信息技术演示文稿

LOGO第十二讲当代高技术的崛起及率先发展的信息技术教师科学素养教研室一、当代高技术的崛起•当代高技术伴随着20世纪中叶的电子计算机技术和原子能技术的利用而兴起的。•发展历程：•60年代建筑领域《高格调技术》最早原型•70年代最新科技产品成果、高技术产业•1981年美国出版物专业刊物《高技术》月刊•1985年美国商务部出版《美国高技术贸易与竞争力》（一）几个观点•1指基本原理建立在最新科学成就基础上的技术。•2“尖端的”、“前沿的”、“先进性的”技术•3从经济角度对一类产品，企业或产业评价术语，凡是技术所占的比重超过一定的标准，或比例时候就可以称之为高技术产品，企业或产业。•美国商务部对高技术产业的定义：研究与开发的费用在总附加值所占比重为10%以上，或者科技人员在总职工中所占比重为10%以上的企业。•高技术从本质上指那些对一个国家或地区的经济，政治和军事等各个方面的进步产生深远影响，并能形成产业的先进技术群落。•高技术产业是一种技术密集度高，技术创新速度快，具有高附加值的，节约资源的，并能对相应的产业产生较大波及效果的新兴产业。（二）领域•电子信息技术：微电子、计算机、硬软件•计算机技术：网络安全、智能化•生物技术：基因工程、细胞工程、酶工程…•新材料:超导材料、高温、人工合成、…•新能源技术：核能、太阳能、海洋能、地热能….•海洋技术：深海挖掘、海水淡化、海洋资源开发•空间技术：大型运载火箭、卫星、宇宙飞船、…（三）高技术的特点•高群落，一种高技术的兴起，将相应引起和促进一大批相关联的高技术问世。•高智力，具有工程和科学学位的人员往往占职工总数的40~50%，需要各种知识的集成。•高投资，发达国家投入研究资金常超过国民生产总值的2%•高风险，失败率达80%。•高收益，即劳动生产率高。•高竞争，其原料供应和市场竞争是国际性的。•高渗透，即综合性、交叉性较强，能带动社会各业的技术进步•高战略，它是一个国家或地区技术实力和技术优势的标志。（四）当代高技术发展历程•1942年12月2日世界第一座核反应堆运行，标志着当代高技术的产生•1945年7月第一颗原子弹爆炸成功•1945年8月6日、9日广岛、长崎原子弹投掷（小男孩，胖子）•1946年ENIAC（通用电子数字计算机）成功投入运行•1947年半导体晶体管在贝尔实验室发明•1958年第一块集成电路制成•1971年第一台微处理器问世•1973年分子遗传基因间接重组•1957年苏联人造地球卫星发射成功•1969年美国阿波罗登月计划成功标志人类进入到空间技术时代（五）原因•近代自然科学中哥白尼、伽利略、牛顿的推进•热力学发展、电磁波的发现•20世纪的“三大发现”，量子论和相对论等物理学革命的深远影响•社会需要（人口剧增、能源、资源有限）•20世纪战争与军备的需要（电子计算机、原子弹、卫星技术、载人航天）（六）高技术产业•高技术与高技术产业密不可分的。（Intel微处理器、IBM）•高技术产业指不断的将生产过程和最终产品建立在高技术基础上的新兴产业。具备条件•产品的技术性能复杂•科技人员在职工中的比例较大。•设备、生产工艺建立在尖端技术基础上。•工业增长率和劳动生产率高。主要特征•RD投资比例相对于传统产业要高得多•技术密集度高•技术创新速度快，产品的生命周期短（MP3\4….、内存、CPU等）•市场国际化程度高，世界范围内竞争二、率先发展的信息技术•（一）计算机技术•（二）光纤通讯技术（一）计算机技术1.什么是计算机定义：计算机是一种能快速而高效地完成信息处理的数字化电子设备，它能按照人们编写的程序对原始输入数据进行加工处理、存储或传送，以便获得所期望的输出信息，从而利用这些信息来提高社会生产率并改善人民的生活质量。1）计算机的产生•早期计算工具的发展：筹算法－珠算－计算尺•近代计算机器的发展：计算器－计算机器－差分机与分析机•现代计算机的发展：采用了先进的电子技术2.计算机发展史２）现代计算机的发展：第一阶段：电子管（1946—1957）第二阶段：晶体管（1958—1964）第三阶段：集成电路（1965—1971）第四阶段：大规模集成电路（1972—1957）第一代（1946~1956）电子管5千~4万（次/秒）第二代（1957~1964）晶体管几十万~百万（次/秒）第三代（1965~1970）集成电路百万~几百万（次/秒）第四代（1971~90年代）集成电路几百万~几亿（次/秒）1964年911机1966年112机第一台电子计算机（ENIAC）5000次加法/秒体重28吨占地170M218800只电子管1500个继电器耗电150KW电子恐龙的缩骨法——晶体管ENIAC划时代的实验装置晶体管实质上是按显微比例的真空管建造的。电子管的缺点：体积大；耗能高、散热量大；晶体管的优点：体积小；耗能低；性能稳固；晶体管数目4004奔腾4420,000,0002,300将电脑浓缩在一颗芯片上0.18微米芯片10微米芯片晶体管数单位时间执行的指令数百万条/每秒每18个月芯片能力增长一倍计算机第一定律——摩尔定律3）计算机的主要特点•①能高速度、高质量地完成各种数据处理任务。•②提供友善的使用方式和多种多样的信息输出形式•③具有庞大的信息存储能力和极快的信息存取速度•④网络使信息传播与交流更加方便•⑤计算机在辅助开发新的信息处理应用方面能提供有力的支持4）计算机的应用领域1.科学计算：如导弹的发射，宇宙飞船的飞行轨迹计算等2.信息处理：包括对数据的收集、记载、分类、排序、检索、计算或加工、传输、制表等工作。例如，在科研、生产和经济活动中，把所获得的大量信息存入计算机，通过加工处理，得到可供某种目的使用的新信息。3.自动控制：常用于电力、冶金、石油化工、机械等工业。CAD(计算机辅助设计):常用于飞机、轮船、建筑工程等复杂设计工程中。利用计算机进行设计可以提高设计质量，缩短设计周期，提高设计的自动化水平．CAM(计算机辅助制造):由计算机辅助设计派生出来的，常用来进行生产设备的管理、控制、操作等的过程，例如操纵机器的运行，控制材料的流动，处理产品制造过程中的所需数据，以及对产品进行测试和检测等。4.CAD／CAM／CAICAI(计算机辅助教学):是利用计算机帮助对学生的教学。通常包括用形象的动态图示来表达一些用语言和文字不易表达清楚的概念，还包括学生与计算机之间的对话，并能够指出学习过程中的错误，以及学生学习课程的成绩等。AI(人工智能):目前已开发的典型人工智能应用系统有：(a)计算机专家系统，它实际上是具有专门知识的程序系统。目前用的较多的领域有军事、化学、气象学、地质学以及医疗诊断等。(b)机器人系统，它由专门的计算机程序配以相应的运动部件组成。目前还只能做一些较简单的动作，但也很有用了，比如大量繁重的劳动，精度要求高而又不断重复的劳动，在有危险、有放射线、有毒等的环境下的劳动，连续长时间的劳动等等。另外，人工智能作为新一代电子计算机基础.5）计算机发展——微型化Altair8800计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。计算机发展——巨型化CRAY-Ⅱ运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。中国超级计算机：国防科技大学研制的“银河1号”、“银河2号”和“银河3号”国家职能计算机中心推出的“曙光1000”和“曙光2000I”银河Ⅱ计算机发展——网络化计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。计算机发展——智能化“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的‘没有灵魂的机械’来”。——笛卡尔（1637）1.人类第一个“工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年）2.第一代机器人机械手（1962年出现）3.第二代机器人具有“感觉”的机器人4.第三代机器人装有启发式计算机的“智能机器人”DeepblueGarryKasparov（二）光纤通讯技术金属导线同轴电缆金属波导大气、光纤光通信的定义：以光波作为载波进行信息的传输方式。发送机接收机信道载波：射频波微波毫米波光波信道：光通信自古就有：烽火、手旗、信号弹、红绿灯通信系统框图1.近代光通信：1880年Bell发明光电话，传输距离213m，但是并不实用，因为存在两个方面的制约：一)信道：Bell的光电话利用大气作为传输介质，损耗非常大，同时自然界气象条件变化万千，对光信号的干扰很大。二)光源：Bell的光电话利用自然光作为载波，这种光的频率和相位杂乱无章，不能用于大容量的通信。2.近代光通信的发展就是上述两个方面的制约因素的解决过程：3.1960年，美国人梅曼发明红宝石激光器，获得高强的、频率和相位都稳定（即相干的）光---激光。引起了新一轮的光通信研究热潮---激光大气通信。4.但是，仍然由于自然气象条件的影响而没有进展。5.1966年7月，英籍华人高琨发表论文，认为只要设法降低玻璃纤维中的杂质，可使光纤损耗降为20db/km，这是一篇划时代的论文。6.其实，人们早就利用玻璃纤维（光纤）进行光通信了。利用光波导的原理，人们制造了内窥镜（胃镜），可以观测1m左右的距离。7.但是，在60年代，最好的玻璃纤维的损耗在1000dB/km以上。8.每公里10dB/km损耗就是输入的信号传送1公里后只剩下十分之一；20dB/km1/100；30dB/km1/1000；1000dB/km9.由1000dB/km20dB/km，高琨的论文非同寻常！10.1970年美国康宁玻璃公司制诚20dB/km的光纤。11.1970年贝尔实验室制成了可以在室温下连续工作的半导体激光器，只有米粒大小。12.1970年由于在光源（激光器）和信道（光纤）都有重大突破，称为光纤传输元年。13.光纤的谱线特性中有3个低损耗的传输窗口，即850nm短波长窗口和1300nm,1500nm的长波长窗口。14.目前，单摸光纤在1550nm波长的损耗已小于0.2dB/km，接近极限。光纤损耗谱特性光纤通信的优点1.容量大激光的频率约为100THz,微波的频率为10GHz。从理论上讲，用光传输信息，通信容量比微波通信容量大一万倍2.色散小3.损耗小dB/km4.中继长•电缆的损耗随频率按f的规律增加，光纤通信的带内损耗不随频率变化。•如：数字接收机的灵敏度很高，可达--－30dB/km。那么发送1mw的光功率，光纤损耗为0.2dB/km时，光从损耗方面考虑，传输距离可达100km以上（150km)。提纯工艺的发展几百公里无中继传输5.资源丰富光纤的主要成分是SiO2资源十分丰富。电缆的主要成分是Cu,Al等有色金属，资源有限。6.防干扰性能好光纤不受强电干扰、电气化铁道干扰和雷电干扰，抗电磁脉冲能力也很强，保密性好。我国光纤通信的开发里程•1977年，第一根短波长(0．85mm)阶跃型石英光纤问世，长度为17m，衰减系数为300dB/km。•1978年，研制出短波长多模梯度光纤，即G.651光纤。•1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为1dB/km。建成5.7km、8Mb/s光通信系统试验段。•1980年，1300nm窗口衰减降至0.48dB/km，1550nm窗口衰减为0.29dB/km。•1984年，武汉、天津34Mb/s市话中继光传输系统工程建成(多模)。•1988年，全长245km的武汉－长沙市34Mb/s多模光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。•1989年，汉阳——汉南40Mb/s单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。•1991年，研制出G.653色散位移光纤。最小衰减达0.22dB/km。合肥——芜湖40Mb/s单模光传输系统工程通过国家鉴定验收。•1993年，在掺铒光纤放大器的研究上取得突破性进展，小信号增益达25dB。上海——无锡65Mb/s单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。•1997年，研制出G.655非零