IK_ekz

1. Системный подход в изучении медицины. Понятие системы. Свойства системы. Примеры медицинских систем.

Системный подход — направление методологии научного познания, в основе которого лежит рассмотрение объекта как системы: целостного комплекса взаимосвязанных элементов

Информационной системой в здравоохранении является совокупность методического, организационного, нормативного и правового обеспечения деятельности участников системы здравоохранения, а также программно-технических средств, проектируемых с учетом отраслевых стандартов и технических регламентов, использующих единую систему нормативно-справочной информации и развивающихся в рамках единой информационно-технической политики.

Базовые свойства систем сводятся к следующему:

–система стремится сохранить свою структуру (это свойство основано на объективном законе организации – законе самосохранения);

–система имеет потребность в управлении (существует набор потребностей человека, животного, общества, стада животных и большого социума);

–в системе формируется сложная зависимость от свойств входящих в нее элементов и подсистем (система может обладать свойствами, не присущими ее элементам, и может не иметь свойств своих элементов). Например, при коллективной работе у людей может возникнуть идея, которая бы не пришла в голову при индивидуальной работе; коллектив, созданный педагогом Макаренко из беспризорных детей, не воспринял воровства, матерщины, беспорядка, свойственных почти всем его членам.

Помимо перечисленных свойств большие системы обладают свойствами эмерджентности, синергичности и мультипликативности.

Свойство эмерджентности – это 1) одно из первично-фундаментальных свойств больших систем, означающее, что целевые функции отдельных подсистем, как правило, не совпадают с целевой функцией самой БС; 2) появление качественно новых свойств у организованной системы, отсутствующих у ее элементов и не характерных для них.

Свойство синергичности – одно из первично-фундаментальных свойств больших систем, означающее однонаправленность действий в системе, которое приводит к усилению (умножению) конечного результата.

Свойство мультипликативности – одно из первично-фундаментальных свойств больших систем, означающее, что эффекты, как положительные, так и отрицательные, в БС обладают свойством умножения.

Примеры медицинских систем:

2. (1.2) Медицинская система как управляющая система. Принцип обратной связи в управляющих системах. Место методов и средств информатики в медицинской управляющей системе.

Управляющая система это система, обеспечивающая управление предприятием или отраслью бизнеса на основе автоматически передаваемой, перера6атываемой и анализируемой информации. Управляющие системы. Прежде всего надо четко представить себе различие понятий «автоматическая», и «автоматизированная» система. Первая осуществляет только технологическое управление, вторая организационно-административное.

При автоматизации технологических операций памятью автоматического регулятора служит сам объект. Регулятор должен только преобразовывать поступающую информацию, получаемую от датчиков, и пересылать ее на дополнительное устройство. Для различного рода автоматизированных систем подобный способ уже невозможен. Необходимы информационные модели объекта в памяти самой машины.

Автоматизированная система управления - организация сложная. Проектируя ее, одновременно разрабатывают особые обеспечивающие подсистемы: информационные, математические, технические - комплекс условий, положений, методов, устройств, без которых система неэффективна, неработоспособна. При внедрении управляющей системы важно иметь четкую технологию управления, умело перевести на язык машин процессы принятия окончательных решений.

Чтобы такую трудную задачу осуществить, в систему управления закладывают программу, которая учитывает все мыслимые ситуации и на каждую ситуацию содержит приказ об определенном действии.

В программе формулируются цели управления. Они должны предусматривать мгновенную «фотографию», состояния управляемого объекта и возможную динамику развития событий.

Вопросы управления всегда сложны. Сложность их главным образом в трудности анализа быстротекущих событий.

Вначале для автоматизации управления использовали разного рода вычислительные машины. Новый этап наступил, когда стали широко применять микропроцессоры и персональные компьютеры, подключенные к главной вычислительной машине. Они придают управляющей системе большую гибкость и доступность для пользователей.

Это очень важно, так как на производстве, особенно там, где сложная современная технология, появились новые процессы, которые требуют для управления ими использования огромных, во много раз превышающих прежние, массивов данных.

Чтобы учитывать все, что связано с таким сложным технологическим процессом, и применяют микропроцессорную технику, не персональные компьютеры, другие виды вычислительных машин, собранных в управляющие системы. Кроме того, при управлении производством приходится принимать во внимание затраты ресурсов, влияние человеческого фактора, взаимодействие с окружающей средой.

Необходимо для управляющих систем создавать информационные модели объекта в памяти машины. Делается это следующим образом. в системах разграничиваются два процесса: сбор данных для управления и решение самих задач управления. Разграничение идет через информационные массивы.

Допустим, в массивах министерства хранятся данные о ресурсах, какими располагают заводы, конструкторские бюро и другие подразделения министерства. Эти данные обновляются, когда создается соответствующая информация об обновлении - скажем, пишется паспорт какого-то нового оборудования для какого-либо завода. В этот момент информация передается в

соответствующую автоматизированную систему управления, хотя она будет использована, может быть, только через две недели или через год. Но в машину уже заложена на основе новых данных своеобразная модель будущей ситуации.

Принцип обратной связи:

Принцип управления по отклонению (принцип обратной связи) . Этот принцип является одним из наиболее ранних и широко распространенных принципов управления. В соответствии с этим принципом система управления наблюдает за объектом, на который воздействуют возмущающие факторы. В результате, в поведении объекта возникают отклонения. Система управления отслеживает наблюдаемые параметры (переменные) и на основе наблюдений создает алгоритм управления. Особенность этого принципа заключается в том, что система управления начинает действовать на объект только после того, как факт отклонения уже свершился. Это и есть "обратная связь". Схема управления изображена на рисунке.

При такой схеме полная компенсация влияния возмущающих воздействий невозможна. Тем не менее, схема управления с обратной связью получила наибольшее распространение на практике. Это объясняется простотой ее реализации.

Обратная связь — одно из основных понятий теории управления. Вообще обратной связью называется любая передача влияния из выхода той или другой системы на его вход. В системах управления обратная связь можно определить как информационную связь, с помощью которой в управляющую часть поступает информация о следствиях управления объектом, то есть информация о новом состоянии объекта, который возник под влиянием управляющих действий. Благодаря наличия обратной связи сложные системы в принципе могут выходить за пределы действий, которые предусмотренные и определенные их разработчиками. Ведь обратная связь создает в системе новое качество: способность накоплять опыт, определять свое будущее обращение в зависимости от обращения в минувшему, то есть самообучаться.

Обратную связь можно обнаружить во многих процессах в природе. Примером могут служить вестибулярный аппарат, обнаруживающий отклонение тела от вертикали и обеспечивающий поддержание равновесия, системы регуляции температуры тела, ритма дыхания и т.д. В организациях обратная связь при управлении устанавливается посредством осуществления

Объективная информация - изменение свойств наблюдателя (и субъекта, и объекта) частью свойств исследуемого объекта, в результате чего образуются модели (объекты), являющиеся функцией от свойств исследуемого объекта.

Примеры объективной информации для объекта:

-электрический сигнал, поступающий на вход осциллографа;

-электромагнитное излучение, поступающее на вход телевизора.

В обоих случаях результатом функционального преобразования поступившей на вход объективной информации является изменение объекта и появление изображения на экране.

Примеры объективной информации для субъекта:

-ощущение твердости разгрызаемого ореха;

-ощущение запаха жарящегося шашлыка.

Результат каждого из двух взаимодействий приводит к изменению субъекта, т.е. откладывается в "памяти".

Субъективная информация - избыточность свойств моделей, возникающая в результате сравнения свойств ранее полученной объективной информации со свойствами текущей объективной информации, поступившей от объектов, имеющих подобные свойства.

Субъективная информация является следствием взаимодействия субъекта с объектами, имеющими подобные свойства. Субъективная информация предоставляет возможность по объективной информации о нескольких свойствах материального объекта сделать ПРЕДПОЛОЖЕНИЕ о других свойствах этого объекта. Чтобы предположения не слишком отличались от реальных свойств объектов действительного мира, субъективная информация должна периодически сверяться с объективной.

Но, очевидно, объективная информация для наблюдателя-субъекта может быть одновременно субъективной, если свойства объективной информации, поступающей от объекта или субъекта, или сами являются результатом избыточности или создают такую избыточность и, как следствие, предположение. Например, световое излучение от букв в книге - это объективная информация. То, что ассоциируется с данной объективной информацией - субъективная информация. Или еще один пример: колебания воздуха, вызываемые охотником, рассказывающем об убитом зайце - это объективная информация о свойствах моделей охотника, а ассоциации (реакции моделей слушателя на объективную информацию), которые этот рассказ вызывает, - субъективная информация.

(далее в пункте Объективность есть простой пример объективной и субъективной информации).

Термин «информация» происходит от латинского слова informatio, означающего разъяснение, изложение, осведомленность.

Информация — сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые воспринимают информационные системы (живые организмы, управляющие машины и др.) в процессе жизнедеятельности и работы.

Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т. п.), несущую смысловую нагрузку н представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности увеличивает информационный объем сообщения.

Информация в наиболее общем определении — это отражение предметного мира с помощью знаков и сигналов.

Атрибуты (свойства) информации

Рассмотрим свойства информации, т. е. ее качественные признаки. 1. Объективность информации

Информация — это отражение внешнего мира, а он существует независимо от нашего сознания и желания. Поэтому в качестве свойства информации можно выделить ее объективность. Информация объективна, если она не зависит от чьего-либо мнения, суждения.

Пример:

Сообщение «На улице тепло» несет субъективную информацию, а сообщение «На улице 22' С» — объективную (если термометр исправен).

Объективную информацию можно получить с помощью исправных датчиков, измерительных приборов. Но, отражаясь в сознании конкретного человека, информация перестает быть объективной, так как преобразовывается (в большей или меньшей степени) в зависимости от мнения, суждения, опыта, знания или «вредности» конкретного субъекта.

2. Достоверность информации Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Объективная информация

всегда достоверна, но достоверная информация может быть как объективной, так и субъективной. Достоверная информация помогает принять нам правильное решение. Недостоверной информация может быть по следующим причинам:

преднамеренное искажение (дезинформация);

искажение в результате воздействия помех («испорченный телефон»);

когда значение реального факта преуменьшается или преувеличивается (слухи, рыбацкие истории).

3.Полнота информации

Информацию можно назвать полной, если ее достаточно для понимания и принятия решения. Пример:

Мечта историка — иметь полную информацию о минувших эпохах. Но историческая информация никогда не бывает полной, и полнота информации уменьшается по мере удаленности от нас исторической эпохи. Даже события, происходившие на наших глазах, не полностью документируются, многое забывается, и воспоминания подвергаются искажению. Неполная информация может привести к ошибочному выводу или решению. Не зря русская пословица гласит: «Недоученный хуже неученого».

4. Актуальность (своевременность) информации

Актуальность — важность, существенность для настоящего времени. Только вовремя полученная информация может принести необходимую пользу. Неактуальной информация может быть по двум причинам: она может быть устаревшей (прошлогодняя газета) либо незначимой, ненужной (например, сообщение о том, что в Италии снижены цены на 5%).

5. Полезность или бесполезность (ценность) информации Так как границы между этими понятиями нет, то следует говорить о степени полезности

применительно к нуждам конкретных людей. Полезность информации оценивается по тем задачам, которые мы можем решить с ее помощью.

Самая ценная для нас информация — достаточно полезная, полная, объективная, достоверная и новая. При этом примем во внимание, что небольшой процент бесполезной информации даже помогает, позволяя отдохнуть на неинформативных участках текста. А самая полная, самая достоверная информация не может быть новой.

С точки зрения техники свойство полезности рассматривать бессмысленно, так как задачи машине ставит человек.

5. (1.5) Основные понятия базовых информационных процессов: хранения, передачи, обработки информации.

Над данными можно выполнять различные операции, состав которых определяется решаемой задачей. Перечисленные ниже операции с данными не зависят от того, кто их выполняет – техническое устройство, компьютер или человек.

1.Сбор данных – накопление данных с целью обеспечения достаточной их полноты для принятия решений.

2.Формализация данных – приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, что позволяет сделать их сопоставимыми между собой.

3.Фильтрация данных – отсеивание данных, в которых нет необходимости для принятия решений, при этом снижается уровень шума и повышается их достоверность и адекватность.

4.Сортировка данных – упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования.

5.Защита данных – комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных.

6.Архивация данных – организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме, снижающей затраты на хранение и повышающей общую надежность информационного процесса.

7.Транспортировка данных – приём и передача данных между удаленными участниками информационного процесса.

8.Преобразование данных – перевод данных из одной формы в другую. Часто связано с изменением носителя. Например, книги можно хранить в бумажной форме, а можно в

электронном виде. Еще вариант:

зададимся вопросом: что делает человек с полученной информацией? Во-первых, он ее стремится сохранить: запомнить или записать. Во-вторых, он передает ее другим людям. В третьих, человек сам создает новые знания, новую информацию, выполняя обработку данной ему информации.

Какой бы информационной деятельностью люди не занимались, вся она сводится к осуществлению трех процессов: хранению, передаче и обработке информации

Хранение информации. Люди хранят информацию либо в собственной памяти (иногда говорят - "в уме"), либо на каких-то внешних носителях. Чаще всего - на бумаге.

Те сведения, которые мы помним, всегда нам доступны. Например, если вы запомнили таблицу умножения, то вам никуда не нужно заглядывать для того, чтобы ответить на вопрос: сколько будет пятью пять? Каждый человек помнит свой домашний адрес, номер телефона, а также адреса и телефоны близких людей. Если же понадобился адрес или телефон, которого мы не помним, то обращаемся к записной книжке или к телефонному справочнику.

Память человека можно условно назвать оперативной. Здесь слово "оперативный" является синонимом слову "быстрый". Человек быстро воспроизводит сохраненные в памяти знания. Свою память мы еще можем назвать внутренней памятью. Тогда информацию, сохраненную на внешних носителях (в записных книжках, справочниках, энциклопедиях, магнитных записях), можно назвать нашей внешней памятью.

Человек нередко что-то забывает. Информация на внешних носителях хранится дольше, надежнее. Именно с помощью внешних носителей люди передают свои знания из поколения в поколение.

Передача информации. Распространение информации между людьми происходит в процессе ее передачи. Передача может происходить при непосредственном разговоре между людьми, через переписку, с помощью технических средств связи: телефона, радио, телевидения, компьютерной сети.

В передаче информации всегда участвуют две стороны: есть источник и есть приемник информации. Источник передает (отправляет) информацию, а приемник ее получает (воспринимает). Читая книгу или слушая учителя, вы являетесь приемниками информации, работая над сочинением по литературе или отвечая на уроке, - источником информации. Каждому человеку постоянно приходится переходить от роли источника к роли приемника информации.

Передача информации от источника к приемнику всегда происходит через какой-то канал передачи. При непосредственном разговоре - это звуковые волны; при переписке - это почтовая связь; при телефонном разговоре - это система телефонной связи. В процессе передачи информация может искажаться или теряться, если информационные каналы имеют плохое качество или на линии связи действуют помехи (шумы). Многие знают, как трудно бывает общаться при плохой телефонной связи.

Обработка информации. Обработка информации - третий вид информационных процессов. Вот хорошо вам знакомый пример - решение математической задачи: даны значения длин двух катетов прямоугольного треугольника, нужно определить его третью сторону - гипотенузу. Чтобы

решить задачу, ученик кроме исходных данных должен знать математическое правило, с помощью которого можно найти решение. В данном случае это теорема Пифагора: "квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов". Применяя эту теорему, получаем искомую величину. Здесь обработка заключается в том, что новые данные получаются путем вычислений, выполненных над исходными данными.

Вычисление - лишь один из вариантов обработки информации. Новую информацию можно вывести не только путем математических расчетов. Вспомните истории Шерлока Холмса, героя книг Конан Дойля. Имея в качестве исходной информации часто очень запутанные показания свидетелей и косвенные улики, Холмс с помощью логических рассуждений прояснял всю картину событий и разоблачал преступника. Логические рассуждения - это еще один способ обработки информации.

Процесс обработки информации не всегда связан с получением каких-то новых сведений. Например, при переводе текста с одного языка на другой происходит обработка информации, изменяющая ее форму, но не содержание.

К этому же виду обработки относится кодирование информации. Кодирование - это преобразование представления информации из одной символьной формы в другую, удобную для ее хранения, передачи или обработки.

Особенно широко понятие кодирования стало употребляться с развитием технических средств хранения, передачи и обработки информации (телеграф, радио, компьютеры). Например, в начале XX века телеграфные сообщения кодировались и передавались с помощью азбуки Морзе. Иногда кодирование производится в целях засекречивания содержания текста. В таком случае его называют шифрованием.

Еще одной разновидностью обработки информации является ее сортировка (иногда говорят - упорядочение). Например, вы решили записать адреса и телефоны всех своих одноклассников на отдельные карточки. В каком порядке нужно сложить эти карточки, чтобы затем было удобно искать среди них нужные сведения? Скорее всего, вы сложите их в алфавитном порядке по фамилиям. В информатике организация данных по какому-либо правилу, связывающему ее в единое целое, называется структурированием.

Поиск информации.Нам с вами очень часто приходится заниматься поиском информации: в словаре искать перевод иностранного слова, в телефонном справочнике - номер телефона, в железнодорожном расписании - время отправления поезда, в учебнике математики - нужную формулу, на схеме метро - маршрут движения, в библиотечном каталоге - сведения о нужной книге. Можно привести еще много примеров. Все это - процессы поиска информации на внешних носителях: книгах, схемах, таблицах, картотеках.

Информационные процессы в живой природе.Можно ли утверждать, что с информацией и информационными процессами связана только жизнь человека? Конечно нет! Науке известно множество фактов, подтверждающих протекание информационных процессов в живой природе Животным свойственна память: они помнят дорогу к месту своего обитания, места добывания пищи; домашние животные отличают знакомых людей от незнакомых. Многие животные обладают обостренным обонянием, несущим им ценную информацию. Конечно, способности животных к обработке информации значительно ниже, чем у человека. Однако многие факты разумного поведения свидетельствуют Об их способности к определенным умозаключениям.

6. (1.6) Передача информации посредством сигналов. Виды сигналов. Дискретизация сигналов.

Передается информацияв виде сигналов. Сигнал есть физический процесс, несущий в себе информацию. Сигнал может быть звуковым, световым, в виде почтового отправления и др. Наиболее распространен сигнал в электрической форме в виде зависимости напряжения от времени U(t).

Рассмотрим общую схему передачи информации:

ИИ - источник информации (сообщение)

ПС - преобразование в электрический сигнал Кд - кодирование М - модулятор

ГН - генератор несущей РУ - регистрирующее устройство

ДО - декодирование, обработка, выделение из помех УНЧ - усилитель низкой частоты Д - детектор (демодулятор)

УВЧ - усилитель высокой частоты ИВЦ - избирательная входная цепь

Канал передачи информации - комплекс устройств, используемых для передачи информации от источника до получателя, а также разделяющая их среда.

Рассмотрим каждый этап канала.

1.Сообщение может быть в виде знаков (печать), звуковых сигналов (речь, музыка), светового изображения или сигнала и др.

2.Преобразование речи и музыки в электрический сигнал осуществляется с помощью микрофона, преобразование изображений - с помощью телевизионных передающих трубок. Письменное сообщение сначала кодируется, когда каждая буква текста заменяется комбинацией стандартных символов (точки - тире, ноль -единица), которые затем преобразуются в стандартные электрические сигналы (например, импульсы разной длительности, полярности и т. д.). Кодированию могут подвергаться все сообщения, причем одновременно может производиться их шифровка.

Врадиолокации информация вносится при распространении сигнала в свободном пространстве.

3.Генерация высокочастотных колебаний. Основные требования: диапазон частот,

стабильность частоты, мощность (до миллионов ватт). Общепринято следующее разделение электромагнитных волн по частотам.

Длинные: l = 10 км ¸ 1 км, f = 30 кгц ¸ 300 кгц.

Средние: l = 1000 м ¸ 100 м, f = 300 кгц ¸ 3 Мгц.

Короткие: l = 100 м ¸ 10 м, f = 3 Мгц ¸ 30 Мгц. Ультракороткие (СВЧ):

метровые: l = 10 м ¸ 1 м, f = 30 Мгц ¸ 300 Мгц; дециметровые: l = 1,0 м ¸ 0,1 м, f = 300 Мгц ¸ 3 Ггц; сантиметровые: l = 10 см ¸ 1 см, f = 3 Ггц ¸ 30 Ггц; миллиметровые: l = 10 мм ¸ 1 мм, f = 30 Ггц ¸ 300 Ггц.

На выбор того или иного диапазона волн для каждой конкретной системы связи оказывают влияние следующие факторы:

а) Особенности распространения электромагнитных волн данного диапазона, состояние пространства, в котором распространяется волна. Длинные волны сильно поглощаются землей,

короткие и ультракороткие не огибают препятствия. Длинные, средние и короткие могут отражаться от верхних слоев атмосферы.

б) Технические условия: направленность излучения, применение антенной системы соответствующих размеров, генерирование мощных колебаний и управление ими, схема приемного устройства.

Направленность излучения можно обеспечить, если антенное устройство по размерам существенно превышает длину волны. Направленность имеет большое значение в радиолокации, радионавигации. Большая мощность колебаний требуется на длинных волнах вследствие поглощения землей, а на других диапазонах - при сверхдальней космической связи. Освоение новых диапазонов требует новых технических средств, вследствие чего переход в коротковолновую область происходил постепенно по мере освоения генерирующих устройств.

в) Характер шумов и помех в данном диапазоне. Регулярно проводятся исследования прохождения радиоволн различных диапазонов.

г) Характер сообщения (количество информации и связанная с этим ширина спектра (диапазон частот)).

Так, телевидение ввиду большой передаваемой информации должно иметь широкий спектр частот, поэтому оно возможно только на УКВ.

4.Модуляция - изменение одного или нескольких параметров высокочастотного колебания по закону передаваемого сообщения. Частоты модулирующего сигнала должны быть малы по сравнению с частотой несущей.

5.Выделение нужного сигнала в приемнике из всех колебаний в эфире осуществляется входной избирательной цепью с помощью резонансных колебательных систем Df/f до 10-5¸10-6.

6.Усиление слабых сигналов в приемнике. Антенна принимает сигнал мощностью 10-10¸10-14 Вт ( ~ 10-6 В). На выходе приемника для надежной регистрации сигнала требуется мощность порядка единиц ватт, т. о. необходимо усиление по мощности до 1010¸1014, по напряжению - до 107. Это достигается с помощью многокаскадных усилителей высокой, промежуточной и низкой частот.

7.Детектирование (демодуляция) - выделение низкочастотного сообщения (информационного электрического сигнала) из модулированного высокочастотного сигнала. Осуществляется с помощью различного рода детекторов (синхронных, амплитудных, квадратичных).

8.Декодирование - восстановление исходной формы информационного сообщения из электрических сигналов стандартной формы после детектирования. Для зашифрованных сигналов производится расшифровка. В простейшей системе связи кодирующее и декодирующее устройства могут отсутствовать. При передаче сообщения по проводам (телеграф) могут отсутствовать радиопередающее и радиоприемное устройства.

При многоканальной связи одно передающее и приемное устройства используются для параллельной (одновременной) передачи сигналов от нескольких источников информации с устройствами их смешения до передачи, выделения и разделения после приема.

Сигналы различаются по форме изменения во времени.

Дискретный сигнал- сигнал, имеющий два определенных уровня: верхний и нижний. Верхнему уровню сигнала соответствует логическая единица, а нижнемулогический ноль.

На практике каждому уровню сигнала для конкретного физического устройства соответствует свой диапазон физической величины. Например, для программируемых контроллеров со стандартом 24V DC входа логической единице соответствует напряжение от 15V до 30V, а логическому нулюот -3V до +5V. Диапазон от 5 до 15V не определен.Это означает, что сигнал в этом диапазоне может быть прочитан как 0, так и как 1. Все зависит от случайных факторов, например, от