信息科学与技术

《信息科学与技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信息科学与技术（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、信息科学与技术概述1The Importance of Communicationsl是现代生活中的主要通信方式 邮政：正在萎缩 电话：很大发展，形形色色的电话及通信方式 网络技术：正在兴起 日本数字电视普及率28%, 2011年取消模拟电视放送.l现代社会是信息社会 每时每刻有海量的信息需要传递 信息具有价值(股票行情) 信息学科是现代科学技术的前沿学科 信息技术是当今科学技术的先导技术 信息产业是优先发展的支柱产业 信息行业是就业形势良好，收入较高的行业2从信息技术获益l大众传媒 广播、电视、报纸、新闻l文化娱乐 网吧(毒品)、电视l科学技术 离不开电子信息技术（含通信技术）l工农业生产

2、改造传统产业，建立新型工农业生产体系l战争军事 空军、海军、导弹、坦克3从我们的身边看l电话的普及程度l网络的普及程度l电子邮件和手机短信的使用l电子商务，需要解决：网络通信技术物流传递技术社会信用保障体系4The Development of NetworkslNetworksTelecommunication networksl早期以语音通信为主，模拟信号，网络和交换比较简单l目前可以多媒体通信，模拟数字，与计算机密切结合 Computer networksl早期，计算机互连，局域网l现代计算机网络主要特点 规模大（遍布全球，跨越大洋） 信息资源丰富 速度高，几乎可以达到实时 可靠性高5通

3、信网与计算机网的互相渗透l通信计算机l计算机通信6现代科学技术的最新进展l信息通信技术 辉煌依旧l现代生物技术 风光无限l能源技术 推陈出新l新材料技术 日新月异l空间技术 更上一层楼7信息通信技术 辉煌依旧（1）lNetwork and Optical Fiber Communications (网 络与光纤通信技术)无线通信的历史：1901年12月12日，意大利工程师马可尼首 次实现跨越大西洋的无线电通信。容量：几bit/s（bps）。100年后的今天，骨干光纤(xinwi)传输的容量：10Gbps。网络通信的广泛应用：l电子商务，电子政务，网上医疗，网上教学，。l网络成为现代生活的重要媒

4、体。l全世界有4.14亿人经常上网。技术发展：窄带宽带；有线无线；固定移动最后1km和接入问题：ISDN，ADSL，Cable Modem，光纤瓶颈：光电转换。最终有可能导致光学信息处理技术代替电 子信息处理技术 8Mobile Communicationsl第一代模拟的l第二代数字的l第三代无线与互联网等多媒体通信相结合l第四代100MB，动画、音乐等l第五代多媒体，3D会议，3D游戏910 problems faced by the internet身份识别(面部) 保护知识产权; 保护个人隐私; 新一代网络通信协议; 新一代互联网技术; 无线上网技术; 传统电话线路与网络融合技术; 更有

5、效的网络视频传输技术; 垃圾邮件的过滤技术;网络安全技术10网络交换系统和CDMA系统示意图l 11信息通信技术 辉煌依旧（2）l计算机技术2001年出现了分子电路l由晶体管、开关、导线等构成分子电路，可以进行计算；l科学杂志将其列为年度十大科技进展的榜首；l意义：最终将导致运算速度最快的计算机的诞生（目前的 运算速度：12万亿次/秒，国产的4千亿次/秒）。2001年出现了生物计算机l由DNA分子（软件）和酶分子（硬件）构成l尺寸：1万亿个这样的生物计算机只有一滴水那么大l运算能力惊人12计算机芯片l2002年计算机芯片的最新进展2002年1月，P4，f=4GHz；2002年4月，Motoro

6、la, Philips, ST Micro-electronics 组建战略联盟； 2002年8月，IBM， SONY， TOSHIBA联合研制新 型计算机芯片； 2002年9月，SAMSUN 推出512M，1G动态RAM， 突破纳米级（100nm）；2002年6月，贝尔推出1-2nm的晶体管13超级计算机l2002年超级计算机最新进展2002年4月，NEC采用5120个处理器，峰值计算能 力40万亿次浮点运算；2002年8月，PRIMPOWER16384个处理器，85.1万 亿次浮点运算； 2002年8月，加拿大阿尔伯特大学，1200台计算机 连接，超级虚拟计算机； 2002年11月，IBM

7、公司投资2.9亿美元l运算速度100万亿次（用于大规模核试验）；l运算速度367万亿次（研究全球气候变化和环境污染）14生物计算机图示15银河计算机图示16信息通信技术 辉煌依旧（3）l集成电路技术第一片IC芯片诞生于1958年40多年来经历了几个阶段：l小规模、中规模：对应于老式的大型计算机；l大规模：对应于PC机；l超大规模：对应于超级计算机、网络计算机；l特大规模：每个芯片上刻1亿个逻辑单元l高智能机器人l美国加州大学发明机器苍蝇，与苍蝇尺寸相似，重100mg ，长3cm,可用于战场侦察、大气测量等17机器苍蝇图示18机器人举例19信息技术的明天l计算机大众化出现电视计算机，电话计算机，

8、计算机更易使用。包括可以 用自然语言对话、手写输入、傻瓜化，而且更符合人的习惯 。l计算机与无线通信广泛结合笔记本计算机可以随时随地与办公室或数据库相联系，计算 机可与各种家电互联，计算机成为家庭信息中心和控制中心 。l计算机作为个人助理计算机作为个人秘书与助手，管理个人帐目、安排日程等， 把个人从各种事务中解放出来20现代生物技术 风光无限（1）l基因（Gene）工程基因是反映、表征、决定物种本质特征的东西。内容：在基因水平上采用与工程设计类似的方法，按照人类 的需要进行设计和创建具有新的性状的生物新品种，并使之 稳定地遗传给后代。基因工程是现代生物技术大核心。意义：突破物种间的遗传障碍，大

9、跨度地超越物种间的不亲 和性。转基因（Mutation）l已经有许多品种：大豆、玉米等；l褒贬不一21转基因试管牛22现代生物技术 风光无限（2）l基因组研究Human genome project 得到人类基因的完整的谱图（2003年）；对于破解人类遗传密码，基因诊断治疗有重要意义复旦大学的进化遗传学研究揭示了“东亚现代人的非洲起源”l生物芯片（Bio-Chips）已经出现各种芯片，包括基因芯片，蛋白质芯片，药物芯片， 生物传感器芯片等；广泛用于疾病诊断，例如遗传病，高血压等；用于新药筛选和司法鉴定等；l克隆（Clone）即无性繁殖，已克隆出牛、猴、鼠、猪等多种动物；已经克隆出人类胚胎，超越

10、了人类禁区23克隆技术的最新进展l2002年是克隆年；l2002年，美国得克萨斯大学，第一只克隆猫；l2002年，美国开发出大量克隆动物胚胎的芯片，可以 大批量克隆出优质奶牛和肉用牲畜；l2002年，美国国家科学院宣布，克隆动物食品不影响 安全性；l2002年，美国佐治亚大学，克隆鸡，其鸡蛋含有人体 所需的蛋白质；l2002年，美国克隆猪，为人类移植用器官l带来了希望l2002年末，法国克隆女婴诞生；24克隆山羊和克隆兔25生物芯片（基因芯片，加工，CCD荧光扫描）l基因芯片是指将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进 行杂交，通过杂交信号的强弱判断靶分子的数量。用该技术 可将大量的探

11、针同时固定于支持物上，所以一次可对大量核 酸分子进行检测分析，从而解决了传统核酸印迹杂交技术操 作复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、效率低等不 足。它能在同一时间内分析大量的基因，使人们准确高效地 破译遗传密码。这将是继大规模集成电路后又一次意义深远的科技革命。 26生物制药和医疗的最新进展l2002年6月，美国识别了6个与乳腺癌有关部门的基因 ，有助于生物制药的研究；l2002年7月，发现智力迟钝的基因，A GTR2；并发现 与哮喘有关的基因，A DAM33；l2002年，美国食品医药管理局（FDA）受到了370个生 物技术药物的申请；l2002年，发现了与记忆有关的基因，研制治疗记忆

12、力 减退的药物、治疗艾滋病和癌症的药物；l2002年，研制出可穿带式电击复苏器，生物心脏起搏 器等27癫痫与伽玛刀（Gammaknife）28伽玛刀简介l癫痫刀（伽玛刀）是脑电图机配了一个软件，学术名称为：全数字化偶极子定 位、三维图像融合长程视频脑电监测系统。是一套由普通脑 电图、24小时脑电Holter、128导全数字化视频脑图、术中全 数字化脑电系统及偶极子定位系统、三维图像融合系统等组 成的一套完整的癫痫术前、术中定位和术后评估系统，是癫 痫的外科治疗的有刀设备，所以俗称癫痫刀。l癫痫刀的适应症颅内有占位性病变、脑血管畸形等器质性疾病；经充分而合理的抗癫痫药物治疗达2年以上，仍然频繁发

13、作， 明显影响患者生活质量者；对只有单个局限的小癫痫灶又不累及重要生理功能的病例效 果最好。29脑信息检测的结果图示30生物磁场计31能源技术 推陈出新（1）l太阳能是未来社会能源的希望所在；太阳每年到达地球的能量是目前主要能源探明储量 的1万倍；太阳能清洁、经济、可再生，可以用于发电l风能可再生、无污染，属于绿色能源；成本较高32太阳能灯图示33能源技术 推陈出新（2）l核电安全、经济，目前已经占全球供电量的16%；据美国统计：l核电成本：1.83美分/千瓦时；其它：46美分/千瓦时l燃料电池原理：氢气和氧气反应产生电能和少量的水；效率：高达50%；应用：航天、汽车，许多公司已经研制出燃料电

14、池的汽车， 预计2004年投放市场，2050年全部更新换代。问题：成本高，汽车用燃料电池发动机为3万美元。（Hodda Accord Accord, TOYOTA Camery）预期：2004年投放市场（2002年的预计），2050年取代目前 的燃油汽车 34燃料电池的工作原理l燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能 量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锰 干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其 供给活物质（起反应的物质）-燃料和氧化剂，这又和其他普通 化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变 为电能输出，所以被称为燃料电池

15、。l具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的“发电机“。它由 正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质 板是利用电解质渗入多孔的板而形成，现在正发展为直接使用固 体的电解质。l利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电， 所以也可称它为一种“发电机“。35燃料电池及燃料电池汽车和摄像机36新材料技术 日新月异l纳米技术（Nanometer）纳米材料的研究引起一次技术革命，使仪器、设备的微型化 成为可能纳米晶体管，只有针尖的1000万分之一l超导技术（Superconductor）若用超导材料制造电机，其输出量可增大一倍，重量减轻90% ；研究的关键：是高温超导问题

16、目前已经研究出-221C和-156C的高温超导材料l最新报道（2003.9.13.）：美国MIT创造接近绝 对零度的新记录：高于绝对零度20亿分之一度37显微镜下的纳米材料38纳米国旗和纳米抗菌陶瓷39空间技术 更上一层楼（1）l1957年，第一颗人造卫星l空间站和平号轨道空间站：l1986年2月20日升空进入轨道，原计划5年寿命；l2001年3月23日在控制下成功坠入南太平洋；l实际运行15年，绕地球8万多圈，行程35亿km，104名宇航员做 了31200次科学实验。l人造卫星广泛应用于通信领域（80%的洲际通信，100%的洲际电视转播） ；小卫星：美国2002年发射首颗“皮型”卫星，仅重245克；小卫星星座，达到5个W：whoever, wherever, whenever, whomever, whatever40