課程名稱學科前沿
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理學院學科前沿課程研究報告
21世紀，隨著現代科學技術的飛速發展，人類歷史即將進入乙個嶄新的時代──資訊時代。其鮮明的時代特徵是，支撐這個時代的諸如能源、交通、材料和資訊等基礎產業均將得到高度發展，並能充分滿足社會發展及人民生活的多方面需求。
根據對國內外電子科學與技術行業的現狀和發展趨勢分析，美國、西歐、日本、南韓、台灣地區的電子科學與技術產業已經步入上公升軌道。中國隨著市場開放和外資的不斷湧入，電子科學與技術產業開始煥發活力。中國「十一五」規劃的建議書將資訊產業列入重點扶植產業之一，中**事和航天事業的蓬勃發展也必然帶動電子科學與技術行業的發展和內需。
中國電子科學與技術產業將有乙個明顯的發展空間，高科技含量的自主研發的產品將進入市場，形成自主研發和來料加工共存的局面；中國大、中、小企業的分布和產品結構趨於合理，出口產品將穩步增加；高技術含量產品將向民用化發展，必然促進產品的內需和產量。
一、電子資訊科學學科領域的技術
電子資訊科學學科領域的技術包括：微電子技術、嵌入式系統技術、計算機控制技術、通訊技術、感測器技術等。
二、電子科學學科領域各技術的現狀分析
1、微電子技術現狀分析
微電子技術一般是指以積體電路技術為代表，製造和使用微小型電子元器件和電路，實現電子系統功能新型技術，主要涉及研究積體電路的設計、製造、封裝相關的技術與工藝。由於實現資訊化的網路、計算機和各種電子裝置的基礎是積體電路，因此微電子技術是電子資訊科技的核心技術和戰略性技術，是資訊社會的基石。
微電子技術相關行業主要是積體電路行業和半導體製造行業，它們既是技術密集型產業，又是投資密集型產業，是電子工業中的重工業。與積體電路應用相關的主要行業有：計算機及其外設、家用電器及民用電子產品、通訊器材、工業自動化裝置、國防軍事、醫療儀器等。
1）國際情況：微電子工業發展的主導國家是美國和日本，發達國家和地區有南韓和西歐。從技術層面上考慮，積體電路製造技術的發展經歷了6個階段：
小規模積體電路（ssi）(2023年)、中規模積體電路（msi）(2023年)、大規模積體電路（lsi）(2023年)、超大規模積體電路（vlsi）(2023年)、特大規模積體電路（ulsi）(2023年)和巨大規模積體電路（gsi）2023年。
2）國內情況：中國微電子技術產業現狀分為大陸和台灣地區。中國台灣地區，90年代半導體工業進入迅猛發展時期，1991—2023年間其工業規模年均增長率高達32%。
已經成為世界半導體製造中心和國際上主要的晶元**地。特別是在半導體晶元生產方面，其產量佔全世界晶元產量的20%。中國內地，積體電路起步於2023年。
但在之後30年間發展緩慢，與世界發達國家和地區的差距愈拉愈遠。到了「九五」計畫期間，國家加大投資,才拉開了新世紀中國內地加速發展微電子產業的序幕。通過啟動「909工程」，成功建成25條晶元製造線。
中國積體電路市場持續快速增長。2023年中國積體電路產量為96.3億元，產值達到1470億元，比2023年增長22.
5%。巨大的市場吸引國際知名積體電路企業紛紛來華投資。
2、嵌入式系統技術現狀分析
隨著資訊化，智慧型化，網路化的發展，嵌入式系統技術也將獲得廣闊的發展空間。美國著名未來學家尼葛洛龐帝99年1月訪華時預言，4～5年後嵌入式智慧型（電腦) 工具將是pc和網際網路之後最偉大的發明。我國著名嵌入式系統專家沈緒榜院士98年11月在武漢全國第11次微機學術交流會上發表的《計算機的發展與技術》一文中，對未來10年以嵌入
式晶元為基礎的計算機工業進行了科學的闡述和展望。2023年世界電子產品產值已超過12000億美元，2023年達到13000億美元，預計2023年，銷售額將達18000億美元。
進入20世紀90年代，嵌入式技術全面展開，目前已成為通訊和消費類產品的共同發展方向。在通訊領域，數字技術正在全面取代模擬技術。在廣播電視領域，美國已開始由模擬電視向數碼電視轉變，歐洲的dvb（數字電視廣播）技術已在全球大多數國家推廣。
數字音訊廣播（dab）也已進入商品化試播階段。而軟體、積體電路和新型元器件在產業發展中的作用日益重要。所有上述產品中，都離不開嵌入式系統技術。
前途無可計量的維納斯計畫生產機頂盒，核心技術就是採用32位以上晶元級的嵌入式技術。在個人領域中，嵌入式產品將主要是個人商用，作為個人移動的資料處理和通訊軟體。由於嵌入式裝置具有自然的人機互動介面，gui螢幕為中心的多**介面給人很大的親和力。
手寫文字輸入、語音撥號上網、收發電子郵件以及彩色圖形、影象已取得初步成效。
目前一些先進的pda在顯示螢幕上已實現漢字寫入、短訊息語音發布，日用範圍也將日益廣闊。對於企業專用解決方案，如物流管理、條碼掃瞄、移動資訊採集等，這種小型手持嵌入式系統將發揮巨大的作用。自動控制領域，不僅可以用於atm機，自動售貨機，工業控制等專用裝置，和移動通訊裝置結合、***、娛樂相結合，嵌入式系統同樣可以發揮巨大的作用。
近期長虹推出的adsl產品，結合網路，控制，資訊，這種智慧型化，網路化將是家電發展的新趨勢。
硬體方面，不僅有各大公司的微處理器晶元，還有用於學習和研發的各種配套開發包。目前低層系統和硬體平台經過若干年的研究，已經相對比較成熟，實現各種功能的晶元應有盡有。而且巨大的市場需求給我們提供了學習研發的資金和技術力量。
從軟體方面講，也有相當部分的成熟軟體系統。國外商品化的嵌入式實時作業系統，已進入我國市場的有windriver、microsoft、qnx和nuclear等產品。我國自主開發的嵌入式系統軟體產品如科銀(coretek)公司的嵌入式軟體開發平台deltasystem，中科院推出的hopen嵌入式作業系統（雖然還不夠完善）。
同時由於是研究熱點，所以我們可以在網上找到各種各樣的免費資源，從各大廠商的開發文件，到各種驅動，程式源**，甚至很多廠商還提供微處理器的樣片。這對於我們從事這方面的研發，無疑是個資源寶庫。對於軟體設計來說，不管是上手還是進一步開發，都相對來說比較容易。
這就使得很多生手能夠比較快的進入研究狀態，利於發揮大家的積極創造性。
今天嵌入式系統帶來的工業年產值已超過了1萬億美元，2023年來自美國嵌入式系統大會(embedded system conference)的報告指出，未來5年僅基於嵌入式計算機系統的全數碼電視產品，就將在美國產生乙個每年1500億美元的新市場。美國汽車大王福特公司的高階經理也曾宣稱，「福特**的『計算能力』已超過了ibm」，由此可以想見嵌入式計算機工業的規模和廣度。2023年11月在美國加州舉行的嵌入式系統大會上，基於rtos的embedded inter***成為乙個技術新熱點。
在國內，「維納斯計畫」和「女鍋計畫」一度鬧得沸沸揚揚，機頂盒、資訊j家電這兩年更成了it熱點，而實際上這些都是嵌入式系統在特定環境下的乙個特定應用。據調查，目前國際上已有兩百多種嵌入式作業系統，而各種各樣的開發工具、應用於嵌入式開發的儀器裝置更是不可勝數。在國內，雖然嵌入式應用、開發很廣，但該領域卻幾乎還是空白，只有三兩家公司和極少數人員在從事這方面工作。
由此可見，嵌入式系統技術發展的空間真是無比廣大。
3、感測器技術現狀分析
感測器技術是現代科技的前沿技術,是製造業自動化和資訊化的基礎，國外已經得到迅速發展。隨著國內工業自動化、資訊化和國防現代化的發展, 感測器的年需求量持續增長。由於國內感測器技術的創新和新產品開發能力落後於國外先進水平, 制約了工業自動化和資訊化技術的發展。
4、計算機控制技術現狀分析
計算機控制就是用計算機對乙個動態物件或過程進行控制。在計算機控制系統中，用計算機代替自動控制系統中的常規控制裝置，對動態系統進行調節和控制，這是對自動控制系統所使用的技術裝備的一種革新。這一革新，改變了自動控制系統的結構，也導致對這類系統的分析和設計發生較多的變化。
在初步介紹計算機控制系統之後，分別介紹計算機控制技術的特點和基本設計過程。
隨著計算機技術的發展，計算機控制越來越深入地滲透於生產之中。因此，設計乙個效能良好的計算機控制系統是非常重要的。計算機控制系統包括硬體、軟體和控制演算法3 個方面，乙個完整的設計還需要考慮系統的抗干擾性能，使系統能長期有效地執行。
在綜述部分對計算機控制技術的發展方向進行展望。近年來我國在控制規律、控制方案、實施技術以及大規模的集中控制方面，有一定數量的成功典型，經濟效益也比較顯著。近年來，還開始運用數學模型方法，**和推廣現代控制理論在化工過程控制中的應用，結合微型計算機的推廣應用，不少專案開展了計算機控制和排程管理的研究，使生產的技術水平和經濟效益都有較大的提高
5、通訊技術現狀分析
隨著經濟社會的發展、科學技術的進步以及法制建設的不斷完善,通訊技術得到了迅速的發展,但在發展的過程中,也出現了一系列問題,遇到了很多的障礙,很重要的障礙就是技術上的問題,目前我國正逐漸進入3g時代,通訊技術在我國取得了令全球矚目的快速發展。
如今,通訊技術隨著科技的發展取得了出色的成績,這一應用已深入到人們生活和工作的各個方面,包括日常使用的手機、無線**等,其中3g、wlan、uwb、藍芽、寬頻衛星系統、數碼電視都是21世紀最熱門的無線通訊技術的應用。移動通訊技術在中國從第一代發展到***的移動資料、移動計算及移動多**運作的移動通訊技術。所有技術的發展都不可能在一夜之間實現，從到第４代，需要不斷演進，而且這些技術可以同時存在。
４ｇ是３ｇ技術的進一步演化，是在傳統通訊網路和技術的基礎上不斷提高無線通訊的網路效率和功能。同時，它包含的不僅僅是一項技術，而是多種技術的融合。不僅僅包括傳統移動通訊領域的技術，還包括寬頻無線接入領域的新技術及廣播電視領域的技術。
三、電子科學學科領域各技術的發展趨勢
1、微電子技術的發展趨勢
21 世紀的微電子技術將從目前的3g 時代逐步發展到3t 時代，即儲存量由gb 發展到tb，積體電路中器件的速度由ghz 發展到thz，資料傳輸速率由gbps 發展到tbps。以矽基cmos 電路為主流工藝，21 世紀矽微電子技術的發展趨勢主要體現在三方面: 一是繼續增大晶圓尺寸和縮小器件的特徵尺寸。
發達國家和地區正在向奈米階段進軍。二是積體電路( ic) 將發展成為系統整合晶元( soc) 。soc進一步發展，可以將各種物理的、化學的和生物的敏感器和執行器與資訊處理系統整合在一起，從而完成從資訊獲取、處理、儲存、傳輸到執行的系統功能，這是乙個更廣義上的系統整合晶元。
soc 是微電子設計領域的一場革命，21 世紀將是soc 技術真正快速發展的時期。三是微電子技術與其它學科相結合。典型例子是微機電系統技術( mems) 和生物晶元［2］。
前者是微電子技術與機械、材料、感測器等多學科交叉產生的，後者則是與生物工程技術結合的產物。21 世紀人類將全面進入資訊化社會，對微電子資訊科技將不斷提出更高的發展要求，微電子技術仍將繼續是21世紀中最為重要的和最有活力的高科技領域之一。
2、嵌入式系統技術發展趨勢
資訊時代，數字時代使得嵌入式產品獲得了巨大的發展契機，為嵌入式市場展現了美好的前景，同時也對嵌入式生產廠商提出了新的挑戰，從中我們可以看出未來嵌入式系統的幾大發展趨勢：
1)嵌入式開發是一項系統工程，因此要求嵌入式系統廠商不僅要提供嵌入式軟硬體系統本身，同時還需要提供強大的硬體開發工具和軟體包支援。
目前很多廠商已經充分考慮到這一點，在主推系統的同時，將開發環境也作為重點推廣。比如三星在推廣arm7，arm9晶元的同時還提供開發板及支援包（bsp），而windowce在主推系統時也提供embedded vc++作為開發工具，還有vxworks的tonado開發環境，deltaos的limda編譯環境等等都是這一趨勢的典型體現。當然，這也是市場競爭的結果。
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