理论知识点整理-大学计算机信息技术教程

第1章 信息技术概述

1.1 信息与信息技术

信息

? 信息的含义：从客观事物立场看，信息是事物运动的状态及状态变化的方式；

从认识主体立场看，信息是认识主体所感知或所表述的事物运动及变化方

式的形式、内容和效用。

? 信息与物质和能量同样重要，它是人们认识世界、改造世界的一种基本资源

? 信息有多种表现形式，语言、文字、声音、图片等都是信息的表现形式(也称为信息的

载体或媒体) 信息处理

? 信息处理：为获取有效的信息而施加于初始信息的所有操作 ? 信息处理包括：

信息的收集( 如信息的感知、测量、获取、输入等) 信息的加工( 如信息的分类、计算、分析、转换等) 信息的存储( 如书写、摄影、录音、录像等) 信息的传递( 如邮寄、电报、电话、广播等 ) 信息的施用( 如控制、显示等)

信息技术

? 信息技术（Information Technology，简称IT）指的是用来扩展人们信息器官功能、协助

人们更有效地进行信息处理的一门技术。 ? 信息技术包括：

扩展感觉器官功能的感测(获取)与识别技术 扩展神经系统功能的通信技术

扩展大脑功能的计算(处理) 与存储技术 扩展效应器官功能的控制与显示技术

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，可以通称为信息处理系统 ? 现代信息技术主要特征：

以数字技术（计算机）为基础 以计算机及其软件为核心

采用电子技术（包括激光技术）进行信息的收集、传递、加工、存储、显示与控制

1.2 微电子技术简介

微电子技术与集成电路

? 微电子技术：实现电子电路和电子系统的超小型化及微型化的技术，以集成电路为核心 ? 电子电路中元器件的发展演变：

电子管 晶体管 小规模集成电路 超大规模集成电路

? 集成电路 (Integrated Circuit，简称IC)： 以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，将

晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统

? 集成电路的制造材料：现代集成电路使用的半导体材料主要是硅，也可以是化合物半导

体如砷化镓等

? 集成电路的集成度：单个集成电路所含电子原件的数目

小规模集成电路（SSI）：小于100电子元件 中规模集成电路（MSI）：100~3000电子元件 大规模集成电路（LSI）：3000~10万电子元件 超大规模集成电路（VLSI）：10万~100万电子元件 极大规模集成电路（ULSI）：超过100万电子元件

? 集成电路的分类

按用途分：通用集成电路和专用集成电路（ASIC） 按电路的功能分：数字集成电路和模拟集成电路

按晶体管结构、电路和工艺分：双极型（Bipolar）电路、金属氧化物半导体(MOS)电路、

双极-金属氧化物半导体集成电路等

集成电路的发展趋势

? 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，门电路的开关速度越快。

? Moore定律：单块集成电路的集成度平均每18个月翻一番(Gordon E.Moore,1965年) IC卡

? IC卡(chip card、smart card)，又称为集成电路卡，它是把集成电路芯片密封在塑料卡基

片内，使其成为能存储信息、处理和传递数据的载体 ? 特点：

存储信息量大 保密性能强 可以防止伪造和窃用 抗干扰能力强 可靠性高

? IC卡的类型(按芯片分类)

存储器卡：封装的集成电路为存储器，信息可长期保存，也可通过读卡器改写。结构简

单，使用方便。用于安全性要求不高的场合，如电话卡、水电费卡、公交卡、医疗卡等（带加密逻辑的存储器卡增加了加密电路）

CPU卡：封装的集成电路为中央处理器（CPU）和存储器，还配有芯片操作系统(Chip

Operating System)，处理能力强，保密性更好，常用作证件和信用卡使用。手机中使用的SIM卡就是一种特殊的CPU卡。

? IC卡的类型(按使用方式分类)

接触式IC卡(如电话IC卡)：表面有方型镀金接口，共8个或6个镀金触点。使用时必

须将IC卡插入读卡机，通过金属触点传输数据；用于信息量大、读写操作比较复杂的场合,但易磨损、怕脏、寿命短

非接触式IC卡(射频卡、感应卡)：采用电磁感应方式无线传输数据，解决了无源（卡中

无电源）和免接触问题；操作方便，快捷，采用全密封胶固化，防水、防污，使用寿命长；用于读写信息较简单的场合，如身份验证等

1.3 通信技术入门

? 通信：各种信息的传递

? 现代通信：使用电波或光波传递信息的技术，也称为电信（telecommunication），如电

报、电话、传真、电子邮件、BBS、QQ等

? 通信系统：实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒体的总和 通信的基本原理

? 通信系统的简单模型：至少须有三个要素组成，即信息的发送者（信源）、信息的接收

者（信宿）、信息的传输通道（信道）

? 通信系统中被传输的信息必须转换成某种电信号(或光信号) 才能进行传输 ? 电（或光）信号强度的变化有两种形式：

连续形式的信号——也叫模拟信号 离散形式的信号——也叫数字信号

? 如何远距离传输信号：高频震荡的信号在长距离通信中能比其它信号传送得更远，可以

把这种高频正弦波信号作为携带信息的载波

调制：利用信源信号去调整（改变）载波的某个参数的过程

解调：接收方把载波所携带的信号检测出来恢复为原始信号形式的过程 模拟信号的调制方式：调频、调幅、调相

数字信号的调制方式：幅移键控、频移键控、相移键控

? 怎样减低成本传输信号：让多路信号同时共用一条传输线进行传输，即多路复用技术

频分多路复用(Frequency Division Multiplexing, FDM)：将每个通信终端发送

的信号调制在不同频率的载波上，通过频分多路复用器(MUX)将它们复合成为一个信号，然后在同一传输线路上进行传输。抵达接收端之后，借助分路器(DEMUX)把不同频率的载波分离出来，送到不同的

接收设备

时分多路复用(Time Division Multiplexing, TDM)：各通信终端（计算机、电话）

以规定的顺序和时间轮流使用同一传输线路进行数据传输；时分多路复用技术又可分为同步时分多路复用和异步时分多路复用

模拟通信与数字通信

? 模拟通信：直接传输信源产生的模拟信号或通过用模拟信号对载波调制后进行传输的通

信技术

应用：传统的有线载波电话、无线电广播、电视（卫星电视、数字有线电视除外） 优点：历史长，技术成熟，结构简单，成本低

缺点：在信号的调制和传输过程中易受噪声干扰，传输质量不够稳定 趋势：已经越来越多地被数字通信所取代

? 数字通信：将信源产生的模拟信号转换为数字信号（或信源直接产生数字信号）之后，

直接进行传输或通过用数字信号对载波进行数字调制来传输信息的技术称为数字通信

? 数字通信技术的优点：

抗干扰能力强，差错可控制，无噪声积累，传输质量高 灵活性好，能适应多种应用需求，声音、图像、数据均可传输 传输的数字信号可以直接由计算机进行存储、管理和处理 数字信号的加密比模拟信号容易，所以通信的安全性高

数字电路容易用超大规模集成电路实现，有利于通信设备的小型化、微型化，也降低了功耗

? 数字通信系统的主要性能指标

信道带宽(也称为信道容量, bandwidth)：一个信道允许的最大(高)数据传输速率 数据传输速率(简称数据速率, data rate)：实际进行数据传输时单位时间内传送

的二进位数目，计量单位：位/秒(bps)、千位/秒(kbps)、兆位/秒(Mbps)或千兆位/秒(Gbps)等

误码率(error rate)：数据传输中规定时间内出错数据占被传输数据总数的比例 端－端延迟(end-end delay)：数据从信源传送到信宿所花费的时间。

光纤通信和无线通信

? 通信分为有线通信和无线通信两类：

有线通信使用的传输介质有金属导体和光导纤维，金属导体利用电流传输介质，

如双绞线、同轴电缆；光导纤维通过光波传输信息，如光缆； 无线通信是使用电磁波来传输信息，如无线电波、微波、红外线和激光等

? 传输介质的类型与特点：

金属导体：利用电流(电压)传输信息，常见的有双绞线和同轴电缆

双绞线分类：3类线(10 Mb/s)；5类线(100Mb/s)；6类线(200Mb/s)

无屏蔽双绞线 (UTP)；屏蔽双绞线 (STP)