信息技术概述8874469511

1第一章信息技术概述2本章学习目标与要求1.了解什么是信息，什么是信息处理，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.了解通信系统的分类和通信技术的发展前景4.初步理解通信系统的组成和数据通信的基本原理.5.理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，熟悉整数和实数在计算机内的表示法。31.1信息与信息技术41.1.1信息与信息处理5信息定义•信息就是信息，它既不是物质也不是能量。—N.Wiener（控制论创始人）•事物运动的状态及状态变化的方式。——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形式、内容和效用。——认识主体立场6“信息”和“数据”，这2个术语的概念在计算机信息处理中是既有区别又有联系的。计算机是一种基于二进制运算的信息处理机器，任何需要由计算机进行处理的信息，都必须进行一定程度的形式化，并表示成二进制编码的形式。这就引进了数据的概念。7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8与信息处理相关的行为和活动•信息收集——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•信息存储•信息传递•信息施用——控制、显示等91.1.2信息技术10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。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11基本信息技术•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121.1.3信息处理系统13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处理系统结构14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151.2电子信息技术简介16微电子技术与集成电路微电子技术：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。17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18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）＞100万19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20集成电路的发展趋势•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，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。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。21集成电路的发展趋势•提高集成度，关键在缩小门电路面积•集成电路特点：体积小、重量轻、可靠性高•Moore定律单块集成电路的集成度平均每18～24个月翻一番——GordonE.Moore,1965年Intel公司创始人22集成电路的发展趋势Intel公司微处理器集成度的发展19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium4晶体管数23集成电路的发展趋势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）9013018324集成电路的发展趋势•目前集成电路生产的主流技术：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工艺制造生产•AMD：有采用0.13μm工艺制造生产的CPU•1（μm微米）＝1/1,000,000（米）•美国半导体协会(SIA)预测，到2010年将能达到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循Moore定律得到进一步的发展251.3通信技术入门261.3.1概述•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）27概述•通信三要素：信源（信息的发送者）信宿（信息的接收者）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信线路信道噪声外界的干扰接收信息的一端281.3.2通信系统的基本原理•数据通信:将数据(一串比特)从信源传输到信宿的过程.数据传输过程29•数据通信模型及有关的基本概念–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）30信道的基本概念•信道的定义：向某个方向传输信息的媒体。一条通信线路通常包含一个发送信道和一个接收信道。•根据信号在信道上的传输方向–单工通信–半双工通信–全双工通信31调制解调基本概念•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。（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）•基本调制方法：调幅，调频，调相32多路复用基本概念•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33多路复用基本概念•信道使用的鸡尾酒会原理–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——不同对的人轮流交谈，一对交谈结束后另一对再接上。–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，各组人同时进行自己的交谈，互不干扰。–码分复用——不同对的人分别用不同语言进行交谈，其它语言只当作噪音不予理会。34多路复用基本概念•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35交换的基本概念交换：在广域网的情况下，网络节点是部分连接，没有直接互联的节点间的通信，必须经过中转节点的转换才能实现。这种由中转节点参与的通信和电话系统中两个电话用户间的通话必须经由电话交换机的现象类似，也称为交换。中转的节点称为交换节点。交换技术能为需要通信的计算机建立一个临时的通信链路，通信结束后再拆除链路。36交换的基本概念•电路交换（线路交换）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。例如：电话交换机优点：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。缺点：线路利用率低，通信成本高37交换的基本概念•分组交换（包交换）–把需要传输的数据块分割成若干小块，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。–通信网络中每个结点为其相连的每条链路准备了一个缓冲区，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，下一结点再进行转发，直至数据包到达接收端。–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。38交换的基本概念•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。缺点：延时长，不宜用于实时通信或交互通信。39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40通信系统的性能指标•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）（奈氏准则）•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/s41通信系统的性能指标•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花费的时间。42有线载波通信•有线载波通信：主要传输电话，电报、传真、数据也可传输广播、可视电话、电视节目•依据所用的传输介质，有线载波通信可分为：–明线载波系统–对称电缆载波系统–同轴电缆载波系统43无线通信•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。44微波通信•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。微波通信是定向通信。•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45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。是微波接力通信技术与空间技术相结合的产物。46移动通信•移动通信处于移动状态的对象之间的通信，包括寻呼系统，蜂窝式移动电话（俗称手机），集群调度，无绳电话和卫星系统。47移动通信•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”。4849手机移动通信发展历史第一代：蜂窝式模拟移动通信，使用频段800/900MHz第二代：蜂窝式数字移动通信(GSM,2G)，使用频段900MHz～1800MHzGPRS(2.5G)第三代：WCDMACDMA2000TD-SCDMA(3G)•CDMA——码分多址个人理解:未来移动通信的发展方向---全IP移动通信网