超大规模集成电路范文

导语：如何才能写好一篇超大规模集成电路，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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1、大规模集成电路:LSI （Large Scale Integration ），通常指含逻辑门数为100门~9999门（或含元件数1000个~99999个），在一个芯片上集合有1000个以上电子元件的集成电路。

2、超大规模集成电路：VLSI（Very Large Scale Integration） 通常指含逻辑门数大于10000 门（或含元件数大于100000个)。是一种将大量晶体管组合到单一芯片的集成电路，其集成度大于大规模集成电路。集成的晶体管数在不同的标准中有所不同。尤其是数字集成电路，通常采用电子设计自动化的方式进行，已经成为计算机工程的重要分支之一。

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2、可靠性高，使用环境要求低。由于微机采用大规模和超大规模集成电路，系统内使用的器件数量减少，器件，部件之间的连线以及接入件数目也相应地减少，而且MOS电路本身工作所需的功耗也很低，所以微机的可靠性大大提高，进而降低了对使用环境的要求。

3、体积小，质量轻，功耗低。由于微机中广泛采用了大规模和超大规模集成电路，从而使微机的体积大大缩小。

4、适应性强。从系统软件到应用软件可方便地构成不同规模的微机系统，从而使微机具有很强的适应性。

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关键词：集成电路EDA 教学方法 拓展 培养

所谓“集成电路EDA”是通过设计、建模、仿真等手段搭建集成电路框架，优化集成电路性能的一门技术，也是一名优秀的集成电路工程师除了掌握扎实的集成电路理论基础外，所必须掌握的集成电路设计方法。只有熟练掌握集成电路EDA技术，具备丰富的集成电路EDA设计实践经历，才能设计出性能优越、良品率高的集成电路芯片。可以说，集成电路EDA是纤维物理学、微电子学等专业的一门非常重要的专业课程。然而，目前集成电路EDA课程的教学效果并不理想，究其根本原因在于该课程存在内容陈旧、知识点离散、概念抽象、目标不明确等不足。因此，通过课程建设和教学改革，在理论教学的模式下，理论联系实践、提高教学质量，改善集成电路EDA课程的教学效果是必要的。

为了提高集成电路EDA课程的教学质量，改善教学环境，为国家培养具备高质量的超大规模集成电路EDA技术的人才，笔者从本校的实际情况出发，结合众多兄弟院校的改革经验，针对教学过程中存在的问题，进行了课程建设目标与内容的研究。

课程建设目标的改革

拓展学科领域，激发学生自主学习兴趣 本校集成电路EDA课程开设于纤维物理学专业，但是其内容包括物理、化学、电子等多个学科，教师可根据教学内容，讲述多个学科领域的专业知识，尤其是不同学科领域的创新和应用，引导学生走出本专业领域，拓展学生视野，提高科技创新意识。与学生经常进行互动，启发式和引导式地提出一些问题，让学生课后通过资料的查找和收集，在下一次课堂中参与讨论。激发学生思考问题和解决问题的兴趣。这样课内联系课外、师生全面互动、尊重自我评价的新型教学方法可以培养学生创新精神，激励自主学习，由被动式学习转为主动式学习，拓宽学生的知识面。

完善平台建设，培养学生创新实践能力 在已有的实验设备基础上，打造软件、硬件、网络等多位一体的集成电路EDA平台，完善集成电路EDA实验。通过集成电路EDA平台的实践环节，既培养了学生的仿真设计能力，加深了对集成电路EDA知识的掌握，又使学生掌握了科学的分析问题和解决问题的方法。引导学生参加项目研发，鼓励学生参与大学生创新创业和挑战杯活动，以本课程的考核方式激励学生写出创新性论文，通过软件仿真、实验建模等方式设计出自己的创新性产品，利用集成电路EDA平台验证自己的设计，然后以项目的形式联系企业，将产品转化为生产力，将“产学研”一体化的理念进行实践，培养学生创新实践能力。

课程教学内容的改革

精选原版教材 教材是教学的主要依据，教材选取的好坏直接影响着教学质量。传统集成电路EDA课程的教材都以中文教材为主，内容陈旧，即使是外文翻译版教材，也由于翻译质量及时间的原因，仍然无法跟得上集成电路的革新。因此，在教材选取时应当以一本英文原版教材为主，多本中文教材辅助。英文原版教材大多是国外资深集成电路EDA方面的专家以自己的实践经验和教学体会为基础，结合集成电路EDA的相关理论来进行编写，既有丰富的理论知识，又包含了大量的设计实例，使学生更容易地掌握集成电路EDA技术。但是只选择外文教材，由于语言的差异，学生对外文的理解和接受仍然存在一定的问题，为了帮助学生更好地学习，需要辅助中文教材，引导学生更好地理解外文教材的真谛。

更新教学内容 著名的摩尔定律早在几十年前就指出了当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18个月至24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。这条定律指引着集成电路产业飞速的发展，集成电路EDA课程是学生掌握集成电路设计的重点课程，因此必须紧跟时展，不断更新教学内容。现有的集成电路EDA教材涉及集成电路新技术的内容很少，大部分都以阐述基本原理为主，致使学生无法接触到最新的内容，影响学生在研究生面试、找工作等众多环节的发挥。在走入工作岗位后，学生感觉工作内容与学校所学的知识严重脱节，需要较长的时间补充新知识，来适应新工作。为了改善这种状况，需要以纸质教材为主，辅助电子PPT内容来进行教学。纸质教材主要提供理论知识，电子PPT紧跟集成电路的发展，随时更新和补充教学内容，及时将目前主流的EDA技术融入课程教学中。还可以进行校企结合，把企业的专家引进来，把学校的学生推荐到企业，将课程教学和企业实际相结合，才能激发学生的学习兴趣和积极性，提高教学效果。

参考文献

[1]马颖，李华.仿真软件在集成电路教学中的应用探讨[J].中国科教创新导刊，2009.

[2]杨媛，余宁梅，高勇.半导体集成电路课程改革的探索与思考[J].中国科教创新导刊，2008（3）：78-79.

[3]李东生，尹学忠.改革传统课程教学强化EDA和集成电路设计[J].实验技术与管理，2005，4（22）.

[4]徐太龙，孟坚.集成电路设计EDA实验课程的教学优化[J].电子技术教育，2012（7）：87-89.

[5]卫铭斐，王民，杨放.集成电路设计类EDA技术教学改革的探讨[J].电脑知识与技术，2012，18（19）：4671-4672.

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信息工程专业是建立在超大规模集成电路技术和现代计算机技术基础上，研究信息处理理论、技术和工程实现的专门学科。该专业以研究信息系统和控制系统的应用技术为核心，在面向21世纪信息社会化的过程中具有十分重要的地位。

如果从工程师和研究生的专业方向来看，电子信息专业的方向大概有：

1、数字电子线路方向。从事单片机(8位的8051系列、32位的ARM系列等等)、FPGA(CPLD)、数字逻辑电路、微机接口(串口、并口、USB、PCI)的开发，更高的要求会写驱动程序、会写底层应用程序；

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关键词：电子技术；发展趋势；特点；电子设备

电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术。随着生产和科学技术的发展，工艺革新和新材料的使用，新器件的出现，尤其是大规模和超大规模集成电路的研制和推广，电子技术在二十世纪发展的最为迅速，成为近代科学技术发展的一个重要标志。它已广泛用于国防、科学、工业、医学、通讯（信息处理、传输和交流）、广播、电视、航空、导航、无线电定位、自动控制、遥控遥测、计算机及文化生活等各个领域。对推动国民经济的发展起着重要的作用，因此对电子技术的探究具有重要意义。现将电子技术的发展趋势和特点归纳为以下几个方面。

1 条件极端复杂化

电子产品在生产、储存、运输和使用过程中，经常受到结构的限制和周围环境的各种有害影响。如自身结构的高硬度、大弹性、极大、极小、极厚、极薄和奇形怪状等；外界条件如温度、湿度、大气压力、太阳辐射、雨、风、冰雪、灰尘、沙尘、盐雾、腐蚀性气体、霉菌、昆虫及其他有害动物以及振动、冲击、地震、碰撞、离心加速度、声振、摇摆、电磁干扰及雷电等。这些在一定程度上都影响了电子产品的工作性能、使用可靠性和寿命等。所以电子技术在生产制造技术上，必须达到极端条件的要求。而“微机电系统”就是顺应而生的产品。

2 微型化

电子产品在社会生活各个领域的广泛运用，技术精良，功能齐全，造型优美，使用方便等要求，使其产品结构正朝着微型化、小型化方向发展。现代电子组装技术的发展、大规模集成电路、功能集成件及系统功能集成件不断涌现，为实现上述要求提供了技术保证。而作为电子产品基础的各种电子元件则由大、重、厚，向短、小、轻、薄方向发展。如在电子产品结构材料上可以使用一些塑料的电子材料、钛合金、镁合金或是一些工程塑料合金来实现电子产品的轻薄化。而在连接设计上可用无引线的片式元件（SMC）和片状器件（SMD）实现短小化。贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右。一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%～60%，重量减轻60%～80%。如目前的手机和掌上电脑的结构和组装。其结构材料一般采用工程塑料，结构形式也各不相同，但基本都是采用螺钉、内外卡连接固定，用表面贴装技术装配而成的微型化产品。

3 绿色化

绿色化是电子技术未来发展的必然趋势。2006年7月1日欧盟《关于在电子电器设备中限制使用某些有害物质指令（RoHS）》正式生效。RoHS要求电子电器产品中所用的元器件原材料（单一均质材料）中的六种有害物质含量不能超过限额值。目前限制使用的物质有铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、六价铬（Cr+6）、多嗅联苯（PBB）、多嗅二苯醚（PBDE），其限量标准分别是：1000mg/kg、100mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg。我国也与2006年2月28日正式了《电子信息产品污染控制管理办法》。这一系列与此对应的办法的实施，有助于保护人类健康和报废电子电气设备合乎环境要求的回收恶化处理，同时也是一个技术壁垒，提高产品进入市场的准入门槛，使科技和环保实现可持续发展。人与自然界的和谐统一。

4 集成化

它主要包括三个方面：现代技术的集成、加工技术的集成和企业管理的集成。其中，实现电子系统集成化的关键是微组装技术（Microelectronics Packaging Technology，简称为MPT）和表面组装技术（Surface Mounting Technology，简称为SMT）。MPT利用三维微型组件、大规模集成电路（VLSIC）、超大规模集成电路（ULSIC）和超高速集成电路（UHSIC）等元器件，采用自动表面安装、多层混合组装和裸芯片组装方法来实现电子产品的集成化。SMT则是用自动组装设备将片式化、微型化的无引线或短引线表面组装元件、器件直接贴、焊到印制线路板表面或其他基板的表面位置上来实现电子产品的集成化。

5 高精度，多功能和智能化

现代电子技术往往要求高精度，多功能和智能化，有的还引入了计算机系统，因而其控制系统较为复杂。精密机械广泛地应用于电子设备是现代电子设备的一大特点。

高精度往往要求超净、超纯和超精。例如在微电子制造中，不仅对加工车间里的尘埃颗粒直径，颗粒数，芯片材料中的有害杂质含量有严格限制，甚至要求加工精度达到纳米级。

智能化装备的基础是计算机智能技术，目前计算机技术已经被广泛应用于电子电路的设计和仿真，集成电路的版图设计、印刷电路板（PCB）的设计和可编程器件的编程等各项工作中。

自控技术、计算技术和精密机械的紧密结合使电子产品具有更全面的功能，比如具有更高级的人类思维能力，只有想不到没有做不到。它们之间的紧密结合使电子设备的精度和自动化程度达到了相当高的水平。

电子技术是信息、智力、知识密集型技术，其耗能低，污染少。展望电子设备的前景，电子技术将会跟随时代的脚步不断的创新，更高更好的新技术必将开拓更广的领域，其良好的运用将很好的促进我国的现代化建设。

参考文献

[1]王隆太，等.先进制造技术[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2]张平亮，等.先进制造技术[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]冯.先进制造技术基础[M].北京：北京理工大学出版社，2009.

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1.1认识微电子

微电子技术的发展水平已经成为衡量一个国家科技进步和综合国力的重要标志之一。因此，学习微电子，认识微电子，使用微电子，发展微电子，是信息社会发展过程中，当代大学生所渴求的一个重要课程。生活在当代的人们，没有不使用微电子技术产品的，如人们每天随身携带的手机；工作中使用的笔记本电脑，乘坐公交、地铁的IC卡，孩子玩的智能电子玩具，在电视上欣赏从卫星上发来的电视节目等等，这些产品与设备中都有基本的微电子电路。微电子的本领很大，但你要看到它如何工作却相当难，例如有一个像我们头脑中起记忆作用的小硅片—它的名字叫存储器，是电脑的记忆部分，上面有许许多多小单元，它与神经细胞类似，这种小单元工作一次所消耗的能源只有神经元的六十分之一，再例如你手中的电话，将你的话音从空中发射出去并将对方说的话送回来告诉你，就是靠一种叫“射频微电子电路”或叫“微波单片集成电路”进行工作的。它们会将你要表达的信息发送给对方，甚至是通过通信卫星发送到地球上的任何地方。其传递的速度达到300000KM/S，即以光速进行传送，可实现双方及时通信。“微电子”不是“微型的电子”，其完整的名字应该是“微型电子电路”，微电子技术则是微型电子电路技术。微电子技术对我们社会发展起着重要作用，是使我们的社会高速信息化，并将迅速地把人类带入高度社会化的社会。“信息经济”和“信息社会”是伴随着微电子技术发展所必然产生的。

1.2微电子技术的基础材料——取之不尽的硅

位于元素周期表第14位的硅是微电子技术的基础材料，硅的优点是工作温度高，可达200摄氏度；二是能在高温下氧化生成二氧化硅薄膜，这种氧化硅薄膜可以用作为杂质扩散的掩护膜，从而能使扩散、光刻等工艺结合起来制成各种结构的电路，而氧化硅层又是一种很好的绝缘体，在集成电路制造中它可以作为电路互联的载体。此外，氧化硅膜还是一种很好的保护膜，它能防止器件工作时受周围环境影响而导致性能退化。第三个优点是受主和施主杂质有几乎相同的扩散系数。这就为硅器件和电路工艺的制作提供了更大的自由度。硅材料的这些优越性能促成了平面工艺的发展，简化了工艺程序，降低了制造成本，改善了可靠性，并大大提高了集成度，使超大规模集成电路得到了迅猛的发展。

1.3集成电路的发展过程

20世纪晶体管的发明是整个微电子发展史上一个划时代的突破。从而使得电子学家们开始考虑晶体管的组合与集成问题，制成了固体电路块—集成电路。从此，集成电路迅速从小规模发展到大规模和超大规模集成电路，集成电路的分类方法很多，按领域可分为：通用集成电路和专用集成电路；按电路功能可分为：数字集成电路、模拟集成电路和数模混合集成电路；按器件结构可分为：MOS集成电路、双极型集成电路和BiIMOS集成电路；按集成电路集成度可分为：小规模集成电路SSI、中规模集成电路MSI、大规模集成电路LSI、超导规模集成电路VLSI、特大规模集成电路ULSI和巨大规模集成电路CSI。随着微电子技术的发展，出现了集成电路(IC)，集成电路是微电子学的研究对象，其正在向着高集成度、低功耗、高性能、高可靠性的方向发展。

1.4走进人们生活的微电子

IC卡，是现代微电子技术的结晶，是硬件与软件技术的高度结合。存储IC卡也称记忆IC卡，它包括有存储器等微电路芯片而具有数据记忆存储功能。在智能IC卡中必须包括微处理器，它实际上具有微电脑功能，不但具有暂时或永久存储、读取、处理数据的能力，而且还具备其他逻辑处理能力，还具有一定的对外界环境响应、识别和判断处理能力。IC卡在人们工作生活中无处不在，广泛应用于金融、商贸、保健、安全、通信及管理等多种方面，例如：移动电话卡，付费电视卡，公交卡，地铁卡，电子钱包，识别卡，健康卡，门禁控制卡以及购物卡等等。IC卡几乎可以替代所有类型的支付工具。随着IC技术的成熟，IC卡的芯片已由最初的存储卡发展到逻辑加密卡装有微控制器的各种智能卡。它们的存储量也愈来愈大，运算功能越来越强，保密性也愈来愈高。在一张卡上赋予身份识别，资料(如电话号码、主要数据、密码等)存储，现金支付等功能已非难事，“手持一卡走遍天下”将会成为现实。

2.微电子技术发展的新领域

微电子技术是电子科学与技术的二级学科。电子信息科学与技术是当代最活跃，渗透力最强的高新技术。由于集成电路对各个产业的强烈渗透，使得微电子出现了一些新领域。

2.1微机电系统

MEMS(Micro-Electro-Mechanicalsystems)微机电系统主要由微传感器、微执行器、信号处理电路和控制电路、通信接口和电源等部件组成，主要包括微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分，它融合多种微细加工技术，并将微电子技术和精密机械加工技术、微电子与机械融为一体的系统。是在现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。当前，常用的制作MEMS器件的技术主要由三种：一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机械制造小机械，再利用小机械制造微机械的方法，可以用于加工一些在特殊场合应用的微机械装置，如微型机器人，微型手术台等。第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基MEMS器件，它与传统IC工艺兼容，可以实现微机械和微电子的系统集成，而且适合于批量生产，已成为目前MEMS的主流技术，第三种是以德国为代表的LIGA(即光刻，电铸如塑造)技术，它是利用X射线光刻技术，通过电铸成型和塑造形成深层微结构的方法，人们已利用该技术开发和制造出了微齿轮、微马达、微加速度计、微射流计等。MEMS的应用领域十分广泛，在信息技术，航空航天，科学仪器和医疗方面将起到分别采用机械和电子技术所不能实现的作用。

2.2生物芯片

生物芯片(Biochip)将微电子技术与生物科学相结合的产物，它以生物科学基础，利用生物体、生物组织或细胞功能，在固体芯片表面构建微分析单元，以实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞及其他生物组分的正确、快速的检测。目前已有DNA基因检测芯片问世。如Santford和Affymetrize公司制作的DNA芯片包含有600余种DNA基本片段。其制作方法是在玻璃片上刻蚀出非常小的沟槽，然后在沟槽中覆盖一层DNA纤维，不同的DNA纤维图案分别表示不同的DNA基本片段。采用施加电场等措施可使一些特殊物质反映出某些基因的特性从而达到检测基因的目的。以DNA芯片为代表的生物工程芯片将微电子与生物技术紧密结合，采用微电子加工技术，在指甲大小的硅片上制作包含多达20万种DNA基本片段的芯片。DNA芯片可在极短的时间内检测或发现遗传基因的变化，对遗传学研究、疾病诊断、疾病治疗和预防、转基因工程等具有极其重要的作用。生物工程芯片是21世纪微电子领域的一个热点并且具有广阔的应用前景。

2.3纳米电子技术

在半导体领域中，利用超晶格量子阱材料的特性研制出了新一代电子器件，如：高电子迁移晶体管(HEMT)，异质结双极晶体管(HBT)，低阈值电流量子激光器等。在半导体超薄层中，主要的量子效应有尺寸效应、隧道效应和干涉效应。这三种效应，已在研制新器件时得到不同程度的应用。(1)在FET中，采用异质结构，利用电子的量子限定效应，可使施主杂质与电子空间分离，从而消除了杂质散射，获得高电子迁移率，这种晶体管，在低场下有高跨度，工作频率，进入毫米波，有极好的噪声特性。(2)利用谐振隧道效应制成谐振隧道二极管和晶体管。用于逻辑集成电路，不仅可以减小所需晶体管数目，还有利于实现低功耗和高速化。(3)制成新型光探测器。在量子阱内，电子可形成多个能级，利用能级间跃迁，可制成红外线探测器。利用量子线、量子点结构作激光器的有源区，比量子阱激光器更加优越。在量子遂道中，当电子通过隧道结时，隧道势垒两侧的电位差发生变化，如果势垒的静电能量的变化比热能还大，那么就能对下一个电子隧道结起阻碍作用。基于这一原理，可制作放大器件，振荡器件或存储器件。量子微结构大体分为微细加工和晶体生长两大类。

3.微电子技术的主要研究方向

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电子产品在社会生活各个领域的广泛运用，技术精良，功能齐全，造型优美，使用方便等要求，使其产品结构正朝着微型化、小型化方向发展。现代电子组装技术的发展、大规模集成电路、功能集成件及系统功能集成件不断涌现，为实现上述要求提供了技术保证。而作为电子产品基础的各种电子元件则由大、重、厚，向短、小、轻、薄方向发展。如在电子产品结构材料上可以使用一些塑料的电子材料、钛合金、镁合金或是一些工程塑料合金来实现电子产品的轻薄化。而在连接设计上可用无引线的片式元件（SMC）和片状器件（SMD）实现短小化。贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1／10左右。一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%～60%，重量减轻60%～80%。如目前的手机和掌上电脑的结构和组装。其结构材料一般采用工程塑料，结构形式也各不相同，但基本都是采用螺钉、内外卡连接固定，用表面贴装技术装配而成的微型化产品。

2绿色化

绿色化是电子技术未来发展的必然趋势。2006年7月1日欧盟《关于在电子电器设备中限制使用某些有害物质指令（RoHS）》正式生效。RoHS要求电子电器产品中所用的元器件原材料（单一均质材料）中的六种有害物质含量不能超过限额值。目前限制使用的物质有铅（Pb）、镉(Cd)、汞(Hg)、六价铬(Cr+6)、多嗅联苯(PBB)、多嗅二苯醚(PBDE)，其限量标准分别是：1000mg/kg、100mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg。我国也与2006年2月28日正式了《电子信息产品污染控制管理办法》。这一系列与此对应的办法的实施，有助于保护人类健康和报废电子电气设备合乎环境要求的回收恶化处理，同时也是一个技术壁垒，提高产品进入市场的准入门槛，使科技和环保实现可持续发展。人与自然界的和谐统一。

3集成化

它主要包括三个方面：现代技术的集成、加工技术的集成和企业管理的集成。其中，实现电子系统集成化的关键是微组装技术（MicroelectronicsPackagingTechnology，简称为MPT）和表面组装技术（SurfaceMountingTechnology，简称为SMT）。MPT利用三维微型组件、大规模集成电路（VLSIC）、超大规模集成电路（ULSIC）和超高速集成电路（UHSIC）等元器件，采用自动表面安装、多层混合组装和裸芯片组装方法来实现电子产品的集成化。SMT则是用自动组装设备将片式化、微型化的无引线或短引线表面组装元件、器件直接贴、焊到印制线路板表面或其他基板的表面位置上来实现电子产品的集成化。

4高精度，多功能和智能化

现代电子技术往往要求高精度，多功能和智能化，有的还引入了计算机系统，因而其控制系统较为复杂。精密机械广泛地应用于电子设备是现代电子设备的一大特点。高精度往往要求超净、超纯和超精。例如在微电子制造中，不仅对加工车间里的尘埃颗粒直径，颗粒数，芯片材料中的有害杂质含量有严格限制，甚至要求加工精度达到纳米级。

智能化装备的基础是计算机智能技术，目前计算机技术已经被广泛应用于电子电路的设计和仿真，集成电路的版图设计、印刷电路板（PCB）的设计和可编程器件的编程等各项工作中。自控技术、计算技术和精密机械的紧密结合使电子产品具有更全面的功能，比如具有更高级的人类思维能力，只有想不到没有做不到。它们之间的紧密结合使电子设备的精度和自动化程度达到了相当高的水平。

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【关键词】脉冲编码调制；均匀量化；非均匀量化；线性；非线性；MATLAB

0.引言

20世纪70年代后期，超大规模集成电路的脉冲编码调制（PCM）编、解码器的出现，使PCM在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中得到越来越广泛的应用。因此，PCM已经成为数字通信中一门十分重要的技术。PCM也是通信工程专业学生必修的部分。学生可以通过该系统的实验，加深线性编码和非线性编码等概念的理解，进一步掌握有关数字通信系统性能的分析方法和基本研究方法。

1.Matlab简介

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分，它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

2.脉冲编码调制（PCM）基本原理

脉冲编码调制（PCM）概念是1937年由法国工程师Alec Reeres最早提出来的。1946年美国Bell实验室实现了第一台PCM数字电话终端机。1962年后，晶体管PCM终端机大量应用于市话网中局间中继线，使市话电缆传输电话路数扩大24-30倍。70年代后期，超大规模集成电路的PCM编、解码器的出现，使PCM在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中获得了更广泛的应用。因此，PCM已经成为数字通信中一个十分基本的问题。

脉冲编码调制简称脉码调制，它是一种将模拟语音信号变化成数字信号的编码方式。脉码调制的过程如图2所示。

PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。抽样是把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号；量化是把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散时间离散幅度的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。国际标准化的PCM码组（电话语音）是八位码组代表一个抽样值。从通信中的调制概念来看，可以认为PCM编码过程是模拟信号调制一个二进制脉冲序列，载波是脉冲序列，调制改变脉冲序列的有无或“1”、“0”，所以PCM成为脉冲编码调制。

图1.1 PCM原理图

编码后的PCM码组，经数字信道传输，可以是直接的基带传输或者是微波、光波载频调制后的通带传输。在接收端，二进制码组反变换成重建的模拟信号■(t)。在解调过程中，一般采用抽样保持电路，所以低通滤波器均采用■型频率响应以补偿抽样保持电路引入的频率失真■。

预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在300-3400Hz标准的长途模拟电话的频带内。由于原始语音频带是40-10000Hz左右，所以预滤波会引入一定的频带失真。

整个PCM系统中，重建信号■(t)的失真主要来源于量化以及信道传输误码，通常，用信号与量化噪声的功率比，即信噪比S/N来表示。

3.线性PCM与对数PCM的性能比较

下面以正弦信号输入为例，来分析线性PCM编码与对数PCM编码的信噪比（SNR）特性。

3.1均匀量化

由通信原理可知，当输入为正弦信号a=Am*sin(0.1*pi*x)，且信号不过载时，若取量化间隔数为L，且L=2n，n为正整数。则有信噪比

SNR≈4.77+20logD+6.02n

单位为分贝（dB），其中D=Am/■V，V为最大量化电平。在不过载的范围内，信噪比随输入信号的增加呈线性增加。

3.2非均匀量化

3.2.1 A律压缩特性

假设输入的正弦信号a=sin(0.1*pi*x)的相位是随机的，且在(-π,π)范围内等概率分布。则有：

量化噪声功率

σ■■=■,0≤a≤1/A

σ■■=■{[2-(aA)2]sin-1(■)+■+■},1/A≤a≤1

其中C=1/(1+InA),A=87.6。

以及正弦波瞬时功率S=■

根据上面3个公式，可以编制出以下程序，求得输入样值数组x和信噪比数组SNR。并绘制出SNR特性曲线。

x=0:0.01:20;

a=sin(0.1*pi*x);

a2=max(a); %求幅值的最大值

b=length(a);

a1=abs(a); %求输入信号的绝对值

X=20*log10(a1/a2);

n=8;

SNR1=6.02*n+4.77+X; %均匀量化的信噪比

plot(X,SNR1)

axis([-80 0 0 70]);

ylabel('SNR(dB)');xlabel('20logD');

grid on

text('Position',[-30,15],'String','L=256');

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上海500亿元重金“砸”向集成电路产业

上海市副市长周波近期表示，上海市集成电路产业基金总规模为500亿元，分为三个基金，政府资金将扮演种子的角色，广泛吸引社会资金参与。具体来说，就是按“3+1+1”的格局设立三个行业基金。最大规模的是总额300亿元的集成电路制造基金，主要用来支持在沪兴建新一代超大规模集成电路生产线，并支持光刻机、刻蚀机等核心装备的国产化。另两个基金的规模稍小，都是100亿元，一个专注于投资集成电路材料产业，另一个用来并购海内外优秀的集成电路设计企业。

周波表示，上海市集成电路产业基金将以“市场主导、政府引导”为原则，根据不同产业特点，政府资金将发挥不同的作用。

根据上海市集成电路行业协会的统计，在上海的集成电路产业中，来自张江高科技园区的企业占据了半壁江山，张江高科技园区也是我国集成电路产业最集中、综合技术水平最高、产业链相对最为完整的产业园区。截至2015年底，协会中来自张江的企业已达170家。上海市集成电路行业协会有关负责人接受《中国经济周刊》记者采访时表示，上海集成电路产业基金的设立对张江高科技园区的制造、设计、装备这三类企业必将是利好。

此外，早在2015年6月，张江高科（600895.SH）公告称，其全资子公司2亿元认缴武岳峰集成电路基金6.67%，成为其有限合伙人。据了解，武岳峰集成电路基金是在上海自贸区内设立的人民币、美元双币股权投资基金，基金设立以后，将锁定全球范围内的集成电路产业的优质资源，寻找在美国、欧洲、以色列、日本等国的产业并购目标，同步配合与中国国内集成电路企业的整合;该基金主要以并购方式投资国内外处于高速成长中后期的企业，或者在境外资本市场上被低估的成熟期企业，通过各种方式整合，并选择合适的资本退出渠道完成退出。

越来越多的跨国公司将总部放在了张江

在各种政策利好影响下，越来越多的跨国公司将总部选择在了张江区域内。中国内地规模最大、技术最先进的集成电路代工企业――中芯国际集成电路制造有限公司（下称“中芯国际”），于2015年12月出资成立中芯国际控股有限公司（下称“中芯控股”）。中芯控股已获上海市政府认定为跨国公司地区总部，将承担中芯国际大陆地区总部管理职能。

《中国经济周刊》记者从张江高科获悉，该公司全资子公司上海张江集成电路产业区开发有限公司，已与中芯控股签订《收购框架协议》，将“张东商务中心”物业1号楼出售给中芯控股，该楼将作为中芯国际的总部办公大楼。资料显示，中芯控股法定代表人为中芯国际首席执行官兼执行董事邱慈云，注册资本5000万美元，是外国法人独资的有限责任公司。

公开信息显示，中芯国际在浦东建有一座300mm晶圆厂和一座200mm超大规模晶圆厂;在北京建有一座300mm超大规模晶圆厂，一座控股的300mm先进制程晶圆厂正在开发中;在天津和深圳各建有一座200mm晶圆厂。中芯国际还在美国、欧洲、日本和中国台湾设立行销办事处，同时在中国香港设立了代表处。中芯国际透露，根据目前计划，上海总部将统筹国内各公司运营。

中芯国际首席财务官兼战略规划执行副总裁高永岗表示：“成立地区总部，是中芯国际战略发展的需要。中芯国际起步于上海，选择上海作为地区总部有历史积淀、地缘优势、产业布局等方面的综合考虑。中芯控股将充分发挥总部功能，高效整合企业内外资源，发挥产业集聚应，推动企业以及中国集成电路产业的发展。”

我国地方性集成电路产业“大基金”总额已达1400亿元

我国的集成电路产业和世界先进水平仍有较大差距，目前每年进口芯片超过2000亿美元。为提高集成电路产业的技术水平，把握产业自，过去两年，国家对集成电路产业给予了前所未有的重视。2014年6月，国务院颁布了《国家集成电路产业发展推进纲要》，成立国家产业投资基金。这一重大举措为中国集成电路产业的发展营造了不可多得的良好发展环境。

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关链词：计算机发展趋势；云处理；计算机网络

1 计算机的发展历史是由以下几个阶段构成的

1.1 第一代计算机

世界上第一台计算机是美国宾夕法尼亚大学于1946年研制成功的ENIAC（电子数字积分计算机）。第一代计算机的主要特点是：硬件方面，采用电子管为基本逻辑电路元件，主存储器采用延线或磁鼓（后期采用了磁芯），外存储器采用磁带存储器，计算机体积庞大、功耗大、可靠性差、价格昂贵；软件方面，最初只能使用机器语言，编写程序、修改程序都很不方便，50年代中期以后才出现了汇编语言，但仍未从根本上解决编制程序的困难，因而计算机应用很不普遍。但是，第一代计算机所采用的基本技术（采用二进制、存储程序控制的方法）却为现代计算机技术的发展奠定了坚实的理论基础。

1.2 第二代计算机

也称为晶体管计算机时代，其主要特点是：硬件方面，采用晶体管为基本逻辑电路元件，主存储器全部采用磁芯存储器，外存储器采用磁鼓和磁带，计算机的系统结构也从第一代的以运算器为中心改为以存储器为中心，从而使得计算机的速度提高、体积减小、功耗减低、可靠性增强（1）；软件方面，创立了一系列高级程序设计语言，并且提出了多道程序设计、并行处理和可变的微程序设计思想。从此，计算机的应用也从单一的计算发展到了数据、事务管理和过程控制。

1.3 第三代计算机

称为集成电路计算机时代，其主要特点是：硬件方面，计算机主要逻辑部件采用中、小规模集成电路，主存储器从磁芯存储器逐步过渡到了半导体存储器，使得计算机的体积进一步减小，运算速度、运算精度、存储容量以及可靠性等主要性能指标大为改善；软件方面，对计算机程序设计语言进行了标准化工作，并提出了计算机结构化程序设计思想。此外，在产品的系列化、计算机系统之间的通迅方面都得到了较大发展，计算机的应用领域和普及程度有了迅速的发展。

1.4 第四代计算机

计算机进入了超大规模集成电路计算机时代。其主要的特点是：硬件方面，计算机逻辑部件由大规模和超大规模集成电路组成（2），主存储器采用半导体存储器，提供虚拟能力，计算机设备多样化、系列化；软件方面，实现了软件固化技术，出现了面向对象的计算机程序设计编程思想，并广泛采用了数据库技术、计算机网络技术。

1.5 计算机的发展趋势

随着大规模、超大规模集成电路的广泛应用，计算机在存储的容量、运算速度和可靠性等各方面都得到了很大的提高。在科学技术日新月异的今天，各种新的器件不断出现，人们正试图用光电子元件、超导电子元件、生物电子元件等来代替传统的电子元件，制造出在某种程度上具有模仿人的学习、记忆、联想和推理等功能的新一代的计算机系统（3）。计算机系统正朝着微型化、便携化、云处理和智能化等方向更深入发展。

2 计算机互联网的兴起

最早的Internet，是由美国国防部高级研究计划局建立的。现代计算机网络的许多概念和方法，如分组交换技术都来自ARPAnet。 ARPAnet不仅进行了租用线互联的分组交换技术研究，而且做了无线、卫星网的分组交换技术研究-其结果导致了TCP/IP问世。

1977-1979年，ARPAnet推出了目前形式的TCP/IP体系结构和协议。1980年前后，ARPAnet上的所有计算机开始了TCP/IP协议的转换工作，并以ARPAnet为主干网建立了初期的Internet。1983年，ARPAnet的全部计算机完成了向TCP/IP的转换，并在 UNIX（BSD4.1）上实现了TCP/IP。ARPAnet在技术上最大的贡献就是TCP/IP协议的开发和应用。2个著名的科学教育网CSNET和BITNET先后建立。1984年，美国国家科学基金会NSF规划建立了13个国家超级计算中心及国家教育科技网。随后替代ARPANET的骨干地位。 1988年Internet开始对外开放。1991年6月，在连通Internet的计算机中，商业用户首次超过了学术界用户，这是Internet发展史上的一个里程碑，从此Internet成长速度一发不可收拾。

3 云计算的兴起

由于计算机硬件技术的发展和计算机网络的日趋成熟，云计算的基本条件已经成熟，云计算的核心思想就是将大量网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心，用户不用再担心数据丢失和病毒入侵。此外，云计算可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享。基于云计算为存储和管理数据提供了几乎无限多的空间，也为我们完成各类应用提供了几乎无限强大的计算能力。我们可以用它来做的事情就是无限多的。通过云计算服务提供商提供的云存储技术，就可以在任何有互联网的地方使用比移动硬盘更加快捷方便的服务。地图导航在没有GPS的时代，每到一个地方，我们都需要一个新的当地地图而现在，我们只需要一部手机，就可以拥有一张全世界的地图。甚至还能够得到地图上得不到的信息，例如交通路况，天气状况等等。正是基于云计算技术的GPS带给了我们这一切。

云计算将为学校与科研单位提供实效化的研发平台。云计算应用已经在一些单位和高校中得到了初步应用，并取得了很好的应用效果。在未来，云计算将在我国学校与科研领域得到广泛的应用普及，各大高校将根据自身研究领域与技术需求建立云计算平台，并对原来各下属研究所的服务器与存储资源加以有机整合，提供高效可复用的云计算平台，为科研与教学工作提供强大的计算机资源，进而大大提高研发工作效率（4）。“云计算”对我国是降低计算成本的大好机遇，可以让每一个中国人享受到信息革命的成果，使信息与知识能够低成本高效率分享。当企业成功演进到“云”，最直观的效果就是降低了运营成本。通过云计算，可以把分散的、低效的、低水平的数据中心逐步淘汰，让子公司的IT变得不再重要，因而大大降低运维成本和使用成本。

由于以上原因，计算机在将来必将出现能满足人们需求的智能性，可以使人们摆脱重复的工作和单调的操作，使人们的生活更加的便捷，比如未来的的人将不再需要现在的身份证，银行卡等，只需要带上一个便携式的移动终端就可以，这个终端可以是手机，也可以是一块电子手表等，通过它们我们将可以支付账单、购买车票等等，现在的实体纸张类型的票具和现金将会被计算机电子化，这样我们出门旅行只需要上移动终端就可以走遍天下。

参考文献

[1] 杨民东，谈高师院校的多媒体辅助教学，中国高教研究，2002.1

[2]Gartner.Gartner Introduces the Infrastructure MaturityModel [R].Publication Date：2004-11-19，ID Number： 600123095