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第一章《信息化基础知识》

一、信息与信息化

在充满前所未有的创新活力的同时，信息化正以更快地速度推进生产力的发展，围绕智能制造、云计算、网络空间、移动互联、工业互联、大数据、信息安全等领域的竞争态势和展现出的技术水平，代表着一个国家的信息能力。

（一）信息

1.信息的基本概念

信息（ information）是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式，客观世界中大量地存在、产生和传递着以这些方式表示出来的各种各样的信息。

2.本体论信息概念

事物的本体论信息，就是事物的运动状态和状态变化方式的自我表述。所谓得到了某个事物的本体论信息，就是知道了这个事物处在什么样的运动状态，以及这个运动状态会按照什么方式发生变化。

3.认识论信息概念

主体关于某个事物的认识论信息，就是主体对于该事物的运动状态以及状态变化方式的具体描述，包括对于它的“状态和方式”的形式、含义和价值的描述。由于引入了主体的因素，认识论信息的内涵变得比本体论信息更丰富了。所谓得到了某个事物的认识论信息，就是不仅知道了这个事物的运动状态和状态变化方式的表现形式，而且知道了这种“状态和方式”的含义以及它们对主体的价值。

4.信息的定量描述

香农被称为是“信息论之父”。通常将香农于1948年10月发表的论文《通信的数学理论》(A Mathematical Theory of Communication)作为现代信息论研究的开端。香农用概率来定量描述信息，给出了如下公式:

$H(X)=- \sum _{i}^{}P_{i}\log_{P_{i}}$

H(x)表示事件X的信息嫡，pi事件出现第i种状态的概率，在二进制的情况下，对数的底是2，此时信息嫡可以作为信息的度量，称为信息量，单位是比特(bit)。在没有任何先验知识的基础上，人们对明天是否刮风，风力最大有多大是完全未知的，假如风力定义为从О级一直到7级，那么明天刮风这一事件的信息量是多大呢﹖由于没有先验知识，所以明天刮风出现最大风力为任何一个风力级别的概率是一样的，都是1/8，根据上述公式可以计算出明天刮风这一事件的信息量是 3bit。为便于计算机处理，可以用3位二进制数来表示，即可用000，001，010，011，100，101，110，111来描述明天的刮风事件。当明天没有来临时，刮风事件具有不确定性，这个不确定性定义为信息，而明天刮风事件一旦发生了，这种不确定性就消除了，因此信息还可以理解为消除不确定性的种度量。

5.信息的传输模型

信息是有价值的一种客观存在。信息技术主要为解决信息的采集、加工、存储、传输、处理、计算、转换、表现等问题而不断发展。信息的传输技术（通常指通信、网络等）是信息技术的核心。

信息的传输模型如下图1-1所示。

1）信源

产生信息的实体，信息产生后，由这个实体向外传播；

2）信宿

信息的归宿或接受者；

3）信道

传送信息的通道，如TCP/IP网络；

4）编码器

在信息论中是泛指所有变换信号的设备，实际上就是终端机的发送部分。它包括从信源到信道的所有设备，如量化器、压缩编码器、调制器等，使信源输出的信号转换成适于信道传送的信号；

5）译码器

是编码器的逆变换设备，把信道上送来的信号（原始信息与噪声的叠加）转换成信宿能接受的信号，可包括解调器、译码器、数模转换器等；

6）噪声

噪声可以理解为干扰，干扰可以来自于信息系统分层结构的任何一层，当噪声携带的信息大到一定程度的时候，在信道中传输的信息可以被噪声淹没导致传输失败。

总的来说，信息系统的基本规律应包括信息的度量、信源特性和信源编码、信道特性和信道编码、检测理论、估计理论以及密码学。

6.信息的质量属性

信息反映的是事物或者事件确定的状态，具有客观性、普遍性等特点，由于获取信息满足了人们消除不确定性的需求，因此信息具有价值，而价值的大小取决于信息的质量，这就要求信息满足一定的质量属性，包括:

1）精确性

对事物状态描述的精准程度；

2）完整性

对事物状态描述的全面程度，完整信息应包括所有重要事实；

3）可靠性

指信息的来源、采集方法、传输过程是可以信任的，符合预期；

4）及时性

指获得信息的时刻与事件发生时刻的间隔长短。昨天的天气信息不论怎样精确、完整，对指导明天的穿衣并无帮助，从这个角度出发，这个信息的价值为零；

5）经济性

指信息获取、传输带来的成本在可以接受的范围之内；

6）可验证性

指信息的主要质量属性可以被证实或者证伪的程度；

7）安全性

指在信息的生命周期中，信息可以被非授权访问的可能性，可能性越低，安全性越高。

（二）信息系统

1.系统的基本概念

系统是指由一系列相互影响、相互联系的若干组成部件，在规则的约束下构成的有机整体，这个整体具有其各个组成部件所没有的新的性质和功能，并可以和其他系统或者外部环境发生交互作用。

系统在接受外部信息，并向系统外部输出信息或对外部环境发生作用的过程中所表现出来的效能或者特征，就是系统的功能。

一般而言，系统具有以下几个特点:

1）目的性

定义一个系统、组成一个系统或者抽象出一个系统，都有明确的目标或者目的，目标性决定了系统的功能。

2）可嵌套性

系统可以包括若干子系统，系统之间也能够耦合成一个更大的系统，组成系统的部件也可以是系统。这个特点便于对系统进行分层、分部管理、研究或者建设。

3）稳定性

系统的稳定性是指:受规则的约束，系统的内部结构和秩序应是可以预见的;系统的状态以及演化路径有限并能被预测;系统的功能发生作用导致的后果也是可以预估的。稳定性强的系统使得系统在受到外部作用的同时，内部结构和秩序仍然能够保持。

4）开放性

系统的开放性是指系统的可访问性。这个特性决定了系统可以被外部环境识别，外部环境或者其他系统可以按照预定的方法，使用系统的功能或者影响系统的行为。系统的开放性体现在系统有可以清晰描述并被准确识别、理解的所谓接口层面上。

5）脆弱性

这个特性与系统的稳定性相对应，即系统可能存在着丧失结构、功能、秩序的特性，这个特性往往是隐藏不易被外界感知的。脆弱性差的系统，一旦被侵入，整体性会被破坏，甚至面临崩溃，系统瓦解。

6）健壮性

当系统面临干扰、输入错误、入侵等因素时，系统可能会出现非预期的状态而丧失原有功能、出现错误甚至表现出破坏功能。系统具有的能够抵御出现非预期状态的特性称为健壮性，也叫鲁棒性（robustness)。要求具有高可用性的信息系统，会采取冗余技术、容错技术、身份识别技术、可靠性技术等来抵御系统出现非预期的状态，保持系统的稳定性。

2.信息系统的定义

        信息系统是一种以处理信息为目的的专门的系统类型。信息系统的组成部件包括硬件、软件、数据库、网络、存储设备、感知设备、外设、人员以及把数据处理成信息的规程等。
        硬件由执行输入、处理和输出行为的计算机设备组成。输入设备包括键盘、自动扫描设备、语音识别设备等。
        软件由管理计算机运行的程序构成。包括设备驱动程序、系统软件、数据库管理系统、中间件、应用软件等。
        数据库是经过机构化、规范化组织后的事实和信息的集合。数据库是信息系统中最有价值和最重要的部分之一。
        网络负责信息在信息系统各个部件之间有序流动、负责信息在信息系统之间有序流动。有时候把网络中的链路层（信息用比特表达）和物理层（信息以电气状态存在）又称为通信子系统。

连接信息系统内部主要部件的网络称为内部网(Intranet)，连接不同信息系统的网络称为网间网（ internet)。系统的开放性特点要求信息系统互联要遵从一致的协议、统一的命名规则和地址空间，而互联网(Internet）就是目前连接全球绝大数商用信息系统的网间网，遵从的网络协议是TCP/IP。

        人是信息系统中最重要的因素。信息系统人员中包括所有管理、运行、编写和维护系统的人。
        规程包括战略、政策、方法、制度和使用信息系统的规则。
        从用途类型来划分，信息系统一般包括电子商务系统、事务处理系统、管理信息系统、生产制造系统、电子政务系统、决策支持系统等。
        采用现代管理理论（例如，软件工程、项目管理等）作为计划、设计、控制的方法论，将硬件、软件、数据库、网络等部件按照规划的结构和秩序，有机地整合到一个有清晰边界的信息系统中，以到达既定系统的目标，这个过程称为信息系统集成。

3.信息系统的生命周期

信息系统是面向现实世界人类生产、生活中的具体应用的，是为了提高人类活动的质量、效率而存在的。

信息系统的目的、性能、内部结构和秩序、外部接口和部件组成等由人来规划，它的产生、建设、运行、完善构成一个循环的过程，这个过程遵循一定的规律，为了工程化的需要，有必要把这个过程划分为一些具有典型特点的阶段，每个阶段有不同的目标、工作方法，阶段中的任务也由不同类型的人员来负责。这个过程称为信息系统的生命周期。

软件在信息系统中属于较复杂的部件，可以借用软件的生命周期来表示信息系统的生命周期，软件的生命周期通常包括:可行性分析与项目开发计划、需求分析、概要设计、详细设计、编码、测试、维护等阶段，信息系统的生命周期可以简化为系统规划(可行性分析与项目开发计划)、系统分析（需求分析)、系统设计（概要设计、详细设计)、系统实施（编码、测试)、运行维护等阶段。

为了便于论述针对信息系统的项目管理，信息系统的生命周期还可以简化为立项（系统规划)、开发（系统分析、系统设计、系统实施)、运维及消亡四个阶段，在开发阶段不仅包括系统分析、系统设计、系统实施，还包括系统验收等工作。

（三）信息化

1.信息化的含义

所谓信息化(Informatization)在不同的语境中有不同的含义。

用作名词，通常指现代信息技术应用，特别是促成应用对象或领域（比如政府、企业或社会）发生转变的过程。如“企业信息化”不仅指在企业中应用信息技术，更重要的是通过深入应用信息技术，促成企业的业务模式、组织架构乃至经营战略发生革新或转变。

用作形容词时，常指对象或领域因信息技术的深入应用所达成的新形态或状态。如“信息化社会”指信息技术应用到一定程度后达成的社会形态，它包含许多只有在充分应用现代信息技术之后才能达成的新特征。
信息化是推动经济社会发展转型的一个历史性过程。在这个过程中，综合利用各种信息技术，改造、支撑人类的各项政治、经济、社会活动，并把贯穿于这些活动中的各种数据有效、可靠地进行管理，经过符合业务需求的数据处理，形成信息资源，通过信息资源的整合、融合，促进信息交流和知识共享，形成新的经济形态，提高经济增长质量。
信息化从“小”到“大”分成以下5个层次:

1）产品信息化

产品信息化是信息化的基础，有两个含义。一是指传统产品中越来越多地融合了计算机化（智能化）器件，使产品具有处理信息的能力，如智能电视、智能灯具等;另一个含义是产品携带了更多的信息，这些信息是数字化的，便于被计算机设备识别读取或被信息系统管理，如集成了车载电脑系统的小轿车。

2）企业信息化

企业信息化是指企业在产品的设计、开发、生产、管理、经营等多个环节中广泛利用信息技术，辅助生产制造，优化工作流程，管理客户关系，建设企业信息管理系统，培养信息化人才并建设完善信息化管理制度的过程。企业信息化是国民经济信息化的基础，涉及生产制造系统、ERP、CRM、SCM等。

3）产业信息化

指农业、工业、交通运输业、生产制造业、服务业等传统产业广泛利用信息技术来完成工艺、产品的信息化，进一步提高生产力水平;建立各种类型的数据库和网络，大力开发和利用信息资源，实现产业内各种资源、要素的优化与重组，从而实现产业的升级。

4）国民经济信息化

指在经济大系统内实现统一的信息大流动，使金融、贸易、投资、计划、通关、营销等组成-一个信息大系统，使生产、流通、分配、消费等经济的四个环节通过信息进一步联成一个整体。

5）社会生活信息化

指包括商务、教育、政务、公共服务、交通、日常生活等在内的整个社会体系采用先进的信息技术，融合各种信息网络，大力开发有关人们日常生活的信息服务，丰富人们的物质、精神生活，拓展人们的活动时空，提升人们生活、工作的质量。

（四）国家信息化体系要素

二十多年来，我国陆续建成了以“两网、一站、四库、十二金”工程为代表的国家级信息系统,形成了以信息系统为核心支撑的国家信息化运行体系。“十二五”期间,“智慧城市”作为新兴的国家级战略规划，其建设成效又将直接影响我国各大城市在国际社会的竞争力和影响力。

1）“两网”，是指政务内网和政务外网；

2）“一站”，是指政府门户网站；

3）“四库”，即建立人口、法人单位、空间地理和自然资源、宏观经济等四个基础数据库；

4）“十二金”，是指以“金”字冠名的12个重点业务系统。

分为3类：

第一类是对加强监管、提高效率和推进公共服务起到核心作用的办公业务资源系统、宏观经济管理系统建设（金宏);

第二类是增强政府收入能力、保证公共支出合理性的金税、金关、金财、金融监管（含金卡)、金审等5个业务系统建设;

第三类是保障社会秩序、为国民经济和社会发展打下坚实基础的金盾、金保、金农、金水、金质等5个业务系统建设。
在国家信息化的过程中，出台了一些规范、指导信息系统建设的通用体系模型中，1997年由国务院信息化工作领导小组发布的《国家信息化“九五”规划和2010年远景目标纲要》中提出的国家信息化体系对我国信息化建设具有深远影响。

国家信息化体系包括信息技术应用、信息资源、信息网络、信息技术和产业、信息化人才、信息化法规政策和标准规范6个要素，这6个要素按照下图1-2所示的关系构成了一个有机的整体。