大学IT信息科技

1、大大 学学 i t 山东省教育厅组编山东省教育厅组编 第第1章章 it概论概论本章要点1.1 信息信息1.2 信息的数据表示信息的数据表示1.3 信息科技信息科技 1.4 信息应用信息应用1.5 it产业产业1.1 信息 信息犹如空气和水一样普遍存在信息犹如空气和水一样普遍存在于人类社会，从远古到当今的文明社会，于人类社会，从远古到当今的文明社会，信息一直在发挥着重大作用，是人类生信息一直在发挥着重大作用，是人类生存和社会发展的基本资源。在日常生活存和社会发展的基本资源。在日常生活中，人们时时刻刻都在与信息打交道，中，人们时时刻刻都在与信息打交道，听到、看到、感受到各种信息。社会信听到、看到、

2、感受到各种信息。社会信息化和信息社会化已经成为当今社会的息化和信息社会化已经成为当今社会的主要特征。主要特征。 信信 息息1.1.1 信息定义信息定义 1.1.2 信息世界信息世界 1.1.3 信息社会信息社会 1.1.4 信息的特点信息的特点 1.1.5 信息网络平方律信息网络平方律 1.1.1 信息定义 信息是一个不断变化，至今尚未有公认的、确切的、统一定信息是一个不断变化，至今尚未有公认的、确切的、统一定义的概念。义的概念。 控制论的创始人美国数学家维纳认为：信息就是我们在适应控制论的创始人美国数学家维纳认为：信息就是我们在适应外部世界和控制外部世界的过程中，同外部世界进行交换的外部世界

3、和控制外部世界的过程中，同外部世界进行交换的内容的名称。信息论的创始人美国数学家香农认为：信息是内容的名称。信息论的创始人美国数学家香农认为：信息是人们对事物了解的不确定性的消除或减少。信息能使物质系人们对事物了解的不确定性的消除或减少。信息能使物质系统有序性增强，减少破坏、混乱和噪音。钟义信教授提出统有序性增强，减少破坏、混乱和噪音。钟义信教授提出“信息是关于事物运动的状态和规律，或者说是关于事物运信息是关于事物运动的状态和规律，或者说是关于事物运动的知识动的知识”；李衍达院士则认为信息反映的是事物的状态、；李衍达院士则认为信息反映的是事物的状态、特性和变化。这些说法虽然不一致，但从不同侧面

4、、不同角特性和变化。这些说法虽然不一致，但从不同侧面、不同角度反映了信息的本质。度反映了信息的本质。信息定义 一般认为：信息是在自然界、人类社一般认为：信息是在自然界、人类社会和人类思维活动中普遍存在的一切会和人类思维活动中普遍存在的一切物质和事物的属性。物质和事物的属性。 信息特征信息特征信息有两个明显的特征：广泛性与抽象性。信息有两个明显的特征：广泛性与抽象性。1. 所谓广泛性可从以下三方面来理解：所谓广泛性可从以下三方面来理解：（1）客观世界充满着信息；）客观世界充满着信息；（2）人类离不开信息；）人类离不开信息； （3）知识、书本是有用信息的积累，人类依靠知识改造自然，）知识、书本是有

5、用信息的积累，人类依靠知识改造自然，适应自然，靠知识促进社会的发展与进步。适应自然，靠知识促进社会的发展与进步。2. 所谓抽象性是指：信息是组成客观世界并促进社会发展的最所谓抽象性是指：信息是组成客观世界并促进社会发展的最基本的三大要素之一。基本的三大要素之一。 物质、能量和信息是构成世界的三大要素。物质是一种物质、能量和信息是构成世界的三大要素。物质是一种资源，它提供各种各样的材料。能量是一种资源，它提供各资源，它提供各种各样的材料。能量是一种资源，它提供各种形式的动力。信息也是一种资源，它提供知识和智慧。种形式的动力。信息也是一种资源，它提供知识和智慧。信息与知识、信号、消息的联系信息与知

6、识、信号、消息的联系 信息与知识、信号、消息等有密信息与知识、信号、消息等有密切的联系，但它们又不是等价的切的联系，但它们又不是等价的概念。概念。 知识与信息知识与信息 信息不同于知识，但可以说知识是信息，信息是信息不同于知识，但可以说知识是信息，信息是所有知识的来源。信息作为资源，未必都有用，所有知识的来源。信息作为资源，未必都有用，只有把各种有用的信息进行系统地组织，才能成只有把各种有用的信息进行系统地组织，才能成为知识。而这些知识经过反复实践、完善、提高，为知识。而这些知识经过反复实践、完善、提高，才形成科学知识。才形成科学知识。 信息与知识两者具有极其密切的联系，又有重要信息与知识两者

7、具有极其密切的联系，又有重要的区别。信息是知识的原材料；知识是由信息提的区别。信息是知识的原材料；知识是由信息提炼出来的抽象产物。这既是知识与信息之间的本炼出来的抽象产物。这既是知识与信息之间的本质联系，也是它们之间的本质区别。质联系，也是它们之间的本质区别。 信号与信息信号与信息 就狭义而言，在通信中对信息的表达分为三个层次：信就狭义而言，在通信中对信息的表达分为三个层次：信号、信息、消息。信号携带着消息，信号中蕴涵着信息。号、信息、消息。信号携带着消息，信号中蕴涵着信息。 信号是信息的物理表达层，是三个层次中最具体的层次。信号是信息的物理表达层，是三个层次中最具体的层次。它是一个物理量，是

8、一个载荷信息的实体，可测量、可描述、它是一个物理量，是一个载荷信息的实体，可测量、可描述、可显示。信息是更高层次哲学上的抽象，是信号与消息的更可显示。信息是更高层次哲学上的抽象，是信号与消息的更高表达层次。三个层次中，信号最具体，信息最抽象。它们高表达层次。三个层次中，信号最具体，信息最抽象。它们三之是哲学上的内涵与外延的关系。三之是哲学上的内涵与外延的关系。 要选用某种信号来表示信息，一个重要的原因是这种信要选用某种信号来表示信息，一个重要的原因是这种信号比较容易处理。因此，利用信号来表示信息以后，对信息号比较容易处理。因此，利用信号来表示信息以后，对信息的处理也就可以通过对信号的处理来实现

9、。信息信号化便于的处理也就可以通过对信号的处理来实现。信息信号化便于信息的存储、传输和处理。信息的存储、传输和处理。 消息与信息消息与信息 消息是语义层面上的信息，是信息的消息是语义层面上的信息，是信息的应用效果。应用效果。 信息是消息的内核，是能给人带来新信息是消息的内核，是能给人带来新知识的消息；对特定的接收者，一则消息知识的消息；对特定的接收者，一则消息能包含丰富的信息，也可能没有信息。能包含丰富的信息，也可能没有信息。 消息是信息的笼统概念，信息则是消消息是信息的笼统概念，信息则是消息的精确概念。息的精确概念。 消息是信息的载体，得到消息，从而消息是信息的载体，得到消息，从而获得信息。

10、信息与消息既有严格区别又有获得信息。信息与消息既有严格区别又有密切联系。密切联系。数据与信息数据与信息 信息与数据之间存在着固有的联系：数据（信息与数据之间存在着固有的联系：数据（datadata）是）是反映客观事物属性的记录，是信息的载体；信息则是数据反映客观事物属性的记录，是信息的载体；信息则是数据的内涵，是对数据语义的解释。数据表示信息，而信息只的内涵，是对数据语义的解释。数据表示信息，而信息只有通过数据形式表示出来才能被人们理解和接受。从计算有通过数据形式表示出来才能被人们理解和接受。从计算机的角度看，数据泛指那些可以被计算机接受并能够被计机的角度看，数据泛指那些可以被计算机接受并能够

11、被计算机处理的符号。算机处理的符号。 数据与信息在概念上是有区别的。信息是有用的数据，数据与信息在概念上是有区别的。信息是有用的数据，数据是信息的表现形式。数据是信息的表现形式。 用数据符号表示信息，其形式通常有三种：数值型数用数据符号表示信息，其形式通常有三种：数值型数据、字符型数据、特殊型数据。据、字符型数据、特殊型数据。 情报与信息情报与信息 情报，是对某人或某集团具有特殊意义的情况报道。情报，是对某人或某集团具有特殊意义的情况报道。最早的情报概念出现在军事斗争领域，情报对于斗争双方最早的情报概念出现在军事斗争领域，情报对于斗争双方的胜败有十分重要的作用。后来，情报的概念拓展到了其的胜败

12、有十分重要的作用。后来，情报的概念拓展到了其他许多领域，如外交领域、技术领域、科学研究领域等。他许多领域，如外交领域、技术领域、科学研究领域等。 可以说情报也是一种可以说情报也是一种“信息信息”，但并非任何信息都是，但并非任何信息都是情报。情报。 1.1.2 信息世界信息世界 从哲学的角度来看，我们知道世界的本原是物质，从哲学的角度来看，我们知道世界的本原是物质，物质的存在形式是运动。物质是无所不在的；物质的物质的存在形式是运动。物质是无所不在的；物质的运动是无所不在的。信息是物质运动的反映，这决定运动是无所不在的。信息是物质运动的反映，这决定了信息是无所不在的，这个世界是信息的，我们的世了信

13、息是无所不在的，这个世界是信息的，我们的世界是信息世界。界是信息世界。 人类和其他生物的生存不仅仅需要物质元素，还人类和其他生物的生存不仅仅需要物质元素，还需要能量，这个世界不仅是物质的还是能量的。需要能量，这个世界不仅是物质的还是能量的。 这个世界不仅是物质的、能量的，也是信息的。这个世界不仅是物质的、能量的，也是信息的。 1.1.3 信息社会信息社会 科学技术的发展使人类正在进入一个新的时代，这个科学技术的发展使人类正在进入一个新的时代，这个时代的主要特征之一是对信息的需求和利用，因此有人称时代的主要特征之一是对信息的需求和利用，因此有人称它为信息时代。我们现在所处的社会则被称为信息社会或

14、它为信息时代。我们现在所处的社会则被称为信息社会或信息化社会。信息化社会。 信息科技的发展是信息社会发展的主线。信息科技的发展是信息社会发展的主线。 在漫长的人类社会发展的历史长河中，曾经历了四次在漫长的人类社会发展的历史长河中，曾经历了四次信息技术革命：语言的形成，文字的创造，造纸术和印刷信息技术革命：语言的形成，文字的创造，造纸术和印刷技术的发明，电报、电话、广播电视的普及应用。技术的发明，电报、电话、广播电视的普及应用。信息社会信息社会 信息作为一种资源自古就有，人类也是自古以来就在利用信息作为一种资源自古就有，人类也是自古以来就在利用信息。信息。 信息处理技术，被人们称之为信息处理技术

15、，被人们称之为“第五次信息技术革命第五次信息技术革命”。它以电子计算机的普及应用和计算机与现代通信技术有机它以电子计算机的普及应用和计算机与现代通信技术有机结合而产生的因特网为主要特征。结合而产生的因特网为主要特征。 由上可见，信息的重要性不言而喻。因而人们把我们的社由上可见，信息的重要性不言而喻。因而人们把我们的社会叫做信息社会，我们的时代叫做信息时代。会叫做信息社会，我们的时代叫做信息时代。 我们虽然已经处于信息社会，但世界各国社会的信息化程我们虽然已经处于信息社会，但世界各国社会的信息化程度还不尽相同。度还不尽相同。1.1.4 信息的特点信息的特点 信息具有共享性、独立性、多样性、本质性

16、、普信息具有共享性、独立性、多样性、本质性、普遍性和无限性。遍性和无限性。 信息的特点信息的特点1.1.共享性共享性 信息的传播过程是一个完整的系统，由信源、信息的传播过程是一个完整的系统，由信源、信宿和信道等组成。信息的共享性是指同一信源可信宿和信道等组成。信息的共享性是指同一信源可供给多个信宿，信源发出信息后，其自身的信息并供给多个信宿，信源发出信息后，其自身的信息并不减少，也就是说，信息可以被多次使用而不会损不减少，也就是说，信息可以被多次使用而不会损耗和消失。信息的这种特性是信息不同于物质和能耗和消失。信息的这种特性是信息不同于物质和能量的最重要的特征。量的最重要的特征。 信息的特点信

17、息的特点2. 2. 独立性独立性 信息可以脱离它所反映的事物而被保存和传信息可以脱离它所反映的事物而被保存和传播。信息可以与它所反映的事物分离而独立存在。播。信息可以与它所反映的事物分离而独立存在。我们也可以保存信息，使它摆脱产生它的时间和我们也可以保存信息，使它摆脱产生它的时间和空间的限制。当然，我们讲信息的独立性，并不空间的限制。当然，我们讲信息的独立性，并不意味着信息可以凭空产生。意味着信息可以凭空产生。信息的特点信息的特点3. 3. 形式多样性形式多样性 信息的保存、表现与传播必须有一定的载信息的保存、表现与传播必须有一定的载体，载体的形式可以是多样的，信息的形式可体，载体的形式可以是

18、多样的，信息的形式可用其载体形式表征。但是不存在没有载体的信用其载体形式表征。但是不存在没有载体的信息。信息是物质运动的反映，它也必须依附于息。信息是物质运动的反映，它也必须依附于物质运动而存在。这注定了信息必须借助于某物质运动而存在。这注定了信息必须借助于某种载体而存在、传播和表现。种载体而存在、传播和表现。 信息的特点信息的特点4. 4. 本质性本质性 相对于物质和能量，信息更能表现事物的相对于物质和能量，信息更能表现事物的内在规律和本质内涵。信息的获取、传播与保内在规律和本质内涵。信息的获取、传播与保存更有利于人们认识和掌握客观事物的规律。存更有利于人们认识和掌握客观事物的规律。信息的交

19、流对人类的认知，对人类依据客观条信息的交流对人类的认知，对人类依据客观条件做出科学决策等起着至关重要的作用。件做出科学决策等起着至关重要的作用。信息的特点信息的特点5. 5. 普遍性普遍性 宇宙中所有事物都有信息。宇宙中所有事物都宇宙中所有事物都有信息。宇宙中所有事物都是物质，都在运动着。信息是物质运动的反映，是物质，都在运动着。信息是物质运动的反映，因而所有事物都有信息。因而所有事物都有信息。 信息的特点信息的特点6. 6. 无限性无限性 信息是可以无限增长的资源。信息也是无穷无信息是可以无限增长的资源。信息也是无穷无尽的。地球上的物质和能源是有限的，尽的。地球上的物质和能源是有限的， 1.

20、1.5 信息网络平方律信息网络平方律 简单地讲，信息网络平方律就是指：一个信息网络可以交简单地讲，信息网络平方律就是指：一个信息网络可以交流的信息数与网络节点数之间存在着平方函数关系。流的信息数与网络节点数之间存在着平方函数关系。 用一个通俗的例子可以说明该关系：电话网络效应与电话用一个通俗的例子可以说明该关系：电话网络效应与电话网络规模是平方关系，若开发充分，理论上讲还是一种指网络规模是平方关系，若开发充分，理论上讲还是一种指数关系。例如，数关系。例如，1 1部电话的信息网络部电话的信息网络1 1个电话也不能通；两个电话也不能通；两部电话的信息网络可以通部电话的信息网络可以通1 1个电话；三

21、部电话的网络最多可个电话；三部电话的网络最多可以通以通4 4个电话（含三人同时通话状态）；个电话（含三人同时通话状态）；4 4部电话的信息网部电话的信息网络最多可以通络最多可以通1111个电话。某一时刻最多可以通的电话数是个电话。某一时刻最多可以通的电话数是网络中电话数目的指数函数。网络中电话数目的指数函数。1.2 信息的数据表示信息的数据表示 信息可以用各种合适的方式加以表示和传输。信息可以用各种合适的方式加以表示和传输。信息表示与传输首先需要对信息进行编码，编信息表示与传输首先需要对信息进行编码，编码就是有目的的信息变换。码就是有目的的信息变换。 信息可以有不同的表示。在计算机中，是用信息

22、可以有不同的表示。在计算机中，是用“0”0”和和“1”1”进行编码和存储的。进行编码和存储的。 信息的数据表示信息的数据表示1.2.1 数制及其表示数制及其表示 1.2.2 数据的有效表示数据的有效表示 1.2.3 图形和视频表示图形和视频表示 1.2.4 声音表示声音表示 1.2.5 数据压缩数据压缩 1.2.6 数据传输数据传输 1.2.1 数制及其表示数制及其表示1. 1. 比特比特 比特（比特（bitbit），比特代表一个位，只有两个可能值），比特代表一个位，只有两个可能值“0”0”或或“1”1”，比特是计算机能处理的数据的最小单，比特是计算机能处理的数据的最小单位，数据和信息在计算机

23、内部都是用比特表示的。位，数据和信息在计算机内部都是用比特表示的。2. 2. 二进制二进制 所谓进制就是数的表示规则。比如常用的十进制，所谓进制就是数的表示规则。比如常用的十进制，钟表的六十进制等。它们的共同点是，对于任一数制钟表的六十进制等。它们的共同点是，对于任一数制r r进制，即逢进制，即逢r r进位。二进制即逢二进位，计算机中使进位。二进制即逢二进位，计算机中使用二进制。用二进制。 一个数制所包含的数字符号的个数称为基数。如一个数制所包含的数字符号的个数称为基数。如十进制含十进制含0 09 9十个数字符号，其基数为十个数字符号，其基数为1010；二进制基；二进制基数为数为2 2，只有，

24、只有0 0、1 1两个数字。两个数字。数制及其表示数制及其表示3. 3. 进制的表示进制的表示 为区分不同数制的数，约定对于任一为区分不同数制的数，约定对于任一r r进制的数进制的数n n，记作，记作(n)(n)r r。如、。如、(1001)(1001)2 2、(70)(70)8 8，(15)(15)1616分别表分别表示二进制数、八进制数和十六进制数。不用括号及示二进制数、八进制数和十六进制数。不用括号及下标的数，默认为十进制数，如下标的数，默认为十进制数，如1515。人们也习惯在。人们也习惯在数后面加上对应进制英文的首字母数后面加上对应进制英文的首字母d d（十进制）、（十进制）、b b（

25、二进制）、（二进制）、o o（八进制）、（八进制）、h h（十六进制）来表示（十六进制）来表示其前面的数所采用的数制。其前面的数所采用的数制。数制及其表示数制及其表示 由于二进制书写比较繁琐，所以计算机有时也由于二进制书写比较繁琐，所以计算机有时也采用八进制或十六进制。在一定数值范围内直接写采用八进制或十六进制。在一定数值范围内直接写出它们之间的对应表示，是经常遇到的。表出它们之间的对应表示，是经常遇到的。表1-11-1列出列出了了0 01515这十六个十进制数与其他三种数制的对应表这十六个十进制数与其他三种数制的对应表示。示。表1-1 四种数制的对应表示十进制二进制八进制十六进制000011

26、112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012a11101113b12110014c13110115d14111016e数制及其表示数制及其表示 计算机在存储数据时，常常把计算机在存储数据时，常常把8 8位二进制数看作一位二进制数看作一个存储单元，或称作一个字节。用来计算存储容量，个存储单元，或称作一个字节。用来计算存储容量，把把2 21010（即（即1 0241 024）个存储单元称为）个存储单元称为1 kb1 kb；把；把2 21010 k k（即（即1 1 024 k024 k）个存储单元称为）个存储单元称为1 m

27、b1 mb；把；把2 21010 m m（即（即1 024 m1 024 m）个存储单元称为个存储单元称为1 gb1 gb。 1.2.2 数据的有效表示数据的有效表示 1. 1. 信息的二进制表示法信息的二进制表示法 比特数与信息单元数之间的数量关系：一个比特，比特数与信息单元数之间的数量关系：一个比特，0 0和和1 1代表两个信息单元；两个比特，代表两个信息单元；两个比特，0000、0101、1010、1111则代表四个信息单元；三个比特，则代表四个信息单元；三个比特，000000、001001、010010、011011、100100、101101、110110和和111111代表八个信息

28、单元。依此代表八个信息单元。依此类推，类推，n n个比特就代表个比特就代表2 2n n个信息单元，即个信息单元，即n n个比特能传个比特能传递的信息单元数为递的信息单元数为n n个个0 0和和1 1的全排列数。的全排列数。 我们知道了我们知道了n n个比特能传输的信息单元数，反过来个比特能传输的信息单元数，反过来也就知道表示也就知道表示n n个信息单元数所需的最小比特数，即个信息单元数所需的最小比特数，即最小比特数为大于等于最小比特数为大于等于loglog2 2n n的最小整数。的最小整数。 数据的有效表示数据的有效表示2. 2. 数值数据的编码表示数值数据的编码表示 由前面的分析我们知道，可

29、以用二进制表示十进制。烽火由前面的分析我们知道，可以用二进制表示十进制。烽火台点燃我们可以用台点燃我们可以用1 1表示，反之用表示，反之用0 0表示，那么，表示，那么，00000000表示没表示没有敌人，有敌人，00010001表示一队敌人，表示一队敌人，00100010表示两队敌人表示两队敌人11111111表表示示1515队敌人。队敌人。 在计算机内用于存储数据的逻辑部件有两种可能状态，即在计算机内用于存储数据的逻辑部件有两种可能状态，即高电位和低电位两种状态，我们不妨把它们看成是高电位和低电位两种状态，我们不妨把它们看成是0 0状态和状态和1 1状态，那么十进制数字在计算机中存储，实际上

30、也是用二进状态，那么十进制数字在计算机中存储，实际上也是用二进制存储。但二进制无法表示负数，人们找到了替代方案，用制存储。但二进制无法表示负数，人们找到了替代方案，用0 0和和1 1的序列来表示负数。因而称为二进制编码。的序列来表示负数。因而称为二进制编码。数据的有效表示数据的有效表示3. 3. 字符数据的编码表示字符数据的编码表示 在计算机中，人们同样用一系列在计算机中，人们同样用一系列0 0和和1 1串表示字符，这串表示字符，这称为字符编码。计算机的字符编码是公开的，便于计算机称为字符编码。计算机的字符编码是公开的，便于计算机之间共享和通信。英语有之间共享和通信。英语有2626个字符，这需

31、要个字符，这需要5 5个比特，因为，个比特，因为，再加上英语中使用的标点符号共有再加上英语中使用的标点符号共有9595个字符，这需要个字符，这需要8 8个比个比特。这种编码中使用最广的是特。这种编码中使用最广的是asciiascii编码。而人们使用的各编码。而人们使用的各种语言、标点和字符远远超过种语言、标点和字符远远超过9595个，个，unicodeunicode是是1616个比特的个比特的字符编码，可以表示字符编码，可以表示65 00065 000多个字符，理论上可以表示任多个字符，理论上可以表示任何在使用的语言字符，这对于通信和商业非常有用。何在使用的语言字符，这对于通信和商业非常有用。

32、 1.2.3 图形和视频表示图形和视频表示 图形不同于数字和字符，但它在计算机中也必须图形不同于数字和字符，但它在计算机中也必须表示成表示成0 0和和1 1串，才能存储和传输。串，才能存储和传输。 图形分为两种：位图和矢量图。我们知道计算机图形分为两种：位图和矢量图。我们知道计算机屏幕是由一个个像素组成的，像素的白、黑不同组成屏幕是由一个个像素组成的，像素的白、黑不同组成了一幅幅计算机黑白画面。可以用了一幅幅计算机黑白画面。可以用“1”1”代表白，代表白，“0”0”代表黑。屏幕的水平分辨率即表示屏幕有多少像素列，代表黑。屏幕的水平分辨率即表示屏幕有多少像素列，垂直分辨率表示有多少像素行，将屏幕

33、的垂直和水平垂直分辨率表示有多少像素行，将屏幕的垂直和水平分辨率相乘就得出了像素总数。分辨率分辨率相乘就得出了像素总数。分辨率800800600600的屏的屏幕有幕有480 000480 000个像素，即需要个像素，即需要480 000480 000个存储单元来存个存储单元来存储一个黑白位图。储一个黑白位图。图形和视频表示图形和视频表示 黑白位图由黑白像素组成，看起来不太真实，人们用黑白位图由黑白像素组成，看起来不太真实，人们用不同程度的灰色来表示位图，这种图像看起来像黑白照片，不同程度的灰色来表示位图，这种图像看起来像黑白照片，比黑白位图真实。灰度的级别越多，图像越真实。计算机比黑白位图真实

34、。灰度的级别越多，图像越真实。计算机常用常用256256级灰度显示图像，但是这增加了存储所需的容量。级灰度显示图像，但是这增加了存储所需的容量。每个像素可以选择每个像素可以选择256256级灰度中的任何一种，计算机传输级灰度中的任何一种，计算机传输256256级灰度需要级灰度需要8 8比特，而传输黑白图像仅需一个比特，因比特，而传输黑白图像仅需一个比特，因此计算机存储此计算机存储256256级灰度的图像所需容量是同样大小黑白级灰度的图像所需容量是同样大小黑白图像的图像的8 8倍。现在图像更多是彩色的，有倍。现在图像更多是彩色的，有1616色、色、256256色和色和2424位图像（真彩色图像）

35、，像素分别可以选择位图像（真彩色图像），像素分别可以选择1616种、种、256256种种和和224224种色彩，每个像素需要种色彩，每个像素需要4 4个比特、个比特、8 8个比特和个比特和2424个比个比特来存储，因而所需存储容量分别是黑白图像的特来存储，因而所需存储容量分别是黑白图像的4 4倍、倍、8 8倍倍和和2424倍。这样彩色图像的存储空间和传输时间都比较大。倍。这样彩色图像的存储空间和传输时间都比较大。 图形和视频表示图形和视频表示人们采用许多技术来人们采用许多技术来减少图像的传输时间减少图像的传输时间和存储容量。一种方和存储容量。一种方法是压缩文件大小；法是压缩文件大小；另一种方法

36、采用另一种方法采用“抖抖动动”技术。位图使用技术。位图使用一系列比特表示，因一系列比特表示，因而可以修改和编辑单而可以修改和编辑单个像素。如图个像素。如图1-11-1所示，所示，就是利用微软的就是利用微软的paintpaint编辑位图。其他常用编辑位图。其他常用的工具有的工具有photoshopphotoshop和和paintbrushpaintbrush等。它们等。它们都提供了一系列工具，都提供了一系列工具，如剪切、复制和粘贴如剪切、复制和粘贴等等。等等。图1-1 位图表示示例 图1-1 位图表示示例 图形和视频表示图形和视频表示 矢量图由一系列可重构图像的指令组成。在矢量图由一系列可重构图

37、像的指令组成。在创建矢量图时，计算机把不同颜色的线和图形转创建矢量图时，计算机把不同颜色的线和图形转换成能够重构的指令，计算机存储的是指令而非换成能够重构的指令，计算机存储的是指令而非真正的图像。矢量图的结构决定了它的优点：矢真正的图像。矢量图的结构决定了它的优点：矢量图的存储空间比位图小，矢量图的存储空间的量图的存储空间比位图小，矢量图的存储空间的大小决定于图像的复杂性。图像越复杂，指令越大小决定于图像的复杂性。图像越复杂，指令越多，存储空间就越大。使用矢量图像软件可以方多，存储空间就越大。使用矢量图像软件可以方便地修改图像。便地修改图像。图形和视频表示图形和视频表示 矢量图实际上是由多个矢

38、量图实际上是由多个“对象对象”构成的，每个对象构成的，每个对象都可以单独地拉伸、拖动、都可以单独地拉伸、拖动、变形和删除。另外，位图放变形和删除。另外，位图放大后，细节就会令人感觉很大后，细节就会令人感觉很“粗粗”，而矢量图放大后细，而矢量图放大后细节仍然精细，如图节仍然精细，如图1-21-2所示所示的卡通狗，中图为位图放大，的卡通狗，中图为位图放大，下图为矢量图放大。包含矢下图为矢量图放大。包含矢量图的文件扩展名为量图的文件扩展名为wmfwmf、dxfdxf、mgxmgx和和cgmcgm。图1-2 矢量图示例 图形和视频表示图形和视频表示 数字视频是由一系列的帧组成，数字视频是由一系列的帧组

39、成，每一帧都是一幅静止的位图图片，每一帧都是一幅静止的位图图片，视频每秒钟显示视频每秒钟显示3030帧图片。位图是帧图片。位图是静止的，而视频是动态的，这是由静止的，而视频是动态的，这是由于人眼看到每一幅图像，会产生视于人眼看到每一幅图像，会产生视觉暂留。如果在视觉暂留退去之前，觉暂留。如果在视觉暂留退去之前，显示下一幅图片，人们就会感觉到显示下一幅图片，人们就会感觉到动态的效果，而不是静止的图片。动态的效果，而不是静止的图片。要保证这种效果，两帧间的时间要要保证这种效果，两帧间的时间要小于视觉暂留时间，这与电影的原小于视觉暂留时间，这与电影的原理相同。图理相同。图1-31-3所示的是一架飞机

40、所示的是一架飞机在穿越音障。在穿越音障。图1-3 数字视频示例 1.2.4 声音表示声音表示 人们不仅将计算机用于科学计人们不仅将计算机用于科学计算，也用于听歌曲等娱乐。我们算，也用于听歌曲等娱乐。我们处理声音的方式有两种：模拟方处理声音的方式有两种：模拟方式和数字方式。式和数字方式。当声音传递到话筒时，话筒就将当声音传递到话筒时，话筒就将声音引起的振动转换为电信号，声音引起的振动转换为电信号，并用不同的电压值表示声音的大并用不同的电压值表示声音的大小，即用电压波动来模拟声波，小，即用电压波动来模拟声波，这种表示声音的电信号称为模拟这种表示声音的电信号称为模拟音频，如图音频，如图1-41-4所

41、示。模拟音频的所示。模拟音频的录制就是将代表声音波形的音频录制就是将代表声音波形的音频信号存储到适当的媒体上，如磁信号存储到适当的媒体上，如磁带或唱片，播放时再将其转换为带或唱片，播放时再将其转换为声音信号。声音信号。图1-4 模拟音频 声音表示声音表示 音频信号是一种模拟音频信号是一种模拟量，而在计算机中，量，而在计算机中，所有的信息都是以二所有的信息都是以二进制的数字形式表示进制的数字形式表示的，因此，声音在存的，因此，声音在存储到计算机中时必须储到计算机中时必须要经过模拟量到数字要经过模拟量到数字量的转换（即量的转换（即a/da/d转转换），这就是音频媒换），这就是音频媒体的数字化，转换

42、成体的数字化，转换成数字量的音频就称为数字量的音频就称为数字音频，如图数字音频，如图1-51-5所所示。示。图1-5 音频数字化 1.2.5 数据压缩数据压缩 现在文件越来越大，一幅位图可能需要现在文件越来越大，一幅位图可能需要10 000个字节，个字节，45分钟的波形文件需要分钟的波形文件需要475 m空间，大的文件既耗费空间，空间，大的文件既耗费空间，又不便于传输。数据压缩技术可以减小文件存储占用空又不便于传输。数据压缩技术可以减小文件存储占用空间，减轻这些问题。数据压缩后，文件变小的幅度称为间，减轻这些问题。数据压缩后，文件变小的幅度称为压缩比，如图压缩比，如图1-6所示。对于图像、声音

43、和视频都可以压所示。对于图像、声音和视频都可以压缩，但对于不同的压缩软件，一个文件的压缩比不一定缩，但对于不同的压缩软件，一个文件的压缩比不一定相同。相同。 图1-6 压缩软件winzip操作界面 数据压缩数据压缩 数据压缩有两种：磁盘压缩和文件压缩。磁盘压缩是把文件压缩数据压缩有两种：磁盘压缩和文件压缩。磁盘压缩是把文件压缩后放到磁盘的一个特定部分，当作一个分离的磁盘。当使用被压后放到磁盘的一个特定部分，当作一个分离的磁盘。当使用被压缩的文件时，计算机会自动处理，将文件打开并释放到原始大小。缩的文件时，计算机会自动处理，将文件打开并释放到原始大小。当文件存储到这个部分时，计算机会自动压缩文件

44、。当文件存储到这个部分时，计算机会自动压缩文件。 文件压缩是把一个或多个文件压缩成一个单独的较小文件。文本文件压缩是把一个或多个文件压缩成一个单独的较小文件。文本文件的压缩是因为文本文件中有大量的空格和重复的词组，采用文件的压缩是因为文本文件中有大量的空格和重复的词组，采用自适应模式替换等方法就可以大幅度减少文本的大小。图像通常自适应模式替换等方法就可以大幅度减少文本的大小。图像通常也包括可以压缩的数据，如大块同一种颜色的区域。游程编码是也包括可以压缩的数据，如大块同一种颜色的区域。游程编码是一种寻找字节模式并用一个可以描述这个模式的消息进行替代的一种寻找字节模式并用一个可以描述这个模式的消息

45、进行替代的压缩技术，以压缩技术，以tif和和pcx为后缀的文件是压缩了的图形文件。视频压为后缀的文件是压缩了的图形文件。视频压缩可以通过减少每秒钟播放的帧数来减少数据存储的量，但这会缩可以通过减少每秒钟播放的帧数来减少数据存储的量，但这会影响视频播放的平滑程度。视频也可通过缩小播放帧的窗口，来影响视频播放的平滑程度。视频也可通过缩小播放帧的窗口，来减少数据量。另外，我们可以压缩每一帧，从而使视频数据总量减少数据量。另外，我们可以压缩每一帧，从而使视频数据总量减少。减少。 文件被压缩后，一般需解压后才能使用。文件被压缩后，一般需解压后才能使用。winrar和和winzip是常是常用的压缩和解压缩

46、软件。用的压缩和解压缩软件。1.2.6 数据传输数据传输 在计算机领域，总线是将信在计算机领域，总线是将信息从一个或多个源部件传送息从一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一到一个或多个目的部件的一组电子线路，它是多个部件组电子线路，它是多个部件间的公共通路。总线示意图间的公共通路。总线示意图如图如图1-7所示。计算机内部信所示。计算机内部信息的传送是通过总线进行的，息的传送是通过总线进行的，各功能部件通过总线连在一各功能部件通过总线连在一起。总线将不同来源和去向起。总线将不同来源和去向的信息分时传送，可减少传的信息分时传送，可减少传输线的数量，简化控制和提输线的数量，简化控制和提高可靠性

47、，便于扩充和更新高可靠性，便于扩充和更新部件。部件。 图1-7 总线示意图 数据传输数据传输 计算机中的总线一般分为数据总线、地址总线和控制总线，计算机中的总线一般分为数据总线、地址总线和控制总线，地址总线传输数据的地址信息，计算机按照这个地址信息地址总线传输数据的地址信息，计算机按照这个地址信息来寻找需要处理的数据；数据总线则把从数据源中找到的来寻找需要处理的数据；数据总线则把从数据源中找到的数据取出，传送到目的位置；而控制总线传送各种控制信数据取出，传送到目的位置；而控制总线传送各种控制信号，使计算机各部件协调一致地工作。号，使计算机各部件协调一致地工作。 按总线接口类型来划分，有按总线接

48、口类型来划分，有isaisa总线、总线、pci总线和总线和agp总总线等。例如线等。例如isa总线共有总线共有98条线（即条线（即isa插槽有插槽有98个引个引脚）；其中数据线有脚）；其中数据线有16条（构成数据总线），地址线条（构成数据总线），地址线24条条（构成地址总线），其余各条为控制信号线（构成控制总（构成地址总线），其余各条为控制信号线（构成控制总线）、接地线和电源线。线）、接地线和电源线。 1.3 信息科技信息科技 信息科技指的是包括计算机科学在内的，信息科技指的是包括计算机科学在内的，信息获取、信息传播、信息处理、信息存储和信息获取、信息传播、信息处理、信息存储和信息利用所涉及的

49、，以信息为主要研究对象的信息利用所涉及的，以信息为主要研究对象的所有科学和技术。所有科学和技术。 每一个时代的存在都要以相称的生产力来每一个时代的存在都要以相称的生产力来支撑，能代表这些生产力的就是相应的科学和支撑，能代表这些生产力的就是相应的科学和技术。技术。 信息科技信息科技1.3.1 信息科学信息科学 1.3.2 信息技术信息技术 1.3.1 信息科学信息科学 信息科学是以信息为基本研究对象，以信信息科学是以信息为基本研究对象，以信息的运动规律和应用方法为主要研究内容，这是息的运动规律和应用方法为主要研究内容，这是信息科学有别于一切传统科学最基本的特征。信信息科学有别于一切传统科学最基本

50、的特征。信息科学主要包括信息论和计算科学两部分，二者息科学主要包括信息论和计算科学两部分，二者奠定了整个信息科技大厦的基石。奠定了整个信息科技大厦的基石。 信息科学信息科学1. 1. 信息论信息论 信息论源于统计理论和电信技术的发展，信息论源于统计理论和电信技术的发展，主要研究信息属性、信息度量、信息表示和主要研究信息属性、信息度量、信息表示和信息传输。信息传输。 2020世纪世纪4040年代，香农（年代，香农（c.e.shannonc.e.shannon）提出了信息的统计定义，于提出了信息的统计定义，于19481948年发表了信年发表了信息论的奠基性论文息论的奠基性论文通信的数学理论通信的数

51、学理论。由。由于香农对信息论的发展作出了巨大贡献，被于香农对信息论的发展作出了巨大贡献，被认为是信息论的创始人。认为是信息论的创始人。 信息科学信息科学信息论主要研究的问题：信息论主要研究的问题：(1)(1)信源的描述，信息的定量度量、分析与计算；信源的描述，信息的定量度量、分析与计算；(2)(2)信道的描述，信道传输的定量度量、分析与计信道的描述，信道传输的定量度量、分析与计算；算；(3)(3)信源、信道与信宿之间的统计匹配以及通信系信源、信道与信宿之间的统计匹配以及通信系统的优化。统的优化。 信源是产生信息的源泉，可选择性是信源的信源是产生信息的源泉，可选择性是信源的特征。信道是信息传输的

52、通道，如同道路是车辆特征。信道是信息传输的通道，如同道路是车辆通行、水管是水流的渠道一样。信道传输信息的通行、水管是水流的渠道一样。信道传输信息的有效性和抗干扰性是其主要指标。有效性和抗干扰性是其主要指标。 通信系统是由信源、信道和信宿等组成的有通信系统是由信源、信道和信宿等组成的有机系统，其有效性、可靠性和安全性需要系统的机系统，其有效性、可靠性和安全性需要系统的匹配和优化作保证。匹配和优化作保证。信息科学信息科学2. 2. 计算科学计算科学 计算科学是对描述和变换信息的算法过程，包括其理论、计算科学是对描述和变换信息的算法过程，包括其理论、分析、设计、效率分析、实现和应用的系统的研究，是整

53、个分析、设计、效率分析、实现和应用的系统的研究，是整个计算机技术、工程与应用的理论基础。从计算机角度讲，计计算机技术、工程与应用的理论基础。从计算机角度讲，计算科学的本质就是数据变换。算科学的本质就是数据变换。 计算科学与数学的关系很密切，数学是计算科学的主要计算科学与数学的关系很密切，数学是计算科学的主要基础，数学与电子科学构成了我们今天计算机系统的基础，基础，数学与电子科学构成了我们今天计算机系统的基础，也构成了计算科学的基础。但是，与数学相比，电子技术基也构成了计算科学的基础。但是，与数学相比，电子技术基础地位的重要性不及数学，础地位的重要性不及数学， 1.3.2 信息技术信息技术 信息

54、技术信息技术(information technology(information technology，简称，简称it)it)是包括信是包括信息的采集、传递、处理、再生和使用等功能的技术。感测息的采集、传递、处理、再生和使用等功能的技术。感测技术、通信技术、计算技术和控制技术是它的核心和支撑技术、通信技术、计算技术和控制技术是它的核心和支撑技术。信息技术包括：信息获取技术、信息处理技术、信技术。信息技术包括：信息获取技术、信息处理技术、信息传输技术、信息控制技术和信息应用技术。息传输技术、信息控制技术和信息应用技术。 目前，人们把通信技术、计算机技术和控制技术合称目前，人们把通信技术、计算机

55、技术和控制技术合称为为3c (communication3c (communication、computecompute，和，和control)control)技术。技术。3c3c技技术是信息技术的主体。图术是信息技术的主体。图1-81-8所示为信息过程模型。所示为信息过程模型。客观世界信息获取信息传输信息处理信息传输信息利用图1-8 信息过程模型信息技术信息技术1.1. 信息获取信息获取 信息获取是指根据不同的目的收集不同的原始数据，是信息获取是指根据不同的目的收集不同的原始数据，是信息利用的前提。信息获取包括信息发现、信息采集与信息信息利用的前提。信息获取包括信息发现、信息采集与信息优选；

56、由于信息的质量在很大程度上取决于原始数据的完整优选；由于信息的质量在很大程度上取决于原始数据的完整性、准确性和真实性，因此必须十分重视原始数据的收集。性、准确性和真实性，因此必须十分重视原始数据的收集。数据收集包括两项基本活动：观测数据和记录数据。数据收集包括两项基本活动：观测数据和记录数据。 信息获取主要靠的是信息获取技术。许多信息只能由仪信息获取主要靠的是信息获取技术。许多信息只能由仪器获得：录音摄像技术、数字照相机技术、传感器技术、遥器获得：录音摄像技术、数字照相机技术、传感器技术、遥感技术、测量技术、光电子技术和雷达技术等都是信息获取感技术、测量技术、光电子技术和雷达技术等都是信息获取

57、技术。技术。 目前信息获取的理论、方法和手段还处于相对落后的状目前信息获取的理论、方法和手段还处于相对落后的状态，成为制约态，成为制约2121世纪信息科学技术发展的瓶颈。因此，世纪信息科学技术发展的瓶颈。因此，“信信息获取科学与技术息获取科学与技术”学科的提出和推进，将使传统的传感技学科的提出和推进，将使传统的传感技术、检测技术在信息化时代得到学科的升华。术、检测技术在信息化时代得到学科的升华。 信息技术信息技术2. 2. 信息传输信息传输 信息传输是把各种形式的信息从一处传递到另信息传输是把各种形式的信息从一处传递到另一处的过程，包括发送、传输、接受等环节。现代一处的过程，包括发送、传输、接

58、受等环节。现代信息传输除包括传统的有线、无线通信外，还包括信息传输除包括传统的有线、无线通信外，还包括卫星通信和光纤通信等新兴技术，信息传输要将信卫星通信和光纤通信等新兴技术，信息传输要将信息产品分离成信号，再成功地将信号还原。信息传息产品分离成信号，再成功地将信号还原。信息传输也涉及信息传输媒介的转换技术，如从一种数据输也涉及信息传输媒介的转换技术，如从一种数据形式转换为另一种数据形式。这方面内容包括各种形式转换为另一种数据形式。这方面内容包括各种通信技术和计算机网络技术。通信技术和计算机网络技术。信息技术信息技术3. 3. 信息处理信息处理 信息处理的本质是信息形态变换和信息提炼；信信息处

59、理的本质是信息形态变换和信息提炼；信息处理的目的便于信息应用；信息处理的主要技术息处理的目的便于信息应用；信息处理的主要技术是人脑的延伸是人脑的延伸计算机。计算机。 通过信息获取和信息传输后，绝大部分信息无法通过信息获取和信息传输后，绝大部分信息无法直接利用，需对其进行加工处理，以便提取需要的直接利用，需对其进行加工处理，以便提取需要的信息加以利用。这如同一些食物，人无法直接吸取信息加以利用。这如同一些食物，人无法直接吸取其营养，需要对其进行烹调，使营养便于人体吸收。其营养，需要对其进行烹调，使营养便于人体吸收。信息的加工可以使用人工方式，但现在主要借助计信息的加工可以使用人工方式，但现在主要

60、借助计算机来完成。它涉及统计科学、科学计算以及程序算机来完成。它涉及统计科学、科学计算以及程序设计和图像处理等技术。设计和图像处理等技术。信息技术信息技术4. 4. 信息与控制信息与控制 自动控制技术与信息有着密切的联系，事实上，一切自动控制系自动控制技术与信息有着密切的联系，事实上，一切自动控制系统都是信息反馈作用机制。如交通路口的自适应控制系统，通过采集统都是信息反馈作用机制。如交通路口的自适应控制系统，通过采集到的流量信息，及时调整交叉路口的红绿灯信号，使整个路口的交通到的流量信息，及时调整交叉路口的红绿灯信号，使整个路口的交通安全畅通。安全畅通。5. 5. 信息利用信息利用 信息的利用