第一章 信息技术概述优秀课件.ppt

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1、第一章信息技术概述第1页，本讲稿共109页第一章第一章 信息技术概述信息技术概述l1.1 信息与信息技术信息与信息技术l1.2 微电子技术简介微电子技术简介l1.3 通信技术入门通信技术入门l1.4 数字技术基础数字技术基础第2页，本讲稿共109页1.1 信息与信息技术信息与信息技术l什么是信息、信息处理？什么是信息、信息处理？l4个基本的信息技术？个基本的信息技术？l信息处理系统？信息处理系统？本节重点：本节重点：第3页，本讲稿共109页1.1.1信息与信息处理信息与信息处理l信息是什么？信息是什么？信息就是信息，它既不是物质也不是能量。信息就是信息，它既不是物质也不是能量。N.Wiener

2、（控制论创始人）（控制论创始人）事物运动的状态及状态变化的方式事物运动的状态及状态变化的方式。客观事物立场客观事物立场 认认识识主主体体所所感感知知或或所所表表述述的的事事物物运运动动及及其其变变化化方方式式的的形形式式、内内容容和效用。和效用。认识主体立场认识主体立场 信息普遍存在，是一种基本资源信息普遍存在，是一种基本资源实际应用中，人们更关心实际应用中，人们更关心的是认识论层次的信息。的是认识论层次的信息。例如：中国人口有例如：中国人口有13亿多，亿多，且每年以且每年以6%比例增长。比例增长。第4页，本讲稿共109页l什么是数据“数据是对未经组织的事实、概念或指令的一种特殊表达形式，这种

3、特殊的表达形式可以用人工或自动化的装置对其进行通信，翻译转换或加工处理。”iso定义。数据的语义是数据表达的“事实、概念或指令”。数据的语法是数据具有特殊的表达形式。第5页，本讲稿共109页数据与信息的联系是：信息是对人有用的数据，这些数据将可能影响到人们的行为与决策。信息和数据通常并不严格加以区分(在不引起混淆时)；当数据向人们传递了某些含义时，数据就变成了信息。在信息处理领域中，信息指的是人们要解释的那些数据的含第6页，本讲稿共109页2信息的属性(1)事实性(2)等级性(3)共享性(4)转换性(5)扩散性(6)可压缩性(7)增值性(8)可存储性(9)可再生性第7页，本讲稿共109页3信息

4、的分类(1)按信息的内容分为：政治，军事，文化，科技，市场(2)按信息的表示形式分为：数据、文字、图像、声音、视频。(3)按信息的作用分为：有用的，无用的，有害的。(4)按信息的逻辑性分为：真实的，虚假的。(5)按信息的载体分为：电信号，光信号等。（6）按信息处理时的电信号的形式分：离散的，连续的第8页，本讲稿共109页1.1.1信息与信息处理信息与信息处理l人工进行信息处理的过程人工进行信息处理的过程信息施效信息施效（效应器官）（效应器官）信息获取信息获取（感觉器官）（感觉器官）信息传递信息传递（神经系统）（神经系统）信息加工信息加工（大脑）（大脑）信息传递信息传递（神经系统）（神经系统）事

5、物客体事物客体第9页，本讲稿共109页1.1.1信息与信息处理信息与信息处理l信息处理？信息处理？信息信息收集收集感知、测量、识别、获取、输入等感知、测量、识别、获取、输入等信息信息传递传递 信信息息加加工工分分类类、计计算算、分分析析、转转换换、检检索索、管管理理 信息信息存储存储 信息信息传递传递信息信息维护维护 信息信息施用施用控制、显示等控制、显示等第10页，本讲稿共109页1.1.2 信息技术信息技术l信息技术：信息技术：用来扩展人的信息器官功能、协助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人们进行信息处理的一类技术。l人的信息器官及功能：人的信息器官及功能：感觉器官

6、（眼耳鼻舌身）感觉器官（眼耳鼻舌身）获取信息获取信息 神经网络神经网络传递信息传递信息 思维器官（大脑）思维器官（大脑）处理信息并再生信息处理信息并再生信息 效应器官（手脚）效应器官（手脚）施用信息施用信息第11页，本讲稿共109页1.1.2 信息技术信息技术l基本信息技术基本信息技术(四个四个)感知与识别技术感知与识别技术扩展感觉器官功能扩展感觉器官功能,提高人们的感知范围、提高人们的感知范围、感知精度和灵敏度感知精度和灵敏度(雷达、卫星遥感）雷达、卫星遥感）通信技术通信技术扩展神经网络功能扩展神经网络功能,消除人们交流信息的空间和时间消除人们交流信息的空间和时间障碍障碍 计算与存储技术计算

7、与存储技术扩展思维器官功能扩展思维器官功能,增强人们的信息加工处增强人们的信息加工处理能力理能力 控制与显示技术控制与显示技术扩展效应器官功能，增强人们的信息控扩展效应器官功能，增强人们的信息控制能力制能力第12页，本讲稿共109页1.1.3 信息处理系统信息处理系统l信息处理系统：信息处理系统：指用于辅助人们进行信息获取、指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。用各种信息技术的系统。信息加工信息加工通信通信/存储存储控制与显示控制与显示通信通信/存储存储感知与识别感知与识别信息处理系统结构信息处理系统结

8、构第13页，本讲稿共109页1.1.3 信息处理系统信息处理系统l信息处理系统分类信息处理系统分类依据自动化程度依据自动化程度人工的、半自动的、全自动的人工的、半自动的、全自动的依据技术手段依据技术手段机械的、电子的、光学的机械的、电子的、光学的依据通用性依据通用性专用的、通用的专用的、通用的第14页，本讲稿共109页1.1.3 信息处理系统信息处理系统l信息处理系统实例信息处理系统实例雷达雷达是一种以感知与识别为主要目的的系统是一种以感知与识别为主要目的的系统电电视视/广广播播系系统统是是一一种种单单向向的的、点点到到多多点点（面面）的以信息传递为主要目的的系统的以信息传递为主要目的的系统电

9、电话话是是一一种种双双向向的的、点点到到点点的的以以信信息息交交互互为为主主要要目的的系统目的的系统银行银行是一种以处理金融业务为主的系统是一种以处理金融业务为主的系统图书馆图书馆是一种以信息收藏和检索为主的系统是一种以信息收藏和检索为主的系统InternetInternet是一种跨越全球的多功能信息处理系统是一种跨越全球的多功能信息处理系统 第15页，本讲稿共109页第一章第一章 信息与信息技术信息与信息技术l1.1 信息与信息技术信息与信息技术l1.2 微电子技术简介微电子技术简介l1.3 通信技术入门通信技术入门l1.4 数字技术基础数字技术基础第16页，本讲稿共109页1.2 微电子技

10、术简介微电子技术简介l什么是微电子技术什么是微电子技术 l集成电路按所含电子元件数目的分类集成电路按所含电子元件数目的分类l集成电路按所用晶体管结构、电路和工艺的集成电路按所用晶体管结构、电路和工艺的分类分类 l摩尔定律摩尔定律 lIC卡的分类与应用卡的分类与应用 本节重点：本节重点：第17页，本讲稿共109页现代信息技术的主要特征是采用电(光)子技术进行信息的收集、传递、加工、存储、显示与控制；以计算机为基础，以软件为核心；现代信息技术领域包括微电子、通信、广播、计算机、遥感遥测、自动控制、机器人等诸多领域。其中，微电子技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大核心技术第18页，本讲稿共

11、109页1.2.1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：微电子技术：是实现是实现电子电路电子电路和和电子系统电子系统超小型超小型化和微型化的技术，它以化和微型化的技术，它以集成电路集成电路为核心。为核心。电子技术使用的基础元件的电子技术使用的基础元件的演变演变：真真空空电电子子管管 晶晶体体管管 中中小小规规模模集集成成电电路路 大大规规模模超超大大规规模模集成电路集成电路现代现代PCPC机所使用的处机所使用的处理器、芯片组、图形理器、芯片组、图形加速器芯片等都是哪加速器芯片等都是哪种规模集成电路？种规模集成电路？第19页，本讲稿共109页1.2.1微电子技术与集成电路微电子技术

12、与集成电路在这个阶段产生了广在这个阶段产生了广播、电视、无线电通播、电视、无线电通信、仪器仪表、自动信、仪器仪表、自动化技术和第一代电子化技术和第一代电子计算机计算机真空电子管：真空电子管：第20页，本讲稿共109页1.2.1微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路1948年发明，再加上年发明，再加上印制电路组装技术的使印制电路组装技术的使用，使电子电路在小型用，使电子电路在小型化方面前进了一大步，化方面前进了一大步，产生了第二代计算机产生了第二代计算机晶体管：晶体管：第21页，本讲稿共109页1.2.1微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路小规模集成电路小规模集成电路集成电路集成电路:超大

13、规模集成电路超大规模集成电路20世纪世纪50年代出现，以半导体单晶年代出现，以半导体单晶片作为材料，经平面工艺加工制造，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。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现代集成电路使用的半导体材料通常是硅常是硅(Si)，也可以是化合物半导，也可以是化合物半导体如砷化镓体如砷化镓(GaAs)等等第22页，本讲稿共109页1.2.1微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路 集成电路的分类：集成电路的分类：l

14、按所包含的按所包含的晶体管数目晶体管数目分分l按所用晶体管结构、电路和工艺分l按集成电路的功能分l按用途分第23页，本讲稿共109页1.2.1微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路 根据所包含的晶体管数目分为：根据所包含的晶体管数目分为：集成电路规模集成电路规模集成度（个电子元件）集成度（个电子元件）小规模集成电路（小规模集成电路（SSI）100中规模集成电路（中规模集成电路（MSI）1003000大规模集成电路（大规模集成电路（LSI）300010万万超大规模集成电路（超大规模集成电路（VLSI）10万万100万万极大规模集成电路（极大规模集成电路（ULSI）100万万第24页，本讲稿共1

15、09页1.2.1微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路 集成电路的分类：集成电路的分类：l按所包含的晶体管数目分l按所用按所用晶体管结构、电路和工艺晶体管结构、电路和工艺分分l按集成电路的功能分l按用途分第25页，本讲稿共109页1.2.1微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路根据所用晶体管结构、电路和工艺分为：根据所用晶体管结构、电路和工艺分为：l双极型双极型（Bipolar）集成电路）集成电路l金属金属-氧化物氧化物-半导体半导体(MOS)集成电路集成电路l双双极极金金属属-氧氧化化物物-半半导导体体集集成成电电路路（Bi-MOS）等）等第26页，本讲稿共109页1.2.1微电子技术与

16、集成电路微电子技术与集成电路 集成电路的分类：集成电路的分类：l按所包含的晶体管数目分l按所用晶体管结构、电路和工艺分l按集成电路的按集成电路的功能功能分分l按用途分第27页，本讲稿共109页1.2.1微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路根据集成电路的功能分为：根据集成电路的功能分为：l数数字字集集成成电电路路（如如逻逻辑辑电电路路、存存储储器器、微微处处理理器、微控制器、数字信号处理器等）器、微控制器、数字信号处理器等）l模模拟拟集集成成电电路路（又又称称为为线线性性电电路路，如如信信号号放放大大器、功率放大器等）器、功率放大器等）第28页，本讲稿共109页1.2.1微电子技术与集成电路

17、微电子技术与集成电路 集成电路的分类：集成电路的分类：l按所包含的晶体管数目分l按所用晶体管结构、电路和工艺分l按集成电路的功能分l按按用途用途分分第29页，本讲稿共109页1.2.1微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路 根据用途分为：根据用途分为：l通用通用集成电路：微处理器和存储器芯片集成电路：微处理器和存储器芯片l专用专用集成电路：按某种应用的特定要集成电路：按某种应用的特定要 求而专求而专门设计、定制的集成电路。门设计、定制的集成电路。第30页，本讲稿共109页1.2.1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与集成电路的关系：微电子技术与集成电路的关系：1 1、集集成成

18、电电路路芯芯片片是是微微电电子子技技术术的的结结晶晶，它它们们是是计计算算机机的的核核心心，是现代信息产业的基础。是现代信息产业的基础。2 2、据据预预测测：未未来来十十年年内内世世界界半半导导体体的的年年平平均均增增长长率率将将达达15%以以上上，2010年年全全世世界界半半导导体体的的年年销销售售额额可可达达到到60008000亿美元，将支持亿美元，将支持45万亿美元的电子装备市场万亿美元的电子装备市场。现代集成电路使用的半导体材料通现代集成电路使用的半导体材料通常是？常是？第31页，本讲稿共109页1.2.2 集成电路的制造集成电路的制造集成电路的制造：集成电路的制造：400多道工序多道

19、工序硅衬底硅衬底晶圆晶圆芯片芯片硅平面工艺硅平面工艺剔除、分类剔除、分类集成电路集成电路封装封装成品成品成品测试成品测试第32页，本讲稿共109页1.2.3 集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势l集成电路的工作速度集成电路的工作速度 主主要要取取决决于于组组成成逻逻辑辑门门电电路路的的晶晶体体管管的的尺尺寸寸、生生产产工工艺艺和和电电路路设设计计水水平平，晶晶体体管管的的尺尺寸寸越越小小，其其极极限限工工作作频频率率越越高高，门门电电路路的的开开关关速速度度就就越越快快。芯芯片片上上电电路路元元件件的的线线条条越越细细，相相同同面面积积的的晶晶片片可可容容纳纳的的晶晶体体管管就就越越多多，功功

20、能能就就越越强强，速速度度也也越越快。快。第33页，本讲稿共109页1.2.3 集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势l集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势 提高集成度，关键在缩小门电路面积（提高集成度，关键在缩小门电路面积（数据数据）l集成电路特点集成电路特点：体积小、重量轻、可靠性高：体积小、重量轻、可靠性高lMooreMoore定律定律单块集成电路的集成度平均每单块集成电路的集成度平均每1824个月翻一番个月翻一番 Gordon E.Moore,1965Gordon E.Moore,1965年年Q Q：MooreMoore定律会永远成立吗？定律会永远成立吗？第34页，本讲稿共109页1.2

21、.3 集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势Intel公司微处理器集成度的发展公司微处理器集成度的发展19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentium IIPentium IIIPentium 4晶体管数第35页，本讲稿共109页1.2.3 集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势1999199920012001200420042008200820142014工艺工艺(m)m)0.180.180.130.13

22、0.090.090.060.060.0140.014晶体管晶体管(M)M)23.823.847.647.613513553953935003500时钟频率时钟频率(GHz)GHz)1.21.21.61.62.02.02.6552.6551010面积面积(mmmm2 2)340340340340390390468468901901连线层数连线层数6 67 78 89 91010晶晶 圆圆 直直 径径（mmmm）300300300300350350400400450450引脚数目引脚数目70070095795733503350功耗（功耗（w w）9090130130183183第36页，本讲稿共1

23、09页1.2.3 集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势l目前集成电路生产的主流技术：目前集成电路生产的主流技术：12吋吋晶晶圆圆、0.18微微米米工工艺艺，并并正正在在向向1414吋吋晶晶圆圆、0.090.09微微米米工艺过渡工艺过渡 Intel P4P4：采采用用0.130.13mm工工艺艺制制造造生生产产，部部分分型型号号已已采采用用45nm45nm工工艺。艺。lAMDAMD：在在其其Athlon Athlon 64 64 X2X2双双核核台台式式机机处处理理器器中中首首次次采采用用了了其其65nm65nm工艺技术。工艺技术。l1 1（mm微米）微米）1/1,000,000 1/1,000

24、,000（米）（米）l美国半导体协会美国半导体协会(SIA)(SIA)预测，到预测，到20102010年将能达到年将能达到1818吋晶圆和吋晶圆和0.070.070.050.05微米的工艺。在未来十年时间里，集成电路的技术还将继微米的工艺。在未来十年时间里，集成电路的技术还将继续遵循续遵循MooreMoore定律得到进一步的发展定律得到进一步的发展第37页，本讲稿共109页l酷睿双核的物理特性酷睿双核的物理特性全新的全新的Core架构，彻底抛弃了架构，彻底抛弃了Netburst架构架构全部采用全部采用65nm和和45nm制造工艺制造工艺 全线产品均为双核心，全线产品均为双核心，L2缓存容量提升

25、到缓存容量提升到4MB 晶体管数量达到晶体管数量达到2.91 亿个，核心尺寸为亿个，核心尺寸为143平方毫米平方毫米 性能提升性能提升40%能耗降低能耗降低40%，主流产品的平均能耗为，主流产品的平均能耗为65瓦特瓦特 第38页，本讲稿共109页1.2.3 集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势问题与出路：问题与出路：l线线宽宽进进一一步步缩缩小小、线线路路间间的的距距离离越越来来越越窄窄以以后后，干干扰扰将将越越益益严严重重。为了减少这种干扰，可以采取减小电流，降低电压的方法来解决。为了减少这种干扰，可以采取减小电流，降低电压的方法来解决。但但是是，当当晶晶体体管管的的基基本本线线条条小小到到

26、纳纳米米级级，线线路路的的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时时，晶晶体体管管已已逼逼近近其其物物理理极极限限，它它将将无无法法正正常常工工作。作。l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，可可以以利利用用这这些些量量子子效效应应研研制制具具有有新新功功能能的的量量子子器器件件，从从而而把把芯芯片片的的研研制推向量子世界的新阶段制推向量子世界的新阶段纳米芯片技术纳米芯片技术。l同同时时，人人们们还还在在研研究究将将自自然然界界传传播播速速度度最最快快的的光光作作为为信信息息的的载载体体，发发展

27、展光光子学，研制集成光路，或把电子与光子并用，实现子学，研制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成光电子集成。第39页，本讲稿共109页1.2.3 集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势u光子计算机光子计算机光能够像电一样来传递信息，甚至效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为当电子计算机芯片越来越趋向于0.18m0.18m时，就会产生很多的问题时，就会产生很多的问题,而光子计算机就而光子计算机就可以避免。可以避免。第40

28、页，本讲稿共109页1.2.3 集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势u量子计算机量子计算机是运用量子力学来设计的，它们的特点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。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，完成密码的破译和语音的识

29、别等等。因此，欧洲已经成立了量子计算机研究所，现在估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计，量子计算机可能会在今后的十五年左右出现。出现。图为一种可瞬间图为一种可瞬间进行图像数据计进行图像数据计算的光电计算机算的光电计算机第41页，本讲稿共109页1.2.3 集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势u分子计算机分子计算机现在已经开发出来一种能够由氮气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，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近了。这

30、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限，使得未来的计算机的功能大大的增加，尺寸大大的缩小。加，尺寸大大的缩小。第42页，本讲稿共109页1.2.3 集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势u生物计算机生物计算机 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。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

31、了一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。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。一种仿生技术来制造生物计算机。第43页，本讲稿共109页1.2.4 IC卡

32、卡IC卡分类卡分类l按内部集成电路芯片分类按内部集成电路芯片分类l按使用方式分类第44页，本讲稿共109页1.2.4 IC卡卡按内部集成电路芯片：按内部集成电路芯片：存储器卡存储器卡：这种卡封装的集成电路为存储器，其：这种卡封装的集成电路为存储器，其容量大约为几容量大约为几KB到几十到几十KB，信息可以长期保，信息可以长期保存，也可通过读卡器改写。存，也可通过读卡器改写。CPU卡卡：也叫智能卡，卡上集成了：也叫智能卡，卡上集成了CPU、程序存、程序存储器和数据存储器，还配有操作系统。如手机储器和数据存储器，还配有操作系统。如手机上的上的SIMM卡。卡。第45页，本讲稿共109页IC卡分类卡分类

33、l按内部集成电路芯片分类l按使用方式分类按使用方式分类1.2.4 IC卡卡第46页，本讲稿共109页1.2.4 IC卡卡按使用方式分类：按使用方式分类：接触式接触式IC卡：卡：使用时必须将使用时必须将IC卡插入读机卡口内，通过金属点卡插入读机卡口内，通过金属点传输数据。多用于存储信息量大、读写操作复杂的场合，传输数据。多用于存储信息量大、读写操作复杂的场合，易磨损、怕油污、寿命不长。易磨损、怕油污、寿命不长。非接触式非接触式IC卡：卡：采用电磁感应方式无线传输数据，解决了无源和采用电磁感应方式无线传输数据，解决了无源和免接触这一难题，操作方便、快捷。这种卡记录的信息简单，读免接触这一难题，操作

34、方便、快捷。这种卡记录的信息简单，读写要求不高，常用于身份验证等场合。由于采用全密封胶固化，写要求不高，常用于身份验证等场合。由于采用全密封胶固化，防水、防污，所以使用寿命长。防水、防污，所以使用寿命长。第47页，本讲稿共109页第一章第一章 信息与信息技术信息与信息技术l1.1 信息与信息技术信息与信息技术l1.2 微电子技术简介微电子技术简介l1.3 通信技术入门通信技术入门l1.4 数字技术基础数字技术基础第48页，本讲稿共109页1.3 通信技术入门通信技术入门l什么是通信？什么是通信？l调制与解调调制与解调l多路复用技术多路复用技术l数字通信系统的性能指标数字通信系统的性能指标l移动

35、通信移动通信 本节重点：本节重点：第49页，本讲稿共109页1.3 通信技术入门通信技术入门什么是通信？什么是通信？通信通信：各种信息的传递各种信息的传递 现代通信现代通信：使用：使用电电波或波或光光波进行波进行双向双向 传递信息的技术（电信）传递信息的技术（电信）第50页，本讲稿共109页1.3.1 通信的基本原理通信的基本原理通信三要素：通信三要素：l信源信源（信息的发送者）（信息的发送者）l信宿信宿（信息的接收者）（信息的接收者）l信道信道（信息的载体与传播媒介）（信息的载体与传播媒介）信道所采用的传输技术有两种：模拟传输技术和数字传输技信道所采用的传输技术有两种：模拟传输技术和数字传输

36、技术（连续形式的模拟信号和离散形式的数字信号）术（连续形式的模拟信号和离散形式的数字信号）产生和发送信息的一端产生和发送信息的一端信源信源信宿信宿通信线路通信线路信道信道噪声噪声外界的干扰外界的干扰接收信息的一端接收信息的一端1、通信系统的简单模型、通信系统的简单模型第51页，本讲稿共109页1.3.1 通信的基本原理通信的基本原理 研究发现，高频振荡的正弦波信号作为长距离研究发现，高频振荡的正弦波信号作为长距离通信较好。因此，可以把这种正弦波信号作为通信较好。因此，可以把这种正弦波信号作为携带信息的携带信息的“载波载波”。2、怎样远距离传输信息、怎样远距离传输信息第52页，本讲稿共109页1

37、.3.1 通信的基本原理通信的基本原理 调制与解调调制与解调l调制调制（ModulationModulation）在信息传输时，利用信源信号去调整载波（正弦波）的在信息传输时，利用信源信号去调整载波（正弦波）的某个参数（幅度、频率或相位）的过程。某个参数（幅度、频率或相位）的过程。所使用的设备称为所使用的设备称为“调制器调制器”。l解调解调（DemodulationDemodulation）经过调制后的载波携带着被传输的信号在信道中进行长距离传经过调制后的载波携带着被传输的信号在信道中进行长距离传输，到达目的地时，接收方再把载波所携带的信号检测出来输，到达目的地时，接收方再把载波所携带的信号检

38、测出来恢复为原始信号的形式，这个过程称为恢复为原始信号的形式，这个过程称为“解调解调”。所使用的设备称为所使用的设备称为“解调器解调器”。第53页，本讲稿共109页1.3.1 通信的基本原理通信的基本原理l幅移键控法幅移键控法ASKASK调幅调幅l频移键控法频移键控法FSKFSK调频调频l相移键控法相移键控法PSKPSK调相调相数据数据010010（1）AM调幅调幅（2）FM调频调频（3）phM调相调相F1F2 F1 F2 F10相起始相起始 相起始相起始 0相起始相起始 相起始相起始 0相起始相起始各种调制方法的调制波形各种调制方法的调制波形第54页，本讲稿共109页3、怎样低成本传输信息、

39、怎样低成本传输信息l多路复用：多路复用：为了提高线路利用率，总是设法在一条传输线路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，话路信息）或数字信号，这上，传输多个模拟信号（例如，话路信息）或数字信号，这就是多路复用。就是多路复用。l多路复用技术有两种：多路复用技术有两种：频分复用频分复用，时分复用时分复用信道多路复用器多路复用器终端终端终端终端终端终端终端终端1.3.1 通信的基本原理通信的基本原理第55页，本讲稿共109页1.3.1 通信的基本原理通信的基本原理l频分频分多路复用（多路复用（FDMFDM）将每个数据终端发送的信号调制在不同频率的载波上，将每个数据终端

40、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将它们复合成为一个信号，然后在同通过频分多路复用器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，到达接收端后，借助分路器把不一传输线路上进行传输，到达接收端后，借助分路器把不同频率的信号送到不同的接收设备，从而实现了传输线路同频率的信号送到不同的接收设备，从而实现了传输线路的复用。的复用。第56页，本讲稿共109页1.3.1 通信的基本原理通信的基本原理l时分多路复用（时分多路复用（TDMTDM）各终端设备（计算机）以事先规定的顺序轮流使各终端设备（计算机）以事先规定的顺序轮流使用同一传输线路进行数据传输。多路复用器可将用同一传输线路

41、进行数据传输。多路复用器可将轮转一周的时间划分为若干时间片，每个终端分轮转一周的时间划分为若干时间片，每个终端分配固定的一片时间用来传输一组数据，依次轮流配固定的一片时间用来传输一组数据，依次轮流进行传输。进行传输。第57页，本讲稿共109页1.3.2 数字通信数字通信l模拟通信技术指的是直接传输信源产生的模模拟通信技术指的是直接传输信源产生的模拟信号或者通过用拟信号或者通过用连续信号对载波进行调制连续信号对载波进行调制来传输的通信技术。来传输的通信技术。l优点：结构简单、成本低优点：结构简单、成本低l缺点：容易受到噪声信号的干扰，传输质量缺点：容易受到噪声信号的干扰，传输质量不够稳定不够稳定

42、模拟通信已越来越多的被数字通信所取代。模拟通信已越来越多的被数字通信所取代。1、模拟通信与数字通信、模拟通信与数字通信第58页，本讲稿共109页l数字传输技术指的是：数字传输技术指的是：将信源产生的模拟信号转换为数字信号，然后直将信源产生的模拟信号转换为数字信号，然后直接用接用数字信号数字信号来传输信息或者通过来传输信息或者通过数字信号对数字信号对载波进行调制载波进行调制来传输信息的技术。来传输信息的技术。与模拟通信相比的优点与模拟通信相比的优点1.3.2 数字通信数字通信第59页，本讲稿共109页抗干扰能力强，差错可控制，没有噪声积累，抗干扰能力强，差错可控制，没有噪声积累，可以实现长距离、

43、高质量的传输。可以实现长距离、高质量的传输。灵活性好。灵活性好。可以直接由计算机进行存储、管理和处理。可以直接由计算机进行存储、管理和处理。通信的安全性更容易得到保证。通信的安全性更容易得到保证。更容易用超大规模集成电路实现，有利于通信更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。设备的小型化、微型化、也降低了功耗。1.3.2 数字通信数字通信第60页，本讲稿共109页1.3.2 数字通信数字通信l数字传输技术在长途电话系统中的应用数字传输技术在长途电话系统中的应用 模拟声音信号在中继线和长途线（采用光模拟声音信号在中继线和长途线（采用光纤）上进行远距离传输之前，

44、先变换为数字纤）上进行远距离传输之前，先变换为数字形式，后经时分多路复用和数字调制，再进形式，后经时分多路复用和数字调制，再进行传输。到达目的地后再使用分路器把不同行传输。到达目的地后再使用分路器把不同的话路分开，经解码器还原成模拟声音信号的话路分开，经解码器还原成模拟声音信号后传输至接听方的电话机。后传输至接听方的电话机。2、数字通信的应用、数字通信的应用第61页，本讲稿共109页1.3.2 数字通信数字通信l使用数字频带传输技术传输电视信号使用数字频带传输技术传输电视信号人们收看的卫星电视也采用了数字传输技术。由于人们收看的卫星电视也采用了数字传输技术。由于卫星通信传输的是数字信号，因此电

45、视台的节目在卫星通信传输的是数字信号，因此电视台的节目在发送到卫星去传输之前，先要把图像和伴音信号进发送到卫星去传输之前，先要把图像和伴音信号进行数字化，还要进行数据压缩，然后经数字调制后行数字化，还要进行数据压缩，然后经数字调制后由卫星传输到目的地的地面接收站，地面对接收到由卫星传输到目的地的地面接收站，地面对接收到的信号进行解调、解码后恢复为模拟信号，然后经的信号进行解调、解码后恢复为模拟信号，然后经由有线电缆送到用户家。由有线电缆送到用户家。第62页，本讲稿共109页1.3.2 数字通信数字通信主要用以下几个指标来衡量：主要用以下几个指标来衡量：a)信道带宽信道带宽b)数据传输速率数据传

46、输速率c)误码率误码率d)端端延迟端端延迟3、数字通信系统的性能指标、数字通信系统的性能指标第63页，本讲稿共109页1.3.3 光纤通信和无线通信光纤通信和无线通信1、传输介质、传输介质通信中的传输介质有三类通信中的传输介质有三类：l金属导体金属导体（利用电流传输信息）（利用电流传输信息）l光导纤维（通过光波来传输信息）l无线电波（使用电磁波来传输信息）第64页，本讲稿共109页1.3.3 光纤通信和无线通信光纤通信和无线通信通信中使用的金属导体主要有两种通信中使用的金属导体主要有两种双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆第65页，本讲稿共109页1.3.3 光纤通信和无线通信光纤通信和无线通信 双绞

47、线双绞线l种类与传输速率：种类与传输速率：有屏蔽双绞线（有屏蔽双绞线（STP）和无屏蔽双绞线（）和无屏蔽双绞线（UTP）l特点：特点：各线对采用双扭线，减少了线对之间的串扰各线对采用双扭线，减少了线对之间的串扰l缺点：易受外部高频电磁波干扰，且线路本身会产生一缺点：易受外部高频电磁波干扰，且线路本身会产生一定噪声，误码率较高。通常在建筑物内部使用。定噪声，误码率较高。通常在建筑物内部使用。l常见应用：常见应用：电话系统（模拟信号）电话系统（模拟信号）局域网局域网 （数字信号）（数字信号）第66页，本讲稿共109页1.3.3 光纤通信和无线通信光纤通信和无线通信 同轴电缆（同轴电缆（图图）具有良

48、好的传输特性和屏蔽特性，用于主要传输干线具有良好的传输特性和屏蔽特性，用于主要传输干线l同轴电缆种类：同轴电缆种类：基带同轴电缆（基带同轴电缆（50）：传输数字信号）：传输数字信号宽带同轴电缆（宽带同轴电缆（75）：传输模拟信号）：传输模拟信号 用于计算机局域网，距离约为用于计算机局域网，距离约为200500m，传输速率可达，传输速率可达50Mb/s；即常用的有线电视电缆，带宽可达即常用的有线电视电缆，带宽可达300400MHz，主要，主要用于传输电视信号，最大传输距离可达几用于传输电视信号，最大传输距离可达几km甚至几十甚至几十km。第67页，本讲稿共109页1.3.3 光纤通信和无线通信光

49、纤通信和无线通信第68页，本讲稿共109页2、光纤通信、光纤通信（1）光纤的结构与分类）光纤的结构与分类传输介质：传输介质：光纤光纤（光缆）（光缆）包层包层纤芯纤芯光纤的构成光纤的构成1.3.3 光纤通信和无线通信光纤通信和无线通信第69页，本讲稿共109页光缆示意图光缆示意图第70页，本讲稿共109页l光纤的分类光纤的分类 单模单模：光线不出现反射，直接向前传输光线不出现反射，直接向前传输。传输距离远，速传输距离远，速率高，适合远程通信中使用。率高，适合远程通信中使用。多模多模：传输距离近、速率低，一般在局域网中使用。传输距离近、速率低，一般在局域网中使用。光线光线光波在光纤中的传播光波在光

50、纤中的传播1.3.3 光纤通信和无线通信光纤通信和无线通信第71页，本讲稿共109页1.3.3 光纤通信和无线通信光纤通信和无线通信（2）光纤通信原理）光纤通信原理 原理：在发信端，由需要传输的数字信号（电信号）原理：在发信端，由需要传输的数字信号（电信号）去驱动一个光源，并对发出的光信号进行调制。信去驱动一个光源，并对发出的光信号进行调制。信号经发大后由光检测器进行检测、解调，转换成电号经发大后由光检测器进行检测、解调，转换成电信号之后输出。信号之后输出。光纤主要用于传输数字信号。光纤主要用于传输数字信号。为了补偿光纤线路的损耗，消除信号失真和噪声干扰，每为了补偿光纤线路的损耗，消除信号失真