Качество используемой системы контроля ошибок обработки информации характеризует

Глава 5. Качество и эффективность информационных систем

Качество информационной системы — это совокупность свойств системы, обусловливающих возможность ее использования для удовлетворения определенных в соответствии с ее назначением потребностей. Количественные характеристики этих свойств определяются показателями.

Основными показателями качества информационных систем являются надежность, достоверность, безопасность.

Надежность — свойство системы сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

Надежность информационных систем не самоцель, а средство обеспечения своевременной и достоверной информации на ее выходе. Поэтому показатель достоверности функционирования имеет для информационных систем главенствующее значение, тем более что показатель своевременности информации в общем случае охватывается показателем достоверности.

Достоверность функционирования — свойство системы, обусловливающее безошибочность производимых ею преобразований информации. Достоверность функционирования информационной системы полностью определяется и измеряется достоверностью ее выходной информации.

Безопасность информационной системы — свойство, заключающееся в способности системы обеспечить конфиденциальность и целостность информации, то есть защиту информации от несанкционированного доступа с целью ее раскрытия, изменения или разрушения.

Эффективность — это свойство системы выполнять поставленную цель в заданных условиях использования и с определенным качеством. Показатели эффективности характеризуют степень приспособленности системы к выполнению поставленных перед нею задач и являются обобщающими показателями оптимальности функционирования ИС, зависящими от локальных показателей, каковыми являются надежность, достоверность, безопасность.

Кардинальным обобщающим показателем является экономическая эффективность системы, характеризующая целесообразность произведенных на создание и функционирование системы затрат.

Надежность информационных систем

Надежность — важнейшая характеристика качества любой системы, поэтому разработана специальная теория — теория надежности.

Теория надежности может быть определена как научная дисциплина, изучающая закономерности, которых следует придерживаться при разработке и эксплуатации систем для обеспечения оптимального уровня их надежности с минимальными затратами ресурсов.

Надежность — характеристика временная, она может быть ориентирована либо в прошлое, либо в будущее время и не допускает «точечных» во времени оценок. Иными словами, надежность — это свойство системы «штатно» функционировать во времени.

Надежность — комплексное свойство системы; оно включает в себя более простые свойства, такие как безотказность, ремонтопригодность, долговечность и т. д.

Безотказность — свойство системы сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки (наработка — продолжительность или объем работы системы).

Ремонтопригодность — свойство системы, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Долговечность — свойство системы сохранять при установленной системе технического обслуживания и ремонта работоспособное состояние до наступления предельного состояния, то есть такого момента, когда дальнейшее использование системы по назначению недопустимо или нецелесообразно.

Одним из основных понятий теории надежности является отказ. Отказом называют полную или частичную потерю работоспособности системы или ее элемента. Отказы бывают: внезапные и постепенные, зависимые и независимые, полные и частичные, устойчивые и самоустраняющиеся, аппаратные и программные и т. п.

Устойчивый отказ обусловливает длительную неработоспособность системы и устраняется только в результате ее технического обслуживания, то есть выполнения специальных мер, принятых для восстановления работоспособности системы. Самоустраняющийся отказ (обычно его называют

сбоем) — отказ, имеющий кратковременный характер и самоустраняющийся произвольно, без принятия специальных мер для его устранения. Ряд сбоев одного и того же характера, следующих друг за другом, называют перемежающимся отказом.

Аппаратный отказ обусловлен нарушением работоспособности технического элемента системы, соответственно эргатический – эргатического элемента, программный — программного элементов системы. В соответствии с приведенной классификацией отказов можно рассматривать и надежность:

∙аппаратную;

∙эргатическую;

∙программную.

Вмногофункциональных системах часто вводят понятие функциональной надежности выполнения локальной функции системы. Это понятие важно тогда, когда разные функции системы различны по значимости, обеспечиваются различными подсистемами и дифференцируются по предъявляемым к ним требованиям.

Все системы в теории надежности классифицируются по ряду признаков. Важными классификационными группами являются:

∙восстанавливаемые;

∙невосстанавливаемые;

∙обслуживаемые;

∙необслуживаемые системы.

Восстанавливаемой называется такая системы, работоспособность которой в случае возникновения отказа подлежит восстановлению. Невосстанавливаемая система — такая система, работоспособность которой в случае отказа восстановлению не подлежит.

Обслуживаемая система — система, для которой предусматривается проведение регулярного технического обслуживания. Необслуживаемая система — система, для которой не предусматривается проведение регулярного технического обслуживания.

Информационные и вычислительные системы первых поколений, за редким исключением, относятся к восстанавливаемым обслуживаемым системам. Многие современные вычислительные системы относятся к необслуживаемым восстанавливаемым системам (например персональные компьютеры) и даже к необслуживаемым и невосстанавливаемым системам (отдельные узлы вычислительных систем, например микропроцессор).

Основные показатели надежности

Показатель надежности — это количественная характеристика одного или нескольких свойств, определяющих надежность системы. В основе большинства показателей надежности лежат оценки наработки системы, то есть продолжительности или объема работы, выполненной системой. Показатель надежности, относящийся к одному из свойств надежности, называется единичным. Комплексный показатель надежности характеризует несколько свойств, определяющих надежность системы.

Ниже приводятся наименования основных показателей надежности систем и их определения в соответствии с ГОСТ 27.002-80 «Надежность в технике. Термины и определения».

Единичные показатели надежности

К единичным показателям надежности в соответствии с ГОСТ 27.002-80 относятся показатели безотказности, показатели ремонтопригодности и показатели долговечности.

Показатели безотказности

1.Вероятность безотказной работы — вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ системы не возникнет.

2.Вероятность отказа — обратная величина, вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ системы возникнет.

3.Средняя наработка до отказа — математическое ожидание наработки системы до первого отказа (существенно для невосстанавливаемых систем).

4.Средняя наработка на отказ (То, MTBF — Main Time Between Failures) — отношение наработки восстанавливаемой системы к математическому ожиданию числа ее отказов в пределах этой наработки (имеет смысл только для восстанавливаемых систем).

5.Интенсивность отказов — условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемой системы, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник.

6.Параметр потока отказов (X(t)) — отношение среднего числа отказов для восстанавливаемой системы за произвольно малую ее наработку к значению этой наработки.

Показатели ремонтопригодности

1.Вероятность восстановления работоспособного состояния — вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния не превысит заданного.

2.Среднее время восстановления работоспособного состояния (Tв) — математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния системы.

Показатели долговечности

1.Средний ресурс — математическое ожидание наработки системы от начала ее эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

2.Срок службы (Tcc) — календарная продолжительность от начала эксплуатации системы или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

Комплексные показатели надежности

1.Коэффициент готовности (Кг) — вероятность того, что система окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение системы по назначению не предусматривается

2.Коэффициент оперативной готовности — вероятность того, что система окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение системы по назначению не предусматривается, и начиная с этого момента будет работать безотказно в течение заданного времени.

3.Коэффициент технического использования — отношение математического ожидания интервалов времени пребывания системы в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий интервалов времени пребывания системы в работоспособном состоянии, простоев, обусловленных техническим обслуживанием, и ремонтов за тот же период эксплуатации

где Тп — время простоя системы, обусловленное выполнением планового технического обслуживания и ремонта (время профилактики), пересчитанное на один отказ.

4.Коэффициент сохранения эффективности — отношение значения показателя эффективности за определенную продолжительность эксплуатации к номинальному значению этого показателя, вычисленному при условии, что отказы в системе в течение того же периода эксплуатации не возникают.

Коэффициент сохранения эффективности характеризует степень влияния отказов в системе на эффективность ее применения по назначению. Из ранее приведенного определения теории надежности следует, что коэффициент сохранения эффективности может служить интегральным критерием оптимизации надежности системы. Действительно, критерий оптимизации — это показатель, для кото­ рого указана желаемая его величина или желаемое направление его изменения. Направление изменения коэффициента сохранения правильно выбранного показателя эффективности определяет основные ориентиры в поиске свойств системы, которые обеспечивают ее оптимальную надежность.

Для пользователей сложных информационных систем понятие их надежности ощущается в наибольшей степени по коэффициенту готовности системы, то есть по отношению времени

работоспособного состояния системы к времени ее незапланированного простоя. Для типичного современного сервера Кг = 0,99, что означает примерно 3,5 суток простоя в год. Часто используется следующая классификация систем по уровню надежности:

Обеспечение надежности функционирования ИС

Информационная система — это сложная человеко-машинная система, включающая в свой состав эргатические звенья, технические средства и программное обеспечение. Все методы обеспечения надежности и достоверности ИС можно отнести к двум классам. Один включает в себя методы, обеспечивающие безошибочность (безотказность, бессбойность) функциональных технических, эргатических и программных звеньев ИС, то есть, в конечном счете, повышающие их надежность. Другой

— методы, обеспечивающие обнаружение и исправление ошибок, возникающих в информации, то есть методы контроля достоверности информации и ее коррекции, косвенно также повышающие функциональную надежность системы.

Названные классы не исключают, а взаимно дополняют друг друга, поскольку в такой сложной системе, как информационная, обеспечить высокую надежность и достоверность функционирования можно, только сочетая методы обоих классов.

Виды обеспечения надежности

Для построения надежных информационных систем можно использовать различные виды обеспечения:

экономическое;

временное;

организационное;

структурное;

технологическое;

эксплуатационное;

социальное;

эргатическое;

алгоритмическое;

синтаксическое;

семантическое.

Обеспечение можно определить как совокупность факторов (элементов, методов, приемов, процедур, ресурсов и т. п.), способствующих достижению поставленной цели. Экономическое и временное обеспечения, обусловливаемые необходимостью соответственно материальных и временных затрат, используются для реализации процедур обеспечения достоверности. Организационное, эксплуатационное, техническое, социальное и эргатическое обеспечения применяются преимущественно для повышения надежности систем, а структурное и алгоритмическое обеспечения — для обоих классов методов.

Организационное обеспечение включает в себя вопросы разработки:

∙правовых и методических аспектов функционирования ИС;

∙нормативов достоверности информации по функциональным подсистемам и этапам преобразования информации;

∙методики выбора и обоснования оптимальных структур, процессов и процедур

преобразования информации и т. д.

Назначением структурного обеспечения является повышение надежности функционирования технических комплексов и эргатических звеньев, а также ИС в целом. Должно быть обосновано рациональное построение структуры ИС, непосредственно зависящее от качества решения таких вопросов, как выбор структуры технологического процесса преобразования информации, обеспечение

обоснованных взаимосвязей между отдельными звеньями системы, резервирование элементов, узлов, устройств системы и использование специальных устройств, осуществляющих процедуры аппаратного контроля и т. д.

Технологическое и эксплуатационное обеспечения предназначены для повышения надежности работы технических средств и технологических комплексов. Технологическое обеспечение включает в себя выбор схемных и конструктивных решений применения отдельных технических устройств, технологий и протоколов реализации информационных процессов. Эксплуатационное обеспечение связано с выбором режимов работы устройств, технологий профилактического их обслуживания.

Социальное и эргатическое обеспечения имеют своим назначением повышение надежности работы эргатических структурных звеньев системы. Поскольку подавляющее большинство ошибок в информации возникает как раз из-за функциональной ненадежности именно этих звеньев (человеческого фактора), в литературе особенности их работы рассмотрены весьма обстоятельно. Различают пять видов причин ошибок, возникающих в эргатических звеньях:

∙психологические — неадекватность восприятия информации, выработка и реализация неоптимальной стратегии;

∙мотивационные — неправильная постановка задачи, несогласованность целей субъекта с целями управления;

∙эмоциональные — неустойчивые изменения преобразующих свойств субъекта от внешних и внутренних причин;

∙интуитивные — неформализованный в сознании субъекта опыт, отражающий реальную ситуацию нерелевантно;

∙эволюционные — устойчивые изменения преобразующих свойств субъекта в результате

обучения или забывания.

Указанные причины могут привести к субъективным ошибкам трех типов:

∙потере части полезной информации;

∙внесению дополнительной (полезной или вредной) информации, не содержащейся в исходном сообщении;

∙неадекватному преобразованию информации.

Ксоциальному обеспечению относятся, например, такие факторы, как создание здоровой психологической обстановки в коллективе, повышение ответственности за выполненную работу, повышение квалификации специалистов, увеличение моральной и материальной заинтересованности в правильности выполнения работы. Особенно важно обеспечить согласованность целей субъекта с целями управления: лишь тогда, когда работник заинтересован в получении объективных, достоверных данных, они могут быть получены.

Эргатическое обеспечение включает в себя комплекс факторов, связанных с рациональной организацией работы человека в системе. Это, в первую очередь, правильное распределение функций между людьми и техническими средствами, обоснованность норм и стандартов работы, оптимальность интенсивности и ритмичности, построение рабочих мест в соответствии с требованиями эргономики.

Алгоритмическое обеспечение широко применяется для повышения надежности системы (обеспечение высокого качества и безошибочности алгоритмов и программ преобразования информации) и для реализации контроля достоверности информации.

Информационное синтаксическое и семантическое обеспечения заключаются во введении в ИС специальной информационной избыточности, соответственно, избыточности данных и смысловой избыточности, обусловливающих возможность проведения контроля достоверности информации.

Практическая реализация надежных информационных систем

Обеспечение надежности технических компонентов информационных систем чаще всего реализуется аппаратным и программным способами.

Впервом случае ИС использует аппаратную избыточность:

∙все операции выполняются параллельно на одинаковых компонентах системы, а результаты их работы затем сравниваются, что позволяет выявить ошибки;

∙в случае выхода из строя какого-либо компонента его резервные аналоги продолжают

работу без остановки, а отказавший компонент заменяется на работоспособный. Программный способ предусматривает:

∙последовательное во времени выполнение одних и тех же информационных процессов и дублирование данных;

∙автоматическое восстановление отказавших операционных систем, приложений и

искаженных данных.

На сегодняшний день разработано много конкретных практических способов повышения надежности информационных систем.

Для обеспечения надежности технических средств чаще всего производится:

∙резервирование (дублирование) технических средств (компьютеров и их компонентов, сегментов сетей и т. д.);

∙использование стандартных протоколов работы устройств ИС;

∙применение специализированных технических средств защиты информации.

Для обеспечения надежности функционирования программного комплекса И С требуется:

∙тщательное тестирование программ, опытное исполнение программы с целью обнаружения в ней ошибок (обязательное условие эффективного тестирования — по крайней мере один раз выполнить все разветвления программы в каждом из возможных направлений);

∙использование стандартных протоколов, интерфейсов, библиотек процедур, лицензионных программных продуктов;

∙использование структурных методов для обеспечения надежной работы программных комплексов (иерархическое построение программ, разбиение программ на сравнительно независимые модули и т. д.);

∙изоляция параллельно работающих процессов, в результате чего ошибки в работе одной

программы не влияют на работу операционной системы и других программ. Контрольные точки (точки рестарта, точки отката) — место повторного запуска программы при

аварийном ее завершении. В контрольных точках обычно выполняются: внесение изменений в БД (в том числе всех изменений, ожидающих своей очереди — неоперативные файлы), разблокирование всех файлов, на обращение к которым был наложен запрет, запись информации о контрольной точке в системный журнал.

Использование массивов RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks — избыточный массив недорогих дисков) существенно уменьшает риск простоя системы из-за отказов накопителей на магнитных дисках, которые являются одним из наименее надежных компонентов современных компьютеров.

Вкачестве наиболее эффективных мер комплексного обеспечения надежности ИС можно назвать кластеризацию компьютеров и использование отказоустойчивых компьютеров.

Кластер — это несколько компьютеров (узлов кластера), соединенных коммуникационными каналами и разделяющих общие ресурсы. Кластер имеет общую файловую систему и пользователем воспринимается как единый компонент. Надежность работы кластера обеспечивается программами, регулирующими скоординированное использование общекластерных ресурсов, обмен информацией между узлами кластера, и осуществляющими взаимный контроль работоспособности этих узлов. Отличительной особенностью кластера является то, что каждый его работающий компьютер может взять на себя дополнительную нагрузку отказавшего узла. Кластерные системы разрабатываются многими известными фирмами (IBM, Hewlett-Packard, DEC и т. д.). Все известные кластерные решения обеспечивают высокую готовность системы (коэффициент готовности до 0,999 — high availability), возможность наращивания производительности за счет установки нового оборудования или замены устаревшего. Кластерные системы используют специальные программы, осуществляющие оптимальное распределение ресурсов и удобное администрирование.

Например, компания IBM разработала кластерную систему для четырех или пяти компьютеров IBM RISC System/6000, реализующую следующие стратегии:

∙один компьютер находится в постоянной готовности и подстраховывает три других работающих компьютера;

∙работают четыре компьютера, а пятый, дополнительный компьютер подстраховывает остальные;

∙работают четыре компьютера, и в случае отказа одного из них нагрузка пере­ распределяется между тремя работоспособными;

∙четыре компьютера работают одновременно с одними и теми же общими данными (отказоустойчивый вариант кластера).

Вотличие от кластерных отказоустойчивые системы упор делают на аппаратное обеспечение надежности и гарантируют не просто сокращение времени простоя (увеличение коэффициента

готовности), а вообще предотвращение и исключение возможности появления таких простоев. В основу архитектуры отказоустойчивых систем заложено дублирование, в том числе и многократное, технических компонентов.

В отказоустойчивых компьютерах любая команда выполняется одновременно на всех дублированных компонентах, и результаты выполнения команд сравнива-ются. Окончательное решение принимается по принципу мажоритирования (по большинству одинаковых результатов). Каждый из продублированных компонентов продолжает работу и в случае отказа одного из его дублей таким образом, что система не замечает этого отказа и на ее функционировании это не отражается. Но отказавший компонент идентифицируется и замещается в режиме «горячей замены», то есть без отключения системы.

Достоверность информационных систем

В силу специфики информационных систем, которые априори предназначены для преобразования информации, важнейшим их свойством является достоверность функционирования.

Достоверность функционирования — это свойство системы, обуславливающее безошибочность производимых ею преобразований информации.

Достоверность функционирования ИС полностью определяется и измеряется достоверностью ее результирующей информации. Для ИС достоверность функционирования является не просто одним из свойств их надежности, но приобретает и самостоятельное значение, поскольку именно достоверность конечной информации обусловливает требования к надежности системы.

Как уже указывалось, надежность ИС — не самоцель, а лишь средство обеспечения оптимальной достоверности ее выходной информации, обуславливающей наивысшую эффективность функционирования системы.

Достоверность информации — это свойство информации отражать реально существующие объекты с необходимой точностью. Достоверность (D) информации измеряется доверительной вероятностью необходимой точности, то есть вероятностью того, что отражаемое информацией значение параметра отличается от истинного значения этого параметра в пределах необходимой точности:

D = P{ О[ n ] }

где — реальная точность отображения параметра, [Δn ] — диапазон необходимой точности отображения параметра.

Для более полного понимания вышеприведенного определения следует пояснить некоторые присутствующие в нем понятия.

Истинная информация — информация, объективно, точно и правильно отражающая характеристики и признаки какого-либо объекта или явления (адекватная заданному параметру объекта).

Точность информации — это характеристика, показывающая степень близости отображаемого значения параметра и истинного его значения.

Необходимая точность определяется функциональным назначением информации и должна обеспечивать правильность принятия управленческих решений.

Таким образом, при оценке истинности информации существуют две основные вероятностные задачи:

∙определение точности информации или расчет математического ожидания абсолютной величины отклонения значения показателя от объективно существующего истинного значения отображаемого им параметра;

∙определение достоверности информации или вычисление вероятности того, что

погрешность показателя не выйдет за пределы допустимых значений.

Адекватность отражения включает в себя понятия и точности, и достоверности, которые не должны смешиваться.

Из сказанного следует, что нарушение надежности ИС, приводящее к ухудшению точности результирующей информации в пределах необходимой точности, не снижает эффективности функционирования системы (коэффициента сохранения эффективности). И если отсутствие

информации в положенное время (ее несвоевременность) трактовать в обобщенном виде как наличие недостоверной информации, то единственным показателем качества информации, зависящим от надежности ИС и влияющим на эффективность ее функционирования, является достоверность.

Показатели достоверности информации

Достоверность информации может рассматриваться с разных точек зрения. Поэтому для достоверности правомерно и целесообразно использовать систему показателей.

Единичные показатели достоверности информации

1.Доверительная вероятность необходимой точности (достоверность) — D = 1 – Рош Вероятность того, что в пределах заданной наработки (информационной совокупности

— массива, показателя, реквизита, кодового слова, символа или иного информационного компонента) отсутствуют грубые погрешности, приводящие к нарушению необходимой точности.

2.Средняя наработка информации на ошибку — Q = 1/Р. Отношение объема информации, преобразуемой в системе, к математическому ожиданию количества ошибок, возникающих в информации.

3.Вероятность ошибки (параметр потока ошибок) — (Рош) Вероятность появления ошибки в очередной информационной совокупности.

Показатели корректируемости информационных систем

1.Вероятность коррекции в заданное время — Ркорр (τ)— вероятность того, что время, затрачиваемое на идентификацию и исправление ошибки, не превысит заданного т.

2.Среднее время коррекции информации — Ти — математическое ожидание времени, затрачиваемого на идентификацию и исправление ошибки.

Комплексные показатели достоверности

1. Коэффициент информационной готовности — это вероятность того, что информационная система окажется способной к преобразованию информации в произвольный момент времени того периода (Траб), который планировался для этого преобразования, то есть выполнения условия, что в данный момент времени система не будет находиться в состоянии внепланового обслуживания, вызванного устранением отказа или идентификацией и исправлением ошибки.

2. Коэффициент информационного технического использования — это отношение математического ожидания планируемого времени работы системы на преобразование информации, за вычетом времени восстановления, контроля, идентификации и исправления ошибок, к сумме плани­ руемого времени работы системы и профилактического обслуживания.

Наряду с понятием достоверности информации существует понятие достоверности данных, рассматриваемое в синтаксическом аспекте. Под достоверностью данных понимается их безошибочность. Она измеряется вероятностью отсутствия ошибок в данных (в отличие от достоверности информации, к снижению достоверности данных приводят любые погрешности, а не только грубые). Недостоверность данных может не повлиять на объем данных, но может и уменьшить и увеличить его, в отличие от недостоверности информации, всегда уменьшающей ее количество. Наконец, недостоверность данных может не нарушить достоверность информации (например, при наличии в последней необходимой избыточности).

Обеспечение достоверности информации

Одним из наиболее действенных средств обеспечения достоверности информации в ИС является ее контроль. Контроль — процесс получения и обработки информации с целью оценки соответствия фактического состояния объекта предъявляемым к нему требованиям и выработки соответствующего управляющего решения. Объектом контроля в нашем случае является достоверность информации, следовательно, при контроле должно быть выявлено соответствие фактической и необходимой точности представления информации или, с учетом рассмотренной ранее нормы этого соответствия, выявлено наличие или отсутствие ошибок в контролируемой информации. При обнаружении ошибки должны быть приняты меры для ее устранения или, по крайней мере, выработаны соответствующие рекомендации по локализации и идентификации обнаруженнойошибки и уменьшению последствий ее влияния на функционирование ИС; исправление ошибок в последнем случае выполняется путем выполнения некоторых внешних относительно процедуры контроля операций.

Классификация методов контроля достоверности по назначению

По назначению следует различать профилактический, рабочий и генезисный контроль. Профилактический контроль и, например, одна из наиболее распространенных его форм —

тестовый контроль, предназначены для выявления состояния системы в целом и отдельных ее звеньев до включения системы в рабочий режим. Целью профилактического контроля, осуществляемого часто в утяжеленном режиме работы системы, является выявление и прогнозирование неисправностей в ее работе с последующим их устранением.

Рабочий контроль, или контроль в рабочем режиме, производится в процессе выполнения системой возложенных на нее функций. Он, в свою очередь, может быть разделен на функциональный контроль и контроль качества продукции. Функциональный контроль может преследовать цель либо только проверки работоспособности (отсутствия неисправностей) системы, либо, кроме того, установ­ ления места и причины неисправности (диагностический контроль). Контроль качества продукции в нашем случае как раз и является контролем достоверности информации как одним из важнейших показателей качества продукции выпускаемой ИС.

Генезисный контроль проводится для выяснения технического состояния системы в прошлые моменты времени с целью определения причин сбоев и отказов системы, имевших место ранее, сбора статистических данных об ошибках, их характере, величине и последствиях (экономических потерях) этих ошибок для И С.

Классификация методов контроля достоверности по уровню исследования

По уровню исследования информации контроль может быть синтаксический, семантический и прагматический.

Синтаксический контроль — это, по существу, контроль достоверности данных, не затрагивающий содержательного, смыслового аспекта информации. Предметом синтаксического контроля являются отдельные символы, реквизиты, показатели: допустимость их наличия, допустимость их кодовой структуры, взаимных сочетаний и порядка следования.

Семантический контроль оценивает смысловое содержание информации, ее логичность, непротиворечивость, согласованность, диапазон возможных значений параметров, отражаемых информацией, динамику их изменения.

Прагматический контроль определяет потребительную стоимость (полезность, ценность) информации для управления, своевременность и актуальность информации, ее полноту и доступность.

Классификация методов контроля достоверности по способу реализации

По способу реализации контроль может быть организационным, программным, аппаратным и комбинированным.

Организационный контроль достоверности является одним из основных в ИС. Он представляет собой комплекс мероприятий, предназначенных для выявления ошибок на всех этапах участия эргатического звена в работе системы, причем обязательным элементом этих мероприятий является человек или коллектив людей.

Программный контроль основан на использовании специальных программ и логических методов проверки достоверности информации или правильности работы отдельных компонентов системы и всей

системы в целом. Программный контроль, в свою очередь, подразделяется на программно-логический, алгоритмический и тестовый.

Программно-логический контроль базируется на использовании синтаксической или семантической избыточности; алгоритмический контроль использует как основу вспомогательный усеченный алгоритм преобразования информации, логически связанный с основным рабочим алгоритмом (тестовый контроль был рассмотрен чуть выше).

Аппаратный контроль реализуется посредством специально встроенных в систему дополнительных технических схем. Этот вид контроля также подразделяется на непрерывный и оперативный (аппаратно-логический) контроль достоверности, а также непрерывный контроль работоспособности.

Непрерывный контроль достоверности функционирует непрерывно в процессе работы системы параллельно с процедурами основного технологического процесса преобразования информации. Во время оперативного (аппаратно-логического) контроля достоверности выполнение основных технологических операций над информацией приостанавливается. Непрерывный контроль работоспособности — это уже не контроль достоверности информации, а контроль значений па­ раметров компонентов системы с помощью встроенных в них датчиков.

Классификация методов контроля достоверности по степени выявления и коррекции ошибок

По степени выявления и коррекции ошибок контроль делится на:

∙обнаруживающий, фиксирующий только сам факт наличия или отсутствия ошибки;

∙локализующий, позволяющий определить как факт наличия, так и место ошибки (например символ, реквизит и т. д.);

∙исправляющий, выполняющий функции и обнаружения, и локализации, и исправления

ошибки.

Наиболее эффективными и перспективными методами контроля достоверности информации являются методы, использующие корректирующие коды с обнаружением и исправлением ошибок. При относительно небольшой избыточности (по сравнению с методами верификации, повторного преобразования и т. п.) эти методы имеют высокую корректирующую способность.

Втехнических системах корректирующие коды получили чрезвычайно широкое применение: в настоящее время, вероятно, нет ни одной эффективно функционирующей сложной технической информационной системы, где бы многократно не использовались эти коды. В современных компьютерах, например, на основе кодов с обнаружением и кодов с автоматическим исправлением ошибок строится весьма разветвленный контроль достоверности многих блоков (ранее уже упо­ миналось об использовании в накопителях CD и DVD корректирующих кодов Рида-Соломона, в дисковых массивах RAID — циклических кодов с исправлением ошибок, в технологии SMART и в модулях оперативной памяти — кодов Хэмминга с исправлением ошибок и т. д.).

Вэрготехнических компонентах ИС чаще используются обнаруживающие ошибки коды, а коды

савтоматическим исправлением ошибок широкого использования пока не нашли, вероятно, в связи с большей сложностью недвоичного исполнения этих кодов и малого знакомства с ними разработчиков и пользователей информационных систем.

Безопасность информационных систем

Безопасность информационной системы — свойство, заключающееся в способности системы обеспечить конфиденциальность и целостность информации, то есть защиту информации от несанкционированного доступа, обращенного на ее раскрытие, изменение или разрушение.

Информационную безопасность часто указывают среди основных информационных проблем XXI века. Действительно, вопросы хищения информации, ее сознательного искажения и уничтожения часто приводят к трагическим для пострадавшей стороны последствиям, ведущим к разорению и банкротству фирм, к человеческим жертвам, наконец. Достаточно в качестве примера привести мировую трагедию, приведшую к жертвам нескольких тысяч людей — атаку террористов на Всемирный торговый центр в Нью-Йорке и Министерство обороны США в Вашингтоне. Подобный террористический акт был бы невозможен, если бы террористы не вывели предварительно из строя компьютерную систему управления безопасностью страны, то есть не разрушили бы систему информа­ ционного обеспечения безопасности. А тысячи коммерческих компьютерных преступлений, приводящих к потерям сотен миллионов долларов, а моральные потери, связанные с хищением

1
Тема: Основные понятия качества информационной системы.
Качество информационной системы — это совокупность свойств системы, обусловливающих возможность ее использования для удовлетворения определенных в соответствии с ее назначением потребностей. Количественные характеристики этих свойств определяются показателями, которые необходимо контролировать и учитывать. Основными показателями качества информационных систем являются надежность, достоверность, безопасность (см. выше), эффективность.
Надежность. Это- свойство системы сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.
Надежность — важнейшая характеристика качества любой системы, поэтому разработана специальная теория — теория надежности.
Теория надежности может быть определена как научная дисциплина, изучающая закономерности, которых следует придерживаться при разработке и эксплуатации систем для обеспечения оптимального уровня их надежности с минимальными затратами ресурсов.
Надежность — комплексное свойство системы; оно включает в себя более простые свойства, такие как безотказность, ремонтопригодность, долговечность и т д.
Безотказность — свойство системы сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки (наработка — продолжительность или объем работы системы).
Ремонтопригодность — свойство системы, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию, и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.
Долговечность — свойство системы сохранять при установленной системе технического обслуживания и ремонта работоспособное состояние до наступления предельного состояния, то есть такого момента, когда дальнейшее использование системы по назначению недопустимо или нецелесообразно.
Показатель надежности — это количественная характеристика одного или нескольких свойств, определяющих надежность системы. В основе большинства показателей надежности лежат оценки наработки системы, то есть продолжительности или объема работы, выполненной системой.
Показатель надежности, относящийся к одному из свойств надежности, называется единичным.
Комплексный показатель надежности характеризует несколько свойств, определяющих надежность системы.
На сегодняшний день разработано много конкретных практических способов повышения надежности информационных систем.
Для обеспечения надежности технических средств чаще всего выполняется:
1) резервирование (дублирование) технических средств (компьютеров и их компонентов, сегментов сетей и т. д.);
2) использование стандартных протоколов работы устройств ИС;
3) применение специализированных технических средств защиты информации.
Для обеспечения надежности функционирования программного комплекса ИС выполняется:
1) тщательное тестирование программ, опытное исполнение программы с целью обнаружения в ней ошибок (обязательное условие эффективного тестирования — по крайней мере один раз выполнить все разветвления программы в каждом из возможных направлений);
2) использование стандартных протоколов, интерфейсов, библиотек процедур, лицензионных программных продуктов;
3) использование структурных методов для обеспечения надежной работы программных комплексов (иерархическое построение программ, разбиение программ на сравнительно независимые модули и т. д.);
4) изоляция параллельно работающих процессов, в результате чего ошибки в работе одной программы не влияют на работу операционной системы и других программ.
Надежность информационных систем не самоцель, а средство обеспечения своевременной и достоверной информации на ее выходе. Поэтому показатель достоверности функционирования имеет для информационных систем главенствующее значение.
Достоверность.
Достоверность
функционирования — свойство системы, обусловливающее безошибочность производимых ею преобразований информации. Достоверность функционирования информационной системы полностью определяется и измеряется достоверностью ее результатной информации.

2
Достоверность информации — это свойство информации отражать реально существующие объекты с необходимой точностью. Достоверность информации измеряется вероятностью того, что отражаемое информацией значение параметра отличается от истинного значения этого параметра в пределах необходимой точности.
Одним из наиболее действенных средств обеспечения достоверности информации в ИС является ее контроль. Контроль — процесс получения и обработки информации с целью оценки соответствия фактического состояния объекта предъявляемым к нему требованиям и выработки соответствующего управляющего решения.
Методы контроля достоверности информации, применяемые в ИС, весьма разнообразны.
Классификация методов контроля может быть выполнена по большему числу признаков, в частности: по назначению, по уровню исследования информации, по способу реализации, по степени выявления и коррекции ошибок.
Классификация методов контроля достоверности по назначению
Профилактический контроль и одна из наиболее распространенных его форм — тестовый контроль, предназначены для выявления состояния системы в целом и отдельных ее звеньев до включения системы в рабочий режим. Целью профилактического контроля, осуществляемого часто в утяжеленном режиме работы системы, является выявление и прогнозирование неисправностей в ее работе с последующим их устранением.
Рабочий контроль, или контроль в рабочем режиме, выполняется в процессе выполнения системой возложенных на нее функций. Он, в свою очередь, может быть разделен на функциональный контроль и контроль качества продукции. Функциональный контроль может преследовать цель либо только проверки работоспособности (отсутствия неисправностей) системы, либо, кроме того, установления места и причины неисправности (диагностический контроль).
Контроль качества продукции является контролем достоверности информации как одного из важнейших показателей качества продукции выпускаемой ИС.
Генезисный контроль проводится для выяснения технического состояния системы в прошлые моменты времени с целью определения причин сбоев и отказов системы, имевших место в прошлом; сбора статистических данных об ошибках, их характере, величине и последствиях (экономических потерях) этих ошибок для ИС.
Классификация методов контроля достоверности по уровню исследования информации
Синтаксический контроль — это, по существу, контроль достоверности данных, не затрагивающий содержательного, смыслового аспекта информации. Предметом синтаксического контроля являются отдельные символы, реквизиты, показатели: допустимость их наличия, допустимость их кодовой структуры, взаимных сочетаний и порядка следования.
Семантический контроль оценивает смысловое содержание информации, ее логичность, непротиворечивость, согласованность, диапазон возможных значений параметров, отражаемых информацией, динамику их изменения.
Прагматический контроль определяет потребительную стоимость (полезность, ценность) информации для управления, своевременность и актуальность информации, ее полноту и доступность.
Классификация методов контроля достоверности по способу реализации
Организационный контроль достоверности является одним из основных в ИС. Он представляет собой комплекс мероприятий, предназначенных для выявления ошибок на всех этапах участия эргатического звена в работе системы, причем обязательным элементом этих мероприятий является человек или коллектив людей.
Программный контроль основан на использовании специальных программ и логических методов проверки достоверности информации или правильности работы отдельных компонентов системы и всей системы в целом.
Программный контроль, в свою очередь, подразделяется на программно-логический, алгоритмический и тестовый.
Программно-логический контроль базируется на использовании синтаксической или семантической избыточности; алгоритмический контроль использует как основу вспомогательный усеченный алгоритм преобразования информации, логически связанный с основным рабочим алгоритмом.
Аппаратный контроль реализуется посредством специально встроенных в систему дополнительных технических схем. Этот вид контроля также подразделяется на непрерывный и оперативный (аппаратно-логический) контроль достоверности, а также непрерывный контроль работоспособности.
Классификация методов контроля достоверности по степени выявления и коррекции
ошибок
Обнаруживающий фиксирует только сам факт наличия или отсутствия ошибки.

3
Локализующий позволяет определить, как факт наличия, так и место ошибки (например, символ, реквизит и т. д.).
Исправляющий выполняет функции и обнаружения, и локализации, и исправления ошибки.
Эффективность. Это свойство системы выполнять поставленную цель в заданных условиях использования и с определенным качеством. Показатели эффективности характеризуют степень приспособленности системы к выполнению поставленных перед нею задач и являются обобщающими показателями оптимальности функционирования ИС, зависящими от локальных показателей, каковыми являются надежность, достоверность, безопасность.
Кардинальным обобщающим показателем является экономическая эффективность системы, характеризующая целесообразность произведенных на создание и функционирование системы затрат.
Качество ИС связано с дефектами, заложенными на этапе проектирования и проявляющимися в процессе эксплуатации. Любые свойства ИС, в том числе и дефектологические, могут проявляться лишь во взаимодействии с внешней средой, включающей технические средства, персонал, информационное и программное окружение.
В зависимости от целей исследования и этапов жизненного цикла ИС дефектологические свойства разделяют на дефектогенность, дефектабельность и дефектоскопичность.
Дефектогенность определяется влиянием следующих факторов:

— численность разработчиков ИС, их профессиональными и психофизиологическими характеристиками;

— условия и организация процесса разработки ИС;

— характеристики инструментальных средств и компонентов ИС;

— сложность задач;

— степень агрессивности внешней среды (потенциальная возможность внешней среды вносить преднамеренные дефекты, например, воздействие вирусов).
Дефектабельность характеризует наличие дефектов ИС и определяется их числом и местонахождением. Другими факторами, влияющими на дефектабельность являются:

— структурно-конструктивные особенности ИС;

— интенсивность и характеристики ошибок, приводящих к дефектам.
Дефектоскопичность характеризует возможность проявления дефектов в виде отказов и сбоев в процессе отладки, испытаний или эксплуатации. На дефектоскопичность влияют:

— количество, типы и характер распределения дефектов в ИС;

— устойчивость ИС к проявлению дефектов;

— характеристики средств контроля и диагностики дефектов;

— квалификация обслуживающего персонала.
Оценка качества ИС является крайне сложной задачей ввиду многообразия интересов пользователей. Поэтому невозможно предложить одну универсальную меру качества и приходится использовать ряд характеристик, охватывающих весь спектр предъявляемых требований. Наиболее близки к задачам оценки качества ИС модели являются задачи оценки качества программного обеспечения, являющегося одной из важных составных частей системы. В настоящее время используется несколько абстрактных моделей качества программного обеспечения, основанных на определении характеристики и показателя качества, критерия и метрики.
Критерий может быть определен как независимый атрибут ИС или процесса ее создания. С помощью такого критерия может быть измерена характеристика качества ИС на основе той или иной метрики. Совокупность нескольких критериев определяет показатель качества, формируемый исходя из требований, предъявляемых к системе. В настоящее время наибольшее распространение получила иерархическая модель взаимосвязи компонент-качества ИС. Вначале определяются характеристики качества, в числе которых могут быть, например, общая и исходная полезность, удобство эксплуатации. Далее формируются показатели, к числу которых могут быть отнесены: практичность, целостность, корректность, удобство обслуживания, оцениваемость, гибкость, адаптируемость, мобильность, возможность взаимодействия. Каждому показателю качества ставится в соответствие группа критериев. Надо отметить, что один и тот же критерий может характеризоваться несколькими показателями.
Итак, при оценке качества информационной системы используются показатели качества и соответствующие им критерии:

1) практичность — работоспособность, возможность обучения, коммуникативность, объем ввода, скорость ввода-вывода;

2) целостность — регулирование, контроль доступа;

3) эффективность — эффективность использования памяти и функционирования;

4) корректность — трассируемость, завершенность, согласованность;

4

5) надежность — точность, устойчивость к ошибкам, согласованность, простота;

6) удобство обслуживания — согласованность, простота, краткость, информативность, модульность;

7) оцениваемость — наличие измерительных средств, информативность, модульность;

гибкость — распространяемость, общность, информатирован-ность, модульность;

9) адаптируемость — общность, информативность, модульность, аппаратная и программная независимость;

10) мобильность — информативность, модульность, аппаратная и программная независимость;

11) возможность взаимодействия- модульность, унифицируемость процедур связи, унифицируемость данных.
С помощью метрик можно дать количественную или качественную оценку качества ИС.
Рассмотрим типы метрик и шкал для измерения критериев.
Первый тип — метрики, которые используют интервальную шкалу, характеризуемую относительными величинами или реально измеряемыми физическими показателями (например, временем наработки на отказ, вероятностью ошибки, объемом информации и др.).
Второй тип — метрики, которым соответствует порядковая шкала, позволяющая ранжировать характеристики путем сравнения с опорными значениями.
Третий тип — метрики, которым соответствует номинальная шкала, определяющая наличие рассматриваемого свойства или признака у рассматриваемого объекта без учета градаций по этому признаку. Например, интерфейс может быть «простым для понимания», «умеренно простым» и
«сложным для понимания».
Развитием иерархического подхода является представленная на рис. модель классификации критериев качества ИС. Имеется два типа критериев:

1) функциональные критерии (с их помощью оценивается степень выполнения ИС основных целей или задач);

2) конструктивные критерии (предназначены для оценки компонентов ИС, не зависящих от ее целевого назначения).
Существует три основных определения, относящихся к качеству ИС:

1.
Качество ИС — совокупность полезных свойств системы с точки зрения пользователей в соответствии с ее назначением и предъявленными к ней требованиями.

2.
Характеристика качества ИС — понятие, отражающее отдельные измеримые факторы, влияющие на качество системы.

3.
Критерий качества — численный показатель, характеризующий оцениваемое свойство системы и обеспечивающий возможность определения затрат, необходимых для достижения требуемого уровня качества.
Критерии качества информационных систем:

5
Рис. Модель классификации критериев качества информационных систем
Стандарты серии ИСО 9000 впервые создали общую основу для стандартов на системы управления качеством, применимых, в том числе и при разработке ИС. Их концептуальной основой является процессный подход, суть которого определяется тем, что любую деятельность можно представить в виде сети процессов, каждый из которых характеризуется входными и выходными данными.
Важнейшей компонентой ИС является ее интеллектуальная составляющая, содержание которой выражено в программных средствах.
Задания для самоконтроля:
1. Составить тест 10 вопросов (1 вопрос – 1 категория).
2. Создать схемы:
— типы метрик и шкал для измерения критериев;
— показатели качества и соответствующие им критерии;
— дефектологические свойства;
— методы контроля достоверности по степени выявления и коррекции ошибок;
— методы контроля достоверности по способу реализации;
— методы контроля достоверности по уровню исследования информации;
— методы контроля достоверности по назначению;
— основные понятия качества информационной системы.