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电子技术发展电子技术发展1/13电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来新兴技术，二十世纪发展最快速，应用最广泛，成为近电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来新兴技术，二十世纪发展最快速，应用最广泛，成为近电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来新兴技术，二十世纪发展最快速，应用最广泛，成为近电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来新兴技术，二十世纪发展最快速，应用最广泛，成为近代科学技术发展一个主要标志。进入代科学技术发展一个主要标志。进入代科学技术发展一个主要标志。进入代科学技术发展一个主要标志。进入2121世纪，人们面临是以微电子技术（半导体和集成电路为代表）电子计算世纪，人们面临是以微电子技术（半导体和集成电路为代表）电子计算世纪，人们面临是以微电子技术（半导体和集成电路为代表）电子计算世纪，人们面临是以微电子技术（半导体和集成电路为代表）电子计算机和因特网为标志信息社会。高科技广泛应用使社会生产力和经济取得了空前发展。当代电子技术在国防、科机和因特网为标志信息社会。高科技广泛应用使社会生产力和经济取得了空前发展。当代电子技术在国防、科机和因特网为标志信息社会。高科技广泛应用使社会生产力和经济取得了空前发展。当代电子技术在国防、科机和因特网为标志信息社会。高科技广泛应用使社会生产力和经济取得了空前发展。当代电子技术在国防、科学、工业、医学、通讯（信息处理、传输和交流）及文化生活等各个领域中都起着巨大作用。现在世界，电子学、工业、医学、通讯（信息处理、传输和交流）及文化生活等各个领域中都起着巨大作用。现在世界，电子学、工业、医学、通讯（信息处理、传输和交流）及文化生活等各个领域中都起着巨大作用。现在世界，电子学、工业、医学、通讯（信息处理、传输和交流）及文化生活等各个领域中都起着巨大作用。现在世界，电子技术无处不在：收音机、彩电、音响、技术无处不在：收音机、彩电、音响、技术无处不在：收音机、彩电、音响、技术无处不在：收音机、彩电、音响、VCDVCD、DVDDVD、电子手表、数码相机、微电脑、大规模生产工业流水线、电子手表、数码相机、微电脑、大规模生产工业流水线、电子手表、数码相机、微电脑、大规模生产工业流水线、电子手表、数码相机、微电脑、大规模生产工业流水线、因特网、机器人、航天飞机、宇宙探测仪，能够说，人们现在生活在电子世界中，一天也离不开它。因特网、机器人、航天飞机、宇宙探测仪，能够说，人们现在生活在电子世界中，一天也离不开它。因特网、机器人、航天飞机、宇宙探测仪，能够说，人们现在生活在电子世界中，一天也离不开它。因特网、机器人、航天飞机、宇宙探测仪，能够说，人们现在生活在电子世界中，一天也离不开它。电子技术应用电子技术应用2/13基本器件两个发展阶段l分立元件阶段（分立元件阶段（1905190519591959）真空电子管、半导体晶体管真空电子管、半导体晶体管l集成电路阶段（集成电路阶段（19591959）SSISSI、MSIMSI、LSILSI、VLSIVLSI、ULSIULSI主要阶段概述主要阶段概述第一代电子第一代电子产品以电子管为关键。四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管，它产品以电子管为关键。四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管，它以小巧、轻便、省电、寿以小巧、轻便、省电、寿命长等特点，很快地被各国应用起来，在很大范围内取代了电子管。命长等特点，很快地被各国应用起来，在很大范围内取代了电子管。五十年代末期，世界上出现了第一块集成电路，它把许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯五十年代末期，世界上出现了第一块集成电路，它把许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯片上，使电子产品向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路快速发展到大规模集成电路片上，使电子产品向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路快速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化方向发和超大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化方向发展。展。3/13分立元件阶段l电子管时代（电子管时代（1905190519481948）为当代技术采取了决定性步骤为当代技术采取了决定性步骤主要大事记主要大事记19051905年年 爱因斯坦阐述相对论爱因斯坦阐述相对论EEmcmc2 219061906年年 亚历山德森研制成高频交流发电机亚历山德森研制成高频交流发电机 德福雷斯特在弗菜明二极管上加栅极，制威第一只三极管德福雷斯特在弗菜明二极管上加栅极，制威第一只三极管19121912年年 阿诺德和兰米尔研制出高真空电子管阿诺德和兰米尔研制出高真空电子管19171917年年 坎贝尔研制成滤波器坎贝尔研制成滤波器19221922年年 弗里斯研制成第一台超外差无线电收音机弗里斯研制成第一台超外差无线电收音机19341934年年 劳伦斯研制成盘旋加速器劳伦斯研制成盘旋加速器19401940年年 帕全森和洛弗尔研制成电子模拟计算机帕全森和洛弗尔研制成电子模拟计算机19471947年年 肖克莱、巴丁和布拉顿创造晶体管；香农奠定信息论基础肖克莱、巴丁和布拉顿创造晶体管；香农奠定信息论基础真空电子管真空电子管4/13分立元件阶段l晶体管时代（晶体管时代（1948194819591959）宇宙空间探索即将开始宇宙空间探索即将开始主要大事记主要大事记19471947年年 贝尔试验室巴丁、布拉顿和肖克莱研制成第一个点接触型晶体管贝尔试验室巴丁、布拉顿和肖克莱研制成第一个点接触型晶体管19481948年年 贝尔试验室香农发表信息论论文贝尔试验室香农发表信息论论文 英国采取英国采取EDSAGEDSAG计算机，这是最早一个存放程序数字计算机计算机，这是最早一个存放程序数字计算机19491949年年 诺伊曼提出自动传输机概念诺伊曼提出自动传输机概念19501950年年 麻省理工学院福雷斯特研制成磁心存放器麻省理工学院福雷斯特研制成磁心存放器19521952年年 美国爆炸第一颗氢弹美国爆炸第一颗氢弹19541954年年 贝尔试验室研制太阳能电池和单晶硅贝尔试验室研制太阳能电池和单晶硅19571957年年 苏联发射第一颗人造地球卫星苏联发射第一颗人造地球卫星19581958年年 美国得克萨斯仪器企业和仙童企业宣告研制成第一个集成电路美国得克萨斯仪器企业和仙童企业宣告研制成第一个集成电路5/13基本分立元件展示电阻器电阻器电容器电容器线圈线圈电池电池晶体管晶体管6/13集成电路阶段时时 期期规规 模模集成度集成度（元件数）（元件数）5050年代末年代末小规模集成电路（小规模集成电路（SSISSI）1001006060年代年代中规模集成电路（中规模集成电路（MSIMSI）100010007070年代年代大规模集成电路（大规模集成电路（LSILSI）100010007070年代末年代末超大规模集成电路（超大规模集成电路（VLSIVLSI）10000100008080年代年代特大规模集成电路（特大规模集成电路（ULSIULSI）100000100000自1958年第一块集成元件问世以来，集成电路已经跨越了小、中、大、超大、特大、巨大规模几个台阶，集成度平均每2年提升近3倍。伴随集成度提升，器件尺寸不停减小。1985年，1兆位ULSI集成度到达200万个元件，器件条宽仅为1微米；1992年，16兆位芯片集成度到达了3200万个元件，条宽减到0.5微米，而后64兆位芯片，其条宽仅为0.3微米。7/13集成电路阶段集成电路制造技术发展日新月异，其中最含有代表性集成电集成电路制造技术发展日新月异，其中最含有代表性集成电路芯片主要包含以下几类，它们组成了当代数字系统基石。路芯片主要包含以下几类，它们组成了当代数字系统基石。可编程逻辑器件（可编程逻辑器件（PLD）微控制芯片（微控制芯片（MCU）数字信号处理器（数字信号处理器（DSP）大规模存放芯片（大规模存放芯片（RAM/ROM）8/13IBM7090电子计算机发展 伴伴随电子技术发展而飞速发展伴伴随电子技术发展而飞速发展起来电子计算机所经历四个阶段充分起来电子计算机所经历四个阶段充分说明了电子技术发展四个阶段特征。说明了电子技术发展四个阶段特征。第一代（第一代（1946194619571957）电子管计算机）电子管计算机第二代（第二代（1958195819631963）晶体管计算机）晶体管计算机第三代（第三代（1964196419701970）集成电路计算机）集成电路计算机第四代（第四代（19711971）大规模集成电路计算机）大规模集成电路计算机 世界上第一台电子计算机于世界上第一台电子计算机于19461946年在美年在美国研制成功，取名国研制成功，取名ENIACENIAC。这台计算机使用了。这台计算机使用了1880018800个电子管，占地个电子管，占地170170平方米，重达平方米，重达3030吨，吨，耗电耗电140140千瓦，价格千瓦，价格4040多万美元，是一个昂贵多万美元，是一个昂贵耗电耗电 庞然大物庞然大物。因为它采取了电子线路来。因为它采取了电子线路来执行算术运算、逻辑运算和存放信息，从而执行算术运算、逻辑运算和存放信息，从而就大大提升了运算速度。就大大提升了运算速度。ENIACENIAC每秒可进行每秒可进行50005000次加法和减法运算，把计算一条弹道时次加法和减法运算，把计算一条弹道时间短为间短为3030秒。它最初被专门用于弹道运算，秒。它最初被专门用于弹道运算，以后经过屡次改进而成为能进行各种科学计以后经过屡次改进而成为能进行各种科学计算通用电子计算机。从算通用电子计算机。从19461946年年2 2月交付使用，月交付使用，到到19551955年年1010月最终切断电源，月最终切断电源，ENIACENIAC服役长达服役长达9 9年。年。IBM360晶体管计算机晶体管计算机ENIACENIAC品牌电脑品牌电脑9/13IBM7090ENIACENIAC电子计算机发展IBM360晶体管计算机晶体管计算机品牌电脑品牌电脑第一代（第一代（19461957）电子管计算机时代：它基本电子元件是电子管，内存放）电子管计算机时代：它基本电子元件是电子管，内存放器采取水银延迟线，外存放器主要采取磁鼓、纸带、卡片、磁带等。因为当初器采取水银延迟线，外存放器主要采取磁鼓、纸带、卡片、磁带等。因为当初电子技术限制，运算速度只是每秒几千次电子技术限制，运算速度只是每秒几千次几万次基本运算，内存容量仅几千几万次基本运算，内存容量仅几千个字。程序语言处于最低阶段，主要使用二进制表示机器语言编程，后阶段采个字。程序语言处于最低阶段，主要使用二进制表示机器语言编程，后阶段采取汇编语言进行程序设计。体积大，耗电多，速度低，造价高，使用不便，主取汇编语言进行程序设计。体积大，耗电多，速度低，造价高，使用不便，主要局限于一些军事和科研部门进行科学计算。（要局限于一些军事和科研部门进行科学计算。（ENIAC）第二代（第二代（19581963）晶体管计算机时代：）晶体管计算机时代：它基本电子元件是晶体管，内存放器大量使它基本电子元件是晶体管，内存放器大量使用磁性材料制成磁芯存放器。与第一代电子用磁性材料制成磁芯存放器。与第一代电子管计算机相比，晶体管计算机体积小，耗电管计算机相比，晶体管计算机体积小，耗电少，成本低，逻辑功效强，使用方便，可靠少，成本低，逻辑功效强，使用方便，可靠性高性高。（。（IBM7090）第三代（第三代（19641970）集成电路计算机时代：）集成电路计算机时代：它基本元件是小规模集成电路和中规模集成电它基本元件是小规模集成电路和中规模集成电路，磁芯存放器深入发展，并开始采取性能更路，磁芯存放器深入发展，并开始采取性能更加好半导体存放器，运算速度提升到每秒几十加好半导体存放器，运算速度提升到每秒几十万次基本运算。因为采取了集成电路，第三代万次基本运算。因为采取了集成电路，第三代计算机各方面性能都有了极大提升：体积缩小，计算机各方面性能都有了极大提升：体积缩小，价格降低，功效增强，可靠性大大提升。价格降低，功效增强，可靠性大大提升。（IBM360系列为代表）系列为代表）第四代（第四代（1971）大规模集成电路计算机时代：）大规模集成电路计算机时代：它基本元件是大规模集成电路，甚至超大规模它基本元件是大规模集成电路，甚至超大规模集成电路，集成度很高半导体存放器替换了磁集成电路，集成度很高半导体存放器替换了磁芯存放器，运算速度可达每秒几百万次，甚至芯存放器，运算速度可达每秒几百万次，甚至上亿次基本运算。含有体积小、功效强、可靠上亿次基本运算。含有体积小、功效强、可靠性高等特点。性高等特点。10/13EDA技术 电电子子设设计计技技术术关关键键就就是是E ED DA A技技术术。E ED DA A是是指指以以计计算算机机为为工工作作平平台台，融融合合应应用用电电子子技技术术、计计算算机机技技术术、智智能能化化技技术术最最新新结结果果而而研研制制成成电电子子C CA AD D通通用用软软件件包包，主主要要能能辅辅助助进进行行三三方方面面设设计计工工作作，即即I IC C设设 计计、电电 子子 电电 路路 设设 计计 和和P PC CB B设设 计计。电子系统设计自动化电子系统设计自动化(ESDA)(ESDA)阶段（阶段（90 90年代以后）：设计人员按照年代以后）：设计人员按照“自顶自顶向下向下”设计方法，对整个系统进行方案设计和功效划分，系统关键电路用设计方法，对整个系统进行方案设计和功效划分，系统关键电路用一片或几片专用集成电路（一片或几片专用集成电路（ASICASIC）实现，然后采取硬件描述语言（）实现，然后采取硬件描述语言（HDLHDL）完成系统行为级设计，最终经过综合器和适配器生成最终目标器件。完成系统行为级设计，最终经过综合器和适配器生成最终目标器件。EDAEDA技术发展三个阶段：技术发展三个阶段：计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD)(CAD)阶段（阶段（70 70年代）：用计算机辅助进行年代）：用计算机辅助进行ICIC版图编辑、版图编辑、PCBPCB布局布线，取代了手工操作。布局布线，取代了手工操作。计算机辅助工程计算机辅助工程(CAE)(CAE)阶段（阶段（80 80年代）：与年代）：与CADCAD相比，相比，CAECAE除了有纯粹图除了有纯粹图形绘制功效外，又增加了电路功效设计和结构设计，而且经过电气连接形绘制功效外，又增加了电路功效设计和结构设计，而且经过电气连接网络表将二者结合在一起，实现了工程设计。网络表将二者结合在一起，实现了工程设计。CAECAE主要功效是：原理图输主要功效是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCBPCB后分析。后分析。ARM开发板开发板11/13纳米电子技术纳米电子学主要在纳米尺度空间内研究电子、原子和分子纳米电子学主要在纳米尺度空间内研究电子、原子和分子运动规律和特征，研究纳米尺度空间内纳米膜、纳米线。纳米运动规律和特征，研究纳米尺度空间内纳米膜、纳米线。纳米点和纳米点阵组成基于量子特征纳米电子器件电子学功效、特点和纳米点阵组成基于量子特征纳米电子器件电子学功效、特征以及加工组装技术。其性能包括放大、振荡、脉冲技术、运征以及加工组装技术。其性能包括放大、振荡、脉冲技术、运算处理和读写等基本问题。其新原理主要基于电子波动性、电算处理和读写等基本问题。其新原理主要基于电子波动性、电子量子隧道效应、电子能级不连续性、量子尺寸效应和统计涨子量子隧道效应、电子能级不连续性、量子尺寸效应和统计涨落特征等。落特征等。从微电子技术到纳米电子器件将是电子器件发展第二次变从微电子技术到纳米电子器件将是电子器件发展第二次变革，与从真空管到晶体管第一次变革相比，它含有更深刻理论革，与从真空管到晶体管第一次变革相比，它含有更深刻理论意义和丰富科技内容。在这次变革中，传统理论将不再适用，意义和丰富科技内容。在这次变革中，传统理论将不再适用，需要发展新理论，并探索出对应材料和技术。需要发展新理论，并探索出对应材料和技术。12/13浅井里青蛙对东海大鳖说：“我高兴极了！我出来在井沿上跳跃着，回去在破砖边上休息着；游到水里就浮起我两腋，跳到泥里就盖没我脚背；回头看看井里赤虫、螃蟹和蝌蚪，却不能象我高兴，而且我独占一坑水，盘踞一口浅井，这也是最大高兴了。你何不随时进来看看呢！”东海鳖，左脚还没有伸进去，右脚已经被绊住了，于是回转退却，把大海情形告诉他说：“千里路地遥远，不足以形容它大；八千尺高度，不足以量尽它深，禹时代十年有九年水灾，可是海水并不增加；汤年代八年有七年旱灾，可是海岸并不浅露。不因时间长短而有所改变，不因为雨水多少而有所增加，这就是东海高兴。”浅井里青蛙听了，惊慌失措，茫然自失。青蛙和东海都是高兴，只是青蛙高兴是有局限，而东海高兴是无限。在当今千变万化世界中，我们要走出青蛙式高兴，拥有东海博大胸怀生物电磁场相互感应。电与磁含有紧密联络，二者都能作为信息承载体，尽管生物体电场十分微弱，但若经过一定信号放大器处理，生物电场将能在生物个体之间传递，比如脑电波。13/13