第1章电子信息技术概述

第一章电子信息技术概述《电子信息技术导论》第一章电子信息技术概述一、信息科学技术中的几个基本概念二、电子信息科学技术研究的主要技术问题三、电子信息科学技术各学科之间的关系和分工四、电子信息产品生产技术的演进五、电子信息科学技术的发展走向浅析小结提纲一、信息科学技术中的几个基本概念（一）几个基本概念1）信息的含义：信息是人类社会、宇宙和大自然的一切事物运动变化的表征。信息是知识，是资源，也是财富。当代社会将信息、材料和能源并列，被称之为社会的三大支柱。1信息2材料3能源2）关于信息技术：不论何种信息，要描述它都需通过语言、文字（包括定律、数学公式和数据等书面形式）或图像反映出来，因而信息与语言、文字和图像密不可分，在一定程度上可以说：信息技术是关于语言、文字和图像的技术。一、信息科学技术中的几个基本概念（一）几个基本概念信息技术世界文明发展语言人类文明开始文字文化印刷文艺复兴邮政第一次工业革命电报和电话第二次工业革命广播和电视第三次工业革命信息网络技术知识经济时代信息技术进步与世界文明发展密切相关！信息技术与世界文明关系表：创造了语言人类才由动物进化成人类。信息技术进步与世界文明发展密切相关！有了语言才能交流，才能组织社会。文字是书面语言（信息存储的一种形式）。甲骨文像形文字一、信息科学技术中的几个基本概念沟通信息，交换情报的社会需求，是人类通信技术进步的源动力！古代峰火边防海军旗语信鸽传书一、信息科学技术中的几个基本概念3）关于信息科学：信息科学是人类了解自然、感知自然，了解社会、沟通情报的一门综合性科学；信息科学是由信息论、通信工程、控制论、计算机科学、仿生学、系统工程与人工智能等学科互相渗透、相互结合而形成；如果从技术角度看，则可以认为：信息科学是系统研究信息获取、传输、处理、显示、存储、检索与应用的科学，它涉及语言、文字、数据（包含物理参数）、生物信息、图像等信息形式。“电子信息科学技术”电子信息科学技术是借助电子科学技术手段，实现信息科学技术目标的理论、技术和方法，是信息科学技术中应用最广、影响最深的一个领域。一、信息科学技术中的几个基本概念（二）信息科学的广泛含义机械信息技术：如留声机（记录声音的振动波形）、手摇计算机等。留声机手摇计算机一、信息科学技术中的几个基本概念光信息技术：光滤波、光放大、光信息处理等（由全光学器件实现）新闻出版、节目制作、图书资料管理、媒体传播学等都属于信息科学技术范畴。频谱面放置滤波器物平面细丝网格状物（正交光栅）像面观察到各种不同的像改变物的频谱结构例：光学频谱分析系统和空间滤波相干单色平行光照明一、信息科学技术中的几个基本概念（三）电子信息科学是最具活力的年轻学科电的通信技术是从发明电报、电话开始的1837年莫尔斯发明电报1876贝尔发明电话贝尔电话构思模型最早期打电话情形，图中为贝尔传送第一句语音的液体话筒最早使用的听筒从此世界进入电子时代!弗莱明（三）电子信息科学是最具活力的年轻学科（续）1904年弗莱明发明的电真空二极管在电灯炮中加一金属板1906年弗雷斯特发明的电真空三极管在二极管中加一金属网电子管原理结构电子管实物照片1946年[美]宾州大学用18800个电子管作的世界上第一台计算机。重30吨，占地约两间教室大，耗电174千瓦时，运算速度5000次加法/秒。第一只晶体管技术进步晶体管发明者：巴丁、布拉坦和肖克利电子管体积大，耗电多（一个普通电子管阴极灯丝耗电约6W）！1947年[美]贝尔实验室三位科学家巴丁、布拉坦和肖克利制造出了世界上第一只点接触型锗晶体三极管晶体管实物晶体管内部原理结构晶体管相对于电子管体积小、重量轻、耗电省，是电子技术划时代的发明！电子管体积大，耗电多（一个普通电子管阴极灯丝耗电约6W）！世界第一片集成电路（1958）1971年世界上第一个商用微处理器：英特尔4004，晶体管数目：2300，速度：108kHz基尔比1958年设计集成电路草稿1958年[美]德州仪器公司工程师杰克·基尔比在一块6.45平方毫米硅片上集成了12个元件，研制出了一个RC移相振荡器。这是世界上第一块集成电路芯片，它标志着电路制作上的一次革命性进展。1961年仙童公司集成电路从此开创了微电子新时代！晶体管体积仍较大！一块芯片内可集成10万以上的元器件，从此电子信息技术跨入了飞速发展的新时代！电子管发明至今只约100年，集成电路发明不过50年！电子信息科学是最具活力的年轻学科！当今集成电路的制造水平：线宽45纳米，一片集成电路就是一个电子系统！386CPU芯片芯片内部布线1906年第一只电真空三极管诞生至2006年电子管发明100周年！为纪念电子管发明100周年制作的电子管、晶体管、集成电路混装PC主板二、电子信息科学技术研究的主要技术问题（一）信息获取（二）信息传输（三）信息处理（四）信息的存储（五）信息利用45二、电子信息科学技术研究的主要技术问题5（一）信息获取1）语音是人类使用最频繁、使用最多的交流信息的工具。语音获取使用最多。语音获取方法获取的语音波形4磁体线圈纸盒送话器二、电子信息科学技术研究的主要技术问题（一）信息获取（续1）2）图像信息获取方法：光电摄像、CCD成像、红外成像、微波成像、X光医学图像等。光电摄像管CCD成像器件多光谱地面成像照片X光医学图像二、电子信息科学技术研究的主要技术问题（一）信息获取（续2）3）物理参数：如温度、压力、张力、变形、流量（液体或气体）、流速等。采用相应的参数传感器，广泛用于各工业、工程和国防控制系统中。温度传感器压力传感器流量传感器传感器是将物理参数变成电信号。（二）信息传输通信系统的模型电话、广播、电视、互联网，都是信息传输系统。也称通信系统。消息：指语音、文字、数据或图像非电信号二、电子信息科学技术研究的主要技术问题二、电子信息科学技术研究的主要技术问题5（二）信息传输（续1）4单工双工通信系统类型半双工无线集群通信固定电话移动电话广播电视注：广播、电视数字化后，用户可上传信息（如点播节目），但这是利用上传通道（另一通道）实现的。这不叫双工，互联网有类似情况。二、电子信息科学技术研究的主要技术问题（二）信息传输（续2）信息传输的主要理论编码理论调制理论检测理论在大学“通信原理”课程中讲授信息传输的其他课程详见教学计划提示：信息传输的理论和技术在电子信息科学技术中占有很大比重，但有待优化。移动通信锁相技术程控交换通信系统通信网微波技术及天线通信软件数字视频技术通信系统仿真（等）电视原理二、电子信息科学技术研究的主要技术问题（三）信息处理语音信息处理语音数据压缩语音识别语音合成主要用于智能机器人、翻译机和智能玩具等从64千比/秒（固定电话）己降至1.2kbit/s（CDMA移动电话）数字图像处理图像数据压缩图像增强图像复原图像重建图像分割主要用于机器视觉、工业生产监控、公安交通、医疗卫生、资源勘探、武器制导、农业估产、灾害评估等等。（详见第十二章）评：数字图像处理技术己应用十分广泛！二、电子信息科学技术研究的主要技术问题（三）信息处理（续1）印刷体汉字识别汉字识别联机手写体汉字识别脱机手写体汉字识别手写体汉字识别尚在发展中。用于手机、计算机汉字输入。已较成熟。语义识别（自然语言处理、自然语言理解）基于推理、人工智能；用作不同语言的翻译机。正迅速发展。二、电子信息科学技术研究的主要技术问题（三）信息处理（续2）信息处理相关课程数字图像处理数字语音处理模式识别与人工智能自然语言理解详见教学计划二、电子信息科学技术研究的主要技术问题（四）信息存储硬盘光盘闪存/SD卡1.5英寸——摄像机中使用。2.5英寸——笔记本电脑使用。3.5英寸——台式机使用。主流硬盘容量为120～500GB，已有1000GB产品。DVD容量：4.7~8.3GB纳米存储器容量可达16GB（USB移动存储器）、SD卡容量更大。21世纪新的存储器件（正大力研究）信息存储器件硬盘光盘USB闪存、SD卡45SD二、电子信息科学技术研究的主要技术问题45（五）信息利用信息利用能力：信息无处不在，它既存在于网络，也存在于人们的周围。是否善于利用外部信息资源，对外部信息的利用效率与质量，反映了一个人的信息利用能力，它决定了一个人的发展空间与成就大小。网络时代：给信息传播和人们获取信息提供了前所未有的优越条件。网络信息检索是介绍从网络中获取信息的方法。信息利用领域：电子商务、网络经济、远程教育、远程医疗、影视制作、各类信息服务业等。三、电子信息科学技术各学科之间的关系和分工0812计算机科学与技术081201计算机系统结构081202计算机软件与理论081203计算机应用技术0809电子科学与技术080901物理电子学080902电路与系统080903微电子与固体电子学080904电磁场与微波技术0810信息与通信工程081001通信与信息系统☆081002信号与信息处理☆0811控制科学与工程081101控制理论与控制工程081102检测技术与自动化装置081103系统工程081104模式识别与智能系统081105导航、制导与控制教育部”工学“一、二级学科目录：0803光学工程（不设二级学科）三、电子信息科学技术各学科之间的关系和分工各学科之间关系示意：控制科学与工程电子科学与技术信息与通信工程计算机科学与技术光电信息技术电子科学与技术：承担电子材料与元器件的研究、设计、制造与应用。它是信息科学技术的基础。控制科学与工程：主要是研究信息综合应用，分析、判断、决策。信息与通信工程：从事信息获取、信息处理、信息传输与通信网络的理论、技术与产品的研究开发、设计与制造。计算机科学与技术：计算机系统结构、软件工程、人工智能、信息存储、计算机网络及计算机外部设备等的理论、技术、设备的设计、制造与研究工作光电信息技术：在激光发明之后产生的新领域，它与电子信息科学技术的所有学科都已结盒，密不可分，如光计算机、光存储、光通信、激光雷达等。四、电子信息产品生产技术的演进（一）生产技术的进步早期人工插装、手工焊接或波峰焊接。插装流水线工人在流水线上插元件四、电子信息产品生产技术的演进（续1）通孔PCB自动插装、暖风回流焊接。通孔PCB板暖风使锡熔化实现焊接注：当前在电力电子设备大功率PCB板生产中仍采用。四、电子信息产品生产技术的演进（续2）贴片机生产技术贴片机贴片机四、电子信息产品生产技术的演进（续3）贴片机生产技术（续1）某手机贴片机产品电路板的截图,原板尺寸：40毫米×37毫米四、电子信息产品生产技术的演进（续4）贴片机生产技术（续2）我国中兴通讯公司的一个贴片电路板生产车间四、电子信息产品生产技术的演进（续5）（二）电子信息技术产品生产的专业化分工PCB电路板生产专业厂：提供电路布线图，为用户生产通孔PCB板、贴片机贴片用PCB电路板。电路板贴片安装生产专业厂：根据用户选用的元、器件，为用户完成贴片、元器件安装焊接。机箱、机壳生产专业厂：为用户设计机箱、机壳，并加工生产。集成电路生产专业厂：用户提供集成电路板图，为用户生产专用集成电路。光刻机四、电子信息产品生产技术的演进（续6）述评：电子信息产品生产的专业化分工，有利于新产品研究开发，并迅速形成生产能力，有利于研究型企业的成长。使人数不多的创新团队利用专业厂就可能形成大产业。这是电子信息产业的自主创业的独特优势。五、电子信息技术的发展走向浅析（一）集成电路：当前集成电路总体技术水平表现为：65nm技术已成熟，45nm技术基本完备，32nm技术正在前行。在纳米级集成电路加工技术的支撑下，集成电路产品正从特大规模集成电路(ULSI，集成度（107～109)阶段向极大规模集成电路(GLSI,集成度109以上)阶段迈进。CPU作为最具有代表性的集成电路产品目前已经进入了多核时代。(二)软件：软件从单一产品竞争转向平台竞争（软件平台是把用户所需的功能模块整合在一起，具有独立性、开放性、标准化、集成性、可扩展性特点）。软件正从产品转变成服务，软件产业正在变成服务业。集成电路专用设备是实现产品制造的必要保障，其中最具代表性的光刻设备。软件