电子技术发展ppt课件.ppt

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1、江苏大学工业中心江苏大学工业中心制作制作 : 刘会霞等刘会霞等工业系统认识实习工业系统认识实习（第（第一一部分）部分） 电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。进入近代科学技术发展的一个重要标志。进入21世纪，人们面临的是以微电子技术（半导体和集成电路为代表）电世纪，人们面临的是以微电子技术（半导体和集成电路为代表）电子计算机和因特网为标志的信息社会。高科技的广泛应用使社会生产力和经济获得了空前的发展。现代电子技子计算机

2、和因特网为标志的信息社会。高科技的广泛应用使社会生产力和经济获得了空前的发展。现代电子技术在国防、科学、工业、医学、通讯（信息处理、传输和交流）及文化生活等各个领域中都起着巨大的作用。术在国防、科学、工业、医学、通讯（信息处理、传输和交流）及文化生活等各个领域中都起着巨大的作用。现在的世界，电子技术无处不在：收音机、彩电、音响、现在的世界，电子技术无处不在：收音机、彩电、音响、VCD、DVD、电子手表、数码相机、微电脑、大规模、电子手表、数码相机、微电脑、大规模生产的工业流水线、因特网、机器人、航天飞机、宇宙探测仪，可以说，人们现在生活在电子世界中，一天也生产的工业流水线、因特网、机器人、航天

3、飞机、宇宙探测仪，可以说，人们现在生活在电子世界中，一天也离不开它。离不开它。电子技术的应用电子技术的应用l分立元件阶段（分立元件阶段（1905190519591959）真空电子管、半导体晶体管真空电子管、半导体晶体管l集成电路阶段（集成电路阶段（19591959）SSISSI、MSIMSI、LSILSI、VLSIVLSI、ULSIULSI主要阶段概述主要阶段概述 第一代电子第一代电子 产品以电子管为核心。四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管，它产品以电子管为核心。四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管，它以小巧、轻便、省电、寿以小巧、轻便、省电、寿 命长等特点，很快地被各国应用起来，在

4、很大范围内取代了电子命长等特点，很快地被各国应用起来，在很大范围内取代了电子管。五十年代末期，世界上出现了第一块集成电路，它把许多晶体管等电子元件集成在一块管。五十年代末期，世界上出现了第一块集成电路，它把许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯片上，使电子产品向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成硅芯片上，使电子产品向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化的电路和超大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化的方向发展。方向发展。 l电子管时代（电子管时

5、代（1905190519481948）为现代技术采取了决定性步骤为现代技术采取了决定性步骤主要大事记主要大事记19051905年年 爱因斯坦阐述相对论爱因斯坦阐述相对论E Emcmc2 219061906年年 亚历山德森研制成高频交流发电机亚历山德森研制成高频交流发电机 德福雷斯特在弗菜明二极管上加栅极，制威第一只三极管德福雷斯特在弗菜明二极管上加栅极，制威第一只三极管19121912年年 阿诺德和兰米尔研制出高真空电子管阿诺德和兰米尔研制出高真空电子管19171917年年 坎贝尔研制成滤波器坎贝尔研制成滤波器19221922年年 弗里斯研制成第一台超外差无线电收音机弗里斯研制成第一台超外差无

6、线电收音机19341934年年 劳伦斯研制成回旋加速器劳伦斯研制成回旋加速器19401940年年 帕全森和洛弗尔研制成电子模拟计算机帕全森和洛弗尔研制成电子模拟计算机19471947年年 肖克莱、巴丁和布拉顿发明晶体管；香农奠定信息论的基础肖克莱、巴丁和布拉顿发明晶体管；香农奠定信息论的基础 真空电子管真空电子管l晶体管时代（晶体管时代（1948194819591959）宇宙空间的探索即将开始宇宙空间的探索即将开始主要大事记主要大事记19471947年年 贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克莱研制成第一个点接触型晶体管贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克莱研制成第一个点接触型晶体管19481948年年 贝

7、尔实验室的香农发表信息论的论文贝尔实验室的香农发表信息论的论文 英国采用英国采用EDSAGEDSAG计算机，这是最早的一种存储程序数字计算机计算机，这是最早的一种存储程序数字计算机19491949年年 诺伊曼提出自动传输机的概念诺伊曼提出自动传输机的概念19501950年年 麻省理工学院的福雷斯特研制成磁心存储器麻省理工学院的福雷斯特研制成磁心存储器19521952年年 美国爆炸第一颗氢弹美国爆炸第一颗氢弹19541954年年 贝尔实验室研制太阳能电池和单晶硅贝尔实验室研制太阳能电池和单晶硅19571957年年 苏联发射第一颗人造地球卫星苏联发射第一颗人造地球卫星19581958年年 美国得克

8、萨斯仪器公司和仙童公司宣布研制成第一个集成电路美国得克萨斯仪器公司和仙童公司宣布研制成第一个集成电路电阻器电阻器电容器电容器线圈线圈电池电池晶体管晶体管时时 期期规规 模模集成度集成度（元件数）（元件数）5050年代末年代末小规模集成电路（小规模集成电路（SSISSI）1001006060年代年代中规模集成电路（中规模集成电路（MSIMSI）100010007070年代年代大规模集成电路（大规模集成电路（LSILSI）100010007070年代末年代末超大规模集成电路（超大规模集成电路（VLSIVLSI）10000100008080年代年代特大规模集成电路（特大规模集成电路（ULSIULSI

9、）100000100000 自1958年第一块集成元件问世以来，集成电路已经跨越了小、中、大、超大、特大、巨大规模几个台阶，集成度平均每2年提高近3倍。随着集成度的提高，器件尺寸不断减小。 1985年，1兆位ULSI的集成度达到200万个元件，器件条宽仅为1微米；1992年，16兆位的芯片集成度达到了3200万个元件，条宽减到0.5微米，而后的64兆位芯片，其条宽仅为0.3微米。 集成电路制造技术的发展日新月异，其中最具有代表性的集集成电路制造技术的发展日新月异，其中最具有代表性的集成电路芯片主要包括以下几类，它们构成了现代数字系统的基石。成电路芯片主要包括以下几类，它们构成了现代数字系统的基

10、石。可编程逻辑器件（可编程逻辑器件（PLD）微控制芯片（微控制芯片（MCU）数字信号处理器（数字信号处理器（DSP）大规模存储芯片（大规模存储芯片（RAM/ROM）IBM 7090 伴随着电子技术的发展而飞速伴随着电子技术的发展而飞速发展起来的电子计算机所经历的四个发展起来的电子计算机所经历的四个阶段充分说明了电子技术发展的四个阶段充分说明了电子技术发展的四个阶段的特性。阶段的特性。 第一代（第一代（1946194619571957）电子管计算机）电子管计算机 第二代（第二代（1958195819631963）晶体管计算机）晶体管计算机 第三代（第三代（1964196419701970）集成电

11、路计算机）集成电路计算机 第四代（第四代（19711971）大规模集成电路计算机）大规模集成电路计算机 世界上第一台电子计算机于世界上第一台电子计算机于19461946年在美年在美国研制成功，取名国研制成功，取名ENIACENIAC。这台计算机使用了。这台计算机使用了1880018800个电子管，占地个电子管，占地170170平方米，重达平方米，重达3030吨，吨，耗电耗电140140千瓦，价格千瓦，价格4040多万美元，是一个昂贵多万美元，是一个昂贵耗电的耗电的 庞然大物庞然大物 。由于它采用了电子线路。由于它采用了电子线路来执行算术运算、逻辑运算和存储信息，从来执行算术运算、逻辑运算和存储

12、信息，从而就大大提高了运算速度。而就大大提高了运算速度。ENIACENIAC每秒可进行每秒可进行50005000次加法和减法运算，把计算一条弹道的次加法和减法运算，把计算一条弹道的时间短为时间短为3030秒。它最初被专门用于弹道运算，秒。它最初被专门用于弹道运算，后来经过多次改进而成为能进行各种科学计后来经过多次改进而成为能进行各种科学计算的通用电子计算机。从算的通用电子计算机。从19461946年年2 2月交付使用，月交付使用，到到19551955年年1010月最后切断电源，月最后切断电源，ENIACENIAC服役长达服役长达9 9年。年。IBM 360 晶体管计算机晶体管计算机ENIACE

13、NIAC品牌电脑品牌电脑IBM 7090ENIACENIACIBM 360 晶体管计算机晶体管计算机品牌电脑品牌电脑第一代（第一代（19461957）电子管计算机时代：它的基本电子元件是电子管，内）电子管计算机时代：它的基本电子元件是电子管，内存储器采用水银延迟线，外存储器主要采用磁鼓、纸带、卡片、磁带等。由存储器采用水银延迟线，外存储器主要采用磁鼓、纸带、卡片、磁带等。由于当时电子技术的限制，运算速度只是每秒几千次于当时电子技术的限制，运算速度只是每秒几千次几万次基本运算，内存容几万次基本运算，内存容量仅几千个字。程序语言处于最低阶段，主要使用二进制表示的机器语言编量仅几千个字。程序语言处于

14、最低阶段，主要使用二进制表示的机器语言编程，后阶段采用汇编语言进行程序设计。体积大，耗电多，速度低，造价高，程，后阶段采用汇编语言进行程序设计。体积大，耗电多，速度低，造价高，使用不便，主要局限于一些军事和科研部门进行科学计算。（使用不便，主要局限于一些军事和科研部门进行科学计算。（ENIAC） 第二代（第二代（19581963）晶体管计算机时代：）晶体管计算机时代：它的基本电子元件是晶体管，内存储器大它的基本电子元件是晶体管，内存储器大量使用磁性材料制成的磁芯存储器。与第量使用磁性材料制成的磁芯存储器。与第一代电子管计算机相比，晶体管计算机体一代电子管计算机相比，晶体管计算机体积小，耗电少，

15、成本低，逻辑功能强，使积小，耗电少，成本低，逻辑功能强，使用方便，可靠性高用方便，可靠性高 。（。（IBM 7090）第三代（第三代（19641970）集成电路计算机时代：）集成电路计算机时代：它的基本元件是小规模集成电路和中规模集成它的基本元件是小规模集成电路和中规模集成电路，磁芯存储器进一步发展，并开始采用性电路，磁芯存储器进一步发展，并开始采用性能更好的半导体存储器，运算速度提高到每秒能更好的半导体存储器，运算速度提高到每秒几十万次基本运算。由于采用了集成电路，第几十万次基本运算。由于采用了集成电路，第三代计算机各方面性能都有了极大提高：体积三代计算机各方面性能都有了极大提高：体积缩小，

16、价格降低，功能增强，可靠性大大提高。缩小，价格降低，功能增强，可靠性大大提高。（IBM 360系列为代表）系列为代表） 第四代（第四代（1971）大规模集成电路计算机时代：）大规模集成电路计算机时代：它的基本元件是大规模集成电路，甚至超大规它的基本元件是大规模集成电路，甚至超大规模集成电路，集成度很高的半导体存储器替代模集成电路，集成度很高的半导体存储器替代了磁芯存储器，运算速度可达每秒几百万次，了磁芯存储器，运算速度可达每秒几百万次，甚至上亿次基本运算。具有体积小、功能强、甚至上亿次基本运算。具有体积小、功能强、可靠性高等特点。可靠性高等特点。 电子设计技术的核心就是电子设计技术的核心就是E

17、DAEDA技术。技术。EDAEDA是指以计算机为工作平台，融合应是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CADCAD通用软件包，通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作，即主要能辅助进行三方面的设计工作，即ICIC设计、电子电路设计和设计、电子电路设计和PCBPCB设计。设计。电子系统设计自动化电子系统设计自动化(ESDA)(ESDA)阶段（阶段（ 9090年代以后）：设计人员按照年代以后）：设计人员按照“自顶自顶向下向下”的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电的设计方法

18、，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路（路用一片或几片专用集成电路（ASICASIC）实现，然后采用硬件描述语言）实现，然后采用硬件描述语言（HDLHDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。器件。EDAEDA技术发展的三个阶段：技术发展的三个阶段：计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD)(CAD)阶段（阶段（ 7070年代）：用计算机辅助进行年代）：用计算机辅助进行ICIC版图编辑、版图编辑、PCBPCB布局布线，取代了手工操作。布局布线，取代了手工操作。计算机辅助工程计算机

19、辅助工程(CAE)(CAE)阶段（阶段（ 8080年代）：与年代）：与CADCAD相比，相比，CAECAE除了有纯粹的除了有纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。CAECAE的主要功能是：原理的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCBPCB后分析。后分析。ARM开发板开发板 纳米电子学主要在纳米尺度空间内研究电子、原子和分子纳米电子学主要在纳米尺度空间内研

20、究电子、原子和分子运动规律和特性，研究纳米尺度空间内的纳米膜、纳米线。纳运动规律和特性，研究纳米尺度空间内的纳米膜、纳米线。纳米点和纳米点阵构成的基于量子特性的纳米电子器件的电子学米点和纳米点阵构成的基于量子特性的纳米电子器件的电子学功能、特性以及加工组装技术。其性能涉及放大、振荡、脉冲功能、特性以及加工组装技术。其性能涉及放大、振荡、脉冲技术、运算处理和读写等基本问题。其新原理主要基于电子的技术、运算处理和读写等基本问题。其新原理主要基于电子的波动性、电子的量子隧道效应、电子能级的不连续性、量子尺波动性、电子的量子隧道效应、电子能级的不连续性、量子尺寸效应和统计涨落特性等。寸效应和统计涨落特性等。 从微电子技术到纳米电子器件将是电子器件发展的第二次从微电子技术到纳米电子器件将是电子器件发展的第二次变革，与从真空管到晶体管的第一次变革相比，它含有更深刻变革，与从真空管到晶体管的第一次变革相比，它含有更深刻的理论意义和丰富的科技内容。在这次变革中，传统理论将不的理论意义和丰富的科技内容。在这次变革中，传统理论将不再适用，需要发展新的理论，并探索出相应的材料和技术。再适用，需要发展新的理论，并探索出相应的材料和技术。谢谢观看！谢谢观看！再见再见