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第一章信息技术概述1.1信息与信息技术1.1.1信息信息是指事物运动的状态及状态变化的方式，是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。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——书写、摄影、录音、录像等•信息传递——邮寄、出版、电报、电话等•信息施用——控制、显示等1.1.2信息技术信息技术是指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。例：多媒体技术、网络技术、数据库技术、通信技术、计算机技术等。事实上，在工业自动化、机器人、航空航天、生物医疗、地质地理、天文气象、文学艺术，乃至政府管理、公安法律、商业金融等等，都将本行业的技术或业务，与信息技术紧密结合，大大提高了质量与效率。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1.1.3信息处理系统信息处理系统：用于人们进行信息获取、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的分类•按自动化程度分：人工的、半自动的、全自动的。•按技术手段分：机械的、电子的和光学的。•按通用性分：专用的和通用的。•按应用领域分：已几乎涉及所有领域，无法细分。例：图书馆管理系统：信息的获取：图书登记、人员登记、借书规章等。信息的存储：主存储硬盘、光盘、后援存储设备等。信息的加工处理：增加、删除、修改信息等。信息的使用：查询书目，借书、还书，上网浏览查询等。内务处理：催还图书、休馆公告、过期罚款等。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1.2电子技术信息简介现代信息技术中的三大核心技术：微电子技术、通信技术、计算机技术现代信息技术的主要特征：1采用电(光)子技术：进行信息的收集、传递、加工、存储、显示与控制2以数字技术为基础3以计算机及其软件为核心现代信息技术领域：微电子、通信、广播、计算机、遥感遥测、自动控制、机器人等1.2.1微电子技术微电子技术：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。说明：微电子技术以集成电路为核心集成电路的半导体材料通常是硅或砷化镓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真空电子管：在这个阶段产生了广播、电视、无线电通信、仪器仪表、自动化技术和第一代电子计算机。晶体管：1948年发明，再加上印制电路组装技术的使用，使电子电路在小型化方面前进了一大步，产生了第二代计算机。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。现代集成电路使用的半导体材料通常是硅(Si)，也可以是化合物半导体如砷化镓(GaAs)等1.2.2集成电路的分类（1）按晶体管数目分小规模(SSI)：小于100个电子元件中规模(MSI)：100～3000大规模(LSI)：3000～10万超大规模(VLSI)：10万～100万极大规模(ULSI)：大于100万（2）按结构、工艺分双极型MOS型双极-MOS型（3）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）（4）根据用途分为：通用集成电路、专用集成电路（ASIC）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集成电路的发展趋势集成电路的特点是体积小、重量轻、可靠性高。集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。单块集成电路的集成度平均每18～24个月翻一番，这叫做Moore定律。集成度是有极限的，因此，Moore定律不可能永远成立。提高集成度，关键在缩小门电路面积集成电路朝着纳米技术、集成光路、光电子集成方向发展光子计算机光能够像电一样来传递信息，甚至效果更好。而且，更重要的一个特点在于它不会和周围环境发生相互干扰的作用。因为当电子计算机芯片越来越趋向于0.18μm时，就会产生很多的问题,而光子计算机就可以避免。量子计算机是运用量子力学来设计的，它们的特点是其潜在的运算速度将更大于电子计算机。从理论上说，它们的速度提高可以说是没有止境的，因为量子计算技术可以在同一时间内执行各种操作，同时有足够的能力来完成现在电子计算机还很难完成的任务，比如说完成密码的破译和语音的识别等等。因此，欧洲已经成立了量子计算机研究所，现在估计，量子计算机可能会在今后的十五年左右出现。分子计算机现在已经开发出来一种能够由氮气和二氯化碳来开动和闭关的分子计算机，这种超高速的微型计算机离现实已经很近了。这种技术将会导致只需要利用立体和光线就能够产生新的、甚至能够思考的计算机来解决目前晶体管的物理局限，使得未来的计算机的功能大大的增加，尺寸大大的缩小生物计算机实际上就是随着生物技术的发展，人们将模仿人的大脑制造一种用基因学的机制来开发的新一代计算机。现在生物计算机的模型已经出来。以色列的科学家制造了一个有可能会比单个活细胞还要小的计算机的模型。这么微小的计算机也可能将在我们的体内漫游，监视我们的健康。也许会纠正它所发现人体内哪个地方脂肪的堆积，帮助解决问题。其实每一个细胞实际上都是一个复杂的生物机件，一个系统。用这么一种仿生技术来制造生物计算机。1.2.4IC卡IC卡是“集成电路卡”的简称，把集成电路芯片密封在朔料卡基片内部，使其成为能存储、处理和传输数据的载体。与磁卡相比，IC卡不受磁场干扰，而且还能可靠存储数据。IC卡按集成电路芯片分类：存储器卡——主要用于数据的存储，应用领域广泛，如电话卡、公交卡、医疗卡、饭卡等。CPU卡——也叫智能卡，具有存储、处理数据的功能，安全性能和智能化程度高。如SIM卡。IC卡按使用方式分类：接触式IC卡——如电话卡，卡上通常含有一个金属触点，用于相应的读写系统进行操作。非接触式IC卡——采用电磁感应方式无线传输数据，方便、快捷。1.3通信技术1.3.1基本概念1.概念辨析从广义角度来说，各种信息的传递均可称之为通信。现代通信则专指使用电波或光波传播信息的技术。如广播、电视、电报、电话、传真等。电信专指双向通信。如网络、电话等。通信系统也称电信网，它连接着大量用户，由终端设备（例如：电话机）、传输设备（例如：电话线）、交换设备（例如：和控交换机）等组成。2．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）。3．通信系统（电信网）组成：终端设备（例如：电话机）传输设备（例如：电话线）交换设备（例如：程控交换机）4．通信系统（电信网）分类按业务种类：电话网、电报网、数据通信网、传真通信网、图像通信网等按服务区域范围：本地电信网、农村电信网、长途电信网、移动通信网、国际电信网等按信息信号形式：模拟通信网、数字通信网、数字模拟混合网等按传输媒体分类：电缆通信网、光缆通信网、短波通信网、微波通信网、卫星通信网、低轨道卫星移动通信网5．数据通信模型及有关的基本概念通信系统模型：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）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）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分为：单工通信、半双工通信、全双工通信6．信道的分类：按传输的信号类型分为：模拟信道和数字信道模拟信道：传输连续的模拟信号的信道特点：频带窄，信道利用率高；受噪声干扰大例如：传输语音信号的架空明线、双绞线，传输广播电视信号的宽带同轴电缆数字信道：传输离散的数字信号特点：信号不失真，准确性高；数字设备可大规模集成，价格便宜；易于加密；要求频带宽，信道利用率低例如：传输计算机通信所用的信号的基带同轴电缆、光缆等按信号的传输媒体分类：有线信道：电缆、光缆无线信道：自由空间两类数字信号：基带信号和宽带信号基带信号：用两种不同的电压值表示数字1和0的信号，需在数字信道上传输。宽带信号：将基带信号进行调制，将其频谱搬移到较高的频率处而形成的模拟信号，这种模拟信号可以采用频分复用技术在模拟信道上传输。1.3.2典型通信技术介绍1.调制与解调技术调制（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（幅移键控法ASK），调频（频移键控法FSK），调相（相移键控法PSK）2.多路复用技术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，语音信息）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（1）频分多路复用将传输线路的频带分成N部分，每一个部分均可作为一个独立的传输信道使用。这样在一对传输线路上可有N对话路信息传送，而每一对话路所占用的只是其中的一个频段。频分制通信又称载波通信，它是模拟通信的主要手段。传输多路模拟信号：将各路模拟信号按不同数值升频，使每个通道占用的频带都不相同，它们便可以合并在一个信道上被传输传输多路数字信号：每一路基带数字信号的频谱可以搬移到不同频段，合在一起时互相不会干扰，可以在同一传输媒体上同时传输多路这样的信号(2)时分多路复用把一个传输通道进行时问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，因而PCM通信常称为时分多路通信。(3)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。(4)码分多路复用用于无线移动通信。所有移动站点（例如手机）在整个频段上进行传输，多路信号同时传输时采用不同的编码原理加以区分。例如，每个站点有一个唯一的m位代码（芯片序列），当需要发送比特1时，站点发送其芯片序列；当需要发送比特0时，站点发送其芯片序列的补码例如：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。3．交换技术交换：在任意两个需