电子工程文化

工程文化系列专题电子工程文化主讲：江冰教授jiangb·@

电子信息专业、学科、产业的认识电子工程含涵概电子工程文化特征第一节电子工程文化概述电子工程与信息工程的范畴如何划分？有学者认为：电子工程：电子设施、硬件和软件等。信息工程：传输信息的设施、硬件和软件等。国家产业层面划分，二者同属一个大领域——电子信息领域第一节电子工程文化概述思考我国在电子信息领域

专业划分？学科划分？产业划分？第一节电子工程文化概述思考1-1、本科专业划分（2012最新版）（与电子信息密切相关专业）08工学门类

0807电子信息类—080701电子信息工程、080702电子科学与技术、080703通信工程、微电子科学与工程、光电信息科学与工程、信息工程0808自动化类—

080801自动化0809计算机类—080901计算机科学与技术、080902软件工程、080903网络工程、080904信息安全、080905物联网工程、080906数字媒体技术第一节电子工程文化概述0803仪器类——测控技术与仪器0805能源动力类——080501能源与动力工程0806电气类——电气工程及其自动化0802机械类——080201机械工程、机械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、机械电子工程、080205工业设计、过程装备与控制工程、车辆工程、汽车服务工程0804材料类——080401材料科学与工程、080405金属材料工程。。。第一节电子工程文化概述02经济学门类0204经济与贸易类—020401国际经济与贸易、020402贸易经济12管理学门类1201管理科学与工程类——110101管理科学、110102信息管理与信息系统、110103工程管理、110104房地产开发与管理、110105工程造价1202工商管理类—120201K工商管理、120202市场营销、120203K会计学、120204财务管理、120205国际商务、120206人力资源管理、120207审计学、120208资产评估、120209物业管理、120210文化产业管理第一节电子工程文化概述13艺术学门类1305设计学类—130501艺术设计学、130502视觉传达学、130503环境设计、130504产品设计130505服装与服饰设计、130506公共艺术、130507工艺美术、130508数字媒体艺术特设专业类0807电子信息类——080707T广播电视工程、080708T水声工程、080709T电子封装技术、080710T集成电路设计与集成系统、080711T医学信息工程、080712T电磁场与无线技术、80713T电波传播与天线、080714T电子信息科学与技术、080715T电信工程及管理、080716T应用电子技术教育0808自动化类——080802T轨道交通信号与控制0809计算机类——080907T智能科学与技术、080908T空间信息与数字技术、080909T电子与计算机2-1、学科划分（2011版相关一级学科，博士/硕士点）08工学

0802

机械工程

0804

仪器科学与技术

0808

电气工程

0809

电子科学与技术（可授工学、理学学位）

0810

信息与通信工程

0811

控制科学与工程

0812

计算机科学与技术（可授工学、理学学位）

0835

软件工程

新增第一节电子工程文化概述

12

管理学1201

管理科学与工程（可授管理学、工学学位）

1202

工商管理

1203

农林经济管理

1204

公共管理

第一节电子工程文化概述二、学科划分（2011版相关一级学科，博士/硕士点）3-1、电子信息产业（来源：电子信息产业发展研究报告（2011版）电子信息产业是指为了实现制作、加工、处理、传播或接收信息等功能或目的，利用电子技术和信息技术所从事的与电子信息产品相关的设备生产、硬件制造、系统集成、软件开发以及应用服务等作业过程的集合。

第一节电子工程文化概述电子信息产业主要包括：——电子信息工业（计算机设备制造业、通信域网络设备制造业、其它信息设备制造业）；——信息服务业和信息开发业（软件产业、数据库开发产业、电子出版业、其他信息相关业）。第一节电子工程文化概述国家电子信息行业分类A0000雷达工业行业B0000通信设备工业行业C0000广播电视设备工业行业D0000电子计算机工业行业E0000软件产业F0000视听设备工业行业G0000电子测量仪器工业行业H0000电子工业专用设备工业行业I0000电子元件工业行业J0000电子器件工业行业K0000电子信息机电产品工业行业L0000电子信息专用材料工业行业第一节电子工程文化概述电子信息产业链分类

硬件-软件-服务业

芯片及元器件-组件-整机

研发-生产-销售业第一节电子工程文化概述电子信息产业管理机构政府最高管理机构——中华人民共和国工业和信息化部（2008年公布）第一节电子工程文化概述信息产业部、国务院信息化办公室、国际科学技术工业委员会（除核电）、国家发改委（工业行业管理与信息化）——工信部

1）办公厅；2）政策法规司；3）规划司；4）财务司；5）产业政策司

6）科技司；7）运行监测协调局；8）中小企业司；9）节能与综合利用司；10）安全生产司；11）原材料工业司（国家履行《禁止化学武器公约》工作办公室）；12）装备工业司；13）消费品工业司；14）军民结合推进司；15电子信息司；16）软件服务业司；17）通信发展司；18）电信管理局；19）通信保障局；20）无线电管理局（国家无线电办公室）；21）信息化推进司；22）信息安全协调司；23）国际合作司（港澳台办公室）；24）人事教育司。

工业和信息化部下设：第一节电子工程文化概述典型司级机关职责电子信息司——产品制造的行业管理工作；协调重大系统装备、微电子等基础产品的开发与生产，协调国家有关重大工程项目所需配套装备、元器件、仪器和材料的国产化；促进技术推广应用。通信发展司——协调公用通信网、互联网、专用通信网的建设，促进网络资源共享；拟订网络技术发展政策；重要通信设施建设管理；监督管理通信建设市场；拟订电信业务资费政策和标准并监督实施。通信保障局——组织研究国家通信网络及相关信息安全问题并提出政策措施；协调管理电信网、互联网网络信息安全平台；组织开展网络环境和信息治理，配合处理网上有害信息；拟订电信网络安全防护政策并组织实施；负责网络安全应急管理和处置；负责特殊通信管理，拟订通信管制和网络管制政策措施；管理党政专用通信工作。

第一节电子工程文化概述省设置：经济和信息化委员会（省经信委）市设置：经济和信息化委员会（市经信委）第一节电子工程文化概述四、电子工程有学者概括：电子工程是利用电子活动和效应的科学知识来设计、开发以及测试设备、系统或装备的一门工程学科。电子工程表示一个广泛的工程领域，覆盖了很多子领域，包括仪器仪表、通信、半导体电路设计、电路与系统、电磁场与微波技术、数字信号处理等。第一节电子工程文化概述五、电子工程文化在电子工程研究、建设和应用活动中所形成、反映、传播的文化现象是工程与文化的结合，是人类社会生存、生活、发展过程中在设计、生产、经营和消费活动中形成的物质和精神成果的总和（精神产品）在不同的建设阶段，体现：不同的民族性、地域性、扩张性、渗透性、融合性。第一节电子工程文化概述六、电子工程文化特征

竞争性人本性创新性高效性协同性第一节电子工程文化概述六、电子工程文化特征朝阳产业投资风险性价比阵营&领域技术、性能、质量、服务、价格用户和市场份额发布规则、标准生存与发展空间利润增长竞争性第一节电子工程文化概述六、电子工程文化特征

高的技术含量人本性第一节电子工程文化概述应用要求操控的便利性体感的舒适性产品设计人性化理念消费者的功能诉求心理生理需求精神追求产品与人、环境、自然、文化传统和和谐六、电子工程文化特征

研发投资研发销售比创新性第一节电子工程文化概述创新思维发明创造电子科技理论、原理、方法创新电子材料、工艺、器件创新电子设备、装备设计及制造创新电子工程应用、服务创新创新技法专利知识产权六、电子工程文化特征

第一节电子工程文化概述

摩尔定律：IC晶体管数量每2年/18个月增加一倍，性能提升一倍硅基IC工艺的极限4-6nm会很快到来，光电子、纳米材料器件方向。高效性高效率：基于时间或投入产出高效用：基于需求满足，偏重于经济学角度高效能：基于功能、功用范围、大小功能强、能耗低、费用小研究开发密集型知识密集型产业跨学科、跨行业的系统工程支撑其他行业的信息服务第一节电子工程文化概述协同性大型复杂电子工程的系统集成、协同调度系统集成协同创作、协作办公、协作生产、资源协作、技术协作、信息协作

电子技术发展电子计算机技术发展移动通信技术发展第二节电子工程典型领域发展史2-1微电子技术发展史

第二节电子工程典型领域发展史电子器件的两个发展阶段分立元件阶段（1905～1959）真空电子管、半导体晶体管集成电路阶段（1959～）SSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI标志成果：（1）第一只半导体三极管（2）第一块集成电路第二节电子工程典型领域发展史2-1-1分立元件阶段1904年弗莱明发明真空二极管1906年德福雷斯特发明真空三极管以来1912年阿诺德和兰米尔——高真空电子管1917年坎贝尔研制成滤波器1922年弗里斯——超外差无线电收音机1934年劳伦斯——回旋加速器1940年帕全森和洛弗尔——电子模拟计算机1947年肖克莱、巴丁和布拉顿发明晶体管；香农奠定信息论的基础电子管时代（1905～1948）第二节电子工程典型领域发展史电子管收音机、电视机、计算机照片第二节电子工程典型领域发展史电子管的缺点

笨重，能耗大、寿命短、噪声大，制造工艺复杂

第二节电子工程典型领域发展史晶体管时代（1948～1959）

——电子技术发展重要里程碑

1947年美国贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克利研制成第一个点接触型晶体管1948年贝尔实验室的香农发表信息论的论文英国EDSAC计算机，这是最早的一种存储程序数字计算机1949年诺伊曼提出自动传输机的概念1950年麻省理工学院的福雷斯特研制成磁心存储器1952年美国爆炸第一颗氢弹1954年贝尔实验室研制太阳能电池和单晶硅1957年苏联发射第一颗人造地球卫星1958年美国得克萨斯仪器公司和仙童公司宣布研制成第一个集成电路第二节电子工程典型领域发展史EDSAC计算机内存槽5英尺长同电子管相比，晶体管具有诸多优越性：

②晶体管省电，仅为电子管的十分之一或几十分之一。

③晶体管不需预热，一开机就工作

④晶体管结实可靠，比电子管可靠100倍，耐冲击、耐振动，这都是电子管所无法比拟的。

①晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍,第二节电子工程典型领域发展史——1945年美国贝尔实验室成立７人固体物理研究组，组长：肖克利;设想其结构像“三明治”夹心面包那样，把N型半导体夹在两层P型半导体之间。——1947.12.16肖克利,巴丁,布拉坦为代表,发明第一只晶体管(点接触型);——1947.12.23使用这种晶体管做了语音放大器实验成功，(称“献给圣诞的礼物”，晶体管发明日）——1948年美国专利局批准晶体管发明专利

肖克利,巴丁,布拉坦一个有趣的故事晶体管的问世第二节电子工程典型领域发展史1951年研制成功结型晶体管贝尔实验室最初研究晶体管目的是为了改进电话继电器，后来在1953年采用晶体管的助听器问世，1954年第一台晶体管收音机投入市场。1955年第一台全晶体管（800只）计算机研制成功。晶体管的问世为集成电路发展奠定基础。1956年肖克利,巴丁,布拉坦三人获诺贝尔物理奖。三条腿的魔术师第二节电子工程典型领域发展史

肖克利的另一个伟大成就在于在硅谷创办了肖克利半导体实验室，为硅谷吸引了大量的人才和关注，被誉为“硅谷的摩西”。吸引八大天才科学家走进实验室。“八个天才的叛逆”故事罗伯特·诺依斯（RobertNoyce）戈登·摩尔（GordonMoore）朱利亚斯·布兰克（JuliusBlank）尤金·克莱尔（EugeneKleiner）金·赫尔尼（JeanHoerni）杰·拉斯特（JayLast）谢尔顿·罗伯茨（SheldonRoberts）维克多·格里尼克（VictorGrinich）

1910-1989第二节电子工程典型领域发展史然而，由于不善经营管理和难以与人相处，这个科学天才的八位杰出弟子最终弃他而去，成为硅谷历史上著名的“八叛逆”(TraitorousEight)。第二节电子工程典型领域发展史如果说斯坦福大学是硅谷的“黄埔军校”，那么1957年创办的仙童(Fairchild)公司就是孵化硅谷企业的温床。从仙童公司后来分出了上百家公司，包括Intel、AMD和硅谷最为显赫的风险投资公司KPCB，以致有人改叫它“Fairchildren”。它的子孙后代实在太多了。第二节电子工程典型领域发展史集成电路的概念（IC——integratecircuit）

2-1-2集成电路阶段——1958年第一个集成电路问世（杰克.基尔比、罗伯特.诺伊斯）——采用一定的工艺，所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；——其优点是具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等，同时成本低，便于大规模生产。

第二节电子工程典型领域发展史杰克.基尔比（1924-2005）美国人“集成电路第一发明人”诺贝尔物理学奖得主。罗伯特.诺伊斯（1927-1990）美国人“集成电路共同发明人”集成电路之父他们是硅谷的开创者，他们改变了我们的世界！第二节电子工程典型领域发展史基尔比性格温和、谦虚和寡言，淡看名利，保持技术本色，遵守科学原理．歹人待彬有礼，赢得人们的尊敬。在德州仪器曾担任管理职务，除了集成电路，他还在其它两项发明中发挥了关键作用，一个是手持电子计算器，另一个是热敏打印机。基尔比一生持有60项电子发明专利。戈登·摩尔评价说：“杰克·基尔比一贯是工程师中的工程师”

凭借集成电路方面所取得的成就，他于2000年获诺贝尔物理学奖。第二节电子工程典型领域发展史

罗伯特·诺伊斯，美国人，1949年获格林尼学院文学学士学位，1953年又获麻省理工学院博士学位。诺伊斯曾在肖克莱半导体研究所工作过，在半导体器件物理学方面获16项专利。1958年诺伊斯成功制成第一块集成电路，并在1959年7月申请了专利。与基尔比相比，诺伊斯的独到之处是创造性地在氧化膜上制作出铝条连线，使元件和导线合成一体，从而为半导体集成电路的平面制作工艺、为工业大批量生产奠定了坚实的基础。诺伊斯被视为芯片的共同发明人。英特尔公司创始人之一，1990年去世，否则会与基尔比共享诺贝尔奖。第二节电子工程典型领域发展史时期规模集成度（元件数）50年代末小规模集成电路（SSI）10060年代中规模集成电路（MSI）100070年代大规模集成电路（LSI）>100070年代末超大规模集成电路（VLSI）1万80年代特大规模集成电路（ULSI）>10万1985年，1兆位ULSI集成度达到200万个元件，器件条宽仅为1微米；1992年，16兆位的芯片集成度达到了3200万个元件，条宽减到0.5微米，而后的64兆位芯片，其条宽仅为0.3微米。自1958年第一块集成元件问世，集成度平均每2年提高近3倍第二节电子工程典型领域发展史集成电路，现代数字系统的基石可编程逻辑器件（PLD）微控制芯片（MCU）数字信号处理器（DSP）大规模存储芯片（RAM/ROM）第二节电子工程典型领域发展史世界各地区的集成电路生产份额美国(29%)欧洲(14%)日本(27%)台湾(11%)韩(8%)中国大陆(2%)其他(9%)第二节电子工程典型领域发展史国际中国30.090.065年份199520002005中国集成电路最小线条宽度(微米）：挑战与机遇from：美国半导体设备及材料国际协会（SEMI）第二节电子工程典型领域发展史3、微电子技术发展方向特征尺寸继续等比例缩小集成电路(IC)将发展成为系统芯片(SOC)微电子技术与其它领域相结合将产生新的产业和新的学科，例如：微机电系统MEMS、生物DNA芯片等第二节电子工程典型领域发展史第一个关键技术层次：微细加工目前0.18m已开始进入大生产0.13m和0.11m具备大生产的条件0.11-0.07um阶段，光刻技术是尚未解决方向１：特征尺寸缩小第二个关键技术：互连技术铜互连已在0.25/0.18um技术代中使用；可靠性问题还有待研究开发第三个关键技术新型器件结构新型材料体系第二节电子工程典型领域发展史SOC的三大支持技术——软硬件协同设计：Co-Design——IP技术——界面综合(InterfaceSynthesis)技术SOC技术难题——规模大、结构复杂。数百万门，包括MPU、SRAM、DRAM、EPROM、闪速存贮器、ADC、DAC及其它模拟和射频电路。必须进行可测性设计。——速度高、时序关系严密。——系统级芯片多采用深亚微米工艺加工技术．方向2：SOCMEMS(微机电系统)：微电子技术与机械、光学等领域结合。DNA生物芯片：微电子技术与生物工程技术结合方向3：MEMS&DNA2-2电子计算机技术发展史第二节电子工程典型领域发展史计算机的史前时代机械式计算机从机械到电子的进程电子计算机发展历史奠定计算机理论基础的重要人物和思想计算机在中国计算机的发展趋势内容提要55561、

从石头计算到算盘公元前3000年的古埃及人用结绳来记录土地面积和收获的谷物公元前2000年的美索不达米亚人用泥板计数，这块泥板上的契形文字代表25。我国古代数学家祖冲之就是用算筹计算出圆周率值介于3.1415926和3.1415927之间。2-2-1计算机的史前时代571、从石头计算到算盘珠算被称为我国“第五大发明”，最早记录于汉朝人徐岳撰写的《数术记遗》一书里。算圣刘洪及其发明的珠算盘。2-2-1计算机的史前时代582、计算尺和计算器Johnapier(1550-1617)约翰·纳皮尔纳皮尔算筹(Napier’sbones)1612年发明2-2-1计算机的史前时代592、计算尺和计算器威廉·奥却德(WilliamOughtred)及其发明的圆形计算尺风靡18－19世纪的计算尺——计算尺2-2-1计算机的史前时代602、计算尺和计算器Casio14-A史上第一台商用小型电子计算器1957年发明一款普通的袖珍电子计算器——计算器2-2-1计算机的史前时代612-2-2机械式计算机1、

契克卡德计算机威廉·契克卡德德国图宾根大学教授，于1623年制造了第一台计算机。1960年，契克卡德家乡人根据示意图重新制作的契克卡德计算机：能做6位数加减法，设置了某种“溢出”响铃装置；机器上部附加一套圆柱型“纳皮尔算筹”，因此也能进行乘除运算。WilhelmSchickard(1592-1635)622、帕斯卡加法机BlaisePascal(1623–1662)保存在巴黎国立工艺博物馆的帕斯卡加法机，1642年发明：机器由系列齿轮组成的装置，外壳用黄铜材料制作，是一个长20英寸、宽4英寸、高3英寸的长方盒子，面板上有一列显示数字的小窗口，旋紧发条后才能转动，用专用的铁笔来拨动转轮以输入数字。布莱斯·帕斯卡

法国数学家、物理学家、思想家2-2-2机械式计算机633、莱布尼兹乘法机GottfriedLeibniz(1646–1716)1674年，莱布尼茨发明乘法机。这是第一台可以运行完整四则运算的计算机，长100厘米、宽30厘米、高25厘米，主要由不动的计数器和可动的定位机构两部分组成，整个机器由一套齿轮系统传动。【公元1700年左右，莱布尼茨从一位友人送给他的中国“易图”（八卦）里受到启发，悟出了二进制数之真谛，率先提出了二进制的运算法则。】戈特费里德·莱布尼兹

德国数学家、微积分独立发明人2-2-2机械式计算机644、“编织”的程序明代宋应星所著《天工开物》《天工开物》中记载的小花楼提花机2-2-2机械式计算机654、“编织”的程序（续）英国曼彻斯特“科学与工业博物馆”中的杰卡德编织机(1805年发明)布乔的穿孔卡片思想在杰卡德的自动编织机上实现——程序控制思想的萌芽正面侧面2-2-2机械式计算机665、差分机和分析机现代计算机奠基人——英国剑桥大学教授查尔斯·巴贝奇1822年，差分机——伦敦科学博物馆的复制品CharlesBabbage(1791-

1871)2-2-2机械式计算机675、差分机和分析机（续）世界上第一位程序员——奥古斯塔·艾达·拜伦后人根据巴贝奇图纸制造的“分析机”AugustaAdaByron(1815-1852)1834年，巴贝奇提出通用计算机“分析机”构想，直至他去世也未制成。2-2-2机械式计算机685、差分机和分析机（续）设计图纸之一——差分机和分析机存储器框架2-2-2机械式计算机696、手摇计算机鲍德温发明的手摇计算机，1873年弗兰克·鲍德温(FrankBaldwin)2-2-2机械式计算机702-3从机械到电子的进程1、

穿孔制表机HermanHollerith(1860-1929)美国著名统计专家——赫尔曼·霍列瑞斯霍列瑞斯发明的自动制表机712、电子文明的曙光——电子二极管、三极管JohnFleming(1848-1945)1904年，英国青年工程师约翰·弗莱明发明真空二极管LeeDeForest(1873-1961)1906年，美国人李·德·福雷斯特发明能起放大作用的真空三极管。2-3从机械到电子的进程72KonradZuse(1910-1995)数字计算机之父——克兰德·楚泽德国博物馆中存放的Z4计算机2-3从机械到电子的进程3、Z系列计算机73HowardAiken(1900-1973)MARK系列计算机发明人——霍华德·艾肯哈佛大学的MARK-I2-3从机械到电子的进程4、MARK系列计算机74——GraceHopper(1906-1992)(a)一本介绍霍波博士的书(b)海军军官霍波——摄于1984年保存在霍波笔记本中的第一个“bug”2-3从机械到电子的进程5、计算机软件之母752-4电子计算机发展历史ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）：1946年2月14日，诞生在美国马里兰州阿贝丁陆军试炮场1、电子管计算机诞生761.4.1电子管计算机1.第一台电子计算机的诞生ENIAC的指标：

每秒5000次加法

17468个电子管7200个二极管、70000个电阻器、10000个电容器、6000个继电器

占地170平方米

总重量30吨

耗电174KWENIAC两位设计者

——莫契利和埃克特ENIAC博物馆中的部分器件2-4电子计算机发展历史电子管计算机77

电子管计算机时代：1946年～20世纪50年代后期(1)主要特点

逻辑元件——电子管

主

存——磁鼓

辅

存——磁带

软

件——机器语言、符号语言

应

用——科学计算(2)主要成就

①数字电子计算机的出现，揭开了人类历史新篇章。②1946年6月，美国数学家、普林斯顿大学教授约翰·冯·诺依曼（JohnVonNeumann）提出了“存储程序”的概念以及计算机组成和框架，奠定了现代计算机组成与工作原理基础。2-4电子计算机发展历史782、晶体管计算机诞生1947年，晶体管诞生。归功于晶体管的三位发明人——因这项伟大发明，三人获得1956年诺贝尔物理学奖威廉·肖克利约翰·巴丁沃尔特·布拉坦2-4电子计算机发展历史792、晶体管计算机1955年，贝尔实验室使用800只晶体管组装了世界上第一台晶体管计算机TRADIC。(TransistorDigitalComputer)2-4电子计算机发展历史802、晶体管计算机20世纪50年代中期～20世纪60年代中期(1)主要特点逻辑元件——晶体管主

存——磁芯辅

存——磁盘软

件——高级程序设计语言、操作系统应

用——除科学计算外，已应用于数据处理、过程控制

(2)主要成就

①首次将晶体管用于计算机，使计算机缩小了体积，减低了功耗，提高了速度和可靠性。②发明了高级语言。

③首次提出了计算机的兼容问题，包括硬件兼容和软件兼容。2-4电子计算机发展历史81归功于1959年，集成电路诞生，两位发明者。杰克·基尔比罗伯特·诺伊斯2-4电子计算机发展历史3、集成电路计算机诞生集成电路实物823、集成电路计算机1964年4月7日，在IBM公司成立50周年之际，由年仅40岁的吉恩·阿姆达尔(Gene

Amdahl)担任主设计师，历时四年研发的IBM360计算机问世，标志着第三代计算机的全面登场，这也是IBM历史上最为成功的机型之一。2-4电子计算机发展历史833、集成电路计算机20世纪60年代中～20世纪70年代初(1)主要特点

逻辑元件——集成电路主

存——半导体辅

存——磁盘软

件——高级程序设计语言、操作系统应

用——科学计算、数据处理、过程控制

(2)主要成就

①IBM公司首次提出了系列机的概念，圆满地解决了计算机兼容的问题，典型代表是IBM360系列机。②控制器设计使用微程序控制技术，使控制器的设计规整化。③结构化程序设计思想成熟，软硬件设计标准化。2-4电子计算机发展历史844、大规模集成电路计算机

——微处理器芯片1971年，Intel公司宣称，他们首创了一种“开启集成电路新纪元”的半导体芯片，即第一块微处理器芯片4004。

所谓微处理器芯片是将CPU（CentralProcessingUnit，中央处理器）集成在一块芯片上。第一块微处理器芯片Intel4004及其发明人特德·霍夫2-4电子计算机发展历史854、大规模集成电路计算机——第一台微型机：Altair88001975年4月，微型仪器与自动测量系统公司（MITS）推出了首台通用型Altair8800，售价375美元，带有1KB存储器，这是世界上第一台微型计算机。——PC机：PersonalComputer1981年8月12日，IBM公司正式推出了全球第一台个人计算机——IBMPC。该机采用主频4.77MHz的Intel8088微处理器，运行Microsoft公司专门为IBMPC开发的MS-DOS操作系统。第一台微型计算机——Altair8800第一台个人计算机——IBMPC2-4电子计算机发展历史864、大规模集成电路计算机——微型计算机

比尔·盖茨（BillGates）在哈佛大学学习期间就为第一台微型计算机Altair8800开发了BASIC编程语言的一个版本。1975年，年仅20的盖茨与好友保罗·艾伦(PaulAllen)共同创建了Microsoft公司。1981年诞生的IBMPC机选用Microsoft公司的MS-DOS作为操作系统，随着PC机的风行，Microsoft公司逐渐成为世界第一大微机软件开发商。比尔·盖茨保罗·艾伦2-4电子计算机发展历史874、大规模集成电路计算机20世纪70年代初期～至今(1)主要特点

逻辑元件——大规模/超大规模集成电路（LSI/VLSI）主

存——LSI/VLSI半导体芯片辅

存——磁盘、光盘软

件——高级程序设计语言、操作系统应

用——科学计算、数据处理、过程控制，并进入以计算机网络为特征的应用时代2-4电子计算机发展历史884、大规模集成电路计算机20世纪70年代初期～至今(2)主要成就

①1971年Intel公司成功地研制出了4004微处理器芯片。从此，随着LSI/VLSI技术的发展，微处理器每隔两三年就有一个新的产品问世，至今已发展到486、586、Itanium、IntelCore2。②微型计算机出现，典型代表是IBMPC。③面向对象、可视化程序设计概念出现；软件产业高度发达，各种实用软件层出不穷，极大地方便了用户。④计算机技术与通信技术相结合，计算机网络把世界紧密地联系在一起。⑤多媒体技术崛起，计算机集图像、图形、声音、文字处理于一体，在信息处理领域掀起了一场革命，与之对应的信息高速公路正在紧锣密鼓地筹划实施当中。2-4电子计算机发展历史895、未来第五代计算机从20世纪80年代开始，日本、美国、欧洲等发达国家都宣布开始新一代计算机的研究。人们普遍认为新一代计算机应该是智能型的，它能模拟人的智能行为，理解人类自然语言，并继续向着微型化、网络化发展。综合起来大概有以下几个研究方向。人工智能计算机巨型计算机多处理机激光计算机超导计算机生物晶体计算机（DNA计算机）量子计算2-4电子计算机发展历史906、总结起止年代主要元件主要元件图例速度（次/秒）特点与应用领域第一代1946年～20世纪50年代末电子管5千～1万次体积巨大，运算速度较低，耗电量大，存储容量小；主要用来进行科学计算第二代20世纪50年代中～20世纪60年代中晶体管几万～几十万次体积减少，耗电较少，运算速度较高，价格下降；不仅用于科学计算，还用于数据处理和事务管理，并逐渐用于工业控制第三代20世纪60年代中～20世纪70年代初中、小规模集成电路几十万～几百万次体积、功耗进一步减少，可靠性和速度进一步提高；应用领域进一步拓展到文字处理、企业管理、自动控制、城市交通管理等方面第四代20世纪70年代初～至今大规模和超大规模集成电路几千万～几百万亿次性能大幅度提高，价格大幅度下降，广泛应用于社会生活的各个方面，进入办公室和家庭；在办公室自动化、电子编辑排版、数据库管理、图像识别、语音识别、专家系统等领域中大显身手2-4电子计算机发展历史912-5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想逻辑代数创始人，英国数学家——乔治·布尔(GeorgeBoole，1815-1864)1、布尔代数92信息论创始人，美国科学家——

克劳德·香农(ClaudeShannon，1916-2001)2-5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想2、香农与信息论933、图灵、图灵机及图灵测试

图灵是计算机逻辑的奠基者，许多人工智能的重要方法也源自这位伟大的科学家：24岁，提出图灵机理论；31岁，参与Colossus（二战时英国破解德国通信密码的计算机）的研制；33岁，构思了仿真系统；35岁，提出自动程序设计概念；38岁，设计了“图灵测试”；

在后来还创造了一门新学科——非线性力学；……计算机与人工智能之父，英国数学家、逻辑学家——阿兰·图灵（AlanTuring，1912-1954）2-5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想943、图灵、图灵机及图灵测试——图灵机1936年5月28日，图灵向伦敦权威的数学杂志投了一篇论文，题为“论可计算数及其在判定问题上的应用”(OnComputableNumbers,withanApplicationtotheEntscheidungsproblem)。在这篇开创性的论文中，图灵给“可计算性”下了一个严格的数学定义，并提出著名的“图灵机(TuringMachine)”的设想。图灵机模型示意图2-5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想953、图灵、图灵机及图灵测试——图灵测试1950年10月，图灵发表一篇题为“计算机器与智能”(Computingmachineryandintelligence)的论文，成为划时代之作。在这篇论文里，图灵第一次提出“机器思维”的概念。他还对智能问题从行为主义的角度给出了定义，由此提出一假想：一个人在不接触对方的情况下，通过一种特殊的方式，和对方进行一系列的问答，如果在相当长时间内，他无法根据这些问题判断对方是人还是计算机，那么，就可以认为这个计算机具有同人相当的智力，即这台计算机是能思维的。这就是著名的“图灵测试”（TuringTesting）。2-5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想963、图灵、图灵机及图灵测试——图灵奖为纪念图灵对计算机领域做出的巨大贡献，国际计算机协会(AssociationforComputingMachinery，ACM)于1966年开始设立图灵奖(TuringAward)，这是计算机界最负盛名的奖项，有“计算机界诺贝尔奖”之称。首位华人获奖者——2000年图灵奖得主，姚期智首位女性获奖者——2006年图灵奖得主，法兰西斯·艾伦姚期智法兰西斯·艾伦(FrancesAllen)2-5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想97被“遗忘”的电子计算机之父

——约翰·阿塔纳索夫（JohnAtanasoff，1903-1995）存放在衣阿华州立大学的ABC计算机(Atanasoff-BerryComputer)2-5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想4、阿塔纳索夫计算机985、维纳及计算机设计五原则维纳提出的现代计算机设计五原则：

不是模拟式，而是数字式；

由电子元件构成，尽量减少机械部件；

采用二进制，而不是十进制；

内部存放计算表；

在计算机内部存储数据。【维纳1943年在所发表的论文“行为、目的和目的论”（Behavior,purpose,andteleology.Phil.Sci.10(1943).）中，首次提出了“控制论”这个概念。1948年维纳在麻省理工学院出版社（MITPress）出版了里程碑式的著作《控制论——动物和机器中的通信与控制问题》（Cybernetics:OrtheControlandCommunicationintheAnimalandtheMachine.Cambridge），为控制论奠定了理论基础，标志着它的正式诞生。】控制论创始人——诺伯特·维纳（NorbertWiener，1894-1964）2-5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想996、冯·诺伊曼及冯·诺伊曼结构1945年6月30日，冯·诺依曼发表“101页报告”——FirstDraftofaReportontheEDVAC；1946年7、8月间，冯·诺依曼又提出了一个更加完善的设计报告“电子计算机逻辑设计初探”（Preliminarydiscussionofthethelogicaldesignofanelectroniccomputinginstrument）。现代电子计算机之父——冯·诺伊曼这两篇报告的综合设计思想，便是著名的“冯·诺依曼结构（vonNeumannArchitecture）”。报告明确指出：

采用二进制，不但数据采用二进制，指令也采用二进制；

计算机由5部分构成：运算器、控制器、存储器、输入和输出装置；

程序由指令组成并和数据一起存放在存储器中，机器按程序指定的逻辑顺序，把指令从存储器中读出来并逐条执行，从而自动完成程序描述的处理工作。(即，“存储程序”思想)2-5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想1006、冯·诺伊曼及冯·诺伊曼结构注意：ENIAC并不是基于“存储程序”工作的计算机！第一台“存储程序”电子计算机——EDSAC，英国剑桥大学教授威尔克斯主持。下面机器是较早实现“冯·诺依曼结构”、按照“存储程序＋程序控制”工作的计算机：IAS——冯·诺依曼主持EDVAC——冯·诺依曼主持EDSAC——莫里斯·威尔克斯主持冯·诺伊曼及IAS机EDVAC2-5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想1012-6计算机在中国

中国的计算机事业开始的标志是1956年6月14日，毛泽东主席等中央领导同志在怀仁堂草坪接见了参加规划的几百位专家，批准了我国著名的12年科技规划，选定了“计算机、电子学、半导体、自动化”作为发展规划的四项紧急措施，批准中国科学院成立计算技术、半导体、电子学及自动化四个研究所。1956年8月25日，中国科学院计算技术研究所筹备委员会成立，著名数学家华罗庚任主任，我国计算机事业由此起步。图2.1浮点数据格式图2.1浮点数据格式1022-6计算机在中国

——中国第一台“银河”亿次巨型电子计算机1983年在国防科技大学诞生。。。。——2009年10月29日，中国首台千万亿次超级计算机“天河一号”诞生。每秒1206万亿次的峰值速度，使中国成为世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。——2010年5月31日，曙光公司和中科院共同研制的曙光“星云”以Linpack值1271万亿次，在第35届全球超级计算机五百强排名中，列第二位。——2010年11月15日，经过一年时间全面的系统升级后，“天河一号”在第36届全球超级计算机五百强排名中夺魁。升级后的“天河一号”实测运算速度可达每秒2570万亿次。图2.1浮点数据格式图2.1浮点数据格式1032-7计算机的发展趋势1041、高性能计算高性能计算（HighPerformanceComputing，HPC）银河-Ⅱ十亿次巨型计算机曙光4000A超级计算机北京气象局所用的长城至翔刀片式服务器2-7计算机的发展趋势1052-7计算机的发展趋势2、普适计算1062-7计算机的发展趋势普适计算的特征（1）user-centeric：以人为中心的计算。（2）invisibility：不可见的计算。（3）accessanythingbyanybodyviaanydevices,anywhereanytime：在任何时间和地点，人们通过任何设备，访问任何信息。（4）hundredsofhandheldandwearablecomputers：许多手持式和可穿戴式计算机。（5）hundredsofwirelesscomputingdevicesperpersonperoffice,ofallscales：大量遍布在每个办公室、每个人的，各种规格的无线计算设备。（6）hundredsofdevicestosenseandcontrolappliances：许多传感设备和控制设备。

1072-7计算机的发展趋势普适计算普适计算示意图2普适计算示意图12-7计算机的发展趋势

普适计算典型项目（1）麻省理工学院的Oxygen项目（2）Microsoft公司的EasyLiving项目（3）AT&T实验室和英国剑桥大学合作的研究项目SentientComputing（4）卡内基梅隆大学的Aura项目（5）乔治亚理工学院的TheAwareHouse项目乔治亚理工学院的TheAwareHouse2-7计算机的发展趋势3、下一代计算机三、移动通讯技术发展史移动通信技术概述3G发展概述2G时代移动通信技术未来趋势3-1移动通信技术概述三、移动通讯技术发展史传统有线通信网“公用交换电话网”PSTN（PublicSwitchedTelephoneNetwork）。自90年代中期，国际互联网Internet兴起，使传统通信网受到前所未有的巨大冲击。通信用户开始普遍装用计算机，数据通信的业务量每年急剧上涨，增长率远超传统电话增长率。以数据信息为重点的分组交换网（PacketSwitching）成为焦点。数据通信——包含音频、视频信息配合的多媒体通信。通信方式——大容量有线固定通信网、无线移动通信

第一代模拟系统（1G)时间：20世纪80年代-90年代初功能：仅提供语音服务技术：模拟语音调制技术和频分多址（FDMA)技术。频段：800MHz关键词：蜂窝结构组网不足：业务量小、质量差、交全性差、没有加密和速度低（2．4kbit／s）。并网制式多，互不兼容，不能提供数据业务。三、移动通讯技术发展史第二代移动通信系统（2G/2.5G)时间：90年代初-至今功能：满足语音业务和初步的多媒体业务能力技术：采用数字的时分多址技术（TDMA）和码分多址技术（CDMA)频段：800MHz、1900MHz关键词：GSM/GPRS/EDGE/CDMA2000不足：随着用户规模和网络规模的不断扩大，频率资源已接近枯竭，语音质量不够高，数据通信速率低（115／384kbit／s）三、移动通讯技术发展史第三代移动通信系统（3G)功能：支持语音和多媒体数据通信，引入大量增值业务（手机上网、可视电话、视频共享、流媒体、POC对讲专网、短信交流和同化交流）技术：智能信号处理技术，主流技术CDMA频段：2GHz关键词：WCDMACDMA2000TD-SCDMA不足：3G缺乏全球统一标准，3G的频谱资源利用率还比较低，3G支持的速率还不够高。三、移动通讯技术发展史第四代移动通信系统（4G)功能：支持高速率和高可靠的语音到多媒体多种综合业务。集3G与WLAN于一体技术产品。技术：以正交频分复用（OFDM）为技术核心。关键词：OFDM、LTE关键技术：信道传输；抗干扰性强的高速接入技术、调制和信息传输技术；高性能、小型化和低成本的自适应阵列智能天线；大容量、低成本的无线接口和光接口；系统管理资源；软件无线电、网络结构协议等。三、移动通讯技术发展史模拟数字单一业务多种业务单一媒体多种媒体人与人之间人与机器之间1G2G3G4G三、移动通讯技术发展史3-22G时代三、移动通讯技术发展史1、GSM（2G）——GSM全球移动通信系统(GlobalSystemforMobileCommunication，GSM)，俗称“全球通”。——1992年在欧洲铺设，随后全球扩张，1993年中国开通（电信、联通）。——全球通用移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球，具有广阔的发展前景。——主要业务：语音通话，短信发送——传输速率：9.6kbit/s——GSM系统频谱：包括GSM900（900MHz）、GSM1800及GSM1900等几个频段。

三、移动通讯技术发展史2、GPRS（2.5G）——通用分组无线服务技术（GeneralPacketRadioService)

——是GSM移动电话用户可用移动数据业务（GSM延续）。——以封包（Packet）式传输，按流量计费。——传输速率：理论56-115Kbps。——主要业务表现：移动办公、移动商务、移动信息服务、移动互联网、多媒体业务等。三、移动通讯技术发展史GPRS通信3、EDGE（2.75G）——EDGE（EnhancedDataRateforGSMEvolution）增强型数据速率GSM演进技术，爱立信公司于1997年向欧洲电信标准化协会ETSI提出，被接受。——2003年成为移动通信市场亮点，美国的CingularWireless公司和AT&T无线公司、智利TelefonicaMoviles、香港特区CSL和泰国AIS开通EDGE服务。07年中国大陆关注，几个城市测试，E标志，中国联通在江苏、广东有该网络。

——传输速率是GPRS的三倍传输速率，最高可达384kbit/s，无线多媒体带宽需求。

——采用最先进的多时隙操作和8PSK调制技术三、移动通讯技术发展史4、CDMA开发组——CDG（CDMADevelopmentGroup）——1992年美国提出了C