第三章當代高新技術的開展第三節(jié)電子信息技術主要內(nèi)容信息技術概述微電子技術的運用及開展計算機運用技術及開展網(wǎng)絡與通訊技術開展人工智能及其開展一、信息技術概述信息：信息就是音訊，一切存在都有信息對人類而言，人的五官是信息的接納器，它們所感遭到的一切，都是信息。大量的信息是五官不能直接感受的，人類正經(jīng)過各種手段，發(fā)明各種儀器來感知、發(fā)現(xiàn)它們。信息的十大根本特征可量度:信息可采用某種度量單位進展度量，并進展信息編碼。如現(xiàn)代計算機運用的二進制可識別:信息可采取直觀識別、比較識別和間接識別等多種方式來把握?？赊D換:信息可以從一種形狀轉換為另一種形狀。如自然信息可轉換為言語、文字和圖像等形狀，也可轉換為電磁波信號或計算機代碼?？纱鎯?信息可以存儲。大腦就是一個天然信息存儲器。人類發(fā)明的文字、攝影、錄音、錄像以及計算機存儲器等都可以進展信息存儲?？商幹?人腦就是最正確的信息處置器。人腦的思想功能可以進展決策、設計、研討、寫作、改良、發(fā)明、發(fā)明等多種信息處置活動。計算機也具有信息處置功能。信息的十大根本特征可傳送:信息傳送是與物質(zhì)和能量的傳送同時進展的。言語、表情、動作、報刊、書籍、廣播、電視、等是人類常用的信息傳送方式?？稍偕?信息經(jīng)過處置后，可以其他方式再生。如自然信息經(jīng)過人工處置后，可用言語或圖形等方式再生成信息。輸入計算機的各種數(shù)據(jù)文字等信息，可用顯示、打印、繪圖等方式再生成信息?？删o縮:信息可以進展緊縮，可以用不同的信息量來描畫同一事物。人們經(jīng)常用盡能夠少的信息量描畫一件事物的主要特征?？衫?信息具有一定的實效性和可利用性。可共享:信息具有分散性，因此可共享。人類信息活動的五次變革人類的進化史也是一部人類信息活動的演進史五次宏大的變革言語：標志著人類信息活動的范圍和效率的飛躍性提高，人類的信息活動從詳細走向籠統(tǒng)。文字：文字突破了時間和空間的限制，使信息可以傳得更久，傳得更遠，實現(xiàn)了信息的共享印刷術：印刷術的發(fā)明使人類信息傳送的速度和范圍急劇地擴展，人類信息的存儲才干進一步加強，并初步實現(xiàn)了廣泛的信息共享利用電磁波：電信革命的實現(xiàn)，是人類劃時代的提高計算機和網(wǎng)絡技術：新型計算機與網(wǎng)絡技術的出現(xiàn)，以及與通訊技術的結合，使信息處置第一次到達了一體化和自動化自然界和人類社會的一切活動都在產(chǎn)生信息。信息是客觀事物形狀和運動特征的一種普遍方式，是人類社會、經(jīng)濟活動的重要資源信息科學技術的開展改動了人們的消費、生活方式，真正實現(xiàn)了“天涯假設比鄰〞的理想社會的各個部分經(jīng)過網(wǎng)絡系統(tǒng)銜接成一個整體，由高速大容量光纖和通訊衛(wèi)星群以光速和寬頻帶地傳送信息，從而使社會信息化、網(wǎng)絡化和數(shù)字化。實現(xiàn)社會信息化的網(wǎng)絡及其關鍵部件是各種計算機或通訊機信息技術：信息社會的基石目前，全世界計算機不包括微機在內(nèi)有幾百萬臺，微機總量約6億臺，每年由計算機完成的任務量超越4000億人年任務量漢諾威電子博覽會.wmv國際消費電子展.wmv幾乎一切的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與信息技術結合，用電子信息技術進展智能改造，都可以使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)重新煥發(fā)青春全國各行業(yè)的風機、水泵的總耗電量約占了全國發(fā)電量的30%，僅僅對風機、水泵采用變頻調(diào)速等電子技術進展改造，每年即可節(jié)電500億度以上，相當于三個葛洲壩電站的發(fā)電量(157億度/年)對白熾燈進展高效節(jié)能改造，并假設推行運用30%，所節(jié)省的電能相當于三座大亞灣核電站的發(fā)電量(億度/年)信息技術對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的浸透與帶動作用配備的更新?lián)Q代都基于信息技術的提高，其乖巧的程度都依賴于信息技術的“智慧〞程度和運用程度數(shù)控機床數(shù)字化技術改造價錢相差10倍信息技術整機系統(tǒng)高附加值在生長期進入市場，加強市場競爭力普通機床2020年世界最大的30個市場領域：其中與信息技術相關的24個市場，5萬億美圓電子信息產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略重要性信息技術面臨的問題人類曾經(jīng)進入“信息化社會〞或“數(shù)字化社會〞。信息爆炸，信息存量指數(shù)遞增。處置才干的增長長遠趕不上信息量的增長。信息不但在量上呈爆炸趨勢，而且信息構造越來越復雜，處置越來越困難。信息越來越多，但是信息的利用率越來越低，人們被埋沒的數(shù)據(jù)和信息的海洋之中，不知所措。Internet的開展開辟了人類的“視界〞和相互交流的范圍。但是其無序的生長和惡意產(chǎn)生的“渣滓信息〞給網(wǎng)上信息的利用帶來很大的費事和困難。海量信息分布在寬廣的網(wǎng)上，各節(jié)點間為了運用它們必需相互通訊，而且人參與其中，使問題更加復雜化。信息的平安問題：國家平安、銀行/金融系統(tǒng)的平安、個人通訊的平安、……促進信息技術開展的需求在物理實現(xiàn)上不斷探求新思想、新原理和新方法，使各種信息領域元器件的性能不斷提高〔電子技術〕計算機、網(wǎng)絡等的體系構造和處置邏輯不斷改良，發(fā)明和設計出各種新型的硬件系統(tǒng)。發(fā)明優(yōu)良的信息處置方法和高效的計算方法，以便不斷提高系統(tǒng)的處置效率。軟件的實際和技術迅速改良，設計和實現(xiàn)真實可用的軟件系統(tǒng)，包括各種系統(tǒng)軟件、運用軟件。信息要求在寬廣的范圍內(nèi)快速、可靠、平安、隨時隨地地傳輸〔通訊技術〕新數(shù)字傳送系統(tǒng).wmv要為不斷增長的、海量的、各種類型的信息提供快速、可靠和平安的存儲設備〔存儲技術〕研討人的視覺、聽覺、生理、心思等機制，以及大腦構造和功能，在計算機上進展模擬，制造出機器感知和人工智能，使信息處置技術更加智能化〔智能科學〕機器人數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)1.wmv機器人數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)2.wmv促進信息技術開展的需求信息技術的研討內(nèi)容研討信息的獲取〔搜集〕、表示〔組織〕、存儲、處置、傳輸〔包括發(fā)送、路由、接納〕集數(shù)學、物理學、電子學、通訊技術、計算機科學技術、智能科學技術以及控制實際與技術等于一體的交叉學科。信息技術的領域信息平安信息管理根底：軟件、微電子與光電子關鍵技術：微電子與光電子、軟件、計算機和通訊信息獲取信息處置信息傳輸、交換信息存儲信息的隨動執(zhí)行和運用中心和根底微電子電子學微電子學二、微電子技術開展及運用微電子學：Microelectronics微電子學——微型電子學中心——集成電路微電子學〔Microelectronics〕：一門研討集成電路設計、制造、測試、封裝等全過程的學科半導體〔Semiconductor〕：內(nèi)涵及外延均與微電子類似，是早期的叫法集成電路IC〔IntegrateCircuit〕：經(jīng)過一系列特定的加工工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無源器件，按照一定的電路互連，“集成〞在一塊半導體單晶片〔如硅或砷化鎵〕上，封裝在一個外殼內(nèi)，執(zhí)行特定電路或系統(tǒng)功能芯片〔chip〕：沒有封裝的集成電路，但通常也與集成電路混用，作為集成電路的又一個稱號集成系統(tǒng)芯片SOC〔systemonachip〕：微電子學和集成電路技術開展的產(chǎn)物，指在單芯片上實現(xiàn)系統(tǒng)級的功能微電子技術的開展歷史1947年12月23日，W.Schokley指點的貝爾實驗室設計研制出第一個NPN型Ge晶體管，肖力克與布拉頓、巴丁共同獲得1956年Nobel物理獎。第一塊集成電路第一個晶體管遲到了四十二年的獎1958年美國德州儀器公司技術專家杰克·基爾比〔Kilby〕發(fā)明第一塊集成電路，12個器件，Ge晶片；2000年獲得諾貝爾物理學獎。微電子技術開展史上的幾個里程碑1962年Wanlass——CMOS技術；如今集成電路產(chǎn)業(yè)中占95%以上；1971年：Intel推出1kb動態(tài)隨機存儲器〔DRAM〕，標志著大規(guī)模集成電路出現(xiàn)；1971年：全球第一個微處置器4004由Intel公司推出，里程碑式的發(fā)明1978年：64kb動態(tài)隨機存儲器誕生，缺乏0.5平方厘米的硅片上集成了14萬個晶體管，標志著超大規(guī)模集成電路〔VLSI〕時代的降臨；1988年：16MDRAM〔主存儲器〕問世，1平方厘米大小的硅片上集成有3500萬個晶體管，標志著進入超大規(guī)模集成電路〔ULSI〕階段；第一個CPU：4004PentiumIIICPU芯片不斷提高產(chǎn)品的性能價錢比是微電子技術開展的動力集成電路芯片的集成度每三年提高4倍〔18個月翻一番〕，而加工特征尺寸減少倍，這就是摩爾定律微電子技術開展的規(guī)律10G1G100M10M1M100K10K1K0.1K19701980199020002021芯片上的體管數(shù)目微處置器性能每三年翻兩番微處置器的性能100G10GGiga100M10MMegaKilo1970 1980 1990 2000 2021PeakAdvertised

Performance(PAP)Moore’s

LawRealApplied

Performance(RAP)

41%Growth80808086802868038680486PentiumPentiumPro集成電路技術是近50年來開展最快的技術按此比率下降，小汽車價錢不到1美分設計檢測單晶、外延資料掩膜版芯片制造過程封裝測試系統(tǒng)需求集成電路設計與制造的主要流程芯片的顯微照片集成電路設計的開展六十年代的集成電路設計微米級工藝基于晶體管級互連主流CAD：圖形編輯VddABOut八十年代的電子系統(tǒng)設計PEL2MEMMathBusControllerIOGraphicsPCB〔印數(shù)電路板〕集成系統(tǒng)亞微米級工藝依賴工藝基于規(guī)范單元互連主流CAD:門陣列規(guī)范單元集成電路芯片世紀之交的電子系統(tǒng)設計SYSTEM-ON-A-CHIP深亞微米、超深亞微米級工藝基于IP復用主流CAD：軟硬件協(xié)同設計MEMORYCache/SRAMorevenDRAMProcessor

CoreDSP

ProcessorCoreGraphicsMPEGVRAMMotionEncryption/DecryptionSCSIEISAInterfaceGlueGluePCIInterfaceI/OInterfaceLANInterfaceIC的速度很高、功耗很小，但由于PCB板中的連線延時、噪聲、可靠性以及分量等要素的限制，已無法滿足性能日益提高的整機系統(tǒng)的要求IC設計與制造技術程度的提高，IC規(guī)模越來越大，已可以在一個芯片上集成108~109個晶體管分立元件集成電路IC系統(tǒng)芯片SystemOnAChip(簡稱SOC)將整個系統(tǒng)集成在一個微電子芯片上在需求牽引和技術推進的雙重作用下系統(tǒng)芯片(SOC)與集成電路(IC)的設計思想是不同的，它是微電子技術領域的一場革命。集成電路走向系統(tǒng)芯片SOCSystemOnAChip集成電路走向系統(tǒng)芯片SOC技術剛剛起步，層出不窮將從目前的3G逐漸開展到3T時代存儲容量由G位開展到T位集成電路器件的速度由GHz開展到THz數(shù)據(jù)傳輸速率由Gbps開展到Tbps注：1G=109、1T=1012、bps：每秒傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)21世紀的微電子將是SOC的時代特征尺寸繼續(xù)等比例減少集成電路(IC)將開展成為系統(tǒng)芯片(SOC)微電子技術與其它學科相結合，誕生出一系列嶄新的學科和艱苦的經(jīng)濟增長點MEMS(微機電系統(tǒng))：微電子技術與機械、光學等領域結合而誕生的生物芯片：微電子技術與生物工程技術結合的產(chǎn)物芯片技術制造太陽能硅板.wmv微電子技術的三個開展方向微電子是信息產(chǎn)業(yè)的中心和根底，實現(xiàn)社會信息化的網(wǎng)絡及其關鍵部件不論是各種計算機或通訊機，它們的根底都是微電子沒有微電子就沒有今天的信息社會沒有芯片的信息技術是沒有心臟的信息技術沒有微電子的電子工業(yè)只能是勞動密集型的組裝業(yè)，不能構成高附加值的知識經(jīng)濟硅技術至少在今后50年依然會堅持高速開展，目前還看不到可以替代的新技術蓋茨稱芯片技術沒到極限,十年內(nèi)也不會微電子技術對信息社會的重要性信息時代——硅器時代?5000400030002000100001000200030004000石器時代~35000年銅器時代~1800年鐵器時代~3200年硅器時代XX年？3000BC1200BC1968硅是地球上除氧以外含量最豐富的元素，但它如今曾經(jīng)成為知識創(chuàng)新的載體，價值千金——“點石成金〞我國的微電子產(chǎn)業(yè)微電子產(chǎn)業(yè)的開展規(guī)模和科學技術程度已成為衡量一個國家綜合實力的重要標志。IT行業(yè)停留在裝配業(yè)程度上，掙的“辛勞錢〞。在國際分工中我們將只能處于低附加值的低端上。有人戲稱：“他們說中關村是硅谷，但是一個無“芯〞的硅谷，產(chǎn)品不能夠有競爭力。〞在沒有本人集成電路產(chǎn)業(yè)的情況下，我們的高新技術的開展命脈掌握在他人手中。高級工程技術人才和設計人才短缺已成為產(chǎn)業(yè)開展的制約要素。美國已有設計人才40萬人，中國設計人才缺乏萬人我國微電子技術開展的歷史1956年五校