专转本计算机课件-信息技术概述

第1章信息技术概述1.1信息与信息技术1.2微电子技术简介1.3通信技术入门1.4数字技术基础信息是什么？(1)日常生活中的理解：新闻、消息或知识（通过语言、文字、图画为载体）在网上收集的资料···信息定义信息就是信息，它既不是物质也不是能量。

——N.Wiener（控制论创始人）事物运动的状态及状态变化的方式。

——客观事物立场哪里有运动的事物，哪里就存在信息，它是人们认识世界、改造世界的一种资源。什么是信息处理？信息收集——感知、测量、识别、获取、输入等信息加工——分类、计算、分析、综合、转换、检索、管理等信息存储——？信息传递15m/s，1.6m的人Vs体长鲸鱼30m信息施用——控制、显示等人工进行信息处理的过程事物客体信息获取(感觉器官)信息加工与存储(大脑)信息传递(神经系统)信息施用(效应器官)信息传递(神经系统)四肢：运动嘴巴：说话眼：看耳：听鼻：闻舌：尝身：触

什么是信息技术？信息技术（InformationTechnology，简称IT）指的是用来扩展人们信息器官功能、协助人们更有效地进行信息处理的一门技术。信息技术包括：扩展感觉器官功能的感测(获取)与识别技术扩展神经系统功能的通信技术扩展大脑功能的计算(处理)与存储技术扩展效应器官功能的控制与显示技术

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/存储感知与识别眼：看耳：听鼻：闻舌：尝身：触

——DC、DV——麦克风——电子鼻——力反馈信息处理系统1.2微电子技术简介（1）微电子技术与集成电路（2）集成电路的制造（3）集成电路的发展趋势（4）IC卡(1)微电子技术与集成电路

微电子技术是信息技术领域中的关键技术微电子技术的核心是集成电路技术集成电路出现于20世纪50年代现代集成电路使用的半导体材料主要是硅，也可以用砷化镓。电子电路中元器件的发展演变真空电子管晶体管中小规模集成电路大规模超大规模集成电路

1948年1950年1970年什么是集成电路？集成电路

(IntegratedCircuit，简称IC)： 以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，将晶体管、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。集成电路的优点：体积小、重量轻功耗小、成本低速度快、可靠性高超大规模集成电路小规模集成电路集成电路的分类按用途分：通用集成电路（CPU，内存）专用集成电路按电路的功能分：数字集成电路模拟集成电路按晶体管结构和工艺分：双极型（Bipolar）电路金属氧化物半导体(MOS)电路······集成电路规模元器件数目小规模集成电路＜100中规模集成电路100~3000大规模集成电路3000~10万超大规模集成电路10万~100万极大规模集成电路＞100万按集成度(芯片中元器件数目)分：(2)集成电路的制造

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400多道工序，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、超洁净的无尘厂房内完成。目前兴建一个有两条生产线能加工8英寸晶圆的集成电路工厂需投资人民币10亿元以上。集成电路的制造流程硅抛光片单晶硅锭单晶硅锭经切割、研磨和抛光后制成镜面一样光滑的圆形薄片，称为“硅抛光片”晶圆硅平面工艺硅平面工艺包括氧化、光刻、掺杂和互连等工序，最终在硅片上制成包含多层电路及电子元件的集成电路。通常每一硅抛光片上可制作成百上千个独立的集成电路，这种整整齐齐排满了集成电路的硅片称作“晶圆”芯片检测、分类集成电路封装对晶圆上的每个电路进行检测，然后将晶圆切开成小片，把合格的电路分类，再封装成一个个独立的集成电路成品测试成品进行成品测试，按其性能参数分为不同等级，贴上规格型号及出厂日期等标签，成品即可出厂FC-PGA2封装方式（Pentium4处理器）集成电路插座集成电路的封装形式(3)集成电路的发展趋势

集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快，相同面积的晶片可容纳的晶体管数目就越多。Moore定律单块集成电路的集成度平均每18~24个月翻一翻。(GordonE.Moore,1965年)19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium4晶体管数例：Intel微处理器集成度的发展进一步提高集成度的问题与出路问题：集成度提高需要不断缩小线宽，当晶体管线条小到纳米级时，其电流微弱到仅有几十个甚至几个电子流动，欧姆定律将不再适用，晶体管将无法正常工作。出路：在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和效应，人们正在利用这些量子效应研制具有全新功能的量子器件，使能开发出新的纳米芯片和量子计算机同时，正在研究将光作为信息的载体，发展光子学，研制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成(4)IC卡简介几乎每个人每天都与IC卡打交道，例如我们的身份证、手机SIM卡、公交卡、饭卡等等，什么是IC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。什么是IC卡？IC卡(chipcard、smartcard)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的载体。应用举例：作为电子证件，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）作为电子钱包（如电话卡、公交卡、加油卡等）IC卡的类型(按芯片分类)存储器卡：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、公交卡、医疗卡等CPU卡：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(ChipOperatingSystem)处理能力强，保密性更好，常用作证件和信用卡使用。手机中使用的SIM卡就是一种特殊的CPU卡。IC卡的类型(按使用方式分类)接触式IC卡(如电话IC卡)非接触式IC卡(射频卡、感应卡)

接触式IC卡接触式IC卡的结构非接触式IC卡非接触式IC卡在身份证中的使用第二代身份证使用非接触式CPU卡，可实现“电子防伪”和“数字管理”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，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：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、电子商务等方面发挥重要作用1.3通信技术入门1.3.1通信的基本原理1.3.2模拟通信与数字通信1.3.3光纤通信和无线通信1.3.4移动通信1.3.1通信的基本原理（1）通信系统的基本模型（2）调制与解调（3）多路复用技术什么是通信(communication)？通信就是信息的远距离传递与交流现代通信——使用电波或光波传递信息的技术，也称为电信（telecommunication），如电报、电话、传真、电子邮件、BBS、QQ等通信的发展历史：1836年，英国建成第一条电报线路(Morse电报)1876年，美国人A.G.Bell研制成可电话20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1938年第一个电视台开始播出1940’s出现彩色电视1960’s出现计算机网络通信系统的模型通信的三要素：信道信源信宿信号信号举例:信道将信号迅速而准确地从信源传输到信宿。被传输的信息都必须以某种电(或光)信号的形式才能进行传输发送信息的设备接收信息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电流信号数字信号编码、打包后的数字信号信道电话线无线电波、基站等双绞线、集线器、路由器、光纤等模拟信号与数字信号t数字信号信号强度模拟信号信号强度t电信号(或光信号)有两种形式：模拟信号形式:通过连续变化的物理量（如信号的幅度）来表示信息，例如人们打电话或者播音员播音时声音经话筒(麦克风)转换得到的电信号；数字信号形式:使用有限个状态(一般是2个状态)来表示（编码）信息，例如电报和计算机发出的信号都是数字信号模拟信号如何传输？近距离传输：直接传输(家庭电话的分机)远距离传输：通过载波来传输模拟信号(如：电话、广播电台－>收音机)什么是载波？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，把模拟信号放在(调制在)载波上传输，则可比直接传输远得多模拟信号如何进行载波传输？

——

三种调制方法调制后的载波信号传输信号调制器载波信号调制后的载波信号传输信号解调器载波信号调制信号(连续信号)调幅(AM)调频(FM)调相(PM)载波信号(高频正弦波)实现信号调制与解调的设备分别称为“调制器”和“解调器”：数字信号的三种调制方法*(ASK)幅移键控(FSK)频移键控00110100010

调制信号

(两个状态)(PSK)相移键控载波信号(高频正弦波)数字调制、解调器：调制后的载波信号传输信号解调器载波信号调制后的载波信号传输信号调制器载波信号用电话线和Modem拨号上网的过程怎样实现低成本传输？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路用户信号所需的能力采用的技术——多路复用技术(Multiplexing)多路信号使用同一条传输线同时进行传输方法：频分多路复用（FDM）时分多路复用（TDM）波分多路复用（WDM）*频分多路复用(FrequencyDivisionMultiplexing,FDM)

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DEMUXMUX

共享的传输信道载波频率f1调制调制载波频率fn载波频率f1解调解调载波频率fnf将不同频率的载波信号合成在一起使用一组滤波器分解出不同频率的载波信号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多路复用器解调器在天空中传输的电磁波器电视信号发射器电视信号接收器电视节目调制器载波1电视图像及其伴音调制器载波2电视图像及其伴音调制器载波n电视图像及其伴音电视调谐器(分路器)时分多路复用(TimeDivisionMultiplexing,TDM)

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：HFGEDCBA传输线路时间片GC终端1终端2终端3终端4HDFBEA多路复用器43214321数据tMultiplexer多路分路器终端甲终端乙终端丙终端丁EAFBGCHDDemultiplexer1.3.2模拟通信与数字通信（1）模拟通信（2）数字通信（3）数字通信系统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：有线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模拟通信技术应用举例电话拨号上网:利用模拟传输技术传输数字信号模拟通信技术应用举例（2）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数字信号,调制成为适合于在用户电话线上传输的音频模拟信号因特网服务提供商把接收到的模拟信号，通过解调器恢复成数字信号送给计算机目前电话上网的最高传输速率：56KbpsMODEM本地电话网MODEM计算机网络模拟通信技术计算机数字信号因特网服务提供商(ISP)家庭用户数字信号音频模拟信号在本地电话网中，采用模拟传输技术进行传输什么是数字通信？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的技术称为数字通信数字通信技术的优点：抗干扰能力强，无噪声（100%无失真）适用性强（声音、图像、数据均可传输，都转成二进制）可以直接由计算机进行处理容易加密，安全性高多采用数字电路，有利于通信设备的小型化、微型化，也降低了功耗数字通信技术应用举例卫星电视数字传输：用数字传输技术传输模拟信号数字传输技术数字调制数字解调编码器解码器在空中传输的电磁波器电视信号发射器电视信号接收器载波载波电视图像及其伴音电视机数字信号经调制和复用后由天线发送至卫星，再由卫星进行转发，被卫星地面接收站所接收电视台的节目在发送到卫星去传输之前，先要把图像和伴音信号进行数字化，还要进行数据压缩地面站对接收到的信号进行解调、解码后恢复为模拟信号，再经由有线电视电缆送到用户电视机上播放数字通信系统的主要性能指标信道带宽(也称为信道容量,bandwidth)模拟系统中：带宽是最高频率减去最低频率，单位是Hz。数字系统中：一个信道中的最大数据传输速率，单位是bps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数据传输速率(简称数据速率,datarate)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：“位/秒”(bps)、“千位/秒”(kbps)、“兆位/秒”(Mbps)或“千兆位/秒”(Gbps)等误码率(errorrate)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(end-enddelay)指数据从信源传送到信宿所花费的时间。1.3.3光纤通信与无线通信（1）传输介质的类型与特点（2）光纤通信（3）无线通信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，计算机无线局域网双绞线和同轴电缆原理：利用电流(电压)传输信息双绞线分类3类线(10Mb/s)；5类线(100Mb/s)；6类线(200Mb/s)同轴电缆内层导线金属屏蔽外绝缘层绝缘体同轴电缆分类基带同轴电缆（50Ω）传输数字信号宽带同轴电缆（75Ω）传输模拟信号信号线地线套管无屏蔽双绞线光纤与光缆多根光纤保护层防止光泄漏的吸收外壳起保护作用的防护层外绝缘层光线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

包层保护层光波光缆光纤保护层波分多路复用(光纤通信)

为提高传输效率，1根光纤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1041051061071081091010101110121013101410151016Hz双绞线同轴电缆AM广播FM广播和TV卫星地面微波光纤紫外线红外线可见光微波无线电波超短波中波短波电磁波的种类与频率范围

无线电波: 104

～1011(Hz)

中波： 0.3～3(MHz)

短波： 3～30(MHz)

超短波： 30～300(MHz)

微波： 0.3～300(GHz)

红外线： 1011

～1014(Hz)

可见光： 1014(Hz)

紫外线： 1014

～1016(Hz)

无线广播电视、通信通信微波通信特点：直线传播，不能沿地球表面传播（被地面吸收），可以从物体上得到反射可以传统电离层，进入宇宙空间。微波通信的方式：地面微波接力通信。(每50Km一个中继站，容量大，建设费用低，电缆的1/5）卫星通信对流层散射通信卫星通信卫星通信:中继站在人造地球卫星上的一种微波通信是微波接力通信和空间技术的产物。通信卫星地面站1地面站2地球GoogleEarth美国军用卫星1.3.4移动通信（1）什么是移动通信（2