《精编》现代信息技术基础知识讲义

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1、 问题 1 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 2 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 怎样是适应网络生活 3 预测信息技术对将来人们生活的进一步影响 一 信息技术的发展过程 在赫兹实验证明电磁波之前 美国人莫尔斯1837年就发明电报 1876年美国人贝尔发明电话 1888年赫兹通过振荡电偶极子的一系列实验 证实了电磁波的存在 为人类利用电磁波开辟了道路 1895年俄国人波波夫和意大利人马可尼发明无线电 波波夫 赫兹 微波通讯 微波通讯1933年开始 1935年发明了雷达 微波通信由于其通信的容量大而投资费用省 约占电缆投资的五分之一 建设速度快 抗灾能力

2、强等优点而取得迅速的发展 电视的诞生 电视之父是英国发明家于贝尔德 1926年制造出机械电视系统 利用机械扫描法传送图像 1928年开发出第一台彩色电视机 分辨率只有30线 1930年他的系统开始有声电视节目试播 美国自学成材的科学家法恩斯沃斯他于1927年成功地用电子技术传送图像 1928年发明了电子图像分解摄像机 1937年他的电子电视系统成功地击败贝尔德 真正意义上的现代电视诞生了 电视机 移动通讯 陆地移动通讯最早出现与1921年 60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 光纤通信 1966年英籍华人高锟博士首次明确提出利用光导纤维进行激光通信的设想 并为此

3、获得了1979年5月由瑞士国王颁发的国际伊利申通信奖金 高琨提出只要解决玻璃中纯度和成份就能获得损耗极低的光纤 1970年美国康宁公司发明了这种光纤 计算机的发展 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 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于法国的帕斯卡 1642年19岁时 他发明了 加法器 1674年莱布尼茨造出一台更完善的机械计算机 乘法器 1700年左右 莱布尼茨从一位友人送给他的中国 易图 八卦 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 第一台程序控制的计算机是英国剑桥大学科学家巴贝奇于1822年完成的 ENIAC诞生 194

4、6年2月14日美国宾夕法尼亚大学制造了第一台电子计算机ENIAC 这是由美国阿贝丁试炮场军官戈德斯坦组织的 发挥主要作用的是莫尔学院的莫契利和埃克特 莫契利和埃克特 电子计算机之父 冯 诺依曼提出了现代电脑的体系结构 1945年6月 冯 诺依曼与戈德斯坦 勃克斯等人 联名发表了计算机史上著名的 101页报告 被认为是现代电脑科学发展里程碑式的文献 报告明确规定出计算机的五大部件 运算器 控制器 存储器 输入 输出设备 并用二进制替代十进制运算 晶体管 1947年贝尔实验室布拉顿 W Brattain 和巴丁 J Bardeen 用一些金箔 一些半导体材料和一个弯曲的别针展示了他们的新发现 数字

5、化革命诞生了 在晶体管发明过程中起到最关键作用的肖克利 W Shockley 肖克利 半导体材料 1833年 英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的上升而降低 这是半导体现象的首次发现 1839年法国的贝克莱尔发现半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光生伏特效应 这是被发现的半导体的第二个特征 在1874年 德国的布劳恩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 它是导通的 如果把电压极性反过来 它就不导电 这就是半导体的整流效应 也是半导体所特有的第三种特性 1873年 英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应 这是半导体又一个

6、特有的性质 总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成 12英寸直拉硅单晶 1m多长 IBM的贡献 托马斯 沃森在1924年把原来CTR公司更名为国际商用机器公司 IBM 长子小沃森为IBM招聘了近4千名朝气蓬勃的青年工程师和技师 制造出IBM701大型电脑是第一代电子管计算机的标志产品 1956年将所有的计算机都实现晶体管化 1959年IBM7090型电脑问世 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50亿美元 美国政府投入原子弹研究的钱 20亿美元 还多 1964年IBM360系统取得了成功 成为第三代电脑的标志 1971年小沃森退休

7、 利尔森接任董事长 因其公司人员一律穿蓝色制服 则IBM被誉为 蓝色巨人 集成电路 1957年10月美国东部的仙童照相器材和设备公司 为罗伯特 诺依斯 N Noyce 为首的8位年轻的科学家 八叛逆 投资了3500美元资金 组建起仙童半导体公司 成功地制造出金属氧化物半导体 MOS 等器件 同一时期 德克萨斯仪器公司的青年研究人员基尔比 J kilby 在不超过4平方毫米的面积上 大约集成了20余个元件 1959年2月6日 基尔比向美国专利局申报专利 被命名为 集成电路 IC 基尔比 诺依斯 集成电路的生产制造工艺 1 半导体生产工艺的特殊性 1 高清洁度 每立方米空气中大于0 5微米的灰尘颗

8、粒少于3500个 2 高精度 光刻线条 投影误差小于1微米 3 高纯度 整个工艺过程皆采用高纯度 99 999 的化学药品和水 2 集成电路的生产制作过程 1 制作晶片 硅片 单晶硅 晶片 芯片 高纯度 厚0 5mm 清洗 抛光 划分 2 氧化 离子注入在硅片表面上通过氧化作用 在1000 的温度下 形成二氧化硅层 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 氧化膜中会有少量的负电荷 注入正离子 以中和这些负电荷 3 制作元件将设计好的电路按工艺先后制成一个个的掩模 经过照相缩小成与芯片大小的光刻掩模版 再把掩模版上的图形用紫外线照射的方法复制到芯片上 即光刻

9、 在制作元件的过程中要用不同的掩模版多次光刻 光刻时的精度要求特别高 一般器件结构的允许误差小于0 4um 设计图上的允许误差小于0 1mm 4 制作连线先将铝在真空中溶化 蒸发 将晶片在铝蒸汽中镀上一层1um厚的薄膜 再经过光刻和腐蚀把薄膜的大部分去掉 留下连线部分 5 封装最后再经过检验 切片 封装 焊接芯片的接角 集成电路就制成了 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 由于价廉物美 现在 电子元器件90 以上都是由硅材料制备的 目前 单晶硅的世界年产量已超过一万吨 集成电路设计的目的就是制备掩模图案 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

10、力和时间 故掩模版的制作成本很高 只有反复使用 才能降低设计成本 集成电路行业是一个高成本 高产出 高回报的行业 直径为15厘米的硅片价值几美元 提纯 单晶硅片价值30美元 加工 集成电路价值240美元 最终产品价值可达700美元 检测 封装 金属氧化物半导体 MOS INTEL公司 1968年 诺依斯 摩尔和格罗夫 A Grove 毅然退出 仙童 根据摩尔的建议 把新建公司取名为 英特尔 英文缩写INTEL 寓意着 集成电子 1971年英特尔公司的霍夫 麦卓尔和费根发明了微处理器 在3 4mm面积上集成晶体管2250个 命名它为4004 到目前为止集成度一直按摩尔1965年提出 摩尔定律 指

11、数增长 已能在一个芯片上集成108个晶体管 线宽达0 09 m 摩尔 格罗夫 霍夫 微电子技术的发展前景 集成电路不断追求高集成度 高速度 低功耗和更强的性能 1 量子功能元件目前 超细微加工的尺寸正向0 1um 100nm 前进 这是超大规模集成电路的极限尺寸 小于这个尺寸 即进入纳米尺寸 1 100nm 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 2 三维集成电路 向空间发展 形成立体结构 3 砷化镓微电子技术 以砷化镓取代硅 4 光电子技术 以光为信息载体 与硅片上的集成电路结合 形成光电集成 是集成电路追求高速度的产物 5 超导电子技术是集成电路追求低功耗 高速度的产物

12、PC机 1974年12月 美国电脑爱好者爱德华 罗伯茨发明了世界上第一台用微处理器装配的微型计算机 牛郎星 1973年 弗兰克 卡利 F Cary 接任IBM董事长 因IBM公司当时个人电脑比苹果公司慢一拍 卡利下令建立一个 国际象棋 专案小组 技术负责人是唐 埃斯特奇 经一年努力推出IBMPC XT和IBMPC AT等后续产品 埃斯特奇被尊称为 PC机之父 D Estridge E Roberts 微软公司的贡献 1974年12月 保罗 艾伦在报亭上偶尔发现 牛郎星 照片 立即找到哈佛大学学法律的高中同学比尔 盖茨 共同为 牛郎星 研制出配套的BASIC软件 1975年7月 19岁的比尔 盖

13、茨毅然放弃只差一年就到手的哈佛学位 与保罗 艾伦建立了 微软公司 微软公司购买到帕特森的QDOS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MS DOS软件 微软公司依托MS DOS迅速崛起 Internet网诞生 Internet起源于1969年美国国防部的ARPANET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定的生存和反击能力 1974年 IP InternetProtocol Internet协议 和TCP TransportControlProtocol 传输控制协议 问世 合称TCP IP协议 1990年美国国防部正式取消ARPANET 接替DARPA

14、管理互联网的是美国国家科学基金会 互联网正式 军转民 它让世界变小 它让不同的人们相互沟通 二 多媒体技术 自然界和人类社会原始信息存在的形式 数据 文字 有声的语言 音响 绘画 动画 图像 静态的照片和动态的电影 电视和录像 等 归结为三种最基本的媒体 声 图 文 多媒体技术 是指能够同时采集 处理 编辑 存储和展示两个或以上不同类型信息媒体的技术 键盘 常规的键盘有机械式按键和电容式按键两种 还有一种轻触薄膜按键的键盘 101键和104键键盘占据市场的主流地位 键盘的接口有AT接口 老的主板 PS 2接口 台式机 和最新的USB接口 鼠标 鼠标接口 USB连接方式 有线工作方式 光电分辨率

15、 1000DPI 鼠标通过光 电 磁等方法把鼠标相对的位置移动信息转换成数字的坐标位置信息并 告诉 给计算机 目前 从机械到光电 从有线到无线 鼠标非常的繁多 触摸屏 触摸点分布 超过10000个 平方英寸 触摸无漂移 自动修正 可进行精密操作 表面声波屏 显示屏的表面采用电阻薄膜 红外线 表面声波等技术 手写字识别技术 手写字识别技术 特别是中文字识别技术已有很大的发展 汉字识别技术可分为印刷体汉字识别和手写体汉字识别两大类 后者又可分为联机手写汉字识别和脱机手写汉字识别 手写体识别难于印刷体识别 而脱机手写识别又难于联机手写体识别 在脱机手写汉字识别领域 非特定人手写汉字识别又难于特定人手

16、写汉字识别 由清华大学电子工程系图象教研组OCR 光学字符识别 系统 对于书写较为工整的手写汉字文本 正确识别率达95 8 语音识别单元有单词 句 音节和音素三种 单词 白 单元广泛应用于中小词汇语音识别系统 但不适合大词汇系统 原因在于模型库太庞大 音节单元多见于汉语语音识别 主要因为汉语是单音节结构的语言 仅有大约1300个音节 约有408个无调音节 音素单元以前多见于英语语音识别的研究中 但目前中 大词汇量汉语语音识别系统也在越来越多地采用 原因在于汉语音节仅有声母22个 和韵母28个 语音识别 单反式照相机 全息照相 数码相机 有效像素510万CCD1 1 8英寸 总像素526万 镜头3 5倍变焦尼克尔LCD显示屏2 5英寸11万像素储存媒体SD记忆卡 约16MB内存 介面Wi Fi USB2 0 音频 视频输出 你能看懂下面的性能指标吗 光学摄影机 数码摄像机 水平清晰度 线 520光学变焦倍数10数字变焦倍数900镜头性能f 2 7 27mm F1 8 2 4滤镜口径 mm 25mm 夜摄功能 数码夜摄功能遥控功能 支持MPEG4影像剪辑记录 720 576 25fps 记