信息技術(shù)（新教材）第一章知識概括

（建議在WIFI環(huán)境下觀看）

（必修1）第一章：數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)

在《信息技術(shù)》課程中，教材圍繞學科四個大概念展開，分別是數(shù)據(jù)、算法、信息系統(tǒng)和信息社會，這從我們兩冊教材的各章節(jié)標題中有很清晰的體現(xiàn)。我們今天主要就必修一第一章的知識進行簡單的概括。

我們首先需要理清幾個概念：

數(shù)據(jù)是對事物描述的記錄，它基于客觀事實，一般可由觀察得到。一般來說，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，可能會產(chǎn)生信息。而大量信息，經(jīng)過結(jié)構(gòu)化處理，可以轉(zhuǎn)化為知識。當我們掌握了一定量的知識，對這些知識進行深入理解、內(nèi)化，可以形成我們個人的智慧。

也可以這樣理解：數(shù)據(jù)是抽象的內(nèi)容，在獨立時沒有意義。信息是經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)，挖掘出了數(shù)據(jù)中隱含的意義。而知識是經(jīng)過人為的解讀和個人經(jīng)驗充實的信息。智慧是個體知識內(nèi)化后產(chǎn)生的辨析、判斷、發(fā)明創(chuàng)造能力。

為了便于大家理解，我們做一個不太恰當?shù)念惐?。比如這里我們看到的兩列數(shù)據(jù)，如果不知道它們是漢字的機內(nèi)碼，那么它沒有意義，可以類比為數(shù)據(jù)。如果我們通過某種工具軟件，可以知道它們分別代表了漢字“慎”和“獨”在計算機內(nèi)存儲時的狀態(tài)，那這時也就可以看作信息。將“慎”和“獨”兩個字組成詞“慎獨”，如果我們經(jīng)過學習和解讀，可以知道這個詞最早出自《禮記》，是中國儒家知識分子修身養(yǎng)性的一種方法，并且被很多歷史名人作為自己的座右銘，那么其實就可以看作是知識了。同時，經(jīng)過對這個詞的深入理解、內(nèi)化，讓慎獨所蘊含的標準作為個人生活、學習的行為準則，并身體力行，其實可以看作個人具備了這樣的智慧。

當然，以上類比可能不太確切，特別是最底層關(guān)于數(shù)據(jù)的類比，這兩行二進制代碼作為漢字的機內(nèi)碼，本身就是已經(jīng)處理過的數(shù)據(jù)，和我們教材所講的數(shù)據(jù)的概念不太一樣，這一點還是需要大家注意。

我們的課程名稱是《信息技術(shù)》，可以簡單理解為處理信息的技術(shù)，所以我們還要重點了解信息的概念和特征。

信息學奠基人香農(nóng)認為“信息是能夠用來消除不確定性的東西”。關(guān)于這個概念，看起來有點抽象，我們可以簡單理解為：如果我們確定要做某件事，當我們沒有任何信息的時候，這個事情成功與否的概率很低，也就是不確定性很高，當我們對于這件事?lián)碛辛艘欢ǖ男畔?，可能成功的概率就會提升，也就是說消除了不確定性。同時，關(guān)于信息的概念，信息管理專家霍頓認為：信息是為了滿足用戶決策的需要而經(jīng)過加工處理的數(shù)據(jù)。

了解了信息的概念，我們還要知道信息具備這樣的特征。一是“信息可以傳播和存儲”，比如我們手機拍了一張照片，這張照片中的信息就可以保存在手機里，如果我們通過微信發(fā)給自己的朋友，就實現(xiàn)了信息的傳播；二是“信息的價值是相對的”。對于同一條信息，會因為持有者需求、使用目的的不同而呈現(xiàn)出不同的價值；三是“信息可以被共享。”物質(zhì)、能源和信息是當今社會人類生活的三個主要資源，和物質(zhì)與能源相比，信息的共享性特征非常明顯，正如蕭伯納曾說過：“如果你有一個蘋果，我有一個蘋果，彼此交換，我們每個人仍然只有一個蘋果。”這表明物質(zhì)是不能共享的。但是“如果你有一種思想，我有一種思想，彼此交換，我們每個人就有了兩種思想，甚至多于兩種思想。”這其實很好的體現(xiàn)了信息的共享性。四是“信息具有時效性?！痹诓煌臅r間點上，同樣的信息所體現(xiàn)的價值可能是不同的，甚至差距很大。

在前面霍頓關(guān)于信息的定義中，我們看到，信息是經(jīng)過加工處理的數(shù)據(jù)。其實從古至今，人們一直在處理信息，只是到了近現(xiàn)代，隨著計算機及附屬設備的出現(xiàn)，人們處理信息的能力得到了極大的提升，我們當前所說的信息技術(shù)，主要是指這個方面。但是，這里有一個前提，也就是讓計算機幫助我們處理信息，必須將以文字、圖片、聲音、視頻等可視的信息（載體）數(shù)字化。

計算機作為一種電子設備，由于構(gòu)造的關(guān)系，它們只“認識”二進制數(shù)，所以信息的數(shù)字化就是將各種形式的信息轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)形式的過程，也叫信息的編碼。

字符、漢字、圖片、聲音、視頻等這些信息的載體在計算機內(nèi)部都是以二進制數(shù)的形式存在的。

日常生活中，十進制數(shù)是我們最常用的一種進位計數(shù)制，通過對十進制數(shù)的分析，我們需要明確幾個概念：數(shù)碼：表示某種進位計數(shù)制的一組符號。基數(shù)：所使用的數(shù)碼個數(shù)。位權(quán)：數(shù)碼在不同數(shù)位上的倍率值。我們舉兩個例子一起看一下位權(quán)。

如十進制數(shù)7879，里面有兩個7，但它們的意義是不同，從右向左數(shù)，第二個位置上的7，代表的是70，也就是7*10的1次方，第四個位置上的7，代表的是7000，也就是7*10的3次方。二進制數(shù)1010，也有兩個1，從右向左數(shù)，第二個位置上的1，代表的是1*2的1次方，第四個位置上的1，代表的是1*2的3次方。這里的10的幾次方以及2的幾次方，就是進位計數(shù)制不同數(shù)位上的位權(quán)。

雖然計算機內(nèi)部存儲信息時用的都是二進制數(shù)，但是由于二進制數(shù)表示時一般數(shù)位會很長，為了解決這個矛盾，人們又引入了十六進制數(shù)，十六進制數(shù)有16個基本的數(shù)碼，分別是0-9，以及ABCDEF，這里要注意他們分別對應的數(shù)值。

同時我們還要知道，在計算機存儲信息時，只能是二進制數(shù)，十六進制數(shù)并不是一種真實的存在，只是因為它們和二進制數(shù)相互轉(zhuǎn)換時更方便。

接下來，我們了解數(shù)制轉(zhuǎn)換。

“其它”進制轉(zhuǎn)換為十進制，基本方法是“乘權(quán)相加”。

比如10011B轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)，2FH轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。

“十”進制轉(zhuǎn)換為“其它”進制，基本方法是“除N逆序取余”，我們以35D轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)和十六進制數(shù)為例。

“二”轉(zhuǎn)“十六”，基本方法: 把二進制數(shù)從右向左按4位一組劃分，每組用一位十六進制數(shù)表示。我們以1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 B轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)為例。

“十六”轉(zhuǎn)“二”，基本方法:把十六進制數(shù)從右向左按每一位十六進制數(shù)轉(zhuǎn)化為4位的二進制數(shù)，按順序排列即可。注意：除了左邊第一位，后面不足四位的必須用“0”補足四位，并且不能省略。我們以2 A 3 H轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)為例。

其實在客觀世界中，我們所感知的實際信息，它們的變化是連續(xù)的，通常稱為“模擬量”，而把實際的物理量用和它對應的數(shù)值表示，是不連續(xù)的、離散的，我們稱為數(shù)字量。信息數(shù)字化的過程也可以稱為是“模擬量”到“數(shù)字量”的過程，一般需要三個步驟：采樣、量化和編碼。

西方字符，字符數(shù)量少，數(shù)字、英文大小寫字母及各類特殊符號，共計128種，所以用7位二進制數(shù)來進行編碼。這種編碼方法，稱為ASCII碼。一個西方字符，用7位二進制數(shù)編碼，存儲時最高位用“0”補足，占用一個字節(jié)。二進制數(shù)位，是最小的存儲單位，簡寫為bit；字節(jié)，是最基本存儲單位，寫為Byte,簡寫為大寫的B；也就是說，一個字節(jié)等于8個二進制數(shù)位，比字節(jié)更大的存儲單位還有KB\MB\GB\TB等，它們之間的倍率都是1024，也就是2的10次方。

同學們看這張ASCII碼表，可以發(fā)現(xiàn)阿拉伯數(shù)字以及西方字符，他們都是按照順序排列的。阿拉伯字符和英文字符，它們的ASCII碼是按照順序排列的，順序后移一位，ASCII碼增加1；后移n位，增加n。同時還可以發(fā)現(xiàn)，從這張表的左上角到右下角，ASCII碼的值是在逐漸變大的的，在這個表中，越是向后，ASCII碼值越大。所以，就整體來看，“小寫字母>大寫字母>阿拉伯數(shù)字”的ASCII碼。

其實，字符的編碼經(jīng)歷了一系列的標準化過程。

上個世紀60年代，ASCII碼解決了西方字符在計算機中的處理和存儲的問題。之后，中國大陸地區(qū)的漢字編碼也經(jīng)歷了多種標準，我們現(xiàn)在最常使用的是GB18030-2005，它支持多種字節(jié)的漢字編碼，大部分采用雙字節(jié)。當然，在輸入時：有音碼、形碼，在輸出時，可以通過點陣、矢量等方式。隨著互聯(lián)網(wǎng)的全球化進程，世界各個國家都有自己的編碼方案，在一定程度上還是可能產(chǎn)生沖突，所以就出現(xiàn)了Unicode編碼，它統(tǒng)一了不同語言的編碼。又簡稱統(tǒng)一碼或萬國碼。常用的編碼方案有：UTF-8，UTF-16，UTF-32。

可以這樣說，計算機中一切信息都用二進制數(shù)表示，字符編碼是信息處理的基礎。在對它們進行編碼的過程中，經(jīng)歷了一系列的標準化。

標準化并不是信息技術(shù)所獨有的思想方法，只是隨著社會的發(fā)展，信息科技影響著社會生活的方方面面，信息技術(shù)標準既是建設信息化基礎設施、開發(fā)信息系統(tǒng)的依據(jù)，也是信息系統(tǒng)之間互聯(lián)互通、彼此兼容的保證。

聲波作為一種模擬量，在對它數(shù)字化的過程中，經(jīng)過采樣和量化、編碼，在計算機中，未經(jīng)壓縮的WAV文件的容量計算方式是：（采樣頻率×量化位數(shù)×聲道）×時間/8，這里的除以8是因為一個字節(jié)相當于8個二進制數(shù)位，同時還要注意：聲道一般只有兩種：單聲道數(shù)值為1；雙聲道數(shù)值為2；立體聲屬于雙聲道；時間的單位，必須轉(zhuǎn)換為：秒。

圖像作為我們常見的一種信息載體，未經(jīng)壓縮的BMP位圖圖像的容量計算方法是：分辨率×位數(shù)/8，黑白圖像的量化位數(shù)為1位；彩色圖像的量化位數(shù)一般為24位，同時還要區(qū)分“多少色”和“位”，比如看到說某圖像為256色，則為8位，這是因為256等于2的8次方。

接下來我們看看壓縮技術(shù)。

數(shù)據(jù)能夠壓縮，前提是因為數(shù)據(jù)存在冗余度。比如這兩個文檔數(shù)據(jù)，前一個是一篇《丑小鴨》的完整文檔，后一篇文檔都由一個“小”字組成，我們就可以認為后一篇文檔數(shù)據(jù)冗余度高；同理，對于這兩幅圖片，第一張背景單一，大部分為藍色，后一張背景復雜，我們可以認為第一張圖像的數(shù)據(jù)冗余度高。一般而言，數(shù)據(jù)冗余度高的文件，在相同的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)下，其被壓縮率也高。

數(shù)據(jù)壓縮，分為無損壓縮和有損壓縮兩類，其中無損壓縮是指壓縮之后數(shù)據(jù)可以完全恢復原樣。它適合所有各類型的文件，常常要借助WINRAR或WINZIP等軟件實現(xiàn)。而有損壓縮技術(shù)壓縮之后數(shù)據(jù)不能完全恢復原樣，它一般適用于聲音、圖像、視頻等文件。像文檔和程序等文件是不能使用有損壓縮的。

對于有損壓縮，圖像和聲音的常見格式我們也需要了解。圖像文件的未壓縮格式是BMP，典型有損壓縮格式是JPG，聲音文件的未壓縮格式是WAV，典型有損壓縮格式是MP3，視頻文件的未壓縮格式是AVI，典型壓縮格式是MPG，當然對于這三類文件，還有一些常見的有損壓縮格式如圖。

最近幾年來，人工智能、大數(shù)據(jù)是熱詞，相信大家都聽說過，也有人說我們已經(jīng)進入了大數(shù)據(jù)時代，大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為社會的一項重要資源。一般來說，大數(shù)據(jù)具備這樣幾個特征，一是數(shù)據(jù)規(guī)模大；二是數(shù)據(jù)類型多，數(shù)據(jù)來源、格式多元，多維度數(shù)據(jù)增加；三是處理速度快，這里主要是指計算機等工具計算能力的提升，處理結(jié)構(gòu)化的海量數(shù)據(jù)速度快。四是價值密度低。

當今時代，通過對大數(shù)據(jù)分析，可以更好的為我們的學習、生活提供幫助。一般來說，大數(shù)據(jù)處理有四個步驟，分別是數(shù)據(jù)采集，目前，我們可以通過很多方式采集數(shù)據(jù)，傳感器、射頻識別技術(shù)以及社交網(wǎng)絡媒體等都可以獲得各種類型的海量數(shù)據(jù)；二是數(shù)據(jù)預處理，對于采集到的原始數(shù)據(jù)，可能存在缺失、遺漏以及邏輯錯誤等，需要進行預處理。三是數(shù)據(jù)分析，我們可以根據(jù)使用數(shù)據(jù)的目的，對數(shù)據(jù)進行可視化處理等，比如這張圖上是我們學校近年來美術(shù)高考成績的分數(shù)分布情況，可以幫助大家更好的認識和規(guī)劃自己的學習生活；四是數(shù)據(jù)挖掘應用，比如這是某地區(qū)出租車用車情況熱點分布圖，對于用戶和出租車司機都有很好的借鑒作用。

工欲善其事，必先利其器。信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，我們要想在這個時代更好的生存，學習、掌握一些信息技術(shù)基本知識是很有必要的，讓這些知識內(nèi)化為自己的智慧，成為最好的自己，相信大家都是最棒的。