電子技術(shù)發(fā)展歷程.doc

電子技術(shù)發(fā)展歷程 術(shù)是十九世紀(jì)末、二十世紀(jì)初開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)，二十世紀(jì)發(fā)展最迅速，應(yīng)用最廣泛，成為近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。 一代電子產(chǎn)品以電子管為核心。四十年代末世界上誕生了第一只半導(dǎo)體三極管，它以小巧、輕便、省電、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，很快地被各國(guó)應(yīng)用起來(lái)，在很大范圍內(nèi)取代了電子管。五十年代末期，世界上出現(xiàn)了第一塊集成電路，它把許多晶體管等電子元件集成在一塊硅芯片上，使電子產(chǎn)品向更小型化發(fā)展。集成電路從小規(guī)模集成電路迅速發(fā)展到大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路，從而使電子產(chǎn)品向著高效能低消耗、高精度、高穩(wěn)定、智能化的方向發(fā)展。 由于，電子計(jì)算機(jī)發(fā)展經(jīng)歷的四個(gè)階段恰好能夠充分說(shuō)明電子技術(shù)發(fā)展的四個(gè)階段的特性，所以下面就從電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)時(shí)代來(lái)說(shuō)明電子技術(shù)發(fā)展的四個(gè)階段的特點(diǎn)。 世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)于1946年在美國(guó)研制成功，取名ENIAC （Electronic Numerical Integrator and Calculator）。這臺(tái)計(jì)算機(jī)使用了18800個(gè)電子管，占地170平方米，重達(dá)30噸，耗電140千瓦，價(jià)格40多萬(wàn)美元，是一個(gè)昂貴耗電的龐然大物。由于它采用了電子線路來(lái)執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和存儲(chǔ)信息，從而就大大提高了運(yùn)算速度。ENIAC每秒可進(jìn)行5000次加法和減法運(yùn)算，把計(jì)算一條彈道的時(shí)間短為30秒。它最初被專(zhuān)門(mén)用于彈道運(yùn)算，后來(lái)經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)而成為能進(jìn)行各種科學(xué)計(jì)算的通用電子計(jì)算機(jī)。從1946年2月交付使用，到1955年10月最后切斷電源，ENIAC服役長(zhǎng)達(dá)9年。盡管ENIAC還有許多弱點(diǎn)，但是在人類(lèi)計(jì)算工具發(fā)展史上，它仍然是一座不朽的里程碑。它的成功，開(kāi)辟了提高運(yùn)算速度的極其廣闊的可能性。它的問(wèn)世，表明電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)。從此，電子計(jì)算機(jī)在解放人類(lèi)智力的道路上，突飛猛進(jìn)的發(fā)展。電子計(jì)算機(jī)在人類(lèi)社會(huì)所起的作用，與第一次工業(yè)革命中蒸汽機(jī)相比，是有過(guò)之而無(wú)不及的。ENIAC問(wèn)世以來(lái)的短短的四十多年中，電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展異常迅速。迄今為止，它的發(fā)展大致已經(jīng)了下列四代： 第一代（19461957年）是電子計(jì)算機(jī)，它的基本電子元件是電子管，內(nèi)存儲(chǔ)器采用水銀延遲線，外存儲(chǔ)器主要采用磁鼓、紙帶、卡片、磁帶等。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的限制，運(yùn)算速度只是每秒幾千次幾萬(wàn)次基本運(yùn)算，內(nèi)存容量?jī)H幾千個(gè)字。程序語(yǔ)言處于最低階段，主要使用二進(jìn)制表示的機(jī)器語(yǔ)言編程，后階段采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。因此，第一代計(jì)算機(jī)體積大，耗電多，速度低，造價(jià)高，使用不便；主要局限于一些軍事和科研部門(mén)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。 第二代（19581970年）是晶體管計(jì)算機(jī)。1948年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶體管，10年后晶體管取代了計(jì)算機(jī)中的電子管，誕生了晶體管計(jì)算機(jī)。晶體管計(jì)算機(jī)的基本電子元件是晶體管，內(nèi)存儲(chǔ)器大量使用磁性材料制成的磁芯存儲(chǔ)器。與第一代電子管計(jì)算機(jī)相比，晶體管計(jì)算機(jī)體積小，耗電少，成本低，邏輯功能強(qiáng)，使用方便，可靠性高。 第三代（19631970年）是集成電路計(jì)算機(jī)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，1958年夏，美國(guó)德克薩斯公司制成了第一個(gè)半導(dǎo)體集成電路。集成電路是在幾平方毫米的基片，集中了幾十個(gè)或上百個(gè)電子元件組成的邏輯電路。第三代集成電路計(jì)算機(jī)的基本電子元件是小規(guī)模集成電路和中規(guī)模集成電路，磁芯存儲(chǔ)器進(jìn)一步發(fā)展，并開(kāi)始采用性能更好的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，運(yùn)算速度提高到每秒幾十萬(wàn)次基本運(yùn)算。由于采用了集成電路，第三代計(jì)算機(jī)各方面性能都有了極大提高：體積縮小，價(jià)格降低，功能增強(qiáng)，可靠性大大提高。 第四代（1971年日前）是大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。隨著集成了上千甚至上萬(wàn)個(gè)電子元件的大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，電子計(jì)算機(jī)發(fā)展進(jìn)入了第四代。第四代計(jì)算機(jī)的基本元件是大規(guī)模集成電路，甚至超大規(guī)模集成電路，集成度很高的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器替代了磁芯存儲(chǔ)器，運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百萬(wàn)次甚至上億次基本運(yùn)算。 （一）電子管（1883年到1904年電子管問(wèn)世） 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)與定義不同，它是由定義中的三個(gè)基本要素衍生出來(lái)的，不同的嵌入式系統(tǒng)其特點(diǎn)會(huì)有所差異。 與“嵌入性”的相關(guān)特點(diǎn)：由于是嵌入到對(duì)象系統(tǒng)中，必須滿(mǎn)足對(duì)象系統(tǒng)的環(huán)境要求，如物理環(huán)境（小型）、電氣/氣氛環(huán)境（可靠）、成本（價(jià)廉）等要求。 與“專(zhuān)用性”的相關(guān)特點(diǎn)：軟、硬件的裁剪性；滿(mǎn)足對(duì)象要求的最小軟、硬件配置等。與“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”的相關(guān)特點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)必須是能滿(mǎn)足對(duì)象系統(tǒng)控制要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。與上兩個(gè)特點(diǎn)相呼應(yīng)，這樣的計(jì)算機(jī)必須配置有與對(duì)象系統(tǒng)相適應(yīng)的接口電路。 按照上述嵌入式系統(tǒng)的定義，只要滿(mǎn)足定義中三要素的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，都可稱(chēng)為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)按形態(tài)可分為設(shè)備級(jí)（工控機(jī)）、板級(jí)（單板、模塊）、芯片級(jí)（MCU、SoC）技術(shù)發(fā)展方向是滿(mǎn)足嵌入式應(yīng)用要求，不斷擴(kuò)展對(duì)象系統(tǒng)要求的外圍電路（如ADC、DAC、PWM、日歷時(shí)鐘、電源監(jiān)測(cè)、程序運(yùn)行監(jiān)測(cè)電路等），形成滿(mǎn)足對(duì)象系統(tǒng)要求的應(yīng)用系統(tǒng)。（三）EDA技術(shù) 技術(shù)是在電子CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)。 現(xiàn)在對(duì)EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，都有EDA 的應(yīng)用，EDA設(shè)計(jì)可分為系統(tǒng)級(jí)、電路級(jí)和物理實(shí)現(xiàn)級(jí)?；仡櫧?0年電子設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展歷程，可將EDA技術(shù)分為三個(gè)階段。(1) 七十年代為CAD階段，這一階段人們開(kāi)始用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行IC版圖編輯和PCB布局布線，取代了手工操作，產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的概念。 2八十年代為CAE階段，與CAD相比，除了純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且通過(guò)電氣連接網(wǎng)絡(luò)表將兩者結(jié)合在一起，以實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)，這就是計(jì)算機(jī)輔助工程的概念。CAE的主要功能是：原理圖輸入，邏輯仿真，電路分析，自動(dòng)布局布線，PCB后分析。 (3)九十年代為ESDA階段。盡管CAD/CAE技術(shù)取得了巨大的成功，但并沒(méi)有把人從繁重的設(shè)計(jì)工作中徹底解放出來(lái)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，自動(dòng)化和智能化程度還不高，各種EDA軟件界面千差萬(wàn)別，學(xué)習(xí)使用困難，并且互不兼容，直接影響到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)間的銜接。基于以上不足，人們開(kāi)始追求貫徹整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的自動(dòng)化，這就是ESDA即電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化。 可編程邏輯器件自七十年代以來(lái)，經(jīng)歷了PAL、GAL、CPLD、FPGA幾個(gè)發(fā)展階段，其中CPLD/FPGA屬高密度可編程邏輯器件，目前集成度已高達(dá)200萬(wàn)門(mén)/片，它將掩膜ASIC集成度高的優(yōu)點(diǎn)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)生產(chǎn)方便的特點(diǎn)結(jié)合在一起，特別適合于樣品研制或小批量產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，使產(chǎn)品能以最快的速度上市，而當(dāng)市場(chǎng)擴(kuò)大時(shí)，它可以很容易的轉(zhuǎn)由掩膜ASIC實(shí)現(xiàn)，因此開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)也大為降低。ASIC設(shè)計(jì)- 現(xiàn)代電子產(chǎn)品的復(fù)雜度日益加深，一個(gè)電子系統(tǒng)可能由數(shù)萬(wàn)個(gè)中小規(guī)模集成電路構(gòu)成，這就帶來(lái)了體積大、功耗大、可靠性差的問(wèn)題，解決這一問(wèn)題的有效方法就是采用ASIC (Application Specific Integrated Circuits)芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。ASIC按照設(shè)計(jì)方法的不同可分為：全定制ASIC，半定制ASIC，可編程ASIC（也稱(chēng)為可編程邏輯器件）。硬件描述語(yǔ)言- 硬件描述語(yǔ)言（HDL-Hardware Description Language）是一種用于設(shè)計(jì)硬件電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，它用軟件編程的方式來(lái)描述電子系統(tǒng)的邏輯功能、電路結(jié)構(gòu)和連接形式，與傳統(tǒng)的門(mén)級(jí)描述方式相比，它更適合大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。三、未來(lái)電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（2010-2050）（一）、微電子技術(shù) 微電子技術(shù)在上個(gè)世紀(jì)得到了飛速的發(fā)展，但是還是有很多值得我們繼續(xù)去探討的問(wèn)題SOC正在逐步的發(fā)展，EMS和微電子的技術(shù)也在逐步的融合，相信微電子工藝也會(huì)得到進(jìn)一步的提高，有人說(shuō)過(guò)，過(guò)去的30年和未的30年都將是微電子的時(shí)代 （二）、納米電子技術(shù) 納米電子學(xué)主要在納米尺度空間內(nèi)研究電子、原子和分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性，研究納米尺度空間內(nèi)的納米膜、納米線。納米點(diǎn)和納米點(diǎn)陣構(gòu)成的基于量子特性的納米電子器件的電子學(xué)功能、特性以及加工組裝技術(shù)。其性能涉及放大、振蕩、脈沖技術(shù)、運(yùn)算處理和讀寫(xiě)等基本問(wèn)題。其新原理主要基于電子的波動(dòng)性、電子的量子隧道效應(yīng)、電 子能級(jí)的不連續(xù)性、量子尺寸效應(yīng)和統(tǒng)計(jì)漲落特性等。 從微電子技術(shù)到納米電子器件將是電子器件發(fā)展的第二次變革，與從真空管到晶體管的第一次變革相比，它含有更深刻的理論意義和豐富的科技內(nèi)容。在這次變革中，傳統(tǒng)理論將不再適用，需要發(fā)展新的理論，并探索出相應(yīng)的材料和技術(shù) 總結(jié)：在現(xiàn)今日新月異的世界里，最能體現(xiàn)出時(shí)代特征的莫過(guò)于持續(xù)不斷的技術(shù)革命以及由