信息技术概述

1、1第一章 信息技术概述21.1信息定义 n信息是指事物运动的状态及状态变化的方式（客观事物立场客观事物立场），是认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的形式、内容和效用（认识主体立场认识主体立场）。n数据的定义n形式化后能够被计算机处理的信息称为数据。31.2信息技术n信息技术：用来扩展人的信息器官功能、协助人们进行信息处理的一类技术。n扩展感觉器官功能的感测与识别技术；n扩展神经系统功能的通信技术；n扩展大脑功能的计算（处理）与存储技术；n扩展效应器官功能的控制与显示技术。41.2信息技术n例：与信息技术中的感测、存储、通信技术相比，计算机主要用于扩展人的_器官的功能。nA.感觉（感测

2、与识别）nB.神经网络（通信）nC.思维nD.效应（控制与显示）51.2信息技术n用于扩展人的神经网络系统和记忆器官的功能，消除信息交流的空间障碍和时间障碍的信息技术是_。 A感测与识别技术 B控制与显示技术 C计算技与处理技术 D通信与存储技术 61.2信息技术n与信息处理相关的行为和活动：n信息收集，信息加工（计算、分析、检索等），信息存储，信息传递和信息施用（控制、显示等）。 71.3信息处理系统 n现代信息技术的三大领域：微电子技术、通信技术、数字技术（计算机技术）。nl 当代电子信息技术的基础有两项：微电子与光纤技术和数字技术。nl 现代信息技术的主要特征：以数字技术为基础，以计算机

3、为核心。81.3信息处理系统 n【2007真题】现代信息技术的主要特征是以数字技术为基础，以 为核心。n【2008真题】当代电子信息技术的基础有两项：一项是微电子与光纤技术；另一项_是技术，电子计算机从一开始就采用了该技术。 信息产业n概念：生产制造信息设备，以及利用这些设备进行信息采集、储存、传递、处理、制作与服务的所有行业与部门的总和。n20世纪90年代以来，人类正走进以信息技术为核心的知识经济时代。1.4信息化与信息社会n第一次工业革命：蒸汽机n第二次工业革命：电动机和发电机n第三次工业革命：信息技术等（20世纪80年代开始，信息技术引发了第三次工业革命。）1.4信息化与信息社会 n信息

4、化的概念起源于20世纪60年代日本；n信息化的本质：n利用信息技术帮助社会个人和群体有效利用新知识和新思想，从而建成能充分发挥人的潜力，实现其抱负的信息社会。n当今世界许多发达国家和经济共同体都提出了信息化国家发展战略。n目前，我国处于工业化的中期，技术还比较落后，信息化处于快速发展阶段。11122微电子技术 n2.1微电子技术概述 n2.2集成电路的分类 n2.3集成电路的发展趋势 132.1微电子技术 n微电子技术：n是信息技术领域的关键技术，是发展电子信息产业和各项搞技术的基础。n以集成电路为核心的电子技术，是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的。14大规模集成电

5、路大规模集成电路（LSI&VLSILSI&VLSI）上千万次到十多上千万次到十多万亿次每秒万亿次每秒真空电子管真空电子管 几千次每秒几千次每秒 用于军事和科用于军事和科学研究工作学研究工作晶体管晶体管 几十万次每秒几十万次每秒 还用于数据处理还用于数据处理和事务处理和事务处理集成电路集成电路(SSI&MSI)(SSI&MSI) 几十万次几百万几十万次几百万次每秒次每秒 用于各个领域用于各个领域1946195819641970195819641971分类依据：电子电路分类依据：电子电路中使用的基础元件中使用的基础元件半导体材料：半导体材料：硅（硅（Si）2.1微电子技术 152.1微电子技术n集

6、成电路集成电路(Integrated Circuit(Integrated Circuit，简称，简称IC)IC)n集成电路芯片是微电子技术的结晶，是计算机的核心。n集成电路的规模由单个芯片或单位面积中包含的基本电子元器件的个数确定。n集成电路的制作材料通常是硅（Si）、砷化镓（GaAs）。 162.1微电子技术n集成电路的制造集成电路的制造n晶圆切片（简称晶圆）是圆形单晶硅薄片，是供芯片生产的基本材料。n集成电路芯片（芯片）是以集成电路为主体，以晶圆为基本材料，经过多道工艺制造，在它上面集成晶体管、电阻、电容等元件及互连线构成的电子线路。172.2集成电路的分类 n按照晶体管数目n小规模（S

7、SI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）、超大规模（VLSI）、极大规模（ULSI）（ 100 3000 10万 100万 ）SSIMSILSIVLSIULSI182.2集成电路的分类 n按照结构、工艺分为：n双极型集成电路（Bipolar）；n金属氧化物半导体集成电路（MOS）；n双极金属氧化物半导体集成电路（Bi-MOS）n按照功能分（ ）n数字集成电路和模拟集成电路 192.2集成电路的分类 n按照用途分（ ）n通用集成电路和专用集成电路n微处理器和存储芯片属于通用集成电路；n按照某种应用的特定要求专门设计、定制的属于专用集成电路。202.3集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势n集成电

8、路特点n体积小、重量轻、可靠性高n集成电路的工作速度主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸。n晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快。n芯片上电路元件的线条越细，相同面积的晶片可容纳的晶体管就越多，功能就越强，速度也越快。提高集成度，关键在缩小门电路面积。n目前，集成电路批量生产的主流技术已经达到12-14英寸晶圆，45nm或32nm的工艺水平（Core i7-32nm ）212.3集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势nMoore定律n单块集成电路的集成度平均每1824个月翻一番（Intel公司创始人 Gordon E.Moore,1965年在电子学杂志）n集成度是有极限

9、的，因此，Moore定律不可能永远成立。222.4微电子技术n集成电路卡（IC卡）nIC卡是把集成电路芯片密封在塑料卡基片内，使其成为能存储、处理和传输数据的载体。nIC卡根据功能分为三类：存储器卡、带加密逻辑的存储器卡、CPU卡（如手机SIM卡,卡上集成了CPU、程序存储器和数据存储器，还配有操作系统）。nIC卡按照使用方式分为两种：接触式IC卡（电话IC卡）、非接触式IC卡（二代身份证）。233通信技术通信技术n3.1通信技术基础通信技术基础n3.2有线通信系统有线通信系统n3.3无线通信系统无线通信系统243.1通信技术基础通信技术基础n通信：各种信息的传递n现代通信：专指使用电波或广波

10、电波或广波传递信息的技术。n电信：专指双向双向通信。例如：网络、电话等。n通信系统：也称电信网，连接大量用户，由终端设备（电话机）、传输设备（电话线）、交换设备（程控交换机）等组成。253.1通信技术基础通信技术基础产生和发送信息产生和发送信息的一端的一端信源信源信宿信宿（载体（载体&传播媒介）传播媒介）信道信道噪声噪声（外界的干扰）（外界的干扰）接收信息的接收信息的一端一端通通信信三三要要素素263.1通信技术基础通信技术基础n通信系统通信系统n终端设备n传输设备n交换设备公共交换电话网(简称PSTN) 是一种用于全球语音通信的电路交换网络，是目前互联网纾上最大的网络，拥有用户数量大约是8亿

11、。 PBX （Private Branch Exchange ），用户级交换机，俗称：程控交换机，程控用户交换机，电话交换机，集团电话等.即公司内部使用的电话业务网络，系统内部分机用户分享一定数量的外线。273.1通信技术基础通信技术基础调制与解调制与解调技术调技术多路复用多路复用技术技术交换技术交换技术调制调制解调解调频分复用频分复用时分复用时分复用波分复用波分复用电路交换电路交换分组交换分组交换通通信信技技术术283.1通信技术基础通信技术基础n调制与解调调制与解调n调制（Modulation）：将基带数字信号的波形变换为适合于模拟信道传输的模拟信号波形。（发送端：数字信号转成模拟信号）n

12、解调（Demodulation）：将由调制器变换过的模拟信号波形恢复成原来的基带数字信号波形。（接收端：模拟信号转成数字信号）n基本调制方法：调幅（幅移键控法ASK），调频（频移键控法FSK），调相（相移键控法PSK）293.1通信技术基础通信技术基础n多路复用多路复用n为了提高线路利用率，总是设法在一条传输线路上，传输多个模拟信号（例如，语音信息）或数字信号，这就是多路复用。n多路复用技术通常有：n频分复用，时分复用，波分复用303.1.1多路复用技术多路复用技术n频分多路复用n将传输线路的频带分成N部分，每一个部分均可作为一个独立的传输信道使用。这样在一对传输线路上可有N对话路信息传送，而

13、每一对话路所占用的只是其中的一个频段。n频分制通信又称载波通信，它是模拟通信的主要手段。是模拟通信的主要手段。313.1.1多路复用技术多路复用技术n时分多路复用：n把一个传输通道进行时间分割以传送若干话路的信息。把N个话路设备接到一条公共的通道上，按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通道的时间。当轮到某个设备时，这个设备与通道接通，执行操作。与此同时，其它设备与通道的联系均被切断。待指定的使用时间间隔一到，则通过时分多路转换开关把通道联接到下一个要连接的设备上去。n时分制通信也称时间分割通信，它是数字电话多路是数字电话多路通信的主要方法。通信的主要方法。323.1.1多路复用技术多路复用

14、技术n波分多路复用n在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，使得数据传输速度和容量获得倍增。 333.1通信技术基础通信技术基础n交换技术：交换技术：n在任意两个需要进行通信的计算机之间建立一个临时的通信链路，通信结束后再拆除链路，称为交换技术。由中转节点参与的通信，中转的节点称为交换节点。n常用交换技术：电路交换、分组交换343.1通信技术基础通信技术基础n电路交换（线路交换）n为发送端和接收端建立一条临时的实际物理通道，供通信双方使用，通信完毕后，交换机内的连线被拆除。n例如：电话交换机n优点：交换方式简单，适合远距离成批数据传输，建立一次连接可传送大量数据。n缺点：线路利用率低，通信成本

15、高。353.1通信技术基础通信技术基础n分组交换（包交换）n数据块分割组成一个数据包（也称为“分组”）地址信息及分组信息。缓冲、转发而到达目的地。接收端的计算机按照数据包的编号，将它们重新组装成为原来形式的数据块。n例如：互联网络n优点：线路利用率高；收发双方不需同时工作，当接收方忙碌时，整个网络都可以作为它的缓冲；可以给数据包建立优先级，使得一些重要应用的数据包能优先传递。 n缺点：延时长，不宜用于实时通信或交互通信。 363.1通信技术基础通信技术基础n数据通信系统的性能指标数据通信系统的性能指标n 信道：通信信道是传输数据的一个物理路径或者是一种载波信号频率。n 带宽（信道容量）：一个信

16、道允许的最大最大数据传输速度。n 数据传输速率（data rate）：实际实际传输数据时，单位时间内传输的二进制位数目。通常使用“位/秒”（bps）作为单位。n 误码率（error rate）：数据传输中出错数据占被传输数据总数的比例。n 端-端延迟：数据从信号源传送到目的地所花费的时间。373.2有线通信系统有线通信系统n有线载波通信：有线载波通信：n采用的传输介质：架空明线，对称电缆，同轴电缆。n光纤光纤通信纤芯包层光线通信纤芯包层光线备注：备注：光导纤维的内芯的折射率大于大于外套折射率。光只有满足从光密介质射入光疏介质，才会发生全反射。383.2有线通信系统有线通信系统n利用光纤传导光信

17、号进行通信的一种技术。n 发端：发端：实现信号的电-光转换；每隔一定距离接入光中继器光中继器；n 收端：收端：实现信号的光-电转换。光纤通信可靠性好，保密性强。n全光网（AON）：n 不进行光光- -电、电电、电- -光光转换，速度提高，成本降低，它是信息高速公路的基础。n 优点：优点：传输频带非常宽，通信容量大（速度最快）；抗雷电和电磁干扰、抗辐射能力强；无串音干扰，保密性强，不易被窃听或截取数据；传输损耗小，通讯距离长。n 缺点：缺点：精确连接两根光纤比较困难。393.3无线通信系统无线通信系统n微波通信微波通信n微波是一种具有极高频率的电磁波（介于无线电波与光波之间,频率300MHz30

18、0GHz,波长1m1mm）。n微波不能沿地面绕射传播（中波），也不能经电离层反射传播（短波）。n远距离微波通信方式：地面微波接力通信、卫星通信、对流层散射通信。n微波通信容量大、建设费用省、抗灾能力强。403.3无线通信系统无线通信系统地地 球球通信卫通信卫星星地面站地面站1地面站地面站2卫星卫星卫星卫星卫星卫星地球地球36000公里中、低轨道卫星中、低轨道卫星：相对于地面：相对于地面是运动的，覆盖范围小，地面是运动的，覆盖范围小，地面天线必须跟踪卫星。但损耗小、天线必须跟踪卫星。但损耗小、延时少。延时少。同步定点卫星同步定点卫星：位于赤道上：位于赤道上空大约空大约3636，000000公里，

19、相对于公里，相对于地面固定不动，覆盖范围大，地面固定不动，覆盖范围大，三颗卫星几乎可以覆盖地球三颗卫星几乎可以覆盖地球全部面积。全部面积。 413.3无线通信系统无线通信系统n卫星通信卫星通信n卫星通信的特点：通信距离远，频带宽，容量大，干扰小，较稳定。但造价高、技术复杂，有一定延时。423.3无线通信系统无线通信系统n移动通信系统移动通信系统n移动通信是指处于移动状态的对象之间的通信，它包括蜂窝移动、集群调度、无绳电话、寻呼系统和卫星系统。433.3无线通信系统无线通信系统n第一代移动通信采用模拟技术。n第二代移动通信广泛采用数字技术（GSM,CDMA,IS-95）。n第三代移动通信n 电信

20、CDMA2000移动TD-SCDMA联通WCDMAn 实现目标：全球漫游；适应多种环境；提供高质量多媒体业务；提供大容量、高保密性和优质服务。n第四代移动通信n包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式 （ TD-LTE-Advanced查看扩展阅读）443.3无线通信系统无线通信系统453.3无线通信系统无线通信系统n蜂窝式移动通信：n 每个基站的有效区域既相互分割，又彼此有所交叠，整个移动通信网就像是蜂窝。n移动通信系统组成：n 移动台：是移动的通信终端，是接收无线信号的接收机，包括手机，呼机，无绳电话等。n 基站：是与移动台联系的一个固定收发机，它接收移动台的无线信号，每个基站负责与一个特定区域（10km 20km的区域）的所有的移动台进行通信。n 移动交换中心：与基站之间通过无线微波、电缆或光缆交换信息，移动交换中心再与公共电话网进行连接。463.4 计算机技术计算机技术代代 别别年年 代代使用的主要元器件使用的主要元器件配置的软件配置的软件主要应用主要应用第1代20世纪40年代中期50年代末期CPU：电子管内存：磁鼓使用机器语言和汇编语言编写程序科学计算和工程计算第2代50年代中、后期60年代中期CPU：