電子信息類專業(yè)導論（第3版）

目 錄

第1章 移動通信 1
1．1 移動通信的早期歷史 2
1．1．1 通信的早期歷史：有線電報與電話 2
1．1．2 給信息插上翅膀：無線電通信技術 3
1．1．3 通信的數(shù)學理論：香農(nóng)及其信息論 4
1．2 第一代移動通信：移動通信探索時代 5
1．2．1 蜂窩移動通信系統(tǒng)的誕生 5
1．2．2 模擬信號與模擬通信系統(tǒng) 7
1．2．3 移動通信的骨和肉：基站與頻譜資源 8
1．2．4 模擬移動通信系統(tǒng)：頻分多址（FDMA） 10
1．3 第二代移動通信：長江后浪推前浪 10
1．3．1 數(shù)字時代的趕超者：諾基亞與GSM 11
1．3．2 臥薪嘗膽的顛覆者：高通與CDMA 13
1．4 第三代移動通信：中國標準嶄露頭角 15
1．4．1 CDMA技術、波束賦形及其智能天線 16
1．4．2 TD-SCDMA：中國標準開始登上舞臺 18
1．4．3 智能手機：推動3G業(yè)務快速發(fā)展 20
1．5 第四代移動通信：中國與歐盟并駕齊驅 22
1．5．1 OFDM技術：似曾相識燕歸來 23
1．5．2 MIMO技術：柳暗花明又一村 24
1．5．3 4G時代：中國企業(yè)的群體突破 25
1．6 第五代移動通信：中國企業(yè)開始領跑 26
1．6．1 5G的三大應用場景與性能指標 26
1．6．2 5G關鍵技術：無線、編碼與網(wǎng)絡 29
1．6．3 5G標準與產(chǎn)業(yè)：突顯中國的力量 33
1．7 總結與展望 36
思考題 37
參考文獻 38
第2章 集成電路 39
2．1 從電子管到晶體管 40
2．1．1 晶體檢波器：電子器件的首秀 40
2．1．2 電子管：電子時代的來臨 40
2．1．3 晶體管誕生：信息時代的開端 43
2．2 集成電路的發(fā)明與發(fā)展 46
2．2．1 集成電路的誕生：基爾比與諾伊斯 46
2．2．2 集成電路的發(fā)展：摩爾與摩爾定律 50
2．3 集成電路的制造工藝 52
2．3．1 集成電路的器件演進 52
2．3．2 集成電路的制造設備 59
2．3．3 集成電路的工藝流程 63
2．4 集成電路設計與EDA 65
2．4．1 集成電路設計流程與設計自動化 66
2．4．2 專用集成電路ASIC：專用芯片 67
2．4．3 可編程芯片F(xiàn)PGA：萬能數(shù)字芯片 68
2．4．4 系統(tǒng)級芯片SoC：軟硬件協(xié)同設計 69
2．5 集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式 70
2．5．1 集成器件制造（IDM）模式 70
2．5．2 集成電路Fabless與Foundry模式 70
2．5．3 集成電路設計的IP模式 72
2．5．4 集成電路的封裝與測試 72
2．5．5 集成電路產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 73
2．6 總結與展望 74
思考題 75
參考文獻 76
第3章 計算之芯 77
3．1 圖靈、馮·諾依曼與大型計算機 78
3．1．1 圖靈與邏輯計算原型：圖靈機 78
3．1．2 ENIAC與馮·諾依曼計算體系架構 80
3．1．3 大型計算機與IBM System/360 83
3．2 個人計算機與微處理器 86
3．2．1 英特爾與微處理器的誕生 86
3．2．2 牽牛星：PC的雛形 87
3．2．3 Apple-Ⅱ：PC商業(yè)化 89
3．2．4 IBM PC與兼容機的普及 90
3．2．5 Wintel商業(yè)生態(tài)的形成 91
3．3 計算體系架構與指令集 92
3．3．1 英特爾的第一個X86體系 93
3．3．2 融合GPU的CPU系列產(chǎn)品 94
3．3．3 復雜指令集與精簡指令集 94
3．3．4 ARM的誕生及其生態(tài)系統(tǒng) 96
3．3．5 ARM的商業(yè)模式：IP授權 97
3．3．6 ARM搭上智能手機的快車 98
3．3．7 ARM的挑戰(zhàn)與RISC-V的機遇 99
3．4 基帶處理器 100
3．4．1 基帶處理器概述 100
3．4．2 高通基帶處理器 101
3．4．3 華為基帶處理器 102
3．4．4 其他基帶處理器 103
3．5 圖形處理器 104
3．5．1 什么是圖形處理器 104
3．5．2 蘋果的圖形處理器 105
3．5．3 高通的圖形處理器 106
3．5．4 華為的圖形處理器 106
3．6 移動處理器與人工智能 107
3．6．1 人工智能簡介 107
3．6．2 華為麒麟與神經(jīng)網(wǎng)絡處理器 108
3．6．3 蘋果處理器與神經(jīng)網(wǎng)絡引擎 109
3．6．4 高通驍龍與神經(jīng)網(wǎng)絡處理引擎 110
3．7 非馮·諾依曼架構 110
3．7．1 存算一體技術 110
3．7．2 類腦計算技術 110
3．8 總結與展望 111
思考題 112
參考文獻 113
第4章 信息存儲 114
4．1 機械硬盤發(fā)展簡史 115
4．1．1 機械硬盤的誕生與IBM 350 115
4．1．2 溫徹斯特技術與PC硬盤 116
4．1．3 硬盤的快速發(fā)展與GMR技術 117
4．1．4 微硬盤與音樂播放器iPod 119
4．2 固態(tài)硬盤發(fā)展簡史 121
4．2．1 浮柵晶體管與EPROM 121
4．2．2 NAND的發(fā)明與產(chǎn)業(yè)化 124
4．2．3 閃存早期應用：優(yōu)盤的發(fā)明 126
4．2．4 閃存大規(guī)模應用：固態(tài)硬盤 126
4．2．5 大容量閃存：MLC與3D NAND 127
4．2．6 長江存儲與閃存國產(chǎn)化之路 129
4．3 計算機內(nèi)存：SRAM與DRAM 130
4．3．1 靜態(tài)隨機存儲器與存儲體系架構 130
4．3．2 登納德與動態(tài)隨機存儲器的發(fā)明 132
4．3．3 動態(tài)隨機存儲器的快速發(fā)展之路 134
4．3．4 動態(tài)隨機存儲器的大容量化方法 135
4．4 憶阻器與阻變式隨機存儲器 136
4．4．1 蔡少棠教授與迷失的第四元件 136
4．4．2 無心插柳：憶阻器元件的發(fā)現(xiàn) 137
4．4．3 阻變式隨機存儲器：非易失性 139
4．4．4 憶阻器與存內(nèi)計算、類腦計算 139
4．5 自旋電子與磁性隨機存儲器 140
4．5．1 巨磁阻效應與自旋電子學的誕生 140
4．5．2 隧穿磁阻效應與磁性隨機存儲器 141
4．5．3 自旋轉移矩磁性隨機存儲器 143
4．5．4 自旋軌道矩磁性隨機存儲器 145
4．6 總結與展望 148
思考題 149
參考文獻 149
第5章 數(shù)碼影像 151
5．1 攝影與攝像：留住精彩瞬間 152
5．1．1 影像系統(tǒng)的基本結構 152
5．1．2 數(shù)碼攝影與智能手機 154
5．1．3 多攝：量變引發(fā)質變 155
5．1．4 人像模式與ToF鏡頭 157
5．1．5 高倍變焦與潛望式鏡頭 158
5．2 圖像傳感器與智能處理 159
5．2．1 開啟數(shù)碼影像的大門：CCD圖像傳感器 159
5．2．2 數(shù)碼影像躍上新臺階：CMOS圖像傳感器 162
5．2．3 鏡頭背后的影像功臣：ISP與圖像信號處理 163
5．2．4 數(shù)碼影像自動化核心：AI智能處理技術 163
5．3 薄膜晶體管-液晶顯示（TFT-LCD） 165
5．3．1 TFT-LCD的概念與早期發(fā)展 165
5．3．2 液晶的發(fā)現(xiàn)與液晶物理學 168
5．3．3 TFT-LCD產(chǎn)業(yè)化：日本企業(yè)從小處入手 170
5．3．4 TFT-LCD產(chǎn)業(yè)轉移：韓國的反周期投資 173
5．3．5 TFT-LCD產(chǎn)業(yè)再轉移：中國的超越之路 174
5．4 有機發(fā)光二極管（OLED） 177
5．4．1 OLED的發(fā)明與鄧青云的貢獻 177
5．4．2 OLED產(chǎn)業(yè)化：韓國發(fā)展歷程 179
5．4．3 OLED產(chǎn)業(yè)轉移：中國趕超之路 180
5．4．4 MicroLED與顯示技術的未來 181
5．5 總結與展望 182
思考題 183
參考文獻 184
第6章 人機交互 185
6．1 圖形交互：計算機與互聯(lián)網(wǎng)普及的基石 186
6．1．1 鼠標與圖形用戶界面的首秀：在線系統(tǒng)（NLS） 186
6．1．2 鼠標與圖形用戶界面的雛形：施樂Alto 188
6．1．3 鼠標與圖形用戶界面的商用：蘋果Macintosh 190
6．1．4 鼠標與圖形用戶界面的普及：微軟Windows 193
6．1．5 圖形交互：WIMP界面范式 194
6．2 觸控交互：突破智能手機的人機交互瓶頸 195
6．2．1 按鍵交互：智能手機發(fā)展中的優(yōu)選瓶頸 195
6．2．2 多點觸控：從概念原型走向觸摸屏系統(tǒng) 196
6．2．3 觸控交互：蘋果搶先發(fā)售智能手機的優(yōu)選亮點 199
6．2．4 觸控交互的應用：安卓、小米、華為的UI設計 201
6．3 人機交互：功不可沒的傳感器 204
6．3．1 傳感器原理與微機電系統(tǒng)（MEMS） 204
6．3．2 加速度傳感器：測量手機運動 206
6．3．3 角速度傳感器：測量手機姿態(tài) 207
6．3．4 方位傳感器：感知手機方位 207
6．3．5 環(huán)境傳感器：感知距離與光強 208
6．4 自然交互：人機融合與人工智能 209
6．4．1 指紋識別：最經(jīng)典的生物特征識別 209
6．4．2 人臉識別：相面就能確認你的身份 210
6．4．3 語音交互：人類最重要的交流方式 210
6．4．4 手勢交互：與智能手機也能打啞謎 212
6．4．5 人工智能：讓機器來理解你的想法 213
6．5 總結與展望 214
思考題 215
參考文獻 216
第7章 移動互聯(lián) 217
7．1 互聯(lián)網(wǎng)起源與發(fā)展 218
7．1．1 互聯(lián)網(wǎng)前身：阿帕網(wǎng)從構想走向現(xiàn)實 218
7．1．2 早期互聯(lián)網(wǎng)：因特網(wǎng)與萬維網(wǎng)的誕生 220
7．1．3 瀏覽器之爭：微軟和網(wǎng)景的世紀之戰(zhàn) 223
7．1．4 互聯(lián)網(wǎng)門戶：雅虎與新浪、搜狐、網(wǎng)易 226
7．2 互聯(lián)網(wǎng)的普及 228
7．2．1 搜索引擎：新時代的互聯(lián)網(wǎng)霸主 228
7．2．2 電子商務：挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的商業(yè)模式 231
7．2．3 社交網(wǎng)絡：從社交生活到新媒體 235
7．3 幕后的英雄：現(xiàn)代通信網(wǎng)絡 238
7．3．1 網(wǎng)絡協(xié)議：互聯(lián)網(wǎng)的交通規(guī)則 238
7．3．2 路由技術：架起互聯(lián)網(wǎng)的橋梁 239
7．3．3 光纖通信：鋪設信息高速公路 241
7．4 互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展新趨勢 242
7．4．1 移動互聯(lián)網(wǎng)：隨時隨地在線 242
7．4．2 云計算：虛擬資源按需供應 244
7．4．3 大數(shù)據(jù)：挖掘其內(nèi)在的價值 246
7．4．4 數(shù)據(jù)智能：自動化與精準化 247
7．4．5 物聯(lián)網(wǎng)：將萬物接入互聯(lián)網(wǎng) 248
7．5 總結與展望 249
思考題 250
參考文獻 250
第8章 應用軟件 252
8．1 App Store與移動應用生態(tài)系統(tǒng) 253
8．1．1 蘋果App Store的艱難問世 253
8．1．2 蘋果App Store的快速發(fā)展 255
8．1．3 蘋果打造移動應用生態(tài)系統(tǒng) 257
8．1．4 蘋果移動應用生態(tài)面臨的挑戰(zhàn) 259
8．2 移動應用：類平臺化發(fā)展戰(zhàn)略 260
8．2．1 圖片社交：Instagram 260
8．2．2 超級應用：騰訊微信 263
8．2．3 電商平臺：手機淘寶 266
8．3 幕后英雄：智能手機操作系統(tǒng) 267
8．3．1 智能手機操作系統(tǒng)概述 267
8．3．2 安卓操作系統(tǒng)悄然問世 269
8．3．3 安卓操作系統(tǒng)開源策略 270
8．3．4 鴻蒙與物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng) 273
8．4 移動替代：移動應用豐富生活 274
8．4．1 從游戲機轉向手機游戲 274
8．4．2 被裝進口袋里的工具箱 276
8．4．3 移動新聞與個性化推薦 278
8．4．4 移動社交與短視頻 279
8．4．5 移動中的智能精準服務 281
8．5 總結與展望 283
思考題 284
參考文獻 284
第9章 培養(yǎng)體系 286
9．1 數(shù)理基礎 288
9．1．1 數(shù)學的意義 288
9．1．2 分析數(shù)學 289
9．1．3 高等代數(shù) 290
9．1．4 隨機數(shù)學 291
9．1．5 基礎物理 293
9．2 專業(yè)基礎 294
9．2．1 圖像獲取與處理 294
9．2．2 電路與系統(tǒng) 295
9．2．3 圖像共享 296
9．2．4 電磁場與微波技術 297
9．3 教學改革 297
9．3．1 優(yōu)化課程體系 298
9．3．2 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程 299
9．3．3 教學方法改革 301
9．4 綜合實驗 302
9．4．1 電子設計基礎訓練 303
9．4．2 單片機基礎訓練 303
9．4．3 跨課程綜合設計 304
9．4．4 跨專業(yè)綜合實踐 305
9．5 科技實踐 305
9．5．1 走進科研實驗室 306
9．5．2 科研訓練計劃 307
9．5．3 參加科技競賽 308
9．6 總結與展望 309
思考題 310
參考文獻 311