计算机的发展与信息技术

1、 1.1.1 计算机的发展概况计算机的发展概况1. 计算机的发展阶段2.微型计算机的发展1. 计算机的发展阶段计算机的发展阶段第一代计算机（19461957年）：电子管计算机主要特征：采用电子管组成逻辑电路，用延迟 线或磁鼓做主存储器。 中央处理机：cpu 运算速度：每秒几千次 内存储器：几kb 计算机语言：机器语言、汇编语言。用途：科学计算。特点：体积大、耗电多、造价高、故障率也高 （平均稳定运行时间只有几小时）代表机型：ibm 650ibm 650电子电子管管第一台电子管计算机名称：eniac时间：1946年2月主要部件：电子管（18800个）占地面积：170平方米重量：30多吨耗电：14

2、0千瓦计算速度：5000次/秒eniac主要特征：采用晶体管作基本逻辑电路，用磁芯做内 存储器。结构上以存储器为中心，有了外存储器（磁鼓、磁带）。 运算速度：每秒几十万次 内存储器：几十kb 计算机语言：algol、fortran、cobol等。用途：科学计算、数据处理及工业过程控制。特点（与第一代相比）：体积小、耗电少、成本低、功能强、故障率小。代表机型：ibm 7090ibm 7090晶体管晶体管第三代计算机（19651970年）：中、小规模集成电路计算机主要特征：采用集成电路作基本逻辑电路，在几毫米的芯 片上可集中成百上千个电子逻辑电路。 运算速度：每秒几十万次到每秒几百万次。 计算机语

3、言：basic等。 操作系统：形成普及。 其它：外部设备种类逐渐增多、开始与通信线路相结合。用途：科学计算、数据处理、工业控制等众多领域。特点（与第二代相比）：体积小、价格低、功能强、可靠性高。代表机型：ibm 360ibm 360中、小规模集成电路中、小规模集成电路第四代计算机（1971年至今）：大规模集成电路（lsi）或超大规模集成电路（vlsi）计算机主要特征：由于lsi和vlsi计算机中使用，计算 机体积更小，内存储器广泛采用半导体存储器，存储容量更大，运算速度每秒几百万次、几千万次、亿次、千亿次。软件更趋完善，计算机网络形成并发展。用途：社会生活各个领域。大规模集成电路（大规模集成电

4、路（lsilsi）或超大规模集成电路（）或超大规模集成电路（vlsivlsi）代表机型：ibm-pc/xt特征： cpu ：intel 8088芯片。 时钟频率：4.77mhz。 内部总线：16位。 外部总线：8位 。其它特点：pc单总线的开放式结构，有大小字母和光标控制的键盘，有文字处理等配套软件。intel 8088intel 8088芯片芯片第二代微型计算机（1984年）代表机型：ibm-pc/at特征： cpu ：intel 80286芯片。 时钟频率：8mhz16mhz。 at总线：即工业标准体系结构isa总线。 内存：1mb。 外存：高密度软盘和20mb以上的硬盘。 处理指令速度：

5、0.5 1mips（每秒百万 指令）。其它特点：pc单总线的开放式结构，有大小字母和光标控制的键盘，有文字处理等配套软件。第三代微型计算机（1986年）代表机型：386微机（compaq）特征： cpu为intel 80386芯片。 有mca与eisa总线两大分支，它们互不兼容。 第四代微型计算机（1989年）代表机型：486微机特征： cpu ：intel 80486芯片。 总线：eisa、mca、vesa、pci分支。第五代微型计算机（1993年）特征： cpu ： pentium芯片、 pentium、 pentium 、 pentium 。 位数：64位。 速度：112mips。 时钟

6、频率：2.7ghz1.1.2 计算机的应用领域计算机的应用领域1. 科学计算2.数据处理3.自动控制4.计算机辅助教学、辅助设计、辅助制造5.人工智能1. 科学计算（数值计算） 用途：把计算机用于科学研究和工程技术中的数学问题的求解。 例如：物理、化学、生物、天文等及飞行器设计、桥梁设计、大坝建设、能源开发、气象预报等。2.数据处理（信息处理）定义：把科研、生产和经济生活中大量的各类型数据，如数值、文字、图像、声音等数据进行收集、存储、传输、解释等一系列处理过程。特点：计算机具有高速运算能力、巨大的存储能力以及逻辑判断能力，使它成为数据处理的强有力的工具。应用：工业、农业、商业、卫生、教育、军

7、事、科学研究等方面的管理、办公自动化及情报检索等。发展阶段：电子数据处理（edp）、管理信息系统（mis）、决策支持系统（dss）。）自动控制亦称过程控制，主要是指用于计算机及时采集、检测工业生产过程中的数据(压力、流量、温度和机械位置等)，按最佳值迅速对控制对象进行自动控制或自动调节的应用。例如：电力、化工、钢铁、导弹发射等。4.计算机辅助教学、辅助设计、辅助制造（cai、cad、cam）计算机辅助教学、辅助设计、辅助制造：是指计算机的各种cai、cad和cam软件，使计算机成为教学、科研人员的好帮手，可大大提高教学、科研、设计和制造的水平，减轻教学、科研、设计人员的劳动强度，节省人力、物力

8、。例如：目前在飞机、船舶、光学仪器、超大规模集成电路等的设计制造过程中，cad/cam均占据着越来越重要的地位。5.人工智能（ai）v人工智能（ai）：是指用计算机来模拟人类的智能活动，使计算机具有听、看、说和逻辑推理的能力。v例如，具有一定“思维能力”的智能机器人、专家系统等，是计算机人工智能的部分应用领域。1.1.3 计算机的发展方向1. 巨型化2.微型化3.网络化4.智能化1. 巨型化 定义：是指运算速度更快、存储容量更大、功能更强的超大型、巨型计算机。 具体地：运算速度每秒可达千亿次以上，内存容量达千兆字节以上。ibmibm最新巨型计算机。运算速度每秒最新巨型计算机。运算速度每秒500

9、500万亿次以上。万亿次以上。银河亿次巨型计算机银河亿次巨型计算机 特点：体积更小、性能价格比更优的微型计算机。 例如：袖珍型、笔记本型、掌中宝型等。 计算机网络：是指把分布在不同地理位置区域的计算机与专门的外部设备用通信线路（光缆、无线电信道、卫星通信线路等）互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机用户可以方便地在网络上相互传递信息，共享计算机硬件、软件以及数据信息等资源。 例如：网上商务、网上银行、网上教育、网上办公等。 计算机智能化：是指计算机能模拟人的感觉行为和思维过程的机理，使计算机不仅能够根据人的指挥进行工作，还能“看”、“说”、“听”、“做”，具有逻辑推理、学习与证

10、明能力，可替代人进行一般工作，代替人的部分脑力劳动。 意义：智能型计算机是当代科技水平发展的必然结果，它势必促进人类社会生产力的大发展。1.1.4 计算机网络及信息高速公路计算机网络及信息高速公路1.计算机网络2.信息高速公路 定义：是以共享资源和信息传递为目的而连接起来的，是计算机技术和通信技术相结合的产物。 分类：（1）按范围分：局域网和广域网。（2）按用途分：专用网和公用网。 提出：1992年2月美国总统发表的国情咨文中提出的。 所谓信息高速公路：以光缆铺设而成的，高速传输一串串0和1的信息网络。 信息高速公路由以下四个基本要素组成：1）高速通道（光纤、微波、人造卫星）。2）信息资源（各

11、种数据、图像等）。3）信息处理与控制（高性能的计算机、服务器、工作站）。4）信息服务对象（用户通过通信终端享受丰富的信息资源）。1.2.1 信息化1.2.2 世界信息化发展的历史与现状1.2.3 信息化发展的趋势1.2.1 信息化 定义：所谓信息化，是指社会经济从以物质与能量为重心，向以信息与知识为重心转变的过程，这是一个长期发展的过程，在这一过程中要不断地采用现代信息技术，装备国民经济各部门和社会各领域，从而极大地提高社会劳动生产力。 信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，表现在：1）信息技术突飞猛进，成为新技术革命的领头羊。2）信息产业高速发展，成为经济发展的强大推动力。3）信息网络迅速

12、崛起，成为社会和经济活动的重要依托。4）世界各国正在积极应对信息化的挑战和机遇。 未来学家托夫勒把人类社会的发展过程划分为三个阶段，或称“三次浪潮”：第一个阶段：是以农业经济为基础的农业社会；第二个阶段：是以工业经济为基础的工业社会：第三个阶段：是以知识经济为基础的信息社会。 近代，中国一直处在从农业社会到工业社会的过渡之中。就工业社会所需的经济制度结构而言，中国经过20年的改革和努力已经入门了，但市场制度的建设还远远没有完成。然而就在这样的条件下，信息化的问题又摆到了我们的面前，信息化意味着更大的社会变迁。信息化不仅是一次技术革命，更是一次深刻的社会革命。我国能不能成功地应对这一挑战，是一个

13、相当严峻的问题。 信息化是我国加快实现工业化和现代化的必然选择。坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走了一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势等到充分发挥的新型工业化路子。 自1993年9月，美国正式宣布将实施“信息高速公路”计划以来，世界各个发达国家争先恐后地抢占时代的制高点，建设信息基础设施，推进国民经济信息化，以求在新世纪的综合国力较量中占据战略优势。 (1)internet/inranet广泛应用(2)信息服务业发展很快(3)十分重视对信息资源的开发、管理和利用(4)注重高素质人才和科学的人才管理(5)信息技术及信息产业对社会和经济产生了巨大的影响 “

14、九五”以来，信息技术应用不断加快，信息化水平显著提高，信息化对国民经济和社会化的贡献日益显著；电信市场正由垄断经营向多家经营转变，信息网络基础设施规模跃居世界前列；电子信息产品制造业不断壮大，在一些关键领域取得了突破性进展，信息技术产品生产和出口的增长速度大大高于传统产业，正在成为引人注目的新的经济增长点。 我国邮电部建设了320个大型国内卫星地区站，“九五”期间完成贯穿全国、八横八纵的更为先进的光缆网。（1）中国公用分组交换数据网 由国家骨干网和各省、市、区的地方网组成，国家骨干网已与世界23个国家和地区44个公用分组交换网相连，满足国际通信需要，各部分网络大部分与骨干网联网。（2）中国数字

15、数据骨干网 主要提供专用线、传真、电子邮件、电子数据交换等业务。“三金”工程是金桥、金关、金卡工程的简称。（1）金桥工程以卫星通信、通信电缆、光缆、微波等传输手段实现全国和跨国计算机联网，建立起国家公用信息平台。（2）金关工程国家经济模拟信息网络工程。（3）金卡工程从电子货币起步，将逐步发展成为个人消费的主要竞会手段。1.2.3 信息化发展的趋势1.发达国家致力于全球性扩张 主张各国扩大市场开放度。2.发展中国家竭力赶上世界信息化潮流 主要借助本地区信息化建设来实现国民经济的“跳跃”式发展。3.全球信息产业继续快速发展 已有39个国家加入了1996年底通过的信息技术产品零关税协议，代表着全球9

16、2以上的信息技术贸易总额，2000年这些国家已取消所有关税，实现自由贸易。 这些信息技术产品包括：计算机、半导体、半导体制造设备、电信设备、办公自动化设备、软件和科学仪器等。4.中国信息化发展的趋势4.中国信息化发展的趋势中国信息化进程的基本框架：第一步：2000年，实现我国企业信息化的重点突破和初步发展。一是使与国计民生密切相关的重点大型工业企业和各行各业中在管理、产品质量、效益方面领先的龙头企业首先进入信息化行列。二是使直接关系社会环境、影响企业信息化外部条件的行业和企业初步实现信息化。第二步：到2005年，使我国企业的主体实现信息化；使我国大中型企业和商业、建筑、交通运输、农业等类型的大

17、中型企业基本实现信息化。第三步：到2010年，使我国企业基本上实现信息化。第四步：到2020年，使我国企业信息化达到世界发达国家的水平，进入全新的高度信息化阶段，以使我国企业在国际竞争中能够站稳脚跟和占据有利地位，为我国经济走向世界前列打下基础。 微电子技术是指应用大规模集成电路和超大规模集成电路，结合现代计算机技术和通信技术，生产现代高速计算机通信产品并在各个领域中应用的一种技术，它是集成电路为核心的电子技术。1.3.1 集成电路概述1.3.2 集成电路的制造工艺1.3.3 集成电路的前景1.3.1 集成电路概述 在没有集成电路之前，电子工程师要制作一个电子线路，使用当时最基本的电子元件，如

18、晶体管、电阻、电容器等，将这些元器件安装在一个电路板上，然后再用导线加以连接。后来有人发现，可以预先设计、妥善规划，把所有需要的元器件制作在一块导体单晶硅片上，再用铝质的导体层取代导线加以连接，就可以把一整块线路板缩小，变成一块小小的芯片，这就是所谓的集成电路（ic）。（1）小规模集成电路（ ssi ）：集成度小于100个电子元件（晶体管、电阻等）。（2）中规模集成电路（ msi ）：集成度1003000个电子元件（晶体管、电阻等） 。（3）大规模集成电路（ lsi ）：集成度3000 10万个电子元件（晶体管、电阻等） 。（4）超大规模集成电路（ vlsi ）：集成度10 100万个电子元件

19、（晶体管、电阻等） 。（5）极大规模集成电路（ ulsi ）：集成度大于 100万个电子元件（晶体管、电阻等）。 通常并不严格区分vlsi和ulsi而是统称为vlsi。 中、小规模集成电路一般以简单的门电路或单极放大器为集成对象。 大规模集成电路则以功能部件、子系统为集成对象。 pc机中使用的微处理器、芯片组、图形加速芯片等都是超大规模和极大规模集成电路。2.按照所用晶体管结构、电路和工艺的不同划分（1）双极型（bipolar）集成电路。（2）金属氧化物半导体（ mos ）集成电路 。（3）双极金属氧化物半导体（ bi-mos ）集成电路 。（1）数字集成电路（如逻辑电路、存储器、微处理器、微

20、控制器、数字信号处理器等）。（2）模拟集成电路（又称线性电路，如信号放大器、功率放大器） 。（1）通用集成电路（如微处理器和存储器芯片等都属于通用集成电路）。（2）专用集成电路：是按照某种应用的特定要求而专门设计、定制的集成电路 。 集成电路是以电子信息为代表的高科技产业的核心，也是信息社会经济发展的基石，它具有规模大、增长快、投资多、关联强、回报高等显著特点。全球半导体市场产值2000年已超过2000亿美元，其中九成是集成电路，在制造业它是规模最大的产业之一。集成电路主流技术规模生产的毛利率可达40%，集成电路作为领导信息时代的核心技术产品，1元集成电路产值可带动10元电子产品，进而带动10

21、0元国民经济产值。显而易见，抓住集成电路产业，发展微电子技术，是促进gdp增长的最有力的手段。1.3.2 集成电路的制造工艺 集成电路的制造工艺又称硅平面工艺，它是在厚度不足1毫米的单晶硅片上通过氧化、光刻、掺杂和互连等多项工序，最终在硅片上制成包含多层电路及电子元件（如晶体管、电容、逻辑开关等）的集成电路。1.3.3 集成电路的前景集成电路的前景1.国外发展现状与趋势2.我国集成电路产业发展现状 2000年全世界以集成电路为基础的电子信息产业的世界市场总额超过1万亿美元。据国外权威机构预测，未来十年内，世界半导体的年平均增长率达成15%以上。到2010年全世界半导体的年销售额可达到60008

22、000亿美元，它将支持45万亿美元的电子装备市场。 集成电路的工作速度主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸，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。 intel公司pentium2系列cpu芯片组主要采用8英寸0.25微米技术， pentium3系列cpu芯片组主要采用12英寸0.18微米技术， pentium4系列cpu芯片组主要采用12英寸0.13微米技术，根据美国半导体协会（sia）预测，到2010年将能达到 18英寸0.05 0.07微米技术。 集成电路的技术进步还将继续遵循摩尔定律，即每18个月集成度提高一倍，成本降低一半。 系统集成芯片（soc）技术，微电子

23、机械（me ms）技术，真空微电子技术，神经网络芯片和生物芯片，砷化镓（gaas）集成电路，锗硅（gesi）集成电路，基于量子效应的单电子器件和量子集成电路等，正在成为人们研究的热点。 我国集成电路产业延生于20世纪60年代。经过三十年的发展，目前已形成一定的发展规模，形成由七个芯片生产骨干企业、十几个重点封装厂、几十家设计公司、若干个关键材料及专用设备仪器制造厂组成的产业群体。初步形成电路设计、芯片制造和电路封装三业并举，在地域上呈现相对集中的布局（苏浙沪、京津、粤闽地区）。2000年我国集成电路产量58.8亿元，与1999年相比增长了41.7%，销售额近200亿元，增长了75%。 主要分布

24、在上海、北京、江苏、浙江等省市，企业建设也初具规模。根据对7家芯片骨干企业的统计，2000年销售额近60亿元，利润近8亿元。目前主要采用56英寸硅片、0.81微米技术。上海华虹nec电子有限公司8英寸芯片生产线的建成投产，使我国集成电路生产技术已达到0.25微米的技术水平。7个骨干企业生产线的月投片量已超过17万片，其中68英寸硅片的产量占了33%以上。 我国主要集成电路封装企业约30家，中外合资企业已成为集成电路封装业的主体，产品面向海内外两个市场。随着跨国公司来华投资设厂，pga、bga、mcm等新型封装形式已开始形成生产能力。2000年，我国集成电路封装业封装电路近45亿块，销售收入超过

25、130亿元，其中销售收入超过1亿的有14家，年封装量超过5亿块的有5家。 “九五”期间，我国集成电路产业发展状况喜人，主要表现在：一是市场需求旺盛，消费类电路持续增长，通信电路高速发展，ic卡电路和存储器电路成为新的增长点，电话卡、交通ic卡和64m sdram已实现大批量供货；二是企业开工充足，经济效益不断改善，2000年全行业平均利润率超过10%。1. 通信的任务：现代社会中克服距离上的障碍，迅速而准确地传递信息是通信的任务。2. 通信的三个要素：(1)信源：信息的发送者。(2)信道：信息的载体与传播媒介。(3)信宿：信息的接受者。3. 通信的意义：是推动人类社会文明、进步与发展的巨大动力。信息源信息源发送设备发送设备传输媒体传输媒体接受设备接受设备收信者收信者第一阶段：通信方式是语言；第二阶段：从发明文字以及邮政通信开始；第三阶段：以发明印刷术为标志；第四阶段：从电报、电话和广播的发明开始；第五阶段：信息时代（通信与计算机已经而且必将更加有机地结合起来）。 （1）按消息的物理特征电报通信系统电话通信系统数据通信系统图像通信系统注：由于电话通信系统最为发达，因而其他通信常常借助于公