第一章信息技术概论(225).ppt

计算机信息技术,张洁玉 zhjy_ 信管教研室,2023/6/1,2,关于分级教学,学生计算机基础的差异给教学带来难题分级之后A班增加了几个应用软件的学习：PhotoShop、Flash、Access和MATLABB班的教学内容跟没有分级前的教学内容相同，教材之外增加Windows、Word、Excel基本操作的介绍期末考试试卷相同分级教学只是为了有针对性的进行教学,教学质量不会打折 下学期VB不分级,2023/6/1,3,关于教学内容安排,教学内容和进度113周：计算机信息技术教程1416周：Visual Basic程序设计教程17周复习适当阅读课外参考书考试内容包含计算机应用基础和VB程序设计,2023/6/1,4,关于教学内容安排,第1章 信息技术概论第2章 计算机硬件系统第3章 计算机软件系统第4章 计算机网络PHOTOSHOP软件介绍FLASH软件介绍第6章 数据库原理Access数据库介绍第5章 数字媒体及应用MATLAB软件介绍第7章 医院信息系统第8章 医药数据挖掘与分析,第1章 Visual Basic 简介第2章 常用控件及界面设计,计算机应用基础：,程序设计：,2023/6/1,5,关于上机安排,第三周（单周）/第四周（双周）开始上机上机时间、地点带好实验指导书（计算机信息技术实践教程）课前预习自备存储设备（U盘/移动硬盘/mp3/带存储卡 的手机）上机实验成绩及出勤率作为平时成绩的主要参考,第一章 信息技术概论,2023/6/1,7,信息技术改变我们的生活,你在网上购物吗？淘宝、当当、卓越、京东你有QQ号吧？有几个？你有E-mail吗？有几个？你用iphone还是Android？你在什么网站听音乐？你在什么网站看视频？你有微博吗？有多少粉丝？,2023/6/1,8,2023/6/1,9,2023/6/1,10,2023/6/1,11,2023/6/1,12,，单位“,2023/6/1,13,2023/6/1,14,2023/6/1,15,2023/6/1,16,2023/6/1,17,2023/6/1,18,现代信息技术的发展趋势,未来的计算机技术如光子计算机、生物计算机等 网络技术进一步发展如物联网 感测技术（如自动门，感应水龙头）虚拟现实技术如2013年春晚如旅游业、医学、军事模拟战场 人工智能技术如生物识别技术人脸识别、虹膜识别、指纹识别、掌纹识别、静脉识别、签名识别、DNA识别等,2023/6/1,19,教学内容,信息与信息技术,1,计算机的发展和应用,2,数字技术基础,3,通信技术基础,4,微电子技术基础,5,信息标准化,6,2023/6/1,20,1.1 信息与信息技术,1.1.1 数据与信息1.1.2 信息技术与信息产业1.1.3 医药信息化及其发展,2023/6/1,21,信息(information)是什么？,信息有多种多样的含义，至今并没有统一的定义日常生活中比较笼统和模糊的理解是：语言、文字、图画、照片等所表达的内容、事实或消息读书、听课、交谈等所学习和了解的知识、方法和情况为了做判断、订计划或解决问题等所需要的数据和资料比较正式也比较抽象一些的描述是：信息是事物运动状态和特征的反映信息与物质、能量是客观世界的三大构成要素。,美国哈佛大学的研究小组提出了著名的资源三角形：没有物质，什么也不存在；没有能量，什么也不会发生；没有信息，任何事物都没有意义。,2023/6/1,22,数据与信息,国际标准化组织（International Standards Organization，ISO）对“信息”下的定义是：“信息”是对人有用的数据，这些数据将可能影响到人们的行为与决策。ISO对“数据”下的定义是：“数据是对事实、概念或指令的一种特殊的表达形式，这种特殊的表达形式可以用人工的方式或者用自动化的装置进行通信、翻译转换或者进行加工处理。”数据是信息的源泉，信息是知识的基础。这些概念都是相对的。例如，护士测量到的患者39的体温，对急诊室来讲是允许挂急诊号的信息，但对处理急诊的临床医生来讲，体温39仅是医生处理患者信息中的一个数据；再如，一张化验报告，对化验室来讲是经过处理数据后获得的信息，对临床医生来讲是分析疾病的数据。,根据ISO定义，“信息”与“数据”的关系是。（A）信息是指对人们有用的数据（B）数据是指对人们有用的信息（C）信息包含数据（D）信息仅指加工后的数值数据,2023/6/1,23,信息有哪些性质,普遍性：凡有事物的地方，就必然存在信息，信息广泛存在 动态性：事物是在不断运动变化之中的，信息也必然随时间而改变 时效性：由于信息的动态性，信息的使用价值会随着时间而衰减多样性：语言、文字、声音、图片等都是信息的表现形式(也称为信息的载体或媒体)可传递性：信息可通过媒介在人-人，人-物，物-物之间传递，信息传递才能发挥信息的作用 可共享性：信息与物质，能量显著不同的是，同一信息在同一时间可被多个主体共有，信息能无限地进行复制和传递，不因使用而有损耗快速增长性：随着社会的发展，信息在快速增长！(信息爆炸),2023/6/1,24,什么是信息处理,信息处理指的是与下列内容相关的行为和活动：信息的收集(如信息的感知、测量、获取、输入等)信息的传递(如邮寄、电报、电话、广播、网络等)信息的加工(如信息的分类、计算、分析、转换等)信息的存储(如书写、摄影、录音、录像等)信息的施用(如控制、显示、指挥、管理等),2023/6/1,25,人工进行信息处理的过程,人工信息处理的不足：算不快 记不住 传不远 看（听）不清,2023/6/1,26,什么是信息技术,信息技术（Information Technology，或 Information&Communication Technology，简称IT或ICT）指的是用来扩展人们信息器官功能、协助人们更有效地进行信息处理的一门技术。内容包括：,2023/6/1,27,信息技术的发展历史,语言的形成和使用 文字的创造和使用 造纸技术的出现 印刷技术的发明 电报和电话通信 广播、电视 雷达、卫星 计算机 因特网,第1次信息技术革命（3500050000年之前）,（20世纪4060年代）,第4次信息技术革命,（19世纪3020世纪40年代）,第2次信息技术革命（大约3500年之前）,2023/6/1,28,什么是信息产业,信息产业是指信息设备生产制造，以及利用这些设备进行信息采集、储存、传递、处理、制作与服务的所有行业与部门的总和.,2023/6/1,29,1.2 计算机的发展及应用,1.2.1 计算机的特点及其发展简史1.2.2 中国计算机发展历程1.2.3 计算机与生命科学1.2.4 新医改下卫生信息化发展趋势与计算 机新技术,2023/6/1,30,过去的计算工具,随着生产的发展和社会的进步，计算工具的发展过程从简单到复杂、从低级到高级计算工具相继出现，如：算盘计算尺手摇计算器电动计算器,我国研制第1颗原子弹时使用的飞鱼牌手摇计算机,2023/6/1,31,1946年，宾夕法尼亚大学诞生了第一台数字电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator）重量：30余吨 占地：170平方米 构件：一万七千多个电子管；六千多个开关 耗电：140千瓦 造价：40余万美元 速度：每秒运行5000次加法,2023/6/1,32,计算机的发展分代,计算机的发展分代是根据电子元器件的发展而划分的：,【电子管(1946-1957)】,【晶体管1957-1964】,【集成电路 1965-1970】,【大规模集成电路 1971】,2023/6/1,33,第1代数字电子计算机,时间：约1946-1957 使用的元器件：电子管 速度：几十几万次/秒 内存：磁鼓（体积巨大），千字 外设：磁带 机器语言或汇编语言编程,美国于20世纪50年代生产的IBM704型电子管计算机,磁鼓存储器,2023/6/1,34,第2代数字电子计算机,时间：约1957-1964使用的元器件：晶体管 速度：几十万次/秒，内存：磁芯（体积减小），十万字 外设：磁盘 高级语言编程,2023/6/1,35,安装在美国宇航局的IBM 7090计算机,290万美元。内存容量：128KB；存取周期：2微妙,2023/6/1,36,第3代数字电子计算机,时间：约1965-1973使用的元器件：中小规模集成电路（SSI/MSI,Small Scale Integration/Midium Scale Integration）速度：几十万次几百万次/秒 内存：半导体存储器 软件：高级语言,OS,DBMS,2023/6/1,37,1965年IBM推出的System 360大型主机，被美国航天局用于首次载人登月任务,第3代数字电子计算机,2023/6/1,38,存储容量为5MB的硬盘,（27Kg重）,第3代数字电子计算机,2023/6/1,39,第4代数字电子计算机,时间：从1974年起使用的元器件：大规模（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）-速度：几百万次亿次/秒-内存：半导体存储器-软件工程，分布式处理等,2023/6/1,40,第14代计算机的对比,2023/6/1,41,计算机的应用,科学计算数据处理自动控制计算机辅助设计、辅助制造CAD（Computer Aided Design 计算机辅助设计）CAI（Computer Aided Instruction 计算机辅助教学）CAM（Computer Aided Made 计算机辅助制造）CAE（Computer Aided Engineering 计算机辅助工程）CADD（Computer Aided Drug Design 计算机辅助新药设计）人工智能计算机仿真,2023/6/1,42,1.3 数字技术基础,1.3.1 比特与二进制数及运算1.3.2 信息在计算机中的表示,2023/6/1,43,什么是比特？,比特（bit，binary digit的缩写）中文翻译为“二进位数字”、“二进位”或简称为“位”比特只有 2 种取值：0和1如同DNA是人体组织的最小单位、原子是物质的最小组成单位一样，比特是组成数字信息的最小单位数值、文字、符号、图像、声音、命令都可以使用比特来表示,2023/6/1,44,比特在计算机中如何表示？,在计算机中表示与存储二进位的方法：电路的高电平状态或低电平状态(CPU)电容的充电状态或放电状态(RAM)两种不同的磁化状态(磁盘)光盘面上的凹凸状态(光盘),2023/6/1,45,存储容量的计量单位,8个比特1个字节（byte，用大写B表示）计算机内存储器容量的计量单位：KB:1 KB=210字节=1024 B（千字节）MB:1 MB=220字节=1024 KB（兆字节）GB:1 GB=230字节=1024 MB（吉字节、千兆字节）TB:1 TB=240字节=1024 GB（太字节、兆兆字节）外存储器容量经常使用10的幂次(十进制)来计算：1MB103 KB 1 000 KB1GB106 KB 1 000 000 KB1TB 109 KB=1 000 000 000 KB,2023/6/1,46,为什么？,现象：厂商标注160GB的硬盘实际容量只有149.01GB,存储容量的计量单位,2023/6/1,47,不同进位制使用场合：,内存、cache、半导体存储器芯片的容量均使用二进制：512MB的内存条（1M2201024KB）256KB 的cache（1K 2101024B）文件和文件夹的大小使用二进制外存储器（硬盘、DVD光盘、U盘、存储卡等）容量：厂商标注的容量使用十进制操作系统显示的容量使用二进制,存储容量的计量单位,2023/6/1,48,频率、数据传输速率等使用十进制计量：CPU主频 2.6GHz（1G109）数据传输速率 100Mbps（1M106）数据传输速率表示每秒钟可传输的二进制位数目，常用单位是：比特/秒(b/s)，也称“bps”。如 2400 bps(2400b/s)千比特/秒(kb/s)，1kb/s=103比特秒=1 000 b/s兆比特/秒(Mb/s)，1Mb/s=106比特秒=1 000 kb/s吉比特/秒(Gb/s)，1Gb/s=109比特秒=1 000 Mb/s太比特/秒(Tb/s)，1Tb/s=1012比特秒=1 000 Gb/s,存储容量的计量单位,2023/6/1,49,比特（二进制数）的算术运算,1位二进制数的加、减法运算规则：,2个多位二进制数的加、减法运算举例：,2023/6/1,50,比特的三种基本逻辑运算,比特有3种基本逻辑运算：逻辑加（也称“或”运算，用符号“OR”、“”或“”表示）逻辑乘（也称“与”运算，用符号“AND”、“”或“”表示，也可省略）取反（也称“非”运算，用符号“NOT”或 上横杠“”表示）,2023/6/1,51,逻辑运算的规则,逻辑加：F=A B A:0 0 1 1 B:0 1 0 1 F:0 1 1 1逻辑乘：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 0,两个多位的二进制信息进行逻辑运算时，按位独立进行，即每一位都不受其它位的影响：,2023/6/1,52,数值间的转换,数制的概念十进制D(Decimal):数字为0-9，各位的权值是10的整数次幂，基数为10，逢10进1二进制B(Binary)：数字为0和1，各位的权值是2的整数次幂，基数为2，逢2进1计算机中的数据全部用二进制表示，但为了表示方便，在计算机科学中，通常还会采用八进制O(Octal)：基数为8,数字为0-7 十六进制H(Hexadecimal)：基数为16,数字为0-9，A-F,2023/6/1,53,不同进位制数的比较,数值间的转换,2023/6/1,54,(一)十进制 二进制,1.十进制整数转换为二进制整数除2取余(余数反向排列）：,数值间的转换,(29)10=(11101)2,被除数 商（除数为2）余数 29 14 1 14 7 0 7 3 1 3 1 1 1 0 1,2023/6/1,55,(一)十进制 二进制,数值间的转换,注意：十进制小数（如0.55）在转换时会出现二进制无穷小数，这时只能取近似值（二进制小数点后的位数达到精度为止）,2.十进制小数转换为二进制小数乘2取整(整数顺序排列）：,(0.6875)10=(0.1011)2,被乘数 结果 整数部分 0.55*2 1.10 1 0.10*2 0.20 0 0.20*2 0.40 0 0.40*2 0.80 0 0.80*2 1.60 1 0.60*2 1.20 1,2023/6/1,56,3.实数转换:将十进制实数的整数和小数部分拆开 分别转换,最后再将转换结果合并,步骤如下:整数部分:除2取余小数部分:乘2取整合并结果 如:(29.6875)10=(11101.1011)2,数值间的转换,(一)十进制 二进制,2023/6/1,57,十进制 八进制:整数部分除8取余法 小数部分乘8取整法 十进制 十六进制:整数部分除16取余法 小数部分乘16取整法,（二）十进制 八进制/十六进制,数值间的转换,2023/6/1,58,例2-4：将(367.64)10转换成16进制被除数 商（除数为16）余数 367 22 15 22 1 6 1 0 1（367）10=（16F）16,被乘数 结果（乘数为16）整数部分 0.64 7.24 7 0.24 3.84 3 0.84 13.44 13 0.44 7.04 7（0.64）10=（0.73D7）16,合并结果:（367.64）10=（16F.73D7）16,整数部分,小数部分,数值间的转换,2023/6/1,59,（三）N进制 十进制,采用按权求和的方法,数值间的转换,2023/6/1,60,二进制数B:由n位整数，m位小数组成(B)2=Bn-1B1B0.B-1B-2B-m(D)10=Bn-12n-1+B121+B020+B-12-1+B-22-2+.B-m2-mN进制数P:由n位整数，m位小数组成(P)N=Pn-1P1P0.P-1P-2P-m(D)10=Pn-1Nn-1+Pn-2Nn-2+P1N1+P0N0+P-1N-1+P-2N-2+.P-mN-m,（三）N进制 十进制,数值间的转换,2023/6/1,61,（三）N进制 十进制,数值间的转换,例：将（1011.11)2转换成十进制数（1011.11)2=(123+022+121+120+12-1+12-2)10=(8+0+2+1+0.5+0.25)10=(11.75)10例：将（317)8转换成十进制数（317)8=(382+181+780)10=(192+8+7)10=(207)10,2023/6/1,62,（四）二进制/八进制/十六进制之间的互换,二进制与八进制互换八进制转成二进制,数值间的转换,八进制 0 1 2 3 4 5 6 7,二进制 000 001 010 011 100 101 110 111,“一分三”,例：将(207.54)8 转换成二进制,(207.54)8=(010 000 111.101 100)2=(10000111.1011)2,2 0 7.5 4,111,010,100,101,000,2023/6/1,63,二进制与八进制互换二进制转成八进制三合一法整数部分：自右向左，三个一组，不够补零，每组对应一个八进制数码。小数部分：自左向右，三个一组，不够补零，每组对应一个八进制数码。例：将（1010111011.0010111)2转换成八进制,“三合一”,（四）二进制/八进制/十六进制之间的互换,数值间的转换,1 0 1 0 1 1 1 0 1 1.0 0 1 0 1 1 1,0 0,0 0,1,2,7,3,1,3,4,(1010111011.0010111)2=(1273.134)8,2023/6/1,64,二进制与十六进制互换十六进制转成二进制,（四）二进制/八进制/十六进制之间的互换,数值间的转换,十六进制 0 1 2 3 4 5 6 7,二进制 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111,十六进制 8 9 A B C D E F,二进制 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111,“一分四”,2023/6/1,65,（四）二进制/八进制/十六进制之间的互换,数值间的转换,例：将（1E4.2A）16 转换成二进制,(1E4.2A)16=(0001 1110 0100.0010 1010)2=(111100100.0010101)2,1 E 4.2 A,0001,1110,0100,0010,1010,2023/6/1,66,（四）二进制/八进制/十六进制之间的互换,数值间的转换,二进制与十六进制互换二进制转成十六进制四合一法整数部分：自右向左，四个一组，不够补零，每组对应一个十六进制数码。小数部分：自左向右，四个一组，不够补零，每组对应一个十六进制数码。例：将（10101.10111)2 转换成十六进制,0001 0101.1011 1000,(10101.10111)2=(15.B8)16,2023/6/1,67,八进制与十六进制之间的互换方法：以二进制作为中间过渡来实现例：将（237)8 转换成十六进制数（237)8=（10011111)2=（9F)16,（四）二进制/八进制/十六进制之间的互换,数值间的转换,2023/6/1,68,1.3.2 信息在计算机中的表示,（1）数值的表示（2）文字符号信息在计算机中的表示（3）图像等其他信息在计算机中的表示,第五章介绍,2023/6/1,69,计算机中的任何数据都以二进制数的形式存储。这些数据一般采用定点数和浮点数两种形式表示。定点数：小数点位置固定在有效数字的前面(纯小数)或后面(纯整数)。定点数又分为有符号数和无符号数两类有符号数的最高位表示符号位，其余为数值位，有符号数有三种编码（表示形式）：原码、反码和补码无符号数的各位都表示数值大小。浮点数：小数点位置不固定的数。,2023/6/1,70,无符号整数的表示,取值范围由位数决定：机器位：8位 可表示0255(28-1)范围内的所有正整数机器位：16位可表示065535(216-1)范围内的所有正整数机器位：n位 可表示02n-1范围内的所有正整数。,例：,2023/6/1,71,带符号整数的表示,表示方法：用一位表示符号，其余用来表示数值部分,符号用最高位表示：“0”表示正号(+),“1”表示负号(-)数值部分有两种表示方法：原码表示补码表示,2023/6/1,72,原码：对于有符号数，其最高位为“0”表示该数为正数，为“1”表示该数为负数，其余各二进制位表示该数的绝对值正数(43)10=(0 0 1 0 1 0 1 1)2负数(-43)10=(1 0 1 0 1 0 1 1)20的表示：+0原=00000000-0原=10000000,带符号整数的表示,2023/6/1,73,反码：正数的反码与原码相同 负数的反码为原码除符号位外各位取反(-43)10=(1 1 0 1 0 1 0 0)2 0 的表示：+0反=00000000-0反=11111111 反码的反码就是原码：X反 反=X 原,带符号整数的表示,2023/6/1,74,补码：正数的补码与原码相同（正数没有补码）负数的补码为其反码加1(-43)10=(1 1 0 1 0 1 0 1)2 0 的补码表示是唯一的：+0补=-0补=(00000000)2 由于减法运算可以通过以下方式来实现：X原-Y原=X原+-Y补将计算机内部的负数用补码表示，减法运算就可以用加法器来实现，CPU内部就不用设置减法器，从而简化了CPU的设计。,带符号整数的表示,结论:带符号整数在计算机内不采用“原码”而采用“补码”的形式表示,2023/6/1,75,选讲：带符号整数的表示,5-25+(-2)+35补码-2补码000001011111111000000011（+3原码,+3补码）,2-52+(-5)-32补码-5补码000000101111101111111101（-3补码）,1.符号位与其它位统一参与运算2.补码将加法和减法统一3.两个用补码表示的数相加时，如果最高位有进位，则进位被舍弃。,2023/6/1,76,练习题,若某带符号整数的8位补码为10000001，则该整数为。A.129 B.-1 C.-127 D.127,答案：C,选讲：,已知补码求原码：如果符号位为“0”，则为正数，原码、补码都相同如果符号位为“1”，则为负数，除符号位外，取反，加1,10000001,11111110 1,11111111,取反,加“1”,127,2023/6/1,77,无符号整数范围8位原码：028-1（0255）16位原码：0216-1（065535）n 位原码：02n-1原码可表示的整数范围8位原码：-27+127-1（-127127）16位原码：-215+1215-1（-3276732767）n 位原码：-2n-1+12n-1-1补码可表示的整数范围 8位补码：-2727-1（-128127)n位补码：-2n-12n-1-1,二进制整数的表示范围,1000 0000原码表示 0补码表示 128,注意：由于计算机中存储各种类型数据的字节数是有限的，所以能表示的数也是有一定范围的，当运算的结果超过了这个范围，就会产生溢出。,原码 补码 值0111 1111 0111 1111 1270111 1110 0111 1110 1260111 1101 0111 1101 125.0000 0000 0000 0000 01000 0001 1111 1111-11000 0010 1111 1110-21000 0011 1111 1101-3.1111 1110 1000 0010-1261111 1111 1000 0001-127无法表达 1000 0000-128,原码和补码不断加1,原码不断加1补码不断减1,2023/6/1,78,选讲：实数的特点与表示方法,特点：既有整数部分又有小数部分，小数点位置不固定整数和纯小数是实数的特例任何一个实数总可以表达成一个乘幂和一个纯小数之积例如：56.725=0.56725102 0.0034756=-0.34756102 实数的表示方法（记阶法）：用3个部分表示乘幂中的指数：表示实数中小数点的位置纯小数部分（尾数）：表示实数中的有效数字部分数的正负（符号）,2023/6/1,79,选讲：二进制实数的浮点表示,与十进制实数一样，二进制实数也可以用记阶法表示 例如：+1001.011B=+0.1001011B2 100 0.0010101B=0.10101B210 可见，任一个二进制实数 N 均可表示为：N=尾数基数阶码,阶码也有符号,2023/6/1,80,注:尾数位数越多,精度越高;阶码位数越多,值域越大,（假设机器字长为16位，符号位为1位，阶码4位，尾数12位),阶码,尾数,例：101.1101=0.1011101211,其表示形式为：,选讲：二进制实数的浮点表示,2023/6/1,81,1.4 通信技术基础,1.4.1 通信技术简介 通信系统模型 通信技术的分类 通信技术的发展1.4.2 通信技术在医学领域的应用,2023/6/1,82,什么是通信(communication)？,广而言之，通信就是信息的(远距离)传递与交换现代通信使用电波或光波传递信息的技术，也称为电信（telecommunication），如电报、电话、传真、电子邮件、QQ等，电视也可看作是一对多的单向通信通信的发展历史：1836年，英国建成第一条电报线路(Morse电报)1876年，美国人A.G.Bell研制成可供实用的电话20世纪初，马可尼实现了跨越大西洋的无线电报通信1918年，出现收音机和无线电广播1938年，第一个电视台开始播出1940s 出现彩色电视1960s 出现计算机网络,2023/6/1,83,通信系统的模型,通信的三要素：,举例:,信道的任务是迅速、可靠而准确地将信号从信源传输到信宿,被传输的信息都必须以某种电(或光)信号的形式才能进行传输,发送信息的设备,接收信息的设备,2023/6/1,84,通信技术的分类,（1）按传输媒质分类 有线通信，无线通信。（2）按信道中传输的信号分类 模拟通信，数字通信。（3）按工作频段分类 长波通信，中波通信，短波通信，微波通信。（4）按调制方式分类 基带传输，频带传输。（5）按通信双方的分工及数据传输方向分类 单工通信、半双工通信及全双工通信三种。,2023/6/1,85,通信技术的发展,现代通信技术的不断发展，目前聚焦在：物联网：物物相连的互联网；云计算：一种基于因特网的超级计算模式，在远程的 数据中心里，成千上万台电脑和服务器连 接成一片电脑云；,最关键的是带宽,2023/6/1,86,1.5 微电子技术基础,1.5.1 微电子技术 1.5.2 集成电路 1.5.3 集成电路卡机电子标签1.5.4 集成电路发展趋势,2023/6/1,87,电子电路中元器件的发展演变,微电子技术是以集成电路为核心的电子技术，它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。,电子管(1904),2023/6/1,88,集成电路,集成电路(Integrated Circuit，简称IC)：以半导体（主要是硅，也可是其他化合物）单晶片作为基片,采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统集成电路的优点：体积小、重量轻功耗小、成本低速度快、可靠性高,超大规模集成电路,小规模集成电路,2023/6/1,89,IC是所有电子产品的核心,2023/6/1,90,集成电路的分类,按用途分：通用集成电路专用集成电路（ASIC）按电路的功能分：数字集成电路模拟集成电路按晶体管结构、电路和工艺分：双极型（Bipolar）电路金属氧化物半导体(MOS)电路按集成度(芯片中包含的元器件数目)分：,ultra-large scale integration,2023/6/1,91,什么是 IC卡？,IC卡(chip card、smart card)，又称为集成电路卡，它是把集成电路芯片密封在塑料卡基片内，使其成为能存储信息、处理和传递数据的载体特点：存储信息量大保密性能强可以防止伪造和窃用抗干扰能力强可靠性高应用举例：作为电子证件，记录持卡人的信息，用作身份识别（如身份证、考勤卡、医疗卡、住房卡等）作为电子钱包（如电话卡、公交卡、加油卡等）,2023/6/1,92,IC卡的类型(按芯片分类),存储器卡：封装的集成电路为存储器，信息可长期保存，也可通过读卡器改写。结构简单，使用方便。用于安全性要求不高的场合，如电话卡、水电费卡、公交卡、医疗卡等（带加密逻辑的存储器卡增加了加密电路）CPU卡：封装的集成电路为中央处理器（CPU）和存储器，还配有芯片操作系统(Chip Operating System)，处理能力强，保密性更好，常用作证件和信用卡使用。手机中使用的SIM卡就是一种特殊的CPU卡。,2023/6/1,93,IC卡的类型(按使用方式分类),接触式IC卡(如电话IC卡)表面有方型镀金接口，共8个或6个镀金触点。使用时必须将IC卡插入读卡机，通过金属触点传输数据。用于信息量大、读写操作比较复杂的场合,但易磨损、怕脏、寿命短非接触式IC卡(射频卡、感应卡)采用电磁感应方式无线传输数据，解决了无源（卡中无电源）和免接触问题操作方便，快捷，采用全密封胶固化，防水、防污，使用寿命长用于读写信息较简单的场合，如身份验证等,非接触式IC卡,2023/6/1,94,集成电路的发展趋势,集成电路的运行速度取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸，晶体管越小，单位集成电路容纳的晶体管就越多，电路的性能就越强。目前集成电路的制造工艺已达到纳米级。摩尔定律(Moores law)单位集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍由此带来：微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格却下降一半,2023/6/1,95,进一步提高集成度的问题与出路,问题：线宽进一步缩小后，晶体管线条小到纳米级时，其电流微弱到仅有几十个甚至几个电子流动，晶体管将逼近其物理极限而无法正常工作出路：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，人们正在利用这些量子效应研制具有全新功能的量子器件，使能开发出新的纳米芯片和量子计算机同时，正在研究将光作为信息的载体，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,