第1章11～12信息与微电子技术
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计算机导论：第01章
计算机导论
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计算机科学与技术学科
计算机科学技术是研究计算机的设计与制造和利用计 算机进行信息获取、表示、存储、处理、控制等的理论、 原则、方法和技术的学科。它包括科学与技术两方面。科 学侧重于研究现象、揭示规律；技术则侧重于研制计算机 和研究使用计算机进行信息处理的方法与技术手段。科学 是技术的依据,技术是科学的体现；技术得益于科学,它又 向科学提出新的课题。科学与技术相辅相成、互为作用,二 者高度融合是计算机科学技术学科的突出特点。计算机科 学技术除了具有较强的科学性外,还具有较强的工程性，因 此，它是一门科学性与工程性并重的学科。表现为理论性 和实践性紧密结合的特征。
计算机导论
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信息化社会的挑战
信息化社会的特征： 建立完善的信息基础设施 采用先进的信息技术 建立广泛的信息产业 拥有高素质的信息人才 构建良好的信息环境 信息化社会不仅是科学技术进步的产物，而且也是社会管 理体制和政策激励的结果。如果没有现代化的市场体制和 相关的政策、法规，信息化社会将无法正常运作。
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计算机科学与技术学科的教育
计算机科学与技术学科的发展速度是非常快的,计
算机软、硬件系统的不断更新，使得学科的教育已经完 全不能通过跟踪流行系统的变化来跟踪学科的发展，更
不能以流行的系统来确定我们的教学内容。对计算机科
学和技术学科而言，“有限的在校时间与不断增长的知 识的矛盾”更为突出。另一方面，经过几十年的发展，
计算机导论
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优秀学生
学校应该为有才华的学生提供发挥全部潜能的机会， 使这些有才华的学生能应用课程中学到的原理进行有创 造性的工作，能在分析、设计、开发适应需求的复杂系 统过程中做出有创意的贡献；他们能够对自己和他人的 工作进行确切的评价与检验。这些优秀的人未来将有可 能领导这门学科的发展。这需要在对学生的教育过程中 有意识地为他们的成长提供帮助和锻炼的机会，更要鼓 励他们树立起强烈的创新的意识和信心，鼓励他们去探 索。
微电子技术与计算机技术的发展历史是一个不断创新的过...
第1章绪论1.1 概述微电子技术与计算机技术的发展历史是一个不断创新的过程，这种创新包括原始创新、技术创新和应用创新等。
每一项创新都能开拓出一个新的领域，带来新的巨大的市场，对我们的生产、生活方式产生重大的影响。
自集成电路发明以后，集成电路芯片的发展基本上遵循了Intel公司创始人之一的Gordon EMoore 1965年预言的摩尔定律，即每隔3年集成度增加4倍，特征尺寸缩小1.4倍。
在集成电路（IC）发展初期，电路设计都是从器件的物理版图设计入手。
后来出现了集成电路单元库（Cell-Lib），使得集成电路设计从器件级进入逻辑级，极大地推动了IC产业的发展。
不过，集成电路只有安装在整机系统中才能发挥它的作用。
IC芯片是通过印刷电路板（PCB）等技术实现整机系统的。
尽管IC的速度可以很高，功耗可以很小，但由于PCB板中IC芯片之间的连线延时、PCB板可靠性及重量等因素的限制，整机系统的性能受到了很大的限制。
随着系统向高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化的发展，系统对电路的要求越来越高。
传统集成电路设计技术已无法满足性能日益提高的整机系统的要求。
同时，由于IC设计与工艺技术水平提高，集成电路规模越来越大，复杂程度越来越高，整个系统已可以集成在一个芯片上。
目前已经可以在一个芯片上集成108～109个晶体管。
SOC（System on Chip：片上系统）就是在这种条件下应运而生的。
SOC从整个系统的角度出发，把处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路，直至器件的设计紧密结合起来，在单个（或少数几个）芯片上完成整个系统的功能。
SOC的设计以IP核为基础，以分层次的硬件描述语言为系统功能和结构的主要描述手段，借助于以计算机为平台的EDA工具进行。
研究表明，与IC组成的系统相比，由于SOC设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况，因而可以在同样的工艺技术条件下，实现更高性能的系统指标。
SOC技术，也大大促进了软硬件协同设计及计算机系统设计自动化的发展。
高中信息技术教材《信息技术基础》各章知识点汇总
● 数据库的管理
对数据库的管理，包括建立和删除数据文件，检索、统计、修改和组织数据库中的数据等，是通过数据库管理系统实现的。
◇ 数据的增加与删除
在一个数据库中，对所有符合条件的记录进行增加或删除的操作。
◇ 数据的查询
在一个数据库中，对所有符合条件的记录进行搜索，称为查询。
◇ “自由”与“规则”
◇ “虚拟”与“现实”
2．信息技术与青少年
● 合理利用信息技术
● 自觉遵守信息社会的法律、规范和道德
◇ 尊重他人的知识产权
不剽窃他人信息作品的内容；
不使用盗版书籍、软件、光盘等；
高中信息技术教材《信息技术基础》各章知识点汇总
第1章 知识要点
1. 什么是信息
2. 信息的主要特征
◇ 普遍性
◇ 依附性
◇ 共享性
◇ 价值性
◇ 时效性
程序是控制计算机动作的指令的记录集合。
算法就是解决问题的步骤集合，可以被表述和实现。
● 智能信息处理
人工智能是相对人的自然智能而言的，是指用人工的方法和技术，研制智能机器或智能系统来模仿、延伸和扩展人的智能，实现智能行为和“机器思维”，解决需要人类专家才能处理的问题。
● 信息资源管理的目的
信息资源管理的目的就是为了确保信息资源的有效利用。
2. 信息资源管理的方式
人们经常用到的信息资源管理方式主要有手工管理、计算机管理等两种。
● 手工管理方式
常见的手工管理有：通信录的管理、书目卡片的管理、财务帐簿的管理等。
第5章 知识要点
1. 信息技术与社会生活
● 信息技术对个人的影响
◇ 给个人带来了便利和实惠
计算机文化基础第1章
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算和逻辑操作。 4）工作自动化：计算机内部的操作运算是根据人们预 先编制的程序自动控制执行的。 5）精确性高：计算机的可靠性很高，差错率极低，一 般来讲只在那些人工介入的地方才有可能发生错误。
计算机文化基础
2013-7-13
17
1.2.2.2 计算机的分类
根据处理的对象划分
能的“机器人”，可以代替人在一些危险的工作岗
位上工作。有人预测，家庭智能化的机器人将是继 PC机之后下一个家庭普及的信息化产品。
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计算机文化基础
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1.3 计算机中信息的表示
1.3.1 数制及其转换 1、常见的进位计数制 2、数制的转换 3、二进制的运算规则 1.3.2 计算机中信息的表示 1、数据的单位 2、数值的表示 3、文字信息的表示
集成电路
网络时代
未来计算机
光子、量子、 DNA等
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计算机文化基础
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1.2.2.1 计算机的特点
1）运算速度快: 浪潮的“天梭”系列高性能计算机，其
运算速度已达到1.075 2万亿次/秒。 2）存储容量大：计算机的存储性是计算机区别于其他 计算工具的重要特征。 3）通用性强：通用性是计算机能够应用于各种领域的 基础，任何复杂的任务都可以分解为大量的基本的算术运
1.1 信息与信息技术
1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 信息与数据 信息技术 信息社会 ―计算机文化”的内涵
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计算机文化基础
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1.1.1 信息与数据
信息是现代社会中广泛使用的一个概念， 关于信息的定义众说纷纭 。 控制论创始人美国数学家维纳认为：信息 是我们在适应外部世界、感知外部世界的过程中 与外部世界交换的内容。 信息论创始人美国数学家香农认为：信息 能够用来消除不确定性的因素。 一般认为：信息是在自然界、人类社会和 人类思维活动中普遍存在的一切物质和事物的属 性。
算和逻辑操作。 4）工作自动化：计算机内部的操作运算是根据人们预 先编制的程序自动控制执行的。 5）精确性高：计算机的可靠性很高，差错率极低，一 般来讲只在那些人工介入的地方才有可能发生错误。
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1.2.2.2 计算机的分类
根据处理的对象划分
能的“机器人”，可以代替人在一些危险的工作岗
位上工作。有人预测，家庭智能化的机器人将是继 PC机之后下一个家庭普及的信息化产品。
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1.3 计算机中信息的表示
1.3.1 数制及其转换 1、常见的进位计数制 2、数制的转换 3、二进制的运算规则 1.3.2 计算机中信息的表示 1、数据的单位 2、数值的表示 3、文字信息的表示
集成电路
网络时代
未来计算机
光子、量子、 DNA等
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计算机文化基础
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1.2.2.1 计算机的特点
1）运算速度快: 浪潮的“天梭”系列高性能计算机，其
运算速度已达到1.075 2万亿次/秒。 2）存储容量大：计算机的存储性是计算机区别于其他 计算工具的重要特征。 3）通用性强：通用性是计算机能够应用于各种领域的 基础，任何复杂的任务都可以分解为大量的基本的算术运
1.1 信息与信息技术
1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 信息与数据 信息技术 信息社会 ―计算机文化”的内涵
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计算机文化基础
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1.1.1 信息与数据
信息是现代社会中广泛使用的一个概念， 关于信息的定义众说纷纭 。 控制论创始人美国数学家维纳认为：信息 是我们在适应外部世界、感知外部世界的过程中 与外部世界交换的内容。 信息论创始人美国数学家香农认为：信息 能够用来消除不确定性的因素。 一般认为：信息是在自然界、人类社会和 人类思维活动中普遍存在的一切物质和事物的属 性。
第1章计算机与信息技术概述
第1章计算机与信息技术概述1.1计算机概述计算是人类表达思维活动的一种方式，而计算工具则是人类思维活动的结晶。
从远古到现代，人类使用的计算工具先后经历了手工、机械和机电3个发展阶段，目前的电子计算机是人类计算工具的最新发展。
那什么是计算机呢？简单地说，计算机是一种能快速且高效地自动完成信息处理的电子设备。
它与以往的计算设备最大的区别在于，计算机实现了存储程序，即程序在计算机内部可以发生变化。
在本章中将首先简单介绍计算机的发展、特点和应用领域以及信息技术及计算机病毒等基本概念，然后重点介绍计算机中信息的表示与存储。
1.1.1计算机发展简史我国早在春秋战国时期就发明了算筹法，这使得后来的数学家祖冲之计算出了当时最精确的圆周率。
唐朝末期，标志着古老东方文明的算盘又在我国诞生。
1642年，法国数学家Pascal发明了能完成加、减运算的手摇式机械计算机。
1694年，德国数学家Leibnitz设计出了能完成加、减、乘、除和开方运算的手摇式机械计算机。
1820年，英国数学家Babbage提出了用卡片存储数据和让计算机根据条件决定下一步计算的设想。
1910年，美国IBM公司生产出了一种用卡片存储数据、用继电器完成计算的计算机。
1941年，美籍匈牙利数学家V on Neumann提出了3个非常重要的概念。
（1）存储程序：存储不仅要存储数据，而且要存储程序。
（2）采用二进制：计算机内部使用二进制。
（3）顺序控制：从存储器中取指令或数据，由控制器解释，由运算器完成计算。
这3个基本概念的提出为电子计算机的出现奠定了坚实的理论基础，而以它们为理论制造出来的计算机至今仍然是计算机体系结构的主流，V on Neumann也因此被誉为电子计算机之父。
1946年，世界上第一台电子数字积分式计算机——埃尼亚克（The Electronic Numerical Integrator And Computer，ENIAC）在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院诞生。
第1章信息技术概述1(教案)
计算机应用基础（理论）课程教案教学过程新课导入：这是大学新生入学以来的有关第一门计算机基础课程，首先向同学们介绍这门课程的地位、主要内容、考核方式以及学习方法。
让学生了解该课程的重要性，并介绍江苏省计算机等级考试一级B的相关要求。
通过提问，调查了解学生的计算机水平，以及学生对计算机的兴趣。
信息技术在人们的生活和工作中正在起着越来越重要的作用，计算机、通信、数字信息、软件这些信息时代的主要组成部分到处可见。
举例：在教学上有远程教育；在企业有电子商务；在生活中有视频聊天等等。
提问：你能说说还有哪些应用么？新课讲授：1.1信息与信息技术1信息定义信息就是信息，它既不是物质也不是能量。
——N.Wiener（控制论创始人）事物运动的状态及状态变化的方式。
——客观事物立场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。
——认识主体立场计算机是一种基于二进制运算的信息处理机器，任何需要由计算机进行处理的信息，都必须进行一定程度的形式化，并表示成二进制编码的形式。
这就引进了数据的概念。
2 与信息处理相关的行为和活动信息收集——感知、测量、识别、获取、输入等信息加工——分类、计算、分析、综合、转换、检索、管理等信息存储信息传递信息施用——控制、显示等3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4 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。
5 信息处理系统实例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6 信息化与信息社会信息产业是指生产制造信息设备，以及利用这些设备进行信息采集、存储、传递、处理、制作与服务的所有行业与部门的总和。
信息与微电子技术
(3)集成电路的发展趋势
• 集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。晶 体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的 开关速度就越快，相同面积的晶片可容纳的晶体管 数目就越多。 • 所以从集成电路问世以来，人们就一直在缩小晶体 管、电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。
IC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 (Gordon E.Moore,1965年)
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
3
第1章 信息技术概述
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)
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
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第1章 信息技术概述
读卡器收到数据后，通过接口将IC 卡数据传送给PC，PC将判断该卡 的合法性，作出相应处理
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IC卡激活后，通过辐射电 磁信号将卡内数据发射出 去(或接收读卡器送来的数 据)
第1章 信息技术概述
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 ：
现代电子技术第1章 现代电子技术概论
识产 权（IP）的开放式系统设计将成为新模式， IP模块将以某种方式形成有偿共享，信息库 资源日趋重要； （5）系统设计趋向于面向用户的系统设 计，多种技术的融合，形成更为强大的ESDA （Electronic System Design Automation ， 电子系统设计自动化）。
可编程器件包括模拟可编程器件和数字 可编程器件。 模拟可编程器件以美国Lattice公司推出 的在系统可编程模拟器件（In System Programming Programmable Analog Circuit ， ispPAC）为代表。 数字可编程器件以现场可编程门阵列 （Field Programmable Gates Array，FPGA） 和复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）为代表。 可编程技术可以以CPU（中央处理器）为 核心，以单片机、可编程器件技术、DSP、 ARM系统和PowerPC技术为基本发展标志。
1.2 EDA技术
电子设计自动化（EDA）技术是以计算机 科学和微电子技术为先导，融合了计算机图 形学、拓扑逻辑学、微电子工艺与结构学和 计算数学等多种计算机应用学科最新成果的 先进技术，它是在先进的计算机工作平台上 开发出来的一整套电子设计的软件工具。
EDA技术就是以计算机为工具，在EDA软 件平台上，对以原理图、波形图或者硬件描 述语言为系统功能描述手段完成的设计文件， 由计算机自动地完成编译、化简、综合、优 化、布局布线、仿真，直至对于目标芯片的 适配和编程下载等工作。 高速发展的可编程器件为EDA技术的不断 进步奠定了坚实的物质基础。
第1章 现代电子技术概论
1.1 概述 1.2 EDA技术
1.1 概述
由于物理学的重大突破，电子技术在20 世纪取得了惊人的进步。 现代电子技术的定义很多，但都不能包 含“现代电子技术”的全部内涵。
可编程器件包括模拟可编程器件和数字 可编程器件。 模拟可编程器件以美国Lattice公司推出 的在系统可编程模拟器件（In System Programming Programmable Analog Circuit ， ispPAC）为代表。 数字可编程器件以现场可编程门阵列 （Field Programmable Gates Array，FPGA） 和复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）为代表。 可编程技术可以以CPU（中央处理器）为 核心，以单片机、可编程器件技术、DSP、 ARM系统和PowerPC技术为基本发展标志。
1.2 EDA技术
电子设计自动化（EDA）技术是以计算机 科学和微电子技术为先导，融合了计算机图 形学、拓扑逻辑学、微电子工艺与结构学和 计算数学等多种计算机应用学科最新成果的 先进技术，它是在先进的计算机工作平台上 开发出来的一整套电子设计的软件工具。
EDA技术就是以计算机为工具，在EDA软 件平台上，对以原理图、波形图或者硬件描 述语言为系统功能描述手段完成的设计文件， 由计算机自动地完成编译、化简、综合、优 化、布局布线、仿真，直至对于目标芯片的 适配和编程下载等工作。 高速发展的可编程器件为EDA技术的不断 进步奠定了坚实的物质基础。
第1章 现代电子技术概论
1.1 概述 1.2 EDA技术
1.1 概述
由于物理学的重大突破，电子技术在20 世纪取得了惊人的进步。 现代电子技术的定义很多，但都不能包 含“现代电子技术”的全部内涵。
第1章计算机基础知识
机器人是计算机人工智能的典型例子，其核心就是计算机。 第一代机器人是机械手；第二代机器人对外界信息能够反馈，有一定 的触觉、视觉和听觉；第三代机器人是智能机器人，具有感知和理解周围 环境，使用语言、推理、规划和操纵工具的技能，能模仿人完成某些动作。 机器人不怕疲劳，精确度高，适应力强，已开始用于搬运、喷漆、焊 接和装配等工作中。机器人还能代替人在危险工作环境中劳动，如在有放 射线、污染有毒、高温、低温、高压和水下等环境中工作。
目录
1.1 计算机的发展、分类及用途 1.2 计算机中数据的表示与存储 1.3 计算机硬件系统 1.4 计算机软件系统
3
1.1 计算机的发展、分类及用途
自从数学发明以来，人类就离不开计数与计算。但 由于人脑的计算和记忆能力有限，因此复杂的计算就只 能借助功能更强大的外部工具来实现。
19世纪，电子技术的发展取得了巨大的进步， 特别是电子管的发明，把电子理论和电子元器件水 平推到了一个新的高度。同时，数理逻辑、脉冲技 术、信息论、控制论等日趋成熟，为电子计算机的 诞生提供了必要的理论基础和技术条件。
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1.1.2 计算机的分类
按处理的信号划分
数字机 所处理的数据都是以0 和1表示的二进制数字，是 不连续的离散数字，具有 运算速度快、准确、存储 量大等优点，因此适宜科 学计算、信息处理、过程 控制和人工智能等，具有 最广泛的用途。
模拟机 所处理的数据是连续 的，称为模拟量。模拟量 以电信号的幅值来模拟数 值或某物理量的大小。模 拟计算机解题速度快，适 合于解高级的微分方程， 在模拟计算和控制系统中 应用较多。
22
1.2.2 计算机中的数制
无论使用哪一种进位计数制，数值的表示都包含两个基本要素：基数和各位的“位权”。
目录
1.1 计算机的发展、分类及用途 1.2 计算机中数据的表示与存储 1.3 计算机硬件系统 1.4 计算机软件系统
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1.1 计算机的发展、分类及用途
自从数学发明以来，人类就离不开计数与计算。但 由于人脑的计算和记忆能力有限，因此复杂的计算就只 能借助功能更强大的外部工具来实现。
19世纪，电子技术的发展取得了巨大的进步， 特别是电子管的发明，把电子理论和电子元器件水 平推到了一个新的高度。同时，数理逻辑、脉冲技 术、信息论、控制论等日趋成熟，为电子计算机的 诞生提供了必要的理论基础和技术条件。
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1.1.2 计算机的分类
按处理的信号划分
数字机 所处理的数据都是以0 和1表示的二进制数字，是 不连续的离散数字，具有 运算速度快、准确、存储 量大等优点，因此适宜科 学计算、信息处理、过程 控制和人工智能等，具有 最广泛的用途。
模拟机 所处理的数据是连续 的，称为模拟量。模拟量 以电信号的幅值来模拟数 值或某物理量的大小。模 拟计算机解题速度快，适 合于解高级的微分方程， 在模拟计算和控制系统中 应用较多。
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1.2.2 计算机中的数制
无论使用哪一种进位计数制，数值的表示都包含两个基本要素：基数和各位的“位权”。
第一章 电子信息技术发展史
图1-8 意大利物理学家伏打
行，而它们只能提供短暂的 电流。
精品课件
1.1.1 电的发现
富兰克林风筝实验 ●1746年，英国伦敦一名叫柯林森的物理学 家，通过邮寄向美国费城的本杰明.富兰克 林赠送了一只莱顿瓶，并在信中向他介绍了 使用方法，这直接导致了1752年富兰克林著 名的费城实验。
精品课件
1.1.1 电的发现
精品课件
1.2.4 集成电路
集成电路示例见图1-36。
(a)第一块集成电路
(b)集成电路芯片显微照片
图 1-36 集成电路示例
精品课件
(c)各种封装好的集成电路
1.2.4 集成电路
●集成电路并不是一个一个的电路元器件连接成 的电路，而是把具有某种功能的电路“埋”在半 导体晶体管里的一种器件。它易于小型化和减少 引线端，所以具有可靠性高的优点。 ●集成电路的发明，是电子产品工艺技术的一次 革命，进一步减小了电子设备的体积，由此，它 们变得更轻、更小。
● 他做了一个把风筝放到雷雨云 里去的实验。他用金属丝把一个很 大的风筝放到云层里去，金属丝的 下端接了一段绳子，另外金属丝上 还挂了一串钥匙。当时富兰克林一 手拉住绳子，用另一手轻轻触及钥 匙。于是他立即感到一阵猛烈的冲 击（电击），同时还看到手指和钥 匙之间产生了小火花（图1-10）。
图1-10 富兰克林的风筝实验
精品课件
1.2.2 电子管
●1904年，英国工程师弗莱明(图 1-30) 发明了人类第一只电子管, 电子管的诞生， 是人类电子文明的起点。 弗莱明真空二极管的发明得益于爱迪生发 现的“爱迪生效应”。
精品课件
弗莱明采用在真空中利用电流加热灯丝的方 法，轻而易举地获得逸出物体的自由电子， 并用它做成了一种效率很高的无线电信号检 测器------真空二极管（如图1-31）。真空 二极管可使频率很高的无线电信号被整流检 波成为人们需要的信息。
行，而它们只能提供短暂的 电流。
精品课件
1.1.1 电的发现
富兰克林风筝实验 ●1746年，英国伦敦一名叫柯林森的物理学 家，通过邮寄向美国费城的本杰明.富兰克 林赠送了一只莱顿瓶，并在信中向他介绍了 使用方法，这直接导致了1752年富兰克林著 名的费城实验。
精品课件
1.1.1 电的发现
精品课件
1.2.4 集成电路
集成电路示例见图1-36。
(a)第一块集成电路
(b)集成电路芯片显微照片
图 1-36 集成电路示例
精品课件
(c)各种封装好的集成电路
1.2.4 集成电路
●集成电路并不是一个一个的电路元器件连接成 的电路，而是把具有某种功能的电路“埋”在半 导体晶体管里的一种器件。它易于小型化和减少 引线端，所以具有可靠性高的优点。 ●集成电路的发明，是电子产品工艺技术的一次 革命，进一步减小了电子设备的体积，由此，它 们变得更轻、更小。
● 他做了一个把风筝放到雷雨云 里去的实验。他用金属丝把一个很 大的风筝放到云层里去，金属丝的 下端接了一段绳子，另外金属丝上 还挂了一串钥匙。当时富兰克林一 手拉住绳子，用另一手轻轻触及钥 匙。于是他立即感到一阵猛烈的冲 击（电击），同时还看到手指和钥 匙之间产生了小火花（图1-10）。
图1-10 富兰克林的风筝实验
精品课件
1.2.2 电子管
●1904年，英国工程师弗莱明(图 1-30) 发明了人类第一只电子管, 电子管的诞生， 是人类电子文明的起点。 弗莱明真空二极管的发明得益于爱迪生发 现的“爱迪生效应”。
精品课件
弗莱明采用在真空中利用电流加热灯丝的方 法，轻而易举地获得逸出物体的自由电子， 并用它做成了一种效率很高的无线电信号检 测器------真空二极管（如图1-31）。真空 二极管可使频率很高的无线电信号被整流检 波成为人们需要的信息。
信息技术第一章《信息与信息技术》ppt课件
14
04
数字化生活与产业变革
2024/1/26
15
数字化生活表现和影响
数字化生活表现
智能手机普及，成为人们生活中不可或缺的一部分。
2024/1/26
社交媒体、短视频等数字内容消费成为日常娱乐主要方式。
16
数字化生活表现和影响
在线教育、远程办公、在线医疗等数字化服务广泛应用。
数字化生活影响
提高生活便利性，满足个性化需求。
提升社会信息化水平
新型基础设施建设能够提升社会信息化水平，促 进信息技术在经济社会各领域的广泛应用和深度 融合。
增强国家竞争力
加强新型基础设施建设有助于提升国家在信息时 代的竞争力，抢占全球数字经济发展制高点。
2024/1/26
22
05
信息安全与伦理道德问题
2024/1/26
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信息安全概念及威胁类型
学习建议
1
2
掌握基本概念和原理，为后续学习打下基础。
3
多做实践练习，加深对知识点的理解和记忆。
2024/1/26
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学习建议与拓展资源
• 关注最新技术动态，了解行业发展趋势。
2024/1/26
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学习建议与拓展资源
01
拓展资源
2024/1/26
02
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04
教材配套习题集及答案解析。
在线课程和学习网站，如 Coursera、edX等。
2024/1/26
应用软件
包括办公软件、图像处理软件、游戏软件等，是基于系统 软件开发的，用于解决各种实际问题或实现特定功能的程 序。
工具软件
包括诊断程序、调试程序、病毒防治软件等，是用于维护 和管理计算机的工具。
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数字化生活与产业变革
2024/1/26
15
数字化生活表现和影响
数字化生活表现
智能手机普及，成为人们生活中不可或缺的一部分。
2024/1/26
社交媒体、短视频等数字内容消费成为日常娱乐主要方式。
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数字化生活表现和影响
在线教育、远程办公、在线医疗等数字化服务广泛应用。
数字化生活影响
提高生活便利性，满足个性化需求。
提升社会信息化水平
新型基础设施建设能够提升社会信息化水平，促 进信息技术在经济社会各领域的广泛应用和深度 融合。
增强国家竞争力
加强新型基础设施建设有助于提升国家在信息时 代的竞争力，抢占全球数字经济发展制高点。
2024/1/26
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05
信息安全与伦理道德问题
2024/1/26
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信息安全概念及威胁类型
学习建议
1
2
掌握基本概念和原理，为后续学习打下基础。
3
多做实践练习，加深对知识点的理解和记忆。
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学习建议与拓展资源
• 关注最新技术动态，了解行业发展趋势。
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学习建议与拓展资源
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拓展资源
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04
教材配套习题集及答案解析。
在线课程和学习网站，如 Coursera、edX等。
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应用软件
包括办公软件、图像处理软件、游戏软件等，是基于系统 软件开发的，用于解决各种实际问题或实现特定功能的程 序。
工具软件
包括诊断程序、调试程序、病毒防治软件等，是用于维护 和管理计算机的工具。
第一章信息与信息技术复习
对错
答案：对
5．信息技术是指在信息的获取、整理、加工、存储、传递和利用过程中所采用的技术和方法。（ ）
对错
答案：对
_
A．共享性
B．价值相对性
C．真伪性
D．时效性
答案：D
13．“一千个读者，一千个哈姆雷特”说明对于同一件事情，不同的人可能有不同的看法。这说明了信息的哪一项特征（ ）。
A．可处理性
B．共享性
C．真伪性
D．价值相对性
答案：D
14．“玉不琢，不成器”这句话体现了信息的哪一项特征（ ）。
A．可处理性
B．时效性
答案：A
3．通信技术主要是用于扩展人的（）功能
A．处理信息B．传递信息C．收集信息D．信息的控制与使用
答案：B
4．现在我们常常听人家说到IT行业各种各样的消息。那么这里所提到的IT指的是（）。
Ａ．信息Ｂ．信息技术Ｃ．通信技术Ｄ．感测技术
答案：C
5．划分计算机发展的四个阶段的主要依据是（ ）。
A．体积B．软件系统C．耗电量D．电子元器件
C．真伪性
D．价值相对性
答案：A
二、判断题(每题10分,共50分)
15．“盲人摸象”说明信息具有不确定性。（ ）
对错
答案：错
16．“知己知彼，百战百胜”，是说战争中信息(情报)可以决定胜败，是信息的价值体现。（ ）
对错
答案：对
17．古人“烽火传书”说明了信息具有传递性（ ）
对错答案：对
18．信息价值有时候超过黄金价值。（ ）
信息技术包括:计算机技术（信息处理的核心与支柱）、通信技术、微电子技术（现代信息技术的基石）、传感技术。
计算机技术具有扩展人的思维器官处理信息和决策的功能；
答案：对
5．信息技术是指在信息的获取、整理、加工、存储、传递和利用过程中所采用的技术和方法。（ ）
对错
答案：对
_
A．共享性
B．价值相对性
C．真伪性
D．时效性
答案：D
13．“一千个读者，一千个哈姆雷特”说明对于同一件事情，不同的人可能有不同的看法。这说明了信息的哪一项特征（ ）。
A．可处理性
B．共享性
C．真伪性
D．价值相对性
答案：D
14．“玉不琢，不成器”这句话体现了信息的哪一项特征（ ）。
A．可处理性
B．时效性
答案：A
3．通信技术主要是用于扩展人的（）功能
A．处理信息B．传递信息C．收集信息D．信息的控制与使用
答案：B
4．现在我们常常听人家说到IT行业各种各样的消息。那么这里所提到的IT指的是（）。
Ａ．信息Ｂ．信息技术Ｃ．通信技术Ｄ．感测技术
答案：C
5．划分计算机发展的四个阶段的主要依据是（ ）。
A．体积B．软件系统C．耗电量D．电子元器件
C．真伪性
D．价值相对性
答案：A
二、判断题(每题10分,共50分)
15．“盲人摸象”说明信息具有不确定性。（ ）
对错
答案：错
16．“知己知彼，百战百胜”，是说战争中信息(情报)可以决定胜败，是信息的价值体现。（ ）
对错
答案：对
17．古人“烽火传书”说明了信息具有传递性（ ）
对错答案：对
18．信息价值有时候超过黄金价值。（ ）
信息技术包括:计算机技术（信息处理的核心与支柱）、通信技术、微电子技术（现代信息技术的基石）、传感技术。
计算机技术具有扩展人的思维器官处理信息和决策的功能；
大学信息技术基础(第二版)第1章
信号。 信号是数据的电磁或光脉冲编码。信号可以分为模拟信 号和数字信号。
§1.2 信息科学
“科学”(Science)与“技术”(Technology) “科
学”是指探知事物的本质、特征、内在规律以 及与其他事物的联系, 是关于自然、社会和思 维的发展与变化规律的知识体系；“技术”则 是运用科学规律解决实现某一目的的手段和方 法，泛指根据生产实践经验和科学原理而发展 形成的各种工艺操作方法、技能和技巧。 工程（Engineering）是指将科学原理应用到工 农业等生产部门中去而形成的各门学科的总称。
从信息科学的研究内容来划分，我们可以将信息科 学的基本科学体系分为三个层次（图1-5）：
(1)信息科学的哲学层次；
(2)信息科学的基础理论层次；
(3)信息科学的技术应用层次；
图1- 5 信息科学体系的三个层次
信息科学以香农创立的信息论为理论基础，以现代 科学方法论作为主要研究方法、以研究信息及其运
力功能的任务。
§1.3 信息技术
图1-7 信息技术四基元 及功能系统
由图1-7可见，信息技术四基元及其功能系统完全与 人的信息器官及其功能系统相对应。 图中也表明，通信技术和计算机与智能技术处在整 个信息技术的核心位置，感测技术和控制技术则是 核心与外部世界之间的接口。
§1.3 信息技术
人类的这四类信息器官和它们的信息功能是有机地联系
在一起的。
2.信息技术的“四基元”
(1)感测技术——感觉器官功能的延长。 (2)通信技术——传导神经网络功能的延长。 (3)计算机和智能技术——思维器官功能的延长。 (4)控制技术——效应器官功能的延长。
信息技术四基元和谐有机地合作，共同完成扩展人的智
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第1章 信息技术概述
附：背景材料
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第1章 信息技术概述
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
第1章 信息技术概述
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：
28
第1章 信息技术概述
IC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
电子管 (1904)
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)
• 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。
14
第1章 信息技术概述
什么是集成电路？
集成电路 (Integrated Circuit，简称IC)：
1.2 微电子技术简介
（1）微电子技术与集成电路 （2）集成电路的制造 （3）集成电路的发展趋势 （4）IC卡
12
第1章 信息技术概述
(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
电子电路中元器件的发展演变
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(也称为信息的载体或媒体)
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
4
第1章 信息技术概述
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、广播等 ) 信息的施用(如控制、显示等)
······
7
第1章 信息技术概述
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） ···
8
第1章 信息技术概述
现代信息技术
3大特征：
采用电子技术（包括激光技术） 以数字技术（计算机）为基础 以软件为核心
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。以后 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， 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
信息技术（Information Technology，简称IT）指 的是用来扩展人们信息器官功能、协助人们更有效 地进行信息处理的一门技术。
信息技术包括：
扩展感觉器官功能的感测(获取)与识别技术 扩展神经系统功能的通信技术 扩展大脑功能的计算(处理) 与存储技术 扩展效应器官功能的控制与显示技术
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
25
第1章 信息技术概述
(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。
工艺(μm) 晶体管(M) 时钟频率(GHz)
面积(mm2) 连线层数 晶圆直径(英寸)
1999
0.18 23.8 1.2
340 6 12
2001
0.13 47.6 1.6
340 7 12
2004
0.09 135 2.0
390 8 14
2008
0.045 539 2.655
468 9 16
2014
0.014 3500
集成电路规模
专用集成电路（ASIC）
按电路的功能分：
小规模集成电 路（SSI）
数字集成电路
中规模集成电
模拟集成电路
路（MSI）
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
大规模集成电 路（LSI）
······
超大规模集成
按集成度(芯片中包含的元器件 电路（VLSI）
什么是 IC卡？
IC卡(chip card、smart card)，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）
内容：
计算机、微电子、通信、广播、遥感遥测、自动控制、 机器人等
9
第1章 信息技术概述
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
信息处理系统的结构：
传输/存储
信息加工
传输/存储
感测与识别
信息输入
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例：Intel微处理器集成度的发展
晶体管数
CORE 2 Quad 1000x106
80386
80486
CORE 2 Duo Pentium III Pentium 4
Pentium II Pentium
100x106 10x106 106
8086
80286
100 000
8080 8008 4004
1970 1975
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 小规模集成电路 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
15
第1章 信息技术概述
集成电路的分类
பைடு நூலகம்
按用途分：
通用集成电路
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
···
3
第1章 信息技术概述
信息是什么？(2)
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
作为电子钱包（如电话卡、公交卡、加油卡等）
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第1章 信息技术概述
IC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，还配有芯片操作系统(Chip Operating System)， 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。
5
第1章 信息技术概述
人工进行信息处理的过程
信息传递 (神经系统)
信息加工与 存储(大脑)
信息传递 (神经系统)
眼/耳/鼻/舌/身
信息获取 (感觉器官)
事物客体
手/脚/身
信息施用 (效应器官)
人工信息处理的不足： 算不快
记不住 传不远 看（听）不清
信息技术（IT）
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第1章 信息技术概述
什么是信息技术？
(3)集成电路的发展趋势
• 集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。晶 体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的 开关速度就越快，相同面积的晶片可容纳的晶体管 数目就越多。 • 所以从集成电路问世以来，人们就一直在缩小晶体 管、电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。
IC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 (Gordon E.Moore,1965年)
数目)分：
极大规模集成 电路（ULSI）
元器件数目 ＜100
100~3000
3000~10万 10万~几十
亿 ＞100万
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第1章 信息技术概述
附：常见集成电路产品的类型
混
合
A/D转换器
电
路
D/A转换器
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第1章 信息技术概述
(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。
控制与显示
信息输出
第1章 信息技术概述
信息处理系统举例
雷达： 以感测与识别为主要目的 电视/广播： 以单向、点到多点的信息传递为主要