第一章：信息技术概述

第一章信息技术概述1.1信息与信息技术

1.3通信技术入门

1.4数字技术基础1.2微电子技术简介信息与信息技术1.1.1信息与信息处理信息是什么？1.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)2.事物运动的状态及状态变化的方式。

——客观事物立场3.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

例：人口统计状态：中国当前人口总数约13亿状态变化方式：每年以约1%的增长率增加13亿和1%给我们以人口统计的信息。信息处理做什么？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）事物客体人工进行信息处理的过程信息的收集

信息的加工

信息的存储

信息的传递

信息的施用

1.1.2信息技术信息技术：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。1.人的信息器官及功能：

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2.信息技术感知与识别技术——扩展感觉器官功能,提高人们的感知范围、感知精度和灵敏度通信技术与存储技术——扩展神经网络功能,消除人们交流信息的空间和时间障碍计算处理技术——扩展思维器官功能,增强人们的信息加工处理能力控制与显示技术——扩展效应器官功能，增强人们的信息控制能力1.1.3信息处理系统信息处理系统：用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加工处理、控制及显示的综合使用各种信息技术的系统。信息加工通信/存储控制与显示通信/存储感知与识别信息输入信息输出信息处理系统示意图信息处理系统分类依据自动化程度——人工的、半自动的、全自动的依据技术手段——机械的、电子的、光学的依据通用性——专用的、通用的……信息处理系统实例雷达是一种以感知与识别为主要目的的系统电视/广播系统是一种单向的、点到多点（面）的以信息传递为主要目的的系统电话是一种双向的、点到点的以信息交互为主要目的的系统银行是一种以处理金融业务为主的系统图书馆是一种以信息收藏和检索为主的系统Internet是一种跨越全球的多功能信息处理系统

现代信息技术以数字技术为基础以计算机为核心采用电子技术进行信息的收集、传递、加工、存储、显示、控制。现代信息技术领域：微电子、通信、广播、计算机、遥感遥测、自动控制、机器人等微电子技术简介1.2.1微电子技术与集成电路微电子技术：

是实现电子电路和电子系统超小型化及微型化的技术，以集成电路为核心。电子线路使用的基础元件的演变：真空电子管

晶体管中小规模集成电路大规模超大规模集成电路集成电路(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构成的电子线路集成在基片上，构成一个微型化的电路或系统。集成电路的规模:根据所包含的晶体管数目分为：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）＞100万集成电路的分类:根据所用晶体管结构、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）等根据集成电路的功能分为：

数字集成电路（如逻辑电路、存储器、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）根据用途分为：

通用集成电路

专用集成电路（ASIC）微电子技术与集成电路集成电路芯片是微电子技术的结晶，它们是计算机的核心。

先进的微电子技术→→高集成度芯片→→高性能的计算机→→利用计算机进行集成电路的设计、生产过程控制及自动测试，又能制造出性能高、成本更低的集成电路芯片1.2.3集成电路的反展趋势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提高集成度，关键在缩小门电路面积。Moore定律

单块集成电路的集成度平均每18～24个月翻一番

——GordonE.Moore,1965年Intel公司创始人19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium4晶体管数30年来微处理器集成度的发展1.2.4IC卡IC卡是“集成电路卡”的简称分类：

1、存储器卡

2、CPU卡也称智能卡通信技术入门通信：各种信息的传递现代通信：使用电波或光波双向传递信息的技术（电信）1.3.1概述信源（宿）信道信源（宿）信号信号通信系统简单模型

通信系统中被传输的信息都必须以某种电（或光）信号的形式才能通过传输介质进行传输：两种信号形式：连续形式模拟信号模拟传输技术

离散形式数字信号数字传输技术t(a)连续信号t(b)离散信号1.3.2怎样远距离传输信息？？调制：

在信息传输时，利用信源信号去调整载波的某个参数。解调：信号到达目的地时，接收方把载波所携带的信号检测来恢复为原始信号的形式。

多路复用技术：让多路信号同时共用一条传输线路进行传输。数字传输技术采用的是时分多路复用（TDM）模拟传输技术采用的是频分多路复用（FDM）1.3.3怎样降低传输信息成本？？时分多路复用

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。时分制通信也称时间分割通信，它是数字电话多路通信的主要方法。模拟通信技术：直接传输信源所产生的模拟信号或者通过模拟信号对载波调制后进行传输的通信技术。

直接传输信源所产生的数字信号或者通过数字信号对载波调制后进行传输的通信技术。1.3.4传输介质金属导体光导纤维利用电流传输信息利用光波传输信息利用电磁波传输信息一：金属导体同轴电缆双绞线二：光导纤微（光纤）1、结构光波在纤芯中的传输原理：当光线的入射角足够大时，就会出现全反射重复此过程，光就沿着光纤传播下去光线光波在光纤中的传播多模：纤芯直径为50或62.5μm，可以存在许多条入射角不同的光线，各自以不同的反射角全反射传播下去（即：每一个光线有一个不同的模式）分类:单模：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

的高速率下传输数十公里而不必采用中继器。2、光纤的通信原理波分多路复用：是在一根光纤中同时传输几种不同波长的光波以达到增大信道容量的目的：全光网（AllOpticalNetwork）：光信息流在通信网络中的传输及交换时始终以光的形式存在，不需要经过光/电、电/光转换。全光网技术是光纤通讯领域的前沿技术，是21世纪真正的高速公路。三：无线电波无线通信原理：利用电磁波可以在空间自由传播的特性，通过调节电磁波的振幅、频率或相位实现远距离传输信息。微波：一种具有较高频率(300MHz～300GHz)的电磁波。 波长很短，通常为1米至1毫米。在空间主要是直线传播。

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通信卫星对流层不均匀体卫星通信

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的通信。

通信卫星地面站1地面站2地球通信卫星的工作原理卫星通信

通信卫星工作原理

从地面站1发出的无线电信号，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，然后由卫星的通信天线把放大后的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的远距离通信。

通信卫星地面站1地面站2地球中、低轨道卫星 运行周期小于地球自转一圈的周期，因此相对于地面是运动的，卫星天线覆盖的区域小，地面天线必须随时跟踪卫星。

优点：高度仅是同步轨道的二十分之一至八十分之一，路径损耗低，传播时延时大大缩短，对于手执通信终端和话音通信非常有利。

例如，摩托罗拉公司的一项计划：发射66颗低轨道卫星（高度750km）覆盖整个地球，利用直接与卫星通信的手持设备实现世界范围内的电信服务。卫星卫星卫星地球35800公里同步轨道卫星(地球同步卫星)

赤道上方高度为36000公里的地方，卫星的运行周期与地球自转一圈的周期相同，因此在地面上看这种卫星好似静止不动。三颗同步定点轨道

卫星就可以覆盖地球的几乎全部面积，可以进行二十四小时的全天候通信。

移动通信处于移动状态的对象之间的通信，包括寻呼系统，蜂窝移动电话（俗称手机），集群调度，无绳电话和卫星系统。

蜂窝移动通信的发展第一代：传输模拟信号，使用频段800/900MHz第二代：传输数字信号，使用频段900MHz～1800MHz

标准如下：

GSM（欧洲全数字移动通信系统，全球可移动通信系统,全球通）

IS-54（美国移动通信系统，数字系统并兼容模拟系统）

JDC（日本移动通信系统，数字系统并兼容模拟系统）第三代：使用频段2GHz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的有效区域移动台：是移动的通信终端，它是接收无线信号的接收机，包括手机，呼机，无绳电话等。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。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。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，所以也称为“蜂窝式移动通信”。

四：数字技术基础数字技术：就是用0和1两个数字表示、处理、存储、传输信息的技术。1.4.1信息的基本单位---比特（bit）

二进位数字－二进位－“位”比特既没有颜色，也没有大小和质量。在不同的应用中有不同的含义。……字，字长字节（8位）位位、字节、字及字长2、比特的运算逻辑代数（布尔代数）：逻辑加（“或”运算）表示符号：“OR”“”“+”001001101111逻辑乘（“与”运算）表示符号：“AND”“”“.”000100100111取反运算：“0”取反后是“1”，“1”取反后是“0”。存储容量：使用2的幂次作为单位有助于存储器的设计。千字节（KB）1KB=210字节＝1024B兆字节（MB）1MB=220字节＝1024KB吉字节（GB）1GB=230字节＝1024MB太字节（TB）1TB=240字节＝1024GB1.4.2比特和二进制数常用计数制的基数和数字符号十进制二进制八进制十六进制基数数字符号100~920,180~7160~9,A,B,C,D,E,F编码和数制十进制用D表示二进制用B表示八进制用Q表示十六进制用H表示1.十进制特点：以十为底，逢十进一；表示：例：1997.8=1×103+9×102+9×101+7×100+8×10-12.二进制特点：以2为底，逢2进位；

表示：例：(1011.1)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1数制间的转换十进制数非十进制数非十进制数十进制数二、八、十六进制之间的转换编码和数制2751237121802912402202110示例2:结果为：1001011十进制整数二进制整数

87538918110结果为：113余数法：除基数取余数、由下而上排列。示例1：十进制整数八进制整数进位法：用十进制小数乘基数，当积为0或达到所要求的精度时，将整数部分由上而下排列。示例：

0.625

╳2

1.250整数为1

╳2

0.50整数为0

╳2

1.0

整数为1小数值为0结果为：101十进制小数二进制小数位权法：把各非十进制数按权展开求和示例：

(1011.1)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1

×2-1=8+0+2+1+0.5 =(11.5)10二进制数