专转本计算机之信息与微电子技术

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、事实和情况为了做判断、订计划或求解问题等所需要的数据、资料···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(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)人工进行信息处理的过程人工信息处理的不足：

算不快记不住传不远

看（听）不清事物客体信息获取(感觉器官)信息加工与存储(大脑)信息传递(神经系统)信息施用(效应器官)信息传递(神经系统)信息技术（IT）手/脚/身眼/耳/鼻/舌/身什么是信息技术？信息技术（InformationTechnology，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······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）···

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内容：计算机、微电子、通信、广播、遥感遥测、自动控制、机器人等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/存储控制与显示感测与识别信息输入信息输出信息处理理系统举举例雷达：以以感测测与识别别为主要要目的电视/广播：以单向、、点到多多点的信信息传递递为主要要目的电话：以双向向、点到到点的信信息交互互为主要要目的银行：以处理金金融信息息为目的的图书馆：：以信息收收藏和检检索为主主要目的的因特网：跨越全全球的多多功能信信息处理理系统1.2微电子技技术简介介（1）微电子子技术与与集成电电路（2）集成电电路的制制造（3）集成电电路的发发展趋势势（4）IC卡(1)微电子技技术与集集成电路路微电子技技术是信信息技术术领域中中的关键键技术，，是发展展电子信信息产业业和各项项高技术术的基础础微电子技技术的核核心是集集成电路路技术电子电路路中元器器件的发发展演变变晶体管(1948)中/小规模集成电路(1950’s)微电子技技术是以以集成电路路为核心的的电子技技术，它它是在电电子元器器件小型型化、微微型化的的过程中中发展起起来的。。大规模/超大规模集成电路(1970’s)电子管(1904)什么是集集成电路路？集成电路路(IntegratedCircuit，简称IC)：以半导体体单晶片片作为基基片,采用平面面工艺，，将晶体体管、电电阻、电电容等元元器件及及其连线线所构成成的电路路制作在在基片上上所构成成的一个个微型化化的电路路或系统统集成电路路的优点点：体积小、、重量轻轻功耗小、、成本低低速度快、、可靠性性高超大规模集成电路小规模集成电路集成电路路的分类类按用途分分：通用集成成电路专用集成成电路（ASIC）按电路的的功能分分：数字集成成电路模拟集成成电路按晶体管管结构、、电路和和工艺分分：双极型（（Bipolar）电路金属氧化化物半导导体(MOS)电路·······按集成度度(芯片中包包含的元元器件数数目)分：集成电路规模元器件数目小规模集成电路（SSI）＜100中规模集成电路（MSI）100~3000大规模集成电路（LSI）3000~10万超大规模集成电路（VLSI）10万~几十亿极大规模集成电路（ULSI）＞100万附：常见见集成电电路产品品的类型型混合电路A/D转换器D/A转换器(2)集成电路路的制造造(选学)集成电路路的制造造工序繁繁多，从从原料熔熔炼开始始到最终终产品包包装大约约需要400多道工序，工艺复杂且且技术难度非非常高，有一一系列的关键键技术。许多多工序必须在在恒温、恒湿湿、超洁净的的无尘厂房内内完成。目前兴建一个个有两条生产产线能加工8英寸晶圆的集集成电路工厂厂需投资人民民币10亿元以上。集成电路的制制造流程硅抛光片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”晶圆硅平面工艺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”芯片检测、分类集成电路封装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成品测试成品进行成品测试，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，成品即可出厂集成电路的封装集成电路封装目的：电功能、散热热功能、机械械与化学保护护功能常见的封装方方式：单列直插式（（SIP）双列直插式（（DIP）阵列式（PGA）塑料有引线芯芯片载体（PLCC）扁平贴片式(PQFP)球栅阵列封装装(BGA)小外形封装（（SOP）FC-PGA2封装方式（Pentium4处理器）集成电路插座集成电路的封装形式(3)集成电路的发发展趋势集成电路的工工作速度主要要取决于晶体体管的尺寸。。晶体管的尺尺寸越小，其其极限工作频频率越高，门门电路的开关关速度就越快快，相同面积积的晶片可容容纳的晶体管管数目就越多多。所以从集成电电路问世以来来，人们就一一直在缩小晶晶体管、电阻阻、电容、连连接线的尺寸寸上下功夫。。IC集成度提高的的规律Moore定律：单块集成电路路的集成度平平均每18个月翻一番(GordonE.Moore,1965年)晶体管数例：Intel微处理器集成成度的发展酷睿2双核（2006）291～410M晶体管酷睿2四核（2007）820M晶体管100019701975198019851990199520001000010000010610x106

100x10640048008808080868028680386PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium48048620101000x106CORE2DuoCORE2Quad集成电路技术术的发展趋势势19992001200420082014工艺(μm)0.180.130.090.0450.014晶体管(M)23.847.61355393500时钟频率(GHz)1.21.62.02.65510面积(mm2)340340390468901连线层数678910晶圆直径(英寸)1212141618减小蚀刻尺寸寸，缩小晶体体管、电阻、、电容和连线线的尺寸增大硅晶圆的的面积：使每每块晶圆能生生产更多的芯芯片进一步提高集集成度的问题题与出路问题：线宽进一步缩缩小后，晶体体管线条小到到纳米级时，其电流微微弱到仅有几几十个甚至几几个电子流动动，晶体管将将逼近其物理理极限而无法法正常工作出路：在纳米尺寸下，纳米结构构会表现出一一些新的量子现象和效效应，人们正在利利用这些量子子效应研制具具有全新功能能的量子器件，使能开发出出新的纳米芯片和量子计算机同时，正在研研究将光作为信息的载载体，发展光光子学，研制制集成光路，或把电子与与光子并用，，实现光电子集成(4)IC卡简介几乎每个人每每天都与IC卡打交道，例例如我们的身身份证、手机机SIM卡、交通卡、、饭卡等等，，什么是IC卡？它有哪些些类型和用途途？工作原理理大致是怎样样的？下面是是简单介绍。。什么是IC卡？IC卡(chipcard、smartcard)，又称为集成成电路卡，它它是把集成电电路芯片密封封在塑料卡基基片内，使其其成为能存储储信息、处理理和传递数据据的载体特点：存储信息量大大保密性能强可以防止伪造造和窃用抗干扰能力强强可靠性高应用举例：作为电子证件，记录持卡人人的信息，用用作身份识别别（如身份证证、考勤卡、、医疗卡、住住房卡等）作为电子钱包（如电话卡、、公交卡、加加油卡等）IC卡的类型(按芯片分类)存储器卡：封装的集成电电路为存储器器，信息可长长期保存，也也可通过读卡卡器改写。结结构简单，使使用方便。用用于安全性要要求不高的场场合，如电话话卡、水电费费卡、公交卡卡、医疗卡等等（带加密逻辑辑的存储器卡卡增加了加密电电路）CPU卡：封装的集成电电路为中央处处理器（CPU）和存储器，，还配有芯片片操作系统(ChipOperatingSystem)，处理能力强强，保密性更更好，常用作作证件和信用用卡使用。手手机中使用的的SIM卡就是一种特特殊的CPU卡。IC卡的类型(按使用方式分分类)接触式IC卡(如电话IC卡)表面有方型镀镀金接口，共共8个或6个镀金触点。。使用时必须须将IC卡插入读卡机机，通过金属属触点传输数数据。用于信息量大大、读写操作作比较复杂的的场合,但易磨损、怕怕脏、寿命短短非接触式IC卡(射频卡、感应应卡)采用电磁感应应方式无线传传输数据，解解决了无源（（卡中无电源源）和免接触触问题操作方便，快快捷，采用全全密封胶固化化，防水、防防污，使用寿寿命长用于读写信息息较简单的场场合，如身份份验证等

接触式IC卡接触式IC卡的结构非接触式IC卡非接触式IC卡的工作原理理（选学）读卡器发出一一组固定频率率的无线电波波(射频信号)，通过天线向向外发射IC卡激活后，通通过辐射电磁磁信号将卡内内数据发射出出去(或接收读卡器器送来的数据据)当IC卡处在读卡器器有效范围(一般为5~10cm)内时，卡内的的一个LC串联谐振电路路(谐振频率相同同的)便产生电磁共共振，使电容容充电，从而而为卡内其它它电路提供2V的工作电压读卡器收到数数据后，通过过接口将IC卡数据传送给给PC，PC将判断该卡的的合法性，作作出相应处理理非接触式IC卡在身份证中中的使用第二代身份证证使用非接触触式CPU卡，可实现““电子防伪””和“数字管管理”两大功功能：电子防伪措施施：个人数据据和人脸图像像经过加密后后存储在芯片片中，需要时时可通过非接接触式读卡器器读出进行验验证。以后还还可以将人体体生物特征如如指纹等保存存在芯片中，，以进一步提提高防伪性能能数字管理功