工程文化系列專題電子工程文化主講：江冰教授jiangb·@

電子信息專業、學科、產業的認識電子工程含涵概電子工程文化特征第一節電子工程文化概述電子工程與信息工程的范疇如何劃分？有學者認為：電子工程：電子設施、硬件和軟件等。信息工程：傳輸信息的設施、硬件和軟件等。國家產業層面劃分，二者同屬一個大領域——電子信息領域第一節電子工程文化概述思考我國在電子信息領域

專業劃分？學科劃分？產業劃分？第一節電子工程文化概述思考1-1、本科專業劃分（2012最新版）（與電子信息密切相關專業）08工學門類

0807電子信息類—080701電子信息工程、080702電子科學與技術、080703通信工程、微電子科學與工程、光電信息科學與工程、信息工程0808自動化類—

080801自動化0809計算機類—080901計算機科學與技術、080902軟件工程、080903網絡工程、080904信息安全、080905物聯網工程、080906數字媒體技術第一節電子工程文化概述0803儀器類——測控技術與儀器0805能源動力類——080501能源與動力工程0806電氣類——電氣工程及其自動化0802機械類——080201機械工程、機械設計制造及其自動化、材料成型及控制工程、機械電子工程、080205工業設計、過程裝備與控制工程、車輛工程、汽車服務工程0804材料類——080401材料科學與工程、080405金屬材料工程。。。第一節電子工程文化概述02經濟學門類0204經濟與貿易類—020401國際經濟與貿易、020402貿易經濟12管理學門類1201管理科學與工程類——110101管理科學、110102信息管理與信息系統、110103工程管理、110104房地產開發與管理、110105工程造價1202工商管理類—120201K工商管理、120202市場營銷、120203K會計學、120204財務管理、120205國際商務、120206人力資源管理、120207審計學、120208資產評估、120209物業管理、120210文化產業管理第一節電子工程文化概述13藝術學門類1305設計學類—130501藝術設計學、130502視覺傳達學、130503環境設計、130504產品設計130505服裝與服飾設計、130506公共藝術、130507工藝美術、130508數字媒體藝術特設專業類0807電子信息類——080707T廣播電視工程、080708T水聲工程、080709T電子封裝技術、080710T集成電路設計與集成系統、080711T醫學信息工程、080712T電磁場與無線技術、80713T電波傳播與天線、080714T電子信息科學與技術、080715T電信工程及管理、080716T應用電子技術教育0808自動化類——080802T軌道交通信號與控制0809計算機類——080907T智能科學與技術、080908T空間信息與數字技術、080909T電子與計算機2-1、學科劃分（2011版相關一級學科，博士/碩士點）08工學

0802

機械工程

0804

儀器科學與技術

0808

電氣工程

0809

電子科學與技術（可授工學、理學學位）

0810

信息與通信工程

0811

控制科學與工程

0812

計算機科學與技術（可授工學、理學學位）

0835

軟件工程

新增第一節電子工程文化概述

12

管理學1201

管理科學與工程（可授管理學、工學學位）

1202

工商管理

1203

農林經濟管理

1204

公共管理

第一節電子工程文化概述二、學科劃分（2011版相關一級學科，博士/碩士點）3-1、電子信息產業（來源：電子信息產業發展研究報告（2011版）電子信息產業是指為了實現制作、加工、處理、傳播或接收信息等功能或目的，利用電子技術和信息技術所從事的與電子信息產品相關的設備生產、硬件制造、系統集成、軟件開發以及應用服務等作業過程的集合。

第一節電子工程文化概述電子信息產業主要包括：——電子信息工業（計算機設備制造業、通信域網絡設備制造業、其它信息設備制造業）；——信息服務業和信息開發業（軟件產業、數據庫開發產業、電子出版業、其他信息相關業）。第一節電子工程文化概述國家電子信息行業分類A0000雷達工業行業B0000通信設備工業行業C0000廣播電視設備工業行業D0000電子計算機工業行業E0000軟件產業F0000視聽設備工業行業G0000電子測量儀器工業行業H0000電子工業專用設備工業行業I0000電子元件工業行業J0000電子器件工業行業K0000電子信息機電產品工業行業L0000電子信息專用材料工業行業第一節電子工程文化概述電子信息產業鏈分類

硬件-軟件-服務業

芯片及元器件-組件-整機

研發-生產-銷售業第一節電子工程文化概述電子信息產業管理機構政府最高管理機構——中華人民共和國工業和信息化部（2008年公布）第一節電子工程文化概述信息產業部、國務院信息化辦公室、國際科學技術工業委員會（除核電）、國家發改委（工業行業管理與信息化）——工信部

1）辦公廳；2）政策法規司；3）規劃司；4）財務司；5）產業政策司

6）科技司；7）運行監測協調局；8）中小企業司；9）節能與綜合利用司；10）安全生產司；11）原材料工業司（國家履行《禁止化學武器公約》工作辦公室）；12）裝備工業司；13）消費品工業司；14）軍民結合推進司；15電子信息司；16）軟件服務業司；17）通信發展司；18）電信管理局；19）通信保障局；20）無線電管理局（國家無線電辦公室）；21）信息化推進司；22）信息安全協調司；23）國際合作司（港澳臺辦公室）；24）人事教育司。

工業和信息化部下設：第一節電子工程文化概述典型司級機關職責電子信息司——產品制造的行業管理工作；協調重大系統裝備、微電子等基礎產品的開發與生產，協調國家有關重大工程項目所需配套裝備、元器件、儀器和材料的國產化；促進技術推廣應用。通信發展司——協調公用通信網、互聯網、專用通信網的建設，促進網絡資源共享；擬訂網絡技術發展政策；重要通信設施建設管理；監督管理通信建設市場；擬訂電信業務資費政策和標準并監督實施。通信保障局——組織研究國家通信網絡及相關信息安全問題并提出政策措施；協調管理電信網、互聯網網絡信息安全平臺；組織開展網絡環境和信息治理，配合處理網上有害信息；擬訂電信網絡安全防護政策并組織實施；負責網絡安全應急管理和處置；負責特殊通信管理，擬訂通信管制和網絡管制政策措施；管理黨政專用通信工作。

第一節電子工程文化概述省設置：經濟和信息化委員會（省經信委）市設置：經濟和信息化委員會（市經信委）第一節電子工程文化概述四、電子工程有學者概括：電子工程是利用電子活動和效應的科學知識來設計、開發以及測試設備、系統或裝備的一門工程學科。電子工程表示一個廣泛的工程領域，覆蓋了很多子領域，包括儀器儀表、通信、半導體電路設計、電路與系統、電磁場與微波技術、數字信號處理等。第一節電子工程文化概述五、電子工程文化在電子工程研究、建設和應用活動中所形成、反映、傳播的文化現象是工程與文化的結合，是人類社會生存、生活、發展過程中在設計、生產、經營和消費活動中形成的物質和精神成果的總和（精神產品）在不同的建設階段，體現：不同的民族性、地域性、擴張性、滲透性、融合性。第一節電子工程文化概述六、電子工程文化特征

競爭性人本性創新性高效性協同性第一節電子工程文化概述六、電子工程文化特征朝陽產業投資風險性價比陣營&領域技術、性能、質量、服務、價格用戶和市場份額發布規則、標準生存與發展空間利潤增長競爭性第一節電子工程文化概述六、電子工程文化特征

高的技術含量人本性第一節電子工程文化概述應用要求操控的便利性體感的舒適性產品設計人性化理念消費者的功能訴求心理生理需求精神追求產品與人、環境、自然、文化傳統和和諧六、電子工程文化特征

研發投資研發銷售比創新性第一節電子工程文化概述創新思維發明創造電子科技理論、原理、方法創新電子材料、工藝、器件創新電子設備、裝備設計及制造創新電子工程應用、服務創新創新技法專利知識產權六、電子工程文化特征

第一節電子工程文化概述

摩爾定律：IC晶體管數量每2年/18個月增加一倍，性能提升一倍硅基IC工藝的極限4-6nm會很快到來，光電子、納米材料器件方向。高效性高效率：基于時間或投入產出高效用：基于需求滿足，偏重于經濟學角度高效能：基于功能、功用范圍、大小功能強、能耗低、費用小研究開發密集型知識密集型產業跨學科、跨行業的系統工程支撐其他行業的信息服務第一節電子工程文化概述協同性大型復雜電子工程的系統集成、協同調度系統集成協同創作、協作辦公、協作生產、資源協作、技術協作、信息協作

電子技術發展電子計算機技術發展移動通信技術發展第二節電子工程典型領域發展史2-1微電子技術發展史

第二節電子工程典型領域發展史電子器件的兩個發展階段分立元件階段（1905～1959）真空電子管、半導體晶體管集成電路階段（1959～）SSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI標志成果：（1）第一只半導體三極管（2）第一塊集成電路第二節電子工程典型領域發展史2-1-1分立元件階段1904年弗萊明發明真空二極管1906年德福雷斯特發明真空三極管以來1912年阿諾德和蘭米爾——高真空電子管1917年坎貝爾研制成濾波器1922年弗里斯——超外差無線電收音機1934年勞倫斯——回旋加速器1940年帕全森和洛弗爾——電子模擬計算機1947年肖克萊、巴丁和布拉頓發明晶體管；香農奠定信息論的基礎電子管時代（1905～1948）第二節電子工程典型領域發展史電子管收音機、電視機、計算機照片第二節電子工程典型領域發展史電子管的缺點

笨重，能耗大、壽命短、噪聲大，制造工藝復雜

第二節電子工程典型領域發展史晶體管時代（1948～1959）

——電子技術發展重要里程碑

1947年美國貝爾實驗室的巴丁、布拉頓和肖克利研制成第一個點接觸型晶體管1948年貝爾實驗室的香農發表信息論的論文英國EDSAC計算機，這是最早的一種存儲程序數字計算機1949年諾伊曼提出自動傳輸機的概念1950年麻省理工學院的福雷斯特研制成磁心存儲器1952年美國爆炸第一顆氫彈1954年貝爾實驗室研制太陽能電池和單晶硅1957年蘇聯發射第一顆人造地球衛星1958年美國得克薩斯儀器公司和仙童公司宣布研制成第一個集成電路第二節電子工程典型領域發展史EDSAC計算機內存槽5英尺長同電子管相比，晶體管具有諸多優越性：

②晶體管省電，僅為電子管的十分之一或幾十分之一。

③晶體管不需預熱，一開機就工作

④晶體管結實可靠，比電子管可靠100倍，耐沖擊、耐振動，這都是電子管所無法比擬的。

①晶體管的壽命一般比電子管長100到1000倍,第二節電子工程典型領域發展史——1945年美國貝爾實驗室成立７人固體物理研究組，組長：肖克利;設想其結構像“三明治”夾心面包那樣，把N型半導體夾在兩層P型半導體之間。——1947.12.16肖克利,巴丁,布拉坦為代表,發明第一只晶體管(點接觸型);——1947.12.23使用這種晶體管做了語音放大器實驗成功，(稱“獻給圣誕的禮物”，晶體管發明日）——1948年美國專利局批準晶體管發明專利

肖克利,巴丁,布拉坦一個有趣的故事晶體管的問世第二節電子工程典型領域發展史1951年研制成功結型晶體管貝爾實驗室最初研究晶體管目的是為了改進電話繼電器，后來在1953年采用晶體管的助聽器問世，1954年第一臺晶體管收音機投入市場。1955年第一臺全晶體管（800只）計算機研制成功。晶體管的問世為集成電路發展奠定基礎。1956年肖克利,巴丁,布拉坦三人獲諾貝爾物理獎。三條腿的魔術師第二節電子工程典型領域發展史

肖克利的另一個偉大成就在于在硅谷創辦了肖克利半導體實驗室，為硅谷吸引了大量的人才和關注，被譽為“硅谷的摩西”。吸引八大天才科學家走進實驗室。“八個天才的叛逆”故事羅伯特·諾依斯（RobertNoyce）戈登·摩爾（GordonMoore）朱利亞斯·布蘭克（JuliusBlank）尤金·克萊爾（EugeneKleiner）金·赫爾尼（JeanHoerni）杰·拉斯特（JayLast）謝爾頓·羅伯茨（SheldonRoberts）維克多·格里尼克（VictorGrinich）

1910-1989第二節電子工程典型領域發展史然而，由于不善經營管理和難以與人相處，這個科學天才的八位杰出弟子最終棄他而去，成為硅谷歷史上著名的“八叛逆”(TraitorousEight)。第二節電子工程典型領域發展史如果說斯坦福大學是硅谷的“黃埔軍校”，那么1957年創辦的仙童(Fairchild)公司就是孵化硅谷企業的溫床。從仙童公司后來分出了上百家公司，包括Intel、AMD和硅谷最為顯赫的風險投資公司KPCB，以致有人改叫它“Fairchildren”。它的子孫后代實在太多了。第二節電子工程典型領域發展史集成電路的概念（IC——integratecircuit）

2-1-2集成電路階段——1958年第一個集成電路問世（杰克.基爾比、羅伯特.諾伊斯）——采用一定的工藝，所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上，然后封裝在一個管殼內，成為具有所需電路功能的微型結構；——其優點是具有體積小，重量輕，引出線和焊接點少，壽命長，可靠性高，性能好等，同時成本低，便于大規模生產。

第二節電子工程典型領域發展史杰克.基爾比（1924-2005）美國人“集成電路第一發明人”諾貝爾物理學獎得主。羅伯特.諾伊斯（1927-1990）美國人“集成電路共同發明人”集成電路之父他們是硅谷的開創者，他們改變了我們的世界！第二節電子工程典型領域發展史基爾比性格溫和、謙虛和寡言，淡看名利，保持技術本色，遵守科學原理．歹人待彬有禮，贏得人們的尊敬。在德州儀器曾擔任管理職務，除了集成電路，他還在其它兩項發明中發揮了關鍵作用，一個是手持電子計算器，另一個是熱敏打印機。基爾比一生持有60項電子發明專利。戈登·摩爾評價說：“杰克·基爾比一貫是工程師中的工程師”

憑借集成電路方面所取得的成就，他于2000年獲諾貝爾物理學獎。第二節電子工程典型領域發展史

羅伯特·諾伊斯，美國人，1949年獲格林尼學院文學學士學位，1953年又獲麻省理工學院博士學位。諾伊斯曾在肖克萊半導體研究所工作過，在半導體器件物理學方面獲16項專利。1958年諾伊斯成功制成第一塊集成電路，并在1959年7月申請了專利。與基爾比相比，諾伊斯的獨到之處是創造性地在氧化膜上制作出鋁條連線，使元件和導線合成一體，從而為半導體集成電路的平面制作工藝、為工業大批量生產奠定了堅實的基礎。諾伊斯被視為芯片的共同發明人。英特爾公司創始人之一，1990年去世，否則會與基爾比共享諾貝爾獎。第二節電子工程典型領域發展史時期規模集成度（元件數）50年代末小規模集成電路（SSI）10060年代中規模集成電路（MSI）100070年代大規模集成電路（LSI）>100070年代末超大規模集成電路（VLSI）1萬80年代特大規模集成電路（ULSI）>10萬1985年，1兆位ULSI集成度達到200萬個元件，器件條寬僅為1微米；1992年，16兆位的芯片集成度達到了3200萬個元件，條寬減到0.5微米，而后的64兆位芯片，其條寬僅為0.3微米。自1958年第一塊集成元件問世，集成度平均每2年提高近3倍第二節電子工程典型領域發展史集成電路，現代數字系統的基石可編程邏輯器件（PLD）微控制芯片（MCU）數字信號處理器（DSP）大規模存儲芯片（RAM/ROM）第二節電子工程典型領域發展史世界各地區的集成電路生產份額美國(29%)歐洲(14%)日本(27%)臺灣(11%)韓(8%)中國大陸(2%)其他(9%)第二節電子工程典型領域發展史國際中國30.090.065年份199520002005中國集成電路最小線條寬度(微米）：挑戰與機遇from：美國半導體設備及材料國際協會（SEMI）第二節電子工程典型領域發展史3、微電子技術發展方向特征尺寸繼續等比例縮小集成電路(IC)將發展成為系統芯片(SOC)微電子技術與其它領域相結合將產生新的產業和新的學科，例如：微機電系統MEMS、生物DNA芯片等第二節電子工程典型領域發展史第一個關鍵技術層次：微細加工目前0.18m已開始進入大生產0.13m和0.11m具備大生產的條件0.11-0.07um階段，光刻技術是尚未解決方向１：特征尺寸縮小第二個關鍵技術：互連技術銅互連已在0.25/0.18um技術代中使用；可靠性問題還有待研究開發第三個關鍵技術新型器件結構新型材料體系第二節電子工程典型領域發展史SOC的三大支持技術——軟硬件協同設計：Co-Design——IP技術——界面綜合(InterfaceSynthesis)技術SOC技術難題——規模大、結構復雜。數百萬門，包括MPU、SRAM、DRAM、EPROM、閃速存貯器、ADC、DAC及其它模擬和射頻電路。必須進行可測性設計。——速度高、時序關系嚴密。——系統級芯片多采用深亞微米工藝加工技術．方向2：SOCMEMS(微機電系統)：微電子技術與機械、光學等領域結合。DNA生物芯片：微電子技術與生物工程技術結合方向3：MEMS&DNA2-2電子計算機技術發展史第二節電子工程典型領域發展史計算機的史前時代機械式計算機從機械到電子的進程電子計算機發展歷史奠定計算機理論基礎的重要人物和思想計算機在中國計算機的發展趨勢內容提要55561、

從石頭計算到算盤公元前3000年的古埃及人用結繩來記錄土地面積和收獲的谷物公元前2000年的美索不達米亞人用泥板計數，這塊泥板上的契形文字代表25。我國古代數學家祖沖之就是用算籌計算出圓周率值介于3.1415926和3.1415927之間。2-2-1計算機的史前時代571、從石頭計算到算盤珠算被稱為我國“第五大發明”，最早記錄于漢朝人徐岳撰寫的《數術記遺》一書里。算圣劉洪及其發明的珠算盤。2-2-1計算機的史前時代582、計算尺和計算器Johnapier(1550-1617)約翰·納皮爾納皮爾算籌(Napier’sbones)1612年發明2-2-1計算機的史前時代592、計算尺和計算器威廉·奧卻德(WilliamOughtred)及其發明的圓形計算尺風靡18－19世紀的計算尺——計算尺2-2-1計算機的史前時代602、計算尺和計算器Casio14-A史上第一臺商用小型電子計算器1957年發明一款普通的袖珍電子計算器——計算器2-2-1計算機的史前時代612-2-2機械式計算機1、

契克卡德計算機威廉·契克卡德德國圖賓根大學教授，于1623年制造了第一臺計算機。1960年，契克卡德家鄉人根據示意圖重新制作的契克卡德計算機：能做6位數加減法，設置了某種“溢出”響鈴裝置；機器上部附加一套圓柱型“納皮爾算籌”，因此也能進行乘除運算。WilhelmSchickard(1592-1635)622、帕斯卡加法機BlaisePascal(1623–1662)保存在巴黎國立工藝博物館的帕斯卡加法機，1642年發明：機器由系列齒輪組成的裝置，外殼用黃銅材料制作，是一個長20英寸、寬4英寸、高3英寸的長方盒子，面板上有一列顯示數字的小窗口，旋緊發條后才能轉動，用專用的鐵筆來撥動轉輪以輸入數字。布萊斯·帕斯卡

法國數學家、物理學家、思想家2-2-2機械式計算機633、萊布尼茲乘法機GottfriedLeibniz(1646–1716)1674年，萊布尼茨發明乘法機。這是第一臺可以運行完整四則運算的計算機，長100厘米、寬30厘米、高25厘米，主要由不動的計數器和可動的定位機構兩部分組成，整個機器由一套齒輪系統傳動。【公元1700年左右，萊布尼茨從一位友人送給他的中國“易圖”（八卦）里受到啟發，悟出了二進制數之真諦，率先提出了二進制的運算法則。】戈特費里德·萊布尼茲

德國數學家、微積分獨立發明人2-2-2機械式計算機644、“編織”的程序明代宋應星所著《天工開物》《天工開物》中記載的小花樓提花機2-2-2機械式計算機654、“編織”的程序（續）英國曼徹斯特“科學與工業博物館”中的杰卡德編織機(1805年發明)布喬的穿孔卡片思想在杰卡德的自動編織機上實現——程序控制思想的萌芽正面側面2-2-2機械式計算機665、差分機和分析機現代計算機奠基人——英國劍橋大學教授查爾斯·巴貝奇1822年，差分機——倫敦科學博物館的復制品CharlesBabbage(1791-

1871)2-2-2機械式計算機675、差分機和分析機（續）世界上第一位程序員——奧古斯塔·艾達·拜倫后人根據巴貝奇圖紙制造的“分析機”AugustaAdaByron(1815-1852)1834年，巴貝奇提出通用計算機“分析機”構想，直至他去世也未制成。2-2-2機械式計算機685、差分機和分析機（續）設計圖紙之一——差分機和分析機存儲器框架2-2-2機械式計算機696、手搖計算機鮑德溫發明的手搖計算機，1873年弗蘭克·鮑德溫(FrankBaldwin)2-2-2機械式計算機702-3從機械到電子的進程1、

穿孔制表機HermanHollerith(1860-1929)美國著名統計專家——赫爾曼·霍列瑞斯霍列瑞斯發明的自動制表機712、電子文明的曙光——電子二極管、三極管JohnFleming(1848-1945)1904年，英國青年工程師約翰·弗萊明發明真空二極管LeeDeForest(1873-1961)1906年，美國人李·德·福雷斯特發明能起放大作用的真空三極管。2-3從機械到電子的進程72KonradZuse(1910-1995)數字計算機之父——克蘭德·楚澤德國博物館中存放的Z4計算機2-3從機械到電子的進程3、Z系列計算機73HowardAiken(1900-1973)MARK系列計算機發明人——霍華德·艾肯哈佛大學的MARK-I2-3從機械到電子的進程4、MARK系列計算機74——GraceHopper(1906-1992)(a)一本介紹霍波博士的書(b)海軍軍官霍波——攝于1984年保存在霍波筆記本中的第一個“bug”2-3從機械到電子的進程5、計算機軟件之母752-4電子計算機發展歷史ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）：1946年2月14日，誕生在美國馬里蘭州阿貝丁陸軍試炮場1、電子管計算機誕生761.4.1電子管計算機1.第一臺電子計算機的誕生ENIAC的指標：

每秒5000次加法

17468個電子管7200個二極管、70000個電阻器、10000個電容器、6000個繼電器

占地170平方米

總重量30噸

耗電174KWENIAC兩位設計者

——莫契利和埃克特ENIAC博物館中的部分器件2-4電子計算機發展歷史電子管計算機77

電子管計算機時代：1946年～20世紀50年代后期(1)主要特點

邏輯元件——電子管

主

存——磁鼓

輔

存——磁帶

軟

件——機器語言、符號語言

應

用——科學計算(2)主要成就

①數字電子計算機的出現，揭開了人類歷史新篇章。②1946年6月，美國數學家、普林斯頓大學教授約翰·馮·諾依曼（JohnVonNeumann）提出了“存儲程序”的概念以及計算機組成和框架，奠定了現代計算機組成與工作原理基礎。2-4電子計算機發展歷史782、晶體管計算機誕生1947年，晶體管誕生。歸功于晶體管的三位發明人——因這項偉大發明，三人獲得1956年諾貝爾物理學獎威廉·肖克利約翰·巴丁沃爾特·布拉坦2-4電子計算機發展歷史792、晶體管計算機1955年，貝爾實驗室使用800只晶體管組裝了世界上第一臺晶體管計算機TRADIC。(TransistorDigitalComputer)2-4電子計算機發展歷史802、晶體管計算機20世紀50年代中期～20世紀60年代中期(1)主要特點邏輯元件——晶體管主

存——磁芯輔

存——磁盤軟

件——高級程序設計語言、操作系統應

用——除科學計算外，已應用于數據處理、過程控制

(2)主要成就

①首次將晶體管用于計算機，使計算機縮小了體積，減低了功耗，提高了速度和可靠性。②發明了高級語言。

③首次提出了計算機的兼容問題，包括硬件兼容和軟件兼容。2-4電子計算機發展歷史81歸功于1959年，集成電路誕生，兩位發明者。杰克·基爾比羅伯特·諾伊斯2-4電子計算機發展歷史3、集成電路計算機誕生集成電路實物823、集成電路計算機1964年4月7日，在IBM公司成立50周年之際，由年僅40歲的吉恩·阿姆達爾(Gene

Amdahl)擔任主設計師，歷時四年研發的IBM360計算機問世，標志著第三代計算機的全面登場，這也是IBM歷史上最為成功的機型之一。2-4電子計算機發展歷史833、集成電路計算機20世紀60年代中～20世紀70年代初(1)主要特點

邏輯元件——集成電路主

存——半導體輔

存——磁盤軟

件——高級程序設計語言、操作系統應

用——科學計算、數據處理、過程控制

(2)主要成就

①IBM公司首次提出了系列機的概念，圓滿地解決了計算機兼容的問題，典型代表是IBM360系列機。②控制器設計使用微程序控制技術，使控制器的設計規整化。③結構化程序設計思想成熟，軟硬件設計標準化。2-4電子計算機發展歷史844、大規模集成電路計算機

——微處理器芯片1971年，Intel公司宣稱，他們首創了一種“開啟集成電路新紀元”的半導體芯片，即第一塊微處理器芯片4004。

所謂微處理器芯片是將CPU（CentralProcessingUnit，中央處理器）集成在一塊芯片上。第一塊微處理器芯片Intel4004及其發明人特德·霍夫2-4電子計算機發展歷史854、大規模集成電路計算機——第一臺微型機：Altair88001975年4月，微型儀器與自動測量系統公司（MITS）推出了首臺通用型Altair8800，售價375美元，帶有1KB存儲器，這是世界上第一臺微型計算機。——PC機：PersonalComputer1981年8月12日，IBM公司正式推出了全球第一臺個人計算機——IBMPC。該機采用主頻4.77MHz的Intel8088微處理器，運行Microsoft公司專門為IBMPC開發的MS-DOS操作系統。第一臺微型計算機——Altair8800第一臺個人計算機——IBMPC2-4電子計算機發展歷史864、大規模集成電路計算機——微型計算機

比爾·蓋茨（BillGates）在哈佛大學學習期間就為第一臺微型計算機Altair8800開發了BASIC編程語言的一個版本。1975年，年僅20的蓋茨與好友保羅·艾倫(PaulAllen)共同創建了Microsoft公司。1981年誕生的IBMPC機選用Microsoft公司的MS-DOS作為操作系統，隨著PC機的風行，Microsoft公司逐漸成為世界第一大微機軟件開發商。比爾·蓋茨保羅·艾倫2-4電子計算機發展歷史874、大規模集成電路計算機20世紀70年代初期～至今(1)主要特點

邏輯元件——大規模/超大規模集成電路（LSI/VLSI）主

存——LSI/VLSI半導體芯片輔

存——磁盤、光盤軟

件——高級程序設計語言、操作系統應

用——科學計算、數據處理、過程控制，并進入以計算機網絡為特征的應用時代2-4電子計算機發展歷史884、大規模集成電路計算機20世紀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微處理器芯片。從此，隨著LSI/VLSI技術的發展，微處理器每隔兩三年就有一個新的產品問世，至今已發展到486、586、Itanium、IntelCore2。②微型計算機出現，典型代表是IBMPC。③面向對象、可視化程序設計概念出現；軟件產業高度發達，各種實用軟件層出不窮，極大地方便了用戶。④計算機技術與通信技術相結合，計算機網絡把世界緊密地聯系在一起。⑤多媒體技術崛起，計算機集圖像、圖形、聲音、文字處理于一體，在信息處理領域掀起了一場革命，與之對應的信息高速公路正在緊鑼密鼓地籌劃實施當中。2-4電子計算機發展歷史895、未來第五代計算機從20世紀80年代開始，日本、美國、歐洲等發達國家都宣布開始新一代計算機的研究。人們普遍認為新一代計算機應該是智能型的，它能模擬人的智能行為，理解人類自然語言，并繼續向著微型化、網絡化發展。綜合起來大概有以下幾個研究方向。人工智能計算機巨型計算機多處理機激光計算機超導計算機生物晶體計算機（DNA計算機）量子計算2-4電子計算機發展歷史906、總結起止年代主要元件主要元件圖例速度（次/秒）特點與應用領域第一代1946年～20世紀50年代末電子管5千～1萬次體積巨大，運算速度較低，耗電量大，存儲容量小；主要用來進行科學計算第二代20世紀50年代中～20世紀60年代中晶體管幾萬～幾十萬次體積減少，耗電較少，運算速度較高，價格下降；不僅用于科學計算，還用于數據處理和事務管理，并逐漸用于工業控制第三代20世紀60年代中～20世紀70年代初中、小規模集成電路幾十萬～幾百萬次體積、功耗進一步減少，可靠性和速度進一步提高；應用領域進一步拓展到文字處理、企業管理、自動控制、城市交通管理等方面第四代20世紀70年代初～至今大規模和超大規模集成電路幾千萬～幾百萬億次性能大幅度提高，價格大幅度下降，廣泛應用于社會生活的各個方面，進入辦公室和家庭；在辦公室自動化、電子編輯排版、數據庫管理、圖像識別、語音識別、專家系統等領域中大顯身手2-4電子計算機發展歷史912-5奠定現代計算機理論基礎的重要人物和思想邏輯代數創始人，英國數學家——喬治·布爾(GeorgeBoole，1815-1864)1、布爾代數92信息論創始人，美國科學家——

克勞德·香農(ClaudeShannon，1916-2001)2-5奠定現代計算機理論基礎的重要人物和思想2、香農與信息論933、圖靈、圖靈機及圖靈測試

圖靈是計算機邏輯的奠基者，許多人工智能的重要方法也源自這位偉大的科學家：24歲，提出圖靈機理論；31歲，參與Colossus（二戰時英國破解德國通信密碼的計算機）的研制；33歲，構思了仿真系統；35歲，提出自動程序設計概念；38歲，設計了“圖靈測試”；

在后來還創造了一門新學科——非線性力學；……計算機與人工智能之父，英國數學家、邏輯學家——阿蘭·圖靈（AlanTuring，1912-1954）2-5奠定現代計算機理論基礎的重要人物和思想943、圖靈、圖靈機及圖靈測試——圖靈機1936年5月28日，圖靈向倫敦權威的數學雜志投了一篇論文，題為“論可計算數及其在判定問題上的應用”(OnComputableNumbers,withanApplicationtotheEntscheidungsproblem)。在這篇開創性的論文中，圖靈給“可計算性”下了一個嚴格的數學定義，并提出著名的“圖靈機(TuringMachine)”的設想。圖靈機模型示意圖2-5奠定現代計算機理論基礎的重要人物和思想953、圖靈、圖靈機及圖靈測試——圖靈測試1950年10月，圖靈發表一篇題為“計算機器與智能”(Computingmachineryandintelligence)的論文，成為劃時代之作。在這篇論文里，圖靈第一次提出“機器思維”的概念。他還對智能問題從行為主義的角度給出了定義，由此提出一假想：一個人在不接觸對方的情況下，通過一種特殊的方式，和對方進行一系列的問答，如果在相當長時間內，他無法根據這些問題判斷對方是人還是計算機，那么，就可以認為這個計算機具有同人相當的智力，即這臺計算機是能思維的。這就是著名的“圖靈測試”（TuringTesting）。2-5奠定現代計算機理論基礎的重要人物和思想963、圖靈、圖靈機及圖靈測試——圖靈獎為紀念圖靈對計算機領域做出的巨大貢獻，國際計算機協會(AssociationforComputingMachinery，ACM)于1966年開始設立圖靈獎(TuringAward)，這是計算機界最負盛名的獎項，有“計算機界諾貝爾獎”之稱。首位華人獲獎者——2000年圖靈獎得主，姚期智首位女性獲獎者——2006年圖靈獎得主，法蘭西斯·艾倫姚期智法蘭西斯·艾倫(FrancesAllen)2-5奠定現代計算機理論基礎的重要人物和思想97被“遺忘”的電子計算機之父

——約翰·阿塔納索夫（JohnAtanasoff，1903-1995）存放在衣阿華州立大學的ABC計算機(Atanasoff-BerryComputer)2-5奠定現代計算機理論基礎的重要人物和思想4、阿塔納索夫計算機985、維納及計算機設計五原則維納提出的現代計算機設計五原則：

不是模擬式，而是數字式；

由電子元件構成，盡量減少機械部件；

采用二進制，而不是十進制；

內部存放計算表；

在計算機內部存儲數據。【維納1943年在所發表的論文“行為、目的和目的論”（Behavior,purpose,andteleology.Phil.Sci.10(1943).）中，首次提出了“控制論”這個概念。1948年維納在麻省理工學院出版社（MITPress）出版了里程碑式的著作《控制論——動物和機器中的通信與控制問題》（Cybernetics:OrtheControlandCommunicationintheAnimalandtheMachine.Cambridge），為控制論奠定了理論基礎，標志著它的正式誕生。】控制論創始人——諾伯特·維納（NorbertWiener，1894-1964）2-5奠定現代計算機理論基礎的重要人物和思想996、馮·諾伊曼及馮·諾伊曼結構1945年6月30日，馮·諾依曼發表“101頁報告”——FirstDraftofaReportontheEDVAC；1946年7、8月間，馮·諾依曼又提出了一個更加完善的設計報告“電子計算機邏輯設計初探”（Preliminarydiscussionofthethelogicaldesignofanelectroniccomputinginstrument）。現代電子計算機之父——馮·諾伊曼這兩篇報告的綜合設計思想，便是著名的“馮·諾依曼結構（vonNeumannArchitecture）”。報告明確指出：

采用二進制，不但數據采用二進制，指令也采用二進制；

計算機由5部分構成：運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出裝置；

程序由指令組成并和數據一起存放在存儲器中，機器按程序指定的邏輯順序，把指令從存儲器中讀出來并逐條執行，從而自動完成程序描述的處理工作。(即，“存儲程序”思想)2-5奠定現代計算機理論基礎的重要人物和思想1006、馮·諾伊曼及馮·諾伊曼結構注意：ENIAC并不是基于“存儲程序”工作的計算機！第一臺“存儲程序”電子計算機——EDSAC，英國劍橋大學教授威爾克斯主持。下面機器是較早實現“馮·諾依曼結構”、按照“存儲程序＋程序控制”工作的計算機：IAS——馮·諾依曼主持EDVAC——馮·諾依曼主持EDSAC——莫里斯·威爾克斯主持馮·諾伊曼及IAS機EDVAC2-5奠定現代計算機理論基礎的重要人物和思想1012-6計算機在中國

中國的計算機事業開始的標志是1956年6月14日，毛澤東主席等中央領導同志在懷仁堂草坪接見了參加規劃的幾百位專家，批準了我國著名的12年科技規劃，選定了“計算機、電子學、半導體、自動化”作為發展規劃的四項緊急措施，批準中國科學院成立計算技術、半導體、電子學及自動化四個研究所。1956年8月25日，中國科學院計算技術研究所籌備委員會成立，著名數學家華羅庚任主任，我國計算機事業由此起步。圖2.1浮點數據格式圖2.1浮點數據格式1022-6計算機在中國

——中國第一臺“銀河”億次巨型電子計算機1983年在國防科技大學誕生。。。。——2009年10月29日，中國首臺千萬億次超級計算機“天河一號”誕生。每秒1206萬億次的峰值速度，使中國成為世界上第二個能夠研制千萬億次超級計算機的國家。——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1271萬億次，在第35屆全球超級計算機五百強排名中，列第二位。——2010年11月15日，經過一年時間全面的系統升級后，“天河一號”在第36屆全球超級計算機五百強排名中奪魁。升級后的“天河一號”實測運算速度可達每秒2570萬億次。圖2.1浮點數據格式圖2.1浮點數據格式1032-7計算機的發展趨勢1041、高性能計算高性能計算（HighPerformanceComputing，HPC）銀河-Ⅱ十億次巨型計算機曙光4000A超級計算機北京氣象局所用的長城至翔刀片式服務器2-7計算機的發展趨勢1052-7計算機的發展趨勢2、普適計算1062-7計算機的發展趨勢普適計算的特征（1）user-centeric：以人為中心的計算。（2）invisibility：不可見的計算。（3）accessanythingbyanybodyviaanydevices,anywhereanytime：在任何時間和地點，人們通過任何設備，訪問任何信息。（4）hundredsofhandheldandwearablecomputers：許多手持式和可穿戴式計算機。（5）hundredsofwirelesscomputingdevicesperpersonperoffice,ofallscales：大量遍布在每個辦公室、每個人的，各種規格的無線計算設備。（6）hundredsofdevicestosenseandcontrolappliances：許多傳感設備和控制設備。

1072-7計算機的發展趨勢普適計算普適計算示意圖2普適計算示意圖12-7計算機的發展趨勢

普適計算典型項目（1）麻省理工學院的Oxygen項目（2）Microsoft公司的EasyLiving項目（3）AT&T實驗室和英國劍橋大學合作的研究項目SentientComputing（4）卡內基梅隆大學的Aura項目（5）喬治亞理工學院的TheAwareHouse項目喬治亞理工學院的TheAwareHouse2-7計算機的發展趨勢3、下一代計算機三、移動通訊技術發展史移動通信技術概述3G發展概述2G時代移動通信技術未來趨勢3-1移動通信技術概述三、移動通訊技術發展史傳統有線通信網“公用交換電話網”PSTN（PublicSwitchedTelephoneNetwork）。自90年代中期，國際互聯網Internet興起，使傳統通信網受到前所未有的巨大沖擊。通信用戶開始普遍裝用計算機，數據通信的業務量每年急劇上漲，增長率遠超傳統電話增長率。以數據信息為重點的分組交換網（PacketSwitching）成為焦點。數據通信——包含音頻、視頻信息配合的多媒體通信。通信方式——大容量有線固定通信網、無線移動通信

第一代模擬系統（1G)時間：20世紀80年代-90年代初功能：僅提供語音服務技術：模擬語音調制技術和頻分多址（FDMA)技術。頻段：800MHz關鍵詞：蜂窩結構組網不足：業務量小、質量差、交全性差、沒有加密和速度低（2．4kbit／s）。并網制式多，互不兼容，不能提供數據業務。三、移動通訊技術發展史第二代移動通信系統（2G/2.5G)時間：90年代初-至今功能：滿足語音業務和初步的多媒體業務能力技術：采用數字的時分多址技術（TDMA）和碼分多址技術（CDMA)頻段：800MHz、1900MHz關鍵詞：GSM/GPRS/EDGE/CDMA2000不足：隨著用戶規模和網絡規模的不斷擴大，頻率資源已接近枯竭，語音質量不夠高，數據通信速率低（115／384kbit／s）三、移動通訊技術發展史第三代移動通信系統（3G)功能：支持語音和多媒體數據通信，引入大量增值業務（手機上網、可視電話、視頻共享、流媒體、POC對講專網、短信交流和同化交流）技術：智能信號處理技術，主流技術CDMA頻段：2GHz關鍵詞：WCDMACDMA2000TD-SCDMA不足：3G缺乏全球統一標準，3G的頻譜資源利用率還比較低，3G支持的速率還不夠高。三、移動通訊技術發展史第四代移動通信系統（4G)功能：支持高速率和高可靠的語音到多媒體多種綜合業務。集3G與WLAN于一體技術產品。技術：以正交頻分復用（OFDM）為技術核心。關鍵詞：OFDM、LTE關鍵技術：信道傳輸；抗干擾性強的高速接入技術、調制和信息傳輸技術；高性能、小型化和低成本的自適應陣列智能天線；大容量、低成本的無線接口和光接口；系統管理資源；軟件無線電、網絡結構協議等。三、移動通訊技術發展史模擬數字單一業務多種業務單一媒體多種媒體人與人之間人與機器之間1G2G3G4G三、移動通訊技術發展史3-22G時代三、移動通訊技術發展史1、GSM（2G）——GSM全球移動通信系統(GlobalSystemforMobileCommunication，GSM)，俗稱“全球通”。——1992年在歐洲鋪設，隨后全球擴張，1993年中國開通（電信、聯通）。——全球通用移動電話網絡標準，讓用戶使用一部手機就能行遍全球，具有廣闊的發展前景。——主要業務：語音通話，短信發送——傳輸速率：9.6kbit/s——GSM系統頻譜：包括GSM900（900MHz）、GSM1800及GSM1900等幾個頻段。

三、移動通訊技術發展史2、GPRS（2.5G）——通用分組無線服務技術（GeneralPacketRadioService)

——是GSM移動電話用戶可用移動數據業務（GSM延續）。——以封包（Packet）式傳輸，按流量計費。——傳輸速率：理論56-115Kbps。——主要業務表現：移動辦公、移動商務、移動信息服務、移動互聯網、多媒體業務等。三、移動通訊技術發展史GPRS通信3、EDGE（2.75G）——EDGE（EnhancedDataRateforGSMEvolution）增強型數據速率GSM演進技術，愛立信公司于1997年向歐洲電信標準化協會ETSI提出，被接受。——2003年成為移動通信市場亮點，美國的CingularWireless公司和AT&T無線公司、智利TelefonicaMoviles、香港特區CSL和泰國AIS開通EDGE服務。07年中國大陸關注，幾個城市測試，E標志，中國聯通在江蘇、廣東有該網絡。

——傳輸速率是GPRS的三倍傳輸速率，最高可達384kbit/s，無線多媒體帶寬需求。

——采用最先進的多時隙操作和8PSK調制技術三、移動通訊技術發展史4、CDMA開發組——CDG（CDMADevelopmentGroup）——1992年美國提出了C