第一章 大学计算机信息技术基础概述

1.2.1 图灵机与冯· 诺依曼式计算机的诞生

1946年2月14日，世界上第一台通用电子数字计 算机“埃尼阿克”（ENIAC）诞生。 美籍匈牙利数学家冯· 诺依曼参与了ENIAC的研究， 并提出了重要的原理。被人们称为“现代电子 计算机之父”。 根据冯· 诺依曼提出的存储程序和程序控制原 理制造的计算机被称为冯· 诺依曼结构计算机， 现代计算机虽然结构更加复杂，计算能力更加 强大，但仍然是基于这一原理设计的，也称为 冯诺依曼机。
晶 圆 直 径 （ mm） 300
引脚数目 700
300
350
957
400
450
3350
功耗（w）
90
130
183
1.3.2 集成电路的发展趋势

1（μ m微米）＝ 1000（nm纳米）=1/1,000,000（米） Intel P4：采用0.13μ m工艺制造生产 AMD：在其Athlon 64 X2双核台式机处理器中首次采 用了其65nm工艺技术。 酷睿双核的物理特性
1.3.1微电子技术与集成电路
微电子技术与集成电路的关系：

集成电路芯片是微电子技术的结晶，它们是计算机 的核心，是现代信息产业的基础。
世界集成电路产业发展迅速，以集成电路为基础的 电子信息产品的市场总额超过一万亿美元，成为世 界第一大产业
现代集成电路使用的半导体材料 通常是？

1.3.2 集成电路的发展趋势
信息施效 （效应器官）
1.1.2 信息处理

信息处理？
信息收集——感知、测量、识别、获取、输入等 信息加工——分类、计算、分析、综合、转换、检索、 管理等 信息存储 信息传递
信息施效——控制、显示等
1.1.2 信息处理

信息技术：用来扩展人的信息器官功能、协助 人们进行信息处理的一类技术。 人的信息器官及功能：
1.2.3 计算机的发展趋势
计算机发展的五个方向


巨型化 微型化 网络化 智能化 多媒体化
1.2.3 计算机的发展趋势
未来的新型计算机

高速电脑 美国发明的一种利用空气的绝缘性能来成 倍的提高计算机运行速度的新型技术。 IBM公司生产的IBM Linux集群计算机， 每秒钟可执行2万亿次浮点运算 ，是目前运算 速度最快的Linux超级计算机。

1.2.2 计算机的发展和应用
计算机的发展
第一台电子计算机诞生 ENIAC ：电子数字积分器与计算机（Electronic Numerical
Integrator And Computer）
• • •
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•
时 间：1946年2月 地 点：美国宾夕法尼亚大学 用 途：军事计算 运算速度：5000次/秒 体积价格：170平方米，30吨，140千瓦，40万美元
1.2.2 计算机的发展和应用
年代 器件 电子器件 主存储器 外部辅助 存储 器 处理方式 运算速度 第一代 1946-1957 电子管 磁芯、磁 鼓 磁带、磁 鼓 机器语言 汇编语言 5千-3万次/ 秒 第二代 1958-1964 晶体管 磁芯、磁鼓 第三代 1965-1969 中、小规模 集成电路 第四代 1970-至今 大规模和超大 规模集成电路
超大规模集成电路
小规模集成电路
1.3.1微电子技术与集成电路
集成电路按所包含的电子元件数目分：
集成电路规模 小规模集成电路（SSI） 中规模集成电路（MSI） 大规模集成电路（LSI） 超大规模集成电路（VLSI） 极大规模集成电路（ULSI） 集成度（个电子元件） ＜100 100~3000 3000~10万 10万~100万 ＞100万

集成电路的特点： 体积小、重量轻、可靠性高。

集成电路的工作速度:
主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸。晶体管的
尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快。
芯片上电路元件的线条越细，相同面积的晶片可容纳的晶体 管就越多，功能就越强，速度也越快。
1.3.2 集成电路的发展趋势

Moore定律
– – – –

感觉器官（眼耳鼻舌身）——获取信息
神经网络——传递信息 思维器官（大脑）——处理信息并再生信息 效应器官（手脚）——施效信息
1.1.3 信息技术

基本信息技术(四个)
感测与识别技术——扩展感觉器官功能, 提高人们的感
知范围、感知精度和灵敏度(雷达、卫星遥感） 通信技术——扩展神经网络功能, 消除人们交流信息的 空间和时间障碍 计算与存储技术——扩展思维器官功能, 增强人们的信
第一章 概述

1.1 信息与信息技术


1.2 计算机的发展
1.3 微电子技术简介 1.4 计算机应用技术
1.2.1 图灵机与冯· 诺依曼式计算机的诞生


阿兰· 图灵（Alan Turing） 1912年6月23日出生于英 国伦敦，他被认为是二十 世纪最著名的数学家之一。 1936年，图灵在他的论文 中，提出了思考原理计算 机——图灵机的概念。这 篇论文描述了一种假想的 计算机世界第一人 阿兰图灵 可实现通用计算的机器， 后人称之为“图灵机”。
磁芯、磁鼓、 半导体存储 半导体存储器 器 磁带、磁鼓、 磁带、磁盘、 磁盘 光盘 多道程序 实时处理 百万-几百万 次/秒 实时、分时处 理 网络操作系统 几百万-千亿次 /秒
磁带、磁鼓
监控程序 连续处理作业 高级语言编译 几十万-百万次/秒
1.2.2 计算机的发展和应用
计算机应用模式的演变：

单块集成电路的集成度平均每18～24个月翻一番
——Gordon E.Moore,1965年
Intel公司创始人

我国集成电路生产线的主流技术为:
8英寸0.18微米—0.25微米 12英寸110纳米—90纳米—65纳米
1.3.2 集成电路的发展趋势
1999 工艺(μm) 晶体管(M) 时钟频率(GHz) 面积(mm2) 连线层数 0.18 23.8 1.2 340 6 2001 0.13 47.6 1.6 340 7 2004 0.09 135 2.0 390 8 2008 0.06 539 2.655 468 9 2014 0.014 3500 10 901 10
按内部集成电路芯片：
存储器卡：这种卡封装的集成电路为存储器，其 容量大约为几KB到几十KB，信息可以长期保 存，也可通过读卡器改写。
CPU卡：也叫智能卡，卡上集成了CPU、程序存 储器和数据存储器，还配有操作系统。
1.2.4 IC卡
IC卡（即集成电路卡）分类


按内部集成电路芯片分类
按使用方式分类
一般来讲，信息是指消息、数据或资料。
信息就是信息，它既不是物质也不是能量。
——N.Wiener（控制论创始人）
事物运动的状态及状态变化的方式。
——客观事物立场

1.1.2 信息处理

人工进行信息处理的过程
信息传递 （神经系统） 信息加工 （大脑） 信息传递 （神经系统）
信息获取 （感觉器官）
事物客体
–

–
– – –
全新的Core架构，彻底抛弃了Netburst架构 全部采用65nm和45nm制造工艺 全线产品均为双核心，L2缓存容量提升到4MB 晶体管数量达到2.91 亿个，核心尺寸为143平方毫米 性能提升40% 、能耗降低40%，主流产品的平均能耗为65瓦 特
1.3.2 集成电路的发展趋势
1.2.3 计算机的发展趋势

生物计算机
20世纪80年代中期开始研 制，采用生物芯片，由生物工 程技术产生的蛋白质分子构成。 在芯片中，信息以波的形式传 播，运算速度比现代计算机快 10万倍，能量消耗仅相当于普 通计算机的十分之一，并且拥 有巨大的存储能力 。 以色列的科学家制造了一 个有可能会比单个活细胞还要 小的计算机的模型。这么微小 的计算机也可能将在我们的体 内漫游，监视我们的健康。帮 助解决医学问题。
第一章 概述
第一章 概述

1.1 信息与信息技术


1.2 计算机的发展
1.3 微电子技术简介 1.4 计算机应用技术
1.1 信息与信息技术
本节重点：

什么是信息、信息处理？ 4个基本的信息技术？


信息处理系统？
1.1.1信息的含义

信息是什么？
实际应用中，人们更关心 的是认识论层次的信息。 例如：中国人口有13亿多， 且每年以6%比例增长。
1.2.2 计算机的发展和应用

此后，计算机速度提高、功能增加、 体积缩小、成本降低、应用扩大，其 发展之快，不断改写预测。
1.2.2 计算机的发展和应用
计算机年代的划分： 以计算机使用的基本电子元件作为划分依据， 计算机的发展经历了四个阶段。 基本电子元件的演变：
电子管
晶体管
中小规模集成电路芯片 大规模超大规模集成电路芯片
息加工处理能力
控制与显示技术——扩展效应器官功能，增强人们的信 息控制能力
1.1.4 信息处理系统

信息处理系统：指用于辅助人们进行信息获取、 传递、存储、加工处理、控制及显示的综合使 用各种信息技术的系统。
通信/存储 信息加工 通信/存储
感知与识别
控制与显示
信息处理系统结构
1.1.4 信息处理系统
微电子技术：是实现电子电路和电子系统超小型 化和微型化的技术，它以集成电路为核心。 电子技术使用的基础元件的演变：
真空电子管 晶体管 中小规模集成电路 大规模超
大规模集成电路
现代PC机所使用的 处理器、芯片组、 图形加速器芯片等 都是哪种规模集成 电路？