經(jīng)理的科技知識

經(jīng)理的科技知識

現(xiàn)代科技知識簡介
□ 電子計算機(jī)技術(shù)
自1946年世界上出現(xiàn)第一臺電子計算機(jī)(ENIAC)以來，電子計算機(jī)的元件和整體結(jié)構(gòu)(硬件)、程序系統(tǒng)(軟件)都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。今天的電子計算機(jī)基本功能是信息處理。人們因此常把電子計算機(jī)稱為“電腦”。電子計算機(jī)分三類：電子數(shù)字計算機(jī)、電子模擬計算機(jī)和混合式電子計算機(jī)。當(dāng)今廣泛運用的是電子數(shù)字計算機(jī)，簡稱電子計算機(jī)。
1．電子計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
(1)電子計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。
任何一臺電子計算機(jī)均由運算器、存貯器、控制器、輸入裝置和輸出裝置五部分構(gòu)成。此外，還有通信控制臺及提供各部件能量的專門電源。運算器、內(nèi)存貯器、控制器通常稱為計算機(jī)的主機(jī)部分，輸入、輸出裝置、外存貯器等稱為外部設(shè)備。
(2)二進(jìn)制記數(shù)法。
計算機(jī)內(nèi)采用二進(jìn)制計數(shù)法，即由兩個數(shù)字符號“0”和“1”組成不同的數(shù)，逢二進(jìn)一。
(3)計算機(jī)的程序設(shè)計和計算機(jī)語言。
計算機(jī)是從事信息處理工作的機(jī)器，處理工作按人們事先安排好的步驟自動進(jìn)行。每個基本步驟稱為一個操作，每個操作都按照指令來執(zhí)行。指令是一組字符，這組字符規(guī)定對哪些數(shù)據(jù)進(jìn)行運算、進(jìn)行什么樣的運算。由一系列指令所組成的序列，稱為程序。一臺計算機(jī)所具有的全部指令稱作這臺機(jī)器的指令系統(tǒng)。一臺計算機(jī)的指令系統(tǒng)在很大程度上決定了計算機(jī)的工作能力。指令系統(tǒng)越完善，機(jī)器的功能就越完全。
語言是交流信息的工具，所以機(jī)器語言是用二進(jìn)制代碼編成的。最早運用的是符號語言，又稱匯編語言。從五十年代開始，發(fā)展起便于使用的高級語言，這就是程序設(shè)計語言。
目前世界廣為流行的程序語言有下列幾種：①FORTRAN語言。是一種用于科學(xué)計算的高級語言；②ALGOL語言。ALGOL的語句和普通語言表達(dá)式接近，更適于數(shù)值計算；③COBOL語言。它是一種類似于英語的用于商業(yè)及數(shù)據(jù)處理的語言；④Ada語言。是1980年公布的高級語言；⑤BASIC語言。它是一種應(yīng)用很廣的程序設(shè)計語言。國內(nèi)外幾乎所有的微機(jī)系統(tǒng)和許多小型機(jī)都配備有這種語言。
隨電子計算機(jī)使用范圍不斷擴(kuò)大，一般計算機(jī)都配置一系列的程序，總稱程序系統(tǒng)。
2電子計算機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用及前景
(1)電子計算機(jī)的發(fā)展歷程。
電子計算機(jī)的發(fā)展分為四代：第一代為電子管時代(1946—1956年)這一時期計算機(jī)所采用的電子元件基本上都是電子管。第二代為晶體管時代(1956—1962年)這一代計算機(jī)的邏輯元件和邏輯線路均采用分立的晶體管元件。第三代為集成電路時代(1962—1970年)這一時期，不僅計算機(jī)得到更加廣泛的應(yīng)用，而且出現(xiàn)了新的發(fā)展方向，即計算機(jī)小型化。第四代為大規(guī)模集成電路時代(1970年—至今)。這一時期，建立在大規(guī)模集成電路基礎(chǔ)上的微型機(jī)和巨型機(jī)得到飛速發(fā)展。目前一些國家正向第五代計算機(jī)發(fā)展，其方向集中于人工智能機(jī)、巨型機(jī)兩個方面。
(2)電子計算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。
首先是數(shù)據(jù)處理，又稱信息加工，這是現(xiàn)代電子計算機(jī)中最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，占整個計算機(jī)應(yīng)用比例的70—80%左右。
其次是數(shù)值計算。電子計算機(jī)可完成大量復(fù)雜的計算。
再次是實時控程，實際上是生產(chǎn)過程或科學(xué)實驗過程的自動化。
80年代計算機(jī)應(yīng)用另一重要方面是計算機(jī)進(jìn)入家庭，改變了人們的生活方式。計算機(jī)為家庭服務(wù)可分為信息、能源控制、系統(tǒng)管理、安全保衛(wèi)等；進(jìn)一步活躍了家庭生活。總之，電子計算機(jī)的應(yīng)用范圍，從尖端領(lǐng)域到日常生活，已滲透到社會的方方面面。
(3)電子計算機(jī)的發(fā)展方向。
一是向小的方向發(fā)展，從一般計算機(jī)發(fā)展為小型計算機(jī)，以至微型計算機(jī)。微型計算機(jī)特點，主要是體積小、價格便宜、靈活性大。二是向大的方向發(fā)展，由一級大型計算機(jī)發(fā)展為巨型計算機(jī)。巨型機(jī)每秒運算5000萬次以上。加速其發(fā)展，能促進(jìn)科技領(lǐng)域的變革性進(jìn)步。三是組成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。從而使計算機(jī)的使用方式發(fā)生很大改變。目前國際上大量涌現(xiàn)各種計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)機(jī)檢索不受國家、距離和地理位置限制，專業(yè)范圍十分廣泛。四是研制智能計算機(jī)。用計算機(jī)模擬人的智能是自動化發(fā)展的最高階段。智能模擬包括：模式識別、數(shù)學(xué)定理的證明、自然語言的理解和智能機(jī)器人等等。尤其是數(shù)學(xué)定理的證明已在人工智能的發(fā)展中有重要影響，人工智能計算機(jī)的發(fā)展對于進(jìn)一步解放人類智力。促進(jìn)社會進(jìn)步有重要意義?！?半導(dǎo)體技術(shù)
自然界中有一些物質(zhì)，其導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，這就是半導(dǎo)體。半導(dǎo)體已成為無線電電子技術(shù)、電子計算機(jī)制造技術(shù)、太陽能利用技術(shù)的重要支柱。
1．半導(dǎo)體的基本理論
PN結(jié)理論：1949年美國貝爾實驗室的科學(xué)家提出PN結(jié)理論。奠定了半導(dǎo)體的理論基礎(chǔ)。這個理論基本內(nèi)容是：如果把一個P型半導(dǎo)體和一個N型半導(dǎo)體接在一起(摻入施主雜質(zhì)的得到N型半導(dǎo)體，摻入受主雜質(zhì)的得到P型半導(dǎo)體)，由于N型半導(dǎo)體中有多余的電子，P型半導(dǎo)體中有多余的空穴，P區(qū)中的空穴將通過界面向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)中的電子也將通過界面向P區(qū)擴(kuò)散。擴(kuò)散的結(jié)果，在靠近界面處，P型半導(dǎo)體一側(cè)由于失去空穴而帶上負(fù)電荷，N型半導(dǎo)體一側(cè)由于失去電子而帶上正電荷。正負(fù)電荷的積累產(chǎn)生電場，電場方向由N區(qū)指向P區(qū)。產(chǎn)生的電場力阻止電子、空穴繼續(xù)擴(kuò)散。當(dāng)這種由擴(kuò)散結(jié)果產(chǎn)生的電場力和電子擴(kuò)散力相平衡時，擴(kuò)散作用就停止。這樣，在P型和N型半導(dǎo)體的交界面形成的那一正負(fù)空間電荷層叫阻擋層，又稱PN結(jié)。PN結(jié)加正向電壓時，電流容易通過；加反向電壓時，電流難以通過。這種只允許單方向電流通過的性質(zhì)叫單向?qū)щ娦浴?
2．三極管及其工作原理
(1)三極管的發(fā)明。1947年12月，美國貝爾實驗室成功研究了世界第一只點接觸型半導(dǎo)體三極管。半導(dǎo)體三極管一般簡稱為晶體管。它的出現(xiàn)是繼真空電子管之后電子元件的重大突破。它很快地投入生產(chǎn)，取代了真空管的地位。
(2)半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)和放大原理。半導(dǎo)體三極管基本上都由一塊具有兩個PN結(jié)的半導(dǎo)體單晶體所構(gòu)成。
3．集成電路
(1)集成電路的誕生。1960年美國制成第一塊集成電路。其后二十余年集成電路有了長足發(fā)展。人們通常把電子管稱為第一代電子器件、把晶體管稱為第二代電子器件、把集成電路稱為第三代電子器件、把大規(guī)模集成電路稱為第四代電子器件。
(2)集成電路的種類。集成電路分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。一般每片上的集成度少于一百個元件或小于十個門電路叫小規(guī)模集成電路。集成度在一百至一千個元件之間，或在十至一百個門電路之間叫中規(guī)模集成電路。集成度在一千個元件以上或一百個門電路以上叫大規(guī)模集成電路。集成度達(dá)十萬個元件以上，或等效于一萬個門電路的則稱為超大規(guī)模集成電路。
人們按照集成電路用途的不同，又把它分為數(shù)字集成電路及模擬集成電路兩類。目前應(yīng)用最廣泛的是半導(dǎo)體數(shù)字集成電路。在數(shù)字電路系統(tǒng)中，常用“0”表示低電位；“1”表示高電位。數(shù)字電路系統(tǒng)所處理的信號，通常有兩種對立的狀態(tài)，而電路的基本任務(wù)是實現(xiàn)某種邏輯功能。在電子線路中，分別把實現(xiàn)這種邏輯關(guān)系的電路稱為“與門”電路、“或門”電路、“非門”電路。
(3)集成電路的發(fā)展。集成電路出現(xiàn)后發(fā)展十分迅速。據(jù)估計，到本世紀(jì)末集成電路的集成度將達(dá)到幾十億。集成電路已成為計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。微電子技術(shù)是指在半導(dǎo)體材
料上采用微米級線度加工處理的技術(shù)，微電子技術(shù)的核心是集成電路技術(shù)。所以代表微電子
技術(shù)水平的是集成電路水平。
隨著微電子技術(shù)進(jìn)入大規(guī)模集成電路時代。提高集成電路的集成度成為集成電路進(jìn)一步發(fā)展的技術(shù)關(guān)鍵。提高集成電路集成度的途徑有三點：①縮小元件尺寸；②加大芯片尺寸；③革新電路設(shè)計。集成電路技術(shù)的發(fā)展，將會使微電子工業(yè)的結(jié)構(gòu)發(fā)生重大改變。
□ 激光技術(shù)與光導(dǎo)纖維通訊
激光科學(xué)技術(shù)是本世紀(jì)六十年代發(fā)展起來的最活躍的科技領(lǐng)域。激光的出現(xiàn)，標(biāo)志著人類對光的掌握和利用進(jìn)入一個新階段。光導(dǎo)纖維是當(dāng)今新技術(shù)革命的一個重要領(lǐng)域，它和激光技術(shù)、微電子技術(shù)結(jié)合，促進(jìn)了信息革命的發(fā)展，推動著信息時代的到來。
1．激光技術(shù)及其應(yīng)用
(1)激光器的發(fā)明。世界上第一臺激光器是紅寶石固體激光器，它是1960年美國科學(xué)家梅曼發(fā)明的。關(guān)于激光器的基礎(chǔ)理論在1917年由愛因斯坦奠定。愛因斯坦在研究電磁波與原子系統(tǒng)相互作用時，提出了受激發(fā)射理論，這個理論是激光理論的核心，是激光器得以發(fā)明和發(fā)展的理論基石。
(2)激光器的工作原理。①激光器的工作原理：激光器一般由三大部分：工作物質(zhì)、諧振腔和激勵能源組成。產(chǎn)生激光的具體過程是：工作物質(zhì)在激勵能源的作用下，不斷地把低能級上的粒子抽運到高能級上去，例如從能級1抽運到能級3上。在能級3上粒子停留時間(或稱壽命)很短，能級3上的粒子很快轉(zhuǎn)移到能級2上，能級2上粒子停留時間或壽命較長，這樣抽運到能級3上的粒子大量聚集在能級2上。使能級2上的粒子數(shù)多于能級1上的粒子數(shù)，在能級2和能級1之間實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。
實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的工作物質(zhì)，可以產(chǎn)生受激發(fā)射放大。開始時這種受激發(fā)射光強(qiáng)度很弱，由于光學(xué)諧振腔的存在，使得在一定方向上的受激光在兩塊反射鏡間多次往返，當(dāng)往返足夠多的次數(shù)后，就可以在腔內(nèi)建立起穩(wěn)定的相干光振蕩，其中一部分振蕩光通過一塊具有一定透過率的鏡面輸出到腔外，形成激光。②激光器的分類，按激勵方式不同可分光激勵激光器，電激勵激光器；按波長范圍不同可分遠(yuǎn)紅外、中紅外、近紅外激光器、可見光激光器；按工作物質(zhì)分類可分固體、液體、氣體、半導(dǎo)體激光器。③激光的特性，激光與普通光不同，它具有高單色性，高方向性和高亮度的特點，相干性極好。激光的出現(xiàn)為技術(shù)實踐提供前所未有的光頻電磁相干輻射波，前景十分廣闊。
④激光的應(yīng)用，利用激光單色性好的特點，可作精密測量，極大地提高測量的精度和量程，利用激光光束的高定向性，它在極遠(yuǎn)的距離上傳輸光能和傳遞控制指令的能力，可進(jìn)行遠(yuǎn)距離激光通信、測距，以及進(jìn)行激光導(dǎo)航、遙控等應(yīng)用。衛(wèi)星激光測距與宇宙飛船的激光對接控制都是引人注目的成就。利用激光高亮度的特點(比太陽亮度高幾千億倍)，利用普通激光器輸出激光的高度特性，可以把激光作為一種光學(xué)加工手段來對各種材料和產(chǎn)品進(jìn)行特殊加工；利用激光進(jìn)行細(xì)微加工，更顯其優(yōu)越特性。激光微精細(xì)加工用于集成電路技術(shù)中，能使集成度大為提高，有可能使集成電路工藝技術(shù)發(fā)生革命性變化。近年來，激光技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人也開拓了廣闊前景，激光可作為機(jī)器人的“眼睛”。
2．光導(dǎo)纖維與光纖通信

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