第1章 信息技术概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,大学计算机信息技术教程,南京师范大学计算中心,信息与信息技术,电子信息技术简介,信息化与信息社会,第1章 信息技术概述,2024/9/16,2,1.1 信息与信息技术,信息与信息处理,信息技术,信息处理系统,2024/9/16,3,信息是什么？,信息是指事物运动的状态及状态变化的方式，是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,例：人口统计,状态：中国当前人口总数约13亿,状态变化方式：每年以约1%的增长率增加,13亿和1%给我们以人口统计的信息。,2024/9/16,4,信息处理做什么？,信息的收集,信息的加工,信息的存储,信息的传递,信息的利用,2024/9/16,5,1、什么是信息技术？,信息技术是指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。,例：多媒体技术、网络技术、数据库技术、通信技术、计算机技术等。事实上，在工业自动化、机器人、航空航天、生物医疗、地质地理、天文气象、文学艺术，乃至政府管理、公安法律、商业金融等等，都将本行业的技术或业务，与信息技术紧密结合，大大提高了质量与效率。,信息技术,2024/9/16,6,2、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与显示技术,信息技术,2024/9/16,7,信息处理系统,1、什么是信息处理系统？,用于人们进行信息获取、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。,2024/9/16,8,通信/存储,信息加工,通信/存储,感测与识别,控制与显示,信息处理系统示意图,2024/9/16,9,按自动化程度分：人工的、半自动的、全自动的。,按技术手段分：机械的、电子的和光学的。,按通用性分：专用的和通用的。,按应用领域分：已几乎涉及所有领域，无法细分。,例：图书馆管理系统。,信息的获取：图书登记、人员登记、借书规章等。,信息的存储：主存储硬盘、光盘、后援存储设备等。,信息的加工处理：增加、删除、修改信息等。,信息的使用：查询书目，借书、还书，上网浏览查询等。,内务处理：催还图书、休馆公告、过期罚款等。,信息处理系统的分类,2024/9/16,10,1.2 电子技术信息简介,现代信息技术中的三大核心技术：,微电子技术,通信技术,计算机技术,2024/9/16,11,微电子技术,1、微电子技术与集成电路,微电子技术以集成电路为核心,集成电路的半导体材料通常是硅或砷化镓,2024/9/16,12,电子管,晶体管,小规模集成电路,超大规模集成电路,电子管、晶体管与集成电路,2024/9/16,13,按晶体管数目分,小规模(,SSI)：,小于100个电子元件,中规模(,MSI)：1003000,大规模(,LSI)：3000 10,万,超大规模(,VLSI)：10,万100万,极大规模(,ULSI)：,大于100万,按结构、工艺分,双极型,MOS,型,双极-,MOS,型,集成电路的分类,2024/9/16,14,按功能分,数字集成电路,模拟集成电路,按用途分,通用集成电路,专用集成电路,集成电路的分类,2024/9/16,15,集成电路的发展,在2000年，世界半导体总产值达2000亿美元，以集成电路为基础的电子产品世界市场总额达一万亿美元，成为世界第一大产业。,2024/9/16,16,将单晶硅经切割、研磨、抛光，制成硅抛光片。,经氧化、光刻、掺杂、互连等工艺，制成含有成百上千独立集成电路的晶圆。,将晶圆切开，剔除废品，就成了一批芯片。,将芯片安装在陶瓷基座上，将芯片与插脚连线并加盖封装，就成了集成电路。常见的封装形式有：单列直插式(,SIP)、,双列直插式(,DIP),和阵列式(,PGA)。,将成品进行测试、分级并打印标签，就可包装出厂。,集成电路的制造,2024/9/16,17,晶圆与芯片,封装后的集成电路,集成电路成品,集成电路,2024/9/16,18,集成电路的特点是体积小、重量轻、可靠性高。,集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。,单块集成电路的集成度平均每1824个月翻一番，这叫做,Moore,定律。集成度是有极限的，因此，,Moore,定律不可能永远成立。,集成电路朝着纳米技术、集成光路、光电子集成方向发展。,集成电路的发展趋势,2024/9/16,19,1、概述,现代通信指的是使用光波或电波传递信息的技术。,通信的三要素：信源、信宿、信道。,现代通信系统又称电信网，其分类如下：,按业务种类分：电话网、电报网、数据通信网、传真通信网、图像通信网。,按服务范围分：本地电信网、农村电信网、长途电信网、移动通信网、国际电信网。,按传输媒介分：电缆通信网、光缆通信网、卫星通信网、用户光纤网、低轨卫星移动通信网。,按信号形式分：模拟通信网、数字通信网、模拟数字混合网。,二、通信技术,2024/9/16,20,二、通信技术,2、有线载波通信,采用频分多路复用技术。,明线载波系统：2线制、频带窄、容量小、质量不稳定（几个）。,对称电缆载波系统：4线制、串扰小、话路多（上千）。,同轴电缆载波系统：屏蔽好、容量大（上万）。,2024/9/16,21,二、通信技术,3、光纤通信,利用光纤传导光信号进行通信的一种技术。,发端：实现信号的电-光转换；每隔一定距离接入光中继器；收端：实现信号的光-电转换。,光纤通信可靠性好，保密性强。,波分复用技术提高传输速度和容量。,全光网（,AON）,不进行光-电、电-光转换，速度提高，成本降低，它是信息高速公路的基础。,2024/9/16,22,纤芯,包层,光线,光纤的构成,光波在光纤中的传播,二、通信技术,2024/9/16,23,4、微波通信,微波是一种具有极高频率的电磁波（介于无线电波与光波之间,频率300,MHz300GHz,波长1,m1mm）。,微波不能沿地面绕射传播，也不能经电离层反射传播。,远距离微波通信方式：,地面微波接力通信,卫星通信,对流层散射通信,微波通信容量大、建设费用省、抗灾能力强。,二、通信技术,2024/9/16,24,A,C,D,E,F,B,通信卫星,对流层,不均匀体,Y,X,G,H,微波远距离通信示意图,二、通信技术,2024/9/16,25,5、卫星通信,卫星通信就是微波接力通信向太空的延伸。,由地面站1发出无线电（微波）信号，卫星接收后，在转发器中实现放大、变频、功率放大，再将信号转发，由地面站2接收。,中、低轨道卫星：相对于地面是运动的，覆盖范围小，地面天线必须跟踪卫星。但损耗小、延时少。,同步定点卫星：位于赤道上空36，000公里，相对于地面固定不动，覆盖范围大，三颗卫星几乎可以覆盖地球全部面积。,卫星通信的特点：通信距离远，频带宽，容量大，干扰小，较稳定。但造价高、技术复杂，有一定延时。,二、通信技术,2024/9/16,26,地 球,通信卫星,地面站1,地面站2,卫星,卫星,卫星,地球,35800公里,通信卫星的工作原理,同步定点卫星,二、通信技术,2024/9/16,27,6、移动通信,移动通信是指处于移动状态的对象之间的通信，它包括蜂窝移动、集群调度、无绳电话、寻呼系统和卫星系统。,第一代移动通信采用模拟技术。,第二代移动通信广泛采用数字技术（,GSM,CDMA）。,第三代移动通信实现目标：,全球漫游,适应多种环境,提供高质量多媒体业务,提供大容量、高保密性和优质服务,二、通信技术,2024/9/16,28,移动,电话,交换,中心,固定电话交换局,移动台,基站1,基站2,移动电话网,移动台,移动电话网,基站的有效区域,二、通信技术,2024/9/16,29,什么是蜂窝式,移动通信？,目前常使用频道重复利用的方法来扩容，也就是划分蜂窝的方法来增加用户容量。,就是说在使用区域划出一块块的小区域，每一个小区分配一些频率资源，隔几个小区后，又把相同的频率划给另一个小区，但认为这时候他们之间的干扰比较小，在可以忍受的情况，但每个城市要做出长期增容的规划，以利于今后发展需要。,在理论上设计中，发现用正六角形的图形来模拟实际中的小区要比用圆形，正方形等其他图形效果更好，衔接也更紧密，所以现在的划分小区都采用了这种方法，看上去就像是蜂窝，所以我们也称为“蜂窝式移动通信”。,2024/9/16,30,移动通信系统基本工作原理,系统由移动业务交换中心（,MSC,）、,基站（,BS,）,设备及移动台（,MS,）（,用户设备）以及交换中心至基站的传输线组成。移动的交换中心（,MSC,）,与公共的电话交换网（就是我们平时所说的电话网,PSIN,）,之间相连，移动交换中心负责连接基站之间的通信，通话过程中，移动台（比如手机）与所属基站建立联系，由基站再与移动交换中心连接，最后接入到公共电话网。,基站与移动台（常常是手机）之间是无线通信，他们之间用无线电波进行信息传递，每个基站负责与一个特定区域的所有的移动台进行通信。基站和移动交换中心之间通过微波或有线交换信息进行彼此联系。最后移动交换中心再与公共电话网进行连接。,2024/9/16,31,移动通信名词解释,信道：,信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻，对于无线电波而言，它从发送端传送到接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能不只一条（正如前面所说的电波的传播方式提到的），但是我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作，我们想象两者之间有一个看不见的道路衔接，把这条衔接通路称为信道。信道有一定的频率带宽，正如公路有一定的宽度一样。,2024/9/16,32,移动通信名词解释,大区：,所谓大区是指：在一个比较大的区域中，只用一个基站覆盖全地区的，不论是单工或双工工作，单信道还是多信道，都称这种组网方式为大区制，以别于后面所称的小区制。大区制的特点是只有一个基站，服务（覆盖）面积大，因此所需的发射功率也较大。大区制多用于专用网或小城市的公共网。由于只有一个基站，其信道数有限（因为可用频率带宽有限），因此容量较小，一般只能容纳数百至数千个用户。,2024/9/16,33,移动通信名词解释,小区：,所谓小区是相对于大区而言的，由于大区制的主要缺点是系统容量不高，采用小区制可以在有限的频谱条件下，达到大容量的目的。,每个小区的半径可视用户的分布密度在,1,10,公里左右，在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。但每一个小区和其它小区可再重复使用这些频率，称为频率再用（,frequency reuse,）。,由于相隔远了，同信道干扰降至可以接受的程度，所以用有限的频率数就可以服务多个小区。,2024/9/16,34,移动通信名词解释,漫游：,移动台的漫游也称出游，它的意义是移动台脱离了本管区的范围，而移动到其他管区中去了，当其他用户呼叫这个漫游的移动台的时候，仍拨它原来的局号和电话号码。显然，如蜂窝系统无漫游功能，将无法和这一脱离原管区的移动台接通。而具有漫游功能的系统，则可将此电话接到此已脱离本管区漫游到其他管区的移动台去。这一功能对于一个在较大范围的地区，全省，全国或更大的地区（例如北欧四国的跨国或全欧洲）活动的用户确实是非常重要的。,2024/9/16,35,移动通信名词解释,切换：,切换是指当移动台在通话中经过两个基站覆盖区的相邻边界的时候所采用的信道切换过程。,由于相邻两个小区的信道不一样，移动台通话的前半段时间在一个基站的某一个无线信道上传输，而后半段时间已经进入到另一个基站的覆盖范围，须切换到另一个基站所指配的信道上去，这种信道的切换必须不影响通话进行，时间要求短，须在100毫秒以下，完全自动切换，通话人完全不觉察。由于蜂窝技术的广泛采用，所以切换技术在蜂窝移动通信中占有重要地位。,2024/9/16,36,1、计算机的发展,1946年在美国诞生了世界上第一台数字电子计算机,早期计算机大约每隔810年速度提高10倍，成本和体积是原来的1/10；上世纪80年代以来，大约每隔3年，计算机性能提高近4倍，成本下降50%,计算机发展至发展了4代（以主机使用的元器件划分）：,第1代：电子管,第2代：晶体管,第3代：中小规模集成电路,第4代：大规模、超大规模集成电路,新一代计算机着眼于计算机的智能化。,三、计算机技术,2024/9/16,37,三、计算机技术,2、,计算机信息处理的特点,通用性强、速度高,提供友善的使用方式和多种多样的信息输出形式,具有庞大的信息存储能力和极快的存取速度,方便、快捷的计算机网络,高效率的计算机辅助开发信息处理应用,2024/9/16,38,三、计算机技术,3、计算机的巨大作用,开拓了人类认识自然、改造自然的新资源,增添人类发展科学技术的新手段,提供了人类创造文化的新工具,引起人类的工作与生活方式的变化,2024/9/16,39,1.3 信息化与代信息社会,一、什么是信息化,信息化就是工业社会向信息社会前进的过程,加快高科技发展及其产业化,提高信息技术在经济和社会各领域的推广应用水平,推动经济和社会发展的过程,人类社会发展的三个阶段,农业社会,工业社会,信息社会,我国发展信息化的战略,以信息化带动工业化,以工业化促进信息化,2024/9/16,40,二、信息化建设的内容,三个层面,信息基础设施与信息资源的开发与建设,信息技术与信息资源的应用,信息产品制造业的不断发展,六个要素,信息基础设施,信息资源,信息技术与应用,信息产业,信息化法规,信息科技人材,2024/9/16,41,二、信息化建设的内容,国家信息基础设施（,NII）,一个由通信网、计算机、信息资源、用户信息设备与人构成的互连互通、无所不在的信息网络。,数字地球就是要求地理上的信息全部实现数字化,数字图书馆是一种超大规模的、分布的、可以跨库检索的海量数字化信息资源库。,电子政务是指政府机构在其管理和服务职能中运用现代信息技术，实现内部管理和外部服务的信息化。,电子商务是通过电子手段来完成整个商业贸易活动。,2024/9/16,42,三、信息化推动工业化,我国是一个发展中国家，工业化尚未完成，又面临信息化的任务。,工业化是信息化的基础，信息化主导工业化。,信息化包括信息技术和信息产业本身的发展，还包括利用信息技术加速传统工业的改造与发展。,2024/9/16,43,四、信息化指标体系,一个国家的信息化水平反映一个国家的综合国力和人民的生活水平。,2001年7月，信息产业部公布信息化指标构成方案，作为信息化水平量化分析和管理的依据和手段。,我国目前信息化水平还不高，但只要抓住机遇，有可能实现跨越式发展。,2024/9/16,44,