数字逻辑课程小论文

数字设计课程小论文

课题名称：数字设计的发展历程及展望

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2014.5.20

目录

一、电子技术发展概述 (1)

二、数字技术的典型应用 (2)

三、数字技术的展望 (4)

四、总述 (4)

五、参考文献 (5)

一、电子技术的概述

电子技术是20世纪发展最迅速，应用最广泛的技术，已经使得工业，农业，科研，教育，医疗，文化娱乐以及人们的日常生活发生了根本的变革。特别是数字电子技术，在近四十多年来，取得了令人瞩目的进步。

电子技术的发展历程是以电子器件的发展为基础的。20世纪初直至中叶，主要使用的电子器件是真空管，也称电子管。随着固体微电子学的进步，第一支晶体三极管于1947年问世，开创了电子技术的新领域。随后60年代初，模拟和数字集成电路相继问世。到70年代末微处理器的问世，电子器件及应用出现了崭新的局面。1988年，集成工艺可在一平方厘米的硅片上集成3500万个元件，说明集成电路进入甚大规模阶段。

当前的制造技术已经使得集成电路芯片内部的布线细微到亚微米和深亚微米（0.13~0.09m）量级。随着芯片上元件和布线的缩小，芯片的功耗降低而速度大为提高。最新生产的微处理器的时钟频率高达3GHz。

数字技术的发展历程与模拟电路一样，经历了由电子管，半导体分立器件到集成电路的过程。由于集成电路的发展非常迅速，很快占有主导地位，因此，数字电路的主流形式是数字集成电路。从20世纪60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件，随后发展到中规模；70年代末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能发生了质的飞跃；从80年代中期开始，专用集成电路（ASIC）制作技术已趋向成熟，标志着数字集成电路发展到了新的阶段。

具体发展过程如下：

1)19世纪（早期发展）----半导体

1800 年，意大利物理学家伏特发明了世界上第一个伏特电池。半导

体

1833 年，英国物理学家法拉第发现半导体材料随温度升高电阻值下

降。负电阻温度系数

1873 年，英国史密斯发现辐射可以引起被照射半导体材料电导率改

变。光电导效应

1874 年，德国物理学家布劳恩观察某些硫化物的电导与所加电场的

方向有关。整流效应

1876 年，英国物理学家亚当斯发现晶体硒和金属接触在光照射下产

生了电动势。光生伏特效应

1879 年，美国物理学家霍尔在研究通有电流的导体在磁场中受力，

发现在垂直于磁场和电流的方向上产生了电动势。霍尔效应

半导体理论模型逐步建立，半导体材料提纯和掺杂技术不断发展。

电报、电话和无线电等的发明使得电子业诞生。

2)20世纪（中期阶段）----往集成电路发展

1947 Bell 实验室肖克莱等人发明了晶体管，微电子技术发展中的第一个里程

碑。

1950 结型晶体管诞生；R Ohl 和肖特莱发明了离子注入工艺。

1951 场效应晶体管发明。

1956 C S Fuller 发明了扩散工艺。

1958 Fairchild 公司Robert Noyce 与TI 公司Jack Kilby 分别发明了集成电路，

开创了世界微电子学的历史。

1960 H H Loor 和E Castellani 发明了光刻工艺。

1962 美国RCA 公司研制出MOS 场效应管。

1963 F M Wanlass 和C T Sah 首次提出CMOS 技术。

1964 Intel 摩尔提出摩尔定律，预测晶体管集成度将会每18 个月增加1 倍。

1966 美国RCA 公司研制出CMOS 集成电路，并研制出第一块门阵列（50

门）。

1971 Intel 推出1kbDRAM，标志着大规模集成电路出现；全球第一个微处理器

4004 由Intel 公司推出，采用MOS 工艺，这是一个里程碑式的发明。

1978 64kbDRAM 诞生，不足0:5cm2 的硅片上集成了14 万个晶体管，标志

着超大规模集成电路时代的来临。

1979 Intel 推出5MHz 8088 微处理器；IBM 基于8088 推出全球第一台PC。

1985 20MHz 80386 微处理器问世。

1988 16M DRAM 问世，1cm2 硅片上集成了3500 万个晶体管，标志着进入

超大规模集成电路阶段。

…486，奔腾（586），奔腾Pro、奔腾II、奔腾III、奔腾IV、双核（686）、…。

3)我国的发展历程----以军功带头起步

1965-1978 以计算机和军工配套为目标，以开发逻辑电路为主。

1978-1990 主要引进国外（美国）设备，改善集成电路装备水平（彩电集成电

路的国产化）。

1990- 国家大力支持和资助自主知识产权研发。

二、数字技术的典型应用

数字技术应用的典型代表是电子计算机，它是伴随着电子技术的发展而发展的。

现代计算机起源自英国数学教授Charles Babbage。他发现通常的计算设备中有许多错误，在剑桥学习时，他认为可以利用蒸汽机进行运算。起先他设计差分机用于计算导航表，后来，他发现差分机只是专门用途的机器，于是放弃了原来的研究，开始设计包含现代计算机基本组成部分的分析机（Analytical-Engine）。Babbage的蒸汽动力计算机虽然最终没有完成，以今天的标准看也是非常原始的，然而，它勾画出现代通用计算机的基本功能部分，在概念上是一个突破。

在这之前的计算机，都是基于机械运行方式，尽管有个别产品开始引入一些电学内容，却都是从属与机械的，还没有进入计算机的灵活：逻辑运算领域。而在这之

后，随着电子技术的飞速发展，计算机就开始了由机械向电子时代的过渡，电子越来越成为计算机的主体，机械越来越成为从属，二者的地位发生了变化，计算机也开始了质的转变。

1906年美国的Lee De Forest发明了电子管。在这之前造出数字电子计算机是不可能的。这为电子计算机的发展奠定了基础。1935年IBM推出IBM601机，这是一台能在一秒钟算出乘法的穿孔卡片计算机。这台机器无论在自然科学还是在商业意义上都具有重要的地位。大约造了1500台。1938年Claude E.Shannon发表了用继电器进行逻辑表示的论文。1938年柏林的Konrad Zuse和他的助手们完成了一个机械可编程二进制形式的计算机，其理论基础是Boolean代数。后来命名为Z1。它的功能比较强大，用类似电影胶片的东西作为存储介质。可以运算七位指数和16位小数。可以用一个键盘输入数字，用灯泡显示结果。1939年加利福尼亚David Hewlet William Packard 在他们的车库里造出了Hewlett-Packard计算机。名字是两人用投硬币的方式决定的。

包括两人名字的一部分。1939年11月美国John V.Atanasoff和他的学生

Clifford Berry完成了一台16位的加法器，这是第一台真空管计算机。1939年Zuse和Schreyer开始在他们的Z1计算机的基础上发展Z2计算机，并用继电器改进它的存储和计算单元。1940年Schreyer利用真空管完成了一个10位的加法器，并使用了氖灯