《信息技术概述 》PPT课件.ppt

第第1章章 信息技术概述信息技术概述1.1 信息与信息技术信息与信息技术1.2 微电子技术简介微电子技术简介1.3 通信技术入门通信技术入门1.4 数字技术基础数字技术基础2第1章 信息技术概述1.1 信息与信息技术信息与信息技术（1）什么是信息）什么是信息（2）信息处理与信息技术）信息处理与信息技术（3）信息处理系统）信息处理系统3第1章 信息技术概述信息是什么？信息是什么？(1)n关于信息（关于信息（information），至今并没有统一的定），至今并没有统一的定义义n日常生活中比较笼统和模糊的几种解释是：日常生活中比较笼统和模糊的几种解释是：n语言、文字、图画、照片等表示的内容（新闻、消息语言、文字、图画、照片等表示的内容（新闻、消息或知识）或知识）n读书、上课、交谈等所学习和了解的知识、方法、事读书、上课、交谈等所学习和了解的知识、方法、事实和情况实和情况n为了做判断、订计划或求解问题等所需要的数据、资为了做判断、订计划或求解问题等所需要的数据、资料料n4第1章 信息技术概述信息是什么？信息是什么？(2)n中国大百科全书的解释：从认识论层次来看，信息是指中国大百科全书的解释：从认识论层次来看，信息是指认识主体所感知或主体所表述的认识主体所感知或主体所表述的“事物运动的状态及状事物运动的状态及状态变化的方式态变化的方式”n信息因它所表达的内容而有一定的价值，也因能相互交信息因它所表达的内容而有一定的价值，也因能相互交流而体现其作用流而体现其作用n信息有多种表现形式，语言、文字、声音、图片等都是信息有多种表现形式，语言、文字、声音、图片等都是信息的表现形式信息的表现形式(也称为信息的载体或媒体也称为信息的载体或媒体)n信息与物质和能量同样重要，它是人们认识世界、改造信息与物质和能量同样重要，它是人们认识世界、改造世界的一种基本世界的一种基本资源资源5第1章 信息技术概述什么是信息处理？什么是信息处理？n信息处理指的是与下列内容相关的行为和活动：信息处理指的是与下列内容相关的行为和活动：n信息的收集信息的收集(如信息的感知、测量、获取、输入等如信息的感知、测量、获取、输入等)n信息的加工信息的加工(如信息的分类、计算、分析、转换等如信息的分类、计算、分析、转换等)n信息的存储信息的存储(如书写、摄影、录音、录像等如书写、摄影、录音、录像等)n信息的传递信息的传递(如邮寄、电报、电话、广播等如邮寄、电报、电话、广播等)n信息的施用信息的施用(如控制、显示等如控制、显示等)6第1章 信息技术概述人工进行信息处理的过程人工进行信息处理的过程 n人工信息处理的不足：人工信息处理的不足：n 算不快算不快n 记不住记不住n 传不远传不远n 看（听）不清看（听）不清事物事物客体客体信息获取信息获取(感觉器官感觉器官)信息加工与信息加工与存储存储(大脑大脑)信息传递信息传递(神经系统神经系统)信息施用信息施用(效应器官效应器官)信息传递信息传递(神经系统神经系统)信息技术（信息技术（IT）手手/脚脚/身身眼眼/耳耳/鼻鼻/舌舌/身身7第1章 信息技术概述什么是信息技术？什么是信息技术？n信息技术（信息技术（Information Technology，简称，简称IT）指）指的是用来扩展人们信息器官功能、协助人们更有效的是用来扩展人们信息器官功能、协助人们更有效地进行信息处理的一门技术。地进行信息处理的一门技术。n信息技术包括：信息技术包括：n扩展感觉器官功能的扩展感觉器官功能的感测感测(获取获取)与识别技术与识别技术n扩展神经系统功能的扩展神经系统功能的通信技术通信技术n扩展大脑功能的扩展大脑功能的计算计算(处理处理)与存储技术与存储技术n扩展效应器官功能的扩展效应器官功能的控制与显示技术控制与显示技术n8第1章 信息技术概述信息技术的发展历史信息技术的发展历史语言的形成和使用语言的形成和使用 文字的创造文字的创造 印刷技术的发明印刷技术的发明 望远镜、显微镜望远镜、显微镜 电报和电话通信电报和电话通信 广播、电视广播、电视 雷达、雷达、卫星（遥感感测）卫星（遥感感测）计算机计算机、机器人、机器人 因特网（因特网（Internet）9第1章 信息技术概述现代信息技术现代信息技术n3大特征：大特征：n采用电子技术（包括激光技术）采用电子技术（包括激光技术）n以数字技术（计算机）为基础以数字技术（计算机）为基础n以软件为核心以软件为核心n内容：内容：n计算机计算机、微电子微电子、通信通信、广播、遥感遥测、自动控制、广播、遥感遥测、自动控制、机器人等机器人等10第1章 信息技术概述什么是信息处理系统？什么是信息处理系统？n用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加工处理、用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加工处理、控制及显示的控制及显示的综合使用各种信息技术的系统综合使用各种信息技术的系统，可以通称，可以通称为信息处理系统为信息处理系统n信息处理系统的结构：信息处理系统的结构：传输传输/存储存储信息加工信息加工传输传输/存储存储控制与显示控制与显示感测与识别感测与识别信息输入信息输入信息输出信息输出11第1章 信息技术概述信息处理系统信息处理系统举例举例n雷达雷达：以感测与识别为主要目的以感测与识别为主要目的n电视电视/广播：广播：以单向、点到多点的信息传递为主要目的以单向、点到多点的信息传递为主要目的n电话电话：以双向、点到点的信息交互为主要目的：以双向、点到点的信息交互为主要目的n银行：银行：以处理金融信息为目的以处理金融信息为目的n图书馆：图书馆：以信息收藏和检索为主要目的以信息收藏和检索为主要目的n因特网因特网：跨越全球的多功能信息处理系统：跨越全球的多功能信息处理系统 12第1章 信息技术概述1.2 微电子技术简介微电子技术简介（1）微电子技术与集成电路）微电子技术与集成电路（2）集成电路的制造）集成电路的制造（3）集成电路的发展趋势）集成电路的发展趋势（4）IC卡卡(1)(1)微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路 微微电子技子技术是信息技是信息技术领域中的关域中的关键技技术，是，是发展展电子信息子信息产业和各和各项高技高技术的基的基础 微微电子技子技术的核心是集成的核心是集成电路技路技术14第1章 信息技术概述电子电路中元器件的发展演变电子电路中元器件的发展演变晶体管晶体管(1948)中中/小规模小规模集成电路集成电路(1950s)微电子技术是以微电子技术是以集成电路集成电路为核心的电子技术，为核心的电子技术，它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。展起来的。大规模大规模/超大规模超大规模集成电路集成电路(1970s)电子管电子管(1904)15第1章 信息技术概述什么是集成电路？什么是集成电路？n集成电路集成电路(Integrated Circuit，简称，简称IC)：以半导体单晶片作为基片以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统微型化的电路或系统n集成电路的优点：集成电路的优点：n体积小、重量轻体积小、重量轻n功耗小、成本低功耗小、成本低n速度快、可靠性高速度快、可靠性高超大规模集成电路超大规模集成电路小规模集成电路小规模集成电路16第1章 信息技术概述集成电路的分类集成电路的分类n按用途分：按用途分：n通用集成电路通用集成电路n专用集成电路专用集成电路（ASIC）n按电路的功能分：按电路的功能分：n数字集成电路数字集成电路n模拟集成电路模拟集成电路n按晶体管结构、电路和工艺分：按晶体管结构、电路和工艺分：n双极型（双极型（Bipolar）电路）电路n金属氧化物半导体金属氧化物半导体(MOS)电路电路nn按集成度按集成度(芯片中包含的元器件芯片中包含的元器件数目数目)分：分：集成电路规模集成电路规模元器件数目元器件数目小规模集成电小规模集成电路（路（SSI）100中规模集成电中规模集成电路（路（MSI）1003000大规模集成电大规模集成电路（路（LSI）300010万万超大规模集成超大规模集成电路（电路（VLSI）10万万几十几十亿亿极大规模集成极大规模集成电路（电路（ULSI）100万万17第1章 信息技术概述附：常见集成电路产品的类型附：常见集成电路产品的类型混混合合电电路路A/D转换器转换器D/A转换器转换器(2)(2)集成电路的制造集成电路的制造(选学选学)集成集成电路的制造工序繁多，从原料熔路的制造工序繁多，从原料熔炼开始到最开始到最终产品包装大品包装大约需要需要400多道工序多道工序，工，工艺复复杂且技且技术难度非常高，有一系列的关度非常高，有一系列的关键技技术。许多工序必多工序必须在恒温、恒湿、超在恒温、恒湿、超洁净的无的无尘厂房内完成。厂房内完成。目前目前兴建一个有两条生建一个有两条生产线能加工能加工8英寸晶英寸晶圆的的集成集成电路工厂需投路工厂需投资人民人民币10亿元以上。元以上。19第1章 信息技术概述集成电路的制造流程集成电路的制造流程硅抛光片硅抛光片单晶单晶硅锭硅锭单晶硅锭经切单晶硅锭经切割、研磨和抛割、研磨和抛光后制成镜面光后制成镜面一样光滑的圆一样光滑的圆形薄片，称为形薄片，称为“硅抛光片硅抛光片”晶圆晶圆晶圆晶圆硅平面工艺硅平面工艺硅平面工艺硅平面工艺硅平面工艺包括氧化、光刻、硅平面工艺包括氧化、光刻、掺杂和互连等工序，最终在掺杂和互连等工序，最终在硅片上制成包含多层电路及硅片上制成包含多层电路及电子元件的集成电路。通常电子元件的集成电路。通常每一硅抛光片上可制作成百每一硅抛光片上可制作成百上千个独立的集成电路，这上千个独立的集成电路，这种整整齐齐排满了集成电路种整整齐齐排满了集成电路的硅片称作的硅片称作“晶圆晶圆”芯片芯片芯片芯片检测、分类检测、分类检测、分类检测、分类集成电路集成电路集成电路集成电路封装封装封装封装对晶圆上的每个对晶圆上的每个电路进行检测，电路进行检测，然后将晶圆切开然后将晶圆切开成小片，把合格成小片，把合格的电路分类，再的电路分类，再封装成一个个独封装成一个个独立的集成电路立的集成电路成品测试成品测试成品测试成品测试成品成品成品成品进行成品测试，进行成品测试，按其性能参数按其性能参数分为不同等级，分为不同等级，贴上规格型号贴上规格型号及出厂日期等及出厂日期等标签，成品即标签，成品即可出厂可出厂20第1章 信息技术概述集成电路的集成电路的封装封装 集成电路集成电路封装目的：封装目的：电功能、散热功能、机械与化学保护功能电功能、散热功能、机械与化学保护功能 常见的封装方式：常见的封装方式：n 单列直插式（单列直插式（SIP）n 双列直插式双列直插式（DIP）n 阵列式（阵列式（PGA）n 塑料有引线芯片载体（塑料有引线芯片载体（PLCC）n 扁平贴片式扁平贴片式(P PQFP)n n 球栅阵列封装球栅阵列封装球栅阵列封装球栅阵列封装(BGA)(BGA)n 小外形封装（小外形封装（SOP）21第1章 信息技术概述FC-PGA2 封装方式封装方式（Pentium 4 处理器）理器）集成集成集成集成电电路插座路插座路插座路插座集成电路的集成电路的封装形式封装形式(3)(3)集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势 集成集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。晶体管的尺寸越小，其极限工作晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，率越高，门电路路的开关速度就越快，相同面的开关速度就越快，相同面积的晶片可容的晶片可容纳的晶体的晶体管数目就越多。管数目就越多。所以从集成所以从集成电路路问世以来，人世以来，人们就一直在就一直在缩小晶小晶体管、体管、电阻、阻、电容、容、连接接线的尺寸上下功夫。的尺寸上下功夫。23第1章 信息技术概述IC集成度提高的规律集成度提高的规律Moore定定律律：单单块块集集成成电电路路的的集集成成度度平平均均每每18个个月月翻一番翻一番 (Gordon E.Moore,1965年年)晶体管数晶体管数例例：Intel微处理器集成度的发展微处理器集成度的发展n酷睿酷睿2双核双核（2006）291410M晶体管晶体管n酷睿酷睿2四核四核（2007）820M 晶体管晶体管1 000197019751980198519901995200010 000100 00010610 x106 100 x10640048008808080868028680386PentiumPentium IIPentium IIIPentium 48048620101000 x106CORE 2 DuoCORE 2 Quad24第1章 信息技术概述集成电路技术的发展趋势集成电路技术的发展趋势19992001200420082014工艺工艺(m)0.180.130.090.0450.014晶体管晶体管(M)23.847.61355393500时钟频率时钟频率(GHz)1.21.62.02.65510面积面积(mm2)340340390468901连线层数连线层数678910晶圆直径晶圆直径(英寸英寸)1212141618 减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸 增大硅晶圆的面积：使每块晶圆能生产更多的芯片增大硅晶圆的面积：使每块晶圆能生产更多的芯片25第1章 信息技术概述进一步提高集成度的问题与出路进一步提高集成度的问题与出路n问题：问题：n线线宽宽进进一一步步缩缩小小后后，晶晶体体管管线线条条小小到到纳纳米米级级时时，其其电电流流微微弱弱到到仅仅有有几几十十个个甚甚至至几几个个电电子子流流动动，晶晶体体管管将将逼逼近近其其物物理理极极限限而无法正常工作而无法正常工作n出路：出路：n在在纳纳米米尺尺寸寸下下，纳纳米米结结构构会会表表现现出出一一些些新新的的量量子子现现象象和和效效应应，人人们们正正在在利利用用这这些些量量子子效效应应研研制制具具有有全全新新功功能能的的量量子子器器件件，使能开发出新的使能开发出新的纳米芯片纳米芯片和和量子计算机量子计算机n同同时时，正正在在研研究究将将光光作作为为信信息息的的载载体体，发发展展光光子子学学，研研制制集集成光路成光路，或把电子与光子并用，实现，或把电子与光子并用，实现光电子集成光电子集成 (4)IC卡简介卡简介几乎每个人每天都与几乎每个人每天都与IC卡打交道，例如我卡打交道，例如我们的身份的身份证、手机、手机SIM卡、交通卡、卡、交通卡、饭卡等等，什么是卡等等，什么是IC卡？卡？它有哪些它有哪些类型和用途？工作原理大致是怎型和用途？工作原理大致是怎样的？下的？下面是面是简单介介绍。27第1章 信息技术概述什么是什么是 IC卡？卡？nIC卡卡(chip card、smart card)，又又称称为为集集成成电电路路卡卡，它它是是把把集集成成电电路路芯芯片片密密封封在在塑塑料料卡卡基基片片内内，使使其其成成为为能能存存储储信信息息、处理和传递数据的载体处理和传递数据的载体n特点：特点：n存储信息量大存储信息量大n保密性能强保密性能强n可以防止伪造和窃用可以防止伪造和窃用n抗干扰能力强抗干扰能力强n可靠性高可靠性高n应用举例：应用举例：n作作为为电电子子证证件件，记记录录持持卡卡人人的的信信息息，用用作作身身份份识识别别（如如身身份份证证、考勤卡、医疗卡、住房卡等）考勤卡、医疗卡、住房卡等）n作为作为电子钱包电子钱包（如电话卡、公交卡、加油卡等）（如电话卡、公交卡、加油卡等）28第1章 信息技术概述IC卡的类型卡的类型(按芯片分类按芯片分类)n存存储储器器卡卡：封封装装的的集集成成电电路路为为存存储储器器，信信息息可可长长期期保保存存，也也可可通通过过读读卡卡器器改改写写。结结构构简简单单，使使用用方方便便。用用于于安安全全性性要要求求不不高高的的场场合合，如如电电话话卡卡、水水电电费费卡卡、公公交卡、医疗卡等交卡、医疗卡等（带带加加密密逻逻辑辑的的存存储储器器卡卡增增加加了了加加密电路密电路）nCPU卡卡：封封装装的的集集成成电电路路为为中中央央处处理理器器（CPU）和和存存储储器器，还还配配有有芯芯片片操操作作系系统统(Chip Operating System)，处处理理能能力力强强，保保密密性性更更好好，常常用用作作证证件件和和信信用用卡卡使使用。手机中使用的用。手机中使用的SIM卡就是一种特殊的卡就是一种特殊的CPU卡。卡。29第1章 信息技术概述IC卡的类型卡的类型(按使用方式分类按使用方式分类)n接触式接触式IC卡卡(如电话如电话IC卡卡)n表表面面有有方方型型镀镀金金接接口口，共共8个个或或6个个镀镀金金触触点点。使使用用时时必必须须将将IC卡卡插插入入读读卡卡机机，通通过过金金属属触触点点传输数据。传输数据。n用用于于信信息息量量大大、读读写写操操作作比比较较复复杂杂的的场场合合,但但易易磨损、怕脏、寿命短磨损、怕脏、寿命短n非接触式非接触式IC卡卡(射频卡、感应卡射频卡、感应卡)n采采用用电电磁磁感感应应方方式式无无线线传传输输数数据据，解解决决了了无无源源（卡中无电源）和免接触问题（卡中无电源）和免接触问题n操操作作方方便便，快快捷捷，采采用用全全密密封封胶胶固固化化，防防水水、防污，使用寿命长防污，使用寿命长n用于读写信息较简单的场合，如身份验证等用于读写信息较简单的场合，如身份验证等 接触式接触式IC卡卡接触式接触式IC卡的结构卡的结构非接触式非接触式IC卡卡30第1章 信息技术概述非接触式非接触式IC卡的工作原理（选学）卡的工作原理（选学）读卡器发出一组固定读卡器发出一组固定频率的无线电波频率的无线电波(射频射频信号信号)，通过天线向外，通过天线向外发射发射IC卡激活后，通过辐射电卡激活后，通过辐射电磁信号将卡内数据发射出磁信号将卡内数据发射出去去(或接收读卡器送来的数或接收读卡器送来的数据据)当当IC卡处在读卡器有效范围卡处在读卡器有效范围(一般为一般为510cm)内时，卡内的一个内时，卡内的一个LC串联谐串联谐振电路振电路(谐振频率相同的谐振频率相同的)便产生电磁便产生电磁共振，使电容充电，从而为卡内其它共振，使电容充电，从而为卡内其它电路提供电路提供2V的工作电压的工作电压读卡器收到数据后，通过接口将读卡器收到数据后，通过接口将IC卡数据传送给卡数据传送给PC，PC将判断该卡将判断该卡的合法性，作出相应处理的合法性，作出相应处理31第1章 信息技术概述非接触式非接触式IC卡在身份证中的使用卡在身份证中的使用n第二代身份证使用非接触式第二代身份证使用非接触式CPU卡，可实现卡，可实现“电子防伪电子防伪”和和“数字管理数字管理”两大功能两大功能：n电子防伪措施：个人数据和人脸图像经过加密后存储在芯电子防伪措施：个人数据和人脸图像经过加密后存储在芯片中，需要时可通过非接触式读卡器读出进行验证。以后片中，需要时可通过非接触式读卡器读出进行验证。以后还可以将人体生物特征如指纹等保存在芯片中，以进一步还可以将人体生物特征如指纹等保存在芯片中，以进一步提高防伪性能提高防伪性能n数字管理功能：数字管理功能：n存储器能储存多达几兆字节的信息，采用分区存储，按不同安存储器能储存多达几兆字节的信息，采用分区存储，按不同安全等级授权读写全等级授权读写n采用数据库和网络技术，实现全国联网快速查询和身份识别，采用数据库和网络技术，实现全国联网快速查询和身份识别，使二代证在公共安全、社会管理、电子政务、电子商务等方面使二代证在公共安全、社会管理、电子政务、电子商务等方面发挥重要作用发挥重要作用 1.3 通信技术入门通信技术入门 通信的基本原理通信的基本原理 模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信 光纤通信和无线通信光纤通信和无线通信 移动通信移动通信33第1章 信息技术概述1.3.1 通信的基本原理通信的基本原理（1）通信系统的基本模型通信系统的基本模型（2）调制与解调调制与解调（3）多路复用技术多路复用技术34第1章 信息技术概述什么是通信什么是通信(communication)？n广而言之，通信就是信息的广而言之，通信就是信息的(远距离远距离)传递与交流传递与交流n现现代代通通信信使使用用电电波波或或光光波波传传递递信信息息的的技技术术，也也称称为为电电信信（telecommunication），如如电电报报、电电话话、传传真真、电电子子邮邮件、件、BBS、QQ等等n通信的发展历史：通信的发展历史：n1836年，英国建成第一条电报线路年，英国建成第一条电报线路(Morse电报电报)n1876年，美国人研制成可供实用的电话年，美国人研制成可供实用的电话n20世纪初，马可尼实现了跨越大西洋的无线电报通信世纪初，马可尼实现了跨越大西洋的无线电报通信n1918年出现收音机和无线电广播年出现收音机和无线电广播n1938年第一个电视台开始播出年第一个电视台开始播出n1940s 出现彩色电视出现彩色电视n1960s 出现计算机网络出现计算机网络35第1章 信息技术概述对通信系统的一般要求对通信系统的一般要求n远距离：传输距离要远远距离：传输距离要远n低成本：传输成本要低低成本：传输成本要低n高速度：从发生到接收的延迟时间要短高速度：从发生到接收的延迟时间要短n可靠：传输的信息不能有错误可靠：传输的信息不能有错误n方便：任何时间和地点都能通信方便：任何时间和地点都能通信n安全：传输的信息要保密，不能泄漏安全：传输的信息要保密，不能泄漏36第1章 信息技术概述通信系统的模型通信系统的模型n通信的三要素：通信的三要素：信信 道道信源信源(宿宿)信宿信宿(源源)信信号号信信号号n举例举例:信道的任务是迅速、可靠而信道的任务是迅速、可靠而准确地将信号从信源传输到准确地将信号从信源传输到信宿信宿被传输的信息都必须以被传输的信息都必须以某种电某种电(或光或光)信号的形信号的形式才能进行传输式才能进行传输发送信息发送信息的设备的设备接收信息接收信息的设备的设备有线电话有线电话移动电话移动电话计算机通信计算机通信信源信源/信宿信宿电话座机电话座机手机手机计算机计算机信号形式信号形式话音经电话机转话音经电话机转换成为变化的电换成为变化的电流信号流信号话音经电话机转换成为话音经电话机转换成为压缩编码后的数字信号压缩编码后的数字信号编码并打包后的数字信编码并打包后的数字信号号信道构成信道构成电话线和中继器电话线和中继器等传输设备等传输设备无线电波、基站等无线电波、基站等双绞线、集线器、路由双绞线、集线器、路由器、光纤等器、光纤等37第1章 信息技术概述模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号n通通信信系系统统中中被被传传输输的的信信息息必必须须转转换换成成某某种种电电信信号号(或或光光信信号号)才能进行传输才能进行传输t数字信号数字信号信号信号强度强度模拟信号模拟信号信号信号强度强度tn电信号电信号(或光信号或光信号)有两种形式：有两种形式：n模模拟拟信信号号形形式式:通通过过连连续续变变化化的的物物理理量量（如如信信号号的的幅幅度度）来来表表示示信信息息，例例如如人人们们打打电电话话或或者者播播音音员员播播音音时时声声音音经经话筒话筒(麦克风麦克风)转换得到的电信号；转换得到的电信号；n数数字字信信号号形形式式:使使用用有有限限个个状状态态(一一般般是是2个个状状态态)来来表表示示（编编码码）信信息息，例例如如电电报报机机、传传真真机机和和计计算算机机发发出出的的信信号都是数字信号号都是数字信号 001101000138第1章 信息技术概述模拟信号如何传输？模拟信号如何传输？n近距离传输：近距离传输：n直接传输直接传输(如：如：MP3播放器播放器 耳机耳机；计算机输出信号；计算机输出信号 投影仪投影仪)n远距离传输：远距离传输：n通过通过载波载波来传输模拟信号来传输模拟信号(如：广播电台如：广播电台收音机收音机)n什么是什么是载波载波？n研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他信号传送得更远。因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信信号传送得更远。因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信息的息的载波，载波，把模拟信号放在把模拟信号放在(调制调制在在)载波上传输，则可比直接载波上传输，则可比直接传输远得多传输远得多39第1章 信息技术概述模拟信号如何进行载波传输？模拟信号如何进行载波传输？三种调制方法三种调制方法调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号调制器调制器载波信号载波信号调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号解调器解调器载波信号载波信号调制信号调制信号(连续信号连续信号)调幅调幅(AM)调频调频(FM)调相调相(PM)载波信号载波信号(高频正弦波高频正弦波)实现信号调制与解调的设备分别称为实现信号调制与解调的设备分别称为“调制器调制器”和和“解调器解调器”：40第1章 信息技术概述数字信号如何传输？数字信号如何传输？n近距离传输方法近距离传输方法基带传输基带传输n近距离传输时：不加处理直接进行（如：近距离传输时：不加处理直接进行（如：USB连接）连接）n较长距离传输：需作码型转换（如：以太网中传输数字信号）较长距离传输：需作码型转换（如：以太网中传输数字信号）二进位信号的二进位信号的不归零制不归零制(NRZ)编码编码0 0 1 1 0 1双绞线双绞线计算机计算机计算机计算机NRZ 码码曼彻斯特曼彻斯特编码编码码型码型变换器变换器码型码型变换器变换器曼彻斯特曼彻斯特编码编码NRZ 码码（网卡）（网卡）（网卡）（网卡）含有直流成分，含有直流成分，不便于同步，不不便于同步，不适合直接传输适合直接传输 平均直流电平为平均直流电平为0，电平的变化可，电平的变化可作为同步信号作为同步信号 二进位信号的二进位信号的曼彻斯特编码曼彻斯特编码电平从低电平从低到高表示到高表示0,从高到从高到低表示低表示1n远距离传输方法远距离传输方法通过载波来传输数字信号通过载波来传输数字信号(频带传输频带传输)41第1章 信息技术概述数字信号的三种调制方法数字信号的三种调制方法(ASKASK)幅移键控幅移键控(FSKFSK)频移键控频移键控0 00 01 11 10 01 10 00 00 01 10 0 调制信号调制信号 (两个状态两个状态)(PSKPSK)相移键控相移键控载波信号载波信号(高频正弦波高频正弦波)数字调制、解调器：数字调制、解调器：调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号解调器解调器载波信号载波信号调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号调制器调制器载波信号载波信号42第1章 信息技术概述小结小结1:远距离通信必须使用远距离通信必须使用MODEM 通信一般是双向进行的，收发双方都需要调制器与解调器，通信一般是双向进行的，收发双方都需要调制器与解调器，它们通常做在一起，称为调制解调器它们通常做在一起，称为调制解调器(MODEM)信信 道道信源信源(宿宿)信宿信宿(源源)调制后调制后的载波的载波 信号信号调制后调制后的载波的载波 信号信号调制调制(解调解调)器器(调制调制)解调器解调器载波载波载波载波信源信号通过信源信号通过调调制器制器 调整载波调整载波的某个参数的某个参数(幅幅度、频率或相位度、频率或相位)到达目的地后，使用到达目的地后，使用解调器解调器把载波所携带把载波所携带的信号检测出来，恢的信号检测出来，恢复为原始信号的形式复为原始信号的形式经过调制后的载波经过调制后的载波信号，携带着被传信号，携带着被传输的信号在信道中输的信号在信道中进行长距离传输进行长距离传输43第1章 信息技术概述怎样降低传输成本？怎样降低传输成本？n分析：分析：n通信系统中，传输线路的建设和维护成本占整个系统成本通信系统中，传输线路的建设和维护成本占整个系统成本的相当大的份额的相当大的份额n一条传输线路（铜线、光纤、无线电波）的容量通常远超一条传输线路（铜线、光纤、无线电波）的容量通常远超过传输过传输1路用户信号所需的能力路用户信号所需的能力n降低成本采用的技术降低成本采用的技术多路复用技术多路复用技术(Multiplexing)n多路信号使用同一条传输线同时进行传输多路信号使用同一条传输线同时进行传输n方法：方法：n频分多路复用频分多路复用（FDM）n时分多路复用时分多路复用（TDM）n波分多路复用（波分多路复用（WDM）44第1章 信息技术概述频分多路复用频分多路复用(Frequency Division Multiplexing,FDM)n思想：将每个通信终端发送的信号调制在不同频率的载波上，通思想：将每个通信终端发送的信号调制在不同频率的载波上，通过频分多路复用器过频分多路复用器(MUX)将它们复合成为一个信号，然后在同一将它们复合成为一个信号，然后在同一传输线路上进行传输。抵达接收端之后，借助分路器传输线路上进行传输。抵达接收端之后，借助分路器(DEMUX)把把不同频率的载波分离出来，送到不同的接收设备不同频率的载波分离出来，送到不同的接收设备n工作原理：工作原理：DEMUX MUX 共享的共享的传输信道信道载波频率载波频率f1调制调制调制调制载波频率载波频率fn载波频率载波频率f1解调解调解调解调载波频率载波频率fnf将不同频率将不同频率的载波信号的载波信号合成在一起合成在一起使用一组滤波器使用一组滤波器分解出不同频率分解出不同频率的载波信号的载波信号45第1章 信息技术概述频分多路复用举例频分多路复用举例1n广播电台节目的发送与接收广播电台节目的发送与接收频分多路复用频分多路复用分路器分路器(带通滤波器带通滤波器)信号信号发射发射信号信号接收接收n常见广播电台使用的载波频率常见广播电台使用的载波频率n中波中波 900 KHz(南京经济台南京经济台)中波中波1008 KHz(南京新闻台南京新闻台)n短波短波 15.28 MHz(英国英国BBC)短波短波 15.29 MHz(VOA美国之音美国之音)n调频调频104.3MHz(南京体育台南京体育台)调频调频105.8MHz(南京音乐台南京音乐台)46第1章 信息技术概述频分多路复用举例频分多路复用举例2n电视节目的发送与接收电视节目的发送与接收频道频道 载波频率载波频率(MHz)(MHz)频道频道载波频率载波频率(MHz)(MHz)频道频道载波频率载波频率(MHz)(MHz)1 187.7587.755 5123.25123.259 9230.25230.252 295.7595.75 6 6206.25206.251010238.25238.253 3103.75103.757 7214.25214.251111246.25246.254 4115.25115.258 8222.25222.251212254.25254.25多多路路复复用用器器解调器解调器在天空中传输的在天空中传输的电磁波器电磁波器电视信号电视信号发射器发射器电视信号电视信号接收器接收器电视节目电视节目调制器调制器载波载波1电视图像电视图像及其伴音及其伴音调制器调制器载波载波2电视图像电视图像及其伴音及其伴音调制器调制器载波载波n电视图像电视图像及其伴音及其伴音电电视视调调谐谐器器(分路器分路器)47第1章 信息技术概述时分多路复用时分多路复用(Time Division Multiplexing,TDM)n思想：各通信终端思想：各通信终端（计算机、电话计算机、电话）以规定的顺序和时以规定的顺序和时间轮流使用同一传输线路进行数据传输间轮流使用同一传输线路进行数据传输n工作原理：工作原理：H F G E D C B A传输线路传输线路时间片时间片 G C终端终端 1终端终端 2终端终端 3终端终端 4 H D F B E A多路复用器多路复用器 4 3 2 1 4 3 2 1数据数据tMultiplexer多路分路器多路分路器终端甲终端甲终端乙终端乙终端丙终端丙终端丁终端丁 E A F B G C H DDemultiplexern应用：主要使用在数字通信领域，如电话中继通信、应用：主要使用在数字通信领域，如电话中继通信、GSM手机、总线式以太网等手机、总线式以太网等48第1章 信息技术概述同步和异步时分多路复用同步和异步时分多路复用ABCD待发数据待发数据 t1 t2 t3A1B1C2B2周期周期1周期周期2异步异步TDM节省带宽节省带宽A1B1C1D1C2D2A2B2周期周期1周期周期2同步同步TDM 浪费浪费 异步异步TDM的条件：发送信息中必须包含的条件：发送信息中必须包含接收设备的地址！接收设备的地址！49第1章 信息技术概述小结小结2:多路复用可以降低通信成本多路复用可以降低通信成本n通信系统的原理示意图通信系统的原理示意图复用复用（分路（分路）信道信道信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器复用复用（分路（分路）信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器多路复用技术使得成千上多路复用技术使得成千上万路通信可以在同一条传万路通信可以在同一条传输线上同时进行，大大节输线上同时进行，大大节省了通信成本省了通信成本频分多路、时分多路和波频分多路、时分多路和波分多路等技术可以同时使分多路等技术可以同时使用，以提高复用效率用，以提高复用效率50第1章 信息技术概述1.3.2 模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信（1）模拟通信模拟通信（2）数字通信数字通信（3）数字通信系统数字通信系统51第1章 信息技术概述模拟通信模拟通信n信源产生的模拟信号直接进行传输或者通过对载波调制信源产生的模拟信号直接进行传输或者通过对载波调制后进行传输的通信技术称为后进行传输的通信技术称为模拟通信技术模拟通信技术 n应用：应用：n(传统的传统的)有线载波电话有线载波电话n无线电广播无线电广播n电视（卫星电视、数字有线电视除外）电视（卫星电视、数字有线电视除外）n优点：历史长，技术成熟，结构简单，成本低优点：历史长，技术成熟，结构简单，成本低n缺点：在信号的调制和传输过程中易受噪声干扰，传输缺点：在信号的调制和传输过程中易受噪声干扰，传输质量不够稳定质量不够稳定n趋势：已经越来越多地被数字通信所取代趋势：已经越来越多地被数字通信所取代 52第1章 信息技术概述模拟通信技术应用举例（模拟通信技术应用举例（1）n传统的有线载波电话传统的有线载波电话 使用对称电缆或同轴电缆，前者使用对称电缆或同轴电缆，前者每一对线可传输每一对线可传输60路电话，后者路电话，后者可提供成千上万个话路可提供成千上万个话路多多路路复复用用(分分路路)器器 传输线路传输线路(中继线和长途线中继线和长途线)MODEM载波载波1MODEM载波载波2MODEM载波载波n多多路路复复用用(分分路路)器器MODEM载波载波1MODEM载波载波2MODEM载波载波n本地交换机本地交换机长途交换机长途交换机本地交换机本地交换机中继线中继线用户线用户线中继线中继线长途线长途线长途交换机长途交换机用户线用户线电子开关电子开关2x2交换机原理交换机原理53第1章 信息技术概述模拟通信技术应用举例（模拟通信技术应用举例（2）n电话拨号上网电话拨号上网:利用模拟传输技术传输数字信号利用模拟传输技术传输数字信号54第1章 信息技术概述模拟通信技术应用举例（模拟通信技术应用举例（2）n家庭计算机用户通过电话拨号接入计算机网络家庭计算机用户通过电话拨号接入计算机网络调制解调器把计算机送出的调制解调器把计算机送出的数字信号数字信号,采用数字调制采用数字调制(频频移键控或相移键控移键控或相移键控)的方法的方法,调制成为适合于在用户电话调制成为适合于在用户电话线上传输的音频模拟信号线上传输的音频模拟信号因特网服务提供商把因特网服务提供商把接收到的模拟信号，接收到的模拟信号，通过解调器恢复成数通过解调器恢复成数字信号送给计