第1章信息科学与信息技术的发展

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1、管会生 2009年8月第1章 信息科学与信息技术的发展 人类社会已经从以资源经济为主的农业社会和以资本 经济为主的工业社会发展到了今天以知识经济为主的信 息社会。20世纪90年代初，世界十大富翁的头衔还几乎 被那些石油大王、船舶大王等所垄断，而2000年，微软 总裁比尔盖茨（Bill Gates）以770亿美元的资产赫 然名列前茅。以计算机软件的生产和销售为其主业的微 软公司，从1975年以两千美元注册资金成立到今天已成 为美国第一赢利公司，而具有200年发展历史的美国洛 克菲勒公司才仅有50亿美元的资产。我们的邻邦印度， 演绎了一出现代无烟工业的奇迹，成为仅次于美国的软 件大国，其软件产品出

2、口75个国家，美国和日本是其最 大的购买国，2000年和2001年印度的软件出口额分别达 到63亿和79.9亿美元，2003年已超过100亿美元。 第1章 信息科学与信息技术的发展 在漫长的人类社会发展的历史长河中，曾经历了四次 信息技术革命：语言的形成，文字的创造，造纸术和印 刷技术的发明，电报电话、广播电视的普及应用。以电 子计算机的普及应用和计算机与现代通信技术有机结合 而产生的因特网为主要特征的信息处理技术，则被人们 称之为“第五次信息技术革命”。从1946年2月14日正 式启用的第一台电子数字计算机ENIAC至今，谁也没有 料到，时隔不到60年，这硕大无比的“怪物”竟经历了 从主机、

3、微机到网络三个时期的飞跃，并且开创了一个 人类文明的新时代信息时代。本章将介绍以计算机 技术为代表的信息技术的发展历程、计算机系统构成等 内容。第1章 信息科学与信息技术的发展 以高新技术为主导的信息化社会也有其 “三个代表” 以因特网为代表的网络技术 以纳米为代表的新型材料技术 以基因（基因工程、人类基因组图谱）为代表的生命科学和生物技术第1章 信息科学与信息技术的发展 第1章 目录人类各种传载信息的手段古代：烽火台、指南针、语言、文字、 纸张、印刷术、风标、号角、邮传驿站、了 望塔楼等。近代：望远镜、显微镜、算盘、手摇机 械计算器。现代： 计算机、人造卫星、C4IRS系 统、机器人、无人驾

4、驶系统。 1.1 信息资源与信息科学1.1 信息资源与信息科学“明代烽燧信号制度”表，是陈列在山海关长城博物馆中的一块石帖。它使我们明了 ，烽火台的信息传递不仅有烟火，还辅有炮声。明代烽燧信号制度通过烽燧数和炮号数两 种信息形式，可同时利用人的视觉和听觉来报告和传递进犯之敌的数量信息，而且这种信 息传输方式不会受雨天和雾天的气候影响，增强了该信息系统的可靠性和安全性。 1.1 信息资源与信息科学1.1 信息资源与信息科学1.1.1 信息及其主要特征1信息的定义 信息的含义与特征：信息是用数据作为载体来描述和表示 的客观现象；信息可以用数值、文字、声音、图像等多种形式表示； 信息是对数据加工提炼

5、的结果，是对人类有用的知识；信息是具有含 义的符号或消息，而数据是计算机内信息的载体。显而易见，若想得 到信息，必须要将客观世界中的现象和问题通过数据这种媒体记载下 来。通常把对各种数据经过加工转换而得到信息的过程称为信息处理 （或称数据处理）。 数据含义与特征：数据应该是原始的、广义的、可鉴别的抽象符号 ；数据可以用来描述事物的属性、状态、程度、方式等等；数据符号 单独表示时没有任何含义，只有把它们放入特定的场合进行解释和加 工，才能使其具有意义并升华为信息。 计算机（computer）信息处理机事实（fact）+ 景象（phenomenon）信息（information）信息同物质和能源一

6、样，是人类社会赖以生存与发展的重要资源1.1.1 信息及其主要特征2信息的传递与应用 信息的传递目前主要有两种方式：通信和广播。通 信包括交换、传输，广播包括发射、接收。信息传 递方式包括点到点（专线）、一点到多点（组播） 、点到面（广播）和可选择的点到点（交换）等。 信息的应用非常广阔。认知、科学探索、知识传播 、生产流程的控制、管理（宏观管理、微观管理） 、娱乐（与声像设备结合）以及人与人之间的交流 等，发展都很迅速。1.1.1 信息及其主要特征3. 信息的主要特征（1）信息具有不灭性（2）可传递性和共享性（3）信息的可处理性1.1.1 信息及其主要特征1关于信息科学的定义信息科学是研究信

7、息的获取、表述、存储、识别、编 码、处理等传输过程和处理阶段中各种信息问题的科学。信 息科学由计算机科学、电子与信息系统科学、半导体、光学 和自动化科学等学科组成。学者们提出：“信息科学”中的信息范围不应该再局 限于某些特定领域，而应该是多元化的，只有统一的信息科 学才是真正的信息科学。但建立统一信息科学理论是项艰巨 复杂的工作，它代表着人类对纷繁信息世界的了解，并在理 论上有了进一步的升华。信息科学涵盖着从电子学到哲学的 许多基本问题，涉猎自然科学、技术科学、人文科学、社会 科学。由于统一信息科学关注的信息对象分布在不同领域里 ，所以，要发现不同领域里信息现象的共同规律是很困难的 。所有部门

8、信息科学所涉及的信息问题和人类的生产实践直 接相关。而生产实践，也只有生产实践才是推动科学发展的 真正动力。1.1.2 信息科学与信息技术2信息技术与信息产业 信息技术是指对信息的搜集、存储、传递、分析、使用等的处 理技术和智能技术。具体地讲，包括软件开发技术、通讯网络技术、微 电子技术、信息处理技术和多媒体技术，而传感、自控和新材料技术等 是信息技术的相关技术。信息技术是目前各领域高新技术的关键和核心 ，更是信息产业的基础。信息技术的发展趋势高速、大容量 综综合化,包括业务综业务综 合以及网络综络综 合数字化 个性化信息技术不仅在民事部门而且在军事领域也得到广泛应用。在 1991年的海湾战争

9、中，以美国为首的多国部队以情报信息优势为基础， 以指挥自动化系统为核心，采取陆海空一体化的电子战和精确打击，仅 以6周的时间和极小的代价，打败了拥有120万兵力、5800辆坦克、770 余架飞机的伊拉克军队。人们形容这场战争是用“芯片打败了钢铁”。 信息技术不仅成为提高军队作战效能的“倍增器”，而且在改变现代战 争形态，对现代军事的发展起到巨大的推动作用。1.1.2 信息科学与信息技术信息产业是建立在信息科学和高、精、尖技术基础 之上的产业，信息技术的发展不仅为信息产业部门开发 高附加值的信息和开展经济、可靠、快捷、方便的信息 服务提供了技术保障，而且其本身也是信息市场的交易 对象，包括微电子

10、、计算机、网络通信、多媒体技术的 业化。信息产业的主要技术和产品范围包括： 多媒体技术，其 中包括多媒体计算机技术、PC技术、液晶等高清晰度显 示技术等。 数据存储和处理技术，其中包括超巨型和 超微型计算机技术、语言识别和神经网络等智能计算机 技术、分子电子技术、计算机免疫系统技术等。 传输 技术，包括光纤和卫星等通讯技术、数字声像技术、各 种调制和解调技术、各种传感器技术、交互式网络技术 等。 1.1.2 信息科学与信息技术1.1.2 信息科学与信息技术信息产业的分类从我国的信息产业发展现状出发，有学者把信息 产业分为信息工业、信息技术业、信息服务业和非信 息产业内部信息业，其中信息技术业是

11、信息工业的重 要基础，是信息服务业开展的前提条件，即信息技术 业是整体信息产业的先导。广义的信息产业包括信息技术业（或称信息产品与设备制造 业）、信息传输流通业和信息服务业。从专业角度看，分为通信业、计算机业和声像业。信息产业发展特点合并与分离并存，既有大量的合并，又有不少的分离。竞争与垄断并存。1.1.2 信息科学与信息技术现代信息技术电子信息技术: 电子感测技术、电子通信技术、电子计算机技术、电子控制技术量子信息技术:量子计算机激光信息技术:激光遥感、光导纤维通讯、激光全息存贮、激光控制 技术、激光计算机生物信息技术:生物开关器件、生物存贮器件、生物逻辑器件、生物计算机1.1.2 信息科学

12、与信息技术3信息经济与信息社会 信息经济（或称知识经济）就是在充分知识化的社 会中以信息智力资源的占有、投入和配置，知识产品的生产 、分配（传播）和消费（使用）为最重要因素的经济。信息 经济与工业社会的资本经济相比，除前者依赖于知识的程度 高于后者，以及知识在经济增长中的作用和价值大于后者外 ，最本质的不同是：信息和知识本身已成为知识经济中的一 种最积极、最重要的投入要素。信息社会是以信息活动为社会发展的基本活动，以 信息技术为技术基础，以信息经济为主导经济，以信息产业 为主导产业，以信息文化改变人类教育、生活和工作方式以 及价值观念的新型社会形态。1.1.2 信息科学与信息技术1854年，英

13、国数学家乔治 布尔创建了逻辑代数理论 1924年，尼奎斯特发表了题为 “ 影响电报速率因素的确定 ” 的文章 1928年，哈特莱又发表了题为 “ 信息传输 ” 的文章 1936年，图灵发表了“ 论可计算数及其在判定问题中的应用 ”论文，提出了著名的理论计算机模型图灵机。 1945年，冯 诺伊曼首次发表题为“ 电子计算机逻辑结构初探 ”的报告 1947年，美国计算机协会 ACM 在华盛顿哥伦比亚大学成立 1950年，图灵在 Mind 杂志发表文章，提出了测试机器智能的Turing规范。 1951年，莫里斯 威尔克斯提出微程序的设计概念 1952年，无线电工程师协会创办了电子计算机方面的I.R.E

14、学报信息科学理论发展的百年历史1.2 信息理论的奠基人与ACM图灵奖查尔斯巴贝奇 巴贝奇的差分机 爱达奥古斯塔洛 夫莱1.2.1 计算机之父巴贝奇巴贝奇的差分机信息理论的奠基人1.2 信息理论的奠基人与ACM图灵奖1.2 信息理论的奠基人与ACM图灵奖香农博士其人 香农的硕士论文是关于布尔代数在逻辑开关理论中的应用 并证明布尔代数的逻辑运算，可以通过继电器电路来实现 1941年加入贝尔实验室数学部，在此工作了15年 1948年6月贝尔系统技术发表了通信的数学原理 香农在该文中用数理统计方法来研究通信系统 定义了信息时代的基本概念：熵和信道容量 无失真通讯的传输速率的极限，被称为香农极限 图灵其

15、人 论可计算数及其在判定问题中的应用(1936)获史密斯奖 提出了著名的理论计算机的抽象模型图灵机 1938年，图灵取得美国普林斯顿大学博士学位 他的博士论文题目是“基于序数的逻辑系统” 1951年他被选为英国皇家学会院士。 1950年10月发表论文“计算机和智能” 提出了测试机器是否有智能的方法图灵测试1.2 信息理论的奠基人与ACM图灵奖1.2 信息理论的奠基人与ACM图灵奖冯诺伊曼冯诺伊曼在普林斯顿大学任教，对图灵十分欣赏并曾邀请他到他那里工作 1945年冯诺伊曼首次发表了题为“电子计算机逻辑结构初探”的报告 将“存储程序”的设想确立为冯氏结构机的设计体系，开始研制EDVAC计算机 “存

16、储程序”(stored program)的概念，是现代电子计算机的最基本概念之 一 1945年6月30日，发表了关于离散变量自动电子计算机的草案长文EDVAC突出的优优点在于：（1）把计计算机要执执行的指令和要处处理的数据都用二进进制数表示； （2）把执执行指令和处处理的数据均按照顺顺序编编成程序存储储到计计算机内部让让它自动执动执 行。1.2 信息理论的奠基人与ACM图灵奖计算机界的诺贝尔奖ACM图灵奖 1. ACM图灵奖1966年，ACM在纪念电子计算机诞生20周年时(亦即 图灵逝世12周年)，决定设立计算机世界的第一个奖项“图灵 奖”。到2003年，被誉为“计算机界的诺贝尔奖”的图灵奖已经 颁发了38届，共有45位计算机科学家获此殊荣。2.1997年图灵奖获得者道格拉斯恩格尔巴特,鼠标器的发明人和超文本研究的先驱。3.2000年图灵奖获得者姚期智对计算理论有众多贡献