信息技术复习重点
信息技术复习重点
第一章信息、信息科学与信息技术
1.1探索信息的真谛
1.1．1信息
1.什么是信息
就一般意义而言，信息可以理解成消息、情报、知识、见闻、通知、报告、事实、数据等等。信息的传播过程是？？？
1.1.3香农对信息的定义
香农认为：信息是有秩序的量度，是人们对事物了解的不确定性的消除或减少。信息是对组织程度的一种测度，信息能使物质系统有序性增强，减少破坏、混乱和噪音。
香农提出：信息的传播过程是“信源”把要提供的信息经过“信道”传递给“信宿”，信宿接收这些经过“译码”的信息符号的过程。
信道是在物理线路上划分的逻辑通道。
在香农确定信息量名称时，将热力学中的“熵”的概念应用到信息领域。一个系统的熵就是它的无组织程度的度量。
香农是现代信息论的创始人香农信息论的局限性：主要是由于狭义信息论没有解决信息的语义问题和有效性问题。
1.1.6 数据、消息、信号与信息的区别
1.数据
数据是对客观实体的一种描述形式，是信息的载体。
信息和数据的区别可以理解为：数据是未加工的信息，而信息是数据经过加工以后的能为某个目的使用的数据，信息是数据的内容或诠释。
数据可分为模拟数据和数字数据两种形式。
2.消息
信息论的先驱哈特莱认为信息是包含在消息中的抽象量，消息是具体的，其中蕴含着信息。按照香农理论，在通信过程中，信息总是经过编码(符号化)成为消息以后，才能经由媒介传播的，而信息的接收者收到信息后，总是要经过译码(解读)才能获取其中的信息的。
3.信号
把消息变换成适合信道传输的物理量，这种物理量称为信号。
信号是数据的电磁或光脉冲编码。信号可以分为模拟信号和数字信号。
1.2信息科学
1.2.1 信息科学的产生与定义
信息和控制是信息科学的基础和核心。
什么是信息科学：信息科学以香农创立的信息论为理论基础，以现代科学方法论作为主要研究方法、以研究信息及其运动规律为主要内容、以扩展人的信息功能作为主要研究目标的一门科学。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，这是信息科学有别于一切传统科学最基本的特征。
1.2.2 信息科学的研究内容与体系
从信息科学的研究内容来划分，我们可以将信息科学的基本科学体系分为三个层次（图1-5）：(1)信息科学的哲学层次；(2)信息科学的基础理论层次；(3)信息科学的技术应用层次；
信息科学的研究范围已经远远超出了香农的信息论的领域而深入到了控制科学、系统科学、复杂性科学、人工智能理论、认知科学等领域。
1.3信息技术
1.3.1信息技术的发展与定义
1.3.2信息技术的发展
人类社会已经发生过四次信息技术革命。
第一次革命是人类创造了语言和文字，出现了文献。
第二次革命是造纸和印刷术的出现。
第三次革命是电报、电话、电视及其他通信技术的发明和应用。
第四次革命是电子计算机和现代通信技术在信息工作中的应用。
人们对信息技术的定义，因其使用的目的、范围、层次不同而有不同的表述：
定义1：信息技术是指有关信息的收集、识别、提取、变换、存贮、传递、处理、检索、检测、分析和利用等的技术。
定义2：现代信息技术“以计算机技术、微电子技术和通信技术为特征”。
定义3：信息技术是指在计算机和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、图像以及声音信息，包括提供设备和提供信息服务两大方面的方法与设备的总称。定义4：信息技术指“应用在信息加工和处理中的科学，技术与工程的训练方法和管理技巧；上述方法和技巧的应用；计算机及其与人、机的相互作用，与人相应的社会、经济和文化等诸种事物。定义5：信息技术包括信息传递过程中的各个方面，即信息的产生、收集、交换、存储、传输、显示、识别、提取、控制、加工和利用等技术。
定义6：从技术的本质意义上讲，信息技术就是能够扩展人的信息器官功能的一类技术
1.3.2扩展人类的信息器官功能的信息技术
信息技术的“四基元”
(1)感测技术——感觉器官功能的延长。
(2)通信技术——传导神经网络功能的延长。
(3)计算机和智能技术——思维器官功能的延长。
(4)控制技术——效应器官功能的延长。
信息技术四基元和谐有机地合作，共同完成扩展人的智力功能的任务。
1.3.3信息技术的核心技术
1.计算机与智能技术
2.通信技术
3.传感技术
4.控制技术
第二章计算与计算科学
2.1 1计算的本质
计算就是符号串的变换。从一个已知的符号串开始，按照一定的规则，一步一步地改变符号串，经过有限步骤，最后得到一个满足预先规定的符号串，这种变换过程就是计算。
算法是求解某类问题的通用法则或方法，即符号串变换的规则。
计算就是某个系统完成了一次从输入到输出的变换
2.1.2计算模型与图灵机
图灵机是一种抽象计算模型（如图），用来精确定义可计算函数。图灵机由一个控制器，一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读写头组成。
冯·诺依曼对人类的最大贡献是对计算机科学、计算机技术、数值分析和经济学中的博弈论的开拓性工作
第三章信息处理机器：计算机系统技术
101页报告
1945年6月，冯·诺依曼与戈德斯坦、勃克斯等人联名发表了一篇长达101页纸的报告
即计算机史上著名的“101页报告”，直到今天，仍然被认为是现代计算机科学发展里程碑式的文献。明确奠定了新机器由五个部分组成，包括：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备，并描述了这五部分的职能和相互关系．
还有两个非常重大的改进，即：
（1）采用了二但数据采用二进制，指令也采用二进制；
（2）建立了存储程序，指令和数据可一起放在存储器里，并作同样处理．简化了计算机的结构，大大提高了计算机的速度进制。冯.诺依曼机的中心就是有存储程序原则，即指令和数据一起存储．这个概念被誉为"计算机发展史上的一个里程碑"冯·诺依曼型计算机的基本结构冯.诺依曼确定了现代存储程序式电子数字计算机的基本结构和工作原理。
冯.诺依曼结构由五大部分组成：
存储器运算器控制器输入设备输出设备。
摩尔定律
摩尔定律是指集成电路IC上可容纳的晶体管数目约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。摩尔定律是由英特尔(Intel)公司创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）经过长期观察发现得之。到底什么是“摩尔定律‘”？归纳起来，主要有以下三种“版本”：
集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番。微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格下降一倍。用一个美元所能买到的计算机的性能，每隔18个月翻两番。矢量计算：“矢量运算”：对多组数据（每组一般为两个数据）成批地进行同样的运算，得到一批结果的运算方法。
3.2 微型计算机系统与微处理器
3.2.2微型计算机硬件系统
微型计算机的硬件系统应由微处理器（运算器和控制器）、存储器、输入设备和输出设备组成
3.2.3微处理器-- 给你一颗奔腾的”芯
微处理器(Microprocessor)在微型计算机中又称为CPU（中央处理单元的缩写)，人们又经常简称为处理器(Processor)
3.3 计算机存储系统及工作原理
半导体存储器及其存储单元寻址
半导体存储器（semiconductor memory）是一种能存储大量二值信息(或称为二值的数据)的半导体器件。
从存取功能上可以分为两大类。
只读存储器(ROM，即Read Only Memory)
随机存储器(RAM，即Random Access Memory)
RAM控制器负责向RAM芯片输出行地址还是列地址，行与列地址的信息由RAS（Row Address Select）或CAS(Column Address Select)信号确定。
如果需要将数据“写”到RAM中，则处理器会发出一个“写”信号到CPU中，通过系统总线，到达RAM单元。这些RAM单元然后就按行或列地址将这些信息数据存储到指点定的"栅格"中。
当CPU需要读取RAM中的数据，则会向RAM发出请求信号，这些信号中包含地址信息，以确定数据在那些栅格中的位置
只读存储器ROM
ROM可分为掩模ROM、PROM、EPROM、E2PROM和快闪存储器等几种不同类型。
掩模ROM是采用掩模工艺制作而成，在出厂时内部存储的数据就已经“固化”在里边了，所以数据不允许用户修改。
PROM 指的是“可编程只读存储器”这样的产品只允许写入一次，所以也被称为“一次可编程只读存储器”
EPROM 指的是“可擦写可编程只读存储器”。它的特点是具有可擦除功能，擦除后即可进行再编程，但是缺点是擦除需要使用紫外线照射一定的时间。
EEPROM 指的是“电可擦除可编程只读存储器”，它的最大优点是可直接用电信号擦除，也可用电信号写入。
Flash memory 指的是“闪存”，所谓“闪存”，它也是一种非易失性的内存，属于EEPROM 的改进产品。目前“闪存”被广泛用在PC机的主板上，用来保存BIOS程序，便于进行程序的升级。其另外一大应用领域是用来作为硬盘的替代品，具有抗震、速度快、无噪声、耗电低的优点。
随机存储器-RAM
RAM又分为静态随机存储器SRAM和动态随机存储器DRAM两大类
非易失性存储器，那就是指那些断电后数据仍然能保留的半导体存储器。对这类存储器，业界统称为非易失性随机访问存储器（NVRAM，Non-Volatile Random Access Memory）。
在多种NVRAM产品中，以闪存（Flash Memory）技术最为引人注目。闪存具有关掉电源仍可保存数据的优点，同时又可重复读写且读写速度快、单位体积内可储存最多数据量，以及低功耗特性等优点。
磁存储器
磁存储原理
磁存储的关键部件是磁头，磁头的基本结构是在一个环形导磁体上绕上线圈，导磁体面向磁盘方向开一个漏磁缝隙，当磁头线圈中通以交变信号电流时，导磁体内的磁通量也跟着产生变化，这个交变的磁场从磁头缝隙中泄漏出去，使做匀速运动的磁盘表面上的磁介质感应磁化。磁化后在磁盘上的"磁化点"(磁元)就代表了所要记录的数据，这是做记录的基本工作原理。
硬盘存储系统
硬盘是一种采用磁介质的数据存储设备，数据存储在密封于洁净的硬盘驱动器内腔的若干个磁盘片上
磁盘阵列
磁盘阵列是将若干个硬磁盘机按一定的要求组成一个快速、超大容量的存储系统，数据是分配存储在各个硬磁盘机上。
光盘存储系统
光存储介质的概念
对光存储介质最基本的要求,就是存储单元的某种性质可以用某种方法改变以代表被存储的数据,同时这种性质可用光的方法检测出来。
光盘与光盘存储系统
通常意义上所说的光盘只是一个统称，用英文CD表示，意为高密盘。
光盘可分成两类，一类是只读型光盘，另一类是可记录型光盘。
只读光盘存储器
只读光盘中的数据是用压模方法压制而成的，用户只能读取上面的数据，而不能写入或修改光盘中的数据。它适用于大量的、通常不需要改变的数据信息存储。
多次可写光盘存储器
这种光盘允许用户一次或多次写入数据，并可随时往盘上追加数据，直到盘满为止。信息写入后则变成只读状态，不可再作修改，主要用于重要数据的长期保存。目前得到了广泛应用的CD-R就属于这类光盘。
可重写光盘存储器
可重写光盘具有磁盘一样的可重写性，可多次写入或修改光盘上的数据，更适合作为计算机的新型标准外存设备，目前有磁光（Magneto-Optical）和相变（Phase-Change）和两种类型。
3.4 计算机输入/输出设备
输入设备键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏、手写输入设备、数码相机、数字摄像机
输出设备显示器、打印机、绘图仪等
3.5 微型计算机的总线及接口标准
计算机总线
总线（BUS）是计算机内部传输指令、数据和各种控制信息的高速通道，是计算机硬件的一个重要组成部分用于连接CPU、主存和I/O控制器的总线称为外部设备总线或外部总线，简称为总线。常见的总线有：
ISA（工业标准体系接口）总线PCI（外部设备互连）总线SCSI（小型计算机系统接口）总线等
总线分类：①片内总线②局部总线③系统总线④通信总线
第三章计算机软件系统
4.1 软件的性质及发展史
定义：计算机软件是在计算机上运行的各种程序、要处理的各类数据以及有关文档的总称。软件的性质：
1.表现形式不同
2. 生产方式不同
3. 维护方式不同
4. 软件的复杂性和规模不断增加
2.软件技术的进化史
软件技术发展的初期（20世纪50年代到70年代）
软件技术发展的中期（20世纪80年代）
网络计算时代的开始(20世纪90年代至今)
软件之变----21世纪的软件技术
软件危机的具体体现
1．对软件开发成本和进度的估计常常很不准确。
2．用户对“已完成的”软件系统不满意的现象经常发生。
3．软件产品的质量常常靠不住。
4.软件常常是不可维护的。
5. 软件通常没有适当的文档资料。
6. 软件成本在计算机系统总成本中所占比例逐年上升。
网络计算时代的开始(20世纪90年代至今)
4.2操作系统
4.2.1操作系统任务及功能
操作系统的功能从资源管理的角度来看，操作系统的功能主要分为：处理机管理存储管
I/O设备管理文件系统用户接口
操作系统引导和控制计算机
外部储存器→操作系统→主储存器
STEP 1: 上电STEP 2:自检STPE3: 加载引导扇区(Boot Loader) STEP4: 加载操作系统(OS Loader) STEP5: 运行操作系统
4.2.2 处理机（CPU）管理
1.中断处理
2.处理器调度
3.理解进程及状态变化
4.理解线程
处理器管理的第一项工作是处理中断事件。
★处理器调度：处理器管理的第二项工作是处理器调度，对处理器的调度最终归结为对进
程和线程的管理
线程：有时称轻量级进程, 进程中的一个实体是一个CPU调度和分派的单位
引入进程的好处-----多个程序可以并发执行，改善资源使用率，提高系统效率。
引入线程的好处------减少并发程序执行时所付出的时空开销，使得并发粒度更细
4.2.3 存储管理
存储管理主要功能如下：存储分配。存储共享。存储保护。存储扩充。
4.2.4 设备管理
计算机外部设备：在计算机系统中除CPU和内存储外所有的设备和装置称为计算机外部设备
设备管理——功能.设备分配与回收.建立统一的且独立于设备的接口，提供设备使用的用户接口：命令接口和编程接口
完成设备驱动程序，实现真正的I/O操作。
处理外部设备的中断处理。
4.2.5 文件管理
操作系统为系统管理者和用户提供了对文件的透明存取
文件管理——基本功能
统一管理文件的存储空间，实施存储空间的分配与回收。
实现文件的按名存取：名字空间——存储空间
实现文件信息的共享，并提供文件的保护和保密措施
向用户提供一个方便使用的接口（提供对文件系统操作命令，以及提供对文件的操作命令）系统维护及向用户提供有关信息
文件系统的执行效率提供与I/O的统一接口
操作系统的主要特性：1. 并发性2. 共享性3. 异步性
☆ 4.2.6 操作系统的分类
1. 单用户操作系统
2. 批处理操作系统
3. 分时操作系统
4. 实时操作系统
5. 网络操作系统
6. 分布式操作系统
7. 个人计算机操作系统
8. 嵌入式操作系统
9. 并行操作系统
程序设计语言：程序设计语言是软件系统的重要组成部分，程序语言的进化史可分为机器语言、汇编语言、高级语言三个阶段
第五章
信息媒体的表示及数字化
5.1计算机系统的信息表示与编码
模拟与数字
模拟数据(Analog Data)是随时间连续变化的值
数字数据(Digital Data)则是模拟数据经量化后得到的离散的值
模/数转换就是将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，实现该功能的电路或器件称为模/数转换电路，通常称为A/D转换器或ADC(Analog Digital Converter)。
数/模转换是模/数转换的逆过程，就是将离散的数字信号转换为连续变化的模拟信号，实现该功能的电路或器件称为数模转换电路，通常称为D/A转换器或DAC(Digital Analog Converter)。
5.2 媒体与多媒体信息
媒体的分类按国际电信联盟(IUT)下属的国际电报电话咨询委员会(CCITT)的定义，媒体可分为以下五种，1.感觉媒体(Perception)2.表示媒体(Presentation) 3.显示媒体(Display) 4.存储媒体(Storage) 5.传输媒体(Transmission)
通常所指的多媒体就是感觉媒体的组合，即声音、图像、图形、动画、文字、数据、文件等
多种媒体的组合。所谓多媒体技术是以计算机为中心，把语音、图像处理技术和视频技术等集成在一起的技术。具有这种功能的计算机称为多媒体计算机
音频的数字化过程
对模拟音频数字化过程涉及到音频的采样、量化和编码，
1.声音的采样
2. 音频的量化
3.数字音频的编码
图像压缩与编码分类：图像数据压缩可分为有损压缩和无损压缩两类
视频的数字化过程：视频信号的采样。模拟视频一般采用分量数字化方式：
先把复合视频信号中的亮度和色度分离，得到YUV或YIQ分量
然后用三个模／数转换器对三个分量分别进行数字化
最后再转换成RGB彩色模型。
第六章数据的组织结构与算法
6.3 算法
图的遍历-深度优先遍历类似于树的先根遍历，是树的先根遍历的推广
算法的特性：算法是对问题求解过程的一种描述，是为解决一个或一类问题给出的一个确定的、有限长的操作序列。
1. 有穷性
2. 确定性
3. 可行性
4. 有输入
5. 有输出
在设计算法时，通常应考虑以下原则：
首先，设计的算法必须是“正确的”
其次，应有很好的“可读性”，还必须具有“健壮性”
最后，还应考虑所设计算法的复杂性，即有“高效率与低存储量”。
算法的表示
1．自然语言2．流程图3．伪代码4．计算机程序设计语言
排序（Sorting）：
简单地说，排序就是把一组记录按照某个（或某几个）字段的值以递增（由小到大）或递减（由大到小）的次序重新排列的过程。（如按年龄从小到大排序
排序方法可以分为五种∶插入排序选择排序交换排序分配排序归并排序
6.4 程序设计方法
结构化程序设计
1.程序的控制结构2顺序程序设计3 分支结构4 循环结构
程序设计的步骤
1.分析问题2建立数学模型3确定算法4 编写程序5调试运行6分析结果7写出程序的
文档