第1章信息技术概述

1、第第1章章 信息技术概述信息技术概述1.1 信息与信息技术信息与信息技术1.2 数字技术基础数字技术基础1.3 微电子技术简介微电子技术简介2第1章 信息技术概述1.1 信息与信息技术信息与信息技术（1）什么是信息）什么是信息（2）信息技术与信息产业）信息技术与信息产业（3）信息化与信息社会）信息化与信息社会3第1章 信息技术概述信息信息(information)是什么？是什么？n信息有多种多样的信息有多种多样的含义含义，至今并没有统一的定义，至今并没有统一的定义n日常生活中比较笼统和模糊的理解是：日常生活中比较笼统和模糊的理解是：n语言、文字、图画、照片等所表达的语言、文字、图画、照片等所表

2、达的内容、事实或消息内容、事实或消息n读书、听课、交谈等所学习和了解的读书、听课、交谈等所学习和了解的知识、方法和情况知识、方法和情况n为了做判断、订计划或解决问题等所需要的为了做判断、订计划或解决问题等所需要的数据和资料数据和资料nn比较正式也比较抽象一些的描述是：比较正式也比较抽象一些的描述是： 信息是事物运动状态和特征的反映信息是事物运动状态和特征的反映n信息就是信息，它不是物质也不是能量信息就是信息，它不是物质也不是能量 信息与信息与物质物质、能量能量是客观是客观世界世界的的三大构成要素。三大构成要素。 美国哈佛大学的研美国哈佛大学的研究小组提出了著名的资究小组提出了著名的资源三角形：

3、没有物质，源三角形：没有物质，什么也不存在；没有能什么也不存在；没有能量，什么也不会发生；量，什么也不会发生；没有信息，任何事物都没有信息，任何事物都没有意义。没有意义。4第1章 信息技术概述人工进行信息处理的过程人工进行信息处理的过程 n人工信息处理的不足：人工信息处理的不足：n 算不快算不快n 记不住记不住n 传不远传不远n 看（听）不清看（听）不清事物事物客体客体信息获取信息获取(感觉器官感觉器官)信息加工与信息加工与存储存储(大脑大脑)信息传递信息传递(神经系统神经系统)信息施用信息施用(效应器官效应器官)信息传递信息传递(神经系统神经系统)信息技术（信息技术（it）手手/脚脚/身身眼

4、眼/耳耳/鼻鼻/舌舌/身身5第1章 信息技术概述什么是信息技术？什么是信息技术？n信息技术（信息技术（information technology，或，或 information & communication technology，简称，简称it或或ict ）指的是用来扩）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。内容包括：技术。内容包括： 扩展感觉器官功能扩展感觉器官功能的的感测感测( (获取获取) ) 技术技术扩展神经系统功扩展神经系统功能的能的通信技术通信技术扩展大脑功能的扩展大脑功能的计算计算与存储技

5、术与存储技术扩展效应器官功能扩展效应器官功能的的控制与显示技术控制与显示技术扩展神经系统功扩展神经系统功能的能的通信技术通信技术外部世界事物外部世界事物6第1章 信息技术概述信息技术的发展历史信息技术的发展历史语言的形成和使用语言的形成和使用 文字的创造文字的创造 造纸技术的出现造纸技术的出现 印刷技术的发明印刷技术的发明 电报和电话通信电报和电话通信 广播、电视广播、电视 雷达、雷达、卫星卫星 计算机计算机 因特网因特网 第第1 1次信息技术革命次信息技术革命（3500050000年之前）年之前）第第3 3次信息技术革命次信息技术革命第第5 5次信息技术革命次信息技术革命（2020世纪世纪4

6、0406060年代）年代）第第4 4次信息技术革命次信息技术革命（1919世纪世纪30302020世纪世纪4040年代）年代）（10001000年之前）年之前）第第2 2次信息技术革命次信息技术革命（大约（大约3500年之前）年之前）现代现代信息信息技术技术7第1章 信息技术概述现代信息技术有什么特征？现代信息技术有什么特征？n三大特征：三大特征：n采用微电子和光电子器件采用微电子和光电子器件n以数字技术（计算机）为基础以数字技术（计算机）为基础n以软件为核心以软件为核心n核心技术：核心技术：n计算机计算机、集成电路集成电路、通信通信、广播、互联网、自动控制、广播、互联网、自动控制、机器人等机

7、器人等8第1章 信息技术概述什么是信息产业？什么是信息产业？n信息产业信息产业( (也称为也称为“电子信息产业电子信息产业”) )是指信息设备生产是指信息设备生产制造，以及利用这些设备进行信息采集、储存、传递、制造，以及利用这些设备进行信息采集、储存、传递、处理、制作与服务的所有行业与部门的总和处理、制作与服务的所有行业与部门的总和影视制作影视制作,动漫与游戏制动漫与游戏制作，数字文化作，数字文化(音乐音乐/美术美术/广告等广告等),电子出版电子出版通信与广播，电子政务通信与广播，电子政务/商务商务/金融金融, 网络教育网络教育,电电子医疗子医疗,电子娱乐电子娱乐/游戏游戏信息服务业信息服务业

8、信息内容产业信息内容产业芯片,计算机,手机,通信设备,数字电视,软件,电子器件等信息基础设施信息基础设施电信网络,广播电视网络,互联网络等的建设、维护、经营和管理信信息息技技术术信息设备制造业信息设备制造业9第1章 信息技术概述我国信息产业存在哪些问题？我国信息产业存在哪些问题？(1)(1)核心技术、关键设备和元器件受制于人核心技术、关键设备和元器件受制于人（高端芯片、核心软件、（高端芯片、核心软件、关键元器件、高端设备以及专用设备等）关键元器件、高端设备以及专用设备等）(2)(2)产业结构亟需优化产业结构亟需优化（信息产业位于国际产业分工的价值链低端，（信息产业位于国际产业分工的价值链低端，

9、加工组装的比重高，经济效益低，主要依靠降价销售参与市场竞加工组装的比重高，经济效益低，主要依靠降价销售参与市场竞争）争）(3)(3)信息技术应用水平不高信息技术应用水平不高(4)(4)体制机制有待完善体制机制有待完善10第1章 信息技术概述人类正进入信息社会人类正进入信息社会信息社会信息技术革命信息资源信息与知识生产工业社会工业革命资本与技术工业化生产农业社会农业革命土地农产品种植产业革命推动社会变革产业革命推动社会变革人类正进入信息社会信息技术不断创新信息技术不断创新信息产业持续发展信息产业持续发展信息网络广泛普及信息网络广泛普及1.2 数字技术基础数字技术基础1.2.1 比特比特1.2.2

10、 比特与二进制数比特与二进制数1.2.3 信息在计算机中的表示信息在计算机中的表示1.2.4 比特的运算比特的运算1.2.5 小结小结12第1章 信息技术概述1.2.1 信息的基本单位信息的基本单位 比特比特(bit)（1）什么是比特）什么是比特（2）比特的存储）比特的存储（3）比特的传输）比特的传输13第1章 信息技术概述什么是比特？什么是比特？n比特（比特（bit，binary digit的缩写）中文翻译为的缩写）中文翻译为“二进二进位数字位数字”、“二进位二进位” 或简称为或简称为 “位位”n比特只有比特只有 2 种取值：种取值：0和和1，一般无大小之分，一般无大小之分n如同如同dna是

11、人体组织的最小单位、原子是物质的最是人体组织的最小单位、原子是物质的最小组成单位一样，小组成单位一样，比特是组成数字信息的最小单位比特是组成数字信息的最小单位n数值、文字、符号、图像、声音、命令数值、文字、符号、图像、声音、命令都可以都可以使用比特来表示使用比特来表示14第1章 信息技术概述存储容量的计量单位存储容量的计量单位n 8个比特个比特1个字节（个字节（byte，用大写，用大写b表示）表示）n计算机内存储器容量的计量单位：计算机内存储器容量的计量单位：nkb: 1 kb=210字节字节=1024 b （千字节）（千字节）nmb: 1 mb=220字节字节=1024 kb（兆字节）（兆字

12、节）ngb: 1 gb=230字节字节=1024 mb（吉字节、千兆字节）（吉字节、千兆字节）ntb: 1 tb=240字节字节=1024 gb（太字节、兆兆字节）（太字节、兆兆字节）n外存储器容量经常使用外存储器容量经常使用10的幂次来计算：的幂次来计算：n1mb103 kb 1 000 kbn1gb106 kb 1 000 000 kbn1tb 109 kb = 1 000 000 000 kb15第1章 信息技术概述现现 象象 160gb的移动硬盘的移动硬盘为什么为什么160gb的硬盘显示出来的容量只有的硬盘显示出来的容量只有149.05gb？8gb的的u盘显示出盘显示出来的容量只有来的

13、容量只有7.46gb？16第1章 信息技术概述不同进位制前缀的使用场合不同进位制前缀的使用场合n内存、内存、cache、半导体存储器芯片的容量均使、半导体存储器芯片的容量均使用二进制前缀：用二进制前缀：n512mb的内存条（其中的内存条（其中 1m220 ）n256kb 的的cache（其中（其中 1k 210 ）n文件和文件夹的大小使用二进制前缀文件和文件夹的大小使用二进制前缀n频率、传输速率等使用十进制前缀：频率、传输速率等使用十进制前缀：n主频主频 1ghz（1g109）n传输速率传输速率 100mbps（其中（其中 1m106）n外存储器（硬盘、外存储器（硬盘、dvd光盘、光盘、u盘、

14、存储卡等）盘、存储卡等）容量：容量：n厂商标注的容量使用十进制前缀厂商标注的容量使用十进制前缀n操作系统显示的容量使用二进制前缀操作系统显示的容量使用二进制前缀17第1章 信息技术概述比特的传输比特的传输n信息是可以传输的，信息只有通过传输和交流才能发挥信息是可以传输的，信息只有通过传输和交流才能发挥它的作用它的作用n在数字通信技术中，信息的传输是通过比特的传输来实在数字通信技术中，信息的传输是通过比特的传输来实现的现的n近距离传输时：直接将用于表示近距离传输时：直接将用于表示“0/1”的电信号或光信的电信号或光信号进行传输（称为号进行传输（称为基带传输基带传输），例如：），例如：n计算机读计

15、算机读/写移动硬盘中的文件写移动硬盘中的文件n打印机打印某个文档的内容打印机打印某个文档的内容n远距离传输或者无线传输时：需要使用远距离传输或者无线传输时：需要使用调制技术调制技术（参见（参见第第4章第章第1节）节） 18第1章 信息技术概述比特的传输速率比特的传输速率n传输速率传输速率表示每秒钟可传输的二进位数目，常用单表示每秒钟可传输的二进位数目，常用单位是：位是：n比特比特/秒秒(b/s)，也称，也称“bps”。如。如 2400 bps(2400b/s)n千比特千比特/秒秒(kb/s)，1kb/s=103比特秒比特秒=1 000 b/sn兆比特兆比特/秒秒(mb/s)，1mb/s=106

16、比特秒比特秒=1 000 kb/sn吉比特吉比特/秒秒(gb/s)，1gb/s=109比特秒比特秒=1 000 mb/sn太比特太比特/秒秒(tb/s)，1tb/s=1012比特秒比特秒=1 000 gb/s 19第1章 信息技术概述1.2.2 比特与二进制数比特与二进制数（1）不同进位制数的表示和含义）不同进位制数的表示和含义（2）不同进位制数的相互转换）不同进位制数的相互转换（3）二进制数的算术运算）二进制数的算术运算20第1章 信息技术概述不同进位制数的比较不同进位制数的比较十进制十进制二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制零零0000000壹壹1000111贰贰2001022叁叁30

17、01133肆肆4010044伍伍5010155陆陆6011066柒柒7011177捌捌81000108玖玖91001119拾拾10101012a拾壹拾壹11101113b拾贰拾贰12110014c拾叁拾叁13110115d拾肆拾肆14111016e拾伍拾伍15111117f不同进制数的相互转换不同进制数的相互转换 熟练掌握不同进制数相互之间的转熟练掌握不同进制数相互之间的转换，在编写程序和设计数字逻辑电路换，在编写程序和设计数字逻辑电路时很有用时很有用 只要学会二进制数与十进制数之间只要学会二进制数与十进制数之间的转换，与八进制、十六进制数的转的转换，与八进制、十六进制数的转换就不在话下了换就

18、不在话下了22第1章 信息技术概述十进制数十进制数 二进制数二进制数n转换方法：转换方法：整数和小数放开转换整数和小数放开转换 整数部分：除以整数部分：除以2 2逆序取余逆序取余 小数部分：乘以小数部分：乘以2 2顺序取整顺序取整n例如：例如：29.687529.6875 11101.1011 b n注意：十进制小数（如注意：十进制小数（如0.630.63）在转换时会出现）在转换时会出现二二进制无穷小数，这时只能进制无穷小数，这时只能取近似值取近似值整整数数部部分分小小数数部部分分23第1章 信息技术概述二进制数二进制数 十进制数十进制数n转换方法：转换方法： 二进制数的每一位乘以其相应的权值

19、，然后累二进制数的每一位乘以其相应的权值，然后累加即可得到它的十进制数值加即可得到它的十进制数值例：例： 11101.1011b = 124123122021120 121022123124 = 29.6875 24第1章 信息技术概述记住记住2n的值很有用！的值很有用！n21=2n22=4n23=8n24=16n25=32n26=64n27=128n28=256n29=512n210=1024n211=2048n212=4096n213=8192n214=16384n215=32768n216=65536n220=1mn230=1gn240=1t二进制二进制 十进制值十进制值0.1 0.50

20、.01 0.250.11 0.750.001 0.1250.011 0.3750.101 0.6250.111 0.875记住常用二进制记住常用二进制小数的值！小数的值！25第1章 信息技术概述八进制数与二进制数的互换八进制数与二进制数的互换n八进制八进制二进制：二进制：把每个八进制数字改写成等值的把每个八进制数字改写成等值的3位二进位二进制数，且保持高低位的次序不变制数，且保持高低位的次序不变 例：例： 2467.32q 010 100 110 111 . 011 010 bn二进制二进制八进制：八进制：整数部分从低位向高位每整数部分从低位向高位每3位用一个等值位用一个等值的八进制数来替换，

21、不足的八进制数来替换，不足3位时在高位补位时在高位补0凑满凑满3位；小数部位；小数部分从高位向低位每分从高位向低位每3位用一个等值八进制数来替换，不足位用一个等值八进制数来替换，不足3位时在低位补位时在低位补0凑满三位凑满三位 例：例： 1 101 001 110.110 01 b 001 101 001 110.110 010 b 1516.62 q 八进制数八进制数 二进制数二进制数 八进制数八进制数 二进制数二进制数 0 000 4 100 0 000 4 100 1 001 5 101 1 001 5 101 2 010 6 110 2 010 6 110 3 011 7 111 3

22、011 7 1111位八进制位八进制数与数与3位二位二进制数的对进制数的对应 关 系 ：应 关 系 ：26第1章 信息技术概述十六进制数与二进制数的互换十六进制数与二进制数的互换n转换方法：与八、二进制互换的方法类似转换方法：与八、二进制互换的方法类似例例1：35a2.cfh 11 0101 1010 0010.1100 1111b例例2：11 0100 1110.1100 11b 34e.cch十六进制数十六进制数 二进制数二进制数 十六进制数十六进制数 二进制数二进制数 0 0000 8 10000 0000 8 1000 1 0001 9 1001 1 0001 9 1001 2 001

23、0 a 1010 2 0010 a 1010 3 0011 b 1011 3 0011 b 1011 4 0100 c 1100 4 0100 c 1100 5 0101 d 1101 5 0101 d 1101 6 0110 e 1110 6 0110 e 1110 7 0111 f 1111 7 0111 f 1111n1 1位十六进制数与位十六进制数与4 4位二进制数的对应关系：位二进制数的对应关系：27第1章 信息技术概述二进制数的算术运算二进制数的算术运算n1 1位二进制数的加、减法运算规则：位二进制数的加、减法运算规则：被加数被加数 加数加数 进位进位 和和 0 0 0 0 0 1

24、 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0（a）加法规则）加法规则被减数被减数 减数减数 借位借位 差差 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0（b）减法规则）减法规则n2 2个多位二进制数的加、减法运算举例：个多位二进制数的加、减法运算举例：0101 1001+ 0100 01001001 0101由低位到高位逐由低位到高位逐位进行位进行,低位向低位向高位进高位进(借借)位！位！28第1章 信息技术概述1.2.3 信息在计算机中的表示信息在计算机中的表示（1）数值的表示）数值的表示（2）(西文西文)字符的表示字符的表示（3）(黑白黑白)图像的表示图像的表示带符号整数的表

25、示带符号整数的表示浮点数浮点数(实数实数)的表示的表示无符号整数的表示无符号整数的表示29第1章 信息技术概述无符号整数的表示无符号整数的表示n采用采用“自然码自然码”表示：表示：n取值范围由位数决定：取值范围由位数决定：n8位位： 可表示可表示0255 (28-1)范围范围内的所有正整数内的所有正整数n16位位：可表示可表示065535(216-1)范范围内的所有正整数围内的所有正整数nn位位： 可表示可表示 02n-1范围内的范围内的所有正整数。所有正整数。 十进制数十进制数 8 8位无符号整数位无符号整数 0 00000000 0 00000000 1 00000001 1 000000

26、01 2 00000010 2 00000010 3 00000011 3 00000011 4 00000100 4 00000100 5 00000101 5 00000101252 11111100252 11111100253 11111101253 11111101254 11111110254 11111110255 11111111255 1111111130第1章 信息技术概述带符号整数的表示（带符号整数的表示（1 1）n 表示方法：用一位表示符号，其余用来表示数值部分表示方法：用一位表示符号，其余用来表示数值部分n 符号用最高位表示：符号用最高位表示： “ “0”0”表示正号

27、表示正号(+),“1”(+),“1”表示负号表示负号(-)(-)n 数值部分有两种表示方法：数值部分有两种表示方法：(1) (1) 原码表示：原码表示：整数的绝对值以二进制自然码表示整数的绝对值以二进制自然码表示(2) (2) 补码表示：补码表示：正整数：绝对值以二进制自然码表示正整数：绝对值以二进制自然码表示负整数：绝对值使用补码表示负整数：绝对值使用补码表示符号位符号位数值部分数值部分最低位最低位最高位最高位原码表示举例：原码表示举例： +43的的8位原码为：位原码为： 00101011- 43的的8位原码为：位原码为： 1010101131第1章 信息技术概述选讲：选讲： 带符号整数的表

28、示（带符号整数的表示（2 2）n负数负数(的绝对值的绝对值)如何用补码表示？如何用补码表示？1.先把绝对值表示为自然码先把绝对值表示为自然码2.将自然码的每一位取反码将自然码的每一位取反码3.在最低位加在最低位加“1”n例例1: - 43用用8位补码表示位补码表示所以：所以：- 43 的的8位补码为：位补码为：11010101n例例2： - 64用用8位补码表示位补码表示所以：所以：- 64 的的8位补码为：位补码为：11000000(1)43 = 0101011(2)取反：取反： 1010100(3)加加1： 1010101(1)64 = 1000000(2)取反：取反： 0111111(3

29、)加加1： 100000032第1章 信息技术概述选讲：选讲： 带符号整数的表示（带符号整数的表示（3 3）n优缺点分析：优缺点分析：n原码表示法原码表示法n优点：与日常使用的十进制表示方法一致，简单直观优点：与日常使用的十进制表示方法一致，简单直观n缺点：加法与减法运算规则不统一，增加了成本；整数缺点：加法与减法运算规则不统一，增加了成本；整数0 0 有有“00000000”00000000”和和“10000000”10000000”两种表示形式，不方两种表示形式，不方便便n补码表示法补码表示法n优点：加法与减法运算规则统一，优点：加法与减法运算规则统一， 没有没有“-0”,-0”,可表示可

30、表示的数比原码多一个的数比原码多一个n缺点：不直观，人使用不方便缺点：不直观，人使用不方便n结论：带符号整数在计算机内不采用结论：带符号整数在计算机内不采用“原码原码”而采而采用用“补码补码”的形式表示！的形式表示！33第1章 信息技术概述选讲：选讲： 带符号整数的表示（带符号整数的表示（4 4）n原码可表示的整数范围原码可表示的整数范围8位原码：位原码： - 27+127- 1（- 127127）16位原码：位原码： - 215+1215- 1（- 3276732767）n 位原码：位原码： - 2n-1+12n-1- 1n补码可表示的整数范围补码可表示的整数范围 8位补码：位补码：- 27

31、27- 1 （- 128127 ) n位补码：位补码：- 2n-12n-1- 1- 128表示为表示为 10000000+127 表示为表示为 01111111- 2n-1 表示为表示为 100000002n-1- 1表示为表示为 0111111134第1章 信息技术概述选讲：选讲： 实数的特点与表示方法实数的特点与表示方法n 特点：特点：n既有整数部分又有小数部分，小数点位置不固定既有整数部分又有小数部分，小数点位置不固定n整数和纯小数是实数的特例整数和纯小数是实数的特例n任何一个实数总可以表达成一个乘幂和一个纯小任何一个实数总可以表达成一个乘幂和一个纯小数之积数之积n例如：例如： 56.7

32、25 = 0.56725102 0.0034756 = -0.34756102n 实数的表示方法（浮点表示法）：用实数的表示方法（浮点表示法）：用3个部分表示个部分表示1. 乘幂中的乘幂中的指数指数：表示实数中小数点的位置：表示实数中小数点的位置2. 纯小数部分纯小数部分(尾数尾数)：表示实数中的有效数字部分：表示实数中的有效数字部分3. 数的正负数的正负(符号符号)35第1章 信息技术概述文字符号在计算机中的表示文字符号在计算机中的表示 n日常使用的书面文字由一系列称为日常使用的书面文字由一系列称为“字符字符”(character)的书写符号所构成的书写符号所构成n计算机中常用字符的集合叫做

33、计算机中常用字符的集合叫做“字符集字符集”n西文字符集西文字符集n中文中文(汉字汉字)字符集（参见第字符集（参见第5章）章）n最常用的西文字符集是最常用的西文字符集是ascii (american standard code for information interchange)字符集字符集n包含包含96个可打印字符和个可打印字符和32个控制字符个控制字符n每个字符每个字符采用采用7个二进位进行编码个二进位进行编码n计算机中使用计算机中使用1个字节存储个字节存储1个个ascii 字符字符 36第1章 信息技术概述标准标准ascii字符集及其码表字符集及其码表 b6 b5 b4 b3 b2 b

34、1 b0 012345670 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e fb6b5b4b3b2b1b00 1 1 01 0 01 1 0 1 0 1 196个个可可打打印印字字符符32个个控控制制字字符符37第1章 信息技术概述比特的比特的3 3种基本逻辑运算种基本逻辑运算逻辑加：逻辑加： f = a b（“或或”运算）运算）逻辑乘：逻辑乘： f = a b（“与与”运算）运算）取反：取反： f = not a（“否定否定”运算）运算） a b ab 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 a b ab 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 a not a 0

35、1 1 0efabefabaefr开关闭合开关闭合1，断开，断开0逻辑运算可以用开关电路实现！逻辑运算可以用开关电路实现！38第1章 信息技术概述两个多位数的逻辑运算两个多位数的逻辑运算 按位独立进行逻辑运算，每一位都不受其它位按位独立进行逻辑运算，每一位都不受其它位的影响的影响例例1a: 0110 b: 1010 f: 1110例例3a: 0110 not a: 1001 例例2a: 0110 b: 1010 f: 0010 例例4b: 1010 not b: 010139第1章 信息技术概述小小 结：用比特表示信息的优点结：用比特表示信息的优点 1.比特只有比特只有0和和1两个符号，具有两

36、个符号，具有2个状态的器件和装置就能表个状态的器件和装置就能表示和存储比特，而制造两个稳定状态的电路又很容易示和存储比特，而制造两个稳定状态的电路又很容易2.比特的运算规则很简单，使用门电路就能高速度地实现二进比特的运算规则很简单，使用门电路就能高速度地实现二进制数的算术和逻辑运算制数的算术和逻辑运算3.比特不仅能表示比特不仅能表示“数数”，而且能表示文字、符号、图像、声，而且能表示文字、符号、图像、声音，可以毫不费力地相互组合，开发音，可以毫不费力地相互组合，开发“多媒体多媒体”应用应用4.信息使用比特表示以后，可以通过多种方法进行信息使用比特表示以后，可以通过多种方法进行“数据压数据压缩缩

37、”，从而大大降低信息传输和存储的成本。，从而大大降低信息传输和存储的成本。5.使用比特表示信息后，只要再附加一些额外的比特，就能发使用比特表示信息后，只要再附加一些额外的比特，就能发现甚至纠正信息传输和存储过程中的错误，大大提高了信息现甚至纠正信息传输和存储过程中的错误，大大提高了信息系统的可靠性系统的可靠性 40第1章 信息技术概述1.3 微电子技术简介微电子技术简介（1）微电子技术与集成电路）微电子技术与集成电路（2）集成电路的制造）集成电路的制造（3）集成电路的发展趋势）集成电路的发展趋势（4）ic卡卡(1)(1)微电子技术与集成电路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微

38、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键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础高技术的基础 微电子技术的核心是集成电路技术微电子技术的核心是集成电路技术42第1章 信息技术概述电子电路中元器件的发展演变电子电路中元器件的发展演变晶体管晶体管(1948)中中/小规模小规模集成电路集成电路(1950s) 微电子技术是以微电子技术是以集成电路集成电路为核心的电子技术，为核心的电子技术，它是在电子元器件小型化、微型化的过程中它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。发展起来的。大规模大规模/超大规模超大规模集成电路集成电路(1970s)电子管电子管(1904)43第1

39、章 信息技术概述什么是集成电路？什么是集成电路？n集成电路集成电路 (integrated circuit，简称简称ic)：以半导体单晶片作为基片以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线将晶体管、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微型化的电路或系统n集成电路的优点：集成电路的优点：n体积小、重量轻体积小、重量轻n功耗小、成本低功耗小、成本低n速度快、可靠性高速度快、可靠性高超大规模集成电路超大规模集成电路小规模集成电路小规模集成电路44第1章 信息技术概述集成电路的

40、分类集成电路的分类n按用途分：按用途分：n通用集成电路通用集成电路n专用集成电路专用集成电路（asic）n按电路的功能分：按电路的功能分：n数字集成电路数字集成电路n模拟集成电路模拟集成电路n按晶体管结构、电路和工艺分：按晶体管结构、电路和工艺分：n双极型（双极型（bipolar）电路）电路n金属氧化物半导体金属氧化物半导体(mos)电路电路nn按集成度按集成度(芯片中包含的元器件芯片中包含的元器件数目数目)分：分：集成电路规模集成电路规模元器件数目元器件数目小规模集成电小规模集成电路（路（ssi）100中中规模集成电规模集成电路（路（msi）1003000大规模集成电大规模集成电路（路（ls

41、i）300010万万超大规模集成超大规模集成电路（电路（vlsi）10万万几十亿几十亿极大规模集成极大规模集成电路（电路（ulsi）100万万(2)(2)集成电路的制造集成电路的制造( (选学选学) ) 集成电路的制造工序繁多，从原料熔炼开始到最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终产品包装大约需要400400多道工序多道工序，工艺复杂且技，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。须在恒温、恒湿、超洁净的无尘厂房内完成。 兴建一个有两条生产线能加工兴建一个有两条生产线能加

42、工8 8英寸晶圆的集成英寸晶圆的集成电路工厂需投资人民币电路工厂需投资人民币1010亿元以上。亿元以上。 (3)(3)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主要取决于晶体管的尺寸。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。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。体管、电阻、电容、连接线的尺寸

43、上下功夫。 47第1章 信息技术概述 ic集成度提高的规律集成度提高的规律moore定律定律：单块集成电路的集成度平均每单块集成电路的集成度平均每18个月个月翻一番翻一番 (gordon e.moore,1965年年)例例：intel微处理器集成度的发展微处理器集成度的发展n酷睿酷睿2双核双核 （2006）291410m晶体管晶体管n酷睿酷睿2四核四核 （2007）820m 晶体管晶体管ncore i7 六核（六核（2010） 10亿亿 晶体管晶体管1 000197019751980198519901995200010 000100 00010610 x106100 x106400480088

44、08080868028680386pentiumpentium iipentium iiipentium 4晶体管数晶体管数8048620101000 x106core 2 duocore 2 quadcore i748第1章 信息技术概述集成电路技术的发展趋势集成电路技术的发展趋势199920012004200820102014工艺工艺(m)0.180.130.090.0450.0320.014晶体管晶体管(m)23.847.613553910003500时钟频率时钟频率(ghz)1.21.62.02.6553.810面积面积(mm2)340340390468600901连线层数连线层数67

45、89910晶圆直径晶圆直径(英寸英寸)121214161618 减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸 增大硅晶圆的面积：使每块晶圆能生产更多的芯片增大硅晶圆的面积：使每块晶圆能生产更多的芯片49第1章 信息技术概述进一步提高集成度的问题与出路进一步提高集成度的问题与出路n问题：问题：n线宽进一步缩小后，晶体管线条小到线宽进一步缩小后，晶体管线条小到纳米级纳米级时，其电流微弱到时，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法正常工作n出路：出路：n在

46、在纳米尺寸纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和效应量子现象和效应，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量子器件，使，使能开发出新的能开发出新的纳米芯片纳米芯片和和量子计算机量子计算机n同时，正在研究将同时，正在研究将光光作为信息的载体，发展光子学，研制作为信息的载体，发展光子学，研制集成集成光路光路，或把电子与光子并用，实现，或把电子与光子并用，实现光电子集成光电子集成 (4) ic卡简介卡简介几乎每个人每天都与几乎每个人每天都与icic卡打交道，例如我们的身份卡打交道，例如我们的身份证、手机证、手机

47、simsim卡、交通卡、饭卡等等，什么是卡、交通卡、饭卡等等，什么是icic卡？卡？它有哪些类型和用途？工作原理大致是怎样的？下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。面是简单介绍。51第1章 信息技术概述什么是什么是 ic卡？卡？nic卡卡(chip card、smart card)，又称为集成电路卡，它是把，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、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处理和传递数据的载体n特点：特点：n存储信息量大存储信息量大n保密性能强保密性能强n可以防止伪造和窃用可以防止伪造和窃用

48、n抗干扰能力强抗干扰能力强n可靠性高可靠性高n应用举例：应用举例：n作为作为电子证件电子证件，记录持卡人的信息，用作身份识别（如身份证、，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）考勤卡、医疗卡、住房卡等）n作为作为电子钱包电子钱包（如电话卡、公交卡、加油卡等）（如电话卡、公交卡、加油卡等）52第1章 信息技术概述ic卡的类型卡的类型(按芯片分类按芯片分类)n存储器卡：存储器卡：封装的集成电路为存储器，信息可长期保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，有存，也可通过读卡器改写。结构简单，使用方便，有一定安全措施。用于电话卡、水电费卡、公交卡、医一定安全措施。用于电话卡、水电费卡、公交卡、医疗卡等疗卡等（带加密逻辑的存储器卡（带加密逻辑的存储器卡增加了加密电路增加了加密电路）ncpu卡：卡：封装的集成电路为中央处理器封装的集成电路为中央处理器（cpu）和存）和存储器，还配有芯片操作系统储器，还配有芯片操作系统(chip operating system)，处理能力