信息技術(shù)概述

1、1第一章 信息技術(shù)概述21.1信息定義 n信息是指事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式（客觀事物立場客觀事物立場），是認(rèn)識(shí)主體所感知或所表述的事物運(yùn)動(dòng)及其變化方式的形式、內(nèi)容和效用（認(rèn)識(shí)主體立場認(rèn)識(shí)主體立場）。n數(shù)據(jù)的定義n形式化后能夠被計(jì)算機(jī)處理的信息稱為數(shù)據(jù)。31.2信息技術(shù)n信息技術(shù)：用來擴(kuò)展人的信息器官功能、協(xié)助人們進(jìn)行信息處理的一類技術(shù)。n擴(kuò)展感覺器官功能的感測與識(shí)別技術(shù)；n擴(kuò)展神經(jīng)系統(tǒng)功能的通信技術(shù)；n擴(kuò)展大腦功能的計(jì)算（處理）與存儲(chǔ)技術(shù)；n擴(kuò)展效應(yīng)器官功能的控制與顯示技術(shù)。41.2信息技術(shù)n例：與信息技術(shù)中的感測、存儲(chǔ)、通信技術(shù)相比，計(jì)算機(jī)主要用于擴(kuò)展人的_器官的功能。nA.感覺（感測

2、與識(shí)別）nB.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（通信）nC.思維nD.效應(yīng)（控制與顯示）51.2信息技術(shù)n用于擴(kuò)展人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和記憶器官的功能，消除信息交流的空間障礙和時(shí)間障礙的信息技術(shù)是_。 A感測與識(shí)別技術(shù) B控制與顯示技術(shù) C計(jì)算技與處理技術(shù) D通信與存儲(chǔ)技術(shù) 61.2信息技術(shù)n與信息處理相關(guān)的行為和活動(dòng)：n信息收集，信息加工（計(jì)算、分析、檢索等），信息存儲(chǔ)，信息傳遞和信息施用（控制、顯示等）。 71.3信息處理系統(tǒng) n現(xiàn)代信息技術(shù)的三大領(lǐng)域：微電子技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)字技術(shù)（計(jì)算機(jī)技術(shù)）。nl 當(dāng)代電子信息技術(shù)的基礎(chǔ)有兩項(xiàng)：微電子與光纖技術(shù)和數(shù)字技術(shù)。nl 現(xiàn)代信息技術(shù)的主要特征：以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)

3、為核心。81.3信息處理系統(tǒng) n【2007真題】現(xiàn)代信息技術(shù)的主要特征是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，以 為核心。n【2008真題】當(dāng)代電子信息技術(shù)的基礎(chǔ)有兩項(xiàng)：一項(xiàng)是微電子與光纖技術(shù)；另一項(xiàng)_是技術(shù)，電子計(jì)算機(jī)從一開始就采用了該技術(shù)。 信息產(chǎn)業(yè)n概念：生產(chǎn)制造信息設(shè)備，以及利用這些設(shè)備進(jìn)行信息采集、儲(chǔ)存、傳遞、處理、制作與服務(wù)的所有行業(yè)與部門的總和。n20世紀(jì)90年代以來，人類正走進(jìn)以信息技術(shù)為核心的知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代。1.4信息化與信息社會(huì)n第一次工業(yè)革命：蒸汽機(jī)n第二次工業(yè)革命：電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)n第三次工業(yè)革命：信息技術(shù)等（20世紀(jì)80年代開始，信息技術(shù)引發(fā)了第三次工業(yè)革命。）1.4信息化與信息社會(huì) n信息

4、化的概念起源于20世紀(jì)60年代日本；n信息化的本質(zhì)：n利用信息技術(shù)幫助社會(huì)個(gè)人和群體有效利用新知識(shí)和新思想，從而建成能充分發(fā)揮人的潛力，實(shí)現(xiàn)其抱負(fù)的信息社會(huì)。n當(dāng)今世界許多發(fā)達(dá)國家和經(jīng)濟(jì)共同體都提出了信息化國家發(fā)展戰(zhàn)略。n目前，我國處于工業(yè)化的中期，技術(shù)還比較落后，信息化處于快速發(fā)展階段。11122微電子技術(shù) n2.1微電子技術(shù)概述 n2.2集成電路的分類 n2.3集成電路的發(fā)展趨勢 132.1微電子技術(shù) n微電子技術(shù)：n是信息技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項(xiàng)搞技術(shù)的基礎(chǔ)。n以集成電路為核心的電子技術(shù)，是在電子電路和系統(tǒng)的超小型化和微型化過程中逐漸形成和發(fā)展起來的。14大規(guī)模集成電

5、路大規(guī)模集成電路（LSI&VLSILSI&VLSI）上千萬次到十多上千萬次到十多萬億次每秒萬億次每秒真空電子管真空電子管 幾千次每秒幾千次每秒 用于軍事和科用于軍事和科學(xué)研究工作學(xué)研究工作晶體管晶體管 幾十萬次每秒幾十萬次每秒 還用于數(shù)據(jù)處理還用于數(shù)據(jù)處理和事務(wù)處理和事務(wù)處理集成電路集成電路(SSI&MSI)(SSI&MSI) 幾十萬次幾百萬幾十萬次幾百萬次每秒次每秒 用于各個(gè)領(lǐng)域用于各個(gè)領(lǐng)域1946195819641970195819641971分類依據(jù)：電子電路分類依據(jù)：電子電路中使用的基礎(chǔ)元件中使用的基礎(chǔ)元件半導(dǎo)體材料：半導(dǎo)體材料：硅（硅（Si）2.1微電子技術(shù) 152.1微電子技術(shù)n集

6、成電路集成電路(Integrated Circuit(Integrated Circuit，簡稱，簡稱IC)IC)n集成電路芯片是微電子技術(shù)的結(jié)晶，是計(jì)算機(jī)的核心。n集成電路的規(guī)模由單個(gè)芯片或單位面積中包含的基本電子元器件的個(gè)數(shù)確定。n集成電路的制作材料通常是硅（Si）、砷化鎵（GaAs）。 162.1微電子技術(shù)n集成電路的制造集成電路的制造n晶圓切片（簡稱晶圓）是圓形單晶硅薄片，是供芯片生產(chǎn)的基本材料。n集成電路芯片（芯片）是以集成電路為主體，以晶圓為基本材料，經(jīng)過多道工藝制造，在它上面集成晶體管、電阻、電容等元件及互連線構(gòu)成的電子線路。172.2集成電路的分類 n按照晶體管數(shù)目n小規(guī)模（S

7、SI）、中規(guī)模（MSI）、大規(guī)模（LSI）、超大規(guī)模（VLSI）、極大規(guī)模（ULSI）（ 100 3000 10萬 100萬 ）SSIMSILSIVLSIULSI182.2集成電路的分類 n按照結(jié)構(gòu)、工藝分為：n雙極型集成電路（Bipolar）；n金屬氧化物半導(dǎo)體集成電路（MOS）；n雙極金屬氧化物半導(dǎo)體集成電路（Bi-MOS）n按照功能分（ ）n數(shù)字集成電路和模擬集成電路 192.2集成電路的分類 n按照用途分（ ）n通用集成電路和專用集成電路n微處理器和存儲(chǔ)芯片屬于通用集成電路；n按照某種應(yīng)用的特定要求專門設(shè)計(jì)、定制的屬于專用集成電路。202.3集成電路的發(fā)展趨勢集成電路的發(fā)展趨勢n集成電

8、路特點(diǎn)n體積小、重量輕、可靠性高n集成電路的工作速度主要取決于組成邏輯門電路的晶體管的尺寸。n晶體管的尺寸越小，其極限工作頻率越高，門電路的開關(guān)速度就越快。n芯片上電路元件的線條越細(xì)，相同面積的晶片可容納的晶體管就越多，功能就越強(qiáng)，速度也越快。提高集成度，關(guān)鍵在縮小門電路面積。n目前，集成電路批量生產(chǎn)的主流技術(shù)已經(jīng)達(dá)到12-14英寸晶圓，45nm或32nm的工藝水平（Core i7-32nm ）212.3集成電路的發(fā)展趨勢集成電路的發(fā)展趨勢nMoore定律n單塊集成電路的集成度平均每1824個(gè)月翻一番（Intel公司創(chuàng)始人 Gordon E.Moore,1965年在電子學(xué)雜志）n集成度是有極限

9、的，因此，Moore定律不可能永遠(yuǎn)成立。222.4微電子技術(shù)n集成電路卡（IC卡）nIC卡是把集成電路芯片密封在塑料卡基片內(nèi)，使其成為能存儲(chǔ)、處理和傳輸數(shù)據(jù)的載體。nIC卡根據(jù)功能分為三類：存儲(chǔ)器卡、帶加密邏輯的存儲(chǔ)器卡、CPU卡（如手機(jī)SIM卡,卡上集成了CPU、程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，還配有操作系統(tǒng)）。nIC卡按照使用方式分為兩種：接觸式IC卡（電話IC卡）、非接觸式IC卡（二代身份證）。233通信技術(shù)通信技術(shù)n3.1通信技術(shù)基礎(chǔ)通信技術(shù)基礎(chǔ)n3.2有線通信系統(tǒng)有線通信系統(tǒng)n3.3無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)243.1通信技術(shù)基礎(chǔ)通信技術(shù)基礎(chǔ)n通信：各種信息的傳遞n現(xiàn)代通信：專指使用電波或廣波

10、電波或廣波傳遞信息的技術(shù)。n電信：專指雙向雙向通信。例如：網(wǎng)絡(luò)、電話等。n通信系統(tǒng)：也稱電信網(wǎng)，連接大量用戶，由終端設(shè)備（電話機(jī)）、傳輸設(shè)備（電話線）、交換設(shè)備（程控交換機(jī)）等組成。253.1通信技術(shù)基礎(chǔ)通信技術(shù)基礎(chǔ)產(chǎn)生和發(fā)送信息產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端的一端信源信源信宿信宿（載體（載體&傳播媒介）傳播媒介）信道信道噪聲噪聲（外界的干擾）（外界的干擾）接收信息的接收信息的一端一端通通信信三三要要素素263.1通信技術(shù)基礎(chǔ)通信技術(shù)基礎(chǔ)n通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)n終端設(shè)備n傳輸設(shè)備n交換設(shè)備公共交換電話網(wǎng)(簡稱PSTN) 是一種用于全球語音通信的電路交換網(wǎng)絡(luò)，是目前互聯(lián)網(wǎng)紓上最大的網(wǎng)絡(luò)，擁有用戶數(shù)量大約是8億

11、。 PBX （Private Branch Exchange ），用戶級(jí)交換機(jī)，俗稱：程控交換機(jī)，程控用戶交換機(jī)，電話交換機(jī)，集團(tuán)電話等.即公司內(nèi)部使用的電話業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)內(nèi)部分機(jī)用戶分享一定數(shù)量的外線。273.1通信技術(shù)基礎(chǔ)通信技術(shù)基礎(chǔ)調(diào)制與解調(diào)制與解調(diào)技術(shù)調(diào)技術(shù)多路復(fù)用多路復(fù)用技術(shù)技術(shù)交換技術(shù)交換技術(shù)調(diào)制調(diào)制解調(diào)解調(diào)頻分復(fù)用頻分復(fù)用時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用波分復(fù)用波分復(fù)用電路交換電路交換分組交換分組交換通通信信技技術(shù)術(shù)283.1通信技術(shù)基礎(chǔ)通信技術(shù)基礎(chǔ)n調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)n調(diào)制（Modulation）：將基帶數(shù)字信號(hào)的波形變換為適合于模擬信道傳輸?shù)哪M信號(hào)波形。（發(fā)送端：數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)成模擬信號(hào)）n

12、解調(diào)（Demodulation）：將由調(diào)制器變換過的模擬信號(hào)波形恢復(fù)成原來的基帶數(shù)字信號(hào)波形。（接收端：模擬信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)）n基本調(diào)制方法：調(diào)幅（幅移鍵控法ASK），調(diào)頻（頻移鍵控法FSK），調(diào)相（相移鍵控法PSK）293.1通信技術(shù)基礎(chǔ)通信技術(shù)基礎(chǔ)n多路復(fù)用多路復(fù)用n為了提高線路利用率，總是設(shè)法在一條傳輸線路上，傳輸多個(gè)模擬信號(hào)（例如，語音信息）或數(shù)字信號(hào)，這就是多路復(fù)用。n多路復(fù)用技術(shù)通常有：n頻分復(fù)用，時(shí)分復(fù)用，波分復(fù)用303.1.1多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)n頻分多路復(fù)用n將傳輸線路的頻帶分成N部分，每一個(gè)部分均可作為一個(gè)獨(dú)立的傳輸信道使用。這樣在一對(duì)傳輸線路上可有N對(duì)話路信息傳送，而

13、每一對(duì)話路所占用的只是其中的一個(gè)頻段。n頻分制通信又稱載波通信，它是模擬通信的主要手段。是模擬通信的主要手段。313.1.1多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)n時(shí)分多路復(fù)用：n把一個(gè)傳輸通道進(jìn)行時(shí)間分割以傳送若干話路的信息。把N個(gè)話路設(shè)備接到一條公共的通道上，按一定的次序輪流的給各個(gè)設(shè)備分配一段使用通道的時(shí)間。當(dāng)輪到某個(gè)設(shè)備時(shí)，這個(gè)設(shè)備與通道接通，執(zhí)行操作。與此同時(shí)，其它設(shè)備與通道的聯(lián)系均被切斷。待指定的使用時(shí)間間隔一到，則通過時(shí)分多路轉(zhuǎn)換開關(guān)把通道聯(lián)接到下一個(gè)要連接的設(shè)備上去。n時(shí)分制通信也稱時(shí)間分割通信，它是數(shù)字電話多路是數(shù)字電話多路通信的主要方法。通信的主要方法。323.1.1多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用

14、技術(shù)n波分多路復(fù)用n在單一光纖內(nèi)同步傳輸多個(gè)不同波長的光波，使得數(shù)據(jù)傳輸速度和容量獲得倍增。 333.1通信技術(shù)基礎(chǔ)通信技術(shù)基礎(chǔ)n交換技術(shù)：交換技術(shù)：n在任意兩個(gè)需要進(jìn)行通信的計(jì)算機(jī)之間建立一個(gè)臨時(shí)的通信鏈路，通信結(jié)束后再拆除鏈路，稱為交換技術(shù)。由中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)參與的通信，中轉(zhuǎn)的節(jié)點(diǎn)稱為交換節(jié)點(diǎn)。n常用交換技術(shù)：電路交換、分組交換343.1通信技術(shù)基礎(chǔ)通信技術(shù)基礎(chǔ)n電路交換（線路交換）n為發(fā)送端和接收端建立一條臨時(shí)的實(shí)際物理通道，供通信雙方使用，通信完畢后，交換機(jī)內(nèi)的連線被拆除。n例如：電話交換機(jī)n優(yōu)點(diǎn)：交換方式簡單，適合遠(yuǎn)距離成批數(shù)據(jù)傳輸，建立一次連接可傳送大量數(shù)據(jù)。n缺點(diǎn)：線路利用率低，通信成本

15、高。353.1通信技術(shù)基礎(chǔ)通信技術(shù)基礎(chǔ)n分組交換（包交換）n數(shù)據(jù)塊分割組成一個(gè)數(shù)據(jù)包（也稱為“分組”）地址信息及分組信息。緩沖、轉(zhuǎn)發(fā)而到達(dá)目的地。接收端的計(jì)算機(jī)按照數(shù)據(jù)包的編號(hào)，將它們重新組裝成為原來形式的數(shù)據(jù)塊。n例如：互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)n優(yōu)點(diǎn)：線路利用率高；收發(fā)雙方不需同時(shí)工作，當(dāng)接收方忙碌時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都可以作為它的緩沖；可以給數(shù)據(jù)包建立優(yōu)先級(jí)，使得一些重要應(yīng)用的數(shù)據(jù)包能優(yōu)先傳遞。 n缺點(diǎn)：延時(shí)長，不宜用于實(shí)時(shí)通信或交互通信。 363.1通信技術(shù)基礎(chǔ)通信技術(shù)基礎(chǔ)n數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)n 信道：通信信道是傳輸數(shù)據(jù)的一個(gè)物理路徑或者是一種載波信號(hào)頻率。n 帶寬（信道容量）：一個(gè)信

16、道允許的最大最大數(shù)據(jù)傳輸速度。n 數(shù)據(jù)傳輸速率（data rate）：實(shí)際實(shí)際傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)目。通常使用“位/秒”（bps）作為單位。n 誤碼率（error rate）：數(shù)據(jù)傳輸中出錯(cuò)數(shù)據(jù)占被傳輸數(shù)據(jù)總數(shù)的比例。n 端-端延遲：數(shù)據(jù)從信號(hào)源傳送到目的地所花費(fèi)的時(shí)間。373.2有線通信系統(tǒng)有線通信系統(tǒng)n有線載波通信：有線載波通信：n采用的傳輸介質(zhì)：架空明線，對(duì)稱電纜，同軸電纜。n光纖光纖通信纖芯包層光線通信纖芯包層光線備注：備注：光導(dǎo)纖維的內(nèi)芯的折射率大于大于外套折射率。光只有滿足從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，才會(huì)發(fā)生全反射。383.2有線通信系統(tǒng)有線通信系統(tǒng)n利用光纖傳導(dǎo)光信

17、號(hào)進(jìn)行通信的一種技術(shù)。n 發(fā)端：發(fā)端：實(shí)現(xiàn)信號(hào)的電-光轉(zhuǎn)換；每隔一定距離接入光中繼器光中繼器；n 收端：收端：實(shí)現(xiàn)信號(hào)的光-電轉(zhuǎn)換。光纖通信可靠性好，保密性強(qiáng)。n全光網(wǎng)（AON）：n 不進(jìn)行光光- -電、電電、電- -光光轉(zhuǎn)換，速度提高，成本降低，它是信息高速公路的基礎(chǔ)。n 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：傳輸頻帶非常寬，通信容量大（速度最快）；抗雷電和電磁干擾、抗輻射能力強(qiáng)；無串音干擾，保密性強(qiáng)，不易被竊聽或截取數(shù)據(jù)；傳輸損耗小，通訊距離長。n 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：精確連接兩根光纖比較困難。393.3無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)n微波通信微波通信n微波是一種具有極高頻率的電磁波（介于無線電波與光波之間,頻率300MHz30

18、0GHz,波長1m1mm）。n微波不能沿地面繞射傳播（中波），也不能經(jīng)電離層反射傳播（短波）。n遠(yuǎn)距離微波通信方式：地面微波接力通信、衛(wèi)星通信、對(duì)流層散射通信。n微波通信容量大、建設(shè)費(fèi)用省、抗災(zāi)能力強(qiáng)。403.3無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)地地 球球通信衛(wèi)通信衛(wèi)星星地面站地面站1地面站地面站2衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星地球地球36000公里中、低軌道衛(wèi)星中、低軌道衛(wèi)星：相對(duì)于地面：相對(duì)于地面是運(yùn)動(dòng)的，覆蓋范圍小，地面是運(yùn)動(dòng)的，覆蓋范圍小，地面天線必須跟蹤衛(wèi)星。但損耗小、天線必須跟蹤衛(wèi)星。但損耗小、延時(shí)少。延時(shí)少。同步定點(diǎn)衛(wèi)星同步定點(diǎn)衛(wèi)星：位于赤道上：位于赤道上空大約空大約3636，000000公里，

19、相對(duì)于公里，相對(duì)于地面固定不動(dòng)，覆蓋范圍大，地面固定不動(dòng)，覆蓋范圍大，三顆衛(wèi)星幾乎可以覆蓋地球三顆衛(wèi)星幾乎可以覆蓋地球全部面積。全部面積。 413.3無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)n衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信n衛(wèi)星通信的特點(diǎn)：通信距離遠(yuǎn)，頻帶寬，容量大，干擾小，較穩(wěn)定。但造價(jià)高、技術(shù)復(fù)雜，有一定延時(shí)。423.3無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)n移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)n移動(dòng)通信是指處于移動(dòng)狀態(tài)的對(duì)象之間的通信，它包括蜂窩移動(dòng)、集群調(diào)度、無繩電話、尋呼系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)。433.3無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)n第一代移動(dòng)通信采用模擬技術(shù)。n第二代移動(dòng)通信廣泛采用數(shù)字技術(shù)（GSM,CDMA,IS-95）。n第三代移動(dòng)通信n 電信

20、CDMA2000移動(dòng)TD-SCDMA聯(lián)通WCDMAn 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：全球漫游；適應(yīng)多種環(huán)境；提供高質(zhì)量多媒體業(yè)務(wù)；提供大容量、高保密性和優(yōu)質(zhì)服務(wù)。n第四代移動(dòng)通信n包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式 （ TD-LTE-Advanced查看擴(kuò)展閱讀）443.3無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)453.3無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)n蜂窩式移動(dòng)通信：n 每個(gè)基站的有效區(qū)域既相互分割，又彼此有所交疊，整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)就像是蜂窩。n移動(dòng)通信系統(tǒng)組成：n 移動(dòng)臺(tái)：是移動(dòng)的通信終端，是接收無線信號(hào)的接收機(jī)，包括手機(jī)，呼機(jī)，無繩電話等。n 基站：是與移動(dòng)臺(tái)聯(lián)系的一個(gè)固定收發(fā)機(jī)，它接收移動(dòng)臺(tái)的無線信號(hào)，每個(gè)基站負(fù)責(zé)與一個(gè)特定區(qū)域（10km 20km的區(qū)域）的所有的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信。n 移動(dòng)交換中心：與基站之間通過無線微波、電纜或光纜交換信息，移動(dòng)交換中心再與公共電話網(wǎng)進(jìn)行連接。463.4 計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)代代 別別年年 代代使用的主要元器件使用的主要元器件配置的軟件配置的軟件主要應(yīng)用主要應(yīng)用第1代20世紀(jì)40年代中期50年代末期CPU：電子管內(nèi)存：磁鼓使用機(jī)器語言和匯編語言編寫程序科學(xué)計(jì)算和工程計(jì)算第2代50年代中、后期60年代中期CPU：