本書可作為電子信息類專業(yè)導(dǎo)論課程的教材。作者從身邊感性事物“智能手機(jī)”入手，介紹移動(dòng)通信、集成電路、計(jì)算之芯、信息存儲(chǔ)、數(shù)碼影像、人機(jī)交互、移動(dòng)互聯(lián)、移動(dòng)應(yīng)用八個(gè)方面的專業(yè)知識(shí)。通過追溯科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的演變歷史，穿插人物故事、創(chuàng)業(yè)案例，將電子信息的專業(yè)內(nèi)涵蘊(yùn)藏其中，使讀者不僅能了解專業(yè)技術(shù)，還能體會(huì)到工程師的能力與態(tài)度，甚至科學(xué)家與企業(yè)家的精神。展望未來，將智能手機(jī)與5G/6G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、集成電路、無人駕駛等核心技術(shù)與前沿產(chǎn)業(yè)緊密聯(lián)系起來，彰顯電子信息類專業(yè)發(fā)展的無限可能性。 選擇智能手機(jī)，不只是由于其產(chǎn)業(yè)重要性、社會(huì)普及性、技術(shù)綜合性，而且同學(xué)們已經(jīng)具有長(zhǎng)期使用經(jīng)驗(yàn)，由此追尋背后的科學(xué)原理、工程技術(shù)、人文藝術(shù)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，容易激發(fā)大家的學(xué)習(xí)興趣，符合認(rèn)知規(guī)律和教育原理。
張有光，現(xiàn)任北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，北京市教學(xué)名師，校教師教學(xué)培訓(xùn)專家組組長(zhǎng)、校青年教師基本功比賽總教練，士諤書院學(xué)業(yè)總導(dǎo)師，工信部研究型教學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。
目 錄
第1章 移動(dòng)通信 1
1.1 移動(dòng)通信的早期歷史 2
1.1.1 通信的早期歷史：有線電報(bào)與電話 2
1.1.2 給信息插上翅膀：無線電通信技術(shù) 3
1.1.3 通信的數(shù)學(xué)理論：香農(nóng)及其信息論 4
1.2 第一代移動(dòng)通信：移動(dòng)通信探索時(shí)代 5
1.2.1 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的誕生 5
1.2.2 模擬信號(hào)與模擬通信系統(tǒng) 7
1.2.3 移動(dòng)通信的骨和肉：基站與頻譜資源 8
1.2.4 模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)：頻分多址（FDMA） 10
1.3 第二代移動(dòng)通信：長(zhǎng)江后浪推前浪 10
1.3.1 數(shù)字時(shí)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(dòng)通信：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)嶄露頭角 15
1.4.1 CDMA技術(shù)、波束賦形及其智能天線 16
1.4.2 TD-SCDMA：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)開始登上舞臺(tái) 18
1.4.3 智能手機(jī)：推動(dòng)3G業(yè)務(wù)快速發(fā)展 20
1.5 第四代移動(dòng)通信：中國(guó)與歐盟并駕齊驅(qū) 22
1.5.1 OFDM技術(shù)：似曾相識(shí)燕歸來 23
1.5.2 MIMO技術(shù)：柳暗花明又一村 24
1.5.3 4G時(shí)代：中國(guó)企業(yè)的群體突破 25
1.6 第五代移動(dòng)通信：中國(guó)企業(yè)開始領(lǐng)跑 26
1.6.1 5G的三大應(yīng)用場(chǎng)景與性能指標(biāo) 26
1.6.2 5G關(guān)鍵技術(shù)：無線、編碼與網(wǎng)絡(luò) 29
1.6.3 5G標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)業(yè)：突顯中國(guó)的力量 33
1.7 總結(jié)與展望 36
思考題 37
參考文獻(xiàn) 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(shí)代的來臨 40
2.1.3 晶體管誕生：信息時(shí)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(jìn) 52
2.3.2 集成電路的制造設(shè)備 59
2.3.3 集成電路的工藝流程 63
2.4 集成電路設(shè)計(jì)與EDA 65
2.4.1 集成電路設(shè)計(jì)流程與設(shè)計(jì)自動(dòng)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(jí)芯片SoC：軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)的IP模式 72
2.5.4 集成電路的封裝與測(cè)試 72
2.5.5 集成電路產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 73
2.6 總結(jié)與展望 74
思考題 75
參考文獻(xiàn) 76
第3章 計(jì)算之芯 77
3.1 圖靈、馮·諾依曼與大型計(jì)算機(jī) 78
3.1.1 圖靈與邏輯計(jì)算原型：圖靈機(jī) 78
3.1.2 ENIAC與馮·諾依曼計(jì)算體系架構(gòu) 80
3.1.3 大型計(jì)算機(jī)與IBM System/360 83
3.2 個(gè)人計(jì)算機(jī)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(jī)的普及 90
3.2.5 Wintel商業(yè)生態(tài)的形成 91
3.3 計(jì)算體系架構(gòu)與指令集 92
3.3.1 英特爾的第一個(gè)X86體系 93
3.3.2 融合GPU的CPU系列產(chǎn)品 94
3.3.3 復(fù)雜指令集與精簡(jiǎn)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(quán) 97
3.3.6 ARM搭上智能手機(jī)的快車 98
3.3.7 ARM的挑戰(zhàn)與RISC-V的機(jī)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(dòng)處理器與人工智能 107
3.6.1 人工智能簡(jiǎn)介 107
3.6.2 華為麒麟與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器 108
3.6.3 蘋果處理器與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎 109
3.6.4 高通驍龍與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理引擎 110
3.7 非馮·諾依曼架構(gòu) 110
3.7.1 存算一體技術(shù) 110
3.7.2 類腦計(jì)算技術(shù) 110
3.8 總結(jié)與展望 111
思考題 112
參考文獻(xiàn) 113
第4章 信息存儲(chǔ) 114
4.1 機(jī)械硬盤發(fā)展簡(jiǎn)史 115
4.1.1 機(jī)械硬盤的誕生與IBM 350 115
4.1.2 溫徹斯特技術(shù)與PC硬盤 116
4.1.3 硬盤的快速發(fā)展與GMR技術(shù) 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(jiǎn)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(yīng)用：優(yōu)盤的發(fā)明 126
4.2.4 閃存大規(guī)模應(yīng)用：固態(tài)硬盤 126
4.2.5 大容量閃存：MLC與3D NAND 127
4.2.6 長(zhǎng)江存儲(chǔ)與閃存國(guó)產(chǎn)化之路 129
4.3 計(jì)算機(jī)內(nèi)存：SRAM與DRAM 130
4.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)體系架構(gòu) 130
4.3.2 登納德與動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的發(fā)明 132
4.3.3 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的快速發(fā)展之路 134
4.3.4 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的大容量化方法 135
4.4 憶阻器與阻變式隨機(jī)存儲(chǔ)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(jī)存儲(chǔ)器：非易失性 139
4.4.4 憶阻器與存內(nèi)計(jì)算、類腦計(jì)算 139
4.5 自旋電子與磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器 140
4.5.1 巨磁阻效應(yīng)與自旋電子學(xué)的誕生 140
4.5.2 隧穿磁阻效應(yīng)與磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器 141
4.5.3 自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器 143
4.5.4 自旋軌道矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器 145
4.6 總結(jié)與展望 148
思考題 149
參考文獻(xiàn) 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(jié)構(gòu) 152
5.1.2 數(shù)碼攝影與智能手機(jī) 154
5.1.3 多攝：量變引發(fā)質(zhì)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(tái)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(hào)處理 163
5.2.4 數(shù)碼影像自動(dòng)化核心：AI智能處理技術(shù) 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(xué) 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(zhuǎn)移：韓國(guó)的反周期投資 173
5.3.5 TFT-LCD產(chǎn)業(yè)再轉(zhuǎn)移：中國(guó)的超越之路 174
5.4 有機(jī)發(fā)光二極管（OLED） 177
5.4.1 OLED的發(fā)明與鄧青云的貢獻(xiàn) 177
5.4.2 OLED產(chǎn)業(yè)化：韓國(guó)發(fā)展歷程 179
5.4.3 OLED產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移：中國(guó)趕超之路 180
5.4.4 MicroLED與顯示技術(shù)的未來 181
5.5 總結(jié)與展望 182
思考題 183
參考文獻(xiàn) 184
第6章 人機(jī)交互 185
6.1 圖形交互：計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)普及的基石 186
6.1.1 鼠標(biāo)與圖形用戶界面的首秀：在線系統(tǒng)（NLS） 186
6.1.2 鼠標(biāo)與圖形用戶界面的雛形：施樂Alto 188
6.1.3 鼠標(biāo)與圖形用戶界面的商用：蘋果Macintosh 190
6.1.4 鼠標(biāo)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(jī)的人機(jī)交互瓶頸 195
6.2.1 按鍵交互：智能手機(jī)發(fā)展中的最大瓶頸 195
6.2.2 多點(diǎn)觸控：從概念原型走向觸摸屏系統(tǒng) 196
6.2.3 觸控交互：蘋果首款智能手機(jī)的最大亮點(diǎn) 199
6.2.4 觸控交互的應(yīng)用：安卓、小米、華為的UI設(shè)計(jì) 201
6.3 人機(jī)交互：功不可沒的傳感器 204
6.3.1 傳感器原理與微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS） 204
6.3.2 加速度傳感器：測(cè)量手機(jī)運(yùn)動(dòng) 206
6.3.3 角速度傳感器：測(cè)量手機(jī)姿態(tài) 207
6.3.4 方位傳感器：感知手機(jī)方位 207
6.3.5 環(huán)境傳感器：感知距離與光強(qiáng) 208
6.4 自然交互：人機(jī)融合與人工智能 209
6.4.1 指紋識(shí)別：最經(jīng)典的生物特征識(shí)別 209
6.4.2 人臉識(shí)別：相面就能確認(rèn)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(shì)交互：與智能手機(jī)也能打啞謎 212
6.4.5 人工智能：讓機(jī)器來理解你的想法 213
6.5 總結(jié)與展望 214
思考題 215
參考文獻(xiàn) 216
第7章 移動(dòng)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(gòu)想走向現(xiàn)實(shí) 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(zhēng)：微軟和網(wǎng)景的世紀(jì)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(shí)代的互聯(lián)網(wǎng)霸主 228
7.2.2 電子商務(wù)：挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的商業(yè)模式 231
7.2.3 社交網(wǎng)絡(luò)：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(luò) 238
7.3.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：互聯(lián)網(wǎng)的交通規(guī)則 238
7.3.2 路由技術(shù)：架起互聯(lián)網(wǎng)的橋梁 239
7.3.3 光纖通信：鋪設(shè)信息高速公路 241
7.4 互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展新趨勢(shì) 242
7.4.1 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)：隨時(shí)隨地在線 242
7.4.2 云計(jì)算：虛擬資源按需供應(yīng) 244
7.4.3 大數(shù)據(jù)：挖掘其內(nèi)在的價(jià)值 246
7.4.4 數(shù)據(jù)智能：自動(dòng)化與精準(zhǔn)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(jié)與展望 249
思考題 250
參考文獻(xiàn) 250
第8章 應(yīng)用軟件 252
8.1 App Store與移動(dòng)應(yīng)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(dòng)應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng) 257
8.1.4 蘋果移動(dòng)應(yīng)用生態(tài)面臨的挑戰(zhàn) 259
8.2 移動(dòng)應(yīng)用：類平臺(tái)化發(fā)展戰(zhàn)略 260
8.2.1 圖片社交：Instagram 260
8.2.2 超級(jí)應(yīng)用：騰訊微信 263
8.2.3 電商平臺(tái)：手機(jī)淘寶 266
8.3 幕后英雄：智能手機(jī)操作系統(tǒng) 267
8.3.1 智能手機(jī)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(dòng)替代：移動(dòng)應(yīng)用豐富生活 274
8.4.1 從游戲機(jī)轉(zhuǎn)向手機(jī)游戲 274
8.4.2 被裝進(jìn)口袋里的工具箱 276
8.4.3 移動(dòng)新聞與個(gè)性化推薦 278
8.4.4 移動(dòng)社交與短視頻 279
8.4.5 移動(dòng)中的智能精準(zhǔn)服務(wù) 281
8.5 總結(jié)與展望 283
思考題 284
參考文獻(xiàn) 284
第9章 培養(yǎng)體系 286
9.1 數(shù)理基礎(chǔ) 288
9.1.1 數(shù)學(xué)的意義 288
9.1.2 分析數(shù)學(xué) 289
9.1.3 高等代數(shù) 290
9.1.4 隨機(jī)數(shù)學(xué) 291
9.1.5 基礎(chǔ)物理 293
9.2 專業(yè)基礎(chǔ) 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(chǎng)與微波技術(shù) 297
9.3 教學(xué)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(xué)方法改革 301
9.4 綜合實(shí)驗(yàn) 302
9.4.1 電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)訓(xùn)練 303
9.4.2 單片機(jī)基礎(chǔ)訓(xùn)練 303
9.4.3 跨課程綜合設(shè)計(jì) 304
9.4.4 跨專業(yè)綜合實(shí)踐 305
9.5 科技實(shí)踐 305
9.5.1 走進(jìn)科研實(shí)驗(yàn)室 306
9.5.2 科研訓(xùn)練計(jì)劃 307
9.5.3 參加科技競(jìng)賽 308
9.6 總結(jié)與展望 309
思考題 310
參考文獻(xiàn) 311
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