第1章 信息技術概述,1.1 信息與信息技術 1.2 微電子技術簡介 1.3 通信技術入門 1.4 數字技術基礎,1.1 信息與信息技術,（1）什么是信息 （2）信息處理與信息技術 （3）信息處理系統,信息是什么？(1),關于信息（information），至今并沒有統一的定義 日常生活中比較籠統和模糊的幾種解釋是： 語言、文字、圖畫、照片等表示的內容（新聞、消息或知識） 讀書、上課、交談等所學習和了解的知識、方法、事實和情況 為了做判斷、訂計劃或求解問題等所需要的數據、資料 ,信息是什么？(2),中國大百科全書的解釋：從認識論層次來看，信息是指認識主體所感知或主體所表述的 “事物運動的狀態及狀態變化的方式” 信息因它所表達的內容而有一定的價值，也因能相互交流而體現其作用 信息有多種表現形式，語言、文字、聲音、圖片等都是信息的表現形式(也稱為信息的載體或媒體) 信息與物質和能量同樣重要，它是人們認識世界、改造世界的一種基本資源,什么是信息處理？,信息處理指的是與下列內容相關的行為和活動： 信息的收集(如信息的感知、測量、獲取、輸入等) 信息的加工(如信息的分類、計算、分析、轉換等) 信息的存儲(如書寫、攝影、錄音、錄像等) 信息的傳遞(如郵寄、電報、電話、廣播等 ) 信息的施用(如控制、顯示等),人工進行信息處理的過程,人工信息處理的不足： 算不快 記不住 傳不遠 看（聽）不清,手/腳/身,眼/耳/鼻/舌/身,什么是信息技術？,信息技術（Information Technology，簡稱IT）指的是用來擴展人們信息器官功能、協助人們更有效地進行信息處理的一門技術。 信息技術包括： 擴展感覺器官功能的感測(獲取)與識別技術 擴展神經系統功能的通信技術 擴展大腦功能的計算(處理) 與存儲技術 擴展效應器官功能的控制與顯示技術 ,信息技術的發展歷史,語言的形成和使用 文字的創造 印刷技術的發明 望遠鏡、顯微鏡 電報和電話通信 廣播、電視 雷達、衛星（遙感感測） 計算機、機器人 因特網（Internet） ,現代信息技術,3大特征： 采用電子技術（包括激光技術） 以數字技術（計算機）為基礎 以軟件為核心 內容： 計算機、微電子、通信、廣播、遙感遙測、自動控制、機器人等,什么是信息處理系統？,用于輔助人們進行信息獲取、傳遞、存儲、加工處理、控制及顯示的綜合使用各種信息技術的系統，可以通稱為信息處理系統 信息處理系統的結構：,信息處理系統舉例,雷達： 以感測與識別為主要目的 電視/廣播：以單向、點到多點的信息傳遞為主要目的 電話：以雙向、點到點的信息交互為主要目的 銀行：以處理金融信息為目的 圖書館：以信息收藏和檢索為主要目的 因特網：跨越全球的多功能信息處理系統,1.2 微電子技術簡介,（1）微電子技術與集成電路 （2）集成電路的制造 （3）集成電路的發展趨勢 （4）IC卡,(1)微電子技術與集成電路,微電子技術是信息技術領域中的關鍵技術，是發展電子信息產業和各項高技術的基礎 微電子技術的核心是集成電路技術,電子電路中元器件的發展演變,微電子技術是以集成電路為核心的電子技術，它是在電子元器件小型化、微型化的過程中發展起來的。,電子管 (1904),什么是集成電路？,集成電路 (Integrated Circuit，簡稱IC)： 以半導體單晶片作為基片,采用平面工藝，將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所構成的電路制作在基片上所構成的一個微型化的電路或系統 集成電路的優點： 體積小、重量輕 功耗小、成本低 速度快、可靠性高,超大規模集成電路,小規模集成電路,集成電路的分類,按用途分： 通用集成電路 專用集成電路（ASIC） 按電路的功能分： 數字集成電路 模擬集成電路 按晶體管結構、電路和工藝分： 雙極型（Bipolar）電路 金屬氧化物半導體(MOS)電路 按集成度(芯片中包含的元器件數目)分：,附：常見集成電路產品的類型,(2)集成電路的制造(選學),集成電路的制造工序繁多，從原料熔煉開始到最終產品包裝大約需要400多道工序，工藝復雜且技術難度非常高，有一系列的關鍵技術。許多工序必須在恒溫、恒濕、超潔凈的無塵廠房內完成。 目前興建一個有兩條生產線能加工8英寸晶圓的集成電路工廠需投資人民幣10億元以上。,集成電路的制造流程,集成電路的封裝,集成電路封裝目的： 電功能、散熱功能、機械與化學保護功能 常見的封裝方式： 單列直插式（SIP） 雙列直插式 （DIP） 陣列式（PGA） 塑料有引線芯片載體（PLCC） 扁平貼片式(PQFP) 球柵陣列封裝(BGA) 小外形封裝（SOP）,集成電路的封裝形式,(3)集成電路的發展趨勢,集成電路的工作速度主要取決于晶體管的尺寸。晶體管的尺寸越小，其極限工作頻率越高，門電路的開關速度就越快，相同面積的晶片可容納的晶體管數目就越多。 所以從集成電路問世以來，人們就一直在縮小晶體管、電阻、電容、連接線的尺寸上下功夫。,IC集成度提高的規律,Moore定律：單塊集成電路的集成度平均每18個月翻一番 (Gordon E.Moore,1965年),晶體管數,例：Intel微處理器集成度的發展,酷睿2雙核 （2006） 291410M晶體管 酷睿2四核 （2007） 820M 晶體管,集成電路技術的發展趨勢,減小蝕刻尺寸，縮小晶體管、電阻、電容和連線的尺寸 增大硅晶圓的面積：使每塊晶圓能生產更多的芯片,進一步提高集成度的問題與出路,問題： 線寬進一步縮小后，晶體管線條小到納米級時，其電流微弱到僅有幾十個甚至幾個電子流動，晶體管將逼近其物理極限而無法正常工作 出路： 在納米尺寸下，納米結構會表現出一些新的量子現象和效應，人們正在利用這些量子效應研制具有全新功能的量子器件，使能開發出新的納米芯片和量子計算機 同時，正在研究將光作為信息的載體，發展光子學，研制集成光路，或把電子與光子并用，實現光電子集成,(4) IC卡簡介,幾乎每個人每天都與IC卡打交道，例如我們的身份證、手機SIM卡、交通卡、飯卡等等，什么是IC卡？它有哪些類型和用途？工作原理大致是怎樣的？下面是簡單介紹。,什么是 IC卡？,IC卡(chip card、smart card)，又稱為集成電路卡，它是把集成電路芯片密封在塑料卡基片內，使其成為能存儲信息、處理和傳遞數據的載體 特點： 存儲信息量大 保密性能強 可以防止偽造和竊用 抗干擾能力強 可靠性高 應用舉例： 作為電子證件，記錄持卡人的信息，用作身份識別（如身份證、考勤卡、醫療卡、住房卡等） 作為電子錢包（如電話卡、公交卡、加油卡等）,IC卡的類型(按芯片分類),存儲器卡：封裝的集成電路為存儲器，信息可長期保存，也可通過讀卡器改寫。結構簡單，使用方便。用于安全性要求不高的場合，如電話卡、水電費卡、公交卡、醫療卡等 （帶加密邏輯的存儲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）和存儲器，還配有芯片操作系統(Chip Operating System)，處理能力強，保密性更好，常用作證件和信用卡使用。手機中使用的SIM卡就是一種特殊的CPU卡。,IC卡的類型(按使用方式分類),接觸式IC卡(如電話IC卡) 表面有方型鍍金接口，共8個或6個鍍金觸點。使用時必須將IC卡插入讀卡機，通過金屬觸點傳輸數據。 用于信息量大、讀寫操作比較復雜的場合,但易磨損、怕臟、壽命短 非接觸式IC卡(射頻卡、感應卡) 采用電磁感應方式無線傳輸數據，解決了無源（卡中無電源）和免接觸問題 操作方便，快捷，采用全密封膠固化，防水、防污，使用壽命長 用于讀寫信息較簡單的場合，如身份驗證等,非接觸式IC卡,非接觸式IC卡的工作原理（選學）,讀卡器發出一組固定頻率的無線電波(射頻信號)，通過天線向外發射,IC卡激活后，通過輻射電磁信號將卡內數據發射出去(或接收讀卡器送來的數據),當IC卡處在讀卡器有效范圍(一般為510cm)內時，卡內的一個LC串聯諧振電路(諧振頻率相同的)便產生電磁共振，使電容充電，從而為卡內其它電路提供2V的工作電壓,讀卡器收到數據后，通過接口將IC卡數據傳送給PC，PC將判斷該卡的合法性，作出相應處理,非接觸式IC卡在身份證中的使用,第二代身份證使用非接觸式CPU卡，可實現“電子防偽”和“數字管理”兩大功能 ： 電子防偽措施：個人數據和人臉圖像經過加密后存儲在芯片中，需要時可通過非接觸式讀卡器讀出進行驗證。以后還可以將人體生物特征如指紋等保存在芯片中，以進一步提高防偽性能 數字管理功能： 存儲器能儲存多達幾兆字節的信息，采用分區存儲，按不同安全等級授權讀寫 采用數據庫和網絡技術，實現全國聯網快速查詢和身份識別，使二代證在公共安全、社會管理、電子政務、電子商務等方面發揮重要作用,1.3 通信技術入門,1.3.1 通信的基本原理 1.3.2 模擬通信與數字通信 1.3.3 光纖通信和無線通信 1.3.4 移動通信,1.3.1 通信的基本原理,（1） 通信系統的基本模型 （2） 調制與解調 （3） 多路復用技術,什么是通信(communication)？,廣而言之，通信就是信息的(遠距離)傳遞與交流 現代通信使用電波或光波傳遞信息的技術，也稱為電信（telecommunication），如電報、電話、傳真、電子郵件、BBS、QQ等 通信的發展歷史： 1836年，英國建成第一條電報線路(Morse電報) 1876年，美國人A.G.Bell研制成可供實用的電話 20世紀初，馬可尼實現了跨越大西洋的無線電報通信 1918年出現收音機和無線電廣播 1938年第一個電視臺開始播出 1940s 出現彩色電視 1960s 出現計算機網絡,對通信系統的一般要求,遠距離：傳輸距離要遠 低成本：傳輸成本要低 高速度：從發生到接收的延遲時間要短 可靠：傳輸的信息不能有錯誤 方便：任何時間和地點都能通信 安全：傳輸的信息要保密，不能泄漏,通信系統的模型,通信的三要素：,舉例:,信道的任務是迅速、可靠而準確地將信號從信源傳輸到信宿,被傳輸的信息都必須以某種電(或光)信號的形式才能進行傳輸,發送信息的設備,接收信息的設備,模擬信號與數字信號,通信系統中被傳輸的信息必須轉換成某種電信號(或光信號) 才能進行傳輸,電信號(或光信號) 有兩種形式： 模擬信號形式: 通過連續變化的物理量（如信號的幅度）來表示信息，例如人們打電話或者播音員播音時聲音經話筒(麥克風)轉換得到的電信號； 數字信號形式: 使用有限個狀態(一般是2個狀態)來表示（編碼）信息，例如電報機、傳真機和計算機發出的信號都是數字信號,0 0 1 1 0 1 0 0 0 1,模擬信號如何傳輸？,近距離傳輸： 直接傳輸 (如：MP3播放器 耳機 ；計算機輸出信號 投影儀) 遠距離傳輸： 通過載波來傳輸模擬信號(如：廣播電臺收音機) 什么是載波？ 研究發現，高頻振蕩的正弦波信號在長距離通信中能夠比其他信號傳送得更遠。因此若把高頻振蕩的正弦波信號作為攜帶信息的載波，把模擬信號放在(調制在)載波上傳輸，則可比直接傳輸遠得多,模擬信號如何進行載波傳輸？ 三種調制方法,實現信號調制與解調的設備分別稱為“調制器”和“解調器”：,數字信號如何傳輸？,近距離傳輸方法基帶傳輸 近距離傳輸時：不加處理直接進行（如：USB連接） 較長距離傳輸：需作碼型轉換（如：以太網中傳輸數字信號）,含有直流成分，不便于同步，不適合直接傳輸,平均直流電平為0，電平的變化可作為同步信號,遠距離傳輸方法通過載波來傳輸數字信號(頻帶傳輸),數字信號的三種調制方法,小結1: 遠距離通信必須使用MODEM,通信一般是雙向進行的，收發雙方都需要調制器與解調器，它們通常做在一起，稱為調制解調器(MODEM),信源信號通過調制器 調整載波的某個參數(幅度、頻率或相位),到達目的地后，使用解調器把載波所攜帶的信號檢測出來，恢復為原始信號的形式,經過調制后的載波信號，攜帶著被傳輸的信號在信道中進行長距離傳輸,怎樣降低傳輸成本？,分析： 通信系統中，傳輸線路的建設和維護成本占整個系統成本的相當大的份額 一條傳輸線路（銅線、光纖、無線電波）的容量通常遠超過傳輸1路用戶信號所需的能力 降低成本采用的技術多路復用技術(Multiplexing) 多路信號使用同一條傳輸線同時進行傳輸 方法： 頻分多路復用（FDM） 時分多路復用（TDM） 波分多路復用（WDM）,頻分多路復用(Frequency Division Multiplexing, FDM),思想：將每個通信終端發送的信號調制在不同頻率的載波上，通過頻分多路復用器(MUX)將它們復合成為一個信號，然后在同一傳輸線路上進行傳輸。抵達接收端之后，借助分路器(DEMUX)把不同頻率的載波分離出來，送到不同的接收設備 工作原理：,將不同頻率的載波信號合成在一起,使用一組濾波器分解出不同頻率的載波信號,頻分多路復用舉例1,廣播電臺節目的發送與接收,常見廣播電臺使用的載波頻率 中波 900 KHz(南京經濟臺) 中波1008 KHz (南京新聞臺) 短波 15.28 MHz(英國BBC) 短波 15.29 MHz(VOA美國之音) 調頻104.3MHz (南京體育臺) 調頻105.8MHz(南京音樂臺),頻分多路復用舉例2,電視節目的發送與接收,時分多路復用(Time Division Multiplexing, TDM),思想：各通信終端（計算機、電話）以規定的順序和時間輪流使用同一傳輸線路進行數據傳輸 工作原理：,應用：主要使用在數字通信領域，如電話中繼通信、GSM手機、總線式以太網等,同步和異步時分多路復用,異步TDM的條件：發送信息中必須包含接收設備的地址！,小結2: 多路復用可以降低通信成本,通信系統的原理示意圖,多路復用技術使得成千上萬路通信可以在同一條傳輸線上同時進行，大大節省了通信成本,頻分多路、時分多路和波分多路等技術可以同時使用，以提高復用效率,1.3.2 模擬通信與數字通信,（1） 模擬通信 （2） 數字通信 （3） 數字通信系統,模擬通信,信源產生的模擬信號直接進行傳輸或者通過對載波調制后進行傳輸的通信技術稱為模擬通信技術 應用： (傳統的)有線載波電話 無線電廣播 電視（衛星電視、數字有線電視除外） 優點：歷史長，技術成熟，結構簡單，成本低 缺點：在信號的調制和傳輸過程中易受噪聲干擾，傳輸質量不夠穩定 趨勢：已經越來越多地被數字通信所取代,模擬通信技術應用舉例（1）,傳統的有線載波電話,模擬通信技術應用舉例（2）,電話撥號上網: 利用模擬傳輸技術傳輸數字信號,模擬通信技術應用舉例（2）,家庭計算機用戶通過電話撥號接入計算機網絡,調制解調器把計算機送出的數字信號,采用數字調制(頻移鍵控或相移鍵控)的方法,調制成為適合于在用戶電話線上傳輸的音頻模擬信號,因特網服務提供商把接收到的模擬信號，通過解調器恢復成數字信號送給計算機,目前電話上網的最高傳輸速率： 56Kbps,音頻模擬信號在本地電話網中，采用模擬傳輸技術進行傳輸,什么是數字通信？,將信源產生的模擬信號轉換為數字信號（或信源直接產生數字信號）之后，直接進行傳輸或通過用數字信號對載波進行數字調制來傳輸信息的技術稱為數字通信 數字通信技術的優點： 抗干擾能力強，差錯可控制，無噪聲積累，傳輸質量高 靈活性好，能適應多種應用需求，聲音、圖像、數據均可傳輸 傳輸的數字信號可以直接由計算機進行存儲、管理和處理 數字信號的加密比模擬信號容易，所以通信的安全性高 數字電路容易用超大規模集成電路實現，有利于通信設備的小型化、微型化，也降低了功耗,數字通信采用的技術,數字調制/解調技術 調幅；調頻；調相 多路復用技術 時分多路；頻分多路；波分多路 交換技術 電路交換；分組交換 模-數和數-模轉換技術； 數字編碼和數據壓縮技術,數字通信技術應用舉例（1）,當今長途電話系統的中繼通信,模擬聲音信號在需要進行遠距離傳輸之前，先使用PCM編碼器變換為數字信號形式（此過程稱為“數字化”）,接收方所在地區的交換局使用解碼器把數字信號還原成模擬聲音信號后，由用戶線傳輸至接聽方的電話機,數字信號經調制和復用后，通過光纖傳輸到接收方所在地區的交換局，再經解調和分路處理，恢復為數字信號,補充：PCM編碼,PCM（脈沖編碼調制）原理：將模擬信號按時間間隔T取樣，再把取樣得到的每一個樣本用二進制整數表示,數字通信技術應用舉例（2）,衛星電視數字傳輸：用數字傳輸技術傳輸模擬信號,數字信號經調制和復用后由天線發送至衛星，再由衛星進行轉發，被衛星地面接收站所接收,電視臺的節目在發送到衛星去傳輸之前，先要把圖像和伴音信號進行數字化，還要進行數據壓縮,地面站對接收到的信號進行解調、解碼后恢復為模擬信號，再經由有線電視電纜送到用戶電視機上播放,小結：數字通信系統的模型,為了進行可靠的傳輸,為了高效率地進行遠程傳輸,1.3.3 光纖通信與無線通信,（1） 傳輸介質的類型與特點 （2） 光纖通信 （3） 無線通信,傳輸介質的類型與特點,雙絞線和同軸電纜,原理：利用電流(電壓)傳輸信息 雙絞線分類 3類線(10 Mb/s)；5類線(100Mb/s)； 6類線(200Mb/s) 無屏蔽雙絞線 (UTP)；屏蔽雙絞線 (STP),同軸電纜分類 基帶同軸電纜（50） 傳輸數字信號 寬帶同軸電纜（75） 傳輸模擬信號,光纖與光纜,光線,光波在光纖中的傳播,光導纖維（光線的入射角足夠大時，就會出現全反射，重復此過程，光就沿著光纖傳播下去）,光波,光纜,光纖通信原理,光纖主要用于傳輸數字信號， 0信號或1信號直接對光進行調制(即控制激光的通或斷幅移鍵控ASK) 光波的頻率為10141015Hz，目前一束光每秒能攜帶2.5G或10G的二進位信號，通過波分多路復用（WDM）技術還可達到更大的通信容量,在發送端，由需要傳輸的數字信號（電信號）去驅動一個光源（半導體激光器或發光二極管），并對發出的光信號進行調制,在接收端，信號經放大后由光檢測器（半導體光電管）進行檢測、解調，轉換成電信號之后輸出,調制后的光信號通過光纖進行傳輸，為了補償光纖線路的損耗，消除信號失真和噪聲干擾，每隔一定的距離要接入中繼器,波分多路復用(Wave Division Multiplexing, WDM),為提高傳輸效率，1根光纖中可以同時傳輸幾種不同波長的光波，每種光波各自傳輸自己所攜帶的信息，速率可達到 40G-100Gbit/s 原理：,光纖,發送端有N個發送單元，它們各自發出不同波長的光波,通過復用器（稱為合波器）合并起來，進入同一根光纖進行傳輸,接收端用分路器(稱為分波器)將不同波長的光分開，分別送到各自的光電檢測器恢復出原始信號,光纖通信的發展與應用,從上世紀80年代起，世界各國開始大規模鋪設光纖通信線路，光纖傳輸網已經成為幾乎所有現代通信的基礎平臺 高速光纖數字傳輸線路采用統一的國際標準，稱為同步數字系列(SDH)，又稱為同步光纖網(SONET)，它既是電話和有線電視的骨干傳輸網，又是計算機網絡的骨干網 SDH的速率等級：,無線通信,原理：模擬信號或數字信號使用電磁波調制后進行傳輸,微波通信,微波：300MHz300GHz范圍內的電磁波，波長為1 m1mm,特點： 直線傳播，不能沿地球表面傳播（無繞射性），需要每隔幾十公里設立一個中繼站 容量大、可靠性高 建設費用低 抗災能力強 應用：長途電話、蜂窩移動電話、全數字高清晰度電視（HDTV）等,衛星通信,衛星通信: 中繼站在人造地球衛星上的一種微波通信 優點：通信距離遠、頻帶寬、容量大、抗干擾強、通信穩定 缺點：造價高、技術復雜、有較大延時、同步軌道衛星數目僅180顆,赤道上方高度為35800公里的地方為地球同步軌道，衛星的運行周期與地球自轉一圈的周期相同，在地面上看這種衛星好似靜止不動。一顆同步軌道衛星覆蓋約120， 3顆同步定點軌道衛星可以覆蓋地球的幾乎全部面積，進行二十四小時的全天候通信,衛星通信的重要應用GPS,例美國研制GPS系統 24顆衛星在1.2萬公里高空以12小時的周期繞地球運行 地面任意點在任何時刻都可同時觀測到4顆以上衛星 原理： 由于衛星的位置是精確可知的，通過地面接收機可測得與衛星的距離，利用三維坐標中的距離計算公式，就可以推導出接收機的地理位置(經度、緯度和高程) 定位精度： 民用大約幾十米 軍用可高得多,GPS衛星接收機,根據用途有：導航型、測地型、授時型等 產品形式：獨立的GPS導航儀，也可集成在電腦、手機、MP3(MP4)播放器、甚至手表中,1.3.4 移動通信,（1） 什么是移動通信 （2） 移動通信原理 （3） 第2代和第3代移動通信,什么是移動通信？,處于移動狀態的對象相互間的通信，如手機、無繩電話、尋呼系統等 優點：克服通信終端位置對用戶的限制，快速和及時地傳遞信息,基站,移動臺 （手機）,移動電話交換中心,公用電話網,蜂窩移動通信原理,每10km20km的區域稱為單元（形似蜂窩），單元的中央建有一個基站，該單元內所有手機都向該基站發送信號并接收基站發給的信號 所有單元既相互分割，又彼此有所交疊，連成整個移動通信服務網 所有基站都通過微波或電纜、光纜與移動交換中心通信 手機每個時刻都處于某個特定單元的基站控制之下，通話時使用兩個頻率（一個上行頻率，一個下行頻率），同一單元內同一時刻的不同手機使用不同的頻率進行通信，相互不影響,每個蜂窩單元中有200多個信道(GSM)。 相鄰單元不允許使用相同的頻率，不相鄰單元的頻率允許重用,第二代移動通信系統,傳輸的是數字化的語音/文字信號 使用頻段：900MHz/1800MHz 我國使用的2種標準： GSM（歐洲移動通信系統，也稱全球通、全數字系統) 中國電信的GSM網已基本實現縣以上城市的覆蓋, 接入號有139135、130 采用頻分多路復用技術(分為124個上下行信道)和時分多路復用(每個信道8個連接)，每個蜂窩理論上支持992個連接，實際上可有200多個 CDMA (碼分多址接入，Code Division Multiple Access) 所有手機都占用相同帶寬和頻率，在整個頻段上進行信號傳輸,但它們分別采用不同的編碼原理加以區分，即CDMA給每一手機分配一個唯一的碼序列（擴頻碼），并用它對承載信息的信號進行編碼 抗干擾能力強，系統容量大，接通率高，噪聲小，,第三代數字移動通信系統,第2代移動通信的不足： （1）數據傳輸速率過低（9.6kb/s或57kb/s） （2）容量有限，不能滿足發達地區手機用戶高度密集的要求。 （3）不能實現覆蓋全球的無縫連接 第3代移動通信技術（簡稱3G）的目標： （1）全球漫游 （2）適應多種環境，地面移動通信與衛星移動通信相結合 （3）提供高質量的話音通信、數據通信和高分辨率圖像通信 （4）提供足夠的系統容量，具有高保密性和優質的服務 技術： 頻譜：1885 MHz 2025MHz，2110MHz2200MHz 傳輸速率：室內：2Mb/s，步行：384kb/s，快速移動：114kb/s 標準：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA(時分-同步碼分多址接入),國外3G的進展,2007年底統計, 40個國家共190個 3G 網絡已經投入運行，71個國家的154 HSDPA 網絡已投入運行 2007.6統計, 全球3G用戶數約2億，占全球移動電話用戶總數30億的6.7%， 日本（W-CDMA）和韓國（CDMA2000）3G用戶數超過50（不兼容2G） 歐洲：意大利、英國，超過20 （兼容2G） 北美、亞太、歐洲(俄羅斯)、非洲等：CDMA2000,我國3G通信的進展,已初步形成了TD-SCDMA核心網、基站、終端以及各種芯片的配套產品體系，打造了一條完整的產業鏈。 中國移動從2008年4月1日起正式在北京、上海、天津、沈陽、廣州、深圳、廈門和秦皇島8個城市啟動3G的社會化業務測試和試用，3G手機正式放號 2009年，我國另2家電信運營商（中國電信、中國聯通）也獲準3G移動通信牌照的發放，3G開始在我國大范圍布點,2008中國電信業重組，力推3G,附：現代電話通信網絡,小結,什么是通信？ 使用電波或光波傳遞信息 對通信系統的要求： 遠距離調制解調技術(MODEM) 低成本多路復用技術(Multiplexer)+交換技術(Switch) 高速度光纖通信技術 可靠信號不失真、無差錯、保證通信暢通（數字通信） 方便移動通信技術（無線、數字通信） 安全加密、身份認證（數字通信） 目前許多通信系統既采用模擬通信技術，也采用數字通信技術，總的趨勢是數字化、光纖化、智能化！,1.4 數字技術基礎,1.4.1 比特 1.4.2 比特與二進制數 1.4.3 整數（定點數）的表示 1.4.4 實數（浮點數）的表示 1.4.5 小結,1.4.1 信息的基本單位 比特(bit),（1）什么是比特 （2）比特的邏輯 （3）比特的存儲,什么是比特？,比特（bit，binary digit的縮寫）中文翻譯為“二進位數字”、“二進位” 或簡稱為 “位” 比特只有 2 種取值：0和1，一般無大小之分 如同DNA是人體組織的最小單位、原子是物質的最小組成單位一樣，比特是組成數字信息的最小單位 數值、文字、符號、圖像、聲音、命令都可以使用比特來表示，其具體的表示方法就稱為“編碼”或“代碼”,例 用比特表示圖像,比特在計算機中如何表示？,在計算機中表示二進位的方法： 電路的高電平狀態或低電平狀態(CPU) 電容的充電狀態或放電狀態(RAM) 兩種不同的磁化狀態(磁盤) 光盤面上的凹凸狀態(光盤) ,例1：CPU內部二進位信息的表示,CPU內部通常使用高電平表示1，低電平表示0,磁盤表面微小區域中，磁性材料粒子的兩種不同的磁化狀態分別表示0和1,例2：磁盤存儲器中比特的表示,例3：CD/DVD盤片上比特的表示,光盤表面的凹、凸狀態用于表示和存儲二進位信息,CD光盤表面 DVD光盤表面,比特的三種基本邏輯運算,比特的取值“0”和“l” 可表示兩種不同的狀態（例如電位的高或低、命題的真或假） 比特的運算使用邏輯代數，它有3種基本邏輯運算： 邏輯加（也稱“或”運算，用符號“OR”、“”或“”表示） 邏輯乘（也稱“與”運算，用符號“AND”、 “”或“ ”表示，也可省略） 取反（也稱“非”運算，用符號“NOT”或上橫杠“”表示）,邏輯運算的規則,邏輯加： F = A B A: 0 0 1 1 B: 0 1 0 1 F: 0 1 1 1 邏輯乘： F = A B A: 0 0 1 1 B: 0 1 0 1 F: 0 0 0 1 取反： F = NOT A A: NOT 0 NOT 1 F: 1 0,兩個多位的二進制信息進行邏輯運算時，按位獨立進行，即每一位都不受其它位的影響： 例1 A: 0110 B: 1010 F: 1110 例2 A: 0110 B: 1010 F: 0010,邏輯運算是用“門”電路實現的,比特的存儲（1）,存儲(記憶)1個比特需要使用具有兩種穩定狀態的元器件，例如：開關、燈泡等。,在計算機的CPU中，比特使用一種稱為“觸發器”的雙穩態電路來存儲 觸發器有兩個狀態，可分別用來記憶0和1，1個觸發器可存儲1個比特 一組（例如8個或16個）觸發器可以存儲1組比特，稱為“寄存器” CPU中有幾十個甚至上百個寄存器,斷電后信息不再保持！,比特的存儲（2）,計算機存儲器中用電容器存儲二進位信息：當電容的兩極被加上電壓，它就被充電，電壓去掉后，充電狀態仍可保持一段時間，因而1個電容可用來存儲1個比特,信息存儲原理 電容C處于充電狀態時，表示1 電容C處于放電狀態時，表示0,集成電路技術可以在半導體芯片上制作出以億計的微型電容器，從而構成了可存儲大量二進位信息的半導體存儲器芯片,斷電后信息不再保持！,比特的存儲（3）,磁盤：利用磁介質表面區域的磁化狀態來存儲二進位信息,光盤：通過“刻”在光盤片表面上的微小凹坑來記錄二進位信息,斷電后信息可以保持！,存儲容量的計量單位,8個比特1個字節（byte，用大寫B表示） 計算機內存儲器容量的計量單位： KB: 1 KB=210字節=1024 B （千字節） MB: 1 MB=220字節=1024 KB（兆字節） GB: 1 GB=230字節=1024 MB（吉字節、千兆字節） TB: 1 TB=240字節=1024 GB（太字節、兆兆字節） 外存儲器容量經常使用10的冪次來計算： 1MB103 KB 1 000 KB 1GB106 KB 1 000 000 KB 1TB 109 KB = 1 000 000 000 KB,現 象,160GB的移動硬盤 實際容量160,041,885,696 字節,為什么？,原 因:,相同的符號，有兩種不同的含義！,不同進位制前綴的使用場合,內存、cache、半導體存儲器芯片的容量均使用二進制前綴： 512MB的內存條（ 1M220 ） 256KB 的cache（1K 210 ） 文件和文件夾的大小使用二進制前綴 頻率、傳輸速率等使用十進制前綴： 主頻 1GHz（1G109） 傳輸速率 100Mbps（1M106） 外存儲器（硬盤、DVD光盤、U盤、存儲卡等）容量： 廠商標注的容量使用十進制前綴 操作系統顯示的容量使用二進制前綴,解決方案：使用兩種不同的前綴符號,已經采用IEC建議符號的有： Mozilla Firefox，BitTornado，Linux，以及其他一些GNU自由軟件 尚未采用IEC建議符號的有：微軟公司,1.4.2 比特與二進制數,（1）不同進位制數的表示和含義 （2）不同進位制數的相互轉換 （3）二進制數的算術運算,不同進位制數的表示和含義,“數”是一種信息，它有大?。〝抵担梢赃M行四則運算 “數”有不同的表示方法。日常生活中人們使用的是十進制數，但計算機使用的是二進制數，程序員還使用八進制和十六進制數，它們怎樣表示？其數值如何計算？,十進制數,每一位可使用十個不同數字表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9） 低位與高位的關系是：逢10進1 各位的權值是10的整數次冪（基數是10 ） 標志： 尾部加“D”或缺省 例： 204.96=21020101410091016102,二進制數,每一位使用兩個不同數字表示（0、1），即每一位使用 1 個“比特”表示 低位與高位的關系是：逢2進1 各位的權值是 2 的整數次冪（基數是2 ） 標志： 尾部加B 例： 101.01 B =122021120 021122 5.25,八進制數,每一位使用八個不同數字表示（0、1、2、3、4、5、6、7） 低位與高位的關系是：逢8進1 各位的權值是8的整數次冪（基數是8 ） 標志：尾部加Q 例： 365.2Q = 382+ 681+ 580 + 281 = 245.25,十六進制數,每一位使用十六個數字和符號表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F ） 逢16進1, 基數為16 各位的權值是16的整數次冪（基數是16 ） 標志：尾部加H 例： F5.4H=15161 + 5160 + 4161 = 245.25,不同進位制數的比較,不同進制數的相互轉換,熟練掌握不同進制數相互之間的轉換，在編寫程序和設計數字邏輯電路時很有用 只要學會二進制數與十進制數之間的轉換，與八進制、十六進制數的轉換就不在話下了,十進制數 二進制數,轉換方法： 整數和小數放開轉換 整數部分：除以2逆序取余 小數部分：乘以2順序取整 例如：29.6875 11101.1011 B 注意：十進制小數（如0.63）在轉換時會出現二進制無窮小數，這時只能取近似值,二進制數 十進制數,轉換方法： 二進制數的每一位乘以其相應的權值，然后累加即可得到它的十進制數值 例： 11101.1011B = 124123122021120 121022123124 = 29.6875,八進制數與二進制數的互換,八進制二進制：把每個八進制數字改寫成等值的3位二進制數，且保持高低位的次序不變 例： 2467.32Q 010 100 110 111 . 011 010 B 二進制八進制：整數部分從低位向高位每3位用一個等值的八進制數來替換，不足3位時在高位補0湊滿3位；小數部分從高位向低位每3位用一個等值八進制數來替換，不足3位時在低位補0湊滿三位 例： 1 101 001 110.110 01 B 001 101 001 110.110 010 B 1516.62 Q,1位八進制數與3位二進制數的對應關系：,十六進制數與二進制數的互換,轉換方法：與八、二進制互換的方法類似 例1：35A2.CFH 11 0101 1010 0010.1100 1111B 例2：11 0100 1110.1100 11B 34E.CCH,1位十六進制數與4位二進制數的對應關系：,二進制數的算術運算,1位二進制數的加、減法運算規則：,2個多位二進制數的加、減法運算舉例：,兩個1位二進制數加法的實現,設被加數A ，加數B，用半加器完成加法，產生和數S ，進位C,則半加器的規則是：,半加器的邏輯結構為：,小結：數字技術的基礎二進制,二進制數的運算有2類： 邏輯運算：，NOT. 按位進行，不考慮進位 算術運算: +, - , x , / . 從低位到高位逐位進行，需考慮低位的進位(借位) 邏輯運算可以用門電路（與門、或門、非門等）實現 算術運算可以表達為邏輯運算，因此二進制數的四則運算同樣也可以使用門電路來實現 成千上萬個門電路可以制作在集成電路上，工作速度極快，因而能高速度地完成二進制數的各種運算,1.4.3 整數(定點數)的表示,（1）計算機中數的類型 （2）無符號整數的表示 （3）帶符號整數的表示,PC機中數的主要類型,都采用二進制表示，有不同類型和不同長度 不同類型和不同長度的數各有不同的用途,計算機中的數,小數點固定隱含在個位數右面,小數點不固定,無符號整數的表示,采用“自然碼”表示： 取值范圍由位數決定： 8位： 可表示0255 (28-1)范圍內的所有正整數 16位： 可表示065535(216-1)范圍內的所有正整數 n位： 可