第一章信息技術(shù)概述1第一頁，共五十頁。本章學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求1.了解什么是信息，什么是信息處理，什么是信息技術(shù)2.了解什么是微電子技術(shù)，它的作用和意義3.了解通信系統(tǒng)的分類和通信技術(shù)的發(fā)展前景初步理解通信系統(tǒng)的組成和數(shù)據(jù)通信的基本原理.理解什么是比特和比特的運(yùn)算,掌握二進(jìn)制與十進(jìn)制、八進(jìn)制數(shù)據(jù)、十六進(jìn)制數(shù)的關(guān)系，熟悉整數(shù)和實(shí)數(shù)在計算機(jī)內(nèi)的表示法。2第二頁，共五十頁。1.1信息與信息技術(shù)3第三頁，共五十頁。1.1.1信息與信息處理4第四頁，共五十頁。信息定義信息就是信息，它既不是物質(zhì)也不是能量。 —N.Wiener（控制論創(chuàng)始人）事物運(yùn)動的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式?！陀^事物立場認(rèn)識主體所感知或所表述的事物運(yùn)動及其變化方式的形式、內(nèi)容和效用?！J(rèn)識主體立場

5第五頁，共五十頁?！靶畔ⅰ焙汀皵?shù)據(jù)”，這2個術(shù)語的概念在計算機(jī)信息處理中是既有區(qū)別又有聯(lián)系的。計算機(jī)是一種基于二進(jìn)制運(yùn)算的信息處理機(jī)器，任何需要由計算機(jī)進(jìn)行處理的信息，都必須進(jìn)行一定程度的形式化，并表示成二進(jìn)制編碼的形式。這就引進(jìn)了數(shù)據(jù)的概念。6第六頁，共五十頁。信息處理過程信息施效（效應(yīng)器官）信息獲?。ǜ杏X器官）信息傳遞（神經(jīng)系統(tǒng)）信息加工（大腦）信息傳遞（神經(jīng)系統(tǒng)）事物客體7第七頁，共五十頁。與信息處理相關(guān)的行為和活動信息收集——感知、測量、識別、獲取、輸入等信息加工——分類、計算、分析、綜合、轉(zhuǎn)換、檢索、管理等信息存儲信息傳遞信息施用——控制、顯示等8第八頁，共五十頁。1.1.2信息技術(shù)9第九頁，共五十頁。信息技術(shù)信息技術(shù)：用來擴(kuò)展人的信息器官功能、協(xié)助人們進(jìn)行信息處理的一類技術(shù)。人的信息器官及功能：感覺器官（眼耳鼻舌身）——獲取信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——傳遞信息

思維器官（大腦）——處理信息并再生信息效應(yīng)器官（手腳）——施用信息10第十頁，共五十頁?；拘畔⒓夹g(shù)感知與識別技術(shù)——擴(kuò)展感覺器官功能,提高人們的感知范圍、感知精度和靈敏度通信技術(shù)與存儲技術(shù)——擴(kuò)展神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能,消除人們交流信息的空間和時間障礙計算處理技術(shù)——擴(kuò)展思維器官功能,增強(qiáng)人們的信息加工處理能力控制與顯示技術(shù)——擴(kuò)展效應(yīng)器官功能，增強(qiáng)人們的信息控制能力11第十一頁，共五十頁。1.1.3信息處理系統(tǒng)12第十二頁，共五十頁。信息處理系統(tǒng)

用于輔助人們進(jìn)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(shù)的系統(tǒng)。信息加工通信/存儲控制與顯示通信/存儲感知與識別信息處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)13第十三頁，共五十頁。信息處理系統(tǒng)實(shí)例雷達(dá)是一種以感知與識別為主要目的的系統(tǒng)電視/廣播系統(tǒng)是一種單向的、點(diǎn)到多點(diǎn)（面）的以信息傳遞為主要目的的系統(tǒng)電話是一種雙向的、點(diǎn)到點(diǎn)的以信息交互為主要目的的系統(tǒng)銀行是一種以處理金融業(yè)務(wù)為主的系統(tǒng)圖書館是一種以信息收藏和檢索為主的系統(tǒng)Internet是一種跨越全球的多功能信息處理系統(tǒng)

14第十四頁，共五十頁。1.2電子信息技術(shù)簡介15第十五頁，共五十頁。微電子技術(shù)與集成電路微電子技術(shù)：以集成電路為核心的電子技術(shù)是在電子電路和系統(tǒng)的超小型化和微型化過程中逐漸形成和發(fā)展起來的。

16第十六頁，共五十頁。電子線路使用的基礎(chǔ)元件的演變真空電子管晶體管中小規(guī)模集成電路大規(guī)模超大規(guī)模集成電路17第十七頁，共五十頁。集成電路的規(guī)模根據(jù)所包含的晶體管數(shù)目分為：集成電路規(guī)模集成度（個電子元件）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）10萬~100萬極大規(guī)模集成電路（ULSI）＞100萬18第十八頁，共五十頁。微電子技術(shù)與集成電路集成電路芯片是微電子技術(shù)的結(jié)晶，它們是計算機(jī)的核心。 先進(jìn)的微電子技術(shù)→→高集成度芯片→→高性能的計算機(jī)→→利用計算機(jī)進(jìn)行集成電路的設(shè)計、生產(chǎn)過程控制及自動測試，又能制造出性能高、成本更低的集成電路芯片19第十九頁，共五十頁。集成電路的發(fā)展趨勢集成電路的工作速度

主要取決于組成邏輯門電路的晶體管的尺寸，晶體管的尺寸越小，其極限工作頻率越高，門電路的開關(guān)速度就越快。芯片上電路元件的線條越細(xì)，相同面積的晶片可容納的晶體管就越多，功能就越強(qiáng)，速度也越快。20第二十頁，共五十頁。集成電路的發(fā)展趨勢提高集成度，關(guān)鍵在縮小門電路面積集成電路特點(diǎn)：體積小、重量輕、可靠性高M(jìn)oore定律

單塊集成電路的集成度平均每18～24個月翻一番——GordonE.Moore,1965年Intel公司創(chuàng)始人21第二十一頁，共五十頁。集成電路的發(fā)展趨勢

Intel公司微處理器集成度的發(fā)展19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium4晶體管數(shù)22第二十二頁，共五十頁。集成電路的發(fā)展趨勢19992001200420082014工藝(μm)0.180.130.090.060.014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（mm）300300350400450引腳數(shù)目7009573350功耗（w）9013018323第二十三頁，共五十頁。集成電路的發(fā)展趨勢目前集成電路生產(chǎn)的主流技術(shù)：12吋晶圓、0.18微米工藝，并正在向14吋晶圓、0.09微米工藝過渡

IntelP4：已采用0.13μm工藝制造生產(chǎn)AMD：有采用0.13μm工藝制造生產(chǎn)的CPU1（μm微米）＝1/1,000,000（米）美國半導(dǎo)體協(xié)會(SIA)預(yù)測，到2010年將能達(dá)到18吋晶圓和0.07～0.05微米的工藝。在未來十年時間里，集成電路的技術(shù)還將繼續(xù)遵循Moore定律得到進(jìn)一步的發(fā)展24第二十四頁，共五十頁。1.3通信技術(shù)入門25第二十五頁，共五十頁。1.3.1概述通信：各種信息的傳遞現(xiàn)代通信：使用電波或光波雙向傳遞信息的技術(shù)（電信）26第二十六頁，共五十頁。概述通信三要素：

信源（信息的發(fā)送者）

信宿（信息的接收者）

信道（信息的載體與傳播媒介）產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端信源信宿通信線路信道噪聲外界的干擾接收信息的一端27第二十七頁，共五十頁。1.3.2通信系統(tǒng)的基本原理數(shù)據(jù)通信:將數(shù)據(jù)(一串比特)從信源傳輸?shù)叫潘薜倪^程.數(shù)據(jù)傳輸過程28第二十八頁，共五十頁。數(shù)據(jù)通信模型及有關(guān)的基本概念信道調(diào)制解調(diào)（編碼器：調(diào)制，解碼器：解調(diào)）多路復(fù)用（主干信道）交換技術(shù)信源（宿）編碼器（解碼器）復(fù)用（分路）信道復(fù)用（分路）編碼器（解碼器）信源（宿）29第二十九頁，共五十頁。信道的基本概念信道的定義：向某個方向傳輸信息的媒體。一條通信線路通常包含一個發(fā)送信道和一個接收信道。根據(jù)信號在信道上的傳輸方向單工通信半雙工通信全雙工通信30第三十頁，共五十頁。調(diào)制解調(diào)基本概念調(diào)制（Modulation）將基帶數(shù)字信號的波形變換為適合于模擬信道傳輸?shù)哪M信號波形。（將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號）解調(diào)（Demodulation）將由調(diào)制器變換過的模擬信號波形恢復(fù)成原來的基帶數(shù)字信號波形。（將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號）基本調(diào)制方法：

調(diào)幅，調(diào)頻，調(diào)相31第三十一頁，共五十頁。多路復(fù)用基本概念多路復(fù)用 為了提高線路利用率，總是設(shè)法在一條傳輸線路上，傳輸多個模擬信號（例如，話路信息）或數(shù)字信號，這就是多路復(fù)用。多路復(fù)用技術(shù)通常有： 頻分復(fù)用，時分復(fù)用，碼分復(fù)用，波分復(fù)用

信道多路復(fù)用器多路復(fù)用器終端終端終端終端終端終端終端終端32第三十二頁，共五十頁。多路復(fù)用基本概念信道使用的雞尾酒會原理在一個大房間里（一個信道），有許多對人在交談（多路信號傳輸）：時分復(fù)用——不同對的人輪流交談，一對交談結(jié)束后另一對再接上。頻分復(fù)用——不同對的人分成不同的組，每組獨(dú)立占用房間內(nèi)的一小塊區(qū)域，各組人同時進(jìn)行自己的交談，互不干擾。碼分復(fù)用——不同對的人分別用不同語言進(jìn)行交談，其它語言只當(dāng)作噪音不予理會。33第三十三頁，共五十頁。多路復(fù)用基本概念波分多路復(fù)用在單一光纖內(nèi)同步傳輸多個不同波長的光波，使得數(shù)據(jù)傳輸速度和容量獲得倍增34第三十四頁，共五十頁。交換的基本概念交換：

在廣域網(wǎng)的情況下，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是部分連接，沒有直接互聯(lián)的節(jié)點(diǎn)間的通信，必須經(jīng)過中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換才能實(shí)現(xiàn)。這種由中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)參與的通信和電話系統(tǒng)中兩個電話用戶間的通話必須經(jīng)由電話交換機(jī)的現(xiàn)象類似，也稱為交換。中轉(zhuǎn)的節(jié)點(diǎn)稱為交換節(jié)點(diǎn)。 交換技術(shù)能為需要通信的計算機(jī)建立一個臨時的通信鏈路，通信結(jié)束后再拆除鏈路。35第三十五頁，共五十頁。交換的基本概念電路交換（線路交換）為發(fā)送端和接收端建立一條臨時的實(shí)際物理通道，供通信雙方使用，通信完畢后，交換機(jī)內(nèi)的連線被拆除。 例如：電話交換機(jī) 優(yōu)點(diǎn)：交換方式簡單，適合遠(yuǎn)距離成批數(shù)據(jù)傳輸，建立一次連接可傳送大量數(shù)據(jù)。 缺點(diǎn)：線路利用率低，通信成本高36第三十六頁，共五十頁。交換的基本概念分組交換（包交換）把需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊分割成若干小塊，然后為每個小塊數(shù)據(jù)加上有關(guān)的地址信息及分組信息，組成一個數(shù)據(jù)包（也稱為“分組”）。數(shù)據(jù)包的長度通常為幾十到幾百個字節(jié)。數(shù)據(jù)包按照類似于流水線的方式在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過緩沖、轉(zhuǎn)發(fā)而到達(dá)目的地。通信網(wǎng)絡(luò)中每個結(jié)點(diǎn)為其相連的每條鏈路準(zhǔn)備了一個緩沖區(qū)，每個數(shù)據(jù)包按照去向不同送入各個緩沖區(qū)排隊，當(dāng)某一條鏈路空閑時，就從相應(yīng)的緩沖區(qū)中取出一個數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一結(jié)點(diǎn)，下一結(jié)點(diǎn)再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，直至數(shù)據(jù)包到達(dá)接收端。接收端的計算機(jī)按照數(shù)據(jù)包的編號，將它們重新組裝成為原來形式的數(shù)據(jù)塊。37第三十七頁，共五十頁。交換的基本概念分組交換（包交換） 優(yōu)點(diǎn)：線路利用率高；收發(fā)雙方不需同時工作，當(dāng)接收方忙碌時，整個網(wǎng)絡(luò)都可以作為它的緩沖；可以給數(shù)據(jù)包建立優(yōu)先級，使得一些重要應(yīng)用的數(shù)據(jù)包能優(yōu)先傳遞。 缺點(diǎn)：延時長，不宜用于實(shí)時通信或交互通信。

38第三十八頁，共五十頁。傳輸介質(zhì)有線介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纖無線介質(zhì)無線電波微波紅外線激光39第三十九頁，共五十頁。通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)信道帶寬與信道的最高信息傳輸速率的關(guān)系：

理想信道的最高碼元傳輸速率(單位：Baud波特)=2*信道帶寬（Hz）（奈氏準(zhǔn)則）理想信道的最高信息傳輸速率（單位：b/s，比特）=最高碼元傳輸速率*一個碼元攜帶的信息量1Mb/s=1000b/s,1Gb/s=1000Mb/s例如： 信道帶寬：3KHz(3000Hz) 最高碼元傳輸速率：6000Baud一個碼元攜帶2bit的數(shù)據(jù)量,最高信息傳輸速率：12000b/s=12Mb/s40第四十頁，共五十頁。通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)誤碼率（errorrate）指數(shù)據(jù)傳輸中出錯數(shù)據(jù)占被傳輸數(shù)據(jù)總數(shù)的比例。局域網(wǎng)誤碼率。<10-6端---端延遲：指數(shù)據(jù)從信源傳送到信宿所花費(fèi)的時間。41第四十一頁，共五十頁。有線載波通信有線載波通信：主要傳輸電話，電報、傳真、數(shù)據(jù)也可傳輸廣播、可視電話、電視節(jié)目依據(jù)所用的傳輸介質(zhì)，有線載波通信可分為：

明線載波系統(tǒng)對稱電纜載波系統(tǒng)同軸電纜載波系統(tǒng)42第四十二頁，共五十頁。無線通信無線通信原理利用電磁波可以在空間自由傳播的特性，通過調(diào)節(jié)電磁波的振幅、頻率或相位實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸信息。43第四十三頁，共五十頁。微波通信微波：一種具有較高頻率(300MHz～300GHz)的電磁波。 波長很短，通常為1米至1毫米。 微波通信是定向通信。微波通信方式：地面微波接力通信衛(wèi)星通信對流層散射通信通信衛(wèi)星對流層不均勻體44第四十四頁，共五十頁。衛(wèi)星通信 利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，實(shí)現(xiàn)兩或多個地球站之間的通信。 是微波接力通信技術(shù)與空間技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。45第四十五頁，共五十頁。移動通信移動通信

處于移動狀態(tài)的對象之間的通信，包括尋呼系統(tǒng)，蜂窩式移動電話（俗稱手機(jī)），集群調(diào)度，無繩電話和衛(wèi)星系統(tǒng)。

46第四十六頁，共五十頁。移動通信移動臺：是移動的通信終端，它是接收無線信號的接收機(jī)，包括手機(jī)，呼機(jī)，無繩電話等?；荆菏桥c移動臺聯(lián)系的一個固定收發(fā)機(jī)，它接收移動臺的無線信號，每個基站負(fù)責(zé)與一個特定區(qū)域（10km～20km的區(qū)域）的所有的移動臺進(jìn)行通信。