當(dāng)代高新技術(shù)的發(fā)展電子信息技術(shù)

第三章當(dāng)代高新技術(shù)的開展第三節(jié)電子信息技術(shù)主要內(nèi)容信息技術(shù)概述微電子技術(shù)的運(yùn)用及開展計(jì)算機(jī)運(yùn)用技術(shù)及開展網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)開展人工智能及其開展一、信息技術(shù)概述信息：信息就是音訊，一切存在都有信息對(duì)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(jìn)展度量，并進(jìn)展信息編碼。如現(xiàn)代計(jì)算機(jī)運(yùn)用的二進(jìn)制可識(shí)別:信息可采取直觀識(shí)別、比較識(shí)別和間接識(shí)別等多種方式來把握?？赊D(zhuǎn)換:信息可以從一種形狀轉(zhuǎn)換為另一種形狀。如自然信息可轉(zhuǎn)換為言語、文字和圖像等形狀，也可轉(zhuǎn)換為電磁波信號(hào)或計(jì)算機(jī)代碼。可存儲(chǔ):信息可以存儲(chǔ)。大腦就是一個(gè)天然信息存儲(chǔ)器。人類發(fā)明的文字、攝影、錄音、錄像以及計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器等都可以進(jìn)展信息存儲(chǔ)?？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(jìn)展決策、設(shè)計(jì)、研討、寫作、改良、發(fā)明、發(fā)明等多種信息處置活動(dòng)。計(jì)算機(jī)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(shí)進(jìn)展的。言語、表情、動(dòng)作、報(bào)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(jì)算機(jī)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(jìn)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(shí)效性和可利用性?？晒蚕?信息具有分散性，因此可共享。人類信息活動(dòng)的五次變革人類的進(jìn)化史也是一部人類信息活動(dòng)的演進(jìn)史五次宏大的變革言語：標(biāo)志著人類信息活動(dòng)的范圍和效率的飛躍性提高，人類的信息活動(dòng)從詳細(xì)走向籠統(tǒng)。文字：文字突破了時(shí)間和空間的限制，使信息可以傳得更久，傳得更遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)了信息的共享印刷術(shù)：印刷術(shù)的發(fā)明使人類信息傳送的速度和范圍急劇地?cái)U(kuò)展，人類信息的存儲(chǔ)才干進(jìn)一步加強(qiáng)，并初步實(shí)現(xiàn)了廣泛的信息共享利用電磁波：電信革命的實(shí)現(xiàn)，是人類劃時(shí)代的提高計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：新型計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，以及與通訊技術(shù)的結(jié)合，使信息處置第一次到達(dá)了一體化和自動(dòng)化自然界和人類社會(huì)的一切活動(dòng)都在產(chǎn)生信息。信息是客觀事物形狀和運(yùn)動(dòng)特征的一種普遍方式，是人類社會(huì)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的重要資源信息科學(xué)技術(shù)的開展改動(dòng)了人們的消費(fèi)、生活方式，真正實(shí)現(xiàn)了“天涯假設(shè)比鄰〞的理想社會(huì)的各個(gè)部分經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)銜接成一個(gè)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(huì)信息化、網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化。實(shí)現(xiàn)社會(huì)信息化的網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵部件是各種計(jì)算機(jī)或通訊機(jī)信息技術(shù)：信息社會(huì)的基石目前，全世界計(jì)算機(jī)不包括微機(jī)在內(nèi)有幾百萬臺(tái)，微機(jī)總量約6億臺(tái)，每年由計(jì)算機(jī)完成的任務(wù)量超越4000億人年任務(wù)量漢諾威電子博覽會(huì).wmv國際消費(fèi)電子展.wmv幾乎一切的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與信息技術(shù)結(jié)合，用電子信息技術(shù)進(jìn)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(fēng)機(jī)、水泵的總耗電量約占了全國發(fā)電量的30%，僅僅對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速等電子技術(shù)進(jìn)展改造，每年即可節(jié)電500億度以上，相當(dāng)于三個(gè)葛洲壩電站的發(fā)電量(157億度/年)對(duì)白熾燈進(jìn)展高效節(jié)能改造，并假設(shè)推行運(yùn)用30%，所節(jié)省的電能相當(dāng)于三座大亞灣核電站的發(fā)電量(億度/年)信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的浸透與帶動(dòng)作用配備的更新?lián)Q代都基于信息技術(shù)的提高，其乖巧的程度都依賴于信息技術(shù)的“智慧〞程度和運(yùn)用程度數(shù)控機(jī)床數(shù)字化技術(shù)改造價(jià)錢相差10倍信息技術(shù)整機(jī)系統(tǒng)高附加值在生長期進(jìn)入市場，加強(qiáng)市場競爭力普通機(jī)床2020年世界最大的30個(gè)市場領(lǐng)域：其中與信息技術(shù)相關(guān)的24個(gè)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(shù)面臨的問題人類曾經(jīng)進(jìn)入“信息化社會(huì)〞或“數(shù)字化社會(huì)〞。信息爆炸，信息存量指數(shù)遞增。處置才干的增長長遠(yuǎn)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(gòu)造越來越復(fù)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(fèi)事和困難。海量信息分布在寬廣的網(wǎng)上，各節(jié)點(diǎn)間為了運(yùn)用它們必需相互通訊，而且人參與其中，使問題更加復(fù)雜化。信息的平安問題：國家平安、銀行/金融系統(tǒng)的平安、個(gè)人通訊的平安、……促進(jìn)信息技術(shù)開展的需求在物理實(shí)現(xiàn)上不斷探求新思想、新原理和新方法，使各種信息領(lǐng)域元器件的性能不斷提高〔電子技術(shù)〕計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等的體系構(gòu)造和處置邏輯不斷改良，發(fā)明和設(shè)計(jì)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(jì)算方法，以便不斷提高系統(tǒng)的處置效率。軟件的實(shí)際和技術(shù)迅速改良，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)真實(shí)可用的軟件系統(tǒng)，包括各種系統(tǒng)軟件、運(yùn)用軟件。信息要求在寬廣的范圍內(nèi)快速、可靠、平安、隨時(shí)隨地地傳輸〔通訊技術(shù)〕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(chǔ)設(shè)備〔存儲(chǔ)技術(shù)〕研討人的視覺、聽覺、生理、心思等機(jī)制，以及大腦構(gòu)造和功能，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)展模擬，制造出機(jī)器感知和人工智能，使信息處置技術(shù)更加智能化〔智能科學(xué)〕機(jī)器人數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)1.wmv機(jī)器人數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)2.wmv促進(jìn)信息技術(shù)開展的需求信息技術(shù)的研討內(nèi)容研討信息的獲取〔搜集〕、表示〔組織〕、存儲(chǔ)、處置、傳輸〔包括發(fā)送、路由、接納〕集數(shù)學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、智能科學(xué)技術(shù)以及控制實(shí)際與技術(shù)等于一體的交叉學(xué)科。信息技術(shù)的領(lǐng)域信息平安信息管理根底：軟件、微電子與光電子關(guān)鍵技術(shù)：微電子與光電子、軟件、計(jì)算機(jī)和通訊信息獲取信息處置信息傳輸、交換信息存儲(chǔ)信息的隨動(dòng)執(zhí)行和運(yùn)用中心和根底微電子電子學(xué)微電子學(xué)二、微電子技術(shù)開展及運(yùn)用微電子學(xué)：Microelectronics微電子學(xué)——微型電子學(xué)中心——集成電路微電子學(xué)〔Microelectronics〕：一門研討集成電路設(shè)計(jì)、制造、測試、封裝等全過程的學(xué)科半導(dǎo)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(dǎo)體單晶片〔如硅或砷化鎵〕上，封裝在一個(gè)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(gè)稱號(hào)集成系統(tǒng)芯片SOC〔systemonachip〕：微電子學(xué)和集成電路技術(shù)開展的產(chǎn)物，指在單芯片上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的功能微電子技術(shù)的開展歷史1947年12月23日，W.Schokley指點(diǎn)的貝爾實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)研制出第一個(gè)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(jiǎng)。第一塊集成電路第一個(gè)晶體管遲到了四十二年的獎(jiǎng)1958年美國德州儀器公司技術(shù)專家杰克·基爾比〔Kilby〕發(fā)明第一塊集成電路，12個(gè)器件，Ge晶片；2000年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。微電子技術(shù)開展史上的幾個(gè)里程碑1962年Wanlass——CMOS技術(shù)；如今集成電路產(chǎn)業(yè)中占95%以上；1971年：Intel推出1kb動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器〔DRAM〕，標(biāo)志著大規(guī)模集成電路出現(xiàn)；1971年：全球第一個(gè)微處置器4004由Intel公司推出，里程碑式的發(fā)明1978年：64kb動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器誕生，缺乏0.5平方厘米的硅片上集成了14萬個(gè)晶體管，標(biāo)志著超大規(guī)模集成電路〔VLSI〕時(shí)代的降臨；1988年：16MDRAM〔主存儲(chǔ)器〕問世，1平方厘米大小的硅片上集成有3500萬個(gè)晶體管，標(biāo)志著進(jìn)入超大規(guī)模集成電路〔ULSI〕階段；第一個(gè)CPU：4004PentiumIIICPU芯片不斷提高產(chǎn)品的性能價(jià)錢比是微電子技術(shù)開展的動(dòng)力集成電路芯片的集成度每三年提高4倍〔18個(gè)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(shù)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(shù)是近50年來開展最快的技術(shù)按此比率下降，小汽車價(jià)錢不到1美分設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與制造的主要流程芯片的顯微照片集成電路設(shè)計(jì)的開展六十年代的集成電路設(shè)計(jì)微米級(jí)工藝基于晶體管級(jí)互連主流CAD：圖形編輯VddABOut八十年代的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)PEL2MEMMathBusControllerIOGraphicsPCB〔印數(shù)電路板〕集成系統(tǒng)亞微米級(jí)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(jì)之交的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)SYSTEM-ON-A-CHIP深亞微米、超深亞微米級(jí)工藝基于IP復(fù)用主流CAD：軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)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(shí)、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(jī)系統(tǒng)的要求IC設(shè)計(jì)與制造技術(shù)程度的提高，IC規(guī)模越來越大，已可以在一個(gè)芯片上集成108~109個(gè)晶體管分立元件集成電路IC系統(tǒng)芯片SystemOnAChip(簡稱SOC)將整個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)微電子芯片上在需求牽引和技術(shù)推進(jìn)的雙重作用下系統(tǒng)芯片(SOC)與集成電路(IC)的設(shè)計(jì)思想是不同的，它是微電子技術(shù)領(lǐng)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(shù)剛剛起步，層出不窮將從目前的3G逐漸開展到3T時(shí)代存儲(chǔ)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(jì)的微電子將是SOC的時(shí)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(shù)與其它學(xué)科相結(jié)合，誕生出一系列嶄新的學(xué)科和艱苦的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))：微電子技術(shù)與機(jī)械、光學(xué)等領(lǐng)域結(jié)合而誕生的生物芯片：微電子技術(shù)與生物工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物芯片技術(shù)制造太陽能硅板.wmv微電子技術(shù)的三個(gè)開展方向微電子是信息產(chǎn)業(yè)的中心和根底，實(shí)現(xiàn)社會(huì)信息化的網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵部件不論是各種計(jì)算機(jī)或通訊機(jī)，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(huì)沒有芯片的信息技術(shù)是沒有心臟的信息技術(shù)沒有微電子的電子工業(yè)只能是勞動(dòng)密集型的組裝業(yè)，不能構(gòu)成高附加值的知識(shí)經(jīng)濟(jì)硅技術(shù)至少在今后50年依然會(huì)堅(jiān)持高速開展，目前還看不到可以替代的新技術(shù)蓋茨稱芯片技術(shù)沒到極限,十年內(nèi)也不會(huì)微電子技術(shù)對(duì)信息社會(huì)的重要性信息時(shí)代——硅器時(shí)代?5000400030002000100001000200030004000石器時(shí)代~35000年銅器時(shí)代~1800年鐵器時(shí)代~3200年硅器時(shí)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(shí)創(chuàng)新的載體，價(jià)值千金——“點(diǎn)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(xué)技術(shù)程度已成為衡量一個(gè)國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)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(guān)村是硅谷，但是一個(gè)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(shù)的開展命脈掌握在他人手中。高級(jí)工程技術(shù)人才和設(shè)計(jì)人才短缺已成為產(chǎn)業(yè)開展的制約要素。美國已有設(shè)計(jì)人才40萬人，中國設(shè)計(jì)人才缺乏萬人我國微電子技術(shù)開展的歷史1956年五校