电子信息科学专业英语翻译

1、1-1 Introduction to MicroelectronicsPara. 1 对太空的探索以及人造地球卫星的发展，增强了人们对减少电子电路的重量和体积的重要性的认识。另外，即使电流在计算机中流得相当快，但是由于电子元器件之间的互联所导致的信号的时间延迟是不能不考虑的。如果这种互联在尺寸上能减小，无疑会使计算机的运行速度更快。Para. 2微电子学主要是使常规电路微型化。比如一个运算放大器，包括许多彼此互连的分立器件，有二极管，电阻，象这样一个完整的电路，可以制作在一个很小的基片上。这个完整的微型化的电路就称之为集成电路（IC）。Para. 3IC体积小，重量轻，坚固耐用，稳定可靠。它

2、们比同等宏观电路（分立元件电路）需要更少的功耗和更低的电压。因此，它们可以工作在更低的温度下，而在这种温度下，分立器件可能都不能正常工作，因为温度没有达到正常工作温度范围。相应地，几乎不会产生寄生电容和延时，因为在IC中，器件之间地互联非常短。维护起来跟简单，因为，如果在一个IC里边地器件坏了，通常用一个新的IC来替换坏的。表面技术的大规模生产技术已经降低了许多IC的成本，因此，它们就跟单个晶体管一样便宜。最后的结果就是，大部分常用的分立器件电路被IC所取代。Para. 4有两种基本类型的IC：一种是独立IC,一种是薄或厚的膜状IC. 独立IC是构建在单个的半导体晶体的基片里边，通常用的是硅。

3、薄或厚的膜状IC是形成在一种绝缘材料的表面，像玻璃或者陶器。还有一种混合的IC所包含的不仅仅是单个的基片。在这里，这个词“混合”同样也指独立IC和薄或厚的膜状IC结合体。Para. 5也可根据其功能不同对集成电路进行分类。数字IC（也称为逻辑IC）通常用作开关，表示接通或关闭。在计算机中，接通和关闭状态分别对应0或1。另一种IC被称为线性或模拟IC。集成电路可以用双极或单极晶体管来生产。然而，在许多方面，场效应管优于双极晶体管。它们属于高阻抗器件，相应地可以减少它们的工作电流和功率损耗，相反，可以获得更高的有效功率。对于一个复杂的电子线路集成为一小块的情况，减小功率损耗是非常重要的，要释放这种

4、电路产生的热量将是一个难题。场效应管的这种结构形式，尤其是对MOSFET，很容易使它们制作成IC，并且能使电阻和电容也很容易集成在这种IC里边。Para. 6 大多数的电路都是由有源器件组成，比如，晶体管、二极管，还有电阻和电容，电阻起偏置、集电极负载以及阻抗变换的作用，电容起隔直通交的作用。每一个器件能够被制作在一个适合于IC的形状里边，这种形状是有限制的，比如，电容就不能太大。一些器件，像电感或大的电容，制作在一个合适的形状里边就很困难。通常，一些可以替代的电路形式可以被设计，可以去掉以上那些不宜集成的器件，否则这些器件只能作为集总元件放在IC的外部。2-1 Introduction to

5、 Configurable Computing有这样一类计算机，当它们在运行时，可以修改它们的硬件，这类计算机在计算机设计方面正在开创一个新的时代。因为它们能迅速地过滤数据，它们擅长于模式识别，图像处理和编制密码。计算机设计者常常面临一种挑战，就是在计算机的速度和一般性之间找到平衡点。他们可以制造一个通用的芯片，这种芯片有许多不同的功能，但相对较慢；或者，他们可以设计专用芯片，这种芯片只能做一些有限的工作，但速度快得多。微处理器，像intel Pentium 或者Motorola PowerPC 芯片经常在个人计算机中被发现，这种芯片是通用的：以二进制格式编写的程序指令几乎可以使微处理器完成程

6、序员所能想到的所有逻辑或数学运算。intel Pentium 处理器，打个比方，从来就不是专门为运行Microsoft Word 或者是计算机游戏 DOOM而设计，但两者都可以运行。1. 可以配置的计算相反，定制的硬件电路，我们称之为专用集成电路（ASICs），正好提供了为完成特殊任务而设计的这种功能。通过针对给定的工作认真调整专用集成电路，计算机设计者可以制造出更小，更便宜，更快且比可编程处理器耗能更少的芯片。为个人电脑设计的图像处理芯片，举个例子，能够以10或100倍于通用CPU的速度在屏幕上划线或作图。当设计者在通用性和速度之间作出选择时，他们也必须面临成本的问题。一个为专门问题而设计的

7、优秀的ASIC可以用来解决专门的问题，当在这个芯片完成以后，要提出修改的话，那不是一件容易的事情。而且，即使可以修改的ASIC能够为新的问题而开发出来的话，这个原始硬件电路太过于专一化在连续世代中不可以重复使用。结果，在工程上，设计和制造一个ASIC必须花费许许多多的努力。2. 可编程的电路在集成电路方面，一种新的开发方法提供了第三种选择：大的，快的，现场可编程的门阵列，或者叫FPGAS一种高度可以调整的硬件电路，在使用过程中，它的每一个部分几乎都能够被修改。FPGAS由可以配置的逻辑块阵列组成，这个些逻辑块可以实现门电路的逻辑功能。逻辑门就像带有多路输入，单路输出的开关。它们用在数字电路来实

8、现基本的二进制运算，像与运算，与非运算，或运算，或非运算和异或运算。在大多数的硬件里，今天主要用在计算机中，门电路的逻辑功能是固定的，不能够被修改。然而，在FPGAS中，逻辑块中的逻辑功能和块之间的连接通过往芯片中送信号可以改变。这些逻辑块的结构和某些专用集成电路中的门阵列类似，但标准门阵列在生产时就被配置好了，而现场可编程的门阵列中的逻辑块可以在集成电路出厂很长时间后反复重新布线和重新编程。开启可以配置计算之门的钥匙是可以非常迅速地进行配置的新的FPGAs。最早期的现场可变程阵列需要几秒或更长的时间来改变它们的连接这非常适合于工程师们，他们需要测试可以选择的不同电路的设计；这也适合一些公司，

9、他们销售的产品偶尔需要升级。更新的FPGAs能够在1ms之内被配置好，并且，在两年之内，我们所期望看到的配置时间少于100us的器件也会出现。最终，计算装置也许能够使它们的硬件非常方便地随着输入数据或者过程环境作相应地改变。在FPGA的设计方面有许多不同的方法，但是它们的基本结构是由大量的可以配置的逻辑块和可编程的栅格状的连接所组成，这些连接能够以设计者选择的任何方式把这些逻辑块连接到一起。那些粗粒状的FPGAs有一些数量较少的配置能力强的逻辑块，而那些具有细粒状结构的FPGAs有许多简单的逻辑块。在一个粗粒状的FPGAs中，单个的一个元件也许能够作加法或比较两个数。在一个由细粒状的FPGAs

10、组成的装置里边，一个逻辑块也许只能比较两个二进制位，实际上，它是一个单个的逻辑门。设计者是选择粗粒的还是细粒的芯片开始设计依赖于将来的应用和从零开始构建复杂的子系统所需的时间是否充裕。计算装置能够以许多不同的方式来利用可以配置的元件。最基本的技术就是在不同命令下实现功能的转换，即退出一个程序后运行另一个程序所对应的硬件动作。慢速的重新配置，需要几秒钟的，也许非常适合这样一种应用。更快的编程时代允许动态的设计转换：单个FPGA可以一个接一个地非常迅速地完成一系列的任务，每一个任务完成以后，FPGA可以重新配置它自己以便去完成下个任务。这样的设计来运行这个芯片是以一种分时的模式，在接连的配置之间，

11、转换得如此之快，这个FPGA完成它所有的任务好像是在一瞬间一样。用这种方法，我们构建了一个视频传输系统，每帧视频这个系统可以重新配置它自己4次。这样一个系统只需要构建一个不可配置的ASIC的1/4的硬件。这个FPGA首先把输入的视频信号存储在存储器中，然后经过两次不同的图像处理转换，最后，通过调制解调器来输送信号。可配置计算的最大的挑战及其潜在的最有力的形态包括硬件在执行任务时，只要有空闲就能够重新配置它们自己，优化它们自己的程序以便改进它们的性能。一个图像识别芯片也许能调整它们自己，通过猜测目标的身份，这个芯片要识别图像里是否包含有小汽车或者卡车，企图跟踪高速的航天器或慢速的行人的原始电路的

12、一部分能够重新配置以便把焦点集中在陆地上的交通工具上。对于一些应用，比如像这样一个抛弃传统的标新立异的计算机设计，里边的硬件在开始是专用的，能够制造出可能比采用通用微处理器或常用芯片快得多和有更多功能的机器。31 计算机结构计算机结构，在计算机科学中指的是计算机系统全部或者部分结构的一个总括。这个术语同样包含了系统软件的设计，如操作系统（控制计算机的程序）和将硬件和基本软件结合在一起以使整台机器连成一个计算机网络的连接程序。计算机结构讨论的是一个完整的结构和使它具有各种功能的各个细节。因此，计算机结构包含了计算机系统、微处理器、电路和系统软件。这个术语不包括那些可以完成某种工作而不会使系统运转

13、的应用软件，如电子制表软件或文字处理软件。1 结构组成在计算机系统的设计过程中，设计者考虑到了组成系统硬件的五个主要要素，它们是运算器、控制器、内存储器、输入系统和输出系统。运算器执行算术运算和数值比较。控制器通过提取用户指令并将其转换成计算机中的电路可以识别的电信号来控制计算机的操作。运算器和控制器组合起来就是中央处理器。内存储器存储指令和数据。输入系统和输出系统分别使计算机接受和发送数据。硬件结构会随着系统或用户的特殊需要而改变。有的用户可能需要一个快速显示图像的系统，有的系统则需要实现数据库的最优查询，而对于膝上型电脑，所关心的则是如何节能。除了硬件设计，设计者们还必须考虑什么样的软件才

14、能操作系统。软件，如程序设计语言和操作系统，使用户可以无视硬件的具体结构。比如说，用C程序设计语言和UNIX操作系统的计算机在用户看来可能没什么不同，而事实上它们用到了不同的硬件。2 处理结构当计算机完成一条指令，它需要进行五个步骤。首先，控制器从内存储器得到一条指令，如一个将两数相加的指令；然后，控制器将指令解码成可以控制计算机的电信号；第三步，控制器获取数据（两个数字）；第四步，运算器执行操作（将两个数相加）；最后，控制器保存结果（两个数的和）。早期的计算机由于完成复杂指令的电子电路成本很高，因而只用一些简单指令。在20世纪60年代，随着该成本的降低，很多的复杂指令也变得可行了。复杂指令（

15、一条指令可指定多项操作的指令）由于可以使计算机不必去取一些额外指令而省时不少。比如执行一个结合了七项操作的指令就可以省去六次获取指令的步骤，从而使计算机花更少的时间执行操作。将多条指令结合在一起形成一次操作的计算机被称作复杂指令集计算机。然而，多数程序都不是经常用到复杂指令，而主要是一些简单指令。当这些简单指令在复杂指令集计算机上运行的时候，它们将使处理变慢，因为每一条指令，不管它是简单还是复杂，在复杂指令集计算机上都要花更长的时间解码。一个相反的策略就是返回最初的设计方案，即只用简单的、单操作指令以提高常用操作的执行速度从而提高整体的处理速度。按这种思路设计的计算机就是精简指令集计算机。精简

16、指令集计算机在科学、图形图像和工程应用上要求的数值计算方面速度很快。复杂指令集计算机常用于一些非数值计算，因为它们提供了特殊的指令系统用以处理字符数据，如文字处理程序中的文本。专用的复杂指令计算机结构，称作数字信号处理器，则是为了加速数字化的音频和视频信号的处理速度而产生的。3 开放式结构和封闭式结构计算机中的CPU通过一个开放式或者封闭式的结构与内存储器和外部世界相连。一个开放式的结构可以在系统完成了以后进行扩展，通常是添加一些附加的电路，如将一个新的微处理器与主系统相连。这些电路规范都是公开的，这就允许其他公司制造这些扩展产品。封闭式结构通常用在一些不需要扩展的特殊计算机中，如控制微波炉的

17、微电脑。有些计算机制造商也使用封闭式结构，这样就使他们的顾客只能从他们公司获得扩展电路。这种做法导致生产商赚的多了但用户的选择性却减少了。4 网络结构计算机通过网络与其它计算机通信。最简单的网络就是两台计算机直接相联。然而，计算机可以连成更大的网络供用户交换数据、通过电子邮件进行通信以及共享资源，如打印机。计算机可以以多种形式连接。在环形结构中，数据沿着这个环传递，环中的每台计算机都要检查这个数据看自己是否为接收者。如果数据不是传递给其中的某一台计算机，这台计算机就会将数据传递给环中的另一台计算机。这个过程会不断的重复直到数据到达目的地址。环形网络允许多个消息同时传递，但在每台计算机验证消息的

18、过程中，数据的传递就会减慢。在总线结构中，计算机由一组线连接在一起，这组线称作总线。计算机向其它计算机发送数据时通过总线发出接收者的地址和数据。网络中的计算机同时检测地址，目标接收者则接收数据。不像环形网络，总线网络可以使数据在计算机之间直接传送。然而，在一个时间段内，只有一台计算机可以传送数据，其他的都必须等待。在星型结构中，计算机都与一台叫做集线器的计算机相连。计算机都把目的地址和数据发送给集线器，集线器与发送者和接收者都直接相连。星型网络中允许多个消息同时发送，但由于需要一台附加的计算机，即指引数据流向的集线器而成本较高。5 发展前沿计算机结构中存在一个问题，这个问题是由CPU的速度与内

19、存储器提供指令和数据的速度不一致所带来的。现在的CPU处理指令的速度可以达到3纳秒，然而，一个典型的存储器存取要用100纳秒而且每条指令都需要多次存取。为了补偿这种不一致，设计者们设计了一种新型的计算机芯片，这种芯片在CPU的附近设置了一些小的存储器，这些存储器被称作高速缓冲存储器。由于它们与CPU的距离短且体积小，高速缓冲存储器存取指令和数据的速度就比普通存储器要快的多。高速缓冲存储器存储了最常用的指令和数据，大大提高了工作效率。虽然一个大的高速缓冲存储器可以存储更多的数据，但它同样会变慢。为了补偿这种现象，计算机设计者使用了多重高速缓冲存储器设计，即将最小最快的高速缓冲存储器放在离CPU最

20、近的位置，再把一个大一点、慢一点的高速缓冲存储器放在稍远一点的位置。这种安排就使CPU可以以最快的速度获取最常用的数据和指令，在访问次级高速缓冲存储器的时候有一点减慢。使用分离的指令缓冲器和数据缓冲器还可以使CPU同时获取指令和数据。另外一个提高速度和效率的方案是在同时的操作中使用多个运算器，称作超级标量执行。在这种设计中，指令以组的形式被调用。控制检查每一组看它是否包含可以同时执行的指令。有些设计甚至可以同时执行六个操作。然而，这么多指令一起运行是很少见的，因此平均起来CPU的性能改善达不到6倍。有时候还将多台计算机连成一个系统，这样的系统称作并行处理机。当一台机器有多达一千个以上的运算器时

21、，就称之为大规模并行处理机。这种机器最初应用在尖端科学和工程计算的数字计算上。包括16000台计算机的并行处理机也已经问世。4-1 计算机网络在二十世纪六十年代，在计算机以惊人的速度普及以后，人们的愿望就是要把它们都连接到一起。最初的目标是在不同的大型机用户之间交换信息（程序，数据文件）。在一个组织内部，当更小的计算机变得非常有用，并且计算机的数量越来越多时，把这些小计算机彼此连接到一起是非常有吸引力的，这样也就可以共享有用的资源（处理的时间）。这样一个系统被称之为计算机网络，在这个系统里，可能是不同类型和不同大小的计算机被连接在一起，但完全可以维持它们的自我管理。计算机网络，也就是广域网（大

22、的网络）是指广大区域连成的网络，而校园网（小的网络）是指局域网。计算机网络的整个设计和网络软件需要解决很多问题，是一个非常复杂的事情。为了减少设计的复杂性，网络结构被设计成一种层次结构。每一层（或级别）由协议组成，这些协议用低层的功能向高层提供服务。每一层都具有明确的功能，并且结构可能不是特别复杂。所有的这些层一起来完成网络的功能。网络结构和执行的方式被国际标准化（ISO）组织作为开放系统互连（OSI）参考模型标准化。该模型由七层组成，设计的目的是防止不同的厂商设计的网络软件严重不兼容。这一系列的层彼此是有区别的。物理层为通过导线传输的比特值（二进制位）提供协议支持。数据传输层执行信息的传输并

23、处理传输中的错误。在网络层，组态依赖性的各种功能被执行，比如，包括信息的路由。路由需要解决的问题就是，要在没有直接通道联系的两点之间找到传输信息的路径。由于网络层可以通过不同的路径路由随后的信息，信息到达后的序列就可能与信息被发送时的序列不同。还有，在网络中，由于有些计算机可能出现故障，信息可能会被丢失或者被复制（重复发送的结果）。在这种层次结构的下一层，即传输层，就是用来处理这些问题的。在网络中，会话层主要是解决进程之间连接的开放和关闭的可靠性问题。表示层主要完成数据的压缩和转换。应用层包含许多协议，这些协议主要是实现分布式的用户程序（应用）之间的信息交换。在这个层次结构中，分布式系统的模型

24、可用在每一个层的协议设计中。仅仅是层与层之间关于系统的假设和所要解决的问题不同而已。比方说，在数据传输层，传输错误的可能性是要考虑的，但在更高层的协议里，这种可能性被忽略，在网络层，这些进程被假设不都是被一个通道直接相连的（否则，这个路由问题就显得微不足道）。然而，在更高的层次里面，可以作这种假设，因为在每两个进程之间的信息传递由网络层所实现。在传输层，仅仅通道的两个端点被考虑，它所应用的分布式系统仅仅由两个进程所组成。Unit5 Information Security and Biometrics Technology5-1 计算机安全导论1 引言计算机安全是一种为了保护个人（单个）电脑和

25、的计算机网络系统免受无意或故意侵害的技术，包括对计算机软硬件的破坏、数据的物理丢失、对计算机用户的欺骗和未授权个人对数据库的蓄意入侵。计算机和它们包含的信息被认为是机密系统，因为它们的使用只限定于有限的用户。信息的机密性和所有权可能受到的侵犯，如背后偷看、扫视别人的计算机屏幕、诱骗授权用户泄漏机密信息、线路窃听或听取、记录电子通信，以及偷窃计算机或信息等。有很多简单的技巧可以防止计算机犯罪。如：销毁印刷资料，保护计算机屏幕以防窥视，将印刷资料和计算机锁在橱柜中和清理敏感文件的桌面以防为透露机密信息提供途径。然而，为了防止计算机犯罪，还需要更为复杂的方法。2 加密技术其中一种保护信息机密性的技术

26、就是加密技术。信息可以通过数学公式进行加密和解密，这种秘密的代码就称为密匙。通常要用到两种密匙，一种将信息编码，而另一种将信息解码。将数据编码的密匙，称为私有密匙，仅为信息发送者所有。将数据解码的密匙，称为公有密匙，为众多的接收者所有。密匙会被定期修改，进一步阻碍了未经授权的访问，并使解密的信息难以解密和伪造。3核准用户另外一个防止计算机犯罪的技术是限制经核准用户访问计算机的数据文件。访问控制软件将检验计算机用户并限制他们查看和替换文件的特权。对文件的访问将被记录下来，从而使用户对他们的行为负责。军事组织根据用户相应的安全许可级别给予他访问保密、机密、秘密或绝密信息的权力。4 密码密码是一个秘

27、密的字符序列，使核准用户可以使用计算机。为使密码有效，它必须难以猜测。有效的密码是字符和符号的组合，并不是真正的词语。为了阻碍冒名顶替者，计算机系统通常限制了试图输入正确密码的次数。标权卡是一种含有微处理芯片的塑料卡，微处理芯片中储存了经常自动修改的密码。当用标权卡进入计算机时，计算机就会读入标权卡的口令，同时也读入由用户输入的另一个口令，并把这两个口令与计算机生成的识别标权口令和存放在秘密表格中的用户口令进行比较。将来，生物测定学能够增强口令和标权的功效，可以利用指纹、视网膜、皮肤油脂、脱氧核糖核酸（DNA）、声音的差异和敲击键盘的节奏等独一无二的个人特征进行身份确认。5 防火墙多台计算机连

28、在一起的计算机网络，尤其易受计算机犯罪的攻击。网络信息可以由防火墙即设置在网络计算机和网络之间的计算机来保护。防火墙可以阻止网络上的未授权用户获得进入计算机的权限，并保证从外部资源获得的信息没有计算机病毒一种扰乱计算机功能的具有自我复制能力的计算机程序。6 安全服务器被称作安全服务器的特殊计算机用来提供网络计算机与外部系统如数据库存储器和打印设备的安全连接。这些计算机在联络（即电子交换的启动）过程中使用加密技术，只有两个计算机的身份互相确认之后才能建立两者之间的联系。7 完整性和真实性对信息完整性和真实性的威胁来自以存数据的修改、移动和误传。比如，删除坏的信用记录只留下好的信用记录就违背了文件

29、的完整性，用一个偷来的信用卡来要求得到现金预付款就违背了交易的真实性。对信息完整性和真实性最严重的威胁来自那些被信任的、具有使用特权的犯罪分子。例如，在财经网络中秘密转移资金，更改信用记录，故意破坏信息，进行工资欺诈。这些犯罪活动都可以通过这样一些技术来阻止，例如，校验和（算术地比较比较文件被访问前后的状态），鉴别消息的来源，并限制通过电脑转帐的金额。8 有效性当信息不能被访问，数据被移动、误放或者损坏，或者信息被转换成一种不那么有用的形式，信息的有效性都会受到影响。计算机和像软盘、硬盘这样的元器件都容易受损。受潮、受热或灰尘都会使计算机的存储器被擦除、硬件被损坏。为了保护信息的有效性，必须做

30、多个数据备份，并将它们存放在不同位置。依赖于计算机的事务必须制定灾难防御计划，并定期测试和升级。UNIT9 无线电通信网通信系统简介说到“通信”，我们指的是信息在不同的时间地点之间的转换或传输。诚然，这个概念并不是很精确，通信是一个很宽泛的概念。例如，从电话联络到人们在说话中恰当的运用手势、语调和辞令，从业余无线电操作者闲谈天气到美洲印第安人发送烟火信号等，其中无不包含通信这个概念。注意到这些例子的共同点就是都有信息传送，这也就是这个概念的重点。在对通信的研究中，我们把信息的传送限制在较长距离之间的信息传送。在长距离信息传送中，利用电信号（更广泛一点来说，我们认为光也属于电信号类，因为光也在电

31、磁波频谱之内）的传送方式几乎已经取代了所有其他的传送方式。这是因为电信号相对容易控制（如，与烟雾信号的火相比）且传送的速率可接近或达到光速。因而在长距离传输中，研究以电信号方式传输的通信就是理所当然的。什么是信息的传输？这个问题比起初看起来要复杂一些，事实上，他将成为我们研究的基础。从严格的直观观点来看，信息的传输要求信息是随时间变化的。例如，试想一个9伏电池，电压一旦建立，就没有什么信息可得到，除非电压值发生了变化。用一个可变电阻或晶体管联在电池两端就会产生这种变化。然而，信号随时间的简单变化也不是有效的信息。一个120V60Hz的正弦电压，一旦电压产生，也就没有进一步的可得到信息，虽然电压

32、以60Hz的频率在变化，除非正弦电压的幅值或相位发生变化。我们总结到信息的传输是与信号随时间的变化有关的，而且这个变化必须是不可预知的。因此就需要用到信号（变化）频率的波段，即带宽。这些直观的想法对于讨论电通信系统中用到的基本方法差不多已经足够了。然而，对于信息传输更为完整的数学描述，还需要一些概率方面的知识。长距离的通信通常要求在准备发送前对传递信息的电信号做一些转换或处理。而接收时，则要做一些相反的处理来提取信息。在传输过程中，携带信息的信号会被噪声干扰（污染）。噪声由众多的自然和人为的事件产生，并使信息传输产生错误。从工程的角度来看，通信问题存在于设计那些执行调节功能的传输部分。设计标准

33、就是尽可能的使信息传输没有错误。当头脑里有了这些目标，我们就要考虑不同的通信系统和系统操作的基本原理。其重点就在于实现的方式而不是具体的电路或者常用的器件。图1 给出了一个通信系统的基本组成单元的图表。并不是每一个的通信系统都用到了指示出的所有操作，但每一个系统通常都包含了某种传输媒介。编码器为信号选择最佳的形式，使信号在输出端的解调最优化。解码器完成相反的操作，它根据提供的信号作出最佳的判断：某个消息确实已发出。编码器和解码器的设计必须依赖于信息传送的具体数学描述。虽然译码问题通常具有机密性，但在现代译码系统中更重要的目的是提高信息传送的有效性。调制器在其输出端产生一个变化的信号，这个信号在

34、某个方面与加在它输入端的信号成比例。比如说，一个正弦调制器可以使一个正弦信号的幅值、频率或相位变化与输入电压直接成比例。编码器和调制器的功能相似，都是将信号进行处理，以使信息传输更加有效。然而，编码过程发送给定信息，并使无误差检测最佳化，而调制过程则是将消息加到被发送的（信号）波形上去。解调器完成与调制器相反的工作，将信息还原成最初的形式。调制器和解调器的组合在数据传输中通常被称作调制解调器。传输媒介是这个系统中至关重要的环节。没有它，就没有通信问题。传输媒介可能包括电离层、对流层、自由空间或仅仅是一个传导线。无论如何，衰减、失真和媒介、发送和接收设备产生的噪声信号，都会产生。从我们的目的出发

35、，噪声信号就是那些任何干扰携带信息的信号无误差接收的电信号（电压或电流）。总结在一个系统方法里，输入信号和结果响应被用来描述一个给定系统的行为（功能）。从我们的目的出发，信号被定义为一个时间的单值函数。这个函数可能在数学表达上是复值的，在我们的观察实际中是真实的值。根据信号的能量或功率，信号被分成基本的种类。其他的分类方法包括周期和非周期信号、随机和确定信号。从数学上来说，一个系统就是一个从输入到输出的映射规则。如果系统是线性的，重合就适用了。如果系统的响应不是依赖于时间的绝对值，而仅仅是时间差，则系统是时不变系统。通信就是从一个点到另一个点的信息传输。这个传输要求信号随时间的变化对接受者来说

36、是不可预期的。噪声由那些自然的或人为的，干扰信息传输的信号组成。我们对通信系统的兴趣集中在设计无误差的信息传送系统，包括减少信号能量的散发、噪声的影响和经济开支（成本）。第10单元 多媒体技术10-1 多媒体技术介绍多媒体技术使音频和视频的素材结合在一起，以加强信息的传达和丰富多媒体的演示。多媒体起源于艺术和教育，在这些领域，仍然有一种传统就是试验如何传达信息。多媒体的表演和展出、多媒体的培训材料以及多媒体的演示等都在探索各种感知渠道和表达模式的应用。现存的这种传统已经被一种新型的基于数字技术的多媒体所扩大。桌上电脑能够以数字的形式处理相片，唱片和录像剪辑。数字媒体容易合成和处理，并且作为现代

37、信息技术的关键因素而出现。什么是多媒体？对多媒体的兴趣现在变得非常普及娱乐和教育集团正在探索新的应用范畴，并且计算机，通信和消费电子等工业正在积极开发潜在的技术。作为一个单词，“多媒体”经常被使用，但几乎没有被定义过。在硬件和软件工程师当中，有人尝试提供一个有意义的范围，包括从这个古怪的“多电缆定义”（多媒体就是指当你有许多电缆）到尤其重要的通信和相互作用（Grimes 和 Potel 在1991年提出的）。阐述清楚多媒体的本质是很困难的，是因为这个词它出现在许多不同的领域，每一个都有细微差别。计算机用户有多媒体演示，多媒体工作站和多媒体数据库，但是，人们，包括这个演示的作者，工作站的设计者和

38、数据库的研究者们，会从不同的角度来看待多媒体。但是，有一种观点能取得一致，那就是多媒体数据发挥了必不可少的作用。比如，多媒体演示，由于它们的名字的暗示，包含了多媒体数据的演示，多媒体工作站处理多媒体数据的过程，还有多媒体数据库处理它的数据的存储和提取。那么，也许多媒体数据的概念正在以某种思路统一为数字多媒体。那么什么是多媒体数据？让我们首先看看这个媒体数据的相关概念。Mcluhan在他的了解多媒体一书中认为，媒体是人类感观的延伸，是以各种技术和产品提供给我们，以多种感知信号的手段。这个非常广义的定义包含了两个更具体的观点。与媒体这个词相关的第一个观点是信息是如何传达和发布的，比如，我们有印刷和

39、广播的媒体。第二，当我们描绘艺术表现的素材和形式时，也使用媒体这个词。当我们谈论数字媒体时，这些不是以数字存储媒体的名义出现，而是以自然媒体对应的数字副本的名义出现的。自然和数字媒体之间的区别也许不总是很清晰，但这种思想是：自然媒体依赖于物理要素（纸张，石头，墨水和颜料，乐器，还有舞台等）而数字媒体依赖于计算机。假设我们在某个具体的媒体当中能生产这些对象，然后，我们可以把媒体定义为可以计算机处理的人工的描述。例如，印刷品，绘画，音乐表演，唱片，电影，和视频剪辑等都是人工制品；与之相对应的媒体数据由数字图像，数字视频记录和数字音频记录组成。我们已经描述了三个相关的词：媒体，包括数字的和自然的；人

40、工制品，在媒体中制造出来的对象；还有媒体数据，人工制品的数字描述。一些例子如下表所示：媒体 人工制品 媒体数据图像印刷品 图像 （自然的媒体） （自然人工制品） 数字图像 计算机显示装置 在显示装置上的图像 （数字媒体） （数字人工制品） 数字图像尽管媒体数据在计算机中用位和字节来表示，这种数据能表现来自自然和数字媒体的人工制品。对图像印刷品或手绘作品进行扫描所得到的数字图像是自然人工制品的表现，而通过计算机绘图程序所产生的图像是数字人工制品的表现。由于我们有了媒体，媒体数据和人工制品的概念，我们把多媒体人工制品定义成来自各种媒体的人工制品的组合。存在各种不同的可能的技术，这依赖于所包含的媒体

41、的内容。组合有时分为两大类：即空间组合，如一幅图与一幅图合并：以及时间组合，如一路声音信号加到一路视频信号序列中去。与定义媒体数据类似，我们把多媒体数据定义成为可计算机处理的多媒体人工制品的表现。值得主要的是：这些被表现的人工制品也许是自然的，数字的或者两者的混合体。UNIT 11 光纤通信111 通用系统通信，广义地定义为一个到另一个点的信息传输。当信息在一段距离之间传输时，就需要一个通信系统。在通信系统中，信息传输通常是将信息叠加或调制到一个充当信息载体的电磁波上去。然后，这个调制载波将被传送到目的地，信息在那儿接收，解调后得到最初的信息。在这个过程中，还发展了一些复杂技术，如应用无线电频

42、率、微波频率、和毫米波频率的电磁载波。然而，通信还可以通过光波范围的电磁载波。一个光纤通信系统与其他任何形式的通信系统在基本原理上是相似的。图1（a）显示了一个通用通信系统的示意图，其功能就是将信息从信息源通过传输媒介传输到目的地。因此，通信系统由连接到信息源的发射机和调制器、传输媒介和目的地的接收机或解调器组成。在电通信系统中，信息源产生一个电信号，通常是来自一个非电量信号（如声音），将其传送至包含电子器件的发射机，发射机将该信号转换成易于在传输媒介中传播的合适的形式。这个过程通常通过调制一个载波，精确一点说，就是电磁波而得到。信息通过传输媒介，可以是一对导线、同轴电缆或可穿越自由空间的无线

43、电通信，到达接收机，信息在被传送到目的地之前，在接收机中被转换成最初的电信号信息（解调）。然而，值得注意的是，信号在任何媒介中都会有衰减、损耗和由于随即信号或噪声干扰所引起的衰减以及由于媒介本身的装置所引起的可能的失真。因此，任何通信系统都有一个发射机和接收机之间的最大允许距离，超过了这个距离，系统就不再提供有效的通信。在长距离应用中，有必要考虑这些因素，如隔一段距离设置一些中继器或线性放大器，并且在信号发送之前消除失真，提高信号电平都可以将通信继续下去。图1（b）所示的光纤通信系统可能要比图1（a）所示的要详细一些。（是图1（b）显示的光纤通信系统，书上可能弄错了）在这个系统中，信息源产生一

44、个电信号到发射机中，发射机包含一个电极，驱动光源产生一个调制光波。产生光电转换的光源可能是半导体激光也可能是发光二极管。传输媒介由光缆组成，接收机由光电探测器组成，光电探测器驱动另一个电极，从而将调制光波解调。光敏二极管（pn型、pin型或雪崩型），在有些场合，光敏三极管和光敏器都用来做光信号的探测和光电转换。因此，这就需要在光通信的两端各有一个电气接口，而就目前来说，信号处理也通常是以电的方式进行的。光波可能通过模拟或数字信号进行调制。图1（b）所示的系统中，模拟调制中光源发出的光的变化是连续的。而在数字调制中，光强的变化是离散的（也就是开关脉冲）。虽然具有光纤系统的模拟调制易于实现，但这种

45、调制要求在接受器处有比数字调制高的多的信噪比。而且，半导体光源的线性度也不一定能满足模拟调制的要求，尤其是调制频率较高的时候。由于这些原因，模拟光纤通信系统与数字的相比，常限制在短距离和低带宽的场合。图2给出了一个典型的数字光纤通信系统的图示。首先，将信息源产生的数字输入信号按适合于光纤传输的方式编码。激光驱动电路直接按已编码的数字信号调制半导体激光的强度。于是一个数字光信号就进入了光缆。前置放大器与均衡器或者滤波器跟在雪崩光电二极管探测器的后面以获得增益、线性信号处理及噪声带宽的抑制。最后，获得的信号被解码成最初的数字信息。然而，现在考虑利用光纤的光通信，与促使这种系统遍及世界各领域的有线和

46、无线电通信相比的优势，将是非常意义的。UNIT 13 Artificial Intelligence Techniques and Applications人工智能技术及应用131 人工智能技术人工智能这个术语，从最广泛的意义上说，反映的是一种人工制品表现出与人类思维相同功能的能力。发展这种人工制品的潜在价值从古代起就激起了人们的兴趣。随着现代科学的发展，对于AI两个主要方面展开探索：对于人类思维本质的心理学和生理学研究，以及对日益高级的计算机系统的开发。从后来的意义来看，AI被应用在计算机系统和程序设计方面，这种程序比直接编程可执行复杂得多的功能，然而远远没有达到真正的人类思维的领域。对人工智能的研究体现在几个最重要的领域：信息处理、模式识别、博弈计算机和医疗诊断。当前对信息处理的研究就是通过编程使计算机能够识别手写和语音信息、对信息做出概括、回答特定问题，