南京大學(xué)-大學(xué)計算機(jī)信息技術(shù)教程-指導(dǎo)書

第1章信息技術(shù)概述

1.1信息與信息技術(shù)

1.1.1知識點與學(xué)習(xí)要求

關(guān)于信息與信息處理

1.【了解】“信息”的含義、“數(shù)據(jù)”的含義、信息與數(shù)據(jù)的關(guān)系。

2.【了解】人的信息器官及其在信息處理過程中的功能。

3.【掌握】信息處理的含義。

關(guān)于信息技術(shù)

4.【掌握】信息技術(shù)的含義。

5.【了解】信息技術(shù)的基本類型。

6.【掌握】現(xiàn)代信息技術(shù)的特點和主要領(lǐng)域。

關(guān)于信息處理系統(tǒng)

7.【了解】信息處理系統(tǒng)的含義。

8.【掌握】信息處理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。

9.【了解】信息處理系統(tǒng)的分類。

1.1.2內(nèi)容提要

?“信息”的含義

信息是事物運(yùn)動的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式。與物質(zhì)、能源類似，信息也是重要的資源。

?“數(shù)據(jù)”的含義、信息與數(shù)據(jù)的關(guān)系

數(shù)據(jù)是直接用于承載（表示）信息的載體。日常生活中人們所說的數(shù)據(jù)一般是指可比較

大小的數(shù)字。在信息處理領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)的概念更為廣泛和深刻。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）對

數(shù)據(jù)所下的定義是：“數(shù)據(jù)是對事實、概念或指令的一種特殊表達(dá)形式，這種特殊的表達(dá)形

式可以用人工的方式或自動化的裝置進(jìn)行通信、翻譯轉(zhuǎn)換或加工處理”。由于數(shù)字、文字、

圖形、聲音和活動圖像都可以用來表達(dá)事實、概念或指令，因此它們都是數(shù)據(jù)。目前，完成

信息的通信、轉(zhuǎn)換或加工處理的自動化裝置主要是電子計算機(jī)，而計算機(jī)在處理信息時采用

的特殊數(shù)據(jù)表達(dá)形式是二進(jìn)制編碼（也就是說，數(shù)字、文字、圖形、聲音、活動圖像等數(shù)據(jù)

只有用二進(jìn)制編碼表達(dá)后，才能由計算機(jī)進(jìn)行加工處理），因此，數(shù)字、文字、圖形、聲音、

活動圖像等數(shù)據(jù)的二進(jìn)制編碼表達(dá)形式就是計算機(jī)系統(tǒng)中所指的數(shù)據(jù)。

從信息表達(dá)的角度看，數(shù)據(jù)是信息的載體，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵。當(dāng)數(shù)據(jù)向人們傳遞了某

些含義時，它就變成了信息。例如，在燈泡的包裝盒上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)“40W”，向人們傳遞了

“燈泡功率”這一特定含義，這個數(shù)據(jù)就已變成了信息。

在管理與使用信息的過程中，人們感興趣的是那些“待解釋（處理）數(shù)據(jù)的含義”。因

此，信息處理的本質(zhì)是數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理的目的是獲取有用的信息。在不引起混淆的時候,

信息和數(shù)據(jù)通常并不嚴(yán)格加以區(qū)分。

?信息處理

信息處理是指為獲取有效的信息而施加于初始信息的所有操作。包括：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。

?信息技術(shù)及其基本范疇

信息技術(shù)是指能擴(kuò)展人的信息器官功能、協(xié)助人們進(jìn)行信息處理并改變事物狀態(tài)的所有

技術(shù)。本書所講的信息技術(shù)是指現(xiàn)代信息技術(shù)。

基本的信息技術(shù)包括感測與識別技術(shù)、通信技術(shù)、計算（處理）與存儲技術(shù)、控制與顯

示技術(shù)（有人稱這四類技術(shù)為信息技術(shù)“四基元”）。在這四類技術(shù)中，通信技術(shù)和計算（處

理）技術(shù)在整個信息技術(shù)中處于核心地位，感測識別技術(shù)和控制顯示技術(shù)則是核心部分與外

部世界的接口，決定了信息的來源和歸宿。由此可見，信息技術(shù)四基元是一個完整的整體。

感測與識別技術(shù)主要解決信息的獲取與識別問題。感測技術(shù)利用紅外線、紫外線、次聲

波、超聲波、傳感器等手段以及遙感、遙測等技術(shù)來獲取更多的信息。識別技術(shù)則對所獲取

的信息類別做出判斷。感測與識別技術(shù)克服了人在感知與識別信息時具有的局限性，增強(qiáng)了

信息感知的范圍、精度和靈敏度，是人的感覺器官功能的擴(kuò)展。

通信技術(shù)主要解決信息的傳遞問題。通信的實質(zhì)是將信息附著于一個事物（稱之為載

體），并通過后者的運(yùn)動將信息從空間上的一點傳送到另一點?，F(xiàn)代通信技術(shù)使用的載體是

電波或光波。通信只關(guān)心被傳送信息的形式而不關(guān)心其內(nèi)容和價值，著重考慮的是信息傳輸

的有效性、可靠性和數(shù)據(jù)的安全性。通信技術(shù)突破了人在交流信息忖所受到的空間和時間上

的限制，是人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。

存儲技術(shù)主要解決大量信息長期、可靠的存儲問題，是人的記憶器官（大腦）的擴(kuò)展。

計算（處理）技術(shù)主要解決信息的轉(zhuǎn)換和加工處理問題，即對信息去粗取精、去偽存真,

從初始信息中分析、推導(dǎo)、演算或抽象出可用的信息。信息處理技術(shù)包括表層信息處理技術(shù)

（如信息變換、記錄、共享、檢索等）和深層信息處理技術(shù)（如認(rèn)知過程）。計算（處理）

技術(shù)克服了人在處理信息時具有的局限性，增強(qiáng)了信息加工處理和控制的能力，是人的思維

器官（大腦）功能的擴(kuò)展。

控制與顯示技術(shù)主要解決信息的施效問題。控制的本質(zhì)是根據(jù)輸入的指令信息（決策信

息）改變外部事物的運(yùn)動狀態(tài)和方式。控制顯示技術(shù)克服了人在改變事物運(yùn)動狀態(tài)及再現(xiàn)信

息時的局限性，是人的效應(yīng)器官（手、腳、嘴等）功能的擴(kuò)展。

?現(xiàn)代信息技術(shù)的特點

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)，以計算機(jī)為核心，采用電子技術(shù)（包

括激光技術(shù)）進(jìn)行信息的收集、傳遞、加工、存儲、顯示與控制，涉及到通信、廣播、計算

機(jī)、微電子、遙感遙測、自動控制、機(jī)器人等諸多領(lǐng)域。

?信息處理系統(tǒng)

信息處理系統(tǒng)是指用于輔助人們進(jìn)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)?！笆褂矛F(xiàn)代信息技術(shù)”和具有“信息處理功能”是信息處理

系統(tǒng)中的關(guān)鍵點。組成現(xiàn)代信息處理系統(tǒng)的核心裝置主要是計算機(jī)。關(guān)于信息處理系統(tǒng)的結(jié)

構(gòu)及信息處理的過程，可參見《大學(xué)計算機(jī)信息技術(shù)教程》圖1-2,并可從不同角度對信

息處理系統(tǒng)作分類討論和研究。

1.1.3例題分析

1.【是非題】烽火臺是一種使用光來傳遞信息的系統(tǒng)，因此，它是使用現(xiàn)代信息技術(shù)的

信息系統(tǒng)。

參考答案：N

分析：烽火臺雖然通過光信號傳遞信息，但它離不開人的參與。信號的感知、傳遞、處

理和控制都是建立在人和自然的各種屬性基礎(chǔ)上的（例如，借助于光波在大氣空間中的傳播

特性來傳遞信息，借助于人眼的生理屬性來感測信息，山人腦和神經(jīng)系統(tǒng)來識別處理信息）,

人在其中起著主要的作用，因此，烽火臺實質(zhì)上是人工信息處理系統(tǒng)，而不是使用現(xiàn)代信息

技術(shù)的自動信息處理系統(tǒng)。

2.【單選題】信息是一種一。

A.物質(zhì)B.能量C.資源D.知識

參考答秦：C

分析：信息不是物質(zhì)，不是能量信息，也不同于知識。信息所表達(dá)的是個別的、具體的

事物的運(yùn)動狀態(tài)和變化方式；知識所表達(dá)的是事物運(yùn)動狀態(tài)的變化規(guī)律，具有普遍性和抽象

性，是對事物運(yùn)動和變化規(guī)律的認(rèn)識和經(jīng)驗的總和，知識來源于信息，對信息作必要的處理

可以達(dá)到認(rèn)知的目的。

3.【多選題】信息處理是指為了更多、更有效地獲取和使用信息而施加于信息的各種操

作，包括一的全過程。

A.信息收集B.信息加工和存儲C.信息傳輸D.信息維護(hù)及使用

參考答案：ABCD

分析：參見《大學(xué)計算機(jī)信息技術(shù)教程》圖1-2所示的信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

4.【簡答題】信息技術(shù)的主要類別及每一類信息技術(shù)的基本功能。

參考答案：信息技術(shù)主要包含感測與識別技術(shù)、通信技術(shù)、計算（處理）與存儲技術(shù)、

控制與顯示技術(shù)。這些技術(shù)的基本功能是：

感測與識別技術(shù)用于擴(kuò)展人的感覺器官功能，增強(qiáng)信息感知的范圍、精度和靈敏度。

通信與存儲技術(shù)用于擴(kuò)展人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能，消除信息交流的空間障礙和時間障

礙。

計算（處理）與存儲技術(shù)用于擴(kuò)展人的大腦功能，增強(qiáng)信息的記憶和加工處理能力。

控制與顯示技術(shù)用于擴(kuò)展人的效應(yīng)器官功能，增強(qiáng)信息的控制和表現(xiàn)能力。

L1.4復(fù)習(xí)自測題

1.【判斷題】信息是事物運(yùn)動的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式，世間一切事物都會產(chǎn)生信息。

2.【判斷題】所有的數(shù)據(jù)都是信息。

3.【單選題】一般而言，信息處理不包含一。

A.查明信息的來源與制造者B.信息的收集和加工

C.信息的存儲與傳遞D.信息的控制與傳遞

4.【填空題】通信技術(shù)主要擴(kuò)展了人的的功能。

5.【多選題】現(xiàn)代信息技術(shù)主要包括一。

A.微電子技術(shù)B.機(jī)械技術(shù)C.通信技術(shù)D.計算機(jī)技術(shù)

6?【簡答題】什么是信息處理系統(tǒng)？信息處理系統(tǒng)主要由哪些部分組成？

1.2微電子技術(shù)簡介

1.2.1知識點與學(xué)習(xí)要求

關(guān)于微電子技術(shù)與集成電路

1?【了解】電子電路使用的基礎(chǔ)元件的演變和微電子技術(shù)的含義。

2.【掌握】集成電路的含義。

關(guān)于集成電路的制造

3.【熟悉】集成電路的制造材料。

4.【熟悉】集成度的含義和集成電路的分類。

關(guān)于集成電路的發(fā)展趨勢

5.【了解】集成電路的速度與晶體管尺寸及線寬的關(guān)系。

6.【熟悉】Moore定律。

7.【了解】當(dāng)前晶圓尺寸和線寬工藝的水平及其發(fā)展趨勢。

關(guān)于IC卡

8.【熟悉】IC卡的功能與分類。

9.【了解】接觸式IC卡和非接觸式IC卡的特點。

1.2.2內(nèi)容提要

?微電子技術(shù)

微電子技術(shù)是實現(xiàn)電子電路和電子系統(tǒng)小型化和微型化的技術(shù)，它以集成電路為核心。

?集成電路（IntegratedCircuit,IC）

集成電路是一種具有特定功能的、經(jīng)過封裝的、包含了大量有源元件及無源元件的微型

化的電子電路。有源元件是指能對電路中的電流起控制作用或?qū)﹄妷浩鸱糯笞饔玫脑ɡ?/p>

如晶體二極管、三極管)；無源元件是指對電路中的電流、電壓無控制或變換作用的元件(例

如電阻、電容、電感)。

現(xiàn)代集成電路制造技術(shù)使用平面工藝對半導(dǎo)體(單晶硅)晶圓切片作加工制造，將多層

電路及晶體管、電阻、電容、電感等元器件集成制作在其中的一個個單獨的集成電路小片匕

構(gòu)成了一個微型化的電子電路或系統(tǒng)：再將這個小片封裝在陶瓷或塑料外殼里，并把小片上

蝕刻出來的引線(電路的輸入、輸出、電源、接地端等)連到外殼引腳上，便成為可使用的

集成電路成品。我們看到的集成電路只是黑色或褐色的封裝外殼。常見的封裝形式有單列直

插式(SIP)、雙列直插式(DIP)和陣列式(PGA)。

?集成電路的制造材料

集成電路的制造材料是具有半導(dǎo)體屬性的材料，現(xiàn)代集成電路制造中通常使用的材料主

要是硅(Si),也可以是化合物半導(dǎo)體如神化線(GaAs)等其他材料。

?集成電路的集成度

集成電路集成度的基本含義是指單個集成電路芯片中包含的電子元件(如晶體管、電阻、

電容等)的數(shù)目。例如，Intel公司在1988年推出的Intel80486微處理器中包含的電子元件

個數(shù)約為100萬，而在2000年推出的IntelPentium4微處理器中包含的電子元件個數(shù)約為

10000萬(1億)，后者的集成度比前者提高了約100倍。

?集成電路的分類

常用的集成電路分類方法是按照集成度的不同將集成電路分為五類，即小規(guī)模(SSI)、

中規(guī)模(MSI)、大規(guī)模(LSI)、超大規(guī)模(VLSI)、極大規(guī)模(ULSI)集成電路。由于一

般用戶在使用集成電路芯片時并不十分在意VLSI和ULSI的區(qū)別，因此也將VLSI和ULSI

統(tǒng)稱為VLSI。隨著集成電路制造技術(shù)的進(jìn)步，集成度的指標(biāo)上升很快，按集成度分類的標(biāo)

準(zhǔn)也在歸并和變化。此外，還有其他一些分類方法。例如，按照集成電路所用晶體管結(jié)構(gòu)、

電路和工藝的不同，將集成電路分為雙極型(bipolar)集成電路、金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)

集成電路和雙極金屬氧化物半導(dǎo)體(bi-MOS)集成電路等兒類；按照信號及其處理方式的

不同，將集成電路分為數(shù)字集成電路、模擬集成電路和數(shù)?；旌霞呻娐啡?；按照用途不

同將集成電路分為通用集成電路和專用集成電路兩類。

?集成電路的工作速度

集成電路的工作速度取決于芯片中組成邏輯門電路的晶體管的尺寸。晶體管尺寸越小，

其極限工作頻率越高，邏輯門電路的開關(guān)速度就越快，集成電路的工作速度也就越快。從另

一個角度來看，芯片中晶體管的尺寸越小，線路就越細(xì)，相同面積的芯片中可容納的晶體管

等電子元件的數(shù)量就越多(集成度越高)，功能就越強(qiáng)，工作速度也就越快。

?Moore定律

摩爾(GE.Moore)在1965年預(yù)測：單塊集成電路的集成度平均每18-24個月翻一

番。其后30多年來，x86系列微處理器集成度的發(fā)展大體上是符合這個預(yù)測的，業(yè)界稱其

為Moore定律。實質(zhì)上，Moore定律是對?段時期內(nèi)集成電路制造技術(shù)發(fā)展的預(yù)測。

?IC卡

IC卡是集成電路卡的簡稱，國外稱其為chipcard或smartcardoIC卡是指把集成電路

芯片密封在塑料卡基片內(nèi)，使其成為能存儲、處理和傳遞數(shù)據(jù)的載體。

IC卡一般都具有存儲數(shù)據(jù)的功能，有的IC卡還帶有加密邏輯電路，還有的IC卡更帶

有中央處理器(CPU),配有操作系統(tǒng)，具有存儲程序和數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)的功能。

IC卡按使用方式不同分為接觸式IC卡(如移動電話SIM卡)和非接觸式IC卡(如南

京公共交通使用的射頻計費(fèi)卡)。

123例題分析

1.【判斷題】集成電路根據(jù)它所包含的晶體管數(shù)目可以分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、

超大規(guī)模和極大規(guī)模集成電路，現(xiàn)在PC機(jī)中使用的微處理器屬于大規(guī)模集成電路。

參考答案：N

分析：PC機(jī)中使用的微處理器包含運(yùn)算器、控制器、寄存器和控制電路等，結(jié)構(gòu)很復(fù)

雜，集成度很高，屬于超大規(guī)模或極大規(guī)模集成電路。

2.【單選題】下列關(guān)于集成電路(1C)的說法中錯誤的是一。

A.集成電路是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)

B.制造集成電路的材料只能是硅(Si)

C.集成電路的特點是體積小、重量輕、可靠性高

D.集成電路的工作速度與組成邏輯門電路的晶體管的尺寸密切相關(guān)

參考答案：B

分析：現(xiàn)代集成電路通常是在硅(Si)襯底上制作而成的，但硅(Si)并不是惟一可用

的半導(dǎo)體材料，現(xiàn)在也可以用一些化合物半導(dǎo)體(如碎化像GaAs)作為半導(dǎo)體材料。隨著

材料科學(xué)的發(fā)展，還會有新的半導(dǎo)體材料出現(xiàn)。

3.【填空題】超大規(guī)模集成電路的英文縮寫是一。

參考答案：VLSI

分析：集成度在10萬?100萬個電子元件的集成電路常稱為"VeryLargeScaleIntegrated

Circuit,,,英文縮寫為VLSI,即超大規(guī)模集成電路；集成度在100萬個電子元件以上的集

成

電路稱為極大規(guī)模集成電路，英文縮寫為ULSI。VLSI和ULSI,統(tǒng)稱為VLSI。

4.【多選題】以下所列集成電路中，屬于數(shù)字集成電路的是一。

A.中央處理器B.RAM存儲器C.信號放大器

D.I/O控制器E.功率放大器

參考答案：ABD

分析：信號放大器和功率放大器兩者的輸入和輸出都是模擬電信號，前者用于放大信號

的電壓幅度，后者用于放大信號的功率，它們均屬于模擬集成電路而非數(shù)字集成電路。

5.【簡答題】Moore定律的含義。

參考答案：Moore定律預(yù)測：單塊集成電路的集成度每18?24個月翻一番。

分析：Moore定律的基本含義是對集成電路的集成度增長的預(yù)測。由于集成電路的集成

度與其工作速度有著十分密切的關(guān)系，因此，Moore定律的另一層含義便是對集成電路的工

作速度提高的預(yù)測。

1.2.4復(fù)習(xí)自測題

1.【判斷題】計算機(jī)中使用的集成電路絕大部分是模擬集成電路。

2.【判斷題】集成電路的工作速度與芯片的尺寸有關(guān)。芯片越大，其工作速度就越快。

3.【單選題】目前市場上出售的PC計算機(jī)的CPU采用的集成電路屬于一。

A.SSIB.VLSIC.LSID.MSI

4.【填空題】除了一些化合物半導(dǎo)體外，現(xiàn)代集成電路使用的半導(dǎo)體材料通常是一。

5.【填空題】Moore定律指出，單塊集成電路的平均每18~24個月翻一番。

6.【多選題】對集成電路的分類，所基于的分類依據(jù)可有一。

A.按集成度B.按電壓值C.按晶體管結(jié)構(gòu)與工藝D.按用途E.按大小

7.【簡答題】集成度的含義。

1.3通信技術(shù)入門

1.3.1知識點與學(xué)習(xí)要求

關(guān)于通信

1.【掌握】通信與現(xiàn)代通信技術(shù)的概念。

2.【了解】通信的發(fā)展歷史。

3.【掌握】通信系統(tǒng)模型。

4.【了解】模擬信號與數(shù)字信號的含義。

關(guān)于模擬傳輸技術(shù)

5.【了解】模擬傳輸技術(shù)的含義與主要傳輸過程。

6.【了解】信號的調(diào)制與解調(diào)。

7.【了解】模擬信號調(diào)制的三種方法（調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相）。

8.【了解】多路復(fù)用技術(shù)的含義。

9.【熟悉】頻分多路復(fù)用的基本原理

10.【了解】模擬傳輸技術(shù)的主要優(yōu)點和缺點。

關(guān)于數(shù)字傳輸技術(shù)

11.【熟悉】數(shù)字傳輸技術(shù)的含義及其主要優(yōu)點。

12.【熟悉】基帶傳輸?shù)暮x。

13.【了解】頻帶傳輸技術(shù)的含義及數(shù)字調(diào)制的三種方法。

14.【熟悉】時分多路復(fù)用的基本原理。

15.【了解】數(shù)字傳輸技術(shù)在電話通信中的應(yīng)用。

16.【了解】衛(wèi)星通信、電視轉(zhuǎn)播、數(shù)字電視等應(yīng)用頻帶傳輸技術(shù)的大致過程。

17.【熟悉】信道的帶寬、信道的數(shù)據(jù)傳輸速率及其計量單位。

關(guān)于傳輸介質(zhì)

18.【了解】雙絞線、同軸電纜的種類、特性與應(yīng)用。

19.【了解】光纖的傳輸原理與特性。

20.【了解】光纖通信的基本原理與特點。

21.[了解】波分多路復(fù)用的基本原理。

22.【了解】中波、短波、超短波和微波的特點。

23.【了解】微波通信的三種方式。

24.【了解】衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本原理。

關(guān)于移動通信

25.【熟悉】蜂窩移動通信系統(tǒng)的組成及各部分的功能。

26.【了解】第3代個人移動通信系統(tǒng)的主要目標(biāo)。

1.3.2內(nèi)容提要

?通信

通信是從一地向另一地傳遞和交換信息。通信至少需要由三個要素組成，即信息的發(fā)送

者（信源）、信息的接收者（信宿）以及信息的傳輸媒介（信道）。

?現(xiàn)代通信技術(shù)

現(xiàn)代通信技術(shù)是指使用電波或光波通過特定傳輸媒體完成信息傳遞的技術(shù)。

?通信系統(tǒng)

通信的基本任務(wù)是傳遞信息。實現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱為

通信系統(tǒng)。因而，一個實際可用的通信系統(tǒng)的主要組成部分包括實現(xiàn)“信源”與'‘信宿”功

能的“終端設(shè)備”及實現(xiàn)“信道”功能的“傳輸介質(zhì)”、“中繼器”和“交換設(shè)備”。

?模擬信號與數(shù)字信號

通信系統(tǒng)中的信號是指由信源發(fā)送通過信道傳輸給信宿用于承載信息的電信號或光信

號。信號分為“模擬信號”和“數(shù)字信號”兩類。模擬信號的某一參量（如幅值）是連續(xù)變

化的，其狀態(tài)是不可數(shù)的，如語音信號是模擬信號；數(shù)字信號的信號參量是不連續(xù)變化的，

只能取有限個值（如幅值只有有限個狀態(tài)），如計算機(jī)輸出的信號是數(shù)字信號?！澳M信號”

和“數(shù)字信號”的典型波形示意圖參見《大學(xué)計算機(jī)信息技術(shù)教程》圖1-7,

?基帶信號

信源發(fā)出的原始電信號稱為基帶信號，基帶的含義是指信號的頻譜從0Hz附近開始。

有模擬基帶信號和數(shù)字基帶信號兩類，如語音信號（300?3400Hz）、圖像信號（0?6MHz）、

計算機(jī)通信時輸出的信號。

?調(diào)制與解調(diào)

調(diào)制在通信上應(yīng)用己久。由于某些原因，基帶信號往往不適合于遠(yuǎn)距離傳輸（例如，基

帶信號中的低頻分量不宜通過無線信道遠(yuǎn)距離傳輸、數(shù)字基帶信號不宜通過有線信道遠(yuǎn)距離

傳輸）。因此，現(xiàn)代通信系統(tǒng)常常在發(fā)送端用以一定頻率變化的正弦波信號作為載波信號來

運(yùn)載基帶信號，具體來說就是使載波信號的一個（或幾個）參量隨著基帶信號的改變而變化,

從而把基帶信號變換為其頻帶適合在信道中傳輸?shù)模l帶）信號，這個過程稱為調(diào)制。

正弦波信號的三個參數(shù)是頻率、幅度和相位，因此調(diào)制也分為頻率調(diào)制、幅度調(diào)制和相

位調(diào)制等三種基本方式，簡稱調(diào)頻、調(diào)幅和調(diào)相。經(jīng)過調(diào)制以后的信號稱為一調(diào)信號，已調(diào)

信號攜帶了信息，適合在信道中傳輸，其頻譜處于一個帶狀區(qū)間且中心頻率遠(yuǎn)離0Hz。解

調(diào)則相反，是（在已調(diào)信號傳送到信宿位置后）從已調(diào)制的正弦波中檢出原來的控制波（基

帶信號）。調(diào)頻廣播、調(diào)幅廣播就是調(diào)制應(yīng)用的典型例子。在遠(yuǎn)距離計算機(jī)通信中，仍是用

一定頻率的正弦波作載波，但控制信號多為數(shù)字信號。

調(diào)制只是改變了信息的表示方式，并沒有改變信息的內(nèi)容。

狹義地，在計算機(jī)廣域網(wǎng)這樣的數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，從入出信號的形式來看，調(diào)制往往表

現(xiàn)為將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的過程；解調(diào)則是將模擬信號還原為數(shù)字信號的過程。

?調(diào)制解調(diào)器

完成調(diào)制使用的設(shè)備是調(diào)制器，完成解調(diào)使用的設(shè)備是解調(diào)器。由于通信是雙向的，因

此，通常把調(diào)制器與解調(diào)器做在一起，合稱調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。MODEM-詞是由

MOdulator（調(diào)制器）和DEModulator（解調(diào)器）兩個詞復(fù)合而成的。

可按傳輸速度、調(diào)制方式對調(diào)制解調(diào)器分類。此外，調(diào)制解調(diào)器還可分為同步和異步、

公共電話網(wǎng)和專用線路、內(nèi)置和外掛、單工和雙工與半雙工、長距離和短距離等。國際電報

電話咨詢委員會（CCITT）對調(diào)制解調(diào)器制定了一系列的建議標(biāo)準(zhǔn)，對制造與使用提出了統(tǒng)

一的規(guī)范要求，如規(guī)定選用波特的值應(yīng)為600的整數(shù)倍等。

第一臺便攜式調(diào)制解調(diào)器是1967年上市的，1980年研制出采用QAM調(diào)制技術(shù)的智能

型調(diào)制解調(diào)器。早期用得較多的是電話MODEM,隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和上網(wǎng)接入

需求的快速增長，ADSLMODEM.CableMODEM等也越來越多地被使用?，F(xiàn)在，低速的

調(diào)制解調(diào)器已做成芯片，把調(diào)制、解調(diào)、控制、濾波、鎖相等電路都集成在一塊芯片上。各

種新型的調(diào)制解調(diào)器，如無線調(diào)制解調(diào)器、多載頻調(diào)制解調(diào)器等都已出現(xiàn)。許多調(diào)制解調(diào)器

內(nèi)有微處理器，具有自動撥號、自動應(yīng)答、自動糾錯、自動降速、自診斷等功能，高速調(diào)制

解調(diào)器還加有糾錯功能和數(shù)據(jù)壓縮功能。有關(guān)幾種典型的MODEM的介紹，讀者可參考本

書4.4的內(nèi)容。

?數(shù)字通信及其主要特點

數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)，系統(tǒng)涉及的主要技術(shù)問題有信源

編碼與解碼、信道編碼與解碼、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)、數(shù)字復(fù)接、同步以及加密等.數(shù)字通信是

當(dāng)代通信技術(shù)的主流，它比模擬通信更能適應(yīng)現(xiàn)代社會對通信技術(shù)越來越高的要求。

數(shù)字通信的顯著特點是抗干擾能力強(qiáng)。由于信號在傳輸過程中必然會受到噪聲干擾，以

致波形會發(fā)生畸變。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信號只有代表0和1的兩個狀態(tài)，因此接收端只需

判別信號中界限分明（波形差異比較大）的兩種狀態(tài)，只要干擾噪聲的大小不足以影響0、

1兩個狀態(tài)的正確判定，就能正確接收信號。而在模擬通信系統(tǒng)中，信號是用連續(xù)變化的物

理量來表示的，若在傳輸過程中摻入了噪聲，要求接收端消除噪聲、高保真地重現(xiàn)信號波形

將有很高的難度。

此外，數(shù)字通信易于控制差錯、易于與計算機(jī)等各種數(shù)字終端接口、易于集成化、易于

加密處理、且保密強(qiáng)度高。實際匕數(shù)字通信的許多優(yōu)點都是以比模擬通信占據(jù)更寬的系統(tǒng)

頻帶為代價而換取的。

?信道

信道是指以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號傳輸通道。實際的物理信道由傳輸介質(zhì)（空間、電纜、

光纖等）和相關(guān)的中間通信設(shè)備組成。狹義的信道僅指信號的傳輸媒質(zhì)；廣義的信道則不僅

包含傳輸媒質(zhì)，而且包括通信系統(tǒng)中的一些轉(zhuǎn)換裝置。

按照傳輸介質(zhì)的特性可將狹義信道分為有線信道和無線信道。以電纜、光纖等有形線纜

作為傳輸介質(zhì)的信道是有線信道；以空間作為傳輸介質(zhì)的信道是無線信道（包括地波傳播、

短波電離層反射、超短波或微波視距中繼、人造衛(wèi)星中繼、散射及移動無線電信道等）。通

信效果的好壞，在很大程度上將依賴于狹義信道的特性。引入廣義信道的目的，主要是從研

究信息傳輸?shù)慕嵌瘸霭l(fā)，使通信系統(tǒng)的一些基本問題的研究比較方便。

?信道的數(shù)據(jù)傳輸速率與計量單位

信道的數(shù)據(jù)傳輸速率是指信道每秒鐘能有效傳輸?shù)拇?或1的信號個數(shù)。數(shù)據(jù)傳輸速

率的計量單位有b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s。每種計量單位的含義將在本書1.4節(jié)中“比

特的傳輸速率計量單位”中詳細(xì)介紹。

?信道帶寬

信號自身的所有頻率分量中最高頻率與最低頻率的差值被稱為信號帶寬（即信號的頻帶

寬度）。物理信道在不失真條件下所能通過的信號最高頻率與最低頻率的差值被稱為信道帶

寬（即信道上所能通過的信號的頻帶寬度）。信號帶寬若在信道帶寬以內(nèi)，則信號在信道傳

輸?shù)倪^程中是無衰減的；若超出信道帶寬，則信號在傳輸過程中有衰減。從保持信號質(zhì)量的

角度考慮，信號頻帶越寬，則包含的信號頻率越豐富，信號質(zhì)量就越好。因此，用來傳輸寬

頻帶信號的信道的頻帶寬度也自然是越寬越好。

?通信方式

在有些通信系統(tǒng)中，信源兼為信宿，通信雙方都要有發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備，并且發(fā)送和

接收需要各自的信道；如果共用?個信道，就必須用頻率或時間分割的方法來共享信道，這

就引出了通信方式與信道共享問題。

按照信息傳送的方向與時間關(guān)系，兩點之間的通信可有單工、半雙工、全雙工三種方式。

單工通信是指信息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，因此只占用一個信道；廣播、遙控、無線尋

呼等就是單工通信的實例。半雙工通信是指通信雙方都能收發(fā)信息，但只占用一個信道，因

此不能同時迸行收和發(fā)的工作方式；出租車公司等公眾服務(wù)部門使用的對講機(jī)、收發(fā)報機(jī)等

是半雙工通信的實例。全雙工通信是指通信雙方可同時收發(fā)信息的工作方式，實現(xiàn)全雙工通

信的信道一般應(yīng)是雙向的；電話、計算機(jī)網(wǎng)內(nèi)的高速數(shù)據(jù)通信就是全雙工通信的實例。

按照被傳送數(shù)字信號的排列方式，數(shù)字通信方式可有并行傳輸方式和串行傳輸方式。并

行傳輸是將代表信息的數(shù)字序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時傳輸,并

行傳輸速度快，節(jié)省傳輸時間，但需要多個傳輸信道，設(shè)備復(fù)雜，成本高，一般僅用于計算

機(jī)和其他高速數(shù)字設(shè)備的近距離通信；串行傳輸是使代表信息的數(shù)字符號以串行方式一個接

一個地在一條信道上傳輸，一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信都采用這種方式。

?信道多路復(fù)用技術(shù)

信道復(fù)用技術(shù)是指在一條傳輸線路（或空間）中同時傳輸多路模擬信號或數(shù)字信號的技

術(shù)。復(fù)用技術(shù)包括頻分復(fù)用（FDM,Frequency-divisionMultiplexing）、時分復(fù)用（TDM,

Time-divisionMultiplexing）＞碼分復(fù)用（CDM）和波分復(fù)用（WDM）。

頻分多路復(fù)用（FMD）是基于兩個或多個具有不同頻率的信號可以在單一介質(zhì)上同時

連續(xù)傳輸而互不影響的原理，從而達(dá)到在一個物理信道中同時傳輸多路信號的技術(shù)。在實際

的通信系統(tǒng)中，物理信道的頻帶寬度往往比一路信號的帶寬要寬得多。例如，當(dāng)采用窄帶調(diào)

頻方式調(diào)制話音信號時，己調(diào)信號的帶寬大約只有20kHz左右，若在一個10MHz帶寬的

超短波信道中只傳輸一路這樣的信號，很顯然，信道的利用率非常低。采用頻分復(fù)用技術(shù)時,

物理信道的帶寬被分成若干個相互不重疊的頻段（也稱為“子信道”），用于傳輸若干路經(jīng)過

調(diào)制的具有不同載波頻率的已調(diào)信號（每路信號占用其中一個頻段），在接收端采用適當(dāng)?shù)?/p>

能按頻率區(qū)分選擇信號的濾波器（帶通濾波器），將占用不同頻段又混合在一個信道中傳輸

的多路信號分開，并從每路信號中恢復(fù)出所傳輸?shù)脑夹盘?。頻分復(fù)用技術(shù)提高了信道的頻

譜利用率，實現(xiàn)了在一個物理信道中同時傳輸多路信號的要求。傳統(tǒng)的模擬通信大都采用頻

分復(fù)用技術(shù)。

時分多路復(fù)用（TDM）是利用各信號的抽樣值在時間上相互不重疊來達(dá)到在同一信道

中傳輸多路信號的另一種技術(shù)?！度畬W(xué)計算機(jī)信息技術(shù)教程》圖皿0演示了以時間片輪轉(zhuǎn)

的方式實現(xiàn)時分多路復(fù)用的原理。圖中4路信號按事先規(guī)定的順序分別占用一個時間片被發(fā)

送（不同信號占據(jù)不同的時間區(qū)間）。在信道中，4路信號“連接”成一個“信號流”傳送

到接收方，接收方再按同一個順序策略從“信號流”中切分出原來的4路信號。隨著數(shù)字通

信的發(fā)展，時分多路復(fù)用通信系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。

頻分復(fù)用技術(shù)用在光纖通信中就稱為波分復(fù)用。碼分復(fù)用是用正交的脈沖序列分別攜帶

不同信號，主要用于空間通信的擴(kuò)頻通信，移動通信系統(tǒng)中已使用碼分復(fù)用技術(shù)，即碼分多

址（CDMA）技術(shù)。

?有線通信系統(tǒng)與無線通信系統(tǒng)

以標(biāo)準(zhǔn)電話線、雙絞線、同軸電纜、光纖等有形線纜為傳輸介質(zhì)，以能在這些線路中傳

輸?shù)碾娦盘?、光信號為信息載體的通信系統(tǒng)是有線通信系統(tǒng)。以空間為傳輸介質(zhì)，以能在空

間自由傳播的無線電波、光波和紅外線等電磁波為信息載體的通信系統(tǒng)是無線通信系統(tǒng)。

?光纖通信

光纖通信是以光導(dǎo)纖維（簡稱光纖）作為傳輸媒質(zhì)、以光波為信息載體的通信方式。光

纖通信具有容量大、頻帶寬、傳輸損耗小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、通信質(zhì)量高等優(yōu)點，比使用

同軸電纜成本低，且可節(jié)約有色金屬和能源。自1977年世界上第?個光纖通信系統(tǒng)投入運(yùn)

營以來，光纖通信發(fā)展迅速，已成為各種通信干線的主要傳輸手段。

光纖通信一般采用波分多路復(fù)用技術(shù)。為了實現(xiàn)超大容量光傳輸，可以采用密集波分復(fù)

用（DWDM）技術(shù)對單波長光通信系統(tǒng)的速率擴(kuò)容，目前已經(jīng)成功地完成了Tb/s級的傳

輸實驗。光傳送網(wǎng)可以處理高速率的光信號，擺脫電子瓶頸，實現(xiàn)靈活、動態(tài)的光層聯(lián)網(wǎng)，

透明地支持各種格式的信號以及實現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，是通信網(wǎng)未來的發(fā)展方向。

?衛(wèi)星通信系統(tǒng)

衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，它能夠?qū)⒌厍蛏夏骋粋€地面

站發(fā)射來的無線電信號轉(zhuǎn)發(fā)到另一個地面站，從而實現(xiàn)兩個或多個地域之間的通信，是微波

接力通信技術(shù)與空間技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。衛(wèi)星通信系統(tǒng)山通信衛(wèi)星、地球站、上行信道及下

行信道組成。通信設(shè)備集中于地球站和通信衛(wèi)星中。

根據(jù)通信衛(wèi)星與地面之間的位置關(guān)系，可以分為靜止的通信衛(wèi)星（即同步通信衛(wèi)星）和

移動的通信衛(wèi)星。若衛(wèi)星的運(yùn)行軌道在赤道平面上，離地面高度為35780km,則繞地球運(yùn)

行一周的時間恰為24小時，與地球自轉(zhuǎn)同步，它的運(yùn)動相對于地球上的觀察者是靜止的，

因此稱其為靜止衛(wèi)星或同步衛(wèi)星。采用三個相差120。的同步通信衛(wèi)星就可以覆蓋地球上絕

大部分地域的通信（兩極盲區(qū)除外）。同步通信衛(wèi)星屬于高軌道衛(wèi)星。移動的通信衛(wèi)星包含

中軌道通信衛(wèi)星和低軌道通信衛(wèi)星，中軌道衛(wèi)星距地面5000?20000km,運(yùn)行周期4?12

小日時，低軌道衛(wèi)星距地面500?5000km,運(yùn)行周期2?4小時；中、低軌道衛(wèi)星的軌道到

地面的距離比同步衛(wèi)星短得多，因此傳輸損耗低，傳播時延大大縮短，有利于手持通信終端

和話音通信；但是，中、低軌道衛(wèi)星運(yùn)行時，相對于地球上的觀察者不再是靜止的（大致是

向前移動的），為了保證在地球上任?點均可以實現(xiàn)24小時不間斷的通信，必須精心配置多

條軌道及多顆具有強(qiáng)大處理能力的通信衛(wèi)星，配置衛(wèi)星的個數(shù)與軌道高度有關(guān)，軌道越低，

所需的通信衛(wèi)星就越多。例如，Motorola公司開發(fā)的“鉞星”系統(tǒng)就配置了66顆低軌道衛(wèi)

星組網(wǎng)，覆蓋全球，可為個人用戶提供全球的移動通信服務(wù)。

由于衛(wèi)星工作時處于外太空，在衛(wèi)星與地面站之間傳遞信息的電磁波（媒質(zhì)）必須能穿

過電離層，所以在衛(wèi)星通信中一般使用具有很好穿透能力的微波頻段（常用300MHz?30

GHz）的頻率作為工作頻率。目前主要使用的工作頻段有：C頻段（4/8GHz）、Ku頻段（12

/14GHz）、Ka頻段（20/30GHz）。一般上行傳輸使用高頻率，下行傳輸使用較低頻率。

例如，我國衛(wèi)星電視廣播使用的C頻段的頻率范圍為3.7GHz-4.2GHz,Ku頻段的頻率范

圍為11.7GHz?12.2GHz,Ka頻段的頻率范圍為17.7GHz?21.7GHz。

衛(wèi)星通信的特點是：通信距離遠(yuǎn)、覆蓋地域廣、不受地理條件限制、通信容量大、可靠

性高。衛(wèi)星通信將采用速度快、頻帶寬、保密性強(qiáng)的激光通信，向更高頻段、更大容量的方

向發(fā)展。

?蜂窩移動通信系統(tǒng)

移動通信系統(tǒng)是實現(xiàn)處于移動狀態(tài)的對象之間通信的系統(tǒng),較大規(guī)模的移動通信系統(tǒng)」

般都包括移動臺、基站和移動電話交換中心。移動通信系統(tǒng)家族中最常見的是蜂窩移動通信

系統(tǒng)。第1代蜂窩移動通信系統(tǒng)采用模擬技術(shù)，使用頻段為800MHz?900MHz。第2代蜂

窩移動通信系統(tǒng)采用窄帶時分多址和窄帶碼分多址數(shù)字接入技術(shù)，使用頻段為900MHz和

1800MHz.已形成的國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)有歐洲的GSM系統(tǒng)、美國的IS-95系統(tǒng)、日本的JDC

系統(tǒng)。目前，我國主要采用的是歐洲的GSM系統(tǒng)。手機(jī)是最有代表性的數(shù)字蜂窩移動通信

系統(tǒng)中的移動臺，也被稱為移動電話。

數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)將通信區(qū)域劃分為若干個相距一定距離的小區(qū)（cell）,每個小區(qū)

中都建有若干個基站，用戶的移動電話可以從一個小區(qū)移動到另?個小區(qū)，從一個城市漫游

到另一個城市，還可以漫游到移動通信系統(tǒng)覆蓋的另一個國家或地區(qū)，依靠移動電話對基站

的跟蹤，從而實現(xiàn)了與同一移動通信服務(wù)系統(tǒng)中的其他移動電話不間斷的通信。移動電話可

通過移動電話交換中心進(jìn)入公共電話網(wǎng)，從而實現(xiàn)移動電話與固定電話、移動電話與另一個

移動通信服務(wù)系統(tǒng)中移動電話之間的通信。

隨著移動通信用戶數(shù)量的大幅增長，第2代移動通信系統(tǒng)的弱點也顯現(xiàn)出來，主要涉及

全球漫游、系統(tǒng)容量、頻譜資源、支持寬帶業(yè)務(wù)等問題。針對這些問題，在各國科學(xué)技術(shù)人

員研究的基礎(chǔ)上，國際電聯(lián)（ITU）提出了第3代移動通信系統(tǒng)，命名為IMT-2000。IMT

-2000包括地面系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)，移動臺既可以連接到地面網(wǎng)絡(luò)，也可以連接到衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。

第3代移動通信系統(tǒng)的目標(biāo)和要求是：統(tǒng)一頻段，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到全球無縫隙覆蓋，提供多

媒體業(yè)務(wù)，傳輸速率最高應(yīng)達(dá)到2Mb/s,其中車載為144kb/s、步行為384kb/s、室內(nèi)

為2Mb/s；頻譜利用率高，服務(wù)質(zhì)量優(yōu)，保密性能好；易于笈展，終端價格低。目前已有

多個第3代移動通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，我國提出的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)也是其中之一。

1.3.3例題分析

1.【判斷題】在通信系統(tǒng)中，信道的帶寬就是信道的容量。

參考答案：N

分析：在模擬傳輸系統(tǒng)中，信道的帶寬指的是通信線路允許通過的信號頻帶范圍（即所

能通過的信號最高頻率與最低頻率的差值），帶寬的單位是Hz、kHz、MHz等。

信道的容量則是指通信線路在傳輸數(shù)字信號時的最高數(shù)據(jù)傳輸速率，單位是b/s、kb

/S、Mb/s、Gb/s等。當(dāng)通信線路用來傳送數(shù)字信號時，數(shù)據(jù)傳輸速率是一個重要指標(biāo)。

在談到數(shù)字通信系統(tǒng)時，人們習(xí)慣上用“帶寬”代表信道的最高數(shù)據(jù)傳輸速率。因此，只有

在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信道的帶寬才等同于信道的容量。

2.【判斷題】信息在光纖中傳輸時，每隔一定距離需要加入中繼器，將信號放大后再繼

續(xù)傳輸。

參考答案：Y

分析：信息以光信號形式在光纖中傳輸時，需要補(bǔ)償線路的損耗，還要消除信號的失真

和噪聲干擾，因而每隔一定距離要加入中繼器，將信號放大后再繼續(xù)傳輸。

3.【單選題】下面關(guān)于個人移動通信的敘述中，錯誤的是—o

A.第1代個人移動通信采用的是模擬通信技術(shù)

B.目前廣泛使用的GSM手機(jī)采用了數(shù)字通信技術(shù)，屬于第2代移動通信系統(tǒng)

C.移動通信系統(tǒng)中，移動電話交換中心直接接收手機(jī)（移動臺）的無線信號，并負(fù)

責(zé)向手機(jī)發(fā)送信號

D.第3代移動通信系統(tǒng)將實現(xiàn)高質(zhì)量的多媒體通信，包括話音通信、數(shù)據(jù)通信和高

分辨率的圖像通信等

參考答案：C

分析：移動通信系統(tǒng)由移動臺、基站、移動電話交換中心等組成。手機(jī)（移動臺）發(fā)出

的無線信號，由基站直接接收后，轉(zhuǎn)發(fā)給移動電話交換中心，基站并負(fù)責(zé)將移動電話交換中

心發(fā)來的信號轉(zhuǎn)發(fā)給所覆蓋的特定區(qū)域內(nèi)的手機(jī)（移動臺）。移動電話交換中心與手機(jī)（移

動臺）之間一般不直接收發(fā)無線信號。

4.【單選題】數(shù)據(jù)通信中數(shù)據(jù)傳輸速率是最重要的性能指標(biāo)之一，它指單位時間內(nèi)傳送

的二進(jìn)位數(shù)目，計量單位Gb/s的正確含義是—o

A.每秒兆位B.每秒千兆位C.每秒百兆位D.每秒百萬位

參考答案：B

分析：數(shù)據(jù)傳輸速率的基本計量單位是b/s,此外還有kb/s（每秒千位）、Mb/s（每

秒兆位）、Gb/s（每秒千兆位），lGb/s=1000Mb/s=1000000kb/s-1000000000b/s。

5.【單選題】計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的最基本的多路復(fù)用技術(shù)是復(fù)用技術(shù)。

A.時分B.頻分C.碼分D.波分

參考答案：A

分析：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中通過通信線路傳輸?shù)氖菙?shù)字基帶信號，即以兩種不同電平表示“1”

和“0”的信號，適合于數(shù)字基帶信號傳輸?shù)亩嗦窂?fù)用技術(shù)是時分復(fù)用技術(shù)。參見本節(jié)內(nèi)容

提要中的信道多路復(fù)用技術(shù)。

6.【多選題】在通信系統(tǒng)中，以下設(shè)備一是終端設(shè)備。

A.電話機(jī)B.電視機(jī)C.移動通信基站D.中繼器E.上網(wǎng)的計算機(jī)

參考答案：ABE

分析：通信系統(tǒng)中的終端設(shè)備指的是發(fā)送信息的設(shè)備（信源）或接收信息的設(shè)備（信宿）。

“電話機(jī)"和''上網(wǎng)的計算機(jī)”既可以發(fā)送信息也可以接收信息，“電視機(jī)”能單向接收信

息，因此，電話機(jī)、電視機(jī)和上網(wǎng)的計算機(jī)都屬于終端設(shè)備。移動通信基站在移動通信系統(tǒng)

中負(fù)責(zé)收發(fā)手機(jī)（移動終端）的信息，是在移動電話交換中心與手機(jī)之間交換信息的橋梁；

中繼器負(fù)責(zé)從前段線路接收信號，放大、去噪后向后段線路轉(zhuǎn)發(fā)出去，因此移動通信基站和

中繼器都不是終端設(shè)備。

7.【填空題】衛(wèi)星通信是當(dāng)前遠(yuǎn)距離無線通信的一種手段，它利用作為中繼站

來轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，實現(xiàn)在兩個或多個地球站之間的通信。

參考答案：人造地球衛(wèi)星

分析：參見《大學(xué)計算機(jī)信息技術(shù)教程》。一個地球站將信號發(fā)送給人造地球衛(wèi)星，安

裝在衛(wèi)星上的中繼器對接收到的信號放大變頻后，再轉(zhuǎn)發(fā)給其他地球站，從而實現(xiàn)了兩個或

多個地球站之間的通信。

8.【填空題】在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸二進(jìn)位信息時，傳輸速率的度量單位是每秒多少比特。

某校校園網(wǎng)的主干網(wǎng)傳輸速率是每秒10000000000比特，它可以簡寫為Gb/So

參考答案：10

分析：在度量傳輸速率時，不同度量單位之間的進(jìn)率是1000,因而：

10000000000b/s=10000000kb/s=I0000Mb/s=10Gb/s

衛(wèi)。3。4復(fù)習(xí)自測題

1.【判斷題】CDMA是個人移動電話系統(tǒng)中采用的一種信道復(fù)用技術(shù)的簡稱。

2.【判斷題】在蜂窩移動通信系統(tǒng)中，每個移動臺始終只能與一個固定的基站通過無線

電傳輸信息。

3.【單選題】通信的任務(wù)就是傳遞信息，因而通信至少需由三個要素組成。―不

是三要素之一。

A.信號B.信源C.信宿D(zhuǎn).信道

4.【單選題】傳輸模擬信號的有線電視系統(tǒng)，所采用的信道復(fù)用技術(shù)一般是多

路復(fù)用。

A.時分B.頻分C.碼分D.波分

5.【單選題】微波接力通信是地面無線通信的主要手段，為獲得大容量傳輸?shù)男Ч?，?/p>

往采用技術(shù)。

A.碼分多址B.時分多路復(fù)用C.波分多路復(fù)用D.模擬調(diào)頻傳輸

6.【單選題】微波信號需要中繼才能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，以下方式中不能用于微波中繼的

是。

A.地面中繼站B.衛(wèi)星中繼站C.大氣電離層反射D.大氣對流層反射

7.【單選題】衛(wèi)星通信是向空間的擴(kuò)展。

A.中波通信B.短波通信C.微波通信D.紅外線通信

8.【填空題】在通信系統(tǒng)中，為了用信源信號調(diào)整載波信號（正弦波）的幅度、頻率或

相位參數(shù)，使之既攜帶信息，又能夠遠(yuǎn)距離傳輸，應(yīng)使用的設(shè)備是一。

9.【填空題】已知標(biāo)準(zhǔn)電話線在不失真情況下能傳送的信號頻率范圍為300Hz?3400

Hz,則其帶寬為Hzo

10.【填空題】通信衛(wèi)星是圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的，從地面上看，正在運(yùn)行的同步軌道衛(wèi)星是

的。

11.【填空題】蜂窩移動通信系統(tǒng)由移動臺、基站和一組成。

12.【多選題】在通信系統(tǒng)中，以下設(shè)備是終端設(shè)備。

A.傳真機(jī)B.家庭計算機(jī)C.調(diào)制解調(diào)器D.數(shù)字電視機(jī)E.手機(jī)

13.【多選題】用于無線通信的傳輸介質(zhì)有—o

A.短波BJ散波C.紫外線D.紅外線E.X射線F.激光

14.【多選題】信道容量是數(shù)字傳輸系統(tǒng)的主要性能參數(shù)之一，它與以下因素中的

有關(guān)。

A.傳輸介質(zhì)B.信號的調(diào)制解調(diào)方法C.信道復(fù)用技術(shù)D.交換器的性能

15.【簡答題】簡述衛(wèi)星通信的基本原理。

1.4數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)

1.4.1知識點與學(xué)習(xí)要求

關(guān)于比特

1.【掌握】比特的含義與特點。

2.【掌握】比特的邏輯運(yùn)算。

3.【了解】比特的存儲。

4.【掌握】存儲器容量的計量單位及其含義。

5.【掌握】比特傳輸速率的計量單位及其含義。

6.【熟悉】用比特表示信息的優(yōu)點。

關(guān)于二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)、十進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)

7.【掌握】二進(jìn)制數(shù)的表示及其含義。

8.【掌握】數(shù)的二進(jìn)制表示及與十進(jìn)制表示的相互轉(zhuǎn)換。

9.【掌握】二進(jìn)制數(shù)的加減運(yùn)算。

10.【掌握】數(shù)的八進(jìn)制、十六進(jìn)制表示及與二進(jìn)制表示的相互轉(zhuǎn)換。

關(guān)于整數(shù)的編碼表示

11.【掌握】整數(shù)的編碼方法、編碼長度與可表示數(shù)值范圍的關(guān)系。

12.【了解】補(bǔ)碼表示的特點。

關(guān)于實數(shù)的編碼表示

13.【熟悉】實數(shù)的浮點表示法。

14.【了解】浮點表示法中尾數(shù)位數(shù)與可表示數(shù)值精度的關(guān)系。

1.4.2內(nèi)容提要

?比特(bit)

比特指的是在二進(jìn)制數(shù)中的某一位上出現(xiàn)的數(shù)字。一個比特簡記為b,只有“0”和“1”

兩種取值。表示一個比特只需要兩個不同的穩(wěn)定狀態(tài)(例如：在電路中可以用高、低兩種電

平分別表示1和0)。用若干個比特的組合可以表示整數(shù)和實數(shù)、文字、圖像、聲音及運(yùn)動

圖像。數(shù)字技術(shù)就是研究如何用比特來表示、處理、存儲和傳輸信息的技術(shù)。使用數(shù)字技術(shù)

處理信息的系統(tǒng)是數(shù)字系統(tǒng)。比特是數(shù)字系統(tǒng)中進(jìn)行信息處理的最小單位，數(shù)字化技術(shù)的內(nèi)

涵是全面采用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)各種信息系統(tǒng)。

?比特的存儲、字節(jié)的概念及存儲容量的計量單位(B,KB,MB,GB,TB)

在計算機(jī)的存儲器中存儲比特時，以字節(jié)(byte)為基本單位。一個字節(jié)包含8個比特。

字節(jié)是計算機(jī)中存儲器存儲容量的基本計量率位，簡記為B。此外，還使用K、M、G、T

與B的組合作為存儲容量的計量單位。其換算規(guī)則是：

1KB=1024B=210B,1MB=1024KB=220B

1GB=1O24MB=230B,lTB=1024GB=240B

顯然，以210為進(jìn)階。

在計算機(jī)的中央處理器中對比特做運(yùn)算時，以字(word)為基本單位。一個字由2、4、

8個(或更多個)字節(jié)組成。

?比特的傳輸速率計量單位(b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s)

在實施數(shù)字通信時，數(shù)據(jù)傳輸速率的基本計量單位是1b/s(每秒傳輸1個比特)，此

外，也使用k、M、G、T與b/s的組合作為傳輸速率的計量單位。其換算規(guī)則為：

1kb/s=1000b/s=103b/s,lMb/s=1000kb/s=106b/s

1Gb/s=1000Mb/s=109b/s,lTb/s=1000Gb/s=1012b/s

顯然，以103為進(jìn)階。

?數(shù)的十進(jìn)制表示與二進(jìn)制表示的轉(zhuǎn)換方法

將十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)的方法是：“不斷地對十進(jìn)制整數(shù)(或前一次除法運(yùn)算

的商)除以2,取余數(shù)，將這些余數(shù)依次作為二進(jìn)制整數(shù)從個位到高位的各位數(shù)字，這個轉(zhuǎn)

換過程一直進(jìn)行到商為0為止?！币来祟愅?，將十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為R進(jìn)制整數(shù)的方法是：“不

斷地對十進(jìn)制整數(shù)(或前一次除法運(yùn)算的商)除以R,取余數(shù)，將這些余數(shù)依次作為R進(jìn)

制整數(shù)從個位到高位的各位數(shù)字，這個轉(zhuǎn)換過程一直進(jìn)行到商為0為止?！?/p>

將十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)的方法是：“不斷地對十進(jìn)制數(shù)的小數(shù)部分乘以2,取

整數(shù)，從高位向低位依次作為二進(jìn)制小數(shù)的各位數(shù)字?！币来祟愅啤⑹M(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為R

進(jìn)制小數(shù)的方法是：“不斷地對十進(jìn)制數(shù)的小數(shù)部分乘以R,取整數(shù)，從高位向低位依次作

為R進(jìn)制小數(shù)的各位數(shù)字?！边@個轉(zhuǎn)換過程的終止條件是小數(shù)部分為0或使轉(zhuǎn)換過程在某一

步終止(獲得近似值)。需要強(qiáng)凋指出，十進(jìn)制小數(shù)到R進(jìn)制小數(shù)的轉(zhuǎn)換結(jié)果，并不總是精

確的，常常只能根據(jù)需要獲得一個近似值。

將經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到的二進(jìn)制整數(shù)和小數(shù)拼接在一起，就得到與被轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)等值的二進(jìn)

制數(shù)。

將二進(jìn)制(R進(jìn)制)數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的方法是：“按被轉(zhuǎn)換數(shù)的定義，寫出該數(shù)數(shù)學(xué)

意義的展開式，計算展開式的值就得到轉(zhuǎn)換后的十進(jìn)制數(shù)。”讀者可參見本節(jié)例題11。

?數(shù)的八進(jìn)制、十六進(jìn)制表示及與二進(jìn)制表示的相互轉(zhuǎn)換

參見《大學(xué)計算機(jī)信息技術(shù)教程》142節(jié)。八進(jìn)制數(shù)使用0、1、2、3、4、5、6、7

共8個符號，逢8進(jìn)1,高位借1在低位當(dāng)作8。十六進(jìn)制數(shù)使用0、1、2、3、4、5、6、7、

8、9、A、B、C、D、E、F共16個符號，逢16進(jìn)1,高位借1在低位當(dāng)作16。

己知23=8,因此，一個數(shù)的八進(jìn)制形式向二進(jìn)制形式轉(zhuǎn)換的方法是：將每位八進(jìn)制數(shù)

轉(zhuǎn)換為3位二進(jìn)制數(shù)，小數(shù)點位置保持不變。一個數(shù)的二進(jìn)制形式向八進(jìn)制形式轉(zhuǎn)換的方法

是：以小數(shù)點為中心分別轉(zhuǎn)換整數(shù)部分和小數(shù)部分，整數(shù)部分自右向左、小數(shù)部分自左向右,

將每3位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為一個八進(jìn)制數(shù)，整數(shù)部分不足3位時在高位添0補(bǔ)足3位，小數(shù)部

分不足3位時在低位添。補(bǔ)足3位。

例如：(62.35)8-(110010.011101)2

(11101.0111)2=(011101.011100)2-(35.34)8

已知24=16,因此，一個數(shù)的十六進(jìn)制形式向二進(jìn)制形式轉(zhuǎn)換的方法是：將每位十六

進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為4位二進(jìn)制數(shù)，小數(shù)點位置保持不變。一個數(shù)的二進(jìn)制形式向十六進(jìn)制形式轉(zhuǎn)

換的方法是：以小數(shù)點為中心分別轉(zhuǎn)換整數(shù)部分和小數(shù)部分，整數(shù)部分自右向左、小數(shù)部分

自左向右，將每4位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為一個十六進(jìn)制數(shù)，整數(shù)部分不足4位時在高位添0補(bǔ)足

4位，小數(shù)部分不足4位時在低位添0補(bǔ)足4位。

例如:(62.35)16-(01100010.00110101)2

(110101.001101)2-(00110101.00110100)2=(35.34)16

?原碼和補(bǔ)碼

為了用計算機(jī)處理數(shù)據(jù)，需要用適合計算機(jī)數(shù)據(jù)處理的編碼形式來表示數(shù)據(jù)。對于帶符

號整數(shù)，必須考慮怎樣在計算機(jī)內(nèi)表示數(shù)的符號。原碼和補(bǔ)碼是計算機(jī)內(nèi)部表示帶符號整數(shù)

的兩種二進(jìn)制編碼方法。生成…個帶符號整數(shù)原碼的方法是：首先根據(jù)計算機(jī)字長確定表示

該數(shù)的原碼位數(shù)(字長是2“位，n-3,4,5,6,……,原碼位數(shù)通常等于字長)，并根據(jù)

該整數(shù)的正負(fù)設(shè)定原碼符號位的值(符號位一般設(shè)在原碼的最高位，當(dāng)是正數(shù)時用“0”表

示，否則用“1”表示)，其次將該整數(shù)絕對值的二進(jìn)制形式自右向左填充到原碼中除符號位

外的其他位，最左的填充位到符號位之間的空位填補(bǔ)0。例如，21的8位原碼是00010101,

-21的8位原碼是1001010k用“原碼”表示帶符號整數(shù)的優(yōu)點是：與H常使用的整數(shù)表

示方法比較接近，因此實施運(yùn)算的規(guī)則也相似，且便于直接讀出數(shù)值的大小。但是，用“原

碼”表示帶符號整數(shù)有兩個主要缺點：由于兩個數(shù)的原碼在做加法運(yùn)算和減法運(yùn)算時其運(yùn)算

規(guī)則是不同的，因此在計算機(jī)中需要分別用兩種不同的邏輯電路來完成，會增加CPU的成

本；此外，運(yùn)算結(jié)果還會出現(xiàn)數(shù)值0有“00000000”和“10000000”兩種表示,例如:

(21)原一(21)原=00010101-00010101-00000000(代表0)

(-21)原一(-21)原=10010101-10010101-10000000(代表0)

出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于兩個原碼做加、減法運(yùn)算時，符號位不參與運(yùn)算。

由于原碼所存在的諸多缺陷，因此，在計算機(jī)內(nèi)部通常不用原碼而用補(bǔ)碼表示帶符號的

整數(shù)。生成一個帶符號整數(shù)補(bǔ)碼的方法是：正整數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼是相同的：負(fù)整數(shù)的補(bǔ)碼

等于它的原碼在保持符號位不變的情況下，將所有數(shù)值位的每一位取反后，再在末位加“1”

所得到的結(jié)果。例如：(-21)原=10010101,將其中數(shù)值位部分每一位取反后得到1K01010,

末位加“1"后得到(-21)補(bǔ)-11101011。

可以證明以下補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)則：

(X+Y)原碼=((X)補(bǔ)碼+(Y)補(bǔ)碼)補(bǔ)碼

(X-Y)原碼=((X)補(bǔ)碼+(-Y)補(bǔ)碼)補(bǔ)碼

由此可見，采用補(bǔ)碼表示帶符號整數(shù)后，減法運(yùn)算可轉(zhuǎn)為加法運(yùn)算，因此，在CPU中

只需要用一個加法器就可以完成加、減、乘、除四則運(yùn)算。例如，用8位補(bǔ)碼完成21-12

=9和12-21--9運(yùn)算的過程如下：

已知(21)補(bǔ)=00010101,(-21)補(bǔ)=11101011,(12)補(bǔ)=00001100,(-12)樸=11110100.

如下所示：

(21)#+(-12)補(bǔ)=000101叭+11110100(符號位參與運(yùn)算)

=100001001(最高位的進(jìn)位丟棄)

(21-12)原碼=((21)補(bǔ)+(-12)補(bǔ))補(bǔ)=(00001001)補(bǔ)

=((9)補(bǔ))補(bǔ)=(9)原碼

(