第二講-電子信息科學(xué)的發(fā)展歷程.ppt

1、第二講 電子信息科學(xué)的發(fā)展歷程,For Spring 2010 by Prof. Jihua Cao 曹繼華 教授 2009-2010學(xué)年第二學(xué)期,黃帝,公元前2637年,0,1700,1600,初級(jí)階段,1800,1900,2000,基礎(chǔ)階段,電氣時(shí)代,無(wú)線電,TV,計(jì)算機(jī),固態(tài)電路時(shí)代,IC,一、電子信息科學(xué)的發(fā)展歷程,一、初級(jí)階段, 公元前2637年我國(guó)的祖先黃帝利用磁石制成了羅盤針。 1660年，德國(guó)科學(xué)家?guī)炖锟耍∣.V.Guerricke)制成了第一臺(tái)靜電生成裝置。1660年，英國(guó)物理學(xué)家吉伯特(W.Gilbert)在他的書中第一次討論了電與磁的關(guān)系，他被世人稱為電學(xué)之父。,二、基礎(chǔ)

2、階段,1785年法國(guó)人庫(kù)倫（C.A.Coulomb)定量地研究了兩個(gè)帶電體間的相互作用，得出了歷史上最早的電學(xué)定律-庫(kù)侖定律，這是人類在電磁現(xiàn)象認(rèn)識(shí)上的一次飛躍。1749年美國(guó)科學(xué)家富蘭克林(B.Franklin)在大量電學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出了正電和負(fù)電的概念。 1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特(H.C.Oersted)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，在電與磁之間架起了一座橋梁，打開了近代電磁學(xué)的突破口。,1827年德國(guó)科學(xué)家歐姆(G.S.Ohm)通過(guò)多年的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了電阻上電壓與電流的關(guān)系，從而提出了普遍應(yīng)用的歐姆定律。 1825年，法國(guó)科學(xué)家安培(A.M.Ampere)提出了著名的安培定律，他從1

3、820年開始測(cè)量電流的磁效應(yīng)，繼而發(fā)現(xiàn)兩個(gè)載流導(dǎo)線既可以互相吸引，又可以互相排斥。這一發(fā)明成為研究電磁學(xué)的基本定律，為電動(dòng)機(jī)的發(fā)明作了理論上的準(zhǔn)備。,1831年，英國(guó)物理學(xué)家法拉第(M.Faraday)發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。他在繼續(xù)奧斯特Oersted的實(shí)驗(yàn)時(shí)，堅(jiān)信既然電能產(chǎn)生磁，那么磁也能產(chǎn)生電。他終于發(fā)現(xiàn)在線圈內(nèi)運(yùn)動(dòng)的磁體可以使線圈中產(chǎn)生電流。這一發(fā)現(xiàn)成為發(fā)電機(jī)和變壓器的基本原理，從而使機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艹蔀榭赡埽苿?dòng)了電在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，是人類邁進(jìn)了電氣時(shí)代。,1847年，德國(guó)科學(xué)家基爾霍夫(G.R.Kirchhoff)在他還是一個(gè)23歲大學(xué)生的時(shí)候提出了著名的電流定律和電壓定律，這成為電

4、路分析最基本的依據(jù)。,三、重要發(fā)明及應(yīng)用,1864年，蘇格蘭科學(xué)家麥克斯韋(J.C.Maxwell)提出了一組電和磁共同遵守的數(shù)學(xué)方程，即Maxwell方程，他預(yù)言空間一定存在電磁場(chǎng)，為無(wú)線電時(shí)代的到來(lái)作了理論上的準(zhǔn)備。 1889年，德國(guó)物理學(xué)家赫茲(H.R.Hertz)經(jīng)過(guò)艱苦的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，證明了Maxwell所預(yù)言的電磁波確實(shí)存在。,1837年，畫家出生的美國(guó)人莫爾斯(S.F.B. Morse)發(fā)明了電報(bào)。 1875年，美國(guó)科學(xué)家貝爾(A.G.Bell)發(fā)明了電話。 1866年，德國(guó)工程師西門子(K.W.Siemens)發(fā)現(xiàn)了電動(dòng)原理并應(yīng)用在發(fā)電機(jī)的改進(jìn)上。,1879年，美國(guó)的愛迪生(T.A

5、.Edison)發(fā)明了鎢絲電燈。他一生獲得1000多項(xiàng)發(fā)明專利。 1894年，意大利的馬可尼(G.Marconi)發(fā)明了無(wú)線電。1895年它發(fā)射的信號(hào)傳送距離可達(dá)1km以上，1897年發(fā)射的信號(hào)傳送距離可達(dá)20km，從此開始了無(wú)線電通信時(shí)代。,電真空器件的發(fā)明是電子工程的發(fā)展推進(jìn)了一大步。英國(guó)科學(xué)家湯姆遜(J.Thomson)在1895年1897年間反復(fù)測(cè)試，證明了電子確實(shí)存在。隨后，英國(guó)科學(xué)家弗萊明(J.A. Feming)在愛迪生的熱二極管的基礎(chǔ)上發(fā)明了實(shí)用的真空二極管。它具有單向?qū)щ姷奶匦?，能用?lái)整流或檢波。 1907年，美國(guó)人福斯特(L.D.Forest)發(fā)明了真空三極管，它對(duì)微弱信號(hào)

6、有放大作用。1914年，F(xiàn)orest用真空三極管又構(gòu)成了振蕩電路，使無(wú)線電通信系統(tǒng)更加先進(jìn)。,1925年，英國(guó)的貝爾德(J.L.Barid)首先發(fā)明電視。幾乎同時(shí)，美國(guó)無(wú)線電公司的工程師諾基(V.K. Zworykin)發(fā)明了電視顯像管。1933年，他利用真空二極管、真空三極管和顯像管等最早發(fā)明了電視機(jī)。1936年黑白電視機(jī)正式問(wèn)世。 1946年，世界有一個(gè)奇跡出現(xiàn)了。第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)莫爾電子工程學(xué)院研制成功。它占地165m2，使用了18000只真空電子管，質(zhì)量到達(dá)30噸，每秒可運(yùn)算5000次，這在當(dāng)時(shí)是史無(wú)前例的。,1948年，固態(tài)電子學(xué)的時(shí)代向我們走來(lái)。1947年12月

7、24日，貝爾實(shí)驗(yàn)室的布拉丁(Walter Bratain)、巴丁(John Bardeen)和肖克利(William Shockley)發(fā)明了一種點(diǎn)接觸晶體管。這是一種全新的固態(tài)器件，體積小，電性能穩(wěn)定，功耗低。這項(xiàng)發(fā)明很快就應(yīng)用于通信、電視、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，促進(jìn)了電氣和電子工程技術(shù)的飛速發(fā)展。 1948年，維納發(fā)表控制論，宣告了控制這門新興學(xué)科的誕生。它揭示了機(jī)器中的通信、控制機(jī)能與人的神經(jīng)、感覺機(jī)能的共同規(guī)律；為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的研究提供了嶄新的科學(xué)方法；它從多方面突破了傳統(tǒng)思想的束縛，有力地促進(jìn)了現(xiàn)代科學(xué)思維方式和當(dāng)代哲學(xué)觀念的一系列變革。,1948年，香農(nóng)(Claude Elwood Sha

8、nnon，1916-2001)的通信的數(shù)學(xué)理論與在噪聲中的通信成為信息論正式誕生的里程碑。,20世紀(jì)50年代末期開始，科學(xué)又把人類帶入了微電子學(xué)時(shí)代。1958年，利用單晶硅材料，世界上第一片集成電路(Integrated Circuit IC)在美國(guó)德克薩斯州誕生了。20世紀(jì)60年代末，大約在1/4in見方的小硅片上可以集成68000個(gè)晶體管和數(shù)千個(gè)其它元件。從20世紀(jì)70年代起，集成電路技術(shù)飛速發(fā)展，各種大規(guī)模集成電路(Large Scale Integrated, LSI)和超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale Integrated, VLSL)層出不窮。由于集成電路具有成本低、尺寸小、可靠性高、電性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用，從而推動(dòng)了工業(yè)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、生物系統(tǒng)的革命性發(fā)展。,由上可知，關(guān)于電的理論和電子學(xué)的發(fā)展大體已經(jīng)歷了300多年。特別是最近100年，其理論成