现代电子线路00绪论课件.ppt
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1、School of Physics, Peking University绪论 No.12022-3-25一、电子学发展史自1904年第一只电子管问世以来,电子技术在短短百年间迅猛发展,已经成为与人们生产生活密不可分的一项技术,它的发展史大致可分为四个阶段:1907年,美国科学家李德福雷斯特(Lee de Forest )在真空二极管中加 入金属栅网,使之成为具有放大作用的真空三极管(电子管),标志电子器件真正走向应用。德福雷斯特也被称为“电子管之父”。经过两次世界大战的洗礼,随着雷达、无线电通讯、广播、电视的发展,电子管得到了广泛应用,电子技术也日趋成熟。1946年2月,美国宾夕法尼亚大学诞生
2、了世界上第一台电子计算机ENIAC。电子管收音机第一代电子管:电子管是由电子在真空中的运动来实现电传导的一种器件。真空二级管1904年,英国电气工程师弗莱明(J. Fleming)为取代用于无线电检波的矿石检波器,利用爱迪生效应(真空中碳丝的热电子蒸发),在真空灯泡里装上碳丝和铜板,分别充当阴极和阳极,则灯泡里的电子就能实现单向流动。 从而发明了世界上第一只电子管真空二极管。由于真空二极管的性能不如当时的矿石检波器,并没有得到广泛应用。第一只电子管电子管School of Physics, Peking University绪论 No.22022-3-25ENIAC电子数字积分机和计算机(El
3、ectronic Numerical Integrator and Computer),由美国陆军军械部赞助,于1943年在宾夕法尼亚大学摩尔电机学院开始研制,用于计算新型火炮的弹道表。1946年2月开始服役,1955年10月退役。ENIAC占地170平方米,有8英尺高,3英尺宽,100英尺长,装有16种型号的17468个电子管、7200个二极管,6000个继电器、70000个电阻器、10000个电容器,总重量30吨,耗电174KW。ENIAC内存极小,只能存20个字长为10位的二进制数,所有的程序和指令都是通过外设来完成的,即通过数百根多芯导线与相应接口的连接完成。而且如果要进行另一项运算,
4、就必须把这些导线重新连接。另外, ENIAC的可靠性也很差(平均无故障运行时间:7min),一般稳定工作的时间只有几个小时。但尽管有如此多的缺陷,在服役十年中, ENIAC的算术运算量比有史以来人类大脑所有运算量的总和还要多。1952年12月IBM公司研制出IBM第一台存储程序计算机,也是通常意义上的电脑IBM701。ENIAC有5种功能:每秒5000次加法运算;3毫秒可完成10位乘法运算;平方和立方计算;sin和cos函数数值运算;其他更复杂的计算。School of Physics, Peking University绪论 No.32022-3-25第二代晶体管:晶体管装置(NPN Ge)
5、 电子管与晶体管第一台晶体管收音机 (1955年) 最早的晶体管电视机(1960年) 巴丁布拉顿肖克利 (19081991) (19021987)(19101989)1947年12月23日,工作于贝尔实验室的威廉肖克利(WBShockley)、沃尔特布拉顿(WHBrattain)和约翰巴丁(JBardeen),用几条金箔片,一片锗半导体材料和一个弯纸架制成一个小模型,可以传导、放大和开关电流。他们把这一发明称为“点接晶体管放大器”。标志着第一只晶体管的诞生。他们也因“20世纪最重要的发明”而获得1956年诺贝尔物理学奖。 (Shockley给出了实现放大器的基本设想,Bardeen提出了表面态
6、理论,Brattain设计了实验)1954年,随着高纯硅工业提炼技术的成熟,硅晶体管开始使用,晶体管收音机、电视机也陆续问世。School of Physics, Peking University绪论 No.42022-3-25第三代集成电路:1959年1月,德克萨斯仪器公司(TI)宣布发明集成电路,是以锗做的单晶片,上面有5个元件,其中有四个晶体管。发明人是工程师杰克基尔比(JKilby),他因此而获得2000年诺贝尔物理学奖。基尔比发明的集成电路诺依斯发明的集成电路Moore定律(1964年):每18个月芯片集成度(每平方毫米晶体管数)提高一倍。这个预测已为实践所证实,例如: 1980年
7、单片存储器容量为16kbits,而1998年单片存储器容量为16Mbits,18年增长了210 = 1024倍。同年7月,仙童公司(Fairchild)的罗伯特诺伊斯(NNoyce )发明了硅集成电路。同时,仙童公司首创了一整套半导体平面工艺技术,包括扩散、掩模、照相、光刻、金属蒸发沉积1968年8月诺伊斯与负责研发的戈登摩尔和工艺开发专家安迪格罗夫离开仙童,创立了英特尔(Intel)公司。School of Physics, Peking University绪论 No.52022-3-254004808680286i386i486PentiumPentium IIIPentium IVIt
8、atium 280088080Pentium IIItatiumSchool of Physics, Peking University绪论 No.62022-3-25第四代大规模、超大规模集成电路:第一代CPU:Intel 4004随着半导体平面技术的成熟,在一片晶体上集成的晶体管数量越来越多,上世纪六十年代末出现了大规模、超大规模集成电路,具有代表性的是1971年英特尔公司推出的第一代中央处理器:4004,它在34毫米芯片面积上集成晶体管2250个,每个晶体管之间的距离是10微米,4比特总线配置,108千赫,每秒运算速度达6万次,当时售价为200美元。 2010年3月,英特尔公司推出了We
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