电子信息科学与技术导引（清华大学电子工程系核心课系列教材）

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第3章比特与逻辑 作者简介 葛宁，清华大学研究员、博士生导师、电子 工程系通信研究所所长； 基金委创新群体核心 成员,2000—2006年曾任清华华环公司首席科学 家； 中国指挥与控制学会电磁频谱安全与控制 专业委员会委员、中国电子学会通信学分会委员 。1993年和1997年在清华大学获得学士与博士 学位，1997—1998年在加拿大多伦多大学做博 士后，1998—2000年在美国ADC工作任高级工程 师。主要从事通信片上系统、短距离无线通信、 宽带无线网络等方面的研究工作。先后负责国家 科技重大专项、863目标导向、973课题和自然 基金重点项目等。发表SCI论文40余篇，申请专 利20余项，获得集成电路布图设计专有权2项。 曾获2017年通信学会科学技术奖一等奖、2014 年及2017年吴文俊人工智能科学技术进步奖一等 奖、2016年电子学会创新团队奖。 3.1概念与内涵 〖*1〗3.1.1比特的定义 比特是信息科学学科中基本而重要的概念， 它既是信息的度量单位，也是信息的重要表示形 式，通常由“0”“1”两个符号组成。两个不同 的事物可以通过“0”“1”这两个不同的符号表 示。当一个事物处于两个不同状态之一时，我们 也可以将这两个状态映射为“0”“1”不同比特 。通过多个比特的组合，可以表示多个状态，简 单地说n个比特可以表示2n个状态。由于状态越 多，事物的不确定性越大，从度量的角度，描述 处于某一特定状态需要的比特数目也越多，因此 比特可以作为度量来描述事物的不确定性。 电子工程学科以电子运动和电磁波及其与物 质相互作用的理论为核心，研究信息的产生、获 取、存储、显示、处理、传输、利用及其相互关 系的科学。现代电子工程学科仍然以还原论为基 本科学研究方法。还原论主张把高级运动形式还 原为低级运动形式，将电子信息系统视为更低级 、更基本的现象的集合体或组成物。“0”“1” 比特高度体现了这种哲学观点，事物可以通过比 特组合的序列来表示，运动可以通过比特代表的 数量变化来刻画，信息可以通过以比特为单位的 熵来度量。现代信息系统以数字化为特征，建立 在还原论的方法上。例如，一个通信系统由信源 编解码、信道编解码、调制解调器、射频与天线 组成，其中信道编解码模块又由若干功能电路组 成，功能电路由门电路组成，门电路由CMOS管组 成。通俗一些，一个房间由门、窗、墙壁组成， 窗户由窗框、中间的透明部分和活动构件组成， 活动构件由铰链、执手、滑轮等组成。这种分解 的思维方式在现代电子工程学科中取得了巨大的