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第四章、資訊技術
對資訊實施識別、獲取、儲存、傳送、轉換、傳遞、檢索、運算、提取、接收、控制、輸出、維護、利用等一系列操作，必須具備各種工具裝置和方法技能，我們將它們統稱為資訊科技。
工具裝置是硬技術，方法技能是軟技術。資訊科技都是人體自身的資訊功能的直接擴充套件和外化。
資訊科技分類：①資訊獲取技術、②資訊傳送技術、③資訊處理技術、④資訊存取技術。
現代資訊科技包括：①衛星技術、②資訊高速公路、③多媒體、④虛擬現實、⑤計算機技術。
硬體(Hardware)是組成計算機的物理實體，是計算機工作的物質基礎。按照馮?諾意曼對計算機的基本功能原理，計算機硬體劃分為五個功能部分：運算器、控制器、儲存器、輸入裝置、輸出裝置。軟體(Software)是計算機的精神和靈魂;它包含完成各種功能的程式和資料，並指揮控制計算機各部分協調地工作。
計算機軟體分應用軟體和系統軟體兩大類。應用軟體是在計算機硬體和系統軟體的支援下，為解決各類專業和實際問題而設計的軟體;旨在幫助人們完成一個特定的任務。系統軟體是為應用軟體提供支援的介面，其作用是保證計算機系統正常執行，滿足應用軟體需要。
系統軟體的特點有：①由計算機開發商提供;②用於計算機資源管理及充分利用;③幫助使用者使用、維護和操作計算機;④發揮和擴充套件計算機功能;⑤提高計算機使用效率;⑥一種公共通用軟體。
常用應用軟體包括：字處理軟體、電子製表軟體、資料庫管理軟體、多媒體制作軟體、其他事務處理軟體。系統軟體通常分為三類：作業系統、語言處理程式和實用管理程式。
語言是一種用於傳遞資訊的表示方法、約定的集合。計算機語言也稱為程式設計語言，是人類用來向計算機傳遞資訊與下達命令的通訊工具。計算機只能識別人們用某種程式設計語言編寫的程式。
資料庫系統(DBS)指由資料庫、DBMS、資料庫管理員(DBA)和多個數據庫應用程式構成的整體環境。
關係模型是資料庫邏輯設計中採用的一種抽象模型。它用關係(或稱表)來描述資料，有嚴格的數學基礎，抽象級別比較高，而且簡單清晰，便於理解和使用。
遠端通訊和網路對資訊系統和企業目標的支援遠比其他組成部分所給予的更為重要。遠端通訊和網路的一些有效的商業應用有：電子郵件(E-mail)、電子文件資料的分發、電子軟體分發、遠端辦公、電子資料交換(EDI)、公共網路服務、專業化和地區資訊服務。
4.1 資訊科技概述
多媒體資訊：指以文字、聲音、圖形、圖象等為載體的混合資訊。
虛擬現實(Virtual Reality)：一種由計算機硬體、軟體和各種先進的感測器構成的人工資訊系統，可以逼真地模擬各種複雜的現實環境，讓人產生身臨其境的感覺。
計算機主要功能與特點：①具有算術運算功能、②具有邏輯判斷功能、③具有“記憶”功能、④運算速度快、⑤計算精度高、⑥高度自動化。
計算機解決問題基本思路：⑴問題分析，就是要明確解決的問題是什麼。⑵確定演算法，這一階段的任務是確定解決問題的計算機處理方案，包括資料轉化和功能轉化。⑶程式設計和除錯，就是把邏輯設計描述的演算法轉換為某一程式語言編寫的程式;經過試執行和檢驗除錯，最終得到正確的結果。
問題分析的目的是弄清問題的性質、目標、規模、要求以及範圍;它大致包括對問題的可行性分析及對使用者的需求分析兩個方面。問題可有結構化，半結構化，非結構化三種。
演算法：是一套操作方案，由描述模型和規範組成。(計算機)程式是按照一定規則和步驟組織在一起的指令之集合。
程式特徵：⑴程式是用以解決問題的，具有特定任務和功能;⑵程式遵循一定的規則和步驟;⑶程式是供計算機執行的，必須符合計算機的邏輯和處理方式;⑷程式是由人提供的對計算機進行操作的說明書;⑸程式可以連續自動執行。
指令是計算機硬體能執行的、完成基本操作的命令;用一串二進位制程式碼表示，由操作碼和運算元組成。操作碼是該指令要完成的操作，運算元是參加運算的資料或該資料所在單元地址。
不同的計算機，由於硬體結構不同，指令也不同。一般都具有：資料傳送指令、算術和邏輯指令、程式控制指令、輸入和輸出指令、各類控制管理機器的指令。
計算機語言的發展經歷了五個主要階段：⑴第一代(機器)語言。⑵第二代(彙編)語言。⑶第三代(面向過程)語言。⑷第四代(面向應用)語言。⑸第五代(智慧化)語言。
機器語言將指令的操作碼和運算元以二進位制程式碼表示，是計算機能直接識別和執行的語言。
組合語言是用助記符來表示機器指令的符號語言。需要用匯程式設計序將組合語言編寫的源程式翻譯成機器能執行的目標程式。
面向過程語言比較接近於人們習慣的自然語言和表達問題的習慣方式。
面向應用語言主要特點是：非過程性、圖形視窗和人機對話形式、預設設定和智慧化工具、基於資料庫技術、物件導向的方法、提高軟體開發效率、易讀易使用易維護。
智慧化語言主要使用於人工智慧領域，幫助人們編寫推理、演繹程式。
第三代以上的語言稱為高階語言，必須經過翻譯後才能被機器執行。
任何資料在計算機內部都表現為二進位制數字的形式，用0、1兩個程式碼組成，並以這種形式儲存、運算和傳遞。
資料儲存經常用基本概念和單位：⑴位(bit)，二進位制的一個數位。是計算機儲存資料的最小單位。⑵位元組(Byte)，由八位二進位制位組成，是計算機儲存資料的最基本單位，或稱為計算機不可分割的基本儲存單元。常用的計算機儲存容量單位有KB、MB、GB、TB.⑶字元(character)，用字母、數字和符號表示，是資料可拆分的最小單位。
計算機處理的資訊都是以二進位制數字形式表示，稱之為“碼”。
資訊編碼就是對各種資訊從原形式到“碼”(新形式)的某種變換操作。編碼前的資訊和編碼後的資訊之間的關係由編碼的具體操作規則決定。
編碼技術最重要的是要有一個明確的目的。目的不同，編碼規則也不同。通常有有效性編碼、抗干擾編碼、可靠性編碼、保密性編碼。
計算機對數值資料的轉換，現在都是由計算機自動進行二、十進位制互換的。
計算機對文字的處理分三步：①輸入編碼(外碼、內碼)、②文字資訊運算、③輸出編碼(字型碼)。
常用的西文資訊的編碼採用“ASCII碼”，用八位二進位制的不同組合表示。一位元組存放，最高位置0.代表94個字元與34個控制操作。
漢字的資訊編碼有：①機外碼(又稱輸入碼)。②機內碼(計算機內部儲存、處理用的程式碼)。每個漢字兩位元組存放，最高位置1.③國標碼(也稱交換碼)即“GB2312-80資訊交換用漢字編碼字符集”，共收錄漢字、字母、圖形等符號7445個，其中漢字6763個(一級漢字3755個，按漢語拼音順序排列，二級漢字3008個，以部首順序排列)。
輸出編碼以字型碼錶示，所有字型碼的集合稱為字型檔。
音訊訊號是一種模擬訊號，主要由振動幅度和振動頻率來描述。將模擬訊號數字化的過程稱為模-數(A-D)轉換。反之，稱為數-模(D-A)轉換。模-數轉換採用固定的時間間隔對聲波進行取樣，每秒鐘的取樣數稱為取樣頻率，每個取樣點標記振幅的二進位制位數稱為取樣精度。通用的標準取樣頻率有：44.1kHz、22.05kHz和11.025kHz.
多媒體系統處理聲音的方式有三種：外部音源的錄放、CD唱片重放、MIDI音樂合成。
計算機的聲音處理系統包括：音效卡、聲音處理軟體及相應的輸入輸出裝置。
圖形影象分為靜態和動態兩種。動態影象也稱視訊資訊，由許多幅靜態畫面構成。每一幅稱為一幀，所以幀是視訊資訊構成的最小和最基本單位。視訊資訊的數字化用兩個基本指標：取樣頻率(每秒幀數)和取樣深度(每幀包含的顏色位)。
影象的壓縮和解壓縮都遵循JPEG靜態影象壓縮編碼國際標準和MPEG動態影象壓縮國際標準。視訊資訊的編輯、加工採用專門的軟體。計算機視訊處理系統包括視訊處理功能卡、視訊圖形處理軟體、視訊輸入輸出裝置。
4.2 資訊處理的軟硬體裝置
對微型機來說，五個功能部分(運算器、控制器、儲存器、輸入裝置、輸出裝置)被實體化為主機箱、鍵盤和滑鼠等輸入裝置及顯示器等輸出裝置。主機箱內有硬碟、軟盤驅動器、光碟驅動器和微機的核心部件—主機板。從理論上說，通常把微機分為主機和外設兩大部分。
主機板也稱系統板，是微機系統集中管理的核心載體。主要構成有：中央處理器(CPU)、記憶體、晶片集、匯流排結構、功能插卡和擴充套件槽、輸入輸出介面、系統BIOS及CMOS.
CPU的主要效能指標有：①主頻、②匯流排效能、③定址能力、④MMX技術。
主頻，用MHz表示，它是協調同步各部件行動的基準，主頻越高，CPU運算速度越快。
匯流排是CPU連線各部件的樞紐和傳送資料的通道。通常傳送三種訊號：資料、地址和控制訊號，匯流排也相應分為資料、地址和控制匯流排。
微機的效能依賴於匯流排的寬度、質量和傳輸速度。定址能力，由地址匯流排的'寬度決定。
MMX技術，一是可以將多條資訊以一條指令完成，二是增加多媒體處理指令。
儲存器通常分為記憶體和外存兩部分。
記憶體也稱主存，是CPU直接訪問的儲存器，存取速度比外存快得多，造價高，斷電後其中資料即消逝。容量不如外存大。
記憶體可分為：隨機儲存器RAM、只讀儲存器ROM、快取記憶體Cache.習慣上人們把CPU與記憶體及部分暫存器稱為主機。
系統主機板上有一系列的擴充套件槽，用來連線各種插卡(介面板)，使用者可根據自己的需要插入各種用途的插卡以擴充套件微機的功能。典型的有顯示卡、音效卡、視訊卡等。
輸入輸出介面也稱為裝置控制器或介面卡，一般做成電路插卡的形式，也叫適配卡。
BIOS實際上是一組儲存在EPROM中的軟體，負責對基本I/O系統進行控制和管理。CMOS是一種儲存BIOS所使用的系統配置的儲存器。
外存也稱輔存，它需要經過記憶體與CPU及輸入輸出裝置交換資料，用來長久儲存大量程式和資料。相對記憶體來說，外存可真正存放資訊，容量大，造價便宜，但速度慢。常用外存有軟盤、硬碟和光碟。目前計算機用光碟主要有隻讀型(CD-ROM)、只寫一次型和可擦寫型光碟。
輸入裝置的功能是將程式和原始資料轉換為計算機能夠識別的形式送到計算機記憶體。微機上常用的輸入裝置有鍵盤和滑鼠器。
輸出裝置的功能是將記憶體的資訊以人們能接受的形式輸送出來。顯示器和印表機是最基本的輸出配置。
顯示器分為CRT和LCD兩種。尺寸以最大對角線表示，以英寸為單位。顯示器的效果取決於畫素的多少和間距，還取決與顯示卡。
印表機是將輸出結果列印到紙上的輸出裝置，分為擊打式和非擊打式兩大類。常用的有點陣印表機(針打)、噴墨印表機、鐳射印表機。
作業系統是直接在裸機上執行的最基本系統軟體，任何其他軟體必須在作業系統支援下執行。
作業系統是控制和管理計算機硬體和軟體資源、合理組織計算機工作流程以及幫助使用者使用、管理計算機的一組程式。其主要作用是：①合理控制和管理系統資源、②提供使用者和計算機之間的介面、③為使用者提供軟體開發和執行的環境。
從資源管理的角度看，作業系統主要有五個功能：作業管理、程序管理、儲存管理、裝置管理、檔案管理。
作業系統的分類：⑴按執行環境分，有實時、分時、批處理作業系統。⑵按管理使用者數量分，有單使用者和多使用者作業系統。⑶按同時管理作業數分，有單任務和多工作業系統。⑷按與使用者互動介面形式分，有字元介面和視窗圖形介面作業系統。⑸按使用範圍分，有個人微機和網路作業系統。
常用的微機作業系統有：CP/M、MS-DOS、UNIX、Windows、Linux、網路作業系統(NOS)。
一般將高階語言和組合語言編寫的程式稱為“源程式”，已經翻譯成機器語言的程式稱為“目標程式”，不同的高階語言編寫的程式必須通過相應的語言處理程式進行翻譯。翻譯方式有兩種：編譯方式和解釋方式。
編譯方式是將源程式一次全部翻譯成目標程式，經過連線程式的連線，最終處理成可直接執行的可執行程式。特點是執行速度快，效率高。
解釋方式是將源程式逐句讀入，邊解釋，邊執行;不產生目標程式。對初學者有利，便於查詢錯誤，但效率低。
實用管理程式指一些公用的服務性工具程式，方便使用者的使用和維護管理。管理服務程式大致有：編輯程式、連線裝配程式、測試診斷程式、網路管理程式、檔案格式轉換程式、磁碟壓縮程式、備份程式。