第1章 信息技术概述 主目录主目录 本章学习目标与要求 1. 1.了解什么是信息、信息处理、信息技术。了解什么是信息、信息处理、信息技术。 2. 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. 3.初步理解通信系统的组成和数据通信的基本初步理解通信系统的组成和数据通信的基本 原理。原理。 4. 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. 5.理解什么是比特和比特的运算，掌握二进制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，数与十进制数、八进制数、十六进制数的关系， 熟悉整数和实数在计算机内的表示方法熟悉整数和实数在计算机内的表示方法。 主目录主目录 目录 1. 1.1 1 信息与信息技术信息与信息技术 1.2 1.2 微电子技术简介微电子技术简介 1.3 1.3 通信技术入门通信技术入门 1.4 1.4 数字技术基础数字技术基础 1.1 信息与信息技术 主目录主目录 目录 信息技术信息技术 2 信息处理系统信息处理系统 3 3 信息与信息处理信息与信息处理 3 1 返回 1.1.1 信息与信息处理 主目录主目录 信息定义 v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） v事物运动的状态及状态变化的方式。 客观事物立场 v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。 认识主体立 场 主目录主目录 信息处理过程 v人们获取信息、传递信息、加工（处理）信 息并按照信息加工的结果，通过手、脚等效应 器官作用于事物客体的一个典型过程。 信息获取 （感觉器官） 事物客体 信息传递 （神经系统） 信息加工 （大脑） 信息传递 （神经系统） 信息施效 （效应器官） 主目录主目录 与信息处理相关的行为和活动 v信息收集感知、测量、识别、获取、输入等 v信息加工分类、计算、分析、综合、转换、 检索、管理等 v信息存储 v信息传递 v信息施用 控制、显示等 返回 1.1.2 信息技术 主目录主目录 信息技术 v信息技术的概念： 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。 主目录主目录 基本信息技术 vv扩展感觉器官功能扩展感觉器官功能 v扩展神经网络功能 -感知与识别技术 （雷达、卫星遥感、生物传感器等） -通信技术与存储技术 （电视、电话、因特网等） v扩展思维器官功能-计算处理技术 （计算机、机器人等） v扩展效应器官功能-控制与显示技术 （计算机、机器人等） 返回 1.1.3 信息处理系统 主目录主目录 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 系统结构 感知与识别 通信/存储信息加工通信/存储 控制与显示 主目录主目录 信息处理系统分类 依据自动化程度人工的、半自动的、全自动的 依据技术手段机械的、电子的、光学的 依据适用范围专用的、通用的 主目录主目录 信息处理系统实例 v雷 达 ：是一种以感知与识别为主要目的的系统 v 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 ：是一种双向的、点到点的以信息交互为主要 目的的系统 v 电话 v 银行：是一种以处理金融业务为主的系统 v 图书馆：是一种以信息收藏和检索为主的系统 v Internet ：是一种跨越全球的多功能信息处理系统 主目录主目录 现代信息技术的主要特征 vv现代信息技术的特征：现代信息技术的特征： 以_为基础， 以_， 采用_技术（包括激光技术）：进 行信息的 _ _。 数字技术数字技术 计算机计算机 电子电子 收集、传递、加工、存储、收集、传递、加工、存储、 显示与控制显示与控制 主目录主目录 现代信息技术的应用领域 v现代信息技术应用领域： 通信 广播 计算机 微电子 遥感遥测 自动控制 机器人等 返回 1.2 微电子技术简介 主目录主目录 目录 集成电路的发展趋势集成电路的发展趋势 2 ICIC卡卡 3 3 微电子技术与集成电路微电子技术与集成电路 3 1 返回 1.2.1 微电子技术与集成电路 主目录主目录 微电子技术与集成电路 v微电子技术： 以集成电路为核心的电子技术，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。 主目录主目录 电子技术的基础元件的演变 中小规模 集成电路 电子管 晶体管 大规模、超大 规模集成电路 主目录主目录 电子线路基础元件的演变 v真空电子管 在这个阶段产生了广播、电视、 无线电通信、仪器仪表、自动化技术和 第一代电子计算机。 李李德福雷斯特德福雷斯特 （Lee de ForestLee de Forest，1873-19611873-1961） 美国科学家，被誉为电子管之父美国科学家，被誉为电子管之父 主目录主目录 电子线路基础元件的演变 v晶体管 1948年发明，再加上印制电路组装 技术的使用，使电子电路在小型化方面 前进了一大步，产生了第二代计算机。 威廉威廉肖克利肖克利 （ William Shockley William Shockley ） 美国科学家，被誉为晶体管之父美国科学家，被誉为晶体管之父 19561956年度诺贝尔物理学奖获得者年度诺贝尔物理学奖获得者 主目录主目录电子线路基础元件的演变 v集成电路（简称IC） 20世纪50年代出现，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 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或系统 。 超大规模集成电路 小规模集成电路 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)等。 主目录主目录 电子线路基础元件的演变 杰克杰克基尔比基尔比 （ Jack Jack KilbyKilby ） 美国科学家，集成电路发明者美国科学家，集成电路发明者 诺贝尔物理学奖得主诺贝尔物理学奖得主 主目录主目录 集成电路的规模 v根据单个集成电路所包含的电子元件的数目 分为： 集成电路规模 集成度（个电子元件 ） 小规模集成电路（SSI）100 中规模集成电路（MSI）1003000 大规模集成电路（LSI）300010万 超大规模集成电路（VLSI）10万100万 极大规模集成电路（ULSI）100万 主目录主目录 集成电路的集成对象 v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。 v大规模集成电路则是以功能部件、子系统为 集成对象。 主目录主目录 集成电路分类 v根据所用晶体管结构、电路和工艺分为 ： 双极型集成电路 金属-氧化物-半导体集成电路 双极金属-氧化物-半导体集成电路等 主目录主目录 集成电路分类 v根据集成电路的功能分为： 数字集成电路 模拟集成电路 主目录主目录 集成电路分类 v根据用途分为： 通用集成电路 专用集成电路 主目录主目录 微电子技术与集成电路 v集成电路芯片是微电子技术的结晶，它是计算 机和通信设备的硬件核心。 v据预测：未来十年内世界半导体产业的年平均 增长率将达15%以上。 v集成电路是现代信息产业的基础。 v现代经济发展数据表明，1元集成电路的产值将 带动10元左右电子产品产值和100元国民经济的增 长。 返回 1.2.2 集成电路的发展趋势 主目录主目录 集成电路的发展趋势 v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。芯片上电路 元件的线条越细，相同面积的晶片可容纳的 晶体管就越多，功能就越强，速度也越快。 主目录主目录 集成电路的发展趋势 v集成电路特点：体积小、重量轻、可靠性高 v提高集成度，关键在缩小门电路面积 vMoore定律 单块集成电路的集成度平均每1824个月 翻一番。 Gordon E.Moore，Intel公司创始 人 主目录主目录 集成电路的发展趋势 30年来Intel公司微处理器集成度的 发展 1970197519801985199019952000 1,000 10,000 100,000 1,000,000 10,000,000 100,000,000 4004 8008 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 晶体管数 30年来微处理器集成度的发展 主目录主目录 集成电路的发展趋势 v至2005年初，集成电路生产的主流技术达到 ：1214英寸晶圆、0.09m工艺水平。 （注：1m 10-6 m） v美国半导体协会(SIA)预测： 到2010年将能达到18英寸晶圆和0.07 0.05m的工艺水平。 返回 1.2.3 IC卡 主目录主目录 IC卡 v是“集成电路卡”的缩写，国外称为chip card 或smart card。 v它把集成电路芯片密封在塑料卡基片内部， 使其成为能存储、处理和传递数据的载体。 v与磁卡相比，它不受磁场影响，能可靠地存 储数据。 主目录主目录 IC卡的分类 v从所镶嵌的集成电路芯片分为两类： 存储器卡：如电话卡、水电费卡、公交卡、 医疗卡等。 CPU卡：如手机中使用的用户识别卡（ SIM）。 主目录主目录 IC卡的分类 v按使用方式可分为两种： 接触式IC卡 非接触式IC卡 返回 1.3 通信技术入门 主目录主目录 目录 模拟通信模拟通信 2 数字通信数字通信 3 3 通信的基本原理通信的基本原理 3 1 返回 传输介质传输介质 3 4 移动通信移动通信 3 5 1.3.1 通信的基本原理 主目录主目录 概述 v 通信： 各种信息的传递。 v 现代通信：使用电波或光波双向传递信息 的技术（通常称为电信）。 主目录主目录 通信系统的简单模型 v 通信三要素： 信源（宿）信 道信宿（源） v 通信系统的简单模型： 信息的发送者 信息的接收者 信息的传输媒介 信源 信宿 信道 主目录主目录 信道中所传输的信号 v 通信系统中被传输的信息都必须以某种电 （或光）信号的形式才能通过传输介质进行 传输。 主目录主目录 信号的两种形式 v电（或光）信号的两种形式： 模拟信号 数字信号 模拟传输技术 数字传输技术 主目录主目录 要求 掌握模拟通信和数字通信： v 基本概念 v 传输技术 v 多路复用技术 v 应用 返回 1.3.2 模拟通信 主目录主目录 概念 v 模拟传输技术： 是指直接用连续信号来传输信息或通过用 连续信号对载波进行调制来传输信息的技术。 主目录主目录调制与解调 v 调制：传送数据时，略微调整一下正弦波信 号的幅度（或频率或相位），这个过程称为“调 制”，然后就可以进行长距离传输。 v 解调：到达目的地时，接收方再把正弦波信 号携带的信息检测出来并恢复成原始信号的形 式，称为“解调”。 v 调制解调器（Modem） 主目录主目录 模