信息及信息技术概述
信息
信息的定义
信息是反映一切事物属性以及动态的消息、情报、指令、数据和信号中所包含的实际的内容，能够为视觉、听觉、触觉和嗅、味觉等信息采集器官采集到的各种直观的、抽象的事物（例如文字、音乐、景物、色彩等都被称为信息）。信息本身不是实体，只是消息、情报、指令、数据和信号中所包含的内容，必须依靠某种媒介进行传递。
信息的基本特征
- 载体依附性
- 共享性
- 可传递性
- 价值信
- 价值相对性
- 时效性
- 真伪信
- 可处理性
- 普遍性
信息处理
- 信息采集
信息采集是指根据特定目的和要求，将分散蕴含在不同时空的有关信息采掘和积累起来的过程，包括对信息的收集和处理。信息采集有以下七个方面的原则：
- 可靠性原则
- 完整性原则
- 实时性原则
- 准确性原则
- 易用性原则
- 计划性原则
- 预见性原则
- 信息加工
信息加工是指通过判别、筛选、分类、排序、分析和再造等一系列过程，使收集到的信息成为能够满足我们需要的信息。
- 信息编码
信息编码是为了方便信息的存储、检索和使用，在进行信息处理时赋予信息元素以代码的过程。
信息技术
信息技术的概念
信息技术是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。传感技术（感测技术）、计算机技术和通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。传感技术用来解决信息获取方面的问题，通信技术用来解决信息传递方面的问题，计算机技术则用来解决信息的存储、加工、处理等方面的问题。计算机技术是现代信息技术的核心和支柱。
信息技术的发展阶段
- 第一次信息技术革命是语言的使用
- 第二次信息技术革命是文字的创造
- 第三次信息技术革命是印刷术的发明
- 第四次信息技术革命是电报、电话、广播和电视的发明和普及应用
- 第五次信息技术革命是于20世纪60年代，其标志是电子计算机的普及应用及计算机与现代通信技术的有机结合
信息技术的发展趋势
- 多元化
信息技术多元化就是信息技术的开发和使用的多样化，包括计算机技术、通信技术、感测技术、控制技术和一些软件的使用和应用技术等。
- 网络化
网络化指利用通信技术和计算机技术，把分布在不同地点的计算机及各类电子终端设备互联起来，以达到所有用户共享软件、硬件和数据资源的目的。
- 智能化
智能化指由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对某一方面的应用，如智能家具系统。
- 多媒体化
多媒体技术是利用计算机处理、声音、图像、文字、视频等信息所使用的技术，如语音输入、数字电影、网络视频会议。
- 虚拟化
虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，并使用户沉浸到该环境中。
前沿技术
- 云计算
云计算是分布式计算、并行计算、网络计算、网络存储及虚拟化计算机和网络技术发展相结合的产物，或者说是他们的商业实现。美国国家技术与标准局（NIST）给出的定义：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算机资源共享池（资源包括网络、服务器、存储、应用软件、服务），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作或与服务供应商进行很少的交互。通俗的说，云计算就是一种基于互联网的计算方式，化繁为简，更加节约资源。
- 云存储
云存储是在云计算概念上延伸和发展出来的一个新的概念，是一种新兴的网络存储技术，是指通过集群应用、网络技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的系统。
- 物联网
物联网是新一代信息技术的重要组成部分。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算，广泛用于网络的融合中，也因此被称为继计算机互联网之后，世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网应用的关键技术包括传感器技术、RFID标签和嵌入式系统技术。
- 3D打印
3D打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
- 可穿戴技术
可穿戴技术是20世纪60年代美国麻省理工学院媒体实验室提出的创新技术。可穿戴技术的目的是通过”内在联通性”实现快速的数据获取，通过超快的分享内容能力高效的保持社交联系，摆脱传统的手持设备而获得无缝的网络访问体验。
- 人工智能
人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。1950年10月，艾伦•图灵发表的论文《计算机器与智能》为人工智能科学提供了开创性的构思，至今仍然是人工智能的主要思想之一，图灵也因此被称为“人工智能之父”。
二，计算机概述
计算机发展
计算机的诞生
1946年，在美国宾夕法尼亚大学，由约翰•莫克利和普雷斯伯•埃克特领导的研究小组为精准测算炮弹的弹道特性而制成了ENIAC计算机，这是世界上第一台电子数字计算机。
计算机的发展历史
电子计算机的发展阶段通常以构成计算机的电子器件来划分，至今已经历了四代，目前正在向第五代过度。
- 第一代（1946—1958）：电子管数字计算机
计算机的逻辑原件采用电子管，主存储器采用汞延迟线、磁鼓、磁芯，外存储器采用磁带；主要采用机器语言、汇编语言；应用以科学计算为主。其特点是体积大、耗电大、可靠性差、价格昂贵、维修复杂，但他奠定了以后计算机技术的基础。
- 第二代（1958—1964）：晶体管数字计算机
晶体管的发明推动了计算机的发展，逻辑元件采用了晶体管以后，计算机的体积大大缩小，耗电减少，可靠性提高，性能比第一代计算机有很大的提高。主存储器采用磁芯，外存储器已开始使用更先进的磁盘，软件有了很大发展，出现了各种各样的高级语言及其编译程序，还出现了以批处理为主的操作系统，应用与科学计算和各种事务处理为主，并开始用于工业控制。
- 第三代（1964—1971）：集成电路数字计算机
计算机的逻辑原件采用小、中规模集成电路（SSI、MSI），计算机的体积更小型化、耗电量更少、可靠性更高，性能比第二代计算机又有了很大的提高。主存储器仍然采用磁芯，软件逐渐完善，分时操作系统、会话式语言等多种高级语言都有新的发展。
- 第四代（1971年以后）：大规模集成电路数字计算机。
计算机的逻辑原件和主存储器都采用了大规模集成电路（LSI）。所谓大规模集成电路是指在单片硅片上集成10002000个以上晶体管的集成电路。其集成度比中、小规模的集成电路提高了12个以上数量级。
计算机的发展趋势
- 巨型化
- 微型化
- 网络化
- 人工智能化
- 多媒体化
计算机的特点与应用
计算机的特点
- 运算速度快
- 计算精确度高
- 逻辑运算能力强
- 存储容量大
- 自动化程度高
计算机的应用
- 科学计算
计算机最早的应用领域是科学计算
- 数据和信息处理
数据和信息处理是指计算机对原始数据进行收集、分析、整理、合并、统计、存储、输出等加工处理。
- 过程控制
过程控制是利用计算机及时采集检测数据，按最优值迅速地对控制对象进行自动调节或自动控制。
- 计算机辅助技术
计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM ）指利用计算机辅助完成，从生产准备到产品制造整个过程的活动。计算机辅助教学是在计算机辅助下进行各种教学活动，以对话方式与学生讨论教学内容、安排教学进程、进行教学训练的方法与技术。
- 虚拟现实
虚拟现实是一种以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多元信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，并使用户沉浸到该环境中。
- 网络与通信
三，计算机基础知识
计算机系统组成与工作原理
计算机系统的组成
一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。
计算机硬件系统
- 运算器
运算器是计算机中执行各种算数和逻辑运算操作的部件。
- 控制器
控制器是指挥计算机的各个部件按照指令的功能要求协调工作的部件，是计算机的神经中枢和指挥中心，由指令寄存器、程序计数器和操作控制器三个部件组成。运算器和控制器通常集成在一块半导体芯片上，称为中央处理器（Central Processing Unit）或微处理器，简称CPU。他是整个计算机的核心部件，是计算机的“大脑”。CPU同一时间内处理的一组二进制数称为一个计算机的“字”，而这组二进制数的位数就是“字长”，寄存器的位数决定了机器的字长。
- 存储器
存储器是计算机系统中的记忆设备用来存放程序（计算机操作的依据）和数据（计算机操作的对象）。
为了解决要求存储器容量大、速度快、成本低三者之间的矛盾，通常采用多级存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、内存储器和外存储器。内存储器又称为主存储器外存储器又称为辅助存储器。
主存储器又分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。RAM中的信息可以随机的读出或写入。计算机一旦断电，存放在RAM中的信息立即消失，通电后不能恢复ROM只能读出信息，不能写入信息，存放在ROM中的信息，在没有电源的情况下也能长期保存。
- 输入设备
输入设备是从计算机外部向计算机内部传送信息的装置。常用的输入设备有键盘、鼠标、光笔、麦克风、摄像机和扫描仪等。
- 输出设备
输出设备是将计算机的处理结果传送到计算机外部供计算机用户使用的设备。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、音箱、音响等。
计算机软件系统
软件是计算机程序、方法、规范及其相应的文档以及在计算机上运行时所必需的数据。即软件=程序+文档+数据。软件可分为系统软件和应用软件两部分。
- 系统软件
系统软件是指控制计算机运行管理计算机资源，并为应用软件提供服务的一类软件，包括操作系统、语言处理程序、标准库程序与服务性程序、数据库管理系统等。
（一）操作系统
操作系统是系统软件的核心功能是管理计算机系统的全部硬件资源、软件资源及数据资源。操作系统是最基本的系统软件，其他所有软件都建立在操作系统的基础上，常见的操作系统有Windows、Unix、Linux、
Mac OS等。
（二）语言处理程序
语言处理程序的作用是将高级语言源程序翻译成计算机能识别的目标程序，一般是由汇编程序、编译程序、解释程序和相应的操作程序等组成。
①汇编程序（汇编系统）。输入的是用汇编语言书写的源程序。输出的是用机器语言表示的目标程序。机器语言是用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合，由它编写的计算机程序不需要再翻译就可以直接被计算机系统识别并运行。汇编语言是一种用助记符表示的仍然面向机器的计算机语言，其特点是用符号代替了计算机指令代码，而且助记符与指令代码一一对应。基本保留了机器语言的灵活性。
②编译程序（编译系统）。把用高级语言编写的面向过程的源程序翻译成目标程序的语言处理程序。高级语言指的是与自然语言相近并为计算机所接受和执行的计算机语言。它是面向用户的语言（机器语言和汇编语言都面向硬件）。目前被广泛使用的高级语言有BASIC、C、C++、C#、Java、Python等。
③解释程序（解释系统）。高级语言翻译程序的一种，他把源语言书写的源程序作为输入，解释一句后就提交计算机执行一句，并不形成目标程序。（汇编程序和编译程序都会产生目标程序）
（三）服务性程序
服务性程序是一类辅助性的程序，它提供各种运行所需的服务。例如用于程序的装入、链接、编辑和调试的装入程序、链接程序、编辑程序及调试程序，以及故障诊断程序、纠错程序、工具软件等。
（四）数据库管理系统
数据库管理系统是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库，简称DBMS。常用的有Sybase、DB2、Oracle、Mysql、Access、Visual FoxPro、SQL Server等。
- 应用软件
应用软件指计算机用户根据各自的业务需要，而开发和使用的各种程序。应用程序通常都是针对某个具体问题，编写的软件服务于某类计算机用户。常用的应用软件主要有办公软件、图像处理软件、多媒体创作工具、辅助设计软件、实时控制软件、用户应用程序。
计算机性能指标
- 运算速度
运算速度是衡量计算机性能的一项重要指标。通常所说的计算机运算速度（平均运算速度），指每秒钟所能执行的指令条数，一般用“百万条指令/每秒”（MIPS）来描述。同一台计算机执行不同的运算所需时间可能不同，因而对运算速度的描述常采用不同的方法。常用的有CPU时钟频率（主频）、每秒平均执行指令数、执行一条指令所需的时钟周期数（CPI）等。
其中主频是CPU在单位时间g，每秒内的平均操作次数通常以MHz为单位，对于同一型号的CPU，其主频越高完成指令的一个执行步骤所用的时间越短，执行指令的速度越快。
- 字长
计算机在同一时间内处理的一组二进制数称为一个计算机的“字”，而这组二进制数的位数就就是“字长”。在其他指标相同时，字长越大计算机处理数据的速度就越快。
- 内存储器的容量
内存储器简称主存，是CPU可以直接访问的存储器。需要执行的程序与需要处理的数据就是存放在主存中的。内存容量越大，系统功能就越强大，能处理的数据量就越庞大。
- 外存储器的容量
外存储器容量通常是指硬盘容量（包括内置硬盘和移动硬盘）。外存储器容量越大可存储的信息就越多，可安装的应用软件就越丰富。
- 存取速度
把数据存入存储器的操作称为写；把数据从存储器中取出的操作称为读。存储器进行一次读或写操作所需的时间称为存储器的访问时间，而连续执行两次独立的读或写操作所需的最短时间，称为存取周期。存取周期越短，存取速度越快。
存储单位
存储器中所包含存储单元的数量称为存储容量。计算机中以八位二进制位（bit）作为一个存储单元，也就是一个字节（Byte）为一个存储单元。信息的基本容量单位和数据存储容量的基本单位是字节，存储数据或信息的最小单位是位。
计算机工作原理
“现代计算机之父”冯•诺依曼提出了计算机的工作原理是存储程序（或程序存储）。存储程序原理的主要思想是将程序和数据存放到计算机内部的存储器中，计算机在程序的控制下一步一步进行处理，直到得出结果。
计算机数制
数制
数制也称计数制，是用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。在计算机中使用的是二进制，这是因为计算机是由电子元件组成的，这些电子元件一般有两种稳定的工作状态，有高、低两种电位表示1和0在物理上最容易实现。
进位计数制
常用的数字都采用进位计数制。进位计数制简称进位制。是按进位方式实现计数的一种规则，其特点是数码的数值大小与它在数中的位置有关。进位计数制涉及数码、基数和位权三个概念。
- 数码
数码是一个数制中表示基本数值大小的不同数学符号。例如二进制有0和1两个数码。
- 基数
基数是一个数字所使用的数码的个数。例如二进制的基数为2。
- 位权
数码在不同位置上的权重（倍率值），用基数R的i次幂表示。
