《2009信息算法绪论前沿.pptVIP

本讲的三个目的 1.认识信息与数字的关系 2.认识计算机 3.算法在计算机中的地位 信息学科的四个层次 哲学 科学 技术 应用 第一层次 哲学与历史 何为信息？ 信息是事物及其过程的一种属性 信息过程分为：检测、传输、存储、处理、表达五个环节，其中三个环节值得我们重视，因为人的科学技术着重于此 生命的基础在于信息 人的原始信息状态： 人类的优越感 我们没有豹的腿 我们没有熊的臂 我们没有鹰的眼 我们没有鱼的鳍 在万物生灵之中，我们的力量、速度、敏感性都不是最优秀的，但是… 一条新闻，给了我们如此大的优越感 感谢上苍！ 您给予我们人类伟大的创造力！ 人类创造的能量工具 提升人的力量：起重机，水压机 提升人的速度：汽车、火车、磁悬浮列车 敢上九天揽月：飞机、宇宙飞船 敢下五洋捉鳖：轮船、潜水艇 我们创造的能量工具是我们远远超越了大自然的赋予我们的自然体能，超越了一切其他生灵 具有历史意义的现象:数字化大转移 世纪之交的信息技术大转移：数字化大转移 时间：世纪之交前后50年 50年前开始，50年后成熟，信息领域数字技术一统天下 目前正是转移的高峰期： 数字控制、数字录音、数据通讯（目前主干，即将用户）、数字计算、数字电视、数字广播、数字相机、数字摄像、数字城市、数字流域、数字地球 ……... 数字化生存 50年后，不是数字的信息产品很难见到(成熟) 历史的相似：百年前能量领域向电气化转移 发电、送电、用电（电灯、电机…….) 目前，电气化已经成熟 在能量领域，电已占据了统治地位 “电”与“数字”的对比 电：人类找到的最佳能量媒介 各种能量形式-----电-------各种能量形式 主要优点： 转换最方便，传输最方便 数字：人类找到的最佳信息媒介 各种信息形式----数字---各种信息形式 主要优点： 转换最方便，处理、存储、传输最方便 数字的神奇力量the power of data 可与各种信息形式进行转化 （人能接受的信息：文字、声音、图形、图像、视频；触觉？嗅觉？味觉？ ；机器能接受的信息：电流、电压等） 可表达人的思想、办法、事物的规律 （程序的巨大能力） 可以单一的形式进行处理、传输、存储，全方位表达信息 (任何数字设备都是相似的，数字技术原理极为简单） 第二层次 科学基础 什么是信息科学的牛顿定律？ 计算的理论基础：图灵机 希尔伯特问：存不存在一个解决所有数学问题的一般算法？ 图灵答道：有！ 图灵理论的俗解： 如果不考虑时间，只要按某种规律对bit进行序列变换（处理），就能在理论上解决任何数学计算问题！（除了不可解问题） 这个理论指明了bit的强大功能，也包含了计算机的设计思想（简单的图灵机在理论上可以解决最强的计算机的问题，结果一样）。 计算并非信息科学的全部，还有传输和存储 图灵机中无限长的带子意味着什么？ （存储和传输） 关于存储和传输的理论基础： 香农的信息论：信息量的度量，信道容量，编码理论等 数字的力量到底有多大？后图灵理论（推论） 只要对bit进行处理、传输、存储，就能解决一切信息问题！ 只要处理和传输的速度足够快，存储的容量足够大，一切信息问题都能解决！（理论上存在着这样的可能性） 形象理解数字信息科学的三要数 科学的结论： 只要进行三件事，一切信息问题可以解决： 1.处理：按照一定的规律对0，1 序列进行变换（0，1互变，或不变） 2.传输：将0，1的集合从空间的一个点传输到另一个点 3.存储：将0，1的集合在时间轴上稳态的保持不变，并在需要的时候读取出来 第三层次 工程技术 数字信息技术的总轮廓（三步舞曲） 第一步：现实域－－数字域 第二步：数字域三种简单的操作 　　处理（计算），传输，存储 第三步：数字域－－现实域　　 数字域的三种简单操作可以由不同的技术来实现 手动式：算盘 机械式：帕斯卡的齿轮计算器，巴贝奇的微分机 机电式：继电器 电子式: 真空管、半导体(分离式,集成式),电线(传输), 磁存储 光子式: 光开关\光逻辑,光传输(光纤),光存储 量子式: 量子态计算,量子通讯 生物式: 生物计算, 存储 硬件新定义 硬件：对数字操作的机器系统 不论多么复杂的硬件系统，基本原理极为简单 即:操作数字! 数字硬件：对数字进行处理、传输、和存储的硬件 转换硬件：将各种形式的信息转换为数字信息，或者将数字信息转换为各种形式的硬件（图像、声音、文字输入输出设备，目前重要的设备是显示器） 数字域的三种操作 处理：CPU, DSP, ASIC, FPGA, Ga