1、第第1章章 信息技術概述信息技術概述1.1 信息與信息技術信息與信息技術1.2 微電子技術簡介微電子技術簡介2第1章 信息技術概述1.1 信息與信息技術信息與信息技術（1）什么是信息）什么是信息（2）信息處理與信息技術）信息處理與信息技術（3）信息處理系統）信息處理系統3第1章 信息技術概述信息是什么？信息是什么？(1)n關于信息（關于信息（information），至今并沒有統一的定），至今并沒有統一的定義義n日常生活中比較籠統和模糊的幾種解釋是：日常生活中比較籠統和模糊的幾種解釋是：n語言、文字、圖畫、照片等表示的內容（新聞、消息語言、文字、圖畫、照片等表示的內容（新聞、消息或知識）或知識

2、）n讀書、上課、交談等所學習和了解的知識、方法、事讀書、上課、交談等所學習和了解的知識、方法、事實和情況實和情況n為了做判斷、訂計劃或求解問題等所需要的數據、資為了做判斷、訂計劃或求解問題等所需要的數據、資料料n4第1章 信息技術概述信息是什么？信息是什么？(2)n中國大百科全書的解釋：從認識論層次來看，信息是指中國大百科全書的解釋：從認識論層次來看，信息是指認識主體所感知或主體所表述的認識主體所感知或主體所表述的 “事物運動的狀態及狀事物運動的狀態及狀態變化的方式態變化的方式” n信息因它所表達的內容而有一定的價值，也因能相互交信息因它所表達的內容而有一定的價值，也因能相互交流而體現其作用流

3、而體現其作用n信息有多種表現形式，語言、文字、聲音、圖片等都是信息有多種表現形式，語言、文字、聲音、圖片等都是信息的表現形式信息的表現形式(也稱為信息的載體或媒體也稱為信息的載體或媒體)n信息與物質和能量同樣重要，它是人們認識世界、改造信息與物質和能量同樣重要，它是人們認識世界、改造世界的一種基本世界的一種基本資源資源5第1章 信息技術概述什么是信息處理？什么是信息處理？n信息處理指的是與下列內容相關的行為和活動：信息處理指的是與下列內容相關的行為和活動：n信息的收集信息的收集(如信息的感知、測量、獲取、輸入等如信息的感知、測量、獲取、輸入等)n信息的加工信息的加工(如信息的分類、計算、分析、

4、轉換等如信息的分類、計算、分析、轉換等)n信息的存儲信息的存儲(如書寫、攝影、錄音、錄像等如書寫、攝影、錄音、錄像等)n信息的傳遞信息的傳遞(如郵寄、電報、電話、廣播等如郵寄、電報、電話、廣播等 )n信息的施用信息的施用(如控制、顯示等如控制、顯示等) 6第1章 信息技術概述人工進行信息處理的過程人工進行信息處理的過程 n人工信息處理的不足：人工信息處理的不足：n 算不快算不快n 記不住記不住n 傳不遠傳不遠n 看（聽）不清看（聽）不清事物事物客體客體信息獲取信息獲取(感覺器官感覺器官)信息加工與信息加工與存儲存儲(大腦大腦)信息傳遞信息傳遞(神經系統神經系統)信息施用信息施用(效應器官效應器

5、官)信息傳遞信息傳遞(神經系統神經系統)信息技術（信息技術（IT）手手/腳腳/身身眼眼/耳耳/鼻鼻/舌舌/身身7第1章 信息技術概述什么是信息技術？什么是信息技術？n信息技術（信息技術（Information Technology，簡稱，簡稱IT）指）指的是用來擴展人們信息器官功能、協助人們更有效的是用來擴展人們信息器官功能、協助人們更有效地進行信息處理的一門技術。地進行信息處理的一門技術。 n信息技術包括：信息技術包括：n擴展感覺器官功能的擴展感覺器官功能的感測感測(獲取獲取)與識別技術與識別技術n擴展神經系統功能的擴展神經系統功能的通信技術通信技術n擴展大腦功能的擴展大腦功能的計算計算(處

6、理處理) 與存儲技術與存儲技術n擴展效應器官功能的擴展效應器官功能的控制與顯示技術控制與顯示技術n8第1章 信息技術概述信息技術的發展歷史信息技術的發展歷史語言的形成和使用語言的形成和使用 文字的創造文字的創造 印刷技術的發明印刷技術的發明 望遠鏡、顯微鏡望遠鏡、顯微鏡 電報和電話通信電報和電話通信 廣播、電視廣播、電視 雷達、雷達、衛星（遙感感測）衛星（遙感感測） 計算機計算機、機器人、機器人 因特網（因特網（Internet） 9第1章 信息技術概述現代信息技術現代信息技術n3大特征：大特征：n采用電子技術（包括激光技術）采用電子技術（包括激光技術）n以數字技術（計算機）為基礎以數字技術（

7、計算機）為基礎n以軟件為核心以軟件為核心n內容：內容：n計算機計算機、微電子微電子、通信通信、廣播、遙感遙測、自動控制、廣播、遙感遙測、自動控制、機器人等機器人等10第1章 信息技術概述什么是信息處理系統？什么是信息處理系統？n用于輔助人們進行信息獲取、傳遞、存儲、加工處理、用于輔助人們進行信息獲取、傳遞、存儲、加工處理、控制及顯示的控制及顯示的綜合使用各種信息技術的系統綜合使用各種信息技術的系統，可以通稱，可以通稱為信息處理系統為信息處理系統n信息處理系統的結構：信息處理系統的結構：傳輸傳輸/存儲存儲信息加工信息加工傳輸傳輸/存儲存儲控制與顯示控制與顯示感測與識別感測與識別信息輸入信息輸入信

8、息輸出信息輸出11第1章 信息技術概述信息處理系統舉例信息處理系統舉例n雷達雷達： 以感測與識別為主要目的以感測與識別為主要目的n電視電視/廣播：廣播： 以單向、點到多點的信息傳遞為主要以單向、點到多點的信息傳遞為主要目的目的n電話電話：以雙向、點到點的信息交互為主要目的：以雙向、點到點的信息交互為主要目的n銀行：銀行：以處理金融信息為目的以處理金融信息為目的n圖書館：圖書館：以信息收藏和檢索為主要目的以信息收藏和檢索為主要目的n因特網因特網：跨越全球的多功能信息處理系統：跨越全球的多功能信息處理系統 12第1章 信息技術概述1.2 微電子技術簡介微電子技術簡介（1）微電子技術與集成電路）微電

9、子技術與集成電路（2）集成電路的制造）集成電路的制造（3）集成電路的發展趨勢）集成電路的發展趨勢（4）IC卡卡(1)(1)微電子技術與集成電路微電子技術與集成電路 微電子技術是信息技術領域中的關微電子技術是信息技術領域中的關鍵技術，是發展電子信息產業和各項鍵技術，是發展電子信息產業和各項高技術的基礎高技術的基礎 微電子技術的核心是集成電路技術微電子技術的核心是集成電路技術14第1章 信息技術概述電子電路中元器件的發展演變電子電路中元器件的發展演變晶體管晶體管(1948)中中/小規模小規模集成電路集成電路(1950s) 微電子技術是以微電子技術是以集成電路集成電路為核心的電子技術，為核心的電子技

10、術，它是在電子元器件小型化、微型化的過程中它是在電子元器件小型化、微型化的過程中發展起來的。發展起來的。大規模大規模/超大規模超大規模集成電路集成電路(1970s)電子管電子管(1904)15第1章 信息技術概述什么是集成電路？什么是集成電路？n集成電路集成電路 (Integrated Circuit，簡稱簡稱IC)：以半導體單晶片作為基片以半導體單晶片作為基片,采用平面工藝，采用平面工藝，將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所構成的電路制作在基片上所構成的一個所構成的電路制作在基片上所構成的一個微型化的電路或系統微型化的電路或系統n集成電路的優點：集成電路

11、的優點：n體積小、重量輕體積小、重量輕n功耗小、成本低功耗小、成本低n速度快、可靠性高速度快、可靠性高超大規模集成電路超大規模集成電路小規模集成電路小規模集成電路16第1章 信息技術概述集成電路的分類集成電路的分類n按用途分：按用途分：n通用集成電路通用集成電路n專用集成電路專用集成電路（ASIC）n按電路的功能分：按電路的功能分：n數字集成電路數字集成電路n模擬集成電路模擬集成電路n按晶體管結構、電路和工藝分：按晶體管結構、電路和工藝分：n雙極型（雙極型（Bipolar）電路）電路n金屬氧化物半導體金屬氧化物半導體(MOS)電路電路nn按集成度按集成度(芯片中包含的元器件芯片中包含的元器件數

12、目數目)分：分：集成電路規模集成電路規模元器件數目元器件數目小規模集成電小規模集成電路（路（SSI）100中中規模集成電規模集成電路（路（MSI）1003000大規模集成電大規模集成電路（路（LSI）300010萬萬超大規模集成超大規模集成電路（電路（VLSI）10萬萬幾十幾十億億極大規模集成極大規模集成電路（電路（ULSI）100萬萬17第1章 信息技術概述附：常見集成電路產品的類型附：常見集成電路產品的類型混混合合電電路路A/D轉換器轉換器D/A轉換器轉換器(2)(2)集成電路的制造集成電路的制造( (選學選學) ) 集成電路的制造工序繁多，從原料熔煉開始到最集成電路的制造工序繁多，從原料

13、熔煉開始到最終產品包裝大約需要終產品包裝大約需要400400多道工序多道工序，工藝復雜且技，工藝復雜且技術難度非常高，有一系列的關鍵技術。許多工序必術難度非常高，有一系列的關鍵技術。許多工序必須在恒溫、恒濕、超潔凈的無塵廠房內完成。須在恒溫、恒濕、超潔凈的無塵廠房內完成。 目前興建一個有兩條生產線能加工目前興建一個有兩條生產線能加工8 8英寸晶圓的英寸晶圓的集成電路工廠需投資人民幣集成電路工廠需投資人民幣1010億元以上。億元以上。 19第1章 信息技術概述集成電路的制造流程集成電路的制造流程硅拋光片硅拋光片單單晶晶硅硅錠錠單晶硅錠經切單晶硅錠經切割、研磨和拋割、研磨和拋光后制成鏡面光后制成鏡

14、面一樣光滑的圓一樣光滑的圓形薄片，稱為形薄片，稱為“硅拋光片硅拋光片”硅平面工藝包括氧化、光刻、硅平面工藝包括氧化、光刻、摻雜和互連等工序，最終在摻雜和互連等工序，最終在硅片上制成包含多層電路及硅片上制成包含多層電路及電子元件的集成電路。通常電子元件的集成電路。通常每一硅拋光片上可制作成百每一硅拋光片上可制作成百上千個獨立的集成電路，這上千個獨立的集成電路，這種整整齊齊排滿了集成電路種整整齊齊排滿了集成電路的硅片稱作的硅片稱作“晶圓晶圓”對晶圓上的每個對晶圓上的每個電路進行檢測，電路進行檢測，然后將晶圓切開然后將晶圓切開成小片，把合格成小片，把合格的電路分類，再的電路分類，再封裝成一個個獨封裝

15、成一個個獨立的集成電路立的集成電路進行成品測試，進行成品測試，按其性能參數按其性能參數分為不同等級，分為不同等級，貼上規格型號貼上規格型號及出廠日期等及出廠日期等標簽，成品即標簽，成品即可出廠可出廠20第1章 信息技術概述集成電路的集成電路的封裝封裝 集成電路集成電路封裝目的：封裝目的： 電功能、散熱功能、機械與化學保護功能電功能、散熱功能、機械與化學保護功能 常見的封裝方式：常見的封裝方式：n 單列直插式（單列直插式（SIP） n 雙列直插式雙列直插式 （DIP）n 陣列陣列式式（PGA）n 塑料有引線芯片載體（塑料有引線芯片載體（PLCC）n 扁平貼片扁平貼片式式( QFP) n 小外形封

16、裝（小外形封裝（SOP） 21第1章 信息技術概述FC-PGA2 FC-PGA2 封裝方式封裝方式（Pentium 4 Pentium 4 處理器）處理器） 集成電路的集成電路的封裝形式封裝形式(3)(3)集成電路的發展趨勢集成電路的發展趨勢 集成電路的工作速度主要取決于晶體管的尺寸。集成電路的工作速度主要取決于晶體管的尺寸。晶體管的尺寸越小，其極限工作頻率越高，門電路晶體管的尺寸越小，其極限工作頻率越高，門電路的開關速度就越快，相同面積的晶片可容納的晶體的開關速度就越快，相同面積的晶片可容納的晶體管數目就越多。管數目就越多。 所以從集成電路問世以來，人們就一直在縮小晶所以從集成電路問世以來，

17、人們就一直在縮小晶體管、電阻、電容、連接線的尺寸上下功夫。體管、電阻、電容、連接線的尺寸上下功夫。 23第1章 信息技術概述IC集成度提高的規律集成度提高的規律Moore定律定律：單塊集成電路的集成度平均每單塊集成電路的集成度平均每18個月個月翻一番翻一番 (Gordon E.Moore,1965年年)晶體管數晶體管數例例：Intel微處理器集成度的發展微處理器集成度的發展n酷睿酷睿2雙核雙核 （2006）291410M晶體管晶體管n酷睿酷睿2四核四核 （2007）820M 晶體管晶體管1 000197019751980198519901995200010 000100 00010610 x1

18、06 100 x10640048008808080868028680386PentiumPentium IIPentium IIIPentium 48048620101000 x106CORE 2 DuoCORE 2 Quad24第1章 信息技術概述集成電路技術的發展趨勢集成電路技術的發展趨勢19992001200420082014工藝工藝(m)0.180.130.090.0450.014晶體管晶體管(M)23.847.61355393500時鐘頻率時鐘頻率(GHz)1.21.62.02.65510面積面積(mm2)340340390468901連線層數連線層數678910晶圓直徑晶圓直徑(英

19、寸英寸)1212141618 減小蝕刻尺寸，縮小晶體管、電阻、電容和連線的尺寸減小蝕刻尺寸，縮小晶體管、電阻、電容和連線的尺寸 增大硅晶圓的面積：使每塊晶圓能生產更多的芯片增大硅晶圓的面積：使每塊晶圓能生產更多的芯片25第1章 信息技術概述進一步提高集成度的問題與出路進一步提高集成度的問題與出路n問題：問題：n線寬進一步縮小后，晶體管線條小到線寬進一步縮小后，晶體管線條小到納米級納米級時，其電流微弱時，其電流微弱到僅有幾十個甚至幾個電子流動，晶體管將逼近其物理極限到僅有幾十個甚至幾個電子流動，晶體管將逼近其物理極限而無法正常工作而無法正常工作n出路：出路：n在在納米尺寸納米尺寸下，納米結構會表

20、現出一些新的下，納米結構會表現出一些新的量子現象和效應量子現象和效應，人們正在利用這些量子效應研制具有全新功能的人們正在利用這些量子效應研制具有全新功能的量子器件量子器件，使能開發出新的使能開發出新的納米芯片納米芯片和和量子計算機量子計算機n同時，正在研究將同時，正在研究將光光作為信息的載體，發展光子學，研制作為信息的載體，發展光子學，研制集集成光路成光路，或把電子與光子并用，實現，或把電子與光子并用，實現光電子集成光電子集成 (4) IC卡簡介卡簡介幾乎每個人每天都與幾乎每個人每天都與ICIC卡打交道，例如我們的身份卡打交道，例如我們的身份證、手機證、手機SIMSIM卡、交通卡、飯卡等等，什

21、么是卡、交通卡、飯卡等等，什么是ICIC卡？卡？它有哪些類型和用途？工作原理大致是怎樣的？下它有哪些類型和用途？工作原理大致是怎樣的？下面是簡單介紹。面是簡單介紹。27第1章 信息技術概述什么是什么是 IC卡？卡？nIC卡卡(chip card、smart card)，又稱為集成電路卡，它是把，又稱為集成電路卡，它是把集成電路芯片密封在塑料卡基片內，使其成為能存儲信息、集成電路芯片密封在塑料卡基片內，使其成為能存儲信息、處理和傳遞數據的載體處理和傳遞數據的載體n特點：特點：n存儲信息量大存儲信息量大n保密性能強保密性能強n可以防止偽造和竊用可以防止偽造和竊用n抗干擾能力強抗干擾能力強n可靠性高

22、可靠性高n應用舉例：應用舉例：n作為作為電子證件電子證件，記錄持卡人的信息，用作身份識別（如身份證、，記錄持卡人的信息，用作身份識別（如身份證、考勤卡、醫療卡、住房卡等）考勤卡、醫療卡、住房卡等）n作為作為電子錢包電子錢包（如電話卡、公交卡、加油卡等）（如電話卡、公交卡、加油卡等）28第1章 信息技術概述IC卡的類型卡的類型(按芯片分類按芯片分類)n存儲器卡：存儲器卡：封裝的集成電路為存儲器，信息可長期保封裝的集成電路為存儲器，信息可長期保存，也可通過讀卡器改寫。結構簡單，使用方便。用存，也可通過讀卡器改寫。結構簡單，使用方便。用于安全性要求不高的場合，如電話卡、水電費卡、公于安全性要求不高的

23、場合，如電話卡、水電費卡、公交卡、醫療卡等交卡、醫療卡等 （帶加密邏輯的存儲器卡（帶加密邏輯的存儲器卡增加了加增加了加密電路密電路）nCPU卡：卡：封裝的集成電路為中央處理器封裝的集成電路為中央處理器（CPU）和存）和存儲器，還配有芯片操作系統儲器，還配有芯片操作系統(Chip Operating System)，處理能力強，保密性更好，常用作證件和信用卡使用。處理能力強，保密性更好，常用作證件和信用卡使用。手機中使用手機中使用的的SIM卡就是一種特殊卡就是一種特殊的的CPU卡。卡。29第1章 信息技術概述IC卡的類型卡的類型(按使用方式分類按使用方式分類)n接觸式接觸式IC卡卡(如電話如電話

24、IC卡卡)n表面有方型鍍金接口，共表面有方型鍍金接口，共8個或個或6個鍍金觸點。個鍍金觸點。使用時必須將使用時必須將IC卡插入讀卡機，通過金屬觸點卡插入讀卡機，通過金屬觸點傳輸數據。傳輸數據。n用于信息量大、讀寫操作比較復雜的場合用于信息量大、讀寫操作比較復雜的場合,但易但易磨損、怕臟、壽命短磨損、怕臟、壽命短n非接觸式非接觸式IC卡卡(射頻卡、感應卡射頻卡、感應卡)n采用電磁感應方式無線傳輸數據，解決了無源采用電磁感應方式無線傳輸數據，解決了無源（卡中無電源）和免接觸問題（卡中無電源）和免接觸問題n操作方便，快捷，采用全密封膠固化，防水、操作方便，快捷，采用全密封膠固化，防水、防污，使用壽命

25、長防污，使用壽命長n用于讀寫信息較簡單的場合，如身份驗證等用于讀寫信息較簡單的場合，如身份驗證等 接觸式接觸式IC卡卡接觸式接觸式IC卡的結構卡的結構非接觸式非接觸式IC卡卡30第1章 信息技術概述非接觸式非接觸式IC卡的工作原理（選學）卡的工作原理（選學）讀卡器發出一組固定讀卡器發出一組固定頻率的無線電波頻率的無線電波(射頻射頻信號信號)，通過天線向外，通過天線向外發射發射IC卡激活后，通過輻射電卡激活后，通過輻射電磁信號將卡內數據發射出磁信號將卡內數據發射出去去(或接收讀卡器送來的數或接收讀卡器送來的數據據)當當IC卡處在讀卡器有效范圍卡處在讀卡器有效范圍(一般為一般為510cm)內時，卡

26、內的一個內時，卡內的一個LC串聯諧串聯諧振電路振電路(諧振頻率相同的諧振頻率相同的)便產生電磁便產生電磁共振，使電容充電，從而為卡內其它共振，使電容充電，從而為卡內其它電路提供電路提供2V的工作電壓的工作電壓讀卡器收到數據后，通過接口將讀卡器收到數據后，通過接口將IC卡數據傳送給卡數據傳送給PC，PC將判斷該卡將判斷該卡的合法性，作出相應處理的合法性，作出相應處理31第1章 信息技術概述非接觸式非接觸式IC卡在身份證中的使用卡在身份證中的使用n第二代身份證使用非接觸式第二代身份證使用非接觸式CPU卡，可實現卡，可實現“電子防偽電子防偽”和和“數字管理數字管理”兩大功能兩大功能 ：n電子防偽措施：個人數據和人臉圖像經過加密后存儲在芯電子防偽措施：個人數據和人臉圖像經過加密后存儲在芯片中，需要時可通過非接觸式讀卡器讀出進行驗證。以后片中，需要時可通過非接觸式讀卡器讀出進行驗證。以后還可以將人體生物特征如指紋等保存在芯片中，以進一步還可以將人體生物特征如指紋等保存在芯片中，以進一步提高防