電子信息技術(shù)發(fā)展史名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎市公開課獲獎?wù)n件

第1講電子信息技術(shù)發(fā)展史1.1電發(fā)覺與發(fā)展1.2電子線路元件發(fā)展1.3近代通信技術(shù)發(fā)展1.4計算機發(fā)展1.5自動控制理論發(fā)展第1頁1.1電發(fā)覺與發(fā)展1.1.1電發(fā)覺1.1.2電效應(yīng)1.1.3歐姆定律試驗1.1.4電磁波發(fā)覺第2頁1.1.1電發(fā)覺1）摩擦起電

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“電”一詞在西方是從希臘文琥珀一詞轉(zhuǎn)意而來，是能量一個形式，它包含了許各種因為電荷存在或移動而產(chǎn)生現(xiàn)象，自然界閃電就是其中一個。

第3頁●18世紀后期電學(xué)另一個主要發(fā)展是意大利物理學(xué)家伏打（圖1-8）創(chuàng)造了電池，在這之前，電學(xué)試驗只能用摩擦起電機萊頓瓶進行，而它們只能提供短暫電流。圖1-8意大利物理學(xué)家伏打

1.1.1電發(fā)覺第4頁富蘭克林風(fēng)箏試驗●1746年，英國倫敦一名叫柯林森物理學(xué)家，經(jīng)過郵寄向美國費城本杰明.富蘭克林贈予了一只萊頓瓶，并在信中向他介紹了使用方法，這直接造成了1752年富蘭克林著名費城試驗。1.1.1電發(fā)覺第5頁圖1-10富蘭克林風(fēng)箏試驗

●他做了一個把風(fēng)箏放到雷雨云里去試驗。他用金屬絲把一個很大風(fēng)箏放到云層里去，金屬絲下端接了一段繩子，另外金屬絲上還掛了一串鑰匙。當(dāng)初富蘭克林一手拉住繩子，用另一手輕輕觸及鑰匙。于是他馬上感到一陣猛烈沖擊（電擊），同時還看到手指和鑰匙之間產(chǎn)生了小火花（圖1-10）。1.1.1電發(fā)覺第6頁●這個試驗表明：被雨水濕透了風(fēng)箏金屬線變成了導(dǎo)體，把空中閃電電荷引到手指與鑰匙之間，這在當(dāng)初是一件轟動一時大事?！窀惶m克林在美國費城試驗驚動了教會，他們斥責(zé)他冒犯天威，是對上帝和雷公大逆不道。然而，他依然堅持不懈，而且在一年后制造出世界上第一個避雷針，終于制服了天電。富蘭克林這個試驗，不但在美國有很大影響，而且影響到世界其它國家。

1.1.1電發(fā)覺第7頁1）奧斯特電流磁效應(yīng)●奧斯特（圖1-11）依據(jù)已發(fā)覺一些電可能會發(fā)生磁跡象，堅信電磁間有聯(lián)絡(luò)，并開展電是否能產(chǎn)生磁研究?！?84月一天，奧斯特在一次講演快結(jié)束時候，抱著試試看心情又做了一次試驗。他把一條非常細鉑導(dǎo)線放在一根用玻璃罩罩著小磁針上方，接通電源瞬間，發(fā)覺磁針跳動了一下（圖1-12）。這一跳使有心奧斯特喜出望外，竟激動得在講臺上摔了一跤。1.1.2電效應(yīng)第8頁圖1-11丹麥物理學(xué)家奧斯持

圖1-12電流磁效應(yīng)

1.1.2電效應(yīng)第9頁●以后兩個月里，奧斯特閉門不出，設(shè)計了幾十個不一樣試驗，都證實了通電導(dǎo)線周圍存在磁場?！裢?月，奧斯特發(fā)表了《關(guān)于磁體周圍電沖突試驗》論文，向?qū)W術(shù)界宣告了電流磁效應(yīng)，整個物理學(xué)界都震動了。

1.1.2電效應(yīng)第10頁法拉第電磁感應(yīng)●法拉第（圖1-17）經(jīng)過近努力，于1831年發(fā)覺了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。他把磁產(chǎn)生電現(xiàn)象稱為“電磁感應(yīng)”，而且概括了能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流幾個路徑：電流改變、磁場改變、流過恒定電流導(dǎo)線空間位置改變、磁場運動以及使導(dǎo)體在磁場中運動。圖1-17英國著名物理學(xué)家、化學(xué)家法拉第1.1.2電效應(yīng)第11頁●這里關(guān)鍵技術(shù)是：產(chǎn)生感應(yīng)電流回路都是處于一個改變磁場中，一旦磁場改變停頓，感應(yīng)電流就消失（圖1-18）。

圖1-18產(chǎn)生感應(yīng)電流

1.1.2電效應(yīng)第12頁●1852年5月，德國物理學(xué)家歐姆（圖1-21）研究探討了電流產(chǎn)生電磁力衰減與導(dǎo)線長度關(guān)系，其結(jié)果在他第一篇科學(xué)論文中發(fā)表，在這個試驗中，他碰到了測量電流強度困難。圖1-21德國物理學(xué)家歐姆

1.1.3歐姆定理試驗第13頁●在德國科學(xué)家施威格創(chuàng)造檢流計啟發(fā)下，他把奧斯特關(guān)于電流磁效應(yīng)發(fā)覺和庫侖扭秤方法巧妙地結(jié)合起來，設(shè)計了一個電流扭力秤，用它測量電流強度。

●歐姆從初步試驗中證實，電流電磁力與導(dǎo)體長度相關(guān)。隨即，在試驗中改變電路上電動勢中，他發(fā)覺：電荷在導(dǎo)體中流動遵從一個十分簡單規(guī)律：電流和電壓成正比。1.1.3歐姆定理試驗第14頁●電壓和電流之間百分比系數(shù)稱作電阻，它表示導(dǎo)體對電荷流動所展現(xiàn)“阻力”（圖1-22），電動勢與電阻之間依存關(guān)系，就是歐姆定律。

I=U/R

圖1-22歐姆定理試驗電路圖

1.1.3歐姆定理試驗第15頁1）麥克斯韋方程組麥克斯韋（圖1-23）經(jīng)過對前人發(fā)覺和結(jié)果加以總結(jié)和升華以及結(jié)合位移電流概念引入，創(chuàng)造性地提出了改變電場可在周圍激發(fā)磁場假設(shè)，把物理與數(shù)學(xué)緊密結(jié)合,利用類比喻法建立了描寫電磁場運動規(guī)律麥克斯韋方程組（圖1-24）。1.1.4電磁波發(fā)覺第16頁圖1-23英國物理學(xué)家家麥克斯韋

圖1-24麥克斯韋方程組1.1.4電磁波發(fā)覺第17頁由麥克斯韋方程組出發(fā)，依據(jù)交變電場（或磁場）可在周圍產(chǎn)生交變磁場（或電場），預(yù)言了電磁波。

他認為這種交變電磁場可不停由振源向遠處傳輸開來，電磁振蕩在空間傳輸就形成了電磁波（圖1-25）。1.1.4電磁波發(fā)覺第18頁(a)電磁波形成和發(fā)展(b)沿X方向傳輸簡諧平面電磁波圖1-25電磁波

1.1.4電磁波發(fā)覺第19頁麥克斯韋電磁理論首次綜合和發(fā)展了前人工作,給出了一個描寫〝電磁場〞運動完美統(tǒng)一方程；充分反應(yīng)了電場與磁場以及時間空間對稱性；數(shù)學(xué)形式簡單優(yōu)美,充分表達了物理學(xué)〝美〞以及數(shù)學(xué)主要性；更主要是科學(xué)家正是利用數(shù)學(xué)方法從龐雜經(jīng)驗事實中找出自然界普遍高于感性經(jīng)驗客觀規(guī)律來。1.1.4電磁波發(fā)覺第20頁2）赫茲試驗1873年，德國物理學(xué)家赫茲(圖1-26)用試驗第一次證實了電磁波存在。他自制了一個能夠產(chǎn)生電磁振蕩儀器，產(chǎn)生出電磁波，在離它三公尺地方，赫茲用一個簡單接收器接收到了這臺儀器發(fā)出電磁波。圖1-27是赫茲試驗驗證原理圖。

1.1.4電磁波發(fā)覺第21頁圖1-26德國物理學(xué)家赫茲

圖1-27赫茲試驗

1.1.4電磁波發(fā)覺第22頁赫茲在試驗時曾指出，電磁波能夠被反射、折射和如同可見光、熱波一樣被偏振。由他振蕩器所發(fā)出電磁波是平面偏振波，其電場平行于振蕩器導(dǎo)線，而磁場垂直于電場，且二者均垂直傳輸方向。1.1.4電磁波發(fā)覺第23頁1889年在一次著名演說中，赫茲明確指出，光是一個電磁現(xiàn)象。另外，赫茲還發(fā)覺電磁波能夠毫無困難地經(jīng)過墻壁，不過它能被大金屬擋?。荤R子能夠反射電磁波。赫茲還測出電磁波波長，由此計算出電磁波傳輸速度，結(jié)果發(fā)覺，電磁波傳輸速度和光速完全相同。第24頁●第一次以電磁波傳遞信息是1896年意大利馬可尼開始。●19，馬可尼又成功將訊號送到大西洋彼岸美國。●20世紀無線電通訊更有了異常驚人發(fā)展。

1.1.4電磁波發(fā)覺第25頁赫茲試驗不但證實麥克斯韋電磁理論，更為無線電、電視和雷達發(fā)展找到了路徑。電真正魅力在于，它為人類提供了一個傳輸和控制能量最理想方式，使人類取得了一個以光速傳輸信息載體。

第26頁1.2電子線路元件發(fā)展1.2.1電子發(fā)覺1.2.2電子管1.2.3晶體管1.2.4集成電路第27頁1.2.1電子發(fā)覺●電子發(fā)覺過程，始于人們對氣體放電研究。當(dāng)氣體放電發(fā)生時，電子很輕易脫離原子束縛展現(xiàn)許多新奇現(xiàn)象。它們引導(dǎo)科學(xué)家探尋隱藏其中奧秘，從而找到電子；

第28頁應(yīng)用電子構(gòu)想，源于白熾燈創(chuàng)造。白熾燈灼熱燈絲，不但連續(xù)地發(fā)出明亮光，并源源不停地發(fā)射電子；這些電子在沒有空氣環(huán)境里能夠自由地飛行，借助電和磁作用，人們能夠控制它們運動，這成為各類電子技術(shù)創(chuàng)造共同基礎(chǔ)。第29頁●1897年，英國科學(xué)家湯姆孫（如圖1-28）對陰極射線進行愈加準確試驗研究時發(fā)覺，陰極射線是一個帶負電微粒，與氣體成份或陰極材料無關(guān)，它存在于一切物質(zhì)之中。1.2.1電子發(fā)覺第30頁湯姆孫用“電子”一詞命名他確認這種帶電微粒，圖1-29就是湯姆孫原子模型?？茖W(xué)史家將人類發(fā)覺電子時間定為1897年。第31頁

圖1-28英國科學(xué)家湯姆孫

圖1-29湯姆孫原子模型

1.2.1電子發(fā)覺第32頁●電子是一個基本粒子，當(dāng)前無法再分解為更小物質(zhì)。其直徑是質(zhì)子0.001倍，重量為質(zhì)子1/1836。●電子圍繞原子核做高速運動。電子通常排列在各個能量層上。當(dāng)原子相互結(jié)合成為分子時，在最外層電子便會由一原子移至另一原子或成為彼此共享電子?！裨跍穼O原子模型中，原子是一個球體；正電核均勻分布在整個球內(nèi)，而電子鑲嵌在原子里面。

1.2.1電子發(fā)覺第33頁●19，英國工程師弗萊明(圖1-30)創(chuàng)造了人類第一只電子管,電子管誕生，是人類電子文明起點。弗萊明真空二極管創(chuàng)造得益于愛迪生發(fā)覺“愛迪生效應(yīng)”。1.2.2電子管第34頁弗萊明采取在真空中利用電流加熱燈絲方法，輕而易舉地取得逸出物體自由電子，并用它做成了一個效率很高無線電信號檢測器------真空二極管（如圖1-31）。真空二極管可使頻率很高無線電信號被整流檢波成為人們需要信息。第35頁圖1-30英國工程師弗萊明

圖1-31真空電子二極管（19）1.2.2電子管第36頁圖1-32美國創(chuàng)造家德福雷斯特

圖1-33真空三極管

1.2.2電子管第37頁●真空三極管創(chuàng)造，使無線廣播快速成為一個大眾傳媒，收音機成為一個時尚家電?！窭谜婵杖龢O管，能夠產(chǎn)生功率強大高頻無線電信號，同時使聲音變成電信號疊加在上面，向版圖遼闊地域播送語音信息。1.2.2電子管第38頁無線電電子學(xué)技術(shù)開始跨出通信系統(tǒng)，進入人類活動更多領(lǐng)域。作為電子學(xué)裝置關(guān)鍵器件，真空三極管一直推進著電子技術(shù)前進，直到1947年，三位美國科學(xué)家創(chuàng)造晶體管，它才逐步退出歷史舞臺。1.2.2電子管第39頁●為了克服電子管不足，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，貝爾試驗室加緊了對固體電子器件基礎(chǔ)研究。肖克萊等人決定集中研究硅、鍺等半導(dǎo)體材料，探討用半導(dǎo)體材料制作放大器件可能性。

1.2.3晶體管第40頁圖1-34晶體管三位創(chuàng)造人：巴丁、肖克萊、布拉頓

1.2.3晶體管第41頁1947年12月，這個世界上最早實用半導(dǎo)體器件終于問世了（圖1-35），在首次試驗時，它能把音頻信號放大100倍，它外形比火柴棍短，但要粗一些。第42頁圖1-35晶體管早期模式和第一個晶體管

1.2.3晶體管第43頁晶體管創(chuàng)造是20世紀最偉大創(chuàng)造，它為集成電路出現(xiàn)拉開了序幕，晶體管創(chuàng)造奠定了當(dāng)代電子技術(shù)基礎(chǔ)，揭開了微電子技術(shù)和信息化序幕，開創(chuàng)了人類硅文明時代。第44頁●大約在1956年，英國德馬就從晶體管原理預(yù)想到了集成電路出現(xiàn)?！?958年美國提出了用半導(dǎo)體制作全部電路元器件實現(xiàn)集成電路化方案。當(dāng)年，美國德州儀器企業(yè)基爾比在研究微型組件時，為實現(xiàn)電路微型化，提出了用同一個材料做出電子元器件構(gòu)想，并在一個玻璃板上焊接鍺晶體管芯片等元件，成功地研究出了微小型鍺振蕩器，這就是世界第一塊集成電路?！?961年，開始批量生產(chǎn)集成電路。1.2.4集成電路第45頁集成電路示例見圖1-36。(a)第一塊集成電路

(b)集成電路芯片顯微照片

(c)各種封裝好集成電路

圖1-36集成電路示例

1.2.4集成電路第46頁●集成電路并不是一個一個電路元器件連接成電路，而是把含有某種功效電路“埋”在半導(dǎo)體晶體管里一個器件。它易于小型化和降低引線端，所以含有可靠性高優(yōu)點?！窦呻娐穭?chuàng)造，是電子產(chǎn)品工藝技術(shù)一次革命，深入減小了電子設(shè)備體積，由此，它們變得更輕、更小。1.2.4集成電路第47頁●因為不一樣電子元件大部分能夠在同一塊硅片上制造，相互緊密連接在一起，因而降低了元件失效和引線斷裂可能性，提升了電子設(shè)備可靠性，也降低了電子產(chǎn)品制造成本?！駷槌浞直磉_集成電路優(yōu)越性，人們競相改進工藝，努力在一樣尺寸硅片上制造越來越多電子元件。

1.2.4集成電路第48頁a).20世紀60年代早期，人們只能制做一塊硅片包含幾十個元件小規(guī)模集成電路；b).20世紀70年代后期，人們已經(jīng)能夠在面積30平方毫米一塊硅片上集成13萬個晶體管；1.2.4集成電路第49頁c).20世紀90年代以來，超大規(guī)模集成電路技術(shù)快速發(fā)展，人們已經(jīng)能在一塊指甲蓋大小硅片上制做包含500萬個晶體管集成電路。集成電路創(chuàng)造造成了電子技術(shù)發(fā)展飛躍，使電子技術(shù)進入了微電子技術(shù)新階段。第50頁1.3近代通信技術(shù)發(fā)展1.3.1早期通信方式1.3.2近代通信方式第51頁

伴隨社會不停進步，人類在科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域取得一系列重大突破，人類通信技術(shù)力量如沉睡巨龍，破殼而出，在近100多年時間里取得了前所未有進步，對人類生活方式和生活質(zhì)量產(chǎn)生了深遠影響。1.3近代通信技術(shù)發(fā)展第52頁1.3.1早期通信方式

自從有了人類就有了通信，通信是隨人類社會產(chǎn)生而產(chǎn)生，與人類社會發(fā)展而發(fā)展。圖4-1是不一樣社會時期人們交換和獲取消息幾個方式?！袢缭忌鐣?，人們通常是以聚獵為生，當(dāng)一人發(fā)覺獵物，就會以特有叫喊方式，向同伴發(fā)出信號，呼喚同伴到來。

第53頁

信鴿

吶喊狼煙驛站法羅斯燈塔復(fù)原圖

驛使壁畫

圖1-37早期消息傳輸形式

1.3.1早期通信方式第54頁●到商周后期，人們已習(xí)慣了定居生活，為了預(yù)防敵人入侵，就在邊境筑起城墻和烽火臺，當(dāng)哨兵發(fā)覺敵人來犯時，就燃起滾滾狼煙，以烽火狼煙形式告誡境內(nèi)民眾。歷史上曾經(jīng)還所以發(fā)生了“烽火戲諸侯”趣聞。1.3.1早期通信方式第55頁●信鴿和驛站則是在我國相當(dāng)大一段歷史時期內(nèi)起著消息傳輸工具（圖1-37）。●到了近當(dāng)代消息傳輸工具就多樣化了，電話、廣播、電視、互聯(lián)網(wǎng)等已成為生活一部分。第56頁自19世紀初電通信技術(shù)問世以來，短短100多年時間里，通信技術(shù)發(fā)展可謂日新月異。通信發(fā)展經(jīng)歷著由模擬到數(shù)字、由系統(tǒng)到網(wǎng)絡(luò)、由窄帶到寬帶、由人工到智能、由單業(yè)務(wù)到多業(yè)務(wù)過程。

1.3.2近代通信方式第57頁在過去半個世紀，電信領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地地改變，取得了前所未有驚人成就。而電介入是通信技術(shù)發(fā)生革命性突破關(guān)鍵。下面就簡單介紹早期電通信發(fā)展歷史。

第58頁1）莫爾斯創(chuàng)造有線電報

1832年，莫爾斯(圖1-38)在旅歐學(xué)習(xí)途中，對電磁學(xué)產(chǎn)生了興趣，由此萌發(fā)了把電磁學(xué)理論用于傳輸念頭。用什么符號代替26個英文字母呢?”莫爾斯苦苦思索。他畫了許多符號：點、橫線、曲線、正方形、三角形。最終，他決定用點、橫線和空白共同負擔(dān)起發(fā)報機信息傳遞任務(wù)。1.3.2近代通信方式第59頁圖1-38美國創(chuàng)造家莫爾斯

圖1-39莫爾斯電碼

1.3.2近代通信方式第60頁2）貝爾奇思遐想

“電流能夠使線圈振動而發(fā)出聲音來，那么能否利用電流來傳輸人說話聲音呢？”正是這一奇思遐想引導(dǎo)貝爾去創(chuàng)造電話。1.3.2近代通信方式第61頁貝爾要將聲音轉(zhuǎn)變成電流，創(chuàng)造了如圖1-41所表示話筒裝置：彈性膜片伴隨聲波頻率而上下振動。膜片振動將小盒中導(dǎo)電粒子壓緊，這時電阻就減小；當(dāng)膜片向上振動時，小盒中粒子就呈疏松狀態(tài)，這時電阻就增大。所以電阻就完全隨聲波頻率而發(fā)生起伏改變。第62頁圖1-41話筒原理圖

1.3.2近代通信方式第63頁圖1-43電話試驗裝置

圖1-441892年，貝爾在紐約至芝加哥電話線路開通儀式上

1.3.2近代通信方式第64頁3)電磁波特征●電磁波是能量一個，凡是高于絕對零度物體，都會釋出電磁波?！窀淖冸妶龊透淖兇艌鱿嗷ヂ?lián)絡(luò)，形成一個不可分割統(tǒng)一體——電磁場?！耠妶龊痛艌鲋皇请姶艌鲞@個統(tǒng)一體兩種詳細表現(xiàn)形式?！褚罁?jù)麥克斯韋電磁場理論，電場和磁場將相互激發(fā),由近及遠向周圍空間傳輸出去，形成電磁波（圖1-25）。1.3.2近代通信方式第65頁麥克斯韋推導(dǎo)出了電磁波在真空中傳輸速度為式（1-1），并由此推斷光就是電磁波。式（1-1）●電磁波頻率低時，主要借由有形導(dǎo)電體才能傳遞。原因是在低頻電振蕩中，磁電之間相互改變比較遲緩，其能量幾乎全部返回原電路而沒有能量輻射出去；1.3.2近代通信方式第66頁●電磁波頻率高時即能夠在自由空間內(nèi)傳遞，也能夠束縛在有形導(dǎo)電體內(nèi)傳遞。在自由空間內(nèi)傳遞原因是在高頻率電振蕩中，磁電互變甚快，能量不可能全部返回原振蕩電路，于是電能、磁能伴隨電場與磁場周期改變以電磁波形式向空間傳輸出去，不需要介質(zhì)也能向外傳遞能量，這就是一個輻射。1.3.2近代通信方式第67頁圖1-45電磁波譜1.3.2近代通信方式第68頁假如把每個波段頻率由低至高依次排列話，它們是工頻電磁波、無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線及γ射線。以無線電波長最長，宇宙射線波長最短。1.3.2近代通信方式第69頁4）馬可尼幻想

1895年夏天，馬可尼在試驗室與1.7公里遠山丘之間成功地進行了通報試驗。馬可尼第一個試驗用無線電報發(fā)報裝置如圖1-46，當(dāng)按下發(fā)報機中莫爾斯電鍵時，就會在兩金屬球之間產(chǎn)生連串放電火花。1.3.2近代通信方式第70頁因為在按下電鍵瞬間，線圈兩端出現(xiàn)了較高感應(yīng)電壓，從而在兩小球間隙迸發(fā)出一連串電火花。這些電火花所產(chǎn)生振蕩經(jīng)過發(fā)射天線向外界發(fā)射出電磁波。第71頁圖1-46無線電報發(fā)報射裝置

這里馬可尼將一根很長導(dǎo)線掛在竹竿上，作為接收電磁波天線。天線一端與一個稱為粉末檢波器東西相連接，后者另一端接地。

1.3.2近代通信方式第72頁

無線電報為人類通信技術(shù)開辟了一個嶄新領(lǐng)域。1895年，馬可尼創(chuàng)造無線電設(shè)備（圖1-48）開創(chuàng)了無線電通信發(fā)展道路。圖1-48馬克尼創(chuàng)造無線電報器

1.3.2近代通信方式第73頁5)廣播與電視創(chuàng)造1912月24日圣誕節(jié)前夕，在美國新英格蘭海岸附近穿梭往來船只上，報務(wù)員們聽到就是人類歷史上第一次試驗性無線電廣播，它是由加拿大出生物理學(xué)家費森登（圖1-49）主持和組織，并從他試驗室里播出。圖1-49物理學(xué)家費森登

1.3.2近代通信方式第74頁費森登是最早研究無線電廣播先驅(qū)者之一。●19，他首次萌生了用無線電傳達人聲構(gòu)想?！駜赡暌院?，他建立了專門試驗室，研究怎樣將人聲音加到無線電波上去?！褓M森登花了整整四年時間才完成他第一套簡易廣播發(fā)射裝置，做成了特殊高頻交流發(fā)射機，并設(shè)計出了一個系統(tǒng)，用來調(diào)制電波振幅，使它能攜帶各種聲音信號。1.3.2近代通信方式第75頁發(fā)射接收圖1-50無線電廣播工作過程1.3.2近代通信方式第76頁上世紀早期，無線電技術(shù)廣泛利用于通訊和廣播以后，世界上許多科學(xué)家都在著手研究電視機?！?9，18歲英國青年貝爾德（圖1-51）雄心勃勃，開始研究電視機?！?925年10月2日，貝爾德試驗有了突破，他將一個人圖像發(fā)射到了屏幕上，而且十分逼真，眼睛、嘴巴甚至眉毛和頭發(fā)都清楚可見。一架有實用意義電視機宣告誕生了（圖1-52）。1.3.2近代通信方式第77頁圖1-51電視創(chuàng)造人貝爾德圖1-52人類第一臺電視機

1.3.2近代通信方式第78頁電視圖像信號傳輸過程首先由攝像機將圖像變成電信號，加到高頻載波上，由天線發(fā)射；接收端電視機利用天線將調(diào)制信號接收下來，經(jīng)過解調(diào)由顯像管還原成圖像。圖1-53電視信號傳輸過程

1.3.2近代通信方式第79頁●中國古代創(chuàng)造算盤被認為是計算機鼻祖，在大約六、七百年前，中國人開始用算盤處理數(shù)據(jù)計算問題；●在十七世紀，人們先后創(chuàng)造了各種可處理簡單數(shù)值計算機械計算機；●1946年JohnW.Mauchly和J.PresperEckert領(lǐng)導(dǎo)完成了世界上第一臺數(shù)字電子計算機——ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)，開創(chuàng)了人類電子計算機時代。1.4計算機發(fā)展第80頁1.4計算機發(fā)展1.4.1機械計算機誕生1.4.2電子計算機誕生1.4.3晶體管計算機發(fā)展1.4.4集成電路為當(dāng)代計算機鋪平道路1.4.5當(dāng)代計算機漸入輝煌1.4.6計算機發(fā)展中主要任務(wù)第81頁1.4.1機械計算機誕生●1623年，WilhelmSchickard制作了一個能進行六位以內(nèi)數(shù)加減法；●1625年，WilliamOughtred創(chuàng)造計算尺；●1642至1643年，巴斯卡(BlaisePascal)創(chuàng)造了齒輪式加減器;●1673年德國數(shù)學(xué)家萊布尼茲（G.N.WonLeibniz）在帕斯卡齒輪加減器上增加了乘、除法，制成了能進行四則運算機械式運算器（乘法計算機）；第82頁●1822年和1834年英國數(shù)學(xué)家CharlesBabage先后設(shè)計了差分機與分析機；●1888年，美國人赫爾曼·霍勒斯創(chuàng)造了制表機。1.4.1機械計算機誕生(a)六位以內(nèi)數(shù)加減法

(b)機械加法器

(c)乘法計算機

(d)差分機

(e)分析機

(f)霍勒斯制表機

早期機械計算機

第83頁1.4.2電子計算機誕生●1938年，德國科學(xué)家Zuse制造出Z-1計算機，這是第一臺采取二進制計算機?！?/p>

1943年，英國科學(xué)家研制成功第一臺“巨人”計算機，專門用于破譯德軍密碼?！?/p>

1944年，霍華德·艾肯（HowardAiken）等研制出了機電式自動次序控制計算機MARKI，這是世界上最早通用型自動機電式計算機之一，●

1946年2月15日，世界上第一臺通用數(shù)字電子計算機ENIAC研制成功。第84頁第一代(1946-1956)電子計算器都以真空管為主要組件，運算速度已到達每秒幾萬次。1.4.2電子計算機誕生(a)Ｚ３形計算機

(b)“巨人”（Colossus

(c)MARK-I

(d)ENIAC

圖1-54電子計算機演進第85頁1.4.3晶體管計算機發(fā)展●1948年，晶體管創(chuàng)造大大促進了計算機發(fā)展，●1956年，晶體管在計算機中使用，晶體管和磁芯存放器造成了第二代計算機（1959—1965年）產(chǎn)生。●第二代計算機體積小、速度快、功耗低、性能更穩(wěn)定?！?955年，貝爾試驗室研制出世界上第一臺全晶體管計算機TRADIC，裝有800只晶體管，僅100瓦功率，占地也只有3立方英尺。第86頁1.4.3晶體管計算機發(fā)展

圖1-57第二代計算機TRADIC

第87頁1.4.4集成電路為當(dāng)代計算機鋪平道路●1958年德州儀器工程師JackKilby創(chuàng)造了集成電路(IC)?！?961年美國德克薩斯儀器企業(yè)與美國軍方合作，研制出第一臺試驗型半導(dǎo)體集成電路作為主要電子器件集成電路電子計算機。1964年IBM生產(chǎn)出了由混合集成電路制成IBM350系統(tǒng)，這成為第三代計算機（1965—1971）主要里程碑?！?964年，美國IBM企業(yè)研制成功第一個采取集成電路通用電子計算機系列IBM360系統(tǒng)。第88頁圖1-62IBM3601.4.4集成電路為當(dāng)代計算機鋪平道路第89頁1.4.5當(dāng)代計算機漸入輝煌●1971年美國Intel企業(yè)生產(chǎn)了第一塊單片微處理器Intel4004，同時INTER企業(yè)用其組成了世界上第一臺微機MSC-４，這標志第四代計算機產(chǎn)生。中央處理器CPU高度集成是這一代微機主要特征。第90頁為適應(yīng)未來社會信息化要求,科學(xué)家們提出了第五代計算機。第五代電子計算機是智能電子計算機，它是一個有知識，會學(xué)習(xí)，能推理計算機。突破了傳統(tǒng)諾伊曼式機器概念，舍棄了二進制結(jié)構(gòu)，把許多處理機并聯(lián)起來，并行處理信息，速度大大提升。第91頁

計算機發(fā)展趨向主要表現(xiàn)在巨型化、微型化、多媒體、網(wǎng)絡(luò)化、智能化以及非馮?諾依曼式計算機。(a)微型化計算機

(b)超級計算機(CRAY-Ⅱ)

(d)中國超級計算機銀河Ⅱ

圖1-63各種形式計算機1.4.5當(dāng)代計算機漸入輝煌第92頁1.4.5計算機發(fā)展中主要人物1）布爾（邏輯代數(shù)）創(chuàng)建了一門全新學(xué)科－布爾代數(shù)，為百年后出現(xiàn)數(shù)字計算機開關(guān)電路設(shè)計提供了主要數(shù)學(xué)方法和理論基礎(chǔ)。布爾第93頁1.4.5計算機發(fā)展中主要人物2）阿塔納索夫（計算機三標準）1939年，阿塔納索夫提出了計算機三標準，即當(dāng)代電子計算機所依據(jù)三條基本標準。并于1939年和其同事研制出第一臺數(shù)字計算機模型。阿塔納索夫第94頁1.4.5計算機發(fā)展中主要人物3）圖靈（圖靈機）提出思索試驗原理計算機概念，并提出計算機史上與“馮·諾依曼機器”齊名“圖靈機”抽象計算模型。4）維納提出來當(dāng)代計算機設(shè)計五條標準。圖靈維納第95頁1.4.5計算機發(fā)展中主要人物5）馮·諾依曼（當(dāng)代電子計算機之父）馮·諾依曼和同事們依據(jù)此原理設(shè)計出了一個完整當(dāng)代計算機雛形，并確定了存放程序計算機五大組成部分和基本工作方法。馮·諾依曼這一設(shè)計思想被譽為計算機發(fā)展史上里程碑，標志著計算機時代真正開始。馮·諾依曼第96頁1.4.5計算機發(fā)展中主要人物6）香儂（計算機開關(guān)電路）香儂首次用布爾代數(shù)進行開關(guān)電路分析，并證實布爾代數(shù)邏輯運算能夠經(jīng)過繼電器電路來實現(xiàn)，明確地給出了實現(xiàn)加、減、乘、除等運算電子電路設(shè)計方法。香農(nóng)第97頁1.5自動控制理論發(fā)展1.5.1經(jīng)典(自動)控制理論1.萌芽階段古代人類在長久生產(chǎn)和生活中，為了減輕自己勞動，逐步產(chǎn)生利用自然界動力代替人力畜力，以及用自動裝置代替人部分繁難腦力活動愿望，經(jīng)過漫長歲月探索，他們互不相關(guān)地造出一些原始自動裝置第98頁(a)銅漏壺(b)三級漏壺

自動計時裝置──漏壺第99頁指南車外形

第100頁指南車模型第101頁水運儀象臺結(jié)構(gòu)示意圖第102頁2.起步階段

伴隨工業(yè)革命在英國出現(xiàn)，對動力需求大增；其中最卓越代表是瓦特創(chuàng)造蒸汽機離心調(diào)速器（圖1-69），加速了第一次工業(yè)革命步伐。我們都知道，蒸汽機作用是將煤燃燒產(chǎn)生熱能轉(zhuǎn)換為機械動能；它