当代高新技术的发展-电子信息技术
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– 对白炽灯进行高效节能改造，并假设推广应用30%， 所节省的电能相当于三座大亚湾核电站的发电量 (139亿度/年)
• 装备的更新换代都基于信息技术的进步， 其灵巧的程度都依赖于信息技术的“智慧” 程度和使用程度
普通机床
数字化技术改造 价格相差10倍
数控机床
整机系统 高附加值
信息 技术
在成长期进入 市场，增强市
• 可存储:信息可以存储。大脑就是一个天然信息存储器。 人类发明的文字、摄影、录音、录像以及计算机存储器 等都可以进行信息存储。
• 可处理:人脑就是最佳的信息处理器。人脑的思维功能可 以进行决策、设计、研究、写作、改进、发明、创造等 多种信息处理活动。计算机也具有信息处理功能。
信息的十大基本特征
• 可传递:信息传递是与物质和能量的传递同时进行 的。语言、表情、动作、报刊、书籍、广播、电视、 电话等是人类常用的信息传递方式。
–利用电磁波：电信革命的实现，是人类划时代的进步
–计算机和网络技术：新型计算机与网络技术的出现，以及 与通信技术的结合，使信息处理第一次达到了一体化和自动 化
信息技术：信息社会的基石
• 自然界和人类社会的一切活动都在产生信息。信息是 客观事物状态和运动特征的一种普遍形式，是人类社 会、经济活动的重要资源
二、微电子技术发展及应用
电
子
微电子学
学
微电子学：Microelectronics 微电子学——微型电子学 核心——集成电路
• 微电子学（Microelectronics）： 一门研究集成 电路设计、制造、测试、封装等全过程的学科
• 半导体（Semiconductor）：内涵及外延均与微电 子类似，是早期的叫法
场竞争力
电子信息产业的战略重要性
2020年世界最大的30个市场领域：其中与信息技术相关的 24个市场，5万亿美元
市场
手提数据通讯* 个人电脑* 移动电话服务* CPU* 数据存储产品* 磁存储* 电子商务* 网络信息服务* 高密度磁存储* 系统集成芯片* 家庭医疗设备* 互联网* 有线电视* 智能传输系统* 代理软件*
10 M
Mega
Moore’s Law
Kilo 1970
1980
1990
2000
80386
2010
80486 Pentium PentiumPro
集成电路技术是近50年来发展最快的技术
年份 特征参数
设计规则m 电源电压 VDD(伏）
硅片直径尺寸 （mm） 集成度
DRAM密度（bit)
微处理器时钟频 率(Hz)
分
集成
立
电路
元
件 系统芯片(SOICC)与集成
电路(IC)的设计思想是 IICC设规计模与越不制来造越同技大的术，，水已平可它的以是提在微高一，个电子技 芯片上集成术10领8~1域09个的晶一体管场革命。
SCSI
MEMORY
Cache/SRAM or even DRAM
EISA Interface
Encryption/ Decryption
•深亚微米、超深亚微米级工艺 •基于IP复用 •主流CAD：软硬件协同设计
SYSTEM-ON-A-CHIP
集成电路走向系统芯片
IC的速度很高、功耗很小，但由于 PCB板中的连线延时、噪声、可靠 性以及重量等因素的限制，已无法 满足性能日益提高的整机系统的要求
它们所感受到的一切，都是信息。 • 大量的信息是五官不能直接感受的，人类
正通过各种手段，发明各种仪器来感知、 发现它们。
信息的十大基本特征
• 可量度: 信息可采用某种度量单位进行度量，并进行信息 编码。如现代计算机使用的二进制
• 可识别:信息可采取直观识别、比较识别和间接识别等多 种方式来把握。
• 可转换:信息可以从一种形态转换为另一种形态。如自然 信息可转换为语言、文字和图像等形态，也可转换为电 磁波信号或计算机代码。
Vdd 布线通道 参考孔
系统需求
设计
N+
P+
有源区
掩膜版
单晶、外
延材料
芯片制 造过程
检测
封装 测试
芯片的显微照片
Βιβλιοθήκη Baidu
集成电路设计的发展 六十年代的集成电路设计
•微米级工艺 •基于晶体管级互连 •主流CAD：图形编辑
Vdd A
B Out
八十年代的电子系统设计
系统
• PCB（印数电路板）集成
集成电路芯片
促进信息技术发展的需求
• 信息要求在广阔的范围内快速、可靠、安全、随 时随地地传输（通信技术）
• 新数字传送系统.wmv • 要为不断增长的、海量的、各种类型的信息提供
快速、可靠和安全的存储设备（存储技术） • 研究人的视觉、听觉、生理、心理等机制，以及
大脑结构和功能，在计算机上进行模拟，制造出 机器感知和人工智能，使信息处理技术更加智能 化（智能科学） • 机器人数字神经系统1.wmv • 机器人数字神经系统2 .wmv
处理越来越困难。 • 信息越来越多，但是信息的利用率越来越低，人们被埋
没的数据和信息的海洋之中，不知所措。 • Internet的发展开拓了人类的“视界”和互相交流的范
围。但是其无序的成长和恶意产生的“垃圾信息”给网 上信息的利用带来很大的麻烦和困难。 • 海量信息分布在广阔的网上，各节点间为了使用它们必 须相互通信，而且人参与其中，使问题更加复杂化。 • 信息的安全问题：国家安全、银行/金融系统的安全、 个人通信的安全、……
➢汉诺威电子博览会.wmv
➢国际消费电子展.wmv
信息技术对传统产业的渗透与带动作用
• 几乎所有的传统产业与信息技术结合，用电子信息技 术进行智能改造，都可以使传统产业重新焕发青春
– 全国各行业的风机、水泵的总耗电量约占了全国发 电量的30%，仅仅对风机、水泵采用变频调速等电 子技术进行改造，每年即可节电500亿度以上，相 当于三个葛洲坝电站的发电量(157亿度/年)
促进信息技术发展的需求
• 在物理实现上不断探求新思想、新原理和新方法， 使各种信息领域元器件的性能不断提高（电子技 术）
• 计算机、网络等的体系结构和处理逻辑不断改进， 发明和设计出各种新型的硬件系统。
• 创造优良的信息处理方法和高效的计算方法，以 便不断提高系统的处理效率。
• 软件的理论和技术迅速改进，设计和实现切实可 用的软件系统，包括各种系统软件、应用软件。
• 可共享:信息具有扩散性，因此可共享。
人类信息活动的五次变革
• 人类的进化史也是一部人类信息活动的演进史
• 五次巨大的变革
–语言：标志着人类信息活动的范围和效率的飞跃性提高， 人类的信息活动从具体走向抽象。
–文字：文字打破了时间和空间的限制，使信息可以传得更 久，传得更远，实现了信息的共享
–印刷术：印刷术的发明使人类信息传递的速度和范围急剧 地扩展，人类信息的存储能力进一步加强，并初步实现了广 泛的信息共享
• 可再生:信息经过处理后，可以其他形式再生。如 自然信息经过人工处理后，可用语言或图形等方式 再生成信息。输入计算机的各种数据文字等信息， 可用显示、打印、绘图等方式再生成信息。
• 可压缩:信息可以进行压缩，可以用不同的信息量 来描述同一事物。人们常常用尽可能少的信息量描 述一件事物的主要特征。
• 可利用:信息具有一定的实效性和可利用性。
销售额 （10 亿美元）
630 470 380 300 270 250 250 230 230 210 210 200 200 190 180
市场
超薄显示器* IC 卡* 地面微波广播* DNA 生物芯片* 多用途通讯设备* 半导体设备* 电力交通工具 墙壁式超薄电视* 移动电话* 直接引入工具 ITS 设备 DNA 加工食品 液晶显示器* 仿制品 燃油汽车
• 1971年：Intel推出1kb动态随机存储器（DRAM），标志着大 规模集成电路出现；
• 1971年：全球第一个微处理器4004由Intel公司推出，里程碑式 的发明
1978年：64kb动态随机存储器诞生，不足0.5平方厘米的硅片 上集成了14万个晶体管，标志着超大规模集成电路（VLSI）时 代的来临；
• 集成电路IC（Integrate Circuit）：通过一系列 特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和 电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连， “集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上， 封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能
• 芯片（chip）：没有封装的集成电路，但通常也与 集成电路混用，作为集成电路的又一个名称
第三章 当代高新技术的发展
第三节 电子信息技术
来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载
主要内容
➢ 信息技术概述 ➢ 微电子技术的应用及发展 ➢ 计算机应用技术及发展 ➢ 网络与通信技术发展 ➢ 人工智能及其发展
一、信息技术概述
• 信息：信息就是消息，一切存在都有信息 • 对人类而言，人的五官是信息的接收器，
信息技术的研究内容
• 研究信息的获取（收集）、表示（组织）、 存储、处理、传输（包括发送、路由、接 收）
• 集数学、物理学、电子学、通信技术、计 算机科学技术、智能科学技术以及控制理 论与技术等于一体的交叉学科。
信息技术的领域
核心和基础
微电子
关键技术：微电子与光电子、软件、计算机和通信
基础： 软件、微电子与光电子
•1958年美国德州仪器公司技 术专家杰克·基尔比（Kilby） 发明第一块集成电路，12个器 件，Ge晶片；2000年获得诺 贝尔物理学奖。
第一个晶体管 第一块集成电路 迟到了四十二年的奖
微电子技术发展史上的几个里程碑
• 1962年Wanlass——CMOS技术；现在集成电路产业中占95% 以上；
• 信息科学技术的发展改变了人们的生产、生活方式， 真正实现了“天涯若比邻”的理想
• 社会的各个部分通过网络系统连接成一个整体，由高 速大容量光纤和通讯卫星群以光速和宽频带地传送信 息，从而使社会信息化、网络化和数字化。
• 实现社会信息化的网络及其关键部件是各种计算机或 通讯机
➢目前，全世界计算机不包括微机在内有几百万台，微 机总量约6亿台，每年由计算机完成的工作量超过 4000亿人年工作量
•亚微米级工艺 •依赖工艺 •基于标准单元互连 •主流CAD:门阵列 标准单元
世纪之交的电子系统设计
I/O Interface
LAN Interface
PCI Interface
VRAM
DSP
Processor Glue
Core
Glue Processor Core
Motion
Graphics MPEG
番），而加工特征尺寸缩小 倍2 ，这就是摩尔定律
芯片上的体管数目 微处理器性能每三年翻两番 10 G
1G
100 M
10 M
1M
100 K
10 K
1K
0.1 K1970
1980
1990
2000 2010
微处理器的性能
100 G 10 G Giga
100 M
8080
8086
80286
Peak Advertised Performance Real Applied (PAP) Performance (RAP) 41% Growth
平均晶体管价格$
1959 25 5 5 6
10
1970-1971 8 5
30 2103
1K
750K 0.3
2000 0.18 1.5
300 2109
1G
1G 10-6
比率 140
3
60 3108
106
>103 107
按此比率下降，小汽车价格不到1美分
• 集成电路设计与制造的主要流程
Vss poly 栅
1988年：16M DRAM（主存储器）问世，1平方厘米大小的硅 片 上 集 成 有 3500 万 个 晶 体 管 ， 标 志 着 进 入 超 大 规 模 集 成 电 路 （ULSI）阶段；
第一个CPU：4004
Pentium III CPU芯片
微电子技术发展的规律
不断提高产品的性能价格比是微电子技术发展的动力 集成电路芯片的集成度每三年提高4倍（18个月翻一
• 集成系统芯片SOC（system on a chip）：微电子 学和集成电路技术发展的产物，指在单芯片上实现 系统级的功能
微电子技术的发展历史
• 1947年12月23日，W. Schokley领导的贝尔实验室设 计研制出第一个NPN型 Ge晶 体管， 肖力克与布拉顿、巴丁 共同获得1956年Nobel物理奖。
销售额 （10 亿美元）
170 165 160 160 155 150 150 145 140 140 140 135 120 115 110
信息技术面临的问题
• 人类已经进入“信息化社会” 或“数字化社会”。 • 信息爆炸，信息存量指数递增。处理能力的增长远远赶
不上信息量的增长。 • 信息不但在量上呈爆炸趋势，而且信息结构越来越复杂，
• 装备的更新换代都基于信息技术的进步， 其灵巧的程度都依赖于信息技术的“智慧” 程度和使用程度
普通机床
数字化技术改造 价格相差10倍
数控机床
整机系统 高附加值
信息 技术
在成长期进入 市场，增强市
• 可存储:信息可以存储。大脑就是一个天然信息存储器。 人类发明的文字、摄影、录音、录像以及计算机存储器 等都可以进行信息存储。
• 可处理:人脑就是最佳的信息处理器。人脑的思维功能可 以进行决策、设计、研究、写作、改进、发明、创造等 多种信息处理活动。计算机也具有信息处理功能。
信息的十大基本特征
• 可传递:信息传递是与物质和能量的传递同时进行 的。语言、表情、动作、报刊、书籍、广播、电视、 电话等是人类常用的信息传递方式。
–利用电磁波：电信革命的实现，是人类划时代的进步
–计算机和网络技术：新型计算机与网络技术的出现，以及 与通信技术的结合，使信息处理第一次达到了一体化和自动 化
信息技术：信息社会的基石
• 自然界和人类社会的一切活动都在产生信息。信息是 客观事物状态和运动特征的一种普遍形式，是人类社 会、经济活动的重要资源
二、微电子技术发展及应用
电
子
微电子学
学
微电子学：Microelectronics 微电子学——微型电子学 核心——集成电路
• 微电子学（Microelectronics）： 一门研究集成 电路设计、制造、测试、封装等全过程的学科
• 半导体（Semiconductor）：内涵及外延均与微电 子类似，是早期的叫法
场竞争力
电子信息产业的战略重要性
2020年世界最大的30个市场领域：其中与信息技术相关的 24个市场，5万亿美元
市场
手提数据通讯* 个人电脑* 移动电话服务* CPU* 数据存储产品* 磁存储* 电子商务* 网络信息服务* 高密度磁存储* 系统集成芯片* 家庭医疗设备* 互联网* 有线电视* 智能传输系统* 代理软件*
10 M
Mega
Moore’s Law
Kilo 1970
1980
1990
2000
80386
2010
80486 Pentium PentiumPro
集成电路技术是近50年来发展最快的技术
年份 特征参数
设计规则m 电源电压 VDD(伏）
硅片直径尺寸 （mm） 集成度
DRAM密度（bit)
微处理器时钟频 率(Hz)
分
集成
立
电路
元
件 系统芯片(SOICC)与集成
电路(IC)的设计思想是 IICC设规计模与越不制来造越同技大的术，，水已平可它的以是提在微高一，个电子技 芯片上集成术10领8~1域09个的晶一体管场革命。
SCSI
MEMORY
Cache/SRAM or even DRAM
EISA Interface
Encryption/ Decryption
•深亚微米、超深亚微米级工艺 •基于IP复用 •主流CAD：软硬件协同设计
SYSTEM-ON-A-CHIP
集成电路走向系统芯片
IC的速度很高、功耗很小，但由于 PCB板中的连线延时、噪声、可靠 性以及重量等因素的限制，已无法 满足性能日益提高的整机系统的要求
它们所感受到的一切，都是信息。 • 大量的信息是五官不能直接感受的，人类
正通过各种手段，发明各种仪器来感知、 发现它们。
信息的十大基本特征
• 可量度: 信息可采用某种度量单位进行度量，并进行信息 编码。如现代计算机使用的二进制
• 可识别:信息可采取直观识别、比较识别和间接识别等多 种方式来把握。
• 可转换:信息可以从一种形态转换为另一种形态。如自然 信息可转换为语言、文字和图像等形态，也可转换为电 磁波信号或计算机代码。
Vdd 布线通道 参考孔
系统需求
设计
N+
P+
有源区
掩膜版
单晶、外
延材料
芯片制 造过程
检测
封装 测试
芯片的显微照片
Βιβλιοθήκη Baidu
集成电路设计的发展 六十年代的集成电路设计
•微米级工艺 •基于晶体管级互连 •主流CAD：图形编辑
Vdd A
B Out
八十年代的电子系统设计
系统
• PCB（印数电路板）集成
集成电路芯片
促进信息技术发展的需求
• 信息要求在广阔的范围内快速、可靠、安全、随 时随地地传输（通信技术）
• 新数字传送系统.wmv • 要为不断增长的、海量的、各种类型的信息提供
快速、可靠和安全的存储设备（存储技术） • 研究人的视觉、听觉、生理、心理等机制，以及
大脑结构和功能，在计算机上进行模拟，制造出 机器感知和人工智能，使信息处理技术更加智能 化（智能科学） • 机器人数字神经系统1.wmv • 机器人数字神经系统2 .wmv
处理越来越困难。 • 信息越来越多，但是信息的利用率越来越低，人们被埋
没的数据和信息的海洋之中，不知所措。 • Internet的发展开拓了人类的“视界”和互相交流的范
围。但是其无序的成长和恶意产生的“垃圾信息”给网 上信息的利用带来很大的麻烦和困难。 • 海量信息分布在广阔的网上，各节点间为了使用它们必 须相互通信，而且人参与其中，使问题更加复杂化。 • 信息的安全问题：国家安全、银行/金融系统的安全、 个人通信的安全、……
➢汉诺威电子博览会.wmv
➢国际消费电子展.wmv
信息技术对传统产业的渗透与带动作用
• 几乎所有的传统产业与信息技术结合，用电子信息技 术进行智能改造，都可以使传统产业重新焕发青春
– 全国各行业的风机、水泵的总耗电量约占了全国发 电量的30%，仅仅对风机、水泵采用变频调速等电 子技术进行改造，每年即可节电500亿度以上，相 当于三个葛洲坝电站的发电量(157亿度/年)
促进信息技术发展的需求
• 在物理实现上不断探求新思想、新原理和新方法， 使各种信息领域元器件的性能不断提高（电子技 术）
• 计算机、网络等的体系结构和处理逻辑不断改进， 发明和设计出各种新型的硬件系统。
• 创造优良的信息处理方法和高效的计算方法，以 便不断提高系统的处理效率。
• 软件的理论和技术迅速改进，设计和实现切实可 用的软件系统，包括各种系统软件、应用软件。
• 可共享:信息具有扩散性，因此可共享。
人类信息活动的五次变革
• 人类的进化史也是一部人类信息活动的演进史
• 五次巨大的变革
–语言：标志着人类信息活动的范围和效率的飞跃性提高， 人类的信息活动从具体走向抽象。
–文字：文字打破了时间和空间的限制，使信息可以传得更 久，传得更远，实现了信息的共享
–印刷术：印刷术的发明使人类信息传递的速度和范围急剧 地扩展，人类信息的存储能力进一步加强，并初步实现了广 泛的信息共享
• 可再生:信息经过处理后，可以其他形式再生。如 自然信息经过人工处理后，可用语言或图形等方式 再生成信息。输入计算机的各种数据文字等信息， 可用显示、打印、绘图等方式再生成信息。
• 可压缩:信息可以进行压缩，可以用不同的信息量 来描述同一事物。人们常常用尽可能少的信息量描 述一件事物的主要特征。
• 可利用:信息具有一定的实效性和可利用性。
销售额 （10 亿美元）
630 470 380 300 270 250 250 230 230 210 210 200 200 190 180
市场
超薄显示器* IC 卡* 地面微波广播* DNA 生物芯片* 多用途通讯设备* 半导体设备* 电力交通工具 墙壁式超薄电视* 移动电话* 直接引入工具 ITS 设备 DNA 加工食品 液晶显示器* 仿制品 燃油汽车
• 1971年：Intel推出1kb动态随机存储器（DRAM），标志着大 规模集成电路出现；
• 1971年：全球第一个微处理器4004由Intel公司推出，里程碑式 的发明
1978年：64kb动态随机存储器诞生，不足0.5平方厘米的硅片 上集成了14万个晶体管，标志着超大规模集成电路（VLSI）时 代的来临；
• 集成电路IC（Integrate Circuit）：通过一系列 特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和 电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连， “集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上， 封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能
• 芯片（chip）：没有封装的集成电路，但通常也与 集成电路混用，作为集成电路的又一个名称
第三章 当代高新技术的发展
第三节 电子信息技术
来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载
主要内容
➢ 信息技术概述 ➢ 微电子技术的应用及发展 ➢ 计算机应用技术及发展 ➢ 网络与通信技术发展 ➢ 人工智能及其发展
一、信息技术概述
• 信息：信息就是消息，一切存在都有信息 • 对人类而言，人的五官是信息的接收器，
信息技术的研究内容
• 研究信息的获取（收集）、表示（组织）、 存储、处理、传输（包括发送、路由、接 收）
• 集数学、物理学、电子学、通信技术、计 算机科学技术、智能科学技术以及控制理 论与技术等于一体的交叉学科。
信息技术的领域
核心和基础
微电子
关键技术：微电子与光电子、软件、计算机和通信
基础： 软件、微电子与光电子
•1958年美国德州仪器公司技 术专家杰克·基尔比（Kilby） 发明第一块集成电路，12个器 件，Ge晶片；2000年获得诺 贝尔物理学奖。
第一个晶体管 第一块集成电路 迟到了四十二年的奖
微电子技术发展史上的几个里程碑
• 1962年Wanlass——CMOS技术；现在集成电路产业中占95% 以上；
• 信息科学技术的发展改变了人们的生产、生活方式， 真正实现了“天涯若比邻”的理想
• 社会的各个部分通过网络系统连接成一个整体，由高 速大容量光纤和通讯卫星群以光速和宽频带地传送信 息，从而使社会信息化、网络化和数字化。
• 实现社会信息化的网络及其关键部件是各种计算机或 通讯机
➢目前，全世界计算机不包括微机在内有几百万台，微 机总量约6亿台，每年由计算机完成的工作量超过 4000亿人年工作量
•亚微米级工艺 •依赖工艺 •基于标准单元互连 •主流CAD:门阵列 标准单元
世纪之交的电子系统设计
I/O Interface
LAN Interface
PCI Interface
VRAM
DSP
Processor Glue
Core
Glue Processor Core
Motion
Graphics MPEG
番），而加工特征尺寸缩小 倍2 ，这就是摩尔定律
芯片上的体管数目 微处理器性能每三年翻两番 10 G
1G
100 M
10 M
1M
100 K
10 K
1K
0.1 K1970
1980
1990
2000 2010
微处理器的性能
100 G 10 G Giga
100 M
8080
8086
80286
Peak Advertised Performance Real Applied (PAP) Performance (RAP) 41% Growth
平均晶体管价格$
1959 25 5 5 6
10
1970-1971 8 5
30 2103
1K
750K 0.3
2000 0.18 1.5
300 2109
1G
1G 10-6
比率 140
3
60 3108
106
>103 107
按此比率下降，小汽车价格不到1美分
• 集成电路设计与制造的主要流程
Vss poly 栅
1988年：16M DRAM（主存储器）问世，1平方厘米大小的硅 片 上 集 成 有 3500 万 个 晶 体 管 ， 标 志 着 进 入 超 大 规 模 集 成 电 路 （ULSI）阶段；
第一个CPU：4004
Pentium III CPU芯片
微电子技术发展的规律
不断提高产品的性能价格比是微电子技术发展的动力 集成电路芯片的集成度每三年提高4倍（18个月翻一
• 集成系统芯片SOC（system on a chip）：微电子 学和集成电路技术发展的产物，指在单芯片上实现 系统级的功能
微电子技术的发展历史
• 1947年12月23日，W. Schokley领导的贝尔实验室设 计研制出第一个NPN型 Ge晶 体管， 肖力克与布拉顿、巴丁 共同获得1956年Nobel物理奖。
销售额 （10 亿美元）
170 165 160 160 155 150 150 145 140 140 140 135 120 115 110
信息技术面临的问题
• 人类已经进入“信息化社会” 或“数字化社会”。 • 信息爆炸，信息存量指数递增。处理能力的增长远远赶
不上信息量的增长。 • 信息不但在量上呈爆炸趋势，而且信息结构越来越复杂，