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《计算机信息技术》第1章信息技术概述1.1信息与信息技术1.1.1信息与信息处理1.1.2信息技术1.1.3信息处理系统暮春怀故人李中(唐)池馆寂廖三月尽，落花重叠盖莓苔。惜春眷恋不忍扫，感物心情无计开。梦断美人沈信息，目穿长路倚楼台。琅轩绣段安可得，流水浮云共不回。见《全唐诗集》卷748-41信息是什么？信息是消息；信息是知识；信息是运动状态的反映；信息是经过加工后的数据;…….诸如此类，至今争论不休。所以弄清楚信息是什么？应从不同的角度来认识。（1）控制论观点控制论是研究在自动的机器系统中，及在人体和动物体内信息传递的一般性问题的科学。控制论创始人N.Wiener对什么是信息有一个著名的定义：强调了信息是一种新的资源。信息就是信息，它既不是物质也不是能量。（2）本体论观点没有任何约束条件去看待事物的观点。唯物论与唯心论：都认为世界是物质与精神组成的二元世界。二者争论仅在物质决定精神还是精神决定物质。但唯物论与唯心论都认为世间一切事物都在运动，有运动事物就发生变化，有变化就产生状态。信息是事物运动的状态及状态变化的方式。区别了信息与事物,信息既不是物质也不是精神,只是事物运动的状态及状态变化的方式，或者说信息是事物的一种属性。（3）认识论观点研究人类认识的来源、发展过程及认识与实践的关系。信息是认识主体所感知的事物运动及其变化方式的形式、内容和效用。强调了信息是知识。知识＝语法(形式)＋语义(内容、含义)＋语用(效用、价值)知识与信息的区别与关系：因为：知识是对事物变化规律的认识和经验的总和。知识可形式化表示为：相同点：都关注事物运动的状态不同点：信息显示事物运动状态的变化方式，而变化方式是个别的，具体的。知识显示事物运动状态的变化规律，是普遍、抽象的。关系：知识来源于信息，因为规律是从大量的具体现象分解、归纳出来的。所以对信息作必要的处理可以达到认知的目的。（4）管理学、计算机领域观点信息是经过加工后的数据，能对接受者的行为和决策产生影响，是对人有用的数据。（ISO定义）强调了信息与数据的区别数据是对事实、概念或指令的一种特殊表达形式，这种特殊的表达形式可以用人工或自动化的装置对其进行通信，翻译转换或加工处理。（ISO定义）总之，信息是一切事物的普遍属性，是经过加工后的数据，是人们认识世界改造世界的一种基本资源。※信息的性质（补充内容）①事实性信息的第一和基本性质。破坏信息的事实性现象普遍存在：谎报产量、做假等。不符合事实的信息既害别人也害自己。维护信息的事实性就是保证信息的真实性、准确性、客观性，而达到可信性。②等级性战略级全局性信息(长远规划、五年计划等）策略级管理性信息(月度计划、成本信息等）执行级运行/操作类信息(考勤、领料单等）③可压缩性信息可以集中、概括、综合，而不丢失信息的本质。如程序可压缩成框图，企业信息可压缩成各种图表等。压缩过程中会丢失一些信息，但丢失的是一些无用的信息（干扰、冗余信息）如滤除收音机中的杂音。④扩散性信息扩散是其本性，可通过各种渠道和手段传播信息，浓度越大，扩散力越强。越离奇的消息，越耸人听闻的新闻传播越快，扩散面越大。“没有不透风的墙”说明了信息扩散的威力。信息扩散存在两面性：一方面有利于知识传播，这要通过各种宣传机构、手段加快信息的扩散；另一方面信息的扩散可能造成信息的贬值，不利于保密，使国家受到损失、危害，不利于保护信息所有者的积极性（如软件盗版），因此要制定各种规章加以限制。⑤传输性信息是可以传输的（电话，电报，卫星，书报），传输成本远远低于物质传输和能源传输。所以尽可能用信息传输来代替物质传输（宁可用10倍的信息传输换取一倍的物质传输）。⑥分享性信息只能共享，不能交换。我告诉你一个消息，我并没有失去什么，也不会从大脑中消除。而物质的交换是0和的（你的所得必为我之所失，所得所失之和为零）。信息的共享没有直接的损失，但可造成间接的损失。告诉你生产某药品的配方，就会造成与我方的竞争，影响我方的销路。信息的共享有利于信息成为一种资源，信息只有达到充分的共享才能真正成为资源。⑦增值性/再生性用于某种目的的信息，随着时间的推移，可能价值耗尽，但对于另一种用途，又可能再现它的价值性。例如，天气预报信息，预报期一过就不再有用，但对每年同期天气比较，总结变化规律，验证模型，却极有价值，变废为宝。（气象学家正是根据这点预测天气的）。在量变的基础上可能产生质变；在积累的基础上可能产生飞跃。⑧转换性有物质存在必有使它运动的能量存在，也必有描述它的运动状态的信息存在，没有能源不能开工，没有知识就没有信息，就不能成功生产。这说明信息、能源、物质是可以相互转化的。有物质和能源能换取信息这是不言而喻的，那么有信息能否转化为物质和能源呢？大量的事实说明能够实现这种转换。例如:工厂利用技术革新大大节约了能源，信息技术手段合理选择材料源，节省成本等等。所以有人说“有了信息就有了一切”，而知识是信息的结晶，所以就有“知识就是力量，知识就是生产力”的说法。这也说明了这种转换。什么是信息处理？专业定义:信息处理的本质：数据处理信息处理的目标：获取有用的信息信息处理的过程：一切为了更好地利用信息，而对信息本身所施加的各种操作过程统称为信息处理。信息处理是对信息的收集、加工、存储、传输、维护及使用的全过程。广义理解:信息处理的过程：信息传递（神经系统）信息加工（大脑）信息传递（神经系统）信息施效（效应器官）信息获取（感觉器官）事物客体信息的收集感知、测量、识别、获取、输入等。包括三个方面：信息需求信息采集采集方法广泛收集统计方法，固定的周期，固定的数据结构专项收集调查表抽样调查方法随机累积平时收集积累方法采集维数阶段维数哪个时间阶段层次维数哪个管理层次来源维数内源还是外源信息表达文字表达数字表达图形、声音表达信息的加工如分类、分析、综合、转换、检索、管理等。信息加工的过程如下：数据预信息信息决策结果△t1△t2△t3△t4注意:信息加工的每一步都需时间，因此加工后的信息不可能反映现实的最新状态。(滞后性)信息的存储存储介质：纸、胶卷、磁盘、磁带、磁卡等。存储方式：集中存放——可减少冗余。分散存放——有冗余、难于共享、但方便使用者。保存周期：保存多长时间存储内容：要存储什么样的数据信息的传输信息传输理论最早是在通信中研究的，一般遵守香农模型(Shannon)：传输信息量计算：例：假定A地共有8种可能状态，则发生每种状态的概率是相等的，即1/8。如果A地想告诉B地现在A地处于第i个状态，则A传递给B地的信息量是：这里结果3的含义是表示8种状态的二进制位数。即在本例中，只要在信道上传递3位二进制位的信息量，即可告诉B“A地现在所处状态”。信息维护信息维护是指：全部数据的管理工作。（广义概念）信息维护的目的：经常更新存储的数据，保持最新状态。（狭义概念）保证信息的准确、及时、安全、保密。信息使用技术方面如何高速、高质量提供信息价值转换效率、时机1.1.2信息技术信息技术(informationtechnology简称IT)指的是用来扩展人类的信息器官功能、协助人类进行信息处理的一类技术。现代信息技术的主要特征以数字技术为基础，以计算机为核心，包括通信技术的信息收集、传递、加工、存储、显示与控制技术。信息技术的主要内容人的信息器官感觉器官识别与获取信息神经网络传递信息思维器官处理、记忆、再生信息效应器官施用信息对应于人类的信息器官功能，信息技术包含如下主要内容：（1）信息感知技术解决是否有信息存在的问题。提高人的感知范围、感知精度、灵敏度。主要有：红外线技术紫外线技术次声波技术超生波技术各种传感器技术……（2）信息识别技术解决存在的信息是哪一类信息问题。信息识别是在信息感知的基础上进行的，识别的工作原理只是与特定的“模板”进行比较，其识别模型如下：常用的信息识别技术和方法统计模式识别方法语言学方法人工神经网络方法（3）信息的通信技术解决人类交流信息的空间与时间障碍；研究关于信息在空间中的传递和转移问题，只关心信息的形式（语法）而不关心它的内容(语义)及价值（效用）；通信的有效性注重考虑传输的可靠性信息的安全性信息通信的实质就是一种事物运动的状态方式脱离开源事物而附着另一事物（称之为载体），并通过后者的运动将这种状态方式在空间中从一点传到另一点。（4）信息的计算（处理）、加工与再生技术关心的问题是对信息的去粗取精、去伪存真、从原始信息中抽象出具有普遍意义的规律，成为可用的知识。其实质是认知过程。分为：表层信息处理技术信息变换、记录、共享、检索压缩、编码、差错处理、安全（5）信息的控制技术信息控制就是信息的施效过程，一切形式的控制归根到底就是改变控制对象的状态和方式。深层信息处理技术1.1.3信息处理系统系统信息处理系统用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加工处理、控制及显示的综合使用各种信息技术的系统。结构如下:信息加工通信/存储感知与识别通信/存储控制与显示相互关联的诸元素的集合。信息处理系统分类按自动化程度人工的、半自动的、全自动的按技术手段机械的、电子的、光学的按使用范围专用的、通用的……信息处理系统例雷达:电视/广播:单向的、点到多点（面）的以信息传递为主的系统以感知与识别为主要目的的系统电话:双向的、点到点的以信息交互为主要目的的系统银行:以处理金融业务为主的系统图书馆:以信息收藏和检索为主的系统Internet:跨越全球的多功能信息处理系统1.2微电子技术简介微电子技术以集成电路为核心，实现电子电路和电子系统超小型化及微型化的电子技术。1.2.1微电子技术与集成电路集成电路（IntegratedCircuit简称IC）与集成电路芯片在硅片上经平面工艺加工形成的大量晶体管、电阻、电容等元器件、及互连线的微型化的电路系统。芯片是集成电路的载体。构成电子电路的基础元器件的发展与演变元器件即电子电路中使用的具有开关和放大作用的电子基础元件(真空电子管、晶体管等。基础元器件的发展与演变过程真空电子管1904年英国电气工程师弗莱明（JohnAmbroseFleming）发明了真空二极管1906年美国工程师德·福雷斯特(LeeDeForest）发明了真空三极管电子管是对处于玻璃真空管中的阴极灯丝加热发射出电子而工作。缺点是耗能多，寿命有限（因高温下的灯丝材料钨易断，使其无法工作）。晶体管1948年肖克利、巴丁、布拉顿发明了晶体管。晶体管是靠半导体中的电子和空穴的流动来工作的。其工作寿命无限，但这些元器件被组装到印刷电路板上时，是通过焊接来进行连接的，焊接的水平(虚焊、氧化)的优劣将是左右的质量的因素。集成电路利用二氧化硅膜制成平面晶体管，并用淀积在二氧化硅膜上的、和二氧化硅膜密接在一起的导电膜作为元器件间的电的连线制成的微型化电子电路。1959.7美国仙童公司（Fairchild）的诺依(N.Noyce)制成了集成电路半导体材料有很多种，为什么采用半导体硅(Si)作为集成电路的制作材料?①集成电路的基础工艺是平面技术：首先将硅表面氧化，然后用腐蚀法在二氧化硅膜上形成各种平面的元器件。可见实施的关键在于获得优质的二氧化硅膜。而在硅表面上较容易获得优质的二氧化硅膜。A）集成电路的制作材料主要原因是：②晶体管的特性在很大程度上受二氧化硅膜界面的缺陷的影响。而二氧化硅膜界面只有10-5的原子键形成缺陷，用其他人工方法很难获得这样优质的界面。③二氧化硅是地球上存在数量占第一、第二位的氧和硅构成的，是一种储量多用之不尽的工业材料。B）集成电路的特点与优点体积小功耗低按电子器件的比例缩小法则：尺寸和电源电压缩小为原来的1/K时，速度将为原来的K倍；消耗的功率将为原来的1/K2倍；开关能量减小到原来的1/K3倍。可靠性好（因集成度大，焊点少，故障率低）速度快规模增大、生产量大、成本低、价格便宜C）集成电路分类按集成度或规模分（单个芯片中包含的电子元件，如晶体管、电阻、电容的数目）:集成电路规模集成度（元器件数）小规模集成电路（SSI）＜100中规模集成电路（MSI）100～3000大规模集成电路（