信息技術(shù)概述8874469511

1、第一章 信息技術(shù)概述1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4.初步理解通信系統(tǒng)的組成和數(shù)據(jù)通信的基本原理.5.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(jì)算機(jī)內(nèi)的表示法。21.1 信息與信息技術(shù)31.1.1 信息與信息處理4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(dòng)的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式。 客觀事物立場(chǎng) 認(rèn)識(shí)主體所感知或所表述的事物運(yùn)動(dòng)及其變化方式的形式、內(nèi)容和效用。 認(rèn)識(shí)主體

2、立場(chǎng) 5 “信息信息”和“數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)”，這2個(gè)術(shù)語(yǔ)的概念在計(jì)算機(jī)信息處理中是既有區(qū)別又有聯(lián)系的。 計(jì)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(jì)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信息處理過(guò)程信息施效（效應(yīng)器官）信息獲取（感覺器官）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與信息處理相關(guān)的行為和活動(dòng) 信息收集感知、測(cè)量、識(shí)別、獲取、輸入等 信息加工分類、計(jì)算、分析、綜合、轉(zhuǎn)換、檢索、管理等 信息存儲(chǔ) 信息傳遞 信息施用控制、顯示等81.1.2 信息技術(shù)9信息技術(shù)信息技術(shù)：用來(lái)擴(kuò)展人的信息器官功能、協(xié)助人

3、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基本信息技術(shù) 感知與識(shí)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(chǔ)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(shí)間障礙 計(jì)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111.1.3 信息處理系統(tǒng)12信息處理系統(tǒng)用于輔助人們進(jìn)行信息獲取、傳遞、存儲(chǔ)、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(chǔ)控制與顯示通信/

4、存儲(chǔ)感知與識(shí)別信息處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)13信息處理系統(tǒng)實(shí)例雷達(dá)是一種以感知與識(shí)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) 141.2 電子信息技術(shù)簡(jiǎn)介15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(guò)程中逐漸形成和發(fā)展起來(lái)的。 16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

5、路17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(gè)電子元件）小規(guī)模集成電路（SSI）100中規(guī)模集成電路（MSI）1003000大規(guī)模集成電路（LSI）300010萬(wàn)超大規(guī)模集成電路（VLSI）10萬(wàn)100萬(wàn)極大規(guī)模集成電路（ULSI）100萬(wàn)18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(jì)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(jì)算機(jī)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行集成電路的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程控制及自動(dòng)測(cè)試，又能制造出性能高、成本更低的集成電路芯片19集成電路的發(fā)展趨勢(shì)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

6、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集成電路的發(fā)展趨勢(shì) 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 Moore定律單塊集成電路的集成度平均每1824個(gè)月翻一番 Gordon E.Moore,1965年Intel公司創(chuàng)始人21集成電路的發(fā)展趨勢(shì) Intel公司微處理器集成度的發(fā)展19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486Pe

7、ntiumPentium IIPentium IIIPentium 4晶體管數(shù)22集成電路的發(fā)展趨勢(shì)1999199920012001200420042008200820142014工藝工藝( (m)m)0.180.180.130.130.090.090.060.060.0140.014晶體管晶體管( (M)M)23.823.847.647.613513553953935003500時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率( (GHz)GHz)1.21.21.61.62.02.02.6552.6551010面積面積( (mmmm2 2) )340340340340390390468468901901連線層數(shù)連線層數(shù)6

8、67 78 89 91010晶圓直徑（晶圓直徑（mmmm）300300300300350350400400450450引腳數(shù)目引腳數(shù)目70070095795733503350功耗（功耗（w w）909013013018318323集成電路的發(fā)展趨勢(shì) 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(guò)渡 Intel P4：已采用0.13m工藝制造生產(chǎn) AMD：有采用0.13m工藝制造生產(chǎn)的CPU 1（m微米） 1/1,000,000（米） 美國(guó)半導(dǎo)體協(xié)會(huì)(SIA)預(yù)測(cè)，到2010年將能達(dá)到18吋晶圓和0.070.05微米的工藝。在未來(lái)十年時(shí)間里，

9、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241.3 通信技術(shù)入門251.3.1 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271.3.2 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^(guò)程.數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程28 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（

10、分路）編碼器（解碼器）信源（宿）29信道的基本概念 信道的定義： 向某個(gè)方向傳輸信息的媒體。 一條通信線路通常包含一個(gè)發(fā)送信道和一個(gè)接收信道。 根據(jù)信號(hào)在信道上的傳輸方向單工通信半雙工通信全雙工通信30調(diào)制解調(diào)基本概念 調(diào)制（Modulation） 將基帶數(shù)字信號(hào)的波形變換為適合于模擬信道傳輸?shù)哪M信號(hào)波形。（將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)） 解調(diào)（Demodulation） 將由調(diào)制器變換過(guò)的模擬信號(hào)波形恢復(fù)成原來(lái)的基帶數(shù)字信號(hào)波形。（將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)） 基本調(diào)制方法： 調(diào)幅，調(diào)頻，調(diào)相31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(gè)模擬信號(hào)（例如，話路信

11、息）或數(shù)字信號(hào)，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(shí)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多路復(fù)用基本概念 信道使用的雞尾酒會(huì)原理 在一個(gè)大房間里（一個(gè)信道），有許多對(duì)人在交談（多路信號(hào)傳輸）： 時(shí)分復(fù)用 不同對(duì)的人輪流交談，一對(duì)交談結(jié)束后另一對(duì)再接上。 頻分復(fù)用 不同對(duì)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(shí)進(jìn)行自己的交談，互不干擾。 碼分復(fù)用不同對(duì)的人分別用不同語(yǔ)言進(jìn)行交談，其它語(yǔ)言只當(dāng)作噪音不予理會(huì)。33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(gè)不同波長(zhǎng)的光波，使得數(shù)據(jù)傳輸速度和容量獲得倍增3

12、4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(guò)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(gè)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(jì)算機(jī)建立一個(gè)臨時(shí)的通信鏈路，通信結(jié)束后再拆除鏈路。35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(shí)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(jiǎn)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交換的基本概念 分組交換（

13、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(gè)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(gè)數(shù)據(jù)包（也稱為“分組”）。 數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度通常為幾十到幾百個(gè)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(guò)緩沖、轉(zhuǎn)發(fā)而到達(dá)目的地。 通信網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)結(jié)點(diǎn)為其相連的每條鏈路準(zhǔn)備了一個(gè)緩沖區(qū)，每個(gè)數(shù)據(jù)包按照去向不同送入各個(gè)緩沖區(qū)排隊(duì)，當(dāng)某一條鏈路空閑時(shí)，就從相應(yīng)的緩沖區(qū)中取出一個(gè)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(jì)算機(jī)按照數(shù)據(jù)包的編號(hào)，將它們重新組裝成為原來(lái)形式的數(shù)據(jù)塊。37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(shí)工作，當(dāng)接收方忙碌

14、時(shí)，整個(gè)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(jí)，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(shí)長(zhǎng)，不宜用于實(shí)時(shí)通信或交互通信。38傳輸介質(zhì)有線介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纖無(wú)線介質(zhì)無(wú)線電波微波紅外線激光39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(gè)碼元攜帶的信息量 1 Mb/s = 1000 b /s , 1 Gb/s = 1000 Mb/s 例如：信道帶寬：3 KHz ( 3000Hz ) 最高碼

15、元傳輸速率：6000 Baud 一個(gè)碼元攜帶 2 bit 的數(shù)據(jù)量 ,最高信息傳輸速率：12000 b/s = 12 Mb/s40通信系統(tǒng)的性能指標(biāo) 誤碼率（error rate） 指數(shù)據(jù)傳輸中出錯(cuò)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(shí)間。41有線載波通信有線載波通信：主要傳輸電話，電報(bào)、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(duì)稱電纜載波系統(tǒng) 同軸電纜載波系統(tǒng)42無(wú)線通信 無(wú)線通信原理 利用電磁波可以在空間自由傳播的特性，通過(guò)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。

16、43微波通信微波：一種具有較高頻率(300MHz300GHz)的電磁波。波長(zhǎng)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(duì)流層散射通信44衛(wèi)星通信利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)兩或多個(gè)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移動(dòng)通信移動(dòng)通信 處于移動(dòng)狀態(tài)的對(duì)象之間的通信，包括尋呼系統(tǒng)，蜂窩式移動(dòng)電話（俗稱手機(jī)），集群調(diào)度，無(wú)繩電話和衛(wèi)星系統(tǒng)。 46移動(dòng)通信 移動(dòng)臺(tái)：是移動(dòng)的通信終端，它是接收無(wú)線信號(hào)的接收機(jī)，包括手機(jī)，呼機(jī)，無(wú)繩電話等。 基站：是與移動(dòng)臺(tái)聯(lián)系的一個(gè)固定收發(fā)機(jī)，它接收移動(dòng)臺(tái)的無(wú)線信號(hào)，每個(gè)基站負(fù)責(zé)與一個(gè)特定區(qū)域（10km 20km的區(qū)域）的所有的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信。 移動(dòng)交換中心：與基站之間通過(guò)無(wú)線微波、電纜或光纜交