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3.2 电子信息工程
3.2.1 电子信息工程概述
现在,电子信息工程已经涵盖了社会的诸多方面,像电话交换局里怎么处理各种电话信号?手机是怎样传递我们的声音甚至图像?我们周围的网络怎样传递数据?甚至信息化时代军队的信息在传递中如何保密等,都要涉及电子信息工程的应用技术。我们可以通过一些基础知识的学习认识这些现象,并能够应用更先进的技术进行新产品的研究和开发,电子信息工程主要研究信息的获取与处理,电子设备与信息系统的设计、开发、应用和集成。
3.2.2 电子信息工程相关技术简介
电子信息工程是集现代电子技术、计算机技术、通信技术于一体的一门学科。
1.微电子技术
微电子技术是现代电子信息技术的直接基础。美国贝尔研究所的三位科学家因研制成功第一个结晶体三极管,获得1956年诺贝尔物理学奖。晶体管成为集成电路技术发展的基础,现代微电子技术就是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术。集成电路的生产始于1959年,其特点是体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快。衡量微电子技术进步的标志主要体现在三个方面:一是缩小芯片中器件结构的尺寸,即缩小加工线条的宽度;二是增加芯片中所包含的元器件的数量,即扩大集成规模;三是开拓有针对性的设计应用。
大规模集成电路,是指每一单晶硅片上可以集成制作一千个以上元器件的集成电路。集成度在一万至十万以上元器件的为超大规模集成电路。国际上80年代大规模和超大规模集成电路光刻标准线条宽度为0.7~0.8μm,集成度为108。90年代的标准线条宽度为0.3~0.5μm,集成度为109。集成电路有专用电路(如钟表、照相机、洗衣机等电路)和通用电路。通用电路中最典型的是存储器和处理器,应用极为广泛。计算机的换代就取决于这两项集成电路的集成规模。
存储器是具有信息存储能力的器件。随着集成电路的发展,半导体存储器已大范围地取代过去使用的磁性存储器,成为计算机进行数字运算和信息处理过程中的信息存储器件。存储器的大小(或称容量)常以字节为单位,字节则以大写字母B表示,存储器芯片的集成度已以百万位(MB)为单位。目前,实验室已做出8MB的动态存储器芯片。一个汉字占用2个字节,也就是说,400万汉字可以放入指甲大小的一块硅片上。动态存储器的集成度以每三年翻两番的速度发展。
中央处理器(CPU)是集成电路技术的另一重要方面,其主要功能是执行“指令”进行运算或数据处理。现代计算机的CPU通常由数十万到数百万晶体管组成。20世纪60年代初,最快的CPU每秒能执行100万条指令(常缩写成MIPS)。70年代,随着微电子技术的发展,促使一个完整的CPU可以制作在一块指甲大小的硅片上。1991年,高档微处理器的速度已达5000万~8000万次/秒。度量CPU性能最重要的指标是“速度”,即看它每秒钟能执行多少条指令。现在继续提高CPU速度的精简指令系统技术(即将复杂指令精减、减少)以及并行运算技术(同时并行地执行若干指令)正在发展中。在这个领域,美国硅谷的英特尔公司一直处于领先地位。
此外,光学与电子学的结合,成为光电子技术,被称为尖端中的尖端,为微电子技术的进一步发展找到了新的出路。
2.计算机技术
计算机技术具有明显的综合特性,它与电子工程、应用物理、机械工程、现代通信技术和数学等紧密结合,发展很快。
第一台通用电子计算机ENIAC就是以当时雷达脉冲技术、核物理电子计数技术、通信技术等为基础的。电子技术,特别是微电子技术的发展,对计算机技术产生重大影响,二者相互渗透,密切结合。应用物理方面的成就,为计算机技术的发展提供了条件,真空电子技术、磁记录技术、光学和激光技术、超导技术、光导纤维技术、热敏和光敏技术等,均在计算机中得到广泛应用。机械工程技术,尤其是精密机械及其工艺和计量技术,是计算机外部设备的技术支柱。随着计算机技术和通信技术各自的进步,以及社会对于将计算机结成网络以实现资源共享的要求日益增长,计算机技术与通信技术也已紧密地结合起来,将成为社会的强大物质技术基础。离散数学、算法论、语言理论、控制论、信息论等,为计算机技术的发展提供了重要的理论基础。计算机技术在许多学科和工业技术的基础上产生和发展,又在几乎所有科学技术和国民经济领域中得到广泛应用。
3.通信技术
通信技术和通信产业是20世纪80年代以来发展最快的领域之一,不论是在国际还是在国内都是如此,这是人类进入信息社会的重要标志之一。通信就是互通信息。从这个意义上来说,通信在远古的时代就已存在。人之间的对话是通信,用手势表达情绪也可算是通信。以后用烽火传递战事情况是通信,快马与驿站传送文件当然也可是通信。现代的通信一般是指电信,国际上称为远程通信。
纵观通信的发展分为以下三个阶段:第一阶段是语言和文字通信阶段。在这一阶段,通信方式简单,内容单一。第二阶段是电通信阶段。1837年,莫尔斯发明电报机,并设计莫尔斯电报码。1876年,贝尔发明电话机。这样,利用电磁波不仅可以传输文字,还可以传输语音,由此大大加快了通信的发展进程。1895年,马可尼发明无线电设备,从而开创了无线电通信发展的道路。第三阶段是电子信息通信阶段。从总体上看,通信技术实际上就是通信系统和通信网的技术。通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统,而通信网是由许多通信系统组成的多点之间能相互通信的全部设施。而现代的主要通信技术有数字通信技术、程控交换技术、信息传输技术、通信网络技术、数据通信与数据网、ISDN与ATM技术、宽带IP技术、接入网与接入技术。