第一章：信息技術(shù)概述

第一章信息技術(shù)概述1.1信息與信息技術(shù)

1.3通信技術(shù)入門

1.4數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)1.2微電子技術(shù)簡介信息與信息技術(shù)1.1.1信息與信息處理信息是什么？1.信息就是信息，它既不是物質(zhì)也不是能量——N.Wiener（控制論創(chuàng)始人)2.事物運動的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式。

——客觀事物立場3.認識主體所感知或所表述的事物運動及其變化方式的形式、內(nèi)容和效用?！J識主體立場

例：人口統(tǒng)計狀態(tài)：中國當前人口總數(shù)約13億狀態(tài)變化方式：每年以約1%的增長率增加13億和1%給我們以人口統(tǒng)計的信息。信息處理做什么？信息施效（效應(yīng)器官）信息獲?。ǜ杏X器官）信息傳遞（神經(jīng)系統(tǒng)）信息加工（大腦）信息傳遞（神經(jīng)系統(tǒng)）事物客體人工進行信息處理的過程信息的收集

信息的加工

信息的存儲

信息的傳遞

信息的施用

1.1.2信息技術(shù)信息技術(shù)：用來擴展人的信息器官功能、協(xié)助人們進行信息處理的一類技術(shù)。1.人的信息器官及功能：

感覺器官（眼耳鼻舌身）——獲取信息

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——傳遞信息

思維器官（大腦）——處理信息并再生信息

效應(yīng)器官（手腳）——施用信息2.信息技術(shù)感知與識別技術(shù)——擴展感覺器官功能,提高人們的感知范圍、感知精度和靈敏度通信技術(shù)與存儲技術(shù)——擴展神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能,消除人們交流信息的空間和時間障礙計算處理技術(shù)——擴展思維器官功能,增強人們的信息加工處理能力控制與顯示技術(shù)——擴展效應(yīng)器官功能，增強人們的信息控制能力1.1.3信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)：用于輔助人們進行信息獲取、傳遞、存儲、加工處理、控制及顯示的綜合使用各種信息技術(shù)的系統(tǒng)。信息加工通信/存儲控制與顯示通信/存儲感知與識別信息輸入信息輸出信息處理系統(tǒng)示意圖信息處理系統(tǒng)分類依據(jù)自動化程度——人工的、半自動的、全自動的依據(jù)技術(shù)手段——機械的、電子的、光學的依據(jù)通用性——專用的、通用的……信息處理系統(tǒng)實例雷達是一種以感知與識別為主要目的的系統(tǒng)電視/廣播系統(tǒng)是一種單向的、點到多點（面）的以信息傳遞為主要目的的系統(tǒng)電話是一種雙向的、點到點的以信息交互為主要目的的系統(tǒng)銀行是一種以處理金融業(yè)務(wù)為主的系統(tǒng)圖書館是一種以信息收藏和檢索為主的系統(tǒng)Internet是一種跨越全球的多功能信息處理系統(tǒng)

現(xiàn)代信息技術(shù)以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)以計算機為核心采用電子技術(shù)進行信息的收集、傳遞、加工、存儲、顯示、控制。現(xiàn)代信息技術(shù)領(lǐng)域：微電子、通信、廣播、計算機、遙感遙測、自動控制、機器人等微電子技術(shù)簡介1.2.1微電子技術(shù)與集成電路微電子技術(shù)：

是實現(xiàn)電子電路和電子系統(tǒng)超小型化及微型化的技術(shù)，以集成電路為核心。電子線路使用的基礎(chǔ)元件的演變：真空電子管

晶體管中小規(guī)模集成電路大規(guī)模超大規(guī)模集成電路集成電路(IntegratedCircuit，簡稱IC)

20世紀50年代出現(xiàn)，以半導體單晶片作為材料，經(jīng)平面工藝加工制造，將大量晶體管、電阻等元器件及互連線構(gòu)成的電子線路集成在基片上，構(gòu)成一個微型化的電路或系統(tǒng)。集成電路的規(guī)模:根據(jù)所包含的晶體管數(shù)目分為：集成電路規(guī)模集成度（個電子元件）小規(guī)模集成電路（SSI）＜100中規(guī)模集成電路（MSI）100~3000大規(guī)模集成電路（LSI）3000~10萬超大規(guī)模集成電路（VLSI）10萬~100萬極大規(guī)模集成電路（ULSI）＞100萬集成電路的分類:根據(jù)所用晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分為：

雙極型（Bipolar）集成電路、

金屬-氧化物-半導體(MOS)集成電路

雙極－金屬-氧化物-半導體集成電路（Bi-MOS）等根據(jù)集成電路的功能分為：

數(shù)字集成電路（如邏輯電路、存儲器、微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器等）

模擬集成電路（又稱為線性電路，如信號放大器、功率放大器等）根據(jù)用途分為：

通用集成電路

專用集成電路（ASIC）微電子技術(shù)與集成電路集成電路芯片是微電子技術(shù)的結(jié)晶，它們是計算機的核心。

先進的微電子技術(shù)→→高集成度芯片→→高性能的計算機→→利用計算機進行集成電路的設(shè)計、生產(chǎn)過程控制及自動測試，又能制造出性能高、成本更低的集成電路芯片1.2.3集成電路的反展趨勢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提高集成度，關(guān)鍵在縮小門電路面積。Moore定律

單塊集成電路的集成度平均每18～24個月翻一番

——GordonE.Moore,1965年Intel公司創(chuàng)始人19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium4晶體管數(shù)30年來微處理器集成度的發(fā)展1.2.4IC卡IC卡是“集成電路卡”的簡稱分類：

1、存儲器卡

2、CPU卡也稱智能卡通信技術(shù)入門通信：各種信息的傳遞現(xiàn)代通信：使用電波或光波雙向傳遞信息的技術(shù)（電信）1.3.1概述信源（宿）信道信源（宿）信號信號通信系統(tǒng)簡單模型

通信系統(tǒng)中被傳輸?shù)男畔⒍急仨氁阅撤N電（或光）信號的形式才能通過傳輸介質(zhì)進行傳輸：兩種信號形式：連續(xù)形式模擬信號模擬傳輸技術(shù)

離散形式數(shù)字信號數(shù)字傳輸技術(shù)t(a)連續(xù)信號t(b)離散信號1.3.2怎樣遠距離傳輸信息？？調(diào)制：

在信息傳輸時，利用信源信號去調(diào)整載波的某個參數(shù)。解調(diào)：信號到達目的地時，接收方把載波所攜帶的信號檢測來恢復為原始信號的形式。

多路復用技術(shù)：讓多路信號同時共用一條傳輸線路進行傳輸。數(shù)字傳輸技術(shù)采用的是時分多路復用（TDM）模擬傳輸技術(shù)采用的是頻分多路復用（FDM）1.3.3怎樣降低傳輸信息成本？？時分多路復用

把一個傳輸通道進行時間分割以傳送若干話路的信息。把N個話路設(shè)備接到一條公共的通道上，按一定的次序輪流的給各個設(shè)備分配一段使用通道的時間。當輪到某個設(shè)備時，這個設(shè)備與通道接通，執(zhí)行操作。與此同時，其它設(shè)備與通道的聯(lián)系均被切斷。待指定的使用時間間隔一到，則通過時分多路轉(zhuǎn)換開關(guān)把通道聯(lián)接到下一個要連接的設(shè)備上去。時分制通信也稱時間分割通信，它是數(shù)字電話多路通信的主要方法。模擬通信技術(shù)：直接傳輸信源所產(chǎn)生的模擬信號或者通過模擬信號對載波調(diào)制后進行傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)。

直接傳輸信源所產(chǎn)生的數(shù)字信號或者通過數(shù)字信號對載波調(diào)制后進行傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)。1.3.4傳輸介質(zhì)金屬導體光導纖維利用電流傳輸信息利用光波傳輸信息利用電磁波傳輸信息一：金屬導體同軸電纜雙絞線二：光導纖微（光纖）1、結(jié)構(gòu)光波在纖芯中的傳輸原理：當光線的入射角足夠大時，就會出現(xiàn)全反射重復此過程，光就沿著光纖傳播下去光線光波在光纖中的傳播多模：纖芯直徑為50或62.5μm，可以存在許多條入射角不同的光線，各自以不同的反射角全反射傳播下去（即：每一個光線有一個不同的模式）分類:單模：纖芯直徑為8—10μm（一個光波波長），光線不出現(xiàn)反射，直接向前傳輸。衰耗小，在2.5Gb/s

的高速率下傳輸數(shù)十公里而不必采用中繼器。2、光纖的通信原理波分多路復用：是在一根光纖中同時傳輸幾種不同波長的光波以達到增大信道容量的目的：全光網(wǎng)（AllOpticalNetwork）：光信息流在通信網(wǎng)絡(luò)中的傳輸及交換時始終以光的形式存在，不需要經(jīng)過光/電、電/光轉(zhuǎn)換。全光網(wǎng)技術(shù)是光纖通訊領(lǐng)域的前沿技術(shù)，是21世紀真正的高速公路。三：無線電波無線通信原理：利用電磁波可以在空間自由傳播的特性，通過調(diào)節(jié)電磁波的振幅、頻率或相位實現(xiàn)遠距離傳輸信息。微波：一種具有較高頻率(300MHz～300GHz)的電磁波。 波長很短，通常為1米至1毫米。在空間主要是直線傳播。

微波通信方式：

地面微波接力通信衛(wèi)星通信對流層散射通信通信衛(wèi)星對流層不均勻體衛(wèi)星通信

利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，實現(xiàn)兩或多個地球站之間的通信。

通信衛(wèi)星地面站1地面站2地球通信衛(wèi)星的工作原理衛(wèi)星通信

通信衛(wèi)星工作原理

從地面站1發(fā)出的無線電信號，被衛(wèi)星通信天線接收后，首先在通信轉(zhuǎn)發(fā)器中進行放大、變頻和功率放大，然后由衛(wèi)星的通信天線把放大后的信號重新發(fā)向地面站2，從而實現(xiàn)兩個地面站或多個地面站的遠距離通信。

通信衛(wèi)星地面站1地面站2地球中、低軌道衛(wèi)星 運行周期小于地球自轉(zhuǎn)一圈的周期，因此相對于地面是運動的，衛(wèi)星天線覆蓋的區(qū)域小，地面天線必須隨時跟蹤衛(wèi)星。

優(yōu)點：高度僅是同步軌道的二十分之一至八十分之一，路徑損耗低，傳播時延時大大縮短，對于手執(zhí)通信終端和話音通信非常有利。

例如，摩托羅拉公司的一項計劃：發(fā)射66顆低軌道衛(wèi)星（高度750km）覆蓋整個地球，利用直接與衛(wèi)星通信的手持設(shè)備實現(xiàn)世界范圍內(nèi)的電信服務(wù)。衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星地球35800公里同步軌道衛(wèi)星(地球同步衛(wèi)星)

赤道上方高度為36000公里的地方，衛(wèi)星的運行周期與地球自轉(zhuǎn)一圈的周期相同，因此在地面上看這種衛(wèi)星好似靜止不動。三顆同步定點軌道

衛(wèi)星就可以覆蓋地球的幾乎全部面積，可以進行二十四小時的全天候通信。

移動通信處于移動狀態(tài)的對象之間的通信，包括尋呼系統(tǒng)，蜂窩移動電話（俗稱手機），集群調(diào)度，無繩電話和衛(wèi)星系統(tǒng)。

蜂窩移動通信的發(fā)展第一代：傳輸模擬信號，使用頻段800/900MHz第二代：傳輸數(shù)字信號，使用頻段900MHz～1800MHz

標準如下：

GSM（歐洲全數(shù)字移動通信系統(tǒng)，全球可移動通信系統(tǒng),全球通）

IS-54（美國移動通信系統(tǒng)，數(shù)字系統(tǒng)并兼容模擬系統(tǒng)）

JDC（日本移動通信系統(tǒng)，數(shù)字系統(tǒng)并兼容模擬系統(tǒng)）第三代：使用頻段2GHz蜂窩移動通信系統(tǒng)組成

移動臺、基站、移動電話交換中心移動電話網(wǎng)基站的有效區(qū)域移動臺：是移動的通信終端，它是接收無線信號的接收機，包括手機，呼機，無繩電話等?；荆菏桥c移動臺聯(lián)系的一個固定收發(fā)機，它接收移動臺的無線信號，每個基站負責與一個特定區(qū)域（10km～

20km的區(qū)域）的所有的移動臺進行通信。移動交換中心：與基站之間通過無線微波、電纜或光纜交換信息，移動交換中心再與公共電話網(wǎng)進行連接。每個基站的有效區(qū)域既相互分割，又彼此有所交疊，整個移動通信網(wǎng)就像是蜂窩，所以也稱為“蜂窩式移動通信”。

四：數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字技術(shù)：就是用0和1兩個數(shù)字表示、處理、存儲、傳輸信息的技術(shù)。1.4.1信息的基本單位---比特（bit）

二進位數(shù)字－二進位－“位”比特既沒有顏色，也沒有大小和質(zhì)量。在不同的應(yīng)用中有不同的含義?！?，字長字節(jié)（8位）位位、字節(jié)、字及字長2、比特的運算邏輯代數(shù)（布爾代數(shù)）：邏輯加（“或”運算）表示符號：“OR”“”“+”001001101111邏輯乘（“與”運算）表示符號：“AND”“”“.”000100100111取反運算：“0”取反后是“1”，“1”取反后是“0”。存儲容量：使用2的冪次作為單位有助于存儲器的設(shè)計。千字節(jié)（KB）1KB=210字節(jié)＝1024B兆字節(jié)（MB）1MB=220字節(jié)＝1024KB吉字節(jié)（GB）1GB=230字節(jié)＝1024MB太字節(jié)（TB）1TB=240字節(jié)＝1024GB1.4.2比特和二進制數(shù)常用計數(shù)制的基數(shù)和數(shù)字符號十進制二進制八進制十六進制基數(shù)數(shù)字符號100~920,180~7160~9,A,B,C,D,E,F編碼和數(shù)制十進制用D表示二進制用B表示八進制用Q表示十六進制用H表示1.十進制特點：以十為底，逢十進一；表示：例：1997.8=1×103+9×102+9×101+7×100+8×10-12.二進制特點：以2為底，逢2進位；

表示：例：(1011.1)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1數(shù)制間的轉(zhuǎn)換十進制數(shù)非十進制數(shù)非十進制數(shù)十進制數(shù)二、八、十六進制之間的轉(zhuǎn)換編碼和數(shù)制2751237121802912402202110示例2:結(jié)果為：1001011十進制整數(shù)二進制整數(shù)

87538918110結(jié)果為：113余數(shù)法：除基數(shù)取余數(shù)、由下而上排列。示例1：十進制整數(shù)八進制整數(shù)進位法：用十進制小數(shù)乘基數(shù)，當積為0或達到所要求的精度時，將整數(shù)部分由上而下排列。示例：

0.625

╳2

1.250整數(shù)為1

╳2

0.50整數(shù)為0

╳2

1.0

整數(shù)為1小數(shù)值為0結(jié)果為：101十進制小數(shù)二進制小數(shù)位權(quán)法：把各非十進制數(shù)按權(quán)展開求和示例：

(1011.1)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1

×2-1=8+0+2+1+0.5 =(11.5)10二進制數(shù)