第一章信息技术概述——1.1、1.2要点.ppt

任课教师吴晓丹 工作单位 计算机学院 保密 性别 70后 年龄 关于本课程教学几点说明 两本教材 互为补充 大学计算机信息技术课程 上课 大学计算机信息技术实验指导书 上机 教学课时 2学分 2 5学分 上课32学时 40学时 文科类一级 上机32机时 40机时 其中教师辅导一半机时 上机时间安排 课内机时 上机时间安排 课外机时 答疑时间 每次课间 上机时间 期末考试前 必要时可增加 本人电子邮箱 xiaodan ww ftp 10 33 12 5 ftp 10 33 12 8 本门课程的成绩评定 平时成绩 30 左右 期末统考成绩 70 左右 关于江苏省计算机等级考试 考试时间 每年秋学期10月中旬春季3月份考试形式笔试机试 一 笔试 考试时间为120分钟 二 机试 考试时间为70分钟 课代表 每班选出一名课代表 到班长处报名 下次课班长把确定的人选报给我 学号 姓名 电话 按勤工助学给以酬劳 有关信息技术课 课程目的学习方法 广度优先原则 面广量大 学会听课 记笔记 上机实践 教材内容的组织 第一章信息技术概述 本章学习目标与要求 1 了解什么是信息 信息处理 信息技术 2 了解什么是微电子技术 它的作用和意义 3 描述通信技术的分类和通信技术的发展前景 4 描述计算机信息处理的特点 5 介绍数字技术基础知识 1 1信息与信息技术 信息就是信息 它既不是物质也不是能量 控制论创始人维纳 N Wiener 站在客观事物立场上来看 信息指 事物运动的状态及状态变化的方式 站在认识主体立场上来看 信息指 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 内容和效用 信息与信息技术 信息运动的事物产生信息 信息处理信息处理包括信息的收集 加工 存储 传递和施用 人工进行信息处理的过程 手 脚 身 眼 耳 鼻 舌 身 信息技术 InformationTechnology 简称IT 用于扩展人们的信息器官功能 协助人们更有效地进行信息处理的一类技术 包括 感测 获取 与识别技术 扩展感觉器官功能 通信技术 扩展神经系统功能 计算 处理 与存储技术 扩展大脑功能 控制与显示技术 扩展效应器官功能 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 可以称为信息处理系统 图1 2信息处理系统示意图 依据自动化程度 人工的 半自动的 全自动的依据技术手段 机械的 电子的 光学的依据通用性 专用的 通用的 信息处理系统分类 雷达是一种以感知与识别为主要目的的系统电视 广播系统是一种单向的 点到多点 面 的以信息传递为主要目的的系统电话是一种双向的 点到点的以信息交互为主要目的的系统银行是一种以处理金融业务为主的系统图书馆是一种以信息收藏和检索为主的系统Internet是一种跨越全球的多功能信息处理系统 信息处理系统实例 现代信息技术的特点 采用电 光 子技术 以数字技术为基础以计算机为核心信息技术领域 微电子 通信 广播 计算机 遥感遥测 自动控制 机器人等 现代信息技术 1 2微电子技术简介 微电子技术 是信息技术领域中的关键技术 是实现电子电路和电子系统微型化的技术 以集成电路为核心 电子电路中使用的元器件的演变 电子管 集成电路 IntegratedCircuit简称IC 以半导体单晶片为材料 经平面工艺加工制造 将大量晶体管 电阻等元器件及互连线构成的电子线路集成在基片上 构成一个微型化的电路或系统 现代集成电路使用的半导体材料主要是硅 也可以是化合物半导体如砷化镓等 集成电路的规模 根据集成电路所包含的电子元件 如晶体管 电阻等 数目分为 根据所用晶体管结构 电路和工艺分为 双极型 Bipolar 集成电路 金属氧化物半导体 MOS 集成电路 双极 金属氧化物半导体集成电路 Bi MOS 等 集成电路分类 根据集成电路的功能分为 数字集成电路 如门电路 存储器 微处理器 微控制器 数字信号处理器等 模拟集成电路 又称为线性电路 如信号放大器 功率放大器等 集成电路分类 根据用途分为 通用集成电路 专用集成电路 ASIC 集成电路分类 集成电路芯片是微电子技术的结晶 它是计算机和通信设备的硬件核心 先进的微电子技术 高集成度芯片 高性能的计算机 利用计算机进行集成电路的设计 生产过程控制及自动测试 又能制造出性能高 成本更低的集成电路芯片 微电子技术与集成电路 集成电路是现代信息产业和信息社会的基础集成电路是改造和提升传统产业的核心技术 2000年世界半导体产值达2000亿美元 电子信息产品市场总额超过1万亿美元据预测 未来十年内世界半导体的年平均增长率将达15 以上 2010年全世界半导体的年销售额可达到6000 8000亿美元 将支持4 5万亿美元的电子装备市场 微电子技术与集成电路 集成电路的制造大约需要400多道工序 参看本章阅读材料1 1 单晶硅锭 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 集成电路的封装形式 集成电路特点 体积小 重量轻 可靠性高 Moore定律单块集成电路的集成度平均每18 24个月翻一番 GordonE Moore 1965年Intel公司创始人之一 集成电路的发展趋势 集成电路的发展趋势 集成电路的工作速度 取决于晶体管的尺寸 尺寸越小 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 集成电路的发展趋势 集成电路的发展趋势 IC技术发展 减小蚀刻尺寸 减小蚀刻尺寸 缩小晶体管 电阻 电容和连线的尺寸尺寸越小 开关速度越快 性能越高相同面积晶片可容纳的晶体管数目就越多 成本越低8086的蚀刻尺寸为3 mPentium的蚀刻尺寸是0 80 mPentium4的蚀刻尺寸当前是0 09 m 纳米 酷睿2双核的蚀刻尺寸为0 065 m 65纳米 酷睿2四核的蚀刻尺寸为0 045 m 45纳米 IC技术发展 增大晶圆面积 增大硅晶圆的面积 使每块晶圆能生产更多的芯片比如 使用0 13微米的工艺在200mm的晶圆上可以生产大约179个处理器核心 而使用同样工艺在300mm的晶圆可以制造大约427个处理器核心 而实际成本提高不多 问题 线宽进一步缩小 线路间的距离越来越窄以后 干扰将越益严重 为了减少这种干扰 可以采取减小电流 降低电压的方法来解决 但是 当晶体管的基本线条小到纳米级 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 它将无法正常工作 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 可以利用这些量子效应研制具有新功能的量子器件 从而把芯片的研制推向量子世界的新阶段 纳米芯片技术 同时 正在研究将光作为信息的载体 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 出路 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 因为当电子计算机芯片越来越趋向于0 18 m时 就会产生很多的问题 而光子计算机就可以避免 集成电路的发展趋势 量子计算机是运用量子力学来设计的 它们的特点是其潜在的运算速度将更大于电子计算机 从理论上说 它们的速度提高可以说是没有止境的 因为量子计算技术可以在同一时间内执行各种操作 同时有足够的能力来完成现在电子计算机还很难完成的任务 如说完成密码的破译和语音的识别等等 因此 欧洲已经成立了量子计算机研究所 现在估计 量子计算机可能会在今后的十五年左右出现 集成电路的发展趋势 分子计算机现在已经开发出来一种能够由氮气和二氯化碳来开动和闭关的分子计算机 这种超高速的微型计算机离现实已经很近了 这种技术将会导致只需要利用立体和光线就能够产生新的 甚至能够思考的计算机来解决目前晶体管的物理局限 使得未来的计算机的功能大大的增加 尺寸大大的缩小 集成电路的发展趋势 生物计算机实际上就是随着生物技术的发展 人们将模仿人的大脑制造一种用基因学的机制来开发的新一代计算机 现在生物计算机的模型已经出来 以色列的科学家制造了一个有可能会比单个活细胞还要小的计算机的模型 这么微小的计算机也可能将在我们的体内漫游 监视我们的健康 也许会纠正它所发现人体内哪个地方脂肪的堆积 帮助解决问题 其实每一个细胞实际上都是一个复杂的生物机件 一个系统 用这么一种仿生技术来制造生物计算机 IC卡 IC卡是 集成电路卡 的简称 chipcard或smartcard 把集成电路芯片密封在塑料卡基片内部 使其成为能存储 处理和传递数据的载体 与磁卡相比 它不受磁场影响 能可靠地存储数据 IC卡的类型 按集成电路芯片分类 1 存储器卡 此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 主要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 2 CPU卡 智能卡 集成了CPU 程序存储器和数据存储器 还配有芯片操作系统 此卡处理能力强 保密性更好 常用于作为证件和信用卡使用的重要场合 如手机中的SIM卡是一种特殊的CPU卡 IC卡的类型 按使用方式分类 1 接触式IC卡 表面有一个方型镀金接口 共有8或6个镀金触点 使用时必须插入读卡机 通过金属触点传输数据 多用于存储信息量大 读写操作较复杂的场合 易磨损 怕油污 寿命不长 如电话IC卡 接触式IC卡 2 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 解决了无源和免接触的难题 操作方便 快捷 该卡记录的信息简单 读写要求不高 常用于身份验证 采用全密封胶固化 防水 防污 使用寿命长 如我国第2代居民身份证 参看本章阅读材料1 2 非接触式IC卡在身份证中的使用 第二代身