本書可作為電子信息類專業導論課程的教材。作者從身邊感性事物“智能手機”入手，介紹移動通信、集成電路、計算之芯、信息存儲、數碼影像、人機交互、移動互聯、移動應用八個方面的專業知識。通過追溯科學發現、技術發明與產業創新的演變歷史，穿插人物故事、創業案例，將電子信息的專業內涵蘊藏其中，使讀者不僅能了解專業技術，還能體會到工程師的能力與態度，甚至科學家與企業家的精神。展望未來，將智能手機與5G/6G、物聯網、大數據、云計算、人工智能、集成電路、無人駕駛等核心技術與前沿產業緊密聯系起來，彰顯電子信息類專業發展的無限可能性。 選擇智能手機，不只是由于其產業重要性、社會普及性、技術綜合性，而且同學們已經具有長期使用經驗，由此追尋背后的科學原理、工程技術、人文藝術、創新創業，容易激發大家的學習興趣，符合認知規律和教育原理。
張有光，現任北京航空航天大學電子信息工程學院教授、博士生導師，北京市教學名師，校教師教學培訓專家組組長、校青年教師基本功比賽總教練，士諤書院學業總導師，工信部研究型教學團隊負責人。
目 錄
第1章 移動通信 1
1.1 移動通信的早期歷史 2
1.1.1 通信的早期歷史：有線電報與電話 2
1.1.2 給信息插上翅膀：無線電通信技術 3
1.1.3 通信的數學理論：香農及其信息論 4
1.2 第一代移動通信：移動通信探索時代 5
1.2.1 蜂窩移動通信系統的誕生 5
1.2.2 模擬信號與模擬通信系統 7
1.2.3 移動通信的骨和肉：基站與頻譜資源 8
1.2.4 模擬移動通信系統：頻分多址（FDMA） 10
1.3 第二代移動通信：長江后浪推前浪 10
1.3.1 數字時代的趕超者：諾基亞與GSM 11
1.3.2 臥薪嘗膽的顛覆者：高通與CDMA 13
1.4 第三代移動通信：中國標準嶄露頭角 15
1.4.1 CDMA技術、波束賦形及其智能天線 16
1.4.2 TD-SCDMA：中國標準開始登上舞臺 18
1.4.3 智能手機：推動3G業務快速發展 20
1.5 第四代移動通信：中國與歐盟并駕齊驅 22
1.5.1 OFDM技術：似曾相識燕歸來 23
1.5.2 MIMO技術：柳暗花明又一村 24
1.5.3 4G時代：中國企業的群體突破 25
1.6 第五代移動通信：中國企業開始領跑 26
1.6.1 5G的三大應用場景與性能指標 26
1.6.2 5G關鍵技術：無線、編碼與網絡 29
1.6.3 5G標準與產業：突顯中國的力量 33
1.7 總結與展望 36
思考題 37
參考文獻 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：電子時代的來臨 40
2.1.3 晶體管誕生：信息時代的開端 43
2.2 集成電路的發明與發展 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 52
2.3.2 集成電路的制造設備 59
2.3.3 集成電路的工藝流程 63
2.4 集成電路設計與EDA 65
2.4.1 集成電路設計流程與設計自動化 66
2.4.2 專用集成電路ASIC：專用芯片 67
2.4.3 可編程芯片FPGA：萬能數字芯片 68
2.4.4 系統級芯片SoC：軟硬件協同設計 69
2.5 集成電路產業發展模式 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 集成電路設計的IP模式 72
2.5.4 集成電路的封裝與測試 72
2.5.5 集成電路產業生態系統 73
2.6 總結與展望 74
思考題 75
參考文獻 76
第3章 計算之芯 77
3.1 圖靈、馮·諾依曼與大型計算機 78
3.1.1 圖靈與邏輯計算原型：圖靈機 78
3.1.2 ENIAC與馮·諾依曼計算體系架構 80
3.1.3 大型計算機與IBM System/360 83
3.2 個人計算機與微處理器 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商業化 89
3.2.4 IBM PC與兼容機的普及 90
3.2.5 Wintel商業生態的形成 91
3.3 計算體系架構與指令集 92
3.3.1 英特爾的第一個X86體系 93
3.3.2 融合GPU的CPU系列產品 94
3.3.3 復雜指令集與精簡指令集 94
3.3.4 ARM的誕生及其生態系統 96
3.3.5 ARM的商業模式：IP授權 97
3.3.6 ARM搭上智能手機的快車 98
3.3.7 ARM的挑戰與RISC-V的機遇 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 移動處理器與人工智能 107
3.6.1 人工智能簡介 107
3.6.2 華為麒麟與神經網絡處理器 108
3.6.3 蘋果處理器與神經網絡引擎 109
3.6.4 高通驍龍與神經網絡處理引擎 110
3.7 非馮·諾依曼架構 110
3.7.1 存算一體技術 110
3.7.2 類腦計算技術 110
3.8 總結與展望 111
思考題 112
參考文獻 113
第4章 信息存儲 114
4.1 機械硬盤發展簡史 115
4.1.1 機械硬盤的誕生與IBM 350 115
4.1.2 溫徹斯特技術與PC硬盤 116
4.1.3 硬盤的快速發展與GMR技術 117
4.1.4 微硬盤與音樂播放器iPod 119
4.2 固態硬盤發展簡史 121
4.2.1 浮柵晶體管與EPROM 121
4.2.2 NAND的發明與產業化 124
4.2.3 閃存早期應用：優盤的發明 126
4.2.4 閃存大規模應用：固態硬盤 126
4.2.5 大容量閃存：MLC與3D NAND 127
4.2.6 長江存儲與閃存國產化之路 129
4.3 計算機內存：SRAM與DRAM 130
4.3.1 靜態隨機存儲器與存儲體系架構 130
4.3.2 登納德與動態隨機存儲器的發明 132
4.3.3 動態隨機存儲器的快速發展之路 134
4.3.4 動態隨機存儲器的大容量化方法 135
4.4 憶阻器與阻變式隨機存儲器 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：憶阻器元件的發現 137
4.4.3 阻變式隨機存儲器：非易失性 139
4.4.4 憶阻器與存內計算、類腦計算 139
4.5 自旋電子與磁性隨機存儲器 140
4.5.1 巨磁阻效應與自旋電子學的誕生 140
4.5.2 隧穿磁阻效應與磁性隨機存儲器 141
4.5.3 自旋轉移矩磁性隨機存儲器 143
4.5.4 自旋軌道矩磁性隨機存儲器 145
4.6 總結與展望 148
思考題 149
參考文獻 149
第5章 數碼影像 151
5.1 攝影與攝像：留住精彩瞬間 152
5.1.1 影像系統的基本結構 152
5.1.2 數碼攝影與智能手機 154
5.1.3 多攝：量變引發質變 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 開啟數碼影像的大門：CCD圖像傳感器 159
5.2.2 數碼影像躍上新臺階：CMOS圖像傳感器 162
5.2.3 鏡頭背后的影像功臣：ISP與圖像信號處理 163
5.2.4 數碼影像自動化核心：AI智能處理技術 163
5.3 薄膜晶體管-液晶顯示（TFT-LCD） 165
5.3.1 TFT-LCD的概念與早期發展 165
5.3.2 液晶的發現與液晶物理學 168
5.3.3 TFT-LCD產業化：日本企業從小處入手 170
5.3.4 TFT-LCD產業轉移：韓國的反周期投資 173
5.3.5 TFT-LCD產業再轉移：中國的超越之路 174
5.4 有機發光二極管（OLED） 177
5.4.1 OLED的發明與鄧青云的貢獻 177
5.4.2 OLED產業化：韓國發展歷程 179
5.4.3 OLED產業轉移：中國趕超之路 180
5.4.4 MicroLED與顯示技術的未來 181
5.5 總結與展望 182
思考題 183
參考文獻 184
第6章 人機交互 185
6.1 圖形交互：計算機與互聯網普及的基石 186
6.1.1 鼠標與圖形用戶界面的首秀：在線系統（NLS） 186
6.1.2 鼠標與圖形用戶界面的雛形：施樂Alto 188
6.1.3 鼠標與圖形用戶界面的商用：蘋果Macintosh 190
6.1.4 鼠標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：突破智能手機的人機交互瓶頸 195
6.2.1 按鍵交互：智能手機發展中的最大瓶頸 195
6.2.2 多點觸控：從概念原型走向觸摸屏系統 196
6.2.3 觸控交互：蘋果首款智能手機的最大亮點 199
6.2.4 觸控交互的應用：安卓、小米、華為的UI設計 201
6.3 人機交互：功不可沒的傳感器 204
6.3.1 傳感器原理與微機電系統（MEMS） 204
6.3.2 加速度傳感器：測量手機運動 206
6.3.3 角速度傳感器：測量手機姿態 207
6.3.4 方位傳感器：感知手機方位 207
6.3.5 環境傳感器：感知距離與光強 208
6.4 自然交互：人機融合與人工智能 209
6.4.1 指紋識別：最經典的生物特征識別 209
6.4.2 人臉識別：相面就能確認你的身份 210
6.4.3 語音交互：人類最重要的交流方式 210
6.4.4 手勢交互：與智能手機也能打啞謎 212
6.4.5 人工智能：讓機器來理解你的想法 213
6.5 總結與展望 214
思考題 215
參考文獻 216
第7章 移動互聯 217
7.1 互聯網起源與發展 218
7.1.1 互聯網前身：阿帕網從構想走向現實 218
7.1.2 早期互聯網：因特網與萬維網的誕生 220
7.1.3 瀏覽器之爭：微軟和網景的世紀之戰 223
7.1.4 互聯網門戶：雅虎與新浪、搜狐、網易 226
7.2 互聯網的普及 228
7.2.1 搜索引擎：新時代的互聯網霸主 228
7.2.2 電子商務：挑戰傳統的商業模式 231
7.2.3 社交網絡：從社交生活到新媒體 235
7.3 幕后的英雄：現代通信網絡 238
7.3.1 網絡協議：互聯網的交通規則 238
7.3.2 路由技術：架起互聯網的橋梁 239
7.3.3 光纖通信：鋪設信息高速公路 241
7.4 互聯網發展新趨勢 242
7.4.1 移動互聯網：隨時隨地在線 242
7.4.2 云計算：虛擬資源按需供應 244
7.4.3 大數據：挖掘其內在的價值 246
7.4.4 數據智能：自動化與精準化 247
7.4.5 物聯網：將萬物接入互聯網 248
7.5 總結與展望 249
思考題 250
參考文獻 250
第8章 應用軟件 252
8.1 App Store與移動應用生態系統 253
8.1.1 蘋果App Store的艱難問世 253
8.1.2 蘋果App Store的快速發展 255
8.1.3 蘋果打造移動應用生態系統 257
8.1.4 蘋果移動應用生態面臨的挑戰 259
8.2 移動應用：類平臺化發展戰略 260
8.2.1 圖片社交：Instagram 260
8.2.2 超級應用：騰訊微信 263
8.2.3 電商平臺：手機淘寶 266
8.3 幕后英雄：智能手機操作系統 267
8.3.1 智能手機操作系統概述 267
8.3.2 安卓操作系統悄然問世 269
8.3.3 安卓操作系統開源策略 270
8.3.4 鴻蒙與物聯網操作系統 273
8.4 移動替代：移動應用豐富生活 274
8.4.1 從游戲機轉向手機游戲 274
8.4.2 被裝進口袋里的工具箱 276
8.4.3 移動新聞與個性化推薦 278
8.4.4 移動社交與短視頻 279
8.4.5 移動中的智能精準服務 281
8.5 總結與展望 283
思考題 284
參考文獻 284
第9章 培養體系 286
9.1 數理基礎 288
9.1.1 數學的意義 288
9.1.2 分析數學 289
9.1.3 高等代數 290
9.1.4 隨機數學 291
9.1.5 基礎物理 293
9.2 專業基礎 294
9.2.1 圖像獲取與處理 294
9.2.2 電路與系統 295
9.2.3 圖像共享 296
9.2.4 電磁場與微波技術 297
9.3 教學改革 297
9.3.1 優化課程體系 298
9.3.2 創新創業課程 299
9.3.3 教學方法改革 301
9.4 綜合實驗 302
9.4.1 電子設計基礎訓練 303
9.4.2 單片機基礎訓練 303
9.4.3 跨課程綜合設計 304
9.4.4 跨專業綜合實踐 305
9.5 科技實踐 305
9.5.1 走進科研實驗室 306
9.5.2 科研訓練計劃 307
9.5.3 參加科技競賽 308
9.6 總結與展望 309
思考題 310
參考文獻 311
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