信息和信息技术

信息的特性和定义

1. 什么是信息？

• 信息同物质和能源一样，是人们 赖以生存与发展的重要资源。人类通 过信息认识各种事物，借助信息的交 流沟通人与人之间的联系，互相协作， 从而推动社会前进。
• 中国大百科全书的解释：从认识论层次来看， 信息是指认识主体所感知或主体所表述的 “事物运动的状态及状态变化的方式”
• 信息因它所表达的内容而有一定的价值，也 因能相互交流而体现其作用
• 信息有多种表现形式，语言、文字、声音、 图片等都是信息的表现形式(载体)
• 信息与物质和能量同样重要，它是人们认识 世界、改造世界的一种基本资源

信息的主要特征：

1. 可传递性和共享性
2. 信息必须依附于载体
3. 信息的可处理性

信息与信息处理

• 从客观上看，信息是事物运动的状态及状态 变化的方式 。
• 从主观上看，信息是认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的形式、内容和效用。
• 信息是普遍存在的，是一种资源。

信息处理相关的行为和活动：

 信息的收集(如信息的感知、测量、获取、输入等)
 信息的加工(如信息的分类、计算、分析、转换等)
 信息的存储(如书写、摄影、录音、录像等)
 信息的传递(如邮寄、电报、电话等 )
 信息的施用(如控制、显示等)

人工信息处理的不足：

1. 算不快
2. 记不住
3. 传不远
4. 看（听）不清

信息技术

信息技术指的是用来扩展人们信息器官功能、协助人们 更有效地进行信息处理的一门技术。

• 信息技术包括：
  • 感知与识别技术——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
  • 通信技术与存储技术——扩展神经网络功能, 消除人们交流信息的空间和时间障碍
  • 计算处理技术——扩展思维器官功能, 增强人们的信息加工处理能 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

信息处理系统

• 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，可以通称为信息处理系统

信息处理系统的实例

• 雷达：以感测与识别为主要目的 电视/广播：以单向、点到多点（面）的信息传递 为主要目的
• 电话：以双向、点到点的信息交互为主要目的
• 银行：以处理金融信息为目的
• 图书馆：以信息收藏和检索为主要目的
• 因特网：跨越全球的多功能信息处理系统

信息化社会

• 主要包括四个方面，即社会的信息化、工厂自动化 、办公自动化 、 家庭自动化。
  信息化社会具有如下基 本特征：
• 信息、知识、智力日益成为社会发展的决定力量；
• 信息技术、信息产业、信息经济日益成为科技、经 济、社会发展的主导因素；
• 信息劳动者、脑力劳动者、知识分子的作用日益增 大； 信息网络成为社会发展的基础设施。

现代信息技术的三大特征：

1. 以计算机为核心
2. 采用电子技术（包括激光技术）进行信息处理
3. 以数字技术为基础

现代信息技术的三大核心技术：

1. 微电子技术
2. 通信技术
3. 计算机技术
   应用领域: 微电子、通信、广播、计算机、遥感遥测、自动控制、 机器人等

微电子技术和集成电路

• 微电子技术是信息技术领域中的关键技术， 是发展电子信息产业和各项高技术的基础
• **微电子技术的核心是集成电路技术 **
• 现代集成电路使用的半导体材料主要是硅， 也可以是化合物半导体如砷化镓。

电子电路中元器件的发展演变

电子管 (1904)
晶体管 (1948)
中/小规模 集成电路 (1950’s)
大规模/超大规模 集成电路(1970’s)

微电子技术是以集成电路为核心的电子技术，它是 在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。

集成电路定义：

• 集成电路 (简称IC)： 以半导体单晶片作为基片,采用平面 工艺，将晶体管、电阻、电容等元器 件及其连线所构成的电路制作在基片 上所构成的一个微型化的电路或系统。
• 集成电路的优点： 体积小、重量轻、 功耗小、成本低 速度快、可靠性高

集成电路的分类

• 按用途分：
  通用集成电路（如：微处理 器、存储器芯片）
  专用集成电路（ASIC）
• 按电路的功能分：
  数字集成电路
  模拟集成电路
• 按晶体管结构、电路和工艺分：
  双极型（Bipolar）电路
  金属氧化物半导体(MOS)电路
  集成电路规模 ：元器件数目
  小规模集成电路 （SSI）＜100
  中规模集成电路 （MSI）100~3000
  大规模集成电路 （LSI）3000~10万
  超大规模集成电 路（VLSI）10万~100万
  极大规模集成电 路（ULSI）＞100万

集成电路的发展趋势

• 集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。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，相同面积的晶片可容纳的晶体管数目就越多。 所以从集成电路问世以来，人们就一直在缩小晶体管、电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。

IC集成度提高的规律

Moore定律：单块集成电路的集成度平 均每18~24 个 月 翻 一 番
但是，集成电路不可能一直以这样的速度发展下去，Moore 定律也不可能永远成立 。

进一步提高集成度的问题与出路

• 问题：

1. 线宽进一步缩小后，晶体管线条小到纳米级时，其电流微弱到仅 有几十个甚至几个电子流动，晶体管将逼近其物理极限而无法正常工作

• 出路：

1. 在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和效应，人 们正在利用这些量子效应研制具有全新功能的量子器件，使能开 发出新的纳米芯片和量子计算机
2. 同时，人们还在研究将自然界传播速度最快的光作为信息的载体， 发展光子学，研制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成

IC卡简介

• IC卡(chip card、smart card)，又称为集成电 路卡，它是把集成电路芯片密封在塑料卡基片内，使其成为能存储信息、处理和传递数据的载体
• 特点： 存储信息量大、保密性能强、可以防止伪造和窃用、抗干扰能力强 可靠性高
• 应用举例：
  作为电子证件，记录持卡人的信息，用作身份识别（如 身份证、考勤卡、医疗卡、住房卡等） 作为电子钱包（如电话卡、公交卡、加油卡等）
• IC卡的类型(按芯片分类)

1. 存储器卡：封装的集成电路为存储器，信息可长期保存，也可通过读卡器改写。结构简单，使用方便。用于安全性要求不高 的场合，如电话卡、水电费卡、公交卡、医疗卡等
2. CPU卡：封装的集成电路为中央处理器（CPU）和存储器，还配有操作系统(Chip Operating System)，处理能力强，保密性更好，常用作证件和信用卡使用。手机中使用的SIM卡就是 一种特殊的CPU卡。

• IC卡的类型(按使用方式分类)

1. 接触式IC卡(如电话IC卡)

表面有方型镀金接口，共8个或6个镀金触点。使用时 必须将IC卡插入读卡机，通过金属触点传输数据。 用于信息量大、读写操作比较复杂的场合,但易磨损、 怕脏、寿命短 。

2. 非接触式IC卡(射频卡、感应卡)

采用电磁感应方式无线传输数据，解决了无源（卡中 无电源）和免接触问题 ,操作方便，快捷，采用全密封胶固化，防水、防污， 使用寿命长 ,用于读写信息较简单的场合，如身份验证等
非接触式IC卡在身份证中的使用
第二代身份证使用非接触式CPU卡，可实现“电子防 伪”和“数字管理”两大功能
电子防伪措施：个人数据和人脸图像经过加密后存储在芯片中，需 要时可通过非接触式读卡器读出进行验证。需要时还可以将人体生 物特征如指纹等保存在芯片中，以进一步提高防伪性能
数字管理功能： 存储器能储存多达几兆字节的信息，采用分区存储，按不同安全等级 授权读写, 采用数据库和网络技术，实现全国联网快速查询和身份识别，将使二 代证在公共安全、社会管理、电子政务、电子商务等方面发挥重要作用