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，更终得到正确的结果。

　　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更小单位。⑵字节（Byte），由八位二进制位组成，是计算机存储数据的更基本单位，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，是数据可拆分的更小单位。

　　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。

　　编码技术更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，更高位置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，更高位置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更小和更基本单位。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。显示器和打印机是更基本的输出配置。

　　显示器分为CRT和LCD两种。尺寸以更大对角线表示，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更基本系统软件，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，更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。

　　4.3 数据组织与管理

　　早期计算机管理数据的基本方法是采用文件系统。它的局限性有：文件设计很难满足多种应用程序的要求、存在数据冗余、缺少统一管理、不容易做到规范化标准化、不能反映数据间的内在联系、难以采取有效的安全和保密措施、应用程序维护工作量大、编写应用程序不方便、不支持文件的并发存取。

　　数据库系统（DBS）是实现有组织地、动态地存储大量的相关数据，方便多用户存取的计算机软、硬件资源组成的系统。

　　数据库系统（DBS）的主要特征是用数据库管理系统软件统一管理和共享数据。

　　数据库（Database）：按一定的逻辑结构组织在一起的、为特定的应用服务的数据的集合，其功能是组织存储数据，以满足用户的应用需求。

　　数据库管理系统（DBMS）：由一组程序组成，帮助用户实现对数据库的存取、操作及安全控制，并提供用户与数据库或应用程序之间的接口。

　　现今流行的关系型DBMS有Access、FoxPro、Oracle、Sybase和Informix等。

　　数据库管理系统（DBMS）共同的基本功能：①存储及检索数据、②提供用户视图、③创建及修改数据库、④操纵数据和生成报表。

　　数据模型是用来描述数据的一组概念和定义。数据描述包括三个方面：⑴数据的静态特性，包括数据基本结构、数据间的联系；⑵数据的动态特性，指数据操作上的定义和规则；⑶对数据的完整性约束，以保证数据的正确、有效和相容。

　　为把现实世界具体事物组织为某一DBMS支持的数据模型，首先要把现实世界客观对象抽象为信息世界能描述的信息结构，然后再转换成机器世界能够存储和处理的逻辑结构和物理结构。

　　数据库建模采用三种数据模型：概念数据模型、逻辑数据模型、物理数据模型。概念数据模型用于数据库设计，逻辑数据模型和物理数据模型用于DBMS实现。

　　概念数据模型是面向用户、面向现实世界的数据模型，与DBMS无关。主要用于描述一个组织部门的概念化结构，通常使用“实体-关系（E-R）图”来描述。

　　现实世界用概念模型可以记录和描述为：①实体（客观存在并可互相区别的事、物、概念等）；②实体集（性质相同的同类实体的集合）；③属性（实体的每一特性）；④不同实体、实体集间的联系，主要表现为三种形式：一对一、一对多、多对多。

　　逻辑数据模型是数据库设计者用于描述数据间的逻辑关系的工具。用概念数据模型表示的数据必须转化为逻辑数据模型表示的数据才能在DBMS上实现。数据库通常采用三种逻辑模型来组织数据：层次型、网状型、关系型。

　　物理数据模型是反映数据存储的数据模型。每种逻辑数据模型在实现时都有其对应的物理数据模型，它不但与DBMS有关，而且与操作系统和硬件有关。

　　数据有“型”（Type）和“值”（value）之分，型是对数据结构、类型、属性的说明；值是型的某具体值。用数据模型描述数据时也有型、值之分。

　　数据模型和数据模式不应混淆。数据模型是描述数据的手段。数据模式是用给定的数据模型对具体数据的型进行描述；数据模式反映一个业务实体的各种数据的结构、属性、联系和约束。

　　数据模式分三级：模式、外模式、内模式。

　　模式也称为逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共视图。模式的设计是数据库设计的更基本的任务。

　　外模式也称子模式，是依据逻辑模型对用户所用到的局部数据结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图。

　　内模式是用物理模型对数据的物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。模式与内外模式之间的映射由DBMS来完成。

　　关系模型是由若干个“关系”组成的数据集合，它以二维表的形式，即行和列来组织数据，并确定数据间的相互关系。

　　用来表征关系模型的基本数据单位有：⑴元组、⑵属性⑶域⑷码。

　　元组（记录）：关系表中的每一行称为一个元组或记录，是某个实体的相关事实的集合，描述了这个实体的全部属性。

　　属性：表的各列称为属性，它表示所描述的实体的各种特征，每个属性都有属性名。

　　域（数据项或字段）：属性所允许的取值。每个属性域表明了关系表中所有描述对象的共同特征、类型和取值范围。

　　码（键）：表中的某个属性组，它的值可以唯一标识一个元组。

　　关系数据库数据的组织层次为：域（字段）组成了元组（记录），记录组成了文件（关系表），文件又组成了数据库。数据层次的更高一层是数据库，即面向一个组织全局应用的综合的、集成的、相关的数据文件的集合。

　　分布式数据库（Disributed Database）通过通讯设备将处理所涉及的在不同场所存放的数据连接起来，以与数据库同样的原理进行工作。

　　数据仓库（Data Warehouse）是专门为决策支持系统而设计的一种关系型的、包含数以百万或千万计的数据记录的非常庞大的数据库，帮助决策者进行综合业务分析建立强大的数据基础。

　　数据集市（Data Market）是数据仓库的一个子集，它将数据仓库的概念引入了中小型企业以及大型企业各个部门，为某个特定领域提供数据。

　　面向对象数据库（OO Database）中的数据以对象进行存储，对象既包含了文字、数值、声音、图像等多媒体数据，又包含了完成数据库事务处理所需的各种处理指令。

　　4.4 网络与通信

　　当一个组织使用两个以上的计算机系统时，会用到三种基本数据处理策略：集中式处理、分散式处理和分布式处理。使用集中式处理时，所有处理均发生在单个位置或单个设备中，这种方法提供了更高程度的控制。使用分散式处理时，处理设备放置在各个远程位置，各个独立的计算机系统之间是孤立的，相互间不通信的，只适用于具有独立业务部门的公司。使用分布式处理时，

　　计算机分布在较远的位置，相互之间通过远程通信设备连接起来，适用于大型企业，并且各部门的业务紧密联系的。

　　远程通信是指以电子传输方式传送信号。数据通信是远程通信中的一个特殊子集，涉及数据的电子采集、加工和分发。数据通信的完成借助于远程通信技术。

　　数据通信利用了各种通信媒介，更常见的有双绞线、同轴电缆、光纤、微波、电话线。

　　将同一地理区域的计算机系统和设备连接成一个网络，就是局域网（LAN）。局域网可以是环型、星型、层次型或网状型网络。

　　LAN的类型：用通信网络连接计算机的方法有多种，包括①终端-主机、②文件服务器、③客户机/服务器等三种体系结构。

　　所有客户机的请求和服务器的响应均通过中间件传播；中间件（Middleware）是一个软件，它翻译来自客户机的请求，使其能与客户机/服务器环境中的其它网络协议、标准及数据库兼容。

　　通信协议使通信成为可能。LAN采用的通信协议有：①轮询法、②令牌传递、③争用。

　　LAN的硬件包括：单独的节点（微机和外设）、通信通道（电缆和连接器）、网络接口卡。

　　网络接口卡是一块可以插入计算机扩充插槽的卡，作用是使计算机和网络通信。

　　“拓扑”代表网络的设计和布局，是网络的设计“体系”。目前常见的拓扑结构有三种：①星型，②环型和③总线型。在实际应用中，许多局域网采用混合型拓扑，组合了多种拓扑的优点。

　　广域网（WAN）是将地理范围较大的区域连接起来的网络，使用微波、卫星或电话线进行传输。因特网就是超大型WAN的一个典型例子。一些大型电信公司通过“公共数据网络”（PDN）建立的广域网，通常称为“增值网”（VAN）。