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第2章 信息技术基础设施 计算机系统工程系 2009.9 第2章 信息技术基础设施 2.1 微电子技术和电子计算机的发展 2.2 微电子技术和计算机技术的作用 2.3 信息在计算机中的表示（重点） 2.4 计算机系统构成（重点） 2.5 计算机软件及程序设计语言概况 2.1微电子技术和电子计算机的发展 微电子、计算机、通信和软件是信息科学技术的支柱学科,其中微电子是基础，计算机和通信是载体，软件是核心，它们相辅相成，共同培育了知识经济。 实现社会信息化的网络及其关键部件不管是各种计算机和/或通讯机，它们的基础都是微电子。 一、微电子技术发展概况 近30多年来，电子计算机和通信技术突飞猛进，电脑装置的体积越来越小，功能越来越强，价格越来越便宜。这正是微电子技术所带来的一场革命。 2.1微电子技术和电子计算机的发展 一、微电子技术发展概况 1、相关概念 ⑴ 微电子学：研究如何利用固体内部的微观特性以及一些特殊工艺，在一块半导体芯片上制作大量的元件，从而在一个微小面积中制造出复杂的电子系统，这就是微系统电子学，简称微电子学。 ⑵ 微电子技术：是微电子学中各项工艺技术的总称，它包括系统和电路设计，工艺技术、材料制备、自动测试等一系列专门技术。 微电子的核心是集成电路。 一、微电子技术发展概况 ⑶ 集成电路（IC：Integrated Circuit） 通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定功能的电路或系统。 一、微电子技术发展概况 封装好的集成电路 一、微电子技术发展概况 集成电路芯片的显微照片 一、微电子技术发展概况 世界第一块微处理器4004, 2300个晶体管(1971年, Intel) PC系列机：PC， PC/XT， PC/AT(286)，386，486， 586(Pentium)，PⅡ，PⅢ，PⅣ… PC系列机： PC（8088）：2.9万个晶体管，(1981年，微机时代开始) PC/AT(286)：13.4万个晶体管，(1982年) 386：27.5万个晶体管，(1985年) 486：120万个晶体管，(1989年) 586(Pentium)，310万个晶体管（1993年） Pentium Ⅳ：4200万个晶体管 （2000年） 一、微电子技术发展概况 2、微电子技术发展概况 20世纪60年代，电子学分支—微电子学 几次重大技术突破： 1905年，真空电子管—电子技术第一次重大技术突破 1947年，晶体管—电子技术第二次重大技术突破，微电子揭开序幕 20世纪50年代末，集成电路问世 —电子技术第三次重大技术突破，微电子第二次重大技术突破 1958～1987，集成电路从小规模到大规模 —电子技术第四次重大技术突破，微电子第三次重大技术突破 1988～，从成群电子到单个电子 —电子技术第五次重大技术突破，微电子第四次重大技术突破 一、微电子技术发展概况 1947年12月23日发明世界上第一个晶体管 —NPN Ge晶体管，从而揭开了微电子技术的序幕 发明人： W. Schokley（肖克利 ） J. Bardeen（巴丁） W. Brattain（布拉坦） 三人获得1956年Nobel物理学奖 一、微电子技术发展概况 1958年，Jack Kilby(基尔比,美国人）发明了第一块单片集成电路,为微型化和集成化奠定了基础。 2000年，Jack Kilby因在微电子领域的研究和微芯片的制造方面的贡献荣获诺贝尔物理学奖。 同时获奖的有3人： 基尔比（美国人） 阿尔费罗夫（俄罗斯人） 克雷默（美国人） 他们的研究具有开拓性，奠定资讯技术的基础。 一、微电子技术发展概况 微电子技术的几个发展阶段： 20世纪50年代末，小规模集成电路( Small Scale IC: SSI)，102个 20世纪60年代，中规模集成电路（MSI，Medium），102~ 103个 20世纪70年代，大规模集成电路（LSI）， 103~ 105个 20世纪70年代末，超大规模集成电路（VLSI，Very），105~ 107 20世纪80年代，特大规模集成电路（ULSI，Ultra），107~ 109 极大规模集成电路(SLSI，Super）， 109 （巨大规模集成电路，GSI，Gigantic） 集成