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1、第1章 信息技术概述1.1 信息与信息技术信息l 信息的含义：从客观事物立场看，信息是事物运动的状态及状态变化的方式；从认识主体立场看，信息是认识主体所感知或所表述的事物运动及变化方式的形式、内容和效用。l 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资源l 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(也称为信息的载体或媒体)信息处理l 信息处理：为获取有效的信息而施加于初始信息的所有操作l 信息处理包括：信息的收集( 如信息的感知、测量、获取、输入等)信息的加工( 如信息的分类、计算、分析、转换等) 信息的存储( 如书写、摄影、录音、录像等)信息的传递(
2、 如邮寄、电报、电话、广播等 )信息的施用( 如控制、显示等) 信息技术l 信息技术（Information Technology，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。 l 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信息处理系统l 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，可以通称为信息处理系统l 现代信息技术主要特征：以数字技术（计算机）为基础以计算机及其软件为核心采用电子技术（包括激光技
3、术）进行信息的收集、传递、加工、存储、显示与控制1.2 微电子技术简介微电子技术与集成电路l 微电子技术：实现电子电路和电子系统的超小型化及微型化的技术，以集成电路为核心l 电子电路中元器件的发展演变：电子管晶体管小规模集成电路超大规模集成电路l 集成电路 (Integrated Circuit，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或系统l 集成电路的制造材料：现代集成电路使用的半导体材料主要是硅，也可以是化合物半导体如砷化镓等l 集成电路的集成度：单个集成电路所含电子原件的数目小规模集成电路（S
4、SI）：小于100电子元件中规模集成电路（MSI）：1003000电子元件大规模集成电路（LSI）：300010万电子元件超大规模集成电路（VLSI）：10万100万电子元件极大规模集成电路（ULSI）：超过100万电子元件l 集成电路的分类按用途分：通用集成电路和专用集成电路（ASIC）按电路的功能分：数字集成电路和模拟集成电路按晶体管结构、电路和工艺分：双极型（Bipolar）电路、金属氧化物半导体(MOS)电路、双极-金属氧化物半导体集成电路等集成电路的发展趋势l 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，门电路的开关速度越快。l Mo
5、ore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)IC卡l IC卡(chip card、smart card)，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、处理和传递数据的载体l 特点：存储信息量大保密性能强可以防止伪造和窃用抗干扰能力强可靠性高l 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（带加密逻辑的存储器卡增加了加密电路）CPU卡：封装的集成电路为中央处理器（CPU）和存储器，
6、还配有芯片操作系统(Chip Operating System)，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。l IC卡的类型(按使用方式分类)接触式IC卡(如电话IC卡)：表面有方型镀金接口，共8个或6个镀金触点。使用时必须将IC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,但易磨损、怕脏、寿命短非接触式IC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，使用寿命长；用于读写信息较简单的场合，如身份验证等1.3 通信技术入门l 通
7、信：各种信息的传递l 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l 通信系统：实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒体的总和通信的基本原理l 通信系统的简单模型：至少须有三个要素组成，即信息的发送者（信源）、信息的接收者（信宿）、信息的传输通道（信道）l 通信系统中被传输的信息必须转换成某种电信号(或光信号) 才能进行传输l 电（或光）信号强度的变化有两种形式：连续形式的信号也叫模拟信号离散形式的信号也叫数字信号l 如何远距离传输信号：高频震荡的信号在长距离通信中能比其它信号传送得更远，可以把这种高频正
8、弦波信号作为携带信息的载波调制：利用信源信号去调整（改变）载波的某个参数的过程解调：接收方把载波所携带的信号检测出来恢复为原始信号形式的过程模拟信号的调制方式：调频、调幅、调相数字信号的调制方式：幅移键控、频移键控、相移键控l 怎样减低成本传输信号：让多路信号同时共用一条传输线进行传输，即多路复用技术频分多路复用(Frequency Division Multiplexing, FDM)：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
9、收设备时分多路复用(Time Division Multiplexing, TDM)：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；时分多路复用技术又可分为同步时分多路复用和异步时分多路复用模拟通信与数字通信l 模拟通信：直接传输信源产生的模拟信号或通过用模拟信号对载波调制后进行传输的通信技术应用：传统的有线载波电话、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l 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
10、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l 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 l 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)：一个信道允许的最大(高)数据传输速率数据传输速率(简称数据速率, data rate)：实际进行数据传输时单位时间内传送的二
11、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(error rate)：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-end delay)：数据从信源传送到信宿所花费的时间。光纤通信和无线通信l 通信分为有线通信和无线通信两类：有线通信使用的传输介质有金属导体和光导纤维，金属导体利用电流传输介质，如双绞线、同轴电缆；光导纤维通过光波传输信息，如光缆；无线通信是使用电磁波来传输信息，如无线电波、微波、红外线和激光等l 传输介质的类型与特点： 金属导体：利用电流(电压)传输信息，常见的有双绞线和同轴电缆双绞线分
12、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)同轴电缆分类:基带同轴电缆；宽带同轴电缆光导纤维：光线的入射角足够大时，就会出现全反射，重复此过程，光就沿着光纤传播光纤分类：单模（传输距离远，速率高）；多模（传输距离近，速率低）无线通信传输介质：无线电波；微波；红外线；激光l 光纤通信原理：光纤主要用于传输数字信号，在发信端，由需要传输的数字信号（电信号）去驱动一个光源（半导体激光器或发光二极管），并对发出的光信号进行调制。调制后的光信号通过光纤传输到接收端，信号经放大后由光检测器（半导体光电管）进行检测、解调，转
13、换成电信号之后输出。为了补偿光纤线路的损耗，消除信号失真和噪声干扰，每隔一定的距离要接入中继器。l 波分多路复用(Wave Division Multiplexing, WDM)：在一根光纤中同时传输几种不同波长的光波，以达到增大信道容量的目的。l 无线通信：模拟信号或数字信号使用电磁波调制后进行传输l 无线电波按频率分成中波、短波、超短波和微波中波：沿地面传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信短波：具有较强的电离层反射能力，适用于环球通信微波：300MHz300GHz范围内的电磁波，波长为1 m1mml 微波通信的三种形式：地面微波接力通信；卫星通信；对流层散射通信l 卫星通信：利用人造地球
14、卫星作为中继站来转发无线电信号所实现的通信移动通信l 移动通信：处于移动状态的对象相互间的通信，如手机、无绳电话、寻呼系统等l 优点：克服通信终端位置对用户的限制，快速和及时地传递信息l 蜂窝移动通信原理：每10km20km的区域称为单元（形似蜂窝），单元的中央建有一个基站，该单元内所有手机都向该基站发送信号并接收基站发给的信号；所有单元既相互分割，又彼此有所交叠，连成整个移动通信服务网；所有基站都通过微波或电缆、光缆与移动交换中心通信l 移动通信的发展过程：第一代模拟移动通信系统：使用频段800MHz/900MHz第二代移动通信系统：传输的是数字化的语音/文字信号；使用频段900MHz/18
15、00MHz我国使用的2种标准：GSM（欧洲移动通信系统，也称全球通、全数字系统)；CDMA (码分多址接入，Code Division Multiple Access)第三代数字移动通信系统：使用频段1885 MHz 2025MHz，2110MHz2200MHz 标准：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA(时分-同步码分多址接入)l 第3代移动通信技术（简称3G）的目标：（1）全球漫游（2）适应多种环境，地面移动通信与卫星移动通信相结合（3）提供高质量的话音通信、数据通信和高分辨率图像通信（4）提供足够的系统容量，具有高保密性和优质的服务1.4数字技术基础信息的基本单位比特(bit)l 比特：bit，binary digit的缩写，中文翻译为“二进位数字”、“二进位”或简称为“位”比特只有 2 种取值0和1，一般无大小之分比特是组成数字信息的最小单位数值、文字、符号、图像、声音、命令都可以使用比特来表示l 比特的运算使用逻辑代数，它有3种基本逻辑运算：逻辑加（也称“或”运算，用符号“OR”、“”或“”表示）逻辑乘（也称“与”运算，用符
