测控技术与仪器专业导论.doc

1、测控技术与仪器专业导论能源工程学院09 级测控技术与仪器序 论信息科学技术是当今社会起主导作用的科学技术，信息科学技术的兴起和发展在我国只有近 10 年，现在正以史无前例的高速向纵深发展，迎来了我国科学技术灿烂的春天。信息科学技术已形成众多学科与技术专业方向。为适应信息科学技术发展对人才的需要，教育部 1998 年后为此设置了 10 多个本科专业。如信息工程、通信工程、电子信息工程、自动化、电气工程及其自动化、电子科学与技 术、测控技术与仪器、计算机科学与技术、生物医学工程、软件工程、 电子信息科学与技 术、光信息科学与技术等，而且还在不断形成新的学科和专业。可见信息科学技术含盖面之宽、人才市

2、场之大、 发展速度之快，都是前所未有的。第一讲 信息科学技术与信息时代20 世世 纪纪 是人是人 类类 科学技科学技 术发术发 展史上最展史上最 为辉为辉 煌的世煌的世 纪纪 。近 100 多年来，人 类类 科学技科学技 术经术经历历 了三次大革命：了三次大革命： 18 世世 纪纪 60 年代，由于牛年代，由于牛 顿顿 力学的力学的 创创 立，蒸汽机的出立，蒸汽机的出 现现 ，推 动动 了人了人 类类社会由社会由 农业时农业时 代向工代向工 业时业时 代的代的 转变转变 ；19 世世 纪纪 20 年代，由于法拉第、麦克斯年代，由于法拉第、麦克斯 韦尔创韦尔创 立立了了 电电 磁理磁理 论论 ，

3、推 动动 了由蒸汽机技了由蒸汽机技 术术 向向 电电 力技力技 术术 的的 发发 展，人 类类 社会社会 进进 入入 发发 达的工达的工 业时业时 代；20 世世 纪纪 60 年代后，由于年代后，由于 电电 子技子技 术术 的全面的全面 发发 展，加速了以展，加速了以 计计 算机和通信技算机和通信技 术为术为 核心的核心的信息技信息技 术术 的的 发发 展和展和 应应 用， 这对这对 各国的政治、各国的政治、 经济经济 、军军 事、科学研究、文化教育乃至日常生事、科学研究、文化教育乃至日常生活等各个方面都活等各个方面都 产产 生巨大影响，人生巨大影响，人 类类 社会由工社会由工 业时业时 代代

4、 进进 入信息入信息 时时 代， 21 世世 纪纪 是人是人 类类 社会社会全面全面 进进 入信息入信息 时时 代的新世代的新世 纪纪通俗的说：信息时代是指信息科学技术在众多科学技术群体中占主导的时代，或者说：人类的一切活动都离不开信息科学技术的时代。信息时代如同人类已经经历过的“ 农业时 代” ，“工业时代” 一样。是人类社会发展和进步的必然；人们预料信息时代之后的下一个时代将是以生命科学为主导的地代。 *农业时代以资源经济为主*工业时代以资本经济为主*信息时代以知识经济为主1.1 信息与信息科学信息时代，是以信息技术为主导技术，以信息经济为主导经济，以信息 产业为主导产业，以信息文化为主导

5、文化的时代。信息文化将改变人类的教育、生活和工作方式，改变人类的思维方式和价值观念。信息经济亦称知识经济，即在充分知识化的社会中，以信息智力资源的占有、投入和配置与知识产品的生产、分配和消费为主要因素的经济。信息经济与工业时代的资本经济相比，其主要不同点是：信息经济 更依赖于知 识，知识在信息经济中的作用和价值大于在资本经济中的作用和价值；在信息 经济下，信息和知识本身已成为一种最重要、最积极的投入要素。2一、信息和信息论1. 信息的定义早期信息的代名词是具有一定含义的“音讯” 和 “消息”。 20 世纪 20 年代后，随着工业时代社会的大规划生产实践和科学技术的发展，使社会的信息量迅速增加，

6、如何获得或利用信息，是人类面临的新课题，于是，就有人去探 讨或研究，进而形成了有关信息的多种定义。如： 信息是可用数 值 、文字、声音、图像等形式描述的状态； 信息是用数据作为载体来描述和表示的客 观现象； 信息是 对数据加工提 炼的结果，是对人类有用的知识； 信息是隐 含在物理信号中具有一定含 义的消息；信号 处理的目的就是为了信号中获得有用的信息。概况的说：信息是可以描述的客观现象，是具有一定物理含义的消息或知识。2. 狭义信息论的产生和发展息的生产、传递和利用是人类的一种本能，随着社会信息量的迅速增加，如何及 时准确地获得、处理、传递和利用信息，成 为人类的新 课题，使人们不得不去深入研

7、究信息的基本性质和运动规律。*1924 年，奈奎斯特（H. Nyquist ）发表了影响电报速度的某些因素一文，探讨了电讯号的传输速率与通信系统的信道频带宽度之间的关系。*1928 年，哈特莱（L.V.R.Havrtley）发表了信息传输一文，第一次提出了消息是具体的、多样的代码或符号，而信息则是蕴涵于具体消息中的抽象量的理论，并 导出第一个用消息出现概率的对数来度量信息的公式。*1948 年，香农（C.E.Shannon ，19162001）发表了通信的数学理论著名论文，指出“通信的基本 问题就是在一点重新准确地或近似地再现另一点所选择的消息。 ”并用非常简明的数学公式定义了信息量的香农信量

8、公式。1949 年，香农又发表了噪声下的通信一文，提出了通信系统的模型。并解决了信息容量，信源统计特性，信源编码、信道编码、信息度量和信道容量与噪声的关系等有关精确传递通信符号的基本技术问题。这两篇文章是现代信息论的奠基之作。因此香农被誉为信息理论的奠基人，时年香农才 33 岁。 * 香农，美国数学家，信息 论创始人，1940年获得麻省理工学院数学博士学位和电子工程硕士学位，他的硕士论文是关于布尔代数在开关理论中的应用，并证明布尔代数的逻辑运算可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。由于上述的有关信息的研究都是基于统计概率的信息，没有考虑更广泛、更常见的

9、非概率统计信息，故称其为“狭义信息论。 ”3. 广义信息论的创立狭义信息论的局限性是十分明显的，正如香农所说“ 信息论（狭义的）的基本结果，都是针对某些非常特殊的问题，它们未必切合心理学、经济学以及其他一些社会科学领域。”狭义信息论的局限性主要表现在下述三个方面： 只考虑 了信息的形式方面，没有考 虑信息的涵义与价值方面，而在信息处理和利用时又不能回避这个问题；3只局限于 “消除随机不定性 ”的范畴，把其理论建立在概率论基础上。而概率论研究的是是非界限明显的随机过程，在实际生活中，更多的是“ 亦此亦彼”的模糊现象。所以狭义的信息论无法解决普遍存在的这些模糊现象；只考虑统计 信息，没有考虑更广泛

10、的非统计信息，只涉及信息的传递，没有研究更广泛、更重要的其他信息过程的原理和规律。 为了克服狭义信息论的局限性， 20世纪 70 年代起陆续有一些学者开始了新的信息理论广义信息论的研究：1972 年，德鲁卡（A. Deluca）和特米尼（S.Termini）提出了用于测量模糊事件的信息量的模糊信息熵公式。 熵其本义是源于热力学：在热力学中，人们把不能用于作功的热能的变化量除以温度所得的商，科之为“熵”。在现代科学技术中，泛指某些物质系统状态可能出现的程度。1981 年，我国科学家钟义信提出了一种“广义信息函数”，试图用来描述概率信息和非概率信息。 20 世 纪 90 年代，斯托尼尔（T. St

11、onier）提出了“统一的信息理论基础” 理论。他把信息看成是宇宙的一种基本属性，其目标是在信息物理学的基础上，结合其他信息科学理论，构建一个广义的信息理论框架。二、其他信息类学科的出现1. 控制论1948 年，美国著名数学家维纳出版了控制论一书，系统地揭示了机器、生物和人所遵循的共同规律信息变换和反馈控制规律，为机器模拟人和动物的行为或功能提供了理论依据，由此诞生了一门新的学科控制论。维纳研究的控制论在第二次世界大战中得到了直接应用：当时由于德国飞机的速度已接近炮弹的速度，直接瞄准射击的方法不灵了，要求控制系统能预测飞机的飞行位置，即要求控制装置在行为上具有与人和动物某些相似的行为能力。通过

12、大量的研究，人 们找到了自动控制装置这种模拟人的、有目的性的行为能力，这就是后来机器人或机器动物。这里一个最基本概念就是“ 反馈控制”，自动控制系统利用输入的目标信息经处理后 输送出去，又把输出信息馈送到原输入端，并对信息的再输出进行调整，达到反 馈控制的目的。维纳还发现人的神经控制和工程控制系统都是建立在对周围环境和自身状态各种信息的获取、传递和处理的基础上的，而这种信息过程又都是随机过程，必 须用概率和统计的方法才能定量地把握它们。反馈控制理论不仅在工程技术领域，而且在经济管理和日常生活中都有着重要的应用价值。2. 系统论系系 统统 的概念人的概念人 们们 早有早有 认识认识 ，但系 统论

13、统论 作作 为为 一一 门门 学科知学科知 识识 是从是从 20 世世 纪纪 40 年代才开始年代才开始形成的。早期美籍奥地利生物学家形成的。早期美籍奥地利生物学家 贝贝 塔朗菲（塔朗菲（ L. V. Bertalanffy）认为认为 ，虽虽 然人然人 类对类对 生物生物 发发展的展的 认识认识 已深入到分子、原子已深入到分子、原子 层层 次，并取得重要成果，但在很大程度上是以失去其全貌次，并取得重要成果，但在很大程度上是以失去其全貌为为 代价的。为为 此，他从生物整体出此，他从生物整体出 发发 ，把生物及其，把生物及其 环环 境作境作 为为 一个大系一个大系 统统 来研究。 认为认为 生物的

14、整生物的整体属性大于其各体属性大于其各 组组 成部分属性的成部分属性的 简单总简单总 和。其欠，他 还认识还认识 到，生命和非生命存在一个到，生命和非生命存在一个4明明 显显 的矛盾，即 热热 力学的力学的 “退化退化 论论 ”和生物学的和生物学的 “进进 化化 论论 ”相相 对对 立，也就是 说说 ，热热 力学中研力学中研究的非生命系究的非生命系 统统 随着随着 时间时间 的推移，系 统统 的的 熵熵 越来越大，走向无序状越来越大，走向无序状 态态 ；而生命系；而生命系 统统 的的 进进化化 则则 是朝有序方向是朝有序方向 发发 展的。1969 年，比利 时时 自由大学教授普利高津（自由大学

15、教授普利高津（ I.Pri-gogine）提出了， “耗散耗散 结结 构理构理 论论 ”，分析了一个系一个系 统统 从无序向有序从无序向有序 转转 化的机理、条件和化的机理、条件和 规规 律，科学地解律，科学地解 释释 了前面所了前面所 说说 的的 “退化退化 ”和和 “进进化化 ”的矛盾， 进进 一步一步 发发 展了系展了系 统论统论 ，他的 这这 一理一理 论论 荣荣 获获 了了 1977 年的年的 诺贝尔奖诺贝尔奖 。系系 统论统论 以复以复 杂杂 系系 统为统为 主要研究主要研究 对对 象， 强调强调 整体性原整体性原 则则 、层层 次次 结结 构原构原 则则 、动态动态 性原性原 则

16、则和和 综综 合合 优优 在原在原 则则 。还还 研究系研究系 统统 各部分最各部分最 优组优组 合合 问题问题 ，即一般意 义义 上的从无序上的从无序 转转 化化 为为 有序有序的的 问题问题 ；并使信息系；并使信息系 统统 各各 组组 成部分成部分 发发 生相互作用。一个好的系生相互作用。一个好的系 统统 ，必 须须 是一个能是一个能 够够 充分充分利用信息系利用信息系 统统 。3. 计计 算机科学算机科学计计 算机科学是研究算机科学是研究 计计 算机及其与各种相关的算机及其与各种相关的 现现 象和象和 规规 律的科学，因律的科学，因 为计为计 算机是算机是 处处 理理信息的主要工具，所以

17、也称信息的主要工具，所以也称 计计 算机科学是研究信息算机科学是研究信息 处处 理的科学。 计计 算机科学的理算机科学的理 论论 在数在数字字 计计 算机出算机出 现现 之前就已存在，其最具代表的人物之前就已存在，其最具代表的人物 图图 灵。英国英国 剑桥剑桥 大学数学家艾大学数学家艾 伦伦 图图 灵（ Alan Mathison Turing, 1912 1957）于年发发 表了表了 题为题为 “论论 可可 计计 算数及其在判定算数及其在判定 问题问题 中的中的 应应 用用 ”论论 文，提出了著名的理文，提出了著名的理 论计论计 算机模型算机模型图图 灵机， 时时 年 岁岁 。现现 在几乎所

18、有的在几乎所有的 编编 程程 语语 言都建立在言都建立在 图图 灵机模型上，因而灵机模型上，因而 图图 灵被誉灵被誉为计为计 算机科学奠基人。算机科学奠基人。1945 年，美籍数学家年，美籍数学家 冯冯 诺诺 伊曼（ John von Neumann,1903 1957 ）等人首次）等人首次 发发 表了表了题为题为 “电电 子子 计计 算机算机 逻辑结逻辑结 构初探构初探 ”的的 报报 告，奠定了存告，奠定了存 储储 程序式程序式 计计 算机的理算机的理 论论 基基 础础 。1946 年，由美国 宾宾 夕法尼夕法尼 亚亚 大学物理学家大学物理学家 约约 英克利（ John.w .Mauchly

19、）领导领导 研制研制的世界上第一台的世界上第一台 电电 子子 计计 算机算机 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And calculator电电子数子数 值积值积 分分 计计 算机）式投入使用。*世界上第一台世界上第一台 电电 子子 计计 算机采用算机采用 电电 子管作子管作 为为 基本基本 逻辑逻辑 部件，其由 18800 只只 电电 子管，1500 个个 继电继电 器， 7 万只万只 电电 阻， 1 万个万个 电电 容和容和 6000 个开关个开关 组组 成， 结结 构体构体 积积 达达 3000 立方英尺、重达重达 30 吨，土地面 积约积约 1

20、70m2；存 贮贮 容量容量 为为 20 个字个字 长为长为 10 位的二位的二 进进 制数，运算速度制数，运算速度 为为每秒每秒 5000 次加法， 3ms 作一次乘法，功耗作一次乘法，功耗 25KW。 ENIAC 共运行了共运行了 10 年， 1956 年年被送入博物被送入博物 馆馆 。半个世半个世 纪纪 以来， 计计 算机技算机技 术虽术虽 然有了然有了 飞飞 速速 发发 展，但 计计 算机的基本体系算机的基本体系 结结 构和基本工构和基本工作原理仍然沿作原理仍然沿 袭冯袭冯 诺诺 伊曼的最初构思和伊曼的最初构思和 设计设计 ，这这 种由运算器、种由运算器、 逻辑逻辑 控制器、存 储储

21、器、 输输入和入和 输输 出等出等 5 个部分个部分 组组 成的成的 “存存 贮贮 程序程序 ”式式 计计 算机， 统统 称称 为冯为冯 诺诺 伊曼伊曼 计计 算机，或 冯冯 氏氏 结结 构构计计 算机。 1954 年，美国德州年，美国德州 仪仪 器公司（器公司（ TI）研制出硅晶体管， 为为 降低晶体管制造成本开辟了降低晶体管制造成本开辟了道路。同年 贝尔实验贝尔实验 室研制出世界上第一台晶体管室研制出世界上第一台晶体管 计计 算机算机 TRADIC。1971 年， Intel 公司研制成功世界上第一公司研制成功世界上第一 块块 微微 处处 理器理器 4004。它包含 2300 个晶体管，是

22、一个是一个 4 位二位二 进进 制数系制数系 统统 ，时时 路上路上 频频 率率 108KHZ，每秒可 执执 行行 6 万条指令。1974 年， Intel 公司推出了公司推出了 8 位微位微 处处 理芯理芯 线线 8080，同年 计计 算机算机 爱爱 好者埃德好者埃德 罗罗 伯茨利伯茨利用用 8080 生生 处处 理器理器 设计设计 出一款体出一款体 积积 很小的很小的 计计 算机算机 “Altair8800”世界上第一台商用个人世界上第一台商用个人计计 算机，价 值值 397 美元，内存 256 字字 节节 ，并提出了 *PC 这这 个个 崭崭 新的概念。51975 年，比 尔尔 盖茨和保

23、盖茨和保 罗罗 艾艾 伧创办伧创办 了了 microsoft 公司。1976 年， Zilog 公司推出公司推出 280 微微 处处 理器， 这这 是一个是一个 8 位位 处处 理器。1977 年，苹果公司面向广年，苹果公司面向广 阔阔 的通用的通用 PC 市市 场场 推出了推出了 Apple 型型 计计 算机。 1981年，IBM 公司推出了首款个人计算机 IBM5150，它的 CPU 采用 Inter8088 微处理器芯片，主频 4.77MHZ，内存 64KB，操作系 统采用 Microsoft 公司的 DOS1.0。每台售价 3005 美元，年销售量达 13 万台。在获得巨大商业利益的同

24、时， IBM 委托 Microsoft 为其 PC 机开发 DOS 操作系统，这为微软的崛起提供一个极好的机会。由微软开发的 DOS 操作系统由 IBM 配套卖出时，称之 为 PCDOS，而由 Microsoft 自己卖出时，则称之为 MS-DOS，微软精明地保存了继续开发的权利，这是微软独霸世界 PC 操作系统的开始。 1985 年，Microsoft 发布了新版本的操作系统 Windows 1.0，但 该系统尚很不完善。1993 年， Microsoft 发布了 Windows 3.1， Windows 3.1 在 Windows 1.0 的基础上得到了进一步完善。 1995 年，Micr

25、osoft 发布了 32 位的多任务操作系统 Windows95 ，该版本是一个比较完善的系统。 2001 年 10 月 25 日， Microsoft 又发布了 Windows XP 系统，并在半个月之后紧接着发布了 Windows XP 中文版， 这是微 软继 Windows95 之后一次操作系统版本的重要发布，该版本在系统管理及其稳定性、 远程访问及无线网络支持方面具有突出的特性。* 除上述三个方面之外，还有情报科学、生物信息学、智能科学等，都获得了巨大的进步。三、信息的特征与信息科学的研究1.的主要特征的主要特征不同信源不同信源 产产 生的信息具有各自不同的特性，但各种信源生的信息具有

26、各自不同的特性，但各种信源 产产 生的信息都具有一定的共生的信息都具有一定的共同特征。信息的不信息的不 灭灭 性：自然界的物性：自然界的物 质质 和能量是不和能量是不 灭灭 的，其形式可以的，其形式可以 转转 化，但作 为为 一个独一个独立体立体 总总 是客是客 观观 存在的。信息不像物存在的。信息不像物 质质 和能量，它不能和能量，它不能 单单 独存在，作 为为 一种客一种客 观现观现 象它必象它必须须 依依 赖赖 于某一于某一 载载 体之上；它是某事物运体之上；它是某事物运 动动 的状的状 态态 和方式，而不是事物的本身。信息的不和方式，而不是事物的本身。信息的不灭灭 性是指一条信息性是指

27、一条信息 产产 生后， 虽虽 然其然其 载载 体（如一本体（如一本 书书 、一 张张 光光 盘盘 ）可以被）可以被 毁毁 掉，但信息的本掉，但信息的本身并不会被消身并不会被消 灭灭 。如同一个犯人要消。如同一个犯人要消 灭灭 罪罪 证证 一一 样样 ，保存罪 证证 的的 载载 体可能一体可能一 时时 被消失了，但罪但罪 证证 的本身的本身 还还 是客是客 观观 存在的。 信息的可 传递性：信息可以依 赖于一定的载体 进行传递，称之 为通信。我们把信息的发布者称为信源，相应地把传递信息的通道称之为信道，把信息的接受者称之为信宿。信息依赖信道（如电话、网络、微波、卫星等）可从信源 传递到信宿。信息

28、在时间上的传递称之为信息存储，利用存储介质（如纸张、磁 带、磁盘、光盘等）可将文字、声音或图像表示的信息记录下来，信息存储为永久性的传递提供了极大的方便。信息的可 处理性：利用 计算机或其他工具可 对信息进行加工处理，信息 处理的目的是从某一个信号中获取我们所需要的信息，或从多个信息中找到我们所要找的某个信息，或分析某一个信息的特性，以利用信息的这一特性为我们服务等。不断提高信息的识别，加工处理和利用能力是信息科学技术中的重要分支。信息的共享性：信息从信源发出后，可通 过一定的信道或存储介质传递到多个信6宿处，这就是信息的共享性。信息的 创造或发布，有时需要很大的投入，但现在进行信息的传递或复

29、制往往十分方便，也就是说信息可以廉价复制，秋毫无损地广泛传播。正因为如此，信息社会特别强调知识产权和信息道德、并通过立法来维护知识产权。2. 信息科学主要研究对象随着人类社会对信息的获取和运用越来越频繁，信息论的含义越来越丰富，信息论的应用越来越广泛，到 20 世纪 70 年代末，有关信息的研究已由通信领域迅速向物理学、化学、生物学、心理学、管理学、经济学、计算机科学、系统工程学、遥感遥 测遥控学及其它社会科学领域渗透，使信息与信息论的科学研究逐渐成为一门多学科融合的交叉学科信息科学。这一兴新的学科涉及自然科学等多学科分支，处于不同学科的分支下的专家学者对信息科学的理解和解释不尽相同，因而给信

30、息科学一个完整的统一的定义是有困难的；但其共识是一致的，即信息科学中的信息范围不应该是局限了某些特定领域，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。信息科学是以信息的性质、运动规律和利用为主要研究内容，以计算机和通信网络为主要研究工具，以提高人类获取和利用信息的能力为主要研究目标。或者说，信息科学研究各种信息系统中信息的产生、获取、 传递、加工、存储、变换、表示、检索和利用，使信息的研究更好地服从于科学技术的发展和人类社会的进步。1.2 信息科学技术概述人类社会由农业时代、工业时代向信息时代的进步和转变，其主要动力就是信息科学技术的不断发展和应用。纵观人类社会发展史和科学技术史，

31、信息科学技术在众多科学技术群体中，越来越多显示出强大的人命力。随着现代世界经济及科学技术的飞速发展，高新技术和产品层出不穷，种 类繁多，日新月异，而现代社会高新技术发展的集中代表和最主要的科学技术领域就是信息科学技术。那么信息科学技术到底是何物，在这一节里，我们将从下面几个方面于以概述。一、信息科学技术的产生及内涵1. 信息科学技术的产生科学技术的产生和发展总是与人类自身的不断进化相吻合的，这就是“科学技术辅人律”。按照辩证唯物主义的观点，人 类的一切活动 都可以归结为认识世界和改造世界，人类需要科学技术，因为科学技术可以为人类不断认识世界和改造世界提供智慧和力量。在远古时期，原始人以野果为食

32、，以捕 猎为生，以赤手空拳方式与大自然作斗争。当人类在斗争中逐渐认识到自身的功能不足时，就产生要延身自身器官功能的要求，因而就产生了木钩、木棍、石刀和弓予；以便能方便地采摘用手够不着的高处或远处的果子，捕 猎较大或较凶猛的动物。后来，人类为了满足长久地或远距离地交流的需要，又 陆续创造出符号、文字、印刷和通信技术。 如果我们把扩展人类器官功能的原理和规律称之为“科学”，则相应地把扩展人类各种器官的具体方法和手段称之为“技术”，这就是科学技术的“拟人律”，信息科学技术的产生和发展也遵循此“拟人律”。在农业时代和早期的工业时代，由于生产力和生产社会化程度不高，人们仅凭自身的信息器官就能满足当时认识

33、世界和改造世界的需要；虽然人们一直在与信息打交道，但无延长信息器官功能的需要。到了近代，随着生产和实践活动的不断发展，特 别是蒸7汽机的发明和应用以后，促进了大规模工业的形成和发展，人类信息器官的功能已越来越滞后于社会对其功能的需求。这一客观需求促使人类不但要加强自己的支体器官，还要扩展和延长自己的信息器官；于是信息科学技术的产生和发展就开始了，经过几十年的探索和积累，到 20 世纪 70 年代信息科学技术进入了高速发展的新时代，人类社会也开始由工业时代向信息时代转变和发展。2.信息科学技术的内涵进入 20 世纪 80 年代以来，信息科学技术在社会的各个领域的应用和作用日益突出，世界各国都开始

34、了对信息科学技术的研究，使得信息科学技术迅速成为一门独立的学科技术。但从广义上给信息科学技术的内涵下个定义是困难的，我们还是从科学技术的“拟人律”角度来探讨信息科学技术的内涵，可以给出如下明确的定义：信息科学技术是指能够扩展、延伸人类信息器官功能的技术。一般说来，人 类的信息器官主要包括以下四大类：（1）感觉器官：包括视觉器官、听觉器官、嗅 觉器官、味觉器官、触觉器官和平衡觉器官等；（2）传导神经网络：包括导入神经网络，导出神经网络和中间传导神经网络等；（3）思维器官：包括记忆系统、联想系统、分析系统、推理系 统和决策系统；（4）效应器官：也叫执行器官，包括操作器官（手）、行走器官（脚）和语言

35、器官（口）等。 人类四大信息器官的功能及其相应的扩展技术如下表：人体信息器官 人体信息器官功能 用来扩展人体信息器官 功能的信息技术感觉器官 获取信息 感测技术传导神经网络 传递信息 通信技术思维器官 加工和再生信息 处理技术效应器官 使用和反馈信息 控制技术其中：（1）感 测测 技技 术术 包括包括 传传 感技感技 术术 和和 检测检测 技技 术术 ，它 们们 是感是感 觉觉 器官的延伸，使人器官的延伸，使人 们们 能能 够够 超超越感越感 觉觉 器官而更好地从外部世界中器官而更好地从外部世界中 获获 得各种有用信息。得各种有用信息。（2）通信技）通信技 术术 主要用于信息的主要用于信息的

36、传递传递 、交 换换 和分配，使人和分配，使人 们们 更好地跨更好地跨 时时 域、跨地域地利用信息，它地利用信息，它 们们 是人体是人体 传导传导 神神 经经 网网 络络 功能的延伸。功能的延伸。（3）处处 理技理技 术术 是人体思是人体思 维维 器官功能的延伸，主要帮助人器官功能的延伸，主要帮助人 们们 加工和再生信息，以便加工和再生信息，以便更好地利用信息；主要有更好地利用信息；主要有 计计 算机技算机技 术术 。（4）控制技）控制技 术术 它是人体效它是人体效 应应 器官功能的延伸，主要通器官功能的延伸，主要通 过过 反反 馈馈 控制系控制系 统统 ，对对 信源等信源等外部事物的运外部事

37、物的运 动动 状状 态进态进 行干行干 预预 ，以便更好地，以便更好地 认识认识 世界和改造世界。世界和改造世界。二、信息科学技二、信息科学技 术术 的分的分 类类信息科学技信息科学技 术术 是一是一 门门 尚在高速尚在高速 发发 展的多学科交叉技展的多学科交叉技 术术 ，必然有很多个学科分支，并，必然有很多个学科分支，并且且 还还 在不断地在不断地 产产 生新的学科分支。因而从学科分支角度是很生新的学科分支。因而从学科分支角度是很 难难 分分 类类 的， 这这 里我里我 们还们还 是是 结结合科学技合科学技 术术 的的 “拟拟 人律人律 ”，对对 信息科学技信息科学技 术进术进 行分行分 类

38、类 。81. 按按 结结 构构 层层 次分次分 类类信息科学技信息科学技 术术 按按 结结 构构 层层 次可分次可分 为为 三大三大 类类 ：（1）信息基）信息基 础础 技技 术术 主要包括新材料、新能源、新器件的开主要包括新材料、新能源、新器件的开 发发 或制造技或制造技 术术 ，它是整个信息技个信息技 术术 的基的基 础础 。具体有：微微 电电 子技子技 术术 ：如集成：如集成 电电 路路 设计设计 与集成与集成 电电 路制造技路制造技 术术 ；光子技光子技 术术 ：如光材料、光器件、光学系 统统 的开的开 发发 和制造技和制造技 术术 ；光光 电电 子技子技 术术 ：如硅半：如硅半 导导

39、 体材料、金属氧化物、半体材料、金属氧化物、半 导导 体材料、砷人体材料、砷人 镓镓 材料的开材料的开 发发 和利和利用技用技 术术 ，半 导导 本光本光 电电 器件开器件开 发发 和利用技和利用技 术术 等；分子分子 电电 子技子技 术术 ：即分子：即分子 电电 子器件制造技子器件制造技 术术 。（2）信息系）信息系 统统 技技 术术 即有关信息的即有关信息的 获获 取、 传递传递 、处处 理和控制技理和控制技 术术 。具体有：信息信息 获获 取技取技 术术 ：如 传传 感技感技 术术 、检测检测 技技 术术 等；信息信息 处处 理技理技 术术 ：即 计计 算机算机 软软 件和硬件技件和硬件

40、技 术术 ；信息信息 传输传输 技技 术术 ：如网 络络 通信技通信技 术术 、微波通信技、微波通信技 术术 、卫卫 星通信技星通信技 术术 ；信息控制技信息控制技 术术 ：如反 馈馈 控制技控制技 术术 、现现 代控制技代控制技 术术 。（3）信息 应应 用技用技 术术 即有关信息的即有关信息的 实际应实际应 用技用技 术术 ，主要指信息管理、信息控制、信息决策等社会信息息决策等社会信息 应应 用技用技 术术 ，如 办办 公自公自 动动 化、企 业业 管理自管理自 动动 化、 电电 子商子商 务务 及及 电电 子政子政 务务 等。2. 按按 应应 用用 领领 域分域分 类类信息科学技信息科学

41、技 术术 按其按其 应应 用用 领领 域不同可分域不同可分 为为 两大两大 类类 即社会信息科学技即社会信息科学技 术术 和自然信和自然信息科学技息科学技 术术 ，前者称之 为为 管理信息系管理信息系 统统 ，后者相 应应 称之称之 为为 工程信息系工程信息系 统统 。（1）管理信息系）管理信息系 统统 管理信息系管理信息系 统统 是指根据社会信息是指根据社会信息 实实 施科学管理的信息系施科学管理的信息系 统统 。它是由管理科学、系是由管理科学、系 统统 科学、 计计 算机科学等算机科学等 组组 合起来的新的合起来的新的 边缘边缘 科学，它能帮助人科学，它能帮助人 们实测们实测国民国民 经济

42、经济 部部 门门 或企或企 业业 的各种运行情况，能利用的各种运行情况，能利用 过过 去和去和 现现 在的信息， 预测预测 未来的未来的 发发 展或展或 变变化，能从全局出化，能从全局出 发辅发辅 助决策，能利用信息控制国民助决策，能利用信息控制国民 经济经济 部部 门门 或企或企 业业 的活的活 动动 ，帮助其 实现实现规规 划目划目 标标 。管理信息系管理信息系 统统 一般都由信息数据的一般都由信息数据的 输输 入、 输输 出、 传输传输 、存 贮贮 和加工和加工 处处 理等部分理等部分 组组 成。数据收集和数据收集和 输输 入：将分散在各入：将分散在各 处处 的信息数据的信息数据 进进

43、行收集并行收集并 记录记录 下来，整理成信息要求下来，整理成信息要求的格式和形式。当数据的格式和形式。当数据 录录 入到一定的介入到一定的介 质质 （如磁 带带 、光 盘盘 等）上后，即可以 输输 入到入到 计计 算机算机中去以便中去以便 处处 理。数据存数据存 贮贮 ：管理信息数据通常大批量的数据，需要一次存：管理信息数据通常大批量的数据，需要一次存 贮贮 多次使用，并永多次使用，并永 许许 多个多个过过 程程 实现实现 数据共享，因此整理后数据共享，因此整理后 输输 入的大量数据一定要妥入的大量数据一定要妥 为为 保存，通常内外存保存，通常内外存 贮贮 器双器双 备备份存份存 贮贮 。当需

44、要 时时 可从内存或外存中可从内存或外存中 调调 出， 进进 行必要的更新，更新后的数据要即行必要的更新，更新后的数据要即 时时 存存 贮贮 。数据数据 传输传输 ：数据 传输传输 通常以通常以 计计 算机算机 为为 中心，通 过过 通信通信 线线 路或路或 设备设备 将信息数据从信源将信息数据从信源传传 至信宿，或从至信宿，或从 这这 一端一端 传传 到另一端。 远远 程程 传输传输 要通要通 过过 通信网通信网 络络 ，恒量数据 传输传输 的的 质质 量指量指标标 ，主要有 传输传输 速度和速度和 误码误码 率。 还还 有一种利用磁有一种利用磁 盘盘 存存 贮贮 人工人工 传输传输 方式，

45、 这这 种方式种方式 虽虽 然然 传传输输 速度速度 较较 慢，但可大容量无慢，但可大容量无 误码误码 地一次性地一次性 传输传输 。数据数据 处处 理： 输输 入的信息数据要求入的信息数据要求 进进 行必要的加工行必要的加工 处处 理， 计计 算机算机 对对 信息数据的信息数据的 处处 理主理主要有数据的分要有数据的分 类类 、排序、合并、存取、 查询查询 、计计 算等；以及算等；以及 对对 于一些于一些 经济经济 管理模型的仿真、管理模型的仿真、优优 化化 处处 理等，以形成必要的判断、推理和决策。理等，以形成必要的判断、推理和决策。数据数据 输输 出： 对对 于于 经过经过 加工加工 处

46、处 理的数据， 应应 根据不同的需要以不同形式或根据不同的需要以不同形式或 规规 格格 进进 行行9输输 出，有的可直接供人出，有的可直接供人 阅读阅读 ，如文字、 报报 表、 图图 形等，有的 则则 提供提供 给给 上位机作上位机作 进进 一步的加一步的加工工 处处 理。（2）工程信息系统工程信息系统这里指的是面对自然科学领域的工程信息系统。它是由工程科学、系统科学和计算机科学等组合而成的交叉学科，由于信息科学技术的高度发展，目前工程信息系 统分支甚多，如 电子信息工程、通信工程、电气工程、自动化、光电工程、生物工程、现场控制、现代检测等等。工程信息系统的发展，帮助人们更好地认识世界和改造世

47、界，推动 人类社会的进步。*工程信息系工程信息系 统统 由四大部分由四大部分 组组 成： 感感 测测 技技 术术 ：即以 传传 感器感器 为为 感感 觉觉 器官的器官的 现现 代代 检测检测 技技 术术 ；通信技通信技 术术 ：即以 计计 算机网算机网 络络 、电话电话 、电视电视 和和 卫卫 星星 为为 通信工具的信息通信工具的信息 传输传输 技技 术术 ；处处 理技理技 术术 ：即以 计计 算机算机 为为 核心的智能信息加工核心的智能信息加工 处处 理技理技 术术 ；控制技控制技 术术 ：即以控制器， 调节调节 器器 为执为执 行机构的反行机构的反 馈馈 自自 动动 控制技控制技 术术 。

48、三、信息科学技三、信息科学技 术术 的基本特征的基本特征当前，信息革命的浪潮正以不可阻当前，信息革命的浪潮正以不可阻 挡挡 之之 势势 席卷全球， 现现 代信息科学技代信息科学技 术术 日新月异，信息科学技信息科学技 术术 魅力无魅力无 穷穷 。为为 了更好地了更好地 认识认识 信息科学技信息科学技 术术 ，我 们们 有必要了解一下它的基本有必要了解一下它的基本特征。1. 高度的高度的 战战 略地位略地位世界各国都把信息科学技世界各国都把信息科学技 术术 作作 为为 衡量一个国家衡量一个国家 综综 合国力的一个重要合国力的一个重要 标标 志之一。 谁拥谁拥有最先有最先 进进 的信息科学技的信息

49、科学技 术术 ，谁谁 就能在日就能在日 趋趋 激烈的国激烈的国 际竞际竞 争中立于不争中立于不 败败 之地。因此，如何开开 发发 和利用信息技和利用信息技 术术 已成已成 为为 各国首先考各国首先考 虑虑 的重大的重大 战战 略决策之一，各国都将略决策之一，各国都将 发发 展信息技展信息技 术术和信息和信息 产业产业 提高到立国之本的高度来提高到立国之本的高度来 认识认识 ，并将信息 产业产业 作作 为为 国家的国家的 龙头产业龙头产业 ，以期通过过 信息技信息技 术术 和和 产业产业 ，带动带动 其他科学技其他科学技 术术 和和 产业产业 。近十多来年，信息科学技近十多来年，信息科学技 术术 有了很大的有了很大的 发发 展， 传传 感技感技 术术 、光 纤纤 技技 术术 、光 电电 技技 术术 、国 际际 互互 联联网技网技 术术 等高新技等高新技 术产业术产业 异异 军军 突起， 对对 社会的社会的 经济经济 、政治、 军军 事、文化等各方面的影响越来事、文化等各方面的影响越来越大，毋庸置疑，信息科