第一章 信息技术概述11.ppt

1第1章 信息技术概述新程专转本 计算机基础理论的内容组织计算机基础理论的内容组织计算机在各种不同学科中的应用计算机在各种不同学科中的应用(后续课程后续课程)信息技术信息技术 集成电路常识集成电路常识 数字技术基础数字技术基础(IT基本知识基本知识)计算机软件计算机软件(OS,算法算法,程序语言程序语言)计算机计算机网络基础网络基础 计算机硬件计算机硬件(组成原理组成原理)(平台层平台层)数字媒体及应用数字媒体及应用 信息系统与数据库信息系统与数据库(应用层应用层)因特网应用因特网应用第第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3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4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n5第1章 信息技术概述数据和信息数据和信息n（2015单选）单选）根据国际标准化组织（根据国际标准化组织（ISO）的定义，）的定义，信息技术领域中信息技术领域中“信息信息”与与“数据数据”的关系是（的关系是（）A信息包含数据信息包含数据 B信息是数据的载体信息是数据的载体 C信息是指对人有用的数据信息是指对人有用的数据 D信息仅指加工后的数值数据信息仅指加工后的数值数据数据：数字、文字、声音、图像等。数据：数字、文字、声音、图像等。信息：对人有用的数据。信息：对人有用的数据。关系：数据包含信息，数据处理的结果即为信息。关系：数据包含信息，数据处理的结果即为信息。6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、出版、电报、电话、广播等如邮寄、出版、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)7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）不清事物客体事物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8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、的是用来扩展人们信息器官功能、协助协助人们更有效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。(要点要点)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:(要点要点)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 信息技术概述信息处理系统信息处理系统n信息处理系统：用于辅助人们进行信息获取、传递、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。技术的系统。n信息处理系统应用实例（信息处理系统应用实例（要点要点）1.电视、广播系统电视、广播系统 2.电话电话 3.计算机网络计算机网络11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）集成电路的发展趋势）集成电路的发展趋势(1)(1)微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路 微电子技术是信息技术领域中的关微电子技术是信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产业和各项键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础高技术的基础 微电子技术的核心是集成电路技术微电子技术的核心是集成电路技术13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)14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（P4考点考点）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15第1章 信息技术概述IC是所有电子产品的核心是所有电子产品的核心16第1章 信息技术概述集成电路的分类（集成电路的分类（要点要点）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：（要点要点）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）10万万几十亿几十亿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）(2)(2)集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势 集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。晶体管的尺寸越小晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快，相同面积的晶片可容纳的晶体的开关速度就越快，相同面积的晶片可容纳的晶体管数目就越多。管数目就越多。所以从集成电路问世以来，人们就一直在缩小晶所以从集成电路问世以来，人们就一直在缩小晶体管、电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。体管、电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。19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18-24个个月翻一番月翻一番 (Gordon E.Moore,1965年年)（考点考点）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nCore i7 四核（四核（2010）10亿亿 晶体管晶体管1 000197019751980198519901995200010 000100 00010610 x106100 x10640048008808080868028680386PentiumPentium IIPentium IIIPentium 4晶体管数晶体管数8048620101000 x106CORE 2 DuoCORE 2 QuadCORE i7 (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ICIC卡打交道，例如我们的身份卡打交道，例如我们的身份证、手机证、手机SIMSIM卡、交通卡、饭卡等等，什么是卡、交通卡、饭卡等等，什么是ICIC卡？卡？它有哪些类型和用途？工作原理大致是怎样的？下它有哪些类型和用途？工作原理大致是怎样的？下面是简单介绍。面是简单介绍。21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）22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，有有一一定定安安全全措措施施。用用于于电电话话卡卡、水水电电费费卡卡、公公交交卡卡、医医疗卡等疗卡等（带加密逻辑的存储器卡（带加密逻辑的存储器卡增加了加密电路增加了加密电路）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23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1.3 通信技术入门通信技术入门1.3.1 通信的基本原理通信的基本原理1.3.2 模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信1.3.3 光纤通信和无线通信光纤通信和无线通信1.3.4 个人移动通信个人移动通信25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26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，美国人年，美国人A.G.Bell研制成可供实用的电话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27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信号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模拟信号流模拟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、打包后的数字信编码、打包后的数字信号号信道信道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28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 29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30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”：31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1 n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)32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33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34第1章 信息技术概述怎样实现低成本传输？怎样实现低成本传输？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采用的技术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（要点要点）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）35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，然后在同一传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，借助分路器输线路上进行传输。抵达接收端之后，借助分路器(DEMUX)把不把不同频率的载波分离出来，送到不同的接收设备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 共享的传输信道共享的传输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36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)37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)38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 DDemultiplexer39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40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41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 42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43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算机字信号送给计算机n目前电话上网的最高传输速率：目前电话上网的最高传输速率：56KbpsMODEMMODEM本地本地本地本地电话网电话网电话网电话网MODEMMODEM计算机网络计算机网络计算机网络计算机网络模拟通信技术模拟通信技术模拟通信技术模拟通信技术计算机计算机计算机计算机数字数字数字数字信号信号信号信号因特网服务提供商因特网服务提供商(ISP)(ISP)家庭用户家庭用户数字数字数字数字信号信号信号信号音频模拟信号在本音频模拟信号在本地电话网中，采用地电话网中，采用模拟传输技术进行模拟传输技术进行传输传输44第1章 信息技术概述什么是数字通信？什么是数字通信？n将信源产生的模拟信号转换为数字信号（或信源直接产将信源产生的模拟信号转换为数字信号（或信源直接产生数字信号）之后，直接进行传输或通过用数字信号对生数字信号）之后，直接进行传输或通过用数字信号对载波进行数字调制来传输信息的技术称为载波进行数字调制来传输信息的技术称为数字通信数字通信n数字通信技术的优点：数字通信技术的优点：n抗干扰能力强，差错可控制，无噪声积累，传输质量高抗干扰能力强，差错可控制，无噪声积累，传输质量高n灵活性好，能适应多种应用需求，声音、图像、数据均可传输灵活性好，能适应多种应用需求，声音、图像、数据均可传输n传输的数字信号可以直接由计算机进行存储、管理和处理传输的数字信号可以直接由计算机进行存储、管理和处理n数字信号的加密比模拟信号容易，所以通信的安全性高数字信号的加密比模拟信号容易，所以通信的安全性高n数字电路容易用超大规模集成电路实现，有利于通信设备的小数字电路容易用超大规模集成电路实现，有利于通信设备的小型化、微型化，也降低了功耗型化、微型化，也降低了功耗 45第1章 信息技术概述数字通信技术应用举例（数字通信技术应用举例（1）n当今长途电话系统的中继通信当今长途电话系统的中继通信 PCM编码器编码器PCM解码器解码器PCM编码器编码器PCM解码器解码器多多 路路 复复 用用 器器分分 路路 器器光纤传输线路光纤传输线路(中继线和长途线中继线和长途线)（本地电话局）（本地电话局）（本地电话局）（本地电话局）（用户线）（用户线）（用户线）（用户线）数字传输技术数字传输技术模拟传输技术模拟传输技术模拟传输技术模拟传输技术模拟声音信号在需要进模拟声音信号在需要进行远距离传输之前，先行远距离传输之前，先使用使用PCM编码器变换编码器变换为数字信号形式（此过为数字信号形式（此过程称为程称为“数字化数字化”）接收方所在地区的交换接收方所在地区的交换局使用解码器把数字信局使用解码器把数字信号还原成模拟声音信号号还原成模拟声音信号后，由用户线传输至接后，由用户线传输至接听方的电话机听方的电话机 数字信号经调制和复数字信号经调制和复用后，通过光纤传输用后，通过光纤传输到接收方所在地区的到接收方所在地区的交换局，再经解调和交换局，再经解调和分路处理，恢复为数分路处理，恢复为数字信号字信号 46第1章 信息技术概述数字通信技术应用举例（数字通信技术应用举例（2）n卫星电视数字传输：用数字传输技术传输模拟信号卫星电视数字传输：用数字传输技术传输模拟信号 数字传输技术数字传输技术数字数字调制调制数字数字解调解调编码器编码器解码器解码器在空中传输在空中传输的电磁波器的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载波载波载波载波电视图像电视图像及其伴音及其伴音电视机电视机数字信号经调制和复数字信号经调制和复用后由天线发送至卫用后由天线发送至卫星，再由卫星进行转星，再由卫星进行转发，被卫星地面接收发，被卫星地面接收站所接收站所接收电视台的节目在发送到电视台的节目在发送到卫星去传输之前，先要卫星去传输之前，先要把图像和伴音信号进行把图像和伴音信号进行数字化，还要进行数据数字化，还要进行数据压缩压缩 地面站对接收到的信号地面站对接收到的信号进行解调、解码后恢复进行解调、解码后恢复为模拟信号，再经由有为模拟信号，再经由有线电视电缆送到用户电线电视电缆送到用户电视机上播放视机上播放47第1章 信息技术概述数字通信系统的主要性能指标数字通信系统的主要性能指标 n数据传输速率数据传输速率(简称数据速率简称数据速率,data rate)n指实际进行数据传输时单位时间内传送的二进位数目指实际进行数据传输时单位时间内传送的二进位数目n计量单位：计量单位：“位位/秒秒”(bps)、“千位千位/秒秒”(kbps)、“兆位兆位/秒秒”(Mbps)或或“千兆位千兆位/秒秒”(Gbps)等等n信道带宽信道带宽(也称为信道容量也称为信道容量,bandwidth)(要点要点)n一个信道允许的最大数据传输速率（数字），频率差值（模拟）一个信道允许的最大数据传输速率（数字），频率差值（模拟）n信道带宽与采用的传输介质、传输距离、多路复用方法、调制解调方法信道带宽与采用的传输介质、传输距离、多路复用方法、调制解调方法等密切相关等密切相关n误码率误码率(error rate)n指数据传输中规定时间内出错数据占被传输数据总数的比例指数据传输中规定时间内出错数据占被传输数据总数的比例n端端延迟端端延迟(end-end delay)n指数据从信源传送到信宿所花费的时间。指数据从信源传送到信宿所花费的时间。48第1章 信息技术概述1.3.3 光纤通信与无线通信光纤通信与无线通信（1）传输介质的类型与特点传输介质的类型与特点（2）光纤通信光纤通信（3）无线通信无线通信49第1章 信息技术概述传输介质的类型与特点传输介质的类型与特点介质介质 类型类型特点特点应用应用金属金属导体导体双绞线双绞线成本低，易受外部高频电磁波成本低，易受外部高频电磁波干扰，误码率较高；传输距离干扰，误码率较高；传输距离有限有限固定电话本地回固定电话本地回路、计算机局域路、计算机局域网网同轴电缆同轴电缆 传输特性和屏蔽特性良好，可传输特性和屏蔽特性良好，可作为传输干线长距离传输载波作为传输干线长距离传输载波信号，但成本较高信号，但成本较高固定电话中继线固定电话中继线路、有线电视接路、有线电视接入入光导光导纤维纤维光缆光缆传传输输损损耗耗小小，通通讯讯距距离离长长，容容量量大大，屏屏蔽蔽特特性性非非常常好好，不不易易被被窃窃听听，重重量量轻轻，便便于于运运输输和和铺铺设设。缺点是精确连接两根光纤很困难缺点是精确连接两根光纤很困难电话、电视等通电话、电视等通信系统的远程干信系统的远程干线，计算机网络线，计算机网络的干线的干线无线电波无线电波微波微波红外线红外线激光激光建设费用低，抗灾能力强，容量建设费用低，抗灾能力强，容量大，无线接入使得通信更加方便大，无线接入使得通信更加方便.但易被窃听、易受干扰但易被窃听、易受干扰广播，电视，移广播，电视，移动通信系统，计动通信系统，计算机无线局域网算机无线局域网50第1章 信息技术概述双绞线和同轴电缆双绞线和同轴电缆n原理：利用电流原理：利用电流(电压电压)传输信息传输信息n双绞线分类双绞线分类n3类线类线(10 Mb/s)；5类线类线(100Mb/s)；6类线类线(200Mb/s)n无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线(UTP)；屏蔽双绞线；屏蔽双绞线(STP)同轴电缆同轴电缆内层导线内层导线金属屏蔽金属屏蔽外绝缘层外绝缘层绝缘体绝缘体n同轴电缆分类同轴电缆分类n基带同轴电缆（基带同轴电缆（5050）n传输数字信号传输数字信号n宽带同轴电缆（宽带同轴电缆（7575）n传输模拟信号传输模拟信号信号线信号线地线地线套管套管无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线返回返回51第1章 信息技术概述光纤与光缆光纤与光缆多根光纤多根光纤保护层保护层防止光泄漏的吸收外壳防止光泄漏的吸收外壳起保护作用的防护层起保护作用的防护层外绝缘层外绝缘层光线光线光波在光纤中的传播光波在光纤中的传播n光导纤维（光导纤维（光线的入射角足够大时，就会出现全反射，光线的入射角足够大时，就会出现全反射，重复此过程，光就沿着光纤传播下去重复此过程，光就沿着光纤传播下去）纤芯纤芯 包层包层保护层保护层光波光波n光缆光缆光光 纤纤保保护护层层52第1章 信息技术概述光纤通信原理光纤通信原理电信号电信号驱动驱动电路电路光源光源中继器中继器输出输出电路电路电信号电信号发送单元发送单元(电电/光转换光转换)传输单元传输单元接收单元接收单元(光光/电转换电转换)光调光调制器制器光纤光纤光纤光纤放大放大电路电路光检光检测器测器n光纤主要用于传输数字信号，光纤主要用于传输数字信号，0信号或信号或1信号直接对光进行调制信号直接对光进行调制(即控制即控制激光的通或断激光的通或断幅移键控幅移键控ASK)n光波的频率为光波的频率为10141015Hz，目前一束光每秒能携带，目前一