算機(jī)工程,遺傳工程和核工程

1、現(xiàn)代科學(xué)的里程碑計(jì)算機(jī)工程，遺傳工程和核工程被認(rèn)為是20世紀(jì)中偉大的科技成就。它們極大地改變了，并將繼續(xù)影響人類文明的進(jìn)程計(jì)算機(jī)工程1計(jì)算機(jī)工程包括對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在稱為程序的一套指令的控制下，執(zhí)行諸如數(shù)學(xué)計(jì)算或電子通信等任務(wù)。程序通常貯存在計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)的電子器件會(huì)對(duì)其進(jìn)行檢索和處理，程序結(jié)果會(huì)被存起來或傳給輸出裝置，如視頻顯示器或打印機(jī)。人們運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種各樣的活動(dòng)，它可靠，準(zhǔn)確而且快捷。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)2計(jì)算機(jī)可分為三代。第一代基于真空管構(gòu)成，使用磁鼓作為內(nèi)存儲(chǔ)器，磁帶作為外存儲(chǔ)器。這一代計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)相比，運(yùn)行速度慢，而且體積龐大，需要把數(shù)據(jù)送到機(jī)器

2、所在地。在1959年使用晶體管的第二代計(jì)算機(jī)出現(xiàn)了。它使用由彎成小框框的磁性材料重疊形成的磁芯作為內(nèi)存，于以前的存儲(chǔ)方法相比，這種存儲(chǔ)器速度有很大的提高，體積縮小了很多。與磁帶系統(tǒng)相比，其外部存儲(chǔ)器也增加了速度，具有更大的“連機(jī)”功能。1964年，第三代計(jì)算機(jī)開始出現(xiàn)。這些計(jì)算機(jī)使用集成電路，增加了處理能力，減小了體積，同時(shí)集成技術(shù)也使內(nèi)存處理能力提高了。計(jì)算機(jī)功用的范圍3計(jì)算機(jī)大小不一，功能各異。最小的計(jì)算機(jī)安裝在電視或手表等電器的電路中。典型情況下，這些計(jì)算機(jī)為了執(zhí)行某一特定任務(wù)，比如調(diào)至某一特定電視頻道或保持準(zhǔn)確的時(shí)間，而被預(yù)先編程。4可編程的計(jì)算機(jī)在運(yùn)算能力，速度，存儲(chǔ)容量和體積大小方

3、面變化極大。最小的這種計(jì)算機(jī)可持于手中，稱作個(gè)人數(shù)字化助理(PDAs)。它們可用作記事本，日程安排系統(tǒng)和通信簿。如果再配上一個(gè)移動(dòng)電話，無論身處何地，它們都能和全球計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)進(jìn)行信息交流。5典型情況下，商務(wù)上和家庭中使用膝上電腦和個(gè)人電腦在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信，進(jìn)行文字處理，跟蹤金融行市以及玩游戲。這些電腦擁有大量?jī)?nèi)存來存儲(chǔ)成百上千的程序和文件。它們配備有鍵盤，鼠標(biāo)，軌跡球或其他指針設(shè)備，還有一個(gè)視頻顯示器或液晶顯示器(LCD)來顯示信息。一般情況下，膝上電腦的軟硬件與個(gè)人電腦的相類似，但膝上電腦更加緊湊，而且擁有重量輕的平面液晶顯示器而不是視頻顯示器。6工作站與個(gè)人電腦類似，但內(nèi)存更大，

4、數(shù)學(xué)計(jì)算能力更強(qiáng)，它們與其他的工作站或個(gè)人電腦相聯(lián)以交換數(shù)據(jù)。工作站一般用于對(duì)計(jì)算能力要求較高的科學(xué)、工業(yè)和商業(yè)環(huán)境中。 7大型機(jī)與工作站相比，內(nèi)存更多，速度更快，容量更大，而且可被眾多用戶通過一系列互聯(lián)的計(jì)算機(jī)共享。大型機(jī)能控制商業(yè)和工業(yè)設(shè)施，也用于科研。功能最為強(qiáng)大的大型機(jī)稱作巨型機(jī)，能夠處理復(fù)雜和耗時(shí)的計(jì)算，如用于天氣預(yù)報(bào)的大型機(jī)。大的商業(yè)和科研機(jī)構(gòu)以及軍方都采用巨型機(jī)。有些巨型機(jī)有多套中央處理器。這些機(jī)器把一項(xiàng)工作分為很多小的部分，每個(gè)中央處理器處理一份，這樣就提高了總體速度和效率。這種機(jī)器被稱作并行處理器。未來的發(fā)展8計(jì)算機(jī)功能的增強(qiáng)和它的多樣性簡(jiǎn)化了日常生活。不幸的是，當(dāng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)

5、用變得越來越廣泛的時(shí)候，計(jì)算機(jī)被濫用的機(jī)會(huì)也越來越多。計(jì)算機(jī)黑客- 非法進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人- 常會(huì)侵犯他人隱私，竊取或毀壞記錄。稱為病毒或蟲子的程序可以復(fù)制，并會(huì)從一臺(tái)機(jī)器傳染到另一臺(tái)機(jī)器，刪除信息或引發(fā)計(jì)算機(jī)故障。個(gè)別人依仗計(jì)算機(jī)，采用電子方式盜取資金或更改信用記錄。新的道德問題也出現(xiàn)了，比如如何管理互聯(lián)網(wǎng)和萬(wàn)維網(wǎng)上的資源。個(gè)人，公司和政府正通過開發(fā)更優(yōu)良的計(jì)算機(jī)安全系統(tǒng)和實(shí)施法規(guī)制度著手解決這些問題。9計(jì)算機(jī)將會(huì)變得越來越先進(jìn)，也越來越易于使用?？煽康恼Z(yǔ)音識(shí)別將使計(jì)算機(jī)操作更簡(jiǎn)單。虛擬現(xiàn)實(shí)，即運(yùn)用人體的所有感官與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互反應(yīng)的一種技術(shù)，也將幫助改善人機(jī)間的交流。虛擬現(xiàn)實(shí)程序語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)

6、稱作虛擬現(xiàn)實(shí)模型語(yǔ)言（VRML），目前正被開發(fā)用于萬(wàn)維網(wǎng)。10計(jì)算機(jī)用戶和網(wǎng)絡(luò)間的通信將得益于新技術(shù)，如寬帶通信系統(tǒng)能傳輸更多的數(shù)據(jù)，能更快的把信息傳輸給不斷在數(shù)目和類型上增多的寵大的互聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)，并從中提取信息。遺傳工程11遺傳工程就是改變有機(jī)體的基因或遺傳物質(zhì)以除去不需要的特性或產(chǎn)生所需的新特性?；蚬こ逃糜谔岣邉?dòng)植物食品產(chǎn)量，診斷疾病，改進(jìn)醫(yī)療措施，生產(chǎn)疫苗和其它有用的藥品，以及幫助處理工業(yè)廢品。基因工程中的技術(shù)有動(dòng)植物選種，雜交(不同的品系或物種間的繁殖)和 DNA重組。選種和雜交12選種和雜交這種基因工程技術(shù)已經(jīng)使用了幾千年。 動(dòng)植物選種用于提高糧食產(chǎn)量。比如谷物選種可增加谷粒的大小和

7、顆數(shù)；對(duì)牛豬進(jìn)行選種以提高牛奶產(chǎn)量和肉產(chǎn)量。雜交包括跨品系或物種的雜交，把兩種物種的最為需要的特性組合在一起，比如馬驢雜交產(chǎn)出騾子。重組DNA13一項(xiàng)稱作核糖核酸（DNA）重組或基因組合新技術(shù)可讓科學(xué)家直接把一個(gè)生物體的基因與另一生物體的基因相聯(lián)從而改變生物體的基因。當(dāng)所產(chǎn)生的重組DNA加入另一生物體后，會(huì)永遠(yuǎn)改變?cè)撋矬w的基因組成，并改變它的細(xì)胞所產(chǎn)生的蛋白質(zhì)。這一改變也會(huì)遺傳給基因已經(jīng)改變的生物體的后代。14重組DNA的技術(shù)通常要把所需的給予體的基因和媒體（攜帶給予體的DNA到主體的有機(jī)體）的DNA進(jìn)行組合，典型的主體是一個(gè)無害的細(xì)菌，它通過再生可復(fù)制重組的DNA，并產(chǎn)生出大量的所需的蛋白

8、質(zhì)。有時(shí)裸露的DNA通過注射到可再生的細(xì)胞之內(nèi)，可以直接加入到一個(gè)有機(jī)體中。含有重組DNA的動(dòng)植物被稱作轉(zhuǎn)基因生物體。15重組DNA已經(jīng)用于給莊稼以防植物病毒的免疫能力，可使莊稼防霜凍，以及延長(zhǎng)果實(shí)成熟期以延緩果實(shí)變質(zhì)。在魚類中，鱒魚的生長(zhǎng)激素可用基因的方法轉(zhuǎn)移到鯉魚中使鯉魚長(zhǎng)得更大。重組DNA可用于制造牛somataotr-opin, 基因已經(jīng)改變的細(xì)菌能用于分解垃圾和石油制品。16基因克隆可以列為涉及重組DNA技術(shù)的最為重大的成就之一。這個(gè)過程已經(jīng)可以讓研究者復(fù)制出無數(shù)的來自包括人類的其它生物體給予的基因。為進(jìn)行基因克隆，研究者首先利用一種稱為限制endonuclease 的菌酶，從給予體

9、細(xì)胞中取出一片含有相關(guān)基因的雙絞帶DNA。限制endonuclease可以被認(rèn)為是一個(gè)生物剪刀，每一種酶會(huì)剪下由一系列四個(gè)或更多的核苷酸確定的特定地址上的DNA。爭(zhēng)論17重組DNA技術(shù)的批評(píng)家們擔(dān)心會(huì)意外制造出有害疾病的生物體，讓食物中帶有細(xì)菌病毒體，以及轉(zhuǎn)基因物種會(huì)取代各類自然植物。已有規(guī)定限制重組DNA的研究。生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因生物體的道德性，對(duì)有機(jī)體申請(qǐng)專利的適當(dāng)性和基因療法的有效性等問題仍然懸而未決。18核工程關(guān)心的問題，是對(duì)從核反應(yīng)中釋放出的能量和核輻射的控制與利用。它包括對(duì)核反應(yīng)堆，海軍動(dòng)力反應(yīng)堆，核燃料循環(huán)設(shè)施和放射性廢料設(shè)施的開發(fā)，設(shè)計(jì)和建造；開發(fā)和生產(chǎn)核武器以及放射性同位素的制造和應(yīng)

10、用。核電19核工業(yè)最大的進(jìn)展就是核電站的開發(fā)。據(jù)估計(jì)，到2000年時(shí)，全世界三分之一的電能將來自核電站。20幾乎所有運(yùn)作中的或建造中的商用核電站都使用熱反應(yīng)堆。它們之所以被稱作熱反應(yīng)堆，是因?yàn)楹巳剂媳恢凶樱ㄗ矒簦┝炎儯@些中子被一種減速劑減速，直到中子和減速劑達(dá)到熱平衡。熱水反應(yīng)堆和壓水反應(yīng)堆是兩種全世界使用最多的核電反應(yīng)堆。這兩種類型都被稱作輕水反應(yīng)堆。在這些反應(yīng)堆中，水既是減速劑又是冷卻劑。在熱水反應(yīng)堆中，反應(yīng)堆核中通過直接把水煮沸產(chǎn)生蒸汽。在壓水反應(yīng)堆中，蒸汽是通過外部的蒸汽機(jī)而非由內(nèi)核產(chǎn)生，內(nèi)核中處于壓力之下的冷卻劑無法沸騰。其它的核電反應(yīng)堆包括英國(guó)使用的以石墨為減速劑，氣體為制冷劑的

11、反應(yīng)堆，以及加拿大所使用的高壓重水反應(yīng)堆。21人們所期望的核電的一個(gè)重大的進(jìn)步是繼續(xù)開發(fā)液態(tài)金屬快速反應(yīng)堆。有幾個(gè)國(guó)家開發(fā)和部署液態(tài)金屬快速反應(yīng)堆的方案正在付諸實(shí)施（這個(gè)反應(yīng)堆由液態(tài)金屬鋰制冷，裂變由快速中子引起。這種反應(yīng)堆被稱作增殖反應(yīng)堆，是因?yàn)樗a(chǎn)生的核燃料多于它所消耗的燃料。）增殖反應(yīng)堆中的燃料的利用效率是是輕水反應(yīng)堆的60多倍。據(jù)估計(jì)，如果沒有這種增殖反應(yīng)堆，全世界用于核電站的可裂變的物質(zhì)資源在幾十年內(nèi)就會(huì)耗完。有了增殖反應(yīng)堆, 提高了燃料的利用率，核電站即可在幾個(gè)世紀(jì)內(nèi)滿足全世界的用電需求。海軍核動(dòng)力22利用核反應(yīng)堆作為海軍戰(zhàn)艦的推動(dòng)力已經(jīng)給全世界的海軍作戰(zhàn)帶來了一場(chǎng)革命。大不列顛，

12、法國(guó)，中國(guó)，美國(guó)，俄國(guó)和烏克蘭等國(guó)的海軍都裝備有核戰(zhàn)艦，它們被認(rèn)為對(duì)其國(guó)防至關(guān)重要。核戰(zhàn)艦的高速運(yùn)行幾乎不受什么限制，也不需任何燃油。在Nautilius 艦1954年的處女航之后的25年中，美國(guó)海軍的核戰(zhàn)艦游遍了全世界的海洋，航程達(dá)80,000,000多公里（50,000,000多英里），相當(dāng)于一個(gè)核電廠運(yùn)轉(zhuǎn)25個(gè)世紀(jì)而未發(fā)生任何核反應(yīng)堆事故。到了20世紀(jì)80年代中期，美國(guó)超過40%的戰(zhàn)艦都是以核能為動(dòng)力的。23核武器如裂變核武器(原子彈)和聚變核武器(氫彈)以及裂變-聚變復(fù)合核武器都是世界核武庫(kù)的一部分。核工程師們以各種各樣的方式參與武器計(jì)劃方案，比如，一個(gè)大型核武器系統(tǒng)的研究，開發(fā)，設(shè)計(jì)，制造，生產(chǎn)，測(cè)試，維修和監(jiān)控。24核反應(yīng)堆可產(chǎn)生500多種同位素。這些同位素的生產(chǎn)，包裝和應(yīng)用已經(jīng)成為一大產(chǎn)業(yè)。它們用于心率器，醫(yī)療研究，醫(yī)療器具的消毒，工業(yè)中的跟蹤器，X射線儀器，塑料特性的改進(jìn)，保存食品，以及發(fā)電機(jī)的能源。25核廢料可以分為兩類：低毒害廢料和高毒害廢料。低毒害廢料來自于核電設(shè)施，醫(yī)院和研究機(jī)構(gòu)，包括以下物品：被污染的衣物，擦布，工具，試管，針頭和其它醫(yī)用研究物品。處理低毒害的廢料時(shí)，先(把它們弄碎)減小廢料的體積，然后將廢料裝入防泄漏的容器中，并瘵容器放入低毒害廢料處理站的用土覆蓋的壕溝中。這種處理站應(yīng)該受到不間段的監(jiān)控，以檢測(cè)任何