第十章信息技術(shù)

第十章信息技術(shù)第1頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.信息技術(shù)的基礎(chǔ)信息作為一種社會(huì)共享的重要資源和財(cái)富，對(duì)人類生存和社會(huì)的發(fā)展起著極為重要的作用，人類對(duì)信息的感知和掌握以及信息利用的深度和廣度關(guān)系到人類社會(huì)發(fā)展的速度。現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息的采集、傳輸、處理。相應(yīng)的核心技術(shù)是傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，它們分別構(gòu)成了信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。第2頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

二．信息的獲取人類靠自身的感覺器官直接獲取的信息是有限的，為了克服人體器官的局限和自然條件的限制，各種傳感技術(shù)和遙感、遙測(cè)技術(shù)得到迅速發(fā)展，大大擴(kuò)展了人們獲得信息的能力。

1.傳感器技術(shù)隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的飛速發(fā)展，向計(jì)算機(jī)傳送信息的傳感器技術(shù)卻落后了。這種失衡，勢(shì)必影響科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，因此傳感器技術(shù)已成各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的技術(shù)。第3頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三傳感器是將各種非電量（物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量（一般為電學(xué)量）的器件。根據(jù)傳感器感知外界信息的不同原理，可分為：物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器。傳感器一般包括：1.敏感元件把待測(cè)的物理量、化學(xué)量、生物量等轉(zhuǎn)換為容易轉(zhuǎn)換成電量的非電量。2.轉(zhuǎn)換元件把非電量轉(zhuǎn)換成電量。3.測(cè)量電路把轉(zhuǎn)換元件輸出的電量變成便于顯示、記錄、控制和處理的電信號(hào)。

第4頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三利用物理現(xiàn)象、化學(xué)現(xiàn)象、生物效應(yīng)設(shè)計(jì)制作各種用途的傳感器是傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)工作。目前以硅材料為主的半導(dǎo)體傳感器材料已十分成熟。陶瓷傳感器材料可用于高溫，克服了半導(dǎo)體材料傳感器工作溫度上限低的缺點(diǎn)。

2.遙感技術(shù)遙感是不接觸的測(cè)量和識(shí)別技術(shù)。它是從航空攝影開始，20世紀(jì)60年代蓬勃發(fā)展起來的一門綜合技術(shù)。涉及到物理、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)、空間技術(shù)、地球科學(xué)等高科技領(lǐng)域。蝙蝠用超聲波作遙感測(cè)量?，F(xiàn)代的遙感測(cè)量使用的是電磁波，常用的是可見光、紅外線、微波。第5頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三從第二章知道，不同物體吸收、反射、輻射、散射電磁波的情況不一樣，這個(gè)性質(zhì)叫做物體的光譜特性。因各種物體的光譜特征互不相同，我們只要事先用儀器收集記錄各種物體在不同情況下的各種光譜，用計(jì)算機(jī)處理分析，把信息存儲(chǔ)起來。然后通過安裝在地面或飛機(jī)、衛(wèi)星、航天飛機(jī)等運(yùn)載工具上的各種遙感器，收集和記錄當(dāng)前目標(biāo)及其所處環(huán)境（如大氣、地表面等）的輻射或反射的電磁波信息，得到數(shù)據(jù)或圖象再經(jīng)過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理或人工圖像判讀，與原來存儲(chǔ)的相關(guān)信息進(jìn)行比較，便能得到目標(biāo)及其環(huán)境的當(dāng)前的信息特征。第6頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三遙感技術(shù)的三部分遙感儀用來接收輻射或反射來的電磁波。運(yùn)載工具把遙感儀送到與被測(cè)物體保持一定距離和角度的地點(diǎn)。識(shí)別設(shè)備判讀、處理由遙感儀接收到的目標(biāo)物的信息特征。

三．信息的傳輸現(xiàn)在經(jīng)常見諸報(bào)端的“信息高速公路”實(shí)際上包括：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)、光纖傳輸系統(tǒng)、多媒體圖像通訊系統(tǒng)和數(shù)字通訊系統(tǒng)等，其中第一個(gè)系統(tǒng)實(shí)際是信息高速公路的管理系統(tǒng)，第二、三個(gè)系統(tǒng)是通訊網(wǎng)絡(luò)，最后兩個(gè)系統(tǒng)則是訊號(hào)的收發(fā)系統(tǒng)。第7頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三在信息傳輸系統(tǒng)中，雖然傳統(tǒng)的通信手段：電報(bào)、郵政還不可缺少，但是從發(fā)展看衛(wèi)星通訊、光纖通訊將是兩大支柱。

1.衛(wèi)星通訊是利用衛(wèi)星作為中繼站，地面衛(wèi)星站向衛(wèi)星發(fā)送微波信號(hào)，微波能穿透電離層，衛(wèi)星收到信號(hào)后，把信號(hào)放大發(fā)回地面。地面衛(wèi)星覆蓋地區(qū)的另外衛(wèi)星地面站就能接收到信號(hào)。

衛(wèi)星繞地球作無動(dòng)力飛行。通訊衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)通訊衛(wèi)星靜止通訊衛(wèi)星由地球同步衛(wèi)星擔(dān)任第8頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三衛(wèi)星通訊有明顯的優(yōu)點(diǎn)：視野大，覆蓋面廣，通訊距離遠(yuǎn)，越洋通訊無需鋪設(shè)電纜，不受地理?xiàng)l件限制，不受線路制約，組網(wǎng)靈活、迅速，但是又有明顯的缺點(diǎn)。由于通訊衛(wèi)星距地球約3.6萬公里，因此衛(wèi)星通訊至少會(huì)有0.24秒的時(shí)間延遲，而且電磁波要通過16公里厚的大氣層以及地球上空的云層，會(huì)受到干擾。另外衛(wèi)星通訊使用微波通訊，易被竊聽，保密性差，且衛(wèi)星造價(jià)高，壽命短。光纖通訊的出現(xiàn)是通訊史上的一場(chǎng)革命。第9頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

2.光纖通訊上一章談到激光的單色性好，是光通訊的理想載波。光纖是傳播激光的介質(zhì)，在第二章中介紹光的全反射時(shí)已對(duì)光纖作過介紹。1966年英籍華人高錕提出光纖作為光波傳輸手段的可能性，但當(dāng)時(shí)制作的光纖的損耗高達(dá)1000db/km，實(shí)際上無法使用。1970年美國(guó)康寧玻璃公司拉出第一根可實(shí)用的光纖，1980年日本生產(chǎn)出損耗僅為0.2db/km的石英光纖，使光纖通訊獲得飛速的發(fā)展。第10頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.數(shù)字信號(hào)

信息的采集、傳輸、處理，要求有一種表達(dá)和交流信息的工具，這種工具就是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是信息的具體表示，數(shù)據(jù)不僅包括數(shù)值數(shù)據(jù)，還包括語言、文字、圖形、聲音等非數(shù)值數(shù)據(jù)。在傳統(tǒng)的信息技術(shù)中，如通過電話傳送聲音（數(shù)據(jù)）時(shí)，是用話筒之類的聲電傳換器把聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，且電信號(hào)的波動(dòng)形式和聲信號(hào)完全一樣。電信號(hào)通過電話線傳到接收方再通過揚(yáng)聲器之類的電聲轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換還原成聲音信號(hào)。這種用電信號(hào)波動(dòng)模擬聲音波動(dòng)的方式稱為模擬方式，這樣的電信號(hào)稱為模擬信號(hào)。由于傳輸過程的干擾，信號(hào)往往失真。第11頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

聲信號(hào)電信號(hào)與聲信號(hào)波動(dòng)形式一致——模擬信號(hào)通訊線路

聲信號(hào)傳統(tǒng)的聲電轉(zhuǎn)換技術(shù)第12頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三70年代發(fā)展起數(shù)字傳輸技術(shù)。這種技術(shù)是把數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)是一種間斷的脈沖信號(hào)，由一些矩形波組成，有矩形的地方用二進(jìn)制數(shù)字“1”代表，沒有矩形的地方用二進(jìn)制數(shù)“0”代表，這樣原始信號(hào)就轉(zhuǎn)為一連串由“0”、“1”組成的編碼——數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，因?yàn)樗挥小?”“1”兩個(gè)狀態(tài)。由于計(jì)算機(jī)都是用二進(jìn)01制處理數(shù)據(jù)，所以很方便地與數(shù)字通訊接口。第13頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

四．信息的處理信息處理是對(duì)收集來的信息進(jìn)行整理、分類、統(tǒng)計(jì)、加工、存儲(chǔ)、利用、傳播等一系列活動(dòng)，目的是提取有價(jià)值信息。因?yàn)樾畔⑹怯脭?shù)據(jù)表示的，所以對(duì)信息的處理又具體表現(xiàn)為對(duì)數(shù)據(jù)的處理上。計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)快、存貯量大、輸入輸出方便、手工操作降到最低，因而使人類對(duì)信息的占有和處理能力呈幾何級(jí)數(shù)上升。第14頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三世界上幾乎80%的計(jì)算機(jī)用于信息處理。現(xiàn)代信息分析處理技術(shù)主要包括：管理信息系統(tǒng)，

人工智能(AI)與專家系統(tǒng)，

辦公自動(dòng)化(OA)系統(tǒng)，

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造(CAD/CAM)，圖形處理與多媒體技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等。管理信息系統(tǒng)是以各基礎(chǔ)業(yè)務(wù)部門的作業(yè)系統(tǒng)和事物處理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，把來自這些系統(tǒng)的信息進(jìn)行加工分析，最后向管理者提供生產(chǎn)計(jì)劃、管理、作業(yè)控制、市場(chǎng)預(yù)測(cè)等方面的信息產(chǎn)品。第15頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三人工智能（AI）與專家系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，是指用計(jì)算機(jī)和工程的方法來理解人的智能行為，使計(jì)算機(jī)具有智能和模擬人的智能行為的能力。說通俗些，人工智能就是模仿智能活動(dòng)的程序。人工智能理論自1956年誕生以后，經(jīng)歷了博弈、自然語言理解、知識(shí)工程和目前的機(jī)器學(xué)習(xí)階段，如包括語言識(shí)別、手寫體和印刷體的識(shí)別、人機(jī)接口、機(jī)器翻譯、機(jī)器推理專家系統(tǒng)的應(yīng)用等。辦公自動(dòng)化（OA）是利用計(jì)算機(jī)及其它電子機(jī)械設(shè)備輔助辦公室進(jìn)行工作，以提高辦公室的效率和質(zhì)量。第16頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造（CAD/CAM）主要服務(wù)于機(jī)械、電子、宇航、建筑、紡織、化工等產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模擬設(shè)計(jì)、工藝過程設(shè)計(jì)、數(shù)控加工與控制等環(huán)節(jié)。應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)可縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，增加產(chǎn)品種類，提高產(chǎn)品的應(yīng)變能力。圖形處理與多媒體技術(shù)：早期的計(jì)算機(jī)的顯示器和打印機(jī)只能輸出純文本形式。隨著硬件的發(fā)展，計(jì)算機(jī)可以輸出圖形，在此基礎(chǔ)上逐漸增加了對(duì)音頻、視頻、語音等信息處理的能力，形成了計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)。計(jì)算機(jī)處理圖形時(shí)要附加一些特殊硬件設(shè)備。第17頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖形輸出設(shè)備包括顯示器、繪圖儀、打印機(jī)等。計(jì)算機(jī)與顯示器通過顯卡連接。鼠標(biāo)、圖形輸入筆、掃描儀等是圖形輸入設(shè)備。

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)：數(shù)據(jù)庫(kù)是存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)的集合。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)按一定的形式存儲(chǔ)，形成彼此相關(guān)的整體，能被許多用戶共同使用。數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中管理，維護(hù)了數(shù)據(jù)的一致性，對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)行了保護(hù)，也實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。五.信息的快捷交換——計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一組計(jì)算機(jī)及設(shè)備用通信線路連接構(gòu)成一個(gè)完整的新計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。是通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。第18頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三系統(tǒng)中包含了各種計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通訊設(shè)備、通訊線路以及實(shí)現(xiàn)和控制計(jì)算機(jī)之間聯(lián)絡(luò)的軟件系統(tǒng)。通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各計(jì)算機(jī)間的信息交換和處理、資源共享、協(xié)同計(jì)算等，使單臺(tái)計(jì)算機(jī)的能力外延，擁有小型計(jì)算機(jī)的用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)使用大型計(jì)算機(jī)。網(wǎng)絡(luò)分為廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)。廣域網(wǎng)是覆蓋地理范圍很廣的網(wǎng)，如因特網(wǎng)；局域網(wǎng)是覆蓋局部范圍的網(wǎng)。

因特網(wǎng)又稱互聯(lián)網(wǎng)，是一個(gè)將世界各國(guó)的網(wǎng)絡(luò)群都連接起來的大網(wǎng)絡(luò)，它不為任何個(gè)體所有，是人類共享的資源。第19頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期三從網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的角度看，因特網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：一是從1970年代開始的以電子郵件為主的通信階段；二是從1995年開始的信息發(fā)布和瀏覽階段；三是網(wǎng)上業(yè)務(wù)，如電子商務(wù)、網(wǎng)上銀行、網(wǎng)上學(xué)校等。

六.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)近二、三十年的發(fā)展表明，計(jì)算機(jī)活動(dòng)在社會(huì)發(fā)展中占有重要地位。計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的建立是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)條件之一，而且是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)；計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的建立使國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)體制和生產(chǎn)方式得以改變；計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)及擁有的信息資源是國(guó)家的重要資源；計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)在國(guó)