第一章 第一 次课

欢迎同学们来到淮海工学院 共同学习大学信息技术 祝同学们学习愉快,学习信息技术的方法 信息技术内容覆盖面广，学习时要通过做题来加强记忆。 适当预习 课前简单预习一下，做到心中有数。 上课专心听讲，适当作笔记 记暂时没有听懂的地方，记每章重点 作业独立完成（帮助记忆） 主动加强选择和填空题的练习,要求 （1）平时成绩30%，期末70% （2）切记不迟到，不早退，不旷课，上课安静听讲 （3）认真完成作业 用统一的作业本，整版纸书写 基础课作业多，字迹要工整 按要求时间按时交作业,本章学习目标与要求,1. 了解什么是信息，什么是信息处理，什么是信息技术 2. 了解什么是微电子技术，它的作用和意义 3. 描述通信技术的分类和通信技术的发展前景 4. 描述计算机信息处理的特点 5. 理解比特和比特运算，掌握各种进制的关系及整数和实数的表示方法,第一章 信息技术概述,1.1.1 信息与信息处理 1.1.2 信息技术 1.1.3 信息处理系统,1.1 信息与信息技术,信息定义,信息就是信息，它既不是物质也不是能量。 N.Wiener（控制论创始人） 事物运动的状态及状态变化的方式。 客观事物立场 认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的形式、内容和效用。 认识主体立场,1.1.1 信息与信息处理,信息的分类： 按照信息本身的客观属性划分，信息有原始信息（自然信息）和加工信息两类。 原始信息：是客观世界上物质的表征信息，要依附于一定的载体才能存在。如：外观信息形状、颜色等。 加工信息：是将原始信息通过加工主体（人）转换成主体群体（社会）所能接受、利用的信息。如：讲课等。 总之，信息是依附于载体上的具有客观属性的东西，它具有交流和共享的特征，能为同一群体彼此间所相互接受。,1.1.1 信息与信息处理,信息处理过程,1.1.1 信息与信息处理,与信息处理相关的行为和活动,信息收集感知、测量、识别、获取、输入等 信息加工分类、计算、分析、综合、转换、 检索、管理等 信息存储 信息传递 信息施用控制、显示等,1.1.1 信息与信息处理,信息技术：用来扩展人的信息器官功能、协助人们进 行信息处理的一类技术。 人的信息器官及功能： 感觉器官（眼耳鼻舌身）获取信息 神经网络传递信息 思维器官（大脑）处理信息并再生信息 效应器官（手脚）施用信息,1.1.2 信息技术,基本信息技术,感知与识别技术扩展感觉器官功能, 提高人们的感知范围、感知精度和灵敏度。如雷达、卫星等感测与识别技术 通信技术与存储技术扩展神经网络功能, 消除人们交流信息的空间和时间障碍。如电话、电视、因特网等通信技术与信息存储技术 计算处理技术扩展思维器官功能, 增强人们的信息加工处理能力。如计算机、机器人等信息处理 控制与显示技术扩展效应器官功能，增强人们的信息控制能力。如显示器、打印机等控制技术,1.1.2 信息技术,信息处理系统定义: 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。,信息处理系统结构,1.1.3 信息处理系统,信息处理系统分类,依据自动化程度人工的、半自动的、全自动的 依据技术手段机械的、电子的、光学的 依据通用性专用的、通用的 ,1.1.3 信息处理系统,信息处理系统实例,雷达: 以感知与识别为主要目的的系统 电视/广播系统: 单向的、点到多点（面）的以信息传递为主要目的的系统 电话: 双向的、点到点的以信息交互为主要目的的系统 银行: 以处理金融业务为主的系统 图书馆: 以信息收藏和检索为主的系统 Internet: 跨越全球的多功能信息处理系统,1.1.3 信息处理系统,主要特征：以数字技术为基础，以计算机为核心，采用电子技术(包括激光技术)进行信息的收集、传递、加工、存储、显示与控制，它包括通信、广播、计算机、微电子、遥感遥测、自动控制、机器人等诸多领域。下面对现代信息技术中的微电子、通信和计算机三项核心技术作简单介绍。,现代信息技术,1.2 微电子技术简介,1.2.1 微电子技术与集成电路 1.2.3 集成电路的发展趋势 1.2.4 IC卡,微电子技术： 以集成电路为核心的电子技术，它是实现电子电路和电子系统超小型化及微型化的技术。 微电子技术是信息技术领域中的关键技术,1.2.1 微电子技术与集成电路,电子电路使用的基础元件的演变 真空电子管 晶体管 中小规模集成电路 大规模、超大规模集成电路,电子线路使用的基础元件的演变,真空电子管 在这个阶段产生了广播、电视、无线电通信、仪器仪表、自动化技术和第一代电子计算机 晶体管 1948年发明，再加上印制电路组装技术的使用，使电子电路在小型化方面前进了一大步，产生了第二代计算机,1.2.1 微电子技术与集成电路,电子线路使用的基础元件的演变,集成电路(Integrated Circuit，简称IC) 20世纪50年代出现，以半导体单晶片作为材料，经平面工艺加工制造，将大量晶体管、电阻等元器件及互连线构成的电子线路集成在基片上，构成一个微型化的电路或系统。 现代集成电路使用的半导体材料通常是硅( Si )，也可以是化合物半导体如砷化镓(GaAs)等,超大规模集成电路,小规模集成电路,1.2.1 微电子技术与集成电路,集成电路的规模,根据所包含的电子元件（晶体管、电阻）数目分为：,1.2.1 微电子技术与集成电路,单个集成电路所含电子元件的数目,现在的PC机中：微处理器（CPU）、芯片 组、图形加速芯片等都是VLSI和ULSI。,集成电路芯片是微电子技术的结晶，是计算机和通信设备的硬件核心，是现代信息产业和信息社会的基础。 集成电路是改造和提升传统产业的核心技术 据预测：未来十年内世界半导体的年平均增长率将达15%以上。,1.2.1 微电子技术与集成电路,集成电路特点：体积小、重量轻、可靠性高 集成电路的工作速度 取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸 晶体管的尺寸越小 极限工作频率越高 门电路的开关速度越快 电路元件的线条越细 相同面积的晶片可容纳晶体管数越多 功能就越强 速度也越快。所以人们一直在缩小门电路面积下功夫 Moore定律G. E.Moore,1965年，Intel公司创始人 单块集成电路的集成度平均每1824个月翻一番,1.2.3集成电路的发展趋势,1.5年2年,Intel公司微处理器集成度的发展,1.2.3集成电路的发展趋势,Intel P4：采用0.13m工艺制造生产 AMD：采用0.13m工艺制造生产的CPU 至2005年初，集成电路生产的主流技术：1214晶圆，0.09m（微米）的工艺水平 美国半导体协会(SIA)预测：至2010年将达到18英寸晶圆， 0.070.05m的工艺水平。 在未来十年时间里，集成电路的技术还将继续遵循Moore定律得到进一步的发展,1.2.3集成电路的发展趋势,头发 100 m,1 m （微米） 1/1,000,000 m10-6 m（米）,问题与出路 线宽进一步缩小、线路间的距离越来越窄以后，干扰将越益严重。为了减少这种干扰，可以采取减小电流，降低电压的方法来解决。但是，当晶体管的基本线条小到纳米级（109米），线路的电流微弱到仅有几十个甚至几个电子流动时，晶体管已逼近其物理极限，它将无法正常工作。 在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和效应，可以利用这些量子效应研制具有新功能的量子器件，从而把芯片的研制推向量子世界的新阶段纳米芯片技术。 同时，人们还在研究将自然界传播速度最快的光作为信息的载体，发展光子学，研制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成。,1.2.3集成电路的发展趋势,光子计算机 光能够像电一样来传递信息，甚至效果更好；更重要的一个特点在于它不会和周围环境发生相互干扰的作用。因为当电子计算机芯片越来越趋向于0.18m时，就会产生很多的问题,而光子计算机就可以避免。,1.2.3集成电路的发展趋势,量子计算机 是运用量子力学来设计的，它们的特点是其潜在的运算速度将更大于电子计算机。从理论上说，它们的速度提高可以说是没有止境的，因为量子计算技术可以在同一时间内执行各种操作，同时有足够的能力来完成现 在电子计算机还很难完成的任务， 比如说完成密码的破译和语音的识 别等等。因此，欧洲已经成立了量 子计算机研究所，现在估计，量子 计算机可能会在今后的十五年左右 出现。,图为一种可瞬间进行图像数据计算的光电计算机,1.2.3集成电路的发展趋势,分子计算机 现在已经开发出来一种能够由氮气和二氯化碳来开动和关闭的分子计算机，这种超高速的微型计算机离现实已经很近了。这种技术将会导致只需要利用气体和光线就能够产生新的、甚至能够思考的计算机来解决目前晶体管的物理局限，使得未来的计算机的功能大大的增加，尺寸大大的缩小。,1.2.3集成电路的发展趋势,生物计算机 实际上就是随着生物技术的发展，人们将模仿人的大脑制造一种用基因学的机制来开发的新一代计算机。 现在生物计算机的模型已经出来。以色列的科学家制造了一个有可能会比单个活细胞还要小的计算机的模型。这么微小的计算机也可能将在我们的体内漫游，监视我们的健康。也许会纠正它所发 现人体内哪个地方脂肪的堆积，帮 助解决问题。其实每一个细胞实际 上都是一个复杂的生物机件，一个 系统。用这么一种仿生技术来制造 生物计算机。,1.2.3集成电路的发展趋势,1.2.4 IC 卡,IC卡是“集成电路卡”的简称，它把集成电路芯片密封在塑料卡基片内部，使其成为能存储、处理和传递数据的载体。与磁卡相比，不受磁场影响，能可靠地存储数据。 IC卡按卡中所镶嵌的集成电路芯片可分为两大类： （1）存储器卡：这种卡封装的集成电路为存储器，容量大约为几几十KB，信息可长期保存也可通过杜卡起改写。如：电话卡、水电费卡，医疗卡、公交卡等。 （2）CPU卡（智能卡）：卡上集中了中央处理器、程序存储器和数据存储器，还配有操作系统。处理能力强，保密性好，常用做证件和信用卡使用。如：手机SIM卡等,1.2.4 IC 卡,IC卡按使用方式可分为两种： （1）接触式IC卡：如电话IC卡 （2）非接触式IC卡：又叫射频卡、感应卡，无源（电源）、免接触 电子证件：用来记录持卡人的数据，作为身份识别之用， 如：身份证，图书证、游泳证、医疗卡、住房卡 电子钱包：如电话卡、公交卡、饭卡、加油卡等,作业： P3：（1）；（2）前三问 P7：（1）前两问；（2）； 要求： （1）共分A、B两套作业本，两套轮流使用。一星期收一次； （2）按时、独立完成作业，以便加强记忆； （3）如有抄袭现象，抄袭与被抄袭同学作业均为最低档成绩； （4）请在作业本左上角写上你学号的后两位，在右上角写A或者B。如060616101，则左上角写上01，右上角为A，依次类推。切记左右不要写反过来； （5）请课代表每星期将作业本收齐，并按学号排列成序，送至909办公室，并抱回上一套作业本。,