信息通信技術(shù)輝煌依舊課件

1、信息科學(xué)與技術(shù)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(luò)技術(shù)：正在興起現(xiàn)代社會(huì)是信息社會(huì)每時(shí)每刻有海量的信息需要傳遞信息具有價(jià)值信息學(xué)科是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的前沿學(xué)科信息技術(shù)是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的先導(dǎo)技術(shù)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(shì)良好，收入較高的行業(yè)2從信息技術(shù)獲益大眾傳媒廣播、電視、報(bào)紙、新聞文化娛樂網(wǎng)吧、電視科學(xué)技術(shù)離不開電子信息技術(shù)（含通信技術(shù)）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(zhēng)軍事空軍、海軍、導(dǎo)彈、坦克3從我們的身邊看電話的普及程度網(wǎng)絡(luò)的普及程度電

2、子郵件和手機(jī)短信的使用電子商務(wù)，需要解決：網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)物流傳遞技術(shù)社會(huì)信用保障體系4The Development of NetworksNetworksTelecommunication networks早期以語音通信為主，模擬信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)和交換比較簡(jiǎn)單目前可以多媒體通信，模擬數(shù)字，與計(jì)算機(jī)密切結(jié)合Computer networks早期，計(jì)算機(jī)互連，局域網(wǎng)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要特點(diǎn)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(dá)到實(shí)時(shí)可靠性高5通信網(wǎng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)的互相滲透通信計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)通信6現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的最新進(jìn)展信息通信技術(shù) 輝煌依舊現(xiàn)代生物技術(shù) 風(fēng)光無限能源技術(shù) 推陳出新新材料技術(shù) 日

3、新月異空間技術(shù) 更上一層樓7信息通信技術(shù) 輝煌依舊（1）Network and Optical Fiber Communications (網(wǎng)絡(luò)與光纖通信技術(shù))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(shí)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(luò)通信的廣泛應(yīng)用：電子商務(wù)，電子政務(wù)，網(wǎng)上醫(yī)療，網(wǎng)上教學(xué)，。網(wǎng)絡(luò)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(shù)發(fā)展：窄帶寬帶；有線無線；固定移動(dòng)最后1km和接入問題：ISDN，ADSL，Cable Modem，光纖瓶頸：光電轉(zhuǎn)換。最終有可能導(dǎo)致光學(xué)信息處

4、理技術(shù)代替電子信息處理技術(shù)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(jié)合第四代100MB，動(dòng)畫、音樂等第五代多媒體，3D會(huì)議，3D游戲910 problems faced by the internet身份識(shí)別保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán);保護(hù)個(gè)人隱私;新一代網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議;新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù);無線上網(wǎng)技術(shù);傳統(tǒng)電話線路與網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù);更有效的網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸技術(shù);垃圾郵件的過濾技術(shù);網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)10網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)和CDMA系統(tǒng)示意圖 11信息通信技術(shù) 輝煌依舊（2）計(jì)算機(jī)技術(shù)2001年出現(xiàn)了分子電路由晶體管、開關(guān)、導(dǎo)線等構(gòu)成分子電路，可以進(jìn)行計(jì)算；科學(xué)雜志將其

5、列為年度十大科技進(jìn)展的榜首；意義：最終將導(dǎo)致運(yùn)算速度最快的計(jì)算機(jī)的誕生（目前的運(yùn)算速度：12萬億次/秒，國(guó)產(chǎn)的4千億次/秒）。2001年出現(xiàn)了生物計(jì)算機(jī)由DNA分子（軟件）和酶分子（硬件）構(gòu)成尺寸：1萬億個(gè)這樣的生物計(jì)算機(jī)只有一滴水那么大運(yùn)算能力驚人12計(jì)算機(jī)芯片2002年計(jì)算機(jī)芯片的最新進(jìn)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(jì)算機(jī)芯片；2002年9月，SAMSUN 推出512M，1G動(dòng)態(tài)RAM，突破納米級(jí)（100nm）；

6、2002年6月，貝爾推出1-2nm的晶體管13超級(jí)計(jì)算機(jī)2002年超級(jí)計(jì)算機(jī)最新進(jìn)展2002年4月，NEC采用5120個(gè)處理器，峰值計(jì)算能力40萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算；2002年8月，PRIMPOWER16384個(gè)處理器，85.1萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算；2002年8月，加拿大阿爾伯特大學(xué)，1200臺(tái)計(jì)算機(jī)連接，超級(jí)虛擬計(jì)算機(jī)；2002年11月，IBM公司投資2.9億美元運(yùn)算速度100萬億次（用于大規(guī)模核試驗(yàn)）；運(yùn)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(jì)算機(jī)圖示15銀河計(jì)算機(jī)圖示16信息通信技術(shù) 輝煌依舊（3）集成電路技術(shù)第一片IC芯片誕生于1958年40多年來經(jīng)歷了幾個(gè)階段：小規(guī)模、中規(guī)模：

7、對(duì)應(yīng)于老式的大型計(jì)算機(jī)；大規(guī)模：對(duì)應(yīng)于PC機(jī)；超大規(guī)模：對(duì)應(yīng)于超級(jí)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)；特大規(guī)模：每個(gè)芯片上刻1億個(gè)邏輯單元高智能機(jī)器人美國(guó)加州大學(xué)發(fā)明機(jī)器蒼蠅，與蒼蠅尺寸相似，重100mg，長(zhǎng)3cm,可用于戰(zhàn)場(chǎng)偵察、大氣測(cè)量等17機(jī)器蒼蠅圖示18機(jī)器人舉例19信息技術(shù)的明天計(jì)算機(jī)大眾化出現(xiàn)電視計(jì)算機(jī)，電話計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)更易使用。包括可以用自然語言對(duì)話、手寫輸入、傻瓜化，而且更符合人的習(xí)慣。計(jì)算機(jī)與無線通信廣泛結(jié)合筆記本計(jì)算機(jī)可以隨時(shí)隨地與辦公室或數(shù)據(jù)庫相聯(lián)系，計(jì)算機(jī)可與各種家電互聯(lián)，計(jì)算機(jī)成為家庭信息中心和控制中心。計(jì)算機(jī)作為個(gè)人助理計(jì)算機(jī)作為個(gè)人秘書與助手，管理個(gè)人帳目、安排日程等，把個(gè)人從

8、各種事務(wù)中解放出來20現(xiàn)代生物技術(shù) 風(fēng)光無限（1）基因（Gene）工程基因是反映、表征、決定物種本質(zhì)特征的東西。內(nèi)容：在基因水平上采用與工程設(shè)計(jì)類似的方法，按照人類的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)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?；蚬こ淌乾F(xiàn)代生物技術(shù)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(zhuǎn)基因（Mutation）已經(jīng)有許多品種：大豆、玉米等；褒貶不一21轉(zhuǎn)基因試管牛22現(xiàn)代生物技術(shù) 風(fēng)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(duì)于破解人類遺傳密碼，基因診斷治療有重要意義復(fù)旦大學(xué)的進(jìn)化遺傳學(xué)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(zhì)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(dòng)物；已經(jīng)克隆出人類胚胎，超越了人類禁區(qū)23克隆技術(shù)的最新進(jìn)展2002年是克隆年；2002年，美國(guó)得克薩斯大學(xué)，第一只克隆貓；2002年，美國(guó)開發(fā)出大量克隆動(dòng)物胚胎的芯片，可以大批量克隆出優(yōu)質(zhì)奶牛和肉用牲畜；2002年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院宣布，克隆動(dòng)物食品不影響安全性；2002年，美國(guó)佐治亞大學(xué)，克隆雞，其雞蛋含有人體所需的蛋白質(zhì)；2002年，美國(guó)克隆

10、豬，為人類移植用器官帶來了希望2002年末，法國(guó)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(biāo)記的樣品進(jìn)行雜交，通過雜交信號(hào)的強(qiáng)弱判斷靶分子的數(shù)量。用該技術(shù)可將大量的探針同時(shí)固定于支持物上，所以一次可對(duì)大量核酸分子進(jìn)行檢測(cè)分析，從而解決了傳統(tǒng)核酸印跡雜交技術(shù)操作復(fù)雜、自動(dòng)化程度低、檢測(cè)目的分子數(shù)量少、效率低等不足。它能在同一時(shí)間內(nèi)分析大量的基因，使人們準(zhǔn)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(yuǎn)的科技革命。 26生物制藥和醫(yī)療的最新進(jìn)展2002年6月，美國(guó)識(shí)別了6個(gè)與乳腺癌有關(guān)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(guān)的基因，A DAM33；2002年，美國(guó)食品醫(yī)藥管理局（FDA）受到了370個(gè)生物技術(shù)藥物的申請(qǐng)；2002年，發(fā)現(xiàn)了與記憶有關(guān)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(fù)蘇器，生物心臟起搏器等27癲癇與伽瑪?shù)叮℅ammaknife）28伽瑪?shù)逗?jiǎn)介癲癇刀（伽瑪?shù)叮┦悄X電圖機(jī)配了一個(gè)軟件，學(xué)術(shù)名稱為：全數(shù)字化偶極子定位、三維圖像融合長(zhǎng)程視頻腦電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。是一套由普通腦電圖、24小時(shí)腦電Holter、128導(dǎo)全數(shù)字化視頻腦圖、術(shù)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(shù)前、術(shù)中定位和術(shù)后評(píng)估系統(tǒng)，是癲癇的外科治療的有刀設(shè)備，所以俗稱癲癇刀。癲癇刀的適應(yīng)癥顱內(nèi)有占位性病變、腦血管畸形等器質(zhì)性疾?。唤?jīng)充分而合理的抗癲癇藥物治療達(dá)2年以上，仍然頻繁發(fā)作，明顯影響患者生活質(zhì)量者；對(duì)只有單個(gè)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(cè)的結(jié)果圖示30生物磁場(chǎng)計(jì)31能源技術(shù) 推陳出新（1）太陽能是未來社會(huì)能源的希望所在；太陽每年到達(dá)地球的能量是目前主要能源探明儲(chǔ)量的1萬倍；太陽能清潔、經(jīng)濟(jì)、可再生，可以用于發(fā)電風(fēng)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(shù) 推陳出新（2）核電安全、經(jīng)濟(jì)，目前已經(jīng)占

13、全球供電量的16%；據(jù)美國(guó)統(tǒng)計(jì)：核電成本：1.83美分/千瓦時(shí)；其它：46美分/千瓦時(shí)燃料電池原理：氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電能和少量的水；效率：高達(dá)50%；應(yīng)用：航天、汽車，許多公司已經(jīng)研制出燃料電池的汽車，預(yù)計(jì)2004年投放市場(chǎng)，2050年全部更新?lián)Q代。問題：成本高，汽車用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)為3萬美元。（Hodda Accord Accord, TOYOTA Camery）預(yù)期：2004年投放市場(chǎng)（2002年的預(yù)計(jì)），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(xué)電池，它利用物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋出的能量，直接將其變換為電能。從這一點(diǎn)看，它和其他化學(xué)電池如錳干電池、鉛蓄電池等是類

14、似的。但是，它工作時(shí)需要連續(xù)地向其供給活物質(zhì)（起反應(yīng)的物質(zhì)）-燃料和氧化劑，這又和其他普通化學(xué)電池不大一樣。由于它是把燃料通過化學(xué)反應(yīng)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(yīng)的發(fā)電機(jī)。它由正極、負(fù)極和夾在正負(fù)極中間的電解質(zhì)板所組成。最初，電解質(zhì)板是利用電解質(zhì)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(zhì)。利用這個(gè)原理，燃料電池便可在工作時(shí)源源不斷地向外部輸電，所以也可稱它為一種發(fā)電機(jī)。35燃料電池及燃料電池汽車和攝像機(jī)36新材料技術(shù) 日新月異納米技術(shù)（Nanometer）納米材料的研究引起一次技術(shù)革命，使儀器、設(shè)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(dǎo)技術(shù)（Superconductor）若用超導(dǎo)材料制造電機(jī)，其輸出量可增大一倍，重量減輕90%；研究的關(guān)鍵：是高溫超導(dǎo)問題目前已經(jīng)研究出-221C和-156C的高溫超導(dǎo)材料最新報(bào)道（2003.9.13.）：美國(guó)MIT創(chuàng)造接近絕對(duì)零度的新記錄：高于絕對(duì)零度20億分之一度37顯微鏡下的納米材料38納米國(guó)旗和納米抗菌陶瓷39空間技術(shù) 更上一層樓（1）1957年，第一顆人造衛(wèi)星空間站和平號(hào)軌道空間站：1986年2月20日升空進(jìn)入軌道，原計(jì)劃5年壽命；2001年3月23日在控制下成功墜入南太平洋；實(shí)際運(yùn)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(xué)

16、實(shí)驗(yàn)。人造衛(wèi)星廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域（80%的洲際通信，100%的洲際電視轉(zhuǎn)播）；小衛(wèi)星：美國(guó)2002年發(fā)射首顆“皮型”衛(wèi)星，僅重245克；小衛(wèi)星星座，達(dá)到5個(gè)W：whoever, wherever, whenever, whomever, whatever40和平號(hào)軌道空間站及其墜落41空間技術(shù) 更上一層樓（2）深空探測(cè)美國(guó)“奧德賽”火星探測(cè)器：2001年4月7日，升空；2001年10月23日，進(jìn)入火星軌道；帶有一個(gè)熱成像系統(tǒng)和一個(gè)Gamma射線光譜儀美國(guó)“起源”號(hào)航天器2001年8月升空；計(jì)劃歷時(shí)3年，行程3200萬km，到達(dá)距地球160km的地方；運(yùn)行2.5年，2004年9月返回地球；捕捉太風(fēng)中時(shí)速高達(dá)160km的太陽粒子42航天飛機(jī)組圖1（待發(fā)射，發(fā)射，施放衛(wèi)星)43航天飛機(jī)組圖2（飛行，施放衛(wèi)星，施放天空望遠(yuǎn)鏡）44宇航員在工作45星際公路圖示46火星探測(cè)47新型飛機(jī)