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第122章 电子技术概览

微电子技术的惊人发展速度已经产生了难以预料的结果,1946年当冯·诺伊曼等计算机专家研制成功第一台电子计算机ENIAC时,其总重量为30吨,占地面积相当于一个小的体育馆,平均每7分钟就有一个电子管失效。它的耗电量大得惊人,在它工作时,整个费城灯光暗淡。而1977年生产的微处理器体积仅是ENIAC的1/30000,成本是它的1/10000,速度是它的20倍。

英国科学家福莱斯特,在总结了做电子技术的这种惊人发展速度之后,在他所著的《高技术社会》中发出了感叹。他说:“如果汽车或飞机行业也像计算机行业这样发展,那么今天一辆罗尔斯·罗伊斯汽车的成本将只有2.75美元;跑300万英里仅用一加仑汽油。而一架波音767飞机的价格只需500美元,用5加仑汽油在20分钟内便可环绕地球一周。”

1996年美国普林斯顿(Princeton)大学电子工程系主任刘必治教授来华发表演讲时,作了类似的对比。他说:“如果汽车行业也像微电子行业那样,那么今天一辆可以坐4000人的小轿车的价格应当是0.26美元。”

◆信息技术

信息技术主要是指信息的获取、传递、处理等技术。它是高技术的前导。信息技术以电子计算机技术为标志,包括微电子技术、通信技术、自动化技术和光电子技术等。电子计算机是现代科学技术的结晶,它的知识基础是科学的量子理论。由于运用量子力学研究固体中电子运动过程,建立了半导体能带模型理论,才使电子技术蓬勃发展起来,从而促进了电子计算机的诞生和发展。

信号的数字化处理包括两个步骤:一个是信号在时间上的离散化,即采样;另一个是幅度上的离散化,即分层。数字化之后的信号,将全部变为0、1序列,这就使得信息的采集、存贮、传输、复制、加工异常方便。所以信号的数字化处理推动了各应用领域的发展,并成为这些领域的最重要的技术支撑。反过来,各应用部门对数字信号处理的新要求又促使信号处理理论与技术的发展,包括分层的压扩技术、采样和抽取技术、数字滤波理论、快速富利叶变换(FFT)、数字图像处理、模式识别、专家系统、宽带通讯网络、多媒体技术等等。数字信号处理技术的高速发展和对其他领域的广泛渗透无疑得益于20世纪70年代以来微电子技术的发展。

◆电子管时代

电子管时代(约1946~1956)为计算机的第一代,这一时期的计算机采用的电子元件都是电子管。机器的运行速度一般是每秒几千至几万次,最快的运行速度为5~6万次。总的说来,运算速度低、可靠性差、体积大、功耗大、造价高、维修复杂,因此主要运用于军事部门。

◆晶体管时代

晶体管时代(约1956~1964)为计算机的第二代,这一时期的计算机基本电路采用晶体管,其运算速度、体积、可靠性、功耗等方面较之第一代都有了很大的进步。机器的运行速度一般为每秒几万到几十万次,1964年制成了每秒2~3百万次的晶体管计算机,可存储百万个数据。这一时期,计算机的应用领域扩大到了工农业和商业等其他部门。

集成电路时代

集成电路时代(约1964~1973)为计算机的第三代,1958年开始出现了把许多晶体管、电阻等电子元件做由于集成电路采用了半导体集成技术,大大减少了线路间连接上的焊点,缩短了信息传输的延迟时间,电路的故障率大为降低,可靠性显著提高。机器的运算速度、体积、重量、功率等方面较第二代又前进了一大步,并且出现了机型多样化和系列化,其外围设备和软件配备也日趋完善,运算速度一般为每秒几十万次到几百万次,被广泛运用于各个部门的数据处理和自动化管理。

◆大规模集成电路时代

大规模集成电路时代(约1973~1985)为计算机的第四代。这一时期采用大规模集成电路,将1000个以上的晶体管电路集成在一块芯片上。大规模集成电路的研制成功,使计算机的微型化成为现实。第四代计算机的运算速度和可靠性更加提高,体积更加缩小,成本更加降低,存贮量更加增大,功能更加强大。它的运算速度可以达到每秒几千万次、上亿次。这个时期的计算机已经成为所有生产和尖端科学技术部门不可缺少的工具,并且渗透到社会生活的各个领域。

◆数字化信息

对于非专业的人士来说,接触数字化信息处理的概念,大多来自消费电子领域,这就是数字音响、数字广播、数字电视、数字移动电话、数字通讯网以及CD、VCD、DVD、微机等众多产品,但是信息领域的数字化革命实际上早已开始。

根据粗略的估计,人类获得信息的主要来源是听觉(约占5%)与视觉(约占90%),其他还有味觉、触觉及嗅觉等。在20世纪60年代初期之前,对信息的处理方式主要限于模拟方式。它的特点是这种信号在时间上不分间隔、在幅度上不分层。

由于受硬件条件的限制,信号的数字化处理真正开始于20世纪60年代初。但是奠定这一理论基础的却是1948年美国著名信息论专家香农的一篇论文《通讯的数学理论》。他第一次提出数字化信息的基本单位:比特(尼葛洛庞帝把比特比喻为信息领域的DNA),并由此出发提出了一系列近代信息论的基本思想。

◆数字信号处理

从20世纪60年代开始,由于计算机技术的迅猛发展,特别是70年代以来微电子技术的惊人进步,使得信号的数字化处理以前所未有的速度向前推进。

数字信号处理的理论与技术已日趋成熟,数字信号处理的应用领域几乎涵盖了国民经济和国防建设的所有领域,包括雷达、航天、声纳、通讯、海洋高技术、微电子、计算机、人工智能、消费电子等。

微电子技术和信息技术是现代高科技的关键技术,它们之间有相同之处,也有差异。微电子技术是一门使电子器件或电子设备微型化的技术,其基本的构成是集成电路和计算机。而信息技术是应用信息科学的原理和方法研究信息的产生、传递、处理的技术。微电子技术是信息技术实现的基础,而信息技术是微电子技术应用的最重要的领域,这是应该加以区分的。

通信科技

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