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第7章 信息科学技术(2)

据统计,计算机应用项目目前已达3000多种。归纳起来,大致有以下几个方面:1.数值计算。应用计算机进行数值计算,可以胜任其他计算工具难以胜任的工作,节约大量的时间、人力和物力。特别是现代科学技术的发展和大型技术工程、建设项目的论证,更是离不开计算机。例如,原子能反应堆、卫星和载人飞船等,是在超高温、超高压、超高速下运行的,用实验方法进行模拟,研究其客观规律是比较困难的,而采用计算机进行理论计算,就成为解决问题的重要方法。2.数据处理。计算机可以对数据及时地加以记录、整理与计算,加工成人们所要求的数据形式。因此,它广泛地应用于各行各业的数据处理中,广泛应用于编制生产计划、产值与成本计算、会计统计等数据计算中。3.自动控制。工业、交通运输等部门的生产过程控制以及武器、航天飞船等自动控制,主要是由计算机完成的。4.辅助设计。这是一项专门技术。采用计算机来辅助设计,使设计过程走向半自动化和自动化。现在,已采用计算机来辅助设计大规模集成电路及船舶、建筑、飞机等。人工设计一架飞机3年时间才能拿出图纸,若采用计算机辅助设计,同一过程只需3个月。5.逻辑加工。这方面应用的最突出的例子,是计算机能自动翻译,把一种语言文字转换成另一种语言文字。此外,还应用于情况检索、论文摘要、机器编程序、下棋、战术研究等。包括在体育比赛中,用计算机分析对方的战术,技术、指挥运动员克敌制胜。6.人工智能。如计算机学习、计算机证明、景物分析、机器人等。计算机不仅能代替人们的某些体力劳动,而且能够代替脑力劳动的某些智能。目前,人工智能的工作还处于探索和研究阶段。

计算机发展趋势

据预测,今后20年电子计算机将主要沿着小型化、巨型化、网络化、智能模拟的方向发展。

1.向小型化发展。1933年美国有微型机2000万台,到1990年可达6000万台。英国辛克莱电脑公司生产了世界上最便宜的家用电脑,荧光屏是黑白图像的只需40英镑(约合人民币120元),彩色的也不超过100英镑。小型化,为电子计算机的应用开辟了广阔的前景,产生了巨大的影响。对微型机的应用一定要摆在重要的位置,予以足够的重视。我国推广应用微型机,已取得了初步的经济效益和社会效益。2.向巨型化发展。大容量、高速度的巨型计算机,对尖端科学技术的发展起着重要的促进作用。我国长沙国防科技大学研制成功的“银河”亿次巨型计算机,具有巨大的数值计算能力和数据处理能力。专门解决一般大型计算机上解决不了的科学计算、工程设计和数据处理等问题。国外已经研制出运算速度每秒可达13亿次的巨型计算机。在一个火柴盒大小的“数据库”介质中,可以存储一个藏书100万册、每册20万字符的图书馆的全部信息。3.向网络化发展。利用通信线路把分散在各地的许多计算机连接起来,组成计算机网络,可以充分利用每台计算机所存储的大量数据资料,充分发挥它们的运算能力。美国贝尔研究所的电子计算机网络,存储有25个图书馆的图书资料,可以随时为分布在8个州的1万多人提供资料。一些国际性的计算机通信网络也已纷纷计划和兴建。凡是连接网络的地方,都可共享整个计算机网络的资源,这就扩大了计算机的应用范围。4.向智能模拟发展。智能模拟是计算机发展的高级阶段。如用机器进行模拟图像和物体的识别、学习、启发、探索等。现在,具备初步视,听、说、想能力的高级智能机器人已出现。智能模拟将在未来的生产系统、管理系统、社会服务系统中大显身手。

激光和激光技术

激光是运用物质受激辐射原理而产生的一种高强度的相干光。激光也是一种光,但它不是由太阳、日光灯等所发出的普通光,它是激出来的光,受激辐射是产生激光的基础。也可以说,激光是由激光器产生的。激光的主要特征是:1.方向性好。激光比目前各种电磁波的发散角都小,几乎是一束平行光束,笔直前进。这种光照射出去,在10公里以外光斑(照射面积)也只有1米左右,若照到38万公里远的月球上,则光斑直径也只有3公里左右。激光具有方向性好的优点,因而可用于定位、导向、测距、通信等。特别是通信,因为发射角很小,在光斑之外不能接收到信号,所以保密性好,同时也避免了空间频率的拥挤。2.单色性好。普通光源(如白炽灯等)所发出的光,一般颜色都极为复杂,波长范围约千分之几埃;而激光器发出的光却是高单色性的光,其中氦氖激光只有1000亿分之几埃。根据激光单色性好的优点,可以用红、绿、蓝三种激光作为基色来合成各种颜色,所得到的色彩十分鲜艳、逼真,能与自然景色媲美。将它用于彩色电视技术中,可做成激光大屏幕投影电视。3.亮度高。一支功率为1毫瓦的氦氖激光器的亮度比太阳约高100倍,功率较大的红宝石巨脉冲激光器的亮度则比太阳高200亿倍。利用激光甚至可以在1600公里以外烧沸一壶水。激光束能在透镜的焦点附近产生几千度至几万度的高温,足以熔化乃至汽化各种金属和非金属材料,可以用来打孔、焊接、切割等。4.相干性好。普通光源所发出的光向四面八方辐射,是乱七八糟的,而激光器发出的光,其频率、振动方向、相位都相同,具有极好的相干性。根据激光的这种特性,可应用于光通信、全息照相以及最先进的光子计算机等。

目前,激光在新技术革命的各个领域中都获得了广泛的应用。它既是一种容量巨大、性能优越的信息载体,又是一种具有强大威力和非凡精度的加工工具。激光技术与电子技术、通信技术、计算机技术等互相结合、互相促进,形成了激光通信、激光存储、激光雷达、激光测距、激光电源、激光加工、激光手术、激光对抗、激光武器以及激光同位素分离等许许多多专门的技术领域,已应用到工程、物理、化学、生物、农学、医学、军事等方面。其中,光学计算机存储容量可达1千亿亿位,运算速度可达每秒数百亿次至上千亿次。它将是最新一代的计算机。

激光通信

用激光代替无线电电磁波和有线电流作为载波的通信。激光通信系统主要由信号发送、信号传输和信号接收三部分组成。发送部分将需要传递的信息,如语言、文字、图像、数据等通过信号变换器转变为电信号,然后把它加在激光器的工作电流上,控制激光的幅度、频率或相位,使它们按照信号的规律变化,将信号发射出去。信号的接收过程则与发送的过程相反。

激光的频率比无线电微波要高出1万倍以上,它的频带又十分窄,因而激光通信比无线电微波通信可以接通的通话路数要多成千上万倍,这是激光通信的极大优点。此外,它还具有保密、不受电磁干扰、简便和成本低等优点。激光通信可分为大气激光通信、光纤通信、空间激光通信、水下激光通信四种。

光导纤维通信

也称有线光通信。是用激光作载波,用光导纤维作传输路径的通信。光导纤维是一根比头发还细的玻璃丝。这种玻璃丝轻柔可绕,使用方便,因为它透明,所以能够传递光信号。如果把人的声音或其他信息变为电信号,将电信号变为光信号,光信号以光纤作为媒介传送到对方,然后由对端将光信号再变成电信号及原来的声音或信息,这就是光纤通信。

光纤通信和电缆通信有很多相似的地方,也有一些不同的地方。主要有:传输的媒介不同,光纤通信是用光纤,而不是用金属导体;传递的是光信号,而不是电信号;因为光通信需要把电信号变为光信号,所以需要光源、光调制机和光检测器,而电缆通信就不需要这些器件。光纤通信和中同轴电缆通信比较,有很多独特的优点:1.频带宽,通信容量大。据计算,一根光纤可同时传送100亿路电话,或1000万套彩色电视节目而互不干扰。用一根普通电话线,只能通二三路电话;用一条微波线路最多也只能通十几万路电话。2.光纤通信系统的中继距离长,耗能小。例如,采用中同轴电缆通信系统,每6公里就得设一个中间增音站,而光纤通信系统的中继距离,一般可达20至50公里,最长可达160公里。3.重量轻,铺设方便,节省有色金属。铺设40公里通信线路,若用光纤只需1公斤,若用铜线则需1640公斤。4.

保密性能好。若在电话线上接一个窃听器,既可窃听又可干扰;若在电话线附近装上窃听器,也可窃取情报。而光纤就不那么容易旁路窃听,弄得不好,光纤会立即碎断。5.抗干扰能力强。光信号在光纤中传送,不怕雷电袭击,也不受强磁场干扰。在220千伏、22千安的强电环境中,仍能畅通无阻。光纤还具有很好的耐辐射作用。6.光纤通信不仅能传送电话,还可以传送数据、图像、电视等信息,在使用上有很大的灵活性。光纤通信具有极其旺盛的生命力和很强的竞争力,它终将取代电缆通信,成为与卫星通信并存的两种现代化的大容量通信手段。它广泛应用于市话通信,长途干线通信,飞机、航船、卫星、导弹内部的数据传输等。

全息摄影

是一种记录被摄物体反射波的振幅和位相等全部信息的立体摄影技术。在普通摄影中,立体图像是作为平面图像记录下来的,所记录的仅仅是图像上各点的光的强度,也就是光波的振幅。而在全息摄影中,所记录的是光波的全部信息,这就是全息的概念。全息摄影采用激光作为照明光源,并将光源发出的光分为两束:一束直接照射到底片上,另一束直接对着受激光照射到的被摄物体,接受其反射波。两束光叠加形成干涉图形,感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。所以全息摄影不仅记录了物体的反光强度,也记录了位相信息。全息摄影得到的图像直接看不出物体的形象,当采用一束和原来摄影时直接射向感光片的光束(称为参考光)相同的光波去照射全息摄影图片时,就可以复现出一束同原来反射光波完全相同的光波(称为复现光波)。对准复现光波看去,就可以看到和原来物体完全相同的三维立体图像。全息摄影图片还具有图片的任何一部分都记录有整个物体形象信息的特点。它可应用于全息立体电影、全息显微镜、物理过程记录、干涉测量、信息存储、照相技术、军事等许多方面。

遥感和遥感技术

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