大学计算机信息技术教程

1.1 信息与信息技术
（1）什么是信息 （2）信息处理与信息技术 （3）信息处理系统
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第1章 信息技术概述
信息是什么？(1)
关于信息（information），至今并没有统一的定 义
日常生活中比较笼统和模糊的几种解释是：
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
功耗（w）
1999
0.18 23.8 1.2 340
6 12 700
90
2001
0.13 47.6 1.6
340 7 12
2004
0.09 135 2.0 390
8 14 957
130
2008
0.06 539 2.655
468 9 16
2014
0.014 3500
10 901 10 18 3350
183
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
内容：
计算机、微电子、通信、广播、遥感遥测、自动控制、 机器人等
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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：
通信/存储
信息加工
通信/存储
感测与识别
控制与显示
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。
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第1章 信息技术概述
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，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
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第1章Biblioteka Baidu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。
《大学计算机信息技术教程》
主讲：顾大明
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第1章 信息技术概述
我的联系方式
顾大明 Email： gdm9418@126.com 电话 ：13851058879 MSN ：limy_0@163.com QQ ： 4354170
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第1章 信息技术概述
第1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
电子管 (1904)
晶体管 (1948)
中/小规模 大规模/超大规模 集成电路 集成电路(1970’s) (1950’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。
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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)：
(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)
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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
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
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第1章 信息技术概述
集成电路的分类
按用途分：
通用集成电路
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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
目的 电话：以双向、点到点的信息交互为主要目的 银行：以处理金融信息为目的 图书馆：以信息收藏和检索为主要目的 因特网：跨越全球的多功能信息处理系统
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第1章 信息技术概述
1985
1990
1995
2000
安腾 Itanium 2（2002）
221M晶体管
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安腾双核 Itanium 2 Dual-Core（2006） 1.7B 晶体管
第1章 信息技术概述
集成电路技术的发展趋势
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) 引脚数目
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
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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)
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：
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）
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）
例：Intel微处理器集成度的发展
80286
80386
80486
Pentium
晶体管数 100,000,000
Pentium 4
Pentium III 10,000,000
Pentium II
1,000,000
100,000
8080 8008
4004
8086
10,000 1,000
1970
1975
1980
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
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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
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
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第1章 信息技术概述
非接触式IC卡的工作原理（选学）
读卡器发出一组固定 频率的无线电波(射频 信号)，通过天线向外 发射
当IC卡处在读卡器有效范围(一般为 5~10cm)内时，卡内的一个LC串联谐 振电路(谐振频率相同的)便产生电磁 共振，使电容充电，从而为卡内其它 电路提供2V的工作电压
什么是信息技术？
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
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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） ···
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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
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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
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)
为了做判断、订计划或求解问题等所需要的数据、资 料
···
6
第1章 信息技术概述
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
数目)分：
极大规模集成 电路（ULSI）
元器件数目 ＜100
100~3000 3000~10万 10万~100万
＞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
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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。
集成电路的制造流程
硅抛光片 硅平面工艺 晶圆 检测、分类 芯片 封装 集成电路 成品测试 成品
单晶 硅锭
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”
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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”
本章学习目标与要求
1. 了解什么是信息，什么是信息处理，什么是信息技术 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. 解释什么是信息化，信息化建设有哪些主要内容 6. 了解信息化指标体系的内容与意义
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第1章 信息技术概述
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）
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第1章 信息技术概述
集成电路的封装形式
FC-PGA2 封装方式 （Pentium 4 处理器）
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集成电路插座
第1章 信息技术概述
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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