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

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

3、820年開始測量電流的磁效應，繼而發(fā)現(xiàn)兩個載流導線既可以互相吸引，又可以互相排斥。這一發(fā)明成為研究電磁學的基本定律，為電動機的發(fā)明作了理論上的準備。,1831年，英國物理學家法拉第(M.Faraday)發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象。他在繼續(xù)奧斯特Oersted的實驗時，堅信既然電能產(chǎn)生磁，那么磁也能產(chǎn)生電。他終于發(fā)現(xiàn)在線圈內(nèi)運動的磁體可以使線圈中產(chǎn)生電流。這一發(fā)現(xiàn)成為發(fā)電機和變壓器的基本原理，從而使機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艹蔀榭赡?，推動了電在工業(yè)上的廣泛應用，是人類邁進了電氣時代。,1847年，德國科學家基爾霍夫(G.R.Kirchhoff)在他還是一個23歲大學生的時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)明及應用,1864年，蘇格蘭科學家麥克斯韋(J.C.Maxwell)提出了一組電和磁共同遵守的數(shù)學方程，即Maxwell方程，他預言空間一定存在電磁場，為無線電時代的到來作了理論上的準備。 1889年，德國物理學家赫茲(H.R.Hertz)經(jīng)過艱苦的反復實驗，證明了Maxwell所預言的電磁波確實存在。,1837年，畫家出生的美國人莫爾斯(S.F.B. Morse)發(fā)明了電報。 1875年，美國科學家貝爾(A.G.Bell)發(fā)明了電話。 1866年，德國工程師西門子(K.W.Siemens)發(fā)現(xiàn)了電動原理并應用在發(fā)電機的改進上。,1879年，美國的愛迪生(T.A

5、.Edison)發(fā)明了鎢絲電燈。他一生獲得1000多項發(fā)明專利。 1894年，意大利的馬可尼(G.Marconi)發(fā)明了無線電。1895年它發(fā)射的信號傳送距離可達1km以上，1897年發(fā)射的信號傳送距離可達20km，從此開始了無線電通信時代。,電真空器件的發(fā)明是電子工程的發(fā)展推進了一大步。英國科學家湯姆遜(J.Thomson)在1895年1897年間反復測試，證明了電子確實存在。隨后，英國科學家弗萊明(J.A. Feming)在愛迪生的熱二極管的基礎上發(fā)明了實用的真空二極管。它具有單向?qū)щ姷奶匦裕苡脕碚骰驒z波。 1907年，美國人福斯特(L.D.Forest)發(fā)明了真空三極管，它對微弱信號

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，使無線電通信系統(tǒng)更加先進。,1925年，英國的貝爾德(J.L.Barid)首先發(fā)明電視。幾乎同時，美國無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。1936年黑白電視機正式問世。 1946年，世界有一個奇跡出現(xiàn)了。第一臺電子計算機在美國賓夕法尼亞大學莫爾電子工程學院研制成功。它占地165m2，使用了18000只真空電子管，質(zhì)量到達30噸，每秒可運算5000次，這在當時是史無前例的。,1948年，固態(tài)電子學的時代向我們走來。1947年12月

7、24日，貝爾實驗室的布拉丁(Walter Bratain)、巴丁(John Bardeen)和肖克利(William Shockley)發(fā)明了一種點接觸晶體管。這是一種全新的固態(tài)器件，體積小，電性能穩(wěn)定，功耗低。這項發(fā)明很快就應用于通信、電視、計算機等領域，促進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科的誕生。它揭示了機器中的通信、控制機能與人的神經(jīng)、感覺機能的共同規(guī)律；為現(xiàn)代科學技術(shù)的研究提供了嶄新的科學方法；它從多方面突破了傳統(tǒng)思想的束縛，有力地促進了現(xiàn)代科學思維方式和當代哲學觀念的一系列變革。,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50年代末期開始，科學又把人類帶入了微電子學時代。1958年，利用單晶硅材料，世界上第一片集成電路(Integrated Circuit IC)在美國德克薩斯州誕生了。20世紀60年代末，大約在1/4in見方的小硅片上可以集成68000個晶體管和數(shù)千個其它元件。從20世紀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)點被廣泛使用，從而推動了工業(yè)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、測量系統(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