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

第一章知識體系學(xué)習(xí)目標數(shù)據(jù)是對客觀事物的符號表示。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)形式在計算機科學(xué)中，數(shù)據(jù)是指所有能輸入到計算機并被計算機程序處理的符號總稱。數(shù)字是最簡單的數(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、第一臺計算機。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。互聯(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)繩記事遠古時代計算機數(shù)據(jù)自古就有，且無處不在。數(shù)據(jù)與生活數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式越來越多樣化，給人們的生活習(xí)慣帶來了巨大的轉(zhuǎn)變。人們在利用數(shù)據(jù)的同時，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)：信息是用來消除隨機不確定性的東西。信息的定義（1）載體依附性（2）時效性（3）共享性（4）可加工處理性、真?zhèn)涡裕?）價值性信息特征1.2信息的定義知識是人們在社會實踐中所獲得的認識和經(jīng)驗的總和，是人類在實踐中認識世界的成果。知識的定義知識是可以繼承和傳遞的。不同人構(gòu)建的知識不同。1.2知識的定義數(shù)據(jù)信息知識數(shù)據(jù)可以是數(shù)字、文字、圖像、符號等，如3.14，單獨寫在紙上，其本身沒有明確的意義。信息是數(shù)據(jù)經(jīng)過儲存、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)。人們通過歸納、演繹、比較等手段對信息進行挖掘，將萬千信息中有價值的部分沉淀下來，與已存在的人類知識體系相結(jié)合，形成知識。智慧智慧是一種更高層次的綜合能力，它是在知識的基礎(chǔ)之上，通過認識的累積，而形成的對事物的認識、遠見體現(xiàn)為一種卓越的判斷力。1.2數(shù)據(jù)、信息、知識、智慧的關(guān)系1.2數(shù)據(jù)、信息、知識、智慧的關(guān)系1.3數(shù)據(jù)采集人工方式為主；通過觀察，實驗等方式傳統(tǒng)采集方式

機器獲取為主；傳感器獲取自然信源的數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)爬蟲獲取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)現(xiàn)代采集方式網(wǎng)絡(luò)爬蟲：按照一定規(guī)則，按特定關(guān)鍵字，自動抓取網(wǎng)頁上數(shù)據(jù)的程序或腳本。傳感器：能感應(yīng)被測量（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（電信號）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)碼個數(shù)，一般來說，k進制的基數(shù)就是k，包含k個數(shù)字；權(quán)又叫權(quán)值，是指每一個數(shù)位上的1對應(yīng)的數(shù)值，可以表示為基數(shù)的若干次冪。1.3進制進制是一種記數(shù)方式，亦稱進位計數(shù)法或位值計數(shù)法。利用這種記數(shù)法，可以使用有限種數(shù)字符號來表示所有的數(shù)值。任何一種數(shù)制都包含兩個基本要素：基和權(quán)。

由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9共十個數(shù)字符號組成，同一個數(shù)字在不同位上表示不同的數(shù)值，例如33中的兩個1表示不同數(shù)值。“逢十進一”由0、1共兩個數(shù)字符號組成，同一個數(shù)字在不同位上表示不同的數(shù)值，例如11中的兩個1表示不同數(shù)值?！胺甓M一”由0、1、2、3、4、5、6、7共八個數(shù)字符號組成，同一個數(shù)字在不同位上表示不同的數(shù)值，例如22中的兩個1表示不同數(shù)值?！胺臧诉M一”由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F共16個數(shù)字符號組成，同一個數(shù)字在不同位上表示不同的數(shù)值，例如AA中的兩個1表示不同數(shù)值。“逢十六進一”1.3計算機中的進制十（D）二（B）八（O）十六（H）基礎(chǔ)知識(9)101.3二進制與十進制二進制轉(zhuǎn)十進制：按權(quán)展開求和十進制整數(shù)轉(zhuǎn)二進制：除二取余直至商為0，逆序輸出二進制與十進制232221201011（1011）2=1*20

+1*21

+0*22+1*23=(11)109214202201210=(1001)2基礎(chǔ)知識1.3二進制與八進制二進制轉(zhuǎn)八進制：從右向左，每3位二進制數(shù)按權(quán)展開相加得到1位八進制數(shù)，高位不足三位時補0八進制轉(zhuǎn)二進制：將八進制數(shù)的每一位分解成三位二進制數(shù)，如果某位沒有足夠的二進制數(shù)，則在最左邊補零。最后舍棄最高位的0二進制與八進制（11011110）2236011011110高位不足補0=（236）8372011111010（372）8=（11111010）2高位不足補0高位不足補0舍棄最高位0八進制轉(zhuǎn)十進制:按權(quán)展開求和例：(647)8=6*82+4*81+7*80=(423)10基礎(chǔ)知識1.3二進制與十六進制二進制轉(zhuǎn)十六進制：從右向左，每4位二進制數(shù)按權(quán)展開相加得到1位十六進制數(shù)，高位不足四位時補0十六進制轉(zhuǎn)二進制：十六進制數(shù)通過除2取余法，得到二進制數(shù)，對每個十六進制為四個二進制，不足時在最左邊補零。最后舍棄最高位的0二進制與十六進制（1011110）25E01011110高位不足補0=（5E）16A710100111（A7）8=（10100111）2高位不足補0十六進制轉(zhuǎn)十進制:按權(quán)展開求和例：(AF4)16=10*162+15*161+4*160=(2804)101.3數(shù)字化采樣是將信號從連續(xù)時間（空間）域上的模擬信號轉(zhuǎn)換到離散時間（空間）域上的離散信號的過程。對于同一模擬信號，采樣的時間間隔越小，采集到的信號樣本數(shù)量越多。在相同的時間內(nèi)，采樣頻率越高，采集的樣本數(shù)量越多。在對模擬信號采樣時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的連續(xù)取值近似為有限個離散值的過程量化就是將采樣到的信號用數(shù)字表示出來量化的過程是先將整個幅度劃分成有限個小幅度的集合，把落入某個范圍內(nèi)的樣值歸為一類，并賦予相同的量化值。縱坐標劃分得越細，量化就越精細，與實際數(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程。解碼是編碼的逆過程。編碼

time每隔一段時間進行一段采樣，一共采11次。例如：對音頻信號，每秒鐘音頻信號采取44100個采樣點，則采樣頻率為44100hz（赫茲)將采樣后的數(shù)據(jù)進行分段，一共分8段。采樣量化Signal將時間連續(xù)的模擬信號進行采樣，轉(zhuǎn)化為時間上離散、幅度上連續(xù)的模擬信號將信號幅度劃分若干量化等級，將采樣后模擬信號與各量化等級比較，向下取最接近的量化等級的數(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)進行分段，一共分8段。將量化的8個等級，用二進制數(shù)碼表示將信號幅度劃分若干量化等級，將采樣后模擬信號與各量化等級比較，向下取最接近的量化等級的數(shù)值1.3音頻數(shù)字化聲音的保真度的影響因素有哪些？模擬信號數(shù)字化的三個步驟是什么？若某段音頻需要表示的聲音的幅度等級為248，則聲音的量化位數(shù)為多少？10分鐘的聲音信號數(shù)字化時，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文件的大小？1.3聲音編碼存儲容量（B=采樣頻率（Hz）×量化位數(shù)（bit）×聲道數(shù)×?xí)r長（s）聲音文件大?。˙）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)字計算機的基本字符編碼系統(tǒng)，即ASCII碼，用8位二進制碼為所有英文字母（大小寫共52個）、阿拉伯數(shù)字（10個）和常用的不可見控制符（33個）以及標點符號、運算符號等（33個）建立了轉(zhuǎn)換碼，第一次將符號轉(zhuǎn)換為“0”和“1”構(gòu)成的編碼。48-57：數(shù)字0-965-90：大寫字母A-Z97-122：小寫字母a-z標準ASCII碼右7位二進制編碼最高位為0形式先列后行二進制轉(zhuǎn)十進制（01000001）2=1×26+1×20=（65）101.3字符編碼1.3字符編碼輸入內(nèi)部處理機內(nèi)碼（二進制編碼）輸出如通過鍵盤進行英文、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（國標碼）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黑條和白條，按照一定的編碼規(guī)則排列，用以表達一組信息的圖形標識符。目前國際上有多種條形碼編碼方式，圖1.3.6為我國普遍采用的EAN13條形碼。這種條形碼由13位數(shù)字組成，前3位數(shù)字表示國家代碼，圖中的“690”表示中國大陸地區(qū)。最后一位叫校驗碼，用來檢查掃描到的數(shù)字是不是有錯誤，這個數(shù)字由前12位數(shù)字按一定規(guī)律計算得到。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)符號信息，二維碼的信息存儲量更大，功能也更加強大。不隨意掃描非官方的二維碼或安裝未經(jīng)驗證的應(yīng)用，是信息社會的基本常識。二維碼

1.3圖像編碼位圖圖像（圖像）特點放大后會失真會有多個像素點，每個像素點的顏色值可以用二進制表示。矢量圖（圖形）特點放大后不會失真，文件大小與圖形的大小無關(guān)用點、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。存儲容量=總像素×顏色位深度（單位：位）①總像素→水平像素點的個數(shù)×垂直像素點的個數(shù)。5×5②顏色位深度→每個像素點所占的位數(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→水平像素點的個數(shù)×垂直像素點的個數(shù)。8×8②顏色位深度→每個像素點所占的位數(shù)→圖像的顏色數(shù)2位4種顏色存儲容量=8×8×2位

1.3圖像編碼存儲容量=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特定的壓縮技術(shù)對視頻進行壓縮。常見的視頻編碼方式有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等

1.3視頻編碼數(shù)據(jù)管理是利用計算機硬件和軟件技術(shù)對數(shù)據(jù)進行有效收集、存儲、處理和應(yīng)用的過程，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)庫管理數(shù)據(jù)管理的三個階段利用數(shù)據(jù)庫管理計算機中數(shù)據(jù)的意義：

①解決數(shù)據(jù)冗余的問題。

②解決維護、更新數(shù)據(jù)時需要大量的人工干預(yù)的問題。在計算機中，數(shù)據(jù)一般以文件形式存儲。計算機