ГДЗ: Параграф § 3 / Информатика 10 класс

Определение системы

Система — это сложный объект, который состоит из взаимосвязанных элементов и функционирует как единое целое. Определяющие характеристики системы — её состав (элементы) и структура (порядок их объединения).

Примеры систем

• Естественная (природная) система: Кровеносная система человека.
  • Состав: Сердце, кровеносные сосуды (артерии, вены, капилляры), кровь.
  • Структура: Элементы соединены таким образом, что кровь движется по замкнутому кругу под давлением, создаваемым сердцем, обеспечивая транспорт веществ.
• Искусственная (техническая) система: Автомобиль.
  • Состав: Двигатель, трансмиссия, шасси, кузов, электронные системы.
  • Структура: Совокупность механизмов, предназначенных для преобразования энергии топлива в механическое движение для перевозки грузов или людей.
• Искусственная (общественная) система: Школа.
  • Состав: Ученики, учителя, администрация, учебный план, помещения.
  • Структура: Иерархия управления и образовательный процесс, направленные на передачу знаний и социализацию.

Персональный компьютер как система

• Как единая система: ПК — это система, предназначенная для обработки, хранения и передачи информации. Её основные элементы — системный блок, монитор, устройства ввода/вывода, соединённые информационными связями.
• Как подсистема: ПК является подсистемой более крупной системы, например, локальной вычислительной сети (ЛВС) класса информатики, где он взаимодействует с сервером, другими компьютерами и периферийными устройствами (принтером).
• Как самостоятельная система, состоящая из подсистем: ПК можно рассматривать как сложный объект, включающий подсистемы:
  • Подсистема обработки: Центральный процессор, оперативная память.
  • Подсистема хранения: Жесткий диск (HDD), твердотельный накопитель (SSD).
  • Подсистема ввода/вывода: Клавиатура, мышь, монитор, принтер.

Системный эффект (или эмерджентность) — это явление, при котором у системы как целого возникают новые свойства, которых не было ни у одного из её элементов, взятого в отдельности. Это результат взаимодействия и интеграции частей.

Пример

Человеческий мозг состоит из нейронов (элементов). Ни один отдельный нейрон не обладает сознанием, мышлением или памятью. Однако система, образованная миллиардами взаимосвязанных нейронов, демонстрирует эти эмерджентные свойства. Сознание — это системный эффект нервной системы.

Эмерджентность — это другое название для системного эффекта, то есть свойства целого, которое не сводится к сумме свойств его частей. Оно означает, что система обретает новое качество, возникающее из интеграции и взаимодействия её элементов.

Связь с параграфом

Это понятие является ключевым для системного подхода, обсуждаемого в параграфе. Оно подчёркивает, почему при изучении сложных объектов (систем) недостаточно анализировать только их отдельные элементы, но необходимо учитывать их взаимосвязи и структуру, которые и приводят к появлению эмерджентных свойств.

Системный подход необходим, поскольку он позволяет рассматривать исследуемый объект не как изолированный набор частей, а как элемент, связанный с множеством других объектов. Это позволяет:

• Комплексный анализ: Учитывать все взаимосвязи (включая информационные) между элементами системы и её окружением.
• Многоаспектная оценка: Оценивать ситуацию с разных точек зрения.
• Прогнозирование системного эффекта: Понимать, какие новые свойства могут возникнуть при изменении элементов или структуры.
• Эффективное решение проблем: Выбирать наиболее эффективные и наименее разрушительные пути преобразования систем (например, в экономике, экологии, или технике), предотвращая нежелательные последствия, которые могли бы быть упущены при простом поэлементном анализе.

Граф (совокупность вершин и связывающих их рёбер) является идеальным способом для описания систем с чётко выраженными элементами и связями между ними. Примеры таких систем:

• Транспортные сети: Города (вершины) и дороги/железные дороги/авиамаршруты (рёбра).
• Локальные вычислительные сети (ЛВС): Компьютеры и периферийные устройства (вершины) и кабели или беспроводные соединения (рёбра).
• Иерархические структуры: Система управления предприятием или государством, например, система избирательных комиссий, показанная в параграфе.
• Социальные сети: Люди (вершины) и их отношения/дружба (рёбра).
• Химические молекулы: Атомы (вершины) и химические связи (рёбра).

• Николай Коперник: Разработал гелиоцентрическую систему мира, в которой Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца.
• Карл Линней: Создал систему классификации живых организмов (таксономию), которая лежит в основе современной биологии.

Объединяющий фактор

Оба учёных внесли вклад в упорядочивание и систематизацию знаний об окружающем мире. Их открытия объединяет системный подход — они не просто описывали отдельные явления или объекты, а предлагали целостные структуры (системы), которые позволили по-новому взглянуть на взаимосвязи: Коперник — в астрономии (система движения небесных тел), а Линней — в биологии (система живых существ).

Да, это утверждение верно.

Обоснование

Информация — это смысл, который данные (сигналы) приобретают в контексте определённой системы. Один и тот же набор данных может быть представлен в разных формах:

• Текстовая информация может быть представлена в виде напечатанного текста, звуковой записи, кода ASCII или двоичного кода.
• Географическая информация о местоположении может быть дана в виде координат \( (\phi, \lambda) \), адреса, или графического изображения на карте.
• Информация о температуре может быть представлена в виде числа \( 25 \) в системе Цельсия \( (C) \), или в системе Фаренгейта \( (F) \), или в виде электрического напряжения \( (U) \) на выходе термодатчика.

Способ представления всегда зависит от системы (её цели, структуры и технических возможностей) и от потребителя информации.

В Природных системах (Животный мир)

• Материальная связь: Передача энергии (пищевая цепочка), например, когда хищник поедает добычу.
• Информационная связь: Обмен сигналами, например, пахучие метки, которые оставляют животные, информируя о занятости территории.

В Технических системах (Автомобиль)

• Материальная связь: Передача крутящего момента от двигателя к колёсам через трансмиссию.
• Информационная связь: Сигнал с датчика скорости, который передаётся на приборную панель или в электронный блок управления двигателем.

В Общественных системах (Учебное заведение)

• Материальная связь: Поставка учебников, бумаги, оборудования.
• Информационная связь: Приказ директора, передача знаний учителем ученикам, расписание уроков.

Кибернетика — это наука, которая изучает процессы управления и связи (передачи информации) в живых организмах, машинах (технических системах) и обществе.

Основоположником кибернетики считается американский математик Норберт Винер.

С точки зрения кибернетики, управление — это процесс целенаправленного информационного взаимодействия между двумя основными компонентами:

• Управляющий объект (субъект управления): Генерирует команды и корректирует их.
• Объект управления: Выполняет команды и предоставляет информацию о своём состоянии.

Это взаимодействие осуществляется посредством:

• Прямой связи: Передача управляющих команд от управляющего объекта к объекту управления.
• Обратной связи: Передача информации о текущем состоянии объекта управления обратно управляющему объекту. Обратная связь является ключевой, поскольку позволяет корректировать (адаптировать) управляющие воздействия для достижения поставленной цели в меняющихся условиях.

а) Элемент в роли Объекта управления

• Человек: Солдат (объект управления) выполняет приказ офицера (управляющий объект).
• Группа людей: Рабочий коллектив (объект управления) выполняет задание, данное менеджером (управляющий объект).
• Техническое устройство: Робот-манипулятор (объект управления) выполняет программу, заданную оператором (управляющий объект).
• Животное: Собака (объект управления) выполняет команду хозяина (управляющий объект).

б) Элемент в роли Управляющего объекта

• Человек: Пилот (управляющий объект) управляет самолётом (объект управления).
• Группа людей: Правительство (управляющий объект) управляет экономикой страны (объект управления).
• Техническое устройство: Термостат (управляющий объект) управляет системой отопления (объект управления).
• Животное: Вожак стаи (управляющий объект) управляет действиями других волков (объекты управления).

Автоматические устройства — это системы, в которых управление осуществляется без прямого участия человека по заранее заданной программе (САУ). Примеры широкого распространения:

• Автопилоты: В самолётах, дронах, а также в системах помощи водителю в современных автомобилях.
• Банкоматы и платёжные терминалы: Осуществляют транзакции и выдачу наличных по заложенному алгоритму.
• Промышленные роботы: Выполняют сборочные, сварочные и другие операции на конвейерах.
• Системы «Умный дом»: Автоматическое управление освещением, климатом, безопасностью.
• Навигационные системы (GPS): Автоматически рассчитывают маршруты и корректируют их в реальном времени.

Кластер «Информационные связи и системы управления»

• Система
  • Состав, Структура
  • Естественные (Природные), Искусственные (Технические, Общественные)
  • Системный эффект (Эмерджентность)
  • Системный подход
• Связи
  • Материальные
  • Информационные (Передача, Обмен, Хранение, Обработка информации)
• Управление
  • Кибернетика (Норберт Винер)
  • Кибернетическая модель
    • Управляющий объект
    • Объект управления
    • Прямая связь
    • Обратная связь (Корректировка)
  • Виды систем управления
    • Неавтоматические
    • Автоматизированные (АСУ)
    • Автоматические (САУ)

Обратная связь

Обратная связь — это механизм передачи информации о текущем состоянии объекта управления обратно управляющему объекту для корректировки его воздействия.

• Бытовые приборы:
  • Утюг: Термодатчик (считывает температуру подошвы — состояние объекта) отправляет сигнал в блок управления (управляющий объект), который отключает нагревательный элемент, когда достигнута заданная температура.
  • Термостат в системе отопления: Датчик измеряет температуру воздуха в помещении и передаёт её управляющему блоку, который решает, включить или выключить котёл.
• Живые организмы:
  • Регуляция температуры тела: Терморецепторы кожи и внутренних органов (считывают состояние) отправляют информацию в центр терморегуляции мозга (управляющий объект), который запускает механизм потоотделения (охлаждение) или дрожи (согревание).
  • Вождение автомобиля (человек как управляющий объект): Глаза (считывают положение автомобиля — состояние объекта) передают информацию в мозг, который корректирует движение руля (прямая связь).
• Общество:
  • Рынок: Изменение цен на товар (информация о состоянии рынка) влияет на решение производителя (управляющий объект) об увеличении или уменьшении объёмов производства.
  • Выборы: Голоса избирателей (информация о состоянии общества/доверии) влияют на политику избранного органа или лица (управляющий объект).