信息技術(shù)詳細(xì)概述

第一章信息技術(shù)概述1本章學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求1.了解什么是信息，什么是信息處理，什么是信息技術(shù)2.了解什么是微電子技術(shù)，它的作用和意義3.了解通信系統(tǒng)的分類和通信技術(shù)的發(fā)展前景初步理解通信系統(tǒng)的組成和數(shù)據(jù)通信的基本原理.理解什么是比特和比特的運(yùn)算,掌握二進(jìn)制與十進(jìn)制、八進(jìn)制數(shù)據(jù)、十六進(jìn)制數(shù)的關(guān)系，熟悉整數(shù)和實(shí)數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示法。21.1信息與信息技術(shù)31.1.1信息與信息處理4信息定義信息就是信息，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)的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式?！陀^事物立場(chǎng)認(rèn)識(shí)主體所感知或所表述的事物運(yùn)動(dòng)及其變化方式的形式、內(nèi)容和效用?！J(rèn)識(shí)主體立場(chǎng)

5“信息”和“數(shù)據(jù)”，這2個(gè)術(shù)語(yǔ)的概念在計(jì)算機(jī)信息處理中是既有區(qū)別又有聯(lián)系的。計(jì)算機(jī)是一種基于二進(jìn)制運(yùn)算的信息處理機(jī)器，任何需要由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的信息，都必須進(jìn)行一定程度的形式化，并表示成二進(jìn)制編碼的形式。這就引進(jìn)了數(shù)據(jù)的概念。6信息處理過(guò)程信息施效（效應(yīng)器官）信息獲取（感覺(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7與信息處理相關(guān)的行為和活動(dòng)信息收集——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、管理等信息存儲(chǔ)信息傳遞信息施用——控制、顯示等81.1.2信息技術(shù)9信息技術(shù)信息技術(shù)：用來(lái)擴(kuò)展人的信息器官功能、協(xié)助人們進(jìn)行信息處理的一類技術(shù)。人的信息器官及功能：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10基本信信息技技術(shù)感知與與識(shí)別別技術(shù)術(shù)———擴(kuò)展展感覺(jué)覺(jué)器官官功能能,提提高高人們們的感感知范范圍、、感知知精度度和靈靈敏度度通信技技術(shù)與與存儲(chǔ)儲(chǔ)技術(shù)術(shù)———擴(kuò)展展神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)功能能,消消除除人們們交流流信息息的空空間和和時(shí)間間障礙礙計(jì)算處處理技技術(shù)———擴(kuò)擴(kuò)展思思維器器官功功能,增增強(qiáng)人人們的的信息息加工工處理理能力力控制與與顯示示技術(shù)術(shù)———擴(kuò)展展效應(yīng)應(yīng)器官官功能能，增強(qiáng)人人們的的信息息控制制能力力11信信息息處理理系統(tǒng)統(tǒng)12信息處處理系系統(tǒng)用于輔輔助人人們進(jìn)進(jìn)行信信息獲獲取、、傳遞遞、存存儲(chǔ)、、加工工處理理、控控制及及顯示示的綜合使使用各各種信信息技技術(shù)的系統(tǒng)統(tǒng)。信息加工通信/存儲(chǔ)控制與顯示通信/存儲(chǔ)感知與識(shí)別信息處處理系系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)13信息處處理系系統(tǒng)實(shí)實(shí)例雷達(dá)是是一種種以感感知與與識(shí)別別為主主要目目的的的系統(tǒng)統(tǒng)電視/廣播播系統(tǒng)統(tǒng)是一一種單單向的的、點(diǎn)點(diǎn)到多多點(diǎn)（（面））的以以信息息傳遞遞為主主要目目的的的系統(tǒng)統(tǒng)電話是是一種種雙向向的、、點(diǎn)到到點(diǎn)的的以信信息交交互為為主要要目的的的系系統(tǒng)銀行是是一種種以處處理金金融業(yè)業(yè)務(wù)為為主的的系統(tǒng)統(tǒng)圖書館館是一一種以以信息息收藏藏和檢檢索為為主的的系統(tǒng)統(tǒng)Internet是一種種跨越越全球球的多多功能能信息息處理理系統(tǒng)統(tǒng)141.2電電子子信息息技術(shù)術(shù)簡(jiǎn)介介15微電子子技術(shù)術(shù)與集集成電電路微電子子技術(shù)術(shù)：以集成成電路路為核核心的的電子子技術(shù)術(shù)是是在電電子電電路和和系統(tǒng)統(tǒng)的超超小型型化和和微型型化過(guò)過(guò)程中中逐漸漸形成成和發(fā)發(fā)展起起來(lái)的的。16電子線線路使使用的的基礎(chǔ)礎(chǔ)元件件的演演變真空電電子管管晶晶體管管中中小規(guī)規(guī)模集集成電電路大大規(guī)規(guī)模超超大規(guī)規(guī)模集集成電電路17集成電電路的的規(guī)模模根據(jù)所所包含含的晶晶體管管數(shù)目目分為為：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)18微電子子技術(shù)術(shù)與集集成電電路集成電電路芯芯片是是微電電子技技術(shù)的的結(jié)晶晶，它它們是是計(jì)算算機(jī)的的核心心。先進(jìn)的的微電電子技技術(shù)→→→高高集成成度芯芯片→→→高高性能能的計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)→→→利用用計(jì)算算機(jī)進(jìn)進(jìn)行集集成電電路的的設(shè)計(jì)計(jì)、生生產(chǎn)過(guò)過(guò)程控控制及及自動(dòng)動(dòng)測(cè)試試，又又能制制造出出性能能高、、成本本更低低的集集成電電路芯芯片19集成電電路的的發(fā)展展趨勢(shì)勢(shì)集成電電路的的工作作速度度主要取取決于于組成成邏輯輯門電電路的的晶體體管的的尺寸寸，晶晶體管管的尺尺寸越越小，，其極極限工工作頻頻率越越高，，門電電路的的開關(guān)關(guān)速度度就越越快。。芯片片上電電路元元件的的線條條越細(xì)細(xì)，相相同面面積的的晶片片可容容納的的晶體體管就就越多多，功功能就就越強(qiáng)強(qiáng)，速速度也也越快快。20集成成電電路路的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢(shì)勢(shì)提高高集集成成度度，，關(guān)關(guān)鍵鍵在在縮縮小小門門電電路路面面積積集成成電電路路特特點(diǎn)點(diǎn)：：體體積積小小、、重重量量輕輕、、可可靠靠性性高高M(jìn)oore定律律單塊塊集集成成電電路路的的集集成成度度平平均均每每18～24個(gè)月月翻翻一一番番———GordonE.Moore,1965年年Intel公公司司創(chuàng)創(chuàng)始始人人21集成成電電路路的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢(shì)勢(shì)Intel公司司微微處處理理器器集集成成度度的的發(fā)發(fā)展展19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium4晶體管數(shù)22集成成電電路路的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢(shì)勢(shì)19992001200420082014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）9013018323集成成電電路路的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢(shì)勢(shì)目前前集集成成電電路路生生產(chǎn)產(chǎn)的的主主流流技技術(shù)術(shù)：：12吋晶晶圓圓、、0.18微米米工工藝藝，，并并正正在在向向14吋晶晶圓圓、、0.09微米米工工藝藝過(guò)過(guò)渡渡IntelP4：：已已采采用用0.13μm工工藝藝制制造造生生產(chǎn)產(chǎn)AMD：：有有采采用用0.13μm工工藝藝制制造造生生產(chǎn)產(chǎn)的的CPU1（（μμm微微米米））＝＝1/1,000,000（（米米））美國(guó)國(guó)半半導(dǎo)導(dǎo)體體協(xié)協(xié)會(huì)會(huì)(SIA)預(yù)預(yù)測(cè)測(cè)，，到到2010年年將將能能達(dá)達(dá)到到18吋吋晶晶圓圓和和0.07～～0.05微微米米的的工工藝藝。。在在未未來(lái)來(lái)十十年年時(shí)時(shí)間間里里，，集集成成電電路路的的技技術(shù)術(shù)還還將將繼繼續(xù)續(xù)遵遵循循Moore定定律律得得到到進(jìn)進(jìn)一一步步的的發(fā)發(fā)展展241.3通信信技技術(shù)術(shù)入入門門25概概述述通信信：各各種種信信息息的的傳傳遞遞現(xiàn)代代通通信信：使使用用電電波波或或光光波波雙雙向向傳傳遞遞信信息息的的技技術(shù)術(shù)（（電電信信））26概述述通信信三三要要素素：：信源源（信信息息的的發(fā)發(fā)送送者者））信宿宿（信信息息的的接接收收者者））信道道（信信息息的的載載體體與與傳傳播播媒媒介介））產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端信源信宿通信線路信道噪聲外界的干擾接收信息的一端27通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)的的基基本本原原理理數(shù)據(jù)據(jù)通通信信:將數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)(一串串比比特特)從信信源源傳傳輸輸?shù)降叫判潘匏薜牡倪^(guò)過(guò)程程.數(shù)據(jù)據(jù)傳傳輸輸過(guò)過(guò)程程28數(shù)據(jù)據(jù)通通信信模模型型及及有有關(guān)關(guān)的的基基本本概概念念信道道調(diào)制制解解調(diào)調(diào)（（編編碼碼器器：：調(diào)調(diào)制制，，解解碼碼器器：：解解調(diào)調(diào)））多路路復(fù)復(fù)用用（（主主干干信信道道））交換換技技術(shù)術(shù)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）29信道道的基基本本概概念念信道道的的定定義義：向某某個(gè)個(gè)方方向向傳傳輸輸信信息息的的媒媒體體。。一條條通通信信線線路路通通常常包包含含一一個(gè)個(gè)發(fā)發(fā)送送信信道道和和一一個(gè)個(gè)接接收收信信道道。。根據(jù)據(jù)信信號(hào)號(hào)在在信信道道上上的的傳傳輸輸方方向向單工工通通信信半雙雙工工通通信信全雙雙工工通通信信30調(diào)制制解解調(diào)調(diào)基基本本概概念念調(diào)制制（Modulation））將基基帶帶數(shù)數(shù)字字信信號(hào)號(hào)的的波波形形變變換換為為適適合合于于模模擬擬信信道道傳傳輸輸?shù)牡哪ＤM擬信信號(hào)號(hào)波波形形。。（將將數(shù)數(shù)字字信信號(hào)號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成模模擬擬信信號(hào)號(hào)））解調(diào)調(diào)（Demodulation））將由由調(diào)調(diào)制制器器變變換換過(guò)過(guò)的的模模擬擬信信號(hào)號(hào)波波形形恢恢復(fù)復(fù)成成原原來(lái)來(lái)的的基基帶帶數(shù)數(shù)字字信信號(hào)號(hào)波波形形。。（將將模模擬擬信信號(hào)號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成數(shù)數(shù)字字信信號(hào)號(hào)））基本本調(diào)調(diào)制制方方法法：：調(diào)幅幅，，調(diào)調(diào)頻頻，，調(diào)調(diào)相相31多路路復(fù)復(fù)用用基基本本概概念念多路路復(fù)復(fù)用用為了了提提高高線線路路利利用用率率，，總總是是設(shè)設(shè)法法在在一一條條傳傳輸輸線線路路上上，，傳傳輸輸多多個(gè)個(gè)模模擬擬信信號(hào)號(hào)（（例例如如，，話話路路信信息息））或或數(shù)數(shù)字字信信號(hào)號(hào)，，這這就就是是多多路路復(fù)復(fù)用用。。多路路復(fù)復(fù)用用技技術(shù)術(shù)通通常常有有：頻分分復(fù)復(fù)用用，，時(shí)時(shí)分分復(fù)復(fù)用用，，碼碼分分復(fù)復(fù)用用，波分分復(fù)復(fù)用用信道多路復(fù)用器多路復(fù)用器終端終端終端終端終端終端終端終端32多路路復(fù)復(fù)用用基基本本概概念念信道道使使用用的的雞雞尾尾酒酒會(huì)會(huì)原原理理在一一個(gè)個(gè)大大房房間間里里（（一一個(gè)個(gè)信信道道）），，有有許許多多對(duì)對(duì)人人在在交交談?wù)劊ǎǘ喽嗦仿沸判盘?hào)號(hào)傳傳輸輸））：：時(shí)分分復(fù)復(fù)用用————不不同同對(duì)對(duì)的的人人輪輪流流交交談?wù)劊?，一一?duì)對(duì)交交談?wù)劷Y(jié)結(jié)束束后后另另一一對(duì)對(duì)再再接接上上。。頻分分復(fù)復(fù)用用————不不同同對(duì)對(duì)的的人人分分成成不不同同的的組組，，每每組組獨(dú)獨(dú)立立占占用用房房間間內(nèi)內(nèi)的的一一小小塊塊區(qū)區(qū)域域，，各各組組人人同同時(shí)時(shí)進(jìn)進(jìn)行行自自己己的的交交談?wù)?，，互互不不干干擾擾。。碼分分復(fù)復(fù)用用————不不同同對(duì)對(duì)的的人人分分別別用用不不同同語(yǔ)語(yǔ)言言進(jìn)進(jìn)行行交交談?wù)?，，其其它它語(yǔ)語(yǔ)言言只只當(dāng)當(dāng)作作噪噪音音不不予予理理會(huì)會(huì)。。33多路路復(fù)復(fù)用用基基本本概概念念波分分多多路路復(fù)復(fù)用用在單單一一光光纖纖內(nèi)內(nèi)同同步步傳傳輸輸多多個(gè)個(gè)不不同同波波長(zhǎng)長(zhǎng)的的光光波波，，使使得得數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)傳傳輸輸速速度度和和容容量量獲獲得得倍倍增增34交換換的基基本本概概念念交換換：：在廣廣域域網(wǎng)網(wǎng)的的情情況況下下，，網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)是是部部分分連連接接，，沒(méi)沒(méi)有有直直接接互互聯(lián)聯(lián)的的節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)間間的的通通信信，，必必須須經(jīng)經(jīng)過(guò)過(guò)中中轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換才才能能實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。。這這種種由由中中轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)參參與與的的通通信信和和電電話話系系統(tǒng)統(tǒng)中中兩兩個(gè)個(gè)電電話話用用戶戶間間的的通通話話必必須須經(jīng)經(jīng)由由電電話話交交換換機(jī)機(jī)的的現(xiàn)現(xiàn)象象類類似似，，也也稱稱為為交交換換。。中中轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的的節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)稱稱為為交交換換節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)。。交換換技技術(shù)術(shù)能能為為需需要要通通信信的的計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)建建立立一一個(gè)個(gè)臨臨時(shí)時(shí)的的通通信信鏈鏈路路，，通通信信結(jié)結(jié)束束后后再再拆拆除除鏈鏈路路。。35交換換的基基本本概概念念電路路交交換換（（線線路路交交換換））為發(fā)發(fā)送送端端和和接接收收端端建建立立一一條條臨臨時(shí)時(shí)的的實(shí)實(shí)際際物物理理通通道道，，供供通通信信雙雙方方使使用用，，通通信信完完畢畢后后，，交交換換機(jī)機(jī)內(nèi)內(nèi)的的連連線線被被拆拆除除。。例如如：：電電話話交交換換機(jī)機(jī)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：：交交換換方方式式簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單，，適適合合遠(yuǎn)遠(yuǎn)距距離離成成批批數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)傳傳輸輸，，建建立立一一次次連連接接可可傳傳送送大大量量數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)。。缺點(diǎn)點(diǎn)：：線線路路利利用用率率低低，，通通信信成成本本高高36交換換的基基本本概概念念分組組交交換換（（包包交交換換））把需需要要傳傳輸輸?shù)牡臄?shù)數(shù)據(jù)據(jù)塊塊分分割割成成若若干干小小塊塊，，然然后后為為每每個(gè)個(gè)小小塊塊數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)加加上上有有關(guān)關(guān)的的地地址址信信息息及及分分組組信信息息，，組組成成一一個(gè)個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)包包（（也也稱稱為為““分分組組””））。。數(shù)據(jù)據(jù)包包的的長(zhǎng)長(zhǎng)度度通通常常為為幾幾十十到到幾幾百百個(gè)個(gè)字字節(jié)節(jié)。。數(shù)據(jù)包按按照類似似于流水水線的方方式在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)經(jīng)過(guò)緩沖沖、轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)而到達(dá)達(dá)目的地地。通信網(wǎng)絡(luò)絡(luò)中每個(gè)個(gè)結(jié)點(diǎn)為為其相連連的每條條鏈路準(zhǔn)準(zhǔn)備了一一個(gè)緩沖沖區(qū)，每每個(gè)數(shù)據(jù)據(jù)包按照照去向不不同送入入各個(gè)緩緩沖區(qū)排排隊(duì)，當(dāng)當(dāng)某一條條鏈路空空閑時(shí)，，就從相相應(yīng)的緩緩沖區(qū)中中取出一一個(gè)數(shù)據(jù)據(jù)包發(fā)送送到下一一結(jié)點(diǎn)，，下一結(jié)結(jié)點(diǎn)再進(jìn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)，直至至數(shù)據(jù)包包到達(dá)接接收端。。接收端的的計(jì)算機(jī)機(jī)按照數(shù)數(shù)據(jù)包的的編號(hào)，，將它們們重新組組裝成為為原來(lái)形形式的數(shù)數(shù)據(jù)塊。。37交換的基基本概念念分組交換換（包交交換）優(yōu)點(diǎn)：線線路利用用率高；；收發(fā)雙雙方不需需同時(shí)工工作，當(dāng)當(dāng)接收方方忙碌時(shí)時(shí)，整個(gè)個(gè)網(wǎng)絡(luò)都都可以作作為它的的緩沖；；可以給給數(shù)據(jù)包包建立優(yōu)優(yōu)先級(jí)，，使得一一些重要要應(yīng)用的的數(shù)據(jù)包包能優(yōu)先先傳遞。。缺點(diǎn)：延延時(shí)長(zhǎng)，，不宜用用于實(shí)時(shí)時(shí)通信或或交互通通信。38傳輸介質(zhì)質(zhì)有線介質(zhì)質(zhì)雙絞線同軸電纜纜光纖無(wú)線介質(zhì)質(zhì)無(wú)線電波波微波紅外線激光39通信系統(tǒng)統(tǒng)的性能能指標(biāo)信道帶寬寬與信道道的最高高信息傳傳輸速率率的關(guān)系系：理想信道道的最高高碼元傳傳輸速率率(單單位：Baud波波特)=2*信信道帶寬寬（Hz）（（奈氏準(zhǔn)準(zhǔn)則）理想信道道的最高高信息傳傳輸速率率（單位位：b/s，比比特）=最高高碼元傳傳輸速率率*一一個(gè)碼碼元攜帶帶的信息息量1Mb/s=1000b/s,1Gb/s=1000Mb/s例如：信信道帶帶寬：3KHz(3000Hz)最高碼元元傳輸速速率：6000Baud一個(gè)碼元元攜帶2bit的的數(shù)據(jù)據(jù)量,最高信信息傳輸輸速率：：12000b/s=12Mb/s40通信系統(tǒng)統(tǒng)的性能能指標(biāo)誤碼率（（errorrate）指數(shù)據(jù)傳傳輸中出出錯(cuò)數(shù)據(jù)據(jù)占被傳傳輸數(shù)據(jù)據(jù)總數(shù)的的比例。。局域網(wǎng)網(wǎng)誤碼率率。<10-6端---端延遲遲：指數(shù)據(jù)從從信源傳傳送到信信宿所花花費(fèi)的時(shí)時(shí)間。41有線載波波通信有線載波波通信：：主要傳傳輸電話話，電報(bào)報(bào)、傳真真、數(shù)據(jù)據(jù)也可傳輸輸廣播、、可視電電話、電電視節(jié)目目依據(jù)所用用的傳輸輸介質(zhì)，，有線載載波通信信可分為為：明線載波波系統(tǒng)對(duì)稱電纜纜載波系系統(tǒng)同軸電纜纜載波系系統(tǒng)42無(wú)線通信信無(wú)線通信信原理利用電磁磁波可以以在空間間自由傳傳播的特特性，通通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)電磁波波的振幅幅、頻率率或相位位實(shí)現(xiàn)