電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展綜述

周江迪，段永熙，張 偉

(1.西安交通大學(xué) 附屬中學(xué)，陜西 西安 710048；2.西北工業(yè)大學(xué) 附屬中學(xué)，陜西 西安 710068；3.西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院，陜西 西安 710071)

電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展綜述

周江迪1，段永熙2，張 偉3

(1.西安交通大學(xué) 附屬中學(xué)，陜西 西安 710048；2.西北工業(yè)大學(xué) 附屬中學(xué)，陜西 西安 710068；3.西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院，陜西 西安 710071)

現(xiàn)代社會進(jìn)入到信息化時代，電子科學(xué)技術(shù)功不可沒，文中梳理了電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展過程中具有里程碑意義的事件的脈絡(luò)，以及前人的研究成果對當(dāng)今電子技術(shù)發(fā)展的意義，旨在激勵后人學(xué)習(xí)先賢為了追求真理而不懈努力的精神，以此增強(qiáng)后人追求知識，追求真理的決心和動力。

電子信息技術(shù)；計算機(jī)技術(shù)；科學(xué)發(fā)展史

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類歷史進(jìn)入了信息時代。而支撐這個偉大時代的一個重要技術(shù)基礎(chǔ)是就是電子科學(xué)技術(shù)。在這個時代有所作為，就有必要了解電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展歷程，才能更好地學(xué)習(xí)先賢們的精神，在攀登科技高峰的道路上走得更快、更遠(yuǎn)。

1 電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展早期

1.1 早期電學(xué)研究

對于電和磁特性做現(xiàn)代科學(xué)意義上研究的開端要歸功于16世紀(jì)英國醫(yī)生吉爾伯特。他寫的書《論磁鐵、磁性物體和大磁鐵》對后人的研究起了重大作用。他在著作中首次使用“電”的名稱[1-2]。稱這種神秘的吸引力為“electricity”這就是英文的“電”。它來源于希臘文的”elektra”，本意是“琥珀”[3]。

1745年，荷蘭萊頓大學(xué)物理教授穆欣·布羅克發(fā)明了萊頓瓶，使得人類首次能將電用人工方式儲存起來。1734年，法國人杜法伊發(fā)現(xiàn)了摩擦生電，而富蘭克林卻認(rèn)為：電的本質(zhì)只有一種。他根據(jù)實驗提出了著名的電荷守恒原理，就是在任何一種絕緣體系中，總電量是一定的，富蘭克林因此成為電學(xué)史上第一個正確闡述電的性質(zhì)的人。而大家耳熟能詳?shù)墓适戮褪?752年7月的富蘭克林在費城實施的風(fēng)箏實驗。從而證明了閃電確實是一種放電現(xiàn)象[4]。

1785年，查利·庫侖發(fā)表了著名的“庫侖定律”。這是電學(xué)發(fā)展史上的一塊重要的里程碑，它使電學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段，電荷的單位“庫侖”就是以他的姓氏命名的。

1800年，意大利的伏打發(fā)明世界上第一個電池—伏打電堆，宣告靜電時代的結(jié)束。

1.2 電磁學(xué)的開端

1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，第一次揭示出電和磁的密切聯(lián)系。這是電學(xué)史的一個又一個里程碑。1831年邁克爾·法拉第首次發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，提出電磁感應(yīng)學(xué)說，發(fā)現(xiàn)電場與磁場的聯(lián)系。1825年安培提出安培環(huán)路定律。創(chuàng)造了“電流”這個名詞，又將正電流動的方向定為電流的方向。今天電流的國際單位就以安培命名[5]。

1826年，歐姆發(fā)現(xiàn)了電學(xué)上的一個重要定律—歐姆定律，這是他最大的貢獻(xiàn)。當(dāng)時，人們對電流強(qiáng)度、電壓、電阻等概念都還不大清楚，特別是電阻的概念還沒有。歐姆獨創(chuàng)地運用庫侖的方法制造了電流扭力秤，用來測量電流強(qiáng)度，引入和定義了電動勢、電流強(qiáng)度和電阻的精確概念。

1.3 麥克斯韋與電磁場理論

在自然科學(xué)史上，只有當(dāng)某一種科學(xué)達(dá)到了高峰，才可能用數(shù)學(xué)表示成定律形式。麥克斯韋在《論物理學(xué)的力線》中，預(yù)見了電磁波的存在。他指出，既然交變的電場會產(chǎn)生交變的磁場，交變的磁場又會產(chǎn)生交變的電場，那么，這種交變的電磁場就會用波的形式向空間散布開去[6]。

1873年麥克斯韋的《電磁學(xué)通論》問世。這是一部電磁理論的經(jīng)典著作，該書系統(tǒng)地總結(jié)了19世紀(jì)中葉前后，庫侖、安培、奧斯特、法拉第和他本人對電磁現(xiàn)象的研究成果，建立了完整的電磁理論。這部巨著的重大意義，完全可以同牛頓的《數(shù)學(xué)原理》(力學(xué))和達(dá)爾文的《物種起源》(生物學(xué))相比較，它也是人類智慧的結(jié)晶。

2 電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展的黃金時代

2.1 赫茲與電磁波

1888年德國科學(xué)家赫茲通過試驗發(fā)現(xiàn)了人們懷疑和期待已久的電磁波。麥克斯韋天才的預(yù)言，在26年以后終于被同樣是天才的實驗證實了。由法拉第開創(chuàng)、麥克斯韋總結(jié)的電磁理論，到這時候才取得了決定性的勝利。赫茲被譽(yù)為無線電通訊的先驅(qū)，后人為了紀(jì)念他，把頻率的單位定為赫茲(Hz)。電磁波的發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生的巨大影響，連赫茲本人也沒有料到。1887年，傳奇人物尼古拉·特斯拉發(fā)明了交流電動機(jī)。1889年，特斯拉在美國哥倫比亞實現(xiàn)了從科羅拉多斯普林斯至紐約的高壓輸電實驗。從此，交流電開始進(jìn)入實用階段。

2.2 現(xiàn)代電子技術(shù)的爆發(fā)期

19世紀(jì)末、20世紀(jì)初是現(xiàn)代電子技術(shù)的爆發(fā)期，科學(xué)家和電氣工程師們先后發(fā)明了電子管、晶體管和集成電路，為現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)，也為計算機(jī)的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)。

1904年，美國科學(xué)家弗萊明在研究“愛迪生效應(yīng)”的基礎(chǔ)上，發(fā)明了真空二極管。1906年美國科學(xué)家德福雷斯特發(fā)明真空三極管。由于三極管的放大功能，出現(xiàn)了很多新型的電子電路，比如電子管振蕩器、混頻電路、放大器、多諧振蕩器、雙穩(wěn)觸發(fā)器等，并且最后改變了早期通信機(jī)的制式。

1947年貝爾實驗室的肖克利、布拉頓、巴丁創(chuàng)造出了世界上第一只半導(dǎo)體放大器件——晶體管，現(xiàn)代電子工業(yè)進(jìn)入了第二代。

2.3 集成電路的出現(xiàn)

1958年美國德克薩斯公司制成了世界上第一個半導(dǎo)體集成電路，宣告了集成電子技術(shù)時代的到來。進(jìn)入20世紀(jì)60年代，微電子技術(shù)發(fā)展迅猛，1967年第四代電子器件—大規(guī)模集成電路問世，在這種單塊硅片上包含著一千個以上的晶體管和元件。1977年，誕生了第五代電子器件—超大規(guī)模集成電路，在單片鈕扣大小的硅片上包含了十萬個以上的晶體管和元件，集成電路在短短的三十年間，經(jīng)歷了小規(guī)模，中規(guī)模、大規(guī)模、超大規(guī)模乃至甚大規(guī)模幾個階段。

3 信息時代的到來

1945年，在美國賓夕法尼亞大學(xué)，由莫奇利與?？颂刂鞒盅兄频牡谝慌_通用數(shù)字電子計算機(jī)—埃尼阿克(ENIAC)問世，標(biāo)志著人類計算工具歷史性的變革，人類從此進(jìn)入了信息革命新時代。1951年，由馮·諾伊曼主持，使用輸入裝置、運算器、存貯器、邏輯控制裝置、輸出裝置等現(xiàn)代計算機(jī)結(jié)構(gòu)與二進(jìn)制方式儲存數(shù)據(jù)的現(xiàn)代計算機(jī)EDVAC問世。標(biāo)志著一個新的時代的開端，直到今天，仍然采用EDVAC的結(jié)構(gòu)原理，但今天的一臺普通的智能手機(jī)，其性能都要比當(dāng)年阿波羅登月計劃的計算機(jī)強(qiáng)大得多。

1971年1月，英特爾公司制造出了一個能實際使用的微處理器“4004”芯片，它是世界上第一臺真正的微處理器。它的問世還表明“一個集成電子學(xué)新紀(jì)元的到來—人們能把一個可編型程序控制計算器放在一塊半導(dǎo)體芯片上了”。從此以后在“4004”芯片的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展出了今天的“8008”，“8080”，“8086”，“80286”“80386”，“80486”，“Pentium 1-2-3-4”，“Celeron”，“Core”等一系列微處理器芯片。

進(jìn)入21世紀(jì)后，在互聯(lián)網(wǎng)與個人計算機(jī)的推動下，各種電子信息技術(shù)逐漸融入了我們的生活方方面面，微軟、蘋果、英特爾等公司成為每個創(chuàng)業(yè)者向往的目標(biāo)，現(xiàn)代高新電子、材料、計算機(jī)等技術(shù)的工程奇跡不斷激勵著國人。

[1] 羅斯特基.美國電學(xué)--電子學(xué)二百年發(fā)展史[M].北京:科學(xué)出版社,1981.

[2] 山啟民.基礎(chǔ)電學(xué)與電子學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1981.

[3] 應(yīng)國良,馬立新.一種對計算機(jī)發(fā)展史展開研究的策略[J].中國教育信息化,2010(7):15-16.

[4] 劉瑞挺.充滿創(chuàng)新火花的計算機(jī)發(fā)展史[J].計算機(jī)教育,2009(5):129-130.

[5] 曾清平,王勇.《電磁學(xué)發(fā)展史》評介[J].物理,1998(2):79-83.

[6] 楊方,鄧銘輝.電子信息工程導(dǎo)論[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2014.

Development of Electronic Science and Technology

ZHOU Jiangdi1,DUAN Yongxi2,ZHANG Wei3

(1.Affiliated Middle School，Xi'an Jiao Tong University,Xi'an 710048,China;2.Affiliated Middle School，Northwestern Polytechnical University,Xi'an 710068,China;3.School of Communication Engineering, Xidian University,Xi'an 710071,China)

The modern society has entered the information age, electronic science and technology contributed, this chapter also has milepost significance of Electronic Science and technology in the development process of the sequence of events, as well as the significance of the results of previous studies on the development of electronic technology, in order to inspire future generations of Xi Xianxian to seek truth and make unremitting efforts to enhance the spirit of future generations the pursuit of knowledge, the pursuit of truth, determination and motivation.

electronic information technology;computer technology;history of scientific development

2016- 11- 07

張偉(1990-)，男，碩士研究生。研究方向：電子信息技術(shù)。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.03.052

TP712

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1007-7820(2017)03-189-02