第1章_信息技術(shù)概述

1、1.1 信息與信息技術(shù)1.2 數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)1.3 微電子技術(shù)簡介1.1.1 信息與信息處理1.1.2 信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)1.1.3 信息化與信息社會關(guān)于信息（information），至今并沒有統(tǒng)一的定義日常生活中比較籠統(tǒng)和模糊的幾種解釋是：語言、文字、圖畫、照片等表示的內(nèi)容（新聞、消息或知識）讀書、上課、交談等所學(xué)習(xí)和了解的知識、方法、事實(shí)和情況為了做判斷、訂計(jì)劃或求解問題等所需要的數(shù)據(jù)、資料中國大百科全書的解釋：從認(rèn)識論層次來看，信息是指認(rèn)識主體所感知或主體所表述的 “事物運(yùn)動的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式” 信息因它所表達(dá)的內(nèi)容而有一定的價(jià)值，也因能相互交流而體現(xiàn)其作用信息有多種表現(xiàn)形式，語言、

2、文字、聲音、圖片等都是信息的表現(xiàn)形式(也稱為信息的載體或媒體)信息與物質(zhì)和能量同樣重要，它是人們認(rèn)識世界、改造世界的一種基本資源信息處理指的是與下列內(nèi)容相關(guān)的行為和活動：信息的收集(如信息的感知、測量、獲取、輸入等)信息的加工(如信息的分類、計(jì)算、分析、轉(zhuǎn)換等)信息的存儲(如書寫、攝影、錄音、錄像等)信息的傳遞(如郵寄、電報(bào)、電話、廣播等 )信息的施用(如控制、顯示等) 人工信息處理的不足： 算不快 記不住 傳不遠(yuǎn) 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(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng))信息施用信息施用(效應(yīng)器官效應(yīng)器官)信息

3、傳遞信息傳遞(神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng))信息技術(shù)（信息技術(shù)（IT）手手/腳腳/身身眼眼/耳耳/鼻鼻/舌舌/身身信息技術(shù)（Information Technology，簡稱IT）指的是用來擴(kuò)展人們信息器官功能、協(xié)助人們更有效地進(jìn)行信息處理的一門技術(shù)。 信息技術(shù)包括：擴(kuò)展感覺器官功能的感測(獲取)與識別技術(shù)擴(kuò)展神經(jīng)系統(tǒng)功能的通信技術(shù)擴(kuò)展大腦功能的計(jì)算(處理) 與存儲技術(shù)擴(kuò)展效應(yīng)器官功能的控制與顯示技術(shù)語言的形成和使用 文字的創(chuàng)造 印刷技術(shù)的發(fā)明 望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡 電報(bào)和電話通信 廣播、電視 雷達(dá)、衛(wèi)星（遙感感測） 計(jì)算機(jī)、機(jī)器人 因特網(wǎng)（Internet） 3大特征：采用電子技術(shù)（包括激光技術(shù)）以數(shù)字技術(shù)為

4、基礎(chǔ)以計(jì)算機(jī)及其軟件為核心應(yīng)用領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)、微電子、通信、廣播、遙感遙測、自動控制、機(jī)器人等蒸汽機(jī)的發(fā)明引發(fā)了從英國開始的第一次工業(yè)革命；電動機(jī)和發(fā)電機(jī)的發(fā)明引發(fā)了第二次工業(yè)革命；20世紀(jì)80年代，信息技術(shù)引發(fā)了第三次工業(yè)革命。人類社會正從工業(yè)社會向信息社會轉(zhuǎn)型，信息技術(shù)在生產(chǎn)、科研、教育、醫(yī)療保健、企業(yè)和社會管理及家庭生活中得到了廣泛的應(yīng)用，并從根本上改變了人們的生活方式、行為方式和價(jià)值觀念。信息化的概念起源于20世紀(jì)60年代的日本。所謂信息化，就是利用現(xiàn)代信息技術(shù)對人類社會的信息和知識的生產(chǎn)進(jìn)行全面的改造，使人類社會生產(chǎn)體系的組織結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)生全面變革的一個過程，是一個推動人類社會從工

5、業(yè)社會向信息社會轉(zhuǎn)變的社會轉(zhuǎn)型的過程。1.2.1 比特1.2.2 比特與二進(jìn)制數(shù)1.2.3 信息在計(jì)算機(jī)中的表示1.4.4 比特的運(yùn)算1.4.5 小結(jié)（1）什么是比特）什么是比特（2）比特的邏輯）比特的邏輯（3）比特的存儲）比特的存儲比特（bit，binary digit的縮寫）中文翻譯為“二進(jìn)位數(shù)字”、“二進(jìn)位” 或簡稱為 “位”比特只有 2 種取值：0和1，一般無大小之分如同DNA是人體組織的最小單位、原子是物質(zhì)的最小組成單位一樣，比特是組成數(shù)字信息的最小單位數(shù)值、文字、符號、圖像、聲音、命令都可以使用比特來表示，其具體的表示方法就稱為“編碼”或“代碼”存儲(記憶)1個比特需要使用具有兩種

6、穩(wěn)定狀態(tài)的元器件，例如：開關(guān)、燈泡等。n在計(jì)算機(jī)的在計(jì)算機(jī)的CPU中，比特使用一種稱中，比特使用一種稱為為“觸發(fā)器觸發(fā)器”的雙穩(wěn)態(tài)電路來存儲的雙穩(wěn)態(tài)電路來存儲n觸發(fā)器有兩個狀態(tài)，可分別用來記憶觸發(fā)器有兩個狀態(tài)，可分別用來記憶0和和1，1個觸發(fā)器可存儲個觸發(fā)器可存儲1個比特個比特n一組（例如一組（例如8個或個或16個）觸發(fā)器可以個）觸發(fā)器可以存儲存儲1組比特，稱為組比特，稱為“寄存器寄存器”nCPU中有幾十個甚至上百個寄存器中有幾十個甚至上百個寄存器 斷電后信息不再保持！斷電后信息不再保持！計(jì)算機(jī)存儲器中用電容器存儲二進(jìn)位信息：當(dāng)電容的兩極被加上電壓，它就被充電，電壓去掉后，充電狀態(tài)仍可保持一段

7、時間，因而1個電容可用來存儲1個比特信息存儲原理信息存儲原理 電容電容C處于充電狀態(tài)處于充電狀態(tài)時，表示時，表示1 電容電容C處于放電狀態(tài)處于放電狀態(tài)時，表示時，表示0存儲單元存儲單元字線字線位線位線C讀放大器讀放大器n集成電路技術(shù)可以在半導(dǎo)體芯片上制作出以億計(jì)的微型集成電路技術(shù)可以在半導(dǎo)體芯片上制作出以億計(jì)的微型電容器，從而構(gòu)成了可存儲大量二進(jìn)位信息的半導(dǎo)體存電容器，從而構(gòu)成了可存儲大量二進(jìn)位信息的半導(dǎo)體存儲器芯片儲器芯片 斷電后信息不再保持！斷電后信息不再保持！磁盤：利用磁介質(zhì)表面區(qū)域的磁化狀態(tài)來存儲二進(jìn)位信息n光盤：通過光盤：通過“刻刻”在光盤在光盤片表面上的微小凹坑來記片表面上的微小凹

8、坑來記錄二進(jìn)位信息錄二進(jìn)位信息磁盤磁盤表面表面磁性材料粒子磁性材料粒子斷電后信息可以保持！斷電后信息可以保持！存儲容量：是存儲器的一項(xiàng)很重要的性能指標(biāo)。8個比特1個字節(jié)（byte，用大寫B(tài)表示）計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲器容量通常使用2的次冪作為單位，因?yàn)檫@有助于存儲器的設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲器容量的計(jì)量單位：KB: 1 KB=210字節(jié)=1024 B （千字節(jié)，kilobyte）MB: 1 MB=220字節(jié)=1024 KB（兆字節(jié),megabyte）GB: 1 GB=230字節(jié)=1024 MB（吉字節(jié),gigabyte、千兆字節(jié)）TB: 1 TB=240字節(jié)=1024 GB（太字節(jié),terabyte、兆兆字節(jié)

9、）外存儲器容量經(jīng)常使用10的冪次來計(jì)算：1MB 1 000 KB1GB 1 000 MB 1 000 000 KB1TB 1 000 000 MB = 1 000 000 000 KB160GB的移動硬盤實(shí)際容量160,041,885,696 字節(jié)為什么？為什么？前綴前綴名稱名稱前綴前綴符號符號10的冪的冪次次2的冪次的冪次比值比值kilok/K103210 = 1,0240.976megaM106220 = 1,048,5760.954gigaG109230 = 1,073,741,8240.931teraT1012240 = 1,099,511,627,7760.909petaP10152

10、50 = 1,125,899,906,842,6240.888exaE1018260 = 1,152,921,504,606,846,9760.867zettaZ1021270 = 1,180,591,620,717,411,303,4240.847yottaY1024280 = 1,208,925,819,614,629,174,706,176 0.827相同的符號，有兩種不同的含義！相同的符號，有兩種不同的含義！內(nèi)存、cache、半導(dǎo)體存儲器芯片的容量均使用二進(jìn)制前綴：512MB的內(nèi)存條（ 1M220 ）256KB 的cache（1K 210 ）文件和文件夾的大小使用二進(jìn)制前綴頻率、傳輸速

11、率等使用十進(jìn)制前綴：主頻 1GHz（1G109）傳輸速率 100Mbps（1M106）外存儲器（硬盤、DVD光盤、U盤、存儲卡等）容量：廠商標(biāo)注的容量使用十進(jìn)制前綴操作系統(tǒng)顯示的容量使用二進(jìn)制前綴信息是可以傳輸?shù)模畔⒁仓挥型ㄟ^傳輸和交流才能發(fā)揮它的作用。信息的傳輸是通過比特的傳輸來實(shí)現(xiàn)的。近距離傳輸比特可以直接進(jìn)行傳輸，遠(yuǎn)距離或者無線傳輸比特時，就需要用比特對載波進(jìn)行調(diào)制，然后才能傳輸至目的地。需要注意的是，在數(shù)據(jù)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸二進(jìn)位信息時，由于是一位一位串行傳輸?shù)?，傳輸速率的度量單位是每秒多少比特，且kilo、mega、giga等也使用10的次冪進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)常使用的傳輸速率單位如下

12、：比特/秒（b/s），也稱“bps”，如2400bps(2400b/s)、9600bps(9600b/s)；千比特/秒（kb/s）,1kb/s=103比特/秒=1000b/s(小寫k表示1000)兆比特/秒（Mb/s）,1Mb/s=106比特/秒=1000kb/s吉比特/秒（Gb/s）,1Gb/s=109比特/秒=1000Mb/s太比特/秒(Tb/s),1Tb/s=1012比特/秒=1000Gb/s（1）不同進(jìn)位制數(shù)的表示和含義）不同進(jìn)位制數(shù)的表示和含義（2）不同進(jìn)位制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換）不同進(jìn)位制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換（3）二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算）二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算 “數(shù)”是一種信息，它有大?。〝?shù)值），可以進(jìn)行

13、四則運(yùn)算 “數(shù)”有不同的表示方法。日常生活中人們使用的是十進(jìn)制數(shù)，但計(jì)算機(jī)使用的是二進(jìn)制數(shù)，程序員還使用八進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)，它們怎樣表示？其數(shù)值如何計(jì)算？每一位可使用十個不同數(shù)字表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9）低位與高位的關(guān)系是：逢10進(jìn)1各位的權(quán)值是10的整數(shù)次冪（基數(shù)是10 ）標(biāo)志： 尾部加“D”或缺省例：204.96=21020101410091016102 每一位使用兩個不同數(shù)字表示（0、1），即每一位使用 1 個“比特”表示 低位與高位的關(guān)系是：逢2進(jìn)1 各位的權(quán)值是 2 的整數(shù)次冪（基數(shù)是2 ） 標(biāo)志： 尾部加B或括號右下角標(biāo)2例：101.01 B =12202112

14、0 021122 5.25 每一位使用八個不同數(shù)字表示（0、1、2、3、4、5、6、7） 低位與高位的關(guān)系是：逢8進(jìn)1 各位的權(quán)值是8的整數(shù)次冪（基數(shù)是8 ） 標(biāo)志：尾部加Q或括號右下角標(biāo)8例： 365.2Q = 382+ 681+ 580 + 281 = 245.25每一位使用十六個數(shù)字和符號表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F ）逢16進(jìn)1, 基數(shù)為16各位的權(quán)值是16的整數(shù)次冪（基數(shù)是16 ）標(biāo)志：尾部加H或括號右下角標(biāo)16例： F5.4H=15161 + 5160 + 4161 = 245.25十進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制十六進(jìn)制零零00

15、00000壹壹1000111貳貳2001022叁叁3001133肆肆4010044伍伍5010155陸陸6011066柒柒7011177捌捌81000108玖玖91001119拾拾10101012A拾壹拾壹11101113B拾貳拾貳12110014C拾叁拾叁13110115D拾肆拾肆14111016E拾伍拾伍15111117F 熟練掌握不同進(jìn)制數(shù)相互之間的轉(zhuǎn)換，在編寫程序和設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯電路時很有用 只要學(xué)會二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，與八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換就不在話下了轉(zhuǎn)換方法：整數(shù)和小數(shù)分開轉(zhuǎn)換 整數(shù)部分：除以2逆序取余 小數(shù)部分：乘以2順序取整例如：29.6875 11101.1011

16、 B 注意：十進(jìn)制小數(shù)（如0.63）在轉(zhuǎn)換時會出現(xiàn)二進(jìn)制無窮小數(shù)，這時只能取近似值整整數(shù)數(shù)部部分分小小數(shù)數(shù)部部分分轉(zhuǎn)換方法： 二進(jìn)制數(shù)的每一位乘以其相應(yīng)的權(quán)值，然后累加即可得到它的十進(jìn)制數(shù)值例： 11101.1011B = 124123122021120 121022123124 = 29.6875 八進(jìn)制二進(jìn)制：把每個八進(jìn)制數(shù)字改寫成等值的3位二進(jìn)制數(shù)，且保持高低位的次序不變 例： 2467.32Q 010 100 110 111 . 011 010 B二進(jìn)制八進(jìn)制：整數(shù)部分從低位向高位每3位用一個等值的八進(jìn)制數(shù)來替換，不足3位時在高位補(bǔ)0湊滿3位；小數(shù)部分從高位向低位每3位用一個等值八進(jìn)制

17、數(shù)來替換，不足3位時在低位補(bǔ)0湊滿三位 例： 1 101 001 110.110 01 B 001 101 001 110.110 010 B 1516.62 Q 八進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù) 八進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù) 0 000 4 100 0 000 4 100 1 001 5 101 1 001 5 101 2 010 6 110 2 010 6 110 3 011 7 111 3 011 7 1111位八進(jìn)制位八進(jìn)制數(shù)與數(shù)與3位二位二進(jìn)制數(shù)的對進(jìn)制數(shù)的對應(yīng) 關(guān) 系 ：應(yīng) 關(guān) 系 ：轉(zhuǎn)換方法：與八、二進(jìn)制互換的方法類似例1：35A2.CFH 11 0101 1010 00

18、10.1100 1111B例2：11 0100 1110.1100 11B 34E.CCH十六進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù) 十六進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù) 0 0000 8 10000 0000 8 1000 1 0001 9 1001 1 0001 9 1001 2 0010 A 1010 2 0010 A 1010 3 0011 B 1011 3 0011 B 1011 4 0100 C 1100 4 0100 C 1100 5 0101 D 1101 5 0101 D 1101 6 0110 E 1110 6 0110 E 1110 7 0111 F 1111 7 0111

19、 F 1111n1 1位十六進(jìn)制數(shù)與位十六進(jìn)制數(shù)與4 4位二進(jìn)制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系：位二進(jìn)制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系：1位二進(jìn)制數(shù)的加、減法運(yùn)算規(guī)則：被加數(shù)被加數(shù) 加數(shù)加數(shù) 和和 進(jìn)位進(jìn)位 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1（a）加法規(guī)則）加法規(guī)則被減數(shù)被減數(shù) 減數(shù)減數(shù) 差差 借位借位 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0（b）減法規(guī)則）減法規(guī)則n2 2個多位二進(jìn)制數(shù)的加、減法運(yùn)算舉例：個多位二進(jìn)制數(shù)的加、減法運(yùn)算舉例：0101 1001+ 0100 01001001 0101由低位到高位逐由低位到高位逐位進(jìn)行！位進(jìn)行！信息在計(jì)算機(jī)內(nèi)部都是用比特(二進(jìn)位)來

20、表示的，否則計(jì)算機(jī)既無法進(jìn)行存儲和傳輸，也無法對他們進(jìn)行處理。數(shù)值信息的表示無符號整數(shù)采用“自然碼”表示：取值范圍由位數(shù)決定：8位： 可表示0255 (28-1)范圍內(nèi)的所有正整數(shù)16位：可表示065535(216-1)范圍內(nèi)的所有正整數(shù)n位： 可表示 02n-1范圍內(nèi)的所有正整數(shù)。 十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù) 8 8位無符號整數(shù)位無符號整數(shù) 0 00000000 0 00000000 1 00000001 1 00000001 2 00000010 2 00000010 3 00000011 3 00000011 4 00000100 4 00000100 5 00000101 5 000001012

21、52 11111100252 11111100253 11111101253 11111101254 11111110254 11111110255 11111111255 11111111帶符號整數(shù)表示方法：用1位表示符號，其余用來表示數(shù)值部分n 符號如何表示？符號如何表示？用最高位表示，用最高位表示，“0 0”表示正號表示正號(+),(+),“1 1”表示負(fù)號表示負(fù)號(-)(-)n 數(shù)值部分如何表示？數(shù)值部分如何表示？(1) (1) 原碼表示：原碼表示：整數(shù)的絕對值以二進(jìn)制自然碼表示整數(shù)的絕對值以二進(jìn)制自然碼表示(2) (2) 補(bǔ)碼表示：補(bǔ)碼表示：正整數(shù)：絕對值以二進(jìn)制自然碼表示正整數(shù)：絕

22、對值以二進(jìn)制自然碼表示負(fù)整數(shù)：絕對值使用補(bǔ)碼表示負(fù)整數(shù)：絕對值使用補(bǔ)碼表示, ,符號位符號位 不變不變符號位符號位數(shù)值部分?jǐn)?shù)值部分最低位最低位最高位最高位舉例：舉例： +43的的8位原碼為：位原碼為： 00101011- 43的的8位原碼為：位原碼為： 10101011負(fù)數(shù)的絕對值如何用補(bǔ)碼表示？先表示為自然碼將自然碼的每一位取反碼在最低位加“1”例1: - 43用8位補(bǔ)碼表示所以：- 43 的8位補(bǔ)碼為：11010101例2： - 64用8位補(bǔ)碼表示所以：- 64 的8位補(bǔ)碼為：1100000043 = 0101011取反：取反： 1010100加加1： 101010164 = 100000

23、0取反：取反： 0111111加加1： 1000000優(yōu)缺點(diǎn)分析：原碼表示法優(yōu)點(diǎn)：與日常使用的十進(jìn)制表示方法一致，簡單直觀缺點(diǎn)：加法與減法運(yùn)算規(guī)則不統(tǒng)一，增加了成本；整數(shù)0 有“00000000”和“10000000”兩種表示形式，不方便補(bǔ)碼表示法優(yōu)點(diǎn)：加法與減法運(yùn)算規(guī)則統(tǒng)一， 沒有“-0”,可表示的數(shù)比原碼多一個缺點(diǎn)：不直觀，人使用不方便結(jié)論：帶符號整數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)不采用“原碼”而采用“補(bǔ)碼”的形式表示！原碼可表示的整數(shù)范圍8位原碼： - 27+127- 1（- 127127）16位原碼： - 215+1215- 1（- 3276732767）n 位原碼： - 2n-1+12n-1- 1補(bǔ)碼可

24、表示的整數(shù)范圍 8位補(bǔ)碼：- 2727- 1 （- 128127 ) n位補(bǔ)碼：- 2n-12n-1- 1- 128表示為表示為 10000000+127 表示為表示為 01111111浮點(diǎn)數(shù)特點(diǎn)：既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分，小數(shù)點(diǎn)位置不固定整數(shù)和純小數(shù)是實(shí)數(shù)的特例任何一個實(shí)數(shù)總可以表達(dá)成一個乘冪和一個純小數(shù)之積例如： 56.725 = 0.56725102 0.0034756 = -0.34756102文字符號的表示日常使用的書面文字由一系列稱為“字符”的書寫符號所構(gòu)成。常用字符的集合叫做“字符集”。字符集中的每一個字符在計(jì)算機(jī)中各有一個代碼（字符的二進(jìn)位表示），他們互相區(qū)別，構(gòu)成了該字符集的

25、代碼表，簡稱碼表。西文字符集ASCII字符集。圖像等其他信息的表示圖像在計(jì)算機(jī)中的表示要更復(fù)雜一些。為了在計(jì)算機(jī)中表示一副圖像，首先必須把圖像離散成M列、N行，這個過程稱為圖像的取樣，它把圖像分解稱為MN個取樣點(diǎn)，每個取樣點(diǎn)稱為圖像的一個像素。彩色圖像通常由R、G、B三個分量組成，灰度圖像和黑白圖像的像素只有一個亮度分量。像素的每個分量均采用無符號整數(shù)來表示。以黑白圖像為例，像素只有黑白兩種，因此每個像素只需要用1個二進(jìn)位即可表示。其他形式的信息如聲音、動畫、溫度、壓力、運(yùn)動等都可以使用比特來表示?？傊挥惺褂帽忍乇硎镜男畔⒂?jì)算機(jī)才能進(jìn)行處理和存儲，反之，計(jì)算機(jī)中所存儲和處理的都是二進(jìn)位信息

26、。比特的取值“0”和“l(fā)” 可表示兩種不同的狀態(tài)（例如電位的高或低、命題的真或假）比特的運(yùn)算使用邏輯代數(shù)，它有3種基本邏輯運(yùn)算：邏輯加（也稱“或”運(yùn)算，用符號“OR”、“”或“”表示）邏輯乘（也稱“與”運(yùn)算，用符號“AND”、 “”或“ ”表示，也可省略）取反（也稱“非”運(yùn)算，用符號“NOT”或上橫杠“”表示）邏輯加： F = A B A: 0 0 1 1 B: 0 1 0 1 F: 0 1 1 1邏輯乘： F = A B A: 0 0 1 1 B: 0 1 0 1 F: 0 0 0 1取反： F = NOT A A: NOT 0 NOT 1 F: 1 0 兩個多位的二進(jìn)制信息兩個多位的二進(jìn)制

27、信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算時，按位進(jìn)行邏輯運(yùn)算時，按位獨(dú)立進(jìn)行，即每一位都獨(dú)立進(jìn)行，即每一位都不受其它位的影響：不受其它位的影響：例例1A: 0110 B: 1010 F: 1110例例2A: 0110 B: 1010 F: 0010名稱名稱運(yùn)算符號運(yùn)算符號定義定義 A B F門電路符號門電路符號(國標(biāo)國標(biāo))門電路符號門電路符號(國外國外)與與AB，A BAB 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1或或A+B, AB 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1非非 0 1 1 0與非與非 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0或非或非 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0異

28、或異或 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 01&1&1=1AA BA+BA B + A B 比特只有0和1兩個符號，具有2個狀態(tài)的器件和裝置就能表示和存儲比特，而制造兩個穩(wěn)定狀態(tài)的電路又很容易比特的運(yùn)算規(guī)則很簡單，使用門電路就能高速度地實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算比特不僅能表示“數(shù)”，而且能表示文字、符號、圖像、聲音，可以毫不費(fèi)力地相互組合，開發(fā)“多媒體”應(yīng)用信息使用比特表示以后，可以通過多種方法進(jìn)行“數(shù)據(jù)壓縮”，從而大大降低信息傳輸和存儲的成本。使用比特表示信息后，只要再附加一些額外的比特，就能發(fā)現(xiàn)甚至糾正信息傳輸和存儲過程中的錯誤，大大提高了信息系統(tǒng)的可靠性 1.

29、3.1 微電子技術(shù)與集成電路1.3.2 集成電路的制造1.3.3 集成電路的發(fā)展趨勢1.3.4 IC卡 微電子技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)微電子技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)，是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項(xiàng)鍵技術(shù)，是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項(xiàng)高技術(shù)的基礎(chǔ)高技術(shù)的基礎(chǔ) 微電子技術(shù)的核心是集成電路技術(shù)微電子技術(shù)的核心是集成電路技術(shù)晶體管晶體管(1948)中中/小規(guī)模小規(guī)模集成電路集成電路(1950s) 微電子技術(shù)是以微電子技術(shù)是以集成電路集成電路為核心的電子技術(shù)，為核心的電子技術(shù)，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(fā)展起來的。發(fā)展起來的。大規(guī)模大規(guī)模/超大規(guī)模超大規(guī)模集

30、成電路集成電路(1970s)電子管電子管(1904)集成電路 (Integrated Circuit，簡稱IC)：以半導(dǎo)體單晶片作為基片,采用平面工藝，將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所構(gòu)成的電路制作在基片上所構(gòu)成的一個微型化的電路或系統(tǒng)集成電路的優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕功耗小、成本低速度快、可靠性高超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路按用途分：通用集成電路專用集成電路（ASIC）按電路的功能分：數(shù)字集成電路模擬集成電路按晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分：雙極型（Bipolar）電路金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電路按集成度(芯片中包含的元器件數(shù)目)分：集成電路規(guī)模集成電路規(guī)模元器

31、件數(shù)目元器件數(shù)目小規(guī)模集成電小規(guī)模集成電路（路（SSI）100中規(guī)模集成電中規(guī)模集成電路（路（MSI）1003000大規(guī)模集成電大規(guī)模集成電路（路（LSI）300010萬萬超大規(guī)模集成超大規(guī)模集成電路（電路（VLSI）10萬萬100萬萬極大規(guī)模集成極大規(guī)模集成電路（電路（ULSI）100萬萬混混合合電電路路A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 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，從原料熔煉開始到最終產(chǎn)品包裝大約需要終產(chǎn)品包裝大約需要400400多道工序多道工序，工藝復(fù)雜且技，工藝復(fù)雜且技術(shù)難度非常高，有一系列的關(guān)鍵技術(shù)。許多工序必術(shù)難度非常高，有一系列的關(guān)鍵技術(shù)。

32、許多工序必須在恒溫、恒濕、超潔凈的無塵廠房內(nèi)完成。須在恒溫、恒濕、超潔凈的無塵廠房內(nèi)完成。 目前興建一個有兩條生產(chǎn)線能加工目前興建一個有兩條生產(chǎn)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。 硅拋光片硅拋光片單單晶晶硅硅錠錠單晶硅錠經(jīng)切單晶硅錠經(jīng)切割、研磨和拋割、研磨和拋光后制成鏡面光后制成鏡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

33、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(dú)立的集成電路，這上千個獨(dú)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(jìn)行檢測，電路進(jìn)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(dú)封裝成一個個獨(dú)立的集成電路立的集成電路進(jìn)行成品測試，進(jìn)行成品測試，按其性能參數(shù)按其性能參數(shù)分為不同等級，分為不同等級，貼上規(guī)格型號貼上規(guī)格型號及出廠日期等及出廠日期等標(biāo)簽，成品即標(biāo)簽，成品即可出廠可出廠 集成電路封裝目的： 電功能、散熱功能、機(jī)械

34、與化學(xué)保護(hù)功能 常見的封裝方式： 單列直插式（SIP） 雙列直插式 （DIP） 陣列式（PGA） 塑料有引線芯片載體（PLCC） 扁平貼片式(PQFP) 球柵陣列封裝(BGA) 小外形封裝（SOP） 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(guān)速度就越快，相同面積的晶片可容納的晶體的開關(guān)速度就越快，相同面積的晶片可容納的晶體管數(shù)目就越多。管數(shù)目就越多。 所

35、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，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。 Moore定律：單塊集成電路的集成度平均每18個月翻一番 (Gordon E.Moore,1965年)晶體管數(shù)晶體管數(shù)例例：Intel微處理器集成度的發(fā)展微處理器集成度的發(fā)展n酷睿酷睿2雙核雙核 （2006）291410M晶體管晶體管n酷?？犷?四核四核 （2007）820M 晶體管晶體管1 000197019751980198519901995200010 000100 00010610 x106 100 x10640048008

36、808080868028680386PentiumPentium IIPentium IIIPentium 48048620101000 x106CORE 2 DuoCORE 2 Quad19992001200420082014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(shù)連線層數(shù)678910晶圓直徑晶圓直徑(英寸英寸)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(chǎn)更多的芯片增大硅晶圓的面積：使每塊晶圓能生產(chǎn)更多的芯片問題：線寬進(jìn)一步縮小后，晶體管線條小到納米級時，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而無法正常工作出路：在納米尺寸下，納米結(jié)構(gòu)會表現(xiàn)出