本书可作为电子信息类专业导论课程的教材。作者从身边感性事物“智能手机”入手，介绍移动通信、集成电路、计算之芯、信息存储、数码影像、人机交互、移动互联、移动应用八个方面的专业知识。通过追溯科学发现、技术发明与产业创新的演变历史，穿插人物故事、创业案例，将电子信息的专业内涵蕴藏其中，使读者不仅能了解专业技术，还能体会到工程师的能力与态度，甚至科学家与企业家的精神。展望未来，将智能手机与5G/6G、物联网、大数据、云计算、人工智能、集成电路、无人驾驶等核心技术与前沿产业紧密联系起来，彰显电子信息类专业发展的无限可能性。 选择智能手机，不只是由于其产业重要性、社会普及性、技术综合性，而且同学们已经具有长期使用经验，由此追寻背后的科学原理、工程技术、人文艺术、创新创业，容易激发大家的学习兴趣，符合认知规律和教育原理。

张有光，现任北京航空航天大学电子信息工程学院教授、博士生导师，北京市教学名师，校教师教学培训专家组组长、校青年教师基本功比赛总教练，士谔书院学业总导师，工信部研究型教学团队负责人。

目 录

第1章 移动通信 1
1.1 移动通信的早期历史 2
1.1.1 通信的早期历史：有线电报与电话 2
1.1.2 给信息插上翅膀：无线电通信技术 3
1.1.3 通信的数学理论：香农及其信息论 4
1.2 第一代移动通信：移动通信探索时代 5
1.2.1 蜂窝移动通信系统的诞生 5
1.2.2 模拟信号与模拟通信系统 7
1.2.3 移动通信的骨和肉：基站与频谱资源 8
1.2.4 模拟移动通信系统：频分多址（FDMA） 10
1.3 第二代移动通信：长江后浪推前浪 10
1.3.1 数字时代的赶超者：诺基亚与GSM 11
1.3.2 卧薪尝胆的颠覆者：高通与CDMA 13
1.4 第三代移动通信：中国标准崭露头角 15
1.4.1 CDMA技术、波束赋形及其智能天线 16
1.4.2 TD-SCDMA：中国标准开始登上舞台 18
1.4.3 智能手机：推动3G业务快速发展 20
1.5 第四代移动通信：中国与欧盟并驾齐驱 22
1.5.1 OFDM技术：似曾相识燕归来 23
1.5.2 MIMO技术：柳暗花明又一村 24
1.5.3 4G时代：中国企业的群体突破 25
1.6 第五代移动通信：中国企业开始领跑 26
1.6.1 5G的三大应用场景与性能指标 26
1.6.2 5G关键技术：无线、编码与网络 29
1.6.3 5G标准与产业：突显中国的力量 33
1.7 总结与展望 36
思考题 37
参考文献 38
第2章 集成电路 39
2.1 从电子管到晶体管 40
2.1.1 晶体检波器：电子器件的首秀 40
2.1.2 电子管：电子时代的来临 40
2.1.3 晶体管诞生：信息时代的开端 43
2.2 集成电路的发明与发展 46
2.2.1 集成电路的诞生：基尔比与诺伊斯 46
2.2.2 集成电路的发展：摩尔与摩尔定律 50
2.3 集成电路的制造工艺 52
2.3.1 集成电路的器件演进 52
2.3.2 集成电路的制造设备 59
2.3.3 集成电路的工艺流程 63
2.4 集成电路设计与EDA 65
2.4.1 集成电路设计流程与设计自动化 66
2.4.2 专用集成电路ASIC：专用芯片 67
2.4.3 可编程芯片FPGA：万能数字芯片 68
2.4.4 系统级芯片SoC：软硬件协同设计 69
2.5 集成电路产业发展模式 70
2.5.1 集成器件制造（IDM）模式 70
2.5.2 集成电路Fabless与Foundry模式 70
2.5.3 集成电路设计的IP模式 72
2.5.4 集成电路的封装与测试 72
2.5.5 集成电路产业生态系统 73
2.6 总结与展望 74
思考题 75
参考文献 76
第3章 计算之芯 77
3.1 图灵、冯·诺依曼与大型计算机 78
3.1.1 图灵与逻辑计算原型：图灵机 78
3.1.2 ENIAC与冯·诺依曼计算体系架构 80
3.1.3 大型计算机与IBM System/360 83
3.2 个人计算机与微处理器 86
3.2.1 英特尔与微处理器的诞生 86
3.2.2 牵牛星：PC的雏形 87
3.2.3 Apple-Ⅱ：PC商业化 89
3.2.4 IBM PC与兼容机的普及 90
3.2.5 Wintel商业生态的形成 91
3.3 计算体系架构与指令集 92
3.3.1 英特尔的第一个X86体系 93
3.3.2 融合GPU的CPU系列产品 94
3.3.3 复杂指令集与精简指令集 94
3.3.4 ARM的诞生及其生态系统 96
3.3.5 ARM的商业模式：IP授权 97
3.3.6 ARM搭上智能手机的快车 98
3.3.7 ARM的挑战与RISC-V的机遇 99
3.4 基带处理器 100
3.4.1 基带处理器概述 100
3.4.2 高通基带处理器 101
3.4.3 华为基带处理器 102
3.4.4 其他基带处理器 103
3.5 图形处理器 104
3.5.1 什么是图形处理器 104
3.5.2 苹果的图形处理器 105
3.5.3 高通的图形处理器 106
3.5.4 华为的图形处理器 106
3.6 移动处理器与人工智能 107
3.6.1 人工智能简介 107
3.6.2 华为麒麟与神经网络处理器 108
3.6.3 苹果处理器与神经网络引擎 109
3.6.4 高通骁龙与神经网络处理引擎 110
3.7 非冯·诺依曼架构 110
3.7.1 存算一体技术 110
3.7.2 类脑计算技术 110
3.8 总结与展望 111
思考题 112
参考文献 113
第4章 信息存储 114
4.1 机械硬盘发展简史 115
4.1.1 机械硬盘的诞生与IBM 350 115
4.1.2 温彻斯特技术与PC硬盘 116
4.1.3 硬盘的快速发展与GMR技术 117
4.1.4 微硬盘与音乐播放器iPod 119
4.2 固态硬盘发展简史 121
4.2.1 浮栅晶体管与EPROM 121
4.2.2 NAND的发明与产业化 124
4.2.3 闪存早期应用：优盘的发明 126
4.2.4 闪存大规模应用：固态硬盘 126
4.2.5 大容量闪存：MLC与3D NAND 127
4.2.6 长江存储与闪存国产化之路 129
4.3 计算机内存：SRAM与DRAM 130
4.3.1 静态随机存储器与存储体系架构 130
4.3.2 登纳德与动态随机存储器的发明 132
4.3.3 动态随机存储器的快速发展之路 134
4.3.4 动态随机存储器的大容量化方法 135
4.4 忆阻器与阻变式随机存储器 136
4.4.1 蔡少棠教授与迷失的第四元件 136
4.4.2 无心插柳：忆阻器元件的发现 137
4.4.3 阻变式随机存储器：非易失性 139
4.4.4 忆阻器与存内计算、类脑计算 139
4.5 自旋电子与磁性随机存储器 140
4.5.1 巨磁阻效应与自旋电子学的诞生 140
4.5.2 隧穿磁阻效应与磁性随机存储器 141
4.5.3 自旋转移矩磁性随机存储器 143
4.5.4 自旋轨道矩磁性随机存储器 145
4.6 总结与展望 148
思考题 149
参考文献 149
第5章 数码影像 151
5.1 摄影与摄像：留住精彩瞬间 152
5.1.1 影像系统的基本结构 152
5.1.2 数码摄影与智能手机 154
5.1.3 多摄：量变引发质变 155
5.1.4 人像模式与ToF镜头 157
5.1.5 高倍变焦与潜望式镜头 158
5.2 图像传感器与智能处理 159
5.2.1 开启数码影像的大门：CCD图像传感器 159
5.2.2 数码影像跃上新台阶：CMOS图像传感器 162
5.2.3 镜头背后的影像功臣：ISP与图像信号处理 163
5.2.4 数码影像自动化核心：AI智能处理技术 163
5.3 薄膜晶体管-液晶显示（TFT-LCD） 165
5.3.1 TFT-LCD的概念与早期发展 165
5.3.2 液晶的发现与液晶物理学 168
5.3.3 TFT-LCD产业化：日本企业从小处入手 170
5.3.4 TFT-LCD产业转移：韩国的反周期投资 173
5.3.5 TFT-LCD产业再转移：中国的超越之路 174
5.4 有机发光二极管（OLED） 177
5.4.1 OLED的发明与邓青云的贡献 177
5.4.2 OLED产业化：韩国发展历程 179
5.4.3 OLED产业转移：中国赶超之路 180
5.4.4 MicroLED与显示技术的未来 181
5.5 总结与展望 182
思考题 183
参考文献 184
第6章 人机交互 185
6.1　图形交互：计算机与互联网普及的基石 186
6.1.1　鼠标与图形用户界面的首秀：在线系统（NLS） 186
6.1.2　鼠标与图形用户界面的雏形：施乐Alto 188
6.1.3　鼠标与图形用户界面的商用：苹果Macintosh 190
6.1.4　鼠标与图形用户界面的普及：微软Windows 193
6.1.5　图形交互：WIMP界面范式 194
6.2　触控交互：突破智能手机的人机交互瓶颈 195
6.2.1　按键交互：智能手机发展中的最大瓶颈 195
6.2.2　多点触控：从概念原型走向触摸屏系统 196
6.2.3　触控交互：苹果首款智能手机的最大亮点 199
6.2.4　触控交互的应用：安卓、小米、华为的UI设计 201
6.3　人机交互：功不可没的传感器 204
6.3.1　传感器原理与微机电系统（MEMS） 204
6.3.2　加速度传感器：测量手机运动 206
6.3.3　角速度传感器：测量手机姿态 207
6.3.4　方位传感器：感知手机方位 207
6.3.5　环境传感器：感知距离与光强 208
6.4　自然交互：人机融合与人工智能 209
6.4.1　指纹识别：最经典的生物特征识别 209
6.4.2　人脸识别：相面就能确认你的身份 210
6.4.3　语音交互：人类最重要的交流方式 210
6.4.4　手势交互：与智能手机也能打哑谜 212
6.4.5　人工智能：让机器来理解你的想法 213
6.5　总结与展望 214
思考题 215
参考文献 216
第7章 移动互联 217
7.1　互联网起源与发展 218
7.1.1　互联网前身：阿帕网从构想走向现实 218
7.1.2　早期互联网：因特网与万维网的诞生 220
7.1.3　浏览器之争：微软和网景的世纪之战 223
7.1.4　互联网门户：雅虎与新浪、搜狐、网易 226
7.2　互联网的普及 228
7.2.1　搜索引擎：新时代的互联网霸主 228
7.2.2　电子商务：挑战传统的商业模式 231
7.2.3　社交网络：从社交生活到新媒体 235
7.3　幕后的英雄：现代通信网络 238
7.3.1　网络协议：互联网的交通规则 238
7.3.2　路由技术：架起互联网的桥梁 239
7.3.3　光纤通信：铺设信息高速公路 241
7.4　互联网发展新趋势 242
7.4.1　移动互联网：随时随地在线 242
7.4.2　云计算：虚拟资源按需供应 244
7.4.3　大数据：挖掘其内在的价值 246
7.4.4　数据智能：自动化与精准化 247
7.4.5　物联网：将万物接入互联网 248
7.5　总结与展望 249
思考题 250
参考文献 250
第8章 应用软件 252
8.1　App Store与移动应用生态系统 253
8.1.1　苹果App Store的艰难问世 253
8.1.2　苹果App Store的快速发展 255
8.1.3　苹果打造移动应用生态系统 257
8.1.4　苹果移动应用生态面临的挑战 259
8.2　移动应用：类平台化发展战略 260
8.2.1　图片社交：Instagram 260
8.2.2　超级应用：腾讯微信 263
8.2.3　电商平台：手机淘宝 266
8.3　幕后英雄：智能手机操作系统 267
8.3.1　智能手机操作系统概述 267
8.3.2　安卓操作系统悄然问世 269
8.3.3 安卓操作系统开源策略 270
8.3.4 鸿蒙与物联网操作系统 273
8.4 移动替代：移动应用丰富生活 274
8.4.1 从游戏机转向手机游戏 274
8.4.2 被装进口袋里的工具箱 276
8.4.3 移动新闻与个性化推荐 278
8.4.4 移动社交与短视频 279
8.4.5 移动中的智能精准服务 281
8.5 总结与展望 283
思考题 284
参考文献 284
第9章 培养体系 286
9.1　数理基础 288
9.1.1　数学的意义 288
9.1.2　分析数学 289
9.1.3　高等代数 290
9.1.4　随机数学 291
9.1.5　基础物理 293
9.2　专业基础 294
9.2.1　图像获取与处理 294
9.2.2　电路与系统 295
9.2.3　图像共享 296
9.2.4　电磁场与微波技术 297
9.3　教学改革 297
9.3.1　优化课程体系 298
9.3.2　创新创业课程 299
9.3.3　教学方法改革 301
9.4　综合实验 302
9.4.1　电子设计基础训练 303
9.4.2　单片机基础训练 303
9.4.3　跨课程综合设计 304
9.4.4　跨专业综合实践 305
9.5　科技实践 305
9.5.1　走进科研实验室 306
9.5.2　科研训练计划 307
9.5.3　参加科技竞赛 308
9.6　总结与展望 309
思考题 310
参考文献 311