第一章 信息技术概述w

1、1计算机专转本计算机专转本（南师大）（南师大）徐建军徐建军应天职业技术学院校级精品课程第一章第一章 信息技术概述信息技术概述3第一章第一章 信息技术概述信息技术概述1.1 1.1 信息与信息技术信息与信息技术1.2 1.2 微电子技术简介微电子技术简介1.3 1.3 通信技术入门通信技术入门1.4 1.4 数字技术基础数字技术基础1.1 1.1 信息与信息技术信息与信息技术F什么是信息什么是信息F信息处理与信息技术信息处理与信息技术F信息处理系统信息处理系统5什麽是信息？什麽是信息？(1) 信息同物质和能源一样，是人们赖信息同物质和能源一样，是人们赖以生存与发展的重要资源。人类通过信以生存与发

2、展的重要资源。人类通过信息认识各种事物，借助信息的交流沟通息认识各种事物，借助信息的交流沟通人与人之间的联系，互相协作，从而推人与人之间的联系，互相协作，从而推动社会前进。动社会前进。 信息概述信息概述6日常生活中信息的几种解释：日常生活中信息的几种解释：语言、文字、图画、照片等表示的内容（新闻语言、文字、图画、照片等表示的内容（新闻、消息或知识）、消息或知识）读书、上课、交谈等所学习和了解的知识、方读书、上课、交谈等所学习和了解的知识、方法、事实和情况法、事实和情况为了做判断、订计划或求解问题等所需要的数为了做判断、订计划或求解问题等所需要的数据、资料据、资料什麽是信息？什麽是信息？(1)7

3、中国大百科全书的解释：从认识论层次来中国大百科全书的解释：从认识论层次来看，信息是指认识主体所感知或主体所表看，信息是指认识主体所感知或主体所表述的述的 “ “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” ” 信息因它所表达的内容而有一定的价值，信息因它所表达的内容而有一定的价值，也因能相互交流而体现其作用也因能相互交流而体现其作用信息有多种表现形式，语言、文字、声音信息有多种表现形式，语言、文字、声音、图片等都是信息的表现形式、图片等都是信息的表现形式( (载体载体) )信息与物质和能量同样重要，它是人们认信息与物质和能量同样重要，它是人们认识世界、改造世界的一种基本识世界

4、、改造世界的一种基本资源资源什麽是信息？什麽是信息？(2)(2)8什麽是信息？什麽是信息？(2)(2)l 可传递性和共享性可传递性和共享性l 信息必须依附于载体信息必须依附于载体l 信息的可处理性信息的可处理性 信息的主要特征信息的主要特征9什么是信息处理？什么是信息处理？信息处理指的是与下列内容相关的行为和信息处理指的是与下列内容相关的行为和活动：活动：信息的收集信息的收集( (如信息的感知、测量、获取、输如信息的感知、测量、获取、输入等入等) )信息的加工信息的加工( (如信息的分类、计算、分析、转如信息的分类、计算、分析、转换等换等) )信息的存储信息的存储( (如书写、摄影、录音、录像

5、等如书写、摄影、录音、录像等) )信息的传递信息的传递( (如邮寄、电报、电话等如邮寄、电报、电话等 ) )信息的施用信息的施用( (如控制、显示等如控制、显示等) ) 10人工进行信息处理的过程人工进行信息处理的过程 人工信息处理的不足： 算不快 记不住 传不远 看（听）不清事物事物客体客体信息获取信息获取(感觉器官感觉器官)信息加工与信息加工与存储存储(大脑大脑)信息传递信息传递(神经系统神经系统)信息施用信息施用(效应器官效应器官)信息传递信息传递(神经系统神经系统)信息技术（信息技术（IT）手手/脚脚/身身眼眼/耳耳/鼻鼻/舌舌/身身11信息技术信息技术信息技术：用来扩展人的信息器官功

6、能信息技术：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。、协助人们进行信息处理的一类技术。人的信息器官及功能：人的信息器官及功能： 感觉器官（眼耳鼻舌身）感觉器官（眼耳鼻舌身）获取信获取信息息 神经网络神经网络传递信息传递信息 思维器官（大脑）思维器官（大脑）处理信息并再处理信息并再生信息生信息 效应器官（手脚）效应器官（手脚）施用信息施用信息12基本信息技术基本信息技术感知与识别技术感知与识别技术扩展感觉器官功扩展感觉器官功能能, , 提高人们的感知范围、感知精度提高人们的感知范围、感知精度和灵敏度和灵敏度通信技术与存储技术通信技术与存储技术扩展神经网扩展神经网络功能络功能,

7、, 消除人们交流信息的空间和消除人们交流信息的空间和时间障碍时间障碍计算处理技术计算处理技术扩展思维器官功能扩展思维器官功能, , 增强人们的信息加工处理能力增强人们的信息加工处理能力控制与显示技术控制与显示技术扩展效应器官功扩展效应器官功能，能，增强人们的信息控制能力增强人们的信息控制能力13信息技术的发展历史信息技术的发展历史语言的形成和使用语言的形成和使用 文字的创造文字的创造 印刷技术的发明印刷技术的发明 望远镜、显微镜望远镜、显微镜 电报和电话通信电报和电话通信 广播、电视广播、电视 雷达、雷达、卫星（遥感感测）卫星（遥感感测） 计算机计算机、机器人、机器人 因特网（因特网（Inte

8、rnetInternet） 14现代信息技术现代信息技术 3 3大特征：大特征：采用电子技术（包括激光技术）采用电子技术（包括激光技术）进行信息的收进行信息的收集、传递、加工、存储、显示与控制集、传递、加工、存储、显示与控制以数字技术（计算机）为基础以数字技术（计算机）为基础以软件为核心以软件为核心 领域领域:微电子、通信、广播、计算机、遥感遥测、自微电子、通信、广播、计算机、遥感遥测、自动控制、机器人等动控制、机器人等15什么是信息处理系统？什么是信息处理系统？ 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、控制及显示显示的综合使用各种

9、信息技术的系统的综合使用各种信息技术的系统，可以通称为信息处理系，可以通称为信息处理系统统通信通信/存储存储信息加工信息加工通信通信/存储存储控制与显示控制与显示感测与识别感测与识别信息处理系统结构信息处理系统结构输入输入 输出输出16信息处理系统举例信息处理系统举例雷达：雷达： 以感测与识别为主要目的的系统以感测与识别为主要目的的系统电视电视/ /广播：广播： 以单向、点到多点（面）以单向、点到多点（面）的以信息传递为主要目的的系统的以信息传递为主要目的的系统电话：电话：以双向、点到点的信息交互为主以双向、点到点的信息交互为主要目的的系统要目的的系统银行：银行：以处理金融信息为目的的系统以处

10、理金融信息为目的的系统图书馆：图书馆：以信息收藏和检索为主要目的以信息收藏和检索为主要目的的系统的系统因特网：因特网：跨越全球的多功能信息处理系跨越全球的多功能信息处理系统统 1.2 1.2 微电子技术简介微电子技术简介F 微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路F 集成电路的制造集成电路的制造F 集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势F IC卡卡18(1)(1)微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路 微电子技术是信息技术领域中微电子技术是信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产的关键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础业和各项高技术的基础 微电子技术的核心是集成电路微电子技术的核心是

11、集成电路技术技术19电子电路中元器件的发展演变电子电路中元器件的发展演变 微电子技术是以微电子技术是以集成电路集成电路为核心的电子技术，它是在电为核心的电子技术，它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。晶体管晶体管(1948)中中/小规模小规模集成电路集成电路(1950s)大规模大规模/超大规模超大规模集成电路集成电路(1970s)电子管电子管(1904)20什么是集成电路？什么是集成电路？ 集成电路集成电路 (Integrated Circuit，简称，简称IC)：以半导体单晶片作为基片以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，将晶采用平面工艺

12、，将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统统 集成电路的优点：集成电路的优点：体积小、重量轻体积小、重量轻功耗小、成本低功耗小、成本低速度快、可靠性高速度快、可靠性高超大规模集成电路超大规模集成电路小规模集成电路小规模集成电路21集成电路的分类集成电路的分类u按用途分：按用途分： 通用集成电路通用集成电路 专用集成电路专用集成电路（ASIC）u按电路的功能分：按电路的功能分： 数字集成电路数字集成电路 模拟集成电路模拟集成电路u按晶体管结构、电路和工艺分：按晶体

13、管结构、电路和工艺分： 双极型（双极型（Bipolar）电路）电路 金属氧化物半导体金属氧化物半导体(MOS)电路电路 u按集成度按集成度(芯片中包含的元器件芯片中包含的元器件数目数目)分分:集成电路规模集成电路规模元器件数目元器件数目小规模集成电小规模集成电路（路（SSISSI）100100中规模集成电中规模集成电路（路（MSIMSI）10030001003000大规模集成电大规模集成电路（路（LSILSI）300010300010万万超大规模集成超大规模集成电路（电路（VLSIVLSI）1010万万100100万万极大规模集成极大规模集成电路（电路（ULSIULSI）100100万万22(

14、2)(2)集成电路的制造集成电路的制造( (选学选学) ) 集成电路的制造工序繁多，从原料熔炼开集成电路的制造工序繁多，从原料熔炼开始到最终产品包装大约需要始到最终产品包装大约需要400400多道工序，多道工序，工艺复杂且技术难度非常高，有一系列的关工艺复杂且技术难度非常高，有一系列的关键技术。许多工序必须在恒温、恒湿、超洁键技术。许多工序必须在恒温、恒湿、超洁净的无尘厂房内完成。净的无尘厂房内完成。 目前兴建一个有两条生产线能加工目前兴建一个有两条生产线能加工8 8英寸晶英寸晶圆的集成电路工厂需投资人民币圆的集成电路工厂需投资人民币10 10亿元以上亿元以上。 23集成电路的制造流程集成电路

15、的制造流程单晶硅锭经切单晶硅锭经切割、研磨和抛割、研磨和抛光后制成镜面光后制成镜面一样光滑的圆一样光滑的圆形薄片，称为形薄片，称为“硅抛光片硅抛光片”硅平面工艺包括氧化、光刻、硅平面工艺包括氧化、光刻、掺杂和互连等工序，最终在掺杂和互连等工序，最终在硅片上制成包含多层电路及硅片上制成包含多层电路及电子元件的集成电路。通常电子元件的集成电路。通常每一硅抛光片上可制作成百每一硅抛光片上可制作成百上千个独立的集成电路，这上千个独立的集成电路，这种整整齐齐排满了集成电路种整整齐齐排满了集成电路的硅片称作的硅片称作“晶圆晶圆”对晶圆上的每个对晶圆上的每个电路进行检测，电路进行检测，然后将晶圆切开然后将晶

16、圆切开成小片，把合格成小片，把合格的电路分类，再的电路分类，再封装成一个个独封装成一个个独立的集成电路立的集成电路进行成品测试，进行成品测试，按其性能参数按其性能参数分为不同等级，分为不同等级，贴上规格型号贴上规格型号及出厂日期等及出厂日期等标签，成品即标签，成品即可出厂可出厂硅抛光片硅抛光片单晶单晶硅锭硅锭24集成电路的集成电路的封装封装 集成电路集成电路封装目的：封装目的： 电功能、散热功能、机械与化学保护功能电功能、散热功能、机械与化学保护功能 常见的封装方式：常见的封装方式： 单列直插式（单列直插式（SIP） 双列直插式双列直插式 （DIP） 阵列式（阵列式（PGA） 塑料有引线芯片载

17、体（塑料有引线芯片载体（PLCC） 扁平贴片式扁平贴片式( QFP) 小外形封装（小外形封装（SOP） 25FC-PGA2 FC-PGA2 封装方式封装方式（Pentium 4 Pentium 4 处理器）处理器） 集成电路的集成电路的封装形式封装形式26ICIC集成度提高的规律集成度提高的规律Moore定律：单块集成电路的集成度平均每18个月翻一番 (Gordon E.Moore,1965年)19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038

18、680486PentiumPentium IIPentium IIIPentium 4晶体管数晶体管数例例：Intel微处理器集成度的发微处理器集成度的发展展27集成电路技术的发展趋势集成电路技术的发展趋势19992001200420082014工艺(m)0.180.130.090.060.014晶体管(M)23.847.61355393500时钟频率(GHz)1.21.62.02.65510面积(mm2)340340390468901连线层数678910晶圆直径(英寸)1212141618引脚数目7009573350功耗（w）9013018328进一步提高集成度的问题与出路进一步提高集成度的

19、问题与出路 问题：问题： 线宽进一步缩小后，晶体管线条小到线宽进一步缩小后，晶体管线条小到纳米级纳米级时，其电流微弱到仅有几时，其电流微弱到仅有几十个甚至几个电子流动，晶体管将逼近其物理极限而无法正常工作十个甚至几个电子流动，晶体管将逼近其物理极限而无法正常工作 出路：出路： 在在纳米尺寸纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和效应量子现象和效应，人们正，人们正在利用这些量子效应研制具有全新功能的在利用这些量子效应研制具有全新功能的量子器件量子器件，使能开发出新的，使能开发出新的纳米芯片纳米芯片和和量子计算机量子计算机 同时，人们还在研究将自然界传播速度最快的

20、同时，人们还在研究将自然界传播速度最快的光光作为信息的载体，发作为信息的载体，发展光子学，研制展光子学，研制集成光路集成光路，或把电子与光子并用，实现，或把电子与光子并用，实现光电子集成光电子集成29集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势u光子计算机光子计算机光能够像电一样来光能够像电一样来传递信息，甚至效果传递信息，甚至效果更好。而且，更重要更好。而且，更重要的一个特点在于它不的一个特点在于它不会和周围环境发生相会和周围环境发生相互干扰的作用。互干扰的作用。30(4) IC(4) IC卡简介卡简介几乎每个人每天都与几乎每个人每天都与ICIC卡打交道，例如我卡打交道，例如我们的身份证、手机们的身

21、份证、手机SIMSIM卡、交通卡、饭卡等等，卡、交通卡、饭卡等等，什么是什么是ICIC卡？它有哪些类型和用途？工作原理卡？它有哪些类型和用途？工作原理大致是怎样的？下面是简单介绍。大致是怎样的？下面是简单介绍。31什么是什么是 ICIC卡？卡？ IC卡卡(chip card、smart card)，又称为集成电路卡，它是把集成电路，又称为集成电路卡，它是把集成电路芯片密封在塑料卡基片内，使其成为能存储信息、处理和传递数据的芯片密封在塑料卡基片内，使其成为能存储信息、处理和传递数据的载体载体 特点：特点：存储信息量大存储信息量大保密性能强保密性能强可以防止伪造和窃用可以防止伪造和窃用抗干扰能力强

22、抗干扰能力强可靠性高可靠性高 应用举例：应用举例：作为作为电子证件电子证件，记录持卡人的信息，用作身份识别（如身份证、，记录持卡人的信息，用作身份识别（如身份证、考勤卡、医疗卡、住房卡等）考勤卡、医疗卡、住房卡等）作为作为电子钱包电子钱包（如电话卡、公交卡、加油卡等）（如电话卡、公交卡、加油卡等）32ICIC卡的类型卡的类型( (按芯片分类按芯片分类) )存储器卡：存储器卡：封装的集成电路为存储器，信封装的集成电路为存储器，信息可长期保存，也可通过读卡器改写。结息可长期保存，也可通过读卡器改写。结构简单，使用方便。用于安全性要求不高构简单，使用方便。用于安全性要求不高的场合，如电话卡、水电费卡

23、、公交卡、的场合，如电话卡、水电费卡、公交卡、医疗卡等医疗卡等 （带加密逻辑的存储器卡（带加密逻辑的存储器卡增加了加密增加了加密电路）电路）CPU卡：卡：封装的集成电路为中央处理器（封装的集成电路为中央处理器（CPU）和存储器，还配有操作系统）和存储器，还配有操作系统(Chip Operating System)，处理能力强，保密性，处理能力强，保密性更好，常用作证件和信用卡使用。手机中更好，常用作证件和信用卡使用。手机中使用的使用的SIM卡就是一种特殊的卡就是一种特殊的CPU卡。卡。33ICIC卡的类型卡的类型( (按使用方式分类按使用方式分类) ) 接触式接触式IC卡卡(如电话如电话IC卡

24、卡) 表面有方型镀金接口，共表面有方型镀金接口，共8个或个或6个镀金触点。使用个镀金触点。使用时必须将时必须将IC卡插入读卡机，通过金属触点传输数据卡插入读卡机，通过金属触点传输数据。 用于信息量大、读写操作比较复杂的场合用于信息量大、读写操作比较复杂的场合,但易磨损但易磨损、怕脏、寿命短、怕脏、寿命短 非接触式非接触式IC卡卡(射频卡、感应卡射频卡、感应卡) 采用电磁感应方式无线传输数据，解决了无源（卡采用电磁感应方式无线传输数据，解决了无源（卡中无电源）和免接触问题中无电源）和免接触问题 操作方便，快捷，采用全密封胶固化，防水、防污操作方便，快捷，采用全密封胶固化，防水、防污，使用寿命长，

25、使用寿命长 用于读写信息较简单的场合，如身份验证等用于读写信息较简单的场合，如身份验证等 接触式接触式IC卡卡接触式接触式IC卡的结构卡的结构非接触式非接触式IC卡卡34非接触式非接触式ICIC卡在身份证中的使用卡在身份证中的使用 第二代身份证使用非接触式第二代身份证使用非接触式CPUCPU卡，可实现卡，可实现“电子防伪电子防伪”和和“数字管理数字管理”两大功能两大功能 ：电子防伪措施：个人数据和人脸图像经过加密后存储在芯片中，电子防伪措施：个人数据和人脸图像经过加密后存储在芯片中，需要时可通过非接触式读卡器读出进行验证。需要时还可以将人需要时可通过非接触式读卡器读出进行验证。需要时还可以将人

26、体生物特征如指纹等保存在芯片中，以进一步提高防伪性能体生物特征如指纹等保存在芯片中，以进一步提高防伪性能数字管理功能：数字管理功能：存储器能储存多达几兆字节的信息，采用分区存储，按不同存储器能储存多达几兆字节的信息，采用分区存储，按不同安全等级授权读写安全等级授权读写采用数据库和网络技术，实现全国联网快速查询和身份识别采用数据库和网络技术，实现全国联网快速查询和身份识别，将使二代证在公共安全、社会管理、电子政务、电子商务等，将使二代证在公共安全、社会管理、电子政务、电子商务等方面发挥重要作用方面发挥重要作用 351.3 1.3 通信技术入门通信技术入门1.3.1 1.3.1 通信的基本原理通信

27、的基本原理1.3.2 1.3.2 模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信1.3.3 1.3.3 光纤通信和无线通信光纤通信和无线通信1.3.4 1.3.4 移动通信移动通信1.3.1 1.3.1 通信的基本原理通信的基本原理F 通信系统的基本模型通信系统的基本模型F 调制与解调调制与解调F 多路复用技术多路复用技术37什么是通信什么是通信(communication)(communication)？u 通信就是信息的通信就是信息的(远距离远距离)传递与交流传递与交流u 现代通信现代通信使用使用电波或光波传递信息电波或光波传递信息的技术，也称为电信（的技术，也称为电信（telecommunicat

28、ion），如电报、电话、传真、电子邮件、），如电报、电话、传真、电子邮件、BBS、QQ等等u 通信的发展历史：通信的发展历史： 1836年，英国建成第一条电报线路年，英国建成第一条电报线路(Morse电报电报) 1876年，美国人年，美国人A.G.Bell研制成可供实用的电话研制成可供实用的电话 20世纪初，马可尼实现了跨越大西洋的无线电报通信世纪初，马可尼实现了跨越大西洋的无线电报通信 1918年出现收音机和无线电广播年出现收音机和无线电广播 1938年第一个电视台开始播出年第一个电视台开始播出 1940s 出现彩色电视出现彩色电视 1960s 出现计算机网络出现计算机网络38对通信系统的一

29、般要求对通信系统的一般要求远距离：传输距离要远低成本：传输成本要低高速度：从发生到接收延迟时间要短可靠：传输的信息不能有错误方便：任何时间和地点都能通信安全：传输的信息要保密，不能泄漏39通信系统的模型通信系统的模型通信的三要素：信信 道道信源信源(宿宿)信宿信宿(源源)信信号号信信号号举例:信息的载体与传播媒介。信息的载体与传播媒介。信道信道的任务是迅速、可靠而准确地的任务是迅速、可靠而准确地将信号从信源传输到信宿将信号从信源传输到信宿被传输的信息都必须以被传输的信息都必须以某种电某种电(或光或光)信号的形信号的形式才能进行传输式才能进行传输发送信息发送信息的设备的设备接收信息接收信息的设备

30、的设备有线电话移动电话计算机通信信源/信宿电话座机手机计算机信号话音经电话机转换成为变化的电流信号话音经电话机转换成为压缩编码后的数字信号编码、打包后的数字信号信道电话线和中继器等传输设备无线电波、基站等双绞线、集线器、路由器、光纤等40信道的种类信道的种类 按传输的信号类型可将信道分为：按传输的信号类型可将信道分为：模拟信道：传输连续的模拟信号的信道模拟信道：传输连续的模拟信号的信道特点：频带窄，信道利用率高；受噪声干扰大特点：频带窄，信道利用率高；受噪声干扰大例如：传输语音信号的架空明线、双绞线，传输广播电视信号的例如：传输语音信号的架空明线、双绞线，传输广播电视信号的宽带同轴电缆宽带同轴

31、电缆数字信道：传输离散的数字信号数字信道：传输离散的数字信号特点：信号不失真，准确性高；数字设备可大规模集成，价格便特点：信号不失真，准确性高；数字设备可大规模集成，价格便宜；易于加密；要求频带宽，信道利用率低宜；易于加密；要求频带宽，信道利用率低例如：传输计算机通信所用的信号的基带例如：传输计算机通信所用的信号的基带 同轴电缆、光缆等同轴电缆、光缆等41信道的种类信道的种类按信号的传输媒体可将信道分为：有线信道：电缆、光缆无线信道：自由空间42模拟信号如何传输？模拟信号如何传输？u 近距离传输： 直接传输 (如：MP3播放器 耳机 ；计算机输出信号 投影仪)u 远距离传输： 通过载波载波来传

32、输模拟信号(如：广播电台收音机)u 什么是载波载波？ 研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他信号传送得更远。因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信息的载波载波，把模拟信号放在(调制调制在)载波上传输，则可比直接传输远得多43模拟信号如何进行载波传输？模拟信号如何进行载波传输？ 三种调制方法三种调制方法调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号调制器调制器载波信号载波信号调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号解调器解调器载波信号载波信号调制信号调制信号(连续信号连续信号)调幅调幅(AM)调频调频(FM)调相调相(PM)载波信号载波信号(高频正弦波高频正弦波)实现信

33、号调制与解调的设备分别称为实现信号调制与解调的设备分别称为“调制器调制器”和和“解调器解调器”：44两类数字信号：两类数字信号：基带信号： 用两种不同的电压值表示数字1和0的信号，需在数字信道上传输。宽带信号： 将基带信号进行调制，将其频谱搬移到较高的频率处而形成的模拟信号，这种模拟信号可以采用频分复用技术在模拟信道上传输。45数字信号如何传输？数字信号如何传输？u 近距离传输方法基带传输 近距离传输时：不加处理直接进行（如：USB连接） 较长距离传输：需作码型转换（如：以太网中传输数字信号）双绞线双绞线计算机计算机计算机计算机NRZ 码码曼彻斯特曼彻斯特编码编码码型码型变换器变换器码型码型变

34、换器变换器曼彻斯特曼彻斯特编码编码NRZ 码码（网卡）（网卡）（网卡）（网卡）二进位信号的二进位信号的曼彻斯特编码曼彻斯特编码二进位信号的二进位信号的不归零制不归零制(NRZ)编码编码0 0 1 1 0 1含有直流成分，含有直流成分，不便于同步，不不便于同步，不适合直接传输适合直接传输 平均直流电平为平均直流电平为0，电平的变化可作电平的变化可作为同步信号为同步信号 电平从低到高表示0,从高到低表示1 u 远距离传输方法通过载波来传输数字信号(频带传输)46数字信号的三种调制方法数字信号的三种调制方法幅移键控幅移键控频移键控频移键控 调制信号调制信号 (两个状态两个状态)相移键控相移键控载波信

35、号载波信号(高频正弦波高频正弦波)数字调制、解调器：数字调制、解调器：调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号解调器解调器载波信号载波信号调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号调制器调制器载波信号载波信号47小结小结1: 1: 远距离通信必须使用远距离通信必须使用MODEMMODEM 通信一般是双向进行的，收发双方都需要调制器与解调器，通信一般是双向进行的，收发双方都需要调制器与解调器，它们通常做在一起，称为调制解调器它们通常做在一起，称为调制解调器(MODEM)信信 道道信源信源(宿宿)信宿信宿(源源)调制后调制后的载波的载波 信号信号调制后调制后的载波的载波 信号信号调制

36、调制(解调解调)器器(调制调制)解调器解调器载波载波载波载波信源信号通过信源信号通过调调制器制器 调整载波调整载波的某个参数的某个参数(幅幅度、频率或相位度、频率或相位)到达目的地后，使用到达目的地后，使用解调器解调器把载波所携带把载波所携带的信号检测出来，恢的信号检测出来，恢复为原始信号的形式复为原始信号的形式经过调制后的载波经过调制后的载波信号，携带着被传信号，携带着被传输的信号在信道中输的信号在信道中进行长距离传输进行长距离传输48怎样实现低成本传输？怎样实现低成本传输？ 分析：分析： 通信系统中，传输线路的建设和维护成本占整个系统成本的相当大的份额通信系统中，传输线路的建设和维护成本占

37、整个系统成本的相当大的份额 一条传输线路（铜线、光纤、无线电波）的容量通常远超过传输一条传输线路（铜线、光纤、无线电波）的容量通常远超过传输1 1路用户信号所需的路用户信号所需的能力能力采用的技术采用的技术多路复用技术多路复用技术(Multiplexing)(Multiplexing) 为了提高线路利用率，设法在一条传输线路上，传输多个模拟信号（例如，话路信为了提高线路利用率，设法在一条传输线路上，传输多个模拟信号（例如，话路信息）或数字信号，这就是多路复用。息）或数字信号，这就是多路复用。方法：方法： 频分多路复用频分多路复用（FDMFDM） 时分多路复用时分多路复用（TDMTDM） 波分多

38、路复用（波分多路复用（WDMWDM）信道信道多路复用器多路复用器多路复用器多路复用器终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端49频分多路复用频分多路复用(FDM) (FDM) u 思想：将每个通信终端发送的信号调制在不同频率的载波上，通过频分多路复用器(MUX)将它们复合成为一个信号，然后在同一传输线路上进行传输。抵达接收端之后，借助分路器(DEMUX)把不同频率的载波分离出来，送到不同的接收设备u 工作原理： DEMUX MUX 共享的传输信道共享的传输信道载波频率载波频率f1调制调制调制调制载波频率载波频率fn载波频率载波频率f1解调解调解调解调载波频率载波频率fn

39、f将不同频率将不同频率的载波信号的载波信号合成在一起合成在一起使用一组滤波器使用一组滤波器分解出不同频率分解出不同频率的载波信号的载波信号50频分多路复用举例频分多路复用举例 电视节目的发送与接收频道载波频率(MHz)频道载波频率(MHz)频道载波频率(MHz)187.755123.259230.25295.75 6206.2510238.253103.757214.2511246.254115.258222.2512254.25多多路路复复用用器器解调器解调器在天空中传输的在天空中传输的电磁波器电磁波器电视信号电视信号发射器发射器电视信号电视信号接收器接收器电视节目电视节目调制器调制器载波载

40、波1电视图像电视图像及其伴音及其伴音调制器调制器载波载波2电视图像电视图像及其伴音及其伴音调制器调制器载波载波n电视图像电视图像及其伴音及其伴音电电视视调调谐谐器器(分路器分路器)51时分多路复用时分多路复用(TDM)(TDM) 把一个传输通道进行时间分割以传送若干话路的信息。 思想：各通信终端（计算机、电话）以规定的顺序和时间轮流使用同一传输线路进行数据传输 工作原理： H F G E D C B A传输线路传输线路时间片时间片 G C终端终端 1终端终端 2终端终端 3终端终端 4 H D F B E A多路复用器多路复用器 4 3 2 1 4 3 2 1数据数据tMultiplexer多

41、路分路器多路分路器终端甲终端甲终端乙终端乙终端丙终端丙终端丁终端丁 E A F B G C H DDemultiplexer52 在单一光纤内同步传输多个不同波长的光在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，使得数据传输速度和容量获得倍增波，使得数据传输速度和容量获得倍增波分多路复用波分多路复用53小结小结2: 2: 多路复用可以降低通信成本多路复用可以降低通信成本通信系统的原理示意图复用复用（分路（分路信道信道信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器复用复用（分路（分路信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器信源信

42、源（宿）（宿）调制解调器调制解调器信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器多路复用技术使得成千上多路复用技术使得成千上万路通信可以在同一条传万路通信可以在同一条传输线上同时进行，大大节输线上同时进行，大大节省了通信成本省了通信成本频分多路、时分多路和波频分多路、时分多路和波分多路等技术可以同时使分多路等技术可以同时使用，以提高复用效率用，以提高复用效率1.3.2 1.3.2 模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信F 模拟通信模拟通信F 数字通信数字通信F 数字通信系统数字通信系统55模拟通信模拟通信 信源产生的模拟信号直接进行传输或者通过对载波调制后进行传输的通信技术称为模拟通信技术 应用：(传

43、统的)有线载波电话无线电广播电视（卫星电视、数字有线电视除外） 优点：历史长，技术成熟，结构简单，成本低 缺点：在信号的调制和传输过程中易受噪声干扰，传输质量不够稳定 趋势：已经越来越多地被数字通信所取代 56模拟通信技术应用举例（模拟通信技术应用举例（1 1）传统的有线载波电话 使用对称电缆或同轴电缆，前者每使用对称电缆或同轴电缆，前者每一对线可传输一对线可传输60路电话，后者可提路电话，后者可提供成千上万个话路供成千上万个话路多路复用多路复用(分路分路)器器 传输线路传输线路 (中继线和长途线中继线和长途线)MODEM载波载波1MODEM载波载波2MODEM载波载波n多路复用多路复用(分路

44、分路)器器MODEM载波载波1MODEM载波载波2MODEM载波载波n本地交换机本地交换机长途交换机长途交换机本地交换机本地交换机中继线中继线用户线用户线中继线中继线长途线长途线长途交换机长途交换机用户线用户线电子开关电子开关2x2交换机原理交换机原理57模拟通信技术应用举例（模拟通信技术应用举例（2 2）电话拨号上网: 利用模拟传输技术传输数字信号58模拟通信技术应用举例（模拟通信技术应用举例（3 3） 家庭计算机用户通过电话拨号接入计算机网络调制解调器把计算机送出的调制解调器把计算机送出的数字信号数字信号,采用数字调制采用数字调制(频频移键控或相移键控移键控或相移键控)的方法的方法,调制成

45、为适合于在用户电话调制成为适合于在用户电话线上传输的音频模拟信号线上传输的音频模拟信号因特网服务提供商把因特网服务提供商把接收到的模拟信号，接收到的模拟信号，通过解调器恢复成数通过解调器恢复成数字信号送给计算机字信号送给计算机 目前电话上网的最高传输速率： 56Kbps因特网服务提供商因特网服务提供商(ISP)(ISP)家庭用户家庭用户音频模拟信号在本音频模拟信号在本地电话网中，采用地电话网中，采用模拟传输技术进行模拟传输技术进行传输传输59什么是数字通信？什么是数字通信？将信源产生的模拟信号转换为数字信号（或信源直接产生数字信号）之后，直接进行传输或通过用数字信号对载波进行数字调制来传输信息

46、的技术称为数字通信数字通信数字通信技术的优点：抗干扰能力强，差错可控制，无噪声积累，传输质量高灵活性好，能适应多种应用需求，声音、图像、数据均可传输传输的数字信号可以直接由计算机进行存储、管理和处理数字信号的加密比模拟信号容易，所以通信的安全性高数字电路容易用超大规模集成电路实现，有利于通信设备的小型化、微型化，也降低了功耗 60数字通信采用的技术数字通信采用的技术数字调制/解调技术调幅；调频；调相多路复用技术时分多路；频分多路；波分多路交换技术电路交换；分组交换模-数和数-模转换技术；数字编码和数据压缩技术61数字通信技术应用举例（数字通信技术应用举例（1 1）当今长途电话系统的中继通信 P

47、CM编码器编码器PCM解码器解码器PCM编码器编码器PCM解码器解码器多多 路路 复复 用用 器器分分 路路 器器光纤传输线路光纤传输线路 (中继线和长途线中继线和长途线)（本地电话局）（本地电话局）（本地电话局）（本地电话局） （用户线）（用户线）（用户线）（用户线）数字传输技术数字传输技术模拟传输技模拟传输技术术模拟传输技术模拟传输技术模拟声音信号在需要进模拟声音信号在需要进行远距离传输之前，先行远距离传输之前，先使用使用PCM编码器变换编码器变换为数字信号形式（此过为数字信号形式（此过程称为程称为“数字化数字化”） 接收方所在地区的交换接收方所在地区的交换局使用解码器把数字信局使用解码器

48、把数字信号还原成模拟声音信号号还原成模拟声音信号后，由用户线传输至接后，由用户线传输至接听方的电话机听方的电话机 数字信号经调制和复用数字信号经调制和复用后，通过光纤传输到接后，通过光纤传输到接收方所在地区的交换局，收方所在地区的交换局，再经解调和分路处理，再经解调和分路处理，恢复为数字信号恢复为数字信号 62数字通信技术应用举例（数字通信技术应用举例（2 2）卫星电视数字传输：用数字传输技术传输模拟信号 数字传输技术数字传输技术数字数字调制调制数字数字解调解调编码器编码器解码器解码器在空中传输在空中传输的电磁波器的电磁波器电视信号电视信号发射器发射器电视信号电视信号接收器接收器载波载波载波载

49、波电视图像电视图像及其伴音及其伴音电视机电视机数字信号经调制和复数字信号经调制和复用后由天线发送至卫用后由天线发送至卫星，再由卫星进行转星，再由卫星进行转发，被卫星地面接收发，被卫星地面接收站所接收站所接收电视台的节目在发送到电视台的节目在发送到卫星去传输之前，先要卫星去传输之前，先要把图像和伴音信号进行把图像和伴音信号进行数字化，还要进行数据数字化，还要进行数据压缩压缩 地面站对接收到的信号地面站对接收到的信号进行解调、解码后恢复进行解调、解码后恢复为模拟信号，再经由有为模拟信号，再经由有线电视电缆送到用户电线电视电缆送到用户电视机上播放视机上播放63小结：数字通信系统的模型小结：数字通信系

50、统的模型发送端发送端接收端接收端信信 源源信道编码信道编码调制与复用调制与复用信信 道道压缩编码压缩编码解调与分路解调与分路信信 宿宿解解 密密信道解码信道解码解压缩解压缩加密编码加密编码噪声噪声信源编码信源编码信源解码信源解码为了进为了进行可靠行可靠的传输的传输为了高效率地为了高效率地进行远程传输进行远程传输64数字通信系统的主要性能指标数字通信系统的主要性能指标 数据传输速率数据传输速率( (简称数据速率简称数据速率, data rate), data rate) 指实际进行数据传输时单位时间内传送的二进位数目指实际进行数据传输时单位时间内传送的二进位数目 计量单位：计量单位： “位位/

51、/秒秒”(bps) (bps) 、“千位千位/ /秒秒”(kbps) (kbps) 、“兆位兆位/ /秒秒”(Mbps) (Mbps) 或或“千兆位千兆位/ /秒秒”(Gbps)(Gbps)等等 信道带宽信道带宽( (也称为信道容量也称为信道容量, bandwidth), bandwidth) 一个信道允许的最大数据传输速率一个信道允许的最大数据传输速率 信道带宽与采用的传输介质、传输距离、多路复用方法、调制解调方法信道带宽与采用的传输介质、传输距离、多路复用方法、调制解调方法等密切相关等密切相关 误码率误码率(error rate)(error rate) 指数据传输中规定时间内出错数据占被

52、传输数据总数的比例指数据传输中规定时间内出错数据占被传输数据总数的比例 端端延迟端端延迟(end-end delay)(end-end delay) 指数据从信源传送到信宿所花费的时间。指数据从信源传送到信宿所花费的时间。1.3.3 1.3.3 光纤通信与无线通信光纤通信与无线通信F 传输介质的类型与特点传输介质的类型与特点F 光纤通信光纤通信F 无线通信无线通信66传输介质的类型与特点传输介质的类型与特点介质类型特点应用金属导体双绞线成本低，易受外部高频电磁波干扰，误码率较高；传输距离有限固定电话本地回路、计算机局域网同轴电缆传输特性和屏蔽特性良好，可作为传输干线长距离传输载波信号，但成本较

53、高固定电话中继线路、有线电视接入光导纤维光缆传输损耗小，通讯距离长，容量大，屏蔽特性非常好，不易被窃听，重量轻，便于运输和铺设。缺点是精确连接两根光纤很困难电话、电视等通信系统的远程干线，计算机网络的干线无线电波微波红外线激光建设费用低，抗灾能力强，容量大，无线接入使得通信更加方便.但易被窃听、易受干扰广播，电视，移动通信系统，计算机无线局域网67双绞线双绞线原理：利用电流(电压)传输信息双绞线分类 3类线(10 Mb/s)； 5类线(100Mb/s)； 6类线(200Mb/s) 无屏蔽双绞线 (UTP)； 屏蔽双绞线 (STP)RJ45RJ45接头接头无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线信号线信号线地线

54、地线套管套管常见应用电话系统（模拟信号）局域网（数字信号）68特点：数字信号、模拟信号均可传输各线对采用双扭线，减少了线对之间的串扰频带较电话线宽，每对线可传输60路电话信号，多线对能提供上千个话路，适用于干线通信缺点：容易受到外部高频电磁波干扰，且线路本身会产生一定噪声，误码率较高如用作数据通信网络的传输介质，每隔一定距离需要使用中继器或放大器双绞线双绞线69同轴电缆同轴电缆同轴电缆分类基带同轴电缆（50）传输数字信号宽带同轴电缆（75）传输模拟信号同轴电缆同轴电缆内层导线内层导线金属屏蔽金属屏蔽外绝缘层外绝缘层绝缘体绝缘体具有良好的传输特性和屏蔽特性具有良好的传输特性和屏蔽特性可以构成大容

55、量的载波通信系统可以构成大容量的载波通信系统主要用于传输干线主要用于传输干线常见应用常见应用: 有线电视系统（模拟信号）有线电视系统（模拟信号） 局域网（数字信号）局域网（数字信号）70光纤与光缆光纤与光缆多根光纤多根光纤保护层保护层防止光泄漏的吸收外壳防止光泄漏的吸收外壳起保护作用的防护层起保护作用的防护层外绝缘层外绝缘层光线光线光波在光纤中的传播光波在光纤中的传播 光导纤维（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） 纤芯纤芯 包层包层保护层保护层光波光波 光缆71光纤与光缆光纤与光缆传输的信号：光信号（数字信号，有光脉冲相当于1，无光脉冲相当于0）传输速率：

56、1 Gb/s 以上光缆示意图光缆示意图72光纤通信原理光纤通信原理电信号电信号驱动驱动电路电路光源光源中继器中继器输出输出电路电路电信号电信号发送单元发送单元(电电/光转换光转换)传输单元传输单元接收单元接收单元(光光/电转换电转换)光调光调制器制器光纤光纤光纤光纤放大放大电路电路光检光检测器测器光纤主要用于传输数字信号， 0信号或1信号直接对光进行调制(即控制激光的通或断幅移键控ASK)光波的频率为10141015Hz，目前一束光每秒能携带2.5G或10G的二进位信号，通过波分多路复用（WDM）技术还可达到更大的通信容量 在发送端，由需要传输的在发送端，由需要传输的数字信号（电信号）去驱数字

57、信号（电信号）去驱动一个光源（半导体激光动一个光源（半导体激光器或发光二极管），并对器或发光二极管），并对发出的光信号进行调制发出的光信号进行调制在接收端，信号经放大后在接收端，信号经放大后由光检测器（半导体光电由光检测器（半导体光电管）进行检测、解调，转管）进行检测、解调，转换成电信号之后输出换成电信号之后输出调制后的光信号通过光纤调制后的光信号通过光纤进行传输，为了补偿光纤进行传输，为了补偿光纤线路的损耗，消除信号失线路的损耗，消除信号失真和噪声干扰，每隔一定真和噪声干扰，每隔一定的距离要接入中继器的距离要接入中继器73波分多路复用波分多路复用(WDM)(WDM) 为提高传输效率，1根光纤

58、中可以同时传输几种不同波长的光波，每种光波各自传输自己所携带的信息，速率可达到 40G-100Gbit/s原理：光纤光纤发送端有发送端有N个个发送单元，它发送单元，它们各自发出不们各自发出不同波长的光波同波长的光波通过复用器（称通过复用器（称为合波器）合并为合波器）合并起来，进入同一起来，进入同一根光纤进行传输根光纤进行传输接收端用分路器接收端用分路器(称为称为分波器分波器)将不同波长的将不同波长的光分开，分别送到各光分开，分别送到各自的光电检测器恢复自的光电检测器恢复出原始信号出原始信号74光纤通信光纤通信 光纤通信优点 传输频带非常宽，通信容量大 抗雷电和电磁干扰、抗辐射能力强 无串音干扰

59、，保密性强，不易被窃听或截取数据传输损耗小，通讯距离长数据速率为420Mbps、距离为119km、无中继器时，误码率为10-8重量轻，便于运输和铺设 光纤通信缺点精确连接两根光纤比较困难75无线通信无线通信 原理：模拟信号或数字信号使用电磁波调制后进行传输1041051061071081091010101110121013101410151016 Hz双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆AM广播广播FM广播和广播和TV卫星卫星地面微波地面微波光纤光纤紫外线紫外线红外线红外线可见光可见光微波微波无线电波无线电波超短波超短波中波中波短波短波电磁波的种类与频率范围电磁波的种类与频率范围 无线电波无线电波:

60、:10104 4 10101111 (Hz) (Hz) 中波：中波： 0.3 0.3 3 (MHz) 3 (MHz) 短波：短波： 3 3 30 (MHz) 30 (MHz) 超短波：超短波： 30 30 300 (MHz) 300 (MHz) 微波：微波： 0.3 0.3 300 (GHz) 300 (GHz) 红外线：红外线： 10101111 10101414 (Hz) (Hz) 可见光：可见光： 10101414 (Hz) (Hz) 紫外线：紫外线： 10101414 10101616 (Hz) (Hz) 无线广播无线广播电视、通信电视、通信通信通信76微波通信微波通信 微波：300M