【正文】 第1章 信息技術(shù)概述 信息與信息技術(shù)信息l 信息的含義：從客觀事物立場(chǎng)看，信息是事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式；從認(rèn)識(shí)主體立場(chǎng)看，信息是認(rèn)識(shí)主體所感知或所表述的事物運(yùn)動(dòng)及變化方式的形式、內(nèi)容和效用。l 信息與物質(zhì)和能量同樣重要，它是人們認(rèn)識(shí)世界、改造世界的一種基本資源l 信息有多種表現(xiàn)形式，語(yǔ)言、文字、聲音、圖片等都是信息的表現(xiàn)形式(也稱(chēng)為信息的載體或媒體)信息處理l 信息處理：為獲取有效的信息而施加于初始信息的所有操作l 信息處理包括：信息的收集( 如信息的感知、測(cè)量、獲取、輸入等)信息的加工( 如信息的分類(lèi)、計(jì)算、分析、轉(zhuǎn)換等) 信息的存儲(chǔ)( 如書(shū)寫(xiě)、攝影、錄音、錄像等)信息的傳遞( 如郵寄、電報(bào)、電話(huà)、廣播等 )信息的施用( 如控制、顯示等) 信息技術(shù)l 信息技術(shù)（Information Technology，簡(jiǎn)稱(chēng)IT）指的是用來(lái)擴(kuò)展人們信息器官功能、協(xié)助人們更有效地進(jìn)行信息處理的一門(mén)技術(shù)。 l 信息技術(shù)包括：擴(kuò)展感覺(jué)器官功能的感測(cè)(獲取)與識(shí)別技術(shù) 擴(kuò)展神經(jīng)系統(tǒng)功能的通信技術(shù) 擴(kuò)展大腦功能的計(jì)算(處理) 與存儲(chǔ)技術(shù) 擴(kuò)展效應(yīng)器官功能的控制與顯示技術(shù)信息處理系統(tǒng)l 用于輔助人們進(jìn)行信息獲取、傳遞、存儲(chǔ)、加工處理、控制及顯示的綜合使用各種信息技術(shù)的系統(tǒng)，可以通稱(chēng)為信息處理系統(tǒng)l 現(xiàn)代信息技術(shù)主要特征：以數(shù)字技術(shù)（計(jì)算機(jī)）為基礎(chǔ)以計(jì)算機(jī)及其軟件為核心采用電子技術(shù)（包括激光技術(shù)）進(jìn)行信息的收集、傳遞、加工、存儲(chǔ)、顯示與控制 微電子技術(shù)簡(jiǎn)介微電子技術(shù)與集成電路l 微電子技術(shù)：實(shí)現(xiàn)電子電路和電子系統(tǒng)的超小型化及微型化的技術(shù)，以集成電路為核心l 電子電路中元器件的發(fā)展演變：電子管晶體管小規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路l 集成電路 (Integrated Circuit，簡(jiǎn)稱(chēng)IC)： 以半導(dǎo)體單晶片作為基片,采用平面工藝，將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所構(gòu)成的電路制作在基片上所構(gòu)成的一個(gè)微型化的電路或系統(tǒng)l 集成電路的制造材料：現(xiàn)代集成電路使用的半導(dǎo)體材料主要是硅，也可以是化合物半導(dǎo)體如砷化鎵等l 集成電路的集成度：?jiǎn)蝹€(gè)集成電路所含電子原件的數(shù)目小規(guī)模集成電路（SSI）：小于100電子元件中規(guī)模集成電路（MSI）：100~3000電子元件大規(guī)模集成電路（LSI）：3000~10萬(wàn)電子元件超大規(guī)模集成電路（VLSI）：10萬(wàn)~100萬(wàn)電子元件極大規(guī)模集成電路（ULSI）：超過(guò)100萬(wàn)電子元件l 集成電路的分類(lèi)按用途分：通用集成電路和專(zhuān)用集成電路（ASIC）按電路的功能分：數(shù)字集成電路和模擬集成電路按晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分：雙極型（Bipolar）電路、金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電路、雙極金屬氧化物半導(dǎo)體集成電路等集成電路的發(fā)展趨勢(shì)l 集成電路的工作速度主要取決于組成邏輯門(mén)電路的晶體管尺寸。晶體管的尺寸越小，其極限工作頻率越高，門(mén)電路的開(kāi)關(guān)速度越快。l Moore定律：?jiǎn)螇K集成電路的集成度平均每18個(gè)月翻一番(Gordon ,1965年)IC卡l IC卡(chip card、smart card)，又稱(chēng)為集成電路卡，它是把集成電路芯片密封在塑料卡基片內(nèi)，使其成為能存儲(chǔ)信息、處理和傳遞數(shù)據(jù)的載體l 特點(diǎn)：存儲(chǔ)信息量大保密性能強(qiáng)可以防止偽造和竊用抗干擾能力強(qiáng)可靠性高l IC卡的類(lèi)型(按芯片分類(lèi))存儲(chǔ)器卡：封裝的集成電路為存儲(chǔ)器，信息可長(zhǎng)期保存，也可通過(guò)讀卡器改寫(xiě)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。用于安全性要求不高的場(chǎng)合，如電話(huà)卡、水電費(fèi)卡、公交卡、醫(yī)療卡等（帶加密邏輯的存儲(chǔ)器卡增加了加密電路）CPU卡：封裝的集成電路為中央處理器（CPU）和存儲(chǔ)器，還配有芯片操作系統(tǒng)(Chip Operating System)，處理能力強(qiáng)，保密性更好，常用作證件和信用卡使用。手機(jī)中使用的SIM卡就是一種特殊的CPU卡。l IC卡的類(lèi)型(按使用方式分類(lèi))接觸式IC卡(如電話(huà)IC卡)：表面有方型鍍金接口，共8個(gè)或6個(gè)鍍金觸點(diǎn)。使用時(shí)必須將IC卡插入讀卡機(jī)，通過(guò)金屬觸點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)；用于信息量大、讀寫(xiě)操作比較復(fù)雜的場(chǎng)合,但易磨損、怕臟、壽命短非接觸式IC卡(射頻卡、感應(yīng)卡)：采用電磁感應(yīng)方式無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，解決了無(wú)源（卡中無(wú)電源）和免接觸問(wèn)題；操作方便，快捷，采用全密封膠固化，防水、防污，使用壽命長(zhǎng)；用于讀寫(xiě)信息較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合，如身份驗(yàn)證等 通信技術(shù)入門(mén)l 通信：各種信息的傳遞l 現(xiàn)代通信：使用電波或光波傳遞信息的技術(shù)，也稱(chēng)為電信（telemunication），如電報(bào)、電話(huà)、傳真、電子郵件、BBS、等l 通信系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒體的總和通信的基本原理l 通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)單模型：至少須有三個(gè)要素組成，即信息的發(fā)送者（信源）、信息的接收者（信宿）、信息的傳輸通道（信道）l 通信系統(tǒng)中被傳輸?shù)男畔⒈仨氜D(zhuǎn)換成某種電信號(hào)(或光信號(hào)) 才能進(jìn)行傳輸l 電（或光）信號(hào)強(qiáng)度的變化有兩種形式：連續(xù)形式的信號(hào)——也叫模擬信號(hào)離散形式的信號(hào)——也叫數(shù)字信號(hào)l 如何遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)：高頻震蕩的信號(hào)在長(zhǎng)距離通信中能比其它信號(hào)傳送得更遠(yuǎn)，可以把這種高頻正弦波信號(hào)作為攜帶信息的載波調(diào)制：利用信源信號(hào)去調(diào)整（改變）載波的某個(gè)參數(shù)的過(guò)程解調(diào)：接收方把載波所攜帶的信號(hào)檢測(cè)出來(lái)恢復(fù)為原始信號(hào)形式的過(guò)程模擬信號(hào)的調(diào)制方式：調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式：幅移鍵控、頻移鍵控、相移鍵控l 怎樣減低成本傳輸信號(hào)：讓多路信號(hào)同時(shí)共用一條傳輸線進(jìn)行傳輸，即多路復(fù)用技術(shù)頻分多路復(fù)用(Frequency Division Multiplexing, FDM)：將每個(gè)通信終端發(fā)送的信號(hào)調(diào)制在不同頻率的載波上，通過(guò)頻分多路復(fù)用器(MUX)將它們復(fù)合成為一個(gè)信號(hào)，然后在同一傳輸線路上進(jìn)行傳輸。抵達(dá)接收端之后，借助分路器(DEMUX)把不同頻率的載波分離出來(lái)，送到不同的接收設(shè)備時(shí)分多路復(fù)用(Time Division Multiplexing, TDM)：各通信終端（計(jì)算機(jī)、電話(huà)）以規(guī)定的順序和時(shí)間輪流使用同一傳輸線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)又可分為同步時(shí)分多路復(fù)用和異步時(shí)分多路復(fù)用模擬通信與數(shù)字通信l 模擬通信：直接傳輸信源產(chǎn)生的模擬信號(hào)或通過(guò)用模擬信號(hào)對(duì)載波調(diào)制后進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)應(yīng)用：傳統(tǒng)的有線載波電話(huà)、無(wú)線電廣播、電視（衛(wèi)星電視、數(shù)字有線電視除外）優(yōu)點(diǎn)：歷史長(zhǎng)，技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低缺點(diǎn)：在信號(hào)的調(diào)制和傳輸過(guò)程中易受噪聲干擾，傳輸質(zhì)量不夠穩(wěn)定趨勢(shì)：已經(jīng)越來(lái)越多地被數(shù)字通信所取代l 數(shù)字通信：將信源產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)（或信源直接產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)）之后，直接進(jìn)行傳輸或通過(guò)用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制來(lái)傳輸信息的技術(shù)稱(chēng)為數(shù)字通信l 數(shù)字通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，差錯(cuò)可控制，無(wú)噪聲積累，傳輸質(zhì)量高靈活性好，能適應(yīng)多種應(yīng)用需求，聲音、圖像、數(shù)據(jù)均可傳輸傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)可以直接由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和處理數(shù)字信號(hào)的加密比模擬信號(hào)容易，所以通信的安全性高數(shù)字電路容易用超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，有利于通信設(shè)備的小型化、微型化，也降低了功耗 l 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 信道帶寬(也稱(chēng)為信道容量, bandwidth)：一個(gè)信道允許的最大(高)數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率(簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)據(jù)速率, data rate)：實(shí)際進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)單位時(shí)間內(nèi)傳送的二進(jìn)位數(shù)目，計(jì)量單位：位/秒(bps)、千位/秒(kbps)、兆位/秒(Mbps)或千兆位/秒(Gbps)等誤碼率(error rate)：數(shù)據(jù)傳輸中規(guī)定時(shí)間內(nèi)出錯(cuò)數(shù)據(jù)占被傳輸數(shù)據(jù)總數(shù)的比例端－端延遲(endend delay)：數(shù)據(jù)從信源傳送到信宿所花費(fèi)的時(shí)間。光纖通信和無(wú)線通信l 通信分為有線通信和無(wú)線通信兩類(lèi)：有線通信使用的傳輸介質(zhì)有金屬導(dǎo)體和光導(dǎo)纖維，金屬導(dǎo)體利用電流傳輸介質(zhì)，如雙絞線、同軸電纜；光導(dǎo)纖維通過(guò)光波傳輸信息，如光纜；無(wú)線通信是使用電磁波來(lái)傳輸信息，如無(wú)線電波、微波、紅外線和激光等l 傳輸介質(zhì)的類(lèi)型與特點(diǎn)： 金屬導(dǎo)體：利用電流(電壓)傳輸信息，常見(jiàn)的有雙絞線和同軸電纜雙絞線分類(lèi)：3類(lèi)線(10 Mb/s)；5類(lèi)線(100Mb/s)；6類(lèi)線(200Mb/s)無(wú)屏蔽雙絞線 (UTP)；屏蔽雙絞線 (STP)同軸電纜分類(lèi):基帶同軸電纜；寬帶同軸電纜光導(dǎo)纖維：光線的入射角足夠大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)全反射，重復(fù)此過(guò)程，光就沿著光纖傳播光纖分類(lèi)：?jiǎn)文＃▊鬏斁嚯x遠(yuǎn)，速率高）；多模（傳輸距離近，速率低）無(wú)線通信傳輸介質(zhì)：無(wú)線電波；微波；紅外線；激光l 光纖通信原理：光纖主要用于傳輸數(shù)字信號(hào)，在發(fā)信端，由需要傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)（電信號(hào)）去驅(qū)動(dòng)一個(gè)光源（半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管），并對(duì)發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制后的光信號(hào)通過(guò)光纖傳輸?shù)浇邮斩?，信?hào)經(jīng)放大后由光檢測(cè)器（半導(dǎo)體光電管）進(jìn)行檢測(cè)、解調(diào)，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)之后輸出。為了補(bǔ)償光纖線路的損耗，消除信號(hào)失真和噪聲干擾，每隔一定的距離要接入中繼器。l 波分多路復(fù)用(Wave Division Multiplexing, WDM)：在一根光纖中同時(shí)傳輸幾種不同波長(zhǎng)的光波，以達(dá)到增大信道容量的目的。l 無(wú)線通信：模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)使用電磁波調(diào)制后進(jìn)行傳輸l 無(wú)線電波按頻率分成中波、短波、超短波和微波中波：沿地面?zhèn)鞑?，繞射能力強(qiáng)，適用于廣播和海上通信短波：具有較強(qiáng)的電離層反射能力，適用于環(huán)球通信微波：300MHz～300GHz范圍內(nèi)的電磁波，波長(zhǎng)為1 m～1mml 微波通信的三種形式：地面微波接力通信；衛(wèi)星通信；對(duì)流層散射通信l 衛(wèi)星通信：利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電信號(hào)所實(shí)現(xiàn)的通信移動(dòng)通信l 移動(dòng)通信：處于移動(dòng)狀態(tài)的對(duì)象相互間的通信，如手機(jī)、無(wú)繩電話(huà)、尋呼系統(tǒng)等l 優(yōu)點(diǎn)：克服通信終端位置對(duì)用戶(hù)的限制，快速和及時(shí)地傳遞信息l 蜂窩移動(dòng)通信原理：每10km～20km的區(qū)域稱(chēng)為單元（形似蜂窩），單元的中央建有一個(gè)基站，該單元內(nèi)所有手機(jī)都向該基站發(fā)送信號(hào)并接收基站發(fā)給的信號(hào)；所有單元既相互分割，又彼此有所交疊，連成整個(gè)移動(dòng)通信服務(wù)網(wǎng)；所有基站都通過(guò)微波或電纜、光纜與移動(dòng)交換中心通信l 移動(dòng)通信的發(fā)展過(guò)程：第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)：使用頻段——800MHz/900MHz第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)：傳輸?shù)氖菙?shù)字化的語(yǔ)音/文字信號(hào)；使用頻段——900MHz/1800MHz我國(guó)使用的2種標(biāo)準(zhǔn)：GSM（歐洲移動(dòng)通信系統(tǒng)，也稱(chēng)全球通、全數(shù)字系統(tǒng))；CDMA (碼分多址接入，Code Division Multiple Access)第三代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)：使用頻段——1885 MHz ~2025MHz，2110MHz~2200MHz 標(biāo)準(zhǔn)：WCDMA、CDMA2000和TDSCDMA(時(shí)分同步碼分多址接入)l 第3代移動(dòng)通信技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)3G）的目標(biāo)：（1）全球漫游（2）適應(yīng)多種環(huán)境，地面移動(dòng)通信與衛(wèi)星移動(dòng)通信相結(jié)合（3）提供高質(zhì)量的話(huà)音通信、數(shù)據(jù)通信和高分辨率圖像通信（4）提供足夠的系統(tǒng)容量，具有高保密性和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)信息的基本單位——比特(bit)l 比特：bit，binary digit的縮寫(xiě)，中文翻譯為“二進(jìn)位數(shù)字”、“二進(jìn)位”或簡(jiǎn)稱(chēng)為“位”比特只有 2 種取值0和1，一般無(wú)大小之分比特是組成數(shù)字信息的最小單位數(shù)值、文字、符號(hào)、圖像、聲音、命令都可以使用比特來(lái)表示l 比特的運(yùn)算使用邏輯代數(shù)，它有3種基本邏輯運(yùn)算：邏輯加（也稱(chēng)“或”運(yùn)算，用符號(hào)“OR”、“∨”或“＋”表示）邏輯乘（也稱(chēng)“與”運(yùn)算，用符號(hào)“AND”、 “∧”或“ ? ”表示，也可省略）取反（也稱(chēng)“非”運(yùn)算，用符號(hào)“NOT”或上橫杠“175?！北硎荆﹍ 存儲(chǔ)容量的計(jì)量單位：在計(jì)算器的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)比特時(shí)，以字節(jié)為基本單位。一個(gè)字節(jié)包含8個(gè)比特，字節(jié)簡(jiǎn)記為B。外存儲(chǔ)器容量的計(jì)量單位KB: 1 KB=210字節(jié)=1024 B （千字節(jié)）MB: 1 MB=220字節(jié)=1024 KB（兆字節(jié)）GB: 1 GB=230字節(jié)=1024 MB（吉字節(jié)、千兆字節(jié)）TB: 1 TB=240字節(jié)=1024 GB（太字節(jié)、兆兆字節(jié)）外存儲(chǔ)器容量經(jīng)常使用10的冪次來(lái)計(jì)算：1MB＝103 KB ＝1 000 KB1GB＝106 KB ＝1 000 000 KB1TB＝ 109 KB = 1 000 000 000 KBl 在數(shù)據(jù)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸二進(jìn)制信息時(shí)，是一位一位串行傳輸?shù)?，傳輸速率的單位是每秒多少比特，且kilo、mega、giga等也作為10的冪次計(jì)算。常用的傳輸速率單位如下比特/秒（b/s）：也稱(chēng)bps千比特/秒(Kb/s)：1Kb/s=103b/s兆比特/秒(Mb/s)：1Mb/s=103Kb/s=106b/s吉比特/秒(Gb/s)：1Gb/s=103Mb/s=106Kb/s=109b/s太比特/秒(Tb/s)：1Gb/s=103Gb/s=106Mb/s=109Kb/s=1012b/s比特與二進(jìn)制數(shù)l 不同進(jìn)位制數(shù)的表示和含義十進(jìn)制數(shù)：每一位可使用十個(gè)不同數(shù)字表示（0、9）低位與高位的關(guān)系是：逢10進(jìn)1各位的權(quán)值是10的整數(shù)次冪（基數(shù)是10 ）標(biāo)志： 尾部加“D”或缺省二進(jìn)制數(shù)每一位使用兩個(gè)不同數(shù)字表示（0、1），即每一位使用 1 個(gè)“比特”表示低位與高位的關(guān)系是：逢2進(jìn)1各位的權(quán)值是2的整數(shù)次冪（基數(shù)是2 ）標(biāo)志： 尾部加B八進(jìn)制數(shù)每一位使用八個(gè)不同數(shù)字表示（0、7）低位與高位的關(guān)系是：逢8進(jìn)1各位的權(quán)值是8的整數(shù)次冪（基數(shù)是8 ）標(biāo)志：尾部加Q十六進(jìn)制數(shù)每一位使用十六個(gè)數(shù)字和符號(hào)表示（0、A、B、C、D、E、F ）低位與高位的關(guān)系是：逢16進(jìn)1, 基數(shù)為16各位的權(quán)值是16的整數(shù)次冪（基數(shù)是16 ）標(biāo)志：尾部加Hl 不同