信息技术概述市公开课金奖市赛课一等奖课件

信息就是信息，它既不是物质也不是能量。——N.Wiener（控制论创始人）事物运动状态及状态改变方式。——客观事物立场认识主体所感知或所表述事物运动及其改变方式形式、内容和效用。——认识主体立场

1.1.1信息与信息处理1.1信息与信息技术01-Nov-22第1页人工进行信息处理过程信息施效（效应器官）信息获取（感觉器官）信息传递（神经系统）信息加工（大脑）信息传递（神经系统）事物客体01-Nov-22第2页与信息处理相关行为和活动信息搜集——感知、测量、识别、获取、输入等信息加工——分类、计算、分析、综合、转换、检索、管理等信息存放信息传递信息施用——控制、显示等01-Nov-22第3页1.1.2信息技术信息技术：用来扩展人信息器官功效、帮助人们进行信息处理一类技术。人信息器官及功效：感觉器官（眼耳鼻舌身）——获取信息神经网络——传递信息

思维器官（大脑）——处理信息并再生信息效应器官（手脚）——施用信息01-Nov-22第4页基本信息技术感知与识别技术——扩展感觉器官功效,提升人们感知范围、感知精度和灵敏度通信技术与存放技术——扩展神经网络功效,消除人们交流信息空间和时间障碍计算处理技术——扩展思维器官功效,增强人们信息加工处理能力控制与显示技术——扩展效应器官功效，增强人们信息控制能力01-Nov-22第5页1.1.3信息处理系统

用于辅助人们进行信息获取、传递、存放、加工处理、控制及显示综合使用各种信息技术系统。信息加工通信/存放控制与显示通信/存放感知与识别信息处理系统结构图01-Nov-22第6页信息处理系统实例雷达是一个以感知与识别为主要目标系统电视/广播系统是一个单向、点到多点（面）以信息传递为主要目标系统电话是一个双向、点到点以信息交互为主要目标系统银行是一个以处理金融业务为主系统图书馆是一个以信息收藏和检索为主系统Internet是一个跨越全球多功效信息处理系统

01-Nov-22第7页1.2.1微电子技术与集成电路微电子技术：

以集成电路为关键电子技术是在电子电路和系统超小型化和微型化过程中逐步形成和发展起来。1.2微电子技术介绍01-Nov-22第8页电子电路使用基础元件演变真空电子管

在这个阶段产生了广播、电视、无线电通信、仪器仪表、自动化技术和第一代电子计算机晶体管

1948年创造，再加上印制电路组装技术使用，使电子电路在小型化方面前进了一大步，产生了第二代计算机01-Nov-22第9页电子线路使用基础元件演变集成电路(IntegratedCircuit，简称IC) 20世纪50年代出现，以半导体单晶片作为材料，经平面工艺加工制造，将大量晶体管、电阻等元器件及互连线组成电子线路集成在基片上，组成一个微型化电路或系统。 当代集成电路使用半导体材料通常是硅(Si)，也能够是化合物半导体如砷化镓(GaAs)等超大规模集成电路小规模集成电路01-Nov-22第10页集成电路规模依据所包含晶体管数目分为：集成电路规模集成度（个电子元件）小规模集成电路（SSI）＜100中规模集成电路（MSI）100~3000大规模集成电路（LSI）3000~10万超大规模集成电路（VLSI）10万~100万极大规模集成电路（ULSI）＞100万01-Nov-22第11页集成电路分类依据所用晶体管结构、电路和工艺分为：

双极型（Bipolar）集成电路、

金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路

双极－金属-氧化物-半导体集成电路（Bi-MOS）01-Nov-22第12页集成电路分类依据集成电路功效分为：

数字集成电路（如逻辑电路、存放器、微处理器、微控制器、数字信号处理器等）

模拟集成电路（又称为线性电路，如信号放大器、功率放大器等）

01-Nov-22第13页集成电路分类依据用途分为：

通用集成电路(如:微处理器和存放器芯片)

专用集成电路（ASIC）01-Nov-22第14页微电子技术与集成电路集电路芯片是微电子技术结晶，它是计算机和通信设备关键先进微电子技术→→高集成度芯片→→高性能计算机→→利用计算机进行集成电路设计、生产过程控制及自动测试→→制造出性能高、成本更低集成电路芯片01-Nov-22第15页集成电路特点：体积小、重量轻、可靠性高Moore定律 单块集成电路集成度平均每18～24个月翻一番——GordonE.Moore,1965年Intel企业创始人1.2.3集成电路发展趋势01-Nov-22第16页

Intel企业微处理器集成度发展1970197519801985199019951,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium4晶体管数1.2.3集成电路发展趋势01-Nov-22第17页1999工艺(μm)0.180.130.090.060.014晶体管(M)23.847.61355393500时钟频率(GHz)1.21.62.02.65510面积(mm2)340340390468901连线层数678910晶圆直径（mm）300300350400450引脚数目7009573350功耗（w）901301831.2.3集成电路发展趋势01-Nov-22第18页当前集成电路生产主流技术：12吋晶圆、0.18微米工艺，并正在向14吋晶圆、0.09微米工艺过渡 Intel:P4：已采取0.13μm工艺制造生产AMD:有采取0.13μm工艺制造生产CPU美国半导体协会(SIA)预测，到将能到达18吋晶圆和0.07～0.05微米工艺。在未来十年时间里，集成电路技术还将继续遵照Moore定律得到深入发展.1.2.3集成电路发展趋势01-Nov-22第19页全称为”集成电路卡”英文名:chipcard或smartcard按卡中所镶嵌集成电路芯片可类:

1.存放器卡容量:几KB到几十KB主要应用场所:电话卡,水电费卡,公交卡,医疗卡

2.CPU卡(智能卡)

主要应用场所:工作证件,信用卡(如SIM卡)1.2.4IC卡01-Nov-22第20页通信：各种信息传递当代通信：使用电波或光波双向传递信息技术（通常称为电信telecommunication）1.3通信技术入门01-Nov-22第21页1.3.1概述通信三要素：

信源（信息发送者）

信宿（信息接收者）

信道（信息载体与传输媒介）通信系统模型：信源（宿）编码器（解码器）复用（分路）信道复用（分路）编码器（解码器）信源（宿）01-Nov-22第22页1.3.4传输介质金属导体:

双绞线和同轴电缆光导纤维:

简称光纤

无线电波:

中波,短波,超短波和微波01-Nov-22第23页有屏蔽双绞线（STP）无屏蔽双绞线（UTP）种类与传输速率

三类线：10Mb/s

五类线：100Mb/s

六类线：200Mb/s常见应用

电话系统（模拟信号） 局域网（数字信号）RJ45接头双绞线01-Nov-22第24页同轴电缆含有良好传输特征和屏蔽特征能够组成大容量载波通信系统一对小同轴管可提供数千个话路一对中同轴管可提供上万个话路多管同轴电缆电路则能提供相当大传输容量用于主要传输干线同轴电缆种类：

1.基带同轴电缆（阻抗50Ω）：(传输数字信号,主要应用在局域网中) 2.宽带同轴电缆（阻抗75Ω）：(传输模拟信号,主要应用在有线电视电缆中)01-Nov-22第25页2.光导纤维传输介质：光纤（光缆）传输信号：光信号（数字信号，有光脉冲相当于1，无光脉冲相当于0）传输速率：1Gb/s以上包层纤芯光纤组成01-Nov-22第26页光缆示意图2.光导纤维01-Nov-22第27页光波在纤芯中传输原理

当光线入射角足够大时，就会出现全反射，重复此过程， 光就沿着光纤传输下去.光纤种类

多模：纤芯直径为50或62.5μm，能够存在许多条入射角不一样光线，各自以不一样反射角全反射传输下去（即：每一个光线有一个不一样模式）。

单模：只有一根光纤,纤芯直径为8—10μm（一个光波波长），光线不出现反射，直接向前传输

。衰耗小，在2.5Gb/s

高速率下传输数十公里而无须采取中继器。光线光波在光纤中传输2.光导纤维01-Nov-22第28页光纤通信系统

调制器发信电路激励电路信息解调器收信电路放大电路信息光缆中继器发信设备收信设备电光变换器光电变换器2.光导纤维01-Nov-22第29页光纤通信优点传输频带非常宽，通信容量大抗雷电和电磁干扰、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重量轻，便于运输和铺设光纤通信缺点准确连接两根光纤比较困难2.光导纤维01-Nov-22第30页2.光纤通信光纤通信瓶颈之一是光信号传输距离。 普通光纤网络中信息在传输时每隔200km～500km间需加入电放大器，将光信号还原成电信号进行放大，然后再转换成光信号继续传输。这不但增加成本，还使深入提升带宽变得越来越困难，超高速传输所带来经济效益将被昂贵光/电和电/光转换所抵消。全光网（AllOpticalNetwork）：光信息流在通信网络中传输及交换时一直以光形式存在，不需要经过光/电、电/光转换。

全光网技术是光纤通讯领域前沿技术。01-Nov-22第31页1.微波微波：一个含有较高频率(300MHz～300GHz)电磁波。波长很短，通常为1米至1毫米。微波通信:是众多无线通信形式中一个。

3.无线电波(中波,短波,超短波和微波)01-Nov-22第32页通信卫星对流层不均匀体微波通信微波远距离通信方式：地面微波接力通信如终端站A，经过地面中继站C，D，E,F，...，与另一终端站H进行通信。中继站之间距离大致与塔高平方成正比。普通为50公里左右。

卫星通信地球站A经通信卫星（空中微波中继站）与另一地球站H进行通信。是微波接力通信向太空延伸。对流层散射通信终端站X发出微波信号经对流层散射传到另一终端站Y进行通信。01-Nov-22第33页微波通信微波通信优点：

容量大可靠性高建设费用低抗灾能力强01-Nov-22第34页2.卫星通信 利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，实现两或多个地球站之间通信。 是微波接力通信技术与空间技术相结合产物。01-Nov-22第35页2.卫星通信通信卫星工作原理

从地面站1发出无线电信号，被卫星通信天线接收后，首先在通信转发器中进行放大、变频和功率放大，然后由卫星通信天线把放大后信号重新发向地面站2，从而实现两个地面站或多个地面站远距离通信。

通信卫星地面站1地面站2地球01-Nov-22第36页卫星卫星卫星地球35800公里2.卫星通信同时轨道卫星(地球同时卫星)赤道上方高度为36000公里地方，卫星运行周期与地球自转一圈周期相同，所以在地面上看这种卫星好似静止不动。三颗同时定点轨道

卫星就能够覆盖地球几乎全部面积，能够进行二十四小时全天候通信。天空中最多只能有180颗地球同时通信卫星。01-Nov-22第37页2.卫星通信

卫星通信特点：优点：通信距离远、频带宽、容量大、抗干扰强、通信稳定缺点：造价高（卫星本身，发射卫星火箭）、技术复杂、通信天线口径大、有较大延时、同时轨道卫星数目有限01-Nov-22第38页1.3.5移动通信移动通信

处于移动状态对象之间通信，包含寻呼系统，蜂窝移动电话（俗称手机），集群调度，无绳电话和卫星系统。

01-Nov-22第39页蜂窝移动通信系统组成移动台、基站、移动电话交换中心移动电话网基站有效区域1.3.5移动通信01-Nov-22第40页移动台：是移动通信终端，它是接收无线信号接收机，包含手机，呼机，无