考点4 数据通信的基本概念与系统模型《计算机网络技术与应用》内蒙古（对口招生）计算机类 知识点讲解

内蒙古自治区（计算机类）对口招生 《计算机网络技术与应用》复习讲义 模块 2 数据通信基础 考点 4 数据通信的基本概念与系统模型 【考纲要求】 1. 理解数据通信系统的相关基本概念； 2. 了解数据通信系统的模型。 【知识网络】 【知识和技能要点】 一、数据通信系统的相关基本概念 数据通信把计算机技术与现代通信技术融为一体，由此形成一种新型的通信方式与业务，它构成计算机网络的基础，也属网络的主要功能。它依据通信协议并借助数据传输技术，让数据信息在两个功能单元间传递；其基本作用在于促成两个实体之间的数据交换，使计算机与计算机、计算机与终端乃至终端与终端之间都能互通信息。与传统的语音通信、无线电广播通信相比，数据通信有着自身的规律与特点。 1. 数据 数据是记录客观事物性质、形态与特征的符号，它的存在形式多样，数值、文字、图形、声音、图像、视频、动画等均属数据。数据有模拟数据与数字数据：前者在一段时间内连续变化，可取无限多个值，像声音、电视图像信号以及温度变化都属此类；后者呈现为离散量，取值个数有限，例如计算机中以二进制代码表示的字符、图形、音频、视频。 2. 信息 信息是按一定要求以某种格式组织好的数据。通信的目的在于传输与交换信息，而信息必须借助某种数据形式才能送达接收端。数据充当信息的载体，是信息的数字化形态，它表示的内容即为信息；信息则是对数据的解释，也就是对数据所蕴含内容作出的说明。 3. 信号 信号是数据在传输过程中的电磁波表示形式，也称数据的电编码或电磁编码。数据通信中，数据须转换为信号方能从一点传到另一点。按电信号形式的不同，信号分为模拟信号与数字信号：模拟信号可在一定范围内连续取值，属连续变化的电信号，能以不同频率在介质上传输；数字信号是离散的脉冲序列，取值个数有限，用恒定的正、负电压（或正、零电压）表示“1”和“0”，能以不同位速率传输。 4. 信道 两实体间传送信息须借助传输信道把数据终端与计算机相连，使不同地点的终端共享软硬件与数据资源。信道即两地间传送数据信号的通道，由通信设备与传输介质构成。信道不同，物理特性与通信速率、质量也随之不同。信道分法多样：按传输介质分，有有线信道与无线信道；按使用权限分，有专用信道与公用信道，前者由用户自建或租用；按传输信号形式分，则有模拟信道与数字信道。 5. 数据的编码与调制 数字信道通常只承载数字信号，模拟信道通常只承载模拟信号。但有时也需要用数字信道传送模拟信号，或用模拟信道传送数字信号；不过数字信号无法经由为模拟信号设计的线路传输，反之亦然。此时便须转换所传数据，使其与传输介质相匹配，方能准确无误地到达目的端。转换方式有二：若以数字信号来承载数字数据或模拟数据，就叫编码；若以模拟信号来承载，则叫调制。 6. 四种数据传输方法 数据传输方法大体有4种。第一种是数字数据的数字信号编码，即把数字数据变为某种数字脉冲信号，常见者有不归零与曼彻斯特编码。第二种是模拟数据的数字信号编码，通常借助脉冲编码调制把模拟数据变为数字信号，多用于声音编码。第三种是数字数据的模拟信号调制，常用者有幅移键控法、频移键控法与相移键控法3种。第四种是模拟数据的模拟信号调制，以幅值调制与频率调制最为常用。 7. 数据通信的常用术语 码元指网络中所传二进制数字的每一位，也常叫做“位”或bit；字母A的ASCII码1000001便含有7位，即可看作7个码元。 信道容量指信道传送信息的最大本领，一般用单位时间内最多可传送的信息位数来衡量；实际使用中它须大于传输速率，否则高传输速率就得不到充分发挥。 噪声源则指通信系统中无法避免的噪声干扰，为便于研究，通常把它等效成作用于信道上的一个噪声源。 响应时间指从发出一条信息到收到回答所经历的时间。 数据传输速率指通信线路上传送信息的速度，可用信号速率和调制速率两种方式表示：信号速率是每秒钟所传二进制代码的有效位数，以每秒比特数计算；调制速率指脉冲信号经调制后的传输速度，单位是波特，多用来表示调制器之间传送信号的速率。 差错控制针对传输中难以避免的错误，借助检错码与纠错码及时自动检出并进一步自动更正差错。 8. 数据通信的主要技术指标 模拟通信中，带宽描述信道的传输能力。带宽指一个信号所含最高频率与最低频率的差值，如某线路可传600～1800Hz的信号，其带宽为1200Hz；模拟信道的带宽或信噪比越大，极限传输速率越高。 波特率描述数据信号对载波调制速率，以单位时间内的改变次数计，单位是波特；它与比特率的关系为：比特率＝波特率×单个调制状态对应的二进制位数。 数字通信通常用比特率和误码率来衡量数据信号的传输快慢与传输质量。比特率即数字信号的传输速率，按单位时间内所传二进制代码的有效位数计算，单位有bit/s、Kbit/s与Mbit/s。 误码率则指数据传输中的出错比例，用接收码元当中出错码元在总传输码元里所占的比重来度量；在计算机网络中，数字信号的误码率通常要求低于10的负9次方。 二、数据通信系统的模型 1. 数据通信系统的总体构成 数据通信系统一般包括发送端、接收端以及收发两端之间的信道三部分。发送端与接收端分处通信的两头，信道则是连接二者的信号通道。其中发送端又可分为信源和发送设备，接收端可分为接收设备和信宿，此外还有作用于信道上的噪声源。数据通信系统的基本作用，就是在发送端与接收端之间传递和交换信息。 （1）发送端：信源与发送设备 信源就是信息或信息序列的源头，泛指一切发信者，可以是人，也可以是机器设备；它能产生声音、数据、文字、图像、代码等电信号，所发信息或连续、或离散。 发送设备则把信源送出的信息变为便于传输的形式，使其合乎信道传输特性的要求，然后送入信道。它属于整体概念，可能包含许多电路、器件与系统，如把声音变为电信号的传声器、把基带信号变为频带信号的调制器等。 （2） 接收端：接收设备与信宿 接收设备把信道送来的信息收下，再转换成信宿便于接收的形式，功能恰与发送设备相反；它同样是整体概念，可能包含许多电路、器件与系统，把模拟信号变为数字信号的解调器即为一例。信宿则是发送端信息的接收对象，同样可以是人或机器设备。通信系统中习惯把发送端一侧称作信源一侧，把接收端一侧称作信宿一侧。 （3） 信道与噪声源 信道是指传输数据信号的通道，包括通信设备和传输介质。 信号在信道里传送时，有可能遭到其他信号的干扰，这类干扰就叫噪声。噪声会妨碍正常信号的传送，对通信系统来说是有害的。噪声的来源既可能在系统内部，也可能在系统外部；为了研究方便，通常把所有噪声干扰等效成作用于信道上的一个噪声源。 2. 模拟通信系统 通信系统按传递消息所用的是模拟信号还是数字信号，可分成模拟通信系统和数字通信系统两类。模拟通信系统靠模拟信号传递信息，普通电话、广播与电视都属此类。它一般由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪声源构成：原始模拟信号先经调制器，再沿信道传输，解调器作逆变换后送至信宿。如拨号上网：发送端数据经调制解调器变为模拟信号，由公共电话网传送，接收端再变回数字信号。 3. 数字通信系统 数字通信系统以数字信号传递信息，它共含10个部分，依次是信源与信源编码器、信道编码器与调制器、信道、解调器与信道译码器、信源译码器、信宿，另有噪声源。若信源输出的是模拟信号，须先由信源编码器转为数字信号；信道编码器通过检错、纠错编码完成差错控制；信道译码器负责编码器的逆变换；调制器将基带信号变为频带信号后送至信道；解调器的作用则与调制器刚好相反。 远程传输时，两种通信系统都会碰到信号衰减。模拟传输系统为了传得更远，须用放大器把信号能量放大，然而噪声也随之被放大，容易造成信号畸变。数字传输系统的衰减同样危及数据完整性，数字信号只能在有限距离内传送；要想传得更远，可以加装中继器——它把衰减了的数字信号收下，恢复成标准电平后再重新发送，从而有效克服衰减。 4.模拟通信与数字通信的比较 模拟通信以往在通信系统中占主导地位，但它保密性差、抗干扰能力弱。随着大规模集成电路、计算机与数字信号处理技术的进步，多数模拟通信系统已让位于数字通信系统。数字通信抗干扰能力强，可实现信号差错控制，加密解密方便，传输可靠性高；虽然它也有频带利用率偏低、技术要求较复杂等短处，但性能远胜模拟通信，已成为数据通信的主要发展方向。 【真题】 2022年真题｜单选题第35题 下列哪一项不是计算机网络的性能指标（ ） A. 带宽 B. 费用 C. 时延 D. 吞吐率 【答案】B 【解析】带宽是描述信道传输能力的指标，时延与吞吐率也是衡量网络性能的常用指标；费用属于网络建设与使用中的成本因素，不是性能指标。 2022年真题｜填空题第138题 日常生活中，人说话的声音属于________信号。 【答案】模拟 【解析】模拟信号是在一定范围内可以连续取值的信号，属于连续变化的电信号。人说话的声音在时间与幅度上均连续变化，因此属于模拟信号；数字信号则是离散的脉冲序列。 2023年真题｜第21题 如果一个码元所承载的信息量是4位，则这一码元可以表示的状态为（ ） A. 4 B. 8 C. 16 D. 32 【答案】C 【解析】码元所能表示的状态数与承载的信息量满足信息量（比特）＝log₂（状态数）。已知信息量为4位，即4＝log₂（状态数），故状态数＝2⁴＝16。 2023年真题｜第25题 用单位时间内传输的二进制代码的有效位数来表示的是（ ） A. 比特率 B. 波特率 C. 数码率 D. 误码率 【答案】A 【解析】比特率是数字信号的传输速率，用单位时间内传输的二进制代码的有效位数表示，单位为bit/s；波特率表示的是单位时间内载波调制状态的改变次数。 2023年真题｜第29题 关于模拟信号和数字信号的描述，正确的是（ ） A. 模拟信号一般是脉冲信号 B. 数字信号一般是正弦波 C. 数字信号的电压与时间呈离散关系 D. 模拟信号的规则波形是方波 【答案】C 【解析】模拟信号是在一定范围内连续取值的连续变化电信号，典型波形为正弦波；数字信号是离散的脉冲序列，其电压与时间呈离散关系，典型波形为方波。A、B、D三项均把两者的特征颠倒了。 2024年真题｜第26题 信号可以分为（ ）两种。 A. 比特和波特 B. 数字和模拟 C. 数据和信息 D. 码元和码字 【答案】B 【解析】按电信号形式的不同，信号可分为模拟信号和数字信号。比特与波特是传输速率的单位，数据与信息是另外两个概念，码元是对二进制每一位的通称。 2024年真题｜第29题 数据通信系统中的“噪声”是指（ ） A. 信号在传输过程中受到的干扰 B. 传输过程中信号的衰退 C. 音频信号在传输过程中的失真 D. 以上都是 【答案】A 【解析】信号在信道中传输时可能受到其他信号的干扰，这种干扰被称为噪声，它会影响正常信号的传输，对通信系统有害。信号衰退属于衰减，与噪声不是同一概念。 2025年真题｜第27题 关于模拟信号和数字信号的描述，正确的是（ ） A. 模拟信号一般是脉冲信号 B. 数字信号一般是正弦波 C. 数字信号的电压与时间呈离散关系 D. 模拟信号的规则波形是方波 【答案】C 【解析】模拟信号是连续变化的电信号，典型波形为正弦波；数字信号是离散的脉冲序列，电压与时间呈离散关系。A、B、D三项的描述都颠倒了模拟信号与数字信号的特征。 2026年真题｜第27题 单位时间内传输的码元个数称为（ ） A. 比特率 B. 波特率 C. 数码率 D. 误码率 【答案】B 【解析】波特率指数据信号对载波的调制速率，用单位时间内载波调制状态的改变次数（即传输的码元个数）来表示，单位为波特；比特率则表示单位时间内传输的二进制代码的有效位数。 2026年真题｜第29题 一个码元若携带3位信息，则它可以表示的状态数为（ ） A. 4 B. 8 C. 16 D. 32 【答案】B 【解析】码元承载的信息量与可表示的状态数之间满足信息量（比特）＝log₂（状态数）。携带3位信息时有3＝log₂（状态数），故状态数＝2³＝8。 2026年真题｜第42题 下列关于模拟信号与数字信号的描述，正确的是（ ） A. 模拟信号取值连续 B. 数字信号取值连续 C. 模拟信号是脉冲信号 D. 数字信号是正弦波 【答案】A 【解析】模拟信号是在一定范围内可以连续取值的连续变化电信号，故取值连续；数字信号是离散的脉冲序列，取值个数有限，典型波形为方波而非正弦波。 【练习题】 一、填空题 1. 数据通信是计算机技术与现代通信技术相结合而产生的一种新的通信方式和通信业务，它是计算机网络的________。 【答案】基础 【解析】数据通信是计算机网络的基础，也是计算机网络的主要功能之一，其基本作用是完成两个实体间的数据交换。 2. 数据可分为模拟数据和数字数据，其中可以取无限多个值的是________数据。 【答案】模拟 【解析】模拟数据在一段时间内连续变化，可以取无限多个值，如声音、电视图像信号和温度变化；数字数据表现为离散量，只能取有限个数值。 3. 信息是按照一定要求以某种格式组织起来的数据，它是数据所蕴含内容的________。 【答案】解释 【解析】数据是传输信息的载体，信息则是对数据的解释，即对数据蕴含内容的说明，二者相互依存。 4. 信号是数据在传输过程中的电磁波表示形式，按电信号形式的不同可分为模拟信号和________信号。 【答案】数字 【解析】模拟信号可在一定范围内连续取值，数字信号是离散的脉冲序列，用恒定的正电压与负电压表示“1”和“0”。 5. 信道是两地之间传输数据信号的通道，由通信设备和________构成。 【答案】传输介质 【解析】信道即信号的传输通道，按传输介质可分为有线信道和无线信道，按传输信号形式可分为模拟信道和数字信道。 6. 用数字信号承载数字数据或模拟数据称为________，用模拟信号承载数字数据或模拟数据称为调制。 【答案】编码 【解析】编码与调制都是为使数据与传输介质相适应而进行的转换，常见编码有不归零编码和曼彻斯特编码。 7. 码元是对网络中传输的二进制数字每一位的通称，也常称为“位”或________。 【答案】bit 【解析】例如字母A的ASCII码为1000001，可认为由7个码元构成，共7位。 8. 信道容量是指信道能传输信息的最大能力，在使用中它应________传输速率。 【答案】大于 【解析】信道容量一般以单位时间内最大可传输信息的位数表示；若信道容量小于传输速率，高的传输速率便得不到充分利用。 9. 误码率是指在数据传输中的错误率，以接收码元中错误码元占总传输码元的比例来衡量，计算机网络一般要求数字信号误码率低于10的负________次方。 【答案】9 【解析】误码率用于描述数字通信的传输质量，其值越低说明传输质量越好。 10. 模拟通信系统由信源、调制器、信道、解调器、信宿及________组成。 【答案】噪声源 【解析】噪声会影响正常信号的传输，为便于研究，通常把内外部的噪声干扰等效为一个作用于信道上的噪声源。 二、单项选择题 1. 数据通信的基本作用是（ ）。 A. 完成两个实体间的数据交换 B. 提高计算机的运算速度 C. 增大存储容量 D. 提供电源管理 【答案】A 【解析】数据通信依照通信协议、利用数据传输技术，在两个功能单元之间传递数据信息，其基本作用是完成两个实体间的数据交换。 2. 下列各项中，属于模拟数据的是（ ）。 A. 计算机中用二进制代码表示的字符 B. 温度变化 C. 用二进制代码表示的图像 D. 用二进制代码表示的音频 【答案】B 【解析】模拟数据在一段时间内连续变化，可以取无限多个值，温度变化即属于模拟数据；其余三项均表现为离散量，属于数字数据。 3. 下列关于数据与信息关系的说法，正确的是（ ）。 A. 数据是信息的内容 B. 信息是数据的载体 C. 数据是信息的载体，信息是对数据的解释 D. 数据与信息是同一概念 【答案】C 【解析】数据是传输信息的载体，是信息的数字化形式；信息则是对数据的解释，即对数据所蕴含内容的说明，二者相互依存又相互独立。 4. 数字信号用恒定的正电压与负电压表示（ ）。 A. “1”和“0” B. “0”和“0” C. “1”和“1” D. 任意两个相同值 【答案】A 【解析】数字信号是一种离散的脉冲序列，其取值个数有限，以恒定的正电压与负电压（或正电压与零电压）表示“1”和“0”，并能以不同位速率在介质上传输。 5. 按使用权限划分，信道可分为（ ）。 A. 有线信道和无线信道 B. 专用信道和公用信道 C. 模拟信道和数字信道 D. 数字信道和模拟信道 【答案】B 【解析】信道按使用权限分为专用信道和公用信道；按传输介质分为有线信道和无线信道；按传输信号的形式分为模拟信道和数字信道。 6. 用模拟信号承载数字数据的过程称为（ ）。 A. 编码 B. 解调 C. 译码 D. 调制 【答案】D 【解析】用数字信号承载数字数据或模拟数据称为编码，用模拟信号承载数字数据或模拟数据称为调制；解调与译码分别是调制、编码的逆过程。 7. 下列不属于数字数据的模拟信号调制技术的是（ ）。 A. 幅移键控法 B. 频移键控法 C. 相移键控法 D. 脉冲编码调制 【答案】D 【解析】脉冲编码调制属于模拟数据的数字信号编码，用于把模拟数据转换为数字信号；数字数据的模拟信号调制则有幅移键控、频移键控和相移键控三种技术。 8. 字母A的ASCII码为1000001，可认为它由（ ）个码元组成。 A. 5 B. 6 C. 7 D. 8 【答案】C 【解析】码元是对网络中传输的二进制数字每一位的通称，1000001共7位，故可认为由7个码元构成。 9. 从发送一条信息到收到回答所经历的时间称为（ ）。 A. 响应时间 B. 信道容量 C. 误码率 D. 波特率 【答案】A 【解析】响应时间指从发送一条信息到收到回答所经历的时间；信道容量指信道能传输信息的最大能力，误码率用于衡量传输质量。 10. 模拟信道的带宽等于（ ）。 A. 最高频率与最低频率之和 B. 最高频率与最低频率之差 C. 最高频率与最低频率之积 D. 最低频率的平方 【答案】B 【解析】带宽即传输信号的最高频率与最低频率之差。例如某线路可传输600～1800Hz的信号，其带宽为1200Hz。 11. 在数字通信中，用来描述传输质量好坏的技术指标是（ ）。 A. 带宽 B. 波特率 C. 比特率 D. 误码率 【答案】D 【解析】数字通信中一般用比特率描述数据信号的传输速率，用误码率描述传输质量的好坏；带宽与波特率则常用于描述模拟通信。 12. 数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码器、调制器等（ ）个部分组成。 A. 8 B. 9 C. 10 D. 11 【答案】C 【解析】数字通信系统共由10个部分组成。其中信源编码器把模拟信号转换为数字信号，信道编码器实现差错控制，信道译码器完成编码器的逆变换。 三、简答题 1. 简述数据、信息与信号三者的关系。 【答案】在数据通信系统中，信息、数据和信号三者相互依存又相互独立。数据是用来记录客观事物性质、形态和特征的符号，是传输信息的载体；信息是按照一定要求以某种格式组织起来的数据，是对数据的解释，即对数据所蕴含内容的说明；信号是数据在传输过程中的电磁波表示形式，也就是数据的编码。例如某同学各科平均考试成绩为99分，这是一个数据，蕴含着该同学成绩优秀的信息；若用高电平表示“1”、低电平表示“0”，该数据在二进制下表示为1100011，形式虽然与十进制的99不同，但它所表示的“成绩优秀”这一信息并未改变。 【解析】本题考查数据、信息与信号三者关系。答题时应先用一句话点明“数据是载体、信息是内容与解释、信号是编码”，再结合示例说明数据表示形式改变不影响其承载的信息。 2. 简述模拟通信与数字通信的主要优缺点。 【答案】模拟通信系统利用模拟信号传递信息，如普通电话、广播和电视，它由信源、调制器、信道、解调器、信宿及噪声源组成。模拟通信曾在通信系统中占据主导地位，但存在保密性差、抗干扰能力弱等缺点，远程传输时用放大器增强信号还会同时放大噪声，引起信号畸变。数字通信系统利用数字信号传递信息，如计算机通信、数字电话和数字电视，它由10个部分组成，抗干扰能力强，可以实现信号的差错控制，易于加密和解密，传输可靠性高，远程传输时可用中继器克服衰减。尽管数字通信存在频带利用率低、技术要求复杂等不足，但性能远优于模拟通信，已成为数据通信的主要发展方向。 【解析】本题考查两种通信系统的比较。答题时应成对说明各自组成的信号形式与优缺点，并点明数字通信取代模拟通信是主要发展方向。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 $