大学信息技术理论要点.docx

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大学信息技术理论要点

第一章信息技术概述

1.1信息与信息技术

信息技术：

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。

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技术的系统。

信息处理系统实例：

•雷达：

是一种以感知与识别为主要目的的系统。

•电视/广播：

系统是一种单向的、点到多点（面）的以信息传递为主要目的的系统。

•电话：

是一种双向的、点到点的以信息交互为主要目的的系统。

•银行：

是一种以处理金融业务为主的系统。

•图书馆：

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。

1.2微电子技术简介

电子元器件小型化、集成化进程：

电子管-晶体管->小规模集成电路->大规模、超大规模集成电路

集成电路的使用

•中、小规模集成电路：

一般以简单的门电路或单级放大器为集成对象。

•大规模集成电路：

以子系统或功能部件为集成对象如CPU、芯片组、图形加速器等。

集成电路的规模：

根据所包含的晶体管数目分为

•根据集成电路的功能分为：

•数字集成电路（如逻辑电路、存储器、微处理器、微控制器、数字信号处理器等）

•模拟集成电路（又称为线性电路，如信号放大器、功率放大器等。

根据用途分为：

通用集成电路，如微处理器和存储器芯片。

专用集成电路，按某种应用的特定要求专门设计和定制的。

2、集成电路的发展趋势

集成电路特点：

体积小、重量轻、可靠性高。

提高速度和集成度。

集成电路的工作速度：

主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸。

Moore定律：

单块集成电路的集成度平均每18～24个月翻一番。

1.3通信技术入门

通信：

各种信息的传递都可称为通信。

现代通信：

使用电波或光波传递信息的技术。

通常也称为电信（Telecommunication）。

通信三要素：

•信源（信息的发送者）

•信宿（信息的接收者）

•信道（信息的载体与传播媒介）

通信系统（电信网）组成：

•终端设备（例如：

电话机）

•传输设备（例如：

电话线）

•交换设备（例如：

程控交换机）

多路复用

解决办法：

使多路数据传输合用一条数据线，即多路复用。

多路复用分为：

频分复用，时分复用，波分复用和码分复用。

时分多路复用（TDM）：

各终端设备（计算机）按事先规定的顺序轮流使用同一传输线路进行数据传输。

时分多路复用可分为：

同步时分多路复用和异步十分多路复用。

同步时分多路复用：

为每个使用者分配固定的传输线路时间片。

异步时分多路复用：

根据使用者的需要分配传输线路时间片。

频分多路复用（FDM）：

每个发送设备使用一个给定频率的载波传输数据，每个接收设备被设置成只接收给定频率的载波，所有不同频率的载波可在同一时间通过同一导线而不会相互干扰。

数据通信系统的性能指标

信道带宽：

通信信道是传输数据的一个物理路径或者是一种载波信号频率。

传输介质可以承载一个或多个通信信道。

一个信道允许的最大数据传输率称为该信道的带宽，也称为信道容量。

数据传输速率：

指实际进行数据传输时单位时间内传送的二进制位数。

单位：

千位/秒kbps、兆位/秒Mbps、千兆位/秒Gbps。

误码率：

数据传输中出错数据占被传输数据总数的比率。

端到端延迟：

数据从信源传到信宿所花费的时间。

有线载波通信

依据所用的传输介质，有线载波通信可分为：

架空明线载波系统、对称电缆载波系统、同轴电缆载波系统。

对称电缆载波系统中使用的双绞线，双绞线可减少线对之间的串扰。

同轴电缆载波系统中使用的同轴电缆

光纤通信

光纤通信：

是利用光纤传导光信号来进行通信的一种技术。

光纤传输光信号的过程：

光纤由纤芯和包层构成。

纤芯用来传输光波，包层较纤芯有较低的折射率，当光线碰到包层时就会折射回纤芯，这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下去。

光纤通信原理：

用光信号来传递信息，如：

有光信号相当“1”，无相当“0”。

光纤特点：

传输损耗小，中继距离长，适合长距离通信；抗电磁干扰、无辐射、保密性好；体积小，重量轻；连接麻烦。

光纤通信的瓶颈之一是光信号的传输距离。

普通光纤网络中的信息在传输时每隔200km～500km间需加入电放大器，将光信号还原成电信号进行放大，然后再转换成光信号继续传输。

全光网（AllOpticalNetwork）：

光信息流在通信网络中的传输及交换时始终以光的形式存在，不需要经过光/电、电/光转换。

微波通信

微波特点：

频率在300MHz–300GHz之间的电磁波称为微波。

由于其波长很短（1m－1mm），所以具有类似光波的特点，直线传播，可被反射，容易被水气和地表吸收，可穿透电离层。

微波通信优点：

容量大；可靠性高；建设费用低；抗灾能力强；

利用微波进行远距离通信主要有三种方式：

•地面微波接力通信；•卫星通信；•对流层散射通信

卫星通信

卫星通信：

利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，实现两或多个地球站之间的通信。

是微波接力通信技术与空间技术相结合的产物。

卫星通信系统的核心是通信卫星，根据卫星的运行轨道可分为中低轨道通信卫星和同步定点轨道通信卫星。

卫星通信特点：

•优点：

通信距离远、频带宽、容量大、抗干扰强、通信稳定。

•缺点：

造价高（卫星本身，发射卫星的火箭）、技术复杂、通信天线口径大、有较大延时、同步轨道卫星数目有限。

移动通信系统

移动通信：

处于移动状态的对象之间的通信。

包括寻呼系统、蜂窝移动电话（手机）、集群调度、无绳电话、卫星系统。

蜂窝移动通信系统组成：

移动台、基站、移动电话交换中心。

移动台：

是移动的通信终端，它是接收无线信号的接收机，包括手机，呼机，无绳电话等。

基站：

是与移动台联系的一个固定收发机，它接收移动台的无线信号，每个基站负责与一个特定区域（10km～20km的区域）的所有的移动台进行通信。

移动交换中心：

与基站之间通过无线微波、电缆或光缆交换信息，移动交换中心再与公共电话网进行连接。

蜂窝式移动通信：

每个基站的有效区域既相互分割，又彼此有所交叠，整个移动通信网就像是蜂窝。

蜂窝结构：

地理上每10km～20km的区域（单元,形似蜂窝）内的中央有一个基站，该单元内所有移动电话都向其基站发送信号。

所有基站都通过微波或电缆、光缆与一个移动交换中心通信。

每个移动电话每一时刻处于一个特定单元，即在该单元的基站控制之下。

蜂窝移动通信的发展

•第一代：

传输模拟信号，频段800～900MHz

•第二代：

传输数字信号，频段900MHz～1.8GHz采用时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）等技术。

标准如下：

GSM（欧洲全数字移动通信系统，全球可移动通信系统，全球通）支持GPRS

IS-54（美国移动通信系统，数字系统兼容模拟）

JDC（日本移动通信系统，数字系统兼容模拟）

•第三代：

使用频段2GHz

第三代移动通信（IMT-2000）：

意指在2000年左右开始商用并工作在2000MHz频段上的国际移动通信系统。

目标：

全球漫游，以低成本的多种模式的手机来实现

适应多种环境，将地面移动通信系统和卫星移动通信系统结合在一起。

提供高质量的多媒体业务，包括高质量的话音通信、数据通信和高分辨率的图像通信等。

提供足够的信息容量，具有高保密性和优质的服务。

1.4数字技术基础

1、信息的基本单位－比特

（1）、什么是比特

比特只有两种状态（取值）：

“0”或“1”

比特是组成信息的最小单位。

在不同的应用中比特表示的含义不同。

可表示数值、文字或符号、图像或声音等等。

（2）、比特的运算

•当两个多位二进制信息进行逻辑运算时，按位独立进行。

（3）、比特的存储

存储二进制信息时的存储容量：

•千字节（KB）：

1KB=210字节＝1024B

•兆字节（MB）：

1MB=220字节＝1024KB

•吉字节（GB）：

1GB=230字节＝1024MB

•太字节（TB）：

1KB=240字节＝1024GB

2、比特与二进制数

（1）、十进制数与二进制数

十进制数：

十进制的基数是“10”，使用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9这十个数字符号，逢十进一。

203.4＝2×102＋0×101＋3×100＋4×10－1

二进制数：

基数是“2”，使用0和1两个不同的数字符号，逢二进一。

（101.01）2＝1×22＋0×21＋1×20＋0×2－1＋1×2－2

＝（5.25）10

十进制数与二进制数之间的转换分三种情况

•二进制数转换成十进制数：

（包含整数和小数）

将二进制数的每一位乘上其对应的权值再累加起来。

•十进制整数转换成二进制整数：

采用“除2取余法”

••十进制小数转换成二进制小数：

采用乘2取整法。

八进制数与二进制数的转换：

•转换表：

八进制数二进制数八进制数二进制数

00004100

10015101

20106110

30117111

十六进制数与二进制数的转换：

•转换表：

十六进制数二进制数十六进制数二进制数

0000081000

1000191001

20010A1010

30011B1011

40100C1100

50101D1101

60110E1110

70111F1111

3、整数（定点数）的表示

计算机中的数值信息分为整数和实数两大类。

它们都是用二进制表示的，但表示方法有很大差别。

整数：

整数不使用小数点，或者说小数点始终隐含在个位数的右面，所以整数也叫做“定点数”。

整数的分类：

•无符号的整数，一定是正整数，取值范围：

8位：

0～28-1；16位：

0～216-1；32位：

0～232-1

•带符号的整数，既可表示正整数，又可表示负整数

使用最高位（最左面的一位）作为符号位，“0”表示

“＋”（正数），“1”表示“－”（负数），其余各位表示数的绝对值。

取值范围：

8位：

-127～＋127（-27+1～＋27-1）

n位：

-2n-1+1～+2n-1-1

【例】：

00101011=＋43,10101011=－43

使用原码表示时，不能处理两个异号数相加或者两个同号数相减的情况。

为了将减法运算转化成加法运算，引进了补码的概念。

补码表示法：

在计算机中，负数使用补码表示，符号位也是“1”，但绝对值部分却是原码的每一位取反后再在末位加“1”

【例】：

（－43）原=10101011

绝对值部分每一位取反后：

（－43）反=11010100

末位加“1”得到：

（－43）补=11010101

4、实数（浮点数）的表示

实数：

既有整数部分又有小数部分的数。

整数和纯小数只是实数的特例。

任何一个实数总可以表达成一个乘幂和一个纯小数之积，例如：

56.725=102×（0.56725）

－0.0034756=10－2×（－0.34756）

指数部分指出实数中小数点的位置，括号里是一个纯小数。

任何一个实数在计算机内部都可以用“指数”（称为“阶码”，整数）和“尾数”（纯小数）来表示。

即：

实数=尾数*2指数

这种用指数和尾数来表示实数的方法叫“浮点表示法”计算机中的实数也称为“浮点数”，整数为“定点数”。

浮点数的长度可以是32位、64位或更长。

一般说来，位数越多，可表示的数的范围越大（阶码），精度越高（尾