現(xiàn)代電子信息技術的現(xiàn)況及發(fā)展趨勢幻燈片

1、現(xiàn)代電子信息技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,2024/4/2,1,,,,,2024/4/2,2,當前社會是信息社會，信息技術目前還沒有一個十分統(tǒng)一的定義。,從廣義上講，凡是與上述諸方面相關的技術都可以叫做信息技術，通?？煞譃樗念?，即感測技術、通信技術、計算機技術和控制技術。 所謂感測技術，是指對信息的傳感、采集技術； 通信技術是傳遞信息的技術； 計算機技術是處理、存儲信息的技術； 控

2、制技術則是使用與反饋信息的技術。,一般認為，信息技術就是獲取、處理、傳遞、儲存、使用信息的技術。,,2024/4/2,3,信息技術的應用性很強，因此又常被稱作“3C”技術、“3A”技術等等，此外還有“3D”之說。,3A是指工廠自動化(Factory Automation)、辦公自動化(Office Automation)和家庭自動化(Home Automation)。,3C是指通信(Communication)、計算機(Computer

3、)、控制(Control)三種技術，它們的英文名稱的第一個字母都是“C”，所以簡稱3C技術。,“3D” 是指數(shù)字傳輸(Digital Transmission)、數(shù)字交換(Digital Switching)、數(shù)字處理(Digital Processing)三種數(shù)字技術。,,2024/4/2,4,信息技術的基本結構大致可概括為： 計算機技術領域是核心； 電子技術是信息技術的關鍵支撐技術，其中包括微電子技術、光電子技術；

4、 信息材料技術是基礎信息技術，其中包括電子備料以及光學材料技術； 通信技術是信息技術的重要的直接組成部分。,2024/4/2,5,電子技術是十九世紀末、二十世紀初開始發(fā)展起來的新興技術，二十世紀發(fā)展最迅速，應用最廣泛，成為近代科學技術發(fā)展的一個重要標志。進入21世紀，人們面臨的是以微電子技術（半導體和集成電路為代表）電子計算機和因特網為標志的信息社會。高科技的廣泛應用使社會生產力和經濟獲得了空前的發(fā)展?，F(xiàn)代電子技術在國防、科學、

5、工業(yè)、醫(yī)學、通訊（信息處理、傳輸和交流）及文化生活等各個領域中都起著巨大的作用?，F(xiàn)在的世界，電子技術無處不在，人們現(xiàn)在生活在電子世界中，一天也離不開它。,1．電子技術,電子技術的應用,,,,基本器件的兩個發(fā)展階段,分立元件階段（1905～1959）真空電子管、半導體晶體管集成電路階段（1959～）SSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI,主要階段概述,第一代電子 產品以電子管為核心。四十年代末世界上誕生了第一只半導體三

6、極管，它以小巧、輕便、省電、壽 命長等特點，很快地被各國應用起來，在很大范圍內取代了電子管。五十年代末期，世界上出現(xiàn)了第一塊集成電路，它把許多晶體管等電子元件集成在一塊硅芯片上，使電子產品向更小型化發(fā)展。集成電路從小規(guī)模集成電路迅速發(fā)展到大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路，從而使電子產品向著高效能低消耗、高精度、高穩(wěn)定、智能化的方向發(fā)展。,分立元件階段,電子管時代（1905～1948）為現(xiàn)代技術采取了決定性步驟,主要大事記,1

7、905年 愛因斯坦闡述相對論——E＝mc21906年 亞歷山德森研制成高頻交流發(fā)電機 德福雷斯特在弗菜明二極管上加柵極，制威第一只三極管1912年 阿諾德和蘭米爾研制出高真空電子管1917年 坎貝爾研制成濾波器1922年 弗里斯研制成第一臺超外差無線電收音機1934年 勞倫斯研制成回旋加速器1940年 帕全森和洛弗爾研制成電子模擬計算機1947年 肖克萊、巴丁和布拉頓發(fā)明晶體管；香農奠定信息論的基礎,真空電子

8、管,分立元件階段,晶體管時代（1948～1959）宇宙空間的探索即將開始,主要大事記,1947年 貝爾實驗室的巴丁、布拉頓和肖克萊研制成第一個點接觸型晶體管1948年 貝爾實驗室的香農發(fā)表信息論的論文 英國采用EDSAG計算機，這是最早的一種存儲程序數(shù)字計算機1949年 諾伊曼提出自動傳輸機的概念1950年 麻省理工學院的福雷斯特研制成磁心存儲器1952年 美國爆炸第一顆氫彈1954年 貝爾實驗室研制太陽能電池和

9、單晶硅1957年 蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星1958年 美國得克薩斯儀器公司和仙童公司宣布研制成第一個集成電路,,2024/4/2,10,,1947年12月23日第一個晶體管NPN Ge晶體管 W. Schokley J. Bardeen W. Brattain,獲得1956年Nobel物理獎,,2024/4/2,11,,1958年第一塊集成電路：TI公司的Kilby，12個器件，Ge晶片,獲得2000年Nob

10、el物理獎,集成電路階段,自1958年第一塊集成元件問世以來，集成電路已經跨越了小、中、大、超大、特大、巨大規(guī)模幾個臺階，集成度平均每2年提高近3倍。隨著集成度的提高，器件尺寸不斷減小。,1985年，1兆位ULSI的集成度達到200萬個元件，器件條寬僅為1微米；1992年，16兆位的芯片集成度達到了3200萬個元件，條寬減到0.5微米，而后的64兆位芯片，其條寬僅為0.3微米。,集成電路階段,集成電路制造技術的發(fā)展日新月異，其中最具有代

11、表性的集成電路芯片主要包括以下幾類，它們構成了現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的基石。,可編程邏輯器件（PLD）,微控制芯片（MCU）,數(shù)字信號處理器（DSP）,大規(guī)模存儲芯片（RAM/ROM）,以集成電路為核心的電子信息產業(yè)超過了以汽車、石油、鋼鐵為代表的傳統(tǒng)工業(yè)成為第一大產業(yè)，已經成為改造和拉動傳統(tǒng)產業(yè)邁向數(shù)字時代的強大引擎和雄厚基石。 目前，發(fā)達國家國民經濟總產值增長部分的65%與集成電路相關, 美國國防預算中的電子含量已占據(jù)了半壁江山

12、。預計未來10年內，世界集成電路銷售額將以年平均15%的速度增長，2010年將達到6000~8000億美元。 作為當今世界經濟競爭的焦點，擁有自主知識產權的集成電路已日益成為經濟發(fā)展的命脈、社會進步的基礎、國際競爭的籌碼和國家安全的保障。,集成電路階段,2024/4/2,14,集成電路的集成度和產品性能每18個月增加一倍。據(jù)專家預測,今后20年左右,集成電路技術及其產品仍將遵循這一規(guī)律發(fā)展。   集

13、成電路最重要的生產過程包括： 開發(fā)EDA(電子設計自動化)工具 利用EDA進行集成電路設計 根據(jù)設計結果在硅圓片上加工芯片(主要流程為薄膜制造、曝光和刻蝕) 對加工完畢的芯片進行測試 為芯片進行封裝 最后經應用開發(fā)將其裝備到整機系統(tǒng)上與最終消費者見面。,集成電路階段,2024/4/2,15,美國芯片微細加工技術目前正在從亞微米向納米技術過渡，2002年3月，Intel公司宣布其已采用0.09微米工藝生產出面積僅為1平方

14、微米的SRAM?！　〕贤夤饪碳夹g（EUV）被視為是保證摩爾定律今后依舊適用的法寶。EUV技術可使半導體制造商在芯片上蝕刻電路線的等級達到0.03微米。比現(xiàn)有制造技術所產生的芯片性能提高100倍，存儲容量也可以達到目前的100倍以上。由Intel、IBM、摩托羅拉等公司所組成的企業(yè)聯(lián)盟與美國三個國家實驗室，一直致力EUV的研發(fā)，投入開發(fā)經費已逾2.5億美元。　　在各芯片廠商都以面積最小化、功能最大化作為發(fā)展方向的趨勢中，將整個電子系

15、統(tǒng)全部集成到一塊單芯片之中的SOC越來越呈現(xiàn)出重要性。集微處理器、快閃存儲器和數(shù)字信號處理器為一體的計算機芯片。這種高度集成的芯片將對手持計算機、移動電話和其他移動設備的改進產生巨大影響。,集成電路階段,2024/4/2,16,我國集成電路產業(yè)起步于20世紀60年代，80年代中期我國集成電路的加工水平為5微米，其后，經歷了3、1、0.8、0.5、0.35微米的發(fā)展，目前達到了0.18微米的水平，而當前國際水平為0.09微米（90納米），

16、我國與之相差約為2-3代。    2001年全國集成電路產量為64億塊，銷售額200億元人民幣。2002年6月,共有半導體企事業(yè)單位651家,其中芯片制造廠46家,封裝、測試廠108家,設計公司367家,分立器件廠商130家,從業(yè)人員11.5萬人。設計能力0.18~0.25微米、700萬門,制造工藝為8英寸、0.18~0.25微米,主流產品為0.35~0.8微米。    

17、60;與國外的主要差距：一是規(guī)模小，2000年,國內生產的芯片銷售額僅占世界市場總額的1.5%，占國內市場的20%；二是檔次低，主流產品加工技術比國外落后兩代；三是創(chuàng)新開發(fā)能力弱，設計、工藝、設備、材料、應用、市場的開發(fā)能力均不十分理想，其結果是今天受制于人,明天后勁乏力；四是人才欠缺。,集成電路階段,2024/4/2,17,2024/4/2,18,IC的速度很高、功耗很小，但由于PCB板中的連線延時、噪聲、可靠性以及重量等因素的限

18、制，已無法滿足性能日益提高的整機系統(tǒng)的要求,IC設計與制造技術水平的提高，IC規(guī)模越來越大，已可以在一個芯片上集成108~109個晶體管,分立元件,集成電路 I C,,,系 統(tǒng) 芯 片System On A Chip(簡稱SOC),將整個系統(tǒng)集成在一個微電子芯片上,,系統(tǒng)芯片(SOC)與集成電路(IC)的設計思想是不同的，它是微電子技術領域的一場革命。,集成電路走向系統(tǒng)芯片,將敏感器、執(zhí)行器與信息處理系統(tǒng)集

19、成在一起，從而完成信息獲取、處理、存儲和執(zhí)行的系統(tǒng)功能。,政府的策略：《中共中央國務院關于加強技術創(chuàng)新，發(fā)展高科技，實現(xiàn)產業(yè)化的決定》指出：“突出高新技術產業(yè)領域的自主創(chuàng)新，培育新的經濟增長點，在電子信息特別是集成電路設計與制造、網絡及通信、計算機及軟件、數(shù)字化電子產品等方面，……加強高新技術創(chuàng)新，形成一批擁有自主知識產權、具有競爭優(yōu)勢的高新技術產業(yè)”。,專家的共識：中國科學院、中國工程院專門成立了包括師昌緒、王淀佐、王越、王陽元等10

20、位院士組成的專家咨詢組。在大量調查研究的基礎上，專家們建議，我國在“十五”期間要像當年搞“兩彈一星”一樣，集中國家有限的人力和財力，開發(fā)有自主知識產權的新一代微電子核心工藝技術及產品。,專家的意見和政府的策略,EDA技術,電子設計技術的核心就是EDA技術。EDA是指以計算機為工作平臺，融合應用電子技術、計算機技術、智能化技術最新成果而研制成的電子CAD通用軟件包，主要能輔助進行三方面的設計工作，即IC設計、電子電路設計和PCB設計。,電

21、子系統(tǒng)設計自動化(ESDA)階段（ 90年代以后）：設計人員按照“自頂向下”的設計方法，對整個系統(tǒng)進行方案設計和功能劃分，系統(tǒng)的關鍵電路用一片或幾片專用集成電路（ASIC）實現(xiàn)，然后采用硬件描述語言（HDL）完成系統(tǒng)行為級設計，最后通過綜合器和適配器生成最終的目標器件。,EDA技術發(fā)展的三個階段：,計算機輔助設計(CAD)階段（ 70年代）：用計算機輔助進行IC版圖編輯、PCB布局布線，取代了手工操作。,計算機輔助工程(CAE)階段（

22、80年代）：與CAD相比，CAE除了有純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能設計和結構設計，并且通過電氣連接網絡表將兩者結合在一起，實現(xiàn)了工程設計。CAE的主要功能是：原理圖輸入，邏輯仿真，電路分析，自動布局布線，PCB后分析。,,ARM開發(fā)板,集成電路發(fā)展目前仍以摩爾定律所揭示的規(guī)律向前發(fā)展，晶圓的面積也在不斷地加大，以軟／硬件協(xié)同設計、具有知識產權的內核（IP核）復用和超深亞微米技術為支撐的系統(tǒng)芯片(System on Chip－S

23、OC)是超大規(guī)模集成電路發(fā)展的趨勢和新世紀集成電路的主流。,IC產業(yè)技術發(fā)展經歷了電路集成、功能集成、技術集成，直到今天基于計算機軟硬件的知識集成，其目標就是將電子產品系統(tǒng)電路不斷集成到芯片中去，力圖吞噬整個產品系統(tǒng)。單芯片的嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)，以單個芯片實現(xiàn)的產品系統(tǒng)不僅僅限于硬件系統(tǒng)，而是一個帶有柔性性能的軟、硬件集合體的電子系統(tǒng)。SoC是微電子領域IC設計的最終目標。,EDA技術,,SOC設計方法學,SoC設計中的問題,移值方法學

24、 無網表核 與版圖相關的步長 寬長比例失配 手繪版圖,時序問題 時鐘重分配 硬核寬度與間距不一致 芯片多重布線導致的RC寄生效應 時序重驗證 電路時序,工藝與原始材料問題 非工業(yè)標準工藝特性 N阱襯底的連接 襯底原始材料

25、 端口與目標工藝的層間差異,其它問題 混合信號設計不可移值 模擬電路的精度 功耗問題,硬件描述語言HDL的現(xiàn)狀與發(fā)展,硬件描述語言HDL是一種用形式化方法描述數(shù)字電路和系統(tǒng)的語言。利用這種語言，數(shù)字電路系統(tǒng)的設計可以從上層到下層（從抽象到具體）逐層描述自己的設計思想，用一系列分層次的模塊來表示極其復雜的數(shù)字系統(tǒng)。然后，利用電子設計自動化（EDA）工具，逐層進行仿真驗證，再把其中需要變?yōu)閷?/p>

26、際電路的模塊組合，經過自動綜合工具轉換到門級電路網表。接下去，再用專用集成電路ASIC或現(xiàn)場可編程門陣列FPGA自動布局布線工具，把網表轉換為要實現(xiàn)的具體電路布線結構。 HDL的發(fā)展至今已有20多年的歷史，并成功地應用于設計的各個階段：建模、仿真、驗證和綜合等。到20世紀80年代，已出現(xiàn)了上百種硬件描述語言。20世紀80年代后期，VHDL和Verilog HDL語言適應了面向設計的多領域、多層次并得到普遍認同的標準硬件描

27、述語言趨勢和要求，先后成為IEEE標準。,,在2001年舉行的國際HDL會議上，與會者就使用何種設計語言展開了生動、激烈的辯論。最后，與會者投票表決：如果要啟動一個芯片設計項目，他們愿意選擇哪種方案?結果，僅有2票或3票贊成使用SystemC、Cynlib和C Level設計；而Superlog和Verilog各自獲得了約20票。至于以后會是什么情況，連會議主持人John Cooley也明確表示：“5年后，誰也不知道這個星球會發(fā)生什么事

28、情?！薄　「鞣饺耸扛鞒旨阂姡簽閂erilog辯護者認為，開發(fā)一種新的設計語言是一種浪費；為SystemC辯護者認為，系統(tǒng)級芯片SoC快速增長的復雜性需要新的設計方法；C語言的贊揚者認為，Verilog是硬件設計的匯編語言，而編程的標準很快就會是高級語言，Cynlib C++是最佳的選擇，它速度快、代碼精簡；Superlog的捍衛(wèi)者認為，Superlog是Verilog的擴展，可以在整個設計流程中僅提供一種語言和一個仿真器，與現(xiàn)有的方法

29、兼容，是一種進化，而不是一場革命。,關于HDL的一次國際討論會,我國發(fā)展的戰(zhàn)略選擇,1.為了實現(xiàn)我國的芯片設計自主化，必須夯實基礎，在結合VHDL的基礎上，推廣Verilog HDL設計語言，使硬件設計的底層單元庫可以自主研制；　　2.根據(jù)目前芯片系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，對系統(tǒng)級語言進行比較研究，在Suoerlog、SystemC等語言中做出選擇，并進行相關工具的推廣，以及與相關企業(yè)進行合作等；　　3. 深入HDL語言的綜合和仿真等模型的研

30、究，努力在與國外合作的基礎上，建立自主知識產權的EDA公司；　　4.積極加入EDA目前正在進行的標準化工作，做到了解、學習、應用、吸收、參與并重；　　5.政府積極加入，重視產、學、研的合作，開展卓有成效的發(fā)展模式。,IBM 7090,伴隨著電子技術的發(fā)展而飛速發(fā)展起來的電子計算機所經歷的四個階段充分說明了電子技術發(fā)展的四個階段的特性。第一代（1946～1957）電子管計算機第二代（1958～1963）晶體管計算機第三代（196

31、4～1970）集成電路計算機第四代（1971～）大規(guī)模集成電路計算機,世界上第一臺電子計算機于1946年在美國研制成功，取名ENIAC。這臺計算機使用了18800個電子管，占地170平方米，重達30噸，耗電140千瓦，價格40多萬美元，是一個昂貴耗電的"龐然大物"。由于它采用了電子線路來執(zhí)行算術運算、邏輯運算和存儲信息，從而就大大提高了運算速度。ENIAC每秒可進行5000次加法和減法運算，把計算一條彈道的時間短為

32、30秒。它最初被專門用于彈道運算，后來經過多次改進而成為能進行各種科學計算的通用電子計算機。從1946年2月交付使用，到1955年10月最后切斷電源，ENIAC服役長達9年。,IBM 360 晶體管計算機,ENIAC,品牌電腦,2．先進智能計算技術,IBM 7090,ENIAC,電子計算機的發(fā)展,IBM 360 晶體管計算機,品牌電腦,第二代（1958～1963）晶體管計算機時代：它的基本電子元件是晶體管，內存儲器大量使用磁性材料制成的

33、磁芯存儲器。與第一代電子管計算機相比，晶體管計算機體積小，耗電少，成本低，邏輯功能強，使用方便，可靠性高 。（IBM 7090）,第三代（1964～1970）集成電路計算機時代：它的基本元件是小規(guī)模集成電路和中規(guī)模集成電路，磁芯存儲器進一步發(fā)展，并開始采用性能更好的半導體存儲器，運算速度提高到每秒幾十萬次基本運算。由于采用了集成電路，第三代計算機各方面性能都有了極大提高：體積縮小，價格降低，功能增強，可靠性大大提高。（IBM

34、 360系列為代表）,第四代（1971～）大規(guī)模集成電路計算機時代：它的基本元件是大規(guī)模集成電路，甚至超大規(guī)模集成電路，集成度很高的半導體存儲器替代了磁芯存儲器，運算速度可達每秒幾百萬次，甚至上億次基本運算。具有體積小、功能強、可靠性高等特點。,,高性能計算： 高性能計算是促進科技創(chuàng)新、經濟發(fā)展、社會進步及國家安全的戰(zhàn)略制高點技術，世界各主要發(fā)達國家無不對此高度重視。自70年代開始研究以來，高性能計算機經歷了向量機、共享

35、主存多處理機、大規(guī)模并行處理系統(tǒng)等幾個階段。近年來，美國相繼推出高性能計算與通信、加速戰(zhàn)略計算創(chuàng)新等計劃，將高性能計算領域的國際競爭推向高潮。2000年IBM曾宣布，5年內將投資1億美元開發(fā)新一代超級計算機“藍色基因”，旨在幫助人類探索深層次的生命奧秘，其運算速度將達到每秒1千萬億次，與目前的桌面PC相比，計算能力將超出2百萬倍。,2．先進智能計算技術,2024/4/2,29,2024/4/2,30,高性能計算： 北京時間

36、2010年17日，由中國國防科技大學研制成功的“天河一號”在國際TOP500組織正式發(fā)布的世界超級計算機500強排行榜上名列第一。研制“天河一號”的中國專家認為，這臺計算機的成功研制是我國超級計算機發(fā)展的重要里程碑。 排行榜表明，中國“天河一號”二期系統(tǒng)（天河－１Ａ）以每秒4701萬億次的峰值速度和每秒2566萬億次的實測速度位居榜首。此前全球最快的超級計算機——美國“美洲虎”以每秒1759萬億次的實測性能名列第二，速

37、度約為“天河一號”的三分之二。　　“這一成績實現(xiàn)了我國自主研制超級計算機綜合技術水平進入國際領先行列的歷史性突破。”“天河一號”工程辦公室主任李楠說，“天河一號”的應用將為解決我國重大挑戰(zhàn)性問題提供手段，對提升我國綜合國力具有戰(zhàn)略意義。,2．先進智能計算技術,神經網絡： 由于神經網絡是機器學習的一種機制，即具有大量簡單處理單元(稱為神經元)的執(zhí)行高度并行處理的，更接近于生物計算系統(tǒng)的一種計算機體系結構，多年來人們一直在

38、著手研究神經網絡在軍事電子裝備中的應用。神經科學、克隆技術以及生物技術的發(fā)展，有可能研制出生物神經網絡芯片，使其具有人腦一樣的功能，并可與活的神經網絡結合起來進行控制運算甚至判斷等。隨著神經網絡硬件的實現(xiàn)，將為武器系統(tǒng)帶來革命性的變化，對諸如自主系統(tǒng)、傳感器數(shù)據(jù)的自動化處理、實時圖像處理和自適應信號處理與控制等應用項目有著顯著的意義。,2．先進智能計算技術,2024/4/2,31,人工智能： 未來先進的計算機技術將成為探索

39、新的有關知識數(shù)學表示法的動力。利用形式化結構和描述戰(zhàn)場關鍵信息(諸如地形、敵兵力意圖的確定性的程度及潛在的結局組)的知識表示的先進技術將會提高軟件的可靠性。在人工智能的研究和應用方面，包括機器人在內的無人化智能作戰(zhàn)平臺的發(fā)展將最為迅速。指揮控制計算機化、攻擊手段機器人化的數(shù)字化部隊有可能取得突破性進展。隨著計算機的智能化，通信、傳感和其他信息技術的發(fā)展和提高，C41SR系統(tǒng)將是一種智能化的系統(tǒng)。系統(tǒng)裝備將朝分布式硬件、環(huán)境綜合、智能決策

40、、遠程監(jiān)視偵察、無縫通信和全數(shù)字化技術方向發(fā)展。未來信息化單兵、數(shù)字化部隊乃至機器人部隊將有可能成為現(xiàn)實。,2．先進智能計算技術,2024/4/2,32,,人機接口： 數(shù)字處理芯片的發(fā)展使得語音處理與合成技術日趨成熟，自然語言理解可望取得令人鼓舞的成就，根據(jù)口頭命令識別話音的軟件也將隨著技術改進而被廣泛采用，多語言之間的實時同步翻譯的夢想將成為現(xiàn)實。在超媒體領域，用戶可使用多種不同的信息做匹配導航，出現(xiàn)輔助形式的能使便

41、攜機顯示手寫體字符的眷寫軟件。立體可視化技術將會廣泛應用，手機、電話、電視、電腦一體化的趨勢將成為一種潮流。靈境技術，或稱虛擬現(xiàn)實技術，是繼多媒體技術之后的新一代人機系統(tǒng)接口技術及高級仿真技術。它將通過頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套顯示器、數(shù)據(jù)手套等輔助傳感器材，使人可以“浸入”計算機生成的虛擬環(huán)境直接觀察事物的內在變化，并能與之發(fā)生“交互”作用，產生一種“身臨其境”的真實感。,2．先進智能計算技術,2024/4/2,33,分布網絡計算：

42、 預計將會通過網絡支持團體協(xié)同工作的團體軟件(Groupware)；在計算機通信方面將實現(xiàn)全戰(zhàn)場直到全球“透明”的連通安全，電文、圖形、圖像和電視等信息統(tǒng)一處理，經濟上可承受性的無縫通信。可以預期，通過推行信息資源標準化等計劃，建立一個全球信息數(shù)據(jù)庫和融合中心網絡的目標將指日可待。屆時，任何時候可向在任何地方的任何需要的指揮員和武裝部隊提供作戰(zhàn)所需要的任何信息，即指揮員將不受地域限制能檢查·作戰(zhàn)空域·內的所有

43、有關信息。分布式處理將朝著進一步利用硬件特性的透明型發(fā)展。透明網絡便成為21世紀初的目標。,2．先進智能計算技術,2024/4/2,34,生物計算機： 一個重要發(fā)展是DNA計算機。DNA分子中的密碼相當于存儲的數(shù)據(jù)，DNA分子間可以在某種酶的作用下迅速完成生物化學反應，從一種基因碼變?yōu)榱硪环N基因碼，反應前的基因碼可以作為輸入數(shù)據(jù)，反應后的基因碼可以作為運算結果，在制造這種生物計算機時，首先挑選一些DNA片段分別代表不同的變量，以

44、片段之間的接合和斷開序列代表“與”和“或”邏輯判斷，然后運用生物技術手段加以控制，探測并分離出生物材料中具有與特定判斷相應特征的部分，那么就可以制成一種新型邏輯判斷計算機。目前，DNA計算機已經可以對赫母霍茲等數(shù)學問題求解。預計在未來20年有可能出現(xiàn)與微電子芯片融合的高性能DNA計算機。例如可用于高性能計算的基因芯片和生物計算機。,2．先進智能計算技術,2024/4/2,35,智能結構技術： 隨著軍用智能技術的發(fā)展，各種智能結構

45、武器將對未來作戰(zhàn)產生深遠影響。智能結構最初受到關注是在70年代末期，美國將光導纖維埋置在復合材料內部，使結構功能產生了顯著改善，自此，智能結構技術得到廣泛承認，發(fā)達國家紛紛進行研究開發(fā)。智能結構給結構技術的發(fā)展注入創(chuàng)新性的活力，它所具有的卓越性能將對21世紀的武器裝備產生重大影響。,2．先進智能計算技術,2024/4/2,36,2024/4/2,37,云計算 2006年谷歌推出了“Google 101計劃”，并正式提出

46、“云”的概念和理論。隨后亞馬遜、微軟、惠普、雅虎、英特爾、IBM等公司都宣布了自己的“云計劃”，云安全、云存儲、內部云、外部云、公共云、私有云……一堆讓人眼花繚亂的概念在不斷沖擊人們的神經。 云計算（Cloud Computing）是由分布式計算（Distributed Computing）、并行處理（Parallel Computing）、網格計算（Grid Computing）發(fā)展來的，是一種新興的商業(yè)計算模型。目前

47、，對于云計算的認識在不斷的發(fā)展變化，云計算沒仍沒有普遍一致的定義。 中國網格計算、云計算專家劉鵬給出如下定義 ：“云計算將計算任務分布在大量計算機構成的資源池上，使各種應用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務”。,2．先進智能計算技術,通信是一個古老而嶄新的話題。其根源可追溯到公元前3500年，蘇美爾人發(fā)明了楔形文字，埃及人發(fā)明了象形文字，這可以說是最古老的通信方式。而中國古代的烽火臺則是無線通信的鼻祖。現(xiàn)

48、代意義上的通信是在發(fā)現(xiàn)了電現(xiàn)象之后，1793年，法國查佩兄弟倆在巴黎和里爾之間架設了一條230千米長的接力方式傳送信息的托架式線路。據(jù)說兩兄弟是第一個使用“電報”這個詞的人。現(xiàn)代意義上的無線通信是從莫爾斯開始，1844年5月24日，在座無虛席的國會大廈里，莫爾斯用他那激動得有些顫抖的雙手，操縱著他傾十余年心血研制成功的電報機，向巴爾的摩發(fā)出了人類歷史上的第一份電報:“上帝創(chuàng)造了何等奇跡！”?，F(xiàn)在，通信產業(yè)仍然處在蓬勃發(fā)展階段，各種新的技

49、術日新月異，層出不窮。,3、通信技術,2024/4/2,38,眾所周知，移動通信是在20世紀80年代開始發(fā)展起來的，移動通信發(fā)展速度遠超過固定網絡，已得到相當?shù)钠占?。全球移動通信用戶已經超過4億。人們對移動通信的需求推動了移動通信發(fā)展，至今移動通信已經走過了二代，即80年代的第一代模擬技術和90年代的第二代窄帶數(shù)字技術。近些年來，隨著無線通信寬帶化技術的突破，移動通信正在向以CDMA為基礎，以寬帶化通信為特征的第三代3G技術發(fā)展。,3、

50、通信技術——移動通信,2024/4/2,39,移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程,3、通信技術——移動通信,2024/4/2,40,支撐互聯(lián)網的基礎是光纖通信。光通信的發(fā)展呈現(xiàn)了以下幾個發(fā)展趨勢： 1、光通信研究的重點已經從大容量、超高速轉變?yōu)橹悄芑?、自動化的實現(xiàn)。自動交換光網絡（ASON）就是在這個大背景下產生的。ASON網絡的最大優(yōu)點就是實現(xiàn)了以往光網絡復雜、冗余的人工連接指配，取之為簡單、便利的自動電路配置。ASON的引入，可以說

51、是光通信發(fā)展歷史的里程碑。 2、光網絡的邊緣化也是光通信發(fā)展的另一個趨勢。長久以來，光網絡都是作為整個通信體系中的最底層——傳輸層。但是，隨著通信行業(yè)的迅速發(fā)展，城域網、接入網也越來越希望引入光網絡，于是，光網絡的發(fā)展從核心網正在向邊緣網絡發(fā)展。 光通信經過了前幾年的低谷以后，現(xiàn)在正處于一個艱難的上升階段。,3、通信技術——光纖通信,2024/4/2,41,1945年，英國的科幻小學作家阿瑟·C·克

52、拉克在世界上首次提出了使用衛(wèi)星進行遠距離無線電通信和無線電廣播的設想，這位作家在《無線電雜志》上發(fā)表了一篇文章，提出用火箭發(fā)射一顆人造衛(wèi)星，繞地球轉動，然后，地面上發(fā)送信號給衛(wèi)星，通過衛(wèi)星再傳回地面。 1957年10月4日，原聯(lián)蘇成功發(fā)射了人類歷史上第一顆人造地球衛(wèi)星。 根據(jù)運行軌道的高度不同，可將人造地球衛(wèi)星分為三種類型： （1）低高度衛(wèi)星（小于5000km） （2）中高度衛(wèi)星（5000km） （

53、3）高高度衛(wèi)星（大于20000km）,6、通信技術,3、通信技術——衛(wèi)星通信,2024/4/2,42,覆蓋區(qū)大,通信距離遠,三顆同步衛(wèi)星可覆蓋全球 頻帶寬,容量大 機動性好,不受地理條件限制 通信可靠性高,質量好,穩(wěn)定 費用與距離無關 有多址能力,組網靈活 可實現(xiàn)區(qū)域及全球個人移動通信,3、通信技術——衛(wèi)星通信,衛(wèi)星通信的特點,2024/4/2,43,同步通信衛(wèi)星向大容量,多波束,智能化發(fā)展 低軌衛(wèi)星群與蜂窩技術相結合,實

54、現(xiàn)全球個人通信 小型衛(wèi)星通信地面站(VSAT)廣泛應用 電視直播(DVB)和數(shù)字聲廣播(DAB)步入家庭和個人用戶 多媒體通信和因特網接入 微小衛(wèi)星和納衛(wèi)星,3、通信技術——衛(wèi)星通信,衛(wèi)星通信發(fā)展趨勢,2024/4/2,44,利用生物分子信息材料裝配電子元件和儀器的技術，美國國防高級研究計劃局(DARPA)把它看成是能使未來作戰(zhàn)發(fā)生革命性變化的技術之一。目前，進展較快的是光學開關模式的生物分子器件。一些實驗室已經制造出這種模式的

55、并行處理器件、三維數(shù)據(jù)存儲器、神經網絡等原型器件。在未來幾十年內，有可能研制出可裝入計算機的高密度生物電子存儲器，以及基于細菌視紫紅質的其他一些器件(如神經網絡、人工智能所必須的關聯(lián)存儲器等)。 近年來，各國軍方仿生技術的研究包括：飛機、艦艇設計的進一步優(yōu)化；雷達、聲納和導航、測控裝置的全面改進；一些新通信設備、新偵察裝備和新兵器的研制；以及模仿天然生物材料的質地、結構和功能來制造硬度與韌性更大、強度更高、質量更輕和更加耐用的裝

56、甲材料及其他材料等方面進行。,4．生物分子電子技術,2024/4/2,45,納米技術是一門新興技術，使人類最終能夠按照自己的意愿操縱單個原子和分子，以實現(xiàn)對微觀世界的有效控制。 有人曾這么說，21世紀將是納米世紀。據(jù)預測，單原子、單分子存儲操作技術可能于2007年開發(fā)成功，單電子晶體管集成電路2015年將實用化，量子功能電子技術的發(fā)展將可能導致單量子計算機和量子波計算機、單量子通信設備和量子波通信設備、家用量子設備等的普遍出現(xiàn)，

57、使所有的電子設備體積和能耗大為縮小。 微電子技術與機電技術相結合，和納米電子學同時伴生的以硅材料為基礎的微機電系統(tǒng)技術，作為當今最具革命性的新科學，已經引起世界各國科學家、政府和軍隊的高度重視，對21世紀的科學技術、生產方式和人類生活質量將產生深遠影響，并即將形成難以估量的龐大的高技術市場，其規(guī)模之大，可能超過微電子芯片產業(yè)，成為世界十大科學技術之一。,5．納米電子技術,2024/4/2,46,2024/4/2,47,納米電子學

58、主要在納米尺度空間內研究電子、原子和分子運動規(guī)律和特性，研究納米尺度空間內的納米膜、納米線。納米點和納米點陣構成的基于量子特性的納米電子器件的電子學功能、特性以及加工組裝技術。其性能涉及放大、振蕩、脈沖技術、運算處理和讀寫等基本問題。其新原理主要基于電子的波動性、電子的量子隧道效應、電子能級的不連續(xù)性、量子尺寸效應和統(tǒng)計漲落特性等。,從微電子技術到納米電子器件將是電子器件發(fā)展的第二次變革，與從真空管到晶體管的第一次變革相比，它含有更深刻

59、的理論意義和豐富的科技內容。在這次變革中，傳統(tǒng)理論將不再適用，需要發(fā)展新的理論，并探索出相應的材料和技術。,5．納米電子技術,2024/4/2,48,5．納米電子技術,2011年5月，據(jù)每日科學網報道，美國斯坦福大學的研究人員開發(fā)出一種新型的傳感器芯片，可以大大加快藥物開發(fā)過程。這種由高度敏感的納米傳感器構成的微芯片，可以分析蛋白質如何相互結合，在評估藥物的有效性及可能帶來的副作用方面邁出了關鍵一步。 這種新型生物傳感器

60、只需要一厘米大小的納米傳感器陣列，就能以高于現(xiàn)有任何傳感器數(shù)千倍的能力持續(xù)不斷地監(jiān)測蛋白質的結合活動。新的傳感器可以同時監(jiān)測成千上萬種反應，而且比目前的“金標準”方法敏感性更強，并能更快地提供檢測結果。,生物芯片技術是利用大規(guī)模集成電路制造技術在硅等基片上制造包括數(shù)十萬個不同生物微檢測單元的微流體傳感系統(tǒng)的技術。微電子技術和生物技術結合，將研制出有機與無機相結合、硅片與生物材料結合的生物硅片，具有集成度高、功耗低等特點，必將對現(xiàn)代高科技

61、產品產生重大影響。 此外，以砷化鎵等為代表的一批新型半導體材料將逐步走向實用化，可在高溫、強輻射條件下正常工作。微電子技術和電真空技術相結合產生的真空微電子技術，可能在超高速處理技術中發(fā)揮重大作用。,6．生物芯片技術,2024/4/2,49,目前完全依靠電子技術實現(xiàn)的某些功能將隨著光波導和光子技術的應用得以加強。光纖通信和光子連接技術將更加成熟，光交換設備、光探測器和調制器將大大優(yōu)化電子系統(tǒng)。這些光子元件將與電子元件同制造在光電

62、芯片上。其優(yōu)點之一就是具有很高的輸入輸出能力，能夠處理大量信息。而且，將來光子信息處理將有效地擴展和延伸到電子領域。 很多應用中表明，光子邏輯將比電子顯示出更佳的特性。這種趨勢提示了光子處理器可能會被廣泛用于執(zhí)行圖像識別這類復雜任務上。光處理器將能同時執(zhí)行100萬個平行任務，因此它能夠處理復雜問題。這種大量的平行的光處理器的能力估計是目前最大的電子計算機能力的1000倍。 微電子技術與光電子技術結合，將研制出大規(guī)模、多功

63、能、高速化、大容量的光電子集成電路和高性能的半導體激光器，組成新型的光電集成系統(tǒng)。,7．先進光電子技術,2024/4/2,50,,中國要發(fā)展自己的高科技，時代要求我們必須大力發(fā)展現(xiàn)代信息技術，對此我們別無選擇。我們要以技術創(chuàng)新和百折不撓的精神加快我國的發(fā)展步伐。在我國已正式加入世貿組織的今天，要充分認清國內企業(yè)與國外企業(yè)已處在世界經濟舞臺的同一起跑線上進行平等競爭，本土競爭國際化、國際競爭本土化已完全變成現(xiàn)實。我們只有努力打造組織變革能