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1、电子信息工程导论电子信息工程导论电子信息工程发展史老师：吴显鼎 教学单位：信息工程学院引子：引子：欲了解一门学科，欲了解一门学科，最最好的方法是先读读它好的方法是先读读它的的历史。历史。发展史的主要内容发展史的主要内容1.经典理论的主要成果；2.重要独创及其应用；*3.历史的启示一、重要的经典理论发觉 1、早期的磁学探讨 我国古代早就发觉了电磁现象。公元前2637年，我国人祖黄帝利用磁制成了罗盘针，罗盘的发觉是我国四大独创之一。据司马迁记载，公元前9世纪，航海家已运用指南针导航了。1600年，（相差4227年）英国物理学家吉尔伯特经过自己试验得到了大量磁力现象，建立了重要的理论体系。他还证明白

2、诺曼发觉的磁倾角的存在。他曾预言在地球的北极，磁针将会变成竖直的，后来被赫德森在1609年所证明。他发觉过两极装有铁帽的磁石，磁力大大增加，并且发觉磁石与铁块越靠近，吸引力越大，同时证明白磁石越大对铁块的吸引也越大。他还发觉吸引是相互作用的。吉尔伯特被世人称之为磁学之父。2、早期的电学探讨、早期的电学探讨1600年，德国科学家库里克制成了第一台产生静年，德国科学家库里克制成了第一台产生静电的装置。电的装置。1749年，（年，（相差相差145年）美国科学家富兰克林，年）美国科学家富兰克林，他在电的探讨方面作了大量试验，他借用了数学他在电的探讨方面作了大量试验，他借用了数学上正负数的概念，第一个科

3、学地用正电、负电概上正负数的概念，第一个科学地用正电、负电概念表示电荷性质。并提出了电荷不能创生、也不念表示电荷性质。并提出了电荷不能创生、也不能歼灭的思想，后人在此基础上发觉了电荷守恒能歼灭的思想，后人在此基础上发觉了电荷守恒定律。他最先提出了避雷针的设想，由此而制造定律。他最先提出了避雷针的设想，由此而制造的避雷针，避开了雷击灾难，破除了迷信。的避雷针，避开了雷击灾难，破除了迷信。富兰克林简介富兰克林简介 他出身贫寒，他出身贫寒，10岁便辍学做工，岁便辍学做工，12岁起在岁起在印刷所当学徒、帮工但他刻苦好学，因印刷所当学徒、帮工但他刻苦好学，因而，他以仅读过两年小学的学历，被美国而，他以仅

4、读过两年小学的学历，被美国的哈佛高校、耶鲁高校，英国的牛津高校、的哈佛高校、耶鲁高校，英国的牛津高校、爱丁堡高校、圣安德鲁高校等录用，六七爱丁堡高校、圣安德鲁高校等录用，六七所高校授予硕士学位或博士学位。他是自所高校授予硕士学位或博士学位。他是自学成才的典范。学成才的典范。1785年（相差年（相差36年）法国人库伦用自己独创的扭年）法国人库伦用自己独创的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律。同年，他在秤建立了静电学中著名的库仑定律。同年，他在给法国科学院的电力定律的论文中具体地介给法国科学院的电力定律的论文中具体地介绍了他的试验装置，测试经过和试验结果。绍了他的试验装置，测试经过和试验结果。180

5、0年，（相差年，（相差15年）意大利物理学家伏特年）意大利物理学家伏特（A.Vlota,1745-1827）独创了第一种化学电源）独创了第一种化学电源铜锌电池，它能够把化学能不断地转变为电能，铜锌电池，它能够把化学能不断地转变为电能，维持单一方向的电流持续流淌。不久他就起先应维持单一方向的电流持续流淌。不久他就起先应用他的理论制用他的理论制 造各种有独创性的仪器，这一独创造各种有独创性的仪器，这一独创具有时代的意义，引起了电磁学的一场革命。具有时代的意义，引起了电磁学的一场革命。伏特简介伏特简介伏特生于意大利科莫一个富有的天主教家庭伏特生于意大利科莫一个富有的天主教家庭里。伏特十六岁时起先与一

6、些著名的电学家里。伏特十六岁时起先与一些著名的电学家通信，其中有巴黎的诺莱和都灵的贝卡里亚。通信，其中有巴黎的诺莱和都灵的贝卡里亚。贝卡里亚是一位很有成就的国际知名的电学贝卡里亚是一位很有成就的国际知名的电学家，他劝告伏特少提出理论，多做试验。事家，他劝告伏特少提出理论，多做试验。事实上，伏特年青时期的理论思想远不如他的实上，伏特年青时期的理论思想远不如他的试验重要。随着岁月的消逝，伏特对静电的试验重要。随着岁月的消逝，伏特对静电的了解至少可以和当时最好的电学家媲美。了解至少可以和当时最好的电学家媲美。3、电磁学的探讨 1820年，（相差年，（相差20年）丹麦物理学家奥斯年）丹麦物理学家奥斯特

7、（特（H.C.Oerster,1777-1851.）通过试验发）通过试验发觉了发觉了电流对磁针的作用，即电流的觉了发觉了电流对磁针的作用，即电流的磁效应，同年磁效应，同年7月月21日以关于磁针上，电日以关于磁针上，电冲突作用的试验这篇短短的论文使欧洲冲突作用的试验这篇短短的论文使欧洲物理学界产生了极大振动，导致了大批试物理学界产生了极大振动，导致了大批试验成果的出现，由此开拓了物理学的新领验成果的出现，由此开拓了物理学的新领域域电磁学。打开了近代电磁学的突破口。电磁学。打开了近代电磁学的突破口。1825年，（相差年，（相差5年）法国科学家安培年）法国科学家安培（H,M.Ampere,1775-

8、1836）提出了著名的）提出了著名的安培定律。他从安培定律。他从1820年起先在测量电流的磁年起先在测量电流的磁效应中，发觉两个载流导线可以相互吸引，效应中，发觉两个载流导线可以相互吸引，又可以相互排斥。这一发觉成为探讨电学的又可以相互排斥。这一发觉成为探讨电学的基本定律，为电动机的独创作了理论上的准基本定律，为电动机的独创作了理论上的准备。生于里昂一个富商的家庭，备。生于里昂一个富商的家庭，1824年担当年担当法兰西学院试验物理学教授。法兰西学院试验物理学教授。1827年，当时德国的一位老师欧姆年，当时德国的一位老师欧姆（G.S.Ohm,1787-1854），），1827年，发表年，发表了动

9、力电路的数学探讨，提出了今日了动力电路的数学探讨，提出了今日普遍应用的欧姆定律，时年普遍应用的欧姆定律，时年40岁。该定律岁。该定律揭示了电阻上电压与电流的定量关系。欧揭示了电阻上电压与电流的定量关系。欧姆的探讨，主要是在姆的探讨，主要是在18171827年担当中年担当中学物理老师期间进行的！此外，他对几何学物理老师期间进行的！此外，他对几何学（学（1817年，他的几何学教科书一书年，他的几何学教科书一书出版）、声学、仪器制造等方面都做出了出版）、声学、仪器制造等方面都做出了重大贡献。重大贡献。欧姆简介1803年欧姆考入埃尔兰根高校学习，后来由于家年欧姆考入埃尔兰根高校学习，后来由于家庭经济困

10、难，于庭经济困难，于1806年他被迫退学。通过自学，年他被迫退学。通过自学，他于他于1811年又重新回到爱尔兰高校，顺当地取得年又重新回到爱尔兰高校，顺当地取得了博士学位。高校毕业后，欧姆靠教书维持生活。了博士学位。高校毕业后，欧姆靠教书维持生活。从从1820年起，他起先探讨电磁学。为了纪念他，年起，他起先探讨电磁学。为了纪念他，人们把电阻的单位命名为欧姆。其定义是：在电人们把电阻的单位命名为欧姆。其定义是：在电路中两点间，当通过路中两点间，当通过1安培稳恒电流时，假如这两安培稳恒电流时，假如这两点间的电压为点间的电压为1伏特，那么这两点间导体的电阻便伏特，那么这两点间导体的电阻便定义为定义为

11、1欧姆。欧姆。1831年年8月月26日最终，英国物理学家法拉第日最终，英国物理学家法拉第（M.Faraday,1791-1867）（相差（相差6年）完年）完成了电磁感应定律的探讨。该定律揭示了成了电磁感应定律的探讨。该定律揭示了磁变生电的规律。这一发觉成为发电机和磁变生电的规律。这一发觉成为发电机和变压器的基本原理，从而使机械能变为电变压器的基本原理，从而使机械能变为电能成为可能，推动了电在工业上的广泛应能成为可能，推动了电在工业上的广泛应用，使人类迈向了电气时代。用，使人类迈向了电气时代。法拉第简介法拉第生于萨里郡纽因顿的一个铁匠家庭。法拉第生于萨里郡纽因顿的一个铁匠家庭。13岁就在一家岁就

12、在一家书店当送报和装订书籍的学徒。他有猛烈的求知欲，挤出书店当送报和装订书籍的学徒。他有猛烈的求知欲，挤出一切休息时间贪欲地力图把他装订的一切书籍内容都从一切休息时间贪欲地力图把他装订的一切书籍内容都从 头头读一遍。读后还工工整整地作读书笔记；用一些简洁器皿读一遍。读后还工工整整地作读书笔记；用一些简洁器皿照着书上进行试验，细致视察和分析试验结果，把自己的照着书上进行试验，细致视察和分析试验结果，把自己的阁楼变成了小试验室。他家境贫寒，未受过系统的正规教阁楼变成了小试验室。他家境贫寒，未受过系统的正规教化，但却在众多领域中作出惊人成就，是英国著名物理学化，但却在众多领域中作出惊人成就，是英国著

13、名物理学家、化学家。在化学、电化学、电磁学等领域都做出过杰家、化学家。在化学、电化学、电磁学等领域都做出过杰出贡献堪称刻苦勤奋、探究真理、不计个人名利的典范，出贡献堪称刻苦勤奋、探究真理、不计个人名利的典范，对于青少年富有教化意义。对于青少年富有教化意义。他的导师戴维（皇家学院试验室主任），世人却知者甚少。他的导师戴维（皇家学院试验室主任），世人却知者甚少。在这家书店呆 了八年，他废寝忘食、如饥似渴地学习。他发觉了电磁感应现象。经过戴维（皇家学院试验室主任）的举荐。1813年3月，24岁的法拉第担当了皇家学院助理试验员。他坚信既然电能产生磁，那么磁也能产生电。他最终发觉在线圈内运动的磁体可以在

14、导线中产生电流。4、电路理论及电磁场理论的探讨、电路理论及电磁场理论的探讨 1847年，（相差16年）德国科学家基尔霍夫(G.R.Kirchhoff,1824-1887)1845年，在他还是一个21岁高校生的时候提出了著名的电流定律和电压定律，这一年，他发表了第一篇论文，提出了稳恒电路网络中电流、电压、电阻关系的两条电路定律,即著名的基尔霍夫第一电路定律和基尔霍夫其次电路定 律，解决了电器设计中电路方面的难题。后来又探讨了电路中电的流淌和分布，从而阐明白电路中两点间的电势差和静电学的电势这两个物理量在量纲和单位上的一样。使基尔霍夫电路定律具有更广泛的意义，这成为电路分析最基本的依据。直到现在，

15、基尔霍夫电路定律照旧是解决困难电路问题的重要工具。基尔霍夫被称为“电路求解大师”。1864年，苏格兰科学家麦克斯韦（J.C.Maxwell,1831-1879），1865年春（当时他32岁），起先系统地总结他的关于电磁学的探讨成果，完成了电磁场理论的经典巨著论电和磁，并于1873年出版，提出一组关于电和磁共同遵守的数学方程，即麦克斯韦方程，他预言空间确定存在电磁波。1889年，（相差25年）德国物理学家赫兹（H.R.Hertz,1857-1894）赫兹对人类最宏大的贡献是用试验证明白电磁波的存在，即他经过艰苦的反复试验，证明麦克斯韦所预言的电磁波的确存在。1.2 重要独创及其应用1）.1843

16、年，画家出身的美国人莫尔斯最年，画家出身的美国人莫尔斯最终独创了电报，用他当时的电报机，可从终独创了电报，用他当时的电报机，可从华盛顿向华盛顿向40英里的巴尔的摩发出电文。在英里的巴尔的摩发出电文。在他探讨之初，为了劝服别人为他投资，他他探讨之初，为了劝服别人为他投资，他得到的回答常常是：得到的回答常常是：“先生，用导线传递消先生，用导线传递消息，你为啥不独创一个能飞向月球的火箭息，你为啥不独创一个能飞向月球的火箭呢？呢？”但莫尔斯的创建欲望经过十多年的奋但莫尔斯的创建欲望经过十多年的奋斗最终实现了斗最终实现了 12）1866年，德国工程师西门子，他是电动机、发电机、有轨电车和指南针式电报机的

17、独创人，改进过海底电缆,提出平炉炼钢法,革新了炼钢工艺,西门子公司创始人。他发觉了电动原理并用在发电机的改进上。由于电在各方面的应用日益广泛，如照明、电解电镀、电力拖动等，迫切须要更便利地获得电能，以提高效率、降低成本。1882-年，直流高压输电试验成功。但由于直流高压不便于用户干脆运用，同年在独创变压器的基础上又实现了远距离沟通高压输电。从今，电气化时代起先了。3）1875年，美国科学家贝尔（A.G.Bell,1847-1922）独创了电话。贝尔当时仅是一名聋哑人学校的老师，经过不断改进，到1878年，他实现了从波士顿到纽约之间200英里（1英里=1.609344Km=1760码）的首次长途

18、通话。贝尔曾经把电话的话音比方为歌声，他说：“这歌声是永不停止的，因为这是对生活故事的歌颂，而生活是永不停止的。那高悬的电话线正在把生与死、成功与失败的消息传遍全球。”4）1879年，美国的独创家爱迪生（T.A.Edison,1847-1931），他一生只在学校里读过三个月的书，但他勤奋好学，勤于思索，并独创了电灯、留声机、电影摄影机等多种成果，为人类作出了重大的贡献。是著名遐迩的美国电学家和独创家，被誉为“独创大王”。爱迪生一生共有约两千项创建独创，为人类的文明和进步做出了巨大的贡献。独创的电灯是钨丝电灯。用电照亮了千家万户。5）1894年，意大利的独创家马可尼（G,Marconi,1874

19、-1937）和俄国的波波夫分别独创了无线电放射和接受。没有受过正规高校教化的20岁的马可尼利用赫兹的火花振荡器作为放射器，通过电键的开、闭产生断续的电磁波信号。1895年他放射的信号传送距离可达1公里以上，1897年放射的信号可在20km之外接收到，从今起先了无线电通信的时代。6)英国科学家汤姆逊（J.Thomson,1856-1940）在1895-1897年间反复测试，证明白电子的确存在。随后，英国科学家弗莱明（J.A.Fleming）在爱迪生独创的热二极管的基础上独创了好用的真空二极管。它具有单向导电特性，能用来整流或检波。7)1907年，美国人福斯特（L.D.Forest）独创了真空三极

20、管 1925年，英国的贝尔德(J.L.Baird）首先独创电视。几乎在同时，美国无线电公司（R.C.A）的工程师诺基（V.K.Zworykin）独创了电视显像管。1933年，他利用真空二极管、真空三极管和显像管，最早独创了电视机。1936年，黑白电视机就正式问世了。图1.1是贝尔德等独创的早期电视。图1.1 贝尔德等独创早期电视9）1946年，美国数学家诺依曼（J.V.Noumann）为主设计了第一台电子计算机，这是一个世界奇迹。这台计算机是在美国宾西法尼亚高校莫尔电子工程学院研制成功。这台计算机叫作艾尼亚克（ENIAC，Electronic Numerical Integrator And

21、Calculator)。它占地约165平方米，运用了18000只真空电子管，重30吨，每秒钟可运算5000次。冯诺依曼对人类的最大贡献是对计算机科学、计算机技术和数值分析的开拓性工作。中国计算机产业的发展 1956年（相差10年），夏培肃完成了第一台电子计算机运算器和限制器的设计工作，同时编写了中国第一本电子计算机原理讲义。1957年（相差11年），哈尔滨工业高校研制成功中国第一台模拟式电子计算机。1958年（相差12年），中国第一台计算机-103型通用数字电子计算机研制成功，运行速度每秒1500次。1959年，中国研制成功104型电子计算机，运算速度每秒1万次。1960年，中国第一台大型通用

22、电子计算机-107型通用电子数字计算机研制成功。1963年，中国第一台大型晶体管电子计算机-109机研制成功。1964年，441B全晶体管计算机研制成功。1965年，中国第一台百万次集成电路计算机DJS型操作系统编制完成。1967年，新型晶体管大型通用数字计算机诞生。1969年，北京高校承接研制百万次集成电路数字电子计算机-150机。1970年，中国第一台具有多道程序分时操作系统和标准汇编语言的计算机-441B型全晶体管计算机研制成功。1972年，每秒运算11万次的大型集成电路通用数字电子计算机研制成功。1973年，中国第一台百万次集成电路电子计算机研制成功。1974年，DJS130、131、

23、132、135、140、152、153等13个机型先后研制成功。1976年，DJS183、184、185、186、1804机研制成功。1977年，中国第一台微型计算机DJS050机研制成功。1979年，中国研制成功每秒运算500万次的集成电路计算机-HDS9，王选用中国第一台激光照排机排出样书。1981年，中国研制成功的260机平均运算速度达到每秒100万次。1983年，银河号巨型计算机研制成功，运算速度达每秒1亿次。1984年，联想集团的前身-新技术发展公司成立，中国出现第一次微机热。1985年，华光型汉字激光照排系统投入生产性运用。1986年，中华学习机投入生产。1987年，第一台国产的2

24、86微机-长城286正式推出。1988年，第一台国产386微机-长城386推出，中国发觉首例计算机病毒。1990年，中国首台高智能计算机-ESTIS4260智能工作站诞生，长城486计算机问世。1991年，新华社、科技日报、经济日报正式启用汉字激光照排系统。1992年，中国最大的汉字字符集-6万电脑汉字字库正式建立。1993年，中国第一台10亿次巨型银河计算机型通过鉴定。1994年，银河计算机型在国家气象局投入正式运行，用于天气中期预报。1995年，曙光1000大型机通过鉴定，其峰值可达每秒25亿次。1996年，国产联想电脑在国内微机市场销售量第一。1997年，银河并行巨型计算机研制成功。19

25、98年，中国微机销量达408万台，国产占有率高达719。1999年，银河四代巨型机研制成功。2000年，我国自行研制成功高性能计算机神威I，其主要技术指标和性能达到国际先进水平。我国成为继美国、日本之后世界上第三个具备研制高性能计算机实力的国家。人类的生产实践和科学试验是不断发展的，恒人类的生产实践和科学试验是不断发展的，恒久不会停止在一个水平上。久不会停止在一个水平上。1948年起，固态电子学的时代向我们走来。年起，固态电子学的时代向我们走来。从从20世纪世纪50年头末期起先，科学又把人类带年头末期起先，科学又把人类带入了微电子学时代。入了微电子学时代。1958年，世界上第一片集成电路年，世

26、界上第一片集成电路（Integrated Circuit,IC）在美国德克萨斯）在美国德克萨斯州诞生了。州诞生了。1961年，福查德公司生产出了第年，福查德公司生产出了第一片商用一片商用IC。到。到20世纪世纪60年头末，在大约四年头末，在大约四分之一英寸（分之一英寸（1 英寸英寸=2.539999918 厘米）厘米）见方（约见方（约6.1平方厘米）的小硅片上可以集平方厘米）的小硅片上可以集成成6800个晶体管和数千个其他元件。个晶体管和数千个其他元件。超大规模集成电路（超大规模集成电路（VLSI）。例如）。例如80386微处理器，在面积约为微处理器，在面积约为10mm X l0mm的单的单个

27、芯片上，可以集成大约个芯片上，可以集成大约32万个晶体管。万个晶体管。历史的启示历史的启示1）实践是科学和技术发展的基础和唯一检）实践是科学和技术发展的基础和唯一检验标准，实践出真知验标准，实践出真知如爱迪生读三个月的书，一生的重大独创达如爱迪生读三个月的书，一生的重大独创达两千多项；吉尔百特的磁学探讨；奥斯特和两千多项；吉尔百特的磁学探讨；奥斯特和安培的磁效应探讨；欧姆的电路定律的探讨。安培的磁效应探讨；欧姆的电路定律的探讨。2）相识论的规律：实践）相识论的规律：实践理论理论实践实践麦克斯韦总结的麦克斯韦方程组；诸多独创：麦克斯韦总结的麦克斯韦方程组；诸多独创：电视机，计算机，无线电话，集成

28、电路。电视机，计算机，无线电话，集成电路。3)敢为天下先。不自暴自弃敢为天下先。不自暴自弃如如21岁的高校生基尔霍夫提出的基尔霍夫定岁的高校生基尔霍夫提出的基尔霍夫定律。成为律。成为”困难电路求解之王困难电路求解之王“；24岁是的法岁是的法拉第提出的电磁感应定律；拉第提出的电磁感应定律；20岁的马可尼没岁的马可尼没有受过正规教化，却独创了无线电话等；聋有受过正规教化，却独创了无线电话等；聋哑学校的老师贝尔独创了电话机；欧姆家庭哑学校的老师贝尔独创了电话机；欧姆家庭贫困。经潜心探讨提出了欧姆定律；法拉第贫困。经潜心探讨提出了欧姆定律；法拉第作为试验员比其导师的成果要大，提出电磁作为试验员比其导师

29、的成果要大，提出电磁感应定律。感应定律。4）逻辑思维方法等是学习和科研的重要方）逻辑思维方法等是学习和科研的重要方法，如库伦的库仑定律（从罗盘法，如库伦的库仑定律（从罗盘-扭称扭称库库仑定律）仑定律）二、本专业的主要基础：电路二、本专业的主要基础：电路信号与系统信号与系统1、电路 所谓电路（Circuit），是由电的器件相互连接所构成的电流的通路。困难的电路又常称为网络。当然，网络的含义比较广泛，本书所称的网络均指电网络。电路的分类如下：（1）集总参数电路与分布参数电路（2）线性电路与非线性电路（3）时不变电路与时变电路2、信号 电路的灵魂是传递和处理各种信号电路的灵魂是传递和处理各种信号（S

30、ignal）。信号是消息的表现形式，通）。信号是消息的表现形式，通常是时间的函数。依据信号波形表现形式常是时间的函数。依据信号波形表现形式可以分为周期信号、非周期信号、模拟信可以分为周期信号、非周期信号、模拟信号、数字信号和随机信号等。本书只探讨号、数字信号和随机信号等。本书只探讨电信号。图电信号。图1.2为几种典型的信号。为几种典型的信号。图1.2几种典型的信号 a)直流信号；b）阶跃信号；c)正弦信号；d)锯齿波信号；e)方波信号；f)尖脉冲信号3、系统所谓系统（所谓系统（System），是由若干相互联系、），是由若干相互联系、相互作用的单元电路组成的具有确定功能相互作用的单元电路组成的具

31、有确定功能的整体。系统种类很多，如通信系统、计的整体。系统种类很多，如通信系统、计算机系统、自动限制系统等。作为电系统，算机系统、自动限制系统等。作为电系统，是由若干功能不同的电路所组成。是由若干功能不同的电路所组成。电子信息工程的近期发展更是日新月异，电子信息工程的近期发展更是日新月异，其产品和独创呈现万紫千红，异彩缤纷。其产品和独创呈现万紫千红，异彩缤纷。例如无线电定位系统（例如无线电定位系统（GPS）,宇宙通信，宇宙通信，遥控遥测，雷达，导航，移动通信，限制遥控遥测，雷达，导航，移动通信，限制及远程限制，电子医疗，遗传工程等等，及远程限制，电子医疗，遗传工程等等，不再一一枚举。不再一一枚举。