现代科技概论教案 第二章 现代信息技术Word格式.docx

1、信息是可以识别的，对信息的识别又可分为直接认别和间接识别。直接认别是指通过人的感官的识别，如听觉、嗅觉、视觉等；间接识别是指通过各种测试手段的识别，如使用温度计来识别温度、使用试纸来识别酸碱度等。不同的信息源有不同的识别方法。（2）传播性信息本身只是一些抽象符号，如果不借助于媒介载体，人们对于信息是看不见、摸不着的。一方面，信息的传递必须借助于语言、文字、图像、胶片、磁盘、声波、电波、光波等物质形式的承载媒介才能表现从来，才能被人所接受，并按照既定目标进行处理和存贮；另一方面，信息借助媒介的传递又是不受时间和空间限制的，这意味着人们能够突破时间和空间的界限，对不同地域、不同时间的信息加以选择，

2、增加利用信息的可能性。（3）不灭性 不灭性是信息最特殊的一点，即信息并不会因为被使用而消失。信息是可以被广泛使用、多重使用的，这也导致其传播的广泛性。当然信息的载体可能在使用中被磨损而逐渐失效，但信息本身并不因此而消失，它可以被大量复制、长期保存、重复使用。（4）共享性 信息作为一种资源，不同个体或群体在同一时间或不同时间可以共同享用。这是信息与物质的显著区别。信息交流与实物交流有本质的区别。实物交流，一方有所得，必使另一方有所失。而信息交流不会因一方拥有而使另一方失去拥有的可能，也不会因使用次数的累加而损耗信息的内容。信息可共享的特点，使信息资源能够发挥最大的效用。（5）时效性 信息是对事物

3、存在方式和运动状态的反映，如果不能反映事物的最新变化状态，它的效用就会降低。即，信息一经生成，其反映的内容越新，它的价值越大；时间延长，价值随之减小，一旦信息的内容被人们了解了，价值就消失了。信息使用价值还取决于使用者的需求及其对信息的理解、认识和利用的能力。（6）能动性 信息的产生、存在和流通，依赖于物质和能量，没有物质和能量就没有信息。但信息在与物质、能量的关系中并非是消极、被动的，它具有巨大的能动作用，可以控制或支配物质和能量的流动，并对改变其价值产生影响。三.信息的影响 21世纪将是信息社会.信息技术将在信息资源、信息处理和信息传递方面实现微电子与光电子结合。智能计算与认知结合等，其应

4、用领域将更加广泛和多样给人类带来全新的工作方式和生活方式。1、带来产业结构的巨大变化，表现在：在现代信息技术基础上产生了一大批以往产业革命时期所没有的新兴产业；传统产业体系步入衰退，利用信息技术对其改造，成为传统产业获得尊重的出路；服务业的发展使其越来越在国民经济中占主导地位；2、带来生产要素结构与管理形式的变化，现代社会中，生产要素结构中的知识与技术的作用大大增强，已经成为第一生产力，而物质资料与资本的作用相对减弱 3、加速经济国际化进程，一方面表现在现代信息技术本身发展的国际化，另一方面表现在现代信息技术对整个经济国际化的推动；4、导致社会结构的变化，表现在城市化的分散趋向，家庭社会职能的

5、强化，职业结构中知识与高技术化职业增多，工作方式与生活方式的变化第二节 信息技术的发展整个人类的进化史，同时也是一部人类信息活动的演进史。在人类的整个历史发展中，经历了五次巨大的信息变革。每一次信息变革都对人类社会的发展产生巨大的推动力，带来飞跃式的进步。这五次信息革命依次为：语言的产生、文字的创造、印刷术的发明、利用电磁波的电信,广播和电视、利用计算机技术的现代信息技术。它们将人类历史划分成五种信息时代。 人类社会在向前演进，不同的时代将面临不同的问题，而与之相关的信息，就成为人们特别予以关注的题目。一. 第一次信息技术-语言的产生 语言的产生标志着人类信息活动的范围和效率的飞跃性提高人类的

6、信息活动从具体走向抽象。二. 第二次信息技术革命-文字的创造 文字打破了时间和空间的限制，使信息可以传得更久，传得更远。三. 第三次信息技术革命-印刷术的发明 印刷术的发明使人类信息传递的速度和范围急剧地扩展，人类信息的存储能力进一步加强，并初步实现了广泛的信息共享。四. 第四次信息技术革命-电信,广播和电视电信革命的实现，是人类划时代的进步。1. 电报和电话的发明和使用2. 无线电广播节目的开播3. 电视节目的播放五. 第五次信息技术革命-现代信息技术现代意义上的信息技术，是在电信革命之后才产生和发展起来的。新型计算机的出现，以及与通信技术的结合，使信息处理第一次达到了一体化和自动化，从而实

7、现了人类历史上第五次信息变革。 第三节 现代信息技术 一. 什么是现代信息技术现代信息技术是指借助于微电子技术为基础的计算机技术和电信技术相结合而形成的手段,对声音的,图像的,数字的和各种传感信号的信息进行获取,加工,处理,存储,传播和使用的能动技术.二.现代信息技术的功能1.信息的搜集现代信息搜集技术的目标是在现在信息的海洋中获取人们所需要的每一条信息.（1）常规信息搜集技术常规的现代信息搜集技术主要以计算机检索为基本手段和方法,从正式的和公开的信息系统中检索出所需信息.计算机信息检索的基础是数据库.单机检索利用计算机阅读和查询存储在各种存储器中的数据和信息.关键是各种不同类型的信息存储设备

8、的使用和完善.联机检索.联机检索的组成:计算机主机（数据库）,用户设备,通信线路.联机检索的工作原理:通过信息网络是用户设备和计算机主机互连互通,交换信息.获取用户所需的各种公开和有约定的使用条件的信息.联机信息检索的关键:建立各种类型的数据库.（2） 非常规信息检索技术合法的非法的监视,监听和黑客技术等.需要在两方面完善:一是获取方,提高各种不同类型技术手段和技术设备.二是保密方,设置各种不同类型的保护手段和保护设备.2.信息的存储（1）磁存储技术*基本工作原理*磁媒体的分类*磁盘的工作原理（见教材）利用读写磁头与存储信息用磁盘之间的相对运动来记录和阅读信息.硬盘 计算机用来记录数字化数据的

9、外部存储器软盘 软盘及其驱动器形成了一套数据输出和出入系统.来记录和阅读信息.U盘 工作原理更完备的磁存储器（2）光存储技术*光盘的种类只写光盘,只读光盘,可多次写入光盘*光存储技术的工作原理（详见教材）利用激光技术和光存储媒体的特殊性质来进行存储信息和阅读信息.3. 信息的传递信息传输是从一端将命令或状态信息经信道传送到另一端，并被对方所接收。包括传送和接收。传输介质分有线和无线两种，有线为电话线或专用电缆；无线是利用电台、微波及卫星技术等。信息传输过程中不能改变信息，信息本身也并不能被传送或接收。必须有载体，如数据、语言、信号等方式，且传送方面和接收方面对载体有共同解释。通常也把语音,文字

10、,图像和数据等信息的传输技术称为通信技术.*通信系统 通信系统包括通信的终端设备和连接通信终端设备的信道系统设备.*光纤通信系统（有线通信系统）（1）光纤通信的工作原理 光信号和电信号的转换;光信号的传输和中继和补偿.（2）光导纤维的结构特点和传输原理（3）光纤通信的优势*移动通信系统通信双方有一方或两方处于运动中的通信。包括陆、海、空移动通信。采用的频段遍及低频、中频、高频、甚高频和特高频。移动通信系统由基地台,控制交换中心,移动通信用户组成。若要同某移动通信用户，移动控制交换中心会通过各基地台向全网发出呼叫，被叫用户收到后发出应答信号，移动交换中心收到应答后分配一个信道给该移动用户并从此话

11、路信道中传送一信号使其振铃。 移动通信系统从20世纪80年代诞生以来，到2020年将大体经过5代的发展历程，而且到2010年，将从第3代过渡到第4代（4G）。到4G，除蜂窝电话系统外，宽带无线接入系统、毫米波LAN、智能传输系统（ITS）和同温层平台（HAPS）系统将投入使用。未来几代移动通信系统最明显的趋势是要求高数据速率、高机动性和无缝隙漫游。实现这些要求在技术上将面临更大的挑战。此外，系统性能（如蜂窝规模和传输速率）在很大程度上将取决于频率的高低。考虑到这些技术问题，有的系统将侧重提供高数据速率，有的系统将侧重增强机动性或扩大覆盖范围。从用户角度看，可以使用的接入技术包括：蜂窝移动无线系

12、统，如3G；无绳系统，如DECT；近距离通信系统，如蓝牙和DECT数据系统；无线局域网（WLAN）系统；固定无线接入或无线本地环系统；卫星系统；广播系统，如DAB和DVB-T；ADSL和Cable Modem。*微波接力通信系统 通常使用分米波段和厘米波段。这种通信方式受地形和天线高度的限制，两站之间的通信距离仅为50公里左右。因此利用这种通信方式进行长距离通信，必须建立一系列将接收到的信号加以变频和放大的中继站，接力式地传输到终端站。 微波接力通信的通信容量大,建设费用低,不受地形限制，抗灾害性强，能满足各种电信业务（电话、广播、传真、电视、电报、数据）的传输质量要求。是通信网的重要组成部分

13、。*卫星通信系统卫星通信系统的工作原理 卫星通信系统由卫星端、地面端、用户端三部分组成。卫星端在空中起中继站的作用，即把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站，卫星星体又包括两大子系统：星载设备和卫星母体。地面站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户也可以通过地面站出入卫星系统形成链路，地面站还包括地面卫星控制中心，及其跟踪、遥测和指令站。用户段即是各种用户终端。三. 信息高速公路 信息高速公路实质上是高速信息电子网络，它是一个能给用户随时提 供大量信息,由通信网络、计算机、数据库以及日用电子产品组成的完备网络体系。开发和 实施信息高速公路计划,不仅促进信息科学技术的发展,而且有助于改

14、变人们的生活、工作和 交往方式。构成信息高速公路的核心，是以光缆作为信息传输的主干线，采用支线光纤和多媒体终端，用交互方式传输数据、电视、话音、图像等多种形式信息的千兆比特的高速数据网。信息高速公路的路面是用光纤铺成的。光纤的频带特别宽，这就使得光纤通信系统的通信容量特别大。一根细如发丝的光纤能够同时传送500个电视频道的图像信号。或者50万路电话的语音信号。一根光纤丝的信息容量，可以顶得上几千根金属导线。此外，光纤的抗干扰能力特别强，信号通过时的衰减特别小。建立信息高速公路就是利用数字化大容量的光纤通讯网络，在政府机构、各大学、研究机构、企业以至普通家庭之间建成计算机联网。信息高速公路的建成

15、，将改变人们的生活、工作和相互沟通方式，加快科技交流，提高工作质量和效率，享受影视娱乐、遥控医疗，实施远程教育，举行视频会议，实现网上购物，享受交互式电视等。四.数字地球数字地球，是美国副总统戈尔于1998年1月在加利福尼亚科学中心开幕典礼上发表的题为 “数字地球：认识二十一世纪我们所居住的星球” 演说时，提出的一个与GIS、网络、虚拟现实等高新技术密切相关的概念。在戈尔的文章内，他将数字地球看成是“对地球的三维多分辨率表示、它能够放入大量的地理数据”。在接下来对数字地球的直观实例解释中可以发现，戈尔的数字地球学是关于整个地球、全方位的GIS与虚拟现实技术、网络技术相结合的产物。 显然，面对如

16、此一个浩大的工程，任何一个政府组织、企业或学术机构，都是无法独立完成的，它需要成千上万的个人、公司、研究机构和政府组织的共同努力。数字地球要解决的技术问题，包括计算机科学、海量数据存贮、卫星遥感技术、宽带网络、互操作性、元数据等。可以预见，随着地球空间信息学的发展，而建立起的数字地球，必将促进测绘事业的现代化，为测绘事业与整个国民经济建立更加紧密的联系，作出更大的贡献，在未来和知识经济社会中产生巨大的经济效益和社会效益。要在电子计算机上实现数字地球不是一个很简单的事，它需要诸多学科，特别是信息科学技术的支撑。这其中主要包括：信息高速公路和计算机宽带高速网络技术、高分辨率卫星影像、空间信息技术、

17、大容量数据处理与存贮技术、科学计算以及可视化和虚拟现实技术。1、信息高速公路和计算机宽带高速网一个数字地球所需要的数据已不能通过单一的数据库来存贮，而需要由成千上万的不同组织来维护。这意味着参与数字地球的服务器将需要由高速网络来连接。2、高分辨率卫星影像上世纪的遥感卫星影像，在卫星遥感问世的20多年分辨率已经有了飞快的提高，这里所说的分辨率指空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率。空间分辨率指影像上所能看到的地面最小目标尺寸，用像元在地面的大小来表示。从遥感形成之初的80米，已提高到30米，10米，5.8米，乃至2米，军用甚至可达到10cm。到本世纪获取1m或优于1m的空间分辨率影像将会十分方便。

18、光谱分辨率指成像的波段范围，分得愈细，波段愈多，光谱分辨率就愈高，现在的技术可以达到56nm（纳米）量级，400多个波段。细分光谱可以提高自动区分和识别目标性质和组成成分的能力。时间分辨率指重访周期的长短，目前一般对地观测卫星为1525天的重访周期。通过发射合理分布的卫星星座可以35天观测地球一次。3、空间信息技术与空间数据基础设施空间信息是指与空间和地理分布有关的信息，经统计，世界上的事情有80%与空间分布有关，空间信息用于地球研究即为地理信息系统。为了满足数字地球的要求，将影像数据库、矢量图形库和数字高程模型（DEM）三库一体化管理的GIS软件和网络GPS，将在本世纪十分成熟和普及。从而可

19、实现不同层次的互操作，一个GIS应用软件产生的地理信息将被另一个软件读取。当人们在数字地球上，进行处理、发布和查询信息时，将会发现大量的信息都与地理空间位置有关。例如查询两城市之间的交通连接，查询旅游景点和路线，购房时选择价廉而又环境适宜的住宅等都需要有地理空间参考。由于尚未建立空间数据参考框架，致使目前在万维网上制作主页时还不能轻易将有关的信息连接到地理空间参考上。因此，国家空间数据基础设施是数字地球的基础。4、大容量数据存贮及元数据数字地球将需要存贮1015字节的信息。美国NASA的行星地球计划EOS-AM1 99年上天，每天将产生1000GB（即1TB）的数据和信息，1米分辨率影像覆盖广

20、东省，大约有1TB的数据，而广东才是中国的1/53。所以要建立起中国的数字地球，仅仅影像数据就有53TB，这还只是一个时刻的，多时相的动态数据，其容量就更大了。5、科学计算地球是一个复杂的巨系统，地球上发生的许多事件，变化和过程又十分复杂而呈非线性特征，时间和空间的跨度变化大小不等，差别很大，只有利用高速计算机，我们今日和跨世纪的未来，才有能力来模拟一些不能观测到的现象。利用数据挖掘（Data Mining）技术，我们将能够更好地认识和分析所观测到的海量数据，从中找出规律和知识。科学计算将使我们突破实验和理论科学的限制，建模和模拟可以使我们能更加深入地探索所搜集到的有关我们星球的数据。6、可视

21、化和虚拟现实技术可视化是实现数字地球与人交互的窗口和工具，没有可视化技术，计算机中的一堆数字是无任何意义的。数字地球的一个显著的技术特点是虚拟现实技术。建立了数字地球以后，用户戴上显示头盔，就可以看见地球从太空中出现，使用用户界面的开窗放大数字图像；随着分辨率的不断提高，他看见了大陆，然后是乡村、城市，最后是私人住房、商店、树木和其它天然和人造景观；当他对商品感兴趣时，可以进入商店内，欣赏商场内的衣服，并可根据自己的体型，构造虚拟自己试穿衣服。虚拟现实技术为人类观察自然，欣赏景观，了解实体提供了身临其境的感觉。最近几年，虚拟现实技术发展很快。虚拟现实造型语言（VRML）是一种面向Web、面向对

22、象的三维造型语言，而且它是一种解释性语言。它不仅支持数据和过程的三维表示，而且能使用户走进视听效果逼真的虚拟世界，从而实现数字地球的表示以及通过数字地球实现对各种地球现象的研究和人们的日常应用。实际上，人造虚拟现实技术在摄影测量中早已是成熟的技术，近几年的数字摄影测量的发展，已经能够在计算机上建立可供量测的数字虚拟技术。当然，当前的技术是对同一实体拍摄照片，产生视差，构造立体模型，通常是当模型处理。进一步的发展是对整个地球进行无缝拼接，任意漫游和放大，由三维数据通过人造视差的方法，构造虚拟立体。五. 显示技术 显示器可以分为CRT、LCD等多种。它是一种将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到

23、屏幕上再反射到人眼的显示工具。1. CRT显示器是一种使用阴极射线管的显示器，阴极射线管主要有五部分组成：电子枪（Electron Gun），偏转线圈（Deflection coils），荫罩（Shadow mask），荧光粉层（Phosphor）及玻璃外壳。它是目前应用最广泛的显示器之一，CRT纯平显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等LCD显示器难以超过的优点。2. 等离子显示器等离子显示器）是采用了近几年来高速发展的等离子平面屏幕技术的新一代显示设备。*成像原理等离子显示技术的成像原理是在显示屏上排列上千个密封的小低压气体室，通过电流激

24、发使其发出肉眼看不见的紫外光，然后紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝3色荧光体发出肉眼能看到的可见光，以此成像。*等离子显示器的优越性：厚度薄、分辨率高、占用空间少且可作为家中的壁挂电视使用，代表了未来电脑显示器的发展趋势。3. 液晶显示器 *液晶显示原理1888 年时,由奥地利植物学家莱尼兹发现了一种特殊的混合物质，物质在常态下是处于固态和液态之间，不仅如此，其还兼具固态物质和液态物质的双重特性。在那个年代并没有对于此物质的适当称呼，因此就称之为 Liquid Crystal（顾名思义 就是液态的晶体）。而液晶的组成物质是一种有机化合物，也就是以碳为中心所构成的化合物。人们就发现液晶这一呈液体

25、状的化学物质，象磁场中的金属一样，当受到外界电场影响时，其分子会产生精确的有序排列。如果对分子的排列加以适当的控制，液晶分子将会允许光线穿越。无论是笔记本电脑还是桌面系统，采用的LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。位于最后面的一层是由荧光物质组成的可以发射光线的背光层。背光层发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。对于简单的单色LCD显示器，如

26、掌上电脑所使用的显示屏，上述结构已经足够了。但是对于笔记本电脑所采用的更加复杂的彩色显示器来说，还需要有专门处理彩色显示的色彩过滤层。通常，在彩色LCD面板中，每一个像素都是由三个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有红色，绿色，或蓝色的过滤器。这样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。现在，几乎所有的应用于笔记本或桌面系统的LCD都使用薄膜晶体管（TFT）激活液晶层中的单元格。TFT LCD技术能够显示更加清晰，明亮的图象。4.LED显示器LED显示屏（LED panel）：LED就是light emitting diode ，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种

27、通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。LED的技术进步是扩大市场需求及应用的最大推动力。最初，LED只是作为微型指示灯，在计算机、音响和录像机等高档设备中应用，随着大规模集成电路和计算机技术的不断进步，LED显示器正在迅速崛起，近年来逐渐扩展到证券行情股票机、数码相机、PDA以及手机领域。LED显示器集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体，以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体，目前，LED显示器已广泛应用于大型广场、商业广告、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等，

28、可以满足不同环境的需要。5. OLED显示器OLED显示器是一种由有机分子薄片组成的固态设备，施加电力之后就能发光。OLED能让电子设备产生更明亮、更清晰的图像，其耗电量小于传统的传统的LED显示屏。OLED为自发光材料，不需用到背光板，同时视角广、画质均匀、反应速度快、较易彩色化、用简单驱动电路即可达到发光、制程简单、可制作成挠曲式面板，符合轻薄短小的原则，应用范围属于中小尺寸面板。显示方面：主动发光、视角范围大;响应速度快，图像稳定;亮度高、色彩丰富、分辨率高。工作条件：驱动电压低、能耗低，可与太阳能电池、集成电路等相匹配。适应性广：采用玻璃衬底可实现大面积平板显示;如用柔性材料做衬底，能

29、制成可折叠的显示器。由于OLED是全固态、非真空器件，具有抗震荡、耐低温（-40）等特性，在军事方面也有十分重要的应用，如用作坦克、飞机等现代化武器的显示终端。OLED显示器的发光过程1、OLED设备的电池或电源会在OLED两端施加一个电压。2、电流从阴极流向阳极，并经过有机层（电流指电子的流动）。阴极向有机分子发射层输出电子。阳极吸收从有机分子传导层传来的电子。（这可以视为阳极向传导层输出空穴，两者效果相等。）3、在发射层和传导层的交界处，电子会与空穴结合。电子遇到空穴时，会填充空穴（它会落入缺失电子的原子中的某个能级）。这一过程发生时，电子会以光子的形式释放能量。（请查阅光的原理一文）。4、OLED发光。5、光的颜色取决于发射层有机物分子的类型。生产商会在同一片OLED上放置几种有机薄膜，这样就能构成彩色显示器。6、光的亮度或强度取决于施加电流的大小。电流越大，光的亮度就越高。.思考题:1. 简述人类