Тема 1.4 Методологические аспекты исследования систем управления

Лекция 5

Цель: раскрыть сущность методологии исследования систем управления.

1. Система: понятие, компоненты, свойства, виды.

2. Система управления и ее элементы. Классификация систем управления.

3. Методологические исследования систем управления:

3.1 Процессный подход к управлению.

3.2 Системный подход в исследовании проблем управления.

3.3 Ситуационный подход в процессе управления.

4. Исследование систем управления и их проектирование.

1. Веснин В. Р. Менеджмент: учебник для вузов / В. Р. Веснин. - 3-е изд, перераб. и доп. - М. : ТК Велби. - 2006. - 504 с.

2. Мескон М. Х. Основы менеджмента / М. Х. Мескон, М. Альберт, Ф. Хедоури; пер. с англ. – М. : Дело, 2005. - 720 с.

3. Основы теории управления: учебник для вузов / под ред. В. Н. Парахиной, Л. И. Ушвицкого. – М. : Финансы и статистика. - 2004. – 560 с.

4. Рой О. М. Теория управления: учебное пособие / О. М. Рой. – СПб. : Питер, 2008. – 256 с.

5. Теория управления: учебник для вузов / под ред. А. Л. Гапоненко, А. П. Панкрухина. – 2-е изд. - М. : Изд-во РАГС, 2005. - 558 с.

Управление обладает свойством системности, поэтому его изучение мы начина­ем со знакомства с основными положениями теории систем.

Под системой понимается некоторое множество взаимосвя­занных частей - компонентов, объединенных ради достижения общей цели (эффекта системы) в единое целое, взаимодействие между которыми характеризуется упорядоченностью и регуляр­ностью на конкретном отрезке времени.

К основным компонентам системы относят: элемент систе­мы, взаимоотношения между элементами, подсистему, структу­ру системы.

Первый компонент системы – элемент - минимальная целая часть сис­темы, которая функционально способна отразить некоторые общие закономерности системы в целом.

Выделяются две разновидности элементов: рабочие (основная функция состоит в преобразовании исходных факторов в определенный результат) и защитные .

В каждой системе есть основной системообразующий элемент (качество, отношение), который в той или иной степени обеспечивает единство всех остальных. Если он определяется природой системы, то называется внутренним, в противном случае - внешним. В социальных системах этот элемент может быть как явным, так и неявным.

Например, в СССР системообразующим элементом были КПСС и ее конституционно закрепленная руководящая роль. Непонимание этого обстоятельства привело к ли­шению КПСС этой роли без возложения ее на иной институт. В результате разруши­лась не только политическая и идеологическая система, но и само государство.

В результате воздействия системообразующего элемента у остальных элементов формируются общесистемные качества, т. е. признаки, свойственные каждому из них в отдельности и системе в целом.

Единство элементов системы возникает в результате того, что между ними уста­навливаются связи , т. е. реальные взаимодействия, которые характеризуются: типом (бывают последовательными, сходящимися, расходящимися); силой; характером (могут быть подчиненными, равноправными, безразличными); характером (односторонние или взаимные); степенью постоянства (эпизодические, регулярные и проч.).

То есть, вторым компонентом системы выступают взаимоотношения между элементами или связи. Взаимоотношения могут быть нейтральными , когда оба элемента не претерпевают каких-ли­бо структурных или функциональных изменений, или функци­ональными , когда один элемент, воздействуя на другой, приво­дит к структурным или функциональным изменениям в этом элементе.

Третьим компонентом системы является подсистема , состоя­щая из ряда элементов системы, которые возможно объединить по схожим функциональным проявлениям. В системе может быть различное количество подсистем. Это зависит от основ­ных функций подсистемы: внутренних и внешних.

Четвертым компонентом системы выступает структура сис­темы - определенное строение, взаим­ное расположение элементов и существующих между ними связей, способ организа­ции целого, составленного из частей. Связи, как и системообразующий элемент, обеспечивают целостность системы, ее единство.

Характер связи между элементами зависит не только от взаимного расположе­ния последних, но и от их особенностей (например, отношения в одинаковом по размерам женском, мужском и смешанном коллективах будут различны).

Структура определяется целями и функциями системы, но в ее характеристике отсутствует момент взаимодействия.

В широком понимании структуру можно рассматривать как совокупность пра­вил и предписаний, регламентирующих деятельность системы.

Структуру системы можно классифицировать по следующим основаниям:

По числу уровней иерархии (одноуровневые и многоуровневые);

По принципам подчиненности (централизация - децентрализация);

По целевому назначению;

По выполняемым функциям;

По принципам разбивки элементов на подсистемы (таковыми могут быть функциональный и объектный).

В целом структуру системы описывают две основные группы характеристик:

Связанные с иерархичностью (число подсистем, уровней, связей; принципы
разбивки на подсистемы; степень централизации);

Отражающие эффективность функционирования (надежность, живучесть, быстродействие, пропускная способность, гибкость, изменчивость и т. д.).

Структура придает системе целостность и внутреннюю организацию, в рамках ко­торой взаимодействие элементов подчиняется определенным законам. Если такая организация минимальна, системы называются неупорядоченными, например толпа на улице.

Поскольку элементы и связи неоднородны в рамках одного и того же структур­ного их набора, система будет иметь модификации. Например, коллективы двух организаций, имеющих одинаковое штатное расписание, будут абсолютно различ­ны, поскольку сами люди и их личные взаимоотношения являются иными.

Система характеризуется рядом свойств:

· Система имеет границы, отделяющие ее от внешней среды. Они мо­гут быть «прозрачными», допускающими проникновение в нее внешних импуль­сов, и «непрозрачными», наглухо отделяющими ее от остального мира.

· Системе присуща эмерджентность, т. е. появление качественно новых свойств, отсутствующих или нехарактерных для ее элементов. В то же время объеди­ненные в систему элементы могут терять свойства, присущие им вне системы. Таким образом, свойства целого не равны сумме свойств частей, хотя и зависят от них.

· Система обладает обратной связью , под которой понимается опреде­ленная реакция ее в целом (отдельных элементов) на импульсы друг друга и внеш­ние воздействия. Обратная связь обеспечивает их информацией о реальной си­туации, компенсирует влияние помех. Например, в системе взаимоотношений «руководитель - подчиненный» формой обратной связи может быть заявление об уходе.

· Система характеризуется адаптивностью, т.е. способностью сохра­нять качественную определенность в изменяющихся условиях. Адаптивность обес­печивается простотой структуры, гибкостью, избыточностью ресурсов.

· Системе свойственна редукция, проявляющаяся в том, что при опре­деленных условиях она ведет себя проще, чем ее отдельные элементы. Это объясняется тем, что такие элементы в системе накладывают друг на друга огра­ничения, которые не позволяют им независимо выбирать свои состояния. Поэтому поведение системы в целом подчинено не частным, а общим закономерностям, ко­торые обычно проще сами по себе.

· Система со временем может разрушаться под воздействием как внешней среды, так и внутренних процессов.

· Системой можно управлять с целью обеспечения следования ею задан­ной траектории развития и функционирования. Для этого существуют следующие способы:

1) регулирование и корректировка в случае непредсказуемых воздействий, вызывающих отклонения;

2) изменение параметров системы на основе прогнозирования, применяемое
в случае невозможности задать опорную траекторию развития на весь период или значительных отклонений, не позволяющих на нее вернуться;

3) коренная структурная перестройка, если цели недостижимы в принципе
и нужен поиск новой системы, при которой это удается сделать.

Рассмотрим, какими бывают системы.

По направленности связей между элементами системы делятся на централизованные (все связи осуществляются через один центральный элемент) и децентра­лизованные (преобладают прямые контакты между элементами). Примером цент­рализованной системы являются министерство и его органы на местах; децентра­лизованной - ассоциация.

Системы, где связь элементов идет только по одной линии получили название частичных, а по многим - полных . Система, где каждый элемент связан по одной линии только с предыдущим и последующим, называется цепной . Ее примером яв­ляется конвейер.

По составу элементов системы бывают гомогенными (однородными) и гетерогенными (разнородными). Например, по возрастному признаку школьный класс - обычно система гомогенная, а по половому - гетерогенная.

Системы, характеризующиеся преобладанием внутренних связей по сравнению с внешними, где центростремительность больше центробежности, а отдельным элементам присущи общие характеристики, получили название целостных. Приме­ром целостной системы сегодня является блок НАТО.

Система, сохраняющаяся в целом при изменении или исчезновении одного или нескольких элементов, называется устойчивой, например любой биологический организм. Если при этом возможно восстановление утраченных элементов, то она является регенеративной (например, ящерицы).

Системы могут быть изменяющимися (динамичными) и неизменными (статич­ными). К первым относятся живые организмы, ко вторым - большинство техни­ческих устройств. Динамичные системы подразделяются на первичные, исходные, и вторичные, уже претерпевшие определенные изменения.

Если изменения осуществляются линейно, однонаправленно, будет наблюдать­ся рост системы. Нелинейные, разнонаправленные изменения, происходящие с неодинаковой интенсивностью, в результате которых меняются связи, соотноше­ние элементов, характеризуют процесс ее развития.

Незавершенность бывает субстратной (преобразования происходят в самих элементах) и структурной (изменяется их состав и соотношение). Если система со­храняет характеристики при изменении субстрата, она называется стационарной. Например, замена подвижного состава придает системе городского транспорта субстратную незавершенность, а изменение маршрутов и числа машин на линии - структурную. Поскольку возможность нормального функционирования этой сис­темы не зависит от того, какие марки транспортных средств используются, она яв­ляется стационарной.

Система, состоящая из ряда разнородных элементов, называется сложной . Сложность системы обусловлена их большим числом, разнообразием, взаимосвя­занностью, неопределенностью поведения и реакций. Такие системы обычно явля­ются многоуровневыми и иерархичными (высший уровень управляет нижестоя­щим и одновременно сам подчиняется вышестоящему). Введение в них дополни­тельного элемента (даже аналогичного имеющимся) порождает новые и изменяет существующие в рамках системы отношения.

Системы делятся на механистические и органические.

Механистические системы облада­ют постоянным набором неизменных элементов, четкими границами, однознач­ными связями, не способны изменяться и развиваться, функционируют под воз­действием внешних импульсов. В механистической системе связи между элементами носят внешний характер, не затрагивают внутренней сути каждого из них. Поэтому элементы менее зависи­мы от системы и вне ее сохраняют самостоятельное бытие (колесико от часов может продолжительное время играть роль запасной детали). Но потеря такой системой хотя бы одного элемента ведет к нарушению всего механизма функционирования. Наиболее наглядный пример этому - те же часы.

Органические системы характеризуются противоположными качествами. В них увеличивается зависимость части от целого, а целого от части, наоборот, уменьша­ется. Например, человек при потере многих органов может продолжать свою жиз­недеятельность. Чем глубже связь элементов органической системы, тем больше роль целого по отношению к ним. Таким системам присущи свойства, которых нет у механистических, например способность к самоорганизации и самовоспроизве­дению.

Специфической формой органической системы является социальная (общество, фирма, коллектив и проч.).

14.Средства аппаратной поддержки ОС.

Аппаратная зависимость и переносимость ОС

Многие операционные системы успешно работают на различных аппаратных платформах без существенных изменений в своем составе. Во многом это объясняется тем, что, несмотря на различия в деталях, средства аппаратной поддержки ОС большинства компьютеров приобрели сегодня много типовых черт, а именно эти средства в первую очередь влияют на работу компонентов операционной системы. В результате в ОС можно выделить достаточно компактный слой машинно-зависимых компонентов ядра и сделать остальные слои ОС общими для разных аппаратных платформ.

Типовые средства аппаратной поддержки ОС

Четкой границы между программной и аппаратной реализацией функций ОС не существует - решение о том, какие функции ОС будут выполняться программно, а какие аппаратно, принимается разработчиками аппаратного и программного обеспечения компьютера. Тем не менее практически все современные аппаратные платформы имеют некоторый типичный набор средств аппаратной поддержки ОС, в который входят следующие компоненты:

Средства поддержки привилегированного режима;

Средства трансляции адресов;

Средства переключения процессов;

Система прерываний;

Системный таймер;

Средства защиты областей памяти.

Средства поддержки привилегированного режима обычно основаны на системном регистре процессора, часто называемом «словом состояния» машины или процессора. Этот регистр содержит некоторые признаки, определяющие режимы работы процессора, в том числе и признак текущего режима привилегий. Смена режима привилегий выполняется за счет изменения слова состояния машины в результате прерывания или выполнения привилегированной команды. Число градаций привилегированности может быть разным у разных типов процессоров, наиболее часто используются два уровня (ядро-пользователь) или четыре (например, ядро- супервизор- выполнение- пользователь у платформы VAX или 0-1-2-3 у процессоров Intel x86/Pentium). В обязанности средств поддержки привилегированного режима входит выполнение проверки допустимости выполнения активной программой инструкций процессора при текущем уровне привилегированности.

Средства трансляции адресов выполняют операции преобразования виртуальных адресов, которые содержатся в кодах процесса, в адреса физической памяти. Таблицы, предназначенные при трансляции адресов, обычно имеют большой объем, поэтому для их хранения используются области оперативной памяти, а аппаратура процессора содержит только указатели на эти области. Средства трансляции адресов используют данные указатели для доступа к элементам таблиц и аппаратного выполнения алгоритма преобразования адреса, что значительно ускоряет процедуру трансляции по сравнению с ее чисто программной реализацией.

Средства переключения процессов предназначены для быстрого сохранения контекста приостанавливаемого процесса и восстановления контекста процесса, который становится активным. Содержимое контекста обычно включает содержимое всех регистров общего назначения процессора, регистра флагов операций (то есть флагов нуля, переноса, переполнения и т. п.), а также тех системных регистров и указателей, которые связаны с отдельным процессом, а не операционной системой, например указателя на таблицу трансляции адресов процесса. Для хранения контекстов приостановленных процессов обычно используются области оперативной памяти, которые поддерживаются указателями процессора.

Переключение контекста выполняется по определенным командам процессора, например по команде перехода на новую задачу. Такая команда вызывает автоматическую загрузку данных из сохраненного контекста в регистры процессора, после чего процесс продолжается с прерванного ранее места.

Система прерываний позволяет компьютеру реагировать на внешние события, синхронизировать выполнение процессов и работу устройств ввода-вывода, быстро переходить с одной программы на другую. Механизм прерываний нужен для того, чтобы оповестить процессор о возникновении в вычислительной системе некоторого непредсказуемого события или события, которое не синхронизировано с циклом работы процессора. Примерами таких событий могут служить завершение операции ввода-вывода внешним устройством (например, запись блока данных контроллером диска), некорректное завершение арифметической операции (например, переполнение регистра), истечение интервала астрономического времени. При возникновении условий прерывания его источник (контроллер внешнего устройства, таймер, арифметический блок процессора и т. п.) выставляет определенный электрический сигнал. Этот сигнал прерывает выполнение процессором последовательности команд, задаваемой исполняемым кодом, и вызывает автоматический переход на заранее определенную процедуру, называемую процедурой обработки прерываний. В большинстве моделей процессоров отрабатываемый аппаратурой переход на процедуру обработки прерываний сопровождается заменой слова состояния машины (или даже всего контекста процесса), что позволяет одновременно с переходом по нужному адресу выполнить переход в привилегированный режим. После завершения обработки прерывания обычно происходит возврат к исполнению прерванного кода.

Прерывания играют важнейшую роль в работе любой операционной системы, являясь ее движущей силой. Действительно, большая часть действий ОС инициируется прерываниями различного типа. Даже системные вызовы от приложений выполняются на многих аппаратных платформах с помощью специальной инструкции прерывания, вызывающей переход к выполнению соответствующих процедур ядра (например, инструкция int в процессорах Intel или SVC в мэйнфреймах IBM).

Системный таймер, часто реализуемый в виде быстродействующего регистра-счетчика, необходим операционной системе для выдержки интервалов времени. Для этого в регистр таймера программно загружается значение требуемого интервала в условных единицах, из которого затем автоматически с определенной частотой начинает вычитаться по единице. Частота «тиков» таймера, как правило, тесно связана с частотой тактового генератора процессора. (Не следует путать таймер ни с тактовым генератором, который вырабатывает сигналы, синхронизирующие все операции в компьютере, ни с системными часами - работающей на батареях электронной схеме, - которые ведут независимый отсчет времени и календарной даты.) При достижении нулевого значения счетчика таймер инициирует прерывание, которое обрабатывается процедурой операционной системы. Прерывания от системного таймера используются ОС в первую очередь для слежения за тем, как отдельные процессы расходуют время процессора. Например, в системе разделения времени при обработке очередного прерывания от таймера планировщик процессов может принудительно передать управление другому процессу, если данный процесс исчерпал выделенный ему квант времени.

Средства защиты областей памяти обеспечивают на аппаратном уровне проверку возможности программного кода осуществлять с данными определенной области памяти такие операции, как чтение, запись или выполнение (при передачах управления). Если аппаратура компьютера поддерживает механизм трансляции адресов, то средства защиты областей памяти встраиваются в этот механизм. Функции аппаратуры по защите памяти обычно состоят в сравнении уровней привилегий текущего кода процессора и сегмента памяти, к которому производится обращение.

Машинно-зависимые компоненты ОС

Одна и та же операционная система не может без каких-либо изменений устанавливаться на компьютерах, отличающихся типом процессора или/и способом организации всей аппаратуры. В модулях ядра ОС не могут не отразиться такие особенности аппаратной платформы, как количество типов прерываний и формат таблицы ссылок на процедуры обработки прерываний, состав регистров общего назначения и системных регистров, состояние которых нужно сохранять в контексте процесса, особенности подключения внешних устройств и многие другие.

Однако опыт разработки операционных систем показывает: ядро можно спроектировать таким образом, что только часть модулей будут машинно-зависимыми, а остальные не будут зависеть от особенностей аппаратной платформы. В хорошо структурированном ядре машинно-зависимые модули локализованы и образуют программный слой, естественно примыкающий к слою аппаратуры, как это и показано на рис. 3.8. Такая локализация машинно-зависимых модулей существенно упрощает перенос операционной системы на другую аппаратную платформу.

Объем машинно-зависимых компонентов ОС зависит от того, насколько велики отличия в аппаратных платформах, для которых разрабатывается ОС. Например, ОС, построенная на 32-битовых адресах, для переноса на машину с 16-битовыми адресами должна быть практически переписана заново. Одно из наиболее очевидных отличий - несовпадение системы команд процессоров - преодолевается достаточно просто. Операционная система программируется на языке высокого уровня, а затем соответствующим компилятором вырабатывается код для конкретного типа процессора. Однако во многих случаях различия в организации аппаратуры компьютера лежат гораздо глубже и преодолеть их таким образом не удается. Например, однопроцессорный и двухпроцессорный компьютеры требуют применения в ОС совершенно разных алгоритмов распределения процессорного времени. Аналогично отсутствие аппаратной поддержки виртуальной памяти приводит к принципиальному различию в реализации подсистемы управления памятью. В таких случаях не обойтись без внесения в код операционной системы специфики аппаратной платформы, для которой эта ОС предназначается.

Для уменьшения количества машинно-зависимых модулей производители операционных систем обычно ограничивают универсальность машинно-независимых модулей. Это означает, что их независимость носит условный характер и распространяется только на несколько типов процессоров и созданных на основе этих процессоров аппаратных платформ. По этому пути пошли, например, разработчики ОС Windows NT, ограничив количество типов процессоров для своей системы четырьмя и поставляя различные варианты кодов ядра для однопроцессорных и многопроцессорных компьютеров.

Особое место среди модулей ядра занимают низкоуровневые драйверы внешних устройств. С одной стороны эти драйверы, как и высокоуровневые драйверы, входят в состав менеджера ввода-вывода, то есть принадлежат слою ядра, занимающему достаточно высокое место в иерархии слоев. С другой стороны, низкоуровневые драйверы отражают все особенности управляемых внешних устройств, поэтому их можно отнести и к слою машинно-зависимых модулей. Такая двойственность низкоуровневых драйверов еще раз подтверждает схематичность модели ядра со строгой иерархией слоев.

Для компьютеров на основе процессоров Intel x86/Pentium разработка экранирующего машинно-зависимого слоя ОС несколько упрощается за счет встроенной в постоянную память компьютера базовой системы ввода-вывода - BIOS. BIOS содержит драйверы для всех устройств, входящих в базовую конфигурацию компьютера: жестких и гибких дисков, клавиатуры, дисплея и т. д. Эти драйверы выполняют весьма примитивные операции с управляемыми устройствами, например чтение группы секторов данных с определенной дорожки диска, но за счет этих операций экранируются различия аппаратных платформ персональных компьютеров и серверов на процессорах Intel разных производителей. Разработчики операционной системы могут пользоваться слоем драйверов BIOS как частью машинно-зависимого слоя ОС, а могут и заменить все или часть драйверов BIOS компонентами ОС.

Переносимость операционной системы

Если код операционной системы может быть сравнительно легко перенесен с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы одного типа на аппаратную платформу другого типа, то такую ОС называют переносимой (portable), или мобильной.

Хотя ОС часто описываются либо как переносимые, либо как непереносимые, мобильность - это не бинарное состояние, а понятие степени. Вопрос не в том, может ли быть система перенесена, а в том, насколько легко можно это сделать. Для того чтобы обеспечить свойство мобильности ОС, разработчики должны следовать следующим правилам.

Большая часть кода должна быть написана на языке, трансляторы которого имеются на всех машинах, куда предполагается переносить систему. Такими языками являются стандартизованные языки высокого уровня. Большинство переносимых ОС написано на языке С, который имеет много особенностей, полезных для разработки кодов операционной системы, и компиляторы которого широко доступны. Программа, написанная на ассемблере, является переносимой только в тех случаях, когда перенос операционной системы планируется на компьютер, обладающий той же системой команд. В остальных случаях ассемблер используется только для тех непереносимых частей системы, которые должны непосредственно взаимодействовать с аппаратурой (например, обработчик прерываний), или для частей, которые требуют максимальной скорости (например, целочисленная арифметика повышенной точности).

Объем машинно-зависимых частей кода, которые непосредственно взаимодействуют с аппаратными средствами, должен быть по возможности минимизирован. Так, например, следует всячески избегать прямого манипулирования регистрами и другими аппаратными средствами процессора. Для уменьшения аппаратной зависимости разработчики ОС должны также исключить возможность использования по умолчанию стандартных конфигураций аппаратуры или их характеристик. Аппаратно-зависимые параметры можно «спрятать» в программно- задаваемые данные абстрактного типа. Для осуществления всех необходимых действий по управлению аппаратурой, представленной этими параметрами, должен быть написан набор аппаратно-зависимых функций. Каждый раз, когда какому-либо модулю ОС требуется выполнить некоторое действие, связанное с аппаратурой, он манипулирует абстрактными данными, используя соответствующую функцию из имеющегося набора. Когда ОС переносится, то изменяются только эти данные и функции, которые ими манипулируют. Например, в ОС Windows NT диспетчер прерываний преобразует аппаратные уровни прерываний конкретного типа процессора в стандартный набор уровней прерываний IRQL, с которыми работают остальные модули операционной системы. Поэтому при переносе Windows NT на новую платформу нужно переписать, в частности, те коды диспетчера прерываний, которые занимаются отображением уровней прерывания на абстрактные уровни IRQL, а те модули ОС, которые пользуются этими абстрактными уровнями, изменений не потребуют.

Аппаратно-зависимый код должен быть надежно изолирован в нескольких модулях, а не быть распределен по всей системе. Изоляции подлежат все части ОС, которые отражают специфику как процессора, так и аппаратной платформы в целом. Низкоуровневые компоненты ОС, имеющие доступ к процессорно - зависимым структурам данных и регистрам, должны быть оформлены в виде компактных модулей, которые могут быть заменены аналогичными модулями для других процессоров. Для снятия платформенной зависимости, возникающей из-за различий между компьютерами разных производителей, построенными на одном и том же процессоре (например, MIPS R4000), должен быть введен хорошо локализованный программный слой машинно-зависимых функций.

В идеале слой машинно-зависимых компонентов ядра полностью экранирует остальную часть ОС от конкретных деталей аппаратной платформы (кэши, контроллеры прерываний ввода-вывода и т. п.), по крайней мере для того набора платформ, который поддерживает данная ОС. В результате происходит подмена реальной аппаратуры некой унифицированной виртуальной машиной, одинаковой для всех вариантов аппаратной платформы. Все слои операционной системы, которые лежат выше слоя машинно-зависимых компонентов, могут быть написаны для управления именно этой виртуальной аппаратурой. Таким образом, у разработчиков появляется возможность создавать один вариант машинно-независимой части ОС (включая компоненты ядра, утилиты, системные обрабатывающие программы) для всего набора поддерживаемых платформ (рис. 3.9).

«Компоненты здоровья» - Мы знаем чего боятся микробы! - Сколько снега намело! Мы точно знаем какая сегодня погода! Моё настроение. Наш снежный спортивный городок. «Наша прогулка». Сколько интересного вокруг! Реснички опускаются – глазки закрываются… Игры с валеологическим содержанием. А почему надо сушить одежду после прогулки?

«Модель объекта» - Прогнозирования. Натурная модель подъёмного крана воспроизводит: состав; движения частей механизма. Натурные модели - реально воспроизводят внешний вид, структуру и поведение объекта. Давайте обсудим. Моделирование - процесс создания и использования модели. Объект огромный. Свойства моделей. Различают натурные и информационные модели.

«Объект-модель» - Автоматическая замена формальных соседей на фактические во время счета. 5. Хранения множества объектов программной модели в файле объектов (базе данных). Контрольные точки и рестарты. Решетка из полос ширины 2 * L – некорректные значения после первого шага. Буквальный цифровой аналог натурного моделирования.

«Модель представление» - Направленные связи указывают направление передачи сигналов. Первая часть вещественного числа - мантисса, определяет точность представления. Модель среды - описание среды на входе и выходе. Рис. 2.1. Модель странного аттрактора в форме ориентированного графа. В процессе суммирования получаем: Отсюда следуют основные функции модели?-?объяснительная и прогностическая.

«Компоненты умножения» - Найдите лишние числа. Компоненты действия умножения. Сравните. Х + 5 = 8. Компоненты действия вычитания. Компоненты действия сложения. Взаимосвязь между компонентами и результатом умножения. Чтобы найти неизвестное вычитаемое, надо от уменьшаемого отнять разность.

«Модель атома» - Поэтому электрон должен терять энергию на электромагнитное излучение и падать на ядро. Теория Бора сыграла огромную роль в создании атомной физики. Пребывая в одном из стационарных состояний, атом не излучает энергию. Дальнейшие максимумы наблюдаются при 2·4.86 B и 3·4.86 B. 7.2. Ядерная модель атома (модель Резерфорда).

Пластмамссы (пластимческие мамссы, также -- пламстики, что, в принципе, не является грубой ошибкой) -- органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.

Название «пластмассы» означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять после охлаждения или отвердения заданную форму. Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное состояние.

Основными компонентами пластических масс служат связующие (полимеры) и наполнители. При необходимости вводят также разнообразные добавки -- пластификаторы, стабилизаторы, отвердители, красители и пр.

Синтетические полимеры -- высокомолекулярные соединения, полученные из низкомолекулярных веществ -- мономеров в результате реакций полимеризации и поликонденсации.

В зависимости от способа получения полимеры разделяют на полимеризационные и поликонденсационные.

Полимеризация -- это реакция, при которой высокомолекулярное вещество возникает из низкомолекулярного (мономера) без отщепления побочных продуктов. Простейшим примером полимеризации является реакция образования полиэтилена

(--СН2-- -- СН2--)n из мономера -- этилена СН2 = СН2:

Поликонденсация -- это реакция, при которой образуются высокомолекулярные соединения (поликонденсаты), а в качестве побочных -- низкомолекулярные продукты (вода, спирт, углекислый газ и т. д.). Поликонденсаты обычно имеют короткие цепи и меньшую молекулярную массу, чем полимеризационные полимеры.

Полимеры, способные при нагревании многократно размягчаться и приобретать пластичность, а при охлаждении отверждаться, называют термопластичными. Термопластичные полимеры имеют линейное или разветвленное строение и получаются преимущественно реакцией полимеризации (полиэтилен, поливинилацетат, полнвинилхлорид, полиамиды и пр.). Полимеры с пространственным строением макромолекул не могут после отверждения вновь при нагревании приобретать пластичность и называются термореактивными (реактопластами). К ним относится большинство поликонденсационных смол (фенолформальдегидные, эпоксидные и пр.). Чем больше поперечных связей в таких полимерах (гуще «сетка»), тем значительнее их прочность, меньше текучесть, выше упругость и т.

В современном строительстве пластмассы заняли свое специфическое место: (классификация полимерных материалов по назначению):

Отделочные материалы (декоративные пленки, линолеум, бумажно-слоистый пластик)

Эффективные теплоизоляционные материалы (пенно-, поро- и сотопласты)

Гидроизоляционные и герметизирующие материалы (пленки, прокладки, мастики)

Погонажные изделия (поручни, плинтусы)

Санитарно-технические изделия (трубы)

В технологии бетона (полимербетоны и бетонополимеры)

Для модификации строительных материалов.

Пластическими массами называют композиционные материалы на основе полимеров, содержащие дисперсные или коротковолнистые наполнители, пигменты и другие сыпучие компоненты и обладающие пластичностью на определенном этапе производства, которая полностью или частично теряется после отверждения полимера. Некоторые строительные пластмассы целиком состоят из полимера (например, органическое стекло: полиметилметакрилат, полиэтилен).

Роль связующего в пластмассах выполняет полимер.

Общую формулу полимера можно записать в виде (-Х-)п, где Х -элементарное звено, п - степень полимеризации.

Исходные вещества, из которых синтезируют полимеры, называются мономерами. Степенью полимеризации называют число структурных единиц, содержащихся в одной молекуле.

От вида полимера, его количества и свойств зависят важнейшие свойства этих многокомпонентных материалов: их теплостойкость, способность сопротивляться действию кислот, щелочей и других агрессивных веществ, а также характеристики прочности и деформативности. Обычно, связующее вещество - самый дорогой компонент пластмасс и, в связи с этим, основным технико-экономическим требованием к строительным пластмассам является минимальная полимероемкость - минимальный расход полимера на единицу готовой продукции, обеспечивающий требуемые характеристики.

Сырьем для производства полимеров являются

Природный газ

Газообразные продукты переработки нефти (содержат этилен, пропилен, др. газы)

Каменоугольный деготь, получаемый при коксовании угля (содержит фенол и др. комп.)

Азот, кислород, получаемые из воздуха и др. вещества.

По составу основной цепи макромолекул полимеры делят на три группы:

Карбоцепные полимеры, молекулярные цепи которых содержат лишь атомы углерода (полиэтилен, полиизобутилен и т.п.):

Гетерогенные полимеры, в состав молекулярных цепей которых входят кроме атомов углерода атомы кислорода, серы, азота, фосфора (эпоксидные, полиуретановые, полиэфирные полимеры и т.п.):

Элементоорганические полимеры, в основных молекулярных цепях которых содержатся атомы кремния, алюминия, титана и некоторых других элементов, не входящих в состав органических соединений, например, кремнийорганические соединения:

По составу пластмассы разделяют на ненаполненные (полиэтиленовая пленка, органическое стекло), наполненные (содержат порошкообразные, листовые, волокнистые и другие наполнители) и газонаполненные (пено- и поропласты).

В зависимости от вязкоупругих свойств различают жесткие, полужесткие, мягкие и эластичные пластмассы.

Жесткие пластмассы - это твердые, упругие материалы аморфной структуры, имеющие модуль упругости более 1000 МПа. Они хрупко разрушаются с незначительным удлинением при разрыве. Примерами жестких пластмасс являются фенопласты, аминопласты, глифталевые полимеры.

Полужесткие пластмассы - это твердые вязкоупругие материалы кристаллической структуры, имеющие модуль упругости более 400 МПа и высокое относительное удлинение при разрыве. Остаточные деформации их обратимы и полностью исчезают при нагревании. Примерами служат полипропилен и полиамиды.

Для мягких пластмасс характерны низкий модуль упругости (20.. .100 МПа) и высокое относительное удлинение при разрыве. Остаточные деформации обратимы и медленно исчезают при нормальной температуре. К таким пластмассам относятся поливинилацетат, полиэтилен и др.

Структура макромолекул в зависимости от их формы может быть линейной, разветвленной, сетчатой и пространственной. При этом свойства полимеров, в первую очередь, зависят от строения макромолекулы и звеньев, из которых она построена.

Макромолекулы линейной структуры представляют собой цепи, длина которых в сотни и тысячи раз превышает размеры поперечного сечения. Чем длиннее цепь, тем выше прочностные характеристики полимера. Макромолекулы разветвленных полимеров имеют боковые ответвления. Число боковых ответвлений и отношение длины основной цепи к длине боковых цепей различны. Наличие ответвлений приводит к ослаблению межмолекулярных связей и, как следствие, к понижению температуры размягчения. Линейные и разветвленные полимеры обычно растворимы в тех или иных растворителях, плавятся или размягчаются при нагревании без изменения основных связей, а при охлаждении повторно переходят в твердое состояние. Такие полимеры являются основой термопластичных пластмасс.

Сетчатые и пространственные полимеры, называемые также сшитыми, образуются в результате соединения друг с другом линейных цепей макромолекул поперечными химическими связями. Это делает сшитые полимеры при частом расположении поперечных связей неплавкими при нагревании и совершенно нерастворимыми в растворителях. Такие полимеры являются основой термореактивных пластмасс.

Полимеры могут находиться как в аморфном, так и в кристаллическом состоянии. Под кристалличностью высокомолекулярных соединений понимают упорядоченное (параллельное) расположение цепей и звеньев. В кристаллических полимерах упорядоченное строение наблюдается на расстояниях, превышающих во много раз

Размеры звеньев цепи, а в аморфных высокомолекулярных соединениях эти расстояния соизмеримы с размерами цепи.

Кристаллическая фаза повышает прочность и теплостойкость полимера, наличие аморфной фазы делает полимер эластичным. Нередко кристаллическая и аморфная фазы находятся одновременно в одном материале, и их соотношение зависит от строения молекул. Например, степень кристалличности линейного полиэтилена составляет 80 %, а разветвленного -60%. Можно искусственно изменять степень кристалличности у одного и того же полимера, например, путем растягивания в нагретом состоянии или других воздействий, тем самым влиять на свойства полимера.

Далеко не каждый курильщик, даже со стажем, сможет назвать компоненты, которые входят в состав табачного дыма, да и самого табака. Все знают никотин и смолу, но только единицы в курсе, что сигаретный дым содержит около 4000 компонентов, большая часть которых считаются опасными для человеческой жизни и, конечно, для здоровья. На пачках табачных изделий не пишут, что .

Табачные компании не имеют регламентированных норм по контролю канцерогенов в составе табака. Исследование сигарет показывает, что количество смолы и никотина в изделиях превышает указанные показатели в 10 и более раз. Никакого контроля за количеством вредных веществ не ведется. Но почему вокруг химического состава табачных изделий такая шумиха? Какой вред наносит курение? И так ли оно опасно на самом деле? Может это просто вызывающий отвращение неприятный запах? Достаточно рассмотреть подробнее составляющие сигаретного дыма, чтобы ответить на вопрос об опасности утвердительно.

Состав табачного дыма: основные элементы

Из чего состоит табачный дым? Обычному рядовому человеку известны многие из химических элементов и соединений, которые содержатся в табачном дыме. Некоторые встречаются в повседневной жизни, другие знакомы по урокам химии в школе. В состав табачного дыма входят газообразные компоненты и твердые частицы. К газообразным частицам относятся.

• аммиак;
• бутан;
• метан;
• метанол;
• азот;
• сероводород;
• угарный газ;
• ацетон;
• синильная кислота (цианистый водород).

Все это вредные вещества, что не раз доказано. Многие из них являются ядами для любой биологической формы жизни. Стоит взглянуть на этот список, чтобы понять: подобные вещества не должны находиться в клетках биологического тела.

Еще в состав табачного дыма входят некоторые радиоактивные компоненты.

• полоний;
• калий;
• свинец;
• радий;
• цезий.

Известно, что вещества радиоактивного плана - это канцерогены, которые накапливаются в клетках. Курильщик, получает годовую дозу радиации 500 рентген, употребляя одну пачку сигарет в день.

К твердым частицам относятся смола, металлические и другие соединения:

• смола;
• фенол;
• индол;
• карбазол;
• никотин;
• свинец;
• цинк;
• мышьяк;
• сурьма;
• алюминий;
• кадмий;
• хром.

Особенно опасен для здоровья состав смолистых и твердых частиц. Именно они покрывают легкие и дыхательные пути нагаром, не давая возможности организму заняться самоочищением.

Это наиболее известные элементы, которые содержатся в табачном дыме.

Вред, наносимый организму

Табачный дым и его составные части выводят из строя не только дыхательную, но и другие системы организма. Все эти вещества угнетают психическое состояние человека. Он становится нервным. Чтобы успокоиться, нужна еще сигарета. Зависимый человек может курить, несмотря на отвращение. Никотин, являясь ядовитым наркотиком, вызывает привыкание и зависимость. Человек заболевает психологически - он раб своей привычки.

На физическом уровне основные компоненты табачного дыма вызывают тяжелые заболевания в силу постоянного нахождения в крови:

• болезни сердечно-сосудистой системы: гипертония, ишемическая болезнь, инфаркт, стенокардия;
• центральной нервной системы: мозговой инсульт, нарушения памяти и интеллектуального развития;
• пищеварительной системы: гастрит, язва, диабет, геморрой, рак желудка;
• дыхательной системы: рак легкого, фарингит, трахеит, бронхит, эмфизема, кислородное голодание;
• заболевание органов чувств: притупление обонятельных и вкусовых рецепторов, притупление слухового аппарата, снижение аппетита;
• эндокринной системы: токсикоз при беременности, выкидыш, физическое уродство и замедленное развитие плода, удлинение менструального цикла, импотенция.

Ко всему этому добавляется и общее кислородное голодание, что означает плохое усвоение полезных веществ и ослабление иммунитета. Смолистые компоненты усложняют очищение организма от токсинов. Накапливаемые ядовитые вещества не выводятся из клеток, вызывая их мутацию.

Если говорить о материальной базе, то курильщик ежедневно тратит некоторую сумму денег на приобретение сигарет или других изделий из табака. С учетом того, что табачные изделия не относятся к жизненно необходимым продуктам, к предметам роскоши или быта, не являются нужными человеку для жизни, можно подсчитать сколько денег тратит курильщик на дым. Не на тепло, без которого он умрет, не на пищу, не на одежду, а на дым. Если к этому приплюсовать ту сумму, которую курильщик потратит на лечение вызванных курением заболеваний, на лекарства, на реабилитацию после лечения или возможной операции - получится весьма приличная сумма.

Немного статистики

По данным статистики, начиная с 50-х годов прошлого столетия, из-за веществ, которые содержатся в табачных изделиях, умерло 62 миллиона человек. Если тенденция курить будет расти, как в наше время, то 9% населения земли, а это 500 млн человек, будут обязаны своей смертью табачному дыму. Сейчас ежегодно около 3 млн курильщиков умирают от веществ, составляющих табачный дым.

При выкуривании одной сигареты человек употребляет около 5 мг никотина. Если выкурить 25 сигаретных изделий, в организм курильщика поступит почти . Наибольшее количество никотина содержится в махорке и не сортовом табаке. Чем выше сорт табака, тем меньше содержание никотина.

Сигаретные фильтры не в состоянии защитить курильщика от вредных веществ. По данным лабораторных исследований, фильтры задерживают около 8% , тогда как 50% остается во вдыхаемом дыму, около 30% - в окурке, порядка 10% - в золе.

День без табачного дыма

В наше время человек сталкивается с вредной пищей, привычками, стрессами, не всегда полезными предметами в быту. Обычный рядовой гражданин попадает в зависимость от пагубных привычек. К ним относят курение, интернет, телефономанию, алкоголь и другое. Стали популярны День без интернета, День донора и иные подобные массовые акции. Конечно, нельзя было не создать Всемирный день без табачного дыма. Более того, в году есть 2 дня, посвященных отказу от курения - 31 мая и третий четверг ноября. В России отмечают оба этих дня.