第一章 电子信息技术概述.ppt

1、第一章 电子信息技术概述,电子信息技术导论,夏文芳,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。,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

2、，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！,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、

3、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。,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。,一、信息科学技术中的几个 基本概念,（三）电子信息科学是

4、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,弗莱明,（三）电子信息科学是最具活力的年轻学科（续）,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

5、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,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

6、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,4,5,随着时间的推移，时代将赋予信息新的含义，是一个动态的概念。现代“信息”的概念

7、，已经与半导体技术、微电子技术、计算机技术、通信技术、网络技术、多媒体技术、信息服务业、信息产业、信息经济、信息化社会、信息管理、信息论等含义紧密地联系在一起。,(0) 什么是信息,(0) 什么是信息,信息：Information,现代信息的概念？,信息的本质是什么？,与多种技术和学科紧密地结合在一起。,一般意义上的信息： 消息，情报，知识，见闻， 通知，报告，事实，数据，等等,哈特莱（Ralph V.L. Hartley） （信息传输1928） 信息概念：在通信符号表中选择符号的具体方式。 信息度量：利用所选择的自由度来度量信息。 一个例子（语言符号表）,（0） 什么是信息,I am wel

8、l！,（0） 什么是信息,香农(CEShannon)1948信息论 信息定义：随机事件不确定性的减少。 为通信理论中的信息给出了定量的定义 。,维纳(Nobert wiener)1948，控制论 信息是人们在适应外部世界并将这种适应反作用于世界的过程中，同外部世界进行交换的内容的名称。 接收信息和使用信息的过程，就是我们适应外部世界偶然性的过程。,(0) 什么是信息,信息论之父香农（1916-2001） 美国数学家香农（C. Shannon），1916年出生在美国密执安州，从小热爱机械和电器，表现出很强的动手能 1936年毕业于密执安大学工程与数学系，工程与数学成为他一生的兴趣所在。 香农在麻

9、省理工大学攻读硕士，选修了布尔代数，并且幸运地得到微分分析仪研制者布什博士的亲自指导。 1938年，年仅22岁的香农在硕士论文的基础上，写就了一篇著名的论文继电器和开关电路的分析，被认为是通讯历史上最杰出的理论之一。 1940年取得了博士学位，香农在AT&T贝尔实验室里度过了硕果累累的15年。 1948年，香农又发表了另一篇至今还在闪烁光芒的论文通信的数学基础，从而给自己赢来“信息论之父”的桂冠。,信息的解释还有很多种，但归纳起来有两类：,（0） 什么是信息,从客体出发给出的定义： 将信息定义为客观事物的运动方式和存在方式,从主体的认识角度出发给出的定义： 将信息定义为关于事物的运动方式和存在

10、方式的广义知识。,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-拾音器原理示意图,获取的语音波形,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

11、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,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,编码（符号化）,消息,信息,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,通信系统类型,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）,编码理论,调制理论,检测理论,提示：信

12、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。,二、电子信息科学技术研究的 主要技术问题,（三）信息处理,语音数据压缩,语音识别,语音合成,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,联机手写体 汉字识别,脱机手写体 汉字识别,语义识别（自然语言处理、自然语言理解）,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,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,纳米存储

13、器,硬盘,光盘,二、电子信息科学技术研究的 主要技术问题,4,5,（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

14、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：,电子科学与技术：承担电子材料与元器件的研究、设计、

15、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合，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

16、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

17、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。,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

18、撑下，集成电路产品正从特大规模集成电路(ULSI，集成度（107109 )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。,软件外包是软件产业发展最快的领域之一。据预测，到2010年，软件外包总值将达到800010000亿美元。,五、电子信息技术的 发展走向浅析（续

19、1）,(三)新型平板显示：2006年液晶显示约占平板显示75%的市场份额，等离子显示约占20%。液晶显示面板面积在加大：45英寸、52英寸与108英寸等。我国平板显示产业面临着严峻形势，产业链不完整，面板材料、零部件和专用设备国产化程度较低甚至缺乏。2007年底全球平板显示产值突破1000亿美元。,(五)音视频：音视频正向数字化、高清化和融合化发展。数字电视时代开始全面到来。移动电视发展潜力巨大。知识产权问题显得尤为突出。,(四)移动电话：智能移动电话将是发展方向；移动互联网将成为重要应用；移动电话正逐步从一个简单的语音通信工具，变成一种普及型移动信息收集和处理平台。移动电话的产业核心是芯片(

20、数字基带芯片、模拟基带芯片、应用处理器、射频芯片、电源管理芯片等)和软件(系统控制软件、操作系统、应用软件等)。系统级芯片(System-on-a-chip，SoC)手机已成为重要趋势。移动电话是年产值超过1000亿美元的重点电子产品。,五、电子信息技术的 发展走向浅析（续2）,(六)计算机：世界计算机产业进入平稳增长期，市场逐渐成熟。笔记本市场规模扩大的速度要远远高于其他主要的计算机产品。计算机技术和产品的发展重心从“高性能”进到“高效能”，从“以性能为导向”过渡到“以应用为导向”。服务器端处理器已经全面进入双核时代，四核处理器主要应用于高端。刀片服务器的快速发展。高性能计算机在追求更高并行计算能力的同时，己更加注重低功耗技术。,(七)太阳能电池：电池效率不断提高，单晶硅太阳能电池的实验室效率已经提高至24.7%，多晶硅电池的实验室效率也达到了20.3%，非晶硅薄膜电池实验室效率达到了13%。硅片厚度持续降低，从20世纪70年代的450500m降低到目前的180240m。,注：上述七项是当前电子信息技术的产品的几个最重要的发展领域。,本章小结,Thank You !,第一章（完）,