电子信息导论01讲解

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1、第一章 概述 电子信息科学与技术导论 第一章 概述 1.1 信息化社会 1.2 信息科学技术的基本概念 1.3 电子技术的发展 1.4 信息科学技术的研究领域 1.5 电子信息科学技术的学科与专业 小结 1.1 信息化社会 一、信息化社会的特征 由于电子信息科学技术的进步和广泛应用，正在促使当今世界进行着一场 信息化革命，其结果必然导致信息化社会在全球实现。 1，信息成为资源：信息成为了与材料和能源等同的社会三大支柱。 2，社会网络化：网络四通八达，网络深入社会政治、文化、教育活动 ，深入到工业生产、农业生产、城市管理、医疗卫生、交通运输、物流 和社区。 3，生产智能化：产生了智能化生产工具，

2、具备了与智能化工具相适应 的生产力。智能化生产工具不是一个孤立分散的自动控制系统，而是一 个有组织的信息化生产网络体系。 二、信息化社会的产生背景 第一次工业革命（18世纪60年代）：其标志是蒸汽机的发明和使用。 从此人类进入了工业化大生产时代。 第二次工业革命（19世纪70年代）：其标志是电灯炮和电力设备的 发明和使用，之后又发明了电话等。从此人类进入了“电气化时代”。 第三次工业革命（始于20世纪五十年代）：其标志是电子计算机的发 明和应用。从此人类社会开始进入信息化时代。 信息化依赖于发达的电子信息技术手段，计算机（硬件和软 件）是信息处理的核心；而计算机的核心又是集成电路；独 立的计算

3、机并不能实现信息化，而必须有互联网的普及应用 才能发挥信息的作用；要组成信息网络又必须依赖通信技术 ；因而是信息技术的综合平衡发展才能实现社会的深刻变革 ，使人类步入信息化社会。 1.2 信息科学技术的基本概念 一、信息 信息的含义：信息是人类社会、宇宙和大自然的一切事物运动变化的表征 。信息是知识，是资源，也是财富。当代社会将信息、材料和能源并列，被 称之为社会的三大支柱。 1 信息 2 材料 3 能源 信息技术：不论何种信息，要描述它都需通过语言、文字（包括定律、 数学公式和数据等书面形式）或图像反映出来，因而信息与语言、文字和 图像密不可分，在一定程度上可以说：信息技术是关于语言、文字和

4、图像 的技术。 信息技术 世界文明发展 语言 人类文明开始 文字 文化 印刷 文艺复兴 邮政 第一次工业革命 电报和电话 第二次工业革命 广播和电视 第三次工业革命 信息网络技术 知识经济时代 信息技术进步与世界文明发展密切相关！ 信息技术与世界文明关系表 ： 二、信息技术 创造了语言人 类才由动物进 化成人类。 信息技术进步与世界文明发展密 切相关！ 有了语言才能 交流，才能组 织社会。 文字是书面语 言（信息存储 的一种形式） 。 甲骨文 像形文字 沟通信息，交换情报的社会需求，是人类通信 技术进步的源动力！ 古 代 峰 火 边 防 海 军 旗 语 信 鸽 传 书 信息科学：信息科学是人类

5、了解自然、感知自然，了解社会、沟通情报 的一门综合性科学；信息科学是由信息论、通信工程、控制论、计算机 科学、仿生学、系统工程与人工智能等学科互相渗透、相互结合而形成 ； 如果从技术角度看，可以认为：信息科学是系统研究信息获取、传输、 处理、显示、存储、检索与应用的科学，它涉及语言、文字、数据（包 含物理参数）、生物信息、图像等信息形式。 三、信息科学 信息含义的广泛性： 光信息：光滤波、光放大、光信息处理等（由全光学器件实现） 传媒信息：新闻出版、节目制作、图书资料管理、媒体传播学等都属于信 息科学技术范畴。 留声机 手摇计算机 “电子信息科学技术”是借助电子科学技术手 段，实现信息科学技术

6、目标的理论、技术和方法 ，是信息科学技术中应用最广、影响最深的一个 领域。 机械信息技术：如留声机（记录声音的振动波形）、手摇计算机等。 从此世界进入电子时代 ! 弗 莱 明 一、电与电子管 1906年弗雷斯特发明 的电真空三极管 1.3 电子技术的发展 1904年弗莱明发明 的电真空二极管 在电灯炮中 加一金属板 在二极管中 加一金属网 德.弗雷斯特 电子管原理结构 不同型号的真空电子管 在电真空管原理基础上，还发展出了众多的其它电真空器件，如 ：电视机显像管CRT（Cathode Ray Tube）、示波器用的阴极 射线示波管、摄像机用的真空摄像管等。广播、电视、雷达等电 子信息设备进入了

7、高速发展期，还发明了电子计算机，从此人类 社会的电子信息时代开始了。 二、半导体器件 1，电子管的缺点 1946年美宾州大学 用18800个电子管作 的世界上第一台计算 机。重30吨，占地约 两间教室大，耗电 174千瓦时，运算速 度5000次加法/秒。 体积大、功耗高： 1946年世界上第一台计算机 晶体管发明者： 巴丁、布拉坦和肖克利 1947年美贝尔实验室三位科学家巴丁、布拉坦和肖克利制造出了世界上第一 只点接触型锗晶体三极管 2，晶体管的发明 第一只晶体三极管 晶体管实物 晶体管内部原理结构 晶体管相对于电子管体积小、重量轻、耗电省， 是电子技术划时代的发明！ 三、集成电路 1958年

8、美德州仪器公司工程师杰克基尔比在一块6.45平方毫米硅片上集 成了12个元件，研制出了一个RC移相振荡器。这是世界上第一块集成电路 芯片，它标志着电路制作上的一次革命性进展。 基尔比1958年设 计集成电路草稿 世界第一片集成电路（1958） 从此开创了微电子新时代！ 1971年世 界 上 第 一 个 商 用 微 处 理 器：英特尔4004，晶 体 管 数 目 ： 2300 ，速 度 ： 108KHz 1961年仙童公司 集成电路 386CPU芯片 芯片内部布线 一块芯片内 可集成10万 以上的元器 件，从此电 子信息技术 跨入了飞速 发展的新时 期！ 电子信息科学是最具活力的年轻学科！ 当今

9、集成电路的制造水平：线宽45纳米，一片集成电路就是一个电子系统！ 电子管发明至今只约100年，集成电路发明不过 50年！ 为纪念电子管发 明100周年制作 的电子管、晶体 管、集成电路混 装PC机主板。 1906年第一只电真空 三极管诞生至 2006年电子管发明100 周年！ 四、21世纪电子新器件 纳米电子学和纳米器件将是微电子器件的下一次革命，纳米电子器件的 功能将远远超出人们的预期，它将给人类信息科学技术的发展带来新的 变革。 石墨烯被普遍认为会最终替代硅，而成 为纳米电子器件的理想材料。 2008年4 月，英国科学家宣布他们用石墨烯制造 出一种只有1个原子厚、10个原子宽的 超微型晶体

10、管。不久前美国IBM公司又 制造出了石墨烯集成电路。 我国也正加紧石墨烯材料的研究。 石墨烯原子排列示意图 1.4 信息科学的研究领域 一、信息获取 二、信息传输 三、信息处理 四、信息的存储 五、信息利用 4 5 5 一、信息获取 1）语音是人类使用最频繁、使用最多的交流信息的工具。 语音获取方法 获取的语音波形 4 磁体 线圈 纸盒 送话器 1.4 信息科学的研究领域 2）图像信息获取方法：光电摄像、CCD成像、红外成像、微波成像、 X光医学图像等 光电摄像管 CCD成像器件 多光谱地面 成像照片 X光医学图像 3）物理参数：如温度、压力、张力、变形、流量（液体或气体）、 流速等 采用相应

11、的参数传感器，广泛用于各工业、工程和国防控制系统中 。 温度传感器 压力传感器 流量传感器 传感器是将物理参数变成电信号的专用器件 。 4，军事信息获取 卡-31 舰载预警直升机 现代军事信息获取工具已发展成了一类复杂的信息获取平台，如预警飞机 、侦察卫星、雷达网和无人侦察飞机，甚至空天飞机等。 按信息获取使用的手段可分为雷达、电视、光学、照相、声纳、微波、红 外和激光等。 侦察卫星 无人侦察机 二、信息传输 1，通信系统的模型 电话、广播、电视、互联网，都是信息传输系统。也称 通信系统。 消息：指语音、文字、数据或图像非电信号 5 4 单工双工 通信系统类型 半双工 无 线 集 群 通 信

12、固 定 电 话 移 动 电 话 广 播 电 视 注：广播、电视数字化后，用户可上传信息（如点播节目），但它是利 用另一上传通道实现的。这类系统不叫双工。 2，通信系统类型 信息传输的主要理论 编码理论 调制理论 检测理论 在大学通信 原理课程中 讲授 信息传输的其他课程 详 见 教 学 计 划 信息传输的理论和技术在电 子信息科学技术中占有很大 比重，但有待优化。 移动通信 锁相技术 交换原理 通信系统 通信网 微波技术 及天线 通信软件 数字视频 技术 通信系统 仿真（等 ） 电视原理 3，通信系统中的理论技术 4，通信网 5，互联网的拓展 电话网电视网互联网 特点：网络发展初期各网的信号结

13、构、通信体制不同，相互独立 ，互不兼容。 当前发展趋势：数字化、IP化，走向三网融合。 同时有多达千万级的用户接入网络。主要网络： 互联网可以打电话（网络电话、视频电话）、看电视（IPTV）、发 邮件（代替传真），同时还可以在网上购物、开视频会议等。 不但计算机和各种网络终端可以接入互联网，而且家用电器、交通 工具和各种配有网络接入信号端口的物品都可以接入互联网，称之 为“物联网”（The Internet of Things ） 三网融合的实质是：电话网、电视网融入到互联 网的IP信号体制！ 三、信息处理 1信号处理与信息处理 （1）信号处理：是针对信号中的某 一参数所进行的处理，在处理过程

14、中 未考虑信号参数所代表的信息含义。 信号处理模型：输入信号参 数输出信号参数。 （2）信息处理：有两种模型：信号信息、信息信息。 信息处理往往要通过对信号中代表信息的相应参数的处理来实现。它对 信号参数的处理目的是服从于信息本身，如要求图像清晰度高、品质好 等。信息处理主要包括：信息参数提取、增强、信息分类与识别等。信 息处理模块的设计与评价是以其输出信息的质量指标为依据。 汉汉字识别识别 2，汉字识别 印刷体汉字识别 汉字识别 手写体汉字识别 脱机手写体 汉字识别 尚在发展中。 联机手写体 汉字识别 用于手机、计 算机汉字输入 。己较成熟。 语义识别（自然语言 处理、自然语言理解 ） 基于

15、推理、人工智能；用于不同语言的翻译机。 正迅速发展。 语音信息处理 语音数据压缩 语音识别 语音合成 主要用于智能机器人、翻译 机和智能玩具等 从64千比/秒（固定电话）己降至1.2千比/秒 （CDMA移动电话） 3，语音信息处理 （1）语音识别：第一步是将模拟语音波形数字化，第二步是从数字语音 信号中提取语音参数，第三步是建立语音的声学模型和语音模型，第四步 是根据语音参数搜索和匹配语音模型与声学模型，最后识别出语音。 （2）语音合成：是语音识别的逆过程，是将文本文件转换成语音。采 用语音合成技术可以制造出能朗读书、读报的机器。 4图像信息处理及应用 数字图像处理 图像数据压缩 图像增强 图像复原 图像重建 图像分割 主要用于机器视觉、工业生产监 控、公安交通、医疗卫生、资源 勘探、武器制导、农业估产、灾 害评估等等。 评：数字图像处理技术己应用 十分广泛！ 常见的数字图像和数字视频设备如可视电话、会议电视、卫星电 视、数字电视、高清晰度电视、VCD、DVD等 会议电视终端 可视电话 卫星电视接收器 图像通信 1 三维快速血管造影成像 头部CT 主要应用如X射线层析摄影(CT)、核磁共振(MRI)、超声成像、血 管造影、细胞和染色体自动分类等。这些技术和设备大大提高了治 疗诊断水平，