Что значит представить некоторую систему в виде черного ящика
Модели систем. Модель черного ящика. Модель состава
Урок 2. Информатика 11 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Модели систем. Модель черного ящика. Модель состава»
На данном уроке мы познакомимся с такими понятиями как анализ, синтез, системный анализ. Вспомним модель «чёрного ящика» и модель состава.
Система – это целостная и взаимосвязанная совокупность частей, существующая в некоторой среде и обладающая определённым назначением, подчинённая некоторой цели.
Человеческое общество развивается благодаря открытиям, исследованиям, экспериментам и любая система подлежит изучению.
Исследование системы включает в себя два этапа: анализ и синтез.
Анализ системы – это выделение её частей с целью прояснения состава системы.
Как нам уже известно, любая система состоит из подсистем. В свою очередь, любая подсистема состоит так же из нескольких подсистем. Таким образом, мы может разделить систему на самые мелкие объекты.
Возникает вопрос: а нужно ли нам это?
На первом этапе необходимо проанализировать систему для определения её состава и цели исследования. Целью исследования системы является получение её модели. Модель – это новый упрощённый объект, который отражает существенные особенности реального объекта, процесса или явления.
Соответственно с помощью модели мы можем получить необходимые нам результаты исследований. Например, узнать, как будет лететь самолёт при большой нагрузке багажом.
Далее необходимо выделить в системе связи между её частями. Например: основные компоненты велосипеда (рама, руль, колеса, педали, сиденье) зависят друг от друга. Качество данной системы – возможность ездить на велосипеде. Ни одна составная часть не обладает этим свойством. Но в свою очередь если собрать их вместе, связать их в одно целое, то появляется такое качество, как возможность ездить на велосипеде.
Состояние и поведение системы в той или иной ситуации можно понять и изучить только при наличии её состава и структуры.
Это был первый этап исследования системы.
Синтез – это мысленное или реальное соединение частей в единое целое. В результате данного этапа создаётся представление о системе, объясняется механизм системного эффекта.
Вывод: системный анализ – это исследование реальных объектов и явлений с точки зрения системного подхода, состоящее из этапов анализа и синтеза.
Любое описание системы отражает ограниченное число её свойств. Это зависит от того, с какой целью мы делаем описание, какие именно качества системы нам нужны.
На этом уроке мы познакомимся с моделью «чёрного ящика».
Есть такое понятие «Система как «чёрный ящик». Оно употребляется в том случае, если человек не знает, как устроена та или иная система «внутри» или эта система не представляет для него интереса. Часто достаточно знать, какие действия можно производить с системой, и какие результаты при этом можно получить.
Вход системы – это воздействие на систему со стороны внешней среды, а выход – это воздействие, которое оказывает система на окружающую среду.
Мы можем понимать, например, что объект на компьютере можно открыть двойным нажатием левой кнопкой мыши на нём. Входом будет нажатие клавиши мыши, а выходом – открытие документа. Но мы не знаем, как это происходит в системном блоке, сам процесс нам не понятен. В таких случаях и применяется понятие «система как «чёрный ящик».
Представить систему как «чёрный ящик» – значит указать её входы и выходы, а также зависимость между ними.
Если описать компьютер как «чёрный ящик», учитывая только входы и выходы системы, то получится, что входом системы являются данные программы, а выходом – итоговая информация.
Вывод: модель «чёрного ящика» представляет систему на уровне описания связей её входов и выходов.
Но в то же время, при решении вопросов, которые касаются внутреннего устройства системы, мы не можем ограничиться лишь моделью «чёрного ящика». Можно сказать, что данные, которые мы получаем при рассмотрении модели «чёрного ящика» по большей части являются лишь внешними свойствами системы.
Поэтому приходится обращаться к модели состава. Модель состава – это своеобразный список элементов системы. В данной системе не рассматриваются связи между её элементами.
Разберёмся более подробно на модели состава школы.
Любая школа состоит из администрации, учителей, учеников, учебных классов и родителей. На данной схеме мы видим пять составляющих нашей системы. Каждая из них является подсистемой со своим составом. Для этих подсистем можно также построить свои схемы состава. Например, учеников можно разделить по параллелям с первых по одиннадцатые классы. Или же учителей можно разделить на начальную и старшую школы.
Очевидно, что такой модели будет мало, если мы захотим разобраться, как функционирует школа. Но с другой стороны, она даёт более подробное представление, чем модель «чёрного ящика».
Сегодня мы узнали, что такое системный анализ, познакомились с такими моделями как модель «чёрного ящика» и модель «состава».
Модель «чёрного ящика»
Система модели «чёрного ящика»
Говоря о конкретной системе, необходимо упомянуть не только о её назначении, но и об её устройстве. Чтобы понять, что такое система и её конструкция, нужно развивать её модель, прорабатывая имеющуюся информацию таким образом, чтобы в результате получить более удобную форму модели, дополняя модель по мере необходимости нужными сведениями.
Наибольшую пользу и важность для человека несут наглядные, образные, визуальные модели. В самом определении модели ничего не говорится о её внутреннем устройстве. В силу этого можно вообразить, что модель – это прозрачный ящик, выделенный из окружающей среды. Важно заметить, что даже самая простая модель своеобразным способом может отражать два самых важных свойства системы: целостность и обособленность от среды. Более того, стоит отметить, что определение системы лишь косвенно сообщает о том, что, хотя ящик и обособлен, выделен из среды, но никак не может находится в полной изоляции.
Достигнутая цель – это запланированные заранее изменения в окружающей среде, какие-то продукты деятельности системы, которые предназначены для потребления вне её.
Другими словами, система имеет связь со средой и посредством этих связей влияет на среду. Такие связи назвали выходами системы. Стоит обратить внимание, что выходы системы в данной модели соответствуют слову «цель» в словесной модели системы.
Более того, данный термин имеет указание на наличие связей иного рода: система представляет собой средство, что даёт основание полагать о существовании возможностей её использования, воздействия на неё. Иными словами, подобные связи со средой направлены извне в систему. Их называют входами в систему.
Устройство модели «чёрного ящика»
В итоге выстраивается модель системы, которая получила название чёрного ящика. Это название ярко отражает идею о том, что в данной модели полностью отсутствует какая-либо информация о его внутреннем содержании. Суть этой модели в том, что в ней задаются, фиксируются, перечисляются только входные и выходные связи системы со средой.
В такой модели не описываются даже своеобразные стенки ящика или, границы между системой и средой. Они скорее только подразумеваются, признаются существующими.
Такая модель зачастую очень полезна, даже при условии, что внешне она очень проста, а о внутренних сведениях и вовсе ничего не известно. Практически всегда достаточно лишь содержательного словесного описания входов и выходов. Интересно, что в такой ситуации модель чёрного ящика представляет собой список именно этих факторов.
Бытовая модель телевизора такая: входы – шнур электропитания, антенна, кнопки управления на пульте; выходы – экран и звуковые колонки.
Касательно других случаев, то необходимо более детально описать количественные факторы всех входов и выходов. В стремлениях максимально формализовать модель чёрного ящика, нужно задать всего два множества X и Y и выходных переменных. Важно, что никаких других отношений между ними фиксировать нельзя, в противном случае эта система примет вид уже не чёрного ящика, а скорее прозрачного или белого.
Система и окружающая среда. Система как черный ящик
Урок 9. Информатика 6 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Система и окружающая среда. Система как черный ящик»
· взаимодействие системы и среды;
· система как «чёрный ящик».
Если взять и выделить какую-то систему из окружающей среды, то за её пределами останутся объекты, которые в неё не вошли, то есть остались в окружающей среде. Они влияют на эту систему. Сама система также влияет на эти объекты. Из этого можно сделать вывод, что система и среда взаимодействуют друг с другом.
Возьмём к примеру класс Антона 6 «А». Рассмотрим его в качестве системы, а все остальные классы и учителя школы будут относится к среде этой системы.
Входы системы – это воздействие среды на систему.
Выходы системы – это воздействие системы на окружающую среду.
Возьмём к примеру компьютер как систему. Он состоит из элементов: системный блок, монитор, клавиатура, мышь и т. д. Итак, входами в систему являются электричество, информация с электронных носителей, данные программ и так далее. Выходами являются – изображение, звук, преобразование информации в легко воспринимаемую для человека, излучение экрана, шум вентилятора и так далее.
Для большинства реальных систем список входов и выходов бесконечен.
Есть такое понятие «Система как «чёрный ящик». Оно употребляется в том случае, если человек не знает, как устроена та или иная система «внутри» или эта система не представляет интереса. Мы можем понимать, что, например, при двойном нажатии левой кнопкой мыши на объекте он откроется. Входом будет являться нажатие клавиши мыши, а выходом – открытие документа. Но сам процесс, как это происходит в системном блоке, мы не знаем. В таких случаях и применяется понятие система как «чёрный ящик».
Представить систему как «чёрный ящик» – означает указать её входы и выходы, а также зависимость между ними. Если описать компьютер как «чёрный ящик», учитывая только входы и выходы системы, то получится, что входом системы являются данные программы, а выходом – итоговая информация.
Итак, перейдём ко второй части нашего урока.
Сегодня мы научимся рисовать изображения и редактировать готовые с помощью текстового редактора Microsoft Office Word.
Для выполнения данного задания необходимо открыть текстовый редактор Microsoft Office Word. Создадим 4 одинаковых круга. Для этого на вкладке Вставка выбираем группу Иллюстрации. В данной группе выбираем кнопку фигуры и из появившегося меню выбираем овал. Для того, чтобы у нас получился ровный круг – необходимо нажать клавишу Shift и удерживать её нажатой при рисовании. После того, как нарисовали первый круг, скопируем его три раза. Для этого нажмём комбинацию клавиш Ctrl+C, затем три раза комбинацию клавиш Ctrl+V. Расположим их так, чтобы они не мешали друг другу.
Теперь приступим непосредственно к редактированию.
Для заливки круга жёлтым цветом и выбора обводки, необходимо выделить его, нажав левой кнопкой мыши один раз на нем. На ленте появится новая вкладка Формат. Выбираем её и в группе Стили фигур выбираем заливка фигуры, в появившемся меню выбираем из стандартных цветов Жёлтый. Затем в этой же группе выбираем контур фигуры и в появившемся меню из стандартных цветов выбираем красный. Переходим ко второму кругу.
Выделяем его нажатием левой кнопки мыши. Нам необходимо применить к нему градиентную заливку на основе зелёного цвета. Для начала на вкладке Формат выбираем заливка фигуры, цвет зелёный. Затем здесь же выбираем заливку фигуры и в появившемся меню Градиентная. Затем применяем любую из понравившихся градиентных заливок, например, из светлых вариантов из центра.
Переходим к третьему кругу. Нам необходимо использовать текстурную заливку «Водяные капли» и эффект фигуры – полное отражение, касание. Выделяем левой кнопкой мыши третий круг. Затем на вкладке Формат выбираем заливка фигуры и в появившемся меню Текстура, далее стиль текстуры – Водяные капли. Выбираем эффект фигуры Отражение, затем полное отражение, касание.
Для того, чтобы сделать четвёртый круг в виде значка с изображением Антошки, необходимо для начала его выделить. На вкладке Формат в группе Стили фигур выбрать заливка фигуры, рисунок. Указываем путь к нашему рисунку, нажимаем кнопку Вставить. Выбираем контур фигуры – любой из черных оттенков. Далее выбираем эффект фигуры Рельеф, круг.
Сохраняем документ в нашей рабочей папке Круги.docx.
Приступим к выполнению задания: откроем документ Кораблик.docx. Для того, чтобы скопировать кораблик, необходимо разгруппировать рисунок. Для этого выделяем его левой кнопкой мыши. На ленте выбираем появившуюся вкладку Формат. В группе упорядочить выбираем Группировать и в появившемся меню выбираем Разгруппировать. Отменим это действие комбинацией клавиш Ctrl+Z. И воспользуемся вторым вариантом: нажмём на объекте правой кнопкой мыши, выберем пункт Группировать, затем в появившемся меню – Разгруппировать. Видим, что фон, парус и корпус корабля разделились. Теперь выделяем парус и делаем две копии с помощью комбинаций клавиш Ctrl+С и Ctrl+V. При копировании одного и того же объекта для помещения его в буфер обмена достаточно нажать один раз комбинацию клавиш Ctrl+C, а затем дважды- Ctrl+V. Таким же образом поступаем и с корпусом корабля. Соотносим парус с судном на всех кораблях. Затем уменьшаем в соответствии с рисунком. Для этого выбираем парус одного их кораблей и тянем за любой из углов. Аналогично проделываем с судном. Для сохранения пропорций, уменьшать рисунок необходимо по диагонали. Нам так же необходимо изменить цвет. Для этого снова выделяем парус и в появившейся вкладке выбираем сначала заливка фигуры, например, белый, и контур фигуры, например, оранжевый. Аналогичные действия проделываем и с корпусом данного корабля. Далее изменяем оставшиеся корабли.
Сохраняем документ в своей рабочей папке под именем Кораблики.docx.
Откроем редактор Microsoft Office Word. Для начала придумаем текст письма. Например, «Я люблю солнечную погоду и звёздные ночи. Но мне не нравится, когда на небе появляются тучи и сверкают молнии».
Теперь нарисуем человечка. На вкладке вставка в группе Иллюстрации выберем кнопку фигуры. Рассмотрим появившееся меню готовых фигур. Нарисуем голову с помощью фигуры «Улыбающееся лицо», затем тело при помощи треугольника и сердце. Изменим цвет из стандартного на любой понравившийся. Нарисуем два прямоугольника, чтобы изобразить в них солнечную погоду и ночь. Затем для изображения солнечной погоды выберем фигуру солнце, а для звёздной ночи – луну и звезды. Для увеличения количества звёзд используем комбинации клавиш Ctrl+C и Ctrl+V и сделаем их необходимое количество. Не забывайте, что при копировании одного и того же объекта достаточно один раз нажать комбинацию клавиш Ctrl+C, а затем необходимое количество раз – Ctrl+V. Теперь нарисуем тучи и молнии. Используем соответствующие фигуры. Для того чтобы показать, что это нам не нравится, используем фигуру Знак запрета. Для уменьшения начертаний знака нажимаем левой кнопкой мыши на жёлтом ромбике и, удерживая её, регулируем размер начертаний знака, как нам необходимо. Далее выбираем цвет контура и заливки – красный.
Сохраним документ под именем Письмо.
Подведём итоги. Сегодня мы научились:
· рисовать с помощью готовых фигур на вкладке Вставка;
· закрашивать фигуры различными типами заливки и выбирать цвет контура;
· изменять готовые рисунки, разгруппировывать объекты.
Система и среда взаимодействуют друг c другом.
Входы системы – это воздействие среды на систему.
Выходы системы – это воздействие системы на окружающую среду.
Представить систему как «чёрный ящик» – означает указать её входы и выходы, а также зависимость между ними.
Учитель информатики
Сайт учителя информатики. Технологические карты уроков, Подготовка к ОГЭ и ЕГЭ, полезный материал и многое другое.
§ 5. Системы объектов
Информатика. 6 класса. Босова Л.Л. Оглавление
Разнообразие систем.
Ключевые слова:
Состояние сложного, составного объекта определяется не только значениями его собственных признаков, но и состояниями объектов-частей. Например, автомобиль переходит в состояние торможения, когда нажата педаль тормоза.
Подход к описанию сложного объекта, при котором не просто называют его составные части, но и рассматривают их взаимодействие и взаимовлияние, принято называть системным подходом. При этом сложный объект называют системой, а его части — компонентами (элементами) системы.
Любой реальный объект достаточно сложен. Поэтому его можно рассматривать как систему.
Различают материальные, нематериальные и смешанные системы. В свою очередь, материальные системы разделяют на природные и технические (рис. 15).
Примеры природных систем вам хорошо известны: Солнечная система, растение, живой организм и прочее.
Технические системы создаются людьми. Примеры технических систем: автомобиль, компьютер, система вентиляции.
Примеры нематериальных систем: разговорный язык, математический язык, нотные записи.
Смешанные системы содержат в себе материальные и нематериальные компоненты. Среди них можно выделить так называемые социальные системы. Социальные системы образуют люди, объединённые одним занятием, интересами, целями, местом проживания и т. д. Примеры социальных систем: оркестр, футбольный клуб, население города.
Состав и структура системы
Любая система определяется не только набором и признаками её элементов, но также взаимосвязями между элементами. Одни и те же элементы, в зависимости от объединяющих их взаимосвязей, могут образовывать различные по своим свойствам системы. Например, из деталей одного и того же конструктора ребёнок собирает разные сооружения.
Из одного и того же набора продуктов (мясо, капуста, картофель, морковь, лук, помидоры) мама может приготовить первое (щи) или второе (рагу) блюдо.
Из молекулы одного и того же химического вещества. (углерода) состоят алмаз и графит. Но алмаз — самое твёрдое вещество в природе, а графит — мягкий, из него делают грифели для карандашей. А всё потому, что в алмазе молекулы углерода образуют кристаллическую структуру, а у графита — слоистую.
Структура — это порядок объединения элементов, составляющих систему.
Состав и структуру системы описывают с помощью схемы состава. В состав системы может входить другая система. Первую называют надсистемой, вторую — подсистемой. Имя надсистемы на схеме состава всегда располагают выше имён всех её подсистем. В этом случае говорят о многоуровневой структуре системы, в которой один и тот же компонент может одновременно быть надсистемой и подсистемой. Например, головной мозг — подсистема нервной системы птицы и надсистема, в состав которой входят передний мозг, средний мозг и т. д. (рис. 16).
Во многих случаях связь между объектами очевидна, но не сразу понятно, в составе какой надсистемы их нужно рассматривать.
Например, дорожное покрытие изнашивается оттого, что по городу ездят автомобили, автобусы, троллейбусы и прочие наземные транспортные средства. Наземные транспортные средства и дороги — составные части транспортной системы города.
Дерево может погибнуть от насекомых-вредителей, если уменьшится численность птиц. Насекомые, птицы, деревья — компоненты системы «Парк» или «Лес» (рис. 17).
Главное свойство любой системы — возникновение системного эффекта. Заключается оно в том, что при объединении элементов в систему у системы появляются новые признаки, которыми не обладал ни один из элементов в отдельности.
В качестве примера системы рассмотрим самолёт. Главное его свойство — способность к полёту. Ни одна из составляющих его частей в отдельности (крылья, фюзеляж, двигатели и т. д.) этим свойством не обладает, а собранные вместе строго определённым способом, они такую возможность обеспечивают. Вместе с тем, если убрать из системы «самолёт* какой-нибудь элемент (например, крыло), то не только это крыло, но и весь самолёт потеряет способность летать.
Система и окружающая среда
Выделив некоторую систему из окружающей среды, мы как бы проводим вокруг неё замкнутую границу, за пределами которой остаются не вошедшие в систему объекты. Эти объекты оказывают влияние на систему. Сама система также оказывает влияние на окружающую среду. Поэтому говорят, что система и среда взаимодействуют между собой.
Если, например, рассмотреть в качестве системы ученический коллектив одного класса, то весь остальной коллектив школы будет относиться к среде этой системы.
Воздействия среды на систему называют входами системы, а воздействия системы на среду — выходами системы. На рисунке 18 эти связи изображены стрелками.
Например, дерево можно выделить из окружающей среды как систему, состоящую из корня, ствола, веток и листьев. Входы этой системы — вода, солнечный свет, углекислый газ, минеральные вещества и т. д. Выходы — кислород, тень от кроны, древесина, молодые побеги и многое другое (рис. 19).
Для большинства реальных систем список входов и выходов бесконечен.
Система как «чёрный ящик»
Очень часто человек не знает, как «внутри» устроена система, с которой он имеет дело. Человеку куда важнее знать, к каким результатам на выходе приведут определённые воздействия на входе системы. В таких случаях говорят, что система рассматривается как «чёрный ящик».
Представить некоторую систему в виде «чёрного ящика» — это значит указать её входы и выходы, а также зависимость между ними. Такое описание позволяет целенаправленно использовать данную систему. Например, всякие инструкции для пользователей сложной бытовой техники являются описаниями «чёрного ящика». В них объясняется, что нужно сделать на входе (включить, нажать, повернуть и пр.), чтобы достичь определённого результата на выходе (постирать белье, получить фруктовый сок, выполнить вычисления и пр.). Однако, что при этом происходит «внутри», не объясняется.
Самое главное
Система — это целое, состоящее из частей, взаимосвязанных между собой. Части, образующие систему, называются её компонентами.
Структура — это порядок объединения элементов, составляющих систему.
При системном подходе учитывается взаимодействие и взаимовлияние всех компонентов системы.
Всякая система приобретает новые качества, которыми не обладал ни один из её элементов в отдельности (свойство системного эффекта).
Воздействия среды на систему называют входами системы, а воздействия системы на среду — выходами системы.