第一章電子信息技術(shù)發(fā)展史

1、第第1 1講講 電子信息技術(shù)發(fā)展史電子信息技術(shù)發(fā)展史1.1 1.1 電的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展電的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展 1.2 1.2 電子線路元件的發(fā)展電子線路元件的發(fā)展1.3 1.3 近代通信技術(shù)發(fā)展近代通信技術(shù)發(fā)展1.4 1.4 計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.5 1.5 自動(dòng)控制理論的發(fā)展自動(dòng)控制理論的發(fā)展1.1 1.1 電的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展電的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展1.1.1 1.1.1 電的發(fā)現(xiàn)電的發(fā)現(xiàn)1.1.2 1.1.2 電的效應(yīng)電的效應(yīng)1.1.3 1.1.3 歐姆定律實(shí)驗(yàn)歐姆定律實(shí)驗(yàn)1.1.4 1.1.4 電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn)1.1.1 1.1.1 電的發(fā)現(xiàn)電的發(fā)現(xiàn)1 1）摩擦起電）摩擦起電 “電電”一詞在西方是從

2、希臘文琥珀一詞在西方是從希臘文琥珀一詞轉(zhuǎn)意而來的，是能量的一種形式，它一詞轉(zhuǎn)意而來的，是能量的一種形式，它包括了許多種由于電荷的存在或移動(dòng)而產(chǎn)包括了許多種由于電荷的存在或移動(dòng)而產(chǎn)生的現(xiàn)象，自然界的閃電就是其中一種。生的現(xiàn)象，自然界的閃電就是其中一種。 1818世紀(jì)后期電學(xué)的另一個(gè)世紀(jì)后期電學(xué)的另一個(gè)重要的發(fā)展是意大利物理學(xué)重要的發(fā)展是意大利物理學(xué)家伏打（圖家伏打（圖1-81-8）發(fā)明了電）發(fā)明了電池，在這之前，電學(xué)實(shí)驗(yàn)只池，在這之前，電學(xué)實(shí)驗(yàn)只能用摩擦起電機(jī)的萊頓瓶進(jìn)能用摩擦起電機(jī)的萊頓瓶進(jìn)行，而它們只能提供短暫的行，而它們只能提供短暫的電流。電流。圖圖1-8 1-8 意大利物理學(xué)家伏打意大利

3、物理學(xué)家伏打 1.1.1 1.1.1 電的發(fā)現(xiàn)電的發(fā)現(xiàn)富蘭克林風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)富蘭克林風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)17461746年，英國(guó)倫敦一名叫柯林森的物理學(xué)年，英國(guó)倫敦一名叫柯林森的物理學(xué)家，通過郵寄向美國(guó)費(fèi)城的本杰明家，通過郵寄向美國(guó)費(fèi)城的本杰明. .富蘭克富蘭克林贈(zèng)送了一只萊頓瓶，并在信中向他介紹了林贈(zèng)送了一只萊頓瓶，并在信中向他介紹了使用方法，這直接導(dǎo)致了使用方法，這直接導(dǎo)致了17521752年富蘭克林著年富蘭克林著名的費(fèi)城實(shí)驗(yàn)。名的費(fèi)城實(shí)驗(yàn)。1.1.1 1.1.1 電的發(fā)現(xiàn)電的發(fā)現(xiàn)圖圖1-10 1-10 富蘭克林的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)富蘭克林的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn) 他做了一個(gè)把風(fēng)箏放到雷雨云他做了一個(gè)把風(fēng)箏放到雷雨云里去的實(shí)驗(yàn)。他

4、用金屬絲把一個(gè)很里去的實(shí)驗(yàn)。他用金屬絲把一個(gè)很大的風(fēng)箏放到云層里去，金屬絲的大的風(fēng)箏放到云層里去，金屬絲的下端接了一段繩子，另外金屬絲上下端接了一段繩子，另外金屬絲上還掛了一串鑰匙。當(dāng)時(shí)富蘭克林一還掛了一串鑰匙。當(dāng)時(shí)富蘭克林一手拉住繩子，用另一手輕輕觸及鑰手拉住繩子，用另一手輕輕觸及鑰匙。于是他立即感到一陣猛烈的沖匙。于是他立即感到一陣猛烈的沖擊（電擊），同時(shí)還看到手指和鑰擊（電擊），同時(shí)還看到手指和鑰匙之間產(chǎn)生了小火花（圖匙之間產(chǎn)生了小火花（圖1-101-10）。）。1.1.1 1.1.1 電的發(fā)現(xiàn)電的發(fā)現(xiàn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明：被雨水濕透了的風(fēng)箏的金屬線變成了導(dǎo)這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明：被雨水濕透了的風(fēng)箏的金屬

5、線變成了導(dǎo)體，把空中閃電的電荷引到手指與鑰匙之間，這在當(dāng)時(shí)是體，把空中閃電的電荷引到手指與鑰匙之間，這在當(dāng)時(shí)是一件轟動(dòng)一時(shí)的大事。一件轟動(dòng)一時(shí)的大事。富蘭克林在美國(guó)費(fèi)城的實(shí)驗(yàn)驚動(dòng)了教會(huì)，他們斥責(zé)他冒富蘭克林在美國(guó)費(fèi)城的實(shí)驗(yàn)驚動(dòng)了教會(huì)，他們斥責(zé)他冒犯天威，是對(duì)上帝和雷公的大逆不道。然而，他仍然堅(jiān)持犯天威，是對(duì)上帝和雷公的大逆不道。然而，他仍然堅(jiān)持不懈，而且在一年后制造出世界上第一個(gè)避雷針，終于制不懈，而且在一年后制造出世界上第一個(gè)避雷針，終于制服了天電。富蘭克林的這個(gè)實(shí)驗(yàn)，不僅在美國(guó)有很大的影服了天電。富蘭克林的這個(gè)實(shí)驗(yàn)，不僅在美國(guó)有很大的影響，而且影響到世界其他國(guó)家。響，而且影響到世界其他國(guó)家

6、。 1.1.1 1.1.1 電的發(fā)現(xiàn)電的發(fā)現(xiàn)1 1）奧斯特電流磁效應(yīng)）奧斯特電流磁效應(yīng)奧斯特（圖奧斯特（圖1-111-11）根據(jù)已發(fā)現(xiàn)一些電可能會(huì)發(fā)生磁的跡）根據(jù)已發(fā)現(xiàn)一些電可能會(huì)發(fā)生磁的跡象，堅(jiān)信電磁間有聯(lián)系，并開展電是否能產(chǎn)生磁的研究。象，堅(jiān)信電磁間有聯(lián)系，并開展電是否能產(chǎn)生磁的研究。 18201820年年4 4月的一天，奧斯特在一次講演快結(jié)束的時(shí)候，抱月的一天，奧斯特在一次講演快結(jié)束的時(shí)候，抱著試試看的心情又做了一次實(shí)驗(yàn)。他把一條非常細(xì)的鉑導(dǎo)著試試看的心情又做了一次實(shí)驗(yàn)。他把一條非常細(xì)的鉑導(dǎo)線放在一根用玻璃罩罩著的小磁針上方，接通電源的瞬間，線放在一根用玻璃罩罩著的小磁針上方，接通電源的

7、瞬間，發(fā)現(xiàn)磁針跳動(dòng)了一下（圖發(fā)現(xiàn)磁針跳動(dòng)了一下（圖1-121-12）。這一跳使有心的奧斯特）。這一跳使有心的奧斯特喜出望外，竟激動(dòng)得在講臺(tái)上摔了一跤。喜出望外，竟激動(dòng)得在講臺(tái)上摔了一跤。1.1.2 1.1.2 電的效應(yīng)電的效應(yīng)圖圖1-11 1-11 丹麥物理學(xué)家奧斯持丹麥物理學(xué)家奧斯持 圖圖1-121-12電流磁效應(yīng)電流磁效應(yīng) 1.1.2 1.1.2 電的效應(yīng)電的效應(yīng)以后的兩個(gè)月里，奧斯特閉門不出，設(shè)計(jì)了幾以后的兩個(gè)月里，奧斯特閉門不出，設(shè)計(jì)了幾十個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)，都證實(shí)了通電導(dǎo)線周圍存在磁十個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)，都證實(shí)了通電導(dǎo)線周圍存在磁場(chǎng)。場(chǎng)。 同年同年7 7月，奧斯特發(fā)表了月，奧斯特發(fā)表了關(guān)于磁體周

8、圍電沖突關(guān)于磁體周圍電沖突的實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)論文，向?qū)W術(shù)界宣布了電流的磁效應(yīng)，論文，向?qū)W術(shù)界宣布了電流的磁效應(yīng)，整個(gè)物理學(xué)界都震動(dòng)了。整個(gè)物理學(xué)界都震動(dòng)了。 1.1.2 1.1.2 電的效應(yīng)電的效應(yīng)法拉第電磁感應(yīng)法拉第電磁感應(yīng)法拉第（圖法拉第（圖1-171-17）經(jīng)過近）經(jīng)過近1010年的年的努力，于努力，于18311831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。他把磁產(chǎn)生電的現(xiàn)象稱為象。他把磁產(chǎn)生電的現(xiàn)象稱為“電電磁感應(yīng)磁感應(yīng)”，并且概括了可以產(chǎn)生感，并且概括了可以產(chǎn)生感應(yīng)電流的幾種途徑：電流變化、磁應(yīng)電流的幾種途徑：電流變化、磁場(chǎng)變化、流過恒定電流的導(dǎo)線空間場(chǎng)變化、流過恒定電流的導(dǎo)線空間位置變化

9、、磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)以及使導(dǎo)體在位置變化、磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)以及使導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。圖圖1-17 1-17 英國(guó)著名物英國(guó)著名物理學(xué)家、化學(xué)家法拉第理學(xué)家、化學(xué)家法拉第1.1.2 1.1.2 電的效應(yīng)電的效應(yīng)這里的關(guān)鍵技術(shù)這里的關(guān)鍵技術(shù)是：產(chǎn)生感應(yīng)電流是：產(chǎn)生感應(yīng)電流的回路都是處在一的回路都是處在一個(gè)變化的磁場(chǎng)中，個(gè)變化的磁場(chǎng)中，一旦磁場(chǎng)變化停止，一旦磁場(chǎng)變化停止，感應(yīng)電流就消失感應(yīng)電流就消失（圖（圖1-181-18）。）。 圖圖1-18 1-18 產(chǎn)生感應(yīng)電流產(chǎn)生感應(yīng)電流 1.1.2 1.1.2 電的效應(yīng)電的效應(yīng)18521852年年5 5月，德國(guó)物理學(xué)家月，德國(guó)物理學(xué)家歐姆（圖歐姆（圖1-211-2

10、1）研究探討了）研究探討了電流產(chǎn)生的電磁力的衰減與電流產(chǎn)生的電磁力的衰減與導(dǎo)線長(zhǎng)度的關(guān)系，其結(jié)果在導(dǎo)線長(zhǎng)度的關(guān)系，其結(jié)果在他的第一篇科學(xué)論文中發(fā)表，他的第一篇科學(xué)論文中發(fā)表，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，他碰到了測(cè)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，他碰到了測(cè)量電流強(qiáng)度的困難。量電流強(qiáng)度的困難。 圖圖1-211-21德國(guó)物理學(xué)家歐姆德國(guó)物理學(xué)家歐姆 1.1.3 1.1.3 歐姆定理實(shí)驗(yàn)歐姆定理實(shí)驗(yàn)在德國(guó)科學(xué)家施威格發(fā)明的檢流計(jì)啟發(fā)下，他把在德國(guó)科學(xué)家施威格發(fā)明的檢流計(jì)啟發(fā)下，他把奧斯特關(guān)于電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和庫(kù)侖扭秤方法巧妙?yuàn)W斯特關(guān)于電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和庫(kù)侖扭秤方法巧妙地結(jié)合起來，設(shè)計(jì)了一個(gè)電流扭力秤，用它測(cè)量電地結(jié)合起來，設(shè)計(jì)了一個(gè)

11、電流扭力秤，用它測(cè)量電流強(qiáng)度。流強(qiáng)度。 歐姆從初步的實(shí)驗(yàn)中證實(shí)，電流的電磁力與導(dǎo)體歐姆從初步的實(shí)驗(yàn)中證實(shí)，電流的電磁力與導(dǎo)體的長(zhǎng)度有關(guān)。隨后，在試驗(yàn)中改變電路上的電動(dòng)勢(shì)的長(zhǎng)度有關(guān)。隨后，在試驗(yàn)中改變電路上的電動(dòng)勢(shì)中，他發(fā)現(xiàn)：電荷在導(dǎo)體中流動(dòng)遵從一種十分簡(jiǎn)單中，他發(fā)現(xiàn)：電荷在導(dǎo)體中流動(dòng)遵從一種十分簡(jiǎn)單的規(guī)律：電流和電壓成正比。的規(guī)律：電流和電壓成正比。1.1.3 1.1.3 歐姆定理實(shí)驗(yàn)歐姆定理實(shí)驗(yàn)電壓和電流之間的比例系數(shù)稱作電阻，它表示電壓和電流之間的比例系數(shù)稱作電阻，它表示導(dǎo)體對(duì)電荷流動(dòng)所呈現(xiàn)的導(dǎo)體對(duì)電荷流動(dòng)所呈現(xiàn)的“阻力阻力”（圖（圖1-221-22），），電動(dòng)勢(shì)與電阻之間的依存關(guān)系，就是

12、歐姆定律。電動(dòng)勢(shì)與電阻之間的依存關(guān)系，就是歐姆定律。 I=U/R 圖圖1-22 1-22 歐姆定理實(shí)驗(yàn)電路圖歐姆定理實(shí)驗(yàn)電路圖 1.1.3 1.1.3 歐姆定理實(shí)驗(yàn)歐姆定理實(shí)驗(yàn)1 1）麥克斯韋方程組）麥克斯韋方程組麥克斯韋（圖麥克斯韋（圖1-231-23）通過對(duì)前人的發(fā)現(xiàn)和成果）通過對(duì)前人的發(fā)現(xiàn)和成果加以總結(jié)和升華以及結(jié)合位移電流概念的引入，加以總結(jié)和升華以及結(jié)合位移電流概念的引入，創(chuàng)造性地提出了變化電場(chǎng)可在周圍激發(fā)磁場(chǎng)的創(chuàng)造性地提出了變化電場(chǎng)可在周圍激發(fā)磁場(chǎng)的假設(shè)，把物理與數(shù)學(xué)緊密結(jié)合假設(shè)，把物理與數(shù)學(xué)緊密結(jié)合, , 利用類比方法利用類比方法建立了描寫電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的麥克斯韋方程組建立了描寫

13、電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的麥克斯韋方程組（圖（圖1-241-24）。）。1.1.4 1.1.4 電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn)圖圖1-23 1-23 英國(guó)物理學(xué)家家麥克斯韋英國(guó)物理學(xué)家家麥克斯韋 圖圖1-24 1-24 麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組1.1.4 1.1.4 電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn)由麥克斯韋方程組出發(fā)，根據(jù)交變的電場(chǎng)（或磁由麥克斯韋方程組出發(fā)，根據(jù)交變的電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）可在周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)（或電場(chǎng)），預(yù)言了場(chǎng)）可在周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)（或電場(chǎng)），預(yù)言了電磁波。電磁波。 他認(rèn)為這種交變電磁場(chǎng)可不斷由振源向遠(yuǎn)處傳播他認(rèn)為這種交變電磁場(chǎng)可不斷由振源向遠(yuǎn)處傳播開來，電磁振蕩在空間的傳播就形成了電磁波開來，電磁

14、振蕩在空間的傳播就形成了電磁波（圖（圖1-251-25）。）。1.1.4 1.1.4 電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn)(a) 電磁波的形成和發(fā)展(b) 沿X方向傳播的簡(jiǎn)諧平面電磁波圖圖1-25 1-25 電磁波電磁波 1.1.4 1.1.4 電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn)麥克斯韋的電磁理論首次綜合和發(fā)展了前人工作麥克斯韋的電磁理論首次綜合和發(fā)展了前人工作, , 給給出了一個(gè)描寫出了一個(gè)描寫電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的完美的統(tǒng)一方程；充運(yùn)動(dòng)的完美的統(tǒng)一方程；充分反映了電場(chǎng)與磁場(chǎng)以及時(shí)間空間的對(duì)稱性；數(shù)學(xué)形分反映了電場(chǎng)與磁場(chǎng)以及時(shí)間空間的對(duì)稱性；數(shù)學(xué)形式簡(jiǎn)單優(yōu)美式簡(jiǎn)單優(yōu)美, , 充分體現(xiàn)了物理學(xué)的充分體現(xiàn)了物理學(xué)的美美以

15、及數(shù)學(xué)的以及數(shù)學(xué)的重要性；重要性； 更重要的是科學(xué)家正是利用數(shù)學(xué)方法從龐雜更重要的是科學(xué)家正是利用數(shù)學(xué)方法從龐雜的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)中找出自然界普遍的高于感性經(jīng)驗(yàn)的客觀的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)中找出自然界普遍的高于感性經(jīng)驗(yàn)的客觀規(guī)律來。規(guī)律來。1.1.4 1.1.4 電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn)2 2）赫茲實(shí)驗(yàn)）赫茲實(shí)驗(yàn)18731873年，德國(guó)物理學(xué)家赫茲年，德國(guó)物理學(xué)家赫茲( (圖圖1-26)1-26)用試驗(yàn)第用試驗(yàn)第一次證明了電磁波的存在。他自制了一個(gè)能夠一次證明了電磁波的存在。他自制了一個(gè)能夠產(chǎn)生電磁振蕩的儀器，產(chǎn)生出電磁波，在離它產(chǎn)生電磁振蕩的儀器，產(chǎn)生出電磁波，在離它三公尺的地方，赫茲用一個(gè)簡(jiǎn)單的接受器接受三公

16、尺的地方，赫茲用一個(gè)簡(jiǎn)單的接受器接受到了這臺(tái)儀器發(fā)出的電磁波。圖到了這臺(tái)儀器發(fā)出的電磁波。圖1-27 1-27 是赫茲試是赫茲試驗(yàn)驗(yàn)證原理圖。驗(yàn)驗(yàn)證原理圖。 1.1.4 1.1.4 電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn)圖圖1-26 1-26 德國(guó)物理學(xué)家赫茲德國(guó)物理學(xué)家赫茲 圖圖1-271-27赫茲實(shí)驗(yàn)赫茲實(shí)驗(yàn) 1.1.4 1.1.4 電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn)赫茲在實(shí)驗(yàn)時(shí)曾指出，電磁波可以被反射、赫茲在實(shí)驗(yàn)時(shí)曾指出，電磁波可以被反射、折射和如同可見光、熱波一樣的被偏振。折射和如同可見光、熱波一樣的被偏振。由他的振蕩器所發(fā)出的電磁波是平面偏振由他的振蕩器所發(fā)出的電磁波是平面偏振波，其電場(chǎng)平行于振蕩器的導(dǎo)線，

17、而磁場(chǎng)波，其電場(chǎng)平行于振蕩器的導(dǎo)線，而磁場(chǎng)垂直于電場(chǎng)，且兩者均垂直傳播方向。垂直于電場(chǎng)，且兩者均垂直傳播方向。1.1.4 1.1.4 電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn)o 18891889年在一次著名的演說中，赫茲明確的指年在一次著名的演說中，赫茲明確的指出，光是一種電磁現(xiàn)象。此外，赫茲還發(fā)現(xiàn)出，光是一種電磁現(xiàn)象。此外，赫茲還發(fā)現(xiàn)電磁波可以毫無困難地通過墻壁，不過它能電磁波可以毫無困難地通過墻壁，不過它能被大金屬擋?。荤R子可以反射電磁波。赫茲被大金屬擋?。荤R子可以反射電磁波。赫茲還測(cè)出電磁波的波長(zhǎng)，由此計(jì)算出電磁波的還測(cè)出電磁波的波長(zhǎng)，由此計(jì)算出電磁波的傳播速度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電磁波的傳播速度和傳播速度，結(jié)

18、果發(fā)現(xiàn)，電磁波的傳播速度和光速完全相同。光速完全相同。第一次以電磁波傳遞信息是第一次以電磁波傳遞信息是18961896年意大利馬可年意大利馬可尼開始的。尼開始的。19011901年，馬可尼又成功的將訊號(hào)送到大西洋彼年，馬可尼又成功的將訊號(hào)送到大西洋彼岸的美國(guó)。岸的美國(guó)。2020世紀(jì)無線電通訊更有了異常驚人的發(fā)展。世紀(jì)無線電通訊更有了異常驚人的發(fā)展。 1.1.4 1.1.4 電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn)o 赫茲實(shí)驗(yàn)不僅證實(shí)麥克斯韋的電磁理赫茲實(shí)驗(yàn)不僅證實(shí)麥克斯韋的電磁理論，更為無線電、電視和雷達(dá)的發(fā)展找論，更為無線電、電視和雷達(dá)的發(fā)展找到了途徑。電的真正魅力在于，它為人到了途徑。電的真正魅力在于，它

19、為人類提供了一種傳輸和控制能量最理想的類提供了一種傳輸和控制能量最理想的方式，使人類獲得了一種以光速傳輸信方式，使人類獲得了一種以光速傳輸信息的載體。息的載體。 1.2 1.2 電子線路元件的發(fā)展電子線路元件的發(fā)展1.2.1 1.2.1 電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)1.2.2 1.2.2 電子管電子管1.2.3 1.2.3 晶體管晶體管1.2.4 1.2.4 集成電路集成電路1.2.1 1.2.1 電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)過程，始于人們對(duì)氣體放電的電子的發(fā)現(xiàn)過程，始于人們對(duì)氣體放電的研究。當(dāng)氣體放電發(fā)生時(shí)，電子很容易脫離研究。當(dāng)氣體放電發(fā)生時(shí)，電子很容易脫離原子的束縛呈現(xiàn)許多新奇現(xiàn)象。它們引導(dǎo)科

20、原子的束縛呈現(xiàn)許多新奇現(xiàn)象。它們引導(dǎo)科學(xué)家探尋隱藏其中的奧秘，從而找到電子；學(xué)家探尋隱藏其中的奧秘，從而找到電子； o 應(yīng)用電子的構(gòu)想，源于白熾燈的發(fā)明。白熾燈應(yīng)用電子的構(gòu)想，源于白熾燈的發(fā)明。白熾燈灼熱的燈絲，不僅持續(xù)地發(fā)出明亮的光，并源灼熱的燈絲，不僅持續(xù)地發(fā)出明亮的光，并源源不斷地發(fā)射電子；源不斷地發(fā)射電子； o 這些電子在沒有空氣的環(huán)境里能夠自由地飛行，這些電子在沒有空氣的環(huán)境里能夠自由地飛行，借助電和磁的作用，人們可以控制它們的運(yùn)動(dòng)，借助電和磁的作用，人們可以控制它們的運(yùn)動(dòng)，這成為各類電子技術(shù)發(fā)明共同的基礎(chǔ)。這成為各類電子技術(shù)發(fā)明共同的基礎(chǔ)。18971897年，英國(guó)科學(xué)家湯姆孫（如圖

21、年，英國(guó)科學(xué)家湯姆孫（如圖1-281-28）對(duì)陰極射線進(jìn)行更加精確的實(shí)驗(yàn)研究時(shí)發(fā)對(duì)陰極射線進(jìn)行更加精確的實(shí)驗(yàn)研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，陰極射線是一種帶負(fù)電的微粒，與氣現(xiàn)，陰極射線是一種帶負(fù)電的微粒，與氣體成分或陰極材料無關(guān)，它存在于一切物體成分或陰極材料無關(guān)，它存在于一切物質(zhì)之中。質(zhì)之中。1.2.1 1.2.1 電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)o 湯姆孫用湯姆孫用“電子電子”一詞命名他確認(rèn)的這一詞命名他確認(rèn)的這種帶電微粒，圖種帶電微粒，圖1-291-29就是湯姆孫的原子就是湯姆孫的原子模型。模型。o 科學(xué)史家將人類發(fā)現(xiàn)電子的時(shí)間定為科學(xué)史家將人類發(fā)現(xiàn)電子的時(shí)間定為18971897年。年。 圖圖 1-281-28英國(guó)科學(xué)

22、家湯姆孫英國(guó)科學(xué)家湯姆孫 圖圖1-29 1-29 湯姆孫的原子模型湯姆孫的原子模型 1.2.1 1.2.1 電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)電子是一種基本粒子，目前無法再分解為更小的物質(zhì)。電子是一種基本粒子，目前無法再分解為更小的物質(zhì)。其直徑是質(zhì)子的其直徑是質(zhì)子的0.0010.001倍，重量為質(zhì)子的倍，重量為質(zhì)子的1/18361/1836。電子圍繞原子的核做高速運(yùn)動(dòng)。電子通常排列在各個(gè)電子圍繞原子的核做高速運(yùn)動(dòng)。電子通常排列在各個(gè)能量層上。當(dāng)原子互相結(jié)合成為分子時(shí)，在最外層的電能量層上。當(dāng)原子互相結(jié)合成為分子時(shí)，在最外層的電子便會(huì)由一原子移至另一原子或成為彼此共享的電子。子便會(huì)由一原子移至另一原子或成為彼

23、此共享的電子。在湯姆孫的原子模型中，原子是一個(gè)球體；正電核均在湯姆孫的原子模型中，原子是一個(gè)球體；正電核均勻分布在整個(gè)球內(nèi)，而電子鑲嵌在原子里面。勻分布在整個(gè)球內(nèi)，而電子鑲嵌在原子里面。 1.2.1 1.2.1 電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)19041904年，英國(guó)工程師弗萊明年，英國(guó)工程師弗萊明( (圖圖 1-30)1-30)發(fā)明了人類第一只電子管發(fā)明了人類第一只電子管, , 電子管的誕生，電子管的誕生，是人類電子文明的起點(diǎn)。是人類電子文明的起點(diǎn)。弗萊明真空二極管的發(fā)明得益于愛迪生發(fā)弗萊明真空二極管的發(fā)明得益于愛迪生發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)的“愛迪生效應(yīng)愛迪生效應(yīng)”。1.2.2 1.2.2 電子管電子管o 弗萊明采用

24、在真空中利用電流加熱燈絲的方弗萊明采用在真空中利用電流加熱燈絲的方法，輕而易舉地獲得逸出物體的自由電子，法，輕而易舉地獲得逸出物體的自由電子，并用它做成了一種效率很高的無線電信號(hào)檢并用它做成了一種效率很高的無線電信號(hào)檢測(cè)器測(cè)器-真空二極管（如圖真空二極管（如圖1-311-31）。真空）。真空二極管可使頻率很高的無線電信號(hào)被整流檢二極管可使頻率很高的無線電信號(hào)被整流檢波成為人們需要的信息。波成為人們需要的信息。 圖圖 1-301-30英國(guó)工程師弗萊明英國(guó)工程師弗萊明 圖圖 1-31 1-31 真空電子二極管（真空電子二極管（19041904年）年） 1.2.2 1.2.2 電子管電子管圖圖1-3

25、21-32美國(guó)發(fā)明家德福雷斯特美國(guó)發(fā)明家德福雷斯特 圖圖1-33 1-33 真空三極管真空三極管 1.2.2 1.2.2 電子管電子管真空三極管的發(fā)明，使無線廣播迅速成真空三極管的發(fā)明，使無線廣播迅速成為一種大眾傳媒，收音機(jī)成為一種時(shí)尚家為一種大眾傳媒，收音機(jī)成為一種時(shí)尚家電。電。利用真空三極管，可以產(chǎn)生功率強(qiáng)大的利用真空三極管，可以產(chǎn)生功率強(qiáng)大的高頻無線電信號(hào)，同時(shí)使聲音變成的電信高頻無線電信號(hào)，同時(shí)使聲音變成的電信號(hào)疊加在上面，向幅員遼闊的地域播送語號(hào)疊加在上面，向幅員遼闊的地域播送語音信息。音信息。1.2.2 1.2.2 電子管電子管無線電電子學(xué)技術(shù)開始跨出通信系統(tǒng)，進(jìn)入人無線電電子學(xué)技

26、術(shù)開始跨出通信系統(tǒng)，進(jìn)入人類活動(dòng)的更多領(lǐng)域。作為電子學(xué)裝置的核心器類活動(dòng)的更多領(lǐng)域。作為電子學(xué)裝置的核心器件，真空三極管一直推動(dòng)著電子技術(shù)前進(jìn)，直件，真空三極管一直推動(dòng)著電子技術(shù)前進(jìn)，直到到19471947年，三位美國(guó)科學(xué)家發(fā)明晶體管，它才年，三位美國(guó)科學(xué)家發(fā)明晶體管，它才逐漸退出歷史舞臺(tái)。逐漸退出歷史舞臺(tái)。1.2.2 1.2.2 電子管電子管為了克服電子管的局限性，第二次世為了克服電子管的局限性，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，貝爾實(shí)驗(yàn)室加緊了對(duì)固界大戰(zhàn)結(jié)束后，貝爾實(shí)驗(yàn)室加緊了對(duì)固體電子器件的基礎(chǔ)研究。肖克萊等人決體電子器件的基礎(chǔ)研究。肖克萊等人決定集中研究硅、鍺等半導(dǎo)體材料，探討定集中研究硅、鍺等半

27、導(dǎo)體材料，探討用半導(dǎo)體材料制作放大器件的可能性。用半導(dǎo)體材料制作放大器件的可能性。 1.2.3 1.2.3 晶體管晶體管圖圖1-34 1-34 晶體管的三位發(fā)明人：巴丁、肖克萊、布拉頓晶體管的三位發(fā)明人：巴丁、肖克萊、布拉頓 1.2.3 1.2.3 晶體管晶體管o 19471947年年1212月，這個(gè)世界上最早的實(shí)用半月，這個(gè)世界上最早的實(shí)用半導(dǎo)體器件終于問世了（圖導(dǎo)體器件終于問世了（圖1-351-35），在首），在首次試驗(yàn)時(shí)，它能把音頻信號(hào)放大次試驗(yàn)時(shí)，它能把音頻信號(hào)放大100100倍，倍，它的外形比火柴棍短，但要粗一些。它的外形比火柴棍短，但要粗一些。圖圖1-35 1-35 晶體管的早期模

28、式和第一個(gè)晶體管晶體管的早期模式和第一個(gè)晶體管 1.2.3 1.2.3 晶體管晶體管o 晶體管的發(fā)明是晶體管的發(fā)明是2020世紀(jì)最偉大的發(fā)明，世紀(jì)最偉大的發(fā)明，它為集成電路的出現(xiàn)拉開了序幕，晶體它為集成電路的出現(xiàn)拉開了序幕，晶體管的發(fā)明奠定了現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)，管的發(fā)明奠定了現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)，揭開了微電子技術(shù)和信息化的序幕，開揭開了微電子技術(shù)和信息化的序幕，開創(chuàng)了人類的硅文明時(shí)代。創(chuàng)了人類的硅文明時(shí)代。大約在大約在19561956年，英國(guó)的德馬就從晶體管原理預(yù)想到了集成電路的年，英國(guó)的德馬就從晶體管原理預(yù)想到了集成電路的出現(xiàn)。出現(xiàn)。19581958年美國(guó)提出了用半導(dǎo)體制作全部電路元器件實(shí)現(xiàn)集

29、成電路化年美國(guó)提出了用半導(dǎo)體制作全部電路元器件實(shí)現(xiàn)集成電路化方案。當(dāng)年，美國(guó)德州儀器公司的基爾比在研究微型組件時(shí)，為實(shí)方案。當(dāng)年，美國(guó)德州儀器公司的基爾比在研究微型組件時(shí)，為實(shí)現(xiàn)電路的微型化，提出了用同一種材料做出電子元器件的設(shè)想，并現(xiàn)電路的微型化，提出了用同一種材料做出電子元器件的設(shè)想，并在一個(gè)玻璃板上焊接鍺晶體管芯片等元件，成功地研究出了微小型在一個(gè)玻璃板上焊接鍺晶體管芯片等元件，成功地研究出了微小型鍺振蕩器，這就是世界第一塊集成電路。鍺振蕩器，這就是世界第一塊集成電路。 1961 1961年，開始批量生產(chǎn)集成電路。年，開始批量生產(chǎn)集成電路。1.2.4 1.2.4 集成電路集成電路集成電路

30、示例見圖集成電路示例見圖1-361-36。(a)第一塊集成電路 (b)集成電路芯片顯微照片 (c)各種封裝好的集成電路 圖圖 1-36 1-36 集成電路示例集成電路示例 1.2.4 1.2.4 集成電路集成電路集成電路并不是一個(gè)一個(gè)的電路元器件連接成集成電路并不是一個(gè)一個(gè)的電路元器件連接成的電路，而是把具有某種功能的電路的電路，而是把具有某種功能的電路“埋埋”在半在半導(dǎo)體晶體管里的一種器件。它易于小型化和減少導(dǎo)體晶體管里的一種器件。它易于小型化和減少引線端，所以具有可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。引線端，所以具有可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。集成電路的發(fā)明，是電子產(chǎn)品工藝技術(shù)的一次集成電路的發(fā)明，是電子產(chǎn)品工藝技術(shù)的一次

31、革命，進(jìn)一步減小了電子設(shè)備的體積，由此，它革命，進(jìn)一步減小了電子設(shè)備的體積，由此，它們變得更輕、更小。們變得更輕、更小。1.2.4 1.2.4 集成電路集成電路由于不同的電子元件大部分可以在同一塊硅片由于不同的電子元件大部分可以在同一塊硅片上制造，相互緊密連接在一起，因而減少了元件上制造，相互緊密連接在一起，因而減少了元件失效和引線斷裂的可能性，提高了電子設(shè)備的可失效和引線斷裂的可能性，提高了電子設(shè)備的可靠性，也降低了電子產(chǎn)品制造的成本?？啃?，也降低了電子產(chǎn)品制造的成本。 為充分體現(xiàn)集成電路的優(yōu)越性，人們競(jìng)相改進(jìn)為充分體現(xiàn)集成電路的優(yōu)越性，人們競(jìng)相改進(jìn)工藝，努力在同樣尺寸的硅片上制造越來越多的

32、工藝，努力在同樣尺寸的硅片上制造越來越多的電子元件。電子元件。 1.2.4 1.2.4 集成電路集成電路a). 20a). 20世紀(jì)世紀(jì)6060年代初期，人們只能制做年代初期，人們只能制做一塊硅片包含幾一塊硅片包含幾 十個(gè)元件的小規(guī)模集成十個(gè)元件的小規(guī)模集成電路；電路；b).20b).20世紀(jì)世紀(jì)7070年代后期，人們已經(jīng)能夠在年代后期，人們已經(jīng)能夠在面積面積3030平方毫米的一塊硅片上集成平方毫米的一塊硅片上集成1313萬萬個(gè)晶體管；個(gè)晶體管；1.2.4 1.2.4 集成電路集成電路c).20c).20世紀(jì)世紀(jì)9090年代以來，超大規(guī)模集成電路技術(shù)迅年代以來，超大規(guī)模集成電路技術(shù)迅速發(fā)展，人

33、們已經(jīng)能在一塊指甲蓋大小的硅片速發(fā)展，人們已經(jīng)能在一塊指甲蓋大小的硅片上制做包含上制做包含500500萬個(gè)晶體管的集成電路。萬個(gè)晶體管的集成電路。 集成電路的發(fā)明導(dǎo)致了電子技術(shù)發(fā)展的飛躍，集成電路的發(fā)明導(dǎo)致了電子技術(shù)發(fā)展的飛躍，使電子技術(shù)進(jìn)入了微電子技術(shù)的新階段。使電子技術(shù)進(jìn)入了微電子技術(shù)的新階段。1.3 1.3 近代通信技術(shù)發(fā)展近代通信技術(shù)發(fā)展1.3.1 1.3.1 早期通信方式早期通信方式1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式 隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人類在科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人類在科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域取得的一系列重大突破，人類通信技術(shù)的力量域取得的一系列重大突破，人類通信技術(shù)

34、的力量如沉睡的巨龍，破殼而出，在近如沉睡的巨龍，破殼而出，在近100100多年的時(shí)間多年的時(shí)間里取得了前所未有的進(jìn)步，對(duì)人類的生活方式和里取得了前所未有的進(jìn)步，對(duì)人類的生活方式和生活質(zhì)量產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。生活質(zhì)量產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。1.3 1.3 近代通信技術(shù)發(fā)展近代通信技術(shù)發(fā)展1.3.1 1.3.1 早期通信方式早期通信方式 自從有了人類就有了通信，通信是隨人類社自從有了人類就有了通信，通信是隨人類社會(huì)的產(chǎn)生而產(chǎn)生，與人類社會(huì)的發(fā)展而發(fā)展的。會(huì)的產(chǎn)生而產(chǎn)生，與人類社會(huì)的發(fā)展而發(fā)展的。圖圖4-14-1是不同社會(huì)時(shí)期人們交換和獲取消息的幾種是不同社會(huì)時(shí)期人們交換和獲取消息的幾種方式。方式。如原始社

35、會(huì)，人們通常是以聚獵為生，當(dāng)一人如原始社會(huì)，人們通常是以聚獵為生，當(dāng)一人發(fā)現(xiàn)獵物，就會(huì)以特有的叫喊方式，向同伴發(fā)出發(fā)現(xiàn)獵物，就會(huì)以特有的叫喊方式，向同伴發(fā)出信號(hào)，呼喚同伴的到來。信號(hào)，呼喚同伴的到來。 信鴿 吶喊狼煙驛站法羅斯燈塔復(fù)原圖 驛使壁畫 圖圖1-37 1-37 早期消息傳播形式早期消息傳播形式 1.3.1 1.3.1 早期通信方式早期通信方式到商周后期，人們已習(xí)慣了定居生活，為了防到商周后期，人們已習(xí)慣了定居生活，為了防止敵人的入侵，就在邊境筑起城墻和烽火臺(tái)，當(dāng)止敵人的入侵，就在邊境筑起城墻和烽火臺(tái)，當(dāng)哨兵發(fā)現(xiàn)敵人來犯時(shí)，就燃起滾滾狼煙，以烽火哨兵發(fā)現(xiàn)敵人來犯時(shí)，就燃起滾滾狼煙，以烽

36、火狼煙的形式告誡境內(nèi)的民眾。歷史上曾經(jīng)還因此狼煙的形式告誡境內(nèi)的民眾。歷史上曾經(jīng)還因此發(fā)生了發(fā)生了“烽火戲諸侯烽火戲諸侯”的趣聞。的趣聞。1.3.1 1.3.1 早期通信方式早期通信方式信鴿和驛站則是在我國(guó)相當(dāng)大的一段歷史時(shí)信鴿和驛站則是在我國(guó)相當(dāng)大的一段歷史時(shí)期內(nèi)起著消息傳播的工具（圖期內(nèi)起著消息傳播的工具（圖1-371-37）。）。到了近現(xiàn)代消息傳播的工具就多樣化了，電到了近現(xiàn)代消息傳播的工具就多樣化了，電話、廣播、電視、互聯(lián)網(wǎng)等已成為生活的一話、廣播、電視、互聯(lián)網(wǎng)等已成為生活的一部分。部分。 自自1919世紀(jì)初電通信技術(shù)問世以來，短短的世紀(jì)初電通信技術(shù)問世以來，短短的100100多年時(shí)間

37、里，通信技術(shù)的發(fā)展可謂日新月異。多年時(shí)間里，通信技術(shù)的發(fā)展可謂日新月異。通信的發(fā)展經(jīng)歷著由模擬到數(shù)字、由系統(tǒng)到網(wǎng)通信的發(fā)展經(jīng)歷著由模擬到數(shù)字、由系統(tǒng)到網(wǎng)絡(luò)、由窄帶到寬帶、由人工到智能、由單業(yè)務(wù)絡(luò)、由窄帶到寬帶、由人工到智能、由單業(yè)務(wù)到多業(yè)務(wù)的過程。到多業(yè)務(wù)的過程。 1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式 在過去的半個(gè)世紀(jì)，電信領(lǐng)域發(fā)生了在過去的半個(gè)世紀(jì)，電信領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地地變化，取得了前所未有的驚翻天覆地地變化，取得了前所未有的驚人成就。而電的介入是通信技術(shù)發(fā)生革人成就。而電的介入是通信技術(shù)發(fā)生革命性的突破的關(guān)鍵。下面就簡(jiǎn)單介紹早命性的突破的關(guān)鍵。下面就簡(jiǎn)單介紹早期電通信的發(fā)展歷

38、史。期電通信的發(fā)展歷史。 1 1）莫爾斯發(fā)明有線電報(bào)）莫爾斯發(fā)明有線電報(bào) 18321832年，莫爾斯年，莫爾斯( (圖圖1-38)1-38)在旅歐學(xué)習(xí)途中，對(duì)在旅歐學(xué)習(xí)途中，對(duì)電磁學(xué)產(chǎn)生了興趣，由此萌發(fā)了把電磁學(xué)理論用電磁學(xué)產(chǎn)生了興趣，由此萌發(fā)了把電磁學(xué)理論用于傳輸?shù)哪铑^。用什么符號(hào)代替于傳輸?shù)哪铑^。用什么符號(hào)代替2626個(gè)英文字母呢個(gè)英文字母呢? ?”莫爾斯苦苦思索。他畫了許多符號(hào)：點(diǎn)、橫線、莫爾斯苦苦思索。他畫了許多符號(hào)：點(diǎn)、橫線、曲線、正方形、三角形。最后，他決定用點(diǎn)、橫曲線、正方形、三角形。最后，他決定用點(diǎn)、橫線和空白共同承擔(dān)起發(fā)報(bào)機(jī)的信息傳遞任務(wù)。線和空白共同承擔(dān)起發(fā)報(bào)機(jī)的信息傳遞任

39、務(wù)。1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式圖圖1-38 1-38 美國(guó)發(fā)明家莫爾斯美國(guó)發(fā)明家莫爾斯 圖圖1-391-39莫爾斯電碼莫爾斯電碼 1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式2 2）貝爾的奇思遐想）貝爾的奇思遐想 “電流可以使線圈振動(dòng)而發(fā)出聲音來，電流可以使線圈振動(dòng)而發(fā)出聲音來，那么能否利用電流來傳輸人說話的聲音那么能否利用電流來傳輸人說話的聲音呢？呢？”正是這一奇思遐想引導(dǎo)貝爾去發(fā)明正是這一奇思遐想引導(dǎo)貝爾去發(fā)明電話。電話。1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式o 貝爾要將聲音轉(zhuǎn)變成電流，發(fā)明了如圖貝爾要將聲音轉(zhuǎn)變成電流，發(fā)明了如圖1-411-41所所示的

40、話筒裝置：彈性膜片隨著聲波頻率而上下示的話筒裝置：彈性膜片隨著聲波頻率而上下振動(dòng)。膜片的振動(dòng)將小盒中的導(dǎo)電粒子壓緊，振動(dòng)。膜片的振動(dòng)將小盒中的導(dǎo)電粒子壓緊，這時(shí)電阻就減小；當(dāng)膜片向上振動(dòng)時(shí)，小盒中這時(shí)電阻就減小；當(dāng)膜片向上振動(dòng)時(shí)，小盒中的粒子就呈疏松狀態(tài)，這時(shí)電阻就增大。因此的粒子就呈疏松狀態(tài)，這時(shí)電阻就增大。因此電阻就完全隨聲波頻率而發(fā)生起伏變化。電阻就完全隨聲波頻率而發(fā)生起伏變化。圖圖 1-41 1-41 話筒的原理圖話筒的原理圖 1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式圖圖1-431-43電話的實(shí)驗(yàn)裝置電話的實(shí)驗(yàn)裝置 圖圖 1-44 18921-44 1892年，貝爾在紐約年，貝

41、爾在紐約至芝加哥的電話線路開通儀式上至芝加哥的電話線路開通儀式上 1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式3)3)電磁波的特性電磁波的特性電磁波是能量的一種，凡是高于絕對(duì)零度的物體，都會(huì)釋出電磁電磁波是能量的一種，凡是高于絕對(duì)零度的物體，都會(huì)釋出電磁波。波。 變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)相互聯(lián)系，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)相互聯(lián)系，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體體電磁場(chǎng)。電磁場(chǎng)。電場(chǎng)和磁場(chǎng)只是電磁場(chǎng)這個(gè)統(tǒng)一體的兩種具體表現(xiàn)形式。電場(chǎng)和磁場(chǎng)只是電磁場(chǎng)這個(gè)統(tǒng)一體的兩種具體表現(xiàn)形式。根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，電場(chǎng)和磁場(chǎng)將相互激發(fā)根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，電場(chǎng)和磁場(chǎng)將相互激發(fā), ,由近及遠(yuǎn)向

42、由近及遠(yuǎn)向周圍空間傳播出去，形成電磁波（圖周圍空間傳播出去，形成電磁波（圖1-251-25）。）。 1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式麥克斯韋推導(dǎo)出了電磁波在真空中的傳播速度為式（麥克斯韋推導(dǎo)出了電磁波在真空中的傳播速度為式（1-1-1 1），并由此推斷光就是電磁波。），并由此推斷光就是電磁波。 式（1-1）電磁波頻率低時(shí)，主要借由有形的導(dǎo)電體才能傳遞。電磁波頻率低時(shí)，主要借由有形的導(dǎo)電體才能傳遞。原因是在低頻的電振蕩中，磁電之間的相互變化比較緩原因是在低頻的電振蕩中，磁電之間的相互變化比較緩慢，其能量幾乎全部返回原電路而沒有能量輻射出去；慢，其能量幾乎全部返回原電路而沒有能量輻

43、射出去；001 （光速）真空cv272212/104/108.8541安培牛頓）米（牛頓庫(kù)侖1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式電磁波頻率高時(shí)即可以在自由空間內(nèi)傳遞，也電磁波頻率高時(shí)即可以在自由空間內(nèi)傳遞，也可以束縛在有形的導(dǎo)電體內(nèi)傳遞。在自由空間內(nèi)可以束縛在有形的導(dǎo)電體內(nèi)傳遞。在自由空間內(nèi)傳遞的原因是在高頻率的電振蕩中，磁電互變甚傳遞的原因是在高頻率的電振蕩中，磁電互變甚快，能量不可能全部返回原振蕩電路，于是電能、快，能量不可能全部返回原振蕩電路，于是電能、磁能隨著電場(chǎng)與磁場(chǎng)的周期變化以電磁波的形式磁能隨著電場(chǎng)與磁場(chǎng)的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去，不需要介質(zhì)也能向外傳遞能

44、量，向空間傳播出去，不需要介質(zhì)也能向外傳遞能量，這就是一種輻射。這就是一種輻射。1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式圖圖1-451-45電磁波譜電磁波譜1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式 如果把每個(gè)波段的頻率由低至高依次排列如果把每個(gè)波段的頻率由低至高依次排列的話，它們是工頻電磁波、無線電波、紅外線、的話，它們是工頻電磁波、無線電波、紅外線、可見光、紫外線、可見光、紫外線、X X射線及射線及射線。以無線電射線。以無線電的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，宇宙射線的波長(zhǎng)最短。的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，宇宙射線的波長(zhǎng)最短。1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式4 4）馬可尼的幻想）馬可尼的幻想 18

45、95 1895年夏天，馬可尼在實(shí)驗(yàn)室與年夏天，馬可尼在實(shí)驗(yàn)室與1.71.7公公里遠(yuǎn)的山丘之間成功地進(jìn)行了通報(bào)試驗(yàn)。里遠(yuǎn)的山丘之間成功地進(jìn)行了通報(bào)試驗(yàn)。馬可尼第一個(gè)實(shí)驗(yàn)用的無線電報(bào)發(fā)報(bào)裝置馬可尼第一個(gè)實(shí)驗(yàn)用的無線電報(bào)發(fā)報(bào)裝置如圖如圖1-461-46，當(dāng)按下發(fā)報(bào)機(jī)中的莫爾斯電鍵，當(dāng)按下發(fā)報(bào)機(jī)中的莫爾斯電鍵時(shí)，就會(huì)在兩金屬球之間產(chǎn)生連串放電火時(shí)，就會(huì)在兩金屬球之間產(chǎn)生連串放電火花。花。1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式o 因?yàn)樵诎聪码婃I的瞬間，線圈兩端出現(xiàn)因?yàn)樵诎聪码婃I的瞬間，線圈兩端出現(xiàn)了較高的感應(yīng)電壓，從而在兩小球的間了較高的感應(yīng)電壓，從而在兩小球的間隙迸發(fā)出一連串電火花。這些電火

46、花所隙迸發(fā)出一連串電火花。這些電火花所產(chǎn)生的振蕩通過發(fā)射天線向外界發(fā)射出產(chǎn)生的振蕩通過發(fā)射天線向外界發(fā)射出電磁波電磁波。圖圖1-46 1-46 無線電報(bào)發(fā)報(bào)射裝置無線電報(bào)發(fā)報(bào)射裝置 這里馬可尼將一根很長(zhǎng)的導(dǎo)線掛在竹竿上，這里馬可尼將一根很長(zhǎng)的導(dǎo)線掛在竹竿上，作為接收電磁波的天線。天線的一端與一個(gè)稱為作為接收電磁波的天線。天線的一端與一個(gè)稱為粉末檢波器的東西相連接，后者的另一端接地。粉末檢波器的東西相連接，后者的另一端接地。 1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式 無線電報(bào)為人類通信技術(shù)開辟了一個(gè)嶄新的無線電報(bào)為人類通信技術(shù)開辟了一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。領(lǐng)域。18951895年，馬可尼發(fā)明無線

47、電設(shè)備（圖年，馬可尼發(fā)明無線電設(shè)備（圖1-481-48）開創(chuàng)了無線電通信發(fā)展的道路。開創(chuàng)了無線電通信發(fā)展的道路。圖圖1-48 1-48 馬克尼發(fā)明無線電報(bào)器馬克尼發(fā)明無線電報(bào)器 1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式5)5)廣播與電視的發(fā)明廣播與電視的發(fā)明1 1906906年年1212月月2424日圣誕節(jié)前夕，在日圣誕節(jié)前夕，在美國(guó)新英格蘭海岸附近穿梭往來美國(guó)新英格蘭海岸附近穿梭往來的船只上，報(bào)務(wù)員們聽到的就是的船只上，報(bào)務(wù)員們聽到的就是人類歷史上第一次試驗(yàn)性的無線人類歷史上第一次試驗(yàn)性的無線電廣播，它是由加拿大出生的物電廣播，它是由加拿大出生的物理學(xué)家費(fèi)森登（圖理學(xué)家費(fèi)森登（圖1-

48、491-49）主持和）主持和組織，并從他的實(shí)驗(yàn)室里播出的。組織，并從他的實(shí)驗(yàn)室里播出的。圖圖1-49 1-49 物理學(xué)家費(fèi)森登物理學(xué)家費(fèi)森登 1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式費(fèi)森登是最早研究無線電廣播的先驅(qū)者之一。費(fèi)森登是最早研究無線電廣播的先驅(qū)者之一。19001900年，他初次萌生了用無線電傳達(dá)人聲的設(shè)想。年，他初次萌生了用無線電傳達(dá)人聲的設(shè)想。兩年以后，他建立了專門的實(shí)驗(yàn)室，研究如何將人的兩年以后，他建立了專門的實(shí)驗(yàn)室，研究如何將人的聲音加到無線電波上去。聲音加到無線電波上去。費(fèi)森登花了整整四年時(shí)間才完成他的第一套簡(jiǎn)易的廣費(fèi)森登花了整整四年時(shí)間才完成他的第一套簡(jiǎn)易的廣播發(fā)射

49、裝置，做成了特殊的高頻交流發(fā)射機(jī)，并設(shè)計(jì)出播發(fā)射裝置，做成了特殊的高頻交流發(fā)射機(jī)，并設(shè)計(jì)出了一種系統(tǒng)，用來調(diào)制電波振幅，使它能攜帶各種聲音了一種系統(tǒng)，用來調(diào)制電波振幅，使它能攜帶各種聲音信號(hào)。信號(hào)。1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式發(fā)射接收?qǐng)D圖1-50 1-50 無線電廣播的工作過程無線電廣播的工作過程1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式上世紀(jì)初期，無線電技術(shù)廣泛運(yùn)用于通訊和廣播以后，上世紀(jì)初期，無線電技術(shù)廣泛運(yùn)用于通訊和廣播以后，世界上許多科學(xué)家都在著手研究電視機(jī)。世界上許多科學(xué)家都在著手研究電視機(jī)。19061906年，年，1818歲的英國(guó)青年貝爾德（圖歲的英國(guó)青年

50、貝爾德（圖1-511-51）雄心勃勃，）雄心勃勃，開始研究電視機(jī)。開始研究電視機(jī)。19251925年年1010月月2 2日，貝爾德的實(shí)驗(yàn)有了突破，他將一個(gè)日，貝爾德的實(shí)驗(yàn)有了突破，他將一個(gè)人的圖像發(fā)射到了屏幕上，而且十分逼真，眼睛、嘴巴人的圖像發(fā)射到了屏幕上，而且十分逼真，眼睛、嘴巴甚至眉毛和頭發(fā)都清晰可見。一架有實(shí)用意義的電視機(jī)甚至眉毛和頭發(fā)都清晰可見。一架有實(shí)用意義的電視機(jī)宣告誕生了（圖宣告誕生了（圖1-521-52）。）。1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式圖圖1-511-51電視發(fā)明人貝爾德電視發(fā)明人貝爾德 圖圖1-521-52人類第一臺(tái)電視機(jī)人類第一臺(tái)電視機(jī) 1.3.2

51、1.3.2 近代通信方式近代通信方式電視圖像信號(hào)的傳輸過程首先由攝像機(jī)將圖像變成電信號(hào)，加到電視圖像信號(hào)的傳輸過程首先由攝像機(jī)將圖像變成電信號(hào)，加到高頻載波上，由天線發(fā)射；接收端電視機(jī)利用天線將調(diào)制信號(hào)接高頻載波上，由天線發(fā)射；接收端電視機(jī)利用天線將調(diào)制信號(hào)接收下來，通過解調(diào)由顯像管還原成圖像。收下來，通過解調(diào)由顯像管還原成圖像。圖圖 1-53 1-53 電視信號(hào)的傳輸過程電視信號(hào)的傳輸過程 1.3.2 1.3.2 近代通信方式近代通信方式中國(guó)古代發(fā)明的算盤被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)的鼻祖，在大約六、七百年中國(guó)古代發(fā)明的算盤被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)的鼻祖，在大約六、七百年前，中國(guó)人開始用算盤處理數(shù)據(jù)計(jì)算問題；前，中

52、國(guó)人開始用算盤處理數(shù)據(jù)計(jì)算問題；在十七世紀(jì)，人們先后發(fā)明了各種可處理簡(jiǎn)單數(shù)值計(jì)算的機(jī)械計(jì)在十七世紀(jì)，人們先后發(fā)明了各種可處理簡(jiǎn)單數(shù)值計(jì)算的機(jī)械計(jì)算機(jī)；算機(jī)；1946 1946 年年John W.Mauchly John W.Mauchly 和和J.Presper EckertJ.Presper Eckert領(lǐng)導(dǎo)完成了世界上領(lǐng)導(dǎo)完成了世界上第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)ENIAC(Electronic Numerical ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)Integrator And Computer)，開創(chuàng)了人類的電

53、子計(jì)算機(jī)時(shí)代。，開創(chuàng)了人類的電子計(jì)算機(jī)時(shí)代。1.4 1.4 計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.4 1.4 計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.4.1 1.4.1 機(jī)械計(jì)算機(jī)的誕生機(jī)械計(jì)算機(jī)的誕生1.4.2 1.4.2 電子計(jì)算機(jī)誕生電子計(jì)算機(jī)誕生1.4.3 1.4.3 晶體管計(jì)算機(jī)的發(fā)展晶體管計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.4.4 1.4.4 集成電路為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)鋪平道路集成電路為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)鋪平道路1.4.5 1.4.5 當(dāng)代計(jì)算機(jī)漸入輝煌當(dāng)代計(jì)算機(jī)漸入輝煌1.4.6 1.4.6 計(jì)算機(jī)發(fā)展中的重要任務(wù)計(jì)算機(jī)發(fā)展中的重要任務(wù)1.4.11.4.1 機(jī)械計(jì)算機(jī)的誕生機(jī)械計(jì)算機(jī)的誕生16231623年，年， Wilhelm Sc

54、hickardWilhelm Schickard制作了一個(gè)能進(jìn)行六位制作了一個(gè)能進(jìn)行六位以內(nèi)數(shù)加減法；以內(nèi)數(shù)加減法；16251625年，年， William Oughtred William Oughtred 發(fā)明計(jì)算尺；發(fā)明計(jì)算尺；16421642至至16431643年，巴斯卡年，巴斯卡(Blaise Pascal)(Blaise Pascal)發(fā)明了齒輪式發(fā)明了齒輪式加減器加減器; ; 16731673年德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茲（年德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茲（G.N.Won LeibnizG.N.Won Leibniz）在）在帕斯卡的齒輪加減器上增加了乘、除法，制成了能進(jìn)行帕斯卡的齒輪加減器上增加了乘、

55、除法，制成了能進(jìn)行四則運(yùn)算的機(jī)械式運(yùn)算器（乘法計(jì)算機(jī)）；四則運(yùn)算的機(jī)械式運(yùn)算器（乘法計(jì)算機(jī)）；18221822年和年和18341834年英國(guó)數(shù)學(xué)家年英國(guó)數(shù)學(xué)家Charles Babage Charles Babage 先后設(shè)計(jì)先后設(shè)計(jì) 了差分機(jī)與分析機(jī)；了差分機(jī)與分析機(jī)；18881888年，美國(guó)人赫爾曼年，美國(guó)人赫爾曼霍勒斯發(fā)明了制表機(jī)。霍勒斯發(fā)明了制表機(jī)。 1.4.1 1.4.1 機(jī)械計(jì)算機(jī)的誕生機(jī)械計(jì)算機(jī)的誕生(a)六位以內(nèi)數(shù)加減法 (b)機(jī)械加法器 (c)乘法計(jì)算機(jī) (d)差分機(jī) (e)分析機(jī) (f)霍勒斯制表機(jī) 早期的機(jī)械計(jì)算機(jī)早期的機(jī)械計(jì)算機(jī) 1.4.2 1.4.2 電子計(jì)算機(jī)誕生電

56、子計(jì)算機(jī)誕生19381938年，德國(guó)科學(xué)家年，德國(guó)科學(xué)家ZuseZuse制造出制造出Z-1Z-1計(jì)算機(jī)，這是第一臺(tái)采用二計(jì)算機(jī)，這是第一臺(tái)采用二進(jìn)制的計(jì)算機(jī)。進(jìn)制的計(jì)算機(jī)。 19431943年，英國(guó)科學(xué)家研制成功第一臺(tái)年，英國(guó)科學(xué)家研制成功第一臺(tái)“巨人巨人”計(jì)算機(jī)，專門用計(jì)算機(jī)，專門用于破譯德軍密碼。于破譯德軍密碼。 19441944年，霍華德年，霍華德艾肯（艾肯（Howard AikenHoward Aiken）等研制出了機(jī)電式自）等研制出了機(jī)電式自動(dòng)順序控制計(jì)算機(jī)動(dòng)順序控制計(jì)算機(jī)MARK IMARK I，這是世界上最早的通用型自動(dòng)機(jī)電式，這是世界上最早的通用型自動(dòng)機(jī)電式計(jì)算機(jī)之一，計(jì)算機(jī)之

57、一， 19461946年年2 2月月1515日，世界上第一臺(tái)通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)日，世界上第一臺(tái)通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)ENIACENIAC研制研制成功。成功。第一代第一代(1946-1956)(1946-1956)電子計(jì)算器都以真空管為主要組件，運(yùn)電子計(jì)算器都以真空管為主要組件，運(yùn)算速度已達(dá)到每秒幾萬次。算速度已達(dá)到每秒幾萬次。1.4.2 1.4.2 電子計(jì)算機(jī)誕生電子計(jì)算機(jī)誕生(a)形計(jì)算機(jī) (b)“巨人”（Colossus (c) MARK-I (d)ENIAC 圖圖1-54 1-54 電子計(jì)算機(jī)的演進(jìn)電子計(jì)算機(jī)的演進(jìn)1.4.3 1.4.3 晶體管計(jì)算機(jī)的發(fā)展晶體管計(jì)算機(jī)的發(fā)展19481948年

58、，晶體管的發(fā)明大大促進(jìn)了計(jì)算機(jī)的發(fā)展，年，晶體管的發(fā)明大大促進(jìn)了計(jì)算機(jī)的發(fā)展，19561956年，晶體管在計(jì)算機(jī)中使用，晶體管和磁芯存儲(chǔ)年，晶體管在計(jì)算機(jī)中使用，晶體管和磁芯存儲(chǔ)器導(dǎo)致了第二代計(jì)算機(jī)（器導(dǎo)致了第二代計(jì)算機(jī)（1959195919651965年）的產(chǎn)生。年）的產(chǎn)生。第二代計(jì)算機(jī)體積小、速度快、功耗低、性能更穩(wěn)定。第二代計(jì)算機(jī)體積小、速度快、功耗低、性能更穩(wěn)定。19551955年，貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一臺(tái)全晶體管計(jì)年，貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一臺(tái)全晶體管計(jì)算機(jī)算機(jī)TRADICTRADIC， 裝有裝有800800只晶體管，僅只晶體管，僅100100瓦功率，占地也瓦功率，占地也只有只

59、有3 3立方英尺。立方英尺。1.4.3 1.4.3 晶體管計(jì)算機(jī)的發(fā)展晶體管計(jì)算機(jī)的發(fā)展 圖圖1-571-57第二代計(jì)算機(jī)第二代計(jì)算機(jī)TRADICTRADIC 1.4.4 1.4.4 集成電路為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)鋪平道路集成電路為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)鋪平道路19581958年德州儀器的工程師年德州儀器的工程師Jack KilbyJack Kilby發(fā)明了集成電路發(fā)明了集成電路(IC)(IC)。19611961年美國(guó)德克薩斯儀器公司與美國(guó)軍方合作，研制出第一臺(tái)年美國(guó)德克薩斯儀器公司與美國(guó)軍方合作，研制出第一臺(tái)試驗(yàn)型半導(dǎo)體集成電路作為主要電子器件的集成電路電子計(jì)算機(jī)。試驗(yàn)型半導(dǎo)體集成電路作為主要電子器件的集成電路電

60、子計(jì)算機(jī)。19641964年年IBMIBM生產(chǎn)出了由混合集成電路制成的生產(chǎn)出了由混合集成電路制成的IBM 350IBM 350系統(tǒng)，這成為系統(tǒng)，這成為第三代計(jì)算機(jī)（第三代計(jì)算機(jī)（1965196519711971）的主要里程碑。）的主要里程碑。19641964年，美國(guó)年，美國(guó)IBMIBM公司研制成功第一個(gè)采用集成電路的通用電子公司研制成功第一個(gè)采用集成電路的通用電子計(jì)算機(jī)系列計(jì)算機(jī)系列IBM360IBM360系統(tǒng)。系統(tǒng)。圖圖1-62 IBM3601-62 IBM3601.4.4 1.4.4 集成電路為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)鋪平道路集成電路為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)鋪平道路1.4.5 1.4.5 當(dāng)代計(jì)算機(jī)漸入輝煌當(dāng)代計(jì)算