Модели систем

Основные понятия

• системный анализ
  
• модель "черный ящик"
• модель состава
• структурная модель
• граф, дерево

Системный анализ

Исследование некоторой реальной системы состоит из двух этапов: анализ и синтеза.

Анализ системы - это выделение ее частей с целью прояснения состава системы. Систему можно раскладывать на части бесконечно. Момент остановки "дробления" системы зависит от цели исследования. Цель исследования, как правило, получение модели системы - приближенного представления об устройстве и функционировании системы. Модель можно далее использовать для прогнозирования поведения системы в некоторых условиях, для управления системой, для диагностики сбоев в функционировании системы и т.д.

Невозможно понять как работает система, выяснив только ее состав. Нужно знать структуру связей между частями системы. Только в совокупности состава и структуры можно понять состояни и поведение системы. Поэтому анализ системы - это первый этап ее исследования. Второй этап - синтез.

Слово "синтез" обозначает соединение. Синтез - это мысленное или реальное соединение частей в единое целое. В результате синтеза создается целостное представление о системе, объясняется механизм системного эффекта.

Системный анализ - это исследование реальных объектов и явлений с точки зрения системного подхода, состоящее из этапов анализа и синтеза.

Всякое описание системы носит модельный характер (отражает ограниченное число ее свойств). Главный вопрос при построении модели системы: какие ее характеристики являются существенными с точки зрения целей использования будущей модели.

Модель "черный ящик"

В простейшем случае бывает достаточно иметь представление о взаимодействии системы с внешней средой, не вдаваясь в подробности ее внутреннего устройства. Такое описание системы называется моделью "черного ящика". Вход системы - это воздействие на систему со стороны внешней среды, выход - это воздействие, оказываемое системой на окржающую среду. В такой модели внутреннее устройство скрыто, поэтому ее называют "черный ящик". 

Модель состава

Если описание системы ограничить перечислением ее частей, то мы получи модель состава. Эта модель дает более подробное представлени о системе, чем модель "черного ящика".

Структурная модель системы

Структурную модель системы еще называют структурной схемой. На структурной схеме отражается состав системы и ее внутренние связи. Для отображения структурной схемы системы используются графы. Граф состоит из вершин, обозначающих элементы системы, и ребер - линий, обозначающих связи (отношения) между элементами системы. 

Графы могут быть неориентированными и ориентированными. Направленные линии связи на графе называют дугами. Граф системы с иерархической структурой называют дерево.

Дерево - ориентированный граф. Обычно вершины дерева располагаются по уровням всерху вниз. Дуги направлены от верхних к нижним вершинам. Каждая вершина может быть связана с одной вершиной верхнего уровня (исходной) и множеством вершин нижнего уровня (порожденными). Такая связь называется "один ко многим". Единственная вершина самого верхнего уровня называется корнем дерева. Вершины самого нижнего уровня, у которых нет порожденных вершин, называются листьями дерева. В дереве отсутствуют петли - замкнутые траектории связей, поэтому маршрут перемещения по дереву между любыми двумя вершинами всегда является единственным.

Вопросы:

1. Какие существуют типы моделей систем? Чем они различаются? Приведите примеры.

2. Что такое граф? Из чего он состоит?

3. Приведите примеры ориентированных и неориентированных графов.

Компьютерный практикум

Нарисуйте два варианта графа системы "Компьютер", содержащего следующие вершины: процессор, оперативная память, внешняя память, клавиатура, монитор, принтер. 

а) линия связи обозначает отношение "передает информацию"

б) линия связи обозначает отношение "управляет".