第1章信息技术概述学习指导概述.docx
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第1章信息技术概述学习指导概述
第一章信息技术概述
【目的和要求】
1．【了解】什么是信息、信息处理的过程，什么是信息技术。
2．【掌握】微电子技术的发展经历了哪些阶段。
3．【理解】通信系统的组成和数据通信的基本原理。
4．【掌握】通信系统中使用的通信介质。
5．【理解】什么是比特和比特的运算，【掌握】二进制数与十进制数、八进制数、十六进制数的关系，【掌握】整数和实数在计算机内的表示方法。
【学习指导】
一．信息与信息技术
【了解】问题1：
信息处理的过程有哪些？
每一个过程有哪些实际应用？
信息处理的过程主要包括信息的收集、加工、存储、传递和施用。
在很多其他书刊中，描述信息系统技术主要指的是有关信息的获取、处理、存储、传输和控制等技术，与我们教材中使用的名词虽然不同，但含义一致，通常并不严格区分。
（1）信息获取是利用信息的前提，目前主要的信息获取技术有传感技术、遥测技术和遥感技术；
（2）信息处理是指对获取的信息进行识别、转换、加工，使信息安全地存储、传输，并能够很方便地检索、再生、利用，或便于人们从中提炼知识、发现规律的工作手段；
（3）信息存储技术侧重于描述很多新的信息存储的介质，即现代信息存储技术；
（4）信息传输技术主要是指通信技术，如光纤通信技术、卫星通信技术；
（5）信息控制技术就是利用信息传递和信息反馈来实现对目标系统进行控制的技术，如导弹控制系统技术。
只要正确描述信息技术处理的几大过程即可。
请大家务必以理解为主，不要死记名词。
【了解】问题2：
基本的信息技术包括哪些？
信息技术指的是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。
人的信息器官主要有感觉器官、神经网络、思维器官及效应器官，分别被用于获取信息、传递信息、处理并且再生信息，以及施用信息使产生实际效果。
因此，基本的信息技术包括：
扩展感觉器官功能的感测与识别技术；扩展神经网络功能的通信与存储技术扩展思维器官功能的计算技术；扩展效应器官功能的控制和显示技术。
例1-1现代信息技术在扩展人的信息器官功能方面已经取得许多杰出的成就，下列技术中主要用来扩展人的感觉器官功能的是。
A、感测与识别技术
B、通信与存储技术
C、计算和处理技术
D、控制与显示技术
分析：
答案应该选A。
如果将题目改成，雷达和卫星遥感技术主要用来扩展人的器官功能，则做起来会稍微困难一些。
【了解】问题3：
现代信息技术的主要特征是什么？
现代信息技术的主要特征是以数字技术为基础、以计算机为核心的技术。
本知识点大家应该结合实际生活中的很多名词来来理解数字技术的概念，如数字电视、数字手机，数字图书馆等。
本知识点如在考试中出现，大多会以判断题形式出现。
二．微电子技术简介
【掌握】问题4：
微电子技术的发展经历了哪些阶段？
微电子技术是以集成电路（IC）为核心的技术。
电子技术的发展大约经历了电子管、晶体管、集成电路等阶段。
其中现代集成电路使用的半导体材料通常是硅（Si），也可以是化合物半导体如砷化镓（GaAs）。
通常可以按照表1-1进行分类：
表1-1集成电路规模对应表
集成规模
英文简称
集成度（含电子元件个数）
小规模
SSI
<100
中规模
MSI
100～3000
大规模
LSI
3000～10万
超大规模
VLSI
10万～100万
极大规模
ULSI
>100万
例1-2如果一个集成电路芯片内包含了5万个电子元件，则它属于集成电路。
A、小规模B、中规模C、大规模D、超大规模
分析：
答案应该选C。
表1-1中的集成规模、英文简称和集成度之间的对应关系需要记住，这是一个经常涉及的考点。
【掌握】问题5：
集成电路的发展遵循什么规律？
（1）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。
晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快。
（2）摩尔定律（Moore定律）：
1965年，Intel公司的创始人之一摩尔预测，单块集成电路的集成度平均每18～24个月翻一番。
实际情况表明，他的预测观点大体是正确的。
而且在未来的十多年时间里，集成电路的技术还将继续遵循Moore定律得到进一步的发展。
注意：
摩尔定律不会无限的执行下去。
例1-3下列有关Moore定律的叙述中，说法正确的是。
A、单块集成电路的集成度平均每8～14个月翻一番。
B、单块集成电路的集成度平均每18～24个月翻一番。
C、单块集成电路的集成度平均每28～34个月翻一番。
D、单块集成电路的集成度平均每38～44个月翻一番。
分析：
答案应该选B。
该知识点主要掌握两个地方即可，一个是定律称为Moore定律，而不是其他定律；二是要记住时间段，应该是18～24个月，或者说成1年半～2年。
当然时间并不是绝对地，实质上，Moore定律主要的贡献是对一段时间内集成电路技术发展地预测。
【了解】问题6：
什么是IC卡，如何分类？
IC卡是集成电路的简称，它把集成电路芯片密封在塑料卡基片内，使其成为能存储、处理和传递数据的载体。
IC卡一般都具有存储数据的功能，有的IC卡还带有加密逻辑电路，有的带有CPU，配有操作系统，能够存储程序、数据，处理数据。
IC卡按使用方式不同分为接触式IC卡（如移动电话SIM卡）和非接触式IC卡（如公共交通使用的射频计费卡）。
我国目前广泛采用地2代身份证也是采用非接触式IC卡制成的。
三．通信技术入门
【了解】问题7：
通信的三要素有哪些？
通信的三要素：
信源、信道、信宿。
信源就是信息的发送者，信宿是信息的接受者，信道表示信息的传输媒介。
【掌握】问题8：
什么是调制、什么是解调，其原理是什么？
将计算机处理的一连串“0”、“1”的数字信号转换成适合传输的模拟信号的过程称为调制；而将模拟信号转换成数字信号的过程被成为解调。
由于计算机网络中的数据通信一般都是双向进行的，所以调制和解调总是成对使用，调制解调器（MODEM）就是用来实现信号调制和解调功能的一种专用设备。
家庭里通过拨号方式上网的用户都需要配备这个设备，俗称“猫”。
本知识点可以结合第四章计算机网络的相关内容来理解。
【掌握】问题9：
什么是多路复用技术，有哪些常用的多路复用技术？
在同一条线路上同时传输多路数据的技术称为多路复用技术。
最基本的多路复用技术是时分多路复用技术，简称TDM，这里面要大家深刻体会的是关于“时间片”的概念，即把时间划分为一个个小的时间片，在每个时间片分别轮流为需要传输数据的终端服务，以实现多路复用。
还有一种多路复用技术称为频分多路复用技术，简称FDM，它的工作原理是采用不同频率的载波来传输多路数据，使得数据之间互相不干扰。
有线电视之所以在同一电缆上能够同时传输很多套电视节目用的就是频分多路复用技术，即用不同的载波频率加载不同的电视台节目。
例1-4有线电视能够通过一根电缆同时传输多套电视节目，所采用的是多路复用技术。
A、频分B、时分C、波分D、异步时分
分析：
答案应该选A。
前面分析过，有线电视是采用频分多路复用技术在同一电缆上传输许多电视台的不同电视节目的。
此题如果要加深难度，可以将各个选项用它们的简称来表示，则选择起来难度就加大了，即如：
A、FDMB、TDMC、WDMD、异步TDM
【掌握】问题10：
常用来衡量数据通信系统性能的指标有哪些？
常用来衡量数据通信系统性能的指标有：
（1）信道带宽：
一个信道允许的最大数据传输速率称为带宽，也称为信道容量。
（2）数据传输速率：
简称数据率，指的是实际数据传输时单位时间内传送的二进位数目。
计量单位参见后面。
（3）误码率：
指数据传输中出错数据位数占被传输数据总位数的比例。
（4）端—端延迟：
指数据从信源传送到信宿所花费的时间。
例1-5在数据通信系统中，用来衡量在数据传输中出错数据位数占被传输数据总位数的比例的性能指标是。
A、信道带宽B、数据传输速率C、误码率D、端—端延迟
分析：
答案应该选C。
本知识点的考察主要是要求深入理解在数据通信系统中不同性能指标所代表的实际含义。
【掌握】问题11：
目前，通信系统中常用的传输介质有哪些？
网络传输介质是指在网络中传输信息的载体，常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。
（1）有线传输介质是指在两个通信设备之间实现的物理连接部分，它能将信号从一方传输到另一方，有线传输介质主要有双绞线、同轴电缆和光缆。
1双绞线
双绞线是最廉价且使用最广泛的传输介质，它是将两条相互绝缘的导线按一定距离绞合若干次，使外部的电磁干扰降到最低限度，以保护信息和数据。
“双绞线”的名字也是由此而来。
通常多对双绞线做成电缆形式，在外面套上护套，这些我们称之为双绞线电缆，如图1-1。
双绞线按照特性可以分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两种。
非屏蔽双绞线非常适合于楼宇内部的结构化布线。
它的外部直径为0.43cm，尺寸小、重量轻，价格便宜、容易安装和维护是非屏蔽双绞线的主要特点。
屏蔽双绞线STP是屏蔽技术和绞线技术相结合的产物。
它与非屏蔽双绞线在结构上的不同点是在绞线和外皮间夹有一层铜网或金属屏蔽层，因而价格相对也较昂贵。
双绞线的优点是组网方便，价格最便宜，应用广泛。
缺点是直接传输距离较短，一般小于100m。
②同轴电缆
同轴电缆的核心部分是一根内层导线，导线外有一层起绝缘作用的塑性材料，再包上一层金属网，用于屏蔽外界的干扰，最外面是起保护作用的塑性外套，如图1-2。
图1-3同轴电缆
同轴电缆有基带同轴电缆和宽带同轴电缆之分。
前者常用于计算机局域网中，传输距离短；后者常用于有线电视网，传输距离长。
同轴电缆的抗电磁干扰特性强于双绞线，传输速率与双绞线类似，但它的价格高。
在现代计算机网络中，同轴电缆正逐步被非屏蔽双绞线或光缆所替代。
③光缆
光缆由折射率较高的纤芯和折射率较低的包层组成，通常为了保护光纤，包层外还要覆盖一层塑料加以保护,如图1-3。
图1-3光纤
根据性能的不同，光纤有单模光纤和多模光纤之分。
在多模光纤中，由发光二极管产生用于传输的光脉冲，通过内部的多次反射沿芯线传输。
因此可以存在多条不同入射角的光线在一条光纤中传输。
单模光纤使用激光，光线与芯轴平行，损耗小，传输距离远，具有很高的带宽，但价格更高。
光纤对外界的电磁干扰十分迟钝，传输容量大，传输特性好。
光缆通常直接与光端机相连，由光端机将网络中的电信号变成光信号送入光缆，或将光信号变成电信号送入相应的网络中。
光纤可以防止传输过程中被分接偷听，也杜绝了辐射波的窃听，因而是最安全的传输媒体。
有线介质的具体的特点及分类如表1-2。
表1-2有线传输介质具体的特点及分类
双绞线
特点：
成本低，传输距离短；易受外界干扰，误码率高；
用于计算机局域网；固定电话。
分类：
◆非屏蔽双绞线：
尺寸小、重量轻，价格便宜、容易安装和维护；
◆屏蔽双绞线：
价格较高，适于较远距离传输数据。
同轴电缆
特点：
抗电磁干扰特性强于双绞线，传输速率与双绞线类似，但价格高。
分类：
◆基带同轴电缆：
用于计算机局域网中，传输距离短；
◆宽带同轴电缆：
常用于有线电视网，传输距离长。
光纤
特点：
传输距离长，容量大，重量轻，数据不易被窃听；精确连接2根光纤很难。
分类：
◆单模光纤：
传输距离远，速率高，适合远程通信；
◆多模光纤：
传输距离近，速率低，用于局域网。
例1-6在数据通信系统所用的有线介质中，的传输损耗小，中继距离长，抗电磁干扰性能好，而且不易被窃听或截取数据。
A、架空明线B、双绞线C、同轴电缆D、光纤
分析：
答案应该选C。
本知识点的考察主要是要求深入了解各种传输介质在数据通信系统的特点。
另外，还应该记住各种介质的不同分类，如双绞线可以分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP），同轴电缆可以分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆，光纤可以分为单模光纤和多模光纤。
这个内容大多会用填空题的形式进行考核。
（2）无线传输介质是指在两个通信设备之间不使用任何物理连接，而是通过空间传输的一种技术。
无线传输介质主要有微波、红外线和激光等。
包含微波通信、卫星通信和移动通信等方式。
无线传输指在空间中采用无线频段、红外线、激光等进行传输。
无线传输不受固定位置的限制，可以全方位实现三维立体通信和移动通信。
无线电波可以按照频率（或波长）分成中波、短波、超短波和微波。
由于不同波段电磁波的传播特性各异，因此可以用于不同的通信系统。
例如中波主要沿地面传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信。
短波具有较强的电离层反射能力，适用于环球通信。
超短波和微波的绕射能力较差，可以作为视距或超视距中继通信。
在计算机网络系统中的无线通信主要指的是微波通信，分为地面微波通信和卫星微波通信两种形式。
①地面微波通信
由于微波在空间是沿直线传播，而地球表面是个曲面，因此其传播距离受到限制，一般只有50km左右。
为实现远距离通信，需要建立微波中继站进行接力通信。
地面微波接力通信具有容量大、建设费用省、抗灾能力强等优点，因而取得飞速的发展，成为长距离、大容量地面无线通信的主要手段。
但是微波通信的误码率要比同轴电缆和光缆高，安全性不高，只要拥有合适无线接收设备的人就可能窃取到别人的通信数据。
②卫星通信
卫星通信就是利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电信号，实现在两个或多个地球站之间的远距离通信。
可以说卫星通信就是微波接力通信向太空的延伸，是微波接力通信技术和空间技术相结合的产物。
③移动通信系统
所谓移动通信指的是处于移动状态的对象之间的通信，它包括蜂窝系统、集群调度、无绳电话、寻呼系统和卫星系统。
手机是最有代表性的，它属于蜂窝移动系统。
移动通信的发展已经历了多个阶段，但真正开始进入个人领域只是在上世纪七、八十年代。
第一代个人移动通信采用的是模拟技术，那时候的手机像个小砖头，俗称“大哥大”，通信效果较差。
随着数字传输、时分多址（TDMA）或码分多址（CDMA）等技术的采用，很快便进入了第二代移动通信系统，使用的频段也扩展至900MHz到1800MHz。
目前我国和欧洲正在广泛使用的GSM、日本的JDC系统以及美国的IS-95系统等都是第二代移动通信系统。
第三代移动通信系统俗称3G，它将实现高质量的多媒体通信，目前已经开始进入到应用阶段。
2008年中国电信行业重组后，新的中国移动、中国电信、中国联通都获得了开展第三代移动通信的权利。
例1-7下面的多种通信系统中，不属于移动通信。
A、有线电视系统B、寻呼系统C、蜂窝移动系统D、无绳电话系统
分析：
答案应该选A。
根据前面的描述，有线电视系统不属于移动通信系统。
本知识点主要考察对移动通信系统基本概念的了解。
例1-8下面关于个人移动通信的叙述中，是错误的。
A、第一代个人移动通信系统采用的是模拟通信技术
B、目前广泛使用的GSM手机采用了数字通信技术，属于第二代移动通信系统
C、移动通信系统中，移动电话交换中心直接接受手机（移动台）的无线信号，并负责向手机发送信号
D、第三代移动通信系统将实现高质量的多媒体通信，包括语音通信、数据通信和高分辨率的图像通信等
分析：
答案应该选C。
移动通信系统一般由移动台、基站、移动电话交换中心等组成。
移动台是移动的通信终端，它是接受无线信号的接受机，包括手机、寻呼机、无绳电话等。
基站是与移动台联系的一个固定收发机，它接受移动台的无线信号，每个基站负责与一个特定区域的所有移动台进行通信。
基站和移动交换中心之间通过微波或有线信道交换信息，移动交换中心再与公共电话网进行连接。
每个基站的有效区域既相互分割，又彼此有所交叠，整个移动网就像是蜂窝，所以也称为“蜂窝式移动通信”。
显而易见，基站才是直接与移动台相联系的，负责收发信号，而移动交换中心不直接与移动台相连，因此选项C说法是错误的，其他的说法都是正确的。
四．数字技术基础
本知识点应该掌握比特的概念，比特的运算，二进制的表示方法以及各种进制数据之间的转换，另外应了解定点数和浮点数在计算机中的表示。
【掌握】问题12：
信息在计算机中存储有哪些计量单位，它们之间有哪些关系？
数字信息的基本单位是比特，一般可表示两种不同的状态，通常用“0”和“1”表示。
信息存储的计量单位：
位（bit）——是信息存储的最小单位，即一个“比特”，用小写字母“b”表示。
字节（Byte）——八个二进制位称为一个字节，用大写字母“B”表示，1B=8bits
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）1TB=240字节=1024GB
应当特别注意到，这里的千、兆、吉、太表示的是2的整次幂，如K表示的是210，即1024；而需要特别提醒的是，在教材后面章节描述数据传输速率时也会用到千、兆、吉、太等词，但表示的却是10的整次幂，如K表示的是103，即1000。
如下所示：
比特／秒（b/s）——描述传输速率的基本单位
千比特／秒（kb/s）1kb/s=103比特／秒=1000b/s
兆比特／秒（Mb/s）1Mb/s=106比特／秒=1000kb/s
吉比特／秒（Gb/s）1Gb/s=109比特／秒=1000Mb/s
太比特／秒（Tb/s）1Tb/s=1012比特／秒=1000Gb/s
关于使用K、M、G到底何时代表二进制前缀还是十进制前缀的问题，总结如下：
●描述内存容量、Cache、半导体存储器容量时均表示的是二进制前缀。
●描述文件、文件夹大小时均表示的是二进制前缀。
●描述频率、传输速率时均表示的是十进制前缀。
●描述外存储器（硬盘、DVD光盘、U盘、存储卡等）等容量时，厂商标注的容量使用的十进制前缀，但是操作系统显示的容量却使用二进制前缀，这就是为什么标注为1G的U盘在操作系统中显示却只有九百多兆（M）的原因所在。
【理解】问题13：
为什么在计算机内部用二进制表示信息？
日常生活中通常使用十进制计数法，但在计算机领域中通常采用二进制、八进制和十六进制来表示数据。
计算机内部各种信息的存储和处理都必须转换成二进制形式才能进行。
之所以采用二进制的原因主要有三个：
一是只有“0”和“1”两种稳定状态在物理上容易实现，二是可以把逻辑运算与数值信息的算术处理相互联系起来，三是二进制数运算规则简单。
但是二进制数书写比较麻烦且不容易记忆，所以在书写时通常使用八进制和十六进制。
表1-3各种进制数的表示
进位制
二进制
八进制
十进制
十六进制
基本符号
0,1
0,1,2,…,7
0,1,2,…,9
0,1,2,…,9,A,B,…,F
基数
r=2
r=8
r=10
r=16
权
2i
8i
10i
16i
运算规则
逢二进一
逢八进一
逢十进一
逢十六进一
形式表示
B
O
D
H
据上表可以知道，101011B表示一个二进制数，相当于表示法（101011）2
3526O（注意：
这里O是大写字母）表示一个八进制数，相当于表示法（3526）8
9872D表示一个十进制数，相当于表示法（9872）10
A2C5H表示一个十六进制数，相当于表示法（A2C5）16
例1-9下面的4个用不同进制表示的数中，是错误的。
A、101011DB、101101BC、A2D9HD、6384O
分析：
答案应该选D。
对于N进制数，一共只有N种不同的符号，如二进制数只能包含0和1两个符号，八进制数可以包含0、1、2、3、4、5、6、7共八个符号，十进制数中可以包含0、1、2、3、4、5、6、7、8、9共10个符号。
我们注意到，八进制中没有8这个符号，因为逢八就要向前进位了，所以此题答案应该选D。
此题容易出错的地方在于，很多同学会选A，因为他们看到A选项中只有0和1两个符号，就认为必定是一个二进制数，而A选项101011D表示一个十进制数。
实际上，无论二、八、十、十六进制表示的数中都可以包含0、1两个符号，所以A是没有错的。
例1-10下面的4个不同进制表示的数中，是错误的。
A、（654）7B、（111011）2C、（6539）10D、（D1G6）16
分析：
答案应该选D。
此题的考点同上题一样。
因为十六进制数中包含的符号有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F共16个，根本不存在符号G。
【理解】问题14：
二进制运算中的算术运算和逻辑运算有什么区别？
二进制的运算包含算术运算和逻辑运算，务必要理解算术运算和逻辑运算的不同之处。
逻辑运算是按位运算，不存在进位和借位。
（1）算术运算
需要掌握二进制的加减法，下面的运算规则要牢记：
0+0=00+1=11+0=11+1=0（向前进位）
0-0=01-0=11-1=00-1=1（向前借位）
例1-111001B＋1101B=
1001B……………9D
＋1101B……………13D
10110B……………22D
分析：
因为是算术加法运算，因此存在向前进位的问题。
此题运算中，存在两次向前进位的情况。
右边表示的是其对应的十进制数的值。
例1-1211101B－10111B=
11101B……………29D
－10111B……………23D
00110B……………6D
分析：
因为是算术减法运算，因此存在向前借位的问题，即“借1当2”。
此题运算中，存在两次向前借位的情况。
右边表示的是对应的十进制数的值。
（2）逻辑运算
对应二进制数的1与0在逻辑上可分别代表真与假，对与错、是与非、有与无，这种具有逻辑性的变量称为逻辑变量。
逻辑变量之间的运算就称为逻辑运算。
逻辑运算主要包括三种基本运算：
逻辑加法（又称或）运算、逻辑乘法（又称与）运算、逻辑否定（又称非）运算。
逻辑或运算的运算符可以是“+”或者“∨”，逻辑与运算的运算符可以是“×”或者“∧”。
注意，这里的“+”“×”和算术运算中符号相同但含义不同。
表1-4逻辑或的真值表表1-5逻辑与的真值表
A
B
F=A+B
A
B
F=A×B
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
例1-13逻辑运算1001＋1101的结果是。
1001
∨1101
1101
分析：
符号“∨”读为“析取”，等价于符号“＋”，表示逻辑或运算。
例1-14逻辑运算11101×10111的结果是。
11101
∧10111
10101
分析：
符号“∧”读为“合取”，等价于符号“×”，表示逻辑与运算。
特别注意的是，逻辑运算是按位运算，所以不存在进位和借位的问题。
【掌握】问题15：
二进制、八进制、十六进制之间的转换方法是什么？
（1）非十制数转换成十进制数
例1-15（10110111.111）2=（?
）10
分析：
方法一：
非十进制数转换成十进制数的方法就是如表1-3所示的按权展开。
原式=1×27+0×26+1×25+1×24+0×23+1×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2+1×2-3
=128+0+32+16+0+4+2+1+0.5+0.25+0.125
=（183.875）10
从上面的过程
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