数制、编码与通信第1讲

1 考纲的学习考纲的学习 2 基本知识基本知识 1 二 八 十 十六进行及相互转换 2 二进制的与 或 非运算 3 ASCII 码与 UNICODE 码 ASCII 用 7bit 表示一个符号 第 8 位用于奇偶校验 2 7 128 个符号 Unicode 使用全 16 位表示一个符号 这使得 Unicode 能够 表示世界上所有的书写语言中可能用 于电脑通讯的字元 象形文字和其他符号 4 机器数的原 反 补码 原码 符号位 0 表示正 1 表示负 数值位为相应的二进制值 反码 符号位 0 表示正 1 表示负 正数与原码一样 负数由原码 按位取反 补码 正数与原反码一样 负数为反码 1 5 校验方法及校验码 奇偶校验 CRC 校验 循环冗余Cyclic Redundancy Check 汉字的编码汉字的编码 国标码 用两字节表示一个汉字 每字节用 7bit 最高位为 0 机内码 为了避免与 ASCII 冲突 将国标码的每字节的最高 位由 0 改为 1 即得汉字的机内码 即机内码是国标码的一种变形 BCD 码码 Binary Coded Decimal 亦称二进码十进数或二 十进制代码 用 4 位二进制数来表示 1 位十进制数中的 0 9 这 10 个数码 是一种二 进制的数字编码形式 用二进制编码的十进制代码 如 123 的一种编码 0001 0010 0011 6 多路复用技术及数据交换技术 信道多路复用技术 提高数据链路的利用率 频分多路复用 FDM 时分多路复用 TDM 波分多路 复用 WDM 和码码分分多多路路复复用用 CDMA 其中时分多路复用又 包括同步时分复用和统计时分复用 码分多路复用也是一种共享信道的方法 每个用户可在同一时 间使用同样的频带进行通信 但使用的是基于码型的分割信道的方 法 即每个用户分配一个地址码 各个码型互不重又叠 通信各方之 间不会相互干扰 且抗干拢能力强 码分多路复用技术主要用于无 线通信系统 特别是移动通信系统 它不仅可以提高通信的话音质 量和数据传输的可靠性以及减少干扰对通信的影响 而且增大了 通信系统的容量 数据交换技术 电电路路交交换换 通信之前要在通信双方之间建立一条被双方独占 的物理通路 由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成 有以下优缺点 由于通信线路为通信双方用户专用 数据直达 所以传输 数据的时延非常小 通信双方之间的物理通路一旦建立 双方可以随时通信 实时性强 双方通信时按发送顺序传送数据 不存在失序问题 电路交换既适用于传输 模拟信号 也适用于传输 数字信号 电路交换的交换的交换设备 交换机等 及控制均较简单 缺点 电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说嫌长 电路交换连接建立后 物理通路被通信双方独占 即使通 信线路空闲 也不能供其他用户使用 因而 信道利用低 电路交换时 数据直达 不同类型 不同规格 不同速率的 终端很难相互进行通信 也难以在通信过程中进行 差错控制 报报文文交交换换 报文交换是以报文为 数据交换的单位 报文携带 有目标地址 源地址等信息 在交换结点采用存储转发的传输方 式 因而有以下优缺点 优点 报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路 不存在连接建立时延 用户可随时发送报文 由于采用存储转发的传输方式 使之具有下列优点 a 在 报文交换中便于设置代码检验和数据重发设施 加之交换结点还 具有路径选择 就可以做到某条传输路径发生故障时 重新选择 另一条路径传输数据 提高了传输的可靠性 b 在存储转发中容 易实现代码转换和速率匹配 甚至收发双方可以不同时处于 可用 状态 这样就便于类型 规格和速度不同的计算机之间进行通信 c 提供多目标服务 即一个报文可以同时发送到多个目的地址 这在电路交换中是很难实现的 d 允许建立数据传输的优先级 使优先级高的报文优先转换 通信双方不是固定占有一条通信线路 而是在不同的时间 一段一段地部分占有这条物理通路 因而大大提高了通信线路的 利用率 缺点 由于数据进入交换结点后要经历存储 转发这一过程 从 而引起转发时延 包括接收报文 检验正确性 排队 发送时间 等 而且网络的通信量愈大 造成的时延就愈大 因此报文交 换的实时性差 不适合传送实时或交互式业务的数据 报文交换只适用于数字信号 由于报文长度没有限制 而每个中间结点都要完整地接收 传来的整个报文 当输出线路不空闲时 还可能要存储几个完整 报文等待转发 要求网络中每个结点有较大的缓冲区 为了降低 成本 减少结点的 缓冲存储器的容量 有时要把等待转发的报文 存在磁盘上 进一步增加了传送时延 分分组组交交换换 分组交换仍采用存储转发传输方式 但将一个长 报文先分割为若干个较短的分组 然后把这些分组 携带源 目 的地址和编号信息 逐个地发送出去 因此分组交换除了具有报 文的优点外 与报文交换相比有以下优缺点 加速了数据在网络中的传输 因为分组是逐个传输 可以 使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行 这种流 水线式传输方式减少了报文的传输时间 此外 传输一个分组所 需的缓冲区比传输一份报文所需的缓冲区小得多 这样因缓冲区 不足而等待发送的机率及等待的时间也必然少得多 简化了存储管理 因为分组的长度固定 相应的缓冲区的 大小也固定 在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区 的管理 相对比较容易 减少了出错机率和重发数据量 因为分组较短 其出错机率 必然减少 每次重发的数据量也就大大减少 这样不仅提高了可 靠性 也减少了传输时延 由于分组短小 更适用于采用优先级策略 便于及时传送 一些紧急数据 因此对于计算机之间的突发式的 数据通信 分组 交换显然更为合适些 缺点 尽管分组交换比报文交换的传输时延少 但仍存在存储转 发时延 而且其结点交换机必须具有更强的处理能力 分组交换与报文交换一样 每个分组都要加上源 目的地 址和分组编号等信息 使传送的信息量大约增大5 10 一定 程度上降低了通信效率 增加了处理的时间 使控制复杂 时延 增加 当分组交换采用数据报服务时 可能出现失序 丢失或重 复分组 分组到达目的结点时 要对分组按编号进行排序等工作 增加了麻烦 若采用虚电路服务 虽无失序问题 但有呼叫建立 数据传输和虚电路释放三个过程 7 数据的编码方法 NRZ 单极性不归零码 分别用高 低电平 这里为零电 平 表示数字数据中的中的 1 和 0 在整个码元期间 电平保持不变 0 5 为判断门限 如 10100110 的编码 RZ 单极性归零码 与 NRZ 不同的是 在发送 1 时 高电平只持续一段时间 其余时间码元为低电平 BNRZ 双极性不归零码 用正负电平分别表示 1 和 0 整个码元期间电平不变 因而这种码型中不存在零电 平 BRZ 双极性归零码 发送 1 和 0 时 正负电平都 只持续一段时间 其他时间码元归零电平 曼彻斯特编码 每个码元的时间间隔中间都有电平跳变 由 高跳为低代表 1 则低跳为高代表 0 其中的跳变既可用于取值 又有同步功能 差分曼彻斯特编码 每个码元的时间间隔中间都有跳变 每 个码元的时间间隔开始有跳变表示 0 无跳变表示 1 其中 中间跳变用同步 开始的跳变用于取值 8 8 香香农农公公式式 C C B B l lo og g2 2 1 1 S S N N l lo og g2 2 表表示示以以 2 2 为为底底的的对对数数 b bi it t s s 该式通常称为香农公式 B 是信道带宽 赫 S 是信号功率 瓦 N 是噪声功率 瓦 香香农农公公式式中中的的 S S N N 为为无无量量纲纲单单位位 如 S N 1000 即 信号功率是 噪声功率的 1000 倍 但是 当当讨讨论论信信噪噪比比 S S N N 时时 常常以以分分贝贝 d dB B 为为单单位位 9 9 奈奈奎奎斯斯特特定定理理 理理想想低低通通信信道道的的最最高高码码元元传传输输速速率率 W 2B Baud 10 波波特特率率和和比比特特率率 波特率指线路状态的更改次数 比特率指信道每秒传输的二进制位数 比特率 波特率 单个调制状态对应的二进制位数 单个调制状态对应的二进制位数与编码方式有关 两相调制 单个调制状态对应 1 个二进制位 波特率 比特 率 四相调制 单个调制状态对应 2 个二进制位 比特率是波特 率的两倍 八相调制 单个调制状态对应3 个二进制位 比特率 是波特率的三倍 例 1 某计算机内存按字节编址 内存地址区域从 44000H 到 6BFFFH 共有 11 K 字节 若采用 16Kx4bit 的 SRAM 芯片 构成 该内存区域共需 12 片 11 A 128 B 160 C 180 D 220 12 A 5 B 10 C 20 D 32 2 若用 8 位机器码表示十进制数 101 则原码表示的形式为 8 补码表示的形式为 9 8 A 11100101 B 10011011 C 11010101 D 11100111 9 A 11100101 B 1001101l C 11010101 D 11100111 3 已知汉字 大 的国标码为 3473H 其机内码为 2 A 4483H B 5493H C B4F3H D 74B3H 4 某二进制无符号数 11101010 转换为三位非压缩 BCD 数 按 百位 十位和个位的顺序表示 应为 11 A 00000001 00000011 00000111 B 00000011 00000001 00000111 C 00000010 00000011 00000100 D 00000011 00000001 00001001 5 在异步通信中 在异步通信中 1 位起始位 位起始位 7 位数据位 位数据位 2 位停止位