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电子信息新技术系列讲座,物理与电信工程学院,电子信息新技术系列讲座安排,第一讲 电子信息技术概述 张志伟第二讲 通信技术与通信网 龙光利第三讲 集成电路技术 张志伟第四讲 光电信息技术 赵 峰第五讲 电磁波与无线电 聂 翔第六讲 微波技术与微波集成电路 聂 翔第七讲 微电子技术 黄朝军第八讲 新兴技术 黄朝军,第一讲 电子信息技术概述,讲授提纲,一、前言二、信息科学技术中的几个基本概念三、电子信息科学技术研究的主要技术问题四、电子信息产品生产技术的演进五、电路板的装配与焊接实况录像,一、前言,基本概念,专业内容,技术发展历程,当前的技术状况,可能的发展走向,（一）课程开设目的,计算机硬件,曙光超级计算机,笔记本电脑,微电子产业,半导体材料,集成电路,集成电路生产装备,固定通信,移动通信,软件产业,通用软件,专业软件,互联网产品,数字家电产业,光电子产业,电视机,摄相机,DVD播放机,光网络,光纤光缆,光设备,光存储介质,激光照明,路由器,交换机,网卡,调制解调器,集线器,信息服务业,通信产业,卫星通信,微波通信,信息检索、电子商务和娱乐等,（二）电子信息产业的主要领域及与学科之间的关系,产业与学科专业的对应关系,学科,产业,对应,（二）电子信息产业的主要领域及与学科之间的关系,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、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。,（二）电子信息产业的主要领域及与学科之间的关系,（三）电子信息产业 在国民经济的重要地位,1.电子信息产业是经济增长的重要引擎,2008销售收入 6.3万亿元,同比增长12.5%，明显高于其他行业。,数据显示,2011年国内集成电路产业销销售额达到1572.21亿元，售额同比增长9.2%,大幅超过全球的0.88%增长率。其中，IC设计业销售额473.74亿元，芯片制造业销售额486.91亿元，封装测试销售额611.56亿元。2012上半年中国集成电路产业销售额规模同比增长7.5%，规模为852.85亿元。产量为466.1亿块，同比增长2.8%。而集成电路设计业每年均保持正增长，高于国内集成电路产业的整体增幅。2012上半年IC设计业继续保持较快增长，行业销售额同比增长了20.8%。,2.电子信息产业是拉动出口的强大动力,计算机、彩电、手机等主要产品占全球产量40%以上，其中60%以上出口,占全国外贸出口总额的36.5%,电子信息产业已成为稳定出口、优化外贸结构的主要产业,（三）电子信息产业 在国民经济的重要地位（续）,3.电子信息产业是吸纳就业的重要行业,随着国民经济和社会信息化水平的逐步提高，电子信息产业对促进就业贡献日益突出。,（三）电子信息产业 在国民经济的重要地位（续）,（三）电子信息产业 在国民经济的重要地位（续）,4.电子信息产业是促进可持续发展的重要力量,国民经济平均水平的1/7,工业平均水平的1/15,信息,知识载体,重复利用,2007年,5.电子信息产业是改善民生及扩大消费的重要领域,逐渐成为城镇居民的必需品,（四）国务院调整和振兴 电子信息产业规划简介,2009年2月18日国务院常务会议，审议并原则通过了电子信息产业调整振兴规划。会议确定了今后3年电子信息产业的三大重点任务：,注：有一系列落实措施，详见电子信息产业调整和振兴规划。,“以信息技术为代表的高新技术突飞猛进，以信息产业发展水平为主要特征的综合国力竞争日趋激烈，信息技术和信息网络的结合与应用，孕育了大量的新兴产业，并为传统产业注入新的活力。软件产业和集成电路产业作为信息产业的核心和国民经济信息化的基础，越来越受到世界各国的高度重视。我国拥有发展软件产业和集成电路产业最重要的人力、智力资源，在面对加入世界贸易组织的形势下，通过制定鼓励政策，加快软件产业和集成电路产业发展，是一项紧迫而长期的任务，意义十分重大。”（详见“政策”与“通知”）,（四）国务院调整和振兴 电子信息产业规划简介（续）,2009年3月5日“国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知”（摘录）,其归属：技术科学和应用科学。,（五）电子信息技术与工业信息化,电子信息技术是研究开发、设计、生产、维护和管理电子信息产品和系统的理论与技术；也是工业实现信息化的技术。,电子信息技术的定义：,1.电子信息技术的定义,电子信息技术属于“技术科学”和“应用科学”范畴，它是“工学”大类各学科中涵盖面最广、渗透力最强的学科。它和强电结合，产生了“电力电子”，它同机械结合，产生了“机械电子”。,（五）电子信息技术与工业信息化,1.电子信息技术的定义,工业信息化,电子信息技术,（五）电子信息技术与工业信息化（续）,2.工业信息化是国家的产业政策,促进,作用、道路和目标,3.工业信息化的重点行业,（五）电子信息技术与工业信息化（续）,电子信息技术,3.工业信息化的重点行业（续）,（五）电子信息技术与工业信息化（续）,电子信息技术,二、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，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。,二、信息科学技术中的几个 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！,二、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,二、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。,信息技术对个人的影响,我们由于身处现代信息社会，不可避免地要受到信息技术发展的影响。具体表现为：体能的延伸与增强。借助于信息技术，如电信、机器办文办事、远程会议，打破了时空限制，行政人员可以看到、听到、触觉到以前无法感知的事物，可以完成以前体能无法完成的工作。开阔视野，提高判断、分析和解决问题的能力。信息技术的开发可使我们及时获得大量信息，有助于他们逻辑地、辩证地和系统地思考问题。互联网提供了获取信息的极大便利，使得我们“秀才不出门，而知天下事”、“运筹帷幄之中，决胜千里之外”成为可能。时间和精力的节约。信息技术节约了原来靠人脑和文件处理信息所消耗的大量时间和精力。跨越时空，降低了信息传输的时间成本、人力成本。观念的更新。我们要适应信息时代的要求，就必须更新传统观念，树立效率观念、创新观念、服务观念、竞争观念、民主观念、法治观念等现代化观念 激励我们的全面发展。信息技术的应用既对我们的知识和技能提出了更高的要求，又节约了我们的精力与时间。前者成为我们不断学习与培训的直接动力，后者则提供了可能与机会。信息技术带来的教育方式的更新（如网络学校）更为我们学习现代化的管理知识，掌握与运用现代化的行政管理技术和工具提供了极大的便利。,二、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,二、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。,二、信息科学技术中的几个 基本概念,电子信息技术的发展历程,没有电子信息技术，人类只能停留在工业化时期。,科学技术是第一生产力！,二、信息科学技术中的几个 基本概念,电子信息技术的发展历程,大量使用电子管的持续期，只有约5070年,大量使用晶体管的持续期，只有约2030年,80、90年代大量使用的软盘己被闪存取代。,磁带录音机、磁带录像机己被MP3、MP4、VCD、DVD取代。,固定电话作为主要通话工具将让位给移动电话、网络电话；电灯泡将被半导体照明取代,新的技术取代老的技术，意味着原有的生产线得关闭，知识陈旧的技术人员将失业。只有与时俱进，不断学习，才能跟上技术发展的步伐，企业才能生存发展！,曾流行一时的产品,二、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,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。,真空式电子管，它们都具有一个共同结构就是由抽成几近真空的玻璃（或金属，陶瓷）外壳及封装在壳里的灯丝，阴极和阳极组成。直热式电子管的灯丝就是阴极，考虑一块被加热的金属板，当它的温度达到摄氏800度以上时，会形成电子的加速运动，以至能够摆脱金属板本身对它们的吸引而逃逸到金属表面以外的空间。若在这一空间加上一个十几至几万伏的正向电压，这些电子就会被吸引飞向正向电压极，流经电源而形成回路电流。把金属板（阴极），加热源（灯丝），正向电压极板（阳极）封装在一个适当的壳里，即上面说的玻璃（或金属，陶瓷）封装壳，再抽成几近真空，就是电子二极管。二极管的结构决定了它的单向导电的性质，当在阴极与阳极之间再加上一个带适当电压的极点，这个电压就会改变阴极的表面电位，从而影响了阴极热电子飞向阳极的数量，这就是调制极，一般是用金属丝做成螺旋状的栅网，所以又把它称为栅极。由此可以知道，当作为被放大的信号电压加在栅极-阴极之间时，由于它的变化必然会使阳极电流发生相应的变化，又由于阳极电压远高于阴极，因此栅阴极间微小的电压变化同样能使阳极产生相应的几十至上百倍的电压变化，这就是三极管放大电压信号的原理。,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（美国物理学家）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,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！,集成电路的出现，使得原先占地170多平方米的庞大计算机，可用只有火柴盒大小的一块微处理器代替,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32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,三、电子信息科学技术研究的 主要技术问题,信息获取,5,信息传输,信息处理,信息存储,信息检索,三、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,三、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,三、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,三、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。,三、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。,三、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！,三、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）,三、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,三、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,纳米存储器,硬盘,光盘,三、电子信息科学技术研究的 主要技术问题,4,5,（五）信息检索,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。,搜索引擎，浏览器,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,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,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,贴片机生产技术,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,贴片机生产技术,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,（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。,四、电子信息产品 生产技术的演进,五、电路板的装配与焊接实况录像,实况录像1,实况录像2,Thank You!,第一讲（完）,