Dr hab. inż.. Edward Kołodziński prof. UWMPSI-1Olsztyn 2006/2007

(1)

Projektowanie systemów informatycznych

WPROWADZENIE DO

INFORMATYKI

Dr hab. inż.. Edward Kołodziński prof. UWM PSI-1

Olsztyn 2006/2007

(2)

Rygory zaliczeniowe z PSI

1. Egzamin składa się z części pisemnej i ustnej. Warunkiem przystąpienia do części ustnej jest uzyskanie pozytywnego wyniku (dst) z części pisemnej.

2. Warunkiem koniecznym przystąpienia do egzaminu jest zaliczenie ćwiczeń.

3. Warunkiem koniecznym uzyskania pozytywnej oceny z egzaminu jest uzyskanie pozytywnych ocen z jej trzech składowych:

+ średnia arytmetyczna ocen z pisemnych sprawdzianów na wykładach >2.9;

+ ocena z części pisemnej >2.9;

+ ocena z części ustnej>2.9.

4. Ocena z egzaminu – suma ocen: (średnia arytmetyczna ocen z pisemnych sprawdzianów na wykładach + ocena z części pisemnej + ocena z części ustnej) dzielona przez trzy.

5. Kolejne pisemne sprawdziany na wykładach każdorazowo będą obejmować ich treści (ze zrozumieniem) z zakresu tematycznego od pierwszego do ostatniego wykładu.

Uwaga: Opanowanie na pamięć (bez zrozumienia treści) prezentowanych na slajdach na wykładach materiałów nie jest wystarczające do zaliczenia sprawdzianów, a tym bardziej egzaminu.

6. Nieobecność podczas sprawdzianu skutkuje oceną niedostateczną z tego sprawdzianu.

7. Dany sprawdzian może być poprawiany tylko jeden raz.

Uwaga: stwierdzenie faktu ściągania podczas pisania sprawdzianów skutkuje oceną niedostateczną ze wszystkich dotychczas zaliczonych sprawdzianów.

(3)

Rygory zaliczeniowe z PSI

Rygory zaliczeniowe ćwiczeń w semestrze Warunek konieczny zaliczenia:

1.Obowiązkowe uczestnictwo w ćwiczeniach – dopuszczalne dwie nieobecności

2. Pozytywna ocena zadania indywidualnego lub grupowego- będzie weryfikowany udział w jego realizacji,

3. Pozytywna ocena aktywności (sprawdzianów) podczas ćwiczeń, 4. Pozytywna ocena końcowego pisemnego sprawdzianu

zaliczeniowego ćwiczenia.

Ocena „zaliczeniowa” ćwiczeń

– średnia arytmetyczna trzech składowych >2.9

(4)

Piramida zawodowa informatyków

Programista

Projektant oprogramowania

Projektant systemu informatycznego Analityk informatyzacji

Kierownik projektu

(przedsięwzięcia informatycznego)

(5)

Projektowanie systemów informatycznych Literatura podstawowa przedmiotu

1. Flasiński M.: Zarządzanie projektami informatycznymi, PWN 2006

2. Jaszkiewicz A.: Inżynieria oprogramowania, Helion1997 3. Szejko S.: Metody wytwarzania oprogramowania, Mikom

2002

4. Schmuller J.: UML dla każdego, Helion 2003

5. Śmiałek M.: Zrozumieć UML 2.0 - metody modelowania obiektowego, Helion 2005

6. Wrycza S.: Język UML 2.0 w modelowaniu systemów

informatycznych Helion 2005

(6)

Pojęcia podstawowe informatyki

• Informacja- zmiana nieokreśloności (nieznajomości ) stanu

wiedzy o przedmiocie (przez zainteresowanego nim) po uzyskaniu o nim: wiadomości, dokonaniu obserwacji, uzyskaniu danych itp.

Warunkiem koniecznym uzyskania informacji z danej jest jej zinterpretowanie.

Przykładowo - cena książki napisana na okładce, to dana, która nie

zawiera informacji dla tych , którzy jej nie zinterpretują - np. osoba nie umiejąca czytać.

Informacja – jest pojęciem abstrakcyjnym – zawarta jest w „czymś”:

sygnale, znaku, wyrażeniu itp. Do przekazania informacji niezbędny

jest jej nośnik.

(7)

Pojęcia podstawowe informatyki

Stopień nieokreśloności przedmiotu naszego zainteresowania określa się za pomocą entropii informacyjnej.

Jeżeli zakres zmienności stanów przedmiotu naszego zainteresowania jest dyskretny, to miara entropii informacyjnej ma postać:

H(X) = -Σ

_i

p

_i

log

₂

p

_i,

i I – zbiór wyróżnionych stanów przedmiotu zainteresowania.

log

₂

p(x

_i

) = (log

_a

e) (log

_e

p(x

_i

) Przykład

Dla rzutu monetą zbiór możliwych stanów X={O,R}.

Prawdopodobieństwo wystąpienia każdego ze stanów jest równe i wynosi :

p

_o

= p

_r

= p = 1/2 Stąd:

H(X) = -Σ

_i=1,2

p

_i

log p

_i

= 1 [bit]

(8)

Pojęcia podstawowe informatyki

Obserwacje bezpośrednie X

Ilość informacji uzyskana w : wiadomości, wyniku eksperymentu, pozyskanych danych itp. o X:

I(X) = H

₁

(X) – H

₂

(X)

–H1(X) – entropia stanu przed eksperymentem, –H2(X) – entropia stanu po eksperymencie.

Przykład cd.

Ilość informacji zawarta w danej o wyniku rzutu:

I(X) =1-0 =1[bit]

(9)

Pojęcia podstawowe informatyki

Obserwacje pośrednie

Dane dwie wielkości X i Y zależnie statystycznie – p(x

_i

/y

_j

) ≠ 0 Czujnik

X

Z

Y I

H(X/y

_j

) = -∑ p(x

_i

/y

_j

) log p(x

_i

/y

_j

) – entropia warunkowa wielkości X p i=1 po zaobserwowaniu wartości wielkości Y Ilość informacji o wielkości X uzyskana w wyniku zaobserwowania,

że wielkość Y= y

_j

jest równa:

I(X/ y

_j

) = H(X) – H (X/ y

_j

) zaś

I(X/Y) =H(X)-H(X/Y) gdzie:

H(X/Y) = ∑ p(y

_j

) H(X/y

_j

)

Z

(10)

Pojęcia podstawowe informatyki

**Modelem systemu* nazywamy ilościową i jakościową** reprezentację systemu na innej bazie materialnej niż występuje on w rzeczywistości, ujmującą podstawowe cechy systemu, istotne ze względu na zamierzony cel badań.

Modelowanie - proces opracowywania modelu.

Rodzaje modeli systemów:

 modele fizyczne (materialne);

 modele symboliczne.

Modele fizyczne są to układy (systemy), których działanie

odwzorowuje działanie rzeczywistego systemu przez wykorzystanie innych wielkości fizycznych w innej skali.

*

Patrz więcej w: Kołodzinski E.: Symulacyjne metody badania systemów. PWN, Warszawa 2002 - http://www.infocorp.com.pl/html/smbs_main.htm

(11)

Pojęcia podstawowe informatyki

Przykład modelu fizycznego

Z

x D

H

M F(t)

C E(t)

R i

a) b) L

Rys. 1. Analogie między systemem mechanicznym i elektrycznym:

-schemat systemu mechanicznego;

-schemat systemu elektrycznego.

  ^t

F Hx

x D x

M ..  .  

Równanie ruchu punktu materialnego o masie M w opisanym systemie ma postać:

gdzie:

M – masa;

x – wychylenie masy M;

H – współczynnik sprężystości;

D - współczynnik tłumienia amortyzatora.

(1)

(12)

Pojęcia podstawowe informatyki

Przykład cd

Z

gdzie:

M – masa;

x – wychylenie masy M;

H – współczynnik sprężystości;

D - współczynnik tłumienia amortyzatora.

Zjawiska zachodzące w obwodzie elektrycznym można opisać następującym równaniem:

  ^t

C E q Q

R q

L ..  .  

Porównując równania (1) i (2) widzimy pełną analogię zjawisk zachodzących w obu układach (systemach).

Oba systemy opisane są takim samym równaniem różniczkowym.

Działanie jednego systemu można określić prowadząc badanie na drugim i odwrotnie.

▀

(2)

(13)

Pojęcia podstawowe informatyki

Model symboliczny – opis wyodrębnionej rzeczywistości w określonym języku formalnym.

Przykłady: plan miasta, rysunek techniczny obrabiarki, elementu roweru itp.

Model matematyczny – symboliczny model wyodrębnionej rzeczywistości, który zawiera ilościowe i jakościowe związki między cechami tej rzeczywistości, istotnymi z punktu

widzenia celu jego opracowywania. Może być wyrażany za pomocą:wzorów,

zestawień itp.

Przykład: równania różniczkowe (1) i (2) są modelami

matematycznymi systemów odpowiednio:

mechanicznego i elektrycznego;

Z

(14)

Pojęcia podstawowe informatyki Przykład 2

Z

Rozpatrzymy przykład systemu masowej obsługi (SMO) z :

•ograniczoną liczbą m miejsc w poczekalni,

•poissonowskim strumieniem zgłoszeń,

•wykładniczym rozkładem prawdopodobieństwa czasu trwania obsługi.

0 1 2 . . .

^m+1



₀₀  ₁₁ ₍₎ ₂₂ ()



_{m 1}_{ m}_, 



_m__{1 m}_, _₁ 



_m,_m_1 



₂₃



₁₂ 



₀₁



₁₀  ₂₁ ₃₂

Model funkcjonowania SMO można przedstawić w języku teorii sieci.

Model systemu masowej obsługi zilustrowany na rys.1.2, przedstawiony w języku teorii sieci, równoważny jest w treści modelowi zapisanemu w postaci układu równań różniczkowych:

     

       

 

^t ^p

 

^t ^p

 

^t

p

m 1 i

t p

t p t

p t

p

t p t

p t

p

1 i i 1 i i

ii 1

i i 1 i i

1 10 0

00 0

















, ,

' '

,

;





(15)

Pojęcia podstawowe informatyki

Algorytm

• w języku potocznym algorytmem określamy zwykle przepis

wykonywania czynności, w wyniku których osiągnie się zamierzony cel;

• w dziedzinie naszych zainteresowań - algorytm, to przepis przekształcania danych, w celu zrealizowania zadania, np.

- wyznaczenia największego wspólnego podzielnika dwóch liczb;

- wyznaczenia pierwiastków równania kwadratowego, - itp.

W procesie wyznaczania rozwiązania zadania według ustalonego algorytmu wyróżniamy:

- dane początkowe -

dane wyjściowe do obliczeń, które mamy przekształcać (krok po kroku) według algorytmu,

– wyniki pośrednie – uzyskiwane w kolejnych iteracjach (krokach) obliczeniowych,

- wynik końcowy - wyznaczone rozwiązanie zadania poszukiwany wynik.

(16)

Teoretyczne podstawy informatyki

Algorytm cd

Przykład – algorytm Euklidesa wyznaczania największego wspólnego podzielnika (NWP) dwóch liczb A i B

1. Zapis algorytmu w języku naturalnym ma postać:

• dane początkowe – para liczb A i B;

• wyniki pośrednie - pary liczb uzyskiwane w następujący sposób: większą

zastępujemy mniejszą, a mniejszą – resztą z dzielenia większej przez mniejszą - czynność powtarzamy dopóty, dopóki większa z liczb nie jest całkowicie podzielna przez mniejszą;

• wynik końcowy - mniejsza liczba, która jest szukanym największym podzielnikiem pary liczb A i B.

Niech dane początkowe: (A,B)=(30,16);

• wyniki pośrednie: (16,14) ;

• wynik końcowy: 2

NWP pary (30,16) jest liczba 2.

(17)

Pojęcia podstawowe informatyki

Algorytm cd

2. Zapis algorytmu Euklidesa w postaci diagramu – schematu blokowego ma postać:

Wprowadź wartości danych początkowych A B

A mod B=0 NWP:=B

KONIEC

C:=B

B:=A mod B A := C

Początek

(18)

Pojęcia podstawowe informatyki

Algorytm cd

3.

Zapis algorytmu Euklidesa w postaci funkcji :

( B, A mod B ) dla A mod B ≠ 0 G (A, B) =

NWP := B dla A mod B = 0

^Niech

G – funkcja przejścia;

X - zbiór możliwych wartości (A,B) , to

A = ( X, G ) - algorytm Euklidesa

Algorytm A zapisany w ustalonym języku programowania nosi nazwę programu komputerowego .

Program komputerowy jest produktem niematerialnym .

(19)

Pojęcia podstawowe informatyki

System –

zbiór wzajemnie bezpośrednio powiązanych elementów ( obiektów),

wyodrębnionych z otoczenia ze względu na określony cel ich działania – zadania do realizacji . Powiązania między elementami systemu tworzą jego strukturę.

Przykłady systemów: uczelnia, stołówka, komputer, sieć komputerowa itp.

Otoczenie systemu – zbiór obiektów nie należących do systemu, które mają wpływ na działanie systemu lub funkcjonowanie systemu ma wpływ na ich działanie.

Przykłady: jeżeli sklep będziemy rozpatrywać jako system, to parking stanowi jego otoczenie. Również bankomaty przy sklepie wchodzą w skład otoczenia.

System informacyjny (SI) - to system, którego celem działania jest

dostarczanie odbiorcy informacji, użytecznej do jego działania.

Przykłady SI: system monitorowania bezpieczeństwa obiektu, telewizja itp.

System informatyczny - to system informacyjny lub informacyjno-

decyzyjny w którym zastosowano komputery.

Przykłady: system rekrutacji na UWM, system finansowo-księgowy itp.

Z

(20)

Pojęcia podstawowe informatyki

• Komputer ( ang. computer ) – urządzenie elektroniczne do przetwarzania danych (przedstawionych cyfrowo) zgodnie z określonym algorytmem, zapisanym w

ustalonym języku programowania.

• Informatyka – ogół dyscyplin naukowych i technicznych

zajmujących się komputerowym przetwarzaniem danych. Ta metadyscyplina swoją nazwę zapożyczyła jednak od informacji – bardzo często ( niesłusznie ) utożsamianej z daną.

Obejmuje, między innymi:

 budowę i działanie sprzętu komputerowego;

teorię i wytwarzanie języków programowania;

teorię i inżynierię wytwarzania oprogramowania: systemów operacyjnych, systemów bazodanowych, oprogramowania użytkowego itp.;

teorię i inżynierię wytwarzania systemów informatycznych;

 itd.

Z

(21)

Pojęcia podstawowe informatyki

Oprogramowanie – zespół programów, wraz z ich dokumentacją, o określonym przeznaczeniu, np.:

oprogramowanie komputera , to zespół programów umożliwiających jego wykorzystanie. Na opr. kom. składa się: system operacyjny, translatory języków, system bazodanowy, podprogramy biblioteczne, użytkowe itp.;

oprogramowanie systemu informatycznego

, to zespół programów umożliwiających jego wykorzystanie zgodnie z przeznaczeniem = oprogramowanie komputerów wchodzących w jego skład oraz programy ich współdziałania w ramach systemu: interfejsy komunikacyjne, oprogramowanie zarządzające itp.

Cykl życia oprogramowania –

to ciąg etapów ( faz) w życiu oprogramowania od powstania potrzeby istnienia do zaprzestania jego użytkowania.

(22)

Pojęcia podstawowe informatyki

Inżynieria – umiejętność projektowania i realizacji projektów, np. budowli, systemów,

urządzeń itp.

Inżynieria systemów informatycznych – to dziedzina inżynierii, która obejmuje wszystkie aspekty (nie tylko techniczne) procesu tworzenia SI , we wszystkich fazach cyklu jego życia

W inżynierii SI występują dwa nurty:

 formalny - postuluje stosowanie metod formalnych;

praktyczny – postuluje metody powstałe na bazie wiedzy i doświadczeń zdobytych w procesie realizacji prac

projektowych nad SI. Stosowane są notacje graficzne, nie w pełni sformalizowane.

Nurt formalny, jak dotychczas, nie ma praktycznych zastosowań.

(23)

Przedmiot inżynierii oprogramowania (1)

Inżynieria SI jest więc wiedzą empiryczną a nie nauką

teoretyczną. Jej metody, techniki i narzędzia powstają i są rozwijane w oparciu doświadczenia projektowe i weryfikowane przez tysiące ośrodków podczas praktycznego ich stosowania.

Inżynieria SI:

• obejmuje wszystkie fazy cyklu życia SI; obejmuje wszystkie fazy cyklu życia SI;

• oprogramowanie traktuje jako produkt, który ma spełniać oprogramowanie traktuje jako produkt, który ma spełniać potrzeby techniczne, ekonomiczne lub społeczne.

potrzeby techniczne, ekonomiczne lub społeczne.

Praktyka pokazała, że w inżynierii SI nie ma miejsca stereotyp „od teorii do praktyki”. Teorie, szczególnie teorie zmatematyzowane, okazały się dramatycznie nieskuteczne w zastosowaniu praktycznym.

Pojęcia podstawowe informatyki

(24)

Fazy cyklu życia SI:

- f aza aza strategiczna strategiczna - określenie wymagań - określenie wymagań - analiza -modelowanie - analiza -modelowanie - projektowanie

- projektowanie

- implementacja oprogramowania - implementacja oprogramowania - integracja i testowanie SI

- integracja i testowanie SI - wdrożenie

- wdrożenie - utrzymanie - utrzymanie

Określenie wymagań Projektowanie Implementacja Testowanie Utrzymanie

Faza strategiczna Analiza Wdrożenie

Dokumentacja

Pojęcia podstawowe informatyki

(25)

Przedmiot inżynierii oprogramowania (1)

W cyklu życia SI wyróżnia się fazy podstawowe:

• określania wymagań określania wymagań , , w której określane są cele oraz szczegółowe w której określane są cele oraz szczegółowe wymagania wobec tworzonego systemu,

wymagania wobec tworzonego systemu,

• projektowania projektowania (ang. (ang. design design ), ), w której powstaje szczegółowy projekt w której powstaje szczegółowy projekt systemu spełniającego ustalone wcześniej wymagania,

systemu spełniającego ustalone wcześniej wymagania,

• implementacji/kodowania implementacji/kodowania (ang. implementation/coding (ang. implementation/coding ) oraz ) oraz testowania modułów

testowania modułów , , w której projekt zostaje zaimplementowany w w której projekt zostaje zaimplementowany w konkretnym środowisku programistycznym oraz wykonywane są konkretnym środowisku programistycznym oraz wykonywane są

testy poszczególnych modułów, testy poszczególnych modułów,

• testowania testowania , , w której następuje integracja poszczególnych modułów w której następuje integracja poszczególnych modułów połączona z testowaniem poszczególnych podsystemów oraz całego połączona z testowaniem poszczególnych podsystemów oraz całego SI, SI,

• konserwacji konserwacji , , w której oprogramowanie jest wykorzystywane przez w której oprogramowanie jest wykorzystywane przez użytkownika (ów), a producent dokonuje konserwacji SI (a przede użytkownika (ów), a producent dokonuje konserwacji SI (a przede

wszystkim oprogramowania) – wykonuje modyfikacje polegające na wszystkim oprogramowania) – wykonuje modyfikacje polegające na

usuwaniu błędów, zmianach i rozszerzaniu funkcji systemu;

Pojęcia podstawowe informatyki

(26)

Przedmiot inżynierii oprogramowania (1)

Cykl życia SI cd.

oraz fazy dodatkowe, które nakładają się na wymienione powyżej fazy podstawowe : oraz fazy dodatkowe, które nakładają się na wymienione powyżej fazy podstawowe :

• strategiczna strategiczna (ang. (ang. strategy) wykonywana przed formalnym podjęciem decyzji o strategy ) wykonywana przed formalnym podjęciem decyzji o realizacji przedsięwzięcia. W tej fazie podejmowane są decyzje strategiczne realizacji przedsięwzięcia. W tej fazie podejmowane są decyzje strategiczne

odnośnie podejmowania przedsięwzięcia projektowego: zakresu, kosztów, czasu odnośnie podejmowania przedsięwzięcia projektowego: zakresu, kosztów, czasu

realizacji itp.

• analizy analizy (ang. (ang. analysis), w której budowany jest logiczny model systemu, analysis ), w której budowany jest logiczny model systemu,

• dokumentacji dokumentacji, w której wytwarzana jest dokumentacja użytkownika. , w której wytwarzana jest dokumentacja użytkownika.

Opracowywanie dokumentacji przebiega równolegle z produkcją oprogramowania.

Faza ta praktycznie rozpoczyna się już w trakcie określania wymagań. Sugeruje się Faza ta praktycznie rozpoczyna się już w trakcie określania wymagań. Sugeruje się nawet, że podręcznik użytkownika dla przyszłego systemu jest dobrym dokumentem nawet, że podręcznik użytkownika dla przyszłego systemu jest dobrym dokumentem

opisującym wymagania. Ostatnie uaktualnienia w dokumentacji dokonywane są w opisującym wymagania. Ostatnie uaktualnienia w dokumentacji dokonywane są w