信息技术概述

第一章信息技术概述1本章学习目的与要求1.了解什么是信息，什么是信息处置，什么是信息技术2.了解什么是微电子技术，它的作用和意义3.了解通讯系统的分类和通讯技术的开展前景初步了解通讯系统的组成和数据通讯的根本原理.了解什么是比特和比特的运算,掌握二进制与十进制、八进制数据、十六进制数的关系，熟习整数和实数在计算机内的表示法。21.1信息与信息技术31.1.1信息与信息处置4信息定义信息就是信息，它既不是物质也不是能量。 —N.Wiener〔控制论开创人〕事物运动的形状及形状变化的方式。——客观事物立场认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的方式、内容和成效。——认识主体立场5“信息〞和“数据〞，这2个术语的概念在计算机信息处置中是既有区别又有联络的。计算机是一种基于二进制运算的信息处置机器，任何需求由计算机进展处置的信息，都必需进展一定程度的方式化，并表示成二进制编码的方式。这就引进了数据的概念。6信息处置过程信息施效〔效应器官〕信息获取〔觉得器官〕信息传送〔神经系统〕信息加工〔大脑〕信息传送〔神经系统〕事物客体7与信息处置相关的行为和活动信息搜集——感知、丈量、识别、获取、输入等信息加工——分类、计算、分析、综合、转换、检索、管理等信息存储信息传送信息施用——控制、显示等81.1.2信息技术9信息技术信息技术：用来扩展人的信息器官功能、协助人们进展信息处置的一类技术。人的信息器官及功能：觉得器官〔眼耳鼻舌身〕——获取信息神经网络——传送信息思想器官〔大脑〕——处置信息并再生信息效应器官〔手脚〕——施用信息10根本信息技术感知与识别技术——扩展觉得器官功能,提高人们的感知范围、感知精度和灵敏度通讯技术与存储技术——扩展神经网络功能,消除人们交流信息的空间和时间妨碍计算处置技术——扩展思想器官功能,加强者们的信息加工处置才干控制与显示技术——扩展效应器官功能，加强者们的信息控制才干111.1.3信息处置系统12信息处置系统 用于辅助人们进展信息获取、传送、存储、加工处置、控制及显示的综合运用各种信息技术的系统。信息加工通讯/存储控制与显示通讯/存储感知与识别信息处置系统构造13信息处置系统实例雷达是一种以感知与辨以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〕的以信息传送为主要目的的系统是一种双向的、点到点的以信息交互为主要目的的系统银行是一种以处置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置系统141.2电子信息技术简介15微电子技术与集成电路微电子技术：以集成电路为中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构成和开展起来的。16电子线路运用的根底元件的演化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17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）＞100万18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，它们是计算机的中心。 先进的微电子技术→→高集成度芯片→→高性能的计算机→→利用计算机进展集成电路的设计、消费过程控制及自动测试，又能制造出性能高、本钱更低的集成电路芯片19集成电路的开展趋势集成电路的任务速度主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸，晶体管的尺寸越小，其极限任务频率越高，门电路的开关速度就越快。芯片上电路元件的线条越细，一样面积的晶片可包容的晶体管就越多，功能就越强，速度也越快。20集成电路的开展趋势提高集成度，关键在减少门电路面积集成电路特点：体积小、分量轻、可靠性高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公司开创人21集成电路的开展趋势Intel公司微处置器集成度的开展19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium4晶体管数22集成电路的开展趋势19992001200420082014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）9013018323集成电路的开展趋势目前集成电路消费的主流技术：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 IntelP4：已采用0.13μm工艺制造消费AMD：有采用0.13μm工艺制造消费的CPU1〔μm微米〕＝1/1,000,000〔米〕美国半导体协会(SIA)预测，到2021年将能到达18吋晶圆和0.07～0.05微米的工艺。在未来十年时间里，集成电路的技术还将继续遵照Moore定律得到进一步的开展241.3通讯技术入门251.3.1概述通讯：各种信息的传送现代通讯：运用电波或光波双向传送信息的技术〔电信〕26概述通讯三要素：信源〔信息的发送者〕信宿〔信息的接纳者〕信道〔信息的载体与传播媒介〕产生和发送信息的一端信源信宿通讯线路信道噪声外界的干扰接纳信息的一端271.3.2通讯系统的根本原理数据通讯:将数据(一串比特)从信源传输到信宿的过程.数据传输过程28数据通讯模型及有关的根本概念信道调制解调〔编码器：调制，解码器：解调〕多路复用〔主干信道〕交换技术信源〔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〕29信道的根本概念信道的定义：向某个方向传输信息的媒体。一条通讯线路通常包含一个发送信道和一个接纳信道。根据信号在信道上的传输方向单工通讯半双工通讯全双工通讯30调制解调根本概念调制〔Modulation〕将基带数字信号的波形变换为适宜于模拟信道传输的模拟信号波形。〔将数字信号转换成模拟信号〕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。〔将模拟信号转换成数字信号〕根本调制方法：调幅，调频，调相31多路复用根本概念多路复用 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，话路信息〕或数字信号，这就是多路复用。多路复用技术通常有： 频分复用，时分复用，码分复用，波分复用

信道多路复用器多路复用器终端终端终端终端终端终端终端终端32多路复用根本概念信道运用的鸡尾酒会原理在一个大房间里〔一个信道〕，有许多对人在交谈〔多路信号传输〕：时分复用——不同对的人轮番交谈，一对交谈终了后另一对再接上。频分复用——不同对的人分成不同的组，每组独立占用房间内的一小块区域，各组人同时进展本人的交谈，互不干扰。码分复用——不同对的人分别用不同言语进展交谈，其它言语只当作噪音不予理睬。33多路复用根本概念波分多路复用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34交换的根本概念交换： 在广域网的情况下，网络节点是部分衔接，没有直接互联的节点间的通讯，必需经过中转节点的转换才干实现。这种由中转节点参与的通讯和系统中两个用户间的通话必需经由交换机的景象类似，也称为交换。中转的节点称为交换节点。 交换技术能为需求通讯的计算机建立一个暂时的通讯链路，通讯终了后再撤除链路。35交换的根本概念电路交换〔线路交换〕为发送端和接纳端建立一条暂时的实践物理通道，供通讯双方运用，通讯终了后，交换机内的连线被撤除。 例如：交换机 优点：交换方式简单，适宜远间隔成批数据传输，建立一次衔接可传送大量数据。 缺陷：线路利用率低，通讯本钱高36交换的根本概念分组交换〔包交换〕把需求传输的数据块分割成假设干小块，然后为每个小块数据加上有关的地址信息及分组信息，组成一个数据包〔也称为“分组〞〕。数据包的长度通常为几十到几百个字节。数据包按照类似于流水线的方式在网络中经过缓冲、转发而到达目的地。通讯网络中每个结点为其相连的每条链路预备了一个缓冲区，每个数据包按照去向不同送入各个缓冲区排队，当某一条链路空闲时，就从相应的缓冲区中取出一个数据包发送到下一结点，下一结点再进展转发，直至数据包到达接纳端。接纳端的计算机按照数据包的编号，将它们重新组装成为原来方式的数据块。37交换的根本概念分组交换〔包交换〕 优点：线路利用率高；收发双方不需同时任务，当接纳方忙碌时，整个网络都可以作为它的缓冲；可以给数据包建立优先级，使得一些重要运用的数据包能优先传送。 缺陷：延时长，不宜用于实时通讯或交互通讯。

38传输介质有线介质双绞线同轴电缆光纤无线介质无线电波微波红外线激光39通讯系统的性能目的信道带宽与信道的最高信息传输速率的关系：理想信道的最高码元传输速率(单位：Baud波特)=2*信道带宽〔Hz〕〔奈氏准那么〕理想信道的最高信息传输速率〔单位：b/s，比特〕=最高码元传输速率*一个码元携带的信息量1Mb/s=1000b/s,1Gb/s=1000Mb/s例如： 信道带宽：3KHz(3000Hz) 最高码元传输速率：6000Baud一个码元携带2bit的数据量,最高信息传输速率：12000b/s=12Mb/s40通讯系统的性能目的误码率〔errorrate〕指数据传输中出错数据占被传输数据总数的比例。局域网误码率。<10-6端---端延迟：指数据从信源传送到信宿所破费的时间。41有线载波通讯有线载波通讯：主要传输，电报、、数据也可传输广播、可视、电视节目根据所用的传输介质，有线载波通讯可分为：明线载波系统对称电缆载波系统同轴电缆载波系统42无线通讯无线通讯原理利用电磁波可以在空间自在传播的特性，经过调理电磁波的振幅、频率或相位实现远间隔传输信息。43微波通讯微波：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。 微波通讯是定向通讯。微波通讯方式：地面微波接力通讯卫星通讯对流层散射通讯通讯卫星对流层不均匀体44卫星通讯 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讯。 是微波接力通讯技术与空间技术相结合的产物。45挪动通讯挪动通讯处于挪动形状的对象之间的通讯，包括寻呼系统，蜂窝式挪动〔俗称手机〕，集群调度，无绳和卫星系统。46挪动通讯挪动台：是挪动的通讯终端，它是接纳无线信号的接纳机，包括手机，呼机，无绳等。基站：是与挪动台联络的一个固定收发机，它接纳挪动台的无线信号，每个基站担任与一个特定区域〔10km～20km的区域〕的一切的挪动台进展通讯。挪动交换中心：与基站之