现代信息技术基础知识讲义40773.pptx
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1、问题问题1、目前的手机已具有哪些功能了?你希望、目前的手机已具有哪些功能了?你希望手机还具备那些功能?手机还具备那些功能?2、网络改变了人们的生活,你认为网络有、网络改变了人们的生活,你认为网络有哪些好处,有哪些坏处?怎样是适应网哪些好处,有哪些坏处?怎样是适应网络生活?络生活?3、预测信息技术对将来人们生活的进一步、预测信息技术对将来人们生活的进一步影响?影响?一、信息技术的发展过程一、信息技术的发展过程在在赫兹赫兹实验证明电磁波之前,实验证明电磁波之前,美国人美国人莫尔斯莫尔斯1837年就发明电报,年就发明电报,1876年美国人年美国人贝尔贝尔发明电话。发明电话。1888年赫兹通过振荡电偶
2、极子的年赫兹通过振荡电偶极子的一系列实验一系列实验,证实了电磁波的存在证实了电磁波的存在,为人类利用电磁波开辟了道路。为人类利用电磁波开辟了道路。1895年俄国人年俄国人波波夫波波夫和意大利人和意大利人马可尼马可尼发明无线电。发明无线电。波波夫波波夫赫兹赫兹微波通讯微波通讯微波通讯1933年开始,年开始,1935年发年发明了雷达。微波通信由于其通信明了雷达。微波通信由于其通信的容量大而投资费用省(约占电的容量大而投资费用省(约占电缆投资的五分之一),建设速度缆投资的五分之一),建设速度快,抗灾能力强等优点而取得迅快,抗灾能力强等优点而取得迅速的发展。速的发展。电视的诞生电视的诞生电视之父是英国
3、发明家于电视之父是英国发明家于贝尔德贝尔德,1926年年制造出机械电视系统(利用机械扫描法传送图制造出机械电视系统(利用机械扫描法传送图像)。像)。1928年开发出第一台彩色电视机,分辨年开发出第一台彩色电视机,分辨率只有率只有30线,线,1930年他的系统开始有声电视节年他的系统开始有声电视节目试播目试播。美国自学成材的科学家美国自学成材的科学家法恩斯沃斯法恩斯沃斯他于他于1927年成功地用电子技术传送图像,年成功地用电子技术传送图像,1928年发年发明了电子图像分解摄像机。明了电子图像分解摄像机。1937年他的电子电年他的电子电视系统成功地击败贝尔德,真正意义上的现代视系统成功地击败贝尔德
4、,真正意义上的现代电视诞生了。电视诞生了。电视机移动移动通讯通讯陆地移动通讯最早出现与陆地移动通讯最早出现与1921年,年,60年代后期才取得长足的发展,到了年代后期才取得长足的发展,到了80年代,移动通讯开始在全世界普及。年代,移动通讯开始在全世界普及。光纤通信光纤通信1966年英籍华人年英籍华人高锟高锟博博士首次明确提出利用光士首次明确提出利用光导纤维进行激光通信的导纤维进行激光通信的设想,并为此获得了设想,并为此获得了1979年年5月由瑞士国王月由瑞士国王颁发的国际伊利申通信颁发的国际伊利申通信奖金。高琨提出只要解奖金。高琨提出只要解决玻璃中纯度和成份就决玻璃中纯度和成份就能获得损耗极低
5、的光纤。能获得损耗极低的光纤。1970年美国康宁公司发年美国康宁公司发明了这种光纤。明了这种光纤。计计算算机机的的发发展展计算机是由计算器发展而来,计算机是由计算器发展而来,算盘是我国汉代发明明代成熟的,算盘是我国汉代发明明代成熟的,它属于最早是计算器,人们现在大它属于最早是计算器,人们现在大都把第一台机械计算机的荣誉归功都把第一台机械计算机的荣誉归功于法国的于法国的帕斯卡帕斯卡,1642年年19岁时,岁时,他发明了他发明了“加法器加法器”。1674年年莱布尼莱布尼茨茨造出一台更完善的机械计算机造出一台更完善的机械计算机“乘乘法器法器”。1700年左右,莱布尼茨从一年左右,莱布尼茨从一位友人送
6、给他的中国位友人送给他的中国“易图易图”(八卦)(八卦)里受到启发,提出了二进制的运算里受到启发,提出了二进制的运算法则,为现代计算机理论打下基础。法则,为现代计算机理论打下基础。第一台程序控制的计算机是英国剑第一台程序控制的计算机是英国剑桥大学科学家桥大学科学家巴贝奇巴贝奇于于1822年完成年完成的。的。ENIAC诞生诞生1946年年2月月14日美国宾夕法尼日美国宾夕法尼亚大学制造了第一台电子计算亚大学制造了第一台电子计算机机ENIAC。这是由美国阿贝。这是由美国阿贝丁试炮场军官丁试炮场军官戈德斯坦戈德斯坦组织的,组织的,发挥主要作用的是莫尔学院的发挥主要作用的是莫尔学院的莫契利莫契利和和埃
7、克特埃克特。莫契利和埃克特莫契利和埃克特莫契利和埃克特莫契利和埃克特电子计算机之父电子计算机之父冯冯诺依曼诺依曼提出了现代电脑的提出了现代电脑的体系结构。体系结构。1945年年6月,冯月,冯诺依曼与诺依曼与戈德斯坦戈德斯坦、勃克斯勃克斯等人,联名发表了计算机史等人,联名发表了计算机史上著名的上著名的“101页报告页报告”,被认,被认为是现代电脑科学发展里程为是现代电脑科学发展里程碑式的文献。报告明确规定碑式的文献。报告明确规定出计算机的五大部件(出计算机的五大部件(运算运算器器、控制器控制器、存储器存储器、输入输入/输出设备输出设备),并用二进制替),并用二进制替代十进制运算。代十进制运算。晶
8、体管晶体管1947年贝尔实验室年贝尔实验室布拉顿布拉顿(W.Brattain)和)和巴丁巴丁(J.Bardeen)用一些金箔、一些)用一些金箔、一些半导体半导体材材料和一个弯曲的别针展示了他们的新发现,数料和一个弯曲的别针展示了他们的新发现,数字化革命诞生了。在晶体管发明过程中起到最字化革命诞生了。在晶体管发明过程中起到最关键作用的关键作用的肖克利肖克利(W.Shockley)。)。肖克利肖克利肖克利肖克利半导体材料半导体材料 1833年,年,英国巴拉迪英国巴拉迪最先发现硫化银的最先发现硫化银的电阻随着温度的上升而降低电阻随着温度的上升而降低。这是。这是半导体现象半导体现象的首次发现的首次发现
9、。1839年年法国的贝克莱尔法国的贝克莱尔发现半发现半导体和电解质接触形成的结,在光照下会产生导体和电解质接触形成的结,在光照下会产生一个电压,这就是后来人们熟知的一个电压,这就是后来人们熟知的光生伏特效光生伏特效应应,这是被发现的,这是被发现的半导体的第二个特征半导体的第二个特征。在。在1874年,年,德国的布劳恩德国的布劳恩观察到某些硫化物的观察到某些硫化物的导电有方向性,在它两端加一个正向电压,它导电有方向性,在它两端加一个正向电压,它是导通的;如果把电压极性反过来,它就不导是导通的;如果把电压极性反过来,它就不导电,这就是电,这就是半导体的整流效应半导体的整流效应,也是半导体所,也是半
10、导体所特有的特有的第三种特性第三种特性。1873年,年,英国的史密斯英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效光电导效应应,这是半导体,这是半导体又一个特有的性质又一个特有的性质。总结出半。总结出半导体的这四个特性一直到导体的这四个特性一直到1947年年12月才由月才由贝贝尔实验室完成。尔实验室完成。12英寸直拉硅单晶(英寸直拉硅单晶(1m多长)多长)IBM的贡献的贡献托马斯托马斯沃森沃森在在1924年把原来年把原来CTR公司更名为国际公司更名为国际商用机器公司(商用机器公司(IBM)。长子)。长子小沃森小沃森为为IBM招聘了近招聘了近4千名朝气蓬勃的
11、青年工程师和技师。制造出千名朝气蓬勃的青年工程师和技师。制造出IBM701大大型电脑是第一代电子管计算机的标志产品。型电脑是第一代电子管计算机的标志产品。1956年将年将所有的计算机都实现晶体管化。所有的计算机都实现晶体管化。1959年年IBM7090型电型电脑问世,这第二代电子计算机的标志;集成电路发明脑问世,这第二代电子计算机的标志;集成电路发明后,小沃森又下令电脑全部集成化,投资后,小沃森又下令电脑全部集成化,投资50亿美元,亿美元,美国政府投入原子弹研究的钱美国政府投入原子弹研究的钱(20亿美元亿美元)还多。还多。1964年年IBM360系统取得了成功,成为第三代电脑的标志。系统取得了
12、成功,成为第三代电脑的标志。1971年小沃森退休,年小沃森退休,利尔森利尔森接任董事长。因其公司人接任董事长。因其公司人员一律穿蓝色制服,则员一律穿蓝色制服,则IBM被誉为被誉为“蓝色巨人蓝色巨人”。集集成成电电路路19571957年年年年1010月美国东部的仙童照相器材和设备公月美国东部的仙童照相器材和设备公月美国东部的仙童照相器材和设备公月美国东部的仙童照相器材和设备公司,为罗伯特司,为罗伯特司,为罗伯特司,为罗伯特 诺依斯诺依斯诺依斯诺依斯(N.NoyceN.Noyce)为首的)为首的)为首的)为首的8 8位年位年位年位年轻的科学家轻的科学家轻的科学家轻的科学家(八叛逆八叛逆八叛逆八叛逆
13、)投资了投资了投资了投资了35003500美元资金,美元资金,美元资金,美元资金,组组组组建起建起建起建起仙童半导体公司仙童半导体公司仙童半导体公司仙童半导体公司,成功地制造出,成功地制造出,成功地制造出,成功地制造出金属氧化金属氧化金属氧化金属氧化物半导体物半导体物半导体物半导体(MOSMOS)等器件。同一时期,)等器件。同一时期,)等器件。同一时期,)等器件。同一时期,德克萨德克萨德克萨德克萨斯仪器公司斯仪器公司斯仪器公司斯仪器公司的青年研究人员的青年研究人员的青年研究人员的青年研究人员基尔比基尔比基尔比基尔比(J.kilbyJ.kilby)在不超过在不超过在不超过在不超过4 4平方毫米的
14、面积上,大约集成了平方毫米的面积上,大约集成了平方毫米的面积上,大约集成了平方毫米的面积上,大约集成了2020余余余余个元件。个元件。个元件。个元件。19591959年年年年2 2月月月月6 6日,基尔比向美国专利局日,基尔比向美国专利局日,基尔比向美国专利局日,基尔比向美国专利局申报专利,被命名为申报专利,被命名为申报专利,被命名为申报专利,被命名为“集成电路集成电路集成电路集成电路”(ICIC)。)。)。)。基尔比基尔比诺依斯诺依斯诺依斯诺依斯集成电路的生产制造工艺集成电路的生产制造工艺1、半导体生产工艺的特殊性:、半导体生产工艺的特殊性:(1)高清洁度)高清洁度:每立方米空气中大于每立方
15、米空气中大于0.5微米微米的灰尘颗粒少的灰尘颗粒少于于3500个。个。(2)高精度)高精度:光刻线条、投影误差小于:光刻线条、投影误差小于1微米微米。(3)高纯度)高纯度:整个工艺过程皆采用高纯度(:整个工艺过程皆采用高纯度(99.999)的化)的化学药品和水。学药品和水。2、集成电路的生产制作过程:、集成电路的生产制作过程:(1)制作晶片)制作晶片硅片硅片单晶硅单晶硅晶片晶片芯片芯片高纯度高纯度厚厚0.5mm清洗、抛光清洗、抛光划分划分(2)氧化、离子注入)氧化、离子注入 在硅片表面上通过氧化作用,在在硅片表面上通过氧化作用,在1000的温度下,形成的温度下,形成二二氧化硅层氧化硅层,二氧化
16、硅是化学性能稳定、机械性能牢固的良好绝,二氧化硅是化学性能稳定、机械性能牢固的良好绝缘材料,可作掩模、绝缘层和钝化层。缘材料,可作掩模、绝缘层和钝化层。氧化膜中会有少量的负电荷,注入正离子,以氧化膜中会有少量的负电荷,注入正离子,以中和这些负中和这些负电荷。电荷。(3)制作元件)制作元件 将设计好的电路按工艺先后制成一个个的掩模,经过照相将设计好的电路按工艺先后制成一个个的掩模,经过照相缩小成与芯片大小的光刻缩小成与芯片大小的光刻掩模版掩模版,再把掩模版上的图形用紫外,再把掩模版上的图形用紫外线照射的方法复制到芯片上线照射的方法复制到芯片上-即即光刻光刻,在制作元件的过程中要,在制作元件的过程
17、中要用不同的掩模版多次光刻,用不同的掩模版多次光刻,光刻时的精度要求特别高光刻时的精度要求特别高,一般器,一般器件结构的允许误差小于件结构的允许误差小于0.4um,设计图上的允许误差小于设计图上的允许误差小于0.1mm。(4)制作连线)制作连线 先将铝在真空中溶化、蒸发,将晶片在先将铝在真空中溶化、蒸发,将晶片在铝蒸汽铝蒸汽中镀上一中镀上一层层1um厚的薄膜,再厚的薄膜,再经过光刻经过光刻和腐蚀把薄膜的大部分去掉,和腐蚀把薄膜的大部分去掉,留下连线部分留下连线部分。(5)封装)封装 最后再经过检验、切片、封装、焊接芯片的接角,集成最后再经过检验、切片、封装、焊接芯片的接角,集成电路就制成了。电
18、路就制成了。二氧化硅是化学性能稳定、机械性能牢固的良好电绝缘二氧化硅是化学性能稳定、机械性能牢固的良好电绝缘材料,且硅的价格便宜,由于材料,且硅的价格便宜,由于价廉物美价廉物美,现在,电子元器件,现在,电子元器件90以上都是由硅材料制备以上都是由硅材料制备的。目前,单晶硅的世界年产量的。目前,单晶硅的世界年产量已超过一万吨。已超过一万吨。集成电路设计集成电路设计的目的就是的目的就是制备掩模图案制备掩模图案。虽然这些工。虽然这些工作目前全部由计算机辅助设计完成,但仍需大量的人力和作目前全部由计算机辅助设计完成,但仍需大量的人力和时间。故掩模版的制作成本很高,只有反复使用,才能降时间。故掩模版的制
19、作成本很高,只有反复使用,才能降低设计成本。集成电路行业是一个低设计成本。集成电路行业是一个高成本、高产出、高回高成本、高产出、高回报的行业报的行业。直径为直径为15厘厘米的米的硅片硅片价值几美元价值几美元提纯提纯单晶硅片单晶硅片价值价值30美元美元加工加工集成电路集成电路价值价值240美元美元最终产品最终产品价值可达价值可达700美元美元检测、封装检测、封装金属氧化物半导体金属氧化物半导体(MOSMOS)INTEL公司公司1968年,年,诺依斯诺依斯、摩尔摩尔和和格罗夫格罗夫(A.Grove)毅然)毅然退出退出“仙童仙童”,根据摩尔的建议,把新建公司取名为,根据摩尔的建议,把新建公司取名为“
20、英特尔英特尔”(英文缩写(英文缩写INTEL),寓意着),寓意着“集成电子集成电子”。1971年英特尔公司的年英特尔公司的霍夫霍夫、麦卓尔麦卓尔和和费根费根发明发明了微处理器。在了微处理器。在34mm面积上集成晶体管面积上集成晶体管2250个。个。命名它为命名它为4004。到目前为止集成度一直按摩尔。到目前为止集成度一直按摩尔1965年提出摩尔定律指数增长,已能在一个芯片上年提出摩尔定律指数增长,已能在一个芯片上集成集成108个晶体管,线宽达个晶体管,线宽达0.09m。摩尔格罗夫霍夫微电子技术的发展前景微电子技术的发展前景集成电路不断追求集成电路不断追求高集成度高集成度、高速度高速度、低功耗低
21、功耗和和更强的性能更强的性能。1、量子功能元件、量子功能元件 目前,超细微加工的尺寸正向目前,超细微加工的尺寸正向 0.1um(100nm)前进,前进,这是超大规模集成电路的这是超大规模集成电路的极限尺寸极限尺寸,小于这个尺寸,即进入,小于这个尺寸,即进入纳纳米尺寸(米尺寸(1100nm)。半导体器件的工作原理将发生根本改。半导体器件的工作原理将发生根本改变,进入量子功能器件阶段。变,进入量子功能器件阶段。2、三维集成电路、三维集成电路-向空间发展,形成立体结构。向空间发展,形成立体结构。3、砷化镓微电子技术、砷化镓微电子技术-以砷化镓取代硅。以砷化镓取代硅。4、光电子技术、光电子技术-以光为
22、信息载体,与硅片上的集成电路结合,以光为信息载体,与硅片上的集成电路结合,形成光电集成。是集成电路追求形成光电集成。是集成电路追求高速度高速度的产物。的产物。5、超导电子技术、超导电子技术是集成电路追求是集成电路追求低功耗、高速度低功耗、高速度的产物。的产物。PC机机1974年年12月,美国电脑爱好者爱德月,美国电脑爱好者爱德华华罗伯茨罗伯茨发明了世界上第一台用发明了世界上第一台用微处理器装配的微型计算机微处理器装配的微型计算机“牛郎牛郎星星”。1973年年,弗弗兰兰克克卡卡利利(F.Cary)接接任任IBM董董事事长长。因因IBM公公司司当当时时个个人人电电脑脑比比苹苹果果公公司司慢慢一一拍
23、拍,卡卡利利下下令令建建立立一一个个“国国际际象象棋棋”专专案案小小组组,技技术术负负责责人人是是唐唐埃埃斯斯特特奇奇,经经一一年年努努力力推推出出IBM PC/XT和和IBMPC/AT等等后后续续产产品品,埃埃斯斯特特奇奇被被尊尊称为称为“PC机之父机之父”D.EstridgeE.Roberts微软公司的贡献微软公司的贡献1974年年12月,月,保罗保罗艾伦艾伦在报亭上偶尔发在报亭上偶尔发现现“牛郎星牛郎星”照片,立即找到哈佛大学学法律照片,立即找到哈佛大学学法律的高中同学的高中同学比尔比尔盖茨盖茨,共同为,共同为“牛郎星牛郎星”研制研制出配套的出配套的BASIC软件。软件。1975年年7月
24、,月,19岁的比岁的比尔尔盖茨毅然放弃只差一年就到手的哈佛学位,盖茨毅然放弃只差一年就到手的哈佛学位,与保罗与保罗艾伦建立了艾伦建立了“微软公司微软公司”。微软公司购。微软公司购买到买到帕特森帕特森的的QDOS版权,并且在帕特森帮版权,并且在帕特森帮助下,完成了这件影响深远的磁盘操作系统助下,完成了这件影响深远的磁盘操作系统MS-DOS软件。微软公司依托软件。微软公司依托MS-DOS迅速迅速崛起。崛起。Internet网诞生网诞生Internet起源于起源于1969年美国国防部的年美国国防部的ARPANET计划,该计划是为了确保在受到苏计划,该计划是为了确保在受到苏联第一次核打击以后仍然具有一
25、定的生存和反联第一次核打击以后仍然具有一定的生存和反击能力。击能力。1974年,年,IP(InternetProtocol,Internet协议)和协议)和TCP(TransportControlProtocol,传输控制协议)问世,合称,传输控制协议)问世,合称TCP/IP协议。协议。1990年美国国防部正式取消年美国国防部正式取消ARPANET。接替接替DARPA管理互联网的是美国国家科学基管理互联网的是美国国家科学基金会,互联网正式金会,互联网正式“军转民军转民”。它让世界变小,。它让世界变小,它让不同的人们相互沟通。它让不同的人们相互沟通。二、二、多媒体技术多媒体技术自然界和人类社会原
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