<< Вернуться у выбору материала

Тема № 2. Понятие системы

Введите ваш запрос для начала поиска.

Очистка воды и водоподготовка www.water.ru.

2.1 Основные составляющие системы.

Системой называется любой объект, который, с одной стороны, рассматривается как единое целое, а с другой - как множество связанных между собой или взаимодействующих составных частей. Или другими словами система это взаимосвязанные объекты или сущности, которые образуют некоторую упорядоченную целостность.

Объект – одно из основных понятий объектно-ориентированных языков программирования.

Объектом в этих языках называется некоторая сущность, которая, во-первых, четко проявляет свое поведение, а во – вторых, является представителем некоторого класса подобных себе объектов.

Классом объектов в объектно-ориентированных языках программирования называется общее описание таких объектов, для которых характерно наличие множества общих свойств и общих действий, которые способны выполнять эти объекты.

Например, класс объектов Командная кнопка - общее описание кнопок в окнах приложения. Эти кнопки могут иметь разные свойства, цвет, размер и т.д., но и много общих свойств и других характеристик, например событий, которые для этих объектов одинаковы (например, щелчок по ним мышью).

Событие это еще одна характеристика объекта. Под событием мы будем понимать характеристику класса объектов, описывающее внешнее воздействие, на которое реагирует объект этого класса во время работы информационной системы в целом или ее отдельного приложения. Например, загрузка формы, нажатие клавиши на клавиатуре, щелчок мыши и т. д.

2.2 Компоненты и свойства системы

Понятие системы охватывает комплекс взаимосвязанных элементов, действующих как единое целое, назовем их компонентами.

Компоненты системы

1. Структура - множество элементов системы и взаимосвязей между ними. Математической моделью структуры является граф.

2. Входы и выходы - материальные потоки или потоки сообщений, поступающие в систему или выводимые ею. Каждый входной поток характеризуется набором параметров {x(i)}; значения этих параметров по всем входным потокам образуют вектор-функцию X. В простейшем случае Х зависит только от времени t, очень часто значение Х в момент времени t+1 зависит от X(t) и t. Каждый выходной поток характеризуется набором параметров {у(i)}; значения этих параметров по всем выходным потокам образуют вектор-функцию У. В простейшем случае У зависит также только от времени t, значение У в момент времени t+1 зависит от У(t) и t.

3. Закон поведения системы - функция, связывающая изменения входа и выхода системы Y = F(X).

4. Цель и ограничения. Качество функционирования системы описывается рядом переменных ul, u2,..., uN. Часть этих переменных (обычно всего одна переменная) должна поддерживаться в экстремальном значении, например, max ul. Функция ul = f(X,Y,t,...) называется целевой функцией, или целью. Зачастую u1 не имеет аналитического и вообще явного выражения. На остальные переменные могут быть наложены (в общем случае двусторонние) ограничения

aК <= uK <= bК, где 2 <= К <= N.

Свойства системы, относительность, делимость и целостность.

Относительность - устанавливает, что состав элементов, взаимосвязей, входов, выходов, целей и ограничений зависит от целей исследователя. Реальный мир богаче системы. Поэтому от исследователя и его целей зависит, какие стороны реального мира и с какой полнотой будет охватывать система. При выделении системы некоторые элементы, взаимосвязи, входы и выходы не включаются в нее из-за слабого влияния на остающиеся элементы, из-за наличия самостоятельных целей, плохо согласующихся с целью всей системы, и т.д. Они образуют внешнюю среду для рассматриваемой системы.

Делимость означает, что систему можно представить состоящей из относительно самостоятельных частей - подсистем, каждая из которых может рассматриваться как система. Возможность выделения подсистем (декомпозиция системы) упрощает ее анализ, так как число взаимосвязей между подсистемами и внутри подсистем обычно меньше, чем число связей непосредственно между всеми элементами системы. Выделение подсистем проводит исследователь, и оно условно.

Целостность указывает на согласованность цели функционирования всей системы с целями функционирования ее подсистем и элементов.

Надо также иметь в виду, что система, как правило, имеет больше свойств, чем составляющие ее элементы.

2.3 Состояние системы

Каждый объект существует благодаря свойственному ему взаимодействию с остальными объектами системы. Границы объекта можно условно определить по одинаковой степени взаимодействия.

Условная граница объекта или сущности

Рис 2.1 Условная граница объекта или сущности.

Объекты могут быть простыми и сложными. Сложные объекты включают простые, в качестве составных частей. Простые объекты могут быть разными, иметь свои границы и взаимодействовать с другими объектами характерным для них образом в определенной последовательности и порядке. Эти характерные особенности и создают отличительные свойства и описывают границы сложного объекта или системы.

Размещение элементов системы в определенном порядке представляют собой ее пространство, и создает пространственную структуру. Взаимодействие объектов между собой дает структуру внутренних связей системы, а взаимодействие с другими системами – структуру ее внешних связей. Совокупность структур внутренних и внешних связей называется структурой системы.

Но каждый элемент системы может состоять из других более простых элементов и иметь свою структуру, а каждая система является элементом более сложной системы. В материальном мире можно выделить:

- систему галактика

- солнечная система

- планета с ее спутниками

- …

- вещество

- молекула

- атом

- протон

- электрон

- элементарные частицы

- …

Необходимо отметить, что простые объекты, которые имеют место в границах системы, за пределами этих границ могут не существовать.

Взаимодействие объектов измеряется качественно и количественно. Качественное взаимодействие отражается качественными признаками которые характеризую проявление самого объекта (снежинка : белая, холодная, имеющая определенный рисунок, маленькая). Количественное определяется степенью взаимодействия и характеризуется количественными признаками (снежинка: отражает солнечный свет в определенном диапазоне спектра, гексагональная сингония кристалла образует кристаллическую структуру определенного рисунка, температура от 0 до –10 градусов С, для человека изучающего данную систему относится к классу холодная, размер от 1 до 10 мм).

Совокупность проявлений качественных и количественных взаимодействий, относящихся к конкретной системе, называется состоянием системы.

Все системы находятся в непрерывном изменении. Изменения, возникающие в одних системах, приводят к изменениям в других системах, взаимосвязанных с ними.

Последовательность и интенсивность этих изменений определяют такие понятия как пространство и время.

Поэтому в материальной системе (существует и духовная система, но этой области мы касаться не будем) нет ничего неизменного, всегда все новое. Но можно говорить не об абсолютном, а только об относительном постоянстве состояний с определенной степенью приближения, т.к. изменения состояния проявляется с различной степенью взаимодействия по отношению друг к другу.

Иными словами все измеряется (познается, наблюдается, замечается) в сравнении. Сравнение проводится с другими системами, состояние которых принимается в качестве образцовых. Из точки наблюдения состояния регистрируются в усредненном виде. Иногда эффект от изменения одних состояний в точке наблюдения компенсируется другими состояниями.

Состояние описывается совокупностью его параметров. Для количественного и качественного описания параметров служат постоянные величины - константы или переменные величины, которые изменяются по определенному закону, часто описываемому с помощью некоторой функции. Кроме того, параметры состояния системы могут быть как скалярными, так и векторными, различными в различных точках системы.

Под точкой системы понимается совокупность элементов системы, размеры которого много меньше, чем любое расстояние от его границ до той точки наблюдения явлений, из которой состояние внутри этой системы регистрируется.

Значение переменной состояния в каждой точке для каждого его признака берется усредненное. Кроме того, состояние системы измеряться, как мгновенное, так и усредненное на том или ином интервале времени.

Данные параметры позволяют судить о наиболее преобладающем состоянии на соответствующем участке пространства и времени.

2.1 Виды состояний

Все виды состояний различаются по сочетанию наиболее существенных признаков. К таким существенным признакам относятся:

a) природа состояния, которая определяется в зависимости от проявлений той или иной природы (электромагнитных, гравитационных, механических, тепловых и т.д.);

b) положение в пространстве, которое определяется по координатам выбранной системы отсчета;

c) зависимость от времени, определяется по степени изменения состояния на выбранном интервале времени;

d) степень повторяемости одного и того же состояния на выбранном интервале времени;

e) устойчивость в пространстве и времени;

f) зависимость от действия внешних (по отношению к рассматриваемому участку системы) сил.

2.1.1 Статическое и динамическое состояние

В зависимости от степени изменения состояния на данном интервале времени условно можно различить мгновенные, статические и динамические состояния.

Мгновенное состояние – состояние, которое регистрируется в сколь угодно малой окрестности одного из выбранных моментов (мгновений) времени.

Статическое состояние на данном интервале времени – состояние, которое отклоняется от усредненного на этом интервале состояния в сколь угодно малых заданных пределах.(Рис 2.2)

Динамическое состояние на данном интервале времени – состояние, которое изменяется во времени при отклонениях от усредненного состояния на этом интервале, превышающих сколь угодно малые пределы. ( Рис 2.2).

Динамическое и статическое состояние

Рис 2.2 Динамическое и статическое состояние

2.1.1 Установившееся и переходное динамическое состояние

Установившееся динамическое состояние на данном интервале времени – состояние, которое в пределах этого интервала изменяется во времени по закону близкому к периодическому.

Переходное состояние на данном интервале времени – промежуточное динамическое состояние, между двумя состояниями на предшествующем и последующем интервале времени, каждое из которого может быть динамическим и статическим состоянием.

Установившееся состояние в общем смысле это любое из состояний установившееся динамическое или статическое.

Установившееся динамическое, переходное и статическое состояние

Рис 2.3 Установившееся динамическое, переходное и статическое состояние

На интервале времени 1-6 сек. отображено установившееся динамическое состояние 6-25 переходное, 25-27 статическое состояние

2.1.1 Исходное и возмущенное состояние

Для суждения об изменении состояния объекта во времени это состояние сравнивают с состоянием в выбранный момент времени с состоянием в исходный момент. Состояние объекта в исходный момент (или интервал) времени называется исходным состоянием.

Возмущенное (возбужденное) состояние, по сравнению с исходным состоянием, то, которое в последующие моменты отличаются от него. Причиной возмущенного состояния в данной точке системы может быть изменение состояния в сколь угодно малой ее окрестности в предшествующий момент времени, которое представляют как появление возмущающей силы в месте расположения этой точки.

Каждое из отклонений состояния от своего исходного состояния называют его возмущением. Возмущение. возникшее в ответ на действие, является реакцией на это действие.

2.1.2 Устойчивое и неустойчивое состояние

Устойчивое состояние исходное состояние объекта или какого-либо его участка, если при его возмущении и последующем устранении причины этого возмущения соответствующее состояние вновь становится таким же, как исходное. Если же после устранения причины возмущения состояние не становится таким же, как исходное, то такое исходное состояние является неустойчивым.

2.1.3 Свободное и вынужденное состояние

Состояние системы на конкретном участке имеет место притом или ином сочетании состояний на других участках. Состояние внутри участка устанавливается в результате совместного действия внутренних и внешних сил. Внутренняя сила – сила, действующая на какой либо элемент системы внутри данного участка. Внешняя сила – сила действующая на какой либо элемент системы внутри данного участка со стороны всех остальных участков системы.

Свободное состояние – состояние системы или ее участка, при формировании которого участием в нем внешних сил можно пренебречь.

Вынужденное состояние – состояние системы или ее участка, при формировании которого участием в нем соответствующих внутренних сил можно пренебречь.

Изолированная система – система имеющая свободное состояние.

2.1.4 Обратимые и необратимые состояния.

Возмущенное состояние системы является обратимым, если после снятия возмущающей силы она восстанавливает свое исходное состояние. Если этого не случается, то ее состояние является неустойчивым.

Вопросы для самопроверки:

  1. Взаимосвязанные объекты или сущности образующие упорядоченную целостность называются?
  2. Основными понятиями объектно-ориентированных языков программирования являются понятия?
  3. Общее описание объектов для которых характерно наличие общих свойств и событий в объектно-ориентированном программировании называется?
  4. Характеристика класса объектов, описывающая внешнее воздействие на которое реагирует отдельный объект класса называется?
  5. Комплекс взаимосвязанных элементов системы действующий как единое целое называется?
  6. Компоненты системы включают?
  7. Математической моделью структуры является?
  8. Множество элементов системы и взаимосвязей между ними называется?
  9. Материальные потоки сообщений поступающие в систему или выводимые ею?
  10. Значение параметров входных потоков образуют?
  11. Функция связывающая изменение входа и выхода описывает?
  12. Функция Ui=F(x,y,t,...) поддерживающая одну из переменных в экстремальном состоянии называется?
  13. Относительность. Делимость, целостность описывают?
  14. Свойство относительности системы устанавливает что?
  15. Свойство делимости системы устанавливает что?
  16. Свойство целостности системы указывает на?
  17. Совокупность проявлений качественных и количественных взаимодействий относящихся к конкретной системе описывают?
  18. Параметры состояния системы описываются с использованием?
  19. Назовите виды состояния системы?
  20. Какие существенные признаки можно выделить при описании состояния системы?

Рейтинг@Mail.ru