信息技术详细概述.ppt

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1、2022-7-18信息技术详细概述信息技术详细概述序序 言言 一、本课程的地位与意义一、本课程的地位与意义 1. 本课程是一门重要的技术基础课，各高校本课程是一门重要的技术基础课，各高校都十分重视，是学校的重要窗口课程都十分重视，是学校的重要窗口课程 2. 计算机是当今信息化社会的重要工具之一，计算机是当今信息化社会的重要工具之一，计算机信息处理能力已成为胜任本职工作的必备计算机信息处理能力已成为胜任本职工作的必备条件之一条件之一 3. 计算机应用能力要达到一定的水平计算机应用能力要达到一定的水平掌掌握握office的日常使用，计算机等级考试证书的日常使用，计算机等级考试证书(学习学习目标目标

2、)序序 言言 二、本课程的学习要求二、本课程的学习要求 1. 多读：课本与参考材料、分析程序多读：课本与参考材料、分析程序 2. 多练：课外练习与上机训练多练：课外练习与上机训练 3. 多交流：师生、学生之间要有相互学习，多交流：师生、学生之间要有相互学习，共同提高共同提高 4. 按时完成作业、实验报告按时完成作业、实验报告 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第1章 信息技术概述本章学习目标与要求1. 了解什么是信息，什么是信息处理，什么是信息技术。了解什么是信息，什么是信息处理，什么是

3、信息技术。2. 了解什么是微电子技术，它的作用和意义。了解什么是微电子技术，它的作用和意义。3. 初步理解通信系统的组成和数据通信的基本原理。初步理解通信系统的组成和数据通信的基本原理。4. 了解通信系统的分类和通信技术的发展前景。了解通信系统的分类和通信技术的发展前景。5. 理解什么是比特和比特的运算理解什么是比特和比特的运算,掌握二进制与十进制、八掌握二进制与十进制、八进制数据、十六进制数的关系，熟悉整数和实数在计算进制数据、十六进制数的关系，熟悉整数和实数在计算机内的表示法。机内的表示法。信息化时代信息化时代 信息化时代按照托夫勒的观点，第三次浪潮是信信息化时代按照托夫勒的观点，第三次浪

4、潮是信息革命，大约从息革命，大约从20世纪世纪50年代中期开始，其代表年代中期开始，其代表性象征为性象征为“计算机计算机”，主要以信息技术为主体，重，主要以信息技术为主体，重点是创造和开发知识。随着农业时代和工业时代点是创造和开发知识。随着农业时代和工业时代的衰落，人类社会正在向信息时代过渡，跨进第的衰落，人类社会正在向信息时代过渡，跨进第三次浪潮文明，其社会形态是由工业社会发展到三次浪潮文明，其社会形态是由工业社会发展到信息社会。第三次浪潮的信息社会与前两次浪潮信息社会。第三次浪潮的信息社会与前两次浪潮的农业社会和工业社会最大的区别，就是不再以的农业社会和工业社会最大的区别，就是不再以体能和

5、机械能为主，而是以智能为主。体能和机械能为主，而是以智能为主。现代电子计算机之父：冯诺依曼 1931年，年，28岁的冯岁的冯诺依曼成为了美国普林斯顿大学第一批诺依曼成为了美国普林斯顿大学第一批终身教授。终身教授。l933年，刚过而立之年的前德国大学兼职讲师年，刚过而立之年的前德国大学兼职讲师的冯的冯诺依曼又与爱因斯坦一起成为普林斯顿高等研究院诺依曼又与爱因斯坦一起成为普林斯顿高等研究院的的6位教授之一。位教授之一。最简单的来说，他的精髓贡献是最简单的来说，他的精髓贡献是2点：数字计算机的数制点：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。19

6、45年，冯年，冯诺依曼首先提出了诺依曼首先提出了“存储程序存储程序”的概念和二进制的概念和二进制原理，后来，人们把利用这种概念和原理设计的电子计算原理，后来，人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为机系统统称为“冯冯.诺曼型结构诺曼型结构”计算机。冯计算机。冯.诺曼结构的处诺曼结构的处理器使用同一个存储器，经由同一个总线传输。理器使用同一个存储器，经由同一个总线传输。 冯冯.诺曼结构处理器具有以下几个特点：诺曼结构处理器具有以下几个特点： 1：必须有一个存储器；：必须有一个存储器；2：必须有一个控制器；：必须有一个控制器；3：必：必须有一个运算器，用于完成算术运算和逻辑运算；须有一个

7、运算器，用于完成算术运算和逻辑运算；4：必：必须有输入设备和输出设备，用于进行人机通信。另外，程须有输入设备和输出设备，用于进行人机通信。另外，程序和数据统一存储并在程序控制下自动工作序和数据统一存储并在程序控制下自动工作 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（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识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的形式、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。内容和效用。 认识主体立场认识主体

8、立场1.1 信息与信息技术信息处理做什么？信息处理信息处理指的是与下列内容相关的行为和活动：指的是与下列内容相关的行为和活动：信息收集信息收集感知、测量、识别、获取、输入等感知、测量、识别、获取、输入等信息加工信息加工分类、计算、分析、综合、转换、分类、计算、分析、综合、转换、检索、管理等检索、管理等信息存储信息存储信息传递信息传递信息施用信息施用控制、显示等控制、显示等信息处理过程信息施用信息施用（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）事物客体事物客体什么是

9、信息技术？什么是信息技术？ 信息技术信息技术是指用来扩展人们信息器官功能、协助人们进行是指用来扩展人们信息器官功能、协助人们进行信息处理的一类技术。信息处理的一类技术。人的信息器官及功能：人的信息器官及功能： 感觉器官（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）施用信息施用信息信息技术基本信息技术基本信息技术(包括四个方面包括四个方面)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, , 提高人们的感知提高人们的感知范围、感知精度和灵敏

10、度范围、感知精度和灵敏度通信技术与存储技术通信技术与存储技术扩展神经网络功能扩展神经网络功能, , 消除人们交消除人们交流信息的空间和时间障碍流信息的空间和时间障碍计算处理技术计算处理技术扩展思维器官功能扩展思维器官功能, , 增强人们的信息加增强人们的信息加工处理能力工处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，增强人们的信息扩展效应器官功能，增强人们的信息控制能力控制能力基本信息技术信息处理系统1. .什么是信息处理系统？什么是信息处理系统？ 信息处理系统信息处理系统是用于人们进行信息获取、传递、存储、是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

11、的系加工处理、控制及显示的综合使用各种信息技术的系统。统。2. 信息处理系统的分类信息处理系统的分类 按自动化程度分：按自动化程度分：人工的、半自动的、全自动的。人工的、半自动的、全自动的。 按技术手段分：按技术手段分：机械的、电子的和光学的。机械的、电子的和光学的。 按通用性分：按通用性分：专用的和通用的。专用的和通用的。信息处理系统结构信息处理系统结构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输入输入输出输出信息处理系统实例雷达雷达是一种以是一种以感知与识别感知与识别为主要目的的系统；为主要目的的系统；电视电视/ /广播广播系统

12、是一种单向的、点到多点（面）的以系统是一种单向的、点到多点（面）的以信息传递信息传递为主要目的的系统；为主要目的的系统；电话电话是一种双向的、点到点的以是一种双向的、点到点的以信息交互信息交互为主要目的为主要目的的系统；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；Internet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。一、微电子技术与集成电路一、微电子技术与集成电路微电子技术：以集成电路为核心的电子技术。是在电子电路微电子技术：以集成电路为核心的电

13、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。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。 集成电路集成电路(Integrated Circuit，简称，简称IC):以半导体单晶片作为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。化的电路。 1.2 微电子技术简介电子电子管管晶体管晶体管小规模集小规模集成电路成电路超大规模集超大规模集成电路成电路电子管、晶体管与集成电路微电子技术与

14、集成电路集成电路芯片是微电子技术的结晶，它们是计算集成电路芯片是微电子技术的结晶，它们是计算机的核心。机的核心。先进的微电子技术先进的微电子技术高集成度芯片高集成度芯片高性能的高性能的计算机计算机利用计算机进行集成电路的设计、生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、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成本更低的集成电路芯片按晶体管数目分：按晶体管数目分：集成电路的分类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

15、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）100万万按结构、工艺分：按结构、工艺分：1. 双极型双极型 2. MOS型型3. 双极双极-MOS型型按功能分：按功能分：1. 数字集成电路数字集成电路 2. 模拟集成电路模拟集成电路按用途分：按用途分：1. 通用集成电路通用集成电路 2. 专用集成电路专用集成电路集成电路的分类二、集成电路的制造*集成电路的制造：集成电路的制造：400多道工序多道工序1. 将单晶硅经切割、研磨、抛光，制成硅抛光片。将单晶硅经切割、研磨、抛光，制成硅抛

16、光片。2. 经氧化、光刻、掺杂、互连等工艺，制成含有成经氧化、光刻、掺杂、互连等工艺，制成含有成百上千独立集成电路的晶圆。百上千独立集成电路的晶圆。3. 将晶圆切开，剔除废品，就成了一批芯片。将晶圆切开，剔除废品，就成了一批芯片。4. 将芯片安装在陶瓷基座上，将芯片与插脚连线并将芯片安装在陶瓷基座上，将芯片与插脚连线并加盖封装，就成了集成电路。加盖封装，就成了集成电路。5. 将成品进行测试、分级并打印标签，包装出厂。将成品进行测试、分级并打印标签，包装出厂。二、集成电路的制造*晶圆与晶圆与芯片芯片封装后的封装后的集成电路集成电路集成电路成品集成电路成品二、集成电路的制造*集成电路的特点集成电路

17、的特点: 体积小、重量轻、可靠性高。体积小、重量轻、可靠性高。集成电路的工作速度集成电路的工作速度: 主要取决于晶体管的尺寸。主要取决于晶体管的尺寸。Moore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个个月翻一番。集成度是有极限的，因此，月翻一番。集成度是有极限的，因此，Moore定律不定律不可能永远成立。可能永远成立。集成电路的发展：朝着纳米技术、集成光路、光电子集成电路的发展：朝着纳米技术、集成光路、光电子集成方向。集成方向。三、集成电路的发展趋势三、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197019751980198

18、51990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentium IIPentium IIIPentium 4晶体管数晶体管数 1.3.1 概述概述通信通信：各种信息的传递各种信息的传递现代通信现代通信：使用电波或光波使用电波或光波双向传递信息的技术（电信）双向传递信息的技术（电信）通信三要素：通信三要素： 信源信源（信息的发送者）（信息的发送者） 信宿信宿（信息的接收者）（信息的接收者） 信道信道（信息的载体与传播媒介）（信息的载体与传播媒介）1

19、.3 通信技术入门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外界的干扰扰接收信息的一接收信息的一端端1.3.2 数据通信基础输出数据输入数据发送器图 3.3 数据通信系统的模型公用电话网数据通信系统数 字 比 特流数 字 比 特流模拟信号模拟信号PC机PC机ModemModem源系统目的系统传输系统源点传输系统器接收器终点发送的信号接收的信号输入信息输出信息1.调制与解调调制调制（Modulation）在发送端，需要将二进制数据变换成能在电话线或其他传输在发送端，需要将二进制数据变换成能在电话线或其他传输线路上传输的模拟信号，即所谓的调制（

20、线路上传输的模拟信号，即所谓的调制（modulation）解调解调（Demodulation）而在接收端，则需要将收到的模拟信号重新还原成原来的二而在接收端，则需要将收到的模拟信号重新还原成原来的二进制数据，即所谓的解调（进制数据，即所谓的解调（demodulation）调制解调器调制解调器(MODEM)基本调制方法：基本调制方法：调幅，调频，调相调幅，调频，调相数据数据0 01 10 00 01 10 0 （1 1）调幅）调幅 （2 2）调频）调频 （3 3）调相）调相F1F2 F1 F2 F10 0相起始相起始 相起始相起始 0 0相起始相起始 相起始相起始 0 0相起始相起始基本调制技术

21、数据通信基础原始模 拟 信号载波信号V时间（s）时间（s）重叠的原始模拟信号幅度调制信号V时间（s）幅度调制数据通信基础（a）幅移键控法 （b）频移键控法 （c）相移键控法数字数据的模拟信号调制 00110100010 00110100010 0011010 0 0 10 V时间（s）频率调制调频信号2.多路复用技术多路复用技术多路复用技术为了提高通信线路传送信息的效率，通常采用在一条物为了提高通信线路传送信息的效率，通常采用在一条物理线路上建立多条通信信道的多路复用理线路上建立多条通信信道的多路复用（Multiplexing）技术，多路复用技术使得在同一传）技术，多路复用技术使得在同一传输介

22、质上可传输多个不同信源发出的信号，从而可充输介质上可传输多个不同信源发出的信号，从而可充分利用通信线路的传输容量，提高传输介质的利用率。分利用通信线路的传输容量，提高传输介质的利用率。在输入端，多路复用器将若干个彼此无关的输入信号合在输入端，多路复用器将若干个彼此无关的输入信号合并为在一条物理线路上传输的复合信号，从而多个数并为在一条物理线路上传输的复合信号，从而多个数据源共享同一个传输介质，就像每个数据源都有自己据源共享同一个传输介质，就像每个数据源都有自己的信道一样。而在输出端，则由多路解复用器将复合的信道一样。而在输出端，则由多路解复用器将复合信号按通道号分离出来。信号按通道号分离出来。

23、2.多路复用技术当前采用的多路复用方式有频分多路复用（ Frequency Division Multiplexing，简称FDM）、时分多路复用（Time Division Multiplexing，简称TDM）和波分复用(Wavelength Division Multiplexing ，简称WDM)等。1. 频分多路复用技术频分多路复用技术当介质的有效带宽超过被传输的信号带宽时，可以把多个信号调制在不同的载波频率上，从而在同一介质上实现同时传送多路信号，即将信道的可用频带（带宽）按照频率不同，把传输频带分成若干个互不交叠的频段，每个信号占据其中一个频段，从而形成许多个子信道；在接收端用适

24、当的滤波器将多路信号分开，分别进行解调和终端处理，这种技术称为频分多路复用技术（FDM：Frequency Division Multiplexing）。 2.多路复用技术时间子信道D子信道C子信道B子信道A可用频带频率FDM子信道示意图2.多路复用技术频分多路复用示意图2.多路复用技术2.2.时分多路复用技术时分多路复用技术如果传输介质能达到的传输速率超过单一信源要求的数据传输速率，可以采用时分多路复用技术（TDM：Time Division Multiplexing）。这种多路复用技术的出发点是将一条线路按工作时间划分周期T，每一周期再划分成若干时间片t1，t2，t3 tn ，轮流分配给多

25、个信源来使用公共线路，在每一周期的每一时间片ti 内，线路供一对终端使用，在时间片tj内，线路供另一对终端占用。例如A与A通信时占用时间片t1，当A需要与A交换数据时，它们只能在每一个周期的第一个时间片t1内进行通信，而在其他的时间片内这一用户不能进行通信。如果A与A需要交换的信息很多，一个时间片内不能完成，则必须将信息分割成一个个小信息段，在每次占用线路的时间片里交换一段信息。2.多路复用技术时分多路复用示意图2.多路复用技术3. 波分多路复用波分多路复用（Wave-length Division Multiplexing，WDM）是频分多路复用在光纤信道上使用的一个变种。WDM系统的核心器

26、件是棱柱或衍射光栅。多根光纤发出的光信号到达同一个棱柱或衍射光栅，每根光纤里的光波处于不同的波段上，多束光信号通过棱柱或衍射光栅合到一根共享的光纤上，到达目的地后，再由一个棱柱或衍射光栅将光重新分解为多路光信号。 2.多路复用技术共享光纤光纤4光纤5光纤6光纤1光纤2光纤3光谱F1F2F3F3F2F1共享光纤的光谱波分多路复用系统3.交换技术在任意两个要进行通信的终端之间建立一个临时的通信链路，在任意两个要进行通信的终端之间建立一个临时的通信链路，通信结束后再拆除链路，这就是通信结束后再拆除链路，这就是交换技术交换技术。电路交换电路交换为发送端和接收端建立一条临时的实际为发送端和接收端建立一条

27、临时的实际物理通道物理通道，供通，供通信双方使用，通信完毕后，交换机内的连线被拆除。信双方使用，通信完毕后，交换机内的连线被拆除。 例如：电话交换机例如：电话交换机优点：交换方式简单，适合远距离成批数据传输，建立一优点：交换方式简单，适合远距离成批数据传输，建立一次连接可传送大量数据。次连接可传送大量数据。缺点：线路利用率低，通信成本高缺点：线路利用率低，通信成本高3.交换技术分组交换（包交换）分组交换（包交换）把需要传输的数据块分割成若干小块，然后为每个小块数据加把需要传输的数据块分割成若干小块，然后为每个小块数据加上有关的地址信息及分组信息，组成一个上有关的地址信息及分组信息，组成一个数据

28、包数据包。这些数据。这些数据包按照类似于流水线的方式在网络中经过缓冲、转发而到达包按照类似于流水线的方式在网络中经过缓冲、转发而到达目的地。通信网络中每个结点为其相连的每条链路准备了一目的地。通信网络中每个结点为其相连的每条链路准备了一个缓冲区，每个数据包按照去向不同送入各个缓冲区排队，个缓冲区，每个数据包按照去向不同送入各个缓冲区排队，当某一条链路空闲时，就从相应的缓冲区中取出一个数据包当某一条链路空闲时，就从相应的缓冲区中取出一个数据包发送到下一结点，下一结点再进行转发，直至数据包到达接发送到下一结点，下一结点再进行转发，直至数据包到达接收端。接收端的计算机按照数据包的编号，将它们重新组装

29、收端。接收端的计算机按照数据包的编号，将它们重新组装成为原来形式的数据块。成为原来形式的数据块。分组交换的优缺点：分组交换的优缺点：优点：线路利用率高；收发双方不需同时工作，当接优点：线路利用率高；收发双方不需同时工作，当接收方忙碌时，整个网络都可以作为它的缓冲；可以给收方忙碌时，整个网络都可以作为它的缓冲；可以给数据包建立优先级，使得一些重要应用的数据包能优数据包建立优先级，使得一些重要应用的数据包能优先传递。先传递。缺点：延时长，不宜用于实时通信或交互通信。缺点：延时长，不宜用于实时通信或交互通信。3.交换技术4.传输介质有线信道有线信道:双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆光导纤维（光缆）光导纤

30、维（光缆）无线信道无线信道:无线电波无线电波微波微波红外线红外线激光激光5.数据通信系统的性能指标 信道带宽信道带宽( (信道容量信道容量) )：信道允许的最大数据传信道允许的最大数据传输速率输速率数据传输速率数据传输速率：指实际进行数据传输时单位时指实际进行数据传输时单位时间内传送的二进制位数间内传送的二进制位数误码率误码率：数据传输中出错数据被传输数据总数数据传输中出错数据被传输数据总数的比例的比例端端延迟端端延迟：数据从信源（源计算机）传送到数据从信源（源计算机）传送到信宿（目的计算机）所花费的时间。信宿（目的计算机）所花费的时间。1. .有线载波通信有线载波通信主要传输电话，电报、传真

31、主要传输电话，电报、传真 也可传输广播、可视电话、电视节目也可传输广播、可视电话、电视节目依据依据所用的传输介质所用的传输介质，有线载波通信可分为：，有线载波通信可分为： 明线明线载波系统载波系统 对称电缆对称电缆载波系统载波系统 同轴电缆同轴电缆载波系统载波系统三、有线通信系统架空明线特点架空明线特点: 传输信号种类：模拟信号传输信号种类：模拟信号( (例如，话音例如，话音) ) 频带宽频带宽( (300Hz 3400Hz)，传输容量有限（，传输容量有限（312路路电话）电话） 易受气候变化的影响，通信质量不稳定，因而多用于易受气候变化的影响，通信质量不稳定，因而多用于业务量较小的次要传输线

32、路。业务量较小的次要传输线路。 常见应用常见应用: : 电话系统电话系统架空明线（2线制标准电话线路）有屏蔽双绞线（有屏蔽双绞线（STP）无屏蔽双绞线（无屏蔽双绞线（UTP）RJ45RJ45接头接头对称电缆（4对双绞线 ）对称电缆（4对双绞线 ）特点：特点：数字信号、模拟信号均可传输；数字信号、模拟信号均可传输；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； 频带较电话线宽，每对线可传输频带较电话线宽，每对线可传输60路电话信号，适用路电话信号，适用于干线通信。于干线通信。缺点：缺点：容易受到外部高频电磁波干扰，且线路本身会产生一容易受到外部高频电磁波干扰，且

33、线路本身会产生一 定噪声，误码率较高；如用作数据通信网络的传输介定噪声，误码率较高；如用作数据通信网络的传输介质，需要使用中继器。质，需要使用中继器。常见应用常见应用:电话系统、电话系统、 局域网局域网同轴电缆v具有良好的传输特性和屏蔽特性具有良好的传输特性和屏蔽特性v可以构成大容量的载波通信系统可以构成大容量的载波通信系统 一对小同轴管可提供数千个话路一对小同轴管可提供数千个话路 一对中同轴管可提供上万个话路一对中同轴管可提供上万个话路 多管同轴电缆电路则能提供相当大的多管同轴电缆电路则能提供相当大的传输容量传输容量v用于主要传输干线用于主要传输干线v同轴电缆种类：同轴电缆种类：基带同轴电缆

34、（基带同轴电缆（50）：传输数字）：传输数字信号信号宽带同轴电缆（宽带同轴电缆（75）：传输模拟）：传输模拟信号信号同轴电缆传输速率传输速率： 取决于电缆长度取决于电缆长度 例如：例如：1km 1km 的同轴电缆其数据传输速率可的同轴电缆其数据传输速率可达到：达到：1 Gb/s 2 Gb/s常见应用常见应用有线电视系统（模拟信号）有线电视系统（模拟信号）局域网（数字信号）局域网（数字信号） 2. 光纤通信光纤通信 光导纤维（光缆）光导纤维（光缆）三、有线通信系统三、有线通信系统光纤通信光纤通信是利用光纤传导光信号进行通信的一种技术。是利用光纤传导光信号进行通信的一种技术。发端：实现信号的电发端

35、：实现信号的电-光转换；每隔一定距离接入光中光转换；每隔一定距离接入光中继器；收端：实现信号的光继器；收端：实现信号的光-电转换。电转换。光纤通信可靠性好，保密性强。光纤通信可靠性好，保密性强。波分复用技术提高传输速度和容量。波分复用技术提高传输速度和容量。全光网全光网（AON）不进行光）不进行光-电、电电、电-光转换，速度提高，光转换，速度提高，成本降低，它是信息高速公路的基础。成本降低，它是信息高速公路的基础。光纤通信 光纤通信系统光纤通信系统调制器发信电路激励电路信息解调器收信电路放大电路信息光缆中 继器发信设备收信设备电光变换器光电变换器1. .微波通信微波通信微波是一种具有极高频率的

36、电磁波（介于无线电波与光波之间微波是一种具有极高频率的电磁波（介于无线电波与光波之间,频率频率300MHz300GHz,波长波长1m1mm）。）。微波不能像无线电的中波那样沿地面绕射传播，因为地面会很快把它吸收微波不能像无线电的中波那样沿地面绕射传播，因为地面会很快把它吸收掉；也不能像短波那样经电离层反射传播，因为它会穿透电离层进入宇掉；也不能像短波那样经电离层反射传播，因为它会穿透电离层进入宇宙空间不再返回地面。宙空间不再返回地面。远距离微波通信方式：远距离微波通信方式：地面微波接力通信地面微波接力通信卫星通信卫星通信对流层散射通信对流层散射通信微波通信容量大、建设费用省、抗灾能力强。是长距

37、离、大容量地面无线微波通信容量大、建设费用省、抗灾能力强。是长距离、大容量地面无线通信的主要手段。通信的主要手段。四、无线通信系统ACDEFB通信通信卫卫星星对对流流层层不均不均匀匀体体YXGH微波远距离通信示意图微波远距离通信示意图四、无线通信系统2. . 卫星通信卫星通信通信卫星的工作原理：卫星通信属于微波的范围。由地面站通信卫星的工作原理：卫星通信属于微波的范围。由地面站1发出无线电发出无线电信号，被通信卫星天线接收后，在转发器中实现放大、变频、功率放信号，被通信卫星天线接收后，在转发器中实现放大、变频、功率放大，然后通过卫星的天线再将信号转发，由地面站大，然后通过卫星的天线再将信号转发

38、，由地面站2接收。接收。中、低轨道卫星：相对于地面是运动的，覆盖范围小，地面天线必须中、低轨道卫星：相对于地面是运动的，覆盖范围小，地面天线必须跟踪卫星。但损耗小、延时少。跟踪卫星。但损耗小、延时少。同步定点卫星：高度约为同步定点卫星：高度约为36,000公里，相对于地面固定不动，覆盖范围公里，相对于地面固定不动，覆盖范围大，三颗卫星几乎可以覆盖地球全部面积。大，三颗卫星几乎可以覆盖地球全部面积。卫星通信的特点：通信距离远，频带宽，容量大，干扰小，较稳定。但卫星通信的特点：通信距离远，频带宽，容量大，干扰小，较稳定。但造价高、技术复杂，有一定延时。造价高、技术复杂，有一定延时。四、无线通信系统

39、地地 球球通信通信卫卫星星地面站地面站1地面站地面站2卫卫星星卫卫星星卫卫星星地球地球35800公里公里通信卫星的工作原理通信卫星的工作原理同步定点卫星同步定点卫星四、无线通信系统移动通信移动通信是指处于移动状态的对象之间的通信，它是指处于移动状态的对象之间的通信，它包括蜂窝移动、集群调度、无绳电话、寻呼系统包括蜂窝移动、集群调度、无绳电话、寻呼系统和卫星系统。和卫星系统。第一代移动通信采用第一代移动通信采用模拟技术模拟技术。第二代移动通信广泛采用第二代移动通信广泛采用数字技术数字技术(GSM,CDMA)第三代移动通信实现目标：第三代移动通信实现目标：全球漫游；全球漫游；适应多种环境；适应多种

40、环境；提供高质量多媒体业务；提供高质量多媒体业务；提供大容量、高保密性和优质服务。提供大容量、高保密性和优质服务。五、移动通信系统移移动动电电话话交交换换中中心心固固定定电电话话交交换换局局移移动动台台基 站基 站1基站基站2移移 动 电 话动 电 话网网移移动动台台移动电话网移动电话网基站的有效区域基站的有效区域五、移动通信系统1.4.1 数的进制及其转换数的进制及其转换1. .什么是二进制什么是二进制?十进制特点：十进制特点：基数为十，使用十个不同的数码，即基数为十，使用十个不同的数码，即0 09 9逢十进一逢十进一权为权为1010i i二进制特点二进制特点：基数为二，逢二进一基数为二，逢

41、二进一基数为二，使用两个不同的数码，即基数为二，使用两个不同的数码，即0 0和和1 1。逢二进一逢二进一权为权为2 2i i1.4 数字技术基础二进制与十进制对照表2. 为什么要使用二进制？为什么要使用二进制？二进制中二进制中0 0、1 1两个状态易物理实现两个状态易物理实现二进制运算规则简单二进制运算规则简单二进制二进制与逻辑运算联系紧密与逻辑运算联系紧密3. 八进制与十六进制八进制与十六进制八进制：基数为八，有八进制：基数为八，有0、1、2、3、4、5、6、7八个数码，逢八进一八个数码，逢八进一十六进制：基数为十六，有十六进制：基数为十六，有 0 09 9、A、B、C、D、E、F十六数码，

42、逢十六进一十六数码，逢十六进一1.4.1 数的进制及其转换4.不同进制间的转换(12种)二进制二进制八进制八进制十进制十进制十六进制十六进制二进制、八进制、十六进制化为十进制规则：规则：按按“权权”展开展开。例例1:将二进制数将二进制数101.1转换成十进制数。转换成十进制数。 (101.1)2=1 22+0 21+1 20+1 2-1=（5.5)10 例例2:将八进制数将八进制数34. 6转换成十进制数。转换成十进制数。 (34.6)8=381+480+6 8-1=（28.75)10 例例3:将十六进制数将十六进制数2AB. 6转换成十数转换成十数 (2AB.6)16=2 162+10 16

43、1+11 160 +6 16-1 =（683.375)10十进制化为二进制(1). 十进制整数化为二进制整数十进制整数化为二进制整数: 除除2取余法取余法规则：规则：除二取余，直到商为零为止，除二取余，直到商为零为止，余数倒排余数倒排。例例4：将十进制数：将十进制数86转化为二进制转化为二进制 2 | 86 0 2 | 43 1 2 | 21 1 2 | 10 0 2 | 5 1 2 | 2 0 2 | 1 1所以所以,(86)10=(1010110)2 0 十进制化为二进制(2). 十进制小数化为二进制小数：十进制小数化为二进制小数：乘乘2取整法取整法规则：规则：乘二取整，直到小数部分为零或

44、给定乘二取整，直到小数部分为零或给定 的精度为止，的精度为止，顺排顺排。例例5：将十进制数：将十进制数0.875转化为二进制数转化为二进制数 0.875 2 1.75 2 1.5 2 1.0 所以所以 (0.875)10=(0.111)2 八进制化为二进制规则：规则：每一个八进制数改写成等值的三位二进每一个八进制数改写成等值的三位二进制数，次序不变制数，次序不变。例例6： （17.36)8 = (001 111 .011 110)2 = (1111.01111)2 十六进制化为二进制规则：规则：每一个位十六进制数改写成等值每一个位十六进制数改写成等值 的四位二进制数，次序不变的四位二进制数，次

45、序不变。例例7：（：（3A8C.D6)16 = (0011 1010 1000 1100.1101 0110)2 = (11101010001100.1101011)2 二进制化为八进制规则：规则：整数部分从低位向高位方向每整数部分从低位向高位方向每3位二进数位二进数用一个成等值的八进制来代替，最左边不足用一个成等值的八进制来代替，最左边不足3位时在高位补位时在高位补0凑满凑满3位，小数部分从高位向低位，小数部分从高位向低位方向每位方向每3位二进数用一个成等值的八进制来位二进数用一个成等值的八进制来代替，最右边不足代替，最右边不足3位时在低位补位时在低位补0凑满凑满3位位。例例8： (1111

46、 .01111)2= (001 111 .011 110)2 = （17.36)8 二进制化为十六进制规则：规则：整数部分从低位向高位方向每整数部分从低位向高位方向每4位二进数用位二进数用一个成等值的十六进制来代替，最左边不足一个成等值的十六进制来代替，最左边不足4位位时在高位补时在高位补0凑满凑满4位，小数部分从高位向低位方位，小数部分从高位向低位方向每向每4位二进数用一个成等值的十六进制来代替，位二进数用一个成等值的十六进制来代替，最右边不足最右边不足4位时在低位补位时在低位补0凑满凑满4位位。例例9： (11101010001100.1101011)2 = (0011 1010 1000

47、 1100.1101 0110)2 = (3A8C.D6)165. 二进制数的运算算术运算：算术运算：加法加法: 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10 减法减法: 0 -0=0 10- 1=1 1- 0=1 1- 1=0逻辑运算：逻辑运算：或或(逻辑加逻辑加) : 00=0 01=1 10=1 11=1与与(逻辑乘逻辑乘)： 00=0 01=0 10=0 11=1取反取反(逻辑非逻辑非)： 0 取反为取反为1 , 1取反为取反为0注意注意：算术运算会发生进位、借位。逻辑运算则算术运算会发生进位、借位。逻辑运算则按位进行按位进行，不发生位与位之间的关系，其中，不发生位与位之间的关系，

48、其中，0 0表示逻辑假，表示逻辑假，1 1表示表示逻辑真。逻辑真。1.4.2 二进制信息的计量单位 比特比特：bit(位位)，以，以“b”表示，是计算机中表示表示，是计算机中表示信息的最小单位。信息的最小单位。 字节字节：Byte(位组位组)，8个个bit；以；以“B”表示，一个表示，一个字符用一个字节表示。字符用一个字节表示。 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB 速率：波特，速率：波特，b/s，bps 1kb/s=1000b/s 1Mb/s=1000kb/s 1Gb/s=1000Mb/s 1Tb/s=1000Gb/s1.4.3 整数(定点数)

49、的表示数值信息：整数和实数。数值信息：整数和实数。1. 不带符号的整数不带符号的整数(正整数正整数)： 8位：位：0255，16位：位：065535 2. 带符号的整数：带符号的整数： 符号位（符号位（0：正；：正；1：负）：负） 最高位为符号位最高位为符号位 8位：位：-127+127，16位：位：-32767+32767原码：将整数化为二进制数，符号位置原码：将整数化为二进制数，符号位置0（正数）或（正数）或1（负数）（负数） (+43)原原=00101011 ; (-43)原原=10101011反码：负数的反码：符号位为反码：负数的反码：符号位为1，绝对值部分与原码相，绝对值部分与原码相

50、反。反。 (+43)反反=00101011 ; (-43)反反=11010100补码：负数的补码：符号位也是补码：负数的补码：符号位也是“1”，其余为反码的最，其余为反码的最低位加低位加“1”。 (+43)补补=00101011 ; (-43)补补=110101011.4.3 整数(定点数)的表示注意注意： -0与与+0在补码表示法中相同，而在原码、反码表示在补码表示法中相同，而在原码、反码表示却不同。却不同。相同位数的二进制补码，表示的范围比原码、反码相同位数的二进制补码，表示的范围比原码、反码多一个。多一个。正数的原码、反码、补码都相等，即表示方法只有正数的原码、反码、补码都相等，即表示方