信息技術(shù)概述

第一章信息技術(shù)概述1本章學(xué)習(xí)目的與要求1.了解什么是信息，什么是信息處置，什么是信息技術(shù)2.了解什么是微電子技術(shù)，它的作用和意義3.了解通訊系統(tǒng)的分類和通訊技術(shù)的開展前景初步了解通訊系統(tǒng)的組成和數(shù)據(jù)通訊的根本原理.了解什么是比特和比特的運算,掌握二進(jìn)制與十進(jìn)制、八進(jìn)制數(shù)據(jù)、十六進(jìn)制數(shù)的關(guān)系，熟習(xí)整數(shù)和實數(shù)在計算機(jī)內(nèi)的表示法。21.1信息與信息技術(shù)31.1.1信息與信息處置4信息定義信息就是信息，它既不是物質(zhì)也不是能量。 —N.Wiener〔控制論開創(chuàng)人〕事物運動的形狀及形狀變化的方式?！陀^事物立場認(rèn)識主體所感知或所表述的事物運動及其變化方式的方式、內(nèi)容和成效?！J(rèn)識主體立場5“信息〞和“數(shù)據(jù)〞，這2個術(shù)語的概念在計算機(jī)信息處置中是既有區(qū)別又有聯(lián)絡(luò)的。計算機(jī)是一種基于二進(jìn)制運算的信息處置機(jī)器，任何需求由計算機(jī)進(jìn)展處置的信息，都必需進(jìn)展一定程度的方式化，并表示成二進(jìn)制編碼的方式。這就引進(jìn)了數(shù)據(jù)的概念。6信息處置過程信息施效〔效應(yīng)器官〕信息獲取〔覺得器官〕信息傳送〔神經(jīng)系統(tǒng)〕信息加工〔大腦〕信息傳送〔神經(jīng)系統(tǒng)〕事物客體7與信息處置相關(guān)的行為和活動信息搜集——感知、丈量、識別、獲取、輸入等信息加工——分類、計算、分析、綜合、轉(zhuǎn)換、檢索、管理等信息存儲信息傳送信息施用——控制、顯示等81.1.2信息技術(shù)9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)展信息處置的一類技術(shù)。人的信息器官及功能：覺得器官〔眼耳鼻舌身〕——獲取信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——傳送信息思想器官〔大腦〕——處置信息并再生信息效應(yīng)器官〔手腳〕——施用信息10根本信息技術(shù)感知與識別技術(shù)——擴(kuò)展覺得器官功能,提高人們的感知范圍、感知精度和靈敏度通訊技術(shù)與存儲技術(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間妨礙計算處置技術(shù)——擴(kuò)展思想器官功能,加強(qiáng)者們的信息加工處置才干控制與顯示技術(shù)——擴(kuò)展效應(yīng)器官功能，加強(qiáng)者們的信息控制才干111.1.3信息處置系統(tǒng)12信息處置系統(tǒng) 用于輔助人們進(jìn)展信息獲取、傳送、存儲、加工處置、控制及顯示的綜合運用各種信息技術(shù)的系統(tǒng)。信息加工通訊/存儲控制與顯示通訊/存儲感知與識別信息處置系統(tǒng)構(gòu)造13信息處置系統(tǒng)實例雷達(dá)是一種以感知與辨以為主要目的的系統(tǒng)電視/廣播系統(tǒng)是一種單向的、點到多點〔面〕的以信息傳送為主要目的的系統(tǒng)是一種雙向的、點到點的以信息交互為主要目的的系統(tǒng)銀行是一種以處置金融業(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置系統(tǒng)141.2電子信息技術(shù)簡介15微電子技術(shù)與集成電路微電子技術(shù)：以集成電路為中心的電子技術(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構(gòu)成和開展起來的。16電子線路運用的根底元件的演化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17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）＞100萬18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(jī)的中心。 先進(jìn)的微電子技術(shù)→→高集成度芯片→→高性能的計算機(jī)→→利用計算機(jī)進(jìn)展集成電路的設(shè)計、消費過程控制及自動測試，又能制造出性能高、本錢更低的集成電路芯片19集成電路的開展趨勢集成電路的任務(wù)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，其極限任務(wù)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)，一樣面積的晶片可包容的晶體管就越多，功能就越強(qiáng)，速度也越快。20集成電路的開展趨勢提高集成度，關(guān)鍵在減少門電路面積集成電路特點：體積小、分量輕、可靠性高M(jìn)oore定律 單塊集成電路的集成度平均每18～24個月翻一番——GordonE.Moore,1965年Intel公司開創(chuàng)人21集成電路的開展趨勢Intel公司微處置器集成度的開展19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium4晶體管數(shù)22集成電路的開展趨勢19992001200420082014工藝(μm)0.180.130.090.060.014晶體管(M)23.847.61355393500時鐘頻率(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）9013018323集成電路的開展趨勢目前集成電路消費的主流技術(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：已采用0.13μm工藝制造消費AMD：有采用0.13μm工藝制造消費的CPU1〔μm微米〕＝1/1,000,000〔米〕美國半導(dǎo)體協(xié)會(SIA)預(yù)測，到2021年將能到達(dá)18吋晶圓和0.07～0.05微米的工藝。在未來十年時間里，集成電路的技術(shù)還將繼續(xù)遵照Moore定律得到進(jìn)一步的開展241.3通訊技術(shù)入門251.3.1概述通訊：各種信息的傳送現(xiàn)代通訊：運用電波或光波雙向傳送信息的技術(shù)〔電信〕26概述通訊三要素：信源〔信息的發(fā)送者〕信宿〔信息的接納者〕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訊線路信道噪聲外界的干擾接納信息的一端271.3.2通訊系統(tǒng)的根本原理數(shù)據(jù)通訊:將數(shù)據(jù)(一串比特)從信源傳輸?shù)叫潘薜倪^程.數(shù)據(jù)傳輸過程28數(shù)據(jù)通訊模型及有關(guān)的根本概念信道調(diào)制解調(diào)〔編碼器：調(diào)制，解碼器：解調(diào)〕多路復(fù)用〔主干信道〕交換技術(shù)信源〔宿〕編碼器〔解碼器〕復(fù)用〔分路〕信道復(fù)用〔分路〕編碼器〔解碼器〕信源〔宿〕29信道的根本概念信道的定義：向某個方向傳輸信息的媒體。一條通訊線路通常包含一個發(fā)送信道和一個接納信道。根據(jù)信號在信道上的傳輸方向單工通訊半雙工通訊全雙工通訊30調(diào)制解調(diào)根本概念調(diào)制〔Modulation〕將基帶數(shù)字信號的波形變換為適宜于模擬信道傳輸?shù)哪M信號波形?！矊?shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號〕解調(diào)〔Demodulation〕將由調(diào)制器變換過的模擬信號波形恢復(fù)成原來的基帶數(shù)字信號波形。〔將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號〕根本調(diào)制方法：調(diào)幅，調(diào)頻，調(diào)相31多路復(fù)用根本概念多路復(fù)用 為了提高線路利用率，總是設(shè)法在一條傳輸線路上，傳輸多個模擬信號〔例如，話路信息〕或數(shù)字信號，這就是多路復(fù)用。多路復(fù)用技術(shù)通常有： 頻分復(fù)用，時分復(fù)用，碼分復(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32多路復(fù)用根本概念信道運用的雞尾酒會原理在一個大房間里〔一個信道〕，有許多對人在交談〔多路信號傳輸〕：時分復(fù)用——不同對的人輪番交談，一對交談終了后另一對再接上。頻分復(fù)用——不同對的人分成不同的組，每組獨立占用房間內(nèi)的一小塊區(qū)域，各組人同時進(jìn)展本人的交談，互不干擾。碼分復(fù)用——不同對的人分別用不同言語進(jìn)展交談，其它言語只當(dāng)作噪音不予理睬。33多路復(fù)用根本概念波分多路復(fù)用在單一光纖內(nèi)同步傳輸多個不同波長的光波，使得數(shù)據(jù)傳輸速度和容量獲得倍增34交換的根本概念交換： 在廣域網(wǎng)的情況下，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點是部分銜接，沒有直接互聯(lián)的節(jié)點間的通訊，必需經(jīng)過中轉(zhuǎn)節(jié)點的轉(zhuǎn)換才干實現(xiàn)。這種由中轉(zhuǎn)節(jié)點參與的通訊和系統(tǒng)中兩個用戶間的通話必需經(jīng)由交換機(jī)的景象類似，也稱為交換。中轉(zhuǎn)的節(jié)點稱為交換節(jié)點。 交換技術(shù)能為需求通訊的計算機(jī)建立一個暫時的通訊鏈路，通訊終了后再撤除鏈路。35交換的根本概念電路交換〔線路交換〕為發(fā)送端和接納端建立一條暫時的實踐物理通道，供通訊雙方運用，通訊終了后，交換機(jī)內(nèi)的連線被撤除。 例如：交換機(jī) 優(yōu)點：交換方式簡單，適宜遠(yuǎn)間隔成批數(shù)據(jù)傳輸，建立一次銜接可傳送大量數(shù)據(jù)。 缺陷：線路利用率低，通訊本錢高36交換的根本概念分組交換〔包交換〕把需求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊分割成假設(shè)干小塊，然后為每個小塊數(shù)據(jù)加上有關(guān)的地址信息及分組信息，組成一個數(shù)據(jù)包〔也稱為“分組〞〕。數(shù)據(jù)包的長度通常為幾十到幾百個字節(jié)。數(shù)據(jù)包按照類似于流水線的方式在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過緩沖、轉(zhuǎn)發(fā)而到達(dá)目的地。通訊網(wǎng)絡(luò)中每個結(jié)點為其相連的每條鏈路預(yù)備了一個緩沖區(qū)，每個數(shù)據(jù)包按照去向不同送入各個緩沖區(qū)排隊，當(dāng)某一條鏈路空閑時，就從相應(yīng)的緩沖區(qū)中取出一個數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一結(jié)點，下一結(jié)點再進(jìn)展轉(zhuǎn)發(fā)，直至數(shù)據(jù)包到達(dá)接納端。接納端的計算機(jī)按照數(shù)據(jù)包的編號，將它們重新組裝成為原來方式的數(shù)據(jù)塊。37交換的根本概念分組交換〔包交換〕 優(yōu)點：線路利用率高；收發(fā)雙方不需同時任務(wù)，當(dāng)接納方忙碌時，整個網(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，使得一些重要運用的數(shù)據(jù)包能優(yōu)先傳送。 缺陷：延時長，不宜用于實時通訊或交互通訊。

38傳輸介質(zhì)有線介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纖無線介質(zhì)無線電波微波紅外線激光39通訊系統(tǒng)的性能目的信道帶寬與信道的最高信息傳輸速率的關(guān)系：理想信道的最高碼元傳輸速率(單位：Baud波特)=2*信道帶寬〔Hz〕〔奈氏準(zhǔn)那么〕理想信道的最高信息傳輸速率〔單位：b/s，比特〕=最高碼元傳輸速率*一個碼元攜帶的信息量1Mb/s=1000b/s,1Gb/s=1000Mb/s例如： 信道帶寬：3KHz(3000Hz) 最高碼元傳輸速率：6000Baud一個碼元攜帶2bit的數(shù)據(jù)量,最高信息傳輸速率：12000b/s=12Mb/s40通訊系統(tǒng)的性能目的誤碼率〔errorrate〕指數(shù)據(jù)傳輸中出錯數(shù)據(jù)占被傳輸數(shù)據(jù)總數(shù)的比例。局域網(wǎng)誤碼率。<10-6端---端延遲：指數(shù)據(jù)從信源傳送到信宿所破費的時間。41有線載波通訊有線載波通訊：主要傳輸，電報、、數(shù)據(jù)也可傳輸廣播、可視、電視節(jié)目根據(jù)所用的傳輸介質(zhì)，有線載波通訊可分為：明線載波系統(tǒng)對稱電纜載波系統(tǒng)同軸電纜載波系統(tǒng)42無線通訊無線通訊原理利用電磁波可以在空間自在傳播的特性，經(jīng)過調(diào)理電磁波的振幅、頻率或相位實現(xiàn)遠(yuǎn)間隔傳輸信息。43微波通訊微波：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。 微波通訊是定向通訊。微波通訊方式：地面微波接力通訊衛(wèi)星通訊對流層散射通訊通訊衛(wèi)星對流層不均勻體44衛(wèi)星通訊 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訊。 是微波接力通訊技術(shù)與空間技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。45挪動通訊挪動通訊處于挪動形狀的對象之間的通訊，包括尋呼系統(tǒng)，蜂窩式挪動〔俗稱手機(jī)〕，集群調(diào)度，無繩和衛(wèi)星系統(tǒng)。46挪動通訊挪動臺：是挪動的通訊終端，它是接納無線信號的接納機(jī)，包括手機(jī)，呼機(jī)，無繩等。基站：是與挪動臺聯(lián)絡(luò)的一個固定收發(fā)機(jī)，它接納挪動臺的無線信號，每個基站擔(dān)任與一個特定區(qū)域〔10km～20km的區(qū)域〕的一切的挪動臺進(jìn)展通訊。挪動交換中心：與基站之