必修一第一章數(shù)據(jù)與信息-高中信息技術(shù)浙教版2019

數(shù)據(jù)與信息

第一章知識(shí)體系學(xué)習(xí)目標(biāo)數(shù)據(jù)是對(duì)客觀事物的符號(hào)表示。是信息的載體。數(shù)據(jù)的定義

文字、圖形、圖像、音頻、視頻等。數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，數(shù)據(jù)是指所有能輸入到計(jì)算機(jī)并被計(jì)算機(jī)程序處理的符號(hào)總稱(chēng)。數(shù)字是最簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)。1.1數(shù)據(jù)造紙術(shù)和印刷術(shù)、攝影術(shù)、留聲機(jī)、第一臺(tái)計(jì)算機(jī)。這些大小不一、數(shù)量不同的繩結(jié)是數(shù)據(jù)。文字和數(shù)字的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)以更加明確的形式被記錄下來(lái)?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，加速了數(shù)據(jù)的傳輸與處理原始人就用石器或骨器在墻壁上刻畫(huà)圖案1.1數(shù)據(jù)及其演變楔形文字各種發(fā)明結(jié)繩記事遠(yuǎn)古時(shí)代計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)自古就有，且無(wú)處不在。數(shù)據(jù)與生活數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式越來(lái)越多樣化，給人們的生活習(xí)慣帶來(lái)了巨大的轉(zhuǎn)變。人們?cè)诶脭?shù)據(jù)的同時(shí)，自身的行為也在產(chǎn)生數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)與科學(xué)科學(xué)研究離不開(kāi)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的客觀性為科學(xué)研究提供了可靠依據(jù)1.1數(shù)據(jù)與生活科學(xué)信息論奠基者香農(nóng)：信息是用來(lái)消除隨機(jī)不確定性的東西。信息的定義（1）載體依附性（2）時(shí)效性（3）共享性（4）可加工處理性、真?zhèn)涡裕?）價(jià)值性信息特征1.2信息的定義知識(shí)是人們?cè)谏鐣?huì)實(shí)踐中所獲得的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的總和，是人類(lèi)在實(shí)踐中認(rèn)識(shí)世界的成果。知識(shí)的定義知識(shí)是可以繼承和傳遞的。不同人構(gòu)建的知識(shí)不同。1.2知識(shí)的定義數(shù)據(jù)信息知識(shí)數(shù)據(jù)可以是數(shù)字、文字、圖像、符號(hào)等，如3.14，單獨(dú)寫(xiě)在紙上，其本身沒(méi)有明確的意義。信息是數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)儲(chǔ)存、分析及解釋后所產(chǎn)生的意義，通常是在某一特定情境脈絡(luò)下的具體呈現(xiàn)。人們通過(guò)歸納、演繹、比較等手段對(duì)信息進(jìn)行挖掘，將萬(wàn)千信息中有價(jià)值的部分沉淀下來(lái)，與已存在的人類(lèi)知識(shí)體系相結(jié)合，形成知識(shí)。智慧智慧是一種更高層次的綜合能力，它是在知識(shí)的基礎(chǔ)之上，通過(guò)認(rèn)識(shí)的累積，而形成的對(duì)事物的認(rèn)識(shí)、遠(yuǎn)見(jiàn)體現(xiàn)為一種卓越的判斷力。1.2數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)、智慧的關(guān)系1.2數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)、智慧的關(guān)系1.3數(shù)據(jù)采集人工方式為主；通過(guò)觀察，實(shí)驗(yàn)等方式傳統(tǒng)采集方式

機(jī)器獲取為主；傳感器獲取自然信源的數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)獲取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)現(xiàn)代采集方式網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)：按照一定規(guī)則，按特定關(guān)鍵字，自動(dòng)抓取網(wǎng)頁(yè)上數(shù)據(jù)的程序或腳本。傳感器：能感應(yīng)被測(cè)量（物理量，化學(xué)量，生物量等）并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)（電信號(hào)）的器件和裝置?；c權(quán)基又叫基數(shù)，是組成該數(shù)制的數(shù)碼個(gè)數(shù)，一般來(lái)說(shuō)，k進(jìn)制的基數(shù)就是k，包含k個(gè)數(shù)字；權(quán)又叫權(quán)值，是指每一個(gè)數(shù)位上的1對(duì)應(yīng)的數(shù)值，可以表示為基數(shù)的若干次冪。1.3進(jìn)制進(jìn)制是一種記數(shù)方式，亦稱(chēng)進(jìn)位計(jì)數(shù)法或位值計(jì)數(shù)法。利用這種記數(shù)法，可以使用有限種數(shù)字符號(hào)來(lái)表示所有的數(shù)值。任何一種數(shù)制都包含兩個(gè)基本要素：基和權(quán)。

由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9共十個(gè)數(shù)字符號(hào)組成，同一個(gè)數(shù)字在不同位上表示不同的數(shù)值，例如33中的兩個(gè)1表示不同數(shù)值?！胺晔M(jìn)一”由0、1共兩個(gè)數(shù)字符號(hào)組成，同一個(gè)數(shù)字在不同位上表示不同的數(shù)值，例如11中的兩個(gè)1表示不同數(shù)值。“逢二進(jìn)一”由0、1、2、3、4、5、6、7共八個(gè)數(shù)字符號(hào)組成，同一個(gè)數(shù)字在不同位上表示不同的數(shù)值，例如22中的兩個(gè)1表示不同數(shù)值?！胺臧诉M(jìn)一”由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F共16個(gè)數(shù)字符號(hào)組成，同一個(gè)數(shù)字在不同位上表示不同的數(shù)值，例如AA中的兩個(gè)1表示不同數(shù)值。“逢十六進(jìn)一”1.3計(jì)算機(jī)中的進(jìn)制十（D）二（B）八（O）十六（H）基礎(chǔ)知識(shí)(9)101.3二進(jìn)制與十進(jìn)制二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制：按權(quán)展開(kāi)求和十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)二進(jìn)制：除二取余直至商為0，逆序輸出二進(jìn)制與十進(jìn)制232221201011（1011）2=1*20

+1*21

+0*22+1*23=(11)109214202201210=(1001)2基礎(chǔ)知識(shí)1.3二進(jìn)制與八進(jìn)制二進(jìn)制轉(zhuǎn)八進(jìn)制：從右向左，每3位二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)相加得到1位八進(jìn)制數(shù)，高位不足三位時(shí)補(bǔ)0八進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制：將八進(jìn)制數(shù)的每一位分解成三位二進(jìn)制數(shù)，如果某位沒(méi)有足夠的二進(jìn)制數(shù)，則在最左邊補(bǔ)零。最后舍棄最高位的0二進(jìn)制與八進(jìn)制（11011110）2236011011110高位不足補(bǔ)0=（236）8372011111010（372）8=（11111010）2高位不足補(bǔ)0高位不足補(bǔ)0舍棄最高位0八進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制:按權(quán)展開(kāi)求和例：(647)8=6*82+4*81+7*80=(423)10基礎(chǔ)知識(shí)1.3二進(jìn)制與十六進(jìn)制二進(jìn)制轉(zhuǎn)十六進(jìn)制：從右向左，每4位二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)相加得到1位十六進(jìn)制數(shù)，高位不足四位時(shí)補(bǔ)0十六進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制：十六進(jìn)制數(shù)通過(guò)除2取余法，得到二進(jìn)制數(shù)，對(duì)每個(gè)十六進(jìn)制為四個(gè)二進(jìn)制，不足時(shí)在最左邊補(bǔ)零。最后舍棄最高位的0二進(jìn)制與十六進(jìn)制（1011110）25E01011110高位不足補(bǔ)0=（5E）16A710100111（A7）8=（10100111）2高位不足補(bǔ)0十六進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制:按權(quán)展開(kāi)求和例：(AF4)16=10*162+15*161+4*160=(2804)101.3數(shù)字化采樣是將信號(hào)從連續(xù)時(shí)間（空間）域上的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換到離散時(shí)間（空間）域上的離散信號(hào)的過(guò)程。對(duì)于同一模擬信號(hào)，采樣的時(shí)間間隔越小，采集到的信號(hào)樣本數(shù)量越多。在相同的時(shí)間內(nèi)，采樣頻率越高，采集的樣本數(shù)量越多。在對(duì)模擬信號(hào)采樣時(shí)提高采樣頻率能提高保真度。采樣

1.3數(shù)字化量化是指將信號(hào)的連續(xù)取值近似為有限個(gè)離散值的過(guò)程量化就是將采樣到的信號(hào)用數(shù)字表示出來(lái)量化的過(guò)程是先將整個(gè)幅度劃分成有限個(gè)小幅度的集合，把落入某個(gè)范圍內(nèi)的樣值歸為一類(lèi)，并賦予相同的量化值。縱坐標(biāo)劃分得越細(xì)，量化就越精細(xì)，與實(shí)際數(shù)據(jù)也越接近量化1.3數(shù)字化編碼是信息按照某種規(guī)則或格式，從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式的過(guò)程。解碼是編碼的逆過(guò)程。編碼

time每隔一段時(shí)間進(jìn)行一段采樣，一共采11次。例如：對(duì)音頻信號(hào)，每秒鐘音頻信號(hào)采取44100個(gè)采樣點(diǎn)，則采樣頻率為44100hz（赫茲)將采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段，一共分8段。采樣量化Signal將時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)化為時(shí)間上離散、幅度上連續(xù)的模擬信號(hào)將信號(hào)幅度劃分若干量化等級(jí)，將采樣后模擬信號(hào)與各量化等級(jí)比較，向下取最接近的量化等級(jí)的數(shù)值1.3音頻數(shù)字化time采樣量化Signal模擬音頻數(shù)字化001010011100101110111000編碼將采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段，一共分8段。將量化的8個(gè)等級(jí)，用二進(jìn)制數(shù)碼表示將信號(hào)幅度劃分若干量化等級(jí)，將采樣后模擬信號(hào)與各量化等級(jí)比較，向下取最接近的量化等級(jí)的數(shù)值1.3音頻數(shù)字化聲音的保真度的影響因素有哪些？模擬信號(hào)數(shù)字化的三個(gè)步驟是什么？若某段音頻需要表示的聲音的幅度等級(jí)為248，則聲音的量化位數(shù)為多少？10分鐘的聲音信號(hào)數(shù)字化時(shí)，采樣頻率為44.1Khz，量化位數(shù)為8且是雙聲道，求該聲音文件未壓縮時(shí)文件的大??？1.3聲音編碼存儲(chǔ)容量（B=采樣頻率（Hz）×量化位數(shù)（bit）×聲道數(shù)×?xí)r長(zhǎng)（s）聲音文件大小（B）采樣頻率、量化位數(shù)、聲道數(shù)采樣、量化、編碼844.1*1000*8*2*10*60/81.3字符編碼1ASCII碼（單字節(jié)碼）1960年，香農(nóng)創(chuàng)立了數(shù)字計(jì)算機(jī)的基本字符編碼系統(tǒng)，即ASCII碼，用8位二進(jìn)制碼為所有英文字母（大小寫(xiě)共52個(gè)）、阿拉伯?dāng)?shù)字（10個(gè)）和常用的不可見(jiàn)控制符（33個(gè)）以及標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、運(yùn)算符號(hào)等（33個(gè)）建立了轉(zhuǎn)換碼，第一次將符號(hào)轉(zhuǎn)換為“0”和“1”構(gòu)成的編碼。48-57：數(shù)字0-965-90：大寫(xiě)字母A-Z97-122：小寫(xiě)字母a-z標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼右7位二進(jìn)制編碼最高位為0形式先列后行二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制（01000001）2=1×26+1×20=（65）101.3字符編碼1.3字符編碼輸入內(nèi)部處理機(jī)內(nèi)碼（二進(jìn)制編碼）輸出如通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行英文、漢字輸入法編碼常用拼音碼、五筆字形碼如漢字字模碼輸入輸出輸入交換碼（國(guó)標(biāo)碼）2漢字編碼（雙字節(jié)碼）1.3條形碼條形碼（barcode）是將寬度不等的多個(gè)黑條和白條，按照一定的編碼規(guī)則排列，用以表達(dá)一組信息的圖形標(biāo)識(shí)符。目前國(guó)際上有多種條形碼編碼方式，圖1.3.6為我國(guó)普遍采用的EAN13條形碼。這種條形碼由13位數(shù)字組成，前3位數(shù)字表示國(guó)家代碼，圖中的“690”表示中國(guó)大陸地區(qū)。最后一位叫校驗(yàn)碼，用來(lái)檢查掃描到的數(shù)字是不是有錯(cuò)誤，這個(gè)數(shù)字由前12位數(shù)字按一定規(guī)律計(jì)算得到。條形碼

1.3二維碼二維條碼/二維碼是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面上（二維方向）分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息，二維碼的信息存儲(chǔ)量更大，功能也更加強(qiáng)大。不隨意掃描非官方的二維碼或安裝未經(jīng)驗(yàn)證的應(yīng)用，是信息社會(huì)的基本常識(shí)。二維碼

1.3圖像編碼位圖圖像（圖像）特點(diǎn)放大后會(huì)失真會(huì)有多個(gè)像素點(diǎn)，每個(gè)像素點(diǎn)的顏色值可以用二進(jìn)制表示。矢量圖（圖形）特點(diǎn)放大后不會(huì)失真，文件大小與圖形的大小無(wú)關(guān)用點(diǎn)、直線或者多邊形等基于數(shù)學(xué)方程的幾何圖元表示的圖像。存儲(chǔ)容量=總像素×顏色位深度（單位：位）①總像素→水平像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)×垂直像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)。5×5②顏色位深度→每個(gè)像素點(diǎn)所占的位數(shù)→圖像的顏色數(shù)黑白圖像：1位2種顏色

存儲(chǔ)容量=5×5×1位01010101011010

01101110

1

01

1.3圖像編碼333333333222222332111123321001233210012332111123322222233333333311111111111111111110101010101011111001010101101111100100000110111110010000011011111001010101101111101010101010111111111111111111①總像素→水平像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)×垂直像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)。8×8②顏色位深度→每個(gè)像素點(diǎn)所占的位數(shù)→圖像的顏色數(shù)2位4種顏色存儲(chǔ)容量=8×8×2位

1.3圖像編碼存儲(chǔ)容量=總像素×顏色位深度（單位：位）靜態(tài)的圖像連續(xù)播放就形成視頻視頻的編碼一般是指通過(guò)特定的壓縮技術(shù)對(duì)視頻進(jìn)行壓縮。常見(jiàn)的視頻編碼方式有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等

1.3視頻編碼數(shù)據(jù)管理是利用計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效收集、存儲(chǔ)、處理和應(yīng)用的過(guò)程，其目的在于充分、有效地發(fā)揮數(shù)據(jù)的作用。數(shù)據(jù)管理的定義

人工管理、文件管理和數(shù)據(jù)庫(kù)管理數(shù)據(jù)管理的三個(gè)階段利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的意義：

①解決數(shù)據(jù)冗余的問(wèn)題。

②解決維護(hù)、更新數(shù)據(jù)時(shí)需要大量的人工干預(yù)的問(wèn)題。在計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)一般以文件形式存儲(chǔ)。計(jì)算機(jī)