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数字技术的发展历程

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  众所周知,如今人类已经进入了数字化时代。在现代应用非常广泛的电子信息系统领域内,处处离不开处理离散信息的数字电路。如所有的数字计算机、先进的通信系统、工业控制系统、交通控制系统及洗衣机、电视机等,无一不在设计过程中用到电子技术。

  由于数字电路具有高稳定性、高可靠性、可编程性、易于设计、经济性等众多优点,其应用越来越广泛。现代电子工程中愈来愈多的模拟信息已被数字信号所取代。例如,视频图像,声音由原来的模拟磁带存储变成现在的光盘存储;交通灯控制器、汽车化油器控制装置由以前的机电控制变成了现在的微处理器控制。

  1946年诞生了世界上第一台电子计算机,这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比,起了质的飞跃,为人类进入信息社会奠定了基础。实际上数字系统的历史可追溯到17世纪,1624年Blaise Pascal 设计了一台机械的数值加法器,在1671年,德国数学家Gorge Boole 发明了一台可进行乘法与除法的机器。19世纪用于计算航行时间表的计算机问世。20世纪30 年代,贝尔实验室的Claude Shannon 提出了现在用于数字逻辑设计的现代交换代数。随着电子学的发展,从1947年半导体三极管的发明及真空管的诞生,到20世纪60年代集成电路的发明,都推动了数字逻辑和计算机的发展。现代电子系统从1946年的计算机经典体系结构,20世纪70年代初英特尔设计出第一个微处理器,到现在最新一代的超级计算机,数字系统正以惊人的速度发展。

  数字系统设计可以看做是一种层次结构。由最底层的基本电路开始,逐级向上,每级都显示更复杂的功能单元。简单的数字层次由低到高可分为五级,分别是:元件级,第一IC级(SSI),第二IC 级(MSI和LSI)、第三IC级(VLSI)和复杂系统级。其中IC是指集成电路,也就是单个硅片上一个或多个门电路的集合体。元件级包含各种电子元件,如晶体管,三极管,电阻等。基本电路由单独的元件组成,能执行特定功能。第一IC级是小规模集成电路,为与门等简单的逻辑功能单元。第二IC级是中规模集成电路和大规模集成电路,包含加法器、乘法器等逻辑功能单元。第三IC 级是超大规模集成电路,实现更为复杂的逻辑功能,如微处理器。第五级是以第二至第四级为功能部件,实现复杂的逻辑功能,如片上系统。

  数字电路具有广阔的发展前景。基于PC机的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点,将有越来越多的厂家采用PC机作为前端机,来处理人机界面、编程、联网通信等问题。PC机所具有的友好的人机界面,将普及到所有的数控系统。远程通讯,远程诊断和维修将更加普遍,并向高速化和高精度化发展 。随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展,数控系统的智能化程度将不断提高。

  

  

  

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