电子信息产业的历史与未来

摘要

从电子管的诞生到现在，电子信息产业客观上来说经历了一个多世纪的发展，电子信息产业的形成与发展经历了一个漫长的过程。世界上第一台电子计算机诞生以后，电子信息产业逐渐形成了一个独立的、全球范围的、更新换代快的产业。其相关技术，也逐渐从强电中分离出来，成为了专门的学术研究范围。

如今的电子信息产业正在深入到各行各业，并分化出了其他的产业。技术更新越来越快，竞争越来越激烈。作为电子信息产业的技术人员要边工作边学习新知识，越来越多新老技术人员在面对技术更新时明显感觉到力不从心，电子信息产业的未来发展趋势一直是所有的技术人员和企业管理人员所要关心的。

关键词：电子信息产业；电子计算机；微处理器；电

电子信息产业的历史与未来

第一章电学的常用物理量

在讲电子信息产业的历史时，我们先来了解一些电学常用的物理量。

1.1电压

物理符号U，计量单位有千伏（kV）、伏特（V）、毫伏（mV）、微伏（μV），换算关系：1kV=1000V，1V=1000mV，1mV=1000μV；

1.2电流

物理符号I，计量单位有千安（kA）、安培（A）、毫安（mA）、微安（μA），换算关系：1kA=1000A，1A=1000mA，1mA=1000μA；

1.3电阻

物理符号R，计量单位有兆欧（MΩ）、千欧（KΩ）、欧姆（Ω），换算关系；1MΩ=1000KΩ，1KΩ=1000Ω；

1.4电容

物理符号C，计量单位有法拉（F）、毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF），换算关系：1法拉（F）= 1000毫法（mF）=1000000微法（μF），1微法（μF）= 1000纳法（nF）= 1000000皮法（pF）；

1.5电感

物理符号L，计量单位有亨利（H）、毫亨（mH）、微亨（μH），换算关系：1H=1000mH ，1mH=1000μH；

1.6小结

这些电学物理量的物理符号很重要，尤其是在PCB板上，有时有些电子元件的外观长得很像，比如色环电阻、色环电容和色环电感，在电路板种单纯从外观上来看难以区分，只能通过PCB板上面的编号来进行区分。

图-1 标识着各种物理符号的PCB板

电力行业的真正兴起开始于第二次科技革命，发电机的出现解决了电能的生成问题，电动机的出现解决了动力问题，交流电的生成解决了电能远距离传输问题。第二次科技革命也为第三次科技革命打下了非常坚实的基础。

第二章电子元器件的发展历程

2.1振荡器

1899年3月28日，没有受过正规大学教育的20岁的马可尼利用赫兹的火花振荡器作为发射器，实现了真正的无线电通信，通信距离可达几十公里以外。

2.2电子管

1904年，英国物理学家弗莱明发明了世界上的第一只电子二极管，电的单向导电性得以实现。

2.3信号放大器

1907年，美国发明家德福雷斯特在二极管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板从而发明了第一只真空三极管，实现了对微弱信号的放大。

图-2 各种型号的电子管

2.4二极管

1947年，美国贝尔实验室的布拉丁、巴丁、肖克利研制成功第一只点接触晶体管，翻开了半导体应用历史第一页，大大促进了电子工程、通信、计算机、电视等技术的发展。

2.5半导体原料选材

晶体管在使用材料的上面的选择有这样一段小插曲。开始，大家选用的主要材料是锗，但是这种物质在自然界中含量极少，使得晶体管的造价很高。后来，人们发现硅也可以做半导体材料，而且相比之下，硅的耐压性能比锗要好，所以一直到化合物半导体材料出现的今天，一直有不少半导体材料使用的是硅管。

2.6三极管

1947年12月23日，美国新泽西州的莫累山的贝尔实验室里，3位科学家——巴丁博士、布莱顿博士、肖克莱博士在紧张而又有条不紊地做着实验。他们在导体电路中正在进行用半导体晶体管把声音信号放大的实验。3位科学家惊奇地发现，在他们发明的器件中通过的一部分微量电流，竟然可以控制另一部分流过的大得多的电流，因而产生了放大效应这个器件，就是在科技史上史上具有划时代意义的成果——晶体管。因它是在圣诞节前夕发明的，而且对人们未来的生活发生如此巨大的影响，所以被称为“献给世界的圣诞节礼物”。另外，这3位科学家因此共同荣获了1956年诺贝尔物理学奖。由于三极管的结构和外形特征，它有三个接出来的端点，所以便被形象的命名为三极管。

晶体管促进并带来了“固态革命”，进而推动了全球范围内的半导体电子工

业。作为主要部件，它及时、普遍地首先在通讯工具方面得到应用，并产生了巨大的经济效益。由于晶体管彻底改变了电子线路的结构，集成电路以及大规模集成电路应运而生，这样制造像高速电子计算机之类的高精密装置就变成了现实。

2.7贴片元件

20世纪90年代初，贴片元件出现。常见的贴片元件有贴片电阻、贴片电容、贴片电感、贴片半导体。贴片元件由于功耗和大小不同分为0201、0402、0603、0805、1206等多个系列（其中0603及其以下系列的只能用SMT焊接，0805及其以上系列的可以人工焊接。在应用上，0805、1206应用较多）。贴片元件正是在国际电子业的集成化趋势下诞生的，它体积小、功耗低，相对于引脚元件来说其串模干扰更小。贴片元件的出现，使得电子元器件的集成度更高，设备的也因为使用了贴片元件使得空间占用体积减小了30%~40%。

图-3 贴片电容

第三章集成电路

3.1集成电路

1958年德州仪器的工程师Jack Kilby发明了集成电路（IC），将三种电子元件结合到一片小小的硅片上。更多的元件集成到单一的半导体芯片上，电子仪器设备变得更小，功耗更低，速度更快。60年代初期，美国的基尔比和诺伊斯发明了集成电路，引发了电路设计革命。

3.2PROTEL

20世纪80年代末，Altium公司在80年代末推出EDA软件PROTEL。Protel99 SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。

PROTEL的普及使得从事电子产业的各企事业单位在研发电子产品和设备的阶段在一定程度上摆脱了使用万能板的一些弊端，也使得电路板批量生产的能力和合格率得到提高和提升。对于电子发烧友来说，也降低了做一些个性化电子器械所需要的研究成本。

图-4 PROTEL的快捷方式

第四章单片机

4.1单片机

1971年，单片机诞生，单片机的发展经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。下面详细说一下单片机的三个发展阶段。

4.1.1早期阶段

SCM即单片微型计算机阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳