Характеристики системы

Наиболее содержательными характеристиками системы являются строение и поведение. Строение характеризует систему в статике, а исследование поведения дает возможность изучить и описать систему в динамике.

Строение системы определяется составом элементов и организацией системы (рис. 2).

Рис.2. Характеристики строения системы

Состав элементов характеризует количество и качественное различие элементов.

В теории управления качественное различие элементов определяется только различием функциональных характеристик, а не их материальной природой. Так, с точки зрения теории управления при исследовании вычислительной системы не важно, из чего сделаны тот или иной элемент или устройство, а важно, какие функции он выполняет, например, триггера, регистра, запоминающего устройства и т. д.

Определение 11. Организацией системы будем называть способ взаимосвязи и взаимодействия между ее элементами и подсистемами, который обеспечивает образование и существование системы.

Именно с организацией связано отличие суммы свойств отдельно взятых элементов, частей от свойств системы, в которую они входят.

В организации различают относительно стабильную (инвариантную) и переменную части. Стабильная часть определяет структуру системы, а переменная – ее программу, функции и отношения.

Определение 12. Структура – устойчивая упорядоченность в пространстве и времени элементов и связей системы, определяющая ее целостность, строение, основы ее организации.

Благодаря наличию структуры система воспроизводит себя и существует вполне определенное время в целостном виде.

Поскольку элементы, входящие в систему, участвуют во взаимодействии не целиком, а лишь определенными сторонами, свойствами, то структура в определенном смысле независима от элементов. Это означает, что возможна замена элементов системы на качественно иные, другой материальной природы, но обладающие такими же взаимодействующими свойствами элементы. Структура системы от этого не изменится. В этом смысле можно говорить об устойчивости структуры, о ее постоянстве, неизменности.

Рассмотренная независимость структур от физической природы элементов дает возможность распространить закономерности, выявленные при изучении структур систем одной физической природы, на системы другой природы.

Определение 13. Связь – физический канал, по которому обеспечивается обмен между элементами системы веществом, энергией и информацией.

Структурные связи могут быть классифицированы по физической природе, направленности, силе (мощности), наличию элементов-посредников (рис. 3) .

Рис. 3. Классификация связей в системе

По физической природе различают: вещественные, энергетические, информационные и смешанные связи. Вещественные связи представляют собой каналы, по которым элементы системы, ее части или системы в целом обмениваются между собой веществом. Энергетические связи обеспечивают обмен различными видами энергии, а информационные связи – информацией. Смешанные связи представляют собой каналы, по которым происходит обмен веществом, энергией и информацией. Следует отметить, что реально все связи являются смешанными, так как нельзя передать вещество, не передавая энергии и информации, информацию – без передачи вещества и энергии. Выделение связи по данному признаку означает, что для рассматриваемой связи соответствующий вид обмена является преобладающим.

По направленности различают прямые связи, направленные от входа к выходу системы, обратные, имеющие противоположное направление, и нейтральные (ненаправленные).

По наличию элементов-посредников различают непосредственные связи, связывающие элементы, части систем и системы непосредственно, и косвенные (опосредованные) связи, при которых связь элементов и подсистем происходит через промежуточные элементы-посредники.

Например, на рис. 4 связь элемента 1 с элементом 2 является прямой непосредственной, с элементом 3 – прямой косвенной, с элементом 6 – обратной непосредственной, с элементом 5 – прямой косвенной (через элементы 2, 3, 4 и 2, 7, 4) и обратной косвенной (через элемент 6). Связь элемента 2 с элементом 7 является нейтральной.

Рис. 1.1.4. Иллюстрация видов связей в системе

Определение 14. Функция – действие, выполняемое объектом, назначение объекта.

Любой элемент выполняет вполне определенные функции. Функция элемента возникает как реализация его системоопределенных свойств при формировании элемента и его связей в системе. Функция системы возникает как специфическое для каждой системы порождение всего комплекса функций элементов. Основными системными характеристиками функций являются их совместимость с другими функциями, изменчивость, реализуемость, интенсивность.

Любой элемент обладает огромным количеством свойств. Одни из этих свойств при формировании системы подавляются, другие, напротив, усиливаются, становятся четко выраженными. Однако степень подавления свойств, как правило, не бывает полной. Поэтому при образовании системы возникают функции, не только обеспечивающие сохранение системой ее качественной особенности, но и негативно влияющие на образование и существование системы как единого целого.

В процессе взаимодействия элементы системы вступают в определенные отношения, характеризующие взаимозависимость элементов системы. Отношения между элементами могут быть весьма разнообразными. Примером отношения является отношение порядка, определяющее взаимоподчиненность, старшинство элементов в системе.

Определение 15. Программой системы будем называть закон объединения элементов в единое целое, определяющий порядок и последовательность взаимодействия элементов в системе и реакцию системы на внешние воздействия.

Определение 16. Состояние системы – множество существенных свойств, которыми обладает система в конкретный момент времени.

Определение 17. Поведение (функционирование) системы – изменение состояния системы во времени.

Форма (линия) поведения системы определяется последовательностью состояний и временными интервалами между ними. Исходное состояние системы в каждой линии поведения называется начальным состоянием.

Обычно о поведении системы говорят, когда имеют дело со сложно организованными системами, живыми существами. Для технических систем применяют термины "функционирование" и "выходной процесс".

Определение 18. Развитием системы будем называть изменение состояния системы, подчиненное определенным закономерностям, определяющим последовательность изменения строения системы.