, центральный процессор, устройства ввода, устройства вывода.

Вариант 3: центральный процессор, ОЗУ, ПЗУ, жесткий диск, флоппи-диск, лазерный диск, информационная магистраль, клавиатура, монитор, контроллеры внешних устройств и пр.

Структурную модель системы еще называют структурной схемой. На структурной схеме отражается состав системы и ее внутренние связи. Наряду с термином “связь” нередко употребляют термин “отношение”.

Наглядным способом описания структурной модели системы являются графы (см. “Графические модели”). На рисунке в виде ориентированного графа приведена структурная модель компьютера.

Структурная модель кмпьютера с информационными связями

Здесь стрелки обозначают информационные связи между элементами системы. Направление стрелок указывает на направление передачи информации.

Однако если нас интересуют связи по управлению, то получится следующая граф-модель компьютера:

Структурная модель кмпьютера со связями по управлению

Здесь стрелка обозначает направление управляющего воздействия. Смысл схемы заключается в том, что процессор управляет работой всех остальных устройств компьютера.

Следовательно, структурная модель одной и той же системы может быть разной. Все определяется целями моделирования.

Методические рекомендации

Одной из наиболее заметных тенденций в современном развитии школьной информатики стало проникновение в ее содержание элементов системного анализа. Знакомство учащихся с системным анализом может происходить по двум целевым направлениям:

— развитие системного мышления учащихся;

— знакомство с системным анализом как этапом информационного моделирования.

Начиная обсуждение понятия “система”, следует обратить внимание учащихся на то, что с этим понятием они многократно встречались как в учебных дисциплинах, так и в повседневной жизни. Примеров можно привести достаточно много: Солнечная система, периодическая система химических элементов, системы растений и животных, система образования, система транспорта, система здравоохранения и многое другое. Безусловно, ученики имеют некоторое интуитивное понимание того, что такое система. Однако для информатики это понятие является одним из фундаментальных и поэтому здесь нельзя ограничиться интуитивным представлением.

Сформулировав определение системы, его необходимо подробно обсудить. В ходе такого обсуждения следует использовать знакомые и понятные ученикам примеры систем. Наряду с теми, что были перечислены выше, нужно напомнить примеры систем, с которыми ученики встречались в курсе информатики. Например, совокупность взаимосвязанных данных, предназначенных для обработки на компьютере, называется системой данных. Совокупность взаимосвязанных программ определенного назначения образует программные системы: операционные системы, системы программирования. Файловая система — организованная совокупность файлов и папок на дисках компьютера.

Двигаясь от интуитивного представления учащихся о системах к более строгому, научному пониманию, необходимо последовательно раскрыть следующие свойства систем:

— функция (цель, назначение) системы;

— взаимодействие системы с окружающей средой;

На конкретных примерах необходимо показать неразрывность системного анализа с информационным моделированием. Информационная модель базируется на данных, т.е. на информации об объекте моделирования. Любой реальный объект — это сложная система, которая обладает бесконечным множеством различных свойств и характеристик. Важнейшим этапом моделирования является разделение параметров, характеризующих моделируемый объект или процесс, по степени важности влияния их изменений на поведение объекта или процесса, — то поведение, которое представляется важным с точки зрения достижения целей моделирования. Такой процесс называется ранжированием. Чаще всего невозможно (да и не нужно) учитывать все факторы, которые могут повлиять на поведение объекта или процесса, — нужно выделить важнейшие из них. От того, насколько удачно на этапе системного анализа будут выделены важнейшие факторы, зависит успех моделирования, быстрота и эффективность достижения цели.

Выделить более важные (или, как говорят, значимые) факторы и отсеять менее важные может лишь специалист в той предметной области, к которой относится модель. Например, если учитель хочет создать модель учебного процесса в классе, то ему потребуются данные об изучаемых предметах, расписании занятий, сведения об оценках учеников, о преподавателях. Если же он задался целью смоделировать процесс летнего отдыха (например, коллективную поездку на юг), то ему потребуются совсем другие данные: сроки поездки, маршрут поезда, стоимость билетов, стоимость расходов на питание и пр. Возможно, что единственными общими данными для этих двух моделей будет список учеников класса.

Источник

Системы объектов. Состав и структура системы

Урок 8. Информатика 6 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Системы объектов. Состав и структура системы»

Итак, состояние составного объекта определяется значениями его собственных признаков и состоянием объектов-частей. Например, компьютер включается после нажатия кнопки Пуск на системном блоке.

Системный подход – это подход к описанию сложного объекта, при котором называют его составные части, рассматривают их взаимодействие и взаимовлияние. Сложный объект принято называть системой, а его составные части – компонентами системы.

Система – это любой объект, состоящий из множества взаимосвязанных элементов и существующий как единое целое.

Например, цветок состоит из стебля, листочков, лепестков и сердцевины. В данном случае система – это цветок, а стебель, листочки, лепестки и сердцевина – это компоненты системы.

Любой реальный объект по своей природе очень сложен, поэтому его рассматривают как систему.

Разберём более подробно каждую из них.

Материальные системы – это системы, которые можно ощутить, потрогать руками. Они делятся на природные и технические.

Природные системы – это системы, созданные природой. Например, животное, растение, море и так далее.

Технические системы – это системы, созданные руками человека. К ним относятся компьютеры, машины и другие.

Нематериальные системы – это системы, которые нельзя ощутить. Например, английский язык, химический язык и так далее.

Смешанные системы – это системы, которые содержат в себе материальные и нематериальные элементы. Здесь можно выделить социальные системы, то есть это системы, которые образуют люди, объединённые чем-то общим. В качестве примера можно взять школу. Здесь присутствуют как материальные системы: школьное здание, оборудование, учебники и так далее, так и нематериальные системы: расписание уроков, звонков и прочее.

Система определяется не только набором и признаками её элементов, но также взаимосвязями между элементами. Одни и те же элементы могут образовывать различные по своим свойствам системы. Это зависит от взаимосвязей, которые их объединяют. Например, из мяса и картошки можно приготовить разные блюда: тушёную картошку с мясом или пюре и жареное мясо. Или с помощью круга и треугольника можно нарисовать как мальчика, так и девочку.

Структура – это порядок, в котором объединились элементы, составляющие систему.

С помощью схемы состава описываются состав и структура системы. В состав системы может входить другая система. Итак, система в состав которой входит ещё одна система, называется надсистемой, а система, которая входит в состав, называется подсистемой. Так же, как и с множествами, имя надсистемы находится в схеме состава выше, чем имена подсистем, которые в неё входят. В состав подсистемы может входить ещё одна или несколько подсистем. Таким образом, получается многоуровневая структура системы, в которой один и тот же элемент может быть, как надсистемой, так и подсистемой.

Для большей наглядности разберёмся на примере. В состав компьютера входят системный блок, монитор, клавиатура, мышь, колонки.

Итак, системный блок, монитор, клавиатура, мышь и колонки в свою очередь так же являются системами, так как каждый из этих элементов состоит из множества взаимосвязанный частей. Например, в состав системного блока входят процессор, блок питания, материнская плата, жёсткий диск и так далее. Имеем следующее: компьютер – это система. Системный блок, монитор, клавиатура, мышь и колонки в свою очередь являются подсистемами и надсистемами одновременно, так как в их состав входят множество элементов. Как говорилось ранее в системный блок входят процессор, блок питания, материнская плата, жёсткий диск и другие элементы.

Главное свойство любой системы – возникновение системного эффекта, то есть при объединении элементов системы, у неё появляются новые признаки, которыми до этого не обладал ни один элемент в отдельности.

Например, системный блок компьютера. Как говорилось ранее, он состоит из множества элементов: процессор, блок питания, материнская плата, жёсткий диск и так далее.

Но если из этого списка убрать хотя бы один элемент, то системный блок работать не будет. Так, например, если убрать блок питания, то системный блок не запуститься. Если мы уберём материнскую плата, а как известно это важнейший элемент системного блока, то компьютер так же не будет работать.

Или же возьмём к примеру велосипед.

Составные компоненты велосипеда (рама, руль, колеса, педали, сиденье) зависят друг от друга. Качество данной системы – способность ездить на велосипеде. Ни одна составная часть не обладает этим свойством. Но в свою очередь если собрать их вместе, то появляется такое качество, как способность ездить на велосипеде.

Итак, во второй части нашего урока мы с вами познакомимся с графическими возможностями текстового редактора Microsoft Office Word.

Выполним первое задание:

Для начала напечатаем необходимый текст.

Теперь вставим картинку. Для этого на ленте выберем вкладку Вставка, затем кнопку Рисунок. Далее указываем путь к нашей рабочей папке, выбираем файл Антошка.png и нажимаем кнопку Вставить. Для расположения картинки так, как показано в примере, необходимо выделить рисунок (нажать один раз левой кнопкой мыши на нём), затем на ленте выбрать появившуюся вкладку Формат (Работа с рисунками). В группе Упорядочить нажать кнопку Положение, в появившемся меню выбрать необходимое положение рисунка относительно текста. В данном случае это положение сверху справа с обтеканием текста вокруг рамки.

Сохраним полученный документ в рабочей папке под именем Антошка.

Итак, откроем документ Животные.docx. В первом четверостишии рассказывается про корову. Значит нам необходимо вставить рисунок Корова.png. Для этого на ленте выбираем вкладку Вставка и нажимаем кнопку Рисунок, далее указываем путь к нашей рабочей папке, выбираем необходимый рисунок и нажимаем кнопку вставить. Так как рисунок большой, необходимо взять за любой из углов рисунка и потянуть до нужных размеров. Для сохранения пропорций, уменьшать рисунок необходимо по диагонали. Затем выбираем на Ленте вкладку Формат, нажимаем кнопку Положение и выбираем необходимое. В данном случае Положение сверху слева с обтеканием текста вокруг рамки. Таким же образом вставляем остальные картинки.

Во втором четверостишии говорится про лошадку, значит вставляем соответствующую картинку, перед этим поставив курсор в начале данного четверостишия. При необходимости уменьшаем размер. В группе упорядочить выбираем Обтекание текстом и в появившемся меню пункт – Внутри текста. Таким же образом вставляем и в третье четверостишие рисунок Овечка.png. Перед этим поставим курсор в конце второй строки. Выбираем обтекание текстом В тексте. Сохраняем документ в своей рабочей папке под именем Животныe1.docx.

Переходим к третьему заданию.

Для начала вставим декоративную надпись: «С днём рождения!». Для этого на вкладке Вставка выбираем группу Текст. Нажимаем кнопку WordArt и в появившемся меню выбираем необходимый стиль. Вводим текст: С днём рождения! Для расположения текста по правой стороне берём его за край и перетаскиваем вправо. Далее необходимо вставить картинки из коллекции Microsoft. Для этого на вкладке Вставка выбираем кнопку Картинка. Слева появится дополнительное окно, в котором необходимо ввести название картинки. Например, шары. И нажимаем Enter. Для вставки выполняем двойной щелчок мыши на картинке. Располагаем текст и рисунок так, чтобы они не залезали друг на друга. Сохраняем документ в рабочей папке под именем День рождения.docx.

Подведём итоги. Сегодня мы научились

Вставлять изображения из файла и картинки из коллекции Microsoft Office Word с помощью вкладки Вставка;

Изменять размеры и положение изображений в тексте;

Вставлять декоративный текст с помощью вкладки Вставка.

Системный подход – это подход к описанию сложного объекта, при котором называют его составные части, рассматривают их взаимодействие и взаимовлияние.

Система – это любой объект, состоящий из множества взаимосвязанных элементов и существующий как единое целое.

Системы бывают материальные, нематериальные и смешанные.

Материальные системы – это системы, которые можно ощутить, потрогать руками. Они делятся на природные и технические.

Природные системы – это системы, созданные природой.

Технические системы – это системы, созданные руками человека.

Нематериальные системы – это системы, которые нельзя ощутить.

Смешанные системы – это системы, которые содержат в себе материальные и нематериальные элементы.

Источник