计算机通信ch1_Introdu讲义ction
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Ch1-并行计算技术概述
近20年性能 提高3千多倍
巨型机：中国天河一号，2010年底世界TOP500强第1名 每秒2千5百多万亿次浮点运算，近20年性能提高3千多倍
亿亿
千万亿 百万亿 十万亿 万亿 千亿 百亿
十亿
亿
2011年6月日本“K Computer”以每秒1亿亿次名列第一， 几乎是第2-9位的总和，中国天河位列第二
• 线程级并行（Thread-Level Parallelism） • 数据级并行：一个大的数据块划分为小块，分别 由不同的处理器/线程处理 • 任务级并行：一个大的计算任务划分为子任务分 别由不同的处理器/线程来处理
并行计算技术的分类
按存储访问结构分类
A.共享内存(Shared Memory) 所有处理器通过总线共享内存 多核处理器，SMP……
所有这些技 术极大地提 高了微处理 器的计算性 能，但2004 年后处理器 的性能不再 像人们预期 的那样提高 单核处理 器性能提 升接近极 限！
为什么需要并行计算？ 集成度
性能
为什么需要并行计算？
单核处理器性能提升接近极限 1.VLSI集成度不可能无限制提高
芯片集成度已进入极小尺度级别，集成度不可能无限制提高
典型的双核处理器结构
双核: Pentium D(05),EE(06), Xeon(06) Core 2 Duo E系列,T系列(06) Core i3,i5(10) 4核: Core 2 Quad Q系列（07） Core i5, i7(08,09,10) 6核: Core i7 970/980(10) 8核: AMD Bulldozer(10)
并行计算技术的分类
弗林(Flynn)分类
SISD
SIMD MIMD
Cite from Jimmy Lin, What is cloud computing, 2008
《单片机串口通信》PPT课件
10位×240个/秒 = 2400 bps
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14
2、传输距离与传输速率的关系
串行接口或终端直接传送串行信息位流的
最大距离与传输速率及传输线的电气特性有 关。当传输线使用每0.3m（约1英尺）有 50PF电容的非平衡屏蔽双绞线时，传输距离 随传输速率的增加而减小。当比特率超过 1000 bps 时，最大传输距离迅速下降，如 9600 bps 时最大距离下降到只有76m（约 250英尺）。
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2
▪计算机通信是将计算机技术和通信技术的相结合， 完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信 息交换 。可以分为两大类：并行通信与串行通信。
▪并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线同
时进行传送 。
8位同时传送 1
0
接
1
发
0
收 设
1
送
1 0
设
备
0
备
询问
应答
并行通信控制简单、传输速度快；由于传输线较多，长距离
校验场 01111110
此时，将数据块看作数据流，并用序列01111110作为开始 和结束标志。为了避免在数据流中出现序列01111110时引起 的混乱，发送方总是在其发送的数据流中每出现5个连续的1 就插入一个附加的0；接收方则每检测到5个连续的1并且其后 有一个0时，就删除该0。
典型的面向位的同步协议如ISO的高级数据链路控制规程 HDLC和IBM的同步数据链路控制规程SDLC。
3、抗干扰能力差
RS-232C在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程中 当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比，RS-232C 总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。
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2、传输距离与传输速率的关系
串行接口或终端直接传送串行信息位流的
最大距离与传输速率及传输线的电气特性有 关。当传输线使用每0.3m（约1英尺）有 50PF电容的非平衡屏蔽双绞线时，传输距离 随传输速率的增加而减小。当比特率超过 1000 bps 时，最大传输距离迅速下降，如 9600 bps 时最大距离下降到只有76m（约 250英尺）。
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2
▪计算机通信是将计算机技术和通信技术的相结合， 完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信 息交换 。可以分为两大类：并行通信与串行通信。
▪并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线同
时进行传送 。
8位同时传送 1
0
接
1
发
0
收 设
1
送
1 0
设
备
0
备
询问
应答
并行通信控制简单、传输速度快；由于传输线较多，长距离
校验场 01111110
此时，将数据块看作数据流，并用序列01111110作为开始 和结束标志。为了避免在数据流中出现序列01111110时引起 的混乱，发送方总是在其发送的数据流中每出现5个连续的1 就插入一个附加的0；接收方则每检测到5个连续的1并且其后 有一个0时，就删除该0。
典型的面向位的同步协议如ISO的高级数据链路控制规程 HDLC和IBM的同步数据链路控制规程SDLC。
3、抗干扰能力差
RS-232C在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程中 当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比，RS-232C 总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。
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1Introduction
主要内容 (Outline)• 绪论小规模集成电路三（SSI）• 逻辑函数基础 门电路个• 组合逻辑电路模 块中规模集成电路 （MSI）• 集成触发器 • 时序逻辑电路大规模集成电路 • 半导体存储器（LSI）• 数模、模数转换电路绪论 (Introduction)一、数字(digital)信号和模拟(analog)信号 数字量和模拟量 数字电路和模拟电路二、数字信号相关概念 二进制数 Binary Digits 数字信号的逻辑电平 Logic Levels 数字信号波形 Digital Waveforms一、Digital Signal and Analog Signal Digital and Analog Quantities电子 电路 中的 信号模拟信号: 连续analogue signal value数字信号: 离散digital signal valuetime time模拟信号T( C) 30采样信号T( C)sampled3025离散化 2520202 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12 t (h)A.M.P.M.2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12 t (h)A.M.P.M.数字化－表示 为由0、1组成 的二进制码Analog Electronic SystemDigital and Analog Electronic System★ 工作在模拟信号下的电子电路是模拟电路。
研究模拟电路时，注重电路输入、输出信号 间的大小、相位关系。
包括交直流放大器、 滤波器、信号发生器等。
★ 模拟电路中，晶体管一般工作在放大状态。
★ 工作在数字信号下的电子电路是数字电路。
研究数字电路时，注重电路输出、输入间的逻 辑关系。
主要的分析工具是逻辑代数，电路的 功能用真值表、逻辑表达式或波形图表示。
★ 在数字电路中，三极管工作在开关状态， 即工作在饱和状态或截止状态。
Lecture0.Introdnction
Camera:
• Light & photograph
Robot arm:
• Movement & motor speed
Introduction: Smart Phone with Camera, GPS etc. iPhone
From /tw/
Feng-LiLian Lian© ©2013 2011 Feng-Li NTUEE-SS0-Intro-13
Introduction: Modulation & Demodulation in Communication
Feng-LiLian Lian© ©2012 2011 Feng-Li NTUEE-SS0-Intro-8
Signal Frequency Characteristics:
f (Hz) 10 20K 100M 300M 40G 2.4G 300G
Introduction: Digital Signal Processing
Feng-LiLian Lian© ©2013 2011 Feng-Li NTUEE-SS0-Intro-10
Signals and Systems
Feng-LiLian Lian© ©2013 2011 Feng-Li NTUEE-SS0-Intro-11
LTI & Convolution
(Chap 2)
Course Flowchart
Signals & Systems
(Chap 1)
Feng-LiLian Lian© ©2013 2011 Feng-Li NTUEE-SS0-Intro-18
LTI & Convolution
CH1计算机与计算思维概述
二、存储器
• 存储器(memory)是用来存储程序和数据的部件。 对存储器既可以进行“读”（取数）、“写” （存数）操作。 • 衡量存储器的性能指标有： 存储容量 存储速度 价格 • 存储器技术在不断发展，存储器容量越来越大、 存取速度越来越快、价格越来越低、体积越来越 小、耗电越来越省，就连使用寿命也越来越长。
?有的电磁感应笔其基板能感应出用户写字过程中在笔尖上用力的变化并将压力的大小例如分为512级传送给主机主机就能在荧屏上显示出笔迹的粗细这样就更接近于真正的笔在书写时的感觉这就是所谓的压力感应笔它在签名识别绘画中很有用
第1章 计算机与计算思维概述
1.1 计算机系统组成
• 硬件系统 • 软件系统
硬件系统
安腾(Itanium)处理器： 64位开拓者 瞄准高端企业市场，运行的系统一般是UNIX系统 高性价比，性能卓越，更低功耗
Itanium 2被大量用在需要计算的超级电脑上， 以及大型公司的Байду номын сангаас据库系统
Intel Atom是Intel历史 上体积最小和功耗最小 的处理器。 下一代ATOM芯片： 进军移动通讯领域
取 出 指 令
操 作 信 号
反 馈 信 号
一、 CPU
• 运算器和控制器合称为中央处理器(Central Processing Unit,CPU)。 • 它是计算机的核心部件。 • CPU的具体任务是执行指令，它按照指令 的要求完成对数据的基本运算和处理。 • CPU主要由运算器、控制器、寄存器和高 速缓冲存储器（cache）等组成。
三、输入设备
• 输入(Input)设备能把程序、数字、图形、图像、 声音、控制现场的模拟量等数据，通过输入接口 转换成计算机可以接收的电信号。 • 常用的输入设备有键盘、鼠标器、操纵杆、卡片 输入机、纸带输入机、光笔、语音识别装置、数 字化仪、扫描仪、条形码阅读器、磁墨水字符阅 读机、光学字符阅读机(Optical Character Reader,OCR)、调制解调器(modem)及各种模/数 (A/D)转换器等。
数字通信原理讲解ch1隋(4)
● 有全世界统一的数字信号速率和帧结构标准；
● 采用同步复用方式和复用映射结构，只需利用软件控制即可使高速信号一次 分接出支路信号。既不影响别的支路信号，又避免对整个高速信号都分解；
● OAM能力大大加强，使信道分配、路由选择最佳； ● 硬件得到简化，有标准光接口，允许同步厂家设备在光路上互通，兼容性强； ● 与PDH 网络兼容，可兼容PDH的各种速率，并可容纳各种新业务信号； ● 信号结构利于进行网络传输和交换，以字节为单位复用与信息单元相一致，
信号互连和管理简单灵活。
3、SDH 的不足
● 频带利用率不如 PDH 系统； ● 采用指针调整技术会使时钟产生较大抖动，造成传输损伤； ● 大规模使用软件控制，业务量会集中在少数几个高速链路和交叉节点上，若
关键部位出现问题可能导致网络重大故障，甚至造成全网瘫痪； ● SDH与PDH互连时由于指针调整产生相位跃变，以致信号产生的低频抖动和
漂移现象比纯粹的PDH或SDH信号更严重；
4.2 SDH 的速率与帧结构
一、网络节点接口
网络节点接口NNI 是网络节点之间的接口，也是传输设备与其他网络单元之 间的接口。理想的NNI能结合不同的传输设备和网络节点（不受限于传输媒 介和网络节点），可构成统一的传输、复用、交叉连接和交换接口。
TR : 支路 SM ：同步复用设备
交叉连接和停业务检测； ● 复用结构缺乏灵活性，数字通道设备利用率很低。
二、SDH 的概念及特点
1、SDH 的概念
SDH网是由一些SDH的网络单元（NE）组成，在光纤上进行同步信 息传输、复用、分插和交换连接的网络。（但SDH网中不含交换设 备，它只是交换局之间的传输手段）
● SDH网有世界统一的网络节点接口，简化了信号互通以及信号的传输、复 用、交叉连接等过程；
● 采用同步复用方式和复用映射结构，只需利用软件控制即可使高速信号一次 分接出支路信号。既不影响别的支路信号，又避免对整个高速信号都分解；
● OAM能力大大加强，使信道分配、路由选择最佳； ● 硬件得到简化，有标准光接口，允许同步厂家设备在光路上互通，兼容性强； ● 与PDH 网络兼容，可兼容PDH的各种速率，并可容纳各种新业务信号； ● 信号结构利于进行网络传输和交换，以字节为单位复用与信息单元相一致，
信号互连和管理简单灵活。
3、SDH 的不足
● 频带利用率不如 PDH 系统； ● 采用指针调整技术会使时钟产生较大抖动，造成传输损伤； ● 大规模使用软件控制，业务量会集中在少数几个高速链路和交叉节点上，若
关键部位出现问题可能导致网络重大故障，甚至造成全网瘫痪； ● SDH与PDH互连时由于指针调整产生相位跃变，以致信号产生的低频抖动和
漂移现象比纯粹的PDH或SDH信号更严重；
4.2 SDH 的速率与帧结构
一、网络节点接口
网络节点接口NNI 是网络节点之间的接口，也是传输设备与其他网络单元之 间的接口。理想的NNI能结合不同的传输设备和网络节点（不受限于传输媒 介和网络节点），可构成统一的传输、复用、交叉连接和交换接口。
TR : 支路 SM ：同步复用设备
交叉连接和停业务检测； ● 复用结构缺乏灵活性，数字通道设备利用率很低。
二、SDH 的概念及特点
1、SDH 的概念
SDH网是由一些SDH的网络单元（NE）组成，在光纤上进行同步信 息传输、复用、分插和交换连接的网络。（但SDH网中不含交换设 备，它只是交换局之间的传输手段）
● SDH网有世界统一的网络节点接口，简化了信号互通以及信号的传输、复 用、交叉连接等过程；
CH1操作系统概论
二、共享性
三、虚拟性
四、异步性
35
一、并发与并行
并发：Concurrence 是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 并行：Parallel 是指两个或多个事件在同一时刻发生。 单处理机系统中采用多道程序技术后，可以实现硬 件之间的并行操作和程序之间的并发执行。
36
多道程序并发执行示意图
程序A请求I/O 程序A 程序B请求I/O 程序B 程序C请求I/O C完成I/O C再次被调度 程序C 调度程序 时间轴t B完成I/O A完成I/O A再次被调度 A完成
微机操作系统、并行操作系统、分布式操作系统、网络操 作系统和嵌入式操作系统等相继产生。
操作系统的使用界面也从字符界面变成了图形界面。操作 系统的结构除了有序分层的模块化结构外，还出现了客户 /服务器加微内核结构等。 DOS、OS/2、Windows和Linux等是这一时期的典型代表。
19
1.3
操作系统的基本类型*
23
1．分时的概念与实现
分时：指若干并发程序对CPU时间的共享，通过系统
软件实现。 指多个用户分享使用同一台计算机。两个或多个事 件按时间划分轮流使用计算机系统中的某一资源。 实现分时的基本方法是设立一个时间分享单位——
时间片(time slice)。它是系统规定进程一次使用
处理机的最长时间。时间片的长短可以因不同系统 而异，通常100ms左右。
软件是由计算机硬件执行以完成一定任务的所有程序及 其数据 。
2.软件的分类
分为系统软件和应用软件 其中,系统软件由操作系统、程序设计语言、语言处理程 序、数据库管理系统、网络系统和常用服务系统等组成。 应用软件是指专门为某一应用目的而 的软件系统。 用系统软件编制
Ch数据通信基础知识概要
信道的差错率与信号的传输速率和传输距离成正比
数字信号通过实际的信道
• 失真不严重
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真） 输入信号波形 输出信号波形 (失真不严重) 实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真） 输出信号波形 (失真严重)
• 失真严重
输入信号波形
2.1.3 传输
• 传输是指将信号从发送传到接收端，并且在接收
• 异步方式和同步方式
– 异步传输以字符为独立的传输单位。
– 同步传输时，数据块以稳定的比特流的形式传输
异步传输举例
字符内部的各个比特采用固定的时间模式，每个字符独立传输， 字符之间间隔任意，用独特的起始位和终止位来限定每个字符。 传输效率较低
起 始 位
线路空闲
10 位
线路空闲
脉冲幅度调制PAM
脉冲振幅调制（PAM, Pulse Amplitude Modulation）
脉冲编码调制PCM
• 脉冲编码调制PCM就是将脉冲振幅调制
PAM所产生的采样结果变成完全数字化的 信号。 • 三个过程
– 脉冲幅度调制PAM – 量化（A/D转换） – 编码（数字—数字编码）
模拟数据编码为数字信号
信道
• 信道与电路并不等同，信道表示信号的通路，一 般是用来表示向某一个方向传输信息的媒体
–一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道
• 信道与传输介质也是有区别的
–传输介质是指用于连接两个或多个网络节点的物理传 输线路
• 通信信道建立在传输介质之上
–包括传输介质和通信设备
差错率/误码率
由于噪声的影响和信道带宽的限制，信号可能 发生失真. 差错率/误码率：传输比特总数与其中出错比 特数的比值 Pe = 出错比特数传输/比特总数 例： 传输10000bit, 有2bit出错， Pe ＝ 2/10000 差错率越高表示信道的质量越差
数字信号通过实际的信道
• 失真不严重
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真） 输入信号波形 输出信号波形 (失真不严重) 实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真） 输出信号波形 (失真严重)
• 失真严重
输入信号波形
2.1.3 传输
• 传输是指将信号从发送传到接收端，并且在接收
• 异步方式和同步方式
– 异步传输以字符为独立的传输单位。
– 同步传输时，数据块以稳定的比特流的形式传输
异步传输举例
字符内部的各个比特采用固定的时间模式，每个字符独立传输， 字符之间间隔任意，用独特的起始位和终止位来限定每个字符。 传输效率较低
起 始 位
线路空闲
10 位
线路空闲
脉冲幅度调制PAM
脉冲振幅调制（PAM, Pulse Amplitude Modulation）
脉冲编码调制PCM
• 脉冲编码调制PCM就是将脉冲振幅调制
PAM所产生的采样结果变成完全数字化的 信号。 • 三个过程
– 脉冲幅度调制PAM – 量化（A/D转换） – 编码（数字—数字编码）
模拟数据编码为数字信号
信道
• 信道与电路并不等同，信道表示信号的通路，一 般是用来表示向某一个方向传输信息的媒体
–一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道
• 信道与传输介质也是有区别的
–传输介质是指用于连接两个或多个网络节点的物理传 输线路
• 通信信道建立在传输介质之上
–包括传输介质和通信设备
差错率/误码率
由于噪声的影响和信道带宽的限制，信号可能 发生失真. 差错率/误码率：传输比特总数与其中出错比 特数的比值 Pe = 出错比特数传输/比特总数 例： 传输10000bit, 有2bit出错， Pe ＝ 2/10000 差错率越高表示信道的质量越差