电子技术发展自然辩证法

自然辩证法论文—电子技术发展

班级：硕电0902

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科学技术与社会——电子科学技术的发展

一.前言

纵观人类文明的发展，科学技术的每一次重大突破，都会引起生产力的深刻变革和人类社会的巨大进步。特别是当前，世界上已出现了以微电子技术普遍应用为主要标志的新技术革命，这次革命是以电子技术、激光技术、航天技术、遗传工程、新材料和新能源的开发为主要内容的。新技术革命的实质是一场知识革命，是在新技术革命的条件下，以愈来愈多的智力和物化在产品与劳务中的知识为基础的。

科学技术的本质在于其伴随着客观实际不断的更新进步，即与时俱进的特性。在人类发展的文明中，电子技术从诞生的那一刻起，就对人们的生产和生活活动产生了巨大的影响。电子技术做为新生科技，其发展和创新体现了科学技术与时俱进的本质。

二.电子技术和电子计算机

电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。

第一代电子产品以电子管为核心。四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管，它以小巧、轻便、省电、寿命长等特点，很快地被各国应用起来，在很大范围内取代了电子管。五十年代末期，世界上出现了第一块集成电路，它把许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯片上，使电子产品向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化的方向发展。

由于，电子计算机发展经历的四个阶段恰好能够充分说明电子技术发展的四个阶段的特性，所以下面就从电子计算机发展的四个时代来说明电子技术发展的四个阶段的特点。

世界上第一台电子计算机于1946年在美国研制成功，取名ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator）。这台计算机使用了18800个电子管，占地170平方米，重达30吨，耗电140千瓦，价格40多万美元，是一个昂贵耗电的"庞然大物"。由于它采用了电子线路来执行算术运算、逻辑运算和存储信息，从而就大大提高了运算速度。ENIAC每秒可进行5000次加法和减法运算，把计算一条弹道的时间短为30秒。它最初被专门用于弹道运算，后来经过多次改进而成为能进行各种科学计算的通用电子计算机。从1946年2月交付使用，到1955年10月最后切断电源，ENIAC服役长达9年。

尽管ENIAC还有许多弱点，但是在人类计算工具发展史上，它仍然是一座不朽的里程碑。它的成功，开辟了提高运算速度的极其广阔的可能性。它的问世，表明电子计算机时代的到来。从此，电子计算机在解放人类智力的道路上，突飞猛进的发展。电子计算机在人类社会所起的作用，与第一次工业革命中蒸汽机相比，是有过之而无不及的。

ENIAC问世以来的短短的四十多年中，电子计算机的发展异常迅速。迄今为止，它的发展大致已经了下列四代：

第一代（1946～1957年）是电子计算机，它的基本电子元件是电子管，内存储器采用水银延迟线，外存储器主要采用磁鼓、纸带、卡片、磁带等。由于当时电子技术的限制，运算速度只是每秒几千次~几万次基本运算，内存容量仅几千个字。程序语言处于最低阶段，主要使用二进制表示的机器语言编程，后阶段采用汇编语言进行程序设计。因此，第一代计算机体积大，耗电多，速度低，造价高，使用不便；主要局限于一些军事和科研部门进行科学计算。

第二代（1958～1970年）是晶体管计算机。1948年，美国贝尔实验室发明了晶体管，10年后晶体管取代了计算机中的电子管，诞生了晶体管计算机。晶体管计算机的基本电子元件是晶体管，内存储器大量使用磁性材料制成的磁芯存储器。与第一代电子管计算机相比，晶

体管计算机体积小，耗电少，成本低，逻辑功能强，使用方便，可靠性高。

第三代（1963～1970年）是集成电路计算机。随着半导体技术的发展，1958年夏，美国德克萨斯公司制成了第一个半导体集成电路。集成电路是在几平方毫米的基片，集中了几十个或上百个电子元件组成的逻辑电路。第三代集成电路计算机的基本电子元件是小规模集成电路和中规模集成电路，磁芯存储器进一步发展，并开始采用性能更好的半导体存储器，运算速度提高到每秒几十万次基本运算。由于采用了集成电路，第三代计算机各方面性能都有了极大提高：体积缩小，价格降低，功能增强，可靠性大大提高。

第四代（1971年～日前）是大规模集成电路计算机。随着集成了上千甚至上万个电子元件的大规模集成电路和超大规模集成电路的出现，电子计算机发展进入了第四代。第四代计算机的基本元件是大规模集成电路，甚至超大规模集成电路，集成度很高的半导体存储器替代了磁芯存储器，运算速度可达每秒几百万次，甚至上亿次基本运算。

三.电子技术的发展方向

1. 半导体生存系统正在发生变化。随着半导体产业数十年的发展，整机制造商和半导体供应商的需求和服务都在发生转变：从整机制造商来看，其需求层次已由器件、参考设计上升到总体解决方案，包括硬件、软件，甚至外形等工业设计，这对半导体厂商提出更高的要求；另一方面，半导体供应商面临更多的挑战，包括更高的集成度、更低的功耗、更低的成本。基于这些要求，业界的广泛合作会成为一个必然。例如，一家半导体公司可能需要与数十甚至百家软件供应商合作，共同推出一个平台以满足应用的需求。在这一方面，也希望中国本土的半导体厂家在业界广泛开展合作，以各自的特点形成强强联合态势，迅速建立自己的品牌形象。

2. 平台解决方案的重要性和业界的接受程度日益明显。领先的半导体公司纷纷推出了各具特色的平台产品，其优势体现在强大的功能、广泛的第三方软件和硬件支持、产品的可延续性和升级性等。从业界的发展趋势看，当我们由单个器件向更高集成度发展的过程中，平台解决方案是必然所至，尤其是那些在广义平台概念上衍生而出的针对特定垂直市场的平台解决方案，如频视应用、音频应用、显示应用等。

3. 可靠、高效率、低功耗是业界对电源系统的永久追求。从目前一些领先电源半导体制造商的解决方案来看，在中、小功率应用中，提高效率、降低成本仍然是主要的作为；而对于大功率应用来看，多相位无疑将成为主流，在服务器、电信设备中的应用中已明显看到这个趋势。节能产品已成为进入欧美等发达国家的通行证，相关的法规和行业标准也在不断出台，利用先进的节能半导体技术能在电动控制、照明等主要耗电领域节省30%至50%的能源。

4. 可编程技术和器件将与平台半导体解决方案形成更激烈的竞争态势，并促进

FPGA/CPLD器件密度的进一步提高，以及面向特定应用的新型器的研发。快速的产品更新周期和不断的升级造就了可编程器件的迅速发展，对于样品阶段以及一些新兴电子产品来说，将一直保持其灵活、快速的优势，而当进入快速成长和成熟期的阶段，可编程器件公司的策略是低成本可编程器件或类似ASIC的掩膜器件来进一步延伸其产品的生命周期。而这对于制造商的利益在于可以无缝地移植代码，并顺利地进入批量生产。

5. EDA工具和半导体IP成为半导体工业发展的重要支持力量。半导体工艺向90nm以及65nm、45nm直至32nm的进程大大增加了芯片复杂度，而其它需求，如采用CMOS工艺实现模拟和射频电路、DFM、DFT等，对EDA工具提出了更高的要求。SiP是半导体厂商可以考虑的一种重要模式。与此同时，半导体IP，尤其是一些被业界广泛认同的内核，正成为快速推出IC（单IP内核或多IP内核）的一条捷径。