第一章 信息技術(shù)概述

第一章信息技術(shù)概述第1頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三第一章信息技術(shù)概述1.1信息與信息技術(shù)1.2微電子技術(shù)簡介1.3通信技術(shù)入門1.4數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)第2頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.1信息與信息技術(shù)什么是信息、信息處理？4個(gè)基本的信息技術(shù)？信息處理系統(tǒng)？

本節(jié)重點(diǎn)：第3頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.1.1信息與信息處理

信息是什么？

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）事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式?！陀^事物立場(chǎng)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(chǎng)

信息普遍存在，是一種基本資源實(shí)際應(yīng)用中，人們更關(guān)心的是認(rèn)識(shí)論層次的信息。例如：中國人口有13億多，且每年以6%比例增長。第4頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三什么是數(shù)據(jù)“數(shù)據(jù)是對(duì)未經(jīng)組織的事實(shí)、概念或指令的一種特殊表達(dá)形式，這種特殊的表達(dá)形式可以用人工或自動(dòng)化的裝置對(duì)其進(jìn)行通信，翻譯轉(zhuǎn)換或加工處理。”——iso定義。數(shù)據(jù)的語義是數(shù)據(jù)表達(dá)的“事實(shí)、概念或指令”。數(shù)據(jù)的語法是數(shù)據(jù)具有特殊的表達(dá)形式。第5頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三數(shù)據(jù)與信息的聯(lián)系是：信息是對(duì)人有用的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將可能影響到人們的行為與決策。信息和數(shù)據(jù)通常并不嚴(yán)格加以區(qū)分(在不引起混淆時(shí))；當(dāng)數(shù)據(jù)向人們傳遞了某些含義時(shí)，數(shù)據(jù)就變成了信息。在信息處理領(lǐng)域中，信息指的是人們要解釋的那些數(shù)據(jù)的含第6頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三2．信息的屬性(1)事實(shí)性(2)等級(jí)性(3)共享性(4)轉(zhuǎn)換性(5)擴(kuò)散性(6)可壓縮性(7)增值性(8)可存儲(chǔ)性(9)可再生性第7頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三3．信息的分類(1)按信息的內(nèi)容分為：政治，軍事，文化，科技，市場(chǎng)(2)按信息的表示形式分為：數(shù)據(jù)、文字、圖像、聲音、視頻。(3)按信息的作用分為：有用的，無用的，有害的。(4)按信息的邏輯性分為：真實(shí)的，虛假的。(5)按信息的載體分為：電信號(hào)，光信號(hào)等。（6）按信息處理時(shí)的電信號(hào)的形式分：離散的，連續(xù)的第8頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.1.1信息與信息處理人工進(jìn)行信息處理的過程信息施效（效應(yīng)器官）信息獲取（感覺器官）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)）事物客體第9頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.1.1信息與信息處理信息處理？

信息收集——感知、測(cè)量、識(shí)別、獲取、輸入等信息傳遞

信息加工——分類、計(jì)算、分析、轉(zhuǎn)換、檢索、管理

信息存儲(chǔ)

信息傳遞

信息維護(hù)

信息施用——控制、顯示等第10頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.1.2信息技術(shù)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)。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）——施用信息第11頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.1.2信息技術(shù)基本信息技術(shù)(四個(gè))

感知與識(shí)別技術(shù)——擴(kuò)展感覺器官功能,提高人們的感知范圍、感知精度和靈敏度(雷達(dá)、衛(wèi)星遙感）通信技術(shù)——擴(kuò)展神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能,消除人們交流信息的空間和時(shí)間障礙計(jì)算與存儲(chǔ)技術(shù)——擴(kuò)展思維器官功能,增強(qiáng)人們的信息加工處理能力控制與顯示技術(shù)——擴(kuò)展效應(yīng)器官功能，增強(qiáng)人們的信息控制能力第12頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.1.3信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)：指用于輔助人們進(jìn)行信息獲取、傳遞、存儲(chǔ)、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(chǔ)控制與顯示通信/存儲(chǔ)感知與識(shí)別信息處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第13頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.1.3信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)分類依據(jù)自動(dòng)化程度——人工的、半自動(dòng)的、全自動(dòng)的依據(jù)技術(shù)手段——機(jī)械的、電子的、光學(xué)的依據(jù)通用性——專用的、通用的……第14頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.1.3信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)實(shí)例雷達(dá)是一種以感知與識(shí)別為主要目的的系統(tǒng)電視/廣播系統(tǒng)是一種單向的、點(diǎn)到多點(diǎn)（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(diǎn)到點(diǎn)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)第15頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三第一章信息與信息技術(shù)1.1信息與信息技術(shù)1.2微電子技術(shù)簡介1.3通信技術(shù)入門1.4數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)第16頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2微電子技術(shù)簡介什么是微電子技術(shù)集成電路按所含電子元件數(shù)目的分類集成電路按所用晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝的分類摩爾定律IC卡的分類與應(yīng)用

本節(jié)重點(diǎn)：第17頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三現(xiàn)代信息技術(shù)的主要特征是采用電(光)子技術(shù)進(jìn)行信息的收集、傳遞、加工、存儲(chǔ)、顯示與控制；以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，以軟件為核心；現(xiàn)代信息技術(shù)領(lǐng)域包括微電子、通信、廣播、計(jì)算機(jī)、遙感遙測(cè)、自動(dòng)控制、機(jī)器人等諸多領(lǐng)域。其中，微電子技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大核心技術(shù)第18頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.1微電子技術(shù)與集成電路微電子技術(shù)：是實(shí)現(xiàn)電子電路和電子系統(tǒng)超小型化和微型化的技術(shù)，它以集成電路為核心。電子技術(shù)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)模集成電路現(xiàn)代PC機(jī)所使用的處理器、芯片組、圖形加速器芯片等都是哪種規(guī)模集成電路？第19頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.1微電子技術(shù)與集成電路在這個(gè)階段產(chǎn)生了廣播、電視、無線電通信、儀器儀表、自動(dòng)化技術(shù)和第一代電子計(jì)算機(jī)真空電子管：第20頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.1微電子技術(shù)與集成電路1948年發(fā)明，再加上印制電路組裝技術(shù)的使用，使電子電路在小型化方面前進(jìn)了一大步，產(chǎn)生了第二代計(jì)算機(jī)晶體管：第21頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.1微電子技術(shù)與集成電路小規(guī)模集成電路集成電路:超大規(guī)模集成電路20世紀(jì)50年代出現(xiàn)，以半導(dǎo)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(gè)微型化的電路或系統(tǒng)?，F(xiàn)代集成電路使用的半導(dǎo)體材料通常是硅(Si)，也可以是化合物半導(dǎo)體如砷化鎵(GaAs)等第22頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.1微電子技術(shù)與集成電路集成電路的分類：按所包含的晶體管數(shù)目分按所用晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分按集成電路的功能分按用途分第23頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.1微電子技術(shù)與集成電路

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(gè)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）＞100萬第24頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.1微電子技術(shù)與集成電路集成電路的分類：按所包含的晶體管數(shù)目分按所用晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分按集成電路的功能分按用途分第25頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.1微電子技術(shù)與集成電路

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(dǎo)體(MOS)集成電路雙極－金屬-氧化物-半導(dǎo)體集成電路（Bi-MOS）等第26頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.1微電子技術(shù)與集成電路集成電路的分類：按所包含的晶體管數(shù)目分按所用晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分按集成電路的功能分按用途分第27頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.1微電子技術(shù)與集成電路根據(jù)集成電路的功能分為：數(shù)字集成電路（如邏輯電路、存儲(chǔ)器、微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器等）

模擬集成電路（又稱為線性電路，如信號(hào)放大器、功率放大器等）

第28頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.1微電子技術(shù)與集成電路集成電路的分類：按所包含的晶體管數(shù)目分按所用晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分按集成電路的功能分按用途分第29頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.1微電子技術(shù)與集成電路根據(jù)用途分為：通用集成電路：微處理器和存儲(chǔ)器芯片專用集成電路：按某種應(yīng)用的特定要求而專門設(shè)計(jì)、定制的集成電路。第30頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.1微電子技術(shù)與集成電路微電子技術(shù)與集成電路的關(guān)系：1、集成電路芯片是微電子技術(shù)的結(jié)晶，它們是計(jì)算機(jī)的核心，是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。2、據(jù)預(yù)測(cè)：未來十年內(nèi)世界半導(dǎo)體的年平均增長率將達(dá)15%以上，2010年全世界半導(dǎo)體的年銷售額可達(dá)到6000~8000億美元，將支持4~5萬億美元的電子裝備市場(chǎng)。現(xiàn)代集成電路使用的半導(dǎo)體材料通常是？第31頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.2集成電路的制造集成電路的制造：400多道工序硅襯底晶圓芯片硅平面工藝剔除、分類集成電路封裝成品成品測(cè)試第32頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.3集成電路的發(fā)展趨勢(shì)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、生產(chǎn)工藝和電路設(shè)計(jì)水平，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。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。第33頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.3集成電路的發(fā)展趨勢(shì)集成電路的發(fā)展趨勢(shì)

提高集成度，關(guān)鍵在縮小門電路面積（數(shù)據(jù)）集成電路特點(diǎn)：體積小、重量輕、可靠性高M(jìn)oore定律

單塊集成電路的集成度平均每18～24個(gè)月翻一番

——GordonE.Moore,1965年Q：Moore定律會(huì)永遠(yuǎn)成立嗎？第34頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.3集成電路的發(fā)展趨勢(shì)Intel公司微處理器集成度的發(fā)展19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium4晶體管數(shù)第35頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.3集成電路的發(fā)展趨勢(shì)19992001200420082014工藝(μm)0.180.130.090.060.014晶體管(M)23.847.61355393500時(shí)鐘頻率(GHz)1.21.62.02.65510面積(mm2)340340390468901連線層數(shù)678910晶圓直徑（mm）300300350400450引腳數(shù)目7009573350功耗（w）90130183第36頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.3集成電路的發(fā)展趨勢(shì)目前集成電路生產(chǎn)的主流技術(shù)：12吋晶圓、0.18微米工藝，并正在向14吋晶圓、0.09微米工藝過渡

IntelP4：采用0.13μm工藝制造生產(chǎn)，部分型號(hào)已采用45nm工藝。AMD：在其Athlon64X2雙核臺(tái)式機(jī)處理器中首次采用了其65nm工藝技術(shù)。1（μm微米）＝1/1,000,000（米）美國半導(dǎo)體協(xié)會(huì)(SIA)預(yù)測(cè)，到2010年將能達(dá)到18吋晶圓和0.07～0.05微米的工藝。在未來十年時(shí)間里，集成電路的技術(shù)還將繼續(xù)遵循Moore定律得到進(jìn)一步的發(fā)展第37頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三酷睿雙核的物理特性全新的Core架構(gòu)，徹底拋棄了Netburst架構(gòu)全部采用65nm和45nm制造工藝全線產(chǎn)品均為雙核心，L2緩存容量提升到4MB晶體管數(shù)量達(dá)到2.91億個(gè)，核心尺寸為143平方毫米性能提升40%能耗降低40%，主流產(chǎn)品的平均能耗為65瓦特第38頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.3集成電路的發(fā)展趨勢(shì)問題與出路：線寬進(jìn)一步縮小、線路間的距離越來越窄以后，干擾將越益嚴(yán)重。為了減少這種干擾，可以采取減小電流，降低電壓的方法來解決。

但是，當(dāng)晶體管的基本線條小到納米級(jí)，線路的電流微弱到僅有幾十個(gè)甚至幾個(gè)電子流動(dòng)時(shí)，晶體管已逼近其物理極限，它將無法正常工作。在納米尺寸下，納米結(jié)構(gòu)會(huì)表現(xiàn)出一些新的量子現(xiàn)象和效應(yīng)，可以利用這些量子效應(yīng)研制具有新功能的量子器件，從而把芯片的研制推向量子世界的新階段——納米芯片技術(shù)。同時(shí)，人們還在研究將自然界傳播速度最快的光作為信息的載體，發(fā)展光子學(xué)，研制集成光路，或把電子與光子并用，實(shí)現(xiàn)光電子集成。第39頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.3集成電路的發(fā)展趨勢(shì)光子計(jì)算機(jī)

光能夠像電一樣來傳遞信息，甚至效果更好。而且，更重要的一個(gè)特點(diǎn)在于它不會(huì)和周圍環(huán)境發(fā)生相互干擾的作用。因?yàn)楫?dāng)電子計(jì)算機(jī)芯片越來越趨向于0.18μm時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很多的問題,而光子計(jì)算機(jī)就可以避免。第40頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.3集成電路的發(fā)展趨勢(shì)量子計(jì)算機(jī) 是運(yùn)用量子力學(xué)來設(shè)計(jì)的，它們的特點(diǎn)是其潛在的運(yùn)算速度將更大于電子計(jì)算機(jī)。從理論上說，它們的速度提高可以說是沒有止境的，因?yàn)榱孔佑?jì)算技術(shù)可以在同一時(shí)間內(nèi)執(zhí)行各種操作，同時(shí)有足夠的能力來完成現(xiàn)在電子計(jì)算機(jī)還很難完成的任務(wù)，比如說完成密碼的破譯和語音的識(shí)別等等。因此，歐洲已經(jīng)成立了量子計(jì)算機(jī)研究所，現(xiàn)在估計(jì)，量子計(jì)算機(jī)可能會(huì)在今后的十五年左右出現(xiàn)。圖為一種可瞬間進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)計(jì)算的光電計(jì)算機(jī)第41頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.3集成電路的發(fā)展趨勢(shì)分子計(jì)算機(jī)

現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出來一種能夠由氮?dú)夂投然紒黹_動(dòng)和閉關(guān)的分子計(jì)算機(jī)，這種超高速的微型計(jì)算機(jī)離現(xiàn)實(shí)已經(jīng)很近了。這種技術(shù)將會(huì)導(dǎo)致只需要利用立體和光線就能夠產(chǎn)生新的、甚至能夠思考的計(jì)算機(jī)來解決目前晶體管的物理局限，使得未來的計(jì)算機(jī)的功能大大的增加，尺寸大大的縮小。第42頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.3集成電路的發(fā)展趨勢(shì)生物計(jì)算機(jī)實(shí)際上就是隨著生物技術(shù)的發(fā)展，人們將模仿人的大腦制造一種用基因?qū)W的機(jī)制來開發(fā)的新一代計(jì)算機(jī)。

現(xiàn)在生物計(jì)算機(jī)的模型已經(jīng)出來。以色列的科學(xué)家制造了一個(gè)有可能會(huì)比單個(gè)活細(xì)胞還要小的計(jì)算機(jī)的模型。這么微小的計(jì)算機(jī)也可能將在我們的體內(nèi)漫游，監(jiān)視我們的健康。也許會(huì)糾正它所發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)哪個(gè)地方脂肪的堆積，幫助解決問題。其實(shí)每一個(gè)細(xì)胞實(shí)際上都是一個(gè)復(fù)雜的生物機(jī)件，一個(gè)系統(tǒng)。用這么一種仿生技術(shù)來制造生物計(jì)算機(jī)。第43頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.4IC卡IC卡分類按內(nèi)部集成電路芯片分類按使用方式分類第44頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.4IC卡按內(nèi)部集成電路芯片：存儲(chǔ)器卡：這種卡封裝的集成電路為存儲(chǔ)器，其容量大約為幾KB到幾十KB，信息可以長期保存，也可通過讀卡器改寫。CPU卡：也叫智能卡，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)。如手機(jī)上的SIMM卡。第45頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三IC卡分類按內(nèi)部集成電路芯片分類按使用方式分類1.2.4IC卡第46頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.2.4IC卡按使用方式分類：接觸式IC卡：使用時(shí)必須將IC卡插入讀機(jī)卡口內(nèi)，通過金屬點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。多用于存儲(chǔ)信息量大、讀寫操作復(fù)雜的場(chǎng)合，易磨損、怕油污、壽命不長。非接觸式IC卡：采用電磁感應(yīng)方式無線傳輸數(shù)據(jù)，解決了無源和免接觸這一難題，操作方便、快捷。這種卡記錄的信息簡單，讀寫要求不高，常用于身份驗(yàn)證等場(chǎng)合。由于采用全密封膠固化，防水、防污，所以使用壽命長。第47頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三第一章信息與信息技術(shù)1.1信息與信息技術(shù)1.2微電子技術(shù)簡介1.3通信技術(shù)入門1.4數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)第48頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3通信技術(shù)入門什么是通信？調(diào)制與解調(diào)多路復(fù)用技術(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)移動(dòng)通信本節(jié)重點(diǎn)：第49頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3通信技術(shù)入門什么是通信？

通信：各種信息的傳遞

現(xiàn)代通信：使用電波或光波進(jìn)行雙向

傳遞信息的技術(shù)（電信）第50頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.1通信的基本原理通信三要素：信源（信息的發(fā)送者）信宿（信息的接收者）信道（信息的載體與傳播媒介）

信道所采用的傳輸技術(shù)有兩種：模擬傳輸技術(shù)和數(shù)字傳輸技術(shù)（連續(xù)形式的模擬信號(hào)和離散形式的數(shù)字信號(hào)）產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端信源信宿通信線路信道噪聲外界的干擾接收信息的一端1、通信系統(tǒng)的簡單模型第51頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.1通信的基本原理

研究發(fā)現(xiàn)，高頻振蕩的正弦波信號(hào)作為長距離通信較好。因此，可以把這種正弦波信號(hào)作為攜帶信息的“載波”。2、怎樣遠(yuǎn)距離傳輸信息第52頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.1通信的基本原理

調(diào)制與解調(diào)調(diào)制（Modulation）

在信息傳輸時(shí)，利用信源信號(hào)去調(diào)整載波（正弦波）的某個(gè)參數(shù)（幅度、頻率或相位）的過程。

所使用的設(shè)備稱為“調(diào)制器”。

解調(diào)（Demodulation）

經(jīng)過調(diào)制后的載波攜帶著被傳輸?shù)男盘?hào)在信道中進(jìn)行長距離傳輸，到達(dá)目的地時(shí)，接收方再把載波所攜帶的信號(hào)檢測(cè)出來恢復(fù)為原始信號(hào)的形式，這個(gè)過程稱為“解調(diào)”。

所使用的設(shè)備稱為“解調(diào)器”。第53頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.1通信的基本原理幅移鍵控法ASK——調(diào)幅頻移鍵控法FSK——調(diào)頻相移鍵控法PSK——調(diào)相

數(shù)據(jù) 0 1 0 0 1 0（1）AM調(diào)幅（2）FM調(diào)頻（3）phM調(diào)相F1 F2 F1 F2 F10相起始π相起始 0相起始 π相起始0相起始各種調(diào)制方法的調(diào)制波形第54頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三3、怎樣低成本傳輸信息

多路復(fù)用：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，話路信息）或數(shù)字信號(hào)，這就是多路復(fù)用。多路復(fù)用技術(shù)有兩種：

頻分復(fù)用，時(shí)分復(fù)用信道多路復(fù)用器多路復(fù)用器終端終端終端終端終端終端終端終端1.3.1通信的基本原理第55頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.1通信的基本原理頻分多路復(fù)用（FDM）

將每個(gè)數(shù)據(jù)終端發(fā)送的信號(hào)調(diào)制在不同頻率的載波上，通過頻分多路復(fù)用器將它們復(fù)合成為一個(gè)信號(hào)，然后在同一傳輸線路上進(jìn)行傳輸，到達(dá)接收端后，借助分路器把不同頻率的信號(hào)送到不同的接收設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)了傳輸線路的復(fù)用。第56頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.1通信的基本原理時(shí)分多路復(fù)用（TDM）各終端設(shè)備（計(jì)算機(jī)）以事先規(guī)定的順序輪流使用同一傳輸線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。多路復(fù)用器可將輪轉(zhuǎn)一周的時(shí)間劃分為若干時(shí)間片，每個(gè)終端分配固定的一片時(shí)間用來傳輸一組數(shù)據(jù)，依次輪流進(jìn)行傳輸。第57頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.2數(shù)字通信模擬通信技術(shù)指的是直接傳輸信源產(chǎn)生的模擬信號(hào)或者通過用連續(xù)信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制來傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低缺點(diǎn)：容易受到噪聲信號(hào)的干擾，傳輸質(zhì)量不夠穩(wěn)定模擬通信已越來越多的被數(shù)字通信所取代。1、模擬通信與數(shù)字通信第58頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三數(shù)字傳輸技術(shù)指的是：將信源產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后直接用數(shù)字信號(hào)來傳輸信息或者通過數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制來傳輸信息的技術(shù)。與模擬通信相比的優(yōu)點(diǎn)1.3.2數(shù)字通信第59頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三抗干擾能力強(qiáng)，差錯(cuò)可控制，沒有噪聲積累，可以實(shí)現(xiàn)長距離、高質(zhì)量的傳輸。靈活性好?？梢灾苯佑捎?jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和處理。通信的安全性更容易得到保證。更容易用超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，有利于通信設(shè)備的小型化、微型化、也降低了功耗。1.3.2數(shù)字通信第60頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.2數(shù)字通信數(shù)字傳輸技術(shù)在長途電話系統(tǒng)中的應(yīng)用模擬聲音信號(hào)在中繼線和長途線（采用光纖）上進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸之前，先變換為數(shù)字形式，后經(jīng)時(shí)分多路復(fù)用和數(shù)字調(diào)制，再進(jìn)行傳輸。到達(dá)目的地后再使用分路器把不同的話路分開，經(jīng)解碼器還原成模擬聲音信號(hào)后傳輸至接聽方的電話機(jī)。2、數(shù)字通信的應(yīng)用第61頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.2數(shù)字通信使用數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)傳輸電視信號(hào)人們收看的衛(wèi)星電視也采用了數(shù)字傳輸技術(shù)。由于衛(wèi)星通信傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，因此電視臺(tái)的節(jié)目在發(fā)送到衛(wèi)星去傳輸之前，先要把圖像和伴音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，還要進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，然后經(jīng)數(shù)字調(diào)制后由衛(wèi)星傳輸?shù)侥康牡氐牡孛娼邮照?，地面?duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼后恢復(fù)為模擬信號(hào)，然后經(jīng)由有線電纜送到用戶家。第62頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.2數(shù)字通信主要用以下幾個(gè)指標(biāo)來衡量：信道帶寬數(shù)據(jù)傳輸速率誤碼率端－端延遲3、數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)第63頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.3光纖通信和無線通信1、傳輸介質(zhì)通信中的傳輸介質(zhì)有三類：金屬導(dǎo)體（利用電流傳輸信息）光導(dǎo)纖維（通過光波來傳輸信息）無線電波（使用電磁波來傳輸信息）第64頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.3光纖通信和無線通信通信中使用的金屬導(dǎo)體主要有兩種雙絞線同軸電纜第65頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.3光纖通信和無線通信雙絞線種類與傳輸速率：有屏蔽雙絞線（STP）和無屏蔽雙絞線（UTP）特點(diǎn)：各線對(duì)采用雙扭線，減少了線對(duì)之間的串?dāng)_缺點(diǎn)：易受外部高頻電磁波干擾，且線路本身會(huì)產(chǎn)生一定噪聲，誤碼率較高。通常在建筑物內(nèi)部使用。常見應(yīng)用：電話系統(tǒng)（模擬信號(hào)） 局域網(wǎng)

（數(shù)字信號(hào)）第66頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.3光纖通信和無線通信同軸電纜（圖）具有良好的傳輸特性和屏蔽特性，用于主要傳輸干線同軸電纜種類：基帶同軸電纜（50Ω）：傳輸數(shù)字信號(hào)寬帶同軸電纜（75Ω）：傳輸模擬信號(hào)

用于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，距離約為200～500m，傳輸速率可達(dá)50Mb/s；即常用的有線電視電纜，帶寬可達(dá)300～400MHz，主要用于傳輸電視信號(hào)，最大傳輸距離可達(dá)幾km甚至幾十km。第67頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.3光纖通信和無線通信第68頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三2、光纖通信（1）光纖的結(jié)構(gòu)與分類

傳輸介質(zhì)：光纖（光纜）包層纖芯光纖的構(gòu)成1.3.3光纖通信和無線通信第69頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三光纜示意圖第70頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三光纖的分類

單模：光線不出現(xiàn)反射，直接向前傳輸

。傳輸距離遠(yuǎn)，速率高，適合遠(yuǎn)程通信中使用。

多模：傳輸距離近、速率低，一般在局域網(wǎng)中使用。光線光波在光纖中的傳播1.3.3光纖通信和無線通信第71頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.3光纖通信和無線通信（2）光纖通信原理

原理：在發(fā)信端，由需要傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)（電信號(hào)）去驅(qū)動(dòng)一個(gè)光源，并對(duì)發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。信號(hào)經(jīng)發(fā)大后由光檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)、解調(diào)，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)之后輸出。

光纖主要用于傳輸數(shù)字信號(hào)。

為了補(bǔ)償光纖線路的損耗，消除信號(hào)失真和噪聲干擾，每隔一定的距離要介入中繼器。

第72頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.3光纖通信和無線通信波分多路復(fù)用技術(shù)能在一根光纖內(nèi)同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長的光波，讓數(shù)據(jù)傳輸速度和容量獲得倍增。第73頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.3光纖通信和無線通信光纖通信優(yōu)點(diǎn)傳輸頻帶寬，通信容量大抗雷電和電磁干擾、抗輻射能力強(qiáng)幾乎不漏光，保密性強(qiáng)（不易被竊聽或截取數(shù)據(jù)）傳輸損耗小，通訊距離長重量輕，便于運(yùn)輸和鋪設(shè)光纖通信缺點(diǎn)精確連接兩根光纖比較困難第74頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.3光纖通信和無線通信3、無線通信無線電波可以按照頻率分成：中波、短波、超短波和微波中波：主要沿地面?zhèn)鞑?，繞射能力強(qiáng)，適應(yīng)于廣播和海上通信。短波：具有較強(qiáng)的電離層反射能力，適應(yīng)于環(huán)球通信。超短波和微波：繞射能力較差，可作為視距或超視距中繼通信第75頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三通信衛(wèi)星對(duì)流層不均勻體微波：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。微波通信是眾多無線通信形式中的一種。它的傳播方式？微波通信方式：地面微波接力通信對(duì)流層散射通信衛(wèi)星通信在空間以直線傳播，也可以從物體上得到反射。但會(huì)被地面吸收，會(huì)穿透電離層。1.3.3光纖通信和無線通信第76頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.3光纖通信和無線通信衛(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(hào)，實(shí)現(xiàn)兩或多個(gè)地球站之間的通信。

衛(wèi)星通信使用的頻段也屬于微波的范圍，它是微波接力通信技術(shù)與空間技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。第77頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.4移動(dòng)通信移動(dòng)通信：處于移動(dòng)狀態(tài)的對(duì)象之間的通信，包括尋呼系統(tǒng)，蜂窩移動(dòng)電話（俗稱手機(jī)），集群調(diào)度，無繩電話和衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展

第一代：采用模擬技術(shù)。第二代：采用數(shù)字傳輸技術(shù)。GSM（歐洲全數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，全球可移動(dòng)通信系統(tǒng),全球通）、CMDA、GPRS系統(tǒng)都是第二代。第三代：3G，使用2GHz的頻段，目標(biāo)是全球漫游。

第78頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三

蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)組成：移動(dòng)臺(tái)、基站、移動(dòng)電話交換中心（圖）移動(dòng)臺(tái)：是移動(dòng)的通信終端，它是接收無線信號(hào)的接收機(jī)，包括手機(jī)，呼機(jī)，無繩電話等。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。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。

1.3.4移動(dòng)通信第79頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三

蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)組成：移動(dòng)臺(tái)、基站、移動(dòng)電話交換中心（概念）移動(dòng)電話網(wǎng)基站的有效區(qū)域1.3.4移動(dòng)通信第80頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.3.4移動(dòng)通信每個(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，所以也稱為“蜂窩式移動(dòng)通信”。第81頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三第一章信息與信息技術(shù)1.1信息與信息技術(shù)1.2微電子技術(shù)簡介1.3通信技術(shù)入門1.4數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)第82頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.4數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)

本節(jié)重點(diǎn)：什么是比特？比特的算術(shù)和邏輯運(yùn)算比特的存儲(chǔ)、傳輸進(jìn)制轉(zhuǎn)換原反補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換第83頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.4.1信息的基本單位－比特1、什么是比特比特（英文是bit，是binarydigit的縮寫，中文譯為“二進(jìn)位數(shù)字”或“二進(jìn)位”，簡稱“位”）只有兩種狀態(tài)（取值）：0或1。許多情況下比特只是一種符號(hào)，而沒有數(shù)量的概念。比特是組成數(shù)字信息的最小單位另一種稍大的數(shù)字信息的計(jì)算單位是”字節(jié)“，一般用大寫的字母“B”表示，每個(gè)字節(jié)包含8個(gè)比特。第84頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.4.1信息的基本單位－比特2、比特的運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算

加法、減法邏輯運(yùn)算

邏輯加（或運(yùn)算）、邏輯乘（與運(yùn)算）、取反（非運(yùn)算）第85頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.4.1信息的基本單位－比特算術(shù)運(yùn)算按位運(yùn)算有進(jìn)位，借位常用運(yùn)算種類：加，減0011+0+1+0+1（加法）01110（向高位進(jìn)位）0011-0-1-0-1（減法）0110（向高位借位）第86頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.4.1信息的基本單位－比特邏輯運(yùn)算按位運(yùn)算，無進(jìn)位，借位常用運(yùn)算種類：與，或，非非運(yùn)算即為取反：0取反后是11取反后是00011^0^1^0^1（與運(yùn)算）0001邏輯乘00110101（或運(yùn)算）0111邏輯加第87頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.4.1信息的基本單位－比特3、比特的存儲(chǔ)存儲(chǔ)1個(gè)比特需要使用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的設(shè)備，如開關(guān)、繼電器等在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，經(jīng)常使用觸發(fā)器、磁芯、電容一個(gè)觸發(fā)器可以存儲(chǔ)1個(gè)比特，一組（8或16個(gè)）觸發(fā)器可以存儲(chǔ)1組比特，稱為“寄存器”。另一種存儲(chǔ)二進(jìn)位信息的方法是使用電容器。存儲(chǔ)容量是一項(xiàng)很重要的性能指標(biāo)。存儲(chǔ)容量使用2的冪次作為單位有助于存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)。常用的單位有：千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（MB）等第88頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.4.1信息的基本單位－比特4、比特的傳輸傳輸速率單位：b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/sbps、Kbps、Mbps、Gbps、Tbps？1KB/S第89頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.4.1信息的基本單位－比特最小單位：比特（bit），二進(jìn)制的一位。運(yùn)算和處理二進(jìn)制信息時(shí)使用的單位(bit,Byte,Word)存儲(chǔ)二進(jìn)制信息時(shí)的度量單位(B,KB,MB,GB,TB)傳輸二進(jìn)制信息時(shí)的度量單位(傳輸速率)(bps,Kbps,Mbps,Gbps)

二進(jìn)制信息的計(jì)量單位1K=210=10241M=220=1024K1G=2301T=240第90頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.4.2比特與二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)：3544個(gè)3百5十權(quán)：每個(gè)數(shù)位所固有的值。如1、10、100。354按權(quán)展開:3*100+5*10+4*11、十進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)第91頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三十進(jìn)制（D）十種狀態(tài)，逢十進(jìn)一，(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9)二進(jìn)制（B）兩種狀態(tài)，逢二進(jìn)一，（0,1）八進(jìn)制（Q）八種狀態(tài)，逢八進(jìn)一，（0,1,2,3,4,5,6,7）十六進(jìn)制（H）十六種狀態(tài)，逢十六進(jìn)一（0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F）1.4.2比特與二進(jìn)制數(shù)

各進(jìn)制數(shù)之間的關(guān)系第92頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三十進(jìn)制（D）二進(jìn)制（B）八進(jìn)制（Q）十六進(jìn)制（H）0123456789101112131415011011100101110111100010011010101111001101111011110123456710111213141516170123456789ABCDEF1.4.2比特與二進(jìn)制數(shù)第93頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三（1）二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制（按權(quán)展開法）只需將二進(jìn)制的每一位乘上其對(duì)應(yīng)的權(quán)值，再進(jìn)行累加轉(zhuǎn)換方法:

1、判斷權(quán)值

2、標(biāo)位。

從小數(shù)點(diǎn)向左右兩邊分別標(biāo)注位數(shù)0,1,2,3……，-1、-2、-3

3、用每一個(gè)所在位的數(shù)值基數(shù)權(quán)值

再分別相加1.4.2比特與二進(jìn)制數(shù)第94頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.4.2比特與二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制(10101)2=1*24+0*23+1*22+0*21+1*20=21八進(jìn)制(101)8=1*82+0*81+1*80=65十六進(jìn)制(101A)16=1*163+0*161+1*160+10*160=4122第95頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三

練習(xí)：

將下列給進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制：(101.11)2

(71)8

(234B)16判斷下列進(jìn)制的寫法正確和錯(cuò)誤：(1001)2、

(81.25)8、(22G)16、(1234)5第96頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.4.2比特與二進(jìn)制數(shù)（2）十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制（除以2逆序取余法）整數(shù)部分：除以r取余數(shù)，直到商為0，

余數(shù)從右到左排列。小數(shù)部分：乘以r取整數(shù)，

整數(shù)從左到右排列。不一定能精確轉(zhuǎn)換先得到的數(shù)總是緊靠小數(shù)點(diǎn)。第97頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三(100.345)10(1100100.01011)2(100)10=(144)8=(64)162100250022502121260230211010.34520.69021.38020.76021.52021.040810081248140116100166406除以r取余數(shù)，直到商為0，余數(shù)從右到左排列。乘以r取整數(shù)，整數(shù)從左到右排列第98頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三1.4.2比特與二進(jìn)制數(shù)2、二進(jìn)制的運(yùn)算可以進(jìn)行加、減、乘、除四則運(yùn)算。

01111001+0110—01001101

0101第99頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三3、八進(jìn)制與十六進(jìn)制每一位八進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)三位二進(jìn)制數(shù)。（1分3）每一位十六進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)四位二進(jìn)制數(shù)。（1分4）(2C1D)16=(0010

1100

0001

1101)22C1D(64)16=(0110

0100)2(144)8=(001

100

100)264144(7123)8=(111

001

010

011)271231.4.2比特與二進(jìn)制數(shù)第100頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制時(shí)三位一組。（3合1）轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制時(shí)四位一組。（4合1）分組方法：從小數(shù)點(diǎn)向兩邊三（四）位一組，

位數(shù)不足整數(shù)前補(bǔ)0，小數(shù)后補(bǔ)0。(11

0110

1110.1101

01)2=(36E.D4)1636ED4(1

101

101

110.110

101)2=(1556.65)8155665后面補(bǔ)兩個(gè)0，變成01001.4.2比特與二進(jìn)制數(shù)第101頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三

1.4.3整數(shù)（定點(diǎn)數(shù))的表示整數(shù)的定點(diǎn)表示

整數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)有兩種表示：無符號(hào)整數(shù)帶符號(hào)整數(shù)m位無符號(hào)數(shù)的取值范圍：0~2m-1m位帶符號(hào)數(shù)的取值范圍：-2m-1+1~+2m-1-1符號(hào)位在最高位：0表示正，1表示負(fù)第102頁，共109頁，2023年，2月20日，星期三

1.4.3整數(shù)