第一章：信息技术概述

1、1.1 信息与信息技术信息与信息技术 1.3通信技术入门通信技术入门 1.4数字技术基础数字技术基础1.2微电子技术简介微电子技术简介信息与信息技术信息与信息技术1.1.1 信息与信息处理信息与信息处理信息是信息是什么？什么？1.1.信息就是信息，它既不是物质也不是能量信息就是信息，它既不是物质也不是能量N.Wiener（控制论创始人)2.2.事物运动的状态及状态变化的方式事物运动的状态及状态变化的方式。 客观事物立场3 3. 认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的 形式、内容和效用。形式、内容和效用。 认识主体立场 例：人口统计状态：中国

2、当前人口总数约13亿状态变化方式：每年以约1%的增长率增加13亿和1%给我们以人口统计的信息。信息处理信息处理做什么？做什么？信息施效（效应器官）信息获取（感觉器官）信息传递（神经系统）信息加工（大脑）信息传递（神经系统）事物客体人工进行信息处理的过程信息的收集信息的加工信息的存储信息的传递信息的施用1.1.2 信息技术信息技术信息技术：用来扩展人的信息器官功能、协助人们进行信息用来扩展人的信息器官功能、协助人们进行信息 处理的一类技术处理的一类技术。1.1.人的信息器官及功能：人的信息器官及功能： 感觉器官感觉器官（眼耳鼻舌身）获取信息 神经网络神经网络传递信息 思维器官思维器官（大脑）处理

3、信息并再生信息 效应器官效应器官（手脚）施用信息2.信息技术信息技术感知与识别技术扩展感觉器官功能, 提高人们的感知范围、 感知精度和灵敏度通信技术与存储技术扩展神经网络功能, 消除人们交流信 息的空间和时间障碍计算处理技术扩展思维器官功能, 增强人们的信息加工处 理能力控制与显示技术扩展效应器官功能，增强人们的信息控制 能力1.1.3 信息处理系统信息处理系统信息处理系统：信息处理系统：用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加工处理、控制及显示的综合使用各种信息技术综合使用各种信息技术的系统。信息加工通信/存储控制与显示通信/存储感知与识别信息输入信息输出信息处理系统示意图信息处理系统示意图

4、信息处理系统分类依据自动化程度人工的、半自动的、全自动的依据技术手段机械的、电子的、光学的依据通用性专用的、通用的信息处理系统实例雷达是一种以感知与识别为主要目的的系统电视/广播系统是一种单向的、点到多点（面）的以信息 传递为主要目的的系统电话是一种双向的、点到点的以信息交互为主要目的的系统银行是一种以处理金融业务为主的系统图书馆是一种以信息收藏和检索为主的系统Internet是一种跨越全球的多功能信息处理系统 现代信息技术现代信息技术以数字技术为基础以计算机为核心采用电子技术进行信息的收集、传递、加工、存储、显示、控制。现代信息技术领域：微电子、通信、广播、计算机、遥感遥测、自动控制、机器人

5、等微电子技术简介微电子技术简介1.2.1微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路微电子技术：微电子技术： 是实现电子电路和电子系统超小型化及微型化的技术，以集成电路为核心。电子线路使用的基础元件的演变：电子线路使用的基础元件的演变：真空电子管真空电子管 晶体管晶体管 中小规模集成电路中小规模集成电路 大规模超大规模集成电路大规模超大规模集成电路集成电路(Integrated Circuit，简称IC)20世纪50年代出现，以半导体单晶片作为材料，经平面工艺加工制造，将大量晶体管、电阻等元器件及互连线构成的电子线路集成在基片上，构成一个微型化的电路或系统。集成电路的规模:根据所包含的晶体管数目分

6、为：集成电路规模集成度（个电子元件）小规模集成电路（SSI）100中规模集成电路（MSI）1003000大规模集成电路（LSI）300010万超大规模集成电路（VLSI）10万100万极大规模集成电路（ULSI）100万集成电路的分类:根据所用晶体管结构、电路和工艺分为根据所用晶体管结构、电路和工艺分为： 双极型（Bipolar）集成电路、 金属-氧化物-半导体(MOS) 集成电路 双极金属-氧化物-半导体集成电路（Bi-MOS）等根据集成电路的功能分为：根据集成电路的功能分为： 数字集成电路（如逻辑电路、存储器、微处理器、微控制器、数字信号处理器等） 模拟集成电路（又称为线性电路，如信号放大

7、器、功率放大器等）根据用途分为：根据用途分为： 通用集成电路 专用集成电路（ASIC）微电子技术与集成电路集成电路芯片是微电子技术的结晶，它们是计算机的核心集成电路芯片是微电子技术的结晶，它们是计算机的核心。先进的微电子技术高集成度芯片高性能的计算机利用计算机进行集成电路的设计、生产过程控制及自动测试，又能制造出性能高、成本更低的集成电路芯片1.2.3集成电路的反展趋势集成电路的反展趋势集成电路的工作速度集成电路的工作速度 主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸提高集成度，关键在缩小门电路面积。MooreMoore定律定律单块集成电路的集成度平均每1824个月翻一番 Gordon E.Moor

8、e,1965年 Intel公司创始人19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentium IIPentium IIIPentium 4晶体管数30年来微处理器集成度的发展1.2.4 IC卡卡IC卡是卡是“集成电路卡集成电路卡”的简称的简称 分类：分类： 1、存储器卡、存储器卡 2、CPU卡卡 也称智能卡也称智能卡通信技术入门通信技术入门通信： 各种信息的传递 现代通信：使用电波或光波双向双向传递信息的技术（

9、电信）1.3.1 概述概述信源（宿）信 道信源（宿）信号信号通信系统简单模型 通信系统中被传输的信息都必须以某种电（或光）信号电（或光）信号的形式才能通过传输介质进行传输： 两种信号形式：连续形式 模拟信号 模拟传输技术模拟传输技术 离散形式 数字信号 数字传输技术数字传输技术t(a) 连续信号t(b) 离散信号1.3.2怎样远距离传输信息怎样远距离传输信息 ？调制调制： 在信息传输时，利用信源信号去调整载波的某个参数。在信息传输时，利用信源信号去调整载波的某个参数。解调解调： 信号到达目的地时，接收方把载波所携带的信号检测信号到达目的地时，接收方把载波所携带的信号检测来来 恢复为原始信号的形

10、式。恢复为原始信号的形式。 多路复用技术：让多路信号同时共用一条传输线路进行传输。 数字传输技术采用的是时分多路复用（TDM） 模拟传输技术采用的是频分多路复用（FDM）1.3.3怎样降低传输信息成本怎样降低传输信息成本 ？时分多路复用时分多路复用 把一个传输通道进行时间分割以传送若干话路的信息。把N个话路设备接到一条公共的通道上，按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通道的时间。当轮到某个设备时，这个设备与通道接通，执行操作。与此同时，其它设备与通道的联系均被切断。待指定的使用时间间隔一到，则通过时分多路转换开关把通道联接到下一个要连接的设备上去。时分制通信也称时间分割通信，它是数字电话多

11、路通信的主要方法。模拟通信技术：模拟通信技术： 直接传输信源所产生的直接传输信源所产生的模拟信号模拟信号或者通过或者通过模拟信号模拟信号对载波调制后进行对载波调制后进行传输的通信技术。传输的通信技术。 直接传输信源所产生的直接传输信源所产生的数字信号数字信号或者通过或者通过数字信号数字信号对载波调制后进行对载波调制后进行传输的通信技术。传输的通信技术。1.3.4传输介质传输介质金属导体金属导体光导纤维光导纤维利用电流传输信息利用光波传输信息利用电磁波电磁波传输信息一：金属导体一：金属导体同轴电缆同轴电缆双绞线双绞线二：光导纤微（光纤）二：光导纤微（光纤）1、结构光波在纤芯中的传输原理光波在纤芯

12、中的传输原理： 当光线的入射角足够大时，就会出现全反射重复此过程，光就沿着光纤传播下去多模多模：纤芯直径为 50 或 62.5m ，可以存在许多条入射角不同的光线，各自以不同的反射角全反射传播下去（即：每一个光线有一个不同的模式）分类:单模单模：纤芯直径为 810 m（一个光波波长），光线不出现反射，直接向前传输 。 衰耗小，在 2.5 Gb/s 的高速率下传输数十公里而不必采用中继器。2、光纤的通信原理、光纤的通信原理波分多路复用波分多路复用：是在一根光纤中同时传输几种不同波长不同波长的光波以达到增大信道容量的目的：全光网（全光网（All Optical Network）：光信息流在通信网络

13、中的传输及交换时始终以光的形式存在，不需要经过光/电、电/光转换。 全光网技术是光纤通讯领域的前沿技术，是21世纪真正的高速公路。三：无线电波三：无线电波无线通信原理：无线通信原理：利用电磁波可以在空间自由传播的特性，通过调节电磁波的振幅、频率或相位实现远距离传输信息。微波微波：一种具有较高频率(300MHz300GHz)的电磁波。 波长很短，通常为1米至1毫米。 在空间主要是直线传播。微波通信方式微波通信方式 ： 地面微波接力通信 卫星通信 对流层散射通信卫星通信卫星通信利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，实现两或多个地球站之间的通信。通信卫星的工作原理通信卫星的工作原理卫星通信 通信

14、卫星工作原理通信卫星工作原理 从地面站1发出的无线电信号，被卫星通信天线接收后，首先在通信转发器中进行放大、变频和功率放大，然后由卫星的通信天线把放大后的信号重新发向地面站2，从而实现两个地面站或多个地面站的远距离通信。 中、低轨道卫星中、低轨道卫星运行周期小于相对于地面是运动的，卫星天线覆盖的区域小，地面天线必须随时跟踪卫星。 优点：高度仅是同步轨道的二十分之一至八十分之一，路径损耗低，传播时延时大大缩短，对于手执通信终端和话音通信非常有利。 例如，摩托罗拉公司的一项计划：发射66颗低轨道卫星（高度750km）覆盖整个地球，利用直接与卫星通信的手持设备实现世界范围内的电信服务。 同步轨道同步

15、轨道 卫星卫星(地球同步地球同步卫星卫星) 赤道上方高度为36 000公里的地方，卫星的运行周期与地球自转一圈的周期相同，因此在地面上看这种卫星好似静止不动 。三颗同步定点轨道 卫星就可以覆盖地球的几乎全部面积，可以进行二十四小时的全天候通信。 移动通信移动通信处于移动状态的对象之间的通信，包括寻呼系统，蜂窝移动电话（俗称手机俗称手机），集群调度，无绳电话和卫星系统。 蜂窝移动通信的发展第一代：传输模拟信号，使用频段800/900MHz第二代：传输数字信号，使用频段900MHz1800MHz标准如下： GSM（欧洲全数字移动通信系统，全球可移动通信系统,全球通） IS-54（美国移动通信系统，

16、数字系统并兼容模拟系统） JDC（日本移动通信系统，数字系统并兼容模拟系统）第三代：使用频段2GHz 蜂窝移动通信系统组成 移动台、基站、移动电话交换中心 移动台移动台：是移动的通信终端，它是接收无线信号的接收机，包括手机，呼机，无绳电话等。 基站基站：是与移动台联系的一个固定收发机，它接收移动台的无线信号，每个基站负责与一个特定区域（10km 20km的区域）的所有的移动台进行通信。 移动交换中心移动交换中心：与基站之间通过无线微波、电缆或光缆交换信息，移动交换中心再与公共电话网进行连接。每个基站的有效区域既相互分割，又彼此有所交叠，整个移动通信网就像是蜂窝，所以也称为“蜂窝式移动通信蜂窝式

17、移动通信”。 四：数字技术基础四：数字技术基础数字技术：就是用0和1两个数字表示、处理、存储、传输 信息的技术。1.4.1 信息的基本单位信息的基本单位-比特比特（bit） 二进位数字二进位“位” 比特既没有颜色，也没有大小和质量。在不同的应用中有不同的含义。字，字长字，字长字节（字节（8位）位）位位位、字节、字及字长位、字节、字及字长2、比特的运算、比特的运算逻辑代数逻辑代数（布尔代数）：（布尔代数）：逻辑加（“或”运算）表示符号：“OR” “ ” “+”001001101111逻辑乘（“与”运算）表示符号：“AND” “ ” “.”000100100111取反运算：取反运算：“0”取反后是

18、取反后是“1”， “1”取反后是取反后是“0”。存储容量：存储容量：使用2的幂次作为单位有助于存储器的设计。千字节（千字节（KB） 1KB=210字节字节1024B 兆字节（兆字节（MB） 1MB=220字节字节1024KB吉字节（吉字节（GB） 1GB=230字节字节1024MB太字节（太字节（TB） 1TB=240字节字节1024GB1.4.2比特和二进制数比特和二进制数常用计数制的基数和数字符号常用计数制的基数和数字符号十进制 二进制 八进制十六进制基 数数字符号100920,18071609,A,B,C,D,E,F编码和数制编码和数制十进制 用D表示 二进制 用B表示八进制 用Q表示

19、十六进制 用H表示1. 十进制特点： 以十为底，逢十进一；表示：120120111101010101010 nnnnmmniiimDDDDDDD例：1997.8=1103+9102+9101+7100+810-12. 二进制特点：以2为底，逢2进位； 表示：1202n 120111( )222222nnnmmniiimBBBBBBB 例：例：(1011.1) 2 = 123+022 + 121 + 1 20 +1 2-1数制间的转换数制间的转换十进制数十进制数非十进制数非十进制数非十进制数非十进制数十进制数十进制数二、八、十六进制之间的转换二、八、十六进制之间的转换编码和数制编码和数制2 75

20、 1 2 37 1 2 18 0 2 9 1 2 4 0 2 2 0 2 1 1 0示例示例2:结果为：结果为：1001011十进制整数十进制整数 二进制整数二进制整数 8 75 3 8 9 1 8 1 1 0结果为：113余数法：余数法：除基数取余数、由下而上排列。示例示例1：十进制整数十进制整数 八进制整数八进制整数进位法：进位法：用十进制小数乘基数，当积为0或达到所要求的精度时，将整数部分由上而下排列。示例：示例：0.625 21.250 整数为1 20.50 整数为0 21.0 整数为1 小数值为0结果为：结果为：101十进制小数十进制小数 二进制小数二进制小数位权法位权法：把各非十进制数按权展开求和示例：示例： (1011.1) 2 = 123+022 + 121 + 1 20 +1 2-1 = 8 + 0 + 2 + 1 + 0.5 = (11.5)10