第1章信息技術概述1.1信息與信息技術1.2微電子技術簡介第1章信息技術概述1.1信息與信息技術1.1信息與信息技術（1）什么是信息（2）信息處理與信息技術（3）信息處理系統(tǒng)1.1信息與信息技術（1）什么是信息信息是什么？(1)關于信息（information），至今并沒有統(tǒng)一的定義日常生活中比較籠統(tǒng)和模糊的幾種解釋是：語言、文字、圖畫、照片等表示的內(nèi)容（新聞、消息或知識）讀書、上課、交談等所學習和了解的知識、方法、事實和情況為了做判斷、訂計劃或求解問題等所需要的數(shù)據(jù)、資料···信息是什么？(1)關于信息（information），至今并信息是什么？(2)中國大百科全書的解釋：從認識論層次來看，信息是指認識主體所感知或主體所表述的“事物運動的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式”

信息因它所表達的內(nèi)容而有一定的價值，也因能相互交流而體現(xiàn)其作用信息有多種表現(xiàn)形式，語言、文字、聲音、圖片等都是信息的表現(xiàn)形式(也稱為信息的載體或媒體)信息與物質(zhì)和能量同樣重要，它是人們認識世界、改造世界的一種基本資源信息是什么？(2)中國大百科全書的解釋：從認識論層次來看，信什么是信息處理？信息處理指的是與下列內(nèi)容相關的行為和活動：信息的收集(如信息的感知、測量、獲取、輸入等)信息的加工(如信息的分類、計算、分析、轉(zhuǎn)換等)信息的存儲(如書寫、攝影、錄音、錄像等)信息的傳遞(如郵寄、電報、電話、廣播等)信息的施用(如控制、顯示等)什么是信息處理？信息處理指的是與下列內(nèi)容相關的行為和活動：人工進行信息處理的過程人工信息處理的不足：

算不快記不住傳不遠

看（聽）不清事物客體信息獲取(感覺器官)信息加工與存儲(大腦)信息傳遞(神經(jīng)系統(tǒng))信息施用(效應器官)信息傳遞(神經(jīng)系統(tǒng))信息技術（IT）手/腳/身眼/耳/鼻/舌/身人工進行信息處理的過程人工信息處理的不足：事物客體信息獲取什么是信息技術？信息技術（InformationTechnology，簡稱IT）指的是用來擴展人們信息器官功能、協(xié)助人們更有效地進行信息處理的一門技術。信息技術包括：擴展感覺器官功能的感測(獲取)與識別技術擴展神經(jīng)系統(tǒng)功能的通信技術擴展大腦功能的計算(處理)與存儲技術擴展效應器官功能的控制與顯示技術······什么是信息技術？信息技術（InformationTechn信息技術的發(fā)展歷史◎語言的形成和使用

◎文字的創(chuàng)造

◎印刷技術的發(fā)明

◎望遠鏡、顯微鏡

◎電報和電話通信

◎廣播、電視

◎雷達、衛(wèi)星（遙感感測）

◎計算機、機器人

◎因特網(wǎng)（Internet）

···

信息技術的發(fā)展歷史◎語言的形成和使用現(xiàn)代信息技術3大特征：采用電子技術（包括激光技術）以數(shù)字技術（計算機）為基礎以軟件為核心內(nèi)容：計算機、微電子、通信、廣播、遙感遙測、自動控制、機器人等現(xiàn)代信息技術3大特征：什么是信息處理系統(tǒng)？用于輔助人們進行信息獲取、傳遞、存儲、加工處理、控制及顯示的綜合使用各種信息技術的系統(tǒng)，可以通稱為信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：傳輸/存儲信息加工傳輸/存儲控制與顯示感測與識別信息輸入信息輸出什么是信息處理系統(tǒng)？用于輔助人們進行信息獲取、傳遞、存儲、加信息處理系統(tǒng)舉例雷達：以感測與識別為主要目的電視/廣播：以單向、點到多點的信息傳遞為主要目的電話：以雙向、點到點的信息交互為主要目的銀行：以處理金融信息為目的圖書館：以信息收藏和檢索為主要目的因特網(wǎng)：跨越全球的多功能信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)舉例雷達：以感測與識別為主要目的1.2微電子技術簡介（1）微電子技術與集成電路（2）集成電路的制造（3）集成電路的發(fā)展趨勢（4）IC卡1.2微電子技術簡介（1）微電子技術與集成電路(1)微電子技術與集成電路微電子技術是信息技術領域中的關鍵技術，是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項高技術的基礎微電子技術的核心是集成電路技術(1)微電子技術與集成電路微電子技術是信息技術領域中的關鍵電子電路中元器件的發(fā)展演變晶體管(1948)中/小規(guī)模集成電路(1950’s)微電子技術是以集成電路為核心的電子技術，它是在電子元器件小型化、微型化的過程中發(fā)展起來的。大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路(1970’s)電子管(1904)電子電路中元器件的發(fā)展演變晶體管中/小規(guī)模微電子技術是以集什么是集成電路？集成電路

(IntegratedCircuit，簡稱IC)： 以半導體單晶片作為基片,采用平面工藝，將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所構(gòu)成的電路制作在基片上所構(gòu)成的一個微型化的電路或系統(tǒng)集成電路的優(yōu)點：體積小、重量輕功耗小、成本低速度快、可靠性高超大規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路什么是集成電路？集成電路(IntegratedCircu集成電路的分類按用途分：通用集成電路專用集成電路（ASIC）按電路的功能分：數(shù)字集成電路模擬集成電路按晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分：雙極型（Bipolar）電路金屬氧化物半導體(MOS)電路······按集成度(芯片中包含的元器件數(shù)目)分：集成電路規(guī)模元器件數(shù)目小規(guī)模集成電路（SSI）＜100中規(guī)模集成電路（MSI）100~3000大規(guī)模集成電路（LSI）3000~10萬超大規(guī)模集成電路（VLSI）10萬~幾十億極大規(guī)模集成電路（ULSI）＞100萬集成電路的分類按用途分：集成電路規(guī)模元器件數(shù)目小規(guī)模集成電路(2)集成電路的制造(選學)集成電路的制造工序繁多，從原料熔煉開始到最終產(chǎn)品包裝大約需要400多道工序，工藝復雜且技術難度非常高，有一系列的關鍵技術。許多工序必須在恒溫、恒濕、超潔凈的無塵廠房內(nèi)完成。目前興建一個有兩條生產(chǎn)線能加工8英寸晶圓的集成電路工廠需投資人民幣10億元以上。(2)集成電路的制造(選學)集成電路的制造工序繁多，從原料集成電路的制造流程硅拋光片單晶硅錠單晶硅錠經(jīng)切割、研磨和拋光后制成鏡面一樣光滑的圓形薄片，稱為“硅拋光片”晶圓硅平面工藝硅平面工藝包括氧化、光刻、摻雜和互連等工序，最終在硅片上制成包含多層電路及電子元件的集成電路。通常每一硅拋光片上可制作成百上千個獨立的集成電路，這種整整齊齊排滿了集成電路的硅片稱作“晶圓”芯片檢測、分類集成電路封裝對晶圓上的每個電路進行檢測，然后將晶圓切開成小片，把合格的電路分類，再封裝成一個個獨立的集成電路成品測試成品進行成品測試，按其性能參數(shù)分為不同等級，貼上規(guī)格型號及出廠日期等標簽，成品即可出廠集成電路的制造流程硅拋光片單晶硅錠單晶硅錠經(jīng)切割、研磨和拋光集成電路的封裝

集成電路封裝目的：電功能、散熱功能、機械與化學保護功能常見的封裝方式：單列直插式（SIP）雙列直插式（DIP）陣列式（PGA）塑料有引線芯片載體（PLCC）扁平貼片式(PQFP)

球柵陣列封裝(BGA)

小外形封裝（SOP）

集成電路的封裝集成電路封裝目的：FC-PGA2封裝方式（Pentium4處理器）集成電路插座集成電路的封裝形式FC-PGA2封裝方式集成電路插座集成電路的封裝形式(3)集成電路的發(fā)展趨勢集成電路的工作速度主要取決于晶體管的尺寸。晶體管的尺寸越小，其極限工作頻率越高，門電路的開關速度就越快，相同面積的晶片可容納的晶體管數(shù)目就越多。所以從集成電路問世以來，人們就一直在縮小晶體管、電阻、電容、連接線的尺寸上下功夫。(3)集成電路的發(fā)展趨勢集成電路的工作速度主要取決于晶體管IC集成度提高的規(guī)律Moore定律：單塊集成電路的集成度平均每18個月翻一番(GordonE.Moore,1965年)晶體管數(shù)例：Intel微處理器集成度的發(fā)展酷睿2雙核

（2006） 291～410M晶體管酷睿2四核

（2007） 820M晶體管100019701975198019851990199520001000010000010610x106

100x10640048008808080868028680386PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium48048620101000x106CORE2DuoCORE2QuadIC集成度提高的規(guī)律Moore定律：單塊集成電路的集成度平均集成電路技術的發(fā)展趨勢19992001200420082014工藝(μm)0.180.130.090.0450.014晶體管(M)23.847.61355393500時鐘頻率(GHz)1.21.62.02.65510面積(mm2)340340390468901連線層數(shù)678910晶圓直徑(英寸)1212141618減小蝕刻尺寸，縮小晶體管、電阻、電容和連線的尺寸增大硅晶圓的面積：使每塊晶圓能生產(chǎn)更多的芯片集成電路技術的發(fā)展趨勢1999200120042008201進一步提高集成度的問題與出路問題：線寬進一步縮小后，晶體管線條小到納米級時，其電流微弱到僅有幾十個甚至幾個電子流動，晶體管將逼近其物理極限而無法正常工作出路：在納米尺寸下，納米結(jié)構(gòu)會表現(xiàn)出一些新的量子現(xiàn)象和效應，人們正在利用這些量子效應研制具有全新功能的量子器件，使能開發(fā)出新的納米芯片和量子計算機同時，正在研究將光作為信息的載體，發(fā)展光子學，研制集成光路，或把電子與光子并用，實現(xiàn)光電子集成進一步提高集成度的問題與出路問題：(4)IC卡簡介幾乎每個人每天都與IC卡打交道，例如我們的身份證、手機SIM卡、交通卡、飯卡等等，什么是IC卡？它有哪些類型和用途？工作原理大致是怎樣的？下面是簡單介紹。(4)IC卡簡介幾乎每個人每天都與IC卡打交道，什么是IC卡？IC卡(chipcard、smartcard)，又稱為集成電路卡，它是把集成電路芯片密封在塑料卡基片內(nèi)，使其成為能存儲信息、處理和傳遞數(shù)據(jù)的載體特點：存儲信息量大保密性能強可以防止偽造和竊用抗干擾能力強可靠性高應用舉例：作為電子證件，記錄持卡人的信息，用作身份識別（如身份證、考勤卡、醫(yī)療卡、住房卡等）作為電子錢包（如電話卡、公交卡、加油卡等）什么是IC卡？IC卡(chipcard、smartcaIC卡的類型(按芯片分類)存儲器卡：封裝的集成電路為存儲器，信息可長期保存，也可通過讀卡器改寫。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。用于安全性要求不高的場合，如電話卡、水電費卡、公交卡、醫(yī)療卡等 （帶加密邏輯的存儲器卡增加了加密電路）CPU卡：封裝的集成電路為中央處理器（CPU）和存儲器，還配有芯片操作系統(tǒng)(ChipOperatingSystem)，處理能力強，保密性更好，常用作證件和信用卡使用。手機中使用的SIM卡就是一種特殊的CPU卡。IC卡的類型(按芯片分類)存儲器卡：封裝的集成電路為存儲器，IC卡的類型(按使用方式分類)接觸式IC卡(如電話IC卡)表面有方型鍍金接口，共8個或6個鍍金觸點。使用時必須將IC卡插入讀卡機，通過金屬觸點傳輸數(shù)據(jù)。用于信息量大、讀寫操作比較復雜的場合,但易磨損、怕臟、壽命短非接觸式IC卡(射頻卡、感應卡)采用電磁感應方式無線傳輸數(shù)據(jù)，解決了無源（卡中無電源）和免接觸問題操作方便，快捷，采用全密封膠固化，防水、防污，使用壽命長用于讀寫信息較簡單的場合，如身份驗證等

接觸式IC卡接觸式IC卡的結(jié)構(gòu)非接觸式IC卡IC卡的類型(按使用方式分類)接觸式IC卡(如電話IC卡)非接觸式IC卡的工作原理（選學）讀卡器發(fā)出一組固定頻率的無線電波(射頻信號)，通過天線向外發(fā)射IC卡激活后，通過輻射電磁信號將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去(或接收讀卡器送來的數(shù)據(jù))當IC卡處在讀卡器有效范圍(一般為5~10cm)內(nèi)時，卡內(nèi)的一個LC串聯(lián)諧振電路(諧振頻率相同的)便產(chǎn)生電磁共振，使電容充電，從而為卡內(nèi)其它電路提供2V的工作電壓讀卡器收到數(shù)據(jù)后，通過接口將IC卡數(shù)據(jù)傳送給PC，PC將判斷該卡的合法性，作出相應處理非接觸式IC卡的工作原理（選學）讀卡器發(fā)出一組固定頻率的無線非接觸式IC卡在身份證中的使用第二代身份證使用非接觸式CPU卡，可實現(xiàn)“電子防偽”和“數(shù)字管理”兩大功能：電子防偽措施：個人數(shù)據(jù)和人臉圖像經(jīng)過加密后存儲在芯片中，需要時可通過非接觸式讀卡器讀出進行驗證。以后還可以將人體生物特征如指紋等保存在芯片中，以進一步提高防偽性能數(shù)字管理功能：存儲器能儲存多達幾兆字節(jié)的信息，采用分區(qū)存儲，按不同安全等級授權(quán)讀寫采用數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)快速查詢和身份識別，使二代證在公共安全、社會管理、電子政務、電子商務等方面發(fā)揮重要作用非接觸式IC卡在身份證中的使用第二代身份證使用非接觸式CPU1.3通信技術入門1.3.1通信的基本原理1.3.2模擬通信與數(shù)字通信1.3.3光纖通信和無線通信1.3.4移動通信1.3通信技術入門1.3.1通信的基本原理1.3.1通信的基本原理（1）通信系統(tǒng)的基本模型（2）調(diào)制與解調(diào)（3）多路復用技術1.3.1通信的基本原理（1）通信系統(tǒng)的基本模型什么是通信(communication)？廣而言之，通信就是信息的(遠距離)傳遞與交流現(xiàn)代通信——使用電波或光波傳遞信息的技術，也稱為電信（telecommunication），如電報、電話、傳真、電子郵件、BBS、QQ等通信的發(fā)展歷史：1836年，英國建成第一條電報線路(Morse電報)1876年，美國人A.G.Bell研制成可供實用的電話20世紀初，馬可尼實現(xiàn)了跨越大西洋的無線電報通信1918年出現(xiàn)收音機和無線電廣播1938年第一個電視臺開始播出1940’s出現(xiàn)彩色電視1960’s出現(xiàn)計算機網(wǎng)絡什么是通信(communication)？廣而言之，通信就是對通信系統(tǒng)的一般要求遠距離：傳輸距離要遠低成本：傳輸成本要低高速度：從發(fā)生到接收的延遲時間要短可靠：傳輸?shù)男畔⒉荒苡绣e誤方便：任何時間和地點都能通信安全：傳輸?shù)男畔⒁Ｃ?，不能泄漏對通信系統(tǒng)的一般要求遠距離：傳輸距離要遠通信系統(tǒng)的模型通信的三要素：信道信源(宿)信宿(源)信號信號舉例:信道的任務是迅速、可靠而準確地將信號從信源傳輸?shù)叫潘薇粋鬏數(shù)男畔⒍急仨氁阅撤N電(或光)信號的形式才能進行傳輸發(fā)送信息的設備接收信息的設備有線電話移動電話計算機通信信源/信宿電話座機手機計算機信號形式話音經(jīng)電話機轉(zhuǎn)換成為變化的電流信號話音經(jīng)電話機轉(zhuǎn)換成為壓縮編碼后的數(shù)字信號編碼并打包后的數(shù)字信號信道構(gòu)成電話線和中繼器等傳輸設備無線電波、基站等雙絞線、集線器、路由器、光纖等通信系統(tǒng)的模型通信的三要素：信道信源(宿)信宿(源)信號信模擬信號與數(shù)字信號通信系統(tǒng)中被傳輸?shù)男畔⒈仨氜D(zhuǎn)換成某種電信號(或光信號)才能進行傳輸t數(shù)字信號信號強度模擬信號信號強度t電信號(或光信號)有兩種形式：模擬信號形式:通過連續(xù)變化的物理量（如信號的幅度）來表示信息，例如人們打電話或者播音員播音時聲音經(jīng)話筒(麥克風)轉(zhuǎn)換得到的信號；數(shù)字信號形式:使用有限個狀態(tài)(一般是2個狀態(tài))來表示（編碼）信息，例如電報機、傳真機和計算機發(fā)出的信號都是數(shù)字信號模擬信號與數(shù)字信號通信系統(tǒng)中被傳輸?shù)男畔⒈仨氜D(zhuǎn)換成某種電信號模擬信號如何傳輸？近距離傳輸：直接傳輸(如：MP3播放器－>耳機；計算機輸出信號－>投影儀)遠距離傳輸：通過載波來傳輸模擬信號(如：廣播電臺－>收音機)什么是載波？研究發(fā)現(xiàn)，高頻振蕩的正弦波信號在長距離通信中能夠比其他信號傳送得更遠。因此若把高頻振蕩的正弦波信號作為攜帶信息的載波，把模擬信號放在(調(diào)制在)載波上傳輸，則可比直接傳輸遠得多模擬信號如何傳輸？近距離傳輸：模擬信號如何進行載波傳輸？

——

三種調(diào)制方法調(diào)制后的載波信號傳輸信號調(diào)制器載波信號調(diào)制后的載波信號傳輸信號解調(diào)器載波信號調(diào)制信號(連續(xù)信號)調(diào)幅(AM)調(diào)頻(FM)調(diào)相(PM)載波信號(高頻正弦波)實現(xiàn)信號調(diào)制與解調(diào)的設備分別稱為“調(diào)制器”和“解調(diào)器”：模擬信號如何進行載波傳輸？

數(shù)字信號如何傳輸？近距離傳輸方法——基帶傳輸近距離傳輸時：不加處理直接進行（如：USB連接）較長距離傳輸：需作碼型轉(zhuǎn)換（如：以太網(wǎng)中傳輸數(shù)字信號）二進位信號的不歸零制(NRZ)編碼001101雙絞線計算機計算機NRZ碼曼徹斯特編碼碼型變換器碼型變換器曼徹斯特編碼NRZ碼（網(wǎng)卡）（網(wǎng)卡）含有直流成分，不便于同步，不適合直接傳輸平均直流電平為0，電平的變化可作為同步信號二進位信號的曼徹斯特編碼電平從低到高表示0,從高到低表示1

遠距離傳輸方法——通過載波來傳輸數(shù)字信號(頻帶傳輸)數(shù)字信號如何傳輸？近距離傳輸方法——基帶傳輸二進位信號的0數(shù)字信號的三種調(diào)制方法(ASK)幅移鍵控(FSK)頻移鍵控00110100010調(diào)制信號(兩個狀態(tài))(PSK)相移鍵控載波信號(高頻正弦波)數(shù)字調(diào)制、解調(diào)器：調(diào)制后的載波信號傳輸信號解調(diào)器載波信號調(diào)制后的載波信號傳輸信號調(diào)制器載波信號數(shù)字信號的三種調(diào)制方法(ASK)幅移鍵控(FSK)頻移鍵控0小結(jié)1:遠距離通信必須使用MODEM通信一般是雙向進行的，收發(fā)雙方都需要調(diào)制器與解調(diào)器，它們通常做在一起，稱為調(diào)制解調(diào)器(MODEM)信道信源(宿)信宿(源)調(diào)制后的載波

信號調(diào)制后的載波

信號調(diào)制(解調(diào))器(調(diào)制)解調(diào)器載波載波信源信號通過調(diào)制器調(diào)整載波的某個參數(shù)(幅度、頻率或相位)到達目的地后，使用解調(diào)器把載波所攜帶的信號檢測出來，恢復為原始信號的形式經(jīng)過調(diào)制后的載波信號，攜帶著被傳輸?shù)男盘栐谛诺乐羞M行長距離傳輸小結(jié)1:遠距離通信必須使用MODEM通信一般是雙向進行的怎樣降低傳輸成本？分析：通信系統(tǒng)中，傳輸線路的建設和維護成本占整個系統(tǒng)成本的相當大的份額一條傳輸線路（銅線、光纖、無線電波）的容量通常遠超過傳輸1路用戶信號所需的能力降低成本采用的技術——多路復用技術(Multiplexing)多路信號使用同一條傳輸線同時進行傳輸方法：頻分多路復用（FDM）時分多路復用（TDM）（最常用）波分多路復用（WDM）怎樣降低傳輸成本？分析：頻分多路復用(FrequencyDivisionMultiplexing,FDM)

思想：將每個通信終端發(fā)送的信號調(diào)制在不同頻率的載波上，通過頻分多路復用器(MUX)將它們復合成為一個信號，然后在同一傳輸線路上進行傳輸。抵達接收端之后，借助分路器(DEMUX)把不同頻率的載波分離出來，送到不同的接收設備工作原理：DEMUXMUX

共享的傳輸信道載波頻率f1調(diào)制調(diào)制載波頻率fn載波頻率f1解調(diào)解調(diào)載波頻率fnf將不同頻率的載波信號合成在一起使用一組濾波器分解出不同頻率的載波信號頻分多路復用(FrequencyDivisionMult頻分多路復用舉例1廣播電臺節(jié)目的發(fā)送與接收頻分多路復用分路器(帶通濾波器)信號發(fā)射信號接收常見廣播電臺使用的載波頻率中波900KHz(南京經(jīng)濟臺)■

中波1008KHz(南京新聞臺)短波15.28MHz(英國BBC)■

短波15.29MHz(VOA美國之音)調(diào)頻104.3MHz(南京體育臺)■

調(diào)頻105.8MHz(南京音樂臺)頻分多路復用舉例1廣播電臺節(jié)目的發(fā)送與接收頻分多路復用分路器頻分多路復用舉例2電視節(jié)目的發(fā)送與接收頻道載波頻率(MHz)頻道載波頻率(MHz)頻道載波頻率(MHz)187.755123.259230.25295.75

6206.2510238.253103.757214.2511246.254115.258222.2512254.25多路復用器解調(diào)器在天空中傳輸?shù)碾姶挪ㄆ麟娨曅盘柊l(fā)射器電視信號接收器電視節(jié)目調(diào)制器載波1電視圖像及其伴音調(diào)制器載波2電視圖像及其伴音調(diào)制器載波n電視圖像及其伴音電視調(diào)諧器(分路器)頻分多路復用舉例2電視節(jié)目的發(fā)送與接收頻道載波頻率(MHz)時分多路復用(TimeDivisionMultiplexing,TDM)

思想：各通信終端（計算機、電話）以規(guī)定的順序和時間輪流使用同一傳輸線路進行數(shù)據(jù)傳輸工作原理：HFGEDCBA傳輸線路時間片GC終端1終端2終端3終端4HDFBEA多路復用器43214321數(shù)據(jù)tMultiplexer多路分路器終端甲終端乙終端丙終端丁EAFBGCHDDemultiplexer應用：主要使用在數(shù)字通信領域，如電話中繼通信、GSM手機、總線式以太網(wǎng)等時分多路復用(TimeDivisionMultiplex小結(jié)2:多路復用可以降低通信成本通信系統(tǒng)的原理示意圖復用（分路）信道信源（宿）調(diào)制解調(diào)器信源（宿）調(diào)制解調(diào)器信源（宿）調(diào)制解調(diào)器復用（分路）信源（宿）調(diào)制解調(diào)器信源（宿）調(diào)制解調(diào)器信源（宿）調(diào)制解調(diào)器······多路復用技術使得成千上萬路通信可以在同一條傳輸線上同時進行，大大節(jié)省了通信成本頻分多路和時分多路和等技術可以同時使用，以提高復用效率小結(jié)2:多路復用可以降低通信成本通信系統(tǒng)的原理示意圖復用信1.3.2模擬通信與數(shù)字通信（1）模擬通信（2）數(shù)字通信（3）數(shù)字通信系統(tǒng)1.3.2模擬通信與數(shù)字通信（1）模擬通信模擬通信信源產(chǎn)生的模擬信號直接進行傳輸或者通過對載波調(diào)制后進行傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g稱為模擬通信技術

應用：(傳統(tǒng)的)有線載波電話無線電廣播電視（衛(wèi)星電視、數(shù)字有線電視除外）優(yōu)點：歷史長，技術成熟，結(jié)構(gòu)簡單，成本低缺點：在信號的調(diào)制和傳輸過程中易受噪聲干擾，傳輸質(zhì)量不夠穩(wěn)定趨勢：已經(jīng)越來越多地被數(shù)字通信所取代模擬通信信源產(chǎn)生的模擬信號直接進行傳輸或者通過對載波調(diào)制后進模擬通信技術應用舉例（1）傳統(tǒng)的有線載波電話使用對稱電纜或同軸電纜，前者每一對線可傳輸60路電話，后者可提供成千上萬個話路多路復用(分路)器傳輸線路

(中繼線和長途線)MODEM載波1MODEM載波2MODEM載波n多路復用(分路)器MODEM載波1MODEM載波2MODEM載波n本地交換機長途交換機本地交換機中繼線用戶線中繼線長途線長途交換機用戶線電子開關2x2交換機原理模擬通信技術應用舉例（1）傳統(tǒng)的有線載波電話使用對稱電纜或模擬通信技術應用舉例（2）電話撥號上網(wǎng):利用模擬傳輸技術傳輸數(shù)字信號模擬通信技術應用舉例（2）電話撥號上網(wǎng):利用模擬傳輸技術傳模擬通信技術應用舉例（2）家庭計算機用戶通過電話撥號接入計算機網(wǎng)絡調(diào)制解調(diào)器把計算機送出的數(shù)字信號,采用數(shù)字調(diào)制(頻移鍵控或相移鍵控)的方法,調(diào)制成為適合于在用戶電話線上傳輸?shù)囊纛l模擬信號因特網(wǎng)服務提供商把接收到的模擬信號，通過解調(diào)器恢復成數(shù)字信號送給計算機目前電話上網(wǎng)的最高傳輸速率：56KbpsMODEM本地電話網(wǎng)MODEM計算機網(wǎng)絡模擬通信技術計算機數(shù)字信號因特網(wǎng)服務提供商(ISP)家庭用戶數(shù)字信號音頻模擬信號在本地電話網(wǎng)中，采用模擬傳輸技術進行傳輸模擬通信技術應用舉例（2）家庭計算機用戶通過電話撥號接入計算什么是數(shù)字通信？將信源產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號（或信源直接產(chǎn)生數(shù)字信號）之后，直接進行傳輸或通過用數(shù)字信號對載波進行數(shù)字調(diào)制來傳輸信息的技術稱為數(shù)字通信數(shù)字通信技術的優(yōu)點：抗干擾能力強，差錯可控制，無噪聲積累，傳輸質(zhì)量高靈活性好，能適應多種應用需求，聲音、圖像、數(shù)據(jù)均可傳輸傳輸?shù)臄?shù)字信號可以直接由計算機進行存儲、管理和處理數(shù)字信號的加密比模擬信號容易，所以通信的安全性高數(shù)字電路容易用超大規(guī)模集成電路實現(xiàn)，有利于通信設備的小型化、微型化，也降低了功耗什么是數(shù)字通信？將信源產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號（或信源直數(shù)字通信采用的技術數(shù)字調(diào)制/解調(diào)技術調(diào)幅；調(diào)頻；調(diào)相多路復用技術時分多路；頻分多路；波分多路（了解）交換技術電路交換；分組交換模-數(shù)和數(shù)-模轉(zhuǎn)換技術；數(shù)字編碼和數(shù)據(jù)壓縮技術數(shù)字通信采用的技術數(shù)字調(diào)制/解調(diào)技術數(shù)字通信技術應用舉例（1）當今長途電話系統(tǒng)的中繼通信PCM編碼器PCM解碼器PCM編碼器PCM解碼器多路復用器分路器光纖傳輸線路(中繼線和長途線)（本地電話局）（本地電話局）（用戶線）（用戶線）數(shù)字傳輸技術模擬傳輸技術模擬傳輸技術模擬聲音信號在需要進行遠距離傳輸之前，先使用PCM編碼器變換為數(shù)字信號形式（此過程稱為“數(shù)字化”）接收方所在地區(qū)的交換局使用解碼器把數(shù)字信號還原成模擬聲音信號后，由用戶線傳輸至接聽方的電話機數(shù)字信號經(jīng)調(diào)制和復用后，通過光纖傳輸?shù)浇邮辗剿诘貐^(qū)的交換局，再經(jīng)解調(diào)和分路處理，恢復為數(shù)字信號數(shù)字通信技術應用舉例（1）當今長途電話系統(tǒng)的中繼通信PCM數(shù)字通信技術應用舉例（2）衛(wèi)星電視數(shù)字傳輸：用數(shù)字傳輸技術傳輸模擬信號數(shù)字傳輸技術數(shù)字調(diào)制數(shù)字解調(diào)編碼器解碼器在空中傳輸?shù)碾姶挪ㄆ麟娨曅盘柊l(fā)射器電視信號接收器載波載波電視圖像及其伴音電視機數(shù)字信號經(jīng)調(diào)制和復用后由天線發(fā)送至衛(wèi)星，再由衛(wèi)星進行轉(zhuǎn)發(fā)，被衛(wèi)星地面接收站所接收電視臺的節(jié)目在發(fā)送到衛(wèi)星去傳輸之前，先要把圖像和伴音信號進行數(shù)字化，還要進行數(shù)據(jù)壓縮地面站對接收到的信號進行解調(diào)、解碼后恢復為模擬信號，再經(jīng)由有線電視電纜送到用戶電視機上播放數(shù)字通信技術應用舉例（2）衛(wèi)星電視數(shù)字傳輸：用數(shù)字傳輸技術傳數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標數(shù)據(jù)傳輸速率(簡稱數(shù)據(jù)速率,datarate)指實際進行數(shù)據(jù)傳輸時單位時間內(nèi)傳送的二進位數(shù)目計量單位：“位/秒”(bps)、“千位/秒”(kbps)、“兆位/秒”(Mbps)或“千兆位/秒”(Gbps)等信道帶寬(也稱為信道容量,bandwidth)一個信道允許的最大(高)數(shù)據(jù)傳輸速率信道帶寬與采用的傳輸介質(zhì)、傳輸距離、多路復用方法、調(diào)制解調(diào)方法等密切相關誤碼率(errorrate)指數(shù)據(jù)傳輸中規(guī)定時間內(nèi)出錯數(shù)據(jù)占被傳輸數(shù)據(jù)總數(shù)的比例端－端延遲(end-enddelay)指數(shù)據(jù)從信源傳送到信宿所花費的時間。數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標數(shù)據(jù)傳輸速率(簡稱數(shù)據(jù)速率,d1.3.3光纖通信與無線通信（1）傳輸介質(zhì)的類型與特點（2）光纖通信（3）無線通信1.3.3光纖通信與無線通信（1）傳輸介質(zhì)的類型與特點傳輸介質(zhì)的類型與特點介質(zhì)類型特點應用金屬導體雙絞線成本低，易受外部高頻電磁波干擾，誤碼率較高；傳輸距離有限固定電話本地回路、計算機局域網(wǎng)同軸電纜傳輸特性和屏蔽特性良好，可作為傳輸干線長距離傳輸載波信號，但成本較高固定電話中繼線路、有線電視接入光導纖維光纜傳輸損耗小，通訊距離長，容量大，屏蔽特性非常好，不易被竊聽，重量輕，便于運輸和鋪設。缺點是精確連接兩根光纖很困難電話、電視等通信系統(tǒng)的遠程干線，計算機網(wǎng)絡的干線無線電波微波紅外線激光建設費用低，抗災能力強，容量大，無線接入使得通信更加方便.但易被竊聽、易受干擾廣播，電視，移動通信系統(tǒng)，計算機無線局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)的類型與特點介質(zhì)類型特點應用金屬導體雙絞線成本低，易雙絞線和同軸電纜原理：利用電流(電壓)傳輸信息雙絞線分類3類線(10Mb/s)；5類線(100Mb/s)；6類線(200Mb/s)無屏蔽雙絞線(UTP)；屏蔽雙絞線(STP)同軸電纜內(nèi)層導線金屬屏蔽外絕緣層絕緣體同軸電纜分類基帶同軸電纜（50Ω）傳輸數(shù)字信號寬帶同軸電纜（75Ω）傳輸模擬信號信號線地線套管無屏蔽雙絞線雙絞線和同軸電纜原理：利用電流(電壓)傳輸信息同軸電纜內(nèi)層導光纖與光纜多根光纖保護層防止光泄漏的吸收外殼起保護作用的防護層外絕緣層光線光波在光纖中的傳播光導纖維（光線的入射角足夠大時，就會出現(xiàn)全反射，重復此過程，光就沿著光纖傳播下去）纖芯

包層保護層光波光纜光纖保護層光纖與光纜多根光纖保護層防止光泄漏的吸收外殼起保護作用的防護光纖通信原理電信號驅(qū)動電路光源中繼器輸出電路電信號發(fā)送單元(電/光轉(zhuǎn)換)傳輸單元接收單元(光/電轉(zhuǎn)換)光調(diào)制器光纖光纖放大電路光檢測器光纖主要用于傳輸數(shù)字信號，0信號或1信號直接對光進行調(diào)制(即控制激光的通或斷——幅移鍵控ASK)光波的頻率為1014～1015Hz，目前一束光每秒能攜帶2.5G或10G的二進位信號，通過波分多路復用（WDM）技術還可達到更大的通信容量在發(fā)送端，由需要傳輸?shù)臄?shù)字信號（電信號）去驅(qū)動一個光源（半導體激光器或發(fā)光二極管），并對發(fā)出的光信號進行調(diào)制在接收端，信號經(jīng)放大后由光檢測器（半導體光電管）進行檢測、解調(diào)，轉(zhuǎn)換成電信號之后輸出調(diào)制后的光信號通過光纖進行傳輸，為了補償光纖線路的損耗，消除信號失真和噪聲干擾，每隔一定的距離要接入中繼器光纖通信原理電信號驅(qū)動光源中繼器輸出電信號發(fā)送單元(電/光轉(zhuǎn)波分多路復用(WaveDivisionMultiplexing,WDM)

為提高傳輸效率，1根光纖中可以同時傳輸幾種不同波長的光波，每種光波各自傳輸自己所攜帶的信息，速率可達到40G-100Gbit/s原理：光纖發(fā)送端有N個發(fā)送單元，它們各自發(fā)出不同波長的光波通過復用器（稱為合波器）合并起來，進入同一根光纖進行傳輸接收端用分路器(稱為分波器)將不同波長的光分開，分別送到各自的光電檢測器恢復出原始信號示意圖復合光波分多路復用(WaveDivisionMultiplex光纖通信的發(fā)展與應用從上世紀80年代起，世界各國開始大規(guī)模鋪設光纖通信線路，光纖傳輸網(wǎng)已經(jīng)成為幾乎所有現(xiàn)代通信的基礎平臺高速光纖數(shù)字傳輸線路采用統(tǒng)一的國際標準，稱為同步數(shù)字系列(SDH)，又稱為同步光纖網(wǎng)(SONET)，它既是電話和有線電視的骨干傳輸網(wǎng)，又是計算機網(wǎng)絡的骨干網(wǎng)光纖通信的發(fā)展與應用從上世紀80年代起，世界各國開始大規(guī)模鋪無線通信原理：模擬信號或數(shù)字信號使用電磁波調(diào)制后進行傳輸1041051061071081091010101110121013101410151016Hz雙絞線同軸電纜AM廣播FM廣播和TV衛(wèi)星地面微波光纖紫外線紅外線可見光微波無線電波超短波中波短波電磁波的種類與頻率范圍

無線電波: 104

～1011(Hz)

中波： 0.3～3(MHz) 短波： 3～30(MHz) 超短波： 30～300(MHz)

微波： 0.3～300(GHz)

紅外線： 1011

～1014(Hz)

可見光： 1014(Hz)

紫外線： 1014

～1016(Hz)

無線廣播電視、通信通信無線通信原理：模擬信號或數(shù)字信號使用電磁波調(diào)制后進行傳輸10微波通信微波：300MHz～300GHz范圍內(nèi)的電磁波，波長為1m～1mm特點：直線傳播，不能沿地球表面?zhèn)鞑ィo繞射性），需要每隔幾十公里設立一個中繼站容量大、可靠性高建設費用低抗災能力強應用：長途電話、蜂窩移動電話、全數(shù)字高清晰度電視（HDTV）等微波通信微波：300MHz～300GHz范圍內(nèi)的電磁波，波長衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信:中繼站在人造地球衛(wèi)星上的一種微波通信優(yōu)點：通信距離遠、頻帶寬、容量大、抗干擾強、通信穩(wěn)定缺點：造價高、技術復雜、有較大延時、同步軌道衛(wèi)星數(shù)目僅180顆通信衛(wèi)星地面站1地面站2地球衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星地球35800公里赤道上方高度為35800公里的地方為地球同步軌道，衛(wèi)星的運行周期與地球自轉(zhuǎn)一圈的周期相同，在地面上看這種衛(wèi)星好似靜止不動。一顆同步軌道衛(wèi)星覆蓋約120°，3顆同步定點軌道衛(wèi)星可以覆蓋地球的幾乎全部面積，進行二十四小時的全天候通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信:中繼站在人造地球衛(wèi)星上的一種微波通信通信衛(wèi)星通信的重要應用——GPS例——美國研制GPS系統(tǒng)24顆衛(wèi)星在1.2萬公里高空以12小時的周期繞地球運行地面任意點在任何時刻都可同時觀測到4顆以上衛(wèi)星原理：由于衛(wèi)星的位置是精確可知的，通過地面接收機可測得與衛(wèi)星的距離，利用三維坐標中的距離計算公式，就可以推導出接收機的地理位置(經(jīng)度、緯度和高程)定位精度：民用大約幾十米軍用可高得多衛(wèi)星通信的重要應用——GPS例——美國研制GPS系統(tǒng)GPS衛(wèi)星接收機根據(jù)用途有：導航型、測地型、授時型等產(chǎn)品形式：獨立的GPS導航儀，也可集成在電腦、手機、MP3(MP4)播放器、甚至手表中GPS衛(wèi)星接收機根據(jù)用途有：導航型、測地型、授時型等1.3.4移動通信（1）什么是移動通信（2）移動通信原理（3）第2代和第3代移動通信1.3.4移動通信（1）什么是移動通信什么是移動通信？處于移動狀態(tài)的對象相互間的通信，如手機、無繩電話、尋呼系統(tǒng)等優(yōu)點：克服通信終端位置對用戶的限制，快速和及時地傳遞信息基站移動臺（手機）移動電話交換中心公用電話網(wǎng)什么是移動通信？處于移動狀態(tài)的對象相互間的通信，如手機、無繩蜂窩移動通信原理每10km～20km的區(qū)域稱為單元（形似蜂窩），單元的中央建有一個基站，該單元內(nèi)所有手機都向該基站發(fā)送信號并接收基站發(fā)給的信號所有單元既相互分割，又彼此有所交疊，連成整個移動通信服務網(wǎng)所有基站都通過微波或電纜、光纜與移動交換中心通信手機每個時刻都處于某個特定單元的基站控制之下，通話時使用兩個頻率（一個上行頻率，一個下行頻率），同一單元內(nèi)同一時刻的不同手機使用不同的頻率進行通信，相互不影響每個蜂窩單元中有200多個信道(GSM)。相鄰單元不允許使用相同的頻率，不相鄰單元的頻率允許重用移動交換中心電話交換中心蜂窩移動通信原理每10km～20km的區(qū)域稱為單元（形似蜂窩第二代移動通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖菙?shù)字化的語音/文字信號使用頻段：900MHz/1800MHz我國使用的2種標準：GSM（歐洲移動通信系統(tǒng)，也稱全球通、全數(shù)字系統(tǒng))中國電信的GSM網(wǎng)已基本實現(xiàn)縣以上城市的覆蓋,

接入號有139～135、130采用頻分多路復用技術(分為124個上下行信道)和時分多路復用(每個信道8個連接)，每個蜂窩理論上支持992個連接，實際上可有200多個CDMA(碼分多址接入，CodeDivisionMultipleAccess)所有手機都占用相同帶寬和頻率，在整個頻段上進行信號傳輸,但它們分別采用不同的編碼原理加以區(qū)分，即CDMA給每一手機分配一個唯一的碼序列（擴頻碼），并用它對承載信息的信號進行編碼抗干擾能力強，系統(tǒng)容量大，接通率高，噪聲小，第二代移動通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖菙?shù)字化的語音/文字信號第三代數(shù)字移動通信系統(tǒng)第2代移動通信的不足：（1）數(shù)據(jù)傳輸速率過低（9.6kb/s或57kb/s）（2）容量有限，不能滿足發(fā)達地區(qū)手機用戶高度密集的要求。（3）不能實現(xiàn)覆蓋全球的無縫連接第3代移動通信技術（簡稱3G）的目標：（1）全球漫游（2）適應多種環(huán)境，地面移動通信與衛(wèi)星移動通信相結(jié)合（3）提供高質(zhì)量的話音通信、數(shù)據(jù)通信和高分辨率圖像通信（4）提供足夠的系統(tǒng)容量，具有高保密性和優(yōu)質(zhì)的服務技術：頻譜：1885MHz~2025MHz，2110MHz~2200MHz

傳輸速率：室內(nèi)：2Mb/s，步行：384kb/s，快速移動：114kb/s標準：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA(時分-同步碼分多址接入)第三代數(shù)字移動通信系統(tǒng)第2代移動通信的不足：國外3G的進展2009年底統(tǒng)計,40個國家共190個3G網(wǎng)絡已經(jīng)投入運行，71個國家的154HSDPA網(wǎng)絡已投入運行2009.6統(tǒng)計,全球3G用戶數(shù)約2億，占全球移動電話用戶總數(shù)30億的6.7%，日本（W-CDMA）和韓國（CDMA2000）3G用戶數(shù)超過50％（不兼容2G）歐洲：意大利、英國，超過20％（兼容2G）北美、亞太、歐洲(俄羅斯)、非洲等：CDMA2000國外3G的進展2009年底統(tǒng)計,40個國家共190個3G我國3G通信的進展已初步形成了TD-SCDMA核心網(wǎng)、基站、終端以及各種芯片的配套產(chǎn)品體系，打造了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈。中國移動從2008年4月1日起正式在北京、上海、天津、沈陽、廣州、深圳、廈門和秦皇島8個城市啟動3G的社會化業(yè)務測試和試用，3G手機正式放號截至2008年5月30日，已經(jīng)有19家終端企業(yè)的29款TD終端(包括TD-HSDPA數(shù)據(jù)卡)取得了工業(yè)和信息化部頒發(fā)的入網(wǎng)許可證，6家系統(tǒng)廠商取得了TD-HSDPA全系列設備入網(wǎng)許可證我國3G通信的進展已初步形成了TD-SCDMA核心網(wǎng)、基站、2008中國電信業(yè)重組，力推3G組成業(yè)務用戶規(guī)模新移動中國移動＋中國鐵通

＋TD-SCDMATD-SCDMA網(wǎng)絡

固網(wǎng)移動：3.866億(GSM)

固話：原鐵通21(百萬)用戶

寬帶：原鐵通4(百萬)用戶新電信中國電信＋CDMA網(wǎng)絡＋CDMA2000CDMA網(wǎng)絡

固網(wǎng)移動：4192.6萬(CDMA)

固話：2.26億

寬帶：3817萬

小靈通：約5400萬新聯(lián)通中國聯(lián)通（－CDMA網(wǎng)）＋中國網(wǎng)通＋W-CDMAW-CDMA網(wǎng)絡

固網(wǎng)移動：1.20564億(GSM)

固話：1.1878億，其中無線市話2868萬

寬帶：2266萬

小靈通：約2400萬2008中國電信業(yè)重組，力推3G組成業(yè)務用戶規(guī)模新移動中國移小結(jié)什么是通信？使用電波或光波傳遞信息對通信系統(tǒng)的要求：遠距離——調(diào)制解調(diào)技術(MODEM)低成本——多路復用技術(Multiplexer)+交換技術(Switch)高速度——光纖通信技術可靠——信號不失真、無差錯、保證通信暢通（數(shù)字通信）方便——移動通信技術（無線、數(shù)字通信）安全——加密、身份認證（數(shù)字通信）目前許多通信系統(tǒng)既采用模擬通信技術，也采用數(shù)字通信技術，總的趨勢是數(shù)字化、光纖化、智能化！小結(jié)什么是通信？第1章信息技術概述1.1信息與信息技術1.2微電子技術簡介第1章信息技術概述1.1信息與信息技術1.1信息與信息技術（1）什么是信息（2）信息處理與信息技術（3）信息處理系統(tǒng)1.1信息與信息技術（1）什么是信息信息是什么？(1)關于信息（information），至今并沒有統(tǒng)一的定義日常生活中比較籠統(tǒng)和模糊的幾種解釋是：語言、文字、圖畫、照片等表示的內(nèi)容（新聞、消息或知識）讀書、上課、交談等所學習和了解的知識、方法、事實和情況為了做判斷、訂計劃或求解問題等所需要的數(shù)據(jù)、資料···信息是什么？(1)關于信息（information），至今并信息是什么？(2)中國大百科全書的解釋：從認識論層次來看，信息是指認識主體所感知或主體所表述的“事物運動的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式”

信息因它所表達的內(nèi)容而有一定的價值，也因能相互交流而體現(xiàn)其作用信息有多種表現(xiàn)形式，語言、文字、聲音、圖片等都是信息的表現(xiàn)形式(也稱為信息的載體或媒體)信息與物質(zhì)和能量同樣重要，它是人們認識世界、改造世界的一種基本資源信息是什么？(2)中國大百科全書的解釋：從認識論層次來看，信什么是信息處理？信息處理指的是與下列內(nèi)容相關的行為和活動：信息的收集(如信息的感知、測量、獲取、輸入等)信息的加工(如信息的分類、計算、分析、轉(zhuǎn)換等)信息的存儲(如書寫、攝影、錄音、錄像等)信息的傳遞(如郵寄、電報、電話、廣播等)信息的施用(如控制、顯示等)什么是信息處理？信息處理指的是與下列內(nèi)容相關的行為和活動：人工進行信息處理的過程人工信息處理的不足：

算不快記不住傳不遠

看（聽）不清事物客體信息獲取(感覺器官)信息加工與存儲(大腦)信息傳遞(神經(jīng)系統(tǒng))信息施用(效應器官)信息傳遞(神經(jīng)系統(tǒng))信息技術（IT）手/腳/身眼/耳/鼻/舌/身人工進行信息處理的過程人工信息處理的不足：事物客體信息獲取什么是信息技術？信息技術（InformationTechnology，簡稱IT）指的是用來擴展人們信息器官功能、協(xié)助人們更有效地進行信息處理的一門技術。信息技術包括：擴展感覺器官功能的感測(獲取)與識別技術擴展神經(jīng)系統(tǒng)功能的通信技術擴展大腦功能的計算(處理)與存儲技術擴展效應器官功能的控制與顯示技術······什么是信息技術？信息技術（InformationTechn信息技術的發(fā)展歷史◎語言的形成和使用

◎文字的創(chuàng)造

◎印刷技術的發(fā)明

◎望遠鏡、顯微鏡

◎電報和電話通信

◎廣播、電視

◎雷達、衛(wèi)星（遙感感測）

◎計算機、機器人

◎因特網(wǎng)（Internet）

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信息技術的發(fā)展歷史◎語言的形成和使用現(xiàn)代信息技術3大特征：采用電子技術（包括激光技術）以數(shù)字技術（計算機）為基礎以軟件為核心內(nèi)容：計算機、微電子、通信、廣播、遙感遙測、自動控制、機器人等現(xiàn)代信息技術3大特征：什么是信息處理系統(tǒng)？用于輔助人們進行信息獲取、傳遞、存儲、加工處理、控制及顯示的綜合使用各種信息技術的系統(tǒng)，可以通稱為信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：傳輸/存儲信息加工傳輸/存儲控制與顯示感測與識別信息輸入信息輸出什么是信息處理系統(tǒng)？用于輔助人們進行信息獲取、傳遞、存儲、加信息處理系統(tǒng)舉例雷達：以感測與識別為主要目的電視/廣播：以單向、點到多點的信息傳遞為主要目的電話：以雙向、點到點的信息交互為主要目的銀行：以處理金融信息為目的圖書館：以信息收藏和檢索為主要目的因特網(wǎng)：跨越全球的多功能信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)舉例雷達：以感測與識別為主要目的1.2微電子技術簡介（1）微電子技術與集成電路（2）集成電路的制造（3）集成電路的發(fā)展趨勢（4）IC卡1.2微電子技術簡介（1）微電子技術與集成電路(1)微電子技術與集成電路微電子技術是信息技術領域中的關鍵技術，是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項高技術的基礎微電子技術的核心是集成電路技術(1)微電子技術與集成電路微電子技術是信息技術領域中的關鍵電子電路中元器件的發(fā)展演變晶體管(1948)中/小規(guī)模集成電路(1950’s)微電子技術是以集成電路為核心的電子技術，它是在電子元器件小型化、微型化的過程中發(fā)展起來的。大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路(1970’s)電子管(1904)電子電路中元器件的發(fā)展演變晶體管中/小規(guī)模微電子技術是以集什么是集成電路？集成電路

(IntegratedCircuit，簡稱IC)： 以半導體單晶片作為基片,采用平面工藝，將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所構(gòu)成的電路制作在基片上所構(gòu)成的一個微型化的電路或系統(tǒng)集成電路的優(yōu)點：體積小、重量輕功耗小、成本低速度快、可靠性高超大規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路什么是集成電路？集成電路(IntegratedCircu集成電路的分類按用途分：通用集成電路專用集成電路（ASIC）按電路的功能分：數(shù)字集成電路模擬集成電路按晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分：雙極型（Bipolar）電路金屬氧化物半導體(MOS)電路······按集成度(芯片中包含的元器件數(shù)目)分：集成電路規(guī)模元器件數(shù)目小規(guī)模集成電路（SSI）＜100中規(guī)模集成電路（MSI）100~3000大規(guī)模集成電路（LSI）3000~10萬超大規(guī)模集成電路（VLSI）10萬~幾十億極大規(guī)模集成電路（ULSI）＞100萬集成電路的分類按用途分：集成電路規(guī)模元器件數(shù)目小規(guī)模集成電路(2)集成電路的制造(選學)集成電路的制造工序繁多，從原料熔煉開始到最終產(chǎn)品包裝大約需要400多道工序，工藝復雜且技術難度非常高，有一系列的關鍵技術。許多工序必須在恒溫、恒濕、超潔凈的無塵廠房內(nèi)完成。目前興建一個有兩條生產(chǎn)線能加工8英寸晶圓的集成電路工廠需投資人民幣10億元以上。(2)集成電路的制造(選學)集成電路的制造工序繁多，從原料集成電路的制造流程硅拋光片單晶硅錠單晶硅錠經(jīng)切割、研磨和拋光后制成鏡面一樣光滑的圓形薄片，稱為“硅拋光片”晶圓硅平面工藝硅平面工藝包括氧化、光刻、摻雜和互連等工序，最終在硅片上制成包含多層電路及電子元件的集成電路。通常每一硅拋光片上可制作成百上千個獨立的集成電路，這種整整齊齊排滿了集成電路的硅片稱作“晶圓”芯片檢測、分類集成電路封裝對晶圓上的每個電路進行檢測，然后將晶圓切開成小片，把合格的電路分類，再封裝成一個個獨立的集成電路成品測試成品進行成品測試，按其性能參數(shù)分為不同等級，貼上規(guī)格型號及出廠日期等標簽，成品即可出廠集成電路的制造流程硅拋光片單晶硅錠單晶硅錠經(jīng)切割、研磨和拋光集成電路的封裝

集成電路封裝目的：電功能、散熱功能、機械與化學保護功能常見的封裝方式：單列直插式（SIP）雙列直插式（DIP）陣列式（PGA）塑料有引線芯片載體（PLCC）扁平貼片式(PQFP)

球柵陣列封裝(BGA)

小外形封裝（SOP）

集成電路的封裝集成電路封裝目的：FC-PGA2封裝方式（Pentium4處理器）集成電路插座集成電路的封裝形式FC-PGA2封裝方式集成電路插座集成電路的封裝形式(3)集成電路的發(fā)展趨勢集成電路的工作速度主要取決于晶體管的尺寸。晶體管的尺寸越小，其極限工作頻率越高，門電路的開關速度就越快，相同面積的晶片可容納的晶體管數(shù)目就越多。所以從集成電路問世以來，人們就一直在縮小晶體管、電阻、電容、連接線的尺寸上下功夫。(3)集成電路的發(fā)展趨勢集成電路的工作速度主要取決于晶體管IC集成度提高的規(guī)律Moore定律：單塊集成電路的集成度平均每18個月翻一番(GordonE.Moore,1965年)晶體管數(shù)例：Intel微處理器集成度的發(fā)展酷睿2雙核

（2006） 291～410M晶體管酷睿2四核

（2007） 820M晶體管100019701975198019851990199520001000010000010610x106

100x10640048008808080868028680386PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium48048620101000x106CORE2DuoCORE2QuadIC集成度提高的規(guī)律Moore定律：單塊集成電路的集成度平均集成電路技術的發(fā)展趨勢19992001200420082014工藝(μm)0.180.130.090.0450.014晶體管(M)23.847.61355393500時鐘頻率(GHz)1.21.62.02.65510面積(mm2)340340390468901連線層數(shù)678910晶圓直徑(英寸)1212141618減小蝕刻尺寸，縮小晶體管、電阻、電容和連線的尺寸增大硅晶圓的面積：使每塊晶圓能生產(chǎn)更多的芯片集成電路技術的發(fā)展趨勢1999200120042008201進一步提高集成度的問題與出路問題：線寬進一步縮小后，晶體管線條小到納米級時，其電流微弱到僅有幾十個甚至幾個電子流動，晶體管將逼近其物理極限而無法正常工作出路：在納米尺寸下，納米結(jié)構(gòu)會表現(xiàn)出一些新的量子現(xiàn)象和效應，人們正在利用這些量子效應研制具有全新功能的量子器件，使能開發(fā)出新的納米芯片和量子計算機同時，正在研究將光作為信息的載體，發(fā)展光子學，研制集成光路，或把電子與光子并用，實現(xiàn)光電子集成進一步提高集成度的問題與出路問題：(4)IC卡簡介幾乎每個人每天都與IC卡打交道，例如我們的身份證、手機SIM卡、交通卡、飯卡等等，什么是IC卡？它有哪些類型和用途？工作原理大致是怎樣的？下面是簡單介紹。(4)IC卡簡介幾乎每個人每天都與IC卡打交道，什么是IC卡？IC卡(chipcard、smartcard)，又稱為集成電路卡，它是把集成電路芯片密封在塑料卡基片內(nèi)，使其成為能存儲信息、處理和傳遞數(shù)據(jù)的載體特點：存儲信息量大保密性能強可以防止偽造和竊用抗干擾能力強可靠性高應用舉例：作為電子證件，記錄持卡人的信息，用作身份識別（如身份證、考勤卡、醫(yī)療卡、住房卡等）作為電子錢包（如電話卡、公交卡、加油卡等）什么是IC卡？IC卡(chipcard、smartcaIC卡的類型(按芯片分類)存儲器卡：封裝的集成電路為存儲器，信息可長期保存，也可通過讀卡器改寫。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。用于安全性要求不高的場合，如電話卡、水電費卡、公交卡、醫(yī)療卡等 （帶加密邏輯的存儲器卡增加了加密電路）CPU卡：封裝的集成電路為中央處理器（CPU）和存儲器，還配有芯片操作系統(tǒng)(ChipOperatingSystem)，處理能力強，保密性更好，常用作證件和信用卡使用。手機中使用的SIM卡就是一種特殊的CPU卡。IC卡的類型(按芯片分類)存儲器卡：封裝的集成電路為存儲器，IC卡的類型(按使用方式分類)接觸式IC卡(如電話IC卡)表面有方型鍍金接口，共8個或6個鍍金觸點。使用時必須將IC卡插入讀卡機，通過金屬觸點傳輸數(shù)據(jù)。用于信息量大、讀寫操作比較復雜的場合,但易磨損、怕臟、壽命短非接觸式IC卡(射頻卡、感應卡)采用電磁感應方式無線傳輸數(shù)據(jù)，解決了無源（卡中無電源）和免接觸問題操作方便，快捷，采用全密封膠固化，防水、防污，使用壽命長用于讀寫信息較簡單的場合，如身份驗證等

接觸式IC卡接觸式IC卡的結(jié)構(gòu)非接觸式IC卡IC卡的類型(按使用方式分類)接觸式IC卡(如電話IC卡)非接觸式IC卡的工作原理（選學）讀卡器發(fā)出一組固定頻率的無線電波(射頻信號)，通過天線向外發(fā)射IC卡激活后，通過輻射電磁信號將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去(或接收讀卡器送來的數(shù)據(jù))當IC卡處在讀卡器有效范圍(一般為5~10cm)內(nèi)時，卡內(nèi)的一個LC串聯(lián)諧振電路(諧振頻率相同的)便產(chǎn)生電磁共振，使電容充電，從而為卡內(nèi)其它電路提供2V的工作電壓讀卡器收到數(shù)據(jù)后，通過接口將IC卡數(shù)據(jù)傳送給PC，PC將判斷該卡的合法性，作出相應處理非接觸式IC卡的工作原理（選學）讀卡器發(fā)出一組固定頻率的無線非接觸式IC卡在身份證中的使用第二代身份證使用非接觸式CPU卡，可實現(xiàn)“電子防偽”和“數(shù)字管理”兩大功能：電子防偽措施：個人數(shù)據(jù)和人臉圖像經(jīng)過加密后存儲在芯片中，需要時可通過非接觸式讀卡器讀出進行驗證。以后還可以將人體生物特征如指紋等保存在芯片中，以進一步提高防偽性能數(shù)字管理功能：存儲器能儲存多達幾兆字節(jié)的信息，采用分區(qū)存儲，按不同安全等級授權(quán)讀寫采用數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)快速查詢和身份識別，使二代證在公共安全、社會管理、電子政務、電子商務等方面發(fā)揮重要作用非接觸式IC卡在身份證中的使用第二代身份證使用非接觸式CPU1.3通信技術入門1.3.1通信的基本原理1.3.2模擬通信與數(shù)字通信1.3.3光纖通信和無線通信1.3.4移動通信1.3通信技術入門1.3.1通信的基本原理1.3.1通信的基本原理（1）通信系統(tǒng)的基本模型（2）調(diào)制與解調(diào)（3）多路復用技術1.3.1通信的基本原理（1）通信系統(tǒng)的基本模型什么是通信(communication)？廣而言之，通信就是信息的(遠距離)傳遞與交流現(xiàn)代通信——使用電波或光波傳遞信息的技術，也稱為電信（telecommunication），如電報、電話、傳真、電子郵件、BBS、QQ等通信的發(fā)展歷史：1836年，英國建成第一條電報線路(Morse電報)1876年，美國人A.G.Bell研制成可供實用的電話20世紀初，馬可尼實現(xiàn)了跨越大西洋的無線電報通信1918年出現(xiàn)收音機和無線電廣播1938年第一個電視臺開始播出1940’s出現(xiàn)彩色電視1960’s出現(xiàn)計算機網(wǎng)絡什么是通信(communication)？廣而言之，通信就是對通信系統(tǒng)的一般要求遠距離：傳輸距離要遠低成本：傳輸成本要低高速度：從發(fā)生到接收的延遲時間要短可靠：傳輸?shù)男畔⒉荒苡绣e誤方便：任何時間和地點都能通信安全：傳輸?shù)男畔⒁Ｃ?，不能泄漏對通信系統(tǒng)的一般要求遠距離：傳輸距離要遠通信系統(tǒng)的模型通信的三要素：信道信源(宿)信宿(源)信號信號舉例:信道的任務是迅速、可靠而準確地將信號從信源傳輸?shù)叫潘薇粋鬏數(shù)男畔⒍急仨氁阅撤N電(或光)信號的形式才能進行傳輸發(fā)送信息的設備接收信息的設備有線電話移動電話計算機通信信源/信宿電話座機手機計算機信號形式話音經(jīng)電話機轉(zhuǎn)換成為變化的電流信號話音經(jīng)電話機轉(zhuǎn)換成為壓縮編碼后的數(shù)字信號編碼并打包后的數(shù)字信號信道構(gòu)成電話線和中繼器等傳輸設備無線電波、基站等雙絞線、集線器、路由器、光纖等通信系統(tǒng)的模型通信的三要素：信道信源(宿)信宿(源)信號信模擬信號與數(shù)字信號通信系統(tǒng)中被傳輸?shù)男畔⒈仨氜D(zhuǎn)換成某種電信號(或光信號)才能進行傳輸t數(shù)字信號信號強度模擬信號信號強度t電信號(或光信號)有兩種形式：模擬信號形式:通過連續(xù)變化的物理量（如信號的幅度）來表示信息，例如人們打電話或者播音員播音時聲音經(jīng)話筒(麥克風)轉(zhuǎn)換得到的信號；數(shù)字信號形式:使用有限個狀態(tài)(一般是2個狀態(tài))來表示（編碼）信息，例如電報機、傳真機和計算機發(fā)出的信號都是數(shù)字信號模擬信號與數(shù)字信號通信系統(tǒng)中被傳輸?shù)男畔⒈仨氜D(zhuǎn)換成某種電信號模擬信號如何傳輸？近距離傳輸：直接傳輸(如：MP3播放器－>耳機；計算機輸出信號－>投影儀)遠距離傳輸：通過載波來傳輸模擬信號(如：廣播電臺－>收音機)什么是載波？研究發(fā)現(xiàn)，高頻振蕩的正弦波信號在長距離通信中能夠比其他信號傳送得更遠。因此若把高頻振蕩的正弦波信號作為攜帶信息的載波，把模擬信號放在(調(diào)制在)載波上傳輸，則可比直接傳輸遠得多模擬信號如何傳輸？近距離傳輸：模擬信號如何進行載波傳輸？

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三種調(diào)制方法調(diào)制后的載波信號傳輸信號調(diào)制器載波信號調(diào)制后的載波信號傳輸信號解調(diào)器載波信號調(diào)制信號(連續(xù)信號)調(diào)幅(AM)調(diào)頻(FM)調(diào)相(PM)載波信號(高頻正弦波)實現(xiàn)信號調(diào)制與解調(diào)的設備分別稱為“調(diào)制器”和“解調(diào)器”：模擬信號如何進行載波傳輸？

數(shù)字信號如何傳輸？近距離傳輸方法——基帶傳輸近距離傳輸時：不加處理直接進行（如：USB連接）較長距離傳輸：需作碼型轉(zhuǎn)換（如：以太網(wǎng)中傳輸數(shù)字信號）二進位信號的不歸零制(NRZ)編碼001101雙絞線計算機計算機NRZ碼曼徹斯特編碼碼型變換器碼型變換器曼徹斯特編碼NRZ碼（網(wǎng)卡）（網(wǎng)卡）含有直流成分，不便于同步，不適合直接傳輸平均直流電平為0，電平的變化可作為同步信號二進位信號的曼徹斯特編碼電平從低到高表示0,從高到低表示1

遠距離傳輸方法——通過載波來傳輸數(shù)字信號(頻帶傳輸)數(shù)字信號如何傳輸？近距離傳輸方法——基帶傳輸二進位信號的0數(shù)字信號的三種調(diào)制方法(ASK)幅移鍵控(FSK)頻移鍵控00110100010調(diào)制信號(兩個狀態(tài))(PSK)相移鍵控載波信號(高頻正弦波)數(shù)字調(diào)制、解調(diào)器：調(diào)制后的載波信號傳輸信號解調(diào)器載波信號調(diào)制后的載波信號傳輸信號調(diào)制器載波信號數(shù)字信號的三種調(diào)制方法(ASK)幅移鍵控(FSK)頻移鍵控0小結(jié)1:遠距離通信必須使用MODEM通信一般是雙向進行的，收發(fā)雙方都需要調(diào)制器與解調(diào)器，它們通常做在一起，稱為調(diào)制解調(diào)器(MODEM)信道信源(宿)信宿(源)調(diào)制后的載波

信號調(diào)制后的載波

信號調(diào)制(解調(diào))器(調(diào)制)解調(diào)器載波載波信源信號通過調(diào)制器調(diào)整載波的某個參數(shù)(幅度、頻率或相位)到達目的地后，使用解調(diào)器把載波所攜帶的信號檢測出來，恢復為原始信號的形式經(jīng)過調(diào)制后的載波信號，攜帶著被傳輸?shù)男盘栐谛诺乐羞M行長距離傳輸小結(jié)1:遠距離通信必須使用MODEM通信一般是雙向進行的怎樣降低傳輸成本？分析：通信系統(tǒng)中，傳輸線路的建設和維護成本占整個系統(tǒng)成本的相當大的份額一條傳輸線路（銅線、光纖、無線電波）的容量通常遠超過傳輸1路用戶信號所需的能力降低成本采用的技術——多路復用技術(Multiplexing)多路信號使用同一條傳輸線同時進行傳輸方法：頻分多路復用（FDM）時分多路復用（TDM）（最常用）波分多路復用（WDM）怎樣降低傳輸成本？分析：頻分多路復用(FrequencyDivisionMultiplexing,FDM)

思想：將每個通信終端發(fā)送的信號調(diào)制在不同頻率的載波上，通過頻分多路復用器(MUX)將它們復合成為一個信號，然后在同一傳輸線路上進行傳輸。抵達接收端之后，借助分路器(DEMUX)把不同頻率