1章11～12信息與微電子技術(shù)2

第1章信息技術(shù)概述1.1信息與信息技術(shù)1.2微電子技術(shù)簡介1.1信信息息與信息息技術(shù)（1）什么是是信息（2）信息處處理與信信息技術(shù)術(shù)（3）信息處處理系統(tǒng)統(tǒng)信息是什什么？((1)關(guān)于信息息（information），至至今并沒沒有統(tǒng)一一的定義義日常生活活中比較較籠統(tǒng)和和模糊的的幾種解解釋是：：語言、文文字、圖圖畫、照照片等表表示的內(nèi)內(nèi)容（新新聞、消消息或知知識）讀書、上上課、交交談等所所學(xué)習(xí)和和了解的的知識、、方法、、事實和和情況為了做判判斷、訂訂計劃或或求解問問題等所所需要的的數(shù)據(jù)、、資料···信息是什什么？((2)(考點))中國大百百科全書書的解釋釋：從認認識論層層次來看看，信息息是指認認識主體體所感知知或主體體所表述述的““事物運動動的狀態(tài)態(tài)及狀態(tài)態(tài)變化的的方式”信息因它它所表達達的內(nèi)容容而有一一定的價價值，也也因能相相互交流流而體現(xiàn)現(xiàn)其作用用信息有多多種表現(xiàn)現(xiàn)形式，，語言、、文字、、聲音、、圖片等等都是信信息的表表現(xiàn)形式式(載體)信息與物物質(zhì)和能能量同樣樣重要，，它是人人們認識識世界、、改造世世界的一一種基本本資源什么是信信息處理理？信息處理理指的是是與下列列內(nèi)容相相關(guān)的行行為和活活動：信息的收收集(如信息的的感知、、測量、、獲取、、輸入等等)信息的加加工(如信息的的分類、、計算、、分析、、轉(zhuǎn)換等等)信息的存存儲(如書寫寫、攝影影、錄音音、錄像像等)信息的傳傳遞(如郵寄寄、電報報、電話話等))信息的施施用(如控制制、顯示示等)人工進行行信息處處理的過過程人工信息息處理的的不足：：算不快記不住傳不遠看（聽））不清事物客體信息獲取(感覺器官)信息加工與存儲(大腦)信息傳遞(神經(jīng)系統(tǒng))信息施用(效應(yīng)器官)信息傳遞(神經(jīng)系統(tǒng))信息技術(shù)（IT）手/腳/身眼/耳/鼻/舌/身什么是信信息技術(shù)術(shù)？信息技術(shù)術(shù)（InformationTechnology，，簡稱IT）指指的是用用來擴展展人們信信息器官官功能、、協(xié)助人人們更有有效地進進行信息息處理的的一門技技術(shù)。((考點)信息技術(shù)術(shù)包括((考點)：擴展感覺覺器官功功能的感測(獲取)與識別技技術(shù)擴展神經(jīng)經(jīng)系統(tǒng)功功能的通信技術(shù)術(shù)擴展大腦腦功能的的計算(處理)與存儲技技術(shù)擴展效應(yīng)應(yīng)器官功功能的控制與顯顯示技術(shù)術(shù)例：信息技術(shù)術(shù)指的是是用來擴擴展人的的信息器器官功能能、協(xié)助助人們進進行信息息處理的的一類技技術(shù)。下下列基本本信息技技術(shù)中，，用于擴擴展人的的效應(yīng)器器官功能能的是__(2011)A、感測測與識別別技術(shù)B、、通信與與存儲技技術(shù)C、計算算與處理理技術(shù)D、控控制與顯顯示技術(shù)術(shù)例：用于擴展展人的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)經(jīng)系統(tǒng)和和記憶器器官的功功能，消消除信息息交流的的空間障障礙和時時間障礙礙的信息息技術(shù)是是__((2008)A、感測測與識別別技術(shù)B、、控制與與顯示技技術(shù)C、計算算與處理理技術(shù)D、、通信與與存儲技技術(shù)例：現(xiàn)代信息息技術(shù)的的主要特特征是以以數(shù)字技技術(shù)為基基礎(chǔ)，以以______為為核心。。(2007)例：現(xiàn)代信息息技術(shù)是是以_______技術(shù)為為基礎(chǔ)，，以計算算機及其其軟件為為核心，，采用電電子技術(shù)術(shù)、激光光技術(shù)進進行信息息的收集集、傳遞遞、加工工、存儲儲、顯示示與控制制。(2010)例：下列關(guān)于于信息的的敘述，，正確的的有____(2011多選)A.信息息是指食食物運動動的狀態(tài)態(tài)及狀態(tài)態(tài)變化的的方式B.信息息就是數(shù)數(shù)據(jù)C.信息息往往以以文字、、圖像、、圖形、、聲音等等形式出出現(xiàn)D.信息息是人們們認識世世界、改改造世界界的一種種資源例：信息技術(shù)術(shù)是指用用來取代代人的信信息器官官功能，，代替人人類進行行信息處處理的一一類技術(shù)術(shù)。((2009判斷)信息技術(shù)術(shù)的發(fā)展展歷史◎語言的形形成和使使用◎文字的創(chuàng)創(chuàng)造◎印刷技術(shù)術(shù)的發(fā)明明◎望遠鏡、、顯微鏡鏡◎電報和電電話通信信◎廣播、電電視◎雷達、衛(wèi)衛(wèi)星（遙遙感感測測）◎計算機、機器人人◎因特網(wǎng)（（Internet））···現(xiàn)代信息息技術(shù)3大特征征：（考點））采用電子子技術(shù)（（包括激激光技術(shù)術(shù)）以數(shù)字技技術(shù)（計計算機））為基礎(chǔ)礎(chǔ)以軟件為為核心內(nèi)容：計算機、微電子、通信、廣播、、遙感遙遙測、自自動控制制、機器器人等什么是信信息處理理系統(tǒng)？？用于輔助助人們進進行信息息獲取、、傳遞、、存儲、、加工處處理、控控制及顯顯示的綜合使用用各種信信息技術(shù)術(shù)的系統(tǒng)統(tǒng)，可以通通稱為信信息處理理系統(tǒng)信息處理理系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)：：通信/存儲信息加工通信/存儲控制與顯示感測與識別信息處理理系統(tǒng)舉舉例(考點)雷達：以以感測測與識別別為主要要目的電視/廣播：以單向、、點到多多點的信信息傳遞遞為主要要目的電話：以雙向向、點到到點的信信息交互互為主要要目的銀行：以處理金金融信息息為目的的圖書館：：以信息收收藏和檢檢索為主主要目的的因特網(wǎng)：跨越全全球的多多功能信信息處理理系統(tǒng)例：下列關(guān)于于信息系系統(tǒng)的敘敘述，錯錯誤的是是__((2010)A.電話話是一種種雙向的的、點對對點的、、以信息息交互為為主要目目的的系系統(tǒng)B.網(wǎng)絡(luò)絡(luò)聊天室室一種雙雙向的、、以信息息交互為為主要目目的的系系統(tǒng)C.廣播播是一種種點到面面的、雙雙向信息息交互系系統(tǒng)D.因特特網(wǎng)是一一種跨越越全球的的多功能能信息系系統(tǒng)1.2微微電電子技術(shù)術(shù)簡介（1）微電子子技術(shù)與與集成電電路（2）集成電電路的制制造（3）集成電電路的發(fā)發(fā)展趨勢勢（4）IC卡(1)微電子技技術(shù)與集集成電路路微電子技技術(shù)是信息技技術(shù)領(lǐng)域域中的關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)，是發(fā)發(fā)展電子子信息產(chǎn)產(chǎn)業(yè)和各各項高技技術(shù)的基基礎(chǔ)微電子技技術(shù)的核核心是集成電路路技術(shù)電子電路路中元器器件的發(fā)發(fā)展演變變晶體管(1948)中/小規(guī)模集成電路(1950’s)微電子技技術(shù)是以以集成電路路為核心的的電子技技術(shù)，它它是在電電子元器器件小型型化、微微型化的的過程中中發(fā)展起起來的。。大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路(1970’s)電子管(1904)什么是集集成電路路？集成電路路(IntegratedCircuit，簡稱IC)：以半導(dǎo)體體單晶片片作為基基片,采用平面面工藝，，將晶體體管、電電阻、電電容等元元器件及及其連線線所構(gòu)成成的電路路制作在在基片上上所構(gòu)成成的一個個微型化化的電路路或系統(tǒng)統(tǒng)集成電路路的優(yōu)點點：（考點））體積小、、重量輕輕功耗小、、成本低低速度快、、可靠性性高超大規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路集成電路路的分類類(考點))按用途分分：通用集成成電路專用集成成電路（ASIC）按電路的的功能分分：數(shù)字集成成電路模擬集成成電路按晶體管管結(jié)構(gòu)、、電路和和工藝分分：雙極型（（Bipolar）電路金屬氧化化物半導(dǎo)導(dǎo)體(MOS)電路·······按集成度度(芯片中包包含的元元器件數(shù)數(shù)目)分：集成電路規(guī)模元器件數(shù)目小規(guī)模集成電路（SSI）＜100中規(guī)模集成電路（MSI）100~3000大規(guī)模集成電路（LSI）3000~10萬超大規(guī)模集成電路（VLSI）10萬~100萬極大規(guī)模集成電路（ULSI）＞100萬附：常見見集成電電路產(chǎn)品品的類型型例：集成電路路按用途途可以分分為通用用集成電電路與專專用集成成電路，，存儲器器芯片屬屬于通用用集成電電路。(2007判斷)(2)集成電路路的制造造(選學(xué))集成電路路的制造造工序繁繁多，從從原料熔熔煉開始始到最終終產(chǎn)品包包裝大約約需要400多道工序序，工藝復(fù)復(fù)雜且技技術(shù)難度度非常高高，有一一系列的的關(guān)鍵技技術(shù)。許許多工序序必須在在恒溫、、恒濕、、超潔凈凈的無塵塵廠房內(nèi)內(nèi)完成。。目前興建建一個有有兩條生生產(chǎn)線能能加工8英寸晶圓圓的集成成電路工工廠需投投資人民民幣10億元以上上。集成電路路的制造造流程硅拋光片單晶硅錠單晶硅錠經(jīng)切割、研磨和拋光后制成鏡面一樣光滑的圓形薄片，稱為“硅拋光片”晶圓硅平面工藝硅平面工藝包括氧化、光刻、摻雜和互連等工序，最終在硅片上制成包含多層電路及電子元件的集成電路。通常每一硅拋光片上可制作成百上千個獨立的集成電路，這種整整齊齊排滿了集成電路的硅片稱作“晶圓”芯片檢測、分類集成電路封裝對晶圓上的每個電路進行檢測，然后將晶圓切開成小片，把合格的電路分類，再封裝成一個個獨立的集成電路成品測試成品進行成品測試，按其性能參數(shù)分為不同等級，貼上規(guī)格型號及出廠日期等標簽，成品即可出廠集成電路路的封裝集成電路路封裝目的的：電功能、、散熱功功能、機機械與化化學(xué)保護護功能常見的封封裝方式式：單列直插插式（SIP）雙列直插插式（DIP）陣列式（PGA）塑料有引引線芯片片載體（（PLCC）扁平貼片片式(PQFP))球柵陣列列封裝(BGA)小外形封封裝（SOP）FC-PGA2封裝方式（Pentium4處理器）集成電路插座集成電路路的封裝形式式(3)集成電路路的發(fā)展展趨勢集成電路路的工作作速度主主要取決決于晶體體管的尺尺寸。晶體管的的尺寸越越小，其其極限工工作頻率率越高，，門電路路的開關(guān)關(guān)速度就就越快，，相同面積積的晶片片可容納納的晶體體管數(shù)目目就越多多。所以從集集成電路路問世以以來，人人們就一一直在縮縮小晶體體管、電電阻、電電容、連連接線的的尺寸上上下功夫夫。IC集成度提提高的規(guī)規(guī)律Moore定律：單塊集成成電路的的集成度度平均每每18-24個月翻一一番(GordonE..Moore,,1965年)。(考點)19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium4晶體管數(shù)例：Intel微處理器集成度的發(fā)展安騰Itanium2（（2002）221M晶體體管安騰雙核核Itanium2Dual-Core（2006）） 1..7B晶晶體體管集成電路路技術(shù)的的發(fā)展趨趨勢19992001200420082014工藝(μm)0.180.130.090.060.014晶體管(M)23.847.61355393500時鐘頻率(GHz)1.21.62.02.65510面積(mm2)340340390468901連線層數(shù)678910晶圓直徑(英寸)1212141618引腳數(shù)目7009573350功耗（w）90130183進一步提提高集成成度的問問題與出出路問題：線寬進一一步縮小小后，晶晶體管線線條小到到納米級時，其電電流微弱弱到僅有有幾十個個甚至幾幾個電子子流動，，晶體管管將逼近近其物理理極限而而無法正正常工作作出路：在納米尺寸寸下，納米米結(jié)構(gòu)會會表現(xiàn)出出一些新新的量子現(xiàn)象象和效應(yīng)應(yīng)，人們正正在利用用這些量量子效應(yīng)應(yīng)研制具具有全新新功能的的量子器件件，使能開開發(fā)出新新的納米芯片片和量子計算算機同時，正正在研究究將光作為信息息的載體體，發(fā)展展光子學(xué)學(xué)，研制制集成光路路，或把電電子與光光子并用用，實現(xiàn)現(xiàn)光電子集集成(4)IC卡簡介介幾乎每個個人每天天都與IC卡打交道道，例如如我們的的身份證證、手機機SIM卡、交通通卡、飯飯卡等等等，什么么是IC卡？它有有哪些類類型和用用途？工工作原理理大致是是怎樣的的？下面面是簡單單介紹。。什么是IC卡卡？(考點))IC卡(chipcard、smartcard)，又稱為為集成電電路卡，，它是把把集成電電路芯片片密封在在塑料卡卡基片內(nèi)內(nèi)，使其其成為能能存儲信信息、處處理和傳傳遞數(shù)據(jù)據(jù)的載體體特點：（考點））存儲信息息量大保密性能能強可以防止止偽造和和竊用抗干擾能能力強可靠性高高應(yīng)用舉例例：作為電子證件件，記錄持持卡人的的信息，，用作身身份識別別（如身身份證、、考勤卡卡、醫(yī)療療卡、住住房卡等等）作為電子錢包包（如電話話卡、公公交卡、、加油卡卡等）IC卡的的類型((按芯片片分類))(考點))存儲器卡卡：封裝的集集成電路路為存儲儲器，信信息可長長期保存存，也可可通過讀讀卡器改改寫。結(jié)結(jié)構(gòu)簡單單，使用用方便。。用于安安全性要要求不高高的場合合，如電電話卡、、水電費費卡、公公交卡、、醫(yī)療卡卡等（帶加密密邏輯的的存儲器器卡增加了加加密電路路）CPU卡：封裝的集集成電路路為中央央處理器器（CPU）和存儲儲器，還還配有操操作系統(tǒng)統(tǒng)(ChipOperatingSystem)，處理能能力強，，保密性性更好，，常用作作證件和和信用卡卡使用。。手機中中使用的SIM卡就是一一種特殊殊的CPU卡。IC卡的的類型((按使用用方式分分類)接觸式IC卡(如電話IC卡)表面有方方型鍍金金接口，，共8個或6個鍍金觸觸點。使使用時必必須將IC卡插入讀讀卡機，，通過金金屬觸點點傳輸數(shù)數(shù)據(jù)。用于信息息量大、、讀寫操操作比較較復(fù)雜的的場合,但易磨損損、怕臟臟、壽命命短非接觸式式IC卡(射頻卡、、感應(yīng)卡卡)采用電磁磁感應(yīng)方方式無線線傳輸數(shù)數(shù)據(jù)，解解決了無無源（卡卡中無電電源）和和免接觸觸問題操作方便便，快捷捷，采用用全密封封膠固化化，防水水、防污污，使用用壽命長長用于讀寫寫信息較較簡單的的場合，，如身份份驗證等等

接觸式IC卡接觸式IC卡的結(jié)構(gòu)非接觸式IC卡非接觸式式IC卡卡的工作作原理（（選學(xué)））讀卡器發(fā)發(fā)出一組組固定頻頻率的無無線電波波(射頻信號號)，通過天天線向外外發(fā)射IC卡激活后后，通過過輻射電電磁信號號將卡內(nèi)內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)發(fā)射出去去(或接收讀讀卡器送送來的數(shù)數(shù)據(jù))當IC卡處在讀讀卡器有有效范圍圍(一般為5~10cm))內(nèi)時，卡卡內(nèi)的一一個LC串聯(lián)諧振振電路(諧振頻率率相同的的)便產(chǎn)生電電磁共振振，使電電容充電電，從而而為卡內(nèi)內(nèi)其它電電路提供供2V的工作電電壓讀卡器收收到數(shù)據(jù)據(jù)后，通通過接口口將IC卡數(shù)據(jù)傳傳送給PC，PC將判斷該該卡的合合法性，，作出相相應(yīng)處理理非接觸式式IC卡卡在身份份證中的的使用第二代身身份證使使用非接接觸式CPU卡卡，可實實現(xiàn)“電電子防偽偽”和““數(shù)字管管理”兩兩大功能能：電子防偽偽措施：：個人數(shù)數(shù)據(jù)和人人臉圖像像經(jīng)過加加密后存存儲在芯芯片中，，需要時時可通過過非接觸觸式讀卡卡器讀出出進行驗驗證。需需要時還還可以將將人體生生物特征征如指紋紋等保存存在芯片片中，以以進一步步提高防防偽性能能數(shù)字管理理功能：：存儲器能能儲存多多達幾