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1、第一章 信息与信息技术 一 信息与信息技术 一 信息 1 客观事物立场 事物运动的状态及状态变化的方式 2 认识主体立场 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 3 信息是人们认识世界和改造世界的一种基本资源 二 信息处理过程 行为和活动 信息收集 信息加工 信息存 储 信息传递 信息施用 三 信息技术IT 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 1 扩展人类感觉器官功能的感测 获取 技术与识别技术 雷达 2 扩展神经系统功能的通信技术 3 扩展大脑功能的计算 处理 与存储技术 信息系统 4 扩展效应器官功能的控制与显示技术 四 常见信息处理系统
2、1 电视 广播系统 单向的 点到多点 面 的以信息传递为主 要目的的系统 2 电话 双向的 点到点的以信息交互为主要目的的系统 3 Internet是一种跨越全球的多功能信息处理系统 4 网络聊天是一种双向的 以信息交互为目的的系统 五 现代信息技术 1 特点 以数字技术为基础 以计算机为核心 采用电 光子技 术 2 涉及领域 通信 广播 计算机 微电子 遥感遥测 自动 控制 机器人等 3 核心技术 微电子技术 通信技术 计算机技术 二 微电子技术简介 一 微电子技术以集成电路为核心 集成电路芯片是信息产业的基 础 二 集成电路IC 1 定义 以半导体单晶片作为材料 经平面工艺加工制造 将 大
3、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 2 特点 体积小 重量轻 可靠性高 功耗小 3 现代集成电路使用的半导体材料 硅 Si 砷化镓 GaAs 等 4 制造 1 工序 从原料熔炼开始到最终产品包装大约需要400多道 工序 2 条件 必须在恒温 恒湿 超洁净的无尘厂房内完成 3 工艺技术名称 硅平面工艺 4 技术指标 线宽 主流技术线宽为45纳米或65纳米 5 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 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 三 集成电路分类 1 按所包含的电子元件数目分 1 中小规模集成
4、电路集成对象 门电路或单级放大器 2 大规模集成电路集成对象 功能部件 子系统 3 PC机使用的微处理器 芯片组 图形加速芯片都是超大 规模 VLSI 和极大规模集成电路 2 按功能分 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 如信号放大器 功率放大器等 3 按用途分 通用集成电路 如微处理器和存储器芯片等 专用集成电路 ASIC FPGA 四 Moore定律 在未来的十多年里 单块集成电路的集成度平均 每18 24个月翻一番 五 集成电路卡 IC卡 1 又称为Chip Card或Smart Card 2 IC卡分类 1 存储器卡
5、 包括带加密逻辑的存储器卡 CPU卡 如手 机SIM卡 不仅可以存储数据 还可以对数据进行加 密 2 接触式 插入读卡机卡口中 通过金属触点传输数 据 非接触式 卡中无电池 利用电磁感应无线传输数 据 A 我国第二代居民身份证 多数公交IC卡为非接触式IC 卡 三 通信技术入门 一 现代通信 1 定义 使用电波或光波双向传递信息的技术 电信 2 注意 利用书 报 杂志 磁带 光盘等传递信息均不属于 现代通信的范围 二 通信基本原理 1 通信三要素 信源 信息发送者 信道 信息载体与传播 媒介 信宿 信息接收者 2 信号两种形式 模拟信号 数字信号 三 调制解调 1 狭义说 调制即数字信号转为模
6、拟信号的过程 解调即模 拟信号还原数字信号的过程 2 调制所用的设备称为 调制器 解调所使用的设备叫 解 调器 3 调制解调器 MODEM 可实现调制和解调功能的设 备 1 调制 使用数字信号调整载波的参数 使信号转换成适 合远距离传输的调制信号 2 解调 对接收到的调制信号转换为传输的原始信号 3 外置式调制解调器 应该接在计算机的串口或USB接口上 四 多路复用技术 1 定义 让多路信号同时共用一条传输线路 提高传输线路利 用率的技术 2 分类 频分多路复用 时分多路复用 码分多路复用 波分 多路复用技术 1 频分多路复用 FDM 模拟传输采用 有线电视 广 播 2 时分多路复用 TDM
7、数字传输采用 任一时刻都只可能 为一对通信终端所使用 五 模拟通信VS数字通信 模拟通信数字通信 抗干扰能力弱强 差错可以控制 传输质量不稳定高 支持长距离 通信安全性一般有保证 可以加密 灵活性一般好 能适应各种应用的要求 其他历史悠久 技术成熟 结构简单 成本低 通信设备小型化 微型化 低功耗 六 数字通信 1 数字传输技术 基带传输 直接用数字信号传输信息 频 带传输 用数字信号对载波进行调制传输信息 1 载波信号是频率比被传输信号高得多的正弦波 载波通 信可传输电报 电话 传真和数据 如图像 2 频带传输技术 数字信号的远距离传输需要使用频带传 输技术 如家庭拨号上网的MODEM 就是
8、把计算机输出 的数字信号 只有 1 和 0 调制成频带信号然后送 到电话线上去 3 数字信号调制方法 幅移键控法 调幅 频移键控法 调频 相移键控法 调相 2 应用 全面采用数字技术的系统就分别称为 数字广 播 和 数字电视 3 性能指标 1 信道带宽 A 模拟通信系统中 称频宽 以赫兹 Hz 为单位 指 可以几乎无失真地传输的模拟信号的频率变化范围 带 宽 最高频率 最低频率 B 数字通信系统中 称信道容量 一般以波特率 bps 或符号率描述 指一个信道单位时间内允许的最大数据 传输速率 例如 我用的是10M bps宽带上网 2 数据传输速率 数据率 A 实际进行数据传输时单位时间内传送的二
9、进位数目 B 单位有 Kbps Mbps Gbps 3 误码率 A 定义 数据传输中出错数据占被传输数据总数的比例 B 意义 数据传输可靠性指标 C 原因 噪声 信息传输时不同信道之间信号的串扰对 信道上传输信号所产生的影响 4 端 端延迟 数据从信源传送到信宿所花费的时间 七 传输介质 金属导体 双绞线和同轴电缆 光纤 电磁波 任务都是传递信息 只是其传输介质和技术各有不同 1 双绞线 1 双绞的目的 降低各线对之间的电磁串扰 2 优点 数字信号 模拟信号均可传输 各线对采用双绞 线 减少了各线对之间的串扰 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
10、信 3 缺点 容易受到外部高频电磁波干扰 建筑物内部使 用 且线路本身会产生一定噪声 误码率较高 每隔一 定距离 100米 需使用中继器或放大器 4 常见应用 电话系统 模拟信号 局域网 数字信 号 5 目前 大多数10 100Mbps传输速率的以太网采用的传输 介质是5类双绞线 2 同轴电缆 1 用电信号来传递信息 2 优点 良好的传输特性和屏蔽特性 比双绞线好 3 缺点 传输速率取决于电缆长度 4 定位 用于主要传输干线可以构成大容量的载波通信系 统 5 分类 基带 50欧 数字信号 宽带 75欧 模拟信 号 6 常见应用 有线电视系统 模拟信号 局域网 数字 信号 3 光纤 光导纤维 1
11、 物理原理 全反射 光纤弯曲也能传导光信号 2 优点 通信容量大 数据传输速率高 绝缘体不受高压 线和雷电的电磁干扰 抗核辐射能力强 保密性最强 不 易被窃听截取数据 重量轻 便于运输和铺设 传输损耗 小 无中继 通信距离长 可达几千公里 原材料 SiO2资源丰富 节约有色金属 3 缺点 精确连接两根光纤比较困难 相关通信设备的价 格无明显优势 4 分类 单模光纤 远距离通信 多模光纤 近距离通信 如局域网 5 光纤中采用的多路复用技术 波分多路复用 6 全光网 在传输及交换时始终以光的形式进行 不经过 光 电 电 光转换和光中继 4 无线通信 微波 卫星 红外线 激光等 1 微波通信 A 微
12、波 极高频率 300MHz 300GHz范围内 的电磁 波 波长很短 按直线传播但很容易被地面吸收 绕射 能力差 不能延地球表面传播 B 方式 地面微波接力通信 卫星通信 对流层散射通 信 C 优点 直线传播 容量大 可靠性高 建设费用低 抗灾能力强 可用于模拟或数字通信 安全性好 可将 信息进行定向传输 防止信号被截取 2 卫星通信 A 微波接力通信技术与空间技术相结合的产物 特殊 的无线电波中继系统 B 优点 通信距离远 频带宽 容量大 抗干扰强 通 信稳定 C 缺点 AD皆可 造价高 技术复杂 有较大延时 同 步轨道卫星数目有限 3 红外线通信 局限于很小一个范围 4 无线电波可以按频率
13、分成中波 短波 超短波和微波 A 无线电波可用于广播 电视 也可以用于传输数字信 号 B 短波 具有较强的电离层反射能力 适用于环球通信 八 移动通信 1 第一阶段 20世纪20年代 50年代末 2 第二阶段 20世纪50年代 60年代 3 第三阶段 20世纪70年代 至今 个人移动通信 1 第一代 蜂窝式模拟移动通信系统 2 第二代 数字传输信号 增加了接受数据的功能 如 GSM A GSM提供了分组交换和分组传输方式的数据业务 GPRS B 时分多址 码分多址CDMA C 移动通信系统由移动台 基站 移动电话交换中心等 组成 都不可省略 a 移动台 移动的通信终端 收发无线信号 包括 手机
14、 无绳电话等 b 蜂窝 每个基站的有效区域既相互分割 又彼 此有所交叠 c 基站与移动交换中心之间通过微波或有线信道传输 信息 d 若空旷区域内无法使用手机通信 其原因最有可能 是该区域没有建立基站 3 第三代 移动通信3G 3rd Generation 四 数字技术基础 一 信息的基本单位 比特bit 1 比特只有两种状态 0 和 1 1 没有大小的概念 2 既可以表示数值 文字 也可以表示图像 声音等 3 存储方式 使用具有两种稳定状态的器件 4 使用二进制原因 制造双稳态电路比制造多稳态电路容 易 2 每个西文用8个比特表示 称为 字节 Byte 用 即 1Byte 8bit 1 大写字
15、母 B 表示字节 2 小写字母 b 表示比特 二 逻辑运算 1 分类 1 逻辑乘 与 and 全一 为一 2 逻辑加 或 or 有一说一 3 取反 非 not 颠倒是非 2 多位逻辑运算按位独立运算 3 逻辑运算结果不可能产生溢出 三 算术运算 1 分类 算术加 算术减 2 多位算术运算需进 借位运算 3 算术运算结果可能产生溢出 四 比特存储单位 1 千字节 KB 1KB 210字节 1024B 2 兆字节 MB 1MB 220字节 1024KB 3 吉字节 GB 1GB 230字节 1024MB 千兆字节 4 太字节 TB 1TB 240字节 1024GB 兆兆字节 五 比特的传输单位 1
16、 比特 秒 b s 也称 bps 如 9600bps 9600b s 2 千比特 秒 kb s 1kb s 103 比特 秒 1000 b s 3 兆比特 秒 Mb s 1Mb s 106 比特 秒 1000 kb s 4 吉比特 秒 Gb s 1Gb s 109 比特 秒 1000 Mb s 六 进制 1 二进制B 计算机中使用 2 八进制O 3 十进制D 4 十六进制H 5 未知进制 七 整数 定点数 的表示 1 整数 定点数 的类型 1 无符号整数 用8位二进制数表示的不带符号整数的值范 围 0 255 2 带符号整数 最高位为符号位 0 表示正 数 1 表示负数 2 整数 定点数 的编码方法 原码 补码 反码 1 对于正数X 补码 原码 反码相同 2 对于负数X X的原码除符号外逐位取反 得到X的反 码 X的反码加一 得到X补码 3 N位原码表示整数0有 0 0000 00 与 0 1000 00 之分 4 N位补码中 1000 00 表示整数 2n 1 0000 00 表示整数0 3 不同编码方法下n位数的表示范围 最小最大 形式值形式值 n位无符号 整数 0000 0001
