电子信息导论01.ppt

第一章概述 电子信息科学与技术导论 第一章概述 1 1信息化社会1 2信息科学技术的基本概念1 3电子技术的发展1 4信息科学技术的研究领域1 5电子信息科学技术的学科与专业小结 1 1信息化社会 一 信息化社会的特征 由于电子信息科学技术的进步和广泛应用 正在促使当今世界进行着一场信息化革命 其结果必然导致信息化社会在全球实现 1 信息成为资源 信息成为了与材料和能源等同的社会三大支柱 2 社会网络化 网络四通八达 网络深入社会政治 文化 教育活动 深入到工业生产 农业生产 城市管理 医疗卫生 交通运输 物流和社区 3 生产智能化 产生了智能化生产工具 具备了与智能化工具相适应的生产力 智能化生产工具不是一个孤立分散的自动控制系统 而是一个有组织的信息化生产网络体系 二 信息化社会的产生背景 第一次工业革命 18世纪60年代 其标志是蒸汽机的发明和使用 从此人类进入了工业化大生产时代 第二次工业革命 19世纪70年代 其标志是电灯炮和电力设备的发明和使用 之后又发明了电话等 从此人类进入了 电气化时代 第三次工业革命 始于20世纪五十年代 其标志是电子计算机的发明和应用 从此人类社会开始进入信息化时代 信息化依赖于发达的电子信息技术手段 计算机 硬件和软件 是信息处理的核心 而计算机的核心又是集成电路 独立的计算机并不能实现信息化 而必须有互联网的普及应用才能发挥信息的作用 要组成信息网络又必须依赖通信技术 因而是信息技术的综合平衡发展才能实现社会的深刻变革 使人类步入信息化社会 1 2信息科学技术的基本概念 一 信息 信息的含义 信息是人类社会 宇宙和大自然的一切事物运动变化的表征 信息是知识 是资源 也是财富 当代社会将信息 材料和能源并列 被称之为社会的三大支柱 信息技术 不论何种信息 要描述它都需通过语言 文字 包括定律 数学公式和数据等书面形式 或图像反映出来 因而信息与语言 文字和图像密不可分 在一定程度上可以说 信息技术是关于语言 文字和图像的技术 信息技术进步与世界文明发展密切相关 信息技术与世界文明关系表 二 信息技术 创造了语言人类才由动物进化成人类 信息技术进步与世界文明发展密切相关 沟通信息 交换情报的社会需求 是人类通信技术进步的源动力 古代峰火边防 海军旗语 信鸽传书 信息科学 信息科学是人类了解自然 感知自然 了解社会 沟通情报的一门综合性科学 信息科学是由信息论 通信工程 控制论 计算机科学 仿生学 系统工程与人工智能等学科互相渗透 相互结合而形成 如果从技术角度看 可以认为 信息科学是系统研究信息获取 传输 处理 显示 存储 检索与应用的科学 它涉及语言 文字 数据 包含物理参数 生物信息 图像等信息形式 三 信息科学 信息含义的广泛性 光信息 光滤波 光放大 光信息处理等 由全光学器件实现 传媒信息 新闻出版 节目制作 图书资料管理 媒体传播学等都属于信息科学技术范畴 留声机 手摇计算机 电子信息科学技术 是借助电子科学技术手段 实现信息科学技术目标的理论 技术和方法 是信息科学技术中应用最广 影响最深的一个领域 机械信息技术 如留声机 记录声音的振动波形 手摇计算机等 弗莱明 一 电与电子管 1906年弗雷斯特发明的电真空三极管 1 3电子技术的发展 在二极管中加一金属网 德 弗雷斯特 电子管原理结构 不同型号的真空电子管 在电真空管原理基础上 还发展出了众多的其它电真空器件 如 电视机显像管CRT CathodeRayTube 示波器用的阴极射线示波管 摄像机用的真空摄像管等 广播 电视 雷达等电子信息设备进入了高速发展期 还发明了电子计算机 从此人类社会的电子信息时代开始了 二 半导体器件 1 电子管的缺点 1946年 美 宾州大学用18800个电子管作的世界上第一台计算机 重30吨 占地约两间教室大 耗电174千瓦时 运算速度5000次加法 秒 体积大 功耗高 1946年世界上第一台计算机 晶体管发明者 巴丁 布拉坦和肖克利 1947年 美 贝尔实验室三位科学家巴丁 布拉坦和肖克利制造出了世界上第一只点接触型锗晶体三极管 2 晶体管的发明 第一只晶体三极管 晶体管实物 晶体管内部原理结构 三 集成电路 1958年 美 德州仪器公司工程师杰克 基尔比在一块6 45平方毫米硅片上集成了12个元件 研制出了一个RC移相振荡器 这是世界上第一块集成电路芯片 它标志着电路制作上的一次革命性进展 基尔比1958年设计集成电路草稿 世界第一片集成电路 1958 从此开创了微电子新时代 1971年世界上第一个商用微处理器 英特尔4004 晶体管数目 2300 速度 108KHz 1961年仙童公司集成电路 386CPU芯片 芯片内部布线 一块芯片内可集成10万以上的元器件 从此电子信息技术跨入了飞速发展的新时期 电子信息科学是最具活力的年轻学科 当今集成电路的制造水平 线宽45纳米 一片集成电路就是一个电子系统 电子管发明至今只约100年 集成电路发明不过50年 为纪念电子管发明100周年制作的电子管 晶体管 集成电路混装PC机主板 1906年第一只电真空三极管诞生至2006年电子管发明100周年 四 21世纪电子新器件 纳米电子学和纳米器件将是微电子器件的下一次革命 纳米电子器件的功能将远远超出人们的预期 它将给人类信息科学技术的发展带来新的变革 石墨烯被普遍认为会最终替代硅 而成为纳米电子器件的理想材料 2008年4月 英国科学家宣布他们用石墨烯制造出一种只有1个原子厚 10个原子宽的超微型晶体管 不久前美国IBM公司又制造出了石墨烯集成电路 我国也正加紧石墨烯材料的研究 石墨烯原子排列示意图 1 4信息科学的研究领域 一 信息获取二 信息传输三 信息处理四 信息的存储五 信息利用 4 5 5 一 信息获取 1 语音是人类使用最频繁 使用最多的交流信息的工具 语音获取方法 获取的语音波形 1 4信息科学的研究领域 2 图像信息获取方法 光电摄像 CCD成像 红外成像 微波成像 X光医学图像等 光电摄像管 CCD成像器件 多光谱地面成像照片 X光医学图像 3 物理参数 如温度 压力 张力 变形 流量 液体或气体 流速等 采用相应的参数传感器 广泛用于各工业 工程和国防控制系统中 温度传感器 压力传感器 流量传感器 传感器是将物理参数变成电信号的专用器件 4 军事信息获取 卡 31舰载预警直升机 现代军事信息获取工具已发展成了一类复杂的信息获取平台 如预警飞机 侦察卫星 雷达网和无人侦察飞机 甚至空天飞机等 按信息获取使用的手段可分为雷达 电视 光学 照相 声纳 微波 红外和激光等 侦察卫星 无人侦察机 二 信息传输 1 通信系统的模型 电话 广播 电视 互联网 都是信息传输系统 也称通信系统 消息 指语音 文字 数据或图像非电信号 5 4 注 广播 电视数字化后 用户可上传信息 如点播节目 但它是利用另一上传通道实现的 这类系统不叫双工 2 通信系统类型 编码理论 调制理论 检测理论 信息传输的理论和技术在电子信息科学技术中占有很大比重 但有待优化 3 通信系统中的理论技术 4 通信网 5 互联网的拓展 特点 网络发展初期各网的信号结构 通信体制不同 相互独立 互不兼容 当前发展趋势 数字化 IP化 走向三网融合 同时有多达千万级的用户接入网络 主要网络 互联网可以打电话 网络电话 视频电话 看电视 IPTV 发邮件 代替传真 同时还可以在网上购物 开视频会议等 不但计算机和各种网络终端可以接入互联网 而且家用电器 交通工具和各种配有网络接入信号端口的物品都可以接入互联网 称之为 物联网 TheInternetofThings 三网融合的实质是 电话网 电视网融入到互联网的IP信号体制 三 信息处理 1 信号处理与信息处理 1 信号处理 是针对信号中的某一参数所进行的处理 在处理过程中未考虑信号参数所代表的信息含义 信号处理模型 输入信号参数 输出信号参数 2 信息处理 有两种模型 信号 信息 信息 信息 信息处理往往要通过对信号中代表信息的相应参数的处理来实现 它对信号参数的处理目的是服从于信息本身 如要求图像清晰度高 品质好等 信息处理主要包括 信息参数提取 增强 信息分类与识别等 信息处理模块的设计与评价是以其输出信息的质量指标为依据 汉字识别 2 汉字识别 印刷体汉字识别 语义识别 自然语言处理 自然语言理解 3 语音信息处理 1 语音识别 第一步是将模拟语音波形数字化 第二步是从数字语音信号中提取语音参数 第三步是建立语音的声学模型和语音模型 第四步是根据语音参数搜索和匹配语音模型与声学模型 最后识别出语音 2 语音合成 是语音识别的逆过程 是将文本文件转换成语音 采用语音合成技术可以制造出能朗读书 读报的机器 4 图像信息处理及应用 常见的数字图像和数字视频设备如可视电话 会议电视 卫星电视 数字电视 高清晰度电视 VCD DVD等 会议电视终端 可视电话 卫星电视接收器 三维快速血管造影成像 头部CT 主要应用如X射线层析摄影 CT 核磁共振 MRI 超声成像 血管造影 细胞和染色体自动分类等 这些技术和设备大大提高了治疗诊断水平 减轻了病人的痛苦 遥感 主要用于资源 矿藏勘探 国土规划 高速公路选线 灾害调查 农作物估产 气象预报以及军事目标监视等 气象卫星云图 土地变化监测图 云南省大理州森林火灾的遥感图 该领域的应用从70年代起取得了迅速的发展 主要有产品质量检测 生产过程的自动控制 CAD CAM等 检查瓶装液体容量是否合格 智能交通控制 汽车牌照识别系统图 军事目标的侦察 制导和警戒系统 自动灭火器的控制及反伪装等等都需要用到图像处理技术 公安部门的现场照片 指纹 虹膜 面部 手迹 印章等的处理和辨识也要借助图像处理 导弹制导 指纹门锁 自动指纹识别系统 下图是指纹图像预处理各阶段的结果 指纹原始图像 滤波后图像 二值化图像 细化图像 机器视觉主要用于军事侦察 危险环境的自主机器人 邮政 医院和家庭服务的智能机器人 装配线工件识别 定位 太空机器人的自动操作等 ASIMO踢球 ASIMO上楼梯 当人们通过虚拟现实浏览 观赏时就如身临其境一般 并且可以选择任一角度 观看任一范围内的场景或选择观看物体的任一角度 虚拟漫游技术是虚拟现实 VR 技术的重要分支 在建筑 旅游 游戏 军事 医学等多种行业发展很快 VR的相关设备 四 信息存储 硬盘 光盘 闪存 SD卡 纳米存储器 硬盘 光盘 4 5 五 信息利用 信息利用主要领域 无处不在 无时不在 广到社会生活的各个方面 各行各业 无论政治 经济 军事 交通 传媒和金融 小到个人生活 娱乐和衣 食 住 行 可以说都离不开利用信息 1 4信息科学的研究领域 信息利用的技术基础 网络 通信和计算机 信息利用的系统科学与技术 自动化与控制科学 和 网络信息检索 1 自动控制系统中的信息利用 一个控制系统必须获取信息 处理信息 传送信息和执行对被控制对象的按预定目标的某种操作 并获取操作后的系统行为信息 因而现代自动控制系统涵盖了信息科学的全部 当前 工业自动化正在向工业信息化的更高阶段发展 信息控制与应用系统简图 45 文献检索 DocumentRetrieval 数据检索 DataRetrieval 事实检索 FactRetrieval 信息检索 信息检索的分类 2 信息检索 46 网络信息资源 信息资源分类 5 FTP信息资源 网络是信息的海洋 掌握信息检索的方法能帮助科技人员迅速从互联网中获取知识 0812计算机科学与技术081201计算机系统结构081202计算机软件与理论081203计算机应用技术 0809电子科学与技术080901物理电子学080902电路与系统080903微电子与固体电子学080904电磁场与微波技术 0810信息与通信工程081001通信与信息系统 081002信号与信息处理 0811控制科学与工程081101控制理论与控制工程081102检测技术与自动化装置081103系统工程081104模式识别与智能系统081105导航 制导与控制 一 教育部 工学 一 二级学科目录 0803光学工程 不设二级学科 1 5电子信息科学技术的学科与专业 各学科之间关系示意 电子科学与技术 承担电子材料与元器件的研究 设计 制造与应用 它是信息科学技术的基础 控制科学与工程 主要是研究信息综合应用 分析 判断 决策 信息与通信工程 从事信息获取 信息处理 信息传输与通信网络的理论 技术与产品的研究开发 设计与制造 计算机科学与技术 计算机系统结构 软件工程 人工智能 信息存储 计算机网络及计算机外部设备等的理论 技术 设备的设计 制造与研究工作 光电信息技术 在激光发明之后产生的新领域 它与电子信息科学技术的所有学科都密不可分 如光计算机 光存储 光通信 激光雷达等 二 电子信息科学技术的学科分工 三 学科融合 1 学科的分化 交叉与融合是科技发展的必然 科学技术发展的规律 在发展基础上分化 产生新学科 同时又在新的发展基础上使多个学科交叉融合 现代大学是按学科组建的 大学的学科建设与调整又是以科技发展为基础 以适应国家建设需求为目的的 二十世纪七十年代至九十年代 由于电子信息技术的进步 促使信息科学技术大发展 形成了多个新的学科 也是由于科学技术的发展 使现有学科交叉融合 这是当代信息科学技术发展的重要特征 学科的融合不仅发生在信息科学技术的学科之间 而且也发生在电力工程 机械工程与信息学科之间 如 机电一体化 光机电一体化 等 新的交叉学科和综合性学科的出现 将改变原有学科的知识体系 对大学的专业设置 教学计划和课程建设提出了新的要求 大学只有适应这些要求 不断进行教学改革 才能培养出适应国家建设需求的高质量人才 2 电子信息学科之间的融合 电子信息科学技术的各个学科各有侧重 但交叉与融合的趋势越来越明显 1 技术融合当代的信息系统设备 一般它们都是通信 信息处理 计算机 自动控制等多学科技术的综合 激光的发明又开创了更广泛的学科之间的融合 产生了光电信息技术的新领域 计算机有了超大容量光存储 激光和通信相结合出现了光纤通信 自由空间光通信 激光雷达等新一代电子信息产品 2 产品融合集成电路是推动产品融合的动力 一块集成电路就是一个电子系统 CPU 集成电路 软件 电子信息系统 一个信息系统产品已将多学科 多专业结合在一起 无论是从技术层面 还是具体到实际产品 信息学科领域之间都无法切割 四 我国电子信息科学技术的本科专业设置 1 本科专业目录 是高等学校教育工作的一项基本文件 专业目录是设置 调整专业 实施人才培养 授予学位 安排招生 指导毕业生就业 进行教育信息统计处理和人才需求预测等工作的重要依据 也是国家对高等教育进行宏观管理的基本指导性文件 2 本科专业与研究生学科有何联系 学科 是培养研究生 包括硕士 博士 划分的科学领域 学科划分是遵循知识体系自身的逻辑关系 设置研究生学科的主要目的是推动科学技术的创新和进步 本科专业 是以学科分类为背景 按照学科分类和社会对不同业务领域和岗位的人才的需要来设置的培养人才的目录 设置本科专业的目的是规范 指导高等学校分类培养人才 3 我国的本科专业目录教育部于1993发布了 专业目录 1998年颁布实施 之后多次调整 2004年又一次颁布 全