СЕКЦИЯ 5

СОВРЕМЕННЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

С. Андриалович

Е. Г. Ручаевская, научный руководитель

Безопасность информационных технологий

Термин "безопасность информационных технологий" (ИТ) понимается по-разному, причем чаще

всего имеется в виду какой-то один аспект этой проблемы. Например, с точки зрения производителя источников бесперебойного питания серьезную угрозу для вычислительной системы представляет нестабильность энергосети, а с позиции разработчика антивирусных программ – риск уничтожения бесценных данных. Каждый из этих аспектов, безусловно, заслуживает отдельного изучения, но для любого пользователя важно обеспечить безопасность вообще, а не только по отдельным рискам.

Перед пользователем ИТ стоят конкретные задачи – наладить определенный процесс, учет, управление, т.е. обеспечить бизнес-процесс. И если какая-либо реализация ИТ (некая совокупность вычислительных систем, средств связи, специализированного оборудования, программ и т.п.) позволяет решить эту задачу оптимальным способом, пользователь оптимально внедряет эту задачу. Но доверив бизнес-процесс информационной системе, он попадает в прямую зависимость от ее работоспособности. Эта зависимость критична ровно настолько, насколько критичен для, например, какой-либо фирмы соответствующий бизнес-процесс. Другими словами, если по любой причине оказалась неработоспособной система, отвечающая за ключевой бизнес-процесс, то это ставит под угрозу существование всей фирмы. И для потребителя безопасность внедряемых информационных технологий – эта проблема, связанная с обеспечением их правильного и бесперебойного функционирования.

Рассмотрим такое понятие, как технические средства обеспечения безопасности информационных технологий. Представления пользователя о безопасности информационных технологий, в конечном счете, сводятся в основном к допустимому времени простоя информационной системы, а точнее к времени ее восстановления. При этом ему приходится учитывать все возможные причины сбоев. В результате, явно или неявно, расходы на информационные технологии всегда включают и расходы на обеспечение их безопасности.

Рассмотрим (в самых общих чертах) средства, которые можно применять по отдельности или в сочетаниях:

"горячее" дублирование системы (полное либо ключевых компонентов). Например, два идентичных вычислительных комплекса (основной и "дубль") соединены высокоскоростной линией связи и работают синхронно. Если внезапно останавливается основной, то выполнение задачи мгновенно переключается на дубль;

"холодное" резервирование и поддержание склада запасных частей и устройств. Время восстановления исчисляется минутами – на замену неработоспособных компонентов и перезапуск системы;

аварийные сервисы различных масштабов (гарантийный и послегарантийный, обычный и расширенный, например, с предоставлением замены на время ремонта). Могут приобретаться как "в комплекте" с оборудованием и другими услугами у одного поставщика, так и отдельно у третьей стороны;

систем диагностики и контроля;

применение специализированных программных и/или аппаратных средств для защиты от хакерских атак;

подписка на антивирусное обслуживание, в том числе и с аварийным выездом специалистов;

"горячие линии" поддержки (телефонные и через Интернет) для оборудования и программного обеспечения.

Следует отметить, что применяемые в каждом конкретном случае средства (и соответствующие расходы) адекватны риску: чем больше предполагаемые потери от простоя той или иной информационной системы, тем дороже обходятся превентивные меры безопасности.

Рассмотрим некоторые аспекты защиты информации и прав субъектов в области информационных процессов и информатизации [1, с. 15].

Цели защиты.

Целями защиты являются: предотвращение утечки, хищения, утраты, искажения, подделки информации;

предотвращение угроз безопасности личности, общества, государства;

предотвращение несанкционированных действий по уничтожению, модификации, искажению, копированию, блокированию информации;

предотвращение других форм незаконного вмешательства в информационные ресурсы и информационные системы, обеспечение правового режима документированной информации как объекта собственности;

защита конституционных прав граждан на сохранение личной тайны и конфиденциальности персональных данных, имеющихся в информационных системах;

сохранение государственной тайны, конфиденциальности документированной информации в соответствии с законодательством РБ;

обеспечение прав субъектов в информационных процессах и при разработке, производстве и применении информационных систем, технологий и средств их обеспечения.

Защита информации.

1. Защите подлежит любая документированная информация, неправомерное обращение с которой может нанести ущерб ее собственнику, владельцу, пользователю и иному лицу.

Режим защиты информации устанавливается:

в отношении конфиденциальной документированной информации – собственником информационных ресурсов;

в отношении персональных.

2. Органы государственной власти и организации, ответственные за формирование и использование информационных ресурсов, подлежащих защите, а также органы и организации, разрабатывающие и применяющие информационные системы, и информационные технологии для формирования и использования информационных ресурсов с ограниченным доступом, руководствуются в своей деятельности законодательством РБ.

3. Контроль за соблюдением требований к защите информации и эксплуатацией специальных программно-технических средств защиты, а также обеспечение организационных мер защиты информационных систем, обрабатывающих информацию с ограниченным доступом в негосударственных структурах, осуществляются органами государственной власти РБ.

4. Организации, обрабатывающие информацию с ограниченным доступом, которая является собственностью государства, создают специальные службы, обеспечивающие защиту информации.

5. Собственник информационных ресурсов или уполномоченные им лица имеют право осуществлять контроль за выполнением требований по защите информации и запрещать или приостанавливать обработку информации в случае невыполнения этих требований.

6. Собственник или владелец документированной информации вправе обращаться в органы государственной власти для оценки правильности выполнения норм и требований по защите его информации в информационных системах. Эти органы соблюдают условия конфиденциальности самой информации и результатов проверки.

В заключении отметим, что информатизация общества – это глобальный социальный процесс, особенность которого состоит в том, что доминирующим видом деятельности в сфере общественного производства является сбор, накопление, продуцирование, обработка, хранение, передача и использование информации, осуществляемые на основе современных средств микропроцессорной и вычислительной техники, а также на базе разнообразных средств информационного обмена. Регулировать отношения, возникающие при формировании и использовании информационных ресурсов, целесообразно на основе создания, сбора, обработки, накопления, хранения, поиска, распространения и предоставления потребителю документированной информации; создании и использовании информационных технологий и средств их обеспечения; защите информации, прав субъектов, участвующих в информационных процессах и информатизации.

Библиографический список 1. Закон Республики Беларусь. Об информации, информатизации и защите информации от 10 ноября 2008 г. № 455-з..

А. С. Барсук, А. В. Мойсенович Ю. А. Скудняков, научный руководитель Автоматизированная система поиска и просмотра результатов исследования микро- и наноструктур твердых веществ Информационные технологии широко применяются в научных исследованиях. Например в Институте тепло- и массообмена имени Лыкова персональные компьютеры используются для управления и обмена информацией с атомным силовым микроскопом. Данный микроскоп используется для исследования поверхностей твёрдых веществ. Управление атомным силовым микроскопом производится посредством специальной сканирующей программы, которая сохраняет информацию о поверхности исследованного объекта в файле формата SPM. После завершения процесса сканирования поверхности, данные из SPM-файла анализируют сотрудники лаборатории при помощи специальных программ. Один и тот же файл может ещё неоднократно использоваться в процессе других исследований.

Для облегчения процесса поиска данные файлы необходимо хранить на едином сервере. К каждому файлу должна прилагаться дополнительная информация, хранимая в базе данных. Для проведения поиска файлов и просмотра информации о них разработано специальное web-приложение.

Данное приложение должно включать в себя поисковую систему, средства навигации по результатам поиска, возможность редактирования и загрузки файлов, а также разграничение прав доступа пользователей к функциям.

Система просмотра и поиска SPM-файлов обладает следующими функциями: загрузка SPMфайлов и формирование изображения сканированной поверхности; редактирование информации о файлах; удаление файлов; поиск по названию, описанию, тегам и названию материалов; фильтрация результатов поиска по имени автора изображения и режиму сканирования; сортировка по дате загрузки, дате создания, названию файла и названию материала; постраничная навигация по результатам поиска; просмотр информации об SPM-файле.

Для получения доступа к приложению необходимо пройти авторизацию.

Алгоритм авторизации: пользователь вводит логин, пароль и нажимает кнопку «Войти»; сервер получает для введённого логина зашифрованный пароль из базы данных пользователей; сервер сверяет пароль из базы данных с введённым паролем; если введённый пароль не соответствует паролю в базе данных, то сервер перенаправляет пользователя на страницу входа для повторения авторизации (шаг 1);

если введённый пароль соответствует паролю в базе данных, то сервер проверяет привилегии пользователя в базе данных и формирует для него главную страницу приложения в соответствии с доступными для пользователя функциями; сервер перенаправляет пользователя на главную страницу.

На главной странице находится список SPM-файлов, панель инструментов, панель постраничной навигации, панель поиска, панель фильтрации.

Панель поиска позволяет формировать поисковые запросы к серверу. Поиск можно производить по названию файла, названию материалов, описанию и тегам. Результатом поиска является список SPMфайлов. Для того, чтобы получить список всех файлов, параметры поиска должны оставаться пустыми.

Алгоритм поиска: авторизация; ввести при необходимости название файла или его часть в поле «Название файла»; ввести при необходимости название материала или его часть в поле «Название материала»; ввести при необходимости теги поиска; ввести при необходимости полное или частичное описание файла; нажать на кнопку «Найти»; браузер пользователя отправляет фоновый запрос к серверу, передавая ему параметры поиска. если все параметры пусты, то сервер получает количество записей в таблице SPM-файлов, делит его на 10, получая количество страниц и возвращает первые десять файлов, загруженных на сервер с количеством страниц; если параметр имени файла не пуст, то он добавляется в условие выборки; если параметр комментария не пуст, то он добавляется в условие выборки; если параметр названия материала не пуст, то он добавляется в условие выборки; если параметр тегов не пуст, то он добавляется в условия выборки; осуществляется запрос на выборку к базе данных; подсчитывается количество страниц для полученного списка; сервер возвращает количество страниц и список из первых 10 элементов, удовлетворяющих условиям поиска.

Фильтрация осуществляется по режимам сканирования и по авторам изображений. Фильтрация позволяет отобразить только те элементы списка, которые соответствуют определённому критерию.

Список SPM-файлов (рисунок 1) формируется на основании поискового запроса. Список содержит уменьшенное изображение сканированной поверхности, название файла, название материала, дата создания изображения и теги. Его можно отсортировать по дате создания, выборе SPM-файла в списке загружается подробная информация о нём, которая включает изображение поверхности сканированного вещества, название файла, дата Панель постраничной навигации позволяет просматривать список SPM-файлов, превышающий 10 файлов.

Алгоритм работы постраничной навигации: авторизация; осуществить поиск нужных файлов в базе данных; выбрать номер страницы; сервер определяет последнюю запись предыдущей страницы и производит выборку последующих десяти последующих записей; сервер возвращает список записей, полученных на шаге 4.

На панели инструментов размещены кнопки операций над файлами. Панель инструментов формируется исходя из привилегий в системе, которые администратор задал пользователю. На панели инструментов могут размещаться следующие кнопки: загрузить SPM-файл в базу данных, сохранить SPM-файл на жёстком диске ПК, редактировать запись о файле и удалить файл и записи о нём из базы данных.

Алгоритм загрузки файла в базу данных: авторизация; выбрать функцию «Загрузка файла в базу данных» на панели инструментов; в появившемся окне (рисунок 2) нажать на кнопку «Открыть SPMфайл»; выбрать SPM-файл на жёстком диске ПК; ввести название материала; выбрать режим сканирования; ввести теги; ввести имя автора файла; ввести краткое описание; нажать кнопку «Сохранить»;Сервер обрабатывает загруженный SPM-файл, извлекая из него изображение поверхности и данные о размерах поверхности; сервер перенаправляет пользователя на главную страницу; информация о новом файле загружается в список SPM-файлов, если он удовлетворяет введённому ранее поисковому запросу.

Алгоритм сохранения SPM-файла на жёстком диске: авторизация; осуществить поиск нужных файлов в базе данных; выбрать нужныйSPM-файл в списке; выбрать функцию «Загрузка файла на жёсткий диск» на панели инструментов; в открывшемся окне выбрать путь для сохранения файла; нажать на кнопку Отредактировать можно название файла, название материала, выбрать другой режим сканирования, изменить описание Алгоритм редактирования записи об SPM-файле: авторизация; осуществить поиск нужных файлов в базе данных; выбрать Алгоритм удаления SPM-файлов: авторизация; осуществить поиск нужных файлов в базе данных;

выбрать нужный SPM-файл в списке; выбрать функцию «Удалить запись из базы данных» на панели инструментов; сервер удаляет SPM-файл и изображение поверхности; сервер удаляет запись из базы данных; сервер перестраивает список SPM-файлов на главной странице, исключая удалённые записи.

Заключение Разработанное приложение автоматизирует процесс поиска необходимых SPM-файлов, обеспечивает научных сотрудников всей информацией об SPM-файлах, автоматически извлекает их содержимое и позволяет управлять хранилищем SPM-файлов.

1. Филиппов. Автоматизация управления удаленным микроскопом: Орел, 2012 г.

2. Дедяева, Пашкович. Спецификация к SPM-Storage: Минск, 2012 г.

Вопросы шифрования данных для защиты информации В связи с бурным развитием международной глобальной сети Internet и массовым применением компьютерных информационных технологий, сегодня остро стоит вопрос о необходимости защиты информации во многих областях человеческой деятельности, наиболее важными из которых являются:

системы тайного электронного голосования, электронные деньги, защита от отказа факта приема сообщения, одновременное подписание контракта, защита документов и ценных бумаг от подделки и др.

В докладе рассматривается ряд проблемных вопросов проектирования и применения информационных технологий в защите информации. Наибольшее внимание в докладе уделено следующим вопросам:

1. Классификация алгоритмов шифрования, их достоинства и недостатки.

2. Общие вопросы шифрования данных.

3. Анализ симметричных алгоритмов шифрования – DES и ГОСТ 28147-89, оценка наиболее значемых особенностей для криптостойкости алгоритма.

Криптография является одним из основных средств защиты информации, она изучает методы преобразования информации, обеспечивающие ее конфиденциальность и аутентичность.

Под конфеденциальностью понимается невозможность получения информации из преобразованного массива без знания дополнительной информации. Аутентичность информации состоит в подлинности авторства и целостности.

В процессе изучения научной литературы было выявлено,что по степени защиты информации, как отношение стоимости взлома к стоимости защиты, криптографические методы далеко превосходят все прочие (препятствия, управление, маскировка, регламентация, принуждение, побуждение).

Все алгоритмы шифрования (криптосистемы) подразделяются на симметричные и асимметричные. В симметричных криптосистемах для зашифрования и для расшифрования используется один и тот же ключ. Такой ключ является потенциально небезопасным.

В асимметричных алгоритмах шифрования для зашифровывания информации используют один ключ (открытый), а для расшифровывания – другой (секретный). Эти ключи различны и не могут быть получены один из другого. Главный недостаток шифрования с открытым ключом состоит в том, что оно требует интенсивной вычислительной обработки.

В самых высокопроизводительных и надежных криптографических системах применяются алгоритмы шифрования и с открытым, и закрытым ключом. Такое сочетание позволяет воспользоваться преимуществами обеих технологий. Требовательные к вычислительным ресурсам криптосистемы с открытым ключом применяются для организации безопасного обмена ключами и проверки идентичности отправителя, тогда как гораздо более «скоростные» алгоритмы на основе закрытого ключа используются для шифрования данных и проверки полномочий как отправителя, так и получателя.

Общие вопросы шифрования 1. Об алгоритмах хиширования Алгоритмы хеширования выполняют необратимое преобразование данных. Это значит, что хорошо составленную функцию хеширования нельзя инвертировать, т. е. выполнить в обратном порядке, с тем, чтобы получить исходные данные. Функции хеширования обеспечивают безопасность хранения паролей. Дело в том, что операционные системы, как правило, сохраняют не сами пароли в виде открытого текста, а значение функции хеширования пароля, которое именуют также производной пароля. Когда пользователь пытается получить доступ, операционная система сопоставляет хранимую производную пароля с подобным же образом преобразованными данными клиента. При совпадении производных доступ предоставляется.

2. О важности размера ключа Чем больше длина ключа (выражаемая в битах), тем больше времени потребуется для того, чтобы с помощью простого подбора вариантов получить ключ, дешифрующий сообщение. 56-разрядный ключ требует перебора большого, но отнюдь не «запредельного» количества комбинаций, так что злоумышленник, имеющий доступ к солидному парку параллельно работающих компьютеров, сможет декодировать зашифрованное с помощью этого ключа сообщение всего лишь за несколько минут. Если же длина ключа составляет 128 бит, это время увеличивается в 4,7 секстиллиона (4,7*1021) раз.

3. Так ли надежны уже опубликованные алгоритмы (прим. DES, ГОСТ 28147-89, Rijndael) Криптограф всегда должен следовать правилу Керкхоффа: весь механизм шифрования кроме значения секретного ключа, известен криптоаналитику противника (часто это правило формулируется так: стойкость шифра должна определяться только секретностью ключа). Поэтому взлом алгоритма не зависит от его известности.

4. Вопрос об абсолютно стойких шифрах Клод Шеннон в своих трудах ввел понятие стойкости шифра и показал, что существует шифр, обеспечивающий абсолютную секретность. Им может быть, например, шифр Виженера при условии использования бесконечно длинного ключевого слова и абсолютно случайному распределению символов в этом слове. Очевидно, что практическая реализация такого шифра невозможна (в большинстве случаев - экономически невыгодна), поэтому обычно рассматривают практическую стойкость шифра, численно измеряемую временем (либо числом элементарных операций), необходимым на его взлом.

5. Режимы блочных шифров ECB, CBC, OFB, CFB.

ECB – Electronic Code Book Mode (режим электронной кодовой книги, режим простой замены).

В этом режиме все блоки текста шифруются независимо, на одном и том же ключе, в соответствии с алгоритмом. Является простейшим режимом шифрования.

SM – Stream Mode (поточный режим, режим гаммирования). В этом режиме открытый текст складывается по модулю 2 с гаммой шифра. Гамма получается следующим образом: при помощи генератора формируется предварительная, которая подвергается зашифрованию в режиме ECB, в результате чего и получается основная гамма, с которой складывается открытый текст. Если последний блок неполный (его длина меньше стандартного), берется только необходимое количество бит гаммы.

CFB – Cipher Feedback Mode (гаммирование с обратной связью). В этом режиме открытый текст также складывается по модулю 2 с гаммой шифра. Гамма получается следующим образом: сначала шифруется (в режиме ECB) синхропосылка. Результат шифрования складывается по модулю 2 с первым блоком открытого текста и снова подвергается зашифрованию. Полученный результат складывается со вторым блоком открытого текста и т.д.

OFB – Output Feedback Mode (гаммирование с обратной связью по выходу). Здесь сначала зашифрованию подвергается синхропосылка. Результат складывается по модулю 2 с первым блоком открытого текста – получается первый блок шифртекста. Далее, результат шифрования с предыдущего шага шифруется еще раз и складывается со следующим блоком открытого текста. Таким образом, гамма шифра получается путем многократного шифрования синхропосылки в режиме ECB.

CBC – Cipher Block Chaining Mode (режим сцепления блоков). В этом режиме очередной блок открытого текста складывается по модулю 2 с предыдущим блоком шифртекста, после чего подвергается зашифрованию в режиме ECB. Для самого первого блока "предыдущим блоком шифртекста" является синхропосылка. Если последний блок открытого текста неполный - он дополняется до необходимой длины.

В ходе исследования также были выявлены основные причины стандартизации алгоритмов ГОСТ 28147-89 в России и DES в США, описана криптостойкость каждого этапа шифрования в алгоритме, изучены и выявлены основные режимы работы алгоритмов, проведен анализ путей взлома алгоритмов ГОСТ 28147-89 и DES.

Теория криптографических алгоритмов в большенстве случаев описана сложно и тяжело воспринимаются. В связи с этим было разработано программное средство «Обучающий программный комплекс по шифрованию данных», который дает наглядное представление по работе вышеперчисленных алгоритмов. В комплексе предусмотрена практическая реализация алгоритмов шифрования, следовательно программное средство можно использовать для шифрования (дешифрования) личных данных, а также имеется обучающий раздел, который содержит не только теоретическое описание, но и визуализирует работу вышеперечисленных алгоритмов.

При разработке программного средства «Обучающий программный комплекс по шифрованию данных» за основу было взято личностно-ориентированное обучение, которое позволяет пользователю (студенту) изучать материал в соответствие с его физиологическими и психологическими особенностями, в удобное ему время.

Применение данного программного средства в процессе обучения, позволит добиться преподавателю достаточного уровня знаний у студентов (обучающихся) по вопросам криптографии, предоставит восможность протестировать знания, используя встроенную систему тестирования, а также включить в процесс обучения всех студентов (обучающихся), учитывая их индивидулальный тем работы.

1. Брассар Ж. Современная криптология: пер. с англ. – М.: Издательско-полиграфическая фирма ПОЛИМЕД, 1999. – 176с. илл.

2. Шнайер Б. Прикладная криптография. Протоколы, алгоритмы и исходные тексты на языке С.// пер. с англ.: B. Schneier. Applied Cryptography: Protocols, Algorithms. and Source Code in C. John Wiley & Sons, Inc. 1994.

Программное средство «Распознавание цифр с помощью нейронной сети»

Информационные технологии широко применяются в области искусственного интеллекта (далее – ИИ). Нейронные сети – это одно из направлений исследований в области ИИ, основанное на попытках воспроизвести нервную систему человека. А именно: способность нервной системы обучаться и исправлять ошибки, что должно позволить смоделировать, хотя и достаточно грубо, работу человеческого мозга. Обучение нейронной сети в первую очередь заключается в изменении «силы» синаптических связей между нейронами.

Данное программное средство реализует задачу распознавания цифр. Распознавание цифр происходит в процессе обучения нейронной сети. Для обучения выбран метод «Обучение без учителя».

Это значит, что нейронная сеть сама корректирует веса синаптических связей, анализируя заранее подготовленные изображения цифр.

Таким образом, основная функция данного программного средства – максимально точное распознавание цифр, используя при этом процесс обучения нейронной сети без учителя.

На рисунке 1 представлено главное окно программы.

Входными информацией для программного средства «Распознавание цифр с помощью нейронной сети» является массив пикселей, состоящий из 0 и 1 (0 – белый цвет, 1 - черный), полученный из области для рисования цифры. Также массив пикселей может быть получен из заранее подготовленных изображений, хранящихся в формате JPG, использующихся при обучении нейронной сети (Рисунок 2).

Вместе с массивом пикселей на вход подается количество циклов обучения для нейронной сети.

Рисунок 2. Примеры изображений для обучения нейронной сети Выходной информацией является цифра, которую распознала нейронная сеть.

Алгоритм работы с программой При начале работы с программой сеть необучена. Веса синаптических связей инициализированы случайными значениями. Пользователь выбирает количество циклов обучения и нажимает кнопку «Обучить». В процессе обучения веса связей корректируются, и сеть распознает правильную цифру с большей вероятностью.

Если вероятность распознавания цифры мала, сеть нужно обучать дальше. После нескольких таких циклов обучения сеть практически точно будет распознавать цифры.

Использование информационных технологий в АРМ Мы живем на стыке тысячелетий, когда человечество вступило в эпоху новой научнотехнической революции. К концу двадцатого века люди овладели многими тайнами превращения вещества и энергии и сумели использовать эти знания для улучшения своей жизни. Но кроме вещества и энергии в жизни человека огромную роль играет еще одна составляющая – информация. Это самые разнообразные сведения, сообщения, известия, знания, умения.

В середине нашего столетия появились специальные устройства – компьютеры, ориентированные на хранение и преобразование информации. Произошла компьютерная революция.

С появлением ЭВМ, появляются новые науки, которые призваны изучать колоссальные возможности компьютеров и возможности их использования с целью облегчения человеческого труда. Появляется новый вид технологий – информационные, т.е. технологии переработки информации на базе компьютерных вычислительных систем. К ним относятся процессы, где "исходным материалом" и "продукцией" является информация.

Разумеется, перерабатываемая информация связана с определенными материальными носителями и, следовательно, эти процессы включают также переработку вещества и переработку энергии.

Но, последнее, не имеет существенного значения для информационных технологий. Главную роль здесь играет информация, а не её носитель.

Сегодня невозможно представить отрасль человеческой деятельности, в которой бы не применялись ЭВМ. К компьютерам применяют всё более высокие требования и это заставляет специалистов совершенствовать технологии обработки информации. Чем шире использование ЭВМ, тем выше их интеллектуальный уровень, тем больше возникает видов информационных технологий.

Технология как строго научное понятие означает определенный комплекс научных и инженерных знаний, воплощенный в способах, приемах труда, наборах производственно-вещественных факторов производства [1, с. 111]. Современные информационные технологии (СИТ) – совокупность методов и средств получения и использования информации на базе вычислительной и информационной техники, с широким применением информационных методов.

В СИТ выделяют три составляющие: аппаратное обеспечение (средства вычислительной техники и оргтехники – hardware); программное обеспечение (прикладное и системное программное обеспечение, методическое и информационное обеспечение – software); организационное обеспечение (включая человека в системы информационных технологий, взаимодействие человека с этими системами, системное использование технических и программных средств – orgware).

Как мы отмечали выше, информационные технологии применяются практически повсюду. Технологии образования, планирования и управления, научных исследований и разработок, экспериментов, проектирования, и др. сегодня не обходятся без участия компьютеров.

Как производственные, так и информационные технологии возникают не спонтанно, а в результате технологизации того или иного социального процесса, т.е. целенаправленного активного воздействия человека на ту или иную область производства и преобразования её на базе машинной техники.

Чем шире использование ЭВМ, тем выше их интеллектуальный уровень, тем больше возникает видов информационных технологий. Информационной технологии присущи следующие свойства:

- высокая степень расчленённости процесса на стадии, что открывает новые возможности для его рационализации и перевода на выполнение с помощью машин, это важнейшая характеристика машинизированного технологического процесса;

- системная полнота (целостность) процесса, который должен включать весь набор элементов, обеспечивающих необходимую завершенность действий человека при достижении поставленной цели;

- регулярность процесса и однозначность его фаз, позволяющие применять средние величины при их характеристике, и, следовательно, допускающие их стандартизацию и унификацию. В результате появляется возможность учета, планирования, информационных процессов.

Все информационные процессы делятся на такие идентичные фазы и подпроцессы, как: прием, кодирование, передача, декодирование, извлечение, отображение информации.

Основная цель использования информационных технологий – автоматизация производственной или административной работы. В качестве основного средства автоматизации информационноуправленческой деятельности и выступают персональные ЭВМ. Свою работу, например в офисе, служащий осуществляет через реализацию различных информационных процессов, т.е. процессов получения, регистрации, накопления, преобразования, генерации, отображения и передачи информации.

Наиболее эффективно ПЭВМ используются в сочетании с разнообразными средствами связи (коммуникации). Современные средства коммуникации, разработанные для персональных компьютеров, предоставляют в распоряжение пользователей в дополнение к широким возможностям ПЭВМ как таковых возможности доступа в ЭВМ более высокого класса, подключения их в глобальные и локальные вычислительные сети. Последнее особенно важно, так как обеспечивает переход от автоматизации индивидуальной работы служащих к распределенной обработке данных в условиях взаимосвязанных автоматизированных рабочих мест (АРМ).

АРМ присущи следующие признаки:

- доступная пользователю совокупность технических, программных, информационных и др. средств;

- размещение ВТ непосредственно (или вблизи) на рабочем месте пользователя;

- возможность создания и совершенствования проектов автоматизированной обработки данных в конкретной сфере деятельности;

- осуществление обработки данных самим пользователем;

- диалоговый режим взаимодействия пользователя с ЭВМ в процессе решения задач управления.

Множество известных АРМ может быть классифицировано на основе следующих обобщенных признаков:

- функциональная сфера использования (научная деятельность, проектирование, производственно-технологические процессы, организационное управление);

- тип используемой ЭВМ (микро-, мини-, макро ЭВМ);

- режим эксплуатации (индивидуальный, групповой, сетевой);

- квалификация пользователей (профессиональные и непрофессиональные);

Таким образом, АРМ в системе управления представляет собой проблемно-ориентированный комплекс технических, программных, лингвистических (языковых) и др. средств, установленный непосредственно на рабочем месте пользователя и предназначенный для автоматизации операций взаимодействия пользователя с ЭВМ в процессе проектирования и реализации задач.

1. Ушилов С.С. Информационные технологии. / Учебное пособие. – М.: СПб, 2010. – 118 с.

Использование IT-технологий в распознавании ДНК На каждом этапе работы молекулярный биолог сталкивается с применением информационных технологий. Молекулярная биология изучает такие молекулы как ДНК, РНК и белки. Такие объекты изучения нельзя потрогать руками, нельзя увидеть невооруженным глазом. Поэтому практически все методы, которые используются в молекулярной биологии, связаны с использованием информационных технологий (ИТ).

Любой молекулярно-биологический эксперимент можно разделить на три стадии: планирование эксперимента, его проведение и анализ полученных результатов. На той или иной стадии молекулярный биолог сталкивается с использованием ИТ-инструментов, будь то пакет Microsoft Office и глобальная сеть «Интернет» или же программное обеспечение для приборов, используемых в молекулярно-биологической лаборатории. Также стоит отметить применение различных графических редакторов и программ для моделирования не только макромолекул, но и целых процессов протекающих на молекулярном уровне.

Молекулярная биология – это комплекс биологических наук, изучающих механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации, строение и функции нерегулярных биополимеров (белков и нуклеиновых кислот). Поскольку ДНК является материальным носителем генетической информации, молекулярная биология значительно сблизилась с генетикой, и на стыке образовалась молекулярная генетика, являющаяся одновременно разделом генетики и молекулярной биологии. Для анализа генетической информации привлекается вычислительная техника, в связи с чем появились новые направления молекулярной генетики, которые иногда считают особыми дисциплинами: биоинформатика, геномика и протеомика.

Анализ последовательностей биологических макромолекул (ДНК, РНК, белков) является существенной частью повседневной работы современного биолога. Из-за большого размера макромолекул в подавляющем большинстве случаев такой анализ требует использования специализированных программ для просмотра аннотированных последовательностей, выявления интересующих исследователя функциональных участков, рестрикционного анализа, подбора праймеров для ПЦР и т.д. Кроме того, планирование молекулярно-биологических экспериментов in silico перед их реальной постановкой in vitro способно сэкономить время, средства и помочь избежать ошибок.

В связи с большим разнообразием возможных вариантов анализа последовательностей ДНК и потребностей молекулярных биологов в настоящее время существует значительное количество компьютерных программ, в той или иной степени эти потребности удовлетворяющих. Существующие программные решения можно разделить на две группы: крупные программные пакеты, способные выполнять всесторонний анализ последовательностей ДНК, и специализированные программы, предназначенные для решения конкретной частной проблемы. В первом случае речь идет, как правило, о наборе небольших программ (например, пакет EMBOSS) суммарно представляющих мощный аналитический инструмент, который, однако, из-за слабой связи этих программ между собой и нестандартного интерфейса не очень удобен для молекулярного биолога, не специализирующегося в области биоинформатики. Программы второй группы имеют, как правило, более привычный простой графический интерфейс и должны быть удобнее в работе (при условии реализации всех необходимых для пользователя функций). Также существуют различные web-приложения, среди которых можно, наверное, найти программы для всех мыслимых вариантов анализа последовательностей биологических макромолекул, но подавляющее большинство таких приложений является слишком узкоспециализированными [1].

WEB-приложения, используемые для анализа последовательностей ДНК. В качестве примера можно привести web-приложение Sequence Manipulation Suite. Данное приложение работает online и включает в себя множество различных программ (более 50), которые значительно облегчают работу молекулярного биолога. Так, например, программа Restriction Summary позволяет быстро определить ферменты, разрезающие определенную последовательность ДНК; программа Reverse Translate преобразует аминокислотную последовательность белков в кодирующую данный белок нуклеотидную последовательность ДНК. Программа DNA Stats при вводе нуклеотидной последовательности ДНК и РНК определяет количество каждого азотистого основания в последовательности, а также процентное соотношение нуклеотидов и пар нуклеотидов, что может быть очень полезным для расчета температуры отжига праймеров.

Преимуществом данного web-приложения является его доступность и широкий выбор программ.

Однако существует и ряд недостатков. Данное приложение не позволяет одновременно выполнять в одном окне несколько программ. Еще одним недостатком может быть то, что приложение Sequence Manipulation Suite доступно только на английском языке [1].

Компьютерная программа SQ для редактирования и анализа биологических последовательностей.

Приложение SQ было разработано преподавателями кафедры молекулярной биологии биологического факультета БГУ, доцентом, к.б.н. Николайчиком Е. А. и к.б.н. Валентовичем Л.Н.

SQ – редактор последовательностей ДНК, предназначенный для создания, редактирования и анализа последовательностей ДНК, а также для моделирования экспериментов молекулярного клонирования и ПЦР. Простота и удобство интерфейса были одной из основных целей при разработке программы SQ. Для достижения этой цели в SQ реализованы поддержка альтернативных языков интерфейса, удобная панель инструментов и использование вкладок вместо отдельных окон для отображения результатов анализа последовательности.

Программа SQ использует классификацию стандартных функциональных участков последовательностей ДНК, принятую в формате GenBank и таблицы генетического кода, опубликованные на сайте NCBI.

При помощи программы SQ можно выполнить следующие операции:

• Получить обратную, комплементарную или обратно-комплементарную цепь ДНК;

• Поиск промоторных, операторных и прочих последовательностей;

• Создание, отображение и редактирование аннотации последовательности ДНК;

• Трансляция нуклеотидных последовательностей и поиск открытых рамок считывания;

• Рестрикционный анализ;

• Виртуальное клонирование;

• Проверка праймеров для ПЦР.

Программа SQ является сегодня единственной, предназначенной для анализа нуклеотидных последовательностей и симуляции молекулярного клонирования программой с русскоязычными (а также белорусскоязычными) интерфейсом и документацией [1].

Программа RasWin для просмотра 3D молекул. Данная программа находится в свободном доступе в глобальной сети «Интернет». RasWin позволяет просматривать изображения молекул в формате.pdb. Файлы в данном формате можно найти в базе данных Protein Data Base (PDB). Для того чтобы найти интересующую структуру необходимо в окне поиска набрать код структуры или название, например, 132L - лизоцим. В открывшемся окне, найти ссылку на файл.pdb, который откроется в окне браузера. Далее необходимо скопировать весь текст в блокнот и сохранить как name.pdb (изменить при сохранении 'текстовые файлы' на 'все файлы', для того, чтобы изменить разрешение).

Пользовательский интерфейс достаточно прост. При помощи RasWin макромолекулы можно представить в различных вариациях. Также в данной программе предусмотрен выбор цветов для отдельных групп атомов, которые составляют макромолекулу. Полученные 3D изображения можно сохранить в форматах.bmp,.gif,.epsf,.ppm и.rast [1].

Современную науку трудно себе представить без информационных технологий. В данной работе были рассмотрены методы использования ИТ в молекулярной биологии. Постановка многих экспериментов в молекулярной биологии была бы крайне затруднительна без использования компьютерных устройств и программного обеспечения.

1. http://kk.convdocs.org/docs/index-212087.html Электронное учебное пособие с использованием методов трехмерного компьютерного моделирования Переход современного общества к эпохе информатизации выдвигает в качестве одной из основных задач системы профессионального образования – формирование основ информационной культуры будущего специалиста. Реализация этой задачи невозможна без включения информационной компоненты в систему профильного, в том числе, инженерного образования.

Современные условия требуют подготовки учащихся и студентов к быстрому восприятию и обработке поступающей информации, успешному ее отображению и использованию.

Современное образование подразумевает использование различных форм и методов организации учебного процесса. Одной из интересных областей современной образовательной науки является использование электронных учебников.

На сегодняшний день широкое распространение получили средства мультимедийного представления информации. Это также повлияло на создание и использование электронных средств обучения в учебном процессе. Однако ни один электронный учебник не позволяет пользователю на полном уровне интерактивно взаимодействовать с контентом.

Предлагаемое программное средство представляет собой наглядный пример применения трехмерного моделирования в изучении общеобразовательных и профильных дисциплин. 3D модели призваны помочь учащимся и студентам в восприятии и усвоении информации. Часто при изучении учебного материала обучаемые вынуждены работать с информацией на абстрактном уровне, что требует наличие навыков работы по данной специальности и хорошо развитого воображения.

Разработанное учебное пособие является средой для представления трехмерных моделей с их последующим визуальным анализом, а так же позволяет пользователю наиболее эффективно работать с моделируемым объектом и примитивами (простейшими геометрическими фигурами) при его просмотре. В качестве примера для создания было решено выбрать такую дисциплину, как инженерная графика. Представление тел в проекциях является трудным для понимания разделов инженерной графики. Данное программное средство позволяет решить этот вопрос, позволяя подробно рассмотреть моделируемый объект с любого ракурса.

Электронные учебники должны содержать только необходимый минимум текстовой информации, так как воспринимать ее с экрана компьютера не всегда удобно. Гипертекстовые ссылки позволяющие получить контекстную помощь позволяют изучать материал не линейно, а в той последовательности, которая удобна и интересна студенту. Использование визуализированных моделей делает учебник более понятным и доступным. Основное же в электронном учебнике – мультимедийная демонстрация явлений и процессов, которые трудно или не возможно представить в воображении. Немаловажным фактором является открытость учебника, то есть возможность его модернизировать, вносить новый материал. Такими свойствами должны в идеале обладать электронные учебники.

К основным приемуществам данного типа электронных учебников можно отнести:

интуитивно-понятный интерфейс;

кроссплатформенное программное обеспечение;

не требует дополнительно установленных плагинов;

требует минимальных навыков работы пользователя с ПК;

развивает воображение и творческое мышление;

может быть использовано в качестве онлайн ресурса.

Однако имеются и некоторые недостатки, к которым можно отнести следующие:

для создания моделей, требуется профессиональное программное обеспечение;

для создания моделей, потребуется хорошие знания программ, для построения трехмерных изображений.

Способ трехмерного представления материала может быть использован как в обучении, так и в других сферах сферах человеческой деятельности.

Электронный учебник должен максимально облегчить восприятие, понимание и усвоение учебного материала (причем активное, а не пассивное), вовлекая в процесс обучения иные, нежели обычный учебник, возможности человеческого мозга, в частности, слуховую и зрительную память, воображение, мышление.

Электронные учебно-методические пособия не заменяют, а дополняют информацию, изложенную в «бумажных» учебниках, позволяют значительно упростить рутинную работу преподавателя, минимизировать оснащение занятия, а также существенно расширяют возможности для развития творческого мышления, воображения.

или новый, современный способ коммуникации Сегодня мир изменчив как никогда раньше. Объем научной информации удваивается каждые месяцев. Уже тяжело быть в курсе событий и трендов, просто ежедневно читая газету. Получается, что из-за большого потока информации, который необходимо переработать, каждый человек – это эпицентр информации. В IT эта проблема решается с помощью «гибких методологий разработки» [1].

Гибкая или align методология – это способ разработки программного средства, при которой разработчик получает оперативную обратную связь и как следствие, может безболезненно вносить изменения в проект.

Получается, что с одной стороны заказчик хочет бы в курсе процесса разработки, с другой стороны все участники рабочего процесса должны знать где они находятся сейчас, и что будут делать завтра или послезавтра.

Первоначально разработчикам приходилось писать отчеты о проделанной работе. То есть в конце месяца получалась много информации на основании которой аналитический отдел строил свои прогнозы. После чего уже аналитики писали отчеты о проделанной работе.

А ведь часто внешние условия изменяются, это влияет и на процесс разработки. Гибкие методологии позволяют быстро адаптироваться к данным изменениям и продолжать продуктивно работать над проектом.

Сегодня это проявляется во всех сферах жизни, но получило широкое распространение, как один из компонентов IT-разработки.

Можно выделить основные принципы гибких методологий [2]:

- итеративность; - планирование; - предсказуемый результат; - регулярное живое общение; - простота; - быстрая реакция на изменения; - регулярная обратная связь; - мотивированность.

Итеративность означает, что любая задача должна быть краткосрочной и решаться в рамках одной итерации. Если же задача большая, то ее необходимо разбить на подзадачи и снова решать их в рамках одной итерации. Максимальное время одной итерации не должно превышать двух недель.

Это результативно, потому что по окончании итерации можно увидеть результат: прогресс или регресс. Это позволяет реально оценивать разработчику свои силы, а заказчикам выполнение задач.

Планирование ставить четкие цели для всех участников процесса разработки. Цели ставятся не только краткосрочные, как итерация, но и долгосрочные. Это позволяет фокусироваться на решении проблем, оценивать возможности и расставлять приоритеты.

Предсказуемый результат выходит из первый двух принципов. Зная, как проходят итерации, и какие поставлены задачи, можно уверенно сказать, что получится при ее прохождении. Таким образом можно итеративно отслеживать результат.

Регулярное живое общение позволяет держать всех в курсе текущих событий. Тогда люди чувствуют себя в команде, у них появляется четко выраженная ответственность за весь проект, а не только свой кусочек работы. И еще это сближает людей и помогает им лучше взаимодействовать в дальнейшей работе над проектом.

Простота заключается в отсутствии досконального планирования и отсутствии лишних промежуточных действий. Например, подробная разработка одного концепта занимает несколько недель, за это время можно разработать несколько примерных макетов концепта, а потом на его основе строить один, но подробный. Если же вы будете подробно разрабатывать все концепты, вы просто потеряете время зря.

Быстрая реакция на изменения позволяет моментально изменять текущие задачи в зависимости и желания заказчика, а также внешних или внутренних факторов, влияющих на процесс разработки.

Регулярная обратная связь. Гибкие методологии подразумевают, что после первой итерации заказчик увидит работающую демо-версию программы с некоторой рабочей функциональностью.

Заказчик может моментально внести изменения. После еще нескольких итерация, обычно от четырех до восьми, запускается бета-версия продукта для пользователей, и уже на основании обратной связи от них вносятся изменения в задачи и процесс разработки.

Мотивированность заключается в том, что нет необходимости проверять работу каждого участника команды. Она сама распределяет задачи и ответственность внутри группы разработчиков. А это гарантирует качество и производительность, потому что каждый отвечает за качество выполненной работы. Поэтому каждый мотивирован выполнять свою работку как можно лучше и продуктивнее.

Можно рассмотреть еще несколько принципов, но они являются вторичными и выбираются каждой командой разработчиков под себя, то есть не считаются общепринятыми.

Сегодня самые распространенные гибкие методологии – Scrum и Kanban.

Scrum – это регбийное понятие, означающее схватку, которая начинается при остановке игры или при нарушении правил. Как подход, впервые был описан в 1986. Первоначально означал проекты, над которыми работают небольшие команды из специалистов различного профиля, что приводило к лучшим результатом и называлось «подходом регби» [3].

Сегодня scrum – это методология управления проектами, активно применяющаяся при разработке информационных систем для гибкой методологии разработки программного обеспечения. В таком виде был описан в 2001 году в книге Кена Швабера и Майка Бидла.

Scrum – это набор принципов, на которых строится процесс разработки, позволяющий в жестко фиксированные небольшие временные итерации (спринты), предоставлять конечному пользователю работающее программное обеспечение с новыми возможностями, для которых определен наибольший приоритет.

Возможности разрабатываемого продукта, реализуемые в новом спринте определяются в начале данного спринта, на этапе его планирования и не могут изменяться на всем его протяжении. Но в тоже время строго фиксированная, небольшая длительность одного спринта придает процессу предсказуемость и гибкость.

При данной подходе время отведенное на один спринт варьируется от двух до четырех недель.

В отдельных случаях не должна превышать шести недель (спринт такой длительностью используют в компании Nokia).

Kanban – это методология которая пришла из Японии, где впервые нашла применение на производстве Toyota. Принципы данной системы были описаны в книге Тайити Оно «Производственная система Тойоты», которая была переведена и на русский язык. Так мы с ней и познакомились [4].

Термин kanban имеет дословный перевод: «kan» - видимый, визуальный, и «ban» - карточка, доска. Перевод названия полностью раскрывает сущность данной гибкой методологии.

Разработки данным методом происходит вокруг визуальной доски, которая используется для управления незаконченной работой. Доска используется для прикрепления заданий слева-направо.

У самого левого края расположена колонка целей. Эти цели глобальные и команда понимает, чего надо достигнуть в процессе разработки.

Следующая колонка хранит очередь историй готовых к запуску. Очередь потому что истории, которые в ней хранятся упорядочены по времени поступления. Первая пришедшая история будет начата раньше всех, при этом она переместится в другую колонку, а остальные истории сместятся на одну позицию вверх по очереди.

Справа от историй есть колонки со стадиями разработки, через которые должна пройти история, чтобы считаться выполненной. Названия этих колонок не фиксированы, каждая команды подбирает их под разрабатываемый проект. Обычно команда обсуждает через какие стадии должна пройти история, чтобы считаться выполненной. Также важно учитывать, что колонка – это не роль в команде, а выполнение истории.

Однако даже такие передовые методы, как гибкие методологии не всегда помогают справиться с потоком информации и организовать успешный процесс разработки. Это скажется не только на разработке программного обеспечения в IT. В не меньшей степени то повлияет и на процесс обучения.

Уже сегодня большинство студентов может ответить практически на любой вопрос воспользовавшись телефоном, а значит у него меньше мотивированности учиться самому. Зачем, если у него есть готовые ответы на все вопросы преподавателя.

Также тяжело конкурировать классно-урочной системе с локальными учебными заведениями и онлайн-школами, а также просто интернет-курсами. Получается, что можно просто найти интересную информацию, записаться на курс, пройти его, сдать экзамен и получить сертификат.

Возникает вопрос, что же делать с таким обучения. Ответ очень простой: искать новые решения в неожиданных местах.

Именно гибкие методологии, адаптированные для процесса обучения могут его кардинально изменить и замотивировать учащихся получать знания. Может быть это решение, которое работает, так как данные технологии с успехом использовались для других сфер человеческой жизни и только потом пришли в IT. Методологии которым более ста лет, лишь около десяти из них используются при разработке ПО.

1. http://sergey-valuy.com/stati/agile/ 2. http://www.hi-lo.ru/article/Agile-software-development 3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Scrum 4. http://habrahabr.ru/post/64997/ Автоматизированное построение графических изображений и загрузки результатов исследования в базу данных Целью данной работы является разработка программно-алгоритмического обеспечения процесса формирования графических изображений микро - и наноструктур твердых веществ для последующего исследования их физико-химических свойств.

Для обеспечения поставленной цели решаются задачи хранения и обработки результатов исследования структур Для обеспечения автоматизации хранения результатов исследования требуется создать информационную систему, которая будет решать задачи хранения результатов исследования.

Для обеспечения простого и удобного использования данной системы следует позаботиться об ее интеграция с другими исследовательскими программами по обработке и анализу. Решением данной задачи является разработка библиотеки динамического подключения, которая обеспечит интеграцию, а также будет осуществлять предварительную подготовку файлов перед отправкой на файловый сервер. Под первичной подготовкой подразумевается разбор многослойного SPM-файла и формирования файла формата JPEG на основании топографического слоя.

Обобщенный алгоритм построения изображения состоит из следующих шагов:

извлечение заголовка SPM файла; данный этап позволяет получить информацию о дате исследования, режиме работы микроскопа, размерах максимального слоя; извлечение из SPM-файла заголовков матриц; каждая матрица представляет собой набор; координат (x, y, z) по которым строится изображение слоя; на основании информации заголовка, определяется матрица - топография; построение изображения на основании данных полученных из матрицы топографического слоя. Координаты x и y задают положение точки в двухмерном пространстве, а z – глубину; используя градации серого цвета осуществляется построение изображения.

После построения топографии полученное изображение (рис. 1) вместе с SPM-файлом загружается на файловый сервер, а в базу данных заносится информация для осуществления быстрого поиска среди множества SPM-файлов.

Рисунок 1 – Топографическое изображение поверхности, полученное библиотекой При загрузке файлов пользователю требуется заполнить поля-описания:

название файла; дата создания файла; режим сканирования микроскопа (бывает статическим и динамическим); исследованный материал; размер изображения в точках и нанометрах; краткое описание; теги.

Разрабатываемая библиотека позволит автоматизировать заполнение информацией 4 из 7 полей, что упростит процедуру загрузки файлов на сервер. Данные будут извлекаться из SPM-файла исследования.

Для начала работы с библиотекой требуется подключить ее к программе анализа SPM файлов Surface Explorer (рис. 2). Как следствие: ограничения аппаратно-программной платформы, накладываемые на библиотеку, совпадают с ограничениями анализирующей программы.

Заключение Разрабатываемая библиотека решает проблему интеграции исследовательских программных решений с информационной системой по хранению и обработке микро- и наноструктур твердых веществ. Библиотека упрощает загрузку результатов в единую базу данных, позволит формировать топографические изображения для их просмотра, упростит работу ученых, работающих в сфере исследований физико-химических свойств при помощи атомно-силового микроскопа.

1. Филиппов, Автоматизация управления удаленным микроскопом: Орел, 2012.

2. Дедяева, Пашкевич. Спецификация к SPM – Storage: Минск, 2012.

Документально-ориентированные хранилища данных на примере MongoDB В настоящее время технологии хранения данных развиваются очень быстрыми темпами. Увеличение объемов информации, передаваемой по сети и подлежащей дальнейшему хранению с каждым годом возрастает. Классическим реляционным СУБД все чаще становится не под силу выдерживать столь высокие нагрузки. Именно эти факторы способствовали развитию идеи key-value хранилищ, которые в процессе своей эволюции перерастали полноценными СУБД.

Ключевыми понятиями документо-ориентированных баз данных являются «коллекция» и «документ». Если проводить аналогии с реляционными СУБД, такими как MySQL, MSSQL, PostgreSQL, то понятие «коллекция» будет аналогом понятия «отношение» (таблица). Понятие «документ» является аналогом понятия «кортеж» (строка) [1].

MongoDB является одной из популярнейших документо-ориентированных СУБД. Высокая производительность системы достигается за счет оптимизации внутренних механизмов организации и хранения данных, а также активного использования оперативной памяти для выполнения различных манипуляций над данными [2].

Преимущества MongoDb:

- бессхемная архитектура. Если в реляционных СУБД структура кортежей в пределах одного отношения одинакова, то в документо-ориентированных СУБД одна и та же коллекция может содержать документы разной структуры. Это делает MongoDB более гибкой в плане организации данных;

- все документы хранятся в формате JSON (JavaScript Object Notation), что делает работу с данными очень простой и быстрой с точки зрения языков программирования;

- поддержка большого количества типов данных, включая массивы и вложенные документы. Благодаря этому, в некоторой степени компенсируется отсутствие операции соединения (join);

- мощный и быстрый механизм агрегации даннных, который по своим возможностям превосходит GROUP BY с различными агрегирующими функциями в реляционных СУБД;

- отложенная запись. Позволяет выполнять запросы на вставку с очень большой скоростью. На рисунке 1 изображены результаты проведенного сравнительного теста по вставке 200 000 строк в таблицу.

Рисунок 1. Сравнительный тест на скорость вставки записей в таблицу Благодаря таким показателям MongoDB активно используется в системах, в которых осуществляется очень много запросов на вставку, например, системах логирования;

- простота при масштабировании. В MongoDB имеется два механизма масштабирования: репликация и шардинг. Суть репликация в MongoDB такая же, как и в реляционных СУБД. Шардинг в MongoDB — это метод разделения больших коллекций данных на несколько серверов (называемых кластером). И хотя шардинг может показаться схожим с секционированием реляционных баз, на самом деле они очень различаются. Важнейшее отличие от любых схем секционирования – это то, что MongoDB делает все автоматически;

- мощная и гибкая система индексирования. MongoDB, так же как и большинство подсистем хранения MySQL использует B-Tree индексы. Принцип их работы практически одинаков. Но MongoDB может индексировать кроме простых типов данных еще и массивы или вложенные документы. Кроме того, в MongoDB реализованы так называемы 2d или geo-индексы. С их помощью можно сохранять координаты каких-либо объектов и затем встроенными средствами выполнять различные расчеты;

- нет необходимости в изучении языка запросов. Для того, чтобы работать с реляционными СУБД программисту необходимо изучить язык запросов. В MongoDB в этом нет надобности. Для построения запросов используется объектная модель, знакомая подавляющему большинству программистов. Для наглядности, покажем разницу на простом запросе. Выбрать первых 100 пользователей, которым меньше 20 лет и отсортировать результат по фамилии.

Пример запроса на SQL:

FROM `users` WHERE `age` < ORDER BY `last_name` ASC LIMIT 100;

Аналогичный запрос в MongoDB может выглядеть следующим образом:

db.users.find({age: {$lt: 20}}).sort({last_name: 1}).limit(100);

- самоочищающиеся коллекции (Capped collection). Этот механизм позволяет задать фиксированный размер коллекции, по достижению которого более новые документы будут вытеснять старые.

К основным недостаткам MongoDB стоит отнести отсутствие операции соединения (join) и транзакций. Первый недостаток частично компенсируется за счет сложных типов данных, таких как массивы и вложенные документы. Но в операциях соединения в MongoDB нет необходимости. Если же она возникла, значит нужно изменять архитектуру базы данных, возможно, прибегнуть к денормализации данных. Отсутствие транзакций частично возмещается атомарностью операций над документом. Он не может быть обновлен или записан только частично. Кроме этого, в MongoDB есть ограничение на размер одного документа. Оно равно 16 Mb.

Проанализировав все достоинства и недостатки MongoDB, можно выделить основные группы задач, для которых она является отличным выбором:

- хранение разнородных данных;

- хранение данных о местоположении;

- хранение различных журналов и статистики.

В заключение хочется сказать, что выбор СУБД всегда должен зависеть от поставленных задач.

Будет некорректным сделать выводы, что какая-либо документо-ориентированная СУБД лучше реляционной. Есть категории задач, в которых лучше работают первые, в иных случаях – вторые. В современной web-разработке можно часто встретить использование сразу двух СУБД: одна реляционная (например, для обработки и хранения данных по финансовым операциям) и одна нереляционная (например, для ведения различных журналов). Поэтому важно изначально объективно оценить виды и объемы работ над данными и сделать выбор в пользу более подходящей СУБД.

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Реляционная_модель_данных – Реляционная модель данных. / Википедия. Свободная энциклопедия.

2. http://docs.mongodb.org – Документация по MongoDb.

Автоматизированная система распределения привилегий и функций между пользователями информационной системы хранения результатов исследования микро- и наноструктур твердых веществ В данной работе предлагается подход по автоматизации распределения привилегий и функций между пользователями информационной системы, хранящей результаты исследования микро- и наноструктур твердых веществ с использованием разрабатываемого программно-алгоритмического обеспечения.

Для обеспечения простого, удобного и быстрого доступа к хранилищю разультатов исследования было принято решение использовать удаленный сервер на который будут отправляться результаты исследования, а так же создать Web-приложение для максимального доступа к данному хранилищу, ограниченного только просторами сети интернет. Решением данной задачи является разработка webприложения, которое обеспечит доступ к хранилищу данных исследования, а также будет осуществлять распределение привилегий и функций между пользователями информационной системы.

Одной из самых критичных вопросов в работе каждого web-приложения является распределение функций доступных пользователю исходя из его привилегий.

Основные функции для работы с данными хранилища:загрузка файлов в базу; выгрузка файлов в SurfaceXplorer из базы; поиск файлов по заданным параметрам; экспорт файлов в формат jpeg, spm;

добавление в справочник новых значений параметров; редактирование параметров изображения;

удаление файлов из базы; просмотр изображений.

Исходя из данных функций, мы можем сделать вывод, что для корректной работы информационной системы необходимо разбить ее пользователей на разные группы, и наделяя различными привилегиями группы пользователей, мы избежим ситуацию, в которой пришлось бы распределять права доступа отдельно для каждого пользователя. Для этого мы будем использовать базу данных, в которой создадим отдельную таблицу с группами, уже наделенными различными привилегиями. В свою очередь, единственное, что придется выполнить для наделения пользователя привилегиями, это просто добавить его в ту или иную группу в базе данных.

Функции, которыми должен обладать супер пользователь (администратор информационной системы): добавить нового пользователя в систему; добавить пользователя в группу; создать группу пользователей; удалить пользователя из группы; удалить пользователя из системы; редактировать права пользователя. Поиск пользователя в информационной системе.

Рисунок 1. Функции администратора информационной системы Для управления и распределения привилегий между пользователями информационной системы необходимо создать роль супер - пользователя (администратор информационной системы). Он должен обладать правами и функциями, описанными выше. Также предполагается, что при создании нового пользователя, он будет наделен наименьшими правами и привилегиями для работы с функционалом данной информационной системы.

Интерфейс информационной системы:

Рисунок 2. Интерфейс администратора информационной системы Рисунок 3. Добавление нового пользователя и редактирование его прав Рисунок 4. Создание группы и добавление пользователей в группу Заключение Разрабатываемое web-приложение предполагает наличие супер - пользователя и возможности наделения отдельного пользователя или группы пользователей различными привилегиями, исходя из которых будет различаться возможность использования функционала данной информационной системы.

1. Филиппов. Автоматизация управления удаленным микроскопом: Орел, 2012.

Сравнительный анализ современных мобильных операционных систем.

Мобильные устройства стали неотъемлемой частью повседневной жизни и деятельности большинства людей во всем мире. Поэтому операционные системы (ОС) для мобильных устройств бурно развиваются.

В настоящее время на рынке мобильных устройств используется несколько десятков операционных систем, наиболее распространенные следующие: Apple iPhone OS, Google Android, Windows Phone, Blackberry OS, Nokia Symbian OS, Samsung Bada, Palm OS.

iOS 6, Android 4 и Windows Phone 8 оказались одними из самых быстрых ОС, они пытаются превзойти другие ОС и завоевать как можно больше потребителей. Рассмотрим подробнее данные ОС.

Интерфейс. Windows Phone 8 поддерживает систему Live Tiles («живые плитки»): это интерактивные квадраты на основном экране, представляющие различные приложения, например, музыкальный плеер или мессенджер. По сравнению с предыдущей версией Windows Phone 7, обновления в части интерфейса позволили пользователю более удобно и гибко настраивать плитки, и теперь на экран можно вместить еще больше плиток.

Android обеспечивает интерактивность посредством виджетов, которые можно размещать на экранах смартфона. В Android 4.0 по умолчанию пять экранов, но их количество может быть увеличено до семи.

Apple использует проверенный и хорошо зарекомендовавший себя подход, основанный на простоте. Интерфейс представляет набор иконок приложений, которые можно просматривать посредством прокрутки на основном экране. В iOS 6 усовершенствовано приложение Siri и есть защита некоторых зон от детей.

Возможности камеры. В Windows Phone 8 приложение для фотосъемки имеет обновленный, простой и интуитивно понятный интерфейс с маленькой кнопкой меню, которая обеспечивает доступ к различным настройкам камеры.

В системе фотосъемки на Android 4 есть разнообразные сюжетные режимы съемки, возможность настройки баланса белого и выдержки, что помогает делать качественные снимки независимо от условий. Также есть панорамный режим, редактирование фото и нулевая задержка срабатывания затвора.

Настройки фотосъемки в iOS 6 устанавливаются автоматически, среди них и включение/выключение вспышки. Фокусировка автоматическая, есть возможность панорамной сьемки.

Технология NFC (Near Field Communication) - беспроводная связь малого радиуса действия.

В Windows Phone 8 packs есть приложение Microsoft Wallet («Кошелек»), использующее встроенную технологию NFC. Она взаимосвязана с различными другими приложениями, и позволяет осуществлять платежи через различные сервисы, например, через Paypal.

Google используя такие сервисы как Android Beam и Google Wallet (сейчас доступен только в США). Первый сервис позволяет быстро обмениваться контактами, медиа-файлами и приложениями между двумя подключенными телефонами, а второй сервис хранит информацию о пластиковой карте.

В iOS 6 есть приложение Passbook. И хотя это приложение не в полной мере базируется на NFC, оно во многом выполняет те же функции, хранит различные билеты на спортивные мероприятия, в театр, на самолеты, дисконтные карты в магазины – все это хранится в одном месте, которое постоянно обновляется.

Возможности встроенного браузера. В Windows Phone 8 используется последняя версия Internet Explorer, IE10. Это позволяет WP8 удерживать неплохие позиции мобильного Интернет браузинга, при этом обеспечивая безопасность. В IE10 есть фишинг-фильтр и сервис SmartScreen, которые помогают обезопасить пользователя от действий злонамеренных вебсайтов.

В Android стандартный браузер отличается высокой безопасностью и способностью сохранять страницы для чтения офлайн и делать закладки. Также доступен Google Chrome с его многостраничностью на экране, синхронизацией истории и закладок, а также антимошеннической защитой для устройств на Android 4.

В iOS 6 браузер Safari имеет такие характеристики, как чтение офлайн и интеграцию в iCloud, с возможностью синхронизации. Кроме того, Smart App Banners, которые позволяют сайтам продвигать свои приложения, обеспечивают большую целостность всей платформе iOS.

Медиа. В Windows Phone 8 реализована поддержка карт microSD, которая обеспечивает удобное хранение и доступ к медиа файлам, а также поддерживает установку приложений с разрешением 1280 x 768 и 1280 x 720, помимо стандартных 800 x 480.

В Android расположение приложений на microSD с версии 2.2 было стандартной характеристикой, как и поддержка хранения медиа-файлов на ней. В Android 4 также есть стандартный удобный музыкальный плеер и базовый видеоплеер, позволяющий загружать видео с Google Play Store.

Отсутствие поддержки microSD Apple компенсирует тем, что компания делает устройства с большим объемом встроенной памяти. Работа с медиа файлами осуществляется посредством проводного и беспроводного доступа через iCloud к iTunes store, где можно найти много музыки и фильмов.

Поддержка планшетов. Значительный шаг в этом направлени Microsoft удалось совершить, представив Microsoft Surface. Windows Phone 8 поддерживает разрешение 1280x768, так что планшет под управлением мобильной ОС – реализованная идея.

Android 4 был представлен с самого начала как операционная система, объединяющая технологии смартфона и планшетного компьютера. Эта ОС продемонстрировала беспроблемную работу на планшетах, благодаря чему стремительно отвоевывает рынок планшетов у Apple - по прогнозам аналитиков, Android на рынке планшетов обойдёт iOS уже в этом году.

iOS тоже поддерживает планшеты - iPad. Он работает под управлением iOS 6, голосовой помощник Siri также присутствует в iPad.

Таблица 1 – Сравнение возможностей операционных систем iOS, Android и Windows Phone В заключении можно сделать вывод, что каждая из этих систем обладает рядом достоинств, которые позволят найти своего пользователя. В iOS делается упор на простоту и удобство, а также качественный сопутствующий контент – высокая покупательская способность в магазинах Apple (App Store, iTunes Store и iBookstore) гарантирует интерес разработчиков, звукозаписывающих компаний и издателей. Apple получает огромные прибыли, которые может тратить на дальнейшую разработку устройств и ПО. Android в свою очередь старается стать основной мобильной ОС, пытаясь охватить устройства всех ценовых категорий всех производителей. Система предлагает широкий функционал и хорошие возможности персонализации. Кроме того, она имеет огромный потенциал за счет многочисленных сервисов Google, таких как карты, голосовой поиск. Поскольку Windows самая молодая, система выступает в роли догоняющей. Но основные преимущества есть: это огромная аудитория пользователей ПК под управлением Windows. Microsoft старается объединить настольные и мобильные версии системы. Пользователи сильно зависят от офисного ПО, возможность нормально работать с документами на мобильных устройствах – огромное преимущество.

Основными направлениями дальнейшего развития ОС для мобильных устройств являются улучшение и упрощение пользовательского интерфейса; улучшенная графика; более широкие мультимедийные возможности; развитие набора сервисных и игровых программ; обеспечение полной совместимости с настольными компьютерами и с используемыми на них форматами файлов; продолжение и развитие использования платформы Java для мобильных устройств; все ведущие производители мобильных устройств поддерживают платформу Java, что является гарантией развития самой Javaтехнологии; развитие самих мобильных устройств: улучшение разрешения экранов, ускорение процессоров, увеличение объема памяти, реализация новых быстрых коммуникационных технологий, и поддержка этих новых возможностей в ОС для мобильных устройств.

Распределенные вычислительные сети для обработки задач пользователя В настоящее время человечество достигло определенного прогресса во многих областях научного знания, как в естественных, так и в социальных, гуманитарных и формальных науках. Как известно, по некоторым оценкам объем научной информации удваивается в среднем каждые 8 месяцев (по состоянию на 2010-2012 гг.). Все это суммарно требует огромных объемов памяти устройств хранения, и более того, колоссальных вычислительных мощностей для анализа, синтеза, классификации, прогноза, проверки и других составляющих процесса получения научных знаний.

Основной задачей науки является выработка и теоретическая систематизация новых знаний о действительности, а значит, обработка получаемых в ходе наблюдений и экспериментов данных, синтез результатов с уже имеющейся информацией и построение научной картины мира, способной логично, доказательно и лаконично описать законы и механизмы возникновения и развития познаваемой человеком действительности. И задача эта, рассматриваемая в контексте хранения и обработки информации на данный момент имеет несколько возможных подходов к решению, из наиболее известных (и частично пересекающихся между собой по используемым архитектурам и технологиям) – суперкомпьютеры и кластера, распределенные вычислительные сети, вычисления на базе GPGPU, а также так называемые «облачные» вычисления.

Суперкомпьютерами принято называть вычислительные системы огромной производительности, которые состоят из большого количества вычислительных узлов, объединенных в единый ресурс.

Менее производительные вычислительные системы-кластеры, в них функция вычислительных узлов возложена на автономные компьютеры, подключенные к скоростной сети обмена данными. Компьютеры, входящие в кластер, могут находиться в разных помещениях и даже зданиях – всюду, куда можно протянуть сетевой кабель, в пределах действия технологий беспроводного доступа Wi-Fi / Wireless MAN (WiMAX), везде, где есть возможность построения вычислительной сети. Многие научноисследовательские центры и крупные университеты отдают предпочтение именно кластерам как дешевой альтернативе суперкомпьютерам, используя для этих целей парк своей компьютерной техники.

А теперь непосредственно приступим к краткому рассмотрению платформы BOINC. Проект BOINC разработан командой во главе с Дэвидом Андерсоном (David Pope Anderson), возглавляющим также SETI@home, из Space Sciences Laboratory Калифорнийского университета в Беркли. Первоначально проект предназанчался для анализа данных SETI@home ((от англ. Search for Extra-Terrestrial Intelligence at Home – поиск внеземного разума на дому – научный некоммерческий проект добровольных вычислений на платформе BOINC, использующий свободные вычислительные ресурсы на компьютерах добровольцев для поиска радиосигналов внеземных цивилизаций), и хотя первоначально разрабатотка велась исключительно для SETI@home, но вскоре достоинства программного комплекса смогли оценить и другие научные коллективы. Сегодня количество проектов на этой платформе составляет около сотни. За такой вклад в развитие науки разработчики BOINC неоднократно награждались американским Национальным научным фондом (SCI/0221529, SCI/0438443 и SCI/0721124).

В чем заключаются достоинства BOINC? Принципы организации данной платформы – это открытость (лицензия GNU Lesser GPL); добровольность (если нет желания участвовать, просто отключаем клиент и все); возможность организации как открытой для публики вычислительной сети, так и использования компьютеров одной организации и их комбинации, поддержка множества операционных систем (Linux-подобные, Mac OS X, Microsoft Windows и другие, зависит от проекта, предоставляющего клиентское приложение); возможность организации расчетов на GPGPU, легкость масштабирования – увеличение числа участников вызывает рост доступных вычислительных мощностей проекта; возможность единовременного участия во многих вычислительных проектах; система получения кредитов и организация своеобразного соревнования за место в top-участниках проекта; низкая стоимость организации вычислительной сети. Во многом это и определяет популярность платформы среди ученых, институтов и просто энтузиастов.

Архитектура системы BOINC построена из «сервера BOINC (при необходимости, распределенного на несколько физических серверов в целях повышения производительности, отказоустойчивости и безопасности), множества клиентов, выполняющих задания сервера и, возможно, дополнительных компонент в виде присоединенных GRID-сетей (например, на основе широко распространенного инструментария Globus Toolkit)».

Теперь остановимся немного подробнее на особенностях приложений, реализуемых в рамках проекта BOINC. Естественно, что для отсылки заданий клиентам должно быть разработано и запущено как минимум одно приложение BOINC. После создания проекта в форме исполняемого файла, он должен быть зарегистрирован на сервере BOINC, и администратор может начать создавать подзадачи для этого приложения. Это значит, что подзадачи изначально являются не более чем описанием входящих файлов. Если проект должен быть запущен для вычисления на различных платформах, то должна быть реализована и зарегистрирована версия для каждой из этих платформ.

Для того чтобы какая-то программа была приложением BOINC, она должна вызывать специальные функции BOINC API, которые реализованы на языке C. В частности, каждое приложение BOINC должно вызывать специальные функции в начале и конце программы: функцию инициализации (boinc_init) и функцию завершения (boinc_finish). Между этими двумя функциями приложение BOINC должно также вызывать функции, говорящие клиенту о стадии выполнения подзадания (в процентах), чтобы пользователь мог видеть прогресс вычислений (boinc_fraction_done). Некоторые пользователи также ожидают, что приложение BOINC будет демонстрировать какие-то картинки, поэтому необходимо вызывать функции рисования, если клиентское приложение запрашивает отображение графики.

Если приложение использует входные или не являющиеся временными выходные файлы, то их имена должны быть преобразованы перед открытием с помощью специальной функции BOINC API (boinc_resolve_filename). Это необходимо для тех приложений, которые запускаются с большим количеством различных входных файлов и генерируют большое количество различных выходных файлов. Если все файлы при каждом запуске имеют одно и то же имя, то при новом запуске потребуется создать отдельные каталоги на сервере и на клиенте для предотвращения конфликтов имен. Так как приложение остается тем же при разных запусках, невозможно сменить имена внутри приложения и совсем непрактично каждый раз перекомпилировать приложение. Все это приводит к тому, что приложение работает с логическими именами файлов и эти имена файлов транслируются клиентом в физические имена при запуске. Физические имена файлов определяются только при создании подзадачи.

Подсчет очков является большим преимуществом проекта, но для его поддержки приложение опять же должно вызывать специальную функцию BOINC API, которая говорит приложению о том, что необходимо произвести подсчет очков. Это является важным, потому что пользователь может настроить свою клиентскую программу на использование жесткого диска только в определенные интервалы времени для предотвращения частого раскручивания диска (например, на ноутбуках). Если подсчет очков разрешен клиентом, то приложение должно выполнить всю работу по подсчету очков самостоятельно и затем сообщить другой функции BOINC API о том, что клиент завершил подсчет очков. При этом нужно учитывать, что клиентская программа записывает потраченное время CPU для вычисления кредитов. Если подзадача перезапускается (например, когда компьютер был выключен), то подсчет времени CPU вместо нуля начинается с момента последнего подсчета очков.

К сожалению, в рамках столь малой статьи остались без должного внимания распараллеливание некоторых вычислительных задач с использованием GPGPU (архитектура CUDA и фреймворк OpenCL), иные, нежели BOINC, платформы для организации распределенных вычислений (Advanced Resource Connector, Symphony, UNICORE],...) и «облачные» вычисления. Надеемся, читатель достаточно любознателен, чтобы восполнить недостающую информацию и самостоятельно рассмотреть эти вопросы.

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Scientific_method 2. http://www.popmech.ru/article/5435-s-miru-po-nitke/ 3. http://www.hwp.ru/articles/Superkompyuteri_v_Rossii_osnovnie_problemi_2C_tendentsii_2C_vo 4. http://www-03.ibm.com/systems/technicalcomputing/platformcomputing/products/symphony/ 5. https://en.wikipedia.org/wiki/Cray_T3D 6. http://rsusu1.rnd.runnet.ru/tutor/method/m1/page06.html 7. https://en.wikipedia.org/wiki/Cloud_computing 8. http://www.nvidia.com/object/cuda_home_new.html 9. https://boinc.berkeley.edu/trac/wiki/WhyUseBoinc 10. https://boinc.berkeley.edu/wiki/GPU_computing 11. http://www.globus.org/toolkit/ 12. http://www.ibm.com/developerworks/ru/library/l-boinc/ Проблема обучаемости студентов, да и образования в целом сегодня заключается в том, что оно не успевает за стремительным развитием мира. Казалось, еще вчера образование вполне справлялось с развитием технологий. Пусть не всегда самое современное, но все же обновляемое. Переоборудование аудиторий и выпуск учебников, все это еще актуально, но уже и не очень.

Однако, если посмотреть на сегодняшних первоклассников можно заметить, что они свободно обращаются с самой современной техникой, вне зависимости от того, это мобильный телефон, планшет или еще что-то. Они учат своих бабушек пользоваться компьютером и искренне недоумевают, почему иногда она не понимает с первого раза.

Этих детей не заинтересуешь красивой книжкой с мягкой обложкой и картинками. С младенческого возраста они привыкают к совершенно другим интерфейсам, которые диктуются и рекламируются крупными корпорациями. Для них, все что не является последними достижениями науки и техники является устаревшим и абсолютно неинтересным.

Система образования, движется по давно выбранному пути, использует классно-урочную систему, изобретенную Я. А. Каменским и не пытается заинтересовать современных детей. На сегодняшний день у большинства школьников, не говоря уже о студентах есть современный мобильный телефон, ноутбук или планшет. Учреждения образования в свою очередь закупают персональные компьютеры, но к сожалению, они слишком быстро устаревают и не успевают за меняющимся темпом жизни. Получается, что школы, да и ВУЗы не используют технический потенциал, имеющийся непосредственно у учащихся.

Однако использование технического потенциала учащихся возможно только в случае осознания эффективности его применения. Для этого необходимо выделить цель и целевую аудиторию.

Нужно понимать, что образование должно подстраиваться под нужды общества и студентов, а не наоборот. Получается аналогия с бизнесом, который без своей целевой аудитории никому не нужен.

Теперь, зная, что обучение ориентировано на интересы обучающегося можно представить примерный портрет этого человека. Скорее всего школьник/студент у которого есть доступ к интернету, а также мобильный телефон/планшет и ноутбук позволяющие ему путешествовать по интернету.

Цель – обучить этого человека. Наверное, это покажется удивительным, но самым удобным интерфейсом для него будет экран мобильного телефона. По статистике за одни сутки человек смотрит на экран своего мобильного более трехсот раз. А это значит, что данный девайс всегда рядом с обучаемым, а выходя через него в интернет он может получать новую информацию.

Кажется, тут все просто. Но нет, у сегодняшних телефонов несколько операционных систем и нельзя заставить студента пользоваться телефоном на определенной операционной системе. Тут надо подстраиваться под его возможности. Поэтому нельзя разработать какие-то среднее мобильное приложение и сказать, что покрыта вся целевая группа. Тут необходимо разработать как минимум три приложения с одинаковым функционалом под популярные мобильные операционные системы: Windows Phone, iOS и Android.

При этом необходимо учитывать, что каждая операционная система имеют свои указания по разработке, а также руководства пользователя и специфический дизайн приложений.

Все мобильные платформы отличаются некоторыми особенностями:

- способ взаимодействия с интернетом отличается от привычного, так как используется жесты, сенсорные экраны, а также клавиатура небольшого размера; - нет возможности писать большие тексты, так как клавиатура не только маленькая, но и неудобная; - неудобно читать большие тексты, так как расширение экрана ограничивается пятью дюймами, чаще всего это около четырех дюймов.

Однако, с другой стороны:

- легко мотивировать использовать мобильный телефон для обучения; - обучение может не прерываться, так как телефон всегда под рукой. И тут главное, чтобы у учащегося было хотя бы минимальное желание учиться и получать знания, потому что в таком случае он всегда найдет немного времени на учебу – ведь учиться теперь просто, телефон всегда рядом; - интерфейс учебной программы должен быть простым и удобным, то есть учитывать принципы юзабилити и правильно дизайна пользовательского приложения; - телефон позволяет использовать дополнительные возможности, например GPS или камеру для более интерактивного обучения; - телефон отлично подходит для тестирования учащихся.

Тут важными критериями являются принципы юзабилити. Рассмотрим их [1]:

- минимальная загрузка кратковременной памяти пользователя; - одна страница равно одной цели; - правило трех кликов; - логичность; - контролируемость.

Минимальная загрузка кратковременной памяти пользователя означает, что не нужно запоминать лишнюю информацию, необходимо сфокусироваться непосредственно на учебном материале. А для этого сам интерфейс программы не должен заставлять запоминать ненужные данные.

Одна страница равна одной цели, а значит, информация разбивается на небольшие модули, который учащийся может легко освоить. При удачном усвоении у него формируется ощущение успешности и он с готовностью продолжает обучение.

Правило трех кликов говорит, что учащийся может добраться до нужной страны в три клика, а это означает продуманную навигацию по приложению.

Логичность означает, что учащийся получает то, что ожидает. То есть если он переходит на страницу тесты, он ожидает, что там будут расположены тесты, а не новая тема по психологии.

Контролируемость заключается в ощущении контроля над приложением. Поведение приложения должно отвечать требованиям учащегося, и тогда у него сформируется это чувство.

Если будут созданы приложения для мобильного обучения с использованием принципов пользовательского удобства обучение может пойти совсем по другому пути.

Представим, что созданы ресурсы под различные платформы с учетом удобства и дизайна, обеспечивающие взаимодействие между преподавателями и студентами.

Один предмет курирует несколько педагогов, тогда они могут показать разные подходы к решению одной проблемы. Они записывают видеоуроки, проводят онлайн консультации, разрабатывают специальные тесты, модули с информацией, а также презентационный материал. Таким образом роль преподавателя изменится. Он будет только давать толчок для поиска знаний, их необходимым минимум и проверять работы, потому что сегодня машины еще не могут делать это верно, да и обмануть ее проще.

У каждого предмета должно быть свое приложение, так как, например, приложение по биологии и математике не может быть одинаковым из-за разных подходов к преподаванию данных дисциплин.

Да и интерфейс созданный с учетом требований удобства интерфейса для математики вряд ли подойдет по тем же требованиям и для биологии.

В свою очередь студент сможет выбрать удобный интерфейс приложения, а также способы взаимодействия и получения информации. Он всегда в курсе последних изменений, знает расписание и моментально получает любые сведения относительно учебного процесса. Теперь студенту не нужно носить с собой множество учебных и методических пособий, достаточно иметь с собой мобильный телефон где все это хранится. Если же имеющейся информации недостаточно, то можно самостоятельно ее поискать в интернете, а также узнать у преподавателей дополнительную литературу.

Однако тут не все так просто. С одной стороны исчезает вопрос географического положения обучаемых, их возраста, время потраченного за занятия, и общее количество обучаемых в учебной группе уже не так важно. Но тут возникает вопрос доверия. Можем ли мы доверять такой системе? Если обучаемые выбирают средство обучения, место и время, педагог не может проверить действительно ли он сам выполнял эти тесты и практические работы. Учебные материалы, на которые потрачено столько сил могут легко стать общедоступными. Невозможно проконтролировать как будет распоряжаться ими студент, а значит невозможно ограничить их нелицензионное распространение.

И уже сегодня есть приложения под все мобильные платформы для обучения. Пока это разноуровневые приложения, созданные разными компаниями. Рассмотрим несколько интересных приложений.

Android, Windows Phone, приложения для детей: алфавит, основы математики, мультфильмы [2].

Windows Phone, для студентов: подготовка к ЕГЭ [3]. Также данное приложение разработано для Windows 8, а значит оно работает на ПК, ноутбуках и планшетах.

iOS, для школьников: периодическая таблица Менделеева [4], также есть примеры элементов, основные реакции, свойства элементов и формулы.

iOS, для школьников: исторические карты [5]. Интерактивные карты.

Таких приложений еще не много, но эта ниша стремительно заполняется, а это значит, что сегодня, когда мир так стремительно развивается, ценится качественная информация в доступном и удобном виде. Мобильные приложения позволяют создавать удобные, практичные и качественные приложения для обучения для всех, начиная от младших детсадовцев и заканчивая докторами наук.

1. http://designformasters.info/posts/usability-rules-psychology-terms/ 2. http://whisperarts.com/ 3. http://physicon.ru/ 4. http://freshney.org/apps/pte.htm 5. https://itunes.apple.com/us/app/history-maps-of-world/id