信息技術(shù)概述市公開課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

信息就是信息，它既不是物質(zhì)也不是能量。——N.Wiener（控制論創(chuàng)始人）事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及狀態(tài)改變方式?！陀^事物立場(chǎng)認(rèn)識(shí)主體所感知或所表述事物運(yùn)動(dòng)及其改變方式形式、內(nèi)容和效用。——認(rèn)識(shí)主體立場(chǎng)

1.1.1信息與信息處理1.1信息與信息技術(shù)01-Nov-22第1頁(yè)人工進(jìn)行信息處理過(guò)程信息施效（效應(yīng)器官）信息獲?。ǜ杏X(jué)器官）信息傳遞（神經(jīng)系統(tǒng)）信息加工（大腦）信息傳遞（神經(jīng)系統(tǒng)）事物客體01-Nov-22第2頁(yè)與信息處理相關(guān)行為和活動(dòng)信息搜集——感知、測(cè)量、識(shí)別、獲取、輸入等信息加工——分類、計(jì)算、分析、綜合、轉(zhuǎn)換、檢索、管理等信息存放信息傳遞信息施用——控制、顯示等01-Nov-22第3頁(yè)1.1.2信息技術(shù)信息技術(shù)：用來(lái)擴(kuò)展人信息器官功效、幫助人們進(jìn)行信息處理一類技術(shù)。人信息器官及功效：感覺(jué)器官（眼耳鼻舌身）——獲取信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——傳遞信息

思維器官（大腦）——處理信息并再生信息效應(yīng)器官（手腳）——施用信息01-Nov-22第4頁(yè)基本信息技術(shù)感知與識(shí)別技術(shù)——擴(kuò)展感覺(jué)器官功效,提升人們感知范圍、感知精度和靈敏度通信技術(shù)與存放技術(shù)——擴(kuò)展神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功效,消除人們交流信息空間和時(shí)間障礙計(jì)算處理技術(shù)——擴(kuò)展思維器官功效,增強(qiáng)人們信息加工處理能力控制與顯示技術(shù)——擴(kuò)展效應(yīng)器官功效，增強(qiáng)人們信息控制能力01-Nov-22第5頁(yè)1.1.3信息處理系統(tǒng)

用于輔助人們進(jìn)行信息獲取、傳遞、存放、加工處理、控制及顯示綜合使用各種信息技術(shù)系統(tǒng)。信息加工通信/存放控制與顯示通信/存放感知與識(shí)別信息處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖01-Nov-22第6頁(yè)信息處理系統(tǒng)實(shí)例雷達(dá)是一個(gè)以感知與識(shí)別為主要目標(biāo)系統(tǒng)電視/廣播系統(tǒng)是一個(gè)單向、點(diǎn)到多點(diǎn)（面）以信息傳遞為主要目標(biāo)系統(tǒng)電話是一個(gè)雙向、點(diǎn)到點(diǎn)以信息交互為主要目標(biāo)系統(tǒng)銀行是一個(gè)以處理金融業(yè)務(wù)為主系統(tǒng)圖書館是一個(gè)以信息收藏和檢索為主系統(tǒng)Internet是一個(gè)跨越全球多功效信息處理系統(tǒng)

01-Nov-22第7頁(yè)1.2.1微電子技術(shù)與集成電路微電子技術(shù)：

以集成電路為關(guān)鍵電子技術(shù)是在電子電路和系統(tǒng)超小型化和微型化過(guò)程中逐步形成和發(fā)展起來(lái)。1.2微電子技術(shù)介紹01-Nov-22第8頁(yè)電子電路使用基礎(chǔ)元件演變真空電子管

在這個(gè)階段產(chǎn)生了廣播、電視、無(wú)線電通信、儀器儀表、自動(dòng)化技術(shù)和第一代電子計(jì)算機(jī)晶體管

1948年創(chuàng)造，再加上印制電路組裝技術(shù)使用，使電子電路在小型化方面前進(jìn)了一大步，產(chǎn)生了第二代計(jì)算機(jī)01-Nov-22第9頁(yè)電子線路使用基礎(chǔ)元件演變集成電路(IntegratedCircuit，簡(jiǎn)稱IC) 20世紀(jì)50年代出現(xiàn)，以半導(dǎo)體單晶片作為材料，經(jīng)平面工藝加工制造，將大量晶體管、電阻等元器件及互連線組成電子線路集成在基片上，組成一個(gè)微型化電路或系統(tǒng)。 當(dāng)代集成電路使用半導(dǎo)體材料通常是硅(Si)，也能夠是化合物半導(dǎo)體如砷化鎵(GaAs)等超大規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路01-Nov-22第10頁(yè)集成電路規(guī)模依據(jù)所包含晶體管數(shù)目分為：集成電路規(guī)模集成度（個(gè)電子元件）小規(guī)模集成電路（SSI）＜100中規(guī)模集成電路（MSI）100~3000大規(guī)模集成電路（LSI）3000~10萬(wàn)超大規(guī)模集成電路（VLSI）10萬(wàn)~100萬(wàn)極大規(guī)模集成電路（ULSI）＞100萬(wàn)01-Nov-22第11頁(yè)集成電路分類依據(jù)所用晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分為：

雙極型（Bipolar）集成電路、

金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)集成電路

雙極－金屬-氧化物-半導(dǎo)體集成電路（Bi-MOS）01-Nov-22第12頁(yè)集成電路分類依據(jù)集成電路功效分為：

數(shù)字集成電路（如邏輯電路、存放器、微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器等）

模擬集成電路（又稱為線性電路，如信號(hào)放大器、功率放大器等）

01-Nov-22第13頁(yè)集成電路分類依據(jù)用途分為：

通用集成電路(如:微處理器和存放器芯片)

專用集成電路（ASIC）01-Nov-22第14頁(yè)微電子技術(shù)與集成電路集電路芯片是微電子技術(shù)結(jié)晶，它是計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備關(guān)鍵先進(jìn)微電子技術(shù)→→高集成度芯片→→高性能計(jì)算機(jī)→→利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行集成電路設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程控制及自動(dòng)測(cè)試→→制造出性能高、成本更低集成電路芯片01-Nov-22第15頁(yè)集成電路特點(diǎn)：體積小、重量輕、可靠性高M(jìn)oore定律 單塊集成電路集成度平均每18～24個(gè)月翻一番——GordonE.Moore,1965年Intel企業(yè)創(chuàng)始人1.2.3集成電路發(fā)展趨勢(shì)01-Nov-22第16頁(yè)

Intel企業(yè)微處理器集成度發(fā)展1970197519801985199019951,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium4晶體管數(shù)1.2.3集成電路發(fā)展趨勢(shì)01-Nov-22第17頁(yè)1999工藝(μm)0.180.130.090.060.014晶體管(M)23.847.61355393500時(shí)鐘頻率(GHz)1.21.62.02.65510面積(mm2)340340390468901連線層數(shù)678910晶圓直徑（mm）300300350400450引腳數(shù)目7009573350功耗（w）901301831.2.3集成電路發(fā)展趨勢(shì)01-Nov-22第18頁(yè)當(dāng)前集成電路生產(chǎn)主流技術(shù)：12吋晶圓、0.18微米工藝，并正在向14吋晶圓、0.09微米工藝過(guò)渡 Intel:P4：已采取0.13μm工藝制造生產(chǎn)AMD:有采取0.13μm工藝制造生產(chǎn)CPU美國(guó)半導(dǎo)體協(xié)會(huì)(SIA)預(yù)測(cè)，到將能到達(dá)18吋晶圓和0.07～0.05微米工藝。在未來(lái)十年時(shí)間里，集成電路技術(shù)還將繼續(xù)遵照Moore定律得到深入發(fā)展.1.2.3集成電路發(fā)展趨勢(shì)01-Nov-22第19頁(yè)全稱為”集成電路卡”英文名:chipcard或smartcard按卡中所鑲嵌集成電路芯片可類:

1.存放器卡容量:幾KB到幾十KB主要應(yīng)用場(chǎng)所:電話卡,水電費(fèi)卡,公交卡,醫(yī)療卡

2.CPU卡(智能卡)

主要應(yīng)用場(chǎng)所:工作證件,信用卡(如SIM卡)1.2.4IC卡01-Nov-22第20頁(yè)通信：各種信息傳遞當(dāng)代通信：使用電波或光波雙向傳遞信息技術(shù)（通常稱為電信telecommunication）1.3通信技術(shù)入門01-Nov-22第21頁(yè)1.3.1概述通信三要素：

信源（信息發(fā)送者）

信宿（信息接收者）

信道（信息載體與傳輸媒介）通信系統(tǒng)模型：信源（宿）編碼器（解碼器）復(fù)用（分路）信道復(fù)用（分路）編碼器（解碼器）信源（宿）01-Nov-22第22頁(yè)1.3.4傳輸介質(zhì)金屬導(dǎo)體:

雙絞線和同軸電纜光導(dǎo)纖維:

簡(jiǎn)稱光纖

無(wú)線電波:

中波,短波,超短波和微波01-Nov-22第23頁(yè)有屏蔽雙絞線（STP）無(wú)屏蔽雙絞線（UTP）種類與傳輸速率

三類線：10Mb/s

五類線：100Mb/s

六類線：200Mb/s常見應(yīng)用

電話系統(tǒng)（模擬信號(hào)） 局域網(wǎng)（數(shù)字信號(hào)）RJ45接頭雙絞線01-Nov-22第24頁(yè)同軸電纜含有良好傳輸特征和屏蔽特征能夠組成大容量載波通信系統(tǒng)一對(duì)小同軸管可提供數(shù)千個(gè)話路一對(duì)中同軸管可提供上萬(wàn)個(gè)話路多管同軸電纜電路則能提供相當(dāng)大傳輸容量用于主要傳輸干線同軸電纜種類：

1.基帶同軸電纜（阻抗50Ω）：(傳輸數(shù)字信號(hào),主要應(yīng)用在局域網(wǎng)中) 2.寬帶同軸電纜（阻抗75Ω）：(傳輸模擬信號(hào),主要應(yīng)用在有線電視電纜中)01-Nov-22第25頁(yè)2.光導(dǎo)纖維傳輸介質(zhì)：光纖（光纜）傳輸信號(hào)：光信號(hào)（數(shù)字信號(hào)，有光脈沖相當(dāng)于1，無(wú)光脈沖相當(dāng)于0）傳輸速率：1Gb/s以上包層纖芯光纖組成01-Nov-22第26頁(yè)光纜示意圖2.光導(dǎo)纖維01-Nov-22第27頁(yè)光波在纖芯中傳輸原理

當(dāng)光線入射角足夠大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)全反射，重復(fù)此過(guò)程， 光就沿著光纖傳輸下去.光纖種類

多模：纖芯直徑為50或62.5μm，能夠存在許多條入射角不一樣光線，各自以不一樣反射角全反射傳輸下去（即：每一個(gè)光線有一個(gè)不一樣模式）。

單模：只有一根光纖,纖芯直徑為8—10μm（一個(gè)光波波長(zhǎng)），光線不出現(xiàn)反射，直接向前傳輸

。衰耗小，在2.5Gb/s

高速率下傳輸數(shù)十公里而無(wú)須采取中繼器。光線光波在光纖中傳輸2.光導(dǎo)纖維01-Nov-22第28頁(yè)光纖通信系統(tǒng)

調(diào)制器發(fā)信電路激勵(lì)電路信息解調(diào)器收信電路放大電路信息光纜中繼器發(fā)信設(shè)備收信設(shè)備電光變換器光電變換器2.光導(dǎo)纖維01-Nov-22第29頁(yè)光纖通信優(yōu)點(diǎn)傳輸頻帶非常寬，通信容量大抗雷電和電磁干擾、抗輻射能力強(qiáng)無(wú)串音干擾，保密性強(qiáng)，不易被竊聽或截取數(shù)據(jù)重量輕，便于運(yùn)輸和鋪設(shè)光纖通信缺點(diǎn)準(zhǔn)確連接兩根光纖比較困難2.光導(dǎo)纖維01-Nov-22第30頁(yè)2.光纖通信光纖通信瓶頸之一是光信號(hào)傳輸距離。 普通光纖網(wǎng)絡(luò)中信息在傳輸時(shí)每隔200km～500km間需加入電放大器，將光信號(hào)還原成電信號(hào)進(jìn)行放大，然后再轉(zhuǎn)換成光信號(hào)繼續(xù)傳輸。這不但增加成本，還使深入提升帶寬變得越來(lái)越困難，超高速傳輸所帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益將被昂貴光/電和電/光轉(zhuǎn)換所抵消。全光網(wǎng)（AllOpticalNetwork）：光信息流在通信網(wǎng)絡(luò)中傳輸及交換時(shí)一直以光形式存在，不需要經(jīng)過(guò)光/電、電/光轉(zhuǎn)換。

全光網(wǎng)技術(shù)是光纖通訊領(lǐng)域前沿技術(shù)。01-Nov-22第31頁(yè)1.微波微波：一個(gè)含有較高頻率(300MHz～300GHz)電磁波。波長(zhǎng)很短，通常為1米至1毫米。微波通信:是眾多無(wú)線通信形式中一個(gè)。

3.無(wú)線電波(中波,短波,超短波和微波)01-Nov-22第32頁(yè)通信衛(wèi)星對(duì)流層不均勻體微波通信微波遠(yuǎn)距離通信方式：地面微波接力通信如終端站A，經(jīng)過(guò)地面中繼站C，D，E,F，...，與另一終端站H進(jìn)行通信。中繼站之間距離大致與塔高平方成正比。普通為50公里左右。

衛(wèi)星通信地球站A經(jīng)通信衛(wèi)星（空中微波中繼站）與另一地球站H進(jìn)行通信。是微波接力通信向太空延伸。對(duì)流層散射通信終端站X發(fā)出微波信號(hào)經(jīng)對(duì)流層散射傳到另一終端站Y進(jìn)行通信。01-Nov-22第33頁(yè)微波通信微波通信優(yōu)點(diǎn)：

容量大可靠性高建設(shè)費(fèi)用低抗災(zāi)能力強(qiáng)01-Nov-22第34頁(yè)2.衛(wèi)星通信 利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)兩或多個(gè)地球站之間通信。 是微波接力通信技術(shù)與空間技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)物。01-Nov-22第35頁(yè)2.衛(wèi)星通信通信衛(wèi)星工作原理

從地面站1發(fā)出無(wú)線電信號(hào)，被衛(wèi)星通信天線接收后，首先在通信轉(zhuǎn)發(fā)器中進(jìn)行放大、變頻和功率放大，然后由衛(wèi)星通信天線把放大后信號(hào)重新發(fā)向地面站2，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)地面站或多個(gè)地面站遠(yuǎn)距離通信。

通信衛(wèi)星地面站1地面站2地球01-Nov-22第36頁(yè)衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星地球35800公里2.衛(wèi)星通信同時(shí)軌道衛(wèi)星(地球同時(shí)衛(wèi)星)赤道上方高度為36000公里地方，衛(wèi)星運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)一圈周期相同，所以在地面上看這種衛(wèi)星好似靜止不動(dòng)。三顆同時(shí)定點(diǎn)軌道

衛(wèi)星就能夠覆蓋地球幾乎全部面積，能夠進(jìn)行二十四小時(shí)全天候通信。天空中最多只能有180顆地球同時(shí)通信衛(wèi)星。01-Nov-22第37頁(yè)2.衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：通信距離遠(yuǎn)、頻帶寬、容量大、抗干擾強(qiáng)、通信穩(wěn)定缺點(diǎn)：造價(jià)高（衛(wèi)星本身，發(fā)射衛(wèi)星火箭）、技術(shù)復(fù)雜、通信天線口徑大、有較大延時(shí)、同時(shí)軌道衛(wèi)星數(shù)目有限01-Nov-22第38頁(yè)1.3.5移動(dòng)通信移動(dòng)通信

處于移動(dòng)狀態(tài)對(duì)象之間通信，包含尋呼系統(tǒng)，蜂窩移動(dòng)電話（俗稱手機(jī)），集群調(diào)度，無(wú)繩電話和衛(wèi)星系統(tǒng)。

01-Nov-22第39頁(yè)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)組成移動(dòng)臺(tái)、基站、移動(dòng)電話交換中心移動(dòng)電話網(wǎng)基站有效區(qū)域1.3.5移動(dòng)通信01-Nov-22第40頁(yè)移動(dòng)臺(tái)：是移動(dòng)通信終端，它是接收無(wú)線信號(hào)接收機(jī)，包含手機(jī)，呼機(jī)，無(wú)