专转本计算机第1章_信息技术概述

2020/2/191计算机专转本徐建军计算机专转本第一章信息技术概述2020/2/193第一章信息技术概述1.1信息与信息技术1.2微电子技术简介1.3通信技术入门1.4数字技术基础2020/2/1941.1信息与信息技术什么是信息信息处理与信息技术信息处理系统2020/2/195什麽是信息？(1)信息同物质和能源一样，是人们赖以生存与发展的重要资源。人类通过信息认识各种事物，借助信息的交流沟通人与人之间的联系，互相协作，从而推动社会前进。信息概述2020/2/196日常生活中信息的几种解释：–语言、文字、图画、照片等表示的内容（新闻、消息或知识）–读书、上课、交谈等所学习和了解的知识、方法、事实和情况–为了做判断、订计划或求解问题等所需要的数据、资料–···什麽是信息？(1)2020/2/197中国大百科全书的解释：从认识论层次来看，信息是指认识主体所感知或主体所表述的“事物运动的状态及状态变化的方式”信息因它所表达的内容而有一定的价值，也因能相互交流而体现其作用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(载体)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什麽是信息？(2)2020/2/198什麽是信息？(2)可传递性和共享性信息必须依附于载体信息的可处理性信息的主要特征2020/2/199什么是信息处理？信息处理指的是与下列内容相关的行为和活动：–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、电话等)–信息的施用(如控制、显示等)2020/2/1910人工进行信息处理的过程人工信息处理的不足：–算不快–记不住–传不远–看（听）不清事物客体信息获取(感觉器官)信息加工与存储(大脑)信息传递(神经系统)信息施用(效应器官)信息传递(神经系统)信息技术（IT）手/脚/身眼/耳/鼻/舌/身2020/2/1911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。人的信息器官及功能：–感觉器官（眼耳鼻舌身）——获取信息–神经网络——传递信息–思维器官（大脑）——处理信息并再生信息–效应器官（手脚）——施用信息2020/2/1912基本信息技术感知与识别技术——扩展感觉器官功能,提高人们的感知范围、感知精度和灵敏度通信技术与存储技术——扩展神经网络功能,消除人们交流信息的空间和时间障碍计算处理技术——扩展思维器官功能,增强人们的信息加工处理能力控制与显示技术——扩展效应器官功能，增强人们的信息控制能力2020/2/1913信息技术的发展历史◎语言的形成和使用◎文字的创造◎印刷技术的发明◎望远镜、显微镜◎电报和电话通信◎广播、电视◎雷达、卫星（遥感感测）◎计算机、机器人◎因特网（Internet）···2020/2/1914现代信息技术3大特征：–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–以数字技术（计算机）为基础–以软件为核心领域:–微电子、通信、广播、计算机、遥感遥测、自动控制、机器人等2020/2/1915什么是信息处理系统？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通信/存储信息加工通信/存储控制与显示感测与识别信息处理系统结构输入输出2020/2/1916信息处理系统举例雷达：以感测与识别为主要目的的系统电视/广播：以单向、点到多点（面）的以信息传递为主要目的的系统电话：以双向、点到点的信息交互为主要目的的系统银行：以处理金融信息为目的的系统图书馆：以信息收藏和检索为主要目的的系统因特网：跨越全球的多功能信息处理系统2020/2/19171.2微电子技术简介微电子技术与集成电路集成电路的制造集成电路的发展趋势IC卡2020/2/1918(1)微电子技术与集成电路微电子技术是信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础微电子技术的核心是集成电路技术2020/2/1919电子电路中元器件的发展演变•微电子技术是以集成电路为核心的电子技术，它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。晶体管(1948)中/小规模集成电路(1950’s)大规模/超大规模集成电路(1970’s)电子管(1904)2020/2/1920什么是集成电路？集成电路(IntegratedCircuit，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集成电路的优点：–体积小、重量轻–功耗小、成本低–速度快、可靠性高超大规模集成电路小规模集成电路2020/2/1921集成电路的分类按用途分：–通用集成电路–专用集成电路（ASIC）按电路的功能分：–数字集成电路–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–······按集成度(芯片中包含的元器件数目)分:集成电路规模元器件数目小规模集成电路（SSI）＜100中规模集成电路（MSI）100~3000大规模集成电路（LSI）3000~10万超大规模集成电路（VLSI）10万~100万极大规模集成电路（ULSI）＞100万2020/2/1922(2)集成电路的制造(选学)集成电路的制造工序繁多，从原料熔炼开始到最终产品包装大约需要400多道工序，工艺复杂且技术难度非常高，有一系列的关键技术。许多工序必须在恒温、恒湿、超洁净的无尘厂房内完成。目前兴建一个有两条生产线能加工8英寸晶圆的集成电路工厂需投资人民币10亿元以上。2020/2/1923集成电路的制造流程单晶硅锭经切割、研磨和抛光后制成镜面一样光滑的圆形薄片，称为“硅抛光片”硅平面工艺包括氧化、光刻、掺杂和互连等工序，最终在硅片上制成包含多层电路及电子元件的集成电路。通常每一硅抛光片上可制作成百上千个独立的集成电路，这种整整齐齐排满了集成电路的硅片称作“晶圆”对晶圆上的每个电路进行检测，然后将晶圆切开成小片，把合格的电路分类，再封装成一个个独立的集成电路进行成品测试，按其性能参数分为不同等级，贴上规格型号及出厂日期等标签，成品即可出厂硅抛光片单晶硅锭晶圆硅平面工艺芯片检测、分类集成电路封装成品测试成品2020/2/1924集成电路的封装集成电路封装目的：电功能、散热功能、机械与化学保护功能常见的封装方式：–单列直插式（SIP）–双列直插式（DIP）–阵列式（PGA）–塑料有引线芯片载体（PLCC）–扁平贴片式(PQFP)–球栅阵列封装(BGA)–小外形封装（SOP）2020/2/1925FC-PGA2封装方式（Pentium4处理器）集成电路插座集成电路的封装形式2020/2/19262020/2/1927IC集成度提高的规律Moore定律：单块集成电路的集成度平均每18个月翻一番(GordonE.Moore,1965年)19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium4晶体管数例：Intel微处理器集成度的发展2020/2/1928集成电路技术的发展趋势19992001200420082014工艺(μm)0.180.130.090.060.014晶体管(M)23.847.61355393500时钟频率(GHz)1.21.62.02.65510面积(mm2)340340390468901连线层数678910晶圆直径(英寸)1212141618引脚数目7009573350功耗（w）901301832020/2/1929进一步提高集成度的问题与出路问题：–线宽进一步缩小后，晶体管线条小到纳米级时，其电流微弱到仅有几十个甚至几个电子流动，晶体管将逼近其物理极限而无法正常工作出路：–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，人们正在利用这些量子效应研制具有全新功能的量子器件，使能开发出新的纳米芯片和量子计算机–同时，人们还在研究将自然界传播速度最快的光作为信息的载体，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2020/2/1930集成电路的发展趋势光子计算机光能够像电一样来传递信息，甚至效果更好。而且，更重要的一个特点在于它不会和周围环境发生相互干扰的作用。2020/2/1931(4)IC卡简介几乎每个人每天都与IC卡打交道，例如我们的身份证、手机SIM卡、交通卡、饭卡等等，什么是IC卡？它有哪些类型和用途？工作原理大致是怎样的？下面是简单介绍。2020/2/1932什么是IC卡？IC卡(chipcard、smartcard)，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应用举例：–作为电子证件，记录持卡人的信息，用作身份识别（如身份证、考勤卡、医疗卡、住房卡等）–作为电子钱包（如电话卡、公交卡、加油卡等）2020/2/1933IC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，还配有操作系统(ChipOperatingSystem)，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。2020/2/1934IC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，如身份验证等接触式IC卡接触式IC卡的结构非接触式IC卡2020/2/1935非接触式IC卡在身份证中的使用第二代身份证使用非接触式CPU卡，可实现“电子防伪”和“数字管理”两大功能：–电子防伪措施：个人数据和人脸图像经过加密后存储在芯片中，需要时可通过非接触式读卡器读出进行验证。需要时还可以将人体生物特征如指纹等保存在芯片中，以进一步提高防伪性能–数字管理功能：存储器能储存多达几兆字节的信息，采用分区存储，按不同安全等级授权读写采用数据库和网络技术，实现全国联网快速查询和身份识别，将使二代证在公共安全、社会管理、电子政务、电子商务等方面发挥重要作用2020/2/19361.3通信技术入门1.3.1通信的基本原理1.3.2模拟通信与数字通信1.3.3光纤通信和无线通信1.3.4移动通信2020/2/19371.3.1通信的基本原理通信系统的基本模型调制与解调多路复用技术2020/2/1938什么是通信(communication)？通信就是信息的(远距离)传递与交流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通信的发展历史：–1836年，英国建成第一条电报线路(Morse电报)–1876年，美国人A.G.Bell研制成可供实用的电话–20世纪初，马可尼实现了跨越大西洋的无线电报通信–1918年出现收音机和无线电广播–1938年第一个电视台开始播出–1940’s出现彩色