同方專轉(zhuǎn)本計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)講義(超強(qiáng)完善版)

計(jì)算機(jī)與信息處理信息定義信息是指事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式，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(chǎng)信息處理過(guò)程信息施效（效應(yīng)器官）信息獲?。ǜ杏X(jué)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)）事物客體與信息處理相關(guān)的五種信息處理活動(dòng)信息收集——感知、測(cè)量、識(shí)別、獲取、輸入等信息加工——分類、計(jì)算、分析、綜合、轉(zhuǎn)換、檢索、管理等信息存儲(chǔ)信息傳遞信息施用——控制、顯示等計(jì)算機(jī)是一種基于二進(jìn)制運(yùn)算的信息處理機(jī)器，任何需要由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的信息，都必須進(jìn)行一定程度的形式化，并表示成二進(jìn)制編碼的形式。這就引進(jìn)了數(shù)據(jù)的概念。信息技術(shù)（InformationTechnology）信息技術(shù)：用來(lái)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(jué)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）——施用信息基本信息技術(shù)感知與識(shí)別技術(shù)——擴(kuò)展感覺(jué)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(chǔ)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)算處理技術(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現(xiàn)代信息技術(shù)中的三大領(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)）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)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)為核心。信息處理系統(tǒng)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9

數(shù)字技術(shù)基本概念比特（bit，binarydigit的縮寫(xiě)）中文翻譯為“二進(jìn)位數(shù)字”、“二進(jìn)位”或簡(jiǎn)稱為“位”比特只有2種取值：0和1，一般無(wú)大小之分如同DNA是人體組織的最小單位、原子是物質(zhì)的最小組成單位一樣，比特是組成數(shù)字信息的最小單位數(shù)值、文字、符號(hào)、圖像、聲音、命令······都可以使用比特來(lái)表示數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)信息的基本單位-比特什么是比特位（bit）：表示信息的最小單位字節(jié)（Byte）：最常用的基本單位b7b6b5b4b3b2b1b010010101=27+24+22+20=149數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)比特的存儲(chǔ)經(jīng)常使用的存儲(chǔ)單位千字節(jié)(KiloByte)1KB=1024Byte=210Byte兆字節(jié)(MegaByte) 1MB=1024KB=220Byte千兆字節(jié)(GigaByte) 1GB=1024MB=230Byte兆兆字節(jié)(TeraByte) 1TB=1024GB=240Byte經(jīng)常使用的傳輸速度單位千比特/秒(Kbps) 1Kbps=1000bps=103bps兆比特/秒(Mbps) 1Mbps=1000Kbps=106bps千兆比特/秒(Gbps) 1Gbps=1000Mbps=109bps兆兆比特/秒(Tbps) 1Tbps=1000Gbps=1012bps比特的傳輸在數(shù)字通信技術(shù)中，信息的傳輸是通過(guò)比特的傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)的近距離傳輸時(shí)：直接將用于表示“0/1”的電信號(hào)或光信號(hào)進(jìn)行傳輸（稱為基帶傳輸），例如：計(jì)算機(jī)讀出或者寫(xiě)入移動(dòng)硬盤中的文件使用打印機(jī)打印某個(gè)文檔的內(nèi)容遠(yuǎn)距離傳輸或者無(wú)線傳輸時(shí)：需要使用調(diào)制技術(shù)微電子技術(shù)簡(jiǎn)介微電子技術(shù)：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(guò)程中逐漸形成和發(fā)展起來(lái)的。微電子技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)，是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項(xiàng)高技術(shù)的基礎(chǔ)。電子線路使用的基礎(chǔ)元件的演變真空電子管在這個(gè)階段產(chǎn)生了廣播、電視、無(wú)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)晶體管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)電子線路使用的基礎(chǔ)元件的演變集成電路(IntegratedCircuit，簡(jiǎn)稱IC) 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)。 現(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)等超大規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路集成電路的分類按晶體管數(shù)目分為：小規(guī)模(SSI)：小于100個(gè)電子元件中規(guī)模(MSI)：100～3000大規(guī)模(LSI)：3000～10萬(wàn)超大規(guī)模(VLSI)：10萬(wàn)～100萬(wàn)極大規(guī)模(ULSI)：大于100萬(wàn)按結(jié)構(gòu)、工藝分為：雙極型(bipolar)金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)型雙極-MOS型(bi-MOS)集成電路的分類按功能分為：數(shù)字集成電路模擬集成電路按用途分為：通用集成電路專用集成電路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)微處理器和存儲(chǔ)器芯片都屬于通用集成電路。集成電路的制造集成電路是在硅襯底上制作而成的。芯片制造過(guò)程：?jiǎn)尉Ч?、硅拋光片、硅平面工藝過(guò)程、晶圓、芯片等。晶圓處理：

在晶圓上制作電路及電子元件，晶圓上就形成了一個(gè)個(gè)的小格，即芯片。處理后的晶圓(排滿成百上千個(gè)集成電路)集成電路的發(fā)展趨勢(shì)集成電路特點(diǎn)：體積小、重量輕、可靠性高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，晶體管的尺寸越小，其極限工作頻率越高，門電路的開(kāi)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。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Moore定律單塊集成電路的集成度平均每18～24個(gè)月翻一番

——Intel公司創(chuàng)始人GordonE.Moore,1965年集成度是有極限的，因此，Moore定律不可能永遠(yuǎn)成立。集成電路的發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)晶體管的基本線條小到納米（nm）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(wú)法正常工作。當(dāng)前技術(shù)前沿是探索量子世界的“納米芯片技術(shù)”，同時(shí)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。IC卡1.基本概念I(lǐng)C卡是“集成電路卡”的簡(jiǎn)稱，把集成電路芯片密封在塑料卡基片內(nèi)部，使其成為能存儲(chǔ)、處理和傳輸數(shù)據(jù)的載體。與磁卡相比，IC卡不受磁場(chǎng)干擾，而且還能可靠地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。2.IC卡按集成電路芯片分類存儲(chǔ)器卡—主要用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，如電話卡、公交卡、醫(yī)療卡、飯卡等。CPU卡—也叫智能卡，具有存儲(chǔ)、處理數(shù)據(jù)的功能，安全性能和智能化程度高。如SIM卡。IC卡3.IC卡按使用方式分類接觸式IC卡—如電話卡，卡上通常含有一個(gè)金屬觸點(diǎn)，用于相應(yīng)的讀寫(xiě)系統(tǒng)進(jìn)行操作。非接觸式IC卡—采用電磁感應(yīng)方式無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，方便、快捷。概述從廣義角度來(lái)說(shuō)，各種信息的傳遞均可稱之為通信?，F(xiàn)代通信則專指使用電波或光波傳遞信息的技術(shù)。如廣播、電視、電報(bào)、電話、傳真等。電信專指雙向通信。如網(wǎng)絡(luò)、電話等。通信技術(shù)通信技術(shù)入門概述通信三要素：

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）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通信系統(tǒng)的基本原理1.調(diào)制與解調(diào)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。（將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)）解調(diào)（Demodulation）將由調(diào)制器變換過(guò)的模擬信號(hào)波形恢復(fù)成原來(lái)的基帶數(shù)字信號(hào)波形。（將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)）基本調(diào)制方法：

調(diào)幅，調(diào)頻，調(diào)相通信系統(tǒng)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) 1 0 1 1 0 1（1）調(diào)幅（2）調(diào)頻（3）調(diào)相F1 F2 F1 F2 F10相起始π相起始 0相起始 π相起始0相起始多路復(fù)用的基本概念多路復(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)通常有： 頻分復(fù)用，時(shí)分復(fù)用，波分復(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多路復(fù)用的基本概念頻分多路復(fù)用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，而每一對(duì)話路所占用的只是其中的一個(gè)頻段。頻分制通信又稱載波通信，它是模擬通信的主要手段。多路復(fù)用的基本概念時(shí)分多路復(fù)用

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(guò)時(shí)分多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)把通道聯(lián)接到下一個(gè)要連接的設(shè)備上去。時(shí)分制通信也稱時(shí)間分割通信，它是數(shù)字電話多路通信的主要方法，因而PCM通信常稱為時(shí)分多路通信。多路復(fù)用的基本概念波分多路復(fù)用在單一光纖內(nèi)同步傳輸多個(gè)不同波長(zhǎng)的光波，使得數(shù)據(jù)傳輸速度和容量獲得倍增。交換技術(shù)交換：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)。電路交換（線路交換）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。 例如：電話交換機(jī) 優(yōu)點(diǎn)：交換方式簡(jiǎn)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)。 缺點(diǎn)：線路利用率低，通信成本高

交換技術(shù)分組交換（包交換） 把需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊分割成若干小塊，然后為每個(gè)小塊數(shù)據(jù)加上有關(guān)的地址信息及分組信息，組成一個(gè)數(shù)據(jù)包（也稱為“分組”）。數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度通常為幾十到幾百個(gè)字節(jié)。這些數(shù)據(jù)包按照類似于流水線的方式在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過(guò)緩沖、轉(zhuǎn)發(fā)而到達(dá)目的地。通信網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)結(jié)點(diǎn)為其相連的每條鏈路準(zhǔn)備了一個(gè)緩沖區(qū)，每個(gè)數(shù)據(jù)包按照去向不同送入各個(gè)緩沖區(qū)排隊(duì)，當(dāng)某一條鏈路空閑時(shí)，就從相應(yīng)的緩沖區(qū)中取出一個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一結(jié)點(diǎn)，下一結(jié)點(diǎn)再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，直至數(shù)據(jù)包到達(dá)接收端。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(lái)形式的數(shù)據(jù)塊。

交換技術(shù)分組交換（包交換） 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。 缺點(diǎn)：延時(shí)長(zhǎng)，不宜用于實(shí)時(shí)通信或交互通信。 有線通信系統(tǒng)有線載波通信：主要傳輸電話，電報(bào)、傳真、數(shù)據(jù)，也可傳輸廣播、可視電話、電視節(jié)目采用的傳輸介質(zhì)：雙絞線，同軸電纜，光纖傳輸?shù)男盘?hào)：電信號(hào)（模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)）雙絞線—兩根導(dǎo)線一組絞合成均勻螺紋狀的導(dǎo)線，如局域網(wǎng)中常用的雙絞線是8根導(dǎo)線，絞合成4股導(dǎo)線。雙絞線可以用于傳輸模擬信號(hào)，如電話用戶線，也可以用于傳輸短距離的數(shù)字信號(hào)，如以太網(wǎng)。有線通信系統(tǒng)有線載波通信：雙絞線有屏蔽型和非屏蔽型兩種，根據(jù)傳輸速率還有3類、4類、5類線品種，通常在局域網(wǎng)中雙絞線的最大傳輸距離是100米左右。對(duì)稱電纜系統(tǒng)缺點(diǎn)：容易受到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，用作數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，每隔一定距離需要使用中繼器或放大器。常用于電話系統(tǒng)（模擬信號(hào)）和局域網(wǎng)（數(shù)字信號(hào)）有線通信系統(tǒng)有線載波通信：同軸電纜載波系統(tǒng)特點(diǎn)：屏蔽好、容量大（上萬(wàn)個(gè)話路）。光纖通信利用光纖傳導(dǎo)光信號(hào)進(jìn)行通信的一種技術(shù)。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；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)。波分復(fù)用技術(shù)提高傳輸速度和容量。全光網(wǎng)（AON）不進(jìn)行光-電、電-光轉(zhuǎn)換，速度提高，成本降低，它是信息高速公路的基礎(chǔ)。有線通信系統(tǒng)光纖通信：纖芯包層光線光纖的構(gòu)成光波在光纖中的傳播有線通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)：調(diào)制器發(fā)信電路激勵(lì)電路信息解調(diào)器收信電路放大電路信息光纜中繼器發(fā)信設(shè)備收信設(shè)備有線通信系統(tǒng)光纖通信優(yōu)點(diǎn)傳輸頻帶非常寬，通信容量大抗雷電和電磁干擾、抗輻射能力強(qiáng)無(wú)串音干擾，保密性強(qiáng)，不易被竊聽(tīng)或截取數(shù)據(jù)傳輸損耗小，通訊距離長(zhǎng) 數(shù)據(jù)速率為420Mbps、距離為119km、無(wú)中繼器時(shí)，誤碼率為10-8重量輕，便于運(yùn)輸和鋪設(shè)缺點(diǎn)精確連接兩根光纖比較困難無(wú)線通信系統(tǒng)不同波段電磁波的傳播特性各異：

中波沿地面?zhèn)鞑?，繞射能力強(qiáng)，用于廣播和海上通信

短波具有較強(qiáng)的電離層反射能力，適用于環(huán)球通信。

超短波和微波的繞射能力較差，用作視距或超視距中繼通信。無(wú)線通信系統(tǒng)微波通信微波是一種具有極高頻率的電磁波（介于無(wú)線電波與光波之間,頻率300MHz~300GHz,波長(zhǎng)1m~1mm）。微波不能沿地面繞射傳播，也不能經(jīng)電離層反射傳播。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)流層散射通信微波通信容量大、建設(shè)費(fèi)用省、抗災(zāi)能力強(qiáng)。無(wú)線通信系統(tǒng)微波通信ACDEFB通信衛(wèi)星對(duì)流層不均勻體YXGH微波遠(yuǎn)距離通信示意圖無(wú)線通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信由地面站1發(fā)出無(wú)線電（微波）信號(hào)，衛(wèi)星接收后，在轉(zhuǎn)發(fā)器中實(shí)現(xiàn)放大、變頻、功率放大，再將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)，由地面站2接