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)的發(fā)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)的應(yīng)用及發(fā)展計算機應(yīng)用技術(shù)及發(fā)展網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)發(fā)展人工智能及其發(fā)展一、信息技術(shù)概述信息：信息就是消息，一切存在都有信息對人類而言，人的五官是信息的接收器，它們所感受到的一切，都是信息。大量的信息是五官不能直接感受的，人類正通過各種手段，發(fā)明各種儀器來感知、發(fā)現(xiàn)它們。信息的十大基本特征可量度:信息可采用某種度量單位進(jìn)行度量，并進(jìn)行信息編碼。如現(xiàn)代計算機使用的二進(jìn)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(zhuǎn)換:信息可以從一種形態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種形態(tài)。如自然信息可轉(zhuǎn)換為語言、文字和圖像等形態(tài)，也可轉(zhuǎn)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(jìn)行信息存儲?？商幚?人腦就是最佳的信息處理器。人腦的思維功能可以進(jìn)行決策、設(shè)計、研究、寫作、改進(jìn)、發(fā)明、創(chuàng)造等多種信息處理活動。計算機也具有信息處理功能。信息的十大基本特征可傳遞:信息傳遞是與物質(zhì)和能量的傳遞同時進(jìn)行的。語言、表情、動作、報刊、書籍、廣播、電視、電話等是人類常用的信息傳遞方式?？稍偕?信息經(jīng)過處理后，可以其他形式再生。如自然信息經(jīng)過人工處理后，可用語言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?？蓧嚎s:信息可以進(jìn)行壓縮，可以用不同的信息量來描述同一事物。人們常常用盡可能少的信息量描述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?？晒蚕?信息具有擴散性，因此可共享。人類信息活動的五次變革人類的進(jìn)化史也是一部人類信息活動的演進(jìn)史五次巨大的變革語言：標(biāo)志著人類信息活動的范圍和效率的飛躍性提高，人類的信息活動從具體走向抽象。文字：文字打破了時間和空間的限制，使信息可以傳得更久，傳得更遠(yuǎn)，實現(xiàn)了信息的共享印刷術(shù)：印刷術(shù)的發(fā)明使人類信息傳遞的速度和范圍急劇地擴展，人類信息的存儲能力進(jìn)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)，是人類劃時代的進(jìn)步計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：新型計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，以及與通信技術(shù)的結(jié)合，使信息處理第一次達(dá)到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。信息是客觀事物狀態(tài)和運動特征的一種普遍形式，是人類社會、經(jīng)濟活動的重要資源信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展改變了人們的生產(chǎn)、生活方式，真正實現(xiàn)了“天涯若比鄰”的理想社會的各個部分通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接成一個整體，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(luò)化和數(shù)字化。實現(xiàn)社會信息化的網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵部件是各種計算機或通訊機信息技術(shù)：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工作量超過4000億人年工作量漢諾威電子博覽會.wmv國際消費電子展.wmv幾乎所有的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與信息技術(shù)結(jié)合，用電子信息技術(shù)進(jìn)行智能改造，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、水泵的總耗電量約占了全國發(fā)電量的30%，僅僅對風(fēng)機、水泵采用變頻調(diào)速等電子技術(shù)進(jìn)行改造，每年即可節(jié)電500億度以上，相當(dāng)于三個葛洲壩電站的發(fā)電量(157億度/年)對白熾燈進(jìn)行高效節(jié)能改造，并假設(shè)推廣應(yīng)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(139億度/年)信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的滲透與帶動作用裝備的更新?lián)Q代都基于信息技術(shù)的進(jìn)步，其靈巧的程度都依賴于信息技術(shù)的“智慧”程度和使用程度

數(shù)控機床數(shù)字化技術(shù)改造價格相差10倍信息技術(shù)整機系統(tǒng)高附加值在成長期進(jìn)入市場，增強市場競爭力普通機床2020年世界界最大大的30個市場場領(lǐng)域域：其其中與與信息息技術(shù)術(shù)相關(guān)關(guān)的24個市場場，5萬億美美元電子信信息產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的的戰(zhàn)略略重要要性信息技技術(shù)面面臨的的問題題人類已已經(jīng)進(jìn)進(jìn)入““信息息化社社會””或或“數(shù)數(shù)字化化社會會”。。信息爆爆炸，，信息息存量量指數(shù)數(shù)遞增增。處理能能力的增長長遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不不上信信息量量的增增長。。信息不不但在在量上上呈爆爆炸趨趨勢，，而且且信息息結(jié)構(gòu)越來越越復(fù)雜雜，處處理越越來越越困難難。信息越越來越越多，，但是是信息息的利用率率越來越越低，，人們們被埋埋沒的的數(shù)據(jù)據(jù)和信信息的的海洋洋之中中，不不知所所措。。Internet的發(fā)展展開拓拓了人人類的的“視視界””和互互相交交流的的范圍圍。但但是其其無序序的成成長和和惡意意產(chǎn)生生的“垃圾圾信息息”給網(wǎng)上上信息息的利利用帶帶來很很大的的麻煩煩和困困難。。海量信信息分分布在在廣闊闊的網(wǎng)網(wǎng)上，，各節(jié)節(jié)點間間為了了使用用它們們必須須相互互通信信，而而且人人參與與其中中，使使問題題更加加復(fù)雜雜化。。信息的的安全全問題題：國國家安安全、、銀行行/金融系系統(tǒng)的的安全全、個個人通通信的的安全全、……促進(jìn)信信息技技術(shù)發(fā)發(fā)展的的需求求在物理理實現(xiàn)現(xiàn)上不不斷探探求新新思想想、新新原理理和新新方法法，使使各種種信息息領(lǐng)域域元器器件的的性能能不斷斷提高高（電子技技術(shù)））計算機機、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)等等的體體系結(jié)結(jié)構(gòu)和和處理理邏輯輯不斷斷改進(jìn)進(jìn)，發(fā)發(fā)明和和設(shè)計計出各各種新新型的的硬件系系統(tǒng)。創(chuàng)造優(yōu)優(yōu)良的的信息息處理理方法法和高高效的的計算算方法法，以以便不不斷提提高系系統(tǒng)的的處理效效率。軟件的的理論論和技技術(shù)迅迅速改改進(jìn)，，設(shè)計計和實實現(xiàn)切切實可可用的的軟件件系統(tǒng)統(tǒng)，包包括各各種系統(tǒng)軟軟件、、應(yīng)用用軟件件。信息要要求在在廣闊闊的范范圍內(nèi)內(nèi)快速速、可可靠、、安全全、隨隨時隨隨地地地傳輸輸（通信信技術(shù)術(shù)）新數(shù)字字傳送送系統(tǒng)統(tǒng).wmv要為不不斷增增長的的、海海量的的、各各種類類型的的信息息提供供快速速、可可靠和和安全全的存存儲設(shè)設(shè)備（存儲儲技術(shù)術(shù)）研究人人的視視覺、、聽覺覺、生生理、、心理理等機機制，，以及及大腦腦結(jié)構(gòu)構(gòu)和功功能，，在計計算機機上進(jìn)進(jìn)行模模擬，，制造造出機機器感感知和和人工工智能能，使使信息息處理理技術(shù)術(shù)更加加智能能化（（智能科科學(xué)））機器人人數(shù)字字神經(jīng)經(jīng)系統(tǒng)統(tǒng)1.wmv機器人人數(shù)字字神經(jīng)經(jīng)系統(tǒng)統(tǒng)2.wmv促進(jìn)信信息技技術(shù)發(fā)發(fā)展的的需求求信息技技術(shù)的的研究究內(nèi)容容研究信信息的的獲取?。ㄊ帐占?、表表示（（組織織）、、存儲儲、處處理、、傳輸輸（包包括發(fā)發(fā)送、、路由由、接接收））集數(shù)學(xué)學(xué)、物物理學(xué)學(xué)、電電子學(xué)學(xué)、通通信技技術(shù)、、計算算機科科學(xué)技技術(shù)、、智能能科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)以及及控制制理論論與技技術(shù)等等于一一體的的交叉叉學(xué)科科。信息技技術(shù)的的領(lǐng)域域信息安全信息管理基礎(chǔ)：：軟軟件、、微電電子與與光電電子關(guān)鍵技技術(shù)：：微電電子與與光電電子、、軟件件、計計算機機和通通信信息獲獲取信息處處理信息傳傳輸、、交換換信息存存儲信息的的隨動動執(zhí)行行和應(yīng)應(yīng)用核心和和基礎(chǔ)礎(chǔ)微電子子電子學(xué)微電子子學(xué)二、微微電子子技術(shù)術(shù)發(fā)展展及應(yīng)應(yīng)用微電子子學(xué)：：Microelectronics微電子子學(xué)——微型電電子學(xué)學(xué)核心——集成電電路微電子子學(xué)（（Microelectronics）：一門研研究集集成電電路設(shè)設(shè)計、、制造造、測測試、、封裝裝等全全過程程的學(xué)學(xué)科半導(dǎo)體體（Semiconductor）：內(nèi)涵及及外延延均與與微電電子類類似，，是早早期的的叫法法集成電電路IC（IntegrateCircuit）：通過一一系列列特定定的加加工工工藝，，將晶晶體管管、二二極管管等有有源器器件和和電阻阻、電電容等等無源源器件件，按按照一一定的的電路路互連連，““集成成”在在一塊塊半導(dǎo)導(dǎo)體單單晶片片（如如硅或或砷化化鎵））上，，封裝裝在一一個外外殼內(nèi)內(nèi)，執(zhí)執(zhí)行特特定電電路或或系統(tǒng)統(tǒng)功能能芯片（（chip）：沒有封封裝的的集成成電路路，但但通常常也與與集成成電路路混用用，作作為集集成電電路的的又一一個名名稱集成系系統(tǒng)芯芯片SOC（systemonachip）：微電子子學(xué)和和集成成電路路技術(shù)術(shù)發(fā)展展的產(chǎn)產(chǎn)物，，指在在單芯芯片上上實現(xiàn)現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)級的的功能能微電子子技術(shù)術(shù)的發(fā)發(fā)展歷歷史1947年12月23日，W.Schokley領(lǐng)導(dǎo)的的貝爾爾實驗驗室設(shè)設(shè)計研研制出出第一一個NPN型Ge晶體管管，肖肖力力克與與布拉拉頓、、巴丁丁共同同獲得得1956年Nobel物理獎獎。第一塊塊集成成電路路第一個個晶體體管遲到了了四十十二年年的獎獎1958年美美國國德德州州儀儀器器公公司司技技術(shù)術(shù)專專家家杰杰克克·基爾爾比比（（Kilby）發(fā)發(fā)明明第第一一塊塊集集成成電電路路，，12個器器件件，，Ge晶片片；；2000年獲獲得得諾諾貝貝爾爾物物理理學(xué)學(xué)獎獎。。微電電子子技技術(shù)術(shù)發(fā)發(fā)展展史史上上的的幾幾個個里程程碑碑1962年Wanlass————CMOS技術(shù)術(shù)；；現(xiàn)現(xiàn)在在集集成成電電路路產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)中中占占95%以上上；；1971年：：Intel推出出1kb動態(tài)態(tài)隨隨機機存存儲儲器器（（DRAM），，標(biāo)標(biāo)志志著著大大規(guī)規(guī)模模集集成成電電路路出出現(xiàn)現(xiàn)；；1971年：：全全球球第第一一個個微微處處理理器器4004由Intel公司司推推出出，，里里程程碑碑式式的的發(fā)發(fā)明明1978年：：64kb動態(tài)態(tài)隨隨機機存存儲儲器器誕誕生生，，不不足足0.5平方方厘厘米米的的硅硅片片上上集集成成了了14萬個個晶晶體體管管，，標(biāo)標(biāo)志志著著超超大大規(guī)規(guī)模模集集成成電電路路（（VLSI）時時代代的的來來臨臨；；1988年：：16MDRAM（主主存存儲儲器器））問問世世，，1平方方厘厘米米大大小小的的硅硅片片上上集集成成有有3500萬個個晶晶體體管管，，標(biāo)標(biāo)志志著著進(jìn)進(jìn)入入超超大大規(guī)規(guī)模模集集成成電電路路（（ULSI）階階段段；；第一一個個CPU：4004PentiumIIICPU芯片不斷斷提提高高產(chǎn)產(chǎn)品品的的性性能能價價格格比比是是微微電電子子技技術(shù)術(shù)發(fā)發(fā)展展的的動動力力集成成電電路路芯芯片片的的集成成度度每每三三年年提提高高4倍（（18個月月翻翻一一番番）），而而加加工工特特征征尺尺寸寸縮縮小小倍倍，這這就就是是摩爾爾定定律律微電電子子技技術(shù)術(shù)發(fā)發(fā)展展的的規(guī)規(guī)律律10G1G100M10M1M100K10K1K0.1K19701980199020002010芯片片上上的的體體管管數(shù)數(shù)目目微處處理理器器性性能能每每三三年年翻翻兩兩番番微處處理理器器的的性性能能100G10GGiga100M10MMegaKiloPeakAdvertised

Performance(PAP)Moore’s

LawRealApplied

Performance(RAP)

41%Growth80808086802868038680486PentiumPentiumPro集成成電電路路技技術(shù)術(shù)是是近近50年來來發(fā)發(fā)展展最最快快的的技技術(shù)術(shù)按此此比比率率下下降降，，小小汽汽車車價格格不不到到1美美分分設(shè)計檢測單晶、外延材料掩膜版芯片制造過程封裝測試系統(tǒng)需求集成成電電路路設(shè)設(shè)計計與與制制造造的的主主要要流流程程芯片片的的顯顯微微照照片片集成成電電路路設(shè)設(shè)計計的的發(fā)發(fā)展展六十十年年代代的的集集成成電電路路設(shè)設(shè)計計微米米級級工工藝藝基于于晶晶體體管管級級互互連連主流流CAD：圖圖形形編編輯輯VddABOut八十十年年代代的的電電子子系系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)計計PEL2MEMMathBusControllerIOGraphicsPCB（印數(shù)電電路板））集成系統(tǒng)亞微米級工藝依賴工藝基于標(biāo)準(zhǔn)單元互連主流CAD:門陣列標(biāo)準(zhǔn)單元集成電路芯片世紀(jì)之交交的電子子系統(tǒng)設(shè)設(shè)計SYSTEM-ON-A-CHIP深亞微米、超深亞微米級工藝基于IP復(fù)用主流CAD：軟硬件協(xié)同設(shè)計MEMORYCache/SRAMorevenDRAMProcessor

CoreDSP

ProcessorCoreGraphicsMPEGVRAMMotionEncryption/DecryptionSCSIEISAInterfaceGlueGluePCIInterfaceI/OInterfaceLANInterfaceIC的速度很很高、功功耗很小小，但由由于PCB板中的連連線延時時、噪聲聲、可靠靠性以及重重量等因因素的限限制，已已無法滿足性能能日益提提高的整整機系統(tǒng)統(tǒng)的要求求IC設(shè)計與制制造技術(shù)術(shù)水平的的提高，，IC規(guī)模越來來越大，，已可以以在一個個芯片上集集成108~109個晶體管管分立元件件集成電路路IC系統(tǒng)芯芯片片SystemOnAChip(簡稱SOC)將整個系系統(tǒng)集成成在一個微電子芯芯片上在需求牽牽引和技技術(shù)推動的雙雙重作用用下系統(tǒng)芯片片(SOC)與集成電路(IC)的設(shè)計思思想是不同的，，它是微微電子技技術(shù)領(lǐng)域的的一場革革命。集成電路路走向系系統(tǒng)芯片片SOCSystemOnAChip集成電路路走向系系統(tǒng)芯片片SOC技術(shù)剛剛剛起步，，層出不不窮將從目前前的3G逐步發(fā)展展到3T時代存儲容量量由G位發(fā)展到到T位集成電路路器件的的速度由由GHz發(fā)展到THz數(shù)據(jù)傳輸輸速率由由Gbps發(fā)展到Tbps注：1G=109、1T=1012、bps：每秒傳傳輸數(shù)據(jù)據(jù)位數(shù)21世紀(jì)的微微電子將將是SOC的時代特征尺寸寸繼續(xù)等等比例縮縮小集成電路路(IC)將發(fā)展成成為系統(tǒng)統(tǒng)芯片(SOC)微電子技技術(shù)與其其它學(xué)科科相結(jié)合合，誕生生出一系系列嶄新新的學(xué)科科和重大大的經(jīng)濟濟增長點點MEMS(微機電系系統(tǒng))：微電子子技術(shù)與與機械、、光學(xué)等等領(lǐng)域結(jié)結(jié)合而誕誕生的生物芯片片：微電電子技術(shù)術(shù)與生物物工程技技術(shù)結(jié)合合的產(chǎn)物物芯片技術(shù)術(shù)制造太太陽能硅硅板.wmv微電子技技術(shù)的三三個發(fā)展展方向微電子是是信息產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的核核心和基基礎(chǔ)，實實現(xiàn)社會會信息化化的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)及其關(guān)關(guān)鍵部件件不管是是各種計計算機或或通訊機機，它們們的基礎(chǔ)礎(chǔ)都是微電子沒有微電電子就沒沒有今天天的信息息社會沒有芯片片的信息息技術(shù)是是沒有心心臟的信信息技術(shù)術(shù)沒有微電電子的電電子工業(yè)業(yè)只能是是勞動密密集型的的組裝業(yè)業(yè)，不能能形成高高附加值值的知識識經(jīng)濟硅技術(shù)至至少在今今后50年仍然會會保持高高速發(fā)展展，目前前還看不不到能夠夠替代的的新技術(shù)術(shù)蓋茨稱芯芯片技術(shù)術(shù)沒到極極限,十年內(nèi)也也不會微電子技技術(shù)對信信息社會會的重要要性信息時代代——硅器時代代?石器時代代~35000年銅器時代代~1800年鐵器時代代~3200年硅器時代代XX年？3000BC1200BC1968硅是地球球上除氧氧以外含含量最豐豐富的元元素，但但它現(xiàn)在在已經(jīng)成成為知識識創(chuàng)新的的載體，，價值千千金——“點石成金金”我國的微微電子產(chǎn)產(chǎn)業(yè)微電子產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)發(fā)展規(guī)模模和科學(xué)學(xué)技術(shù)水水平已成成為衡量量一個國國家綜合合實力的的重要標(biāo)標(biāo)志。IT行業(yè)停留留在裝配配業(yè)水平平上，掙掙的“辛辛苦錢””。在國際分分工中我我們將只只能處于于低附加加值的低低端上。。有人戲稱稱：“你你們說中中關(guān)村是是硅谷，，但是一一個無““芯”的的硅谷，，產(chǎn)品不不可能有有競爭力力?！痹谠跊]有自自己集成成電路產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的情情況下，，我們的的高新技技術(shù)的發(fā)發(fā)展命脈脈掌握在在他人手手中。高級工程程技術(shù)人人才和設(shè)設(shè)計人才才短缺已已成為產(chǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展展的制約約因素。。美國已已有設(shè)計計人才40萬人，中中國設(shè)計計人才不不足萬人人我國微電電子技術(shù)術(shù)發(fā)展的的歷史1956年五校在在北大聯(lián)聯(lián)合創(chuàng)建建半導(dǎo)體體專業(yè)1977年北京大大學(xué)誕生生第一塊塊大規(guī)模模集成電