第2章_信息及信息系统

王 越 中国科学院院士、中国工程院院士 北京理工大学,第二章 信息及信息系统,2,内容,信息 信息系统 信息科技与信息系统的发展是人类永恒的主题之一 信息科技与信息系统发展的庞大支持体系 几种典型的信息系统举例,3,信息,“梦断美人沉信息，目穿长路倚楼台” 有一位诗人名叫李申的人写了一首七言绝句诗，诗云“梦断美人沉信息，目穿长路倚楼台” ，经考证这是世界上第一例涉及“信息”，出现“信息”一词之历史记载。 仙农教授 有关“信息”定义解释之详细记载，直到1948年参考了热力学熵的含义给出了“信息”之定义和定量描述。,4,信息的内涵与定义,直到1948年美国Shannon（仙农）教授针对通信领域，通过信号传输进而获得信息的过程，提出“信息”是不确定性的消除，借助于物理学“熵”概念定量地表示信息。 这是信息科技领域发展的一个里程碑,5,信息的内涵与定义,“信息是客观事物运动状态的表征和描述”，其中“表征”是客观存在的表征，而描述是人为的。 “信息”的重要意义在于客观存在，与人认识实践结合，进而与人类生存发展相结合，所以信息领域科技的发展体现了客观与人类主观相结合的一个重要方面。 对人而言，“获得信息”最基本的机理是映射（借助数学语言），即由客观存在的事物运动状态，经人的感知功能及脑的认识功能进行概括抽象形成“认识”，这过程就是“获得信息”，是一个由“客观存在”到人类主观认识的“映射”。 它必定是由反映各层次各剖面不同时段动态特征的信息片段组成，这是“信息”内部结构最基本的内涵。,6,信息的表征,“信息”的客观表征非常广泛，因其源于各种各样运动状态的特征，故信息的表征就是各种各样的“特殊性的表现”，也可认为“特征的表现”。 人还创造了“符号”来描述信息、记录信息、传递和交流、以研究利用“信息”，很多情况下，人是通过符号认识信息的。,7,信息的特征,“信息”的存在形式特征（直接层次） “信息”不守恒、可复制性、多次复用性、共享性、时间空间维有限度尺度 第二层次-人的理解利用“信息”层次特征 真实性、层次剖面特性、主体对象的信息选择性、附加义特征 四元组概略表达信息，以助于对“信息”认识和利用 I（信息）=特征域特征，空间域特征，时间域特征，变化率特征 “信息”组成的信息集群（信息作品）,8,人类感知之信息媒体,9,人类传递、利用信息之历程,10,信息系统,帮助人们获得信息、传输信息、处理信息和利用信息的系统，是服务于人的一种工具。“服务”这词有广泛且越来越广泛的含义。,11,信息系统的系统理论特征,现代信息系统往往叠套多个交织之子系统。如现代信息系统包括卫星通信系统，公共骨干通信网，移动通信等组成，而卫星信通信系统又包括卫星(又包括转发器，卫星资态控制、太阳能电池系统，转发器再分子系统)，地面中心系统(包括地面控制分系统、上行信道等等)，小型用户地面站(再分子系统等)，移动通信系统、公共骨干通信网都是由多层子系统组成。 信息系统作为人类社会存在为人服务之系统，伴随社会进化而发展，并起积极作用共同进化，而且越发展越复杂高级。 每一种信息系统，当其研发成完后都不断局部改进(量变阶段)，当改进已不能适应情况下，则要发展一新型号(一种质变)，如此循环一定程度后，会发生更大结构性质变(系统体制变化)，如通信系统中之交换机变为程控式为体制变化，现又往“路由式”变化，也是体制变化，这种变化发展“永不停止”的。 每一种信息系统之存在发展都有一定的约束，新发展又会产生新约束，也会产生新矛盾，如性能提高算一种“获得”，得到它必付出一定的“代价”。,12,信息系统的功能组成,任何信息系统都是由下列部分交织或选择交织而组成。 信息的获取部分 信息的存贮部分 信息的传输部分 信息的交换部分 信息的变换处理部分 信息的管理控制部分 各部份都有以下特征 软硬件相结合、离散型数字与连续模拟相结合、各种功能部分交织融合支持形成主功能部分，如存贮部分内含处理部分，管理控制部分内含存贮、处理部分等。以上各部分发展都密切关联科学领域的新发现，技术领域的创新，延伸至经济相关领域的发展，以及科技经济领域的互动。,13,信息系统发展的基本情况,人类感知信息的种类及重要性,14,信息系统发展的基本情况,人对电磁（含光电）媒体利用的发展,15,信息系统发展的基本情况,永存的矛盾和正反向作用 信息科技、系统的发展是溶入人类进步过程中的共同进化，即是一种自组织的系统进化，人类存于自然中、在自然中发展并溶入自然中，即人类社会的内部环境与外部环境的多层次复杂的相互作用（包括结构内相互作用）形成了复杂的动态“关系”，每层次都有主要“关系”，其主宰方面决定了该层次的主要性质，这种性质在复杂的相互作用中又是在变化、演变着，这体现了人类内部，人类与自然界的对立统一矛盾运动，也是发展的根源 矛盾还体现在复杂性与同一类范畴的结合表现为一种“存在”，却可在应用中体现不同后果，如在软件设计中为了纠正不可避免的设计错误，常留有打“补丁”的“入口”，可使修正程序与原软件程序结合，这“入口”同样为黑客进行病毒程序的执行传播提供了方便，同样数字签名在电子商务运动中不可缺少，但同时被冒用会引起安全问题 矛盾的演化发展还体现在出现没有过的新矛盾，矛盾的范围会进一步交织扩大，例如信息系统用于电子商务引发了信息科技与法学的交织，计算机网络发展中安全问题引发了刑法学及刑法的变动和发展。 总之，永远普遍存在的对立统一矛盾，及正反向作用的斗争是信息科技、系统发展的根源。,16,信息系统发展的极限目标,任何人在任何地点、任何时间、任何情况下都能安全、方便获得信息与利用信息（越价廉越好）。这是个永远不可能完成的极限，因其内部存在对立统一的矛盾，正是这些矛盾促使信息系统不断发展。普遍矛盾范畴，如相对与绝对、个体与整体、自由与约束、有限与无限等在信息系统的体现及其它时间空间的斗争展开，一方面体现系统功能不完善，一方面体现发展根源，例如极重要的信息在利用信息系统功能时要求“绝对安全”，但事实上只有相对性的安全，“安全措施”与反安全措施斗争就是上述体现之一。,17,信息科技与信息系统的发展是人类永恒的主题之一,理论上的论述 人类进化的整体概念为“认识”与“实践”，认识是通过“信息”认识包括人认识自己的发展。 现代人的主要进化方式主要基于：新规律的发现、知识的积累应用、新工具的发明创造、工具的改进。而获得信息是以上进化方式的最根本前提。同时各类信息系统是人类最重要的一类工具。,18,信息科技与信息系统的发展是人类永恒的主题之一,信息科技与系统是具有普适性的“增强剂”和“催化剂”作用 信息系统广泛为人类服务，按用途划分可分为 信息科研系统、社会发展信息系统、国家安全政府管理信息系统、社会公共服务信息系统、经济发展及企业营销信息系统、家庭个人信息系统、嵌入信息分系统,19,信息科技与信息系统发展的庞大支持体系,学科支持体系 基础层次：自然哲学、语言语义学、数学、物理、化学、生物学（有关部分）。 前沿交叉基础层次：信息理论科学、系统科学、控制科学、认知科学等。 专业基础层次：电子学、光电子学、微电子等数字与计算机科学技术、信息及信号处理、生物信息学。 专业学科层次：多种学科领域，如通信、遥感、微电子、光电子器件设计制造等。 发展各层次的社会支持 基础层次：国家计划、主要在高校、国家专门基金支持、基础科研机构。 应用基础层次：1015中长期预先(同上)；5年期预先支持，同上及大型强实力企业；应用研究与发展，企业为主、国家支持为辅，企业研发机构为主。 应用层次：企业支持、企业研发机构为主（市场应用与支持、保障支持等）。,20,几种典型的信息系统举例,国防信息系统 “知彼知己”中的核心因素，“嵌入”作用更加明显。信息系统交织融合形成信息体系嵌入作战体系。技术与军事的紧密结合：军事战略方针，不对称作战的需要，我军作战优势的发挥，信息科技的重要保证作用,21,几种典型的信息系统举例,民用信息系统近期发展 家庭用（个人用）信息系统 计算机网络高端核心产品及安全产品系列 专用计算机网络的关键设备及相应应用软件 三代移动通信有自主知识产权的关键芯片及系统 各种其他用途（除计算机）微电子芯片（含SOC等）,22,信息领域高科技企业的一些基本概念讨论,信息高科技领域发展奇快效益不菲吸引人，但应知道发展奇快说明了一方面近期仍有很大发展空间，另方面意味着尚不成熟，处在不稳定阶段 高效率吸引了投资、生产制造、经营、服务等各方面大量参与，形成了强烈的竞争， 对于基础性设施，应较大程度留有发展余地，提前于现实状态 不要轻信市场宣传者、本领域专家、广告等的片面、极端化、过激的宣传,23,习题,信息的定义如何？其内涵是什么？ 信息的特征是什么？人类利用信息的发展历程如何