Модель чорного ящика

Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.

Система - це сукупність взаємопов'язаних елементів, відособлена від середовища і взаємодіє з нею як ціле. Ознаками системи є структурованість, взаємопов'язаність складових частин, підпорядкованість організації всієї системи певної мети. Мета функціонування системи також називають головною функцією системи.

Модель системи типу «чорний ящик» відображає тільки зв'язку системи із середовищем, у вигляді переліку "входів" і "виходів". Труднощі побудови моделі "чорного ящика" полягає в тому, що треба вирішити, які з численних реальних зв'язків включати, а які не включати до складу моделі. Крім того, завжди існують і такі зв'язки, які нам невідомі, але вони-то і можуть виявитися істотними.

Назва "чорний ящик" образно підкреслює повну відсутність відомостей про внутрішній зміст "ящика". У цій моделі задаються, фіксуються, перераховуються тільки вхідні і вихідні зв'язки системи з середовищем (навіть "стінки ящика", тобто кордону між системою і середовищем, в цій моделі зазвичай не описуються, а лише маються на увазі, визнаються існуючими).

1. Модель "чорного ящика"

Наші уявлення про реальні системах носять наближений, модельний характер. Описуючи в будь-якій формі реальну систему, ми створюємо її інформаційну модель. Розглянемо одну з різновиду інформаційної моделі систем.

Модель "чорного ящика". Будь-яка система - це щось цілісне і виділена з навколишнього середовища. Система і середовище взаємодіють між собою. У системології використовуються уявлення про входах і виходах системи. Вхід системи - це вплив, на систему з боку зовнішнього середовища, а вихід - це вплив, який чиниться системою на навколишнє середовище. Таке уявлення про систему називається моделлю "чорного ящика" (див. Малюнок).

Модель "чорного ящика" використовується в тих випадках, коли внутрішній устрій системи недоступно або не представляє інтересу, але важливо описати її зовнішні взаємодії. Наприклад, в будь-якій інструкції з використання побутової техніки (телевізор, магнітофон, пральна машина та ін.) Дається опис роботи з нею на рівні входів і виходів: як включити, як регулювати роботу, що отримаємо на виході. Такого подання може бути цілком достатньо для користувача цією технікою, але не досить для фахівця з її ремонту.

Модель "чорного ящика" відображає лише взаємодія системи з навколишнім середовищем. Такий підхід до складних систем був введений в кібернетиці. Здавалося б, це найпростіша модель, яка не заглиблюється у внутрішній устрій системи. Однак і зовнішні взаємодії реальної системи виявляються нескінченно складними. Тому модель "чорного ящика", як і будь-яка інша, будується відповідно до мети моделювання, враховуючи лише ті входи і виходи системи, які істотні з точки зору мети моделювання, призначення створюваної моделі.

Якщо описати комп'ютер як "чорний ящик", враховуючи тільки його інформаційну взаємодію з зовнішнім середовищем, то модель вийде наступного:

Якщо, крім інформаційного, враховувати ще й фізична взаємодія комп'ютера з зовнішнім середовищем, то на вході треба додати: "електроживлення", "температурний вплив", "вібраційний вплив". На виході: "випромінювання екрану", "шум вентилятора", "нагрів від монітора". В такому розширеному списку входів і виходів слід виділити основні параметри і побічні. Основні - це ті, які пов'язані з головною функцією системи: робота з інформацією. Серед побічних можна виділити необхідні (електроживлення) і небажані (випромінювання екрану, шум вентилятора).

Модель можна розширити, додавши в неї економічні параметри, пов'язані з фінансовими витратами на вході (вихідна ціна, оплата електроенергії, оплата за користування Інтернетом) і можливими доходами на виході, якщо комп'ютер є робочим інструментом, в результаті використання якого людина заробляє гроші.

2. Модель складу системи

При розгляді будь-якої системи, перш за все, виявляється, що її цілісність і відокремленість виступають як зовнішні властивості. Разом з тим внутрішня структура системи також є різноманітною, неоднорідною і складається з безлічі функціональних елементів. Декомпозиція внутрішньої структури "чорної скриньки" на більш дрібні складові (підсистеми, окремі елементи) дозволяє будувати моделі складу систем.

Модель складу системи відображає, з яких частин (підсистем та елементів) складається система. Головні труднощі в побудові моделі складу полягає в тому, що поділ цілісної системи на частини є відносним, умовним, залежним від цілей моделювання (це відноситься не тільки до кордонів між частинами системи, а й до кордонів самої системи). Крім того, відносним є і вибір рівня дроблення, визначення найменшої частини - елемента. Для зручності зазвичай застосовують ієрархічні моделі складу системи, що складаються з декількох рівнів деталізації.

Побудова моделі складу виконується поетапно на різних рівнях деталізації системи. Спочатку виділяються найбільш великі підсистеми, потім їх функціональні складові - елементи підсистем і т.д. Розбиття системи на частини при визначенні складу відповідає прийнятої точки зору і цілі використання моделі.

Наприклад, якщо в якості системи розглядати виробниче підрозділ, то в якості підсистеми виступають виробничі ділянки, а в якості окремих елементів - обладнання, сировину, робочі. Система телебачення складається з наступних підсистем: апаратура передачі, канали зв'язку, апаратура прийому.

Побудова моделі складу в силу різноманіття природи і форм елементів - складний процес, що пояснюється трьома чинниками:

1) неоднозначністю поняття "елементарного елемента";

2) багатоцільовим характером об'єкта, об'єктивно вимагає виділення під кожну мету відповідного їй складу;

3) умовністю (суб'єктивністю) процедури розподілу цілого на частини (системи на підсистеми, елементи).

Послідовна декомпозиція системи на підсистеми призводить до формування ієрархічної деревоподібної структури. Багаторівневі ієрархії різних систем, маючи однакову деревну форму, можуть істотно відрізнятися за змістом. У таблиці 2.1 наведені приклади декомпозиційних моделей для 4-х систем: «сім'я, як матеріальна система», «система цілей сім'ї», «сім'я, як поняття», «система прийняття сімейних рішень». Відносини між підсистемами дерева для першої з перерахованих систем мають сенс «ціле-частина», для другої - «мета-засіб», для третьої - «загальне-приватне», для четвертої - «координація-рішення».

Стосовно до організаційних систем ієрархічна модель складу використовується, наприклад, при формуванні організаційної структури, а також для виявлення комплексу проблем, цілей і завдань управління.

3. Модель структури системи

система модель чорний ящик

Модель структури призначена для відображення взаємозв'язків (відносин) між елементами даної системи. Модель структури можна розглядати як доповнення моделі складу, яка відтворює елементи системи. Однак, як правило, перелік одних тільки відносин між елементами без самих цих елементів не робиться. Тому модель структури є найбільш повною моделлю, що характеризує як склад основних елементів, так і взаємозв'язку між ними. При побудові моделі структури виділяються цікавлять види відносин, виходячи з яких вибираються елементи, які беруть участь в цих відносинах. Поширеними відносинами є такі:

- відношення «частина-ціле». Позначимо відношення частина ціле, як r. Нехай відділ А входить до складу фірми S. Тоді між А і S є ставлення r, що математично можна записати так: ArS або r (A, S). Подібні відносини є основою для розробки ієрархічних структурних схем підприємств (організаційної структури);

- відношення «вид-род». Наприклад, конкретна фірма ТОВ «Меблі» може бути видом (окремим випадком) роду фірм «Виробники меблів», тобто ТОВ «Меблі» та «Виробники меблів» пов'язані відношенням «вид-род»;

- відношення «управляти роботою». Такого типу відносини складаються, наприклад, між службою управління і виробничим відділом підприємства;

- відношення «забезпечувати роботу». Подібне ставлення складається, наприклад, між складом або службою поставок і виробничим ділянкою;

- відношення «роль-виконавець». Таке ставлення спостерігається між окремими етапом (функцією) процесу і тим працівником, хто його виконує;

- відносини «причина-наслідок» і хронологічного порядку - показують взаємозв'язку між елементами процесів.

Останні три види відносин найбільш застосовні в моделях бізнес-процесів підприємств і використовуються в діаграмах процесів.

Структурну модель системи ще називають структурною схемою. На структурній схемі відбивається склад системи і її внутрішні зв'язки. Поряд з терміном "зв'язок" нерідко вживають термін "ставлення".

Наочним способом опису структурної моделі системи є графи. На малюнку у вигляді орієнтованого графа приведена структурна модель комп'ютера.

Тут стрілки позначають інформаційні зв'язки між елементами системи. Напрямок стрілок вказує на напрямок передачі інформації.

Однак якщо нас цікавлять зв'язку з управління, то вийде наступна граф-модель комп'ютера:

Тут стрілка позначає напрямок керуючого впливу. Сенс схеми полягає в тому, що процесор керує роботою всіх інших пристроїв комп'ютера.

Отже, структурна модель однієї і тієї ж системи може бути різною. Все визначається цілями моделювання.

Модель "чорного ящика" часто виявляється не тільки дуже корисною, але в ряді випадків єдино прийнятною при вивченні систем. Наприклад, при дослідженні психіки людини або впливу ліки на живий організм ми позбавлені можливості втручання в систему інакше як тільки через її входи, і висновки робимо тільки на підставі спостереження за її виходами. Це взагалі відноситься до таких досліджень, в результаті проведення яких потрібно отримати дані про систему в звичайній для неї обстановці, де слід спеціально піклуватися про те, щоб вимірювання якомога менше впливали на саму систему. Інша причина того, що доводиться обмежуватися тільки моделлю "чорного ящика", - дійсне відсутність даних про внутрішній устрій системи. Наприклад, ми не знаємо, як "влаштований" електрон, але знаємо, як він взаємодіє з електричними і магнітними полями, з гравітаційним полем. Це і є опис електрона на рівні моделі "чорного ящика".

Простота моделі "чорного ящика" оманлива. Завжди існує небезпека неповноти складання переліку входів і виходів як внаслідок того, що важливі з них можуть бути полічені несуттєвими, так і в силу невідомості деяких з них в момент побудови моделі.

Список використаних джерел

Розміщено на Allbest.ru