电子信息科学与技术导引思维导图

U235981115

2023-06-01

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电子信息科学与技术导引

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思维导图大纲

第一讲电磁学与分析数学史概览

电磁学与分析数学发展史

磁学

磁生电

子主题 5

磁铁吸引金属

1600年，吉尔伯特发表《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》

司南、指南针等磁学应用

静电

1600年，盖利克发明了第一台摩擦起电机

十七世纪有限差分法和微积分的出现

格雷发现导体与绝缘体及静电感应

杜菲区分正负电

1745年-1746年，莱顿发明莱顿瓶

1754年，电流体假说

库仑定律

1777年，发现三角函数的正交性

动电

1800年，伏达发明电堆

毕奥萨法尔定律

安培定律

法拉第电磁感应现象

19世纪中叶电磁理论建立

1822年，傅里叶热传导理论

1865年，麦克斯韦全面阐述电磁场理论

1886年，赫兹证明电磁波存在

电磁学的广泛应用

电报、电灯、电话

交流输电系统

无线通信

电影机

信号处理理论和电子电路技术

理论

1921年，推出A/D，串行传输，D/A思想

1924年，发表采样理论

1948年，发表控制论、信息论，建立通信和滤波理论

近现代进展

1946年，研制出真空电子管计算机

1960年，发明红宝石激光器

1965年，发表FFT算法

现代电子科学技术发展

1975年，推出4004和8080处理器，微电脑问世

1981年，推出个人电脑PC

1990年，NSF net取代APRA net

电子科学技术的学科体系及与其他学科之间的关系

电子元器件，材料，电磁场理论，电子电力技术，信号与系统等多门学科交叉

应用

材料科学：分子级制造技术、纳米技术、量子物理技术工程化

生物科学：电子化人脑、人工智能

平行社会：仿真计算、实时模拟、新能源技术

第五讲程序与处理器

从算盘到ENIAC

人类早期计算工具

算盘

加法器

机械算盘

ENIAC工作原理

二进制加法

基本计算指令

基本计算指令集

指令集的指令

程序

计算机组成

通用计算机模型

图灵机

模拟人的计算

TAPE

HEAD

TABLE

状态寄存器

等价计算模型

寄存器机

递归函数

ENIAC的问题

冯诺依曼存储程序原理

冯诺依曼机器架构

指令集体系结构

指令集

指令集体系结构

指令类型

算术逻辑运算指令

流程控制指令

数据传送指令

指令格式

指令集体系结构的市场划分

ISA

程序和设计语言

专用通路

设计语言

什么是计算机程序

程序设计语言

处理器工作原理

数据通路

专用通路

设计语言

什么是计算机程序

程序设计语言

控制器

控制器与数据通路的关系

计算机执行程序的过程

性能问题

处理器性能公式

影响计算机性能因素

提高性能的常见手段

减小CPI值

减小T值

减小I值

提高计算机性能的途径

快速电路技术

更为先进的结构

三总线结构

专用通路结构

流水线

超流水线

快速电路技术

当流水线“流”不起来

原因

条件转移

指令之间依赖性

指令数据无法供应

对策

转移预测

转发乱序执行

Cache

小结

第六讲数据与算法

数据与数据处理技术的发展

数据定义

发展

信息社会的基本矛盾

数据模型和算法的概念

数学模型

算法

定义

算法是用于求解问题的方法

算法不能解决所有问题

算法举例

求60和24的最大公因子

求两个整数m和n的最大公因子

等数列求和

问题的抽象与建模

问题抽象化

路径规划

货币兑换

中文分词

四色定理

方法一般化

算法是问题的程序化解决方案

计算机算法

数值分析问题研究

数值算法

最小二乘拟合

数值问题的特性

面对的是连续量，变量取值是连续的

符合一定精度要求的近似解可能有无限多个

满足于得到符合精度要求的近似解

解的可靠性和精确性

数值算法面对的是来自科学和工程领域的实际问题，具有很长的历史

非数值算法

举例

旅行商问题，中文分词，地图着色问题

排序，查找，搜索引擎

特点

解空间可能很庞大，但是离散的

解的存在性，唯一性和最优性

算法评价

算法效率

正确性和稳定性

算法设计思想

蛮力法，分治法，变治法

动态规划，贪心算法，搜索算法，随机算法

算法优化技术：预构造，时空平衡，输入增强

数据和算法的关系

算法是处理数据的系统

数据是信息的载体，是算法处理的对象

信息必须依附于载体存在，从数据中获取信息

学习是知识重建的过程

数据和算法

数据是算法处理的对象，算法是处理数据的系统

需要跟根据数据的特性处理目标，选择和设计合适的算法

大数据

价值

成功案例

特点

多维度，完备性

无意识

大数据时代

展望

数据挖掘

机器与智能

提升搜索引擎的性能

未来图景

数据是最重要的资产

计算也是一种公共资源

人们使用算法处理数据获取知识，同时也被算法所规划和使用

第二讲电磁场与物质的相互作用

电磁场

场的定义

特点

麦克斯韦方程组和赫兹实验

描述电磁波的物理量

电磁场的量子理论

1900年，普朗克提出辐射能量量子概念

1924年，德布罗意提出实物粒子也有波动性

态叠加原理

物质

固态

晶体

类别

多晶

单晶

晶体结构的周期性

特征

规则的几何外形

固定的熔点

晶面角守恒

物理性的各向异性

非晶体

液态

气态

特殊物质

纳米材料

光子晶体

电磁场与物质的相互作用

共振作用

跃迁理论

氨分子微波量子振荡器

1960年，第一台红宝石固态激光器诞生

非共振作用

感应电偶极子

几何光学

波动光学

电磁场理论与电路理论

第三讲电路抽象

空间离散化

麦克斯韦方程

电磁场方程

结构方程

基尔霍夫定律

电路器件的连接

基尔霍夫定律-KVL和KCL

静场电路分析

KCL方程的抽象

子主题 6

KVL方程的抽象

电阻元件的抽象

电源元件的抽象

电阻电路抽象

非静场电路抽象

准静态条件和端口条件

非静场KCL方程抽象

非静场KVL方程抽象

动态电路抽象

电路元件抽象

电源、电阻、电容、电感

多端口元件：二端口电阻、电导、电容、电感

受控源元件

电路抽象三原则

离散化原则

极致化原则

限定性原则

分层抽象思想

分层抽象用于构造复杂系统

分析只需关注端口

设计可采用任意电路方案

电路基本问题

基本原理

基本元件

基本功能电路

基本分析方法

电路列写方法

子主题 7

等效电路法

戴维南诺顿等效

二端口网络等效

利用电路定理降低分析复杂度

电路方程求解

基本概念

系统属性

系统构造

信号处理

数字化抽象

为什么数字化

逻辑0，1电路实现

逻辑电平

数字抽象

逻辑运算和存储

信息是否受损

数字化趋势

第四讲比特与逻辑

比特与编码

普适性

统一性

结构性

紧凑性

鲁棒性

比特应用

称球难题

如何为编码寻求意义

子主题 6

逻辑是什么

逻辑小故事

子主题 7

布尔代数

基本布尔计算

命题与逻辑变量

联结词

布尔函数

逻辑的用法

逻辑最难题

利用工具求解

布尔运算与数值运算的关系

有布尔运算构建比特数值运算

逻辑与数字电路的关系

布尔函数

数字电路

组合逻辑电路

时序逻辑电路

第七讲通讯与网络

简介

基本概念

信息是信息论中的一个术语，常常把消息中有意义的内容成为信息

信息和消息的不同

通信系统

通信与网络

通信

有线通信

电缆

光纤

其他

无线通信

电磁波

可见光

其他

未来无线通信的发展发展方向

信息论、随机过程、通信与网络、通信信号处理、信号与系统

网络

认识各种网络

简单规划网络

复杂网络

电信网络

互联网

物联网

通信技术发展情况

通信系统模型

模拟通信系统模型

数字通信系统模型

调制和解调

数字调制技术

数字调制实例

传输质量

脉冲编码调制

通信理论

傅里叶变换

奈奎斯特采样定理

大数定理和概率的概念

中心极限定理-正态分布

贝叶斯定理

检测理论

信息论

编码

变长编码

压缩编码

纠错编码

加密编码

确定判决门限

网络协议

交换

链表

队列

堆栈

网络分层结构

INTERNET历史

ARPANET

网络实例

INTERNET历史

ARPANET

TCP/IP协议

TIP连接和分层结构

路由算法

网络发现过程

定义距离的最大值

有限状态机

网络融合

第八讲媒体与认知

内容简介

信息与媒体的关系

信息技术领域中的媒体含义

信息与媒体

信息技术领域中的数字媒体

媒体信息的获取

信息获取的方式

不同媒体信息的获取

媒体的形式

语音

图像

视频

立体图像

存储与传输

信息存储

媒体传输

媒体的内容显示

媒体信息显示

多媒体

显示设备

内体传播途径

人类感知与认知

媒体与认知关系之内涵

从生物认知到媒体信息

从认知到媒体信息处理

人类感知特性

视觉感知特性

亮度适应和鉴别

人眼靠改变灵敏度来调节不同范围的鉴别

感觉亮度不是简单的强度函数

视觉的空间和时间特性

视力-空间上人眼分辨率物体细节的能力

视觉错觉

视觉的时间特性

人的认知控制系统的构成

视觉认知的特点

智能信息处理

媒体认知的核心问题

媒体信息的本质

媒体认知的智能信息处理

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第一讲 电磁学与分析数学史概览

第五讲 程序与处理器

第六讲 数据与算法

第二讲 电磁场与物质的相互作用

第三讲 电路抽象

第四讲 比特与逻辑

第七讲 通讯与网络

第八讲 媒体与认知