当前课程知识点：电子信息科学与技术导引(1) > 第六讲：数据与算法 > 第一节：数据与数据处理技术的发展 > 第一节：数据与数据处理技术的发展
各位同学好
今天我们要讲的是
电子信息科学与技术导引
课程的第六讲数据与算法
我是清华大学
电子工程系的吴及
在这节课程当中我们会介绍
数据和算法的基本概念
相互关系以及发展趋势
这张图是电子科学与技术的
知识体系
经过前面课程的学习
大家应该已经很熟悉了
在这张图中
数据与算法处于中间的位置
一方面，它对下层的
处理器和程序进行了抽象
通用性是算法的重要特点
强调在不同的处理器
操作系统和程序语言
之间的可移植性
算法又是人们解决复杂应用的
基础性工具
因此数据与算法
是电子科学与技术的
知识体系中非常重要的一环
那么在数据和信息之间
数据是信息的载体
是算法处理的对象
而算法是处理数据的系统
数据和算法之间的关系
也体现了信息载体和系统的
相互作用
我们先从什么是数据开始
首先我们介绍几个概念
第一个是数
每个人从非常小的时候
就开始理解事物的数量
比如说一个苹果，一个香蕉
这里有一个不等式
说的是一个灯泡不等于一
为什么呢
因为一个灯泡和一个苹果
一个香蕉一样
都表示的是一个具体的事物
而1则是从具体事物中
抽象出来的量的概念
这种抽象使得人的思维
能够摆脱具体事物的束缚
因此数的概念的形成
无论对于人类进步
还是对于每个人个体的成长
都是非常基础
而又极为重要的一个台阶
第二个概念是数字
数字是用来记录数
和用来计算的符号
计数的方式很多
有中文数字
罗马数字
阿拉伯数字等等
简单方便的记录系统
对于人们的日常生活
科学技术发展都非常重要
实际上现在使用
最为广泛的阿拉伯数字
有一个很漫长的演化历史
第三个概念
就是我们要介绍的数据
数据的定义有很多
综合这些定义我们可以看到
主要有三个要点
首先
数据是客观事物的符号表示
其次数据是通过物理观察
得来的事实
第三数据是
构成信息和知识的原始材料
数据是一个更为宽泛的概念
而大数据是目前社会生活
和科学研究中
最为热门的概念之一
那么有哪些是数据呢
从我们现在使用的文字
到古代的甲骨文和碑拓
再到人们出于不同需要
定义的符号
这些文字和符号都是数据
包括图像音乐视频在内的
多媒体数据
让人们的生活更加丰富多彩
手机信号广播电视信号
雷达信号和导航信号
这些也都是数据
他们担负着
信息承载和传输的重任
各种传感器收集的数据
包括CT
B超
声呐等等
也都有很重要的应用价值
人类的社会活动
也在时刻产生大量的数据
比如社会调查得到的数据
人的社会行为的数据
股市大盘和个股的涨跌等等
数据的形式多样
并且无处不在
多媒体
移动互联网
云计算和物联网
这一系列技术
和社会浪潮的背后
我们都可以看到
数据的身影和作用
下面我们介绍数据处理
数据处理主要包括数据的
采集
存储
传输和加工
在人类历史上
采集
保存和传输数据
曾经是非常困难的事情
人类最早依靠自身的能力
采集和保存数据
人的眼睛有视觉
耳朵有听觉
鼻子有嗅觉
舌头有味觉
皮肤有触觉
人的大脑有思考
和记忆的能力
语言能力是任何其他动物的
主要区别之一
人类语言的起源
还是一个没有定论的问题
近几年的研究成果表明
人类某个基因的变异
使得人类祖先具有了
更高水平的
控制嘴和喉咙肌肉的能力
从而使他们能够发出
更丰富更多变的声音
这为语言的产生打下了基础
语言使得人和人
可以当面交流
这样经验和知识就可以
在人类的个体之间进行传递
文字的出现使得人类
能够把经历和经验记录下来
这是比人类记忆
更可靠的存储方式
同时文字也帮助人们实现了
跨时间和空间的数据传递
比如我们使用信件和书籍
因此
语言和文字
对人类的进化和进步
起到了非常巨大的作用
那么今天
人类的数据处理能力
又有了什么样的进步呢
我们从数据的采集说起
人们在日常生活中经常使用的
数码相机
数码摄像机
医用的CT、B超
还有麦克风示波器
数据采集设备在人们的生活中
已经随处可见
Google在今年一月收购了
智能家居制造商Nest
Nest的智能恒温器就可以
采集记录并学习用户的喜好
然后通过自动精确的控制室温
让主人始终处于最舒适的状态
各种各样的数据采集设备
每时每刻都在产生
规模惊人的数据
接着我们来说数据存储能力
20年前的个人计算机
大约只有40兆的硬盘
数据交换需要通过
容量为720千字节的5寸软盘
和1.44兆字节的
3.5寸软盘来进行
而今天的个人计算机
单个硬盘的容量
就可以达到一个TB
而交换数据用的移动存储设备
也往往使几百个G的移动硬盘
和几十个G的优盘
存储设备的容量
20年间增大了成千上万倍
与此同时
单位存储成本快速下降
数据中心的存储规模
往往也能达到PB的量级
一个PB相等于一千个TB
同时能效安全接入
和管理等方面有了
越来越完善的考虑和设计
数据传输能力我们先来看
移动存储介质的传输速率
传统的3.5寸软盘
传输速率为62.5千字节/秒
计算机串口的传输速率
为14.4千字节/秒
CD光盘的传输速率
为7.5兆字节/秒
DVD光盘的传输速率
为16.6兆字节/秒
现在已经普及的USB2.0
理论的传输速率
可以达到60兆字节/秒
而实际的传输速率也可以达到
20到30兆字节/秒
现在被应用的越来越多的
USB3.0标准理论的传输速率
已经可以达到600兆字节/秒
因此
基于移动存储介质的传输速率
在十多年间
也得到了数千倍的提升
接下来我们看
互联网的传输速率
在十多年前当我们
用调制解调器上网的时候
拨号上网的速率
为7000字节/秒
而现在ADSL的下行速率
可以达到4到8兆字节/秒
一般家庭常用的速率
也可以达到512千字节
到2兆字节/秒
而局域网的传输速率
已经可以达到10兆字节/秒
到100兆字节/秒
移动通信的发展
最新的4G标准也可以有
高达十几兆字节的下行速率
随着互联网
特别是移动互联网的发展
人们将继续向着随时随地
快速获取信息的目标前进
最后我们来看
数据的加工能力
在数据的加工能力方面
处理器和随机存储器
起到了至关重要的作用
20年前的个人电脑
它的典型配置是
主频33兆的80386
和1兆内存
而现在人们常用的
Intel酷睿2的典型配置
主频可以达到3个G
我们有64K的一级缓存和
6M的二级缓存
Intel酷睿i系列
进一步引入了三级缓存
并且实现了中央处理器CPU
和图形处理单元GPU的
整合封装
即使我们的中央处理器
取得了迅速的发展
仍然不能满足
人们对计算能力的需求
并行计算技术风起云涌
从多核处理器
图形加速处理器GPU
并行程序设计技术
如OpenMP
MPI
再到分布式计算
网格计算
和今天声名显赫的云计算
人们的计算能力
已经有了长足的进步
-第一节 序言
--第一节 序言
-第二节 电磁学和分析数学发展史：磁学
-第三节 电磁学与分析数学发展史：静电
-第四节 电磁学和分析数学发展史：动电
-第五节 电子器件的发明及电子技术的发展
-第六节 电磁学的广泛应用
-第七节 电磁系统理论
-第八节 电子科学技术各学科间的关系
-第九节 电子科学技术的学科体系
-第一讲：电磁学与分析数学史概览--第一次作业
-第一节 序言
--第一节 序言
-第二节 电磁场（一）
-第三节 电磁场（二）
-第四节 物质
--第四节 物质
-第五节 电磁场与物质的相互作用：非共振作用
-第六节 电磁场与物质的相互作用：共振作用
-第七节 电磁场理论与电路理论
-第一节 空间离散化
-第二节 静场电路分析
-第三节 非静场电路抽象
-第三讲：电路抽象--电路抽象 练习题
-第四节 电路元件抽象
-第五节 非线性元件抽象
-第六节 电路抽象三原则
-第七节 分层抽象思想
-第八节 电路基本问题
-第九节 数字化抽象
-第三讲：电路抽象--Quiz 3
-第一节 序言
--第一节 序言
-第二节 什么是比特
-第三节 比特与编码
-第四节 比特与信息
-第五节 比特的用途示例
-第六节 什么是逻辑
-第七节 逻辑的用途示例
-第八节 与数字电路的关系
-第九节 小结
--第九节 小结
-第四讲：比特与逻辑--Quiz4
-第一节：从算盘到ENIAC
-第二节：通用计算机模型
-第三节：指令集体系结构
-第四节：程序和程序设计语言
-第五节：处理器的工作原理
-第六节：性能问题
--第六节：性能问题
-第七节：小结
--第七节：小结
-第一节：数据与数据处理技术的发展
-第二节：数据处理举例
-第三节：数据模型和算法的概念
-第四节：问题的抽象和建模
-第五节：数值分析问题研究
-第六节：数据和算法的关系I
-第七节：数据和算法的关系II
-第八节：大数据
--第八节：大数据
-第九节：数据挖掘技术和数据算法的展望
-第六讲：数据与算法--Quiz6
-第一节：基本内容简介
-第二节：信息的基本概念和传输的几种方式
-第三节：交换的概念和网络的几种形式
-第四节：模拟与数字通信
-第五节：调制和解调
-第六节：传输涉及的基本理论
-第七节：信息论和几种相关的编码方式
-第八节：多址方式
--第八节：多址方式
-第九节：交换的基本概念
-第十节：网络分层的基本概念
-第十一节：互联网的基本原理和有限状态机模型
-第七讲：通讯与网络--Quiz7
-第一讲：内容简介
--第一讲：内容简介
-第二讲：信息与媒体
-第三讲：人类感知与认知
-第四讲：智能信息处理
-第五讲：媒体与认知相互作用
-第六讲：媒体认知应用
-第七讲：总结
--第七讲：总结
-第八讲：媒体与认知--Quiz8
-期末考试--Final Exam
