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第四章、信息技术
对信息实施识别、获取、存储、发送、转换、传递、检索、运算、提取、接收、控制、输出、维护、利用等一系列操作，必须具备各种工具设备和方法技能，我们将它们统称为信息技术。
工具设备是硬技术，方法技能是软技术。信息技术都是人体自身的信息功能的直接扩展和外化。
信息技术分类：①信息获取技术、②信息传送技术、③信息处理技术、④信息存取技术。
现代信息技术包括：①卫星技术、②信息高速公路、③多媒体、④虚拟现实、⑤计算机技术。
硬件(Hardware)是组成计算机的物理实体，是计算机工作的物质基础。按照冯?诺意曼对计算机的基本功能原理，计算机硬件划分为五个功能部分：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。软件(Software)是计算机的精神和灵魂;它包含完成各种功能的程序和数据，并指挥控制计算机各部分协调地工作。
计算机软件分应用软件和系统软件两大类。应用软件是在计算机硬件和系统软件的支持下，为解决各类专业和实际问题而设计的软件;旨在帮助人们完成一个特定的任务。系统软件是为应用软件提供支持的接口，其作用是保证计算机系统正常运行，满足应用软件需要。
系统软件的特点有：①由计算机开发商提供;②用于计算机资源管理及充分利用;③帮助用户使用、维护和操作计算机;④发挥和扩展计算机功能;⑤提高计算机使用效率;⑥一种公共通用软件。
常用应用软件包括：字处理软件、电子制表软件、数据库管理软件、多媒体制作软件、其他事务处理软件。系统软件通常分为三类：操作系统、语言处理程序和实用管理程序。
语言是一种用于传递信息的表示方法、约定的集合。计算机语言也称为程序设计语言，是人类用来向计算机传递信息与下达命令的通讯工具。计算机只能识别人们用某种程序设计语言编写的程序。
数据库系统(DBS)指由数据库、DBMS、数据库管理员(DBA)和多个数据库应用程序构成的整体环境。
关系模型是数据库逻辑设计中采用的一种抽象模型。它用关系(或称表)来描述数据，有严格的数学基础，抽象级别比较高，而且简单清晰，便于理解和使用。
远程通信和网络对信息系统和企业目标的支持远比其他组成部分所给予的更为重要。远程通信和网络的一些有效的商业应用有：电子邮件(E-mail)、电子文档资料的分发、电子软件分发、远程办公、电子数据交换(EDI)、公共网络服务、专业化和地区信息服务。
4.1 信息技术概述
多媒体信息：指以文字、声音、图形、图象等为载体的混合信息。
虚拟现实(Virtual Reality)：一种由计算机硬件、软件和各种先进的传感器构成的人工信息系统，可以逼真地模拟各种复杂的现实环境，让人产生身临其境的感觉。
计算机主要功能与特点：①具有算术运算功能、②具有逻辑判断功能、③具有“记忆”功能、④运算速度快、⑤计算精度高、⑥高度自动化。
计算机解决问题基本思路：⑴问题分析，就是要明确解决的问题是什么。⑵确定算法，这一阶段的任务是确定解决问题的计算机处理方案，包括数据转化和功能转化。⑶编程和调试，就是把逻辑设计描述的算法转换为某一程序语言编写的程序;经过试运行和检验调试，最终得到正确的结果。
问题分析的目的是弄清问题的性质、目标、规模、要求以及范围;它大致包括对问题的可行性分析及对用户的需求分析两个方面。问题可有结构化，半结构化，非结构化三种。
算法：是一套操作方案，由描述模型和规范组成。(计算机)程序是按照一定规则和步骤组织在一起的指令之集合。
程序特征：⑴程序是用以解决问题的，具有特定任务和功能;⑵程序遵循一定的规则和步骤;⑶程序是供计算机执行的，必须符合计算机的逻辑和处理方式;⑷程序是由人提供的对计算机进行操作的说明书;⑸程序可以连续自动运行。
指令是计算机硬件能执行的、完成基本操作的命令;用一串二进制代码表示，由操作码和操作数组成。操作码是该指令要完成的操作，操作数是参加运算的数据或该数据所在单元地址。
不同的计算机，由于硬件结构不同，指令也不同。一般都具有：数据传送指令、算术和逻辑指令、程序控制指令、输入和输出指令、各类控制管理机器的指令。
计算机语言的发展经历了五个主要阶段：⑴第一代(机器)语言。⑵第二代(汇编)语言。⑶第三代(面向过程)语言。⑷第四代(面向应用)语言。⑸第五代(智能化)语言。
机器语言将指令的操作码和操作数以二进制代码表示，是计算机能直接识别和执行的语言。
汇编语言是用助记符来表示机器指令的符号语言。需要用汇编程序将汇编语言编写的源程序翻译成机器能执行的目标程序。
面向过程语言比较接近于人们习惯的自然语言和表达问题的习惯方式。
面向应用语言主要特点是：非过程性、图形窗口和人机对话形式、默认设置和智能化工具、基于数据库技术、面向对象的方法、提高软件开发效率、易读易使用易维护。
智能化语言主要使用于人工智能领域，帮助人们编写推理、演绎程序。
第三代以上的语言称为高级语言，必须经过翻译后才能被机器执行。
任何数据在计算机内部都表现为二进制数字的形式，用0、1两个代码组成，并以这种形式存储、运算和传递。
数据存储经常用基本概念和单位：⑴位(bit)，二进制的一个数位。是计算机存储数据的最小单位。⑵字节(Byte)，由八位二进制位组成，是计算机存储数据的最基本单位，或称为计算机不可分割的基本存储单元。常用的计算机存储容量单位有KB、MB、GB、TB.⑶字符(character)，用字母、数字和符号表示，是数据可拆分的最小单位。
计算机处理的信息都是以二进制数字形式表示，称之为“码”。
信息编码就是对各种信息从原形式到“码”(新形式)的某种变换操作。编码前的信息和编码后的信息之间的关系由编码的具体操作规则决定。
编码技术最重要的是要有一个明确的目的。目的不同，编码规则也不同。通常有有效性编码、抗干扰编码、可靠性编码、保密性编码。
计算机对数值数据的转换，现在都是由计算机自动进行二、十进制互换的。
计算机对文字的处理分三步：①输入编码(外码、内码)、②文字信息运算、③输出编码(字型码)。
常用的西文信息的编码采用“ASCII码”，用八位二进制的不同组合表示。一字节存放，最高位置0.代表94个字符与34个控制操作。
汉字的信息编码有：①机外码(又称输入码)。②机内码(计算机内部存储、处理用的代码)。每个汉字两字节存放，最高位置1.③国标码(也称交换码)即“GB2312-80信息交换用汉字编码字符集”，共收录汉字、字母、图形等符号7445个，其中汉字6763个(一级汉字3755个，按汉语拼音顺序排列，二级汉字3008个，以部首顺序排列)。
输出编码以字型码表示，所有字型码的集合称为字库。
音频信号是一种模拟信号，主要由振动幅度和振动频率来描述。将模拟信号数字化的过程称为模-数(A-D)转换。反之，称为数-模(D-A)转换。模-数转换采用固定的时间间隔对声波进行采样，每秒钟的采样数称为采样频率，每个采样点标记振幅的二进制位数称为采样精度。通用的标准采样频率有：44.1kHz、22.05kHz和11.025kHz.
多媒体系统处理声音的方式有三种：外部音源的录放、CD唱片重放、MIDI音乐合成。
计算机的声音处理系统包括：声卡、声音处理软件及相应的输入输出设备。
图形图像分为静态和动态两种。动态图像也称视频信息，由许多幅静态画面构成。每一幅称为一幀，所以帧是视频信息构成的最小和最基本单位。视频信息的数字化用两个基本指标：采样频率(每秒帧数)和采样深度(每帧包含的颜色位)。
图像的压缩和解压缩都遵循JPEG静态图像压缩编码国际标准和MPEG动态图像压缩国际标准。视频信息的编辑、加工采用专门的软件。计算机视频处理系统包括视频处理功能卡、视频图形处理软件、视频输入输出设备。
4.2 信息处理的软硬件设备
对微型机来说，五个功能部分(运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备)被实体化为主机箱、键盘和鼠标等输入设备及显示器等输出设备。主机箱内有硬盘、软盘驱动器、光盘驱动器和微机的核心部件—主板。从理论上说，通常把微机分为主机和外设两大部分。
主板也称系统板，是微机系统集中管理的核心载体。主要构成有：中央处理器(CPU)、内存、芯片集、总线结构、功能插卡和扩展槽、输入输出接口、系统BIOS及CMOS.
CPU的主要性能指标有：①主频、②总线性能、③寻址能力、④MMX技术。
主频，用MHz表示，它是协调同步各部件行动的基准，主频越高，CPU运算速度越快。
总线是CPU连接各部件的枢纽和传送数据的通道。通常传送三种信号：数据、地址和控制信号，总线也相应分为数据、地址和控制总线。
微机的性能依赖于总线的宽度、质量和传输速度。寻址能力，由地址总线的宽度决定。
MMX技术，一是可以将多条信息以一条指令完成，二是增加多媒体处理指令。
存储器通常分为内存和外存两部分。
内存也称主存，是CPU直接访问的存储器，存取速度比外存快得多，造价高，断电后其中数据即消逝。容量不如外存大。
内存可分为：随机存储器RAM、只读存储器ROM、高速缓存Cache.习惯上人们把CPU与内存及部分寄存器称为主机。
系统主板上有一系列的扩展槽，用来连接各种插卡(接口板)，用户可根据自己的需要插入各种用途的插卡以扩展微机的功能。典型的有显示卡、声卡、视频卡等。
输入输出接口也称为设备控制器或适配器，一般做成电路插卡的形式，也叫适配卡。
BIOS实际上是一组存储在EPROM中的软件，负责对基本I/O系统进行控制和管理。CMOS是一种存储BIOS所使用的系统配置的存储器。
外存也称辅存，它需要经过内存与CPU及输入输出设备交换数据，用来长久保存大量程序和数据。相对内存来说，外存可真正存放信息，容量大，造价便宜，但速度慢。常用外存有软盘、硬盘和光盘。目前计算机用光盘主要有只读型(CD-ROM)、只写一次型和可擦写型光盘。
输入设备的功能是将程序和原始数据转换为计算机能够识别的形式送到计算机内存。微机上常用的输入设备有键盘和鼠标器。
输出设备的功能是将内存的信息以人们能接受的形式输送出来。显示器和打印机是最基本的输出配置。
显示器分为CRT和LCD两种。尺寸以最大对角线表示，以英寸为单位。显示器的效果取决于像素的多少和间距，还取决与显示卡。
打印机是将输出结果打印到纸上的输出设备，分为击打式和非击打式两大类。常用的有点阵打印机(针打)、喷墨打印机、激光打印机。
操作系统是直接在裸机上运行的最基本系统软件，任何其他软件必须在操作系统支持下运行。
操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源、合理组织计算机工作流程以及帮助用户使用、管理计算机的一组程序。其主要作用是：①合理控制和管理系统资源、②提供用户和计算机之间的界面、③为用户提供软件开发和运行的环境。
从资源管理的角度看，操作系统主要有五个功能：作业管理、进程管理、存储管理、设备管理、文件管理。
操作系统的分类：⑴按运行环境分，有实时、分时、批处理操作系统。⑵按管理用户数量分，有单用户和多用户操作系统。⑶按同时管理作业数分，有单任务和多任务操作系统。⑷按与用户交互界面形式分，有字符界面和视窗图形界面操作系统。⑸按使用范围分，有个人微机和网络操作系统。
常用的微机操作系统有：CP/M、MS-DOS、UNIX、Windows、Linux、网络操作系统(NOS)。
一般将高级语言和汇编语言编写的程序称为“源程序”，已经翻译成机器语言的程序称为“目标程序”，不同的高级语言编写的程序必须通过相应的语言处理程序进行翻译。翻译方式有两种：编译方式和解释方式。
编译方式是将源程序一次全部翻译成目标程序，经过连接程序的连接，最终处理成可直接执行的可执行程序。特点是执行速度快，效率高。
解释方式是将源程序逐句读入，边解释，边执行;不产生目标程序。对初学者有利，便于查找错误，但效率低。
实用管理程序指一些公用的服务性工具程序，方便用户的使用和维护管理。管理服务程序大致有：编辑程序、连接装配程序、测试诊断程序、网络管理程序、文件格式转换程序、磁盘压缩程序、备份程序。
