緒論：寫作既是個人情感的抒發，也是對學術真理的探索，歡迎閱讀由發表云整理的11篇集成電路儲存環境范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發。

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1 電流模技術的概念

電流模電路也叫做電流型電路，它將電流當作主要參量來對模擬信號進行處理。從嚴格意義上來看，輸入信號與輸出信號都屬于電流。整個電路只含有晶體管結電壓，并沒有別的電壓參量，所以它被稱作電流模電路。電流模電路具有以下幾種特點：頻帶比較寬，速度比較快，動態范圍相對較大，容易實現對電流的春出以及運輸。利用這個方法對模擬信號進行處理，或者進行集成電路的設計，是近幾年比較常見的方法。在進行高速寬帶線性模擬集成電路以及非線性模擬集成電路的制作時，其最重要的基礎就是電流模方法以及相關原理。所以，可以說電流模電路的廣泛使用是一個重要的里程碑。

在傳統的對模擬集成電路的探究中，學界常常將電壓當作輸入參量以及輸出參量，因此在對模擬信號進行處理的時候，常常將電流信號轉化為電壓信號。電路以及系統都是利用電壓來進行標記的。

相較于電壓模電路，電流模處理電路的方法在阻抗方面存在著明顯的不同。比如，在現實應用中的各種類型的電路里，內阻比較小的信號源通常會被當作電壓源；內阻相對比較大的信號源常常被看作電流源。理想環境下，電壓放大電路應該有著趨向于無限大的輸入抗阻，而且它的輸出抗阻應該是0；同樣在理想環境下，電流放大電路的輸入抗阻應該是0，而輸出抗阻則趨向于無限大。在非常低的阻抗節點之上，各個電量間的電流量存在相加減的關系。

事實上，對于電流模電路，人們還是比較熟悉的，在實際應用中有非常多的電流模電路，比如，集成運放中進行分析的電流鏡電路，甲乙類輸出電路等等。

2 電流模電路的特點

2.1 非線性失真小

電流模電路主要的傳輸對象為電流。通常情況下，晶體管器件本身的指數伏安特性并不會對電流傳輸的線性度產生影響。因此，相較于電壓模電路，電流模電路的非線性失真出現的概率要小很多，它能夠對模擬信號進行更為精細的處理。

2.2 方便電流的存儲以及轉移

動態電流模電路對電流的儲存功能以及轉移功能具有其他電路不具備的優勢。需要強調的是，電流模電路的這個特性并未在模擬集成電路以及相關應用中得到發揮。其限制性因素為支撐電路的不足。支撐電路影響了該系統的高速寬帶，限制了其精度。

3 電流模單元電路的應用

所有的模擬功能的線性電流模集成電路以及非線性電流模集成電路的基本組成都是電流模單元。其常見的應用情況如下。

3.1 跨導線性電路（Trans Liner Circuits）

如圖1所示，TL回路構成能夠改變并增加電流放大單元電路。圖1顯示的T1與T4均為順時針方向的發射結。而T2和T3則均為逆時針方向。所以，T1-T4的發射結共同后成了TL回路。其信號則由T3與T4的集電極以及基極進行輸入，通過放大之后再由T1和T2進行輸出。

該圖是由基本電流放大單元級聯構成的電流放大電路，它主要包括四級。其中第一級的T1，T2，T3，T4都是TL回路的主要組成部分，T3和T4是輸入管，他們的偏置電流是（IO-IE），T1和T2則是差動管，它的偏執電流則是IE。所以這個單機電流的增益如下：

通常情況下，T1，T2，T3，T4的典型值是100，各個組的增益取值應該為β/10、

這個電路具備以下特點：通過對電流源本身的偏壓進行改變能夠對靜態電流產生影響。所以利用這個方法能夠提高增益調節的方便性，幫助增益控制提高自動化水平，盡可能大的降低功耗。

3.2 電流鏡（Current Mirrors）

電流鏡，也常常被稱作CM電路。這種電路既能被當作電路的直流偏置以及有源負載，還能將電流量依據一定的比例進行傳輸。它在很多的電流模電路中都有比較廣泛的運用。

常見的電流鏡主要包括的結構有：基本鏡像電流源，精密鏡像電流源，高輸出阻抗串接鏡像電流源，閉環負反饋鏡像電流源（威爾遜電流源），比例電流源，微電流源以及跨導線性甲乙類電流放大單元等。

3.3 電流傳輸器（Current Conveyors）

電流傳輸器也被叫做CC電路，它是一種三端器件。其本身是一種常見的電流模電路，組成部分為：電流鏡和電流鏡，電流鏡和TL回路或電流鏡和運放。電流運輸器是構建寬帶，運轉速度高，精度比較高的模擬功能電路的基本電路之一。喜愛你在常見的電流傳輸器主要包括第一代電流傳輸器以及第二代電流傳輸器。

3.4 開關電流電路（Switched Current Circuits）

開關電流電路主要運用MOS器件柵極電容本身的存儲能力來存儲電流，轉移電流。電管電流電路的別名又叫做動態電流鏡，它主要被用于開關電流濾波器，開關電流以及電流轉換器等方面。

4 小結

電流模電路的應用最早開始于上世紀八十年代末，近幾年發展勢頭正旺，已經變為一類重要的電路了。其應用形式正在逐漸豐富。而在學術界，對電流模電路及其應用的研究正在變得越來越為人們所重視。本文對各種電流模電路和電流模電路的相關原理進行了分析，闡述了新的電子電路分析方法。這個方法主要運用跨導線性電路，電流鏡，電流傳輸器等等對常用的電子電路進行了分析。本文主要包括三大部分，它們是：電流模技術的概念，電流模電路的特點，電流模單元電路的應用。其中電流模單元電路的應用主要包括以下幾大部分：跨導線性電路；電流鏡；電流傳輸器；開關電流電路等。目前國內對電流模電路的應用還存在著不充分的問題，這需要學界對其相關領域不斷深入研究，提供良好的技術支撐。

參考文獻

[1]C.Toumazou，F.J.Lidgoy&D.G.Haigh ，姚玉潔等譯.模擬集成電路設計―電流模法[M].北京：高等育出版社，2006.

[2]張鵬，趙惟莽，高清運，電流模電路的通用單元電路[J].半導體雜志，2000（12）：20.

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如今，全球各地對集成電路的需求支撐起了每年2500億美元產值的產業，它已經成為因特網、PC、手機乃至整個世界的靈魂和源動力。因此，我們必須感謝Jack Kilby和Robert Noyce和其他很多不知名的科學研究員在發明、改善集成電路所做出的杰出貢獻，以及那些將他們的發明成果轉化為商用的公司，比如德州儀器、英特爾、貝爾實驗室等等。

初創與追逐

20世紀50年代，電子產業剛剛開始使用晶體管、二極管、電阻器等其他配件來代替真空管，但當時電子制造商通常采用的方法是：工程師們需要手工組裝和連接各種晶體管和電阻器以及其他零件，由于人工的靈活性有限，使得組件看起來體積很大。另一方面，由于晶體管數量會隨應用的復雜度而大幅增加，這限制了電路在機器上的數量，并且效率低下，花費昂貴。

在1958年加入德州儀器之前，沒有人知道Jack Kilby所隱藏的巨大潛力，和那些明星工程師比起來，他是如此默默無聞：麻省理工大學的落榜生，后來在美國伊利諾斯大學拿到了一個二流的學位，但因入伍參加二戰而中斷學業。1947年，在密爾沃基的Centralab公司開始了他的工程師生涯，而這也是當時唯一一個愿意接納他的公司。1958年，Jack Kilby加入德州儀器，是為了微型模塊計劃。在德州儀器公司工作后不久，Jack Kilby就意識到，由于公司制造晶體管、電阻器和電容器，對其產品進行重新組裝可能會提供出更有效的微型模塊產品。在那年夏季，當其他同事和領導正在休假的時候，Jack Kilby獨自留了下來，對IF放大器的試驗效果進行思考。

“半導體車間唯一可以以高成本效益方式制造的產品就是半導體。經過進一步思考，我得出這樣的結論，真正需要的實際上就是半導體：電阻器和電容器，具體說來，可以用與有源設備相同的材料來制造。我還認識到，由于所有的部件都可以用一種材料制造，那么可以先在一塊材料上將它們做出來，然后將它們進行互連而形成一條完整的電路。”Jack Kilby回憶當時的經過時說。Jack Kilby發明的第一枚集成電路，是將晶體管、數個電阻、以及一個電容整合在一個約0.5英寸長的鍺基板上，創建了一種更適合機器的理念，從而為機器同時可以兼容三個優點：精密、輕薄和價格低廉。

這個看似不起眼的小小發明卻掀起了半導體產業的全新變革。1958年，美國德州儀器公司展示了全球第一塊集成電路板，這標志著世界從此進入到了集成電路的時代。

從iPod到互聯網，建立在Kilby發明之上的成就比比皆是，但同樣振奮人心的是Kilby看待自己發明時的謙遜態度。他曾經引用1964年諾貝爾物理學獎獲得者Charles Townes的一句名言：當我聽到諸如此類事情的時候，我想起了站在胡佛水壩邊上，海貍對水兔所說的話：“不，這不是我獨自建造的，這不過是建立在我的一個想法之上。”他似乎始終將這樣的觀念銘記于心――當你創造了一項發明的時候，后來者的不斷完善，有時候比你自己的貢獻更為重要。

的確，當時的Kilby并非集成電路上孤獨探索的前行者。1958年，就在Jack Kilby發明了集成電路的基本模式的6個月后，當時的美國仙童公司聯合創始人、后來的英特爾的開山鼻祖Robert Noyce(羅伯特?諾伊斯)提出了一種“半導體設備與鉛結構”模型，在前者的基礎上進行了改善，第一次真正將芯片上的所有部件集成到一片單獨的硅上面。Robert Noyce的方案最終成為集成電路大規模生產中的實用技術。今天，人們對Kilby和Noyce各自的榮譽進行了評價：Kilby創建了基本的模式，開了先河，對集成電路進行了初次加工；而Noyce的發明則在Kilby的設計上進行了改善，并且，無可爭議的，第一次真正將芯片上的所有部件集成到一片單獨的硅上面。Kilby和Robert Noyce都被授予“美國國家科學獎章”。他們被公認為集成電路的共同發明者。

英特爾公司的聯合創始人之一Gordon Moore(戈登?摩爾)也在集成電路的早期發展進程中扮演著重要的角色。除此之外，還有很多卓越的科學家同樣對現代芯片產業做出了杰出貢獻，包括來自貝爾實驗室的晶體管發明者William Shockley(威廉?肖克利)、John Bardeen(約翰?巴丁)、 Walter Brattain(沃特?布拉頓)，他們因此而獲得了1956年的諾貝爾物理學獎，以及后來的索尼公司的研究員Leo Esaki(江崎玲于奈)，他1973年因為發現半導體的穿隧效應而獲得諾貝爾物理學獎。

展望與遠景

芯片產業之父Carver Mead(卡福?米德)曾經在一本關于芯片設計的教科書中如此評價：“集成電路創建了一個新的時代。過去我們處在工業時代，現在我們處在信息時代。集成電路發明做到了這點，他們的發明使得我們從工業時代跨越到信息時代。”

不過，這些都是老生常談了。現代計算機基本上在芯片的基礎上構建起來的，這是否意味著芯片技術探索之路已經走到了盡頭?我們每一代人似乎都在擔心最好的東西已經被前輩發明了，但Mea d以及其他很多觀察者都堅信，雖然不能達到半導體行業早期那種瘋狂增長的速度，集成電路的使用仍將大幅攀升。根據SIA數據，半導體芯片的銷售額已從1976年的34億美元增長到去年的2560億美元。Gartner預測，今年芯片的銷售額將達到2850億美元，到2012年將有望增長到3530億美元。

展望未來50年，對速度的追求，低能耗的要求和對環境污染的擔憂都意味著小小的芯片必須繼續做出新的改變。事實上，從單核到雙核，再到四核、六核，芯片廠商們的多核競賽如火如荼，他們的興趣也從提高時鐘速度轉移到增加單一芯片上面的核心元件數量，而摩爾定律在多核時代也獲得了新生。

芯片產業的巨頭們在推動芯片產業新創造方面依然不余遺力：2008年9月17日，就在集成電路問世50周年當天，德州儀器宣布成立Kilby實驗室(Kilby Labs)，以致力研發突破性半導體技術的創新知識。Kilby Labs座落于的達拉斯北分區，設立這個實驗室的構想來自早期的德儀實驗室。也就是當年Kilby設計出首顆芯片，并從此開啟通往3G手機、便攜式超聲波設備等科技的起源地。

“我們對Kilby Labs的愿景，”德州儀器高級副總裁Gregg Lowe強調，“是將德州儀器在芯片新技術研發方面的經驗，以及對消費者的理解，與新一代創造者的夢想結合起來。”“這項發明起始于1958年，但并沒有就此終止。一切才剛剛開始。”德州儀器全球戰略市場副總裁Mark Denissen說，“通過對諸如能源節約領域的突破性改善，我們希望在Kilby Labs的努力下，幫助所有的新用戶享受到Jack多年前的發明的基礎技術所帶來的成果。”

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一、引言

航空航天、軍工、電子、通訊行業等領域對集成電路的工作穩定性要求相當高，生產企業在將集成電路、分列器件投放生產時，必須進行高、低溫老化、測試、篩選及可靠性試驗，以確保集成電路的可靠性。集成電路生產廠家常常要根據不同要求環境的集成電路進行不同測試。主要針對集成的高低溫老化測試而進行設計。所謂老化測試，就是保證被測試的芯片的可靠性，即在一定的時間內進行持續性周期性的測試，使有問題的芯片在這段時間內就失效。

基于以上的因素考慮，既要準確采集集成器件老化程度的溫度數據，又要實現數據的保存并且有效地降低測試成本。可借助單片機作為下位機實現現場溫度采集，利用LabVIEW作為測控系統，實現對溫度的檢測與控制，這樣的上下位配合，實用性高，靈活度高，成本低且穩定可靠。

二、總體設計方案

為了實現溫度檢測系統提出的各項具體功能，將整個系統分解為上位機和下位機兩個部分：上位機為裝有LabVIEW2014軟件的PC機，利用LabVIEW開發環境設計上位機的監控界面，上位機部分完成對硬件的驅動、數據顯示、處理與存儲及人機交互操作界面的生成。通過USB轉RS232串行口與STC89C52單片機通信，讀取溫度傳感器DS18B20的溫度測量數據，從而實現對溫度參數的實時采集。

三、硬件接口電路設計

1.LabView平臺與單片機串口通信硬件接口電路設計

在本設計中，作為下位機的單片機負責數據的采集和通信，而上位機以PC機為操作平臺，接收數據和保存數據，二者之間的核心在于數據通信。單片機與PC機通信是通過單片機的串口和PC機的串口之間的硬件連接實現的。

由于單片機的TTL邏輯電平與RS-232的電氣特性完全不同，RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號功能都做了規定，在TXD和RXD數據線上：邏輯1為-3V～-15V的電壓，邏輯0為3V～15V的電壓。由此可見，RS-232C是用正負電壓表示邏輯狀態，與晶體管-晶體管邏輯集成電路（TTL）以高低電平表示邏輯狀態的規定正好相反。因此，在將PC機和單片機通信之前必須進行電平轉換，本設計采用MAX232電平轉換芯片實現單片機與串行口的電平轉換。

上位機操作以PC機上的LabView虛擬儀器系統作為操作平臺，實現對單片機的數據通信。因為現在大部分電腦都有USB接口，因此我們采用USB總線作為系統的通信方式。為了實現USB與單片機的串口連接，采用Prolific公司生產的PL2303接口轉換器，實現USB信號與RS232信號的轉換。

2.下位機硬件電路設計

下位機數據主要由單片機與DS18B20數字溫度傳感器測得，由單片機組成的小系統對溫度信號進行采集，然后通過USB轉RS-232串口將數據傳送給計算機，在計算機上運行的LabVIEW程序對輸入的數據進行分析處理，將結果由計算機顯示出來，并且保存測量數據。

四、系統軟件設計

1.串口異步通信的數據格式

在串行通信中，常用的兩種基本串行通信方式包括同步通信和異步通信。本設計中，主要采用的異步通信方式，在進行程序設計時為了實現正常的通信，必須對端口號進行選擇，設置合適的波特率、校驗位、數據位及停止位等參數。兩臺通信機的參數必須一致才能實現通信，否則無法實現數據傳輸。

2.上位機LabVIEW程序設計

上位機LabVIEW對單片機的串口通信主要是通過VISA實現的，本機安裝的是VISA5.3，VISA實質上是一個I/O接口軟件庫及其規范的總稱。

I/O接口軟件存在于儀器和儀器驅動程序之間，完成對儀器內部寄存器進行直接存儲數據操作，并且為儀器與儀器驅動程序提供信息傳遞的底層軟件。應用LabVIEW里的visa庫對串口通信進行設置。本設計串口的設置參數為（波特率9600bps 8 位數據，1位停止，1位起始，無校驗），下位機的串口設置與上位機一致。需要注意的是系統從串口讀來的數據被自動轉換為ASCII字符，要得到數據并顯示，還要編寫相應的子程序vi。

3.下位機程序設計

程序是整個系統的靈魂，硬件電路只有通過程序的驅動才能正常工作，因此程序對于系統來說非常重要。程序中出現一個小的錯誤可能使系統無法正常工作。系統軟件設計的主要任務是：串口初始化，接收上位機發過來的下位機啟動指令，控制單片機從溫度傳感器采集溫度數據，通過讀取溫度值程序將采集到的溫度值送入上位機系統中。系統初始化階段，令單片機的定時器T1工作于方式2，用于產生串行通信所需的波特率，然后單片機開始等待PC上位機的指令，當單片機得到啟動指令時，單片機開始采集溫度數據。單片機將采集到的溫度數據儲存在緩沖區中，然后單片機將采集到的數據分為四個字節，送入上位機進行分析。

五、系統調試

LabVIEW程序的調試與其他計算機語言的編寫調試類似，都需要找出語法錯誤，但LabVIEW的圖形化編程方式就相對簡單得多，大大提高編程的效率。如果一個VI程序存在語法錯誤，則在面板工具條上的運行按鈕將會變成一個折斷的箭頭，表示程序不能被執行，這時這個按鈕被稱作錯誤列表，點擊它，則LabVIEW彈出錯誤清單窗口，點擊其中任何一個列出的錯誤，選用FIND功能，則出錯的對象或端口會變成高亮。

在LabVIEW的工具條上有一個畫著燈泡的按鈕，這個按鈕叫做“高亮執行”按鈕。點擊這個按鈕或使該按鈕圖標變成高亮形式，再點擊運行按鈕，VI程序就以較慢的速度運行，沒有被執行的部分以灰色顯示，執行后的部分以高亮顯示，并顯示數據流線上的數據值，這樣，就可以根據數據的流動狀態跟蹤程序的執行。

六、結語

本設計是一個基于LabVIEW的溫度檢測系統，主要實現單片機與PC機的串口通信，能及時地將溫度數據傳給PC機，并將在上位機界面顯示溫度曲線，直觀地表現溫度變化。本設計的三個設計要點有：

1.串口通信的參數設置，以MAX232電平轉換芯片實現單片機與串行口的電平轉換，采用Prolific公司生產的PL2303接口轉換器，實現USB信號與RS232信號的轉換，與實現單片機與LabView的串口通信。

2.采用LabView軟件的圖形化界面設計出測量儀器，以實現上位機的數據傳輸和處理。

3.硬件方面采用單片機和DS18B20數字溫度傳感器進行現場溫度的處理與傳輸。

參考文獻：

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一、IC卡概述

IC卡是集成電路卡（Integrated Circuit Card）的簡稱，是鑲嵌集成電路芯片（該芯片可用于編程設計開發）的塑料卡片或者PVC卡片，其外形和尺寸都遵循國際標準（ISO）。芯片一般采用不易揮發性的存儲器（只讀存儲器ROM、隨機存儲存儲器EEPROM）、保護

非加密存儲器卡：即普通存儲器卡，通常簡稱為存儲卡。卡內的集成電路芯片主要是EEPROM，具有數據存儲功能，不具有數據處理功能和硬件加密功能。

邏輯加密存儲器卡：通常簡稱為加密卡。在非加密存儲器卡的基礎上增加了安全加密邏輯電路，該加密邏輯電路通過校驗密碼方式來保護卡內的數據對于外部訪問是否開放。

CPU卡：也稱智能卡，卡內的集成電路中帶有微處理器MPU、存儲單元（包括隨機存儲器RAM、程序存儲器ROM/FLASH、隨機存儲存儲器RAM）以及芯片操作系統COS。裝有COS的CPU卡相當于一臺微型計算機，不僅具有數據存儲功能，同時具有命令處理和數據安全保護等功能。

二、IC卡接觸方式

接觸式IC卡

接觸式IC卡首先它的安全性比磁卡高得多，它的數據經過加密后不可復制，安全密碼核對錯誤有自毀功能，而磁卡容易被復制，數據也不安全。所以接觸式IC卡在我們的生活發揮了不可替代的作用。主要有以下幾點優點：儲存容量大；重量輕、體積小，抗干擾能力強，便于攜帶、易于使用；安全性能高；網絡適應性強。

但是從中也暴露出其不可避免的弱點：

因惡劣的使用環境造成接觸式智能卡與卡機實踐性的磨損，導致誤讀、錯讀率提高；由于接觸不良導致傳輸數據出錯；在單位時間內使用接觸式智能卡頻率高的場所，由于插拔卡速度低，造成長時間等待。

2.2非接觸式IC卡

非接觸式智能卡又稱射頻卡，它將芯片和天線完全封裝在卡片內部，此種卡的的表面沒有觸點，通過電磁感應方式與讀寫器進行通信。與接觸式智能卡相比較，非接觸式卡具有以下優點：可靠性高；操作方便、快捷；加密性能好

2.3 雙界面CPU卡

“一卡多用”是IC卡應用所追求的目標，所以為發揮這2種卡各自的優勢，既支持接觸式通訊、又支持非接觸式通訊的雙界面IC卡――接觸式智能卡與非接觸式智能卡接口功能于一個芯片的組合智能卡便成為當前的熱點。

雙界面卡有以下三種：

1.接觸式智能卡系統與非接觸式智能卡系統僅僅是物理的組合到一張卡片中，兩個EEPROM，兩套系統互相獨立。

2.接觸式智能卡系統與非接觸式智能卡系統彼此操作獨立，但共享卡內部分存儲空間。

3.接觸式智能卡系統與非接觸式智能卡系統完全融合，接觸式與非接觸式運行狀態相同，共用一個CPU管理。

三種雙界面IC卡中，只有最后一種雙界面IC卡才是真正意義上的非接觸式雙界面CPU卡。

三、雙界面CPU卡的技術難點

在實踐中發現雙界面CPU卡的設計和制作過程中存在一些技術難點。這些關鍵技術包括：

1.電力來源

雙界面IC卡是射頻技術和接觸卡技術相結合的產物。非接觸應用時，由于卡的尺寸限制，使雙界面CPU卡的內部不帶電池，需要由讀寫設備通過無線方式供電，經過卡內的穩壓電路產生芯片工作所需的直流電壓；卡內的天線也需要特殊設計。接觸式應用時，要采用接觸式讀寫器端口提供的電源。

2.非接觸信號轉換

卡內天線接收到射頻信號后，通過集成到微處理器中的OTI可編程天線接口，對射頻信號解碼，轉換成可以被微處理器識別的信號。天線接口再將處理器返回的數據進行調制后，把射頻信號傳遞給讀寫設備。

3.抗沖突（自動分辨功能）

在非接觸式應用時，當多張卡同時進入操作區時，會出現誤讀現象。只能允許一張卡進入或者休眠其它，并逐一喚醒處理。當一張卡完成操作未離開操作區或另一張卡進入時，都不會對已進入操作區的其它卡有影響。

4.低功耗

卡內芯片采用低壓低耗CMOS工藝技術和休眠模式等多種技術以降低功耗。

5.封裝

由于雙界面卡中需要封裝天線、芯片和片外電容等部件，為確保卡片的大小、厚度、柔韌性和可靠性，需要采用獨特的封裝技術。

6.安全

雙界面卡以芯片的物理安全技術、卡片制造的安全技術和卡的通信安全技術這三個方面共同形成卡的安全體系，保證卡片從生產到使用的安全。

四、雙界面CPU卡的現狀

目前使用最多的就是非接觸式邏輯加密卡與雙界面CPU卡。

在現階段，國內IC卡應用領域并沒有廣泛使用雙界面CPU卡，這主要由于以下幾個原因：

1.卡片造價高

單就卡片本身的成本來說，每張雙界面CPU卡的成本在50元以上，少量訂購一般在80元左右。

2.壞卡率高

雙界面CPU卡的部分非常容易損壞，壞卡率遠高于非接觸式邏輯加密卡。高壞卡率增加了卡片使用者的經濟負擔。造成壞卡有多種原因，很難區分使用者、讀卡設備和卡片本身的責任，無形中增加了很多糾紛。3.供貨周期長

雙界面CPU卡的芯片全部在國外生產，封裝也大多數在國外，國內只有少數幾家公司能夠封裝，但技術不過關造價很高，現在已經基本不再自己封裝了（雖然對外還選稱能夠自己封裝）。國外生產的直接后果是供貨周期長，不能滿足用戶的緊急需要。

4.反應時間長

雙界面CPU卡對供電的要求高，算法復雜，反應時間長，在使用頻繁的場所，用戶會感覺不方便。

五、結論

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1EDA技術的基本概念

EDA是電子設計自動化(Electronic Design Automation)的縮寫，是從CAD(計算機輔助設計)、CAM(計算機輔助制造)、CAT(計算機輔助測試)和CAE(計算機輔助工程)的概念發展而來的。EDA技術是以計算機為工具，集數據庫、圖形學、圖論與拓撲邏輯、計算數學、優化理論等多學科最新理論于一體，是計算機信息技術、微電子技術、電路理論、信息分析與信號處理的結晶。

2EDA技術的發展過程

EDA技術的發展過程反映了近代電子產品設計技術的一段歷史進程，大致分為3個時期。

1)初級階段:早期階段即是CAD(Computer Assist Design)階段，大致在20世紀70年代，當時中小規模集成電路已經出現，傳統的手工制圖設計印刷電路板和集成電路的方法效率低、花費大、制造周期長。人們開始借助于計算機完成印制電路板一PCB設計，將產品設計過程中高重復性的繁雜勞動如布圖布線工作用二維平面圖形編輯與分析的CAD工具代替，主要功能是交互圖形編輯，設計規則檢查，解決晶體管級版圖設計、PCB布局布線、門級電路模擬和測試。

2)發展階段:20世紀80年代是EDA技術的發展和完善階段，即進入到CAE(Computer Assist Engineering Design)階段。由于集成電路規模的逐步擴大和電子系統的日趨復雜，人們進一步開發設計軟件，將各個CAD工具集成為系統，從而加強了電路功能設計和結構設計，該時期的EDA技術已經延伸到半導體芯片的設計，生產出可編程半導體芯片。

3)成熟階段:20世紀90年代以后微電子技術突飛猛進，一個芯片上可以集成幾百萬、幾千萬乃至上億個晶體管，這給EDA技術提出了更高的要求，也促進了EDA技術的大發展。各公司相繼開發出了大規模的EDA軟件系統，這時出現了以高級語言描述、系統級仿真和綜合技術為特征的EDA技術。

3EDA技術的特點

EDA技術代表了當今電子設計技術的最新發展方向，它的基本特征是采用高級語言描述，即硬件描述語言HDL(Hardware Description Language)，就是可以描述硬件電路的功能。信號連接關系及定時關系的語言。它比電原理圖更有效地表示硬件電路的特性，同時具有系統仿真和綜合能力，具體歸納為以下幾點:

1)現代化EDA技術大多采用“自頂向下(Top-Down)”的設計程序，從而確保設計方案整體的合理和優化，避免“自底向上(Bottom-up)”設計過程使局部優化，整體結構較差的缺陷。

2)HDL給設計帶來很多優點:①語言公開可利用;②語言描述范圍寬廣;③使設計與工藝無關;④可以系統編程和現場編程，使設計便于交流、保存、修改和重復使用，能夠實現在線升級。

3)自動化程度高，設計過程中隨時可以進行各級的仿真、糾錯和調試，使設計者能早期發現結構設計上的錯誤，避免設計工作的浪費，同時設計人員可以拋開一些具體細節問題，從而把主要精力集中在系統的開發上，保證設計的高效率、低成本，且產品開發周期短、循環快。

4)可以并行操作，現代EDA技術建立了并行工程框架結構的工作環境。從而保證和支持多人同時并行地進行電子系統的設計和開發。

4EDA技術的作用

EDA技術在電子工程設計中發揮著不可替代的作用，主要表現在以下幾個方面:

4.1驗證電路設計方案的正確性

設計方案確定之后，首先采用系統仿真或結構模擬的方法驗證設計方案的可行性，這只要確定系統各個環節的傳遞函數(數學模型)便可實現。這種系統仿真技術可推廣應用于非電專業的系統設計，或某種新理論、新構思的設計方案。仿真之后對構成系統的各電路結構進行模擬分析，以判斷電路結構設計的正確性及性能指標的可實現性。這種量化分析方法對于提高工程設計水平和產品質量，具有重要的指導意義。

4.2電路特性的優化設計

元器件的容差和工作環境溫度將對電路的穩定性產生影響。傳統的設計方法很難對這種影響進行全面的分析，也就很難實現整體的優化設計。EDA技術中的溫度分析和統計分析功能可以分析各種溫度條件下的電路特性，便于確定最佳元件參數、最佳電路結構以及適當的系統穩定裕度，真正做到優化設計。

4.3實現電路特性的模擬測試

電子電路設計過程中，大量的工作是數據測試和特性分析。但是受測試手段和儀器精度所限，測試問題很多。采用EDA技術后，可以方便地實現全功能測試。

5EDA技術的軟件

目前EDA技術的軟件很多，如EWB、PROTELL等。

1)EWB(Electronics Workbench)軟件。EWB是基于PC平臺的電子設計軟件，由加拿大Interactive Image Technologies Ltd.公司研制開發，該軟件具有以下特點:①集成化工具:一體化設計環境可將原理圖編輯、SPICE仿真和波形分析、仿真電路的在線修改、選用虛擬儀器、借助14種分析工具輸出結果等操作在一個集成系統中完成。②仿真器:交互式32位SPICE強化支持自然方式的模擬、數字和數/模混合元件。自動插入信號轉換界面，支持多級層次化元件的嵌套，對電路的大小和復雜沒有限制。只有提供原理圖網絡表和輸入信號，打開仿真開關就會在一定的時間內將仿真結果輸出。③原理圖輸入:鼠標點擊一拖動界面，點一點自動連線。分層的工作環境，手工調整元器件時自動重排線路，自動分配元器件的參考編號，對元器件尺寸大小沒有限制。④分析:虛擬測試設備能提供快捷、簡單的分析。主要包括直流工作點、瞬態、交流頻率掃描、付立葉、噪聲、失真度、參數掃描、零極點、傳遞函數、直流靈敏度、最差情況、蒙特卡洛法等14種分析工具，可以在線顯示圖形并具有很大的靈活性。⑤設計文件夾:同時儲存所有的設計電路信息，包括電路結構、SHCE參數、所有使用模型的設置和拷貝。全部存放在一個設計文件中，便于設計數據共享以及丟失或損壞的數據恢復。⑥接口:標準的SPICE網表，既可以輸入其他CAD生成的SHCE網絡連接表并行成原理圖供EWB使用，也可以將原理圖輸出到其他PCS工具中直接制作線路板。

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2EDA技術的發展過程

EDA技術的發展過程反映了近代電子產品設計技術的一段歷史進程,大致分為3個時期。

1)初級階段:早期階段即是CAD(ComputerAssistDesign)階段,大致在20世紀70年代,當時中小規模集成電路已經出現,傳統的手工制圖設計印刷電路板和集成電路的方法效率低、花費大、制造周期長。

人們開始借助于計算機完成印制電路板一PCB設計,將產品設計過程中高重復性的繁雜勞動如布圖布線工作用二維平面圖形編輯與分析的CAD工具代替,主要功能是交互圖形編輯,設計規則檢查,解決晶體管級版圖設計、PCB布局布線、門級電路模擬和測試。

2)發展階段:20世紀80年代是EDA技術的發展和完善階段,即進入到CAE(ComputerAssistEngineeringDesign)階段。由于集成電路規模的逐步擴大和電子系統的日趨復雜,人們進一步開發設計軟件,將各個CAD工具集成為系統,從而加強了電路功能設計和結構設計,該時期的EDA技術已經延伸到半導體芯片的設計,生產出可編程半導體芯片。

3)成熟階段:20世紀90年代以后微電子技術突飛猛進,一個芯片上可以集成幾百萬、幾千萬乃至上億個晶體管,這給EDA技術提出了更高的要求,也促進了EDA技術的大發展。各公司相繼開發出了大規模的EDA軟件系統,這時出現了以高級語言描述、系統級仿真和綜合技術為特征的EDA技術。

3EDA技術的特點

EDA技術代表了當今電子設計技術的最新發展方向,它的基本特征是采用高級語言描述,即硬件描述語言HDL(HardwareDescriptionLanguage),就是可以描述硬件電路的功能。信號連接關系及定時關系的語言。它比電原理圖更有效地表示硬件電路的特性,同時具有系統仿真和綜合能力,具體歸納為以下幾點:

1)現代化EDA技術大多采用“自頂向下(Top-Down)”的設計程序,從而確保設計方案整體的合理和優化,避免“自底向上(Bottom-up)”設計過程使局部優化,整體結構較差的缺陷。

2)HDL給設計帶來很多優點:①語言公開可利用;②語言描述范圍寬廣;③使設計與工藝無關;④可以系統編程和現場編程,使設計便于交流、保存、修改和重復使用,能夠實現在線升級。

3)自動化程度高,設計過程中隨時可以進行各級的仿真、糾錯和調試,使設計者能早期發現結構設計上的錯誤,避免設計工作的浪費,同時設計人員可以拋開一些具體細節問題,從而把主要精力集中在系統的開發上,保證設計的高效率、低成本,且產品開發周期短、循環快。

4)可以并行操作,現代EDA技術建立了并行工程框架結構的工作環境。從而保證和支持多人同時并行地進行電子系統的設計和開發。

4EDA技術的作用

EDA技術在電子工程設計中發揮著不可替代的作用,主要表現在以下幾個方面:

4.1驗證電路設計方案的正確性

設計方案確定之后,首先采用系統仿真或結構模擬的方法驗證設計方案的可行性,這只要確定系統各個環節的傳遞函數(數學模型)便可實現。這種系統仿真技術可推廣應用于非電專業的系統設計,或某種新理論、新構思的設計方案。仿真之后對構成系統的各電路結構進行模擬分析,以判斷電路結構設計的正確性及性能指標的可實現性。這種量化分析方法對于提高工程設計水平和產品質量,具有重要的指導意義。

4.2電路特性的優化設計

元器件的容差和工作環境溫度將對電路的穩定性產生影響。傳統的設計方法很難對這種影響進行全面的分析,也就很難實現整體的優化設計。EDA技術中的溫度分析和統計分析功能可以分析各種溫度條件下的電路特性,便于確定最佳元件參數、最佳電路結構以及適當的系統穩定裕度,真正做到優化設計。

4.3實現電路特性的模擬測試

電子電路設計過程中,大量的工作是數據測試和特性分析。但是受測試手段和儀器精度所限,測試問題很多。采用EDA技術后,可以方便地實現全功能測試。

5EDA技術的軟件

目前EDA技術的軟件很多,如EWB、PROTELL等。

1)EWB(ElectronicsWorkbench)軟件。EWB是基于PC平臺的電子設計軟件,由加拿大InteractiveImageTechnologiesLtd.公司研制開發,該軟件具有以下特點:①集成化工具:一體化設計環境可將原理圖編輯、SPICE仿真和波形分析、仿真電路的在線修改、選用虛擬儀器、借助14種分析工具輸出結果等操作在一個集成系統中完成。②仿真器:交互式32位SPICE強化支持自然方式的模擬、數字和數/模混合元件。自動插入信號轉換界面,支持多級層次化元件的嵌套,對電路的大小和復雜沒有限制。只有提供原理圖網絡表和輸入信號,打開仿真開關就會在一定的時間內將仿真結果輸出。③原理圖輸入:鼠標點擊一拖動界面,點一點自動連線。分層的工作環境,手工調整元器件時自動重排線路,自動分配元器件的參考編號,對元器件尺寸大小沒有限制。④分析:虛擬測試設備能提供快捷、簡單的分析。主要包括直流工作點、瞬態、交流頻率掃描、付立葉、噪聲、失真度、參數掃描、零極點、傳遞函數、直流靈敏度、最差情況、蒙特卡洛法等14種分析工具,可以在線顯示圖形并具有很大的靈活性。⑤設計文件夾:同時儲存所有的設計電路信息,包括電路結構、SHCE參數、所有使用模型的設置和拷貝。全部存放在一個設計文件中,便于設計數據共享以及丟失或損壞的數據恢復。⑥接口:標準的SPICE網表,既可以輸入其他CAD生成的SHCE網絡連接表并行成原理圖供EWB使用,也可以將原理圖輸出到其他PCS工具中直接制作線路板。

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任何物質都是由原子組合而成的，而原子的基本結構包括質子、中子和電子，質子帶正電，中子不帶電，電子的帶電性與質子相反，帶負電。在正常情況下，一個原子的質子數與電子數相同，正負平衡，所以對外表現出不帶電的現象。但是電子環繞與原子核周圍運動，一經受外力（這外力包括各種能量，如動能、勢能、熱能、化學能等）作用，就會造成電子分布的不平衡，因而形成了靜電。

（二）靜電的物理現象

正負電荷有異性相吸、同性想斥的特性，其力量大小可有庫侖定律得出：（其中F：力Q：電荷r：距離）所以靜電的第一現象即吸附異性電荷。日常生活中，吸附塵埃即為常見情況，因電荷存在，在周圍空間必形成電場。靜電與大地之間因有電位存在，如果觸及電路時，就會產生電流，這個放電電流常會將電路導體燒毀。

（其中I：電流V：電壓R：電阻）

（三）靜電荷產生的基本途徑

1.接觸和分離；

2.摩擦；

3.鄰近電場的感應。

（四）靜電荷產生的基本原因

1.因不同材料的原子核對其最電子的吸引力不同，故當兩種不同材料接觸或摩擦時，其上的電子會轉移到吸引力較強的一方，導致一材料帶正荷，而另一材料帶負電荷。

2.在導體表面電子能自由移動。當一帶電導體和一中性導體接觸時，電子會從帶電導體流向中性導體，導致二者電荷平衡。

3.鄰近電場極化中性物體內的電子分布。當中性物體接地時，與電場相同的電子會被排斥走。若接地突然中斷，然后把物體離開電場，則該物體會因之前的電場感應而帶電。

二、靜電問題的重要性

在國際電子工業經驗中，除生產工序控制和產品設計不完善外，已證實靜電是造成產品質量問題的主要原因之一。其典型事例如下：

第一，在上世紀80年代初，一國外集成電路制造商在制造集成電路時，通過加入靜電控制程序把產品質量提高了50﹪，再通過在電路板組裝工序上加入靜電控制程序，又把產品質量提高了50﹪。

第二，景德鎮郵電通信設備廠在裝焊流水生產時，由于某工序失去了靜電控制程序，結果引起了集成塊的爆炸。

由此可以看出，只有從靜電控制方面著手，才能把產品的質量合格率進一步提高。

三、靜電對電子產品的危害

晶片制造：微污染污染晶片，并隔斷晶片上的幼細線路。靜電放電產生電磁干擾，影響自動機的操作。

集成電路的主裝和測試：積聚的靜電向未封裝的晶片因腳放電，破壞集成電路的內部結構。

線路板組裝：微污染污染線路板，可做成假焊。靜電放電會破壞板上的集成電路，破壞整塊線路板的功能。

產品組裝：微污染污染外殼，影響產品外觀。微塵吸附或掉在產品內部，會影響產品質量。由靜電放電做成的軟破壞，也會影響產品的質量，使產品無故失效。

硬盤磁頭工業：靜電放電破壞磁極，微污染阻礙磁頭運作。

薄膜電晶體液晶片工業：靜電放電破壞細小的晶體，作成整體失效。微污染污染細的電子線路，破壞線路的完整性。

微電機工業：微污染使微部件之間的活動受阻。靜電放電的電磁干擾令微電機操作失效。

四、靜電控制的基本目標

第一，人體安全，避免因靜電放電的而導致身體受損。不同靜電電壓對人體的影響如表1：

第二，產品免除靜電的威脅：各種普通集成電路的靜電放電耐電壓可被測知（如下表），對于更先進的導體元件，相信及靜電放電耐電壓會更低，更容易受靜電放電的影響。

表2普通集成電路的靜電放電耐電壓

五、避免靜電在電子工業中的影響方法

方法1：最理想的方法是在電子元件內加入保護性電路。但這種方法并非完全可行，尤其是在微小而高密度的集成電路中，其有限空間并不能容納，另外，保護線路對某些集成電路會造成影響或干擾。

方法2：減除工作桌上絕緣材料物件，或不能接地的導體材料物件。此方法亦非完全可行，有時，絕緣材料物件如塑膠瓶，或不能接地的導體材料物件如鉗子等，皆是工作桌上的必需品。

方法3：安裝靜電控制設備，實施靜電防控程序。（此方法被廣泛采納）

六、靜電控制方案

（一）接地

1.接地是人體防靜電的措施之一，它的目的是是物體與大地之間構成電氣上的泄露電路，將人體產生的靜電泄露于大地，同時，防止位于人體附近某物體或接觸該物體的另一物體受到人體的靜電感應，此外，可以限制人體的電位上升，或限制由此產生的靜電放電。導體接地是解決導體靜電問題的最佳方案，但由于絕緣體上的靜電問題完全無用，由于人體為導體，故我們使用接地的方法是把人體上的靜電放走（手腕帶，導電鞋和地墊，防靜電工作服）。但由于人體接地時，又把人體與其他電氣設備連接起來，為避免設備漏電時傷害人體，故于手腕內藏有1000，000歐姆的電阻，以確保漏電電流不傷害人體。

2.接地是電子工業廠房靜電防護系統的關鍵措施之一，其可靠程度直接影響著靜電防護效果的可靠性和安全性。電子工業廠房的接地主要有以下幾種：電磁屏蔽接地；防雷接地（接零線）；建筑構件接地；防靜電接地。前幾種接地主要在廠房設計時，由建筑設計部門完成，而防靜電接地則主要由工廠工藝技術管理部門提出設計或要求。

（二）典型的防靜電接地圖

為了保證防靜電和電源供電的安全可靠，必須將防靜電接地和電源零線接地嚴格分開，為了實現這一目標，一般采用“一點引出電阻隔離”的接地方法：即從電源主配電箱地線處（該點至大地的接地電阻小于4Ω）直接引出電源零線的同時，在同一點經過1MΩ電阻隔離后引出防靜電接地的主干線。該主干線應采用截面積為5mm2以上的銅芯橡皮軟線。然后從主干線出發防靜電接地的設計。防靜電地線與電源零線在整個接地系統中必須嚴格分開，各走其道，中途不允許并接或混接，即采用三線五線制供電系統，典型防靜電接地線路如下圖：

（三）工作環境方面

環境對靜電的產生也有很大的影響。以電子裝配車間為例，要有一套完整的防靜電操作系統，如防靜電工作臺、臺墊、包裝盒、元件盒、防靜電烙鐵等。操作間地面應鋪設放靜電地坪，屋頂按裝離子風消電器等。對于操作人員應統一穿戴防靜電工作服、防靜電鞋、戴防靜電腕帶，并盡量減少人員走動。整個操作間濕度應大于65﹪，并適當提高室內溫度。

（四）建立相應的防靜電操作規程

靜電防護是一項綜合性的工程，它涉及到生產領域中設計審查、定貨、如庫檢驗、老練篩選、庫房儲存、裝聯、調試、維修、包裝、發貨等方面。在電子產品制造中，應制定出一套完整的靜電防護安全操作規程，同時可參考中國電子行業標準SJ/T10533—94《電子設備制造防靜電技術要求》，并嚴格執行，采取有效的防護措施。

七、結語

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Abstract: in this paper, according to the writer's experience on Application of electronic equipment in railway locomotives were presented in simple analysis.

Keywords: electronic equipment; railway vehicles; application

中圖分類號：F407.472 文獻標識碼：A 文章編號：

一、電子設備的可靠性

電子器件可靠性高，這就意味著其故障率很低。故障率即為工作每小時的故障數。例如晶體管的基本故障率為5×10-8次/小時，其倒數為故障間隔的平均時間（MTBF），約為4000年。單個電子器件的可靠性非常高，而電位器和繼電器由于有機械運動件存在，所以其可靠性低。與采用單個工作電路可靠性相比，采用集成電路（IC）可靠性得到了提高。由大量元件和連線組成的大規模的電路可以由一塊集成電路代替。而在集成電路中，數字集成電路的可靠性更好。隨著集成電路功能不斷的強化，其故障率也僅略為增加。因此，在機車中采用集成化電路可以大大提高其工作可靠性，降低故障率。

每種元器件都有其固定的故障率及MTBF時間。由于負載、壁壘層溫度和工作方法及使用的環境條件等對元器件可靠性影響很大，所以這些數值的變化范圍很廣。一個系統的故障率，不能按其組成部件的故障率簡單地相加或相乘而求得。在實際工作中，采用冗余技術可顯著提高機車工作可靠性，這是因為機車同時發生很多故障的情況極少，這樣系統的功能可以全部或部分得到保持而不受到破壞。因此，冗余電子系統大的實用價值很高，所以在機車車輛上運用十分普遍。

考察機車故障率可以得知，改善機車車輛運行的不利環境條件和減少元器件數量是研制機車車輛電子設備的兩種大趨勢。

二、變流器功率器件

采用大功率半導體元件是變流器功率器件的發展趨勢，并且盡量減少可控硅元件的數量。對于近郊機車，這個目標已基本達到。機車每個功能僅采用一個元件來控制實現。在功率范圍為1000千瓦以下時，沒有必要串聯或并聯可控硅元件。對于地鐵和動車，是通過交流傳動的，各有一個可控硅元件和二極管安置在相序逆變器的臂上，所以總共有六個二極管和六個可控硅元件。

對于大功率機車，必須增加半導體元件數。當大功率機車功率超過1000千瓦時，必須將可控硅元件和二級管串聯或并聯，或者在某些情況下，必須在一臺機車上設置多個變流器系統，從而提高大功率機車元件的使用率，并將半導體元件的數目控制在較小的范圍內，采用相應的結構，組成對環境影響不敏感和無需維護的變流器。在空氣冷卻方面，將冷卻空氣導入僅放置有散熱器的風筒內皆可以實現上述目標。可控硅元件安裝于散熱器之間冷卻氣流之外，目的是為了防止灰塵積聚附加有塑料環。采用這種結構的變流器不需要維護，適當的配制散熱器和通風設備，可以使半導體元件具有良好的散熱效率。

采用油冷卻可以使變流器結構緊湊，從而更好地將集中在可控硅元件內部的熱量排出。因此，每個半導體元件的功率都可以單獨增大。為了排除熱量，必需采用一個沒有中冷器的循環油路。

機車的蒸發冷卻可以利用流體的汽化熱，流體蒸發時吸熱，冷卻時又將放熱。正因為這樣，熱量可由半導體元件的散熱器傳送至中冷器而不存在溫度梯度。機車上半導體元壁壘層至環境空氣的溫度路可用于傳送少許熱量；而熱阻減小又使得從可控硅元件排出的熱里增加。因此，即使是大功率可控硅元件，其散熱效率也很高，每個半導體元件都能傳送最大的功率。

三、控制裝置

隨著機車車輛上變流器功能的多樣化，其負荷效率已接近容許負荷的極限。因此，要求其具有更完善的監控和控制功能。此外，從實際使用情況出發，對機車控制裝置的信息傳遞和處理也提出了更高的要求。雖然模擬調節裝置的集成運算放大器和數字控制裝置的集成電路的功能范圍均較寬，但依然令整個電子集成裝置的體積達到了極限。電流型三相逆變裝置的傳動調節部分僅有兩層，并裝有LUB電網側整流器和相序逆變器。根據機車和變流器的調節和控制功能來專門研制印刷電路板，可減少其相應的投資。這樣，機車電子裝置就滿足了技術經濟指標的高要求。

通過采用微型計算機，控制裝置可以得到進一步的發展。它可以進行簡單的邏輯和算術運算，幾乎可以滿足所有必需的調節、控制功能的計算需要。

專門應用于機車上的微型計算機系統已由某電氣制造商研制成功。它將具有數據處理功能的計算機、數據和程序的儲存器以及將計算機與機車相連接的模擬量與數字量的接口集成為一個整體。它可以在計算機系統上依次實現所有的控制功能，并且具有處理速度快、功能多等優點。因此可利用其基本部件，實現減小復雜控制裝置電子設備的目的，處理大量的控制信號，如交流傳動機車的控制裝置。

通過提高微型計算機部件的可靠性，或者減少部件的數量，可以改善微型計算機控制系統的使用可靠性。由于設置有足夠多的監控以及故障檢測系統，使得發生故障情況時的中斷時間很短。甚至可以用其檢測瞬時故障，幫助分析和查找偶然故障出現的原因。

大量的控制功能可以集成到電子裝置上。因此，需要有功能強大的信息傳輸裝置將這些電子裝置相聯接。微型計算機的總線系統和串行數據處理過程可采用多路數據傳輸裝置。此方法與集中式機車可逆控制裝置相集成（接于機車的UIC電纜上），已應用于魯爾市內的鐵路上。由于機車和動車上的功率電子裝置和控制電子裝置的電纜線緊密排列，會產生互相干擾的現象。且由于光導纖維可傳輸大量信息而沒有電位，也不存在電磁兼容性的問題。若在機車上采用光導纖維可提高裝置的可靠性。

四、電磁屏蔽技術

電磁干擾現象在機車上是普遍存在的，其可以造成受干擾設備的功能降低甚至喪失，甚至造成設備的部件或軟件不可恢復性的損壞。因此，應根據電磁兼容的原理，在進行電子裝置的結構設計時，采用有效的屏蔽方法來避免電子設備由于電磁干擾造成的部件損壞或數據丟失。

電磁干擾是以“場”的方式沿空間進行傳播的。因此，可以通過提高電子裝置機箱對周圍電磁場的反射損耗，降低吸收損耗，來減弱或消除電磁干擾對系統內設備的干擾。為了實現電磁兼容，采取的屏蔽措施按照屏蔽級別的不同進行分級，包括有PCB板屏蔽、插箱/子架屏蔽、機柜屏蔽、元器件屏蔽、模塊屏蔽等。下面對模塊屏蔽、插箱/子架屏蔽和機柜屏蔽進行簡要的說明。

模塊屏蔽是指將某些輻射大或抗干擾能力差的模塊或單板，在屏蔽盒中單獨安裝。通常情況下，電抗器、變壓器等可通過在繞組線圈和鐵芯環路外包一層或多層金屬短路來減少漏磁通量；電源板、IGBT等功率模塊可用金屬網罩進行屏蔽。

機柜屏蔽是通過金屬殼體將整個系統屏蔽起來，利用金屬外殼對電磁場干擾的吸收和反射損耗，來切斷機箱內干擾信號的傳播。

相對于機柜屏蔽，插箱/子架屏蔽方法的最大優點是可以在出線的接插件上面采取屏蔽措施，如SS7E型機車的逆變電源采用插箱把逆變、整流部分和控制部分隔離開來，通過屏蔽轉接插座控制部分、電磁兼容連接器、電纜與功率模塊之間的信號傳輸，從而避免相互干擾。插箱/子架屏蔽與模塊屏蔽類似，只是屏蔽體為插箱/子架。

五、結束語

隨著電子器件的發展，不斷將功率電子設備和控制電子設備應用到鐵路機車上，使其電氣設備達到了很高的水平。由于機車車輛的特殊性，實現這種可能性及經濟性的前提是工業與運輸部門在設計、試驗過程中的不斷努力。

參考文獻：

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嵌入式程序是指在計算機技術的基礎上，以應用為核心，硬件軟件可剪裁，滿足應用程序對成本、可靠性、功能、功耗和體積的嚴格標準的一套專用計算機程序。這也是一套將現代電子技術、半導體技術、計算機技術等各行業的具體應用統一整合而產生的資金和技術密集型產物。

一、單片機和嵌入式操作系統的定義

單片機是嵌入式系統程序的主控單元。其大部分軟件都是針對某種應用來專門設計的，且往往只是其中一個微觀實時操作系統，系統程序擁有實時信息處理或實時過程控制能力，同時要求能對外部發生的即時事件作出響應并能快速解決。

實時嵌入式程序的操作系統則是針對應用系統的需求提出的。通常所說的單片機即是微控制器，是一個將那些程序端口、數據存儲器及相關系統等計算機需要的外設集成在一張芯片上的單片集成系統。單片機系統在硬件上無法和以分時操作系統為核心的計算機系統相比擬。但在軟件設計上，單片機系統的具體應用以及使用環境卻相對單一而固定，這一點使得單片機嵌入式程序的實時操作系統的開發有了可實現性。

嵌入式操作系統主管任務的控制、調度、任務間的同步與通信、存儲和資源管理，在嵌入式應用系統中起靈魂性中心作用。對比其他的操作系統它不僅沒有圖形用戶接口和shell，甚至其他某些功能也不具備，而只有一個微內核。同時鑒于嵌入性和專用性，應用程序與操作系統緊密聯系而共同運行在同一個空間內，兩者幾乎無法有明確的分類，甚而能將操作系統視為應用程序的組成部分。但因嵌入式系統其較小的內存容量，往往使用其實際物理地址，所以存儲管理的模塊也十分簡單。如此一來將大大減小內核體積，使之成為名副其實的微內核。

二、單片機嵌入式程序的軟件編碼

嵌入式系統的軟件開發過程，也是經歷了分析需求、設計功能、設計結構、具體設計、實現編碼和集成測試的過程，但有一點與普通的臺式機軟件開發相區別，嵌入式軟件的開發與制作幾乎都屬于跨平臺開發，同時多數的代碼要對硬件設備進行直接控制，因此其對硬件有很強的依賴性，對時序也有十分苛刻的要求，甚至其運行狀態在多數情況之下都具備不可再現性。

嵌入式系統的應用軟件設計中的亮點是擁有可使用的工具包，同時，工具包也因不同設計階段的需求差異而內容不同。例如在軟件設計的早期，首先使用內部電路模擬器，將其插入微處理器與總線間的電路時，設計者能夠通過它來控制全部輸入輸出和微處理器的動作。但又容易因為模擬器是異體而引發不穩定情況。但設計者能夠清楚地對系統底層上所有的活動進行觀察，從而無需僅靠經驗來對底層的軟硬件進行猜測。

如今，嵌入式操作系統已日趨成熟，各類開發板功能和集成開發環境也將逐步得到優化升級，因此嵌入式應用系統的應用軟件開發也較以往簡單得多。同時，各類集成開發環境也集成代碼編輯器、連接器、編譯器、模擬器、調試器等等，這使設計者能夠在擺脫了目標硬件環境之后迅速開發出相應應用軟件的原型。而硬件開發板也為設計者提供了即使處于與目標硬件不相兼容的環境下也能調試相關應用程序的能力。

一般說來，大多數廠家在生產開發板時都駐留了與微機通信的相應控制程序，這可以使主機和開發板能夠通過以太網口或串口來通信，同時主機中的應用軟件和系統軟件的原型可執行映像也能直接被下載入開發板。代碼會在主調試中主開發板的硬件上執行，此時的用戶界面可以等同于微機室內集成開發環境。這一切讓設計者能更多關心如何更好地實現軟件功能。

三、單片機嵌入式系統程序的引導裝入設計

（一）工作過程。引導裝入程序具體的工作過程：當嵌入式設備的單片機系統主復位或收到命令時，主系統的引導裝入程序在接受到相當于“允許引導裝入”的信號之后，立刻把單片機配置成為接受代碼的狀態，此時的信號便會從指定的主機上下載相對應的程序代碼，并把代碼數據傳輸至單片機的FLASH儲存器內，將單片機的內部程序中的儲存器主系統進行重新編程。當引導裝入程序主下載成功之后便自動轉入執行新系統程序的操作中。

（二）硬件設計。在主機同單片機的通信外設之間成功建立連接后，便使單片機開始設計引導裝入程序。

1、引腳分配。數字交叉開關被單片機用來為數字外設配置作為外設接口處的端口引腳。一般來說，交叉開關可以是數字外設任意的組合，但必須滿足軟件可以更改器件中的引腳分配問題。為了便于分配，引導裝入程序一般會使用和最終應用一致的引腳來分配。

2、引導裝入允許。系統為了能在復位或者其余條件中均能順利完成在系統中的編程任務，通常會先將一個引腳作為輸入信號，然后通知系統開始下載并向引導裝入傳輸允許信號。最后將讀取當作是引導裝入信號的1/0引腳，讓主機或者其它硬件可以通知單片機啟動裝入過程。

（三）軟件設計。當接收到允許命令后，系統中的引導裝入程序應當讓單片機做好接收數據的準備。第一步，系統中的引導裝入程序需要配置有用的通信外設。第二步，引導裝入程序要擦除用來下載的系統存儲器，并同意對其寫入。為了將通信鏈路建立起來，引導裝入程序將利用自動波特率來檢測明確位速率。第三步，主機與MCU器件均使用預定好的波特率，當器件做好接收數據的準備后，主機便能收到通知，隨之主機發送出數據，并將在有關數據中附上與下載內容相關的信息。

四、單片機嵌入式系統程序的低功耗設計

通常以單片機為主要程序的嵌入式系統會有很多使用環境處于供電困難的狀態，例如空中、井下或者野外。此時還需要電池為小型便攜式儀表儀器提供電源。所以，很有必要為嵌入式系統設計低功耗使用。從實質上來說，CMOS器件使得低功耗嵌入式系統比普通系統功耗更低。因此，我們先來分析CMOS器件的數字集成電路特點：首先，低功耗CMOS電路在工作時的所有功耗是由靜態和動態的功耗總量組成。動態功耗不單只受負載的影響，在電路內部，實質上也與工作頻率、輸出電平、集成度及電源電壓等聯系密切；其次，當電壓值范圍大時，CMOS電路正常工作需要3—18V的供電值，邏輯電平又緊密聯系著供電電壓Vdd。當所輸出的邏輯電平擺幅越大，高邏輯的電平就越與電源電壓相接近，低邏輯的電平則越與OV相接近。

（一）硬件的設計

通過以上總結，可以分析出設計低功耗系統的原則：重點控制動態功耗、時鐘頻率以及電源電壓。歸納起來即是三相宜原則：時鐘宜慢不宜快、器件（系統）宜靜不宜動、電壓宜低不宜高。

（二）軟件的設計

1、用中斷替代查詢。雖然在程序中無論是查詢方式還是中斷方式均能應對那些較為簡單的應用，但卻在低功耗特性的結果上相差甚遠。使用查詢方式的CPU會因需要對1/0寄存器不斷地進行訪問而損失額外的功耗。而如果是使用中斷方式的CPU，則不需要做任何事，甚至可以直接轉入等待或停止模式。

2、用定時器定時代替延時子程序定時。系統中的延時子程序定時是通過CPU不間斷地進行毫無實際意義的空操作指令，并結合減一非零的轉移指令來實現的。這樣的結果卻是，因為加大了CPU的工作量而浪費了功耗。所以要克服這個問題，就必須用定時器來結合中斷。

3、間歇運行1/0模塊。即通過關掉間歇性工作的1/0模塊或不工作的1/0模塊來降低功耗。例如，RS232的驅動只需要用單機片中的一個1/0引腳去控制，當不需要通信工作時則關掉驅動。將其余不使用的1/0引腳設置為輸入或輸出，并通過上拉電阻來拉高。如果不初始化引腳，將可能增加單機片操作時的漏電流。

4、工作時序的合理安排。空閑或者掉電的工作方式能讓CPU遇到不執行程序的情況后能自動停止工作，如此，就毋須不停地按照空操作指令執行或一直處于等待狀態，進而達到了降低功耗的目的。因為系統的功耗會因為CPU的長時間運行而浪費極大，所以要盡量減少CPU的運作時間，使單片機系統處于長時間的空閑狀態或者掉電狀態，這樣才是在設計軟件中使得系統功耗降至更低的不二法門。系統上電將在初始化操作完成后，立即轉入低功耗狀態，只有在接收到發出的中斷信息后，才會將單片機喚醒而繼續工作。同時它將以最快的速度處理完數據或信息，然后立即恢復低功耗狀態，直到下一個中斷。

5.更改實現復雜運算的方式。諸如浮點乘除、指數運算之類的復雜運算會因占用很多系統的時序而減少相應休眠的時間。所以，需要用查表方式，即利用大容量表格去替代現場計算，從而節省了單片機的啟動時間。

五、單片機嵌入式程序系統的抗干擾技術

在工業環境中，以脈沖的形式進入系統的干擾主要有三種形式：空間干擾、過程通道干擾以及供電系統干擾。單片機系統擾之后會出現例如控制操作故障，采集數據時的誤差相對增大等系統狀態失靈的現象。因此，需要對硬件和軟件同時著手來應對干擾。

（一）硬件的抗干擾措施

1、電源干擾控制。采用雙隔離方式改進電源變壓器，將壓敏電阻并聯于電源的初次級中，來抑制浪涌、尖峰型的電壓。同時利用低道濾波器來過濾掉干擾所攜帶的高次諧波，以改善電源的波形。

2、隔離技術。用光電耦合器切斷單片機與前后向以及其余控制器的電路聯系。也可用隔離變壓器切斷環境，進行電磁隔離。

3、屏蔽技術。用金屬箱體套于單片機嵌入式系統外部，金屬便會將外部干擾電磁削弱或消除。

4、去耦技術。在所有集成電路電源與地之間均安裝去耦電容。既能蓄儲所在集成電路上的電容，提供并吸收從該電路中由開關門瞬間發出的充放電能量，又能將高頻噪聲旁路掉。

（二）軟件的抗干擾措施

1、指令冗余技術。NOP指令的使用及重要指令冗余是兩種常用的技術。在雙字節和三字節指令中加入兩個單字節的NOP指令，可以避免因程序“跑飛”到操作數上而造成的指令操作錯誤，從而保證了程序的正軌運行。

2、軟件陷阱技術。將一些攔截程序設置在非程序區內，將失控的“跑區”程序引到處理錯誤程序的入口地址ERR或復位入口地址OOOOH，并利用LJMP指令讓程序恢復正軌運行。

六、結束語

嵌入式應用系統的核心是單片機嵌入式操作系統以及嵌入式軟件的設計技術。兩者更是嵌入式系統技術研究的熱點，因此在信息家電手持設備等領域將會有越來越廣泛的應用。雖然目前有關單片機嵌入式系統的研發仍處于起步階段，但隨著研發的不斷深入，將對嵌入式軟件設計的應用與發展有重要的實踐和借鑒意義。

參考文獻

[1]胡新.基于單片機的嵌入式系統研究與開發[J].科技資訊,2008(09).

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一、電子信息技術的內涵

信息，指音訊和消息，也指通信系統傳輸和處理的對象，泛指人類社會傳播的一切內容，我們也可以將其科學化地概述為對客觀世界中各種食物的運動狀態和變化的反映，是客觀事物之間相互聯系、相互作用的表征，表現的是客觀事物運動狀態和變化的實質內容。

電子信息技術，一般來說主要是指采用電子學的方法與手段來研究信息科學與技術，概括而言，就是說電子信息技術是研究信息的獲取、傳輸、儲存于利用等方面的內容。電子信息技術包括傳感技術、通信技術以及計算機技術和信號處理技術等許多內容，電子信息產業則包括通信設備制造業、軟件業以及信息服務業等多方面的產業。信息技術的發展對國民經濟水平的提高、國家的經濟建設都具有重要的意義。

二、電子信息技術的應用方向

當前隨著我國經濟的快速發展和科學技術的不斷進步，我國在電子信息技術方面的研究也日益增多，尤其是近些年來隨著我國計算機技術的普及和信息技術的快速發展，再加上人們對于信息的需求日益加大，電子信息技術的應用范圍也日益拓寬。當前我國電子信息技術的應用主要有以下幾個特點：

（一）智能化與自動化

在當前科技和社會背景下，電子信息智能化和自動化是其重要特點。這就是指通過現代網絡信息技術來適當地模擬人類的相關思維活動和感覺行為，并對其搜集的信息進行分析和處理。通過電子信息技術的智能化與自動化能夠節省獲取信息的時間，更加高效便捷地獲得所需要的信息，并能夠對信息進行甄別，同時電子信息技術的智能化與自動化還能夠保護信息的安全，是當前電子信息技術的重要應用方向。

（二）數字化與網絡化

數字化與網絡化是當前社會發展的重要方向，對于電子信息技術來說也不例外，通過在網絡開發的過程中運用數字化的技術，在這一網絡數字結構的基礎上，再對一些高端科技，如光纖通信、無線通信技術進行整合運用，就形成了數字網絡化的電子信息技術。這種信息技術能夠加快電子信息技術的發展水平并進一步提升其發展的層次與水平。同時，在電子信息技術的數字化與網絡化能夠大大提升信息的保存水平，無論是在數量上還是在時間上，而且安全性比普通的電子信息技術要高，是當前一種比較理想的電子信息技術發展方向。

（三）高效化與快捷化

高效化與快捷化是當前電子信息技術發展的一個重要方向。通過使用計算機網絡對信息進行采集和處理，能夠更加快捷地實現信息的整合和利用。電子信息技術一方面能夠節約大量的人力和物力，另一方面能夠節約時間實現信心的利用，這就實現了電子信息技術的高效化和快捷化。

三、當前我國電子信息技術存在的問題

（一）技術力量薄弱

雖然經過多年的發展我國的科學技術取得了很大的進步，但是在當前電子信息技術發展的過程中技術力量薄弱、技術人才不足仍然是制約其進一步發展的重要因素。主要是因為當前我國培養的人才主要以單一型為主，所掌握的知識和技術比較單一，不能滿足當前電子信息技術發展對于復合型人才的需求，導致具有多種知識和能力的高端電子信息技術人才在市場上比較短缺，制約了當前電子信息技術的發展。

（二）發展環境不健康

發展環境不健康是制約我國點在信息技術發展的又一重要因素。這主要體現在當前我國市場的混亂上，我國電子信息產品市場上假冒偽劣產品盛行，產權意識不強，知識產權侵權行為也非常普遍，這種市場環境導致電子信息產品的發展缺乏刺激，沒有動力，不利于電子信息技術的發展。

（三）產業機構不合理

當前我國電子信息技術的發展具有非常好的前景，市場也非常廣闊，但是當前我國電子信息技術產業結構不合理，因此在發展的過程中產業結構對其造成了相當大的阻礙，制約了我國電子計算機信息技術的發展。

四、未來我國電子信息技術發展的方向

未來電子信息技術發展的方向主要有以下三個：首先，系統集成技術是一個重要的發展方向。系統集成電路的制造技術是電子信息技術發展中的重要構成環節，是電子信息硬件產品中的核心，集成電路的應用范圍非常廣闊，從計算機的CPU到IC卡的應用，都離不開集成電路。集成電路是當前微電子技術的時展特征，芯片面積越來越大，集成度越來越高，而尺寸卻越來越小，這是一個重要的發展方向。

其次，光電子技術是未來信息技術發展的核心方向。科學家認為，現代信息技術即將進入光子學的新階段，光電子技術在本世紀將會得到飛躍的發展，光子作為信息和能量的載體，在電子信息技術的發展中具有很大的優勢和發展前景。

再次，電子信息技術將朝向多媒體、智能化的方向發展，當前海量存儲技術的發展以及語音、手寫、數字圖像交互技術的日益成熟，都體現了這一發展方向；同時，電子通信技術的個性化、綜合化也是一個重要的發展方向。

電子信息技術是科技發展和社會進步的產物，反過來又刺激了科技的發展和社會的發展。當前我國的電子信息技術發展還面對著諸如技術、發展環境、產業結構等多種問題，但是我們必須要看到電子信息技術的發展有光明而遠大的前景，當前的電子信息技術將朝著智能化玉自動化，數字化與網絡化，高效化與快捷化著幾個方向發展，所以我們應該加強對電子信息技術的應用以及對其發展方向的了解，更好地促進其為社會進步服務。

參考文獻：

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中圖分類號：TP3-4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）18-0240-01

一、計算機科學技術的發展歷史

1946 年美國賓尼法尼亞大學和科研機構共同研制出 ENIAC 計算機，是世界上第一臺電子計算機，標志著全球進入計算機時代。它由 1.8 萬個電子管組成，體積和重量較大，計算機運算速度為五千次每秒，運算成本較高，以通信技術、核物理電子計數計數、雷達脈沖技術為基礎。ENIAC 計算機主要應用于軍事方面。1956 年科學家們成功研制出第二代電子計算機―晶體管電子計算機。1959 年，集成電路電子計算機的問世標志著計算機技術進入第三代。計算機的硬件由單一轉為固件、軟件組合系統，降低了生產成本，計算機技術發展越來越快，提升了計算機使用性能，種類也多種多樣，如微型計算機、小型計算機、通用型計算機、中型計算機、大型計算機和巨型計算機等，標志著計算機科學技術趨于成熟。1976 年，計算機技術進入第四代，美國研制出小型化、智能化的計算機―“克雷 1 號”，一些個人用戶和小型公司都開始使用計算機。20世紀 90 年代，計算機科學技術逐漸向大型化和微型化發展。進入 21 世紀后，隨著科學家們對集成電路的研究，集成電路廣泛應用到企業、工廠，計算機也隨之趨于智能化、專業化，運算速度更快，操作更方便、簡單，逐漸應用到社會生產的各個行業和領域。

二、計算機科學技術的發展現狀

1、計算機科學技術在生活中應用廣泛

在這個信息化時代，計算機網絡作為人們社會生活的重要部分，已經進入千家萬戶。人們不用出門就可以通過計算機了解國內外新聞、天氣預報資訊、股市行情、世界地圖、收發電子郵件、檢索信息等 ；不用逛街就可以通過互聯網中的購物網站買到喜歡的東西 ；通過計算機可以與相隔較遠的朋友在線聊天、視頻聊天等，加強了人們之間的交流和溝通，進一步增進了友誼 ；人們可以通過計算機網絡訂購飛機票、火車票等，節省排隊時間 ；教師可以更及時、更方便地通過計算機科學技術實現對學生的在線授課 ；動漫工作者可以使用計算機科學技術制作動漫 ；政府機關也可以通過計算機科學技術建立城市網站，及時了解市民反映的問題，并通過計算機與各個行業的工作人員在線交流 ；很多企業使用計算機來處理大量數據和信息，代替傳統的人工處理，提高工作效率。計算機科學技術潛移默化地影響著人們的生產、工作和學習。

2、計算機科學技術更加智能化和專業化

計算機科學技術的快速發展和廣泛應用，推動了集成電路、微電子和半導體晶體管的發展，計算機科學技術更加智能化和專業化。計算機能根據使用對象的不同需要進行改裝、更新，對于有更高需求的用戶可以專門定做計算機，用戶可以根據使用環境的不同選擇臺式計算機、筆記本電腦、掌上電腦和平板電腦等。計算機科學技術在其他特殊領域也能發揮自己的優勢，如智能化家用電器和智能手機，家庭式網絡分布系統代替了傳統的單機操作系統，滿足人們的生活需求。

3、計算機的微處理器和納米技術

微處理器能提高計算機的使用性能，縮小傳統處理器芯片中的晶體管線寬和尺寸。利用光刻技術，波長更短的曝光光源經過掩膜的曝光，將晶體管在硅片上制作的更精巧，將晶體管導線制作的更細小。計算機科學技術的快速發展使計算機運算速度更快，體積更微型，操作更智能，傳統的電子元件不能適應計算機的發展。納米技術是一種用分子射程物質和單個原子的毫微技術，可以研究 0.1 ～ 100 納米范圍內的材料應用和特性。計算機科學技術中利用納米技術，可以使計算機尺寸變小，解決運算速度和集成度的問題。

三、計算機科學技術的未來發展方向

現今，計算機科學技術的應用越來越廣，人們對掌握計算機科學的技術水平要求越來越高，促使數學家和計算機學家們不斷研究計算機科學技術，使計算機科學技術在各個領域、各個行業發揮更大的作用，滿足了人們的不同需求。下面從 DNA 生物計算機、光計算機和量子計算機三方面來探究計算機科學技術的發展前景。

1、DNA 生物計算機

DNA 生物計算機用生物蛋白質芯片代替傳統的半導體硅芯片。1994 年，美國科學家阿德勒曼率先提出關于生物計算機的設想。在計算機運算數據時，將生物DNA 堿基序列作為信息編碼載體，運用分子生物學技術和控制酶，改變 DNA 堿基序列，從而反映信息，處理數據。這一設想增加了計算機操作方式，改變了傳統的、單一的物理操作性質，拓寬了人們對計算機的了解視野。DNA 生物計算機元件密度比大腦神經元的密度高 100 萬倍，信息數據的傳遞速度也比人腦思維快 100 萬倍，生物計算機的蛋白質芯片存儲量是傳統計算機的 10 億倍。

2001 年，以色列科學家研制出世界上第一臺 DNA 生物計算機，體積較小，僅有一滴水的體積。2013 年，英國生物信息研究院的科學家們使用 DNA 堿基序列對文學家莎士比亞154首作品的音樂文件格式和相關照片進行編制，增加了儲存密度，使儲存密度達到2.2PB/克（1024TB=1PB），提高了人們對信息儲存的認識，這一重大突破使生物計算機的設想有望成為現實。

2、光信號和光子計算機

光子計算機是一種由光子信號進行信息處理、信息存儲、邏輯操作和數字運算的新型計算機。集成光路是光子計算機的基本構成部件，包括核鏡、透鏡和激光器。光子計算機和傳統計算機相比較，有以下幾點好處 ：（1） 光計算機的光子互聯芯片集成密度更高。在高密度下，光子可以不受量子效應的影響，在自由空間將光子互聯，就能提高芯片的集成密度。（2） 光子沒有質量，不受介質干擾，可以在各種介質和真空中傳播。（3） 光自身不帶電荷，是一種電磁波，可以在自由空間中相互交叉傳播，傳播時各自不發生干擾。（4） 光子在導線中的傳播速度更快，是電子傳播速度的 1000 倍，光計算機的運算速度比傳統計算機更快。

20 世紀 50 年代末，科學家提出光計算機的設想，即利用光速完成計算機運算和儲存等工作。與芯片計算機相比較，光子計算機可以提高計算機運行速度。1896 年，戴維 米勒首先研制出光開關，體型較小。1990 年，貝爾實驗室的光計算機工作計劃正式開啟。根據元器件的不同，光子計算機可以分為全光學型計算機和光電混合型計算機。全光學型計算機比光電混合型計算機運算速度快，還可以對手勢、圖形、語言等進行合成和識別。貝爾實驗室已經成功研制出光電混合型計算機，采用的是混合型元器件。研發制作全光學型計算機的重要工作就是研制晶體管，這種晶體管與現存的光學“晶體管”不同，它能用一條光線控制另一條光線。現存的光學“晶體管”體積較大較笨拙，滿足不了全光學型計算機的研發要求。

3、量子理論計算機

量子計算機將處于量子狀態的原子作為計算機 CPU 和內存，處于量子狀態的原子在同一時間內能處于不同位置，根據這一特性可以提高計算機處理信息的精確度，提高處理數據的運算速度，有利于數據儲存。量子計算機處理信息時的基本數據單元是量子比特，取代了傳統的“1”和“0”，具有極強的運算能力，運算速度比傳統計算機快 10 億倍。

四、結束語

總而言之，計算機科學技術已經涉及到社會生活的各個方面，改變了人們傳統的生活、工作、學習方式，推動社會的全面發展，具有廣闊發展前景的領域。隨著網絡和科技的不斷進步，未來計算機科學技術勢必會朝著高性能、環保化、功能化的方向發展。