電子技術發(fā)展歷程.doc

電子技術發(fā)展歷程 術是十九世紀末、二十世紀初開始發(fā)展起來的新興技術，二十世紀發(fā)展最迅速，應用最廣泛，成為近代科學技術發(fā)展的一個重要標志。 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體三極管，它以小巧、輕便、省電、壽命長等特點，很快地被各國應用起來，在很大范圍內取代了電子管。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，電子計算機發(fā)展經(jīng)歷的四個階段恰好能夠充分說明電子技術發(fā)展的四個階段的特性，所以下面就從電子計算機發(fā)展的四個時代來說明電子技術發(fā)展的四個階段的特點。 世界上第一臺電子計算機于1946年在美國研制成功，取名ENIAC （Electronic Numerical Integrator and Calculator）。這臺計算機使用了18800個電子管，占地170平方米，重達30噸，耗電140千瓦，價格40多萬美元，是一個昂貴耗電的龐然大物。由于它采用了電子線路來執(zhí)行算術運算、邏輯運算和存儲信息，從而就大大提高了運算速度。ENIAC每秒可進行5000次加法和減法運算，把計算一條彈道的時間短為30秒。它最初被專門用于彈道運算，后來經(jīng)過多次改進而成為能進行各種科學計算的通用電子計算機。從1946年2月交付使用，到1955年10月最后切斷電源，ENIAC服役長達9年。盡管ENIAC還有許多弱點，但是在人類計算工具發(fā)展史上，它仍然是一座不朽的里程碑。它的成功，開辟了提高運算速度的極其廣闊的可能性。它的問世，表明電子計算機時代的到來。從此，電子計算機在解放人類智力的道路上，突飛猛進的發(fā)展。電子計算機在人類社會所起的作用，與第一次工業(yè)革命中蒸汽機相比，是有過之而無不及的。ENIAC問世以來的短短的四十多年中，電子計算機的發(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）是電子計算機，它的基本電子元件是電子管，內存儲器采用水銀延遲線，外存儲器主要采用磁鼓、紙帶、卡片、磁帶等。由于當時電子技術的限制，運算速度只是每秒幾千次幾萬次基本運算，內存容量僅幾千個字。程序語言處于最低階段，主要使用二進制表示的機器語言編程，后階段采用匯編語言進行程序設計。因此，第一代計算機體積大，耗電多，速度低，造價高，使用不便；主要局限于一些軍事和科研部門進行科學計算。 第二代（19581970年）是晶體管計算機。1948年，美國貝爾實驗室發(fā)明了晶體管，10年后晶體管取代了計算機中的電子管，誕生了晶體管計算機。晶體管計算機的基本電子元件是晶體管，內存儲器大量使用磁性材料制成的磁芯存儲器。與第一代電子管計算機相比，晶體管計算機體積小，耗電少，成本低，邏輯功能強，使用方便，可靠性高。 第三代（19631970年）是集成電路計算機。隨著半導體技術的發(fā)展，1958年夏，美國德克薩斯公司制成了第一個半導體集成電路。集成電路是在幾平方毫米的基片，集中了幾十個或上百個電子元件組成的邏輯電路。第三代集成電路計算機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，磁芯存儲器進一步發(fā)展，并開始采用性能更好的半導體存儲器，運算速度提高到每秒幾十萬次基本運算。由于采用了集成電路，第三代計算機各方面性能都有了極大提高：體積縮小，價格降低，功能增強，可靠性大大提高。 第四代（1971年日前）是大規(guī)模集成電路計算機。隨著集成了上千甚至上萬個電子元件的大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，電子計算機發(fā)展進入了第四代。第四代計算機的基本元件是大規(guī)模集成電路，甚至超大規(guī)模集成電路，集成度很高的半導體存儲器替代了磁芯存儲器，運算速度可達每秒幾百萬次甚至上億次基本運算。 （一）電子管（1883年到1904年電子管問世） 嵌入式系統(tǒng)的特點與定義不同，它是由定義中的三個基本要素衍生出來的，不同的嵌入式系統(tǒng)其特點會有所差異。 與“嵌入性”的相關特點：由于是嵌入到對象系統(tǒng)中，必須滿足對象系統(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（價廉）等要求。 與“專用性”的相關特點：軟、硬件的裁剪性；滿足對象要求的最小軟、硬件配置等。與“計算機系統(tǒng)”的相關特點：嵌入式系統(tǒng)必須是能滿足對象系統(tǒng)控制要求的計算機系統(tǒng)。與上兩個特點相呼應，這樣的計算機必須配置有與對象系統(tǒng)相適應的接口電路。 按照上述嵌入式系統(tǒng)的定義，只要滿足定義中三要素的計算機系統(tǒng)，都可稱為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)按形態(tài)可分為設備級（工控機）、板級（單板、模塊）、芯片級（MCU、SoC）技術發(fā)展方向是滿足嵌入式應用要求，不斷擴展對象系統(tǒng)要求的外圍電路（如ADC、DAC、PWM、日歷時鐘、電源監(jiān)測、程序運行監(jiān)測電路等），形成滿足對象系統(tǒng)要求的應用系統(tǒng)。（三）EDA技術 技術是在電子CAD技術基礎上發(fā)展起來的計算機軟件系統(tǒng)，是指以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果，進行電子產(chǎn)品的自動設計。 現(xiàn)在對EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學、軍事等各個領域，都有EDA 的應用，EDA設計可分為系統(tǒng)級、電路級和物理實現(xiàn)級?；仡櫧?0年電子設計技術的發(fā)展歷程，可將EDA技術分為三個階段。(1) 七十年代為CAD階段，這一階段人們開始用計算機輔助進行IC版圖編輯和PCB布局布線，取代了手工操作，產(chǎn)生了計算機輔助設計的概念。 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計和結構設計，并且通過電氣連接網(wǎng)絡表將兩者結合在一起，以實現(xiàn)工程設計，這就是計算機輔助工程的概念。CAE的主要功能是：原理圖輸入，邏輯仿真，電路分析，自動布局布線，PCB后分析。 (3)九十年代為ESDA階段。盡管CAD/CAE技術取得了巨大的成功，但并沒有把人從繁重的設計工作中徹底解放出來。在整個設計過程中，自動化和智能化程度還不高，各種EDA軟件界面千差萬別，學習使用困難，并且互不兼容，直接影響到設計環(huán)節(jié)間的銜接?；谝陨喜蛔?，人們開始追求貫徹整個設計過程的自動化，這就是ESDA即電子系統(tǒng)設計自動化。 可編程邏輯器件自七十年代以來，經(jīng)歷了PAL、GAL、CPLD、FPGA幾個發(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200萬門/片，它將掩膜ASIC集成度高的優(yōu)點和可編程邏輯器件設計生產(chǎn)方便的特點結合在一起，特別適合于樣品研制或小批量產(chǎn)品開發(fā)，使產(chǎn)品能以最快的速度上市，而當市場擴大時，它可以很容易的轉由掩膜ASIC實現(xiàn)，因此開發(fā)風險也大為降低。ASIC設計- 現(xiàn)代電子產(chǎn)品的復雜度日益加深，一個電子系統(tǒng)可能由數(shù)萬個中小規(guī)模集成電路構成，這就帶來了體積大、功耗大、可靠性差的問題，解決這一問題的有效方法就是采用ASIC (Application Specific Integrated Circuits)芯片進行設計。ASIC按照設計方法的不同可分為：全定制ASIC，半定制ASIC，可編程ASIC（也稱為可編程邏輯器件）。硬件描述語言- 硬件描述語言（HDL-Hardware Description Language）是一種用于設計硬件電子系統(tǒng)的計算機語言，它用軟件編程的方式來描述電子系統(tǒng)的邏輯功能、電路結構和連接形式，與傳統(tǒng)的門級描述方式相比，它更適合大規(guī)模系統(tǒng)的設計。三、未來電子技術的發(fā)展趨勢（2010-2050）（一）、微電子技術 微電子技術在上個世紀得到了飛速的發(fā)展，但是還是有很多值得我們繼續(xù)去探討的問題SOC正在逐步的發(fā)展，EMS和微電子的技術也在逐步的融合，相信微電子工藝也會得到進一步的提高，有人說過，過去的30年和未的30年都將是微電子的時代 （二）、納米電子技術 納米電子學主要在納米尺度空間內研究電子、原子和分子運動規(guī)律和特性，研究納米尺度空間內的納米膜、納米線。納米點和納米點陣構成的基于量子特性的納米電子器件的電子學功能、特性以及加工組裝技術。其性能涉及放大、振蕩、脈沖技術、運算處理和讀寫等基本問題。其新原理主要基于電子的波動性、電子的量子隧道效應、電 子能級的不連續(xù)性、量子尺寸效應和統(tǒng)計漲落特性等。 從微電子技術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，并探索出相應的材料和技術 總結：在現(xiàn)今日新月異的世界里，最能體現(xiàn)出時代特征的莫過于持續(xù)不斷的技術革命以及由