Архангельский государственный университет
Котласский филиал
очное отделение
Факультет: технический
Специальность: ПГС
Курсовая работа
Дисциплина: информатика
Тема: Фаиловая Структура Диска
Выполнила
студентка 1 курса
Жубрева Ольга
Александровна
Проверил:
Вступление. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 1 Понятие файловой системы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 2 Файловая система MS-DOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 3 Файловая система Windows 95 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 4 Файловая система Windows NT . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Вступление.
В методическом пособии раскрыта сущность понятия “файловая система”,
которое является одним из важнейших понятий в курсе “Програмное
обеспечение ЭВМ”, а также представлена структура файловых систем таких
операционных систем, как MS-DOS, Windows 95, Windows NT.
Попыткой достигнуть этой цели и определяется структура настоящего
пособия: материал темы разбит на 4 основных части (части представлены в
виде параграфоф), каждая из частей также по мере необходимости разбита на
более мелкие детальные части.
§ 1 Понятие файловой системы.
1.1. Определение файловой системы.
Файл (по английски File) - папка,скоросшиватель.
Файл - это поименованная область памяти на каком-либо физическом
носителе, предназначенная для хранения информации.
Совокупность средств операционной системы, обеспечивающих доступ к
информации, на внешних носителях называется системой управления файлами или
файловой системой.
Файловая система (file system) – функциональная часть операционной
системы, которая отвечает за обмен данными с внешними запоминающими
устройствами.
ОРГАНИЗАЦИЯ ДОСТУПА К ФАЙЛУ
Структура каталога
Надеемся, что вы хорошо представляете себе организацию хранения книг в
библиотеке и соответственно процедуру поиска нужной книги по ее шифру из
каталога. Перенесите свое представление об этом на способ хранения файлов
на диске и организацию к нему доступа.
Доступ - процедура установления связи с памятью и размещенным в ней файлом
для записи и чтения данных.
Имя логического диска, стоящее перед именем файла в спецификации,
указывает логический диск, на котором следует искать файл. На этом же диске
организован каталог, в котором хранятся полные имена файлов, а также их
характеристики: дата и время создания;
объем (в байтах); специальные атрибуты. По аналогии с библиотечной системой
организации каталогов полное имя файла, зарегистрированное в каталоге,
будет служить шифром, по которому операционная система находит
месторасположение файла на диске.
Каталог - справочник файлов с указанием месторасположения на диске.
Различают два состояния каталога - текущее (активное) и пассивное. MS
DOS помнит текущий каталог на каждом логическом диске.
Текущий (активный) каталог - каталог, в котором работа пользователя
производится в текущее машинное время.
Пассивный каталог - каталог, с которым в данный момент времени не имеется
В операционной системе MS DOS принята и ер ар хическая с т рук т ур а
(рис. 9.1) организации каталогов. На каждом диске всегда имеется
единственный главный (корневой) каталог. Он находится на 0-м уровне
иерархической структуры и обозначается символом "\". Корневой каталог
создается при форматировании (инициализации, разметке) диска, имеет
ограниченный размер и не может быть удален средствами DOS. В главный
каталог могут входить другие каталоги и файлы, которые создаются командами
операционной системы и могут быть удалены соответствующими командами.
Рис. 9.1. Иерархическая структура организации каталога
Родительский каталог - каталог, имеющий подкаталоги. Подкаталог
Каталог, который входит в другой каталог.
Таким образом, любой каталог, содержащий каталоги нижнего уровня, может
быть, с одной стороны, по отношению к ним родительским, а с другой стороны,
подчиненным по отношению к каталогу верхнего уровня. Как правило, если это
не вызывает путаницы, употребляют термин "каталог", подразумевая или
подкаталог, или родительский каталог в зависимости от контекста.
Каталоги на дисках организованы как системные файлы. Единственное
исключение - корневой каталог, для которого отведено фиксированное место на
диске. Доступ к каталогам можно получить, как к обыкновенному файлу.
Примечание. В структуре каталогов могут находиться каталоги, не
наименования подкаталогов такие же, как и правила наименования файлов (см.
подразд. 9.1). Для формального отличия от файлов обычно подкаталогам
присваивают только имена, хотя можно добавить и тип по тем же правилам, что
и для файлов.
Доступ к содержимому файла организован из главного каталога, через
цепочку соподчиненных каталогов (подкаталогов) я-го уровня. В каталоге
любого уровня могут храниться записи как о файлах, так и о каталогах
нижнего уровня. называются пустыми.
На рис. 9.2 приведена простейшая структура каталога, где в главном
каталоге 0-го
уровня хранятся только записи о файлах, каталогов нижнего уровня
не существует
На рис. 9.3 приведена иерархическая структура каталога, где в каталогах
любого уровня хранятся записи о файлах и каталогах нижнего уровня. Причем
переход в каталог нижнего уровня может быть организован только
последовательно через соподчиненные каталоги.
Рис. 9.2. Простейшая структура каталога, в котором отсутствуют каталоги
нижнего уровня
Рис. 93,.. Типовая структура каталога,состоящего из каталогов нижнего
уровня: при обозначении каталога нижнего уровня используются три цифры:
первая цифра обозначает номер уровня; вторая - порядковый номер этого
каталога на данном уровне, третья указывает, на каком уровне
зарегистрировано его имя. Каждый каталог имеет имя КАТ с индексами.
Например, КАТ342 - имя каталога третьего уровня, который зарегистрирован в
каталоге второго уровня под номером 4
Нельзя перейти из главного каталога сразу в каталог, например 5-го уровня.
Нужно обязательно пройти через все предыдущие каталоги высшего уровня.
Описанный выше принцип организации доступа к файлу через каталог
является основой файловой системы.
Файловая система - часть операционной системы, управляющая размещением и
доступом к файлам и каталогам на диске.
С понятием файловой системы тесно связано понятие файловой структуры диска,
под которой понимают, как размещаются на диске: главный каталог,
подкаталоги, файлы, операционная система, а также какие для них выделены
объемы секторов, кластеров, дорожек.
Правила формирования файловой структуры диска. При формировании файловой
структуры диска операционная система MS DOS соблюдает ряд правил:
Файл или каталог могут быть зарегистрированы с одним и тем же именем в
разных каталогах, но в одном и том же каталоге только один раз;
Порядок следования имен файлов и подкаталогов в родительском каталоге
произвольный;
Файл может быть разбит на несколько частей, для которых выделяются
участки дискового пространства одинакового объема на разных дорожках и
секторах.
Путь и приглашение
Из рис. 9.1 - 9.3 видно, что доступ к файлу осуществляется через каталог
благодаря зарегистрированному в нем имени данного файла. Если каталог имеет
иерархическую структуру, то доступ к файлу операционная система организует
в зависимости от положения подкаталога, в котором зарегистрировано имя
искомого файла.
Доступ к файлу можно организовать следующим образом:
Если имя файла зарегистрировано в текущем каталоге, то достаточно для
доступа к файлу указать только его имя;
Если имя файла зарегистрировано в пассивном каталоге, то, находясь в
текущем каталоге, вы должны указать путь, т.е. цепочку соподчиненных
каталогов, через которые следует организовать доступ к файлу.
Путь - цепочка соподчиненных каталогов, которую необходимо пройти по
иерархической структуре к каталогу, где зарегистрирован искомый файл. При
задании пути имена каталогов записываются в порядке следования и отделяются
друг от друга символом \.
Взаимодействие пользователя с операционной системой осуществляется с
помощью командной строки, индицируемой на экране дисплея. В начале
командной строки всегда имеется приглашение, которое заканчивается символом
>. В приглашении может быть отображено: имя текущего диска, имя текущего
каталога, текущее время и дата, путь, символы-разделители.
Приглашение операционной системы - индикация на экране дисплея информации,
означающей готовность операционной системы к вводу команд пользователя.
Пример 9.8.
Текущим дисководом является дисковод с гибким диском А,
текущим каталогом - главный, на что указывает символ \.
С:\КАТ1\КАТ2
Текущим диском является жесткий диск С. Текущим каталогом -
каталог второго уровня КАТ2, входит в каталог первого уровня
КАТ1, который, в свою очередь, зарегистрирован в главном
каталоге.
Возможны три варианта организации пути доступа к файлу в зависимости от
места его регистрации:
Файл находится в текущем каталоге (путь отсутствует). При организации
доступа к файлу достаточно указать его полное имя;
Файл находится в пассивном каталоге одного из нижних уровней,
подчиненного текущему каталогу. При организации доступа к файлу
необходимо указать путь, в котором перечислены все имена каталогов
нижнего уровня, лежащих на этом пути (включая каталог, в котором
зарегистрирован данный файл);
файл находится в пассивном каталоге на другой ветке по отношению к
местонахождению текущего каталога иерархической структуры. При
организации доступа к файлу необходимо указать путь, начиная с
главного каталога, т.е. с символа \. Это объясняется тем, что в
иерархической структуре движение возможно только по вертикали сверху-
Горизонтальные переходы из каталога в каталог недопустимы.В
нижеприведенных примерах иллюстрируются возможные варианты пути.
Пример 9.9.
Условие: файл F1.TXT зарегистрирован в текущем каталоге 1-го уровня К1
жесткого диска С. Поэтому на экране индицируется приглашение С:\К1
Пояснение: в этом случае путь отсутствует, и для доступа к файлу достаточно
указать только его полное имя F1.TXT
Пример 9.10.
Условие: файл F1.TXT зарегистрирован в каталоге 2-го уровня К2 жесткого
диска С. Текущий каталог - К1. Поэтому на экране индицируется приглашение
Пояснение: в этом случае путь будет начинаться от каталога
К1 вниз через подчиненный ему каталог К2. Поэтому перед
полным именем файла указывается путь от текущего каталога К2
Познакомившись с понятием пути, вернемся к введенному в подразд. 9.1
понятию спецификации файла. Существует сокращенная спецификация файла и
полная спецификация файла, в образовании которой участвует путь. На рис.
9.4 показаны варианты правила образования спецификации файла.
Рис. 9.4. Форматы спецификаций (в указан необязательный параметр)
Пример 9.12. Сокращенная форма спецификации файла C:\KIT.BAS
Файл с программой на Бейсике KIT.BAS находится в главном
каталоге жесткого диска.
Полная форма спецификации файла
С:\КАТ1\КАТ2\ВООК1.ТХТ
Текстовый файл ВООК1.ТХТ зарегистрирован в каталоге второго
уровня КАТ2 жесткого диска С.
Структура записей в каталоге
Теперь вам предстоит знакомство со структурой хранящихся в каталоге записей
со сведениями о файлах и подкаталогах нижнего уровня.
Запись о файле в каталоге содержит имя и тип файла, объем файла в
байтах, дату создания, время создания и еще ряд параметров, необходимых
операционной системе для организации доступа.
Запись о подкаталоге нижнего уровня в родительском каталоге содержит его
имя, признак, дату и время создания.
Рассмотрим возможные варианты содержимого каталога. 1-й вариант. В каталоге
хранятся только записи о файлах (рис. 9.5). Перед записями о файлах
выводится сообщение о названии каталога. В данном случае - это главный
каталог гибкого диска А. В конце содержимого каталога выводится сообщение о
количестве файлов, хранящихся на диске, и о свободном пространстве диска в
байтах. Например, в приводимом выше каталоге выводится сообщение:
4 file(s) 359560 bytes free
Количество файлов на диске. Обьем свободного
пространства диска, байт2-й вариант.
В каталоге хранятся только записи о каталогах нижнего уровня (рис. 9.6).
Рис. 9.7. В главном каталоге хранятся файлы и подкаталоги
В конце каталога, как и в предыдущем случае, вы увидите аналогичную
рассмотренной выше запись об объеме свободного пространства на диске.
3-й вариант.В каталоге хранятся записи как о файлах, так и о каталогах
нижнего уровня (рис. 9.7). Из этой структуры видно, что в данном каталоге
имеются 3 файла и 2 каталога нижнего уровня BASIC и LEXICON. На диске
свободного пространства 2,6575 Мбайт.
Рассмотренные выше три варианта представления каталогов отражают содержимое
главного каталога. Структура каталогов, начиная с 1-го уровня и ниже,
идентична и отличается от главного только тем, что перед записями о файлах
и каталогах нижнего уровня помещаются две записи с многоточием (рис. 9.8).
Точки, которые вы видите вначале, означают, что на экран вызвано содержимое
подкаталога (каталога 1-го уровня) KNIGA, который содержит два текстовых
файла SVET и TON.
|Directory of C:\KNIGA | | |
| |11-12-90 |09:40 |
| |10-10-91 |08:30 |
|svet txt 55700 |04-04-90 |10:05 |
|ton txt 60300 |03-05-91 |11:20 |
|2 files 912348 bytes free | | |
|Рис. 9.8. Структура записей в подкаталоге |
1.2. Файловая система FAT.
Операционными системами Windows используется, разработанная еще для
DOS файловая система FAT, в которой для каждого раздела и тома DOS имеется
загрузочный сектор, а каждый раздел DOS содержит две копии таблицы
размещения файлов (file allocation table – FAT).
FAT представляет собой матрицу, которая устанавливает соотношение
между файлами и папками раздела и их физическим местоположением на жестком
Перед каждым разделом жесткого диска последовательно расположены две
копии FAT. Подобно загрузочным секторам, FAT располагается за пределами
области диска, видимой для файловой системы.
При записи на диск файлы не обязательно занимают пространство,
эквивалентное их размеру. Обычно файлы разбиваются на кластеры
определенного размера, которые могут быть разбросаны по всему разделу.
В результате таблица FAT представляет собой не список файлов и их
местоположения, а список кластеров раздела и их содержимого, а в конце
Элементы таблицы FAT представляют собой 12-, 16- и 32-битовые
шестнадцатьричные числа, размер которых определяется программой FDISK, а
значение непосредственно создается программой FORMAT.
Все гибкие диски, а также жесткие диски размером до 16 Мбайт
используют в FAT 12-битовые элементы. Жесткие и съемные диски, имеющие
размер от 16 Мбайт и более, обычно используют 16-битовые элементы.
Файловая система FAT использовалась во всех версиях MS-DOS и в первых
двух выпусках OS/2 (версии 1.0 и 1.1). Каждый логический том имел
собственный FAT, который выполнял две функции: содержал информацию
распределения для каждого файла в томе в форме списка связей модулей
распределения (кластеров) и указывал, какие модули распределения свободны.
Когда таблица FAT была изобретена, это было превосходное решение для
управления дисковым пространством, главным образом потому что гибкие диски,
на которых она использовалась, редко были размером более, чем несколько Mb.
FAT была достаточно мала, чтобы находиться в памяти постоянно,
позволяла обеспечивать очень быстрый произвольный доступ к любой части
любого файла.
Когда FAT была применена на жестких дисках, она стала слишком большой
для резидентного нахождения в памяти и ухудшала производительность системы.
Кроме того, так как информация относительно свободного дискового
пространства рассредотачивалась "поперек" большого количества секторов FAT,
она была непрактична при распределении файлового пространства, и
фрагментация файлов оказалась препятствием высокой эффективности.
Кроме того, использование относительно больших кластеров на жестких
дисках привело к большому количеству неиспользуемых участков, так как в
среднем для каждого файла половина кластера была потрачена впустую.
В течение нескольких лет Microsoft и IBM делали попытку продлить
жизнь файловой системы FAT благодаря снятию ограничений на размеры тома,
улучшению cтратегий распределения, кэширования имен пути, и перемещению
таблиц и буферов в расширенную память. Но они могут расцениваться только
как временные меры, потому что файловая система просто не подходила к
большим устройствам произвольного доступа.
§ 2 Файловая система операционной системы MS-DOS.
Одно из понятий файловой системы MS DOS - логический диск.
Логические диски:
DOS, каждый логический диск это отдельный магнитный диск. Каждый логический
диск имеет свое уникальное имя. В качестве имени логического диска
используются буквы английского алфавита от A до Z (включительно).
Количество логических дисков, таким образом, не более 26.
Буквы A и B - отведены строго под имеющиеся в IBM PC флоппи-диски (
Начиная с буквы C, именуются логические диски(разделы) HDD (
винчестер).
На рисунках дано изображение логического диска.
В случае, если данный IBM PC имеет только один FDD, буква B пропускается
Только логические диски A и C могут быть системными. Файловая
структура логического диска:
Чтобы обратиться к информации на диске(находящейся в файле),надо
знать физический адрес первого сектора, (Nповерхности+Nдорожки+Nсектора),
общее количество кластеров, занимаемое данным файлом, адрес следующего
кластера, если размер файла больше, чем размер одного кластера и т.д. Все
это очень туманно, трудно и не нужно.
MS DOS избавляет пользователя от такой работы и ведет ее сама. Для
обеспечения доступа к файлам - файловая система MS DOS организует и
поддерживает на логическом диске определенную файловую структуру.
Элементы файловой структуры:
Стартовый сектор(сектор начальной загрузки, Boot-сектор),
Область данных(оставшееся свободным дисковое пространство)
Эти элементы создаются специальными программами (в среде MS DOS) в процессе
инициализации диска.
Стартовый сектор(сектор начальной загрузки,Boot-сектор) :
Здесь записана информация, необходимая MS DOS для работы с диском:
Идентификатор OS(если диск системный),
Размер сектора диска,
Количество секторов в кластере,
Количество резервных секторов в начале диска,
Количество копий FAT на диске(стандарт - две),
Количество элементов в каталоге,
Количество секторов на диске,
Тип формата диска,
Количество секторов в FAT,
Количество секторов на дорожку,
Количество поверхностей,
Блок начальной загрузки OS,
За стартовым сектором располагается FAT.
FAT(таблица размещения файлов) :
Область данных диска(см.выше) представлена в MS DOS как последо-
вательность пронумерованных кластеров.
FAT - это массив элементов, адресующих кластеры области данных диска.
Каждому кластеру области данных соответствует один элемент FAT.
Элементы FAT служат в качестве цепочки ссылок на кластеры файла в области
FAT - крайне важный элемент Файловой структуры.Нарушения в FAT могут
привести к полной или частичной потери информации на всем логическом диске.
Именно поэтому, на диске хранится две копии FAT. Существуют спец.программы,
которые контролируют состояние FAT и исправляют нарушения.
Корневой каталог:
Это определенная область диска,создаваемая в процессе инициализации
(форматировании) диска, где содержится информация о файлах и каталогах,
хранящихся на диске.
Корневой Каталог всегда существует на отформатированном диске. На
одном диске всегда бывает только один корневой каталог. Размер корневого
каталога для данного диска - величина фиксированная, поэтому максимальное
количество "привязанных" к нему файлов и других (дочерних) каталогов
(Подкаталогов) - строго определенное.
Итак, подытоживая все выше сказанное, можно сделать вывод MS-DOS - 16-
разрядная операционная система, работающая в реальном режиме процессора.
§ 4 Файловая система операционной системы Windows 95.
4.1. Предыстория создания FAT 32.
В сфере персональных компьютеров в 1987 г. возник кризис.
Возможности файловой системы FAT, разработанной фирмой Microsoft за десять
лет до этого для интерпретатора Standalone Disk Basic и позднее
приспособленной для операционной системы DOS, были исчерпаны. FAT
предназначалась для жестких дисков емкостью не свыше 32 Мбайт, а новые НЖМД
большей емкости оказывались совершенно бесполезными для пользователей PC.
Некоторые независимые поставщики предлагали собственные способы решения
этой проблемы, однако лишь с появлением DOS 4.0 этот кризис был преодолен -
на некоторое время.
Значительные изменения структуры файловой системы в DOS 4.0
позволили операционной системе работать с дисками емкостью до 128 Мбайт; с
внесением в последующем незначительных дополнений этот предел был поднят до
2 Гбайт. В то время казалось, что такой объем памяти превышает любые
мыслимые потребности. Однако если история персональных компьютеров чему-то
и научила, то именно тому, что емкость, "превышающа любые мыслимые
потребности", очень быстро становитс "почти недостаточной для серьезных
работ". Действительно, в настоящее время в продаже имеютс жесткие диски
емкостью, как правило, 2,5 Гбайт и выше, а когда-то очень высокий и
избавивший нас от ограничений потолок в 2 Гбайт превратился в еще одно
препятствие, которое предстоит преодолеть.
4.2. Описание FAT 32.
Для систем Windows 95 фирма Microsoft разработала новое расширение
системы FAT - FAT32, без каких-либо громких заявлений предусмотренное в
пакете OEM Service Pack 2.
Система FAT32 устанавливается только в новых PC, и не рассчитывайте
получить ее при переходе к новой версии Windows 95, хотя, по утверждению
Microsoft, это расширение станет составной частью основного пакета для
модернизации Windows
4.2.1. Области диска
Эта файловая система предусматривает ряд специальных областей на
диске, выделенных для организации пространства диска в процессе его
форматирования - головную запись загрузки, таблицу разбиения диска, запись
загрузки, таблицу размещения файлов (от которой система FAT и получила свое
название) и корневой каталог.
На физическом уровне пространство диска разбивается на 512-байт
области, называемые секторами. В системе FAT место для файлов выделяется
блоками, которые состоят из целого числа секторов и именуются кластерами.
Число секторов в кластере должно быть кратно степени двойки. В Microsoft
называют эти кластеры единицами выделения памяти (allocation unit), а в
отчете SCANDISK указывается их размер, например "16 384 байт в каждой
единице выделения памяти".
4.2.2. Цепочка FAT
FAT представляет собой базу данных, связывающую кластеры дискового
пространства с файлами. В этой базе для каждого кластера предусматривается
только один элемент. Первые два элемента содержат информацию о самой
системе FAT. Третий и последующие элементы ставятся в соответствие
кластерам дискового пространства, начиная с первого кластера, отведенного
для файлов. Элементы FAT могут содержать несколько специальных значений,
указывающих, что
Кластер свободен, т.е. не использован ни одним файлом;
Кластер содержит один или несколько секторов с физическими дефектами и
не должен использоваться;
Данный кластер - последний кластер файла.
Для любого используемого файлом, но не последнего кластера элемент
FAT содержит номер следующего кластера, занятого файлом.
Каждый каталог - независимо корневой или подкаталог - также
представляет собой базу данных. В каталоге DOS для каждого файла
предусмотрена одна главная запись (В среде Windows 95 для длинных имен
файлов введены дополнительные записи). В отличие от FAT, где каждый элемент
состоит из единственного поля, записи для файла в каталоге состоят из
нескольких полей. Некоторые поля - имя, расширение, размер, дата и время -
могут быть выведены на экран по команде DIR. Но в системе FAT предусмотрено
поле, которое не отображаетс командой DIR, - поле с номером первого
кластера, отведенного под файл.
Когда программа отправляет запрос к операционной системе, с
требованием предоставить ей содержимое какого-то файла ОС просматривает
запись каталога дл него, чтобы найти первый кластер этого файла. Затем она
обращается к элементу FAT для данного кластера, чтобы найти следующий
кластер в цепочке. Повторяя этот процесс, пока не обнаружит последний
кластер файла, ОС точно определяет, какие кластеры принадлежат данному
файлу и в какой последования. Таким путем система может предоставить
программе любую часть запрашиваемого ею файла. Такой способ организации
файла носит название цепочки FAT.
В системе FAT файлам всегда выделяется целое число кластеров. На 1,2-
Гбайт жестком диске с 32-Кбайт кластерами в каталоге может быть указано,
что размер текстового файла, содержащего слова "hello, world", составляет
всего 12 байт, но на самом деле этот файл занимает 32 Кбайт дискового
пространства. Неиспользованная часть кластера называется потерянным местом
(slack). В небольших файлах почти весь кластер может быть потерянным
местом, а в среднем потери составляют половину размера кластера.
На 850-Мбайт жестком диске с 16-Кбайт кластерами при среднем размере
файлов порядка 50 Кбайт около 16% отведенного под файлы дискового
пространства будет потеряно на неиспользуемые, но выделенные файлам
Один из способов высвобождения пространства на диске - с помощью
программ сжатия диска, например DriveSpace, которая выделяет "потерянные
места" для использования другими файлами.
4.2.3. Другие изменения в FAT32
Чтобы обеспечить возможность работы с возросшим числом кластеров, в
записи каталога для каждого файла должно выделяться 4 байт для начального
кластера файла (вместо 2 байт в системе FAT16). Традиционно кажда запись в
каталоге состоит из 32 байт (рис. 1). В середине этой записи 10 байт не
используются (байты с 12-го по 21-й), которые Microsoft зарезервировала дл
своих собственных нужд в будущем. Два из них теперь отводятся как
дополнительные байты, необходимые дл указания начального кластера в системе
Операционная система всегда предусматривала наличие на диске двух
экземпляров FAT, но использовался только один из них. С переходом к FAT32
операционная система может работать с любой из этих копий. Еще одно
изменение состоит в том, что корневой каталог, раньше имевший фиксированный
размер и строго определенное место на диске, теперь можно свободно
наращивать по мере необходимости подобно подкаталогу. Теперь не существует
ограничений на число записей в корневом каталоге. Это особенно важно,
поскольку под каждое длинное имя файла используется несколько записей
каталога.
Сочетание перемещаемого корневого каталога и возможности
использования обеих копий FAT - неплохие предпосылки для беспрепятственного
динамического изменения размеров разделов диска, например уменьшени раздела
с целью высвобождения места для другой операционной системы. Этот новый
подход менее опасен, чем применявшиеся в программах независимых поставщиков
для изменения разделов диска при работе с FAT16.
Из всего выше сказанного можно сделать вывод:
MS-DOS была чисто 16-разрядной операционной системой и работала в
реальном режиме процессора. В версиях Windows 3.1 часть кода была 16-
разрядной, а часть - 32-разрядной. Windows 3.0 поддерживала реальный режим
работы процессора, при разработке версии 3.1 было решено отказаться от его
поддержки.
Windows 95 является 32 -разрядной операционной системой, которая
разрядный код для совместимости с режимом MS-DOS. Windows 95 32-разрядный
разрядный код.
§ 5 Файловая система операционной системы Windows NT.
5.1. Краткое описание операционной системы Windows NT.
На данный момент мировая компьютерная индустрия развивается очень
стремительно.Производительность систем возрастает,а следовательно
возрастают возможности обработки больших объёмов данных.
Операционные системы класса MS-DOS уже не справляются с таким
потоком данных и не могут целиком использовать ресурсы современных
компьютеров. Поэтому в последнее время происходит переход на более мощные и
наиболее совершенные операционные системы класса UNIX , примером которых и
является Windows NT, выпущенная корпорацией Microsoft
Когда пользователь впервые видит операционную систему Microsoft
Windows NT, ему в глаза бросается отчётливое внешнее сходство с
полюбившимся интерфейсом системы Windows 3.+ .Однако это видимое сходство
является лишь незначительной частью Windows NT .
Windows NT является 32-ух разрядной операционной системой с
приоритетной многозадачностью. В качестве фундаментальных компонентов
в состав операционной системы входят средства обеспечения безопасности и
развитый сетевой сервис.
Windows NT также обеспечивает совместимость со многими другими
операционными и файловыми системами, а также с сетями.
Как показано на следующем рисунке,Windows NT представляет из себя
модульную (более совершенную,чем монолитная)операционную систему, которая
состоит из отдельных взаимосвязанных относительно простых модулей.
Основными модулями Windows NT являются (перечислены в порядке
следования от нижнего уровня архитектуры к верхнему) : уровень
аппаратных абстракций HAL (Hardware Abstraction Layer), ядро (Kernel) ,
исполняющая система (Executive), защищенные подсистемы (protected
subsystems) и подсистемы среды (environment subsystems).
Модульная структура Windows NT
5.2. Файловая система Windows NT.
Когда Windows NT впервые вышла в свет, в ней была предусмотрена
поддержка трех файловых систем. Это таблица размещения файлов (FAT),
обеспечивавшая совместимость с MS-DOS, файловая система повышенной
производительности (HPFS), обеспечивавшая совместимость с LAN Manager, и
новая файловая система, носившая название Файловой системы новых технологий
NTFS обладала рядом преимуществ в сравнении с использовавшимися на
тот момент для большинства файловых серверов файловыми системами.
Для обеспечения целостности данных в NTFS имеется журнал транзакций.
Подобный подход не исключает вероятности утраты информации, однако,
значительно увеличивает вероятность того, что доступ к файловой системе
будет возможен даже в том случае, если будет нарушена целостность системы
сервера. Это становится возможным при использовании журнала транзакций для
отслеживания незавершенных попыток записи на диск при последующей загрузке
Windows NT. Журнал транзакций также используется для проверки диска на
наличие ошибок вместо проверки каждого файла, в случае использования
таблицы размещения файлов.
Одним из основных преимуществ NTFS является безопасность. NTFS
предоставляет возможность вносить записи контроля доступа (Access Control
Entries, ACE) в список контроля доступа (Access Control List, ACL). ACE
содержит идентификационное имя группы или пользователя и маркер доступа,
который может быть использован для ограничения доступа к определенному
каталогу или файлу. Этот доступ может предполагать возможность чтения,
записи, удаления, выполнения и даже владения файлами.
С другой стороны, ACL представляет собой контейнер, содержащий одну
или более записей ACE. Это позволяет ограничить доступ отдельных
пользователей или групп пользователей к определенным каталогам или файлам в
Кроме того NTFS поддерживает работу с длинными именами, имеющими
длину до 255 символов и содержащими заглавные и строчные буквы в любой
последовательности. Одной из главных характеристик NTFS является
автоматическое создание эквивалентных имен, совместимых с MS-DOS.
Также NTFS имеет функцию сжатия, впервые появившуюся в NT версии
3.51. Она обеспечивает возможность сжатия любого файла, каталога или диска
NTFS. В отличии от программ сжатия MS-DOS, создающих виртуальный диск,
имеющий вид скрытого файла и подвергающий сжатию все данные на этом диске,
Windows NT использует дополнительный уровень файловой подсистемы для сжатия
и разуплотнения требуемых файлов без создания виртуального диска. Это
оказывается полезным при сжатии либо определенной части диска (например,
пользовательского каталога), либо файлов, имеющих определенный тип
(например, графических файлов). Единственным недостатком сжатия NTFS
является невысокий, в сравнении со схемами сжатия MS-DOS, уровень
компрессии. Зато NTFS отличается более высокой надежностью и
производительностью.
Итак, из всего вышесказанного можно сделать вывод:
Чтобы быть совместной с различными операционными системами, Windows
NT содержит файловую систему FAT 32. Кроме этого, Windows NT содержит свою
собственную файловую систему NTFS, которая не совместима с FAT 16. Данная
файловая система имеет ряд преимуществ по сравнению с FAT, а также
отличается более высокой надежностью и производительностью.
Заключение.
MS-DOS - 16-разрядная операционная система, работает в реальном
режиме процессора. В версиях Windows 3.1 часть кода - 16-разрядная, а часть
32-разрядная. Windows 3.0 поддерживала реальный режим работы процессора,
при разработке версии 3.1 было решено отказаться от его поддержки.
Windows 95 является 32-разрядной операционной системой, которая
работает только в защищенном режиме процессора. Ядро, включающее управление
памятью и диспетчеризацию процессов, содержит только 32-разрядный код. Это
уменьшает издержки и ускоряет работу. Только некоторые модули имеют 16-
разрядный код для совместимости с режимом MS-DOS. В Windows 95 32-разрядный
код используется везде, где только возможно, что позволяет обеспечить
повышенную надежность и отказоустойчивость системы. Помимо этого, для
совместимости с устаревшими приложениями и драйверами используется и 16-
разрядный код.
Система Windows NT не является дальнейшим развитием ранее
существовавших продуктов. Её архитектура создавалась с нуля с учётом
предъявляемых к современной операционной системе требований. Стремясь
обеспечить совместимость (compatible) новой операционной системы,
разработчики Windows NT сохранили привычный интерфеис Windows и реализовали
поддержку существующих файловых систем (таких, как FAT) и различных
приложений (написанных для MS - Dos , Windows 3.x). Разработчики также
включили в состав Windows NT средства работы с различными сетевыми
средствами.
Надёжность и отказоустойчивость (reliability and robustness)
обеспечивают архитектурными особенностями, которые защищают прикладные
программы от повреждения друг другом и операционной системой. Windows NT
использует отказоустойчивую структурированную обработку особых ситуаций на
всех архитектурных уровнях, которая включает восстанавливаемую файловую
систему NTFS и обеспечивает защиту с помощью встроенной системы
безопасности и усовершенствованных методов управления памятью.
Тема1. ЭОС как компонент интенсивного обучения специалистов.
Лекция 8. Экспертно-обучающие системы.
Сферы применения экспертных систем в менеджменте.
Стоимость экспертных систем.
Развитие экпертных систем.
На протяжении последних двадцати лет специалисты в области интеллектуальных систем ведут активные исследовательские работы в области создания и использования экспертных систем, предназначенных для сферы образования. Появился новый класс экспертных систем - экспертные обучающие системы - наиболее перспективное направление совершенствования программных педагогических средств в сторону процедурность знаний.
Экспертная система - это комплекс компьютерного программного обеспечения, помогающий человеку принимать обоснованные решения. Экспертные системы используют информацию, полученную заранее от экспертов - людей, которые в какой-либо области являются лучшими специалистами.
Экспертные системы должны:
- хранить знания об определенной предметной области (факты, описания событий и закономерностей);
- уметь общаться с пользователем на ограниченном естественном языке (т.е. задавать вопросы и понимать ответы);
- обладать комплексом логических средств для выведения новых знаний, выявления закономерностей, обнаружения противоречий;
- ставить задачу по запросу, уточнять её постановку и находить решение;
- объяснять пользователю, каким образом получено решение.
Желательно также, чтобы экспертная система могла:
- сообщать такую информацию, которая повышает доверие пользователя к экспертной системе;
- «рассказывать» о себе, о своей собственной структуре
Экспертная обучающая система (ЭОС) - это программа, реализующая ту или иную педагогическую цель на основе знаний эксперта в некоторой предметной области, осуществляя диагностику обучения и управления учением, а также демонстрируя поведение экспертов (специалистов-предметников, методистов, психологов). Экспертность ЭОС заключается в наличии в ней знаний по методике обучения, благодаря которым она помогает преподавателям обучать, а учащимся - учиться.
Архитектура экспертной обучающей системы включает в себя два основных компонента: базу знаний (хранилище единиц знаний) и программный инструмент доступа и обработки знаний, состоящий из механизмов вывода заключений (решения), приобретения знаний, объяснения получаемых результатов и интеллектуального интерфейса.
Обмен данными между обучаемым и ЭОС выполняет программа интеллектуального интерфейса, которая воспринимает сообщения обучаемого и преобразует их в форму представления базы знаний и, наоборот, переводит внутреннее представление результата обработки в формат обучаемого и выдает сообщение на требуемый носитель. Важнейшим требованием к организации диалога обучаемого с ЭОС является естественность, которая не означает буквально формулирование потребностей обучаемого предложениями естественного языка. Важно, чтобы последовательность решения задачи была гибкой, соответствовала представлениям обучаемого и велась в профессиональных терминах.
Наличие развитой системы объяснений (СО) чрезвычайно важно для ЭОС, работающих в области обучения. В процессе обучения такая ЭОС будет выполнять не только активную роль «учителя», но и роль справочника, помогающего обучаемому изучать внутренние процессы, происходящие в системе, с помощью моделирования прикладной области. Развитая СО состоит из двух компонент: активной, включающей в себя набор информационных сообщений, выдаваемых обучаемому в процессе работы, зависящих от конкретного пути решения задачи, полностью определяемых системой; пассивной (основной компоненты СО), ориентированной на инициализирующие действия обучаемого.
Активная компонента СО является развернутым комментарием, сопровождающем действия и результаты, полученные системой. Пассивная компонента СО - это качественно новый вид информационной поддержки, присущей только системам, основанным на знаниях. Эта компонента, помимо развитой системы HELP-ов, вызываемых обучаемым, имеет системы пояснений хода решения задачи. Система пояснений в существующих ЭОС реализуется различными способами. Она может представлять собой: набор информационных справок о состоянии системы; полное или частичное описание пройденного системой пути по дереву решений; список проверяемых гипотез (основания для их формирования и результаты их проверки); список целей, управляющих работой системы, и путей их достижения.
Важной особенностью развитой СО является использование в ней естественного языка общения с обучаемым. Широкое применение систем «меню» позволяет не только дифференцировать информацию, но и в развитых ЭОС судить об уровне подготовленности обучаемого, формируя его психологический портрет.
Однако обучаемого не всегда может интересовать полный вывод решения, содержащий множество ненужных деталей. В этом случае система должна уметь выбирать из цепочки только ключевые моменты с учетом их важности и уровня знаний обучаемого. Для этого в базе знаний необходимо поддерживать модель знаний и намерений обучаемого. Если же обучаемый продолжает не понимать полученный ответ, то система должна в диалоге на основе поддерживаемой модели проблемных знаний обучать его тем или иным фрагментам знаний, т.е. раскрывать более подробно отдельные понятия и зависимости, если даже эти детали непосредственно в выводе не использовались.
Классификация компьютерных обучающих систем
Компьютерные обучающие средства делятся на:
· компьютерные учебники;
- предметно-ориентированные среды;
- лабораторные практикумы;
- тренажеры;
- системы контроля знаний;
- справочники и базы данных учебного назначения;
- инструментальные системы;
- эксперно-обучающие системы.
Автоматизированные обучающие системы (АОС) - комплексы программно-технических и учебно-методических средств, обеспечивающих активную учебную деятельность. АОС обеспечивают не только обучение конкретным знаниям, но и проверку ответов учащихся, возможность подсказки, занимательность изучаемого материала и др.
АОС представляют собой сложные человеко-машинные системы, в которых объединяется в одно целое ряд дисциплин: дидактика (научно обосновываются цели, содержание, закономерности и принципы обучения); психология (учитываются особенности характера и душевный склад обучаемого); моделирование, машинная графика и др.
Основное средство взаимодействия обучаемого с АОС - диалог . Диалогом с обучающей системой может управлять как сам обучаемый, так и система. В первом случае обучаемый сам определяет режим своей работы с АОС, выбирая способ изучения материала, который соответствует его индивидуальным способностям. Во втором случае методику и способ изучения материала выбирает система, предъявляя обучаемому в соответствии со сценарием кадры учебного материала и вопросы к ним. Свои ответы обучаемый вводит в систему, которая истолковывает для себя их смысл и выдает сообщение о характере ответа. В зависимости от степени правильности ответа, либо от вопросов обучаемого система организует запуск тех или иных путей сценария обучения, выбирая стратегию обучения и приспосабливаясь к уровню знаний обучаемого.
Экспертные обучающие системы (ЭОС). Реализуют обучающие функции и содержат знания из определенной достаточно узкой предметной области. ЭОС располагают возможностями пояснения стратегии и тактики решения задачи изучаемой предметной области и обеспечивают контроль уровня знаний, умений и навыков с диагностикой ошибок по результатам обучения.
Учебные базы данных (УБД) и учебные базы знаний (УБЗ), ориентированные на некоторую предметную область. УБД позволяют формировать наборы данных для заданной учебной задачи и осуществлять выбор, сортировку, анализ и обработку содержащейся в этих наборах информации. В УБЗ, как правило, содержатся описание основных понятий предметной области, стратегия и тактика решения задач; комплекс предлагаемых упражнений, примеров и задач предметной области, а также перечень возможных ошибок обучаемого и информация для их исправления; база данных, содержащая перечень методических приемов и организационных форм обучения.
Системы Мультимедиа. Позволяют реализовать интенсивные методы и формы обучения, повысить мотивацию обучения за счет применения современных средств обработки аудиовизуальной информации, повысить уровень эмоционального восприятия информации, сформировать умения реализовывать разнообразные формы самостоятельной деятельности по обработке информации.
Системы Мультимедиа широко используются с целью изучения процессов различной природы на основе их моделирования. Здесь можно сделать наглядной невидимую обычным глазом жизнь элементарных частиц микромира при изучении физики, образно и понятно рассказать об абстрактных и n-мерных мирах, доходчиво объяснить, как работает тот или иной алгоритм и т.п. Возможность в цвете и со звуковым сопровождением промоделировать реальный процесс поднимает обучение на качественно новую ступень.
Системы <Виртуальная реальность>. Применяются при решении конструктивно-графических, художественных и других задач, где необходимо развитие умения создавать мысленную пространственную конструкцию некоторого объекта по его графическому представлению; при изучении стереометрии и черчения; в компьютеризированных тренажерах технологических процессов, ядерных установок, авиационного, морского и сухопутного транспорта, где без подобных устройств принципиально невозможно отработать навыки взаимодействия человека с современными сверхсложными и опасными механизмами и явлениями.
Образовательные компьютерные телекоммуникационные сети. Позволяют обеспечить дистанционное обучение (ДО) - обучение на расстоянии, когда преподаватель и обучаемый разделены пространственно и (или) во времени, а учебный процесс осуществляется с помощью телекоммуникаций, главным образом, на основе средств сети Интернет. Многие люди при этом получают возможность повышать образование на дому (например, взрослые люди, обремененные деловыми и семейными заботами, молодежь, проживающая в сельской местности или небольших городах). Человек в любой период своей жизни обретает возможность дистанционно получить новую профессию, повысить свою квалификацию и расширить кругозор, причем практически в любом научном или учебном центре мира.
В образовательной практике находят применение все основные виды компьютерных телекоммуникаций: электронная почта, электронные доски объявлений, телеконференции и другие возможности Интернета. ДО предусматривает и автономное использование курсов, записанных на видеодиски, компакт-диски и т.д. Компьютерные телекоммуникации обеспечивают:
- возможность доступа к различным источникам информации через систему Internet и работы с этой информацией;
- возможность оперативной обратной связи в ходе диалога с преподавателем или с другими участниками обучающего курса;
- возможность организации совместных телекоммуникационных проектов, в том числе международных, телеконференций, возможность обмена мнениями с любым участником данного курса, преподавателем, консультантами, возможность запроса информации по любому интересующему вопросу через телеконференции.
- возможность реализации методов дистанционного творчества, таких как участие в дистанционных конференциях, дистанционный <мозговой штурм> сетевых творческих работ, сопоставительный анализ информации в WWW, дистантные исследовательские работы, коллективные образовательные проекты, деловые игры, практикумы, виртуальные экскурсии др.
Совместная работа стимулирует учащихся на ознакомление с разными точками зрения на изучаемую проблему, на поиск дополнительной информации, на оценку получаемых собственных результатов.
(в медецине комп предлагает варианты диагноза, дает совет) Экспертные системы - это программы для комп-ров, аккумулирующие (т.е. собирать, накапливать) знания специалистов - экспертов в конкретных предметных областях, которые предназначены для получения приемлемых решений в процессе обработки инф-ции. Экспертные системы трансформируют опыт экспертов в какой-либо конкретной отрасли знаний в форму эвристических правил и предназначены для консультаций менее квалифицированных спец-тов.
Принципы работы экспертной системы, основанной на знаниях: польз-ль передает в экспертную систему факты или другую инф-цию и получает в качестве результата экспертный совет или экспертные знания.
Экспертная система состоит из:
Базы знаний (в составе рабочей памяти и базы правил), предназначенной для хранения исходных и промежуточных фактов в рабочей памяти (ее еще называют базой данных) и хранения моделей и правил манипулирования моделями в базе правил
Решателя задач (интерпретатора), который обеспечивает реализацию последовательности правил для решения конкретной задачи на основе фактов и правил, хранящейся в базах данных и базах знаний
Подсистемы пояснения, позволяет пользователю получить ответы на вопрос: «Почему система приняла такое решение?»
Подсистемы приобретения знаний, предназначенной как для добавления в базу знаний новых правил, так и модификации имеющихся правил.
Интерфейса пользователя, комплекса программ, реализующих диалог пользователя с системой на стадии ввода информации, и получения результатов.
В общем случае экспертные системы классиф-тся по трем осн направлениям : по типу ЭВМ, по связи с реальным временем и по типу решаемой задачи.
По типу ЭВМ ЭС классиф-тся на: супер ЭВМ; ЭВМ средней производительности; символьных процессорах; персональных компьютерах.
По связи с реальным временем классиф-тся на: Статические; Квазидинамические;
· Динамические.
По типу решаемой задачи классиф-тся на: Интерпретация данных; Диагностика; Мониторинг; Проектирование; Прогнозирование; Планирование; Управление; Поддержка принятия решений; Обучение.
Знания эксперта относятся только к одной предметной области, и в этом состоит отличие методов, основанных на исп-нии экспертных систем, от общих методов решения задач. Знания эксперта, касающиеся решения конкретных задач, наз-тся областью знаний эксперта.
В области знаний экспертная система проводит рассуждения или делает логические выводы по такому же принципу, как рассуждал бы эксперт-человек или приходил логическим путем к решению задачи. Это означает, что на основании определенных фактов путем рассуждений формируется логичное, оправданное заключение, которое следует из этих фактов.
Экспертные системы обладают многими привлекательными особ-ями:
· Повышенная доступность . Для обеспечения доступа к экспертным знаниям могут применяться любые подходящие комп-ные аппаратные средства.
· Уменьшенные издержки. Ст-сть предоставления экспертных знаний в расчете на отдельного польз-ля существенно снижается.
· Уменьшенная опасность . Экспертные системы могут испол-ся в таких вариантах среды, кот могут оказаться опасными для чел-ка.
· Постоянство . Экспертные знания никуда не исчезают. В отличие от экспертов-людей, которые могут уйти на пенсию, уволиться с работы или умереть, знания экспертной системы сохр-тся в течение неопределенно долгого времени.
· Возможность получения экспертных знаний из многих источников . С помощью экспертных систем могут быть собраны знания многих экспертов и привлечены к работе над задачей, выполняемой одновременно и непрерывно, в любое время дня и ночи. Уровень экспертных знаний, скомбинированных путем объединения знаний нескольких экспертов, может превышать уровень знаний отдельно взятого эксперта-человека.
· Повышенная надежность . Применение экспертных систем позволяет повысить степень доверия к тому, что принято правильное решение, путем предоставления еще одного обоснованного мнения эксперту-чел-ку или посреднику при разрешении несогласованных мнений между несколькими экспертами-людьми. (Разумеется, такой метод разрешения несогласованных мнений не может использоваться, если экспертная система запрограммирована одним из экспертов, участвующих в столкновении мнений.) Решение экспертной системы должно всегда совпадать с решением эксперта; несовпадение может быть вызвано только ошибкой, допущенной экспертом, что может произойти, только если эксперт-человек устал или находится в состоянии стресса.
· Объяснение . Экспертная система способна подробно объяснить свои рассуждения, кот привели к определ заключению. А человек может оказаться слишком усталым, не склонным к объяснениям или неспособным делать это постоянно. Возможность получить объяснение способствует повышению доверия к тому, что было принято правильное решение.
· Быстрый отклик . Для некот приложений может потребоваться быстрый отклик или отклик в реальном времени. В зависимости от используемого аппаратного и программного обеспечения экспертная система может реагировать быстрее и быть более готовой к работе, чем эксперт-человек. В некоторых экстремальных ситуациях может потребоваться более быстрая реакция, чем у человека; в таком случае приемлемым вариантом становится применение экспертной системы, действующей в реальном времени.
· Неизменно правильный, лишенный эмоций и полный ответ при любых обстоятельствах . Такое свойство может оказаться очень важным в реальном времени и в экстремальных ситуациях, когда эксперт-человек может оказаться неспособным действовать с максимальной эффективностью из-за воздействия стресса или усталости.
· Возможность применения в качестве интеллектуальной обучающей программы . Экспертная система может действовать в качестве интеллектуальной обучающей программы, передавая учащемуся на выполнение примеры программ и объясняя, на чем основаны рассуждения системы.
· Возможность применения в качестве интеллектуальной базы данных. Экспертные системы могут испол-ся для доступа к базам данных с помощью интелл-го способа доступа.
25.Преимущества использования ИКТ в образовании
Инфор-ция явл. важнейшим механизмом рефор-ния образоват. Сис-мы, напр. на повыш. качества, доступ. и эффект. образования.
Комп. техника – всего лишь «железо». Сегодня у нас др. задача – мак. Эффект. Использ. ее, направ. на решение стратегич. цели модерниз. Образ-ния – повыш. его кач-ва.
Преимущества:
1. Инфор-ные технол. Значит. расширяют возможности предъявления учебной инфор.. Применение цвета, графики, звука, всех совр. средств видеотехники позволяет воссоздавать реальную обстановку деят..
2. Компьютер позволяет сущ. повысить мотивацию к обучению.
3. ИКТ вовлекают уч-ся в учеб. процесс, способствуя наиболее широкому раскрытию их способностей, активизации умственной деят.
4. Использ. ИКТ в учебном процессе увелич. Возмож. постановки учебных задач и управления процессом их решения. Компьютеры позволяют строить и анализ.модели различных предметов, ситуаций, явлений.
5. ИКТ позволяют качественно изменять контроль деят. Уч-ся, обеспечивая при этом гибкость управления учебным процессом.
6. Компьютер способствует формир. у учащихся рефлексии. Обучающая программа дает возможность обучающимся наглядно представить результат своих действий, опр.этап в решении задачи, на кот. сделана ошибка, и исправить ее.
Читайте также:
|
Экспертная система – это компьютерная система, использующая знания одного или нескольких экспертов, представленные в некотором формальном виде, а также логику принятия решения человеком-экспертом в трудно- или неформализуемых задачах.
Экспертные системы способны в сложной ситуации (при недостатке времени, информации или опыта) дать квалифицированную консультацию (совет, подсказку), помогающую специалисту (в нашем случае – учителю) принять обоснованное решение. Основная идея этих систем состоит в использовании знаний и опыта специалистов высокой квалификации в данной предметной области специалистам менее высокой квалификации в той же предметной области при решении возникающих перед ними проблем. Отметим, что специалистами высокой квалификации в педагогике принято называть опытных методистов. Обычно экспертные системы создаются в узких предметных областях.
Экспертные системы не заменяют специалиста, а являются его советчиком, интеллектуальным партнером. Серьезным преимуществом экспертной системы является то, что объем информации хранящейся в системе практически не ограничен. Введенные в машину один раз, знания сохраняются навсегда. Человек же имеет ограниченную базу знаний, и если данные долгое время не используются, то они забываются и теряются навсегда. После того как были разработаны первые технологии экспертного оценивания и получены с их помощью первые серьезные результаты, возможности их практического использования сильно преувеличивались. Необходимо правильно понимать реальные возможности их использования. Безусловно, далеко не все существующие проблемы могут быть решены с помощью экспертных оценок. Хотя корректное использование экспертных технологий во многих случаях остается единственным способом подготовки и принятия обоснованных решений.
Экспертные обучающие системы способны имитировать работу человека – эксперта в данной предметной области. Происходит это следующим образом: на этапе создания системы на основе знаний экспертов в данной предметной области формируется модель обучаемого, затем в процессе функционирования системы знания обучаемых диагностируются, фиксируются ошибки и затруднения в ответах. В память компьютера заносятся данные о знаниях, навыках, ошибках, способностях каждого обучаемого. Система проводит анализ результатов учебной деятельности каждого обучаемого, группы или нескольких групп, выявляет наиболее часто встречаемые затруднения и ошибки.
Экспертные системы включает следующие подсистемы : базу знаний, механизм вывода информации, интеллектуальный интерфейс и подсистему пояснений. Рассмотрим эти подсистемы более подробно.
База знаний в данном случае содержит формальное описание знаний экспертов, представленное в виде набора фактов и правил.
Механизм вывода или решатель - это блок, представляющий собой программу, реализующую прямую или обратную цепочку рассуждений в качестве общей стратегии построения вывода. Экспертные обучающие системы можно использовать как средство представления знаний, организации диалога между пользователем и системой, способной по требованию пользователя представить ход рассуждений при решении той или иной учебной задачи в виде, приемлемом для ученика.
С помощью интеллектуального интерфейса экспертная система задает вопросы пользователю и отображает сделанные выводы, представляя их обычно в символьном виде.
К основному преимуществу экспертных систем перед человеком-экспертом можно отнести отсутствие субъективного подхода, которое может быть присуще некоторым экспертам. Проявляется это, прежде всего в возможности использованиясистемы пояснений хода в процессе решения задачи или примера. Технологии экспертного оценивания позволяют генерировать рекомендации ученикам и обобщенные данные педагогам. Данные полученные системой позволят педагогам выявить те разделы, которые обучаемые усвоили слабо, изучить причины недопонимания учебного материала и устранить их.
В сфере обучения подобные системы можно использовать не только для представления учебного материала, но и для контроля знаний, умений, навыков, для сопровождения решения задач на уровне репетитора. В этом случае система осуществляет пошаговый контроль правильности хода решения задачи. В случае контроля знаний, умений, навыков система осуществляет диагностику уровня усвоения учебного материала. Ученику предоставляется свобода в выборе темпа работы с системой и траектории обучения.
Выделим основные дидактические требования к экспертным обучающим системам .
1. Учет не только уровня подготовки (низкий, средний, высокий) и уровня усвоения (узнавание, алгоритмический, эвристический, творческий), но и психологических особенностей, личностных предпочтений обучаемого. Например: выбор режима работы, темпа работы, дизайна экрана, вариантов интерактивного взаимодействия.
2. Обеспечение максимальной свободы в выборе ответа на вопросы, а также возможности помощи или подсказки.
3. Реализация возможности получения объяснения целесообразности того или иного решения, получения объяснения действий системы, воспроизведения цепочки правил, используемых системой. Система должна фиксировать и запоминать ошибки в рассуждениях пользователя, чтобы он в любой момент мог вернуться к ним. Ошибки должны быть диагностированы, а помощь пользователю - адекватна этим ошибкам.
Эффективность использования экспертной обучающей системы зависит от следующих факторов .
1. Опыта эксперта или группы экспертов, чьи обобщенные знания и опыт положены в основу работы системы.
2. Технических возможностей средств ИКТ, используемых в учебном процессе.
3. Качества конкретного программного обеспечения.
4. Степени практической реализации персонализированного обучения, основанного на выборе индивидуальных обучающих воздействий.
Под интеллектуальной обучающей системой принято подразумевать комплекс организационно-методического, информационного, математического и программного обеспечения. Однако в это понятие должны быть включены и "человеческие" составляющие данной системы, а именно ученик и учитель. В связи с этим интеллектуальную обучающую систему необходимо рассматривать как сложную человеко-машинную систему, работающую в режиме интерактивного взаимодействия в схеме ученик – система - педагог. Подобные системы принято ориентировать на конкретную предметную область.
Интеллектуальные обучающие системы состоят из двух частей: основной части, включающей учебную информацию (образовательный контент) и вспомогательной части, реализующей интеллектуальное управление ходом учебного процесса.
Структура интеллектуальной обучающей системы:
Основная часть программы состоит из следующих модулей: информационного, моделирующего, расчетного, контролирующего. Основная часть системы включает в себя разного рода учебную информацию: текст, таблицы, рисунки, анимацию, видеофрагменты. Текст может содержать активные окна, которые позволяют пользователю продвигаться вглубь экрана, перемещаться по произвольной траектории из одного раздела в другой, концентрируя свое внимание на нужной информации, осуществлять произвольный выбор последовательности ознакомления с информацией.
Информационный модуль включает в себя базу данных и базу знаний учебного назначения. База данных содержит учебный, информационный, информационно-справочный материал, список обучаемых, успеваемость и т.п. В процессе создания базы знаний возможно использование всего спектра возможностей технологии мультимедиа, гипермедиа и телекоммуникаций.
В моделирующем модуле содержатся компьютерные модели (имитация работы компьютера, визуализация передачи данных по компьютерным сетям и другое). Компьютерное моделирование позволяет визуализировать разного рода явления и процессы, которые не поддаются непосредственному наблюдению. Работа с компьютерными моделями позволяет существенно сократить время на подготовку и проведение сложных экспериментов, выделить самое важное, организовать интересное научное исследование. Возможность многократного повторения эксперимента позволит обучаемым приобрести навыки анализа результатов эксперимента, сформировать умение обобщать полученные результаты и формулировать выводы.Ученик имеет возможность исследования частных случаев, исходя из общих законов, или, наоборот, в результате изучения частных установить общий закон или закономерность.
Расчетный модуль предназначен для автоматизации различных расчетов.
Контролирующий модуль содержит вопросы, задания, упражнения, предназначенные для контроля знаний обучаемых.
Вспомогательная часть обеспечивает «интеллектуальную» работу системы. Именно здесь заложена схема обучающей последовательности, механизмы адаптации системы к конкретному объекту обучения, средства интеллектуального анализа объема и структуры знаний, необходимых для организации и управления учебным процессом. Помимо этого в вспомогательную часть входит подсистема интеллектуального управления ходом учебного процесса, реализующая интерактивный диалог пользователя с системой; контрольно-диагностирующий модуль, позволяющий рассчитать и оценить параметры субъекта обучения для определения обучающих воздействий, оптимальной стратегии и тактики обучения на каждом этапе занятия; осуществляющая экспертизу уровня знаний, умений, навыков, правильности решения разного рода задач, статистическую обработку результатов контроля, диагностику ошибок. Управляющая реакция системы, как правило, обуславливается ответами ученика на контрольные вопросы. Естественным требованием здесь является минимизация расхождения ответа ученика с передаваемой ему информацией. Система осуществляет контроль за прохождением обучаемыми этапов занятия и выводит эту информацию на компьютер учителя.
Преподаватель работает в тесном контакте с системой, получает от нее информацию о ходе процесса обучения, посылает запросы и вводит изменения в программу. Внесение изменений возможно только в том случае, если система является открытой, тогда в ней должен присутствовать сервисный модуль. Именно этот модуль позволяет учителю вносить в систему необходимые изменения и дополнения. Каждый из модулей является автономным, поэтому при внесении изменений в один из модулей содержание остальных модулей основной части не изменяется.
Интеллектуальная обучающая система может быть использования не только на уроках, но и во время самостоятельной работы обучаемых, в процессе научно-исследовательской деятельности. Следует отметить, что системам искусственного интеллекта свойственны те же недостатки, что и экспертным обучающим системам, связанные с трудностью практической реализации системой индивидуализации и дифференциации обучения в том виде, который характерен для индивидуального обучения педагогом конкретного обучаемого. Такое положение вызвано тем, что искусственный интеллект лишь отдаленно напоминает некоторые человеческие качества и ни в коей мере не может отождествляться с интеллектом человека.
Выделим основные преимущества использования интеллектуальной обучающей системы на уроке .
Учитель : получает достоверные данные о результатах учебной деятельности каждого отдельного ученика и класса в целом. Достоверность же определяется тем, что система фиксирует ошибки и затруднения в ответах ученика, выявляет наиболее часто встречаемые затруднения и ошибки, констатирует причины ошибочных действий обучаемого и посылает на его компьютер соответствующие комментарии и рекомендации; анализирует действия ученика, реализует широкий спектр обучающих воздействий, генерирует задания в зависимости от интеллектуального уровня конкретного обучаемого, уровня его знаний, умений, навыков, особенностей его мотивации, осуществляет управление рассылкой заданий и т.д.
Ученик получает в лице подобной системы не просто учителя, а персонального помощника в изучении конкретной дисциплины.
Эффективность работы интеллектуальных обучающих систем зависит от соблюдения ряда условий :
Возможности накопления и применения знаний о результатах обучения каждого обучаемого для выбора индивидуальных обучающих воздействий и управления процессом обучения для формирования комплексных знаний и умений;
Валидности критериев оценки уровня знаний, умений, навыков; уровня подготовки (низкий, средний, высокий) или уровня усвоения материала (узнавание, алгоритмический, эвристический, творческий);
Возможности адаптации системы к изменению состояния обучаемого (обучаемый относился к среднему уровню, но на данном занятии его знания приближаются к высокому или, наоборот, к низкому уровню).
Внедрение в учебный процесс интеллектуальных обучающих систем позволит усилить эмоциональное восприятие учебной информации; повысить мотивацию обучения за счет возможности самоконтроля, индивидуального, дифференцированного подхода к каждому обучаемому; развить процессы познавательной деятельности; проводить поиск и анализ разнообразной информации; создать условия для формирования умений самостоятельного приобретения знаний.
Peфepaт нa тeму:
Oглaвлeниe
Создание отчета как объекта базы данных
Способы создания отчета
Создание отчета
Экспертные и обучающиеся системы
Создание отчета как объекта базы данных
Отчет - это форматированное представление данных, которое выводится на экран, в печать или файл. Они позволяют извлечь из базы нужные сведения и представить их в виде, удобном для восприятия, а также предоставляют широкие возможности для обобщения и анализа данных.
При печати таблиц и запросов информация выдается практически в том виде, в котором хранится. Часто возникает необходимость представить данные в виде отчетов, которые имеют традиционный вид и легко читаются. Подробный отчет включает всю информацию из таблицы или запроса, но содержит заголовки и разбит на страницы с указанием верхних и нижних колонтитулов.
Структура отчета в режиме Конструктора
Microsoft Access отображает в отчете данные из запроса или таблицы, добавляя к ним текстовые элементы, которые упрощают его восприятие.
К числу таких элементов относятся:
Заголовок. Этот раздел печатается только в верхней части первой страницы отчета. Используется для вывода данных, таких как текст заголовка отчета, дата или констатирующая часть текста документа, которые следует напечатать один раз в начале отчета. Для добавления или удаления области заголовка отчета необходимо выбрать в меню Вид команду Заголовок/примечание отчета.
Верхний колонтитул. Используется для вывода данных, таких как заголовки столбцов, даты или номера страниц, печатающихся сверху на каждой странице отчета. Для добавления или удаления верхнего колонтитула необходимо выбрать в меню Вид команду Колонтитулы. Microsoft Access добавляет верхний и нижний колонтитулы одновременно. Чтобы скрыть один из колонтитулов, нужно задать для его свойства Высота значение 0.
Область данных, расположенная между верхним и нижним колонтитулами страницы. Содержит основной текст отчета. В этом разделе появляются данные, распечатываемые для каждой из тех записей в таблице или запросе, на которых основан отчет. Для размещения в области данных элементов управления используют список полей и панель элементов. Чтобы скрыть область данных, нужно задать для свойства раздела Высота значение 0.
Нижний колонтитул. Этот раздел появляется в нижней части каждой страницы. Используется для вывода данных, таких как итоговые значения, даты или номера страницы, печатающихся снизу на каждой странице отчета.
Примечание. Используется для вывода данных, таких как текст заключения, общие итоговые значения или подпись, которые следует напечатать один раз в конце отчета. Несмотря на то, что в режиме Конструктора раздел "Примечание" отчета находится внизу отчета, он печатается над нижним колонтитулом страницы на последней странице отчета. Для добавления или удаления области примечаний отчета необходимо выбрать в меню Вид команду Заголовок/примечание отчета. Microsoft Access одновременно добавляет и удаляет области заголовка и примечаний отчета.
Способы создания отчета
В Microsoft Access можно создавать отчеты различными способами:
Конструктор
Мастер отчетов
Автоотчет: в столбец
Автоотчет: ленточный
Мастер диаграмм
Почтовые наклейки
Мастер позволяет создавать отчеты с группировкой записей и представляет собой простейший способ создания отчетов. Он помещает выбранные поля в отчет и предлагает шесть стилей его оформления. После завершения работы Мастера полученный отчет можно доработать в режиме Конструктора. Воспользовавшись функцией Автоотчет, можно быстро создавать отчеты, а затем вносить в них некоторые изменения.
Для создания Автоотчета необходимо выполнить следующие действия:
В окне базы данных щелкнуть на вкладке Отчеты и затем щелкнуть на кнопке Создать. Появится диалоговое окно Новый отчет.
Выделить в списке пункт Автоотчет: в столбец или Автоотчет: ленточный.
В поле источника данных щелкнуть на стрелке и выбрать в качестве источника данных таблицу или запрос.
Щелкнуть на кнопке ОК.
Мастер автоотчета создает автоотчет в столбец или ленточный (по выбору пользователя), и открывает его в режиме Предварительного просмотра, который позволяет увидеть, как будет выглядеть отчет в распечатанном виде.
Изменение масштаба отображения отчета
Для изменения масштаба отображения пользуются указателем - лупой. Чтобы увидеть всю страницу целиком, необходимо щелкнуть в любом месте отчета. На экране отобразится страница отчета в уменьшенном масштабе.
Снова щелкнуть на отчете, чтобы вернуться к увеличенному масштабу отображения. В увеличенном режиме представления отчета, точка, на которой вы щелкнули, окажется в центре экрана. Для пролистывания страниц отчета пользуются кнопками перехода внизу окна.
Печать отчета
Для печати отчета необходимо выполнить следующее:
В меню Файл щелкнуть на команде Печать.
В области Печатать щелкнуть на варианте Страницы.
Чтобы напечатать только первую страницу отчета, введите 1 в поле "с" и 1 в поле "по".
Щелкнуть на кнопке ОК.
Прежде чем печатать отчет, целесообразно просмотреть его в режиме Предварительного просмотра, для перехода к которому в меню Вид нужно выбрать Предварительный просмотр.
Если при печати в конце отчета появляется пустая страница, убедитесь, что параметр Высота для примечаний отчета имеет значение 0. Если при печати пусты промежуточные страницы отчета, убедитесь, что сумма значений ширины формы или отчета и ширины левого и правого полей не превышает ширину листа бумаги, указанную в диалоговом окне Параметры страницы (меню Файл).
При разработке макетов отчета руководствуйтесь следующей формулой: ширина отчета + левое поле + правое поле <= ширина бумаги.
Для того чтобы подогнать размер отчета, необходимо использовать следующие приемы:
изменить значение ширины отчета;
уменьшить ширину полей или изменить ориентацию страницы.
Создание отчета
1. Запустите программу Microsoft Access. Откройте БД (например, учебную базу данных "Деканат").
2. Создайте Автоотчет: ленточный, используя в качестве источника данных таблицу (например, Студенты). Отчет открывается в режиме Предварительного просмотра, который позволяет увидеть, как будет выглядеть отчет в распечатанном виде.
3. Перейдите в режим Конструктора и выполните редактирование и форматирование отчета. Для перехода из режима предварительного просмотра в режим конструктора необходимо щелкнуть команду Закрыть на панели инструментов окна приложения Access. На экране появится отчет в режиме Конструктора.
Редактирование:
1) удалите поля код студента в верхнем колонтитуле и области данных;
2) переместите влево все поля в верхнем колонтитуле и области данных.
3) Измените надпись в заголовке страницы
В разделе Заголовок отчета выделить надпись Студенты.
Поместите указатель мыши справа от слова Студенты, так чтобы указатель принял форму вертикальной черты (курсора ввода), и щелкните в этой позиции.
Введите НТУ "ХПИ" и нажмите Enter.
4) Переместите Надпись. В Нижнем колонтитуле выделить поле =Now () и перетащить его в Заголовок отчета под название Студенты. Дата будет отображаться под заголовком.
5) На панели инструментов Конструктор отчетов щелкнуть на кнопке Предварительный просмотр, чтобы просмотреть отчет.
Форматирование:
1) Выделите заголовок Студенты НТУ "ХПИ"
2) Измените гарнитуру, начертание и цвет шрифта, а также цвет заливки фона.
3) На панели инструментов Конструктор отчетов щелкнуть на кнопке Предварительный просмотр, чтобы просмотреть отчет.
Изменение стиля:
Для изменения стиля выполните следующее:
На панели инструментов Конструктора отчетов щелкнуть на кнопке Автоформат, откроется диалоговое окно Автоформат.
В списке Стили объекта "отчет - автоформат" щелкнуть на пункте Строгий и затем щелкнуть на кнопке ОК. Отчет будет отформатирован в стиле Строгий.
Переключится в режим Предварительный просмотр. Отчет отобразится в выбранном вами стиле. Впредь все отчеты созданные с помощью функции Автоотчет будут иметь стиль Строгий, пока вы не зададите другой стиль в окне Автоформат.
Экспертные и обучающиеся системы
Экспертные системы являются одним из основных приложений искусственного интеллекта. Искусственный интеллект - это один из разделов информатики, в котором рассматриваются задачи аппаратного и программного моделирования тех видов человеческой деятельности, которые считаются интеллектуальными.
Результаты исследований по искусственному интеллекту используются в интеллектуальных системах, которые способны решать творческие задачи, принадлежащие конкретной предметной области, знания о которой хранятся в памяти (базе знаний) системы. Системы искусственного интеллекта ориентированы на решение большого класса задач, к которым относятся так называемые частично структурированные или неструктурированные задачи (слабо формализуемые или неформализуемые задачи).
Информационные системы, используемые для решения частично структурированных задач, подразделяются на два вида:
Создающие управленческие отчеты (выполняющие обработку данных: поиск, сортировку, фильтрацию). Принятие решения осуществляется на основе сведений, содержащихся в этих отчетах.
