信息技術應用導論

內容概要

　　《信息技術應用導論》以信息技術應用為主線，以面廣、易學、深入、實用為特色，以Windows 7操作系統(tǒng)和Office 2010為操作平臺，注重計算機和信息技術的操作應用和新技術、新成果的闡述。全書分9章，包括計算機基礎與硬件系統(tǒng)、計算機軟件技術基礎、辦公信息處理技術、計算機網絡基礎與應用、數據庫技術與數據挖掘、多媒體技術及其應用、計算機圖像處理基礎、數學建模方法及其應用基礎、人工智能導論。每章都配有一定數量的例題和習題?！　　缎畔⒓夹g應用導論》可作為高等院校計算機及其相關專業(yè)“計算機科學與技術導論”課程的教材和非計算機專業(yè)本科生或研究生“信息技術應用”、“計算機應用”類課程的教材，也可作為學習信息技術的參考書。

書籍目錄

前言第1章 計算機基礎與硬件系統(tǒng)1.1 計算機概述1.2 計算機信息的表示1.3 計算機硬件系統(tǒng)本章小結習題第2章 計算機軟件技術基礎2.1 軟件基礎知識2.2 操作系統(tǒng)基礎知識2.3 Windows 7操作系統(tǒng)2.4 軟件開發(fā)技術本章小結習題第3章 辦公信息處理技術3.1 Office 2010組件簡介3.2 Word高級應用3.3 Excel高級應用3.4 PowerPoint應用本章小結習題第4章 計算機網絡基礎與應用4.1 計算機網絡定義與組成4.2 計算機網絡體系結構與網絡協(xié)議4.3 IP地址分類及應用4.4 域名與域名系統(tǒng)4.5 TCP/IP配置與常用網絡工具4.6 計算機網絡的應用4.7 計算機網絡的發(fā)展應用本章小結習題第5章 數據庫技術與數據挖掘5.1 數據庫應用案例5.2 數據庫系統(tǒng)概述5.3 數據庫應用技術5.4 數據挖掘技術本章小結習題第6章 多媒體技術及其應用6.1 多媒體技術概要6.2 醫(yī)學多媒體案例素材采集6.3 常用音頻編輯軟件6.4 圖像處理軟件Photoshop應用簡介6.5 常用視頻處理軟件6.6 醫(yī)學案例動畫制作本章小結習題第7章 計算機圖像處理基礎7.1 圖像處理概論7.2 基于MATLAB的圖像處理7.3 圖像的獲取、存儲及表示7.4 常用的圖像處理方法7.5 數字圖像處理發(fā)展趨勢本章小結習題第8章 數學建模方法及其應用基礎8.1 數學模型概述8.2 插值擬合方法8.3 模糊數學建模方法本章小結習題第9章 人工智能導論9.1 人工智能概論9.2 模型化思維9.3 知識的表示9.4 專家系統(tǒng)與機器學習9.5 人工神經網絡及其應用本章小結習題參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章 計算機基礎與硬件系統(tǒng)　　1.1 計算機概述　　1.1.1 計算機的發(fā)展簡史　　1.人類計算工具的歷史沿革　　隨著人類文明的發(fā)展，人們所使用的計算工具也逐漸從低級發(fā)展到高級。古代的人們使用石頭、貝殼、繩結等計數。唐朝末年，中國人發(fā)明了算盤，它被認為是最早的計算機，并一直使用至今。　　1642年，法國人帕斯卡發(fā)明了自動進位加法器，它是世界上第一臺機械式計算機。1674年，德國數學家萊布尼茲設計完成了自動乘法器。這些機器利用齒輪的位置來表示數據。　　1890年，赫爾曼？霍爾瑞斯根據織布機的原理發(fā)明了更好的記錄工具――穿孔卡片和可以自動統(tǒng)計數據的制表機，并且多次在美國全國人口普查中得以運用?；魻柸鹚沟母脑鞂е铝薎T巨頭IBM公司的誕生，直到今天穿孔卡片技術仍在發(fā)揮作用。　　隨著電子技術的飛速發(fā)展，計算機就開始了由機械向電子時代的過渡，電子越來越成為計算機的主體?！　≡?943年到1945年間，莫奇利和埃克特在美國賓夕法尼亞大學莫爾電子工程學院研制出了世界上第一臺電子數字積分計算機ENIAC，如圖1-1所示?！　?.電子計算機的發(fā)展　　根據所使用的電子元器件不同（圖1-2），人們將電子計算機的發(fā)展劃分為四個階段，即電子管時代、晶體管時代、中小規(guī)模集成電路時代和目前的大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路時代?！　?）第一代：電子管計算機（1946～1957年）1906年，美國工程師德？福雷斯特發(fā)明了電子真空三極管，其速度要比繼電器快成千上萬倍。這一時期的計算機主要用于數值計算，其主要特點有：　　（1）采用電子管為基本邏輯電路元件，內存儲器（簡稱內存）采用延線、磁鼓，外存儲器（簡稱外存）采用磁帶存儲器。　?。?）計算機體積龐大、功耗大、存儲量小、可靠性差、價格昂貴。　?。?）編寫程序困難。最初只能使用機器語言，后期出現了匯編語言?！　?）第二代：晶體管計算機（1958～1964年）晶體管于1947年在貝爾實驗室誕生，電子計算機由此迅速開始小型化歷程。晶體管計算機（圖1-3）除了用于數值計算外，還開始涉足數據處理和工業(yè)控制領域，其主要特點有：　?。?）采用晶體管為基本邏輯電路元件，內存儲器采用磁芯，外存儲器采用磁盤和磁鼓?！　。?）體積減小、功耗降低、可靠性增強、成本下降、速度提高?！　。?）創(chuàng)建了一系列高級程序設計語言，提出了操作系統(tǒng)思想。　　3）第三代：中小規(guī)模集成電路計算機（1965～1970年）1958年，得州儀器公司工程師基爾比研制出世界上第一塊集成電路，成功地實現了把電子器件集成在一塊半導體材料上的構想，使微處理器的出現成為了可能。第三代計算機的主要特點有：　?。?）采用中小規(guī)模集成電路為基本邏輯電路元件，內存儲器過渡到半導體存儲器?！　。?）體積更小、耗電更少、壽命更長、成本更低，并在運算速度上有了更大的提高?！　。?）提出了計算機結構化程序設計思想，出現了分時操作系統(tǒng)。　　4）第四代：大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算機（1971年至今）1971年，英特爾公司成功地在一塊12平方毫米的芯片上集成了2300個晶體管，制成了一款包括運算器、控制器在內的可編程序運算芯片，也就是我們現在所說的中央處理單元（CPU），又稱微處理器，這也是世界上第一款微處理器――4004。隨著超大規(guī)模集成電路和微處理器技術的進步，計算機開始進入尋常百姓家。目前使用的計算機都屬于第四代計算機，其主要特點有：　?。?）采用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為基本邏輯電路元件，內存采用的半導體存儲器集成度更高、容量越來越大，外存除采用磁盤外，還出現了光盤、可移動磁盤等?！　。?）計算機體積、重量、成本大幅降低，速度、可靠性均大幅提高?！　。?）出現了面向對象的計算機程序設計編程思想及可視化編程環(huán)境，各種應用軟件層出不窮，并廣泛采用了多媒體技術、數據庫技術和計算機網絡技術?！　?.1.2計算機的應用與分類　　1.計算機的應用目前，計算機的應用已滲透到人類社會的各個領域，各行各業(yè)的人都在利用計算機來解決各自的問題。從航天飛行到海洋開發(fā)，從產品設計到生產過程控制，從天氣預報到地質勘探，從疾病診療到生物工程，從自動售票到情報檢索等，都應用計算機。計算機的應用主要表現在以下幾個領域。　　1）科學計算　　科學計算亦稱數值計算，是指用計算機完成科學研究和工程技術中所提出的數學問題的計算，是計算機最早的應用領域。由于計算機具有計算速度快、計算精度高的特點，因此能夠承擔起運算量大、精度要求高、時效性強的數值計算課題，在天文、地質、生物、數學等基礎科學研究，以及空間技術、新材料研制、原子能研究等高新技術領域都占有重要的地位。　　2）數據處理數據（信息）處理是指計算機對信息記錄、整理、統(tǒng)計、加工、利用、傳播等一系列活動的總稱。信息處理是現代化管理的基礎，它不僅可應用于處理日常的事務，還能支科學的管理與決策。數據是信息的具體表現形式。隨著信息處理應用的擴大，硬件也朝著大容量存儲器和高速度、高質量輸入/輸出設備的方向發(fā)展，同時也在軟件上推動了數據庫管理系統(tǒng)、表格處理軟件、繪圖軟件以及用于分析和預測應用的軟件包的開發(fā)。信息處理是目前計算機應用最廣泛的領域?！　?）過程控制　　過程控制也被稱為實時控制，是用計算機及時采集檢測數據，按最佳值對控制對象進行自動控制或調節(jié)的過程。利用計算機進行過程控制，不僅大大提高了控制的自動化水平，而且大大提高了控制的及時性和準確性，從而能改善勞動條件，提高質量，節(jié)約能源，降低成本。過程控制系統(tǒng)是一種實時處理系統(tǒng)，對計算機的響應時間有一個較高的要求。實時處理系統(tǒng)是指計算機對輸入的信息以足夠快的速度進行處理，并在一定的時間內作出某種反映或進行某種控制?！　?）計算機輔助系統(tǒng)計　　算機輔助系統(tǒng)是指人們利用計算機運算速度快、精確度高、模擬能力強的特點，把傳統(tǒng)的經驗和計算機技術結合起來，代替人們完成復雜而繁重工作的一門技術系統(tǒng)。其主要包括計算機輔助設計、計算機輔助制造和計算機輔助教學。　　計算機輔助設計是利用計算機的計算、邏輯判斷等功能，幫助人們進行產品設計和工程技術設計。計算機輔助制造是利用計算機輔助設計的輸出信息控制、指揮生產和裝配產品。計算機輔助設計和輔助制造結合起來可直接把計算機輔助設計的產品加工出來。另外，計算機作為現代教學手段在教育領域中應用得越來越廣泛、深入。計算機輔助教學適用于很多課程，更適用于學生個性化、自主化的學習，體現了現代學習的主動性?！　?）人工智能人工智能，簡稱AI，有時也譯作“智能模擬”，因為它的主要目的是用計算機來模擬人的智能活動，即判斷、理解、學習、圖像識別、問題求解等。人工智能的應用主要有機器人（robots）、專家系統(tǒng)、模式識別、智能檢索等?！　?）計算機網絡把計算機的超級處理能力與通信技術結合起來就形成了計算機網絡。人們熟悉的全球信息查詢、郵件傳送、電子商務等都是依靠計算機網絡來實現的。計算機網絡已進入到了千家萬戶，給人們的生活帶來了極大的方便。　　7）多媒體應用多媒體計算機的出現提高了計算機的應用水平，擴大了計算機技術的應用領域，設定計算機除了能夠處理文字信息外，還能處理聲音、視頻、圖像等多媒體信息?！　?.計算機的分類　　計算機發(fā)展到今天，人們往往根據需要從不同角度對計算機進行分類，通常情況下采用以下三種分類標準進行分類?！　?）按信號類型按照處理信號的類型分類，可以分為模擬電子計算機、數字電子計算機?！　∧M電子計算機處理的電信號在時間上是“連續(xù)”的。處理問題的精度差，所有的處理過程均需模擬電路來實現，電路結構復雜、精度低、應用范圍窄、抗干擾能力差，目前已很少生產。　　數字電子計算機處理的電信號在時間上是“離散”的。在相鄰的兩個符號之間不可能有第三種符號存在。其主要特點是運算速度快、精度高、具有存儲和邏輯判斷能力。一般情況下，人們所說的計算機指的就是數字電子計算機?！　?）按功能用途按功能和用途可分為通用計算機和專用計算機?！　⊥ㄓ糜嬎銠C適用于一般科學運算、學術研究、工程設計和數據處理等廣泛用途的計算。通常我們所說的計算機都是指通用計算機。　　專用計算機是為適應某種特定目的而設計的計算機。它的針對性強、效率高、速度快、結構簡單，但不宜做其他用途?！　?）按性能規(guī)模這是常規(guī)的分類方法，所依據的性能主要包括存儲容量、運算速度等方面。根據這些性能可以將計算機分為超級計算機、大型計算機、中型計算機、小型計算機、工作站和微型計算機?！　〕売嬎銠C是目前功能最強、速度最快、價格最高的計算機。一般用于解決如氣象、航天、國防等尖端科學研究和戰(zhàn)略武器研制中的計算。超級計算機是世界高新技術領域的戰(zhàn)略制高點，是體現科技競爭力和綜合國力的重要標志。2010年，我國成功研制出首臺千萬億次超級計算機系統(tǒng)“天河一號”，如圖1-4所示?！　　疤旌右惶枴蓖度胧褂靡詠?，已對我國科研及經濟產生較為重大的影響，已在全球氣候變化研究、中國海洋生態(tài)環(huán)境研究、與人類健康相關的基因研究和重大新藥研發(fā)，以及可控核聚變研究等關乎人類生存發(fā)展的重大科研項目方面取得了先進成果。它打破了國外在高性能計算核心領域的技術封鎖和禁運政策，為解決我國經濟、國防、科技等領域的挑戰(zhàn)性問題提供了重要手段?！　〈笮陀嬎銠C一般配備在大中型機構中使用，并采用以它為中心的多終端工作模式。這類機器通常用于大型企業(yè)、商業(yè)管理或大型數據庫管理系統(tǒng)中，也可用作大型計算機網絡中的主機。圖1-5展示了IBM公司生產的一臺大型機z10。　　小型計算機的結構相對于大型機來說比較簡單，價格也較低，維護和使用也相對簡單，能支十幾個用戶同時使用，適合于廣大中小型企事業(yè)單位。　　工作站與功能較強的高檔微機之間的差別不十分明顯。與微型機相比，它通常比微型機有較大的存儲容量和較快的運算速度，而且配備大屏幕顯示器。工作站主要用于圖像處理和計算機輔助設計等領域?！　∥⑿陀嬎銠C以微處理器為核心，它最主要的特點是小巧、靈活、便宜。通常一次只能供一個用戶使用。所以微型計算機也叫個人計算機，簡稱PC機。近幾年又出現了體積更小的微機，如筆記本電腦、掌上電腦、平板電腦、智能手機等。隨著3G時代的到來，其功能會越來越強?！　?.1.3計算機發(fā)展趨勢　　由于硅芯片受物理條件的限制，使現有計算機的發(fā)展受到了影響，為了解決這個問題，科研人員仍在不斷地開發(fā)和研究新技術，一些新型的計算機技術已經開始使用，如量子計算機、光子計算機、生物計算機、納米計算機等，雖未達到成熟的階段，但是隨著計算機技術的不斷發(fā)展，這些新型技術將會越來越完善，并將在更廣泛的領域得到應用?！　?.量子計算機　　量子計算機是利用原子所具有的量子特性進行信息處理的一種全新概念的計算機。量子計算機以處于量子狀態(tài)的原子作為中央處理器和內存，遵循原子的力學特性，進行高速數學和邏輯運算、存儲與信息處理。只要數十個原子一起計算，就相當于今天一臺超級計算機的性能，使用量子計算機可以瞬間搜索整個互聯(lián)網，可以輕松破解任何密碼，因此其不僅具有高速處理數據信息的能力，還會對現有的保密體系及國家安全體系等方面產生重大的影響?！　?.光子計算機　　光子計算機利用光子代替原來電子計算機的電子，使光線和導線連接在一起，光硬件代替電子硬件，進而實現光運算。由于光子比電子速度快，光子計算機的運行速度可高達每秒一萬億次。同時它具有超大規(guī)模的信息存儲容量，其存儲量是現代計算機的幾萬倍。此外，與同類規(guī)格的電子計算機相比，光子計算機的能耗非常小，這不僅降低了電能消耗、大大減少了機器散發(fā)的熱量，而且為光子計算機的微型化和便攜化提供了便利的條件。　　3.生物計算機　　生物計算機以生物工程技術產生的蛋白質分子作為生物芯片，利用有機化合物存儲數據，其運算速度要比目前的計算機快十萬倍。它具有很強的抗電磁干擾能力，并能徹底消除電路間的干擾。它還具有巨大的存儲能力，而能量消耗僅相當于普通計算機的十億分之一。生物計算機能在生化環(huán)境下甚至能在有機體中進行工作，并能將其內在的分子和外部環(huán)境進行轉換。在現實生活中，生物計算機被廣泛地應用在醫(yī)療診治、遺傳追蹤以及生物工程上。　　4.納米計算機　　納米計算機是用納米技術研發(fā)的新型的高性能計算機。納米管原件的尺寸在幾納米到幾十納米的范圍內，質地堅固，有著極強的導電性，能代替硅芯片制造計算機。這種納米技術所占的空間小且不浪費資源，如果能將此項技術廣泛應用到計算機上，其性能將遠遠超過現在的計算機，同時也可以節(jié)省資源。這種技術符合可續(xù)發(fā)展的主題。　　1.2計算機信息的表示數據是計算機處理的對象，有數值數據和符號數據兩大類。數值數據用來表示數量的多少，包括整數、小數、浮點數等，它們一般都帶有表示數值正負的符號位。符號數據又叫非數值數據，如字母、字符、漢字、圖形、圖像、聲音、視頻等?！　?.2.1數值信息的表示　　1.計算機中數的單位在計算機內部，數據都是以二進制的形式存儲和運算的。計算機數據的表示經常使用到以下概念。　　1）位二進制數據中的一位（bit），音譯為比特，是計算機存儲數據的最小單位。一個二進制位只能表示0或l兩種狀態(tài)?！　?）字節(jié)字節(jié)（Byte），簡稱B，是計算機數據處理的最基本的單位，并主要以字節(jié)為單位解釋信息。　　1個字節(jié)由8個二進制位組成，即1B＝8bit。計算機存儲器容量大小是以字節(jié)數來度量的，經常使用的單位有B、KB、MB、GB?！　?Byte＝8bit1KB＝210B＝1024B1MB＝210KB＝220B1GB＝210MB＝220KB＝230B1TB＝210GB＝220MB＝230KB＝240B2.數制的概念數制是指多位數中每一位的構成方法以及實現從低位到高位的進位規(guī)則，也叫做進制。一個數可以用每一位數碼與其位權（或叫冪次）的多項式之和的形式表示?！　　?/pre>








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