信息通信技術輝煌依舊課件

1、信息科學與技術概述楊虎1The Importance of Communications是現(xiàn)代生活中的主要通信方式郵政：正在萎縮電話：很大發(fā)展，形形色色的電話及通信方式網(wǎng)絡技術：正在興起現(xiàn)代社會是信息社會每時每刻有海量的信息需要傳遞信息具有價值信息學科是現(xiàn)代科學技術的前沿學科信息技術是當今科學技術的先導技術信息產(chǎn)業(yè)是優(yōu)先發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)信息行業(yè)是就業(yè)形勢良好，收入較高的行業(yè)2從信息技術獲益大眾傳媒廣播、電視、報紙、新聞文化娛樂網(wǎng)吧、電視科學技術離不開電子信息技術（含通信技術）工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，建立新型工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系戰(zhàn)爭軍事空軍、海軍、導彈、坦克3從我們的身邊看電話的普及程度網(wǎng)絡的普及程度電

2、子郵件和手機短信的使用電子商務，需要解決：網(wǎng)絡通信技術物流傳遞技術社會信用保障體系4The Development of NetworksNetworksTelecommunication networks早期以語音通信為主，模擬信號，網(wǎng)絡和交換比較簡單目前可以多媒體通信，模擬數(shù)字，與計算機密切結合Computer networks早期，計算機互連，局域網(wǎng)現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡主要特點規(guī)模大（遍布全球，跨越大洋）信息資源豐富速度高，幾乎可以達到實時可靠性高5通信網(wǎng)與計算機網(wǎng)的互相滲透通信計算機計算機通信6現(xiàn)代科學技術的最新進展信息通信技術 輝煌依舊現(xiàn)代生物技術 風光無限能源技術 推陳出新新材料技術 日

3、新月異空間技術 更上一層樓7信息通信技術 輝煌依舊（1）Network and Optical Fiber Communications (網(wǎng)絡與光纖通信技術)無線通信的歷史：1901年12月12日，意大利工程師馬可尼首次實現(xiàn)跨越大西洋的無線電通信。容量：幾bit/s（bps）。100年后的今天，骨干光纖傳輸?shù)娜萘浚?0Gbps。網(wǎng)絡通信的廣泛應用：電子商務，電子政務，網(wǎng)上醫(yī)療，網(wǎng)上教學，。網(wǎng)絡成為現(xiàn)代生活的重要媒體。全世界有4.14億人經(jīng)常上網(wǎng)。技術發(fā)展：窄帶寬帶；有線無線；固定移動最后1km和接入問題：ISDN，ADSL，Cable Modem，光纖瓶頸：光電轉換。最終有可能導致光學信息處

4、理技術代替電子信息處理技術8Mobile Communications第一代模擬的第二代數(shù)字的第三代無線與互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信相結合第四代100MB，動畫、音樂等第五代多媒體，3D會議，3D游戲910 problems faced by the internet身份識別保護知識產(chǎn)權;保護個人隱私;新一代網(wǎng)絡通信協(xié)議;新一代互聯(lián)網(wǎng)技術;無線上網(wǎng)技術;傳統(tǒng)電話線路與網(wǎng)絡融合技術;更有效的網(wǎng)絡視頻傳輸技術;垃圾郵件的過濾技術;網(wǎng)絡安全技術10網(wǎng)絡交換系統(tǒng)和CDMA系統(tǒng)示意圖 11信息通信技術 輝煌依舊（2）計算機技術2001年出現(xiàn)了分子電路由晶體管、開關、導線等構成分子電路，可以進行計算；科學雜志將其

5、列為年度十大科技進展的榜首；意義：最終將導致運算速度最快的計算機的誕生（目前的運算速度：12萬億次/秒，國產(chǎn)的4千億次/秒）。2001年出現(xiàn)了生物計算機由DNA分子（軟件）和酶分子（硬件）構成尺寸：1萬億個這樣的生物計算機只有一滴水那么大運算能力驚人12計算機芯片2002年計算機芯片的最新進展2002年1月，P4，f=4GHz；2002年4月，Motorola, Philips, ST Micro-electronics組建戰(zhàn)略聯(lián)盟；2002年8月，IBM， SONY， TOSHIBA聯(lián)合研制新型計算機芯片；2002年9月，SAMSUN 推出512M，1G動態(tài)RAM，突破納米級（100nm）；

6、2002年6月，貝爾推出1-2nm的晶體管13超級計算機2002年超級計算機最新進展2002年4月，NEC采用5120個處理器，峰值計算能力40萬億次浮點運算；2002年8月，PRIMPOWER16384個處理器，85.1萬億次浮點運算；2002年8月，加拿大阿爾伯特大學，1200臺計算機連接，超級虛擬計算機；2002年11月，IBM公司投資2.9億美元運算速度100萬億次（用于大規(guī)模核試驗）；運算速度367萬億次（研究全球氣候變化和環(huán)境污染）14生物計算機圖示15銀河計算機圖示16信息通信技術 輝煌依舊（3）集成電路技術第一片IC芯片誕生于1958年40多年來經(jīng)歷了幾個階段：小規(guī)模、中規(guī)模：

7、對應于老式的大型計算機；大規(guī)模：對應于PC機；超大規(guī)模：對應于超級計算機、網(wǎng)絡計算機；特大規(guī)模：每個芯片上刻1億個邏輯單元高智能機器人美國加州大學發(fā)明機器蒼蠅，與蒼蠅尺寸相似，重100mg，長3cm,可用于戰(zhàn)場偵察、大氣測量等17機器蒼蠅圖示18機器人舉例19信息技術的明天計算機大眾化出現(xiàn)電視計算機，電話計算機，計算機更易使用。包括可以用自然語言對話、手寫輸入、傻瓜化，而且更符合人的習慣。計算機與無線通信廣泛結合筆記本計算機可以隨時隨地與辦公室或數(shù)據(jù)庫相聯(lián)系，計算機可與各種家電互聯(lián)，計算機成為家庭信息中心和控制中心。計算機作為個人助理計算機作為個人秘書與助手，管理個人帳目、安排日程等，把個人從

8、各種事務中解放出來20現(xiàn)代生物技術 風光無限（1）基因（Gene）工程基因是反映、表征、決定物種本質特征的東西。內容：在基因水平上采用與工程設計類似的方法，按照人類的需要進行設計和創(chuàng)建具有新的性狀的生物新品種，并使之穩(wěn)定地遺傳給后代。基因工程是現(xiàn)代生物技術大核心。意義：突破物種間的遺傳障礙，大跨度地超越物種間的不親和性。轉基因（Mutation）已經(jīng)有許多品種：大豆、玉米等；褒貶不一21轉基因試管牛22現(xiàn)代生物技術 風光無限（2）基因組研究Human genome project 得到人類基因的完整的譜圖（2003年）；對于破解人類遺傳密碼，基因診斷治療有重要意義復旦大學的進化遺傳學研究揭示了

9、“東亞現(xiàn)代人的非洲起源”生物芯片（Bio-Chips）已經(jīng)出現(xiàn)各種芯片，包括基因芯片，蛋白質芯片，藥物芯片，生物傳感器芯片等；廣泛用于疾病診斷，例如遺傳病，高血壓等；用于新藥篩選和司法鑒定等；克?。–lone）即無性繁殖，已克隆出牛、猴、鼠、豬等多種動物；已經(jīng)克隆出人類胚胎，超越了人類禁區(qū)23克隆技術的最新進展2002年是克隆年；2002年，美國得克薩斯大學，第一只克隆貓；2002年，美國開發(fā)出大量克隆動物胚胎的芯片，可以大批量克隆出優(yōu)質奶牛和肉用牲畜；2002年，美國國家科學院宣布，克隆動物食品不影響安全性；2002年，美國佐治亞大學，克隆雞，其雞蛋含有人體所需的蛋白質；2002年，美國克隆

10、豬，為人類移植用器官帶來了希望2002年末，法國克隆女嬰誕生；24克隆山羊和克隆兔25生物芯片（基因芯片，加工，CCD熒光掃描）基因芯片是指將大量探針分子固定于支持物上，然后與標記的樣品進行雜交，通過雜交信號的強弱判斷靶分子的數(shù)量。用該技術可將大量的探針同時固定于支持物上，所以一次可對大量核酸分子進行檢測分析，從而解決了傳統(tǒng)核酸印跡雜交技術操作復雜、自動化程度低、檢測目的分子數(shù)量少、效率低等不足。它能在同一時間內分析大量的基因，使人們準確高效地破譯遺傳密碼。這將是繼大規(guī)模集成電路后又一次意義深遠的科技革命。 26生物制藥和醫(yī)療的最新進展2002年6月，美國識別了6個與乳腺癌有關部門的基因，有助

11、于生物制藥的研究；2002年7月，發(fā)現(xiàn)智力遲鈍的基因，A GTR2；并發(fā)現(xiàn)與哮喘有關的基因，A DAM33；2002年，美國食品醫(yī)藥管理局（FDA）受到了370個生物技術藥物的申請；2002年，發(fā)現(xiàn)了與記憶有關的基因，研制治療記憶力減退的藥物、治療艾滋病和癌癥的藥物；2002年，研制出可穿帶式電擊復蘇器，生物心臟起搏器等27癲癇與伽瑪?shù)叮℅ammaknife）28伽瑪?shù)逗喗榘d癇刀（伽瑪?shù)叮┦悄X電圖機配了一個軟件，學術名稱為：全數(shù)字化偶極子定位、三維圖像融合長程視頻腦電監(jiān)測系統(tǒng)。是一套由普通腦電圖、24小時腦電Holter、128導全數(shù)字化視頻腦圖、術中全數(shù)字化腦電系統(tǒng)及偶極子定位系統(tǒng)、三維圖像

12、融合系統(tǒng)等組成的一套完整的癲癇術前、術中定位和術后評估系統(tǒng)，是癲癇的外科治療的有刀設備，所以俗稱癲癇刀。癲癇刀的適應癥顱內有占位性病變、腦血管畸形等器質性疾?。唤?jīng)充分而合理的抗癲癇藥物治療達2年以上，仍然頻繁發(fā)作，明顯影響患者生活質量者；對只有單個局限的小癲癇灶又不累及重要生理功能的病例效果最好。29腦信息檢測的結果圖示30生物磁場計31能源技術 推陳出新（1）太陽能是未來社會能源的希望所在；太陽每年到達地球的能量是目前主要能源探明儲量的1萬倍；太陽能清潔、經(jīng)濟、可再生，可以用于發(fā)電風能可再生、無污染，屬于綠色能源；成本較高32太陽能燈圖示33能源技術 推陳出新（2）核電安全、經(jīng)濟，目前已經(jīng)占

13、全球供電量的16%；據(jù)美國統(tǒng)計：核電成本：1.83美分/千瓦時；其它：46美分/千瓦時燃料電池原理：氫氣和氧氣反應產(chǎn)生電能和少量的水；效率：高達50%；應用：航天、汽車，許多公司已經(jīng)研制出燃料電池的汽車，預計2004年投放市場，2050年全部更新?lián)Q代。問題：成本高，汽車用燃料電池發(fā)動機為3萬美元。（Hodda Accord Accord, TOYOTA Camery）預期：2004年投放市場（2002年的預計），2050年取代目前的燃油汽車34燃料電池的工作原理燃料電池是一種化學電池，它利用物質發(fā)生化學反應時釋出的能量，直接將其變換為電能。從這一點看，它和其他化學電池如錳干電池、鉛蓄電池等是類

14、似的。但是，它工作時需要連續(xù)地向其供給活物質（起反應的物質）-燃料和氧化劑，這又和其他普通化學電池不大一樣。由于它是把燃料通過化學反應釋出的能量變?yōu)殡娔茌敵?，所以被稱為燃料電池。具體地說，燃料電池是利用水的電解的逆反應的發(fā)電機。它由正極、負極和夾在正負極中間的電解質板所組成。最初，電解質板是利用電解質滲入多孔的板而形成，現(xiàn)在正發(fā)展為直接使用固體的電解質。利用這個原理，燃料電池便可在工作時源源不斷地向外部輸電，所以也可稱它為一種發(fā)電機。35燃料電池及燃料電池汽車和攝像機36新材料技術 日新月異納米技術（Nanometer）納米材料的研究引起一次技術革命，使儀器、設備的微型化成為可能納米晶體管，只

15、有針尖的1000萬分之一超導技術（Superconductor）若用超導材料制造電機，其輸出量可增大一倍，重量減輕90%；研究的關鍵：是高溫超導問題目前已經(jīng)研究出-221C和-156C的高溫超導材料最新報道（2003.9.13.）：美國MIT創(chuàng)造接近絕對零度的新記錄：高于絕對零度20億分之一度37顯微鏡下的納米材料38納米國旗和納米抗菌陶瓷39空間技術 更上一層樓（1）1957年，第一顆人造衛(wèi)星空間站和平號軌道空間站：1986年2月20日升空進入軌道，原計劃5年壽命；2001年3月23日在控制下成功墜入南太平洋；實際運行15年，繞地球8萬多圈，行程35億km，104名宇航員做了31200次科學

16、實驗。人造衛(wèi)星廣泛應用于通信領域（80%的洲際通信，100%的洲際電視轉播）；小衛(wèi)星：美國2002年發(fā)射首顆“皮型”衛(wèi)星，僅重245克；小衛(wèi)星星座，達到5個W：whoever, wherever, whenever, whomever, whatever40和平號軌道空間站及其墜落41空間技術 更上一層樓（2）深空探測美國“奧德賽”火星探測器：2001年4月7日，升空；2001年10月23日，進入火星軌道；帶有一個熱成像系統(tǒng)和一個Gamma射線光譜儀美國“起源”號航天器2001年8月升空；計劃歷時3年，行程3200萬km，到達距地球160km的地方；運行2.5年，2004年9月返回地球；捕捉太風中時速高達160km的太陽粒子42航天飛機組圖1（待發(fā)射，發(fā)射，施放衛(wèi)星)43航天飛機組圖2（飛行，施放衛(wèi)星，施放天空望遠鏡）44宇航員在工作45星際公路圖示46火星探測47新型飛機