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1、现代高新技术 及其产业发展,第二讲,2020年8月2日,第二章 信息技术与信息产业,计算机技术,现代通信技术,微电子技术,多媒体技术,先进制造与自动化技术,网络技术,激光技术,信息产业及其发展,软件产业及其发展,第一节 计算机技术,一、电子计算机的发展阶段 1、计算机发展历经了5个阶段 电子管时代 第一台电子计算机是1946年在美国研制成功的，名叫“电子数值积分计算机”，简称“ENIAC”。 晶体管时代 中小规模集成电路时代 大规模集成电路时代 开始朝两个方向发展：一是发展微型计算机；二是发展大型计算机。 超大规模集成电路和人工智能计算机时代。 2、前四代计算机是按构成计算机的主要器件的变革划
2、分的。第五代计算机可能是光计算机，也可能是人工智能计算机，甚至可能发展到生物计算机。,第一台计算机,二、计算机技术发展的主潮流与未来趋势 1、目前计算机的主要发展趋势 1）巨型化 2）小型化和微型化 3）网络化 4）智能化 2、今后的计算机及技术 1）精简指令系统计算机 2）并行处理技术 3）多媒体技术 4）光计算机 5）超导计算机 6）模糊计算机 7）人工大脑 8）生物计算机 三、计算机应用的主要领域 计算机的应用领域主要包括：数值计算、过程控制、信息处理、计算机辅助设计与制造、人工智能等。,四、电子计算机的构成 电子计算机由硬件与软件两部分组成。 1、硬件 计算机硬件的组成：中央处理器、存
3、贮器、输入输出装置三大部分。 （1）中央处理器： 又称CPU，由运算器与控制器组成，是计算机最核心的部件。 运算器：是对信息进行加工、运算的部件，主要功能是对二进制编码进行算术运算和逻辑运算。 控制器：是控制程序的执行，基本功能是从内存取指令和执行指令。 （2）存储器 作用：用来保存计算机工作所必需的程序和数据。,单位：最小单位是二进制位(bit)，基本单位是字节（Byte） ，更大的单位有千字节（KB）、兆字节（MB）和千兆字节（GB），它们之间的换算关系为：1Byte=8bit、1KB=1024B、1MB=1024KB、 1G=1024MB。 分类：主存储器(内存)、辅助存储器(外存)、缓
4、冲存储器(Cache)。 a、主存储器是计算机直接存取程序和数据的地方，因此，计算机在执行程序前必须将程序装入内存中。 b、外存中的数据必需先送入内存中才能由CPU处理。 常用的外存有：磁盘、光盘和磁带等。 磁盘分为硬盘和软盘。硬盘使用要有适宜的温度和湿度，应防尘、防震，不可随意拆卸。,光盘主要有三类：只读性光盘、一次写入性光盘、可擦写性光盘。只读性光盘（CDROM)只能读出信息而不能写入信息，它的存储量约为650MB左右。 c、缓冲存储器用在两个不同工作速度的部件之间，在交换信息过程中起缓冲作用。 （3）输入和输出设备 输入设备：用来接受用户输入的原始数据和程序，并将它们变为计算机能识别的形
5、式存放到内存中。 主要包括键盘、鼠标、光笔、扫描仪、摄像机、语音与文字输入系统等。 输出设备：用于将存放在内存中由计算机处理的结果转变为人们所能接受的形式。 常用的输出设备有显示设备、打印机、音箱、绘图仪等。,计算机硬件,中央处理器（CPU）,存储器,输入输出设备,运算器,控制器,内存储器,外存储器,高速缓冲存储器(Cache),随机存取存储器（RAM）,只读存储器（ROM）,磁盘（硬盘、软盘）、磁带,优盘,主机,光盘,只读光盘（CDROM）,一次性写入光盘（CDR),可擦写光盘,输入设备,输出设备,外设,2、软件 计算机软件是一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合。 软件被划分为系统
6、软件和应用软件。系统软件为计算机使用提供最基本的功能。不同应用软件根据用户和所服务的领域提供不同的功能。 3、现代计算机系统通常被描述为四个层次：计算机硬件、操作系统、其他的系统软件、应用软件。 五、计算机安全问题 1、计算机安全是指计算机系统的硬件、软件和数据受到保护，不因自然的和人为的原因而遭到破坏、更改和显露，计算机系统能连续正常运行。 2、计算机安全是一项复杂的系统工程，要从计算机安全技术、安全管理、安全立法三个方面入手，综合治理。,第二节 微电子技术,微电子技术是指微小型电子元器件和电路的研制、生产以及用它们来实现电子系统功能的技术领域，最主要的是集成电路技术。 一、微电子技术的发展
7、 1、集成电路是指以半导体晶体材料为基片，采用专门的工艺技术将组成电路的元器件和互连线集成在基片内部、表面或基片之上的微小型电路或系统。集成度是体现集成电路水平的重要标志。 2、1958年，美国试制成功世界上第一块集成电路。20世纪60年代中期，中规模集成电路。20世纪70年代，大规模集成电路。 20世纪80年代，超大规模集成电路。目前，集成度达到1000万晶体管以上。,二、SOC技术对集成电路产业的影响 1、SOC：将一个完整的电子系统在单个的芯片上来实现，这就是系统芯片（SOC）。 2、SOC技术主要包含3个关键的支持技术：软硬件的协同设计技术，IP核生成及复用技术和超深亚微米集成电路技术
8、。 3、SOC技术对集成电路产业的影响。 SOC技术对设计者知识结构的要求促使集成电路整机企业与集成电路设计企业更紧密的结合。 SOC技术的出现促使集成电路设计业进一步分工，微电子产业进入智力竞争和知识产权竞争的高级阶段。 SOC技术的出现直接导致IP核的商业化，从而对集成电路知识产权保护提出了更高的要求。,三、集成电路工艺装备的研究现状和发展趋势 1、集成电路核心装备目前只有少数发达国家能够提供。实现超微图形成像的光刻技术一直是推动集成电路工艺技术水平发展的核心驱动力。 2、目前：248nmKrF、193nmArF、157nmF2准分子激光器光刻机及分辨率增强技术（RET）。 3、今后：下一
9、代光刻机（NGL）。 四、我国集成电路技术进步态势 1、在深亚微米集成电路基础技术和工艺技术研究方面，研究成果已经达到0.25m工艺水平，并对0.18m、0.13m工艺技术进行跟踪研究。 2、在芯片设计领域，我国取得了一批具有自主知识产权的技术与产品开发成果，如中科院牵头开发的“龙芯”通用CPU系列，由海归学者创办的科技公司开发的“方舟”系列和“星光”系列等。,第三节 网络技术,一、计算机网络及其类别 1、计算机网络：是指按照约定的网络协议，将若干台计算机通过通信设备和线路连接起来，形成彼此能够相互通信的一组相关的或独立的计算机系统。 2、网络的作用：主要是为了实现资源共享，包括信息资源、硬件
10、资源、软件资源以及通信资源的共享。 3、网络的分类：按照规模和地域，网络可分为局域网和广域网。 局域网：是由一组相互连接的、具有通信能力的微机和其他设备所组成的，用于有限距离（如几十米到几千米）内的计算机之间进行数据和信息传递的计算机网络。 广域网：是利用已有的电话线路、微波通信线路进行远距离数据传输和资源共享的计算机网络体系。最大特点是覆盖的地理面积较为广泛。,二、国际互联网及其发展 1、国际互联网(Internet)，也称为因特网，是利用通信设备和线路将全世界不同地理位置的功能相对独立的数以千万计的计算机系统互联起来，以功能完善的网络软件（网络通信协议、网络操作系统等）实现网络资源共享和信
11、息交换的数据通信网。 2、国际互联网起源于美国ARPANET（阿帕网），TCP/IP协议的诞生，标志着因特网的形成。 3、因特网的发展趋势：运营产业化、应用商业化、互联全球化、互联宽带化、多业务综合平台化、智能化 4、下一代互联网特点：采用IPV6，能提供更大地址空间；数据传输速度更快；更安全可靠；支持大规模实时交互式的网络视频通信；支持大规模移动和漫游服务；更易于管理。,三、信息高速公路 1、信息高速公路描述的是现代国家信息基础设施，就是以最新的数字化光纤传输、智能化计算机处理和多媒体终端服务技术装备的地区、国家或国际规模的多用户、大容量和高速度的交互式综合信息网络系统。在这个系统里要达到“
12、四化”：传输高通量化、网络普及化、服务综合化、系统智能化。 2、信息高速公路以光纤为“路”，以电话、电视、传真等多媒体终端为“车”，既能传输语言和文字，又能传输数据和图像，使信息的高速传递、共享和增值成为可能。 3、我国造出世界上最宽的信息高速公路：“40G速率SDH光传输系统”。,第四节 现代通信技术,一、无线电通信技术及其应用 无线电报、无线电话、广播、电视、雷达等。 二、数字程控交换技术 1、交换机：电话线路的交换与接续设备。 2、程控交换机：用计算机控制的电话交换机。它利用预先编制好的程序来控制电话的交换与持续，这种控制方式称为“存储程序控制”，简称程控。 3、数字程控交换机：是一种传
13、输离散数字信号的交换机。常用的数字程控交换机有专用的自动小交换机的用户交换机二种。,三、光纤通信 1、光纤通信是利用激光在玻璃纤维中传输信息。 2、激光的特点：方向性强、频率高、频带宽。 3、光纤通信的优点：传输的信息量大，传送距离远，体积小、重量轻、绝缘性能好、机械强度高、保密性强、成本低。不受无线电频率的干扰，它可以在同一条通路上进行双向传输。 四、卫星通信 1、卫星通信是用对地同步轨道上的卫星进行的通信。 2、组成：通信卫星与地球站。通信卫星由星体、天线、转发器、遥测指令系统、控制系统和电源部分构成。地球站由天线、上行线设备、下行线设备等组成。 3、优点：不受地理条件限制；组网灵活、迅速
14、；通信容量大、费用省，3颗通信卫星就能覆盖全球，实现全球通信。,五、移动通信 1、1946年，美国首先开通了公众移动通信电话系统，人工移动通信开始发展起来。1963年，美国研制的自动移动通信系统取得成功并投入使用。1978年，美国、日本和瑞典等国家开发出蜂窝移动电话系统。 2、我国拥有自主知识产权的第三代移动通信技术TDSCDMA标准，为国际3G标准之一。 六、数据通信 1、数据通信是把数据的处理和传输合为一体，以实现数字形式信息的接收、存贮、处理和传输，并对信息流加以控制、核验和管理的一种通信形式。 2、数据通信系统的组成：由数据站和数据传输线路两部分组成。 3、数据交换有三种形式：电路交换
15、、电文交换和分组交换。 4、数据通信网可分为专用数据网和多用数据网。,第五节 多媒体技术,一、多媒体技术的发展 1、多媒体是“多种信息媒体”的意思，如语言、声音、文字、图像、动画等。 2、多媒体技术：将文字、声音、影像等多种信息媒体进行综合处理的技术。 3、多媒体技术的两个发展方向：一是网络化发展趋势；二是多媒体终端的部件化、智能化和嵌入化。 二、多媒体技术的特点 1、集成性 2、协同性 3、交互性 4、实时性 三、多媒体技术的应用 1、分布式多媒体系统 2、电子出版物 3、多媒体家电 4、多媒体数据库,一、我国激光技术的发展 1、激光是由于微粒受激辐射发出的，它具单色性、方向强、亮度极高、相
16、干性等特点。 2、1961年我国第一台红宝石激光器研制成功。此后我国激光技术发展迅速，产生了一批先进成果。 1）测卫和测距 2）“神光”系列激光系统 3）新型激光器 4）中国牌新晶体 二、激光的应用 1、激光通信 2、激光在信息技术中的应用 3、激光全息摄影 4、激光在农业生产的运用 5、激光医疗 6、激光武器,第六节 激光技术,第七节 先进制造与自动化技术,一、自动控制技术 1、自动控制技术是控制论的技术实现应用，是通过具有一定控制功能的自动控制系统，来完成某种控制任务，保证某个过程按照预想进行，或者实现某个预设的目标。 2、自动控制系统有闭环和开环两种。 二、先进制造与自动化技术的重大发展方向 当前先进制造与自动化技术发展的主要特点是：产品设计制造和企业管理信息化、生产过程控制智能化、生产装备数字化和机器人与人和谐化。,三、我国“十一五”期间自动化技术发展的机遇 1、仪器仪表将向“高档、节约、环保、安全”的理念方向发展。 2、以工
