信息技术与计算机硬件综述

第1章信息技术概述

本章备考要点

本章基本概念比较多，而且相互联系比较紧密，需要考生理解概念并建立起概念之间的联系。本章常考知识点主要有：

1.信息、信息处理、信息技术的概念

2.微电子技术与集成电路

3.现代通信的含义

4.了解有线载波通信、光纤通信、微波通信、卫星通信

本章五基详解

1.1信息技术基本概念

1.1.1信息

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、容和效用。

与信息处理相关的行为和活动：信息收集，信息加工（计算、分析、检索等），信息存储，信息传递和信息施用（控制、显示等）。

1.1.2信息技术

信息技术：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。

1.1.3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。

1.2微电子技术

现代信息技术中的三大核心技术：微电子技术、通信技术和计算机技术。

现代信息技术的主要特征：以数字技术为基础，以计算机为核心。

1.2.1基本概念

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。

1.2.2微电子技术的基础元件演变

1.2.3集成电路的分类

(1)按晶体管数目分类

①小规模(SSI)：小于100个电子元件

②中规模(MSI)：100～3000

③大规模(LSI)：3000 ～10万

④超大规模(VLSI)：10万～100万

⑤极大规模(ULSI)：大于100万

(2)按结构、工艺分类

双极型(bipolar)、金属-氧化物-半导体(MOS)型和双极-MOS型(bi-MOS)。

(3)按功能分类

数字集成电路和模拟集成电路。

(4)按用途分类

通用集成电路和专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)。专用集成电路是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。目前用CPLD（复杂可编程逻辑器件）和FPGA（现场可编程逻辑阵列）来进行ASIC设计是最为流行的方式之一，它们的共性是都具有用户现场可编程特性，都支持边界扫描技术，但两者在集成度、速度以及编程方式上具有各自的特点。

1.2.4集成电路的制造

集成电路是在硅衬底上制作而成的。单晶硅——硅抛光片——硅平面工艺过程——晶圆——芯片。

1.2.5集成电路的发展趋势

集成电路特点：体积小、重量轻、可靠性高。

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。提高集成度，关键在缩小门电路面积。

Moore定律：单块集成电路的集成度平均每18～24个月翻一番（Intel公司创始人 Gordon E.Moore，1965年）。

但是，当晶体管的基本线条小到纳米（nm）级，线路的电流微弱到仅有几十个甚至几个电子流动时，晶体管已逼近其物理极限，它将无常工作。在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和效应。当前技术前沿是探索量子世界的“纳米芯片技术”，同时发展光子学，研制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成。

综上，当前单块集成电路的集成度是有极限的，因此，Moore定律不可能永

远成立。

1.3通信技术

1.3.1基本概念

1.概念辨析

从广义角度来说，各种信息的传递均可称之为通信。

现代通信则专指使用电波或光波传递信息的技术。如广播、电视、电报、、传真等。

电信专指双向通信。如网络、等。

通信系统也称电信网，它连接着大量用户，由终端设备（例如：机）、传输设备（例如：线）、交换设备（例如：程控交换机）等组成。

2.通信三要素

信源（信息的发送者），信宿（信息的接收者），信道（信息的载体与传播媒介）。

1.3.2典型通信技术介绍

1.调制与解调技术

调制（Modulation）：将基带数字信号的波形变换为适合于模拟信道传输的模拟信号波形。（将数字信号转换成模拟信号）

解调（Demodulation）：将由调制器变换过的模拟信号波形恢复成原来的基带数字信号波形。（将模拟信号转换成数字信号）

基本调制方法：调幅（幅移键控法ASK），调频（频移键控法FSK），调相（相移键控法PSK）

2.多路复用技术

为了提高线路利用率，总是设法在一条传输线路上，传输多个模拟信号（例如，语音信息）或数字信号，这就是多路复用。

多路复用技术通常有：频分复用，时分复用，波分复用

(1)频分多路复用

将传输线路的频带分成N部分，每一个部分均可作为一个独立的传输信道使

用。这样在一对传输线路上可有N对话路信息传送，而每一对话路所占用的只是其中的一个频段。频分制通信又称载波通信，它是模拟通信的主要手段。

(2)时分多路复用

把一个传输通道进行时间分割以传送若干话路的信息。把N个话路设备接到一条公共的通道上，按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通道的时间。当轮到某个设备时，这个设备与通道接通，执行操作。与此同时，其它设备与通道的联系均被切断。待指定的使用时间间隔一到，则通过时分多路转换开关把通道联接到下一个要连接的设备上去。

(3)波分多路复用

在单一光纤同步传输多个不同波长的光波，使得数据传输速度和容量获得倍增。

3.交换技术

交换：在任意两个需要进行通信的计算机之间建立一个临时的通信链路，通信结束后再拆除链路，称为交换技术。由中转节点参与的通信，中转的节点称为交换节点。

(1)电路交换（线路交换）

为发送端和接收端建立一条临时的实际物理通道，供通信双方使用，通信完毕后，交换机的连线被拆除。

例如：交换机

优点：交换方式简单，适合远距离成批数据传输，建立一次连接可传送大量数据。

缺点：线路利用率低，通信成本高。

(2)分组交换（包交换）

把需要传输的数据块分割成若干小块，然后为每个小块数据加上有关的地址信息及分组信息，组成一个数据包（也称为“分组”）。通信网络中每个结点为其相连的每条链路准备了一个缓冲区，每个数据包按照去向不同送入各个缓冲区排队，当某一条链路空闲时，就从相应的缓冲区中取出一个数据包发送到下一结点，下一结点再进行转发，直至数据包到达接收端。接收端的计算机按照数据包的编号，将它们重新组装成为原来形式的数据块。

例如：互联网络

优点：线路利用率高；收发双方不需同时工作，当接收方忙碌时，整个网络都可以作为它的缓冲；可以给数据包建立优先级，使得一些重要应用的数据包能