電子信息導論01ppt課件

.,第一章概述,電子信息科學與技術導論,.,第一章概述,1.1信息化社會1.2信息科學技術的基本概念1.3電子技術的發(fā)展1.4信息科學技術的研究領域1.5電子信息科學技術的學科與專業(yè)小結,.,1.1信息化社會,一、信息化社會的特征,由于電子信息科學技術的進步和廣泛應用，正在促使當今世界進行著一場信息化革命，其結果必然導致信息化社會在全球實現。,1，信息成為資源：信息成為了與材料和能源等同的社會三大支柱。,2，社會網絡化：網絡四通八達，網絡深入社會政治、文化、教育活動，深入到工業(yè)生產、農業(yè)生產、城市管理、醫(yī)療衛(wèi)生、交通運輸、物流和社區(qū)。,3，生產智能化：產生了智能化生產工具，具備了與智能化工具相適應的生產力。智能化生產工具不是一個孤立分散的自動控制系統，而是一個有組織的信息化生產網絡體系。,二、信息化社會的產生背景,第一次工業(yè)革命（18世紀60年代）：其標志是蒸汽機的發(fā)明和使用。從此人類進入了工業(yè)化大生產時代。,第二次工業(yè)革命（19世紀70年代）：其標志是電燈炮和電力設備的發(fā)明和使用，之后又發(fā)明了電話等。從此人類進入了“電氣化時代”。,第三次工業(yè)革命（始于20世紀五十年代）：其標志是電子計算機的發(fā)明和應用。從此人類社會開始進入信息化時代。,信息化依賴于發(fā)達的電子信息技術手段，計算機（硬件和軟件）是信息處理的核心；而計算機的核心又是集成電路；獨立的計算機并不能實現信息化，而必須有互聯網的普及應用才能發(fā)揮信息的作用；要組成信息網絡又必須依賴通信技術；因而是信息技術的綜合平衡發(fā)展才能實現社會的深刻變革，使人類步入信息化社會。,.,1.2信息科學技術的基本概念,一、信息,信息的含義：信息是人類社會、宇宙和大自然的一切事物運動變化的表征。信息是知識，是資源，也是財富。當代社會將信息、材料和能源并列，被稱之為社會的三大支柱。,信息技術：不論何種信息，要描述它都需通過語言、文字（包括定律、數學公式和數據等書面形式）或圖像反映出來，因而信息與語言、文字和圖像密不可分，在一定程度上可以說：信息技術是關于語言、文字和圖像的技術。,信息技術進步與世界文明發(fā)展密切相關！,信息技術與世界文明關系表：,二、信息技術,創(chuàng)造了語言人類才由動物進化成人類。,信息技術進步與世界文明發(fā)展密切相關！,溝通信息，交換情報的社會需求，是人類通信技術進步的源動力！,古代峰火邊防,海軍旗語,信鴿傳書,信息科學：信息科學是人類了解自然、感知自然，了解社會、溝通情報的一門綜合性科學；信息科學是由信息論、通信工程、控制論、計算機科學、仿生學、系統工程與人工智能等學科互相滲透、相互結合而形成；如果從技術角度看，可以認為：信息科學是系統研究信息獲取、傳輸、處理、顯示、存儲、檢索與應用的科學，它涉及語言、文字、數據（包含物理參數）、生物信息、圖像等信息形式。,三、信息科學,信息含義的廣泛性：,光信息：光濾波、光放大、光信息處理等（由全光學器件實現）,傳媒信息：新聞出版、節(jié)目制作、圖書資料管理、媒體傳播學等都屬于信息科學技術范疇。,留聲機,手搖計算機,“電子信息科學技術”是借助電子科學技術手段，實現信息科學技術目標的理論、技術和方法，是信息科學技術中應用最廣、影響最深的一個領域。,機械信息技術：如留聲機（記錄聲音的振動波形）、手搖計算機等。,.,弗萊明,一、電與電子管,1906年弗雷斯特發(fā)明的電真空三極管,1.3電子技術的發(fā)展,德.弗雷斯特,電子管原理結構,不同型號的真空電子管,在電真空管原理基礎上，還發(fā)展出了眾多的其它電真空器件，如：電視機顯像管CRT（CathodeRayTube）、示波器用的陰極射線示波管、攝像機用的真空攝像管等。廣播、電視、雷達等電子信息設備進入了高速發(fā)展期，還發(fā)明了電子計算機，從此人類社會的電子信息時代開始了。,二、半導體器件,1，電子管的缺點,1946年美賓州大學用18800個電子管作的世界上第一臺計算機。重30噸，占地約兩間教室大，耗電174千瓦時，運算速度5000次加法/秒。,體積大、功耗高：,1946年世界上第一臺計算機,晶體管發(fā)明者：巴丁、布拉坦和肖克利,1947年美貝爾實驗室三位科學家巴丁、布拉坦和肖克利制造出了世界上第一只點接觸型鍺晶體三極管,2，晶體管的發(fā)明,第一只晶體三極管,晶體管實物,晶體管內部原理結構,三、集成電路,1958年美德州儀器公司工程師杰克基爾比在一塊6.45平方毫米硅片上集成了12個元件，研制出了一個RC移相振蕩器。這是世界上第一塊集成電路芯片，它標志著電路制作上的一次革命性進展。,基爾比1958年設計集成電路草稿,世界第一片集成電路（1958）,從此開創(chuàng)了微電子新時代！,1971年世界上第一個商用微處理器：英特爾4004，晶體管數目：2300，速度：108KHz,1961年仙童公司集成電路,386CPU芯片,芯片內部布線,一塊芯片內可集成10萬以上的元器件，從此電子信息技術跨入了飛速發(fā)展的新時期！,電子信息科學是最具活力的年輕學科！,當今集成電路的制造水平：線寬45納米，一片集成電路就是一個電子系統！,電子管發(fā)明至今只約100年，集成電路發(fā)明不過50年！,為紀念電子管發(fā)明100周年制作的電子管、晶體管、集成電路混裝PC機主板。,1906年第一只電真空三極管誕生至2006年電子管發(fā)明100周年！,四、21世紀電子新器件,納米電子學和納米器件將是微電子器件的下一次革命，納米電子器件的功能將遠遠超出人們的預期，它將給人類信息科學技術的發(fā)展帶來新的變革。,石墨烯被普遍認為會最終替代硅，而成為納米電子器件的理想材料。2008年4月，英國科學家宣布他們用石墨烯制造出一種只有1個原子厚、10個原子寬的超微型晶體管。不久前美國IBM公司又制造出了石墨烯集成電路。我國也正加緊石墨烯材料的研究。,石墨烯原子排列示意圖,.,1.4信息科學的研究領域,一、信息獲取二、信息傳輸三、信息處理四、信息的存儲五、信息利用,4,5,.,5,一、信息獲取,1）語音是人類使用最頻繁、使用最多的交流信息的工具。,語音獲取方法,獲取的語音波形,1.4信息科學的研究領域,2）圖像信息獲取方法：光電攝像、CCD成像、紅外成像、微波成像、X光醫(yī)學圖像等,光電攝像管,CCD成像器件,多光譜地面成像照片,X光醫(yī)學圖像,3）物理參數：如溫度、壓力、張力、變形、流量（液體或氣體）、流速等,采用相應的參數傳感器，廣泛用于各工業(yè)、工程和國防控制系統中。,溫度傳感器,壓力傳感器,流量傳感器,傳感器是將物理參數變成電信號的專用器件。,4，軍事信息獲取,卡-31艦載預警直升機,現代軍事信息獲取工具已發(fā)展成了一類復雜的信息獲取平臺，如預警飛機、偵察衛(wèi)星、雷達網和無人偵察飛機，甚至空天飛機等。,按信息獲取使用的手段可分為雷達、電視、光學、照相、聲納、微波、紅外和激光等。,偵察衛(wèi)星,無人偵察機,二、信息傳輸,1，通信系統的模型,電話、廣播、電視、互聯網，都是信息傳輸系統。也稱通信系統。,5,4,注：廣播、電視數字化后，用戶可上傳信息（如點播節(jié)目），但它是利用另一上傳通道實現的。這類系統不叫雙工。,2，通信系統類型,編碼理論,調制理論,檢測理論,信息傳輸的理論和技術在電子信息科學技術中占有很大比重，但有待優(yōu)化。,3，通信系統中的理論技術,4，通信網,5，互聯網的拓展,特點：網絡發(fā)展初期各網的信號結構、通信體制不同，相互獨立，互不兼容。當前發(fā)展趨勢：數字化、IP化，走向三網融合。,同時有多達千萬級的用戶接入網絡。主要網絡：,互聯網可以打電話（網絡電話、視頻電話）、看電視（IPTV）、發(fā)郵件（代替?zhèn)髡妫?，同時還可以在網上購物、開視頻會議等。,不但計算機和各種網絡終端可以接入互聯網，而且家用電器、交通工具和各種配有網絡接入信號端口的物品都可以接入互聯網，稱之為“物聯網”（TheInternetofThings）,三網融合的實質是：電話網、電視網融入到互聯網的IP信號體制！,三、信息處理,1信號處理與信息處理,（1）信號處理：是針對信號中的某一參數所進行的處理，在處理過程中未考慮信號參數所代表的信息含義。,信號處理模型：輸入信號參數輸出信號參數。,（2）信息處理：有兩種模型：信號信息、信息信息。,信息處理往往要通過對信號中代表信息的相應參數的處理來實現。它對信號參數的處理目的是服從于信息本身，如要求圖像清晰度高、品質好等。信息處理主要包括：信息參數提取、增強、信息分類與識別等。信息處理模塊的設計與評價是以其輸出信息的質量指標為依據。,漢字識別,2，漢字識別,印刷體漢字識別,語義識別（自然語言處理、自然語言理解）,3，語音信息處理,（1）語音識別：第一步是將模擬語音波形數字化，第二步是從數字語音信號中提取語音參數，第三步是建立語音的聲學模型和語音模型，第四步是根據語音參數搜索和匹配語音模型與聲學模型，最后識別出語音。,（2）語音合成：是語音識別的逆過程，是將文本文件轉換成語音。采用語音合成技術可以制造出能朗讀書、讀報的機器。,4圖像信息處理及應用,常見的數字圖像和數字視頻設備如可視電話、會議電視、衛(wèi)星電視、數字電視、高清晰度電視、VCD、DVD等,會議電視終端,可視電話,衛(wèi)星電視接收器,三維快速血管造影成像,頭部CT,主要應用如X射線層析攝影(CT)、核磁共振(MRI)、超聲成像、血管造影、細胞和染色體自動分類等。這些技術和設備大大提高了治療診斷水平，減輕了病人的痛苦。,遙感：主要用于資源、礦藏勘探、國土規(guī)劃、高速公路選線、災害調查、農作物估產、氣象預報以及軍事目標監(jiān)視等。,氣象衛(wèi)星云圖,土地變化監(jiān)測圖,云南省大理州森林火災的遙感圖,該領域的應用從70年代起取得了迅速的發(fā)展，主要有產品質量檢測、生產過程的自動控制、CADCAM等。,檢查瓶裝液體容量是否合格,智能交通控制,汽車牌照識別系統圖,軍事目標的偵察、制導和警戒系統、自動滅火器的控制及反偽裝等等都需要用到圖像處理技術；公安部門的現場照片、指紋、虹膜、面部、手跡、印章等的處理和辨識也要借助圖像處理。,導彈制導,指紋門鎖,自動指紋識別系統,下圖是指紋圖像預處理各階段的結果：,指紋原始圖像,濾波后圖像,二值化圖像,細化圖像,機器視覺主要用于軍事偵察、危險環(huán)境的自主機器人，郵政、醫(yī)院和家庭服務的智能機器人，裝配線工件識別、定位，太空機器人的自動操作等。,ASIMO踢球,ASIMO上樓梯,當人們通過虛擬現實瀏覽、觀賞時就如身臨其境一般，并且可以選擇任一角度，觀看任一范圍內的場景或選擇觀看物體的任一角度。虛擬漫游技術是虛擬現實（VR）技術的重要分支，在建筑、旅游、游戲、軍事、醫(yī)學等多種行業(yè)發(fā)展很快。,VR的相關設備,四、信息存儲,硬盤,光盤,閃存/SD卡,納米存儲器,硬盤,光盤,.,4,5,五、信息利用,信息利用主要領域：無處不在、無時不在，廣到社會生活的各個方面、各行各業(yè)，無論政治、經濟、軍事、交通、傳媒和金融，小到個人生活、娛樂和衣、食、住、行，可以說都離不開利用信息。,1.4信息科學的研究領域,信息利用的技術基礎：網絡、通信和計算機。,信息利用的系統科學與技術：“自動化與控制科學”和“網絡信息檢索”,1.自動控制系統中的信息利用,一個控制系統必須獲取信息、處理信息、傳送信息和執(zhí)行對被控制對象的按預定目標的某種操作，并獲取操作后的系統行為信息。因而現代自動控制系統涵蓋了信息科學的全部。當前，工業(yè)自動化正在向工業(yè)信息化的更高階段發(fā)展。,信息控制與應用系統簡圖,文獻檢索（DocumentRetrieval）,數據檢索（DataRetrieval）,事實檢索（FactRetrieval）,信息檢索,信息檢索的分類,2.信息檢索,網絡信息資源,信息資源分類,（5）FTP信息資源,網絡是信息的海洋，掌握信息檢索的方法能幫助科技人員迅速從互聯網中獲取知識。,.,0812計算機科學與技術081201計算機系統結構081202計算機軟件與理論081203計算機應用技術,0809電子科學與技術080901物理電子學080902電路與系統080903微電子與固體電子學080904電磁場與微波技術,0810信息與通信工程081001通信與信息系統081002信號與信息處理,0811控制科學與工程081101控制理論與控制工程081102檢測技術與自動化裝置081103系統工程081104模式識別與智能系統081105導航、制導與控制,一、教育部”工學“一、二級學科目錄,0803光學工程（不設二級學科）,1.5電子信息科學技術的學科與專業(yè),各學科之間關系示意：,電子科學與技術：承擔電子材料與元器件的研究、設計、制造與應用。它是信息科學技術的基礎。,控制科學與工程：主要是研究信息綜合應用，分析、判斷、決策。,信息與通信工程：從事信息獲取、信息處理、信息傳輸與通信網絡的理論、技術與產品的研究開發(fā)、設計與制造。,計算機科學與技術：計算機系統結構、軟件工程、人工智能、信息存儲、計算機網絡及計算機外部設備等的理論、技術、設備的設計、制造與研究工作,光電信息技術：在激光發(fā)明之后產生的新領域，它與電子信息科學技術的所有學科都密不可分，如光計算機、光存儲、光通信、激光雷達等。,二、電子信息科學技術的學科分工,三、學科融合,1.學科的分化、交叉與融合是科技發(fā)展的必然,科學技術發(fā)展的規(guī)律：在發(fā)展基礎上分化，產生新學科，同時又在新的發(fā)展基礎上使多個學科交叉融合?，F代大學是按學科組建的，大學的學科建設與調整又是以科技發(fā)展為基礎、以適應國家建設需求為目的的。二十世紀七十年代至九十年代，由于電子信息技術的進步，促使信息科學技術大發(fā)展，形成了多個新的學科；也是由于科學技術的發(fā)展，使現有學科交叉融合。這是當代信息科學技術發(fā)展的重要特征。學科的融合不僅發(fā)生在信息科學技術的學科之間，而且也發(fā)生在電力工程、機械工程與信息學科之間。如“機電一體化”、“光機電一體化”等。,新的交叉學科和綜合性學科的出現，將改變原有學科的知識體系，對大學的專業(yè)設置、教學計劃和課程建設提出了新的要求，大學只有適應這些要求，不斷進行教學改革，才能培養(yǎng)出適應國家建設需求的高質量人才。,2.電子信息學科之間的融合,電子信息科學技術的各個學科各有側重，但交叉與融合的趨勢越來越明顯。,（1）技術融合當代的信息系統設備，一般它們都是通信、信息處理、計算機、自動控制等多學科技術的綜合。激光的發(fā)明又開創(chuàng)了更廣泛的學科之間的融合，產生了光電信息技術的新領域，計算機有了超大容量光存儲；激光和通信相結合出現了光纖通信、自由空間光通信、激光雷達等新一代電子信息產品。,（2）產品融合集成電路是推動產品融合的動力，一塊集成電路就是一個電子系統，CPU（集成電路）+軟件=電子信息系統，一個信息系統產品已將多學科、多專業(yè)結合在一起。,無論是從技術層面，還是具體到實際產品，信息學科領域之間都無法切割。,四、我國電子信息科學技術的本科專業(yè)設置,（1）本科專業(yè)目錄：是高等學校教育工作的一項基本文件；專業(yè)目錄是設置、調整專業(yè)、實施人才培養(yǎng)、授予學位、安排招生、指導畢業(yè)生就業(yè)、進行教育信息統計處理和人才需求預測等工作的重要依據，也是國家對高等教育進行宏觀管理的基本指導性文件。,（2）本科專業(yè)與研究生學科有何聯系？學科：是培養(yǎng)研究生（包括碩士、博士）劃分的科學領域；學科劃分是遵循知識體系自身的邏輯關系；設置研究生學科的主要目的是推動科學技術的創(chuàng)新和進步。本科專業(yè)：是以學科分類為背景、按照學科分類和社會對不同業(yè)務領域和崗位的人才的需要來設置的培養(yǎng)人才的目錄；設置本科專業(yè)的目的是規(guī)范、指導高等學校分類培養(yǎng)人才。,（3）我國的本科專業(yè)目錄教育部于1993發(fā)布了專業(yè)目錄，1998年頒布實施。之后多次調整，2004年又一次頒布全國普通高等學校本科專業(yè)目錄。在這一專業(yè)目錄中，“理學”類、“工學”類和“管理學”類共計約有50