当代高新技术的发展-电子信息技术课件

書式設定,書式設定,第 2,第 3,第 4,第 5,第三章 当代高新技术的发展,第三节 电子信息技术,第三章 当代高新技术的发展第三节 电子信息技术,1,主要内容,信息技术概述,微电子技术的应用及发展,计算机应用技术及发展,网络与通信技术发展,人工智能及其发展,主要内容信息技术概述,2,一、信息技术概述,信息：,信息就是消息，一切存在都有信息,对人类而言，人的五官是信息的接收器，它们所感受到的一切，都是信息。,大量的信息是五官不能直接感受的，人类正通过各种手段，发明各种仪器来感知、发现它们。,一、信息技术概述信息：信息就是消息，一切存在都有信息,3,信息的十大基本特征,可量度,:,信息可采用某种度量单位进行度量，并进行信息编码。如现代计算机使用的二进制,可识别,:,信息可采取直观识别、比较识别和间接识别等多种方式来把握。,可转换,:,信息可以从一种形态转换为另一种形态。如自然信息可转换为语言、文字和图像等形态，也可转换为电磁波信号或计算机代码。,可存储,:,信息可以存储。大脑就是一个天然信息存储器。人类发明的文字、摄影、录音、录像以及计算机存储器等都可以进行信息存储。,可处理,:,人脑就是最佳的信息处理器。人脑的思维功能可以进行决策、设计、研究、写作、改进、发明、创造等多种信息处理活动。计算机也具有信息处理功能。,信息的十大基本特征可量度:信息可采用某种度量单位进行度量，,4,信息的十大基本特征,可传递,:,信息传递是与物质和能量的传递同时进行的。语言、表情、动作、报刊、书籍、广播、电视、电话等是人类常用的信息传递方式。,可再生,:,信息经过处理后，可以其他形式再生。如自然信息经过人工处理后，可用语言或图形等方式再生成信息。输入计算机的各种数据文字等信息，可用显示、打印、绘图等方式再生成信息。,可压缩,:,信息可以进行压缩，可以用不同的信息量来描述同一事物。人们常常用尽可能少的信息量描述一件事物的主要特征。,可利用,:,信息具有一定的实效性和可利用性。,可共享,:,信息具有扩散性，因此可共享。,信息的十大基本特征可传递:信息传递是与物质和能量的传递同时进,5,人类信息活动的五次变革,人类的进化史也是一部人类信息活动的演进史,五次巨大的变革,语言：,标志着人类信息活动的范围和效率的飞跃性提高，人类的信息活动从具体走向抽象。,文字：,文字打破了时间和空间的限制，使信息可以传得更久，传得更远，实现了信息的共享,印刷术：,印刷术的发明使人类信息传递的速度和范围急剧地扩展，人类信息的存储能力进一步加强，并初步实现了广泛的信息共享,利用电磁波：,电信革命的实现，是人类划时代的进步,计算机和网络技术：,新型计算机与网络技术的出现，以及与通信技术的结合，使信息处理第一次达到了一体化和自动化,人类信息活动的五次变革人类的进化史也是一部人类信息活动的演进,6,自然界和人类社会的一切活动都在产生信息。信息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式，,是人类社会,、经济活动的重要资源,信息科学技术的发展改变了人们的生产、生活方式，真正实现了“天涯若比邻”的理想,社会的各个部分通过网络系统连接成一个整体，由高速大容量光纤和通讯卫星群以光速和宽频带地传送信息，从而使社会信息化、网络化和数字化。,实现社会信息化的网络及其关键部件是各种计算机或通讯机,信息技术：信息社会的基石,自然界和人类社会的一切活动都在产生信息。信息是客观事物状态和,7,目前，全世界计算机不包括微机在内有几百万台，微机总量约,6,亿台，每年由计算机完成的工作量超过,4000,亿人年工作量,汉诺威电子博览会,.wmv,国际消费电子展,.wmv,目前，全世界计算机不包括微机在内有几百万台，微机总量约6亿台,8,几乎所有的传统产业与信息技术结合，用电子信息技术进行智能改造，都可以使传统产业重新焕发青春,全国各行业的风机、水泵的总耗电量约占了全国发电量的,30%,，仅仅对风机、水泵采用变频调速等电子技术进行改造，每年即可节电,500,亿度以上，相当于三个葛洲坝电站的发电量,(157,亿度,/,年,),对白炽灯进行高效节能改造，并假设推广应用,30%,，所节省的电能相当于三座大亚湾核电站的发电量,(139,亿度,/,年,),信息技术对传统产业的渗透与带动作用,几乎所有的传统产业与信息技术结合，用电子信息技术进行智能改造,9,装备的更新换代都基于信息技术的进步，其灵巧的程度都依赖于信息技术的“智慧”程度和使用程度,数控机床,数字化技术改造,价格相差,10,倍,信息,技术,整机系统,高附加值,在成长期进入,市场，增强市,场竞争力,普通机床,装备的更新换代都基于信息技术的进步，其灵巧的程度都依赖于信息,10,2020,年世界最大的,30,个市场领域：其中与信息技术相关的,24,个市场，,5,万亿美元,电子信息产业的战略重要性,2020年世界最大的30个市场领域：其中与信息技术相关的,11,信息技术面临的问题,人类已经进入“信息化社会”或“数字化社会”。,信息爆炸，信息存量指数递增。,处理能力,的增长远远赶不上信息量的增长。,信息不但在量上呈爆炸趋势，而且信息,结构,越来越复杂，处理越来越困难。,信息越来越多，但是信息的,利用率,越来越低，人们被埋没的数据和信息的海洋之中，不知所措。,Internet,的发展开拓了人类的“视界”和互相交流的范围。但是其无序的成长和恶意产生的,“垃圾信息”,给网上信息的利用带来很大的麻烦和困难。,海量信息分布在广阔的网上，各节点间为了使用它们必须相互通信，而且人参与其中，使问题更加复杂化。,信息的安全问题：国家安全、银行,/,金融系统的安全、个人通信的安全、,信息技术面临的问题人类已经进入“信息化社会”或“数字化社会,12,促进信息技术发展的需求,在物理实现上不断探求新思想、新原理和新方法，使各种信息领域元器件的性能不断提高（,电子技术）,计算机、网络等的体系结构和处理逻辑不断改进，发明和设计出各种新型的,硬件系统,。,创造优良的信息处理方法和高效的计算方法，以便不断提高系统的,处理效率,。,软件的理论和技术迅速改进，设计和实现切实可用的软件系统，包括各种,系统软件、应用软件,。,促进信息技术发展的需求在物理实现上不断探求新思想、新原理和新,13,信息要求在广阔的范围内快速、可靠、安全、随时随地地传输,（通信技术）,新数字传送系统,.wmv,要为不断增长的、海量的、各种类型的信息提供快速、可靠和安全的存储设备,（存储技术）,研究人的视觉、听觉、生理、心理等机制，以及大脑结构和功能，在计算机上进行模拟，制造出机器感知和人工智能，使信息处理技术更加智能化（,智能科学）,机器人数字神经系统,1.wmv,机器人数字神经系统,2.wmv,促进信息技术发展的需求,信息要求在广阔的范围内快速、可靠、安全、随时随地地传输（通信,14,信息技术的研究内容,研究信息的获取（收集）、表示（组织）、存储、处理、传输（包括发送、路由、接收）,集数学、物理学、电子学、通信技术、计算机科学技术、智能科学技术以及控制理论与技术等于一体的交叉学科。,信息技术的研究内容研究信息的获取（收集）、表示（组织）、存储,15,信息技术的领域,信息安全,信息管理,基础：软件、微电子与光电子,关键技术：微电子与光电子、软件、计算机和通信,信息获取,信息处理,信息传输、交换,信息存储,信息的随动执行和应用,核心和基础,微电子,信息技术的领域信息安全信息管理基础：软件、微电子与光电子关,16,电,子,学,微电子学,二、微电子技术发展及应用,微电子学：,Microelectronics,微电子学,微型电子学,核心,集成电路,电微电子学二、微电子技术发展及应用微电子学：Microele,17,微电子学（,Microelectronics,）：,一门研究集成电路设计、制造、测试、封装等全过程的学科,半导体（,Semiconductor,）：,内涵及外延均与微电子类似，是早期的叫法,集成电路,IC,（,Integrate Circuit,）：,通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能,芯片（,chip,）：,没有封装的集成电路，但通常也与集成电路混用，作为集成电路的又一个名称,集成系统芯片,SOC,（,system on a chip,）：,微电子学和集成电路技术发展的产物，指在单芯片上实现系统级的功能,微电子学（Microelectronics）：一门研究集成,18,微电子技术的发展历史,1947,年,12,月,23,日，,W.Schokley,领导的贝尔实验室设计研制出第一个,NPN,型,Ge,晶体管，肖力克与布拉顿、巴丁共同获得,1956,年,Nobel,物理奖。,第一块集成电路,第一个晶体管,迟到了四十二年的奖,1958,年美国德州仪器公司技术专家杰克,基尔比（,Kilby,）发明第一块集成电路，,12,个器件，,Ge,晶片；,2000,年获得诺贝尔物理学奖。,微电子技术的发展历史 1947年12月23日，W.Scho,19,微电子技术发展史上的几个,里程碑,1962,年,WanlassCMOS,技术；现在集成电路产业中占,95%,以上；,1971,年：,Intel,推出,1kb,动态随机存储器（,DRAM,），标志着大规模集成电路出现；,1971,年：全球第一个微处理器,4004,由,Intel,公司推出，里程碑式的发明,1978,年：,64kb,动态随机存储器诞生，不足,0.5,平方厘米的硅片上集成了,14,万个晶体管，标志着超大规模集成电路（,VLSI,）时代的来临；,1988,年：,16M DRAM,（主存储器）问世，,1,平方厘米大小的硅片上集成有,3500,万个晶体管，标志着进入超大规模集成电路（,ULSI,）阶段；,第一个,CPU,：,4004,Pentium III CPU,芯,片,微电子技术发展史上的几个里程碑1962年WanlassC,20,不断提高产品的性能价格比是微电子技术发展的动力,集成电路芯片的,集成度每三年提高,4,倍（,18,个月翻一番）,，而加工特征尺寸缩小 倍,，这就是,摩尔定律,微电子技术发展的规律,10 G,1 G,100 M,10 M,1 M,100 K,10 K,1 K,0.1 K,1970,1980,1990,2000,2010,芯片上的体管数目,微处理器性能每三年翻两番,不断提高产品的性能价格比是微电子技术发展的动力微电子技术发展,21,微处理器的性能,100 G,10 G,Giga,100 M,10 M,Mega,Kilo,19701980199020002010,Peak Advertised Performance(PAP),MooresLaw,Real AppliedPerformance(RAP)41%Growth,8080,8086,80286,80386,80486,Pentium,PentiumPro,微处理器的性能100 G197019801990200,22,集成电路技术是近,50,年来发展最快的技术,按此比率下降，小汽车,价格不到1美分,集成电路技术是近50年来发展最快的技术按此比率下降，小汽车价,23,设计,检测,单晶,、外延材料,掩膜版,芯片制造过程,封装,测试,系统需求,集成电路设计与制造的主要流程,芯片的显微照片,设计检测单晶、外延材料掩膜版芯片制造过程封装测试系统需求集成,24,集成电路设计的发展,六十年代的集成电路设计,微米级工艺,基于晶体管级互连,主流,CAD,：图形编辑,Vdd,A,B,Out,集成电路设计的发展六十年代的集成电路设计微米级工艺VddAB,25,八十年代的电子系统设计,PE,L2,MEM,Math,Bus,Controller,IO,Graphics,PCB,（印数电路板）集成,系统,亚微米级工艺,依赖工艺,基于标准单元互连,主流,CAD:,门阵列,标准单元,集成电路芯