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第一章绪论1.1信息概念的定义与内涵任何一门学科都是建立在一批概念之上，包括基本概念、重要概念、相关概念和一般概念以平面几何为例:点、线、面、平行基本概念是根据一定学术规范加以严格界定并予以准确定义的概念，是奠定学科的第一批基石信息是信息科学的基本概念1.1信息概念的定义与内涵1.1.1信息概念的三个层次1.1.2生活层次的信息概念人与人之间通过各种方式和手段交流的内容称为信息如语言信息、符号信息、情报信息、数字信息、资料信息、广告信息等等人们生活周围存在的光、声、色彩、形状等也称为信息如光信息、声信息、色彩信息、形状信息等等各种媒介上传播的经济、政治、文化等方面的内容称为信息如经济信息、商品信息、政治信息、文化信息、学术信息等等1.1.3学科层次的信息概念人们拥有的最初的信息概念是由狭义信息论（即通讯理论）的创立者申农（Shanoon）提出的，他把信息定义为“减少或消除一种情况不确定的东西”狭义信息论的另一创始人维纳认为信息是“系统组织程度（或有序性）的标志”维纳认为，“信息量实质上就是负熵”1.1.3学科层次的信息概念狭义信息论中的定义存在的不足：没有揭示信息是什么，而是指出信息在通讯学中的作用把信息被看成“负熵”。这种说法揭示的也不是信息的本质，而是一种信息量的计算方式对于语言来说，人类通过语言表述的主观信息比起那些适合用通讯技术传输的客观信息要复杂得多，狭义信息论是无法解释1.1.3学科层次的信息概念在传播学领域，施拉姆等人对信息概念的解释基本上引自申农的狭义信息论的定义，认为“凡是在一种情况下能减少不确定性的任何事物都叫做信息”在教育传播学、教学信息论等学科的论著中，对信息的解释大都引用哲学的或狭义信息论的定义，并结合自身学科的特殊情况加以补充，认为教育信息特指教育系统中传递的内容1.1.4哲学层次的信息概念哲学层次的信息概念从最基本、最普遍的意义上揭示信息的本质、特征和形态，是最为广义的信息概念在众多学科层次信息概念和日常生活层次信息概念的基础上可以抽象、概括出哲学层次的信息概念1.1.4哲学层次的信息概念“信息是泛宇宙存在着的一切事物的状态和多样性，它不依赖于是否被接受、反映而存在。”“信息是物质运动的一种存在形式，它是以物质的属性或运动状态为内容，是物质运动的一种反映，它的传播或储存借助一定的物质作载体。”这些叙述在文字上有差异，但基本内容一致1.1.4哲学层次的信息概念哲学上把信息分为三类：自在信息、自为信息、再生信息物质世界自我显示的信息称为自在信息，这种信息在物质世界是普遍存在的；人类对于物质世界自我显示的信息进行表征的结果称为自为信息人类在不断认识自然、改造自然的过程中通过思维对自为信息进行加工创造后得出的信息称为再生信息什么是信息技术？信息技术是指用来扩展人们信息器官功能、协助人们进行信息处理的一类技术扩展感觉器官功能的感测与识别技术扩展神经网络功能的通信与存储技术扩展思维器官功能的计算技术扩展视觉器官功能的控制与显示技术1.3.1微电子技术微电子技术是指设计、制造和使用微小型电子元器件和电路，实现电子系统功能的新型技术它是现代信息科技的基础，主要包括半导体技术、集成电路技术等微电子技术的发展，使器件的尺寸不断缩小，集成度不断提高，功耗不断降低，器件性能得到大幅度提高目前微电子技术的发展呈现出尺寸微米级、功耗微瓦级、速度毫微秒级的“三微”特征千米、米、毫米、微米、纳米集成电路的发展趋势•集成电路的特点是体积小、重量轻、可靠性高•集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸•单块集成电路的集成度平均每18～24个月翻一番，这叫做Moore定律•集成电路的集成度是指单块芯片上所容纳的元件数目•集成度越高，所容纳的元件数目越多。•集成度是有极限的，因此，Moore定律不可能永远成立•集成电路朝着纳米技术、集成光路、光电子集成方向发展1.3.2光电子技术由光子技术和电子技术结合而成的新技术涉及光显示技术、光存储技术、激光技术、红外技术、光纤通信技术等领域1.3.3传感技术传感技术是扩展人类获取信息的感觉器官功能的技术如果说计算机是人类大脑的延伸，那么传感器就是人类五官的延伸通过现代感测技术捕获的信息常常是精确的数字化数据，便于计算机处理1.5信息素养与信息技术教育信息素养一般是指人在信息知识、信息能力、信息意识等方面的基本素养信息知识是人们在利用信息技术工具，拓展信息传播途径，提高信息交流效率中所积累的认识和经验的总和，是构成信息素养的基础；信息能力是人成功地进行信息活动所必须具有的个性心理特征，是构成信息素养的核心；信息意识是人们对信息及信息技术的态度、情感、意识与道德规范的总和，是形成信息素养的重要动力。1.5信息素养与信息技术教育信息素养主要表现为以下8个方面的能力（参照钟启泉教授的观点）：1）运用信息工具2）获取信息3）处理信息4）生成信息5）创造信息6）发挥信息的效益7）信息协作8）信息免疫第2章计算机基础概论2.1.1计算工具的发展1946年2月14日，人类公认的第一台电子数字计算机ENIAC研制成功2.1.2计算机的发展根据计算机所采用的基本元件，可分为四个阶段第一代计算机：电子管计算机时代(1946~1958)第二代计算机：晶体管计算机时代(1959~1964)第三代计算机：集成电路计算机时代(1965~1970)第四代计算机：大规模、超大规模集成电路计算机时代(1971至今)电子管、晶体管与集成电路2.1.2计算机的发展单机阶段客户机-服务器阶段（1964，IBM）对等网络、局域网、城域网、广域网、瘦客户机/胖服务器、胖客户机/瘦服务器国际互连网阶段（1969，ARPANET，TCP/IP协议）2.1.3计算机的应用科学计算信息处理业务管理自动控制计算机辅助应用家庭娱乐人工智能和专家系统2.1.4计算机的分类按计算机处理的数据类型分类按计算机处理的数据类型可将计算机分为模拟计算机和数字计算机模拟电子计算机问世较早模拟计算机是用电流、电压等连续变化的物理量直接进行运算的计算机所有的处理过程均需模拟电路来实现，电路结构复杂，抗外界干扰能力极差2.1.4计算机的分类按计算机处理的数据类型分类数字计算机是当今世界计算机行业中的主流其内部处理的是一种称为符号信号或数字信号的电信号主要特点是“离散”，在相邻的两个符号之间不可能有第三种符号存在它的组成结构和性能优于模拟计算机2.1.4计算机的分类按计算机的应用范围分类按计算机的应用范围可将计算机分为通用计算机和专用计算机前者适用于各类数据的处理，包括各种科学计算和事务管理等后者则是专为某些特殊的应用而设计的计算机导弹和火箭上使用的计算机很大部分就是专用计算机专用计算机针对某类问题能显示出最有效、最快速和最经济的特性，但它的适应性较差，不适于其它方面的应用2.1.4计算机的分类按计算机的CPU型号分类CPU即中央处理器，又被称作微处理器，是计算机的核心部件8088/8086、80286、80386、80486、Pentium(80586)、PentiumMMX、PentiumPro(80686)、PentiumII(80786)、PentiumIII、PentiumIV、Itanium、PentiumM、PentiumD、Core、Core2，……2.1.4计算机的分类按计算机本身的特性分类计算机根据其本身的特性（包括运行速度、存储容量、可同时使用的人数等）可以分为巨型机、大型机、小型机、工作站和微型机2.1.4计算机的分类1）巨型机又称超级计算机，通常指当前具有很强的计算能力和数据处理能力的计算机，其主要特点表现为高速度和大容量，配有多种外部和外围设备及丰富的、高功能的软件系统巨型计算机是一个相对的概念巨型机实际上是一个巨大的计算机系统中国的“曙光5000”，系统峰值运算速度达到每秒230万亿次浮点运算，内存超过100TB，存储能力超过700TB2.1.4计算机的分类2）大型机一般具有很高的速度，其主机与附属设备通常由若干个机柜或工作台组成，对空气的温度和湿度均有一定的要求，需要专业的维护队伍这类计算机一般都有完整的系列，供用户根据需要选购，已普遍用于国防、科研、生产和高校等部门2.1.4计算机的分类大型机和巨型机的主要区别为:大型机使用专用指令系统和操作系统，巨型机使用通用处理器及UNIX或类UNIX操作系统；大型机长于非数值计算(数据处理)，巨型机长于数值计算(科学计算)；大型机主要用于商业领域，如银行和电信，而巨型机用于尖端科学领域，特别是国防领域；大型机大量使用冗余等技术确保其安全性及稳定性，所以内部结构通常有两套，而巨型机使用大量处理器，通常由多个机柜组成；为了确保兼容性，大型机的部分技术较为保守2.1.4计算机的分类3）小型机小型机是指运行原理类似于微型计算机和服务器，但性能及用途又与它们截然不同的一种高性能计算机小型机具有不同于微型计算机与服务器的特有体系结构，还有各制造厂自己的专利技术，有的还采用小型机专用处理器2.1.4计算机的分类4）微型计算机与工作站微型计算机简称微机，是指由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机，其特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便一般是台式机，又被称为个人计算机（PC，PersonalComputer）也有便携式微机（俗称笔记本）2.1.4计算机的分类工作站是一种以微型计算机和分布式网络计算为基础，主要面向专业应用领域，具备强大的数据运算与图形、图像处理能力的高性能微型计算机通常配有高分辨率的大屏幕显示器及容量很大的内存储器和外部存储器具有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理功能以及联网功能2.1.5冯诺依曼结构计算机发展史上的两个重要人物(1)英国数学家图灵(Turing)计算机科学之父代表性成果：有限状态自动机(2)美籍匈牙利数学家冯•诺依曼(VonNeumann)计算机之父2.1.5冯·诺依曼结构冯·诺依曼（VonNeumann，1903-1957）确立了现代计算机的基本结构，即冯•诺依曼结构，被西方人誉为“计算机之父”冯·诺依曼的设计思想之一是二进制之二是程序内存ENIAC只有20个暂存器，它的程序是外插型的，指令存储在计算机的其他电路中解题之前，必须设计好所需的全部指令，通过手工把相应的电路联通。这种准备工作要花几小时甚至几天时间，而计算本身只需几分钟程序内存的思想：把运算程序存在机器的存储器中，程序设计员只需指导机器去存储器中寻找运算指令，机器就会自行计算冯诺依曼体系结构2.1.6微机的性能指标字长运算速度内存容量外存容量外设配置软件配置2.1.6微机的性能指标字长字长是CPU的主要技术指标之一，指的是CPU一次能并行处理的二进制位数，字长总是8的整数倍PC机可以通过编程的方法来处理任意大小的数字，但数字越大，PC机就要花越长的时间来计算。2.2计算机与数据表示2.2.1数制及其转换2.2.2数值数据的机内表示2.2.3字符数据的机内表示2.2.4图形的机内表示2.2.5声音信息的机内表示2.2.6字符的图形字符输出数制及其转换数制进位计数制，是人们利用符号来计数的方法数码：用不同的数字符号来表示一种数制的数值，数字符号即数码基：数制中使用的数码个数位权：某个数字在某个固定数位上所确定的值数制及其转换常用的数制(1)十进制D：基为１０，数码：０、１、…８、９逢十进一(2)二进制B：基为２，数码：０、１，逢二进一(3)八进制O：基为８，数码：０、１、…７逢八进一(4)十六进制H：基为１６，数码：０、１、…８、９、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ，逢１６进一。数制转换例：将十进制数(107.625)10转换成二进制数。将十进制数的整数部分转换为二进制数采用“除2取余法”，它是将整数