第三章 信息技术.docx
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第三章信息技术
★课前索引
【本章提要】
信息科技为信息管理提供了技术支持,也是信息管理快速发展的基础。
本章主要讲述了信息技术的内涵,从基础技术、支撑技术、主体技术和应用技术几个层次对信息技术的体系进行了全面介绍。
在此基础上对信息技术进行了多角度的分类,并着重对信息技术中最具有代表性的计算机技术、通信技术和计算机网络技术进行了较深入的讨论。
最后,探讨了信息技术与社会的关系,讲解了信息技术带来的正面效果和负面影响。
【学习目标】
1、信息技术的内涵及其体系;
2、信息技术的类型;
3、计算机技术的发展历史;
4、计算机系统的组成;
5、通信技术的发展历史;
6、有线通信和无线通信的基础知识;
7、计算机网络的类型及其原理;
8、OSI模型及TCP/IP协议的基本内容;
9、Internet的发展及其提供的服务;
10、信息技术与社会的关系。
【学习指南】
本章的重点是第1节、第3节、第4节、第5节、第6节。
【预习思考题】
1、何谓信息技术?
其内涵是什么?
信息技术的体系如何?
2、信息技术主要有哪些类型?
3、请简述计算机技术的发展历史。
4、计算机系统有哪几大部分组成?
软件系统和硬件系统各自的组成情况如何?
5、请简述通信技术发展历史。
6、计算机网络主要有哪些类型,各种类型的特点是什么?
7、OSI模型及TCP/IP协议的基本内容是什么?
8、Internet提供的服务主要有哪些?
9、信息技术与社会发展的关系如何?
◇第一节信息技术的内涵与体系
本节内容
一、信息技术的内涵 二、信息技术体系
一、信息技术的内涵
信息技术的含义十分广泛,而且还处于不断的发展演变之中,因此很难给出一个确切的定义。
目前有关信息技术的定义不少于百种,归纳起来,大致可分为两类:
★1、一类是“描述性定义”,主要从信息技术的具体形式出发来阐明什么是信息技术。
这类定义主要考察信息技术的外在表现形式,比较形象、具体。
因此通俗易懂,缺点是往往不够准确。
★2、另一类是“功能性定义”,这类定义注重阐明信息技术的内在本质或其根本作用,而并不探讨信息技术可能呈现或利用的物质或能量的具体形式。
功能性定义中比较有代表性的有以下几种:
(1)一是信息技术是有关信息的搜集、加工、存贮、检索、传递、利用的理论和方法的总称。
(2)二是信息技术是借助于以微电子学为基础的计算机技术和电信技术的结合而形成的手段,对声音的、图像的、文字的、数字的和各种传感信号的信息进行获取、加工处理、存贮、传播和使用的能动技术。
(3)三是信息技术是指在计算机与通信技术支持下用以获取、加工、存储、变换、显示和传输文字、数值、图像、视频和声频以及声音信息,包括提供设备与提供信息服务两大方面的技术方法和设备的总称。
(4)四是信息技术是指关于信息的产生、识别、提取、变换、存贮、传递、处理、检索、分析、决策、控制和利用的技术。
(5)五是信息技术是指一个信息系统在采集、输入、描述、存贮、处理、输出和传递信息中所使用的相关技术的总和。
(6)六是信息技术是管理、开发和利用信息资源的有关方法、手段和操作程序的总称。
(7)七是信息技术是人类在生产斗争和科学实验中认识自然和改造自然过程中所积累起来的获取信息、传递信息、存储信息、处理信息以及使信息标准化的经验、知识、技能和(或)体现这些经验、知识、技能的劳动资料有目的的结合过程。
(8)八是信息技术是能够延长或扩展人的信息能力的技术。
总之,信息技术首先是技术。
而通常人们把人类在认识自然和改造自然的过程中积累起来并在生产劳动中体现出来的经验和知识称为“技术”。
有时也泛指这些经验和知识物化的结果,即各种肉眼可见的技术装备;技术的本质或其存在的价值就在于它能拓展人类器官的功能,从古代的石器、铜器、铁器到近代的蒸汽机、发电机,再到现代的人造卫星、电子计算机等等,无不是如此。
★信息技术涵义:
从广义上来说,信息技术就是能够扩展人类信息器官功能的各种技术的总称,是涉及信息的生产、获取、检测、识别、变换、传递、处理、存储、显示、控制、利用和反馈等信息活动的所有技术的集合。
人的信息器官主要包括以下四类:
第一类感觉器官。
感觉器官的主要功能是获取信息,它包括视觉器官、听觉器官、嗅觉器官、味觉器官、触觉器官。
拓展人类感觉器官功能的主要是感测技术。
第二类神经系统。
神经系统的主要功能是传递信息,它包括导入神经系统、导出神经系统和中间传导神经系统。
导入神经系统将感觉器官获得的信息传递给思维器官,导出神经系统将思维器官处理后的信息传送给各种效应器官或内部某种器官。
其对应的信息技术是信息处理技术。
拓展人类神经系统功能的主要是通信技术。
第三类思维器官。
思维器官的主要功能是加工和再生信息,它包括记忆系统、联想系统、分析系统、推理系统和决策系统等。
它负担着存储信息、检索信息、加工信息和再生信息的任务。
拓展人类思维器官功能的主要是信息处理技术。
第四类效应器官。
效应器官的主要功能是施用信息。
它包括操作器官(手)、行走器官(脚)和语言器官(口)等。
操作器官和行走器官执行大脑发出的命令(信息),语言器官表达信息,使信息产生实际的效用。
拓展人类效应器官功能的主要是控制技术。
★感测技术、通信技术、信息处理技术和控制技术就是信息技术的典型代表。
而目前信息处理技术的典型代表则是计算机技术。
通信技术与计算机技术是信息技术的核心部分,而感测技术与控制技术则是该核心与外部世界的信源与信宿相联系的接口。
二、信息技术的体系
信息技术的体系可以通过图3-1-l来简单描述。
图3-1-1信息技术体系
CAI计算机辅助设计
CAM——计算机辅助制造
WFS一气象预报系统
0RS-作业监测遥感系统
CCI——指挥一控制一通信一情报系统
SDI——战略防御系统
IARS——情报自动检索系统
MTS一机器自动翻译系统
TCS一交通控制系统
TDN——远程调度网络
EDI——电子数据交换
DSS一决策支持系统
AVN——远程自动化视听教学系统
IEE——智能娱乐设备
ANS一自动护理系统
TDS——远程会诊系统
AAs一自动订座订票系统
HSS一家务操作系统
TDMS_智能决策系统
OAS办公自动化系统
(一)基础技术
信息技术处于信息技术体系的最底层,主要指新材料、新能量技术等,信息技术在性能、水平等方面的提高有赖于这两类技术的进步。
如电子信息技术从电子管向晶体管、集成电路、超大规模集成电路时代的迈进,归根结底是由于锗、硅、砷化镓、金属氧化物半导体等新材料的开发和利用,而激光信息技术的发展则有赖于各种激光材料的开发和激光能量的利用。
(二)支撑技术
信息技术体系的第二层是支撑技术,主要是指机械技术、电子技术、激光技术、空间技术和生物技术等。
信息技术总是通过各种支撑技术才能实现,这是因为表征事物的运动状态及其运动状态变化方式的信息都可以通过机械的、电信号的、光信号的等物理参量表现出来,并且比较容易地为人们识别、控制、处理和利用。
于是,人们便把用机械技术来实现的信息技术称为机械信息技术,如算盘、计算尺、手摇计算机、电动计算机等;把用电子技术来实现的信息技术称为电子信息技术,如广播电视、电话电报、电子计算机;把用激光技术实现的信息技术称为激光信息技术,如激光光纤通信、激光控制、激光计算机等;把用空间技术实现的信息技术称为空间信息技术,如通信卫星、行星探测器等;把用生物技术实现的信息技术称为生物信息技术,如生物传感器、生物计算机等。
(三)主体技术
支撑技术之上就是主体技术。
主体技术是指感测技术、通信技术、计算机技术和控制技术。
由于收集(collection,即“感测”的基本作用)、通信(communication)、计算机(computer)和控制(contr01)的英文第一个字母均为“C”,故有人为了简便就称信息技术为“1C'’技术、“2C'’技术、“3C'’技术或“4C'’技术。
“1C'’就是把信息技术简单地归结为计算机技术,显然,这是非常片面的。
因为若没有信息的来源和信息的流通,孤立的计算机的作用是非常有限的。
“2C'’是指计算机和通信,由于人们认识到未来社会里,计算机和通信技术将会紧密地结合在一起,因而便认为信息技术就是计算机技术和通信技术。
美国哈佛大学的安东尼·奥廷格则创造了另一个新词Compunication,含义为计算机通信技术,用来表示运用数字电子技术将计算机、电话、电视结合起来形成一个具有不同功能的系统。
但是,“2C'’这种说法同样也是不全面的,因为没有传感技术而仅靠人自身的感觉器官,所获得的信息将是有限的。
“3C'’是指计算机、通信和控制,不过有人认为控制不应单列为一项,因为它只是计算机的一项功能。
但我们认为,考虑到控制本身的多样性。
把它单列为一项也未尝不可。
事实上,控制是信息发挥作用、完成人类改造世界活动的基本前提。
当然,这种说法的缺点也是显而易见的,因为它忽略了感测技术。
★“4C'’是指收集(感测技术)、通信、计算机和控制。
从我们人类自身信息器官所构成的功能系统角度来看,“4C'’的说法应该是比较全面的。
(四)应用技术
信息技术的应用技术是指针对各种实用目的由主体技术繁衍而生的各种各样的应用技术群,具体地说,就是按主体技术的应用领域,如农业、工业、交通运输、财政金融、图书情报、科学文化、教育卫生、文艺体育、行政管理、社会服务、家庭生活、军事国防等等区分出来的信息技术,它们构成了一个完整的应用技术体系。
信息技术在各行各业中的广泛应用,表明了它具有强大的渗透力,也表明了它与人类的各个领域具有十分密切的联系。
从本质上来说。
信息技术在各个领域里的普及应用实际上是增强劳动资料的信息属性,使劳动工具自动化、智能化,就是说将信息技术同其他技术结合起来,使这些技术的潜力能得到最大限度地发挥,而这正是各行各业信息化的基本前提。
★人们通常只把信息技术体系中的主体技术和应用技术层次称为信息技术,因为它们可以直接延长、扩展人类信息器官的功能,这就是狭义的信息技术。
基础技术和支撑技术尽管也很重要,但是在一般情况下不称其为信息技术,只有在某些特定条件下才称其为信息技术,而这时所指的信息技术就是广义的。
◇第二节 信息技术的类型
一、按照是否可物化为实物形态分类
按照是否可以物化为实物形态,信息技术可划分为“硬”信息技术和“软”信息技术两大类。
“硬”。
信息技术是指各种已经或即将转化为信息设备的信息技术,这类信息技术有时就是指各种具体的实物形态的信息产品,当然有时也指这类产品的技术结构原理或生产工艺,如复印机、电话机、电子计算机、通信卫星等等;“软”信息技术则是指那些不具明显物质承担者。
但又是人类在长期从事信息活动过程中积累而形成的有关信息处理的经验、知识、方法与技能,如舆论调查技术、信息组织技术、信息检索技术、统计技术、预测技术、决策技术等。
二、按照信息活动的基本环节分类
按照信息活动的基本环节,信息技术可以划分为信息获取技术、信息处理技术、信息传递技术、信息存储技术、信息检索技术等。
信息获取技术把人们的感觉器官不能准确感知或不能感知的信息转化为人能感知的信息,如气象卫星、行星探测器等;信息处理技术是对信息进行分类、排序、转换、浓缩、扩充等的技术,计算机的发明与使用,一改传统的信息处理主要依靠人脑和手工进行的局面,日益发展的计算机技术已然成为最重要的信息处理技术;信息存贮技术是指跨越时间保存信息的技术,如印刷术、照相术、磁盘技术、光盘技术以及计算机存储技术等;信息检索技术是准确、快速地从数据库中找出所需信息的技术,或称技巧、策略、方法,它主要包括手工检索技术、机械检索技术、计算机检索技术和网络检索技术等。
三、按照人们日常所使用的信息设备的种类或其用途分类
按照人们日常所使用的信息设备的种类或其用途,信息技术可划分为电话技术、电报技术、电视技术、广播技术、缩微技术、复制技术、卫星技术、计算机技术等众多的门类。
这种分类通俗易懂,但是过于简单,而且分类的对象只限于“硬”信息技术,忽略了“软”信息技术。
四、按照信息系统功能分类
按信息系统功能分类,信息技术可划分为信息输入输出技术、信息描述技术、信息存贮和检索技术、信息处理技术。
笼统地说,信息系统的主要组成部分即信息的输入输出、信息的描述、信息的处理以及信息的存储和检索等几个模块。
事实上,和第三种分类方法不同,从这个角度描述的信息技术,主要是“软”信息技术,主要涉及的是整个信息系统中可能涉及的理论和方法。
五、按照扩展人类信息器官的功能分类
按照扩展人类信息器官的功能分类,信息技术可划分为扩展人类感觉器官的感测技术、扩展人类神经系统的通信技术、扩展人类思维器官的信息处理技术和扩展人类效应器官的控制技术。
感测技术包括传感技术和测量技术,它可将人类的感觉延伸到人力不及的微观世界和宏观世界以从中获取信息;通信技术包括信息的空间传递和时间传递技术;信息处理技术包括计算机硬件和软件技术、人工智能、专家系统、人工神经网络技术等,它的目的是更好地处理和再生信息;控制技术包括一般的伺服调节技术和自动控制技术,其目的是更好地应用信息,使信息能够在改造自然的过程中发挥作用。
第三节计算机技术
本节内容
一、计算机技术的发展 二、计算机系统的组成
信息技术是现代社会的支柱,而计算机技术则是现代信息技术的核心。
计算机的产生和发展及其在社会各个领域的应用,对人类社会的影响是空前的。
计算机技术引发了人类技术发展史上的又一次革命。
一、计算机技术的发展
(一)计算工具发展简史:
·中国东汉时期的算盘,可以算得上是最古老的计算工具。
·1642—1643年,法国人帕斯卡(BlaisePascal)发明了一个用齿轮运作的加法器,叫Pascalene,这是第一部机械加法器。
·1694年,德国数学家莱布尼茨(GottfriedLeibniz)把帕斯卡的Pascalene改良,发明了“步进乘法器”,可以计算乘数的机器,但是,它还是依靠齿轮运作的。
·1820年,法国人德科马(deColmar)采用莱布尼茨的原理,制造了可以进行加、减、乘、除四则运算的机械计算器,这是第一种大量生产的计算器。
·1822年,英国剑桥大学数学教授巴贝吉(Babbage)首次提出了自动化的计算原理,在他设计的机器中,有累加器、存储器、控制器、指令系统、卡片机、打印机,计算过程由程序自动控制。
尽管他的研制计划因经费问题而未能全部实现,但他提出的自动化计算概念及机器的结构组成方式,给了后人很多启发。
·1848年,英国数学家乔治·布尔(GeorgeBooli~)创立了二进制代数(布尔代数),从而为一个世纪后研发二进制计算机铺平了道路。
★1946年2月14日,标志现代计算机诞生的ENIAC(TheElectronicNumericalIntegratorAndComputer)在费城面世。
ENIAC是计算机发展史上的里程碑。
(二)、电子计算机的分代
按照计算机所使用的无器件来划分,一般分为以下几代:
1、第一代计算机:
电子管计算机
1946年,世界上第一台电子数字积分式计算机—埃尼阿克(ENIAC)在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院诞生。
1949年,第一台存储程序计算机—EDSAC在剑桥大学投入运行。
ENIAC和EDSAC均属于第一代电子管计算机。
电子管计算机采用磁鼓作存储器。
本阶段,计算机软件尚处于初始发展期,主要用于科学计算方面。
2、第二代计算机:
晶体管计算机
1948年,晶体管的发明大大促进了计算机的发展,1956年,晶体管在计算机中使用,晶体管和磁芯存储器导致了第二代计算机的产生。
首先使用晶体管技术的是早期的超级计算机,主要用于原子科学的大量数据处理,这些机器价格昂贵,生产数量极少。
1960年,出现了一些成功地用在商业领域、大学和政府部门的第二代计算机。
第二代计算机用晶体管代替电子管,这一时期出现了更高级的COBOL(CommonBusiness-OrientedLanguage)和FORTRAN(FormulaTranslator)等语言,软件产业由此诞生。
3、第三代计算机:
集成电路计算机
20世纪60年代初期,美国的基尔比和诺伊斯发明了集成电路,引发了电路设计的革命。
1962年1月,IBM公司采用双极型集成电路,生产了IBM360系列计算机。
DEC公司(现并入COMP公司)交付了数千台PDP小型计算机。
第三代计算机用集成电路作为逻辑元件,使用范围更广。
4、第四代计算机:
大规模集成电路计算机
1971年发布的INTEL4004,是微处理器(CPU)的开端,也是大规模集成电路发展的一大成果。
1972—1973年,8位微处理器相继问世,最先出现的是INTEL8008。
1978年以后,16位微处理器相继出现,微型计算机达到一个新的高峰,典型的代表有INTEL8086、ZILOG公司的Z-8000和MOTOROLA公司的MC68000。
INTEL公司不断推进着微处理器的革新。
紧随8086之后,又研制成功了80286、80386、80486、奔腾(PEN—TIUM)、奔腾二代(PENTIUMⅡ)和奔腾三代(PENTIUMⅢ)。
目前最新为PentiumIV。
1981年,IBM推出个人计算机(PC)用于家庭、办公室和学校。
80年代个人计算机的竞争使得价格不断下跌,微机的拥有量不断增加,计算机继续缩小体积,从桌上到膝上到掌上。
与IBMPC竞争的AppleMacintosh系列于1984年推出,Macintosh提供了友好的图形界面,用户可以用鼠标方便地操作。
第四代计算机以大规模集成电路作为逻辑元件和存储器,使计算机向着微型化和巨型化两个方向发展。
而在第四代计算机基础上开始出现的第五代计算机、第六代计算机,则正处于研制状态,代表了未来计算机的发展趋势。
5、第五代计算机:
智能计算机
1981年,日本东京召开了一次第五代计算机——智能计算机研讨会,随后制定出研制第五代计算机的长期计划。
智能计算机的主要特征是具备人工智能,能像人一样思维,并且运算速度极快,其硬件系统支持高度并行和快速推理,其软件系统能够处理知识信息。
神经网络计算机(也称神经计算机)是智能计算机的重要代表。
6、第六代计算机:
生物计算机
半导体硅晶片的电路密集,散热问题难以彻底解决,大大影响了计算机性能的进一步发挥与突破。
研究人员发现,遗传基因——脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构能容纳巨量信息,其存储量相当于半导体芯片的数百万倍。
一个蛋白质分子就是一个存储体,而且阻抗低、能耗少、发热量极小。
基于此,利用蛋白质分子制造出基因芯片,研制生物计算机(也称分子计算机、基因计算机),已成为当今计算机技术的最前沿。
生物计算机比硅晶片计算机在速度、性能上有质的飞跃,被视为极具发展潜力的“第六代计算机”。
二、计算机系统的组成
计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。
硬件系统是组成计算机的物理设备的总称,是计算机的实体。
软件系统是各种程序、数据及相关文档的总称,是计算机的灵魂。
(一)硬件系统
硬件(Hardware)是指构成计算机的物理装置,看得见、摸得着,是由专门的集成电路、线路板、电源、存储器等组成的,按一定结构系统组合的物质实体。
★从逻辑角度而言,一个完整的硬件系统由五个部分组成,即运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
★冯·诺依曼的计算机原理:
计算机的基本运行过程如下:
在控制器的统一调度下,输入设备先将有关指令和计算数据或资料送入存储器。
并以不同的地址形式分别存于存储器内;控制器从存储器取出指令,并按照指令开始执行有关程序,执行完一条指令,再执行下一条指令;依据指令,控制器先读取计算数据由存储器到运算器,再控制运算器对计算数据进行运算,计算器进行运算并将计算结果送回存储器;最后,控制器依据指令要求,调度存储器中的计算结果从输出设备输出。
★尽管计算机更新换代的速度极快,但是,冯·诺依曼的原理仍然是目前计算机的基本原理。
实际计算机硬件系统可以分为主机和外围设备两大部分。
主机主要包括中央处理器、内存储器、系统总线等。
外部设备主要包括输入设备、输出设备、外存储器等。
个人使用的微型计算机系统的基本配置由主机、显示器、键盘、打印机等构成,如果需要,还可以连接其他设备。
1.中央处理器(CPU)
控制器和运算器合称中央处理器,英文缩写为CPU。
运算器在电子计算机中执行算术和逻辑操作,它负责对数字信息进行加工,实现算术运算、逻辑运算及信息传送。
控制器是全机的指挥中心,负责对控制信息进行分析,通过分析发出操作控制信号,控制并协调各部分工作。
CPU是计算机的核心部件,由它完成运算处理功能,并实施对计算机其他各部件的控制,使计算机各部件协调统一工作。
2.内存储器
一般把在计算机主机中起记忆作用的部件叫内存储器,简称内存。
内存储器是CPU可以直接访问的存储器,也称为半导体内存。
★内存根据其功能分为只读存储器ROM和随机内存RAM两种。
ROM是制造商在芯片上固化好的基本输入/输出系统(ROMBIOS),只能从其中读出数据而不能写入数据。
RAM既能读出数据,又能写入数据,而计算机只有将操作系统、临时需要的应用软件程序和数据信息等装入内存才能运行。
在每次启动计算机工作时,计算机要先将操作系统、临时需要的应用软件程序和数据等装入内存储器后才能运行。
因此,RAM中的信息是开机后读入的,关机后,RAM中的信息会自动消失。
3.外存储器
外存储器又称为辅助存储器,它是不能被CPU直接访问的存储器,可用来记录各种信息,存储用户的程序和数据。
它有两个突出的特点:
一是存储容量大,且不受限制;二是非易失性,断电后信息不会丢失。
外存储器主要可以分为软盘、磁盘和光盘三种。
常用软盘规格是3.5英寸软盘(简称3寸盘),可容纳1.44MB信息量。
微型机一般都配备有一个软磁盘驱动器,软盘只有插入软盘驱动器中才能被读取或写入内容。
硬盘存储器是多个盘片组成的同轴盘片组构成的,每一个盘片都是上下表面涂有金属氧化物磁性材料的金属圆盘,它使用两磁头写入、读出或消除盘片上的内容。
两磁头总是同时沿径向运动进行搜索,因此所有盘片的同一磁道合称为一个柱面。
硬盘及硬盘驱动器固定在硬盘存储器的密封机盒内。
光盘主要分为只读光盘、一次写光盘和可擦写光盘。
只读光盘指光盘上的内容是固定的不能写入和修改,只能读取其中的内容;一次写光盘指用户可以根据自己的需要按顺序向其写入数据,但记录一旦写入,便不能修改与擦除,但用户可多次读取数据;可擦写光盘如同磁盘一样可写入数据,也可根据用户要求重新修改数据。
由于光盘具有纪录密度高、存储容量大、信息保持寿命高、环境要求低的特点,它常被用于存储各种程序、数据及音频、视频信息。
4.输入设备
输入设备的作用是将数据、程序和各种操作信息直接转换成计算机能接收的电信号,然后输入计算机。
★常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、数码摄像机、数码相机、光学识别仪器、语音识别设备等。
5.输出设备
输出设备是把计算机内部信息转换成人们熟悉的语言、文字、声音、视频等的设备,是将计算机运行的结果由电信号转换成人们能够识别的形式并予以显示。
常见的输出设备有显示器、打印机等。
(1)显示器
按显示器的显示原理来分,有阴极射线管(CRT)显示器和液晶显示器(LCD)之分。
CRT显示器的显示原理与电视机的显示原
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