第70章 信息科学(1)

　　为什么说信息与人类的生存密切相关

　　自有人类社会以来，信息就对人们的生活、工作起着举足轻重的作用。例如，远古时代人们遇到猛兽，就通过各种形式把这个信息传播出去，减少受害的可能性。在现代社会，信息的作用更是难以估量，它的传播方式也是多种多样，例如你和好朋友在一起，当你遇到了某一件事情，他对你挤挤眼或摇摇头，你就会从中得到你所需要的信息。当然你也可以通过越洋电话或计算机网络和远在国外的朋友交流信息。总之，信息在现代社会中处处皆是，你是生活、工作在信息的包围之中，你只是通过各种手段和方式获得自己所需要的信息。从这个意义上讲，信息不等于数据，数据只是信息的载体，信息不随载荷的物理设备形式的改变而改变。

　　医生为病人看病，先了解病史、病情，再把脉、测量体温，有时还看心电图、X光片、化验报告等，医生从这些口述、文字及图像资料中获得对治疗有用的信息。

　　气象工程师利用各种仪器记录风向、风速、降雨量、温度、湿度等大批数据，再绘制出气象云图，从而获得气象信息。

　　人利用眼、耳、鼻等器官感知文字、图形、图像、动画、声音、气味等的存在和变化，并从中获取信息。

　　总之，现代社会信息种类繁多，信息量极大。人们通过各种方式获得大量原始信息，再对它们进行整理、精选，或用计算机对它们进行处理，以获得有用的信息。

　　知识点：信息、信息传播、数据

　　为什么飞机失事后要找“黑匣子”

　　在发生飞机坠毁事故后，人们通常要寻找原先安装在飞机上的“黑匣子”，以查明失事真相。这个黑匣子究竟是什么东西呢?

　　原来，“黑匣子”里记录了很多重要的信息，这些信息主要有两类：一类是飞行状态信息，如飞机失事前的飞行高度、速度、航向，什么时候打开了副机翼，什么时候收回了起落架等，它是由传感器之类的仪器仪表记录的；另一类是机舱里的各种声音信息，如正、副驾驶员的谈话、与地面通信联络时的对话，还有警报声、引擎声，甚至飞机坠毁前可怕的撞击声、爆炸声等等，它是由一个防震录音器录下的。黑匣子能始终保持机毁之前最后三十分钟的这两类信息。黑匣子上记录的信息、资料，对专家们弄清飞机失事真相大有帮助。

　　那么机毁人亡时，为什么黑匣子会完好无损呢?这是因为黑匣子是用特殊的金属材料和特殊的加工工艺制成的密封匣子，它防火、防水、耐腐蚀、抗撞击，“牢不可破”。因此，可以说它往往是坠机后唯一生还的“见证人”。黑匣子一般被固定在飞机的机尾部分，以尽量减少飞机在爆炸、燃烧时给它带来的影响。

　　有了黑匣子是否就一定能查明飞机失事的真相呢?事情往往不是那么简单!黑匣子固然是了解飞机失事真相的一把金钥匙，但并不是灵丹妙药，有时由于它只记录了一个片断，反而使疑团加深。

　　随着科学技术的日新月异，当前采用了更先进的分析方法。专家们想方设法，巧妙地利用黑匣子所提供的信息建成一个“飞行模拟器”，逼真地模拟出飞机失事前的飞行高度、位置、状态等情况，通过这个模拟过程来判定飞机的失事原因。此外，还可以利用计算机将黑匣子提供的所有信息与资料，制成“飞行动画片”，专家们可以直观地从计算机屏幕上看飞机失事的过程，从而进一步弄清真相。

　　黑匣子其实并不是黑色的，它的外壳一般都被涂成鲜艳夺目的橙色，这样，它不管落到陆地上还是水里，都容易被人发现。此外，为了让人们容易找到它，设计师在黑匣子中还安装了一种设备，它能不断地发出特殊的超声波信号，人们可以用搜索仪器迅速找到它。

　　知识点：黑匣子、飞行模拟器、超声波信号

　　为什么全自动洗衣机可以自动运行

　　如今，洗衣机已经进入千家万户，人们再也不用面对一大堆脏衣服发愁了，只要把脏衣服、洗衣粉放到洗衣机里，接通电源，轻轻地在洗衣机面板上按几下就可以了，其他的不用再操心。等蜂鸣器发出叫声，打开洗衣机一看，衣服已洗得干干净净。

　　洗衣机为什么能自动运行呢?这要归功于计算机。全自动洗衣机通常是由控制器(主要由微处理器构成)、电机、进水阀、排水阀、水位开关、安全开关、电磁铁等部件组成。其中，“控制器”是控制、指挥、协调其他部件自动运行的“司令部”，里面有许多事先编制好的运行程序，洗衣机自动运行的过程，其实就是控制器里的程序运行的过程，也是按程序“打开”相应的电路、执行相应的命令、完成相应的操作的过程。

　　当我们接通电源、准备洗衣服时，首先启动“进水程序”，控制器立即输出工作电压，开启进水阀进水；当水位达到预定的高度时，控制器就关闭进水阀，并启动“洗涤程序”，驱使电机带动洗涤盘正、反运转，进行洗涤。这时，“计时器”开始倒计时。当预定的洗涤时间一到，计时器立即向控制器发出洗涤完成的信号，紧接着，自动运行“排水程序”，直到水位降到一定值(甚至排光)后执行脱水程序，然后执行“漂洗程序”；漂净后，又执行“脱水程序”，将洗好的衣服甩干。脱水完毕，控制器就关闭排水阀，命令蜂鸣器发声，宣告洗涤任务完成。先进的洗衣机，还有烘干功能。

　　目前，洗衣机的种类和型号很多，根据功能可以分为普通型、半自动型、全自动型三种。目前，以模糊理论为基础的新型全自动洗衣机已经问世，它将受到越来越多用户的欢迎。

　　知识点：全自动洗衣机、程序、计算机

　　为什么空调器能自动控制室内的温度

　　在炎热的夏天或寒冷的冬天，我们都希望呆在一个舒适的环境中——温度适中、湿度不大、微风习习、空气洁净，在这样的环境中学习或工作效率很高。而空调器正是一种能自动调节室内温度的电器，它正越来越受到人们的青睐。

　　空调器中实现温度控制的主要部件有压缩机、冷凝器、蒸发器、温控器等一些与温度调节有关的部件。压缩机是使制冷剂发生变化的动力机；冷凝机将压缩机送来的高温高压蒸气的热量传送给周围的冷却介质——空气，并使它凝结成为高压液体；蒸发器吸收室内物体产生的热量，使室内温度降低；温度控制器由以微处理器为中心的电子线路组成，它将室内的温度与已设定的温度进行比较，然后确定空调器是启动、停止还是继续工作。为了达到这个目的，在微处理器里事先编制了一套“专用程序”来实现人们设定的功能，如定时、睡眠、去湿、自然风、制冷或制热等等。要实现这些功能，操作起来十分简单。

　　那么空调器是如何判定室温的高低，并自动控制室温的呢?下面先看看夏天空调器是怎样自动工作的。

　　空调器里有一个感温器件，它能接收温度变化的信息。这个感温器件里有个热敏电阻，电阻值随温度变化而变化。电阻值的变化，导致电路中某种电位变化，这个信息经过微处理器收集、加工处理后，变成命令来控制压缩机等部件的启动或停止。压缩机等部件在工作时，室内空气与空调器中的空气不停地交换，使室内温度不断降低。当室温低于预定温度时，空调器通过微处理器作出判定，自动停止压缩机工作，使制冷停止，或者只送出自然风。当室温慢慢上升超过设定温度时，压缩机又自动启动。空调器中的压缩机就这样周而复始地工作，使室温始终保持在人们所希望达到的温度上。

　　冬天空调器的工作原理相类似，只是温度判断方法不同，且压缩机不是制冷，而是制热。

　　知识点：空调器、微处理器、感温器件

　　为什么电梯能自动运行

　　随着科技的进步，自动电梯越来越多，越来越普及了。较大的商店、宾馆，或者高层公寓，一般都备有一台或几台自动电梯。进了电梯，你只要按几个按钮，电梯就会迅速而准确地自动运行，将你送到目的地，又省力、又安全。

　　自动电梯能自动运行，是由于它安装了微型计算机控制器，在这个控制器的内部，有预先编制好的控制程序，它能模仿人的思维进行工作。下面，看一看电梯是怎样自动上升的。

　　电梯在关门前首先要判断：电梯是否“超载”?如果“是”的话，立即发出“警报”，要求退出几个乘客，直到“不超载”为止。此时，电梯才关门，开始上升。电梯一边上升，一边要判断：到达上一层时电梯内是否有人要下去若有人下，到达上一层时，就自动停下来开门，让乘客上下。若无人下，它还要判断：电梯外是否有人要上电梯?若有人上，即使电梯内无人下它也要停下来，自动开门，请乘客上来。之后，继续上升。只有在既无人上、也无人下的情况下，这一层才不停。这个过程周而复始，下降过程与上升过程类似。

　　微型计算机控制器在电梯自动运行中起到了关键作用。是它及时地收集电梯内和各楼层乘客需要进出电梯的信息，然后迅速地对这些信息进行加工、判断、处理，并发出相应命令，从而保证电梯能自动、顺利、安全地运行，忠实地为乘客日夜服务。

　　知识点：自动电梯、微型计算机、控制器

　　为什么地铁能够实行无人驾驶

　　为了改善城市交通拥挤的局面，人们就把铁道引入地下。目前，许多地方的地铁已能自动运行，不需要人驾驶。

　　无人驾驶的自动化地铁，其实是由“地铁控制中心”控制的。地铁控制中心的任务是使车辆中各电力系统协调动作，使机车安全、准确地到达目的地。通常“地铁控制中心”建在某一车站内，与运行着的机车有一定的距离。那么，它究竟是怎样控制地铁自动运行的呢?

　　地铁控制中心装有与各机车电子控制网络紧密联系的大型地铁计算机网络系统，里面存储着地铁上运行的机车的有关信息，如载客容量、载货清单、出发时间、机车序列号等。计算机系统根据这些信息自动排好调度时间表，运行实时交通管理程序。到了该发车的时候，它就会自动、快速地搜索被调度的机车。一旦搜索到，就立即向该车辆的电子控制网络发出调度指令。机车上还装有电子测速器，不断地将测出的实际运行速度反馈给地铁中心。地铁中心的计算机根据这一反馈信息控制车辆运行速度，保证车辆安全行驶。例如：当车辆下坡时，下坡瞬间车速增加，若电子测速器实测速度超出安全范围，地铁控制中心便“下令”让机车自动减速运行。以上这一系列的反馈、控制及动作都在瞬间完成，安全可靠。这些工作若由人工完成，则会因机车速度快、情况复杂等诸多原因造成行车不安全。

　　有时我们会看到地铁机车上有几位工作人员，他们其实并不是在那儿驾驭机车，而是做一些日常的机械维护工作。当然，在机车发生紧急故障时，他们要做应急处理工作。

　　知识点：地铁、地铁控制中心、无人驾驶、自动化地铁

　　为什么雨天电话容易串音

　　一到夏天或梅雨季节，电话串音现象特别多，有时电话声音还变小，杂音加大。碰到这种情况，有人认为是电话机坏了，或是埋怨电话局没有把线路接好。其实，问题出在电话线路上。

　　电话线是有线电话的动脉，话音信号是沿着电话线传送到对方的。信号在传输过程中，要经过许多岔道和接头，线路越长，岔道接头越多。如果这些岔道处的接头没有进行很好的封接和绝缘处理，电流就会泄漏出去，这种现象就叫“漏电现象”。

　　在晴朗的天气或冬季，空气很干燥，干燥的电缆外皮对电流的阻力很大，电流会乖乖地沿着电缆传给对方。但是，在夏季或梅雨季节，，雨水较多，周围空气潮湿，电缆内的棉纱、接口处的绝缘胶带受潮发霉，使得绝缘性能降低，严重时绝缘胶带不但不能隔绝导线间的电流，反而发生漏电现象，在各导线之间搭起了“导电桥”。用户通话时，有一部分电流就会通过“导电桥”窜入其他线路，造成串音。有些地方的地下电缆井盖封得不严，雨水会顺着井口流入电缆管道，地面的积水也会渗漏到电缆井里。电缆中的铁线或铜线受潮生锈后，会挤破绝缘外皮，水汽便乘隙而入，导致通话中的串音现象；严重时电缆浸泡在雨水里，会使电缆短路，通信中断。

　　电话电缆并不都埋在地下，有些架设在露天，电话线上难免会有一些鸟巢，还可能缠绕上风筝。在雨季、潮湿的日子里，这往往会导致灾害，因为这些东西被雨水淋湿了，就会成为导体，使话音电流中途泄漏掉，导致电话声音变小，甚至话音电流接到了另一条电话通路上，造成严重的串音现象。

　　所以，夏天、雨季要加强电缆、电话线的维护，采取防潮措施，如：及时排除电缆井里的积水，用红外烘烤的办法排除潮气，使接头离开地面，以防串音、漏电现象产生。

　　知识点：串音、漏电、电话线

　　为什么一条电话线路上可以通多路电话

　　如今要想与朋友说说知心话，不必出门，打个电话就行；长途电话更是将相距遥远的人们拉得更近了。然而，建立一条长途电话线路的投资是惊人的，且不说敷设电缆、跋山涉水所花费的人力、物力，单就所用的电话电缆而言，仅100千米长，就要耗费铜12吨、铅50吨。

　　在这样一条昂贵的长途线路上，如果每一对电缆线只通一路电话，实在是太浪费了。于是人们便设想在一对导线上传送多路电话。

　　1918年，美国最先研制成了载波电话机。从此，在一条线路上通多路电话的梦想得以实现。

　　那么载波电话机是怎样实现多路通信的呢?

　　人们说话的声音频率范围在300-3400赫兹。如果把3个人的声音同时送上同一条电话线路，那么它们相互之间准会“打架”，让收听者无法分辨。如何解决这个难题呢?人们想到了铁路运输货物的方式，要通过铁路把不同的货物运往远方，只要把它们分别装在不同的列车上，让列车载着货物跑就行了。如果我们把声音频率在发送端分别“搬移”到高低不等的频率上，再把它们送上电话线路进行传输，几种声音不就能在一条电话线路上各走各的“路”，互不影响了吗?到达对方后，接收端再把所需的话音信号从载波频率上“搬卸”下来，恢复原貌，送给受话人。在这个过程中，话音信号是经过几次变化才到达对方的，通话的双方根本感觉不到，就好像在打普通电话。这种话音信号通过变频处理，在一条电话线上传送多路电话的通信方式，叫做载波通信。

　　就像火车在铁路线上奔驰会受到摩擦力和空气阻力作用一样，电话信号在长途线路上传输时，也会遇到阻力，能量不断消耗，信号变得越来越弱。为了使信号不减弱，人们就在长途载波通信线路上，每隔一定距离设一个增音机，不断将减弱的信号放大，使它精神百倍地继续长途旅行，完成长途通话任务。

　　在不同材料的电话线上，载波电话的传输距离和通话路数不尽相同。比如，铁线只能传输12路电话，而同轴电缆最多可以开通4380路电话。

　　载波电话的发明，大大提高了线路的利用率，节省了投资。由于传输时对话音信号进行了变换，因此载波电话保密性好，不易窃听。但是，载波电话是模拟通信，随着通信技术的发展，特别是数字通信的出现，载波通信将逐渐被光纤通信取代。