第二单元哈佛经理知识修养-第12章
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语言是交流信息的工具，所以机器语言是用二进制代码编成的。最早运用的是符号语言，又称汇编语言。从五十年代开始，发展起便于使用的高级语言，这就是程序设计语言。
目前世界广为流行的程序语言有下列几种：①FORTRAN语言。是一种用于科学计算的高级语言；②ALGOL语言。ALGOL的语句和普通语言表达式接近，更适于数值计算；③COBOL语言。它是一种类似于英语的用于商业及数据处理的语言；④Ada语言。是1980年公布的高级语言；⑤BASIC语言。它是一种应用很广的程序设计语言。国内外几乎所有的微机系统和许多小型机都配备有这种语言。随电子计算机使用范围不断扩大，一般计算机都配置一系列的程序，总称程序系统。
2电子计算机的发展、应用及前景
（1）电子计算机的发展历程。
电子计算机的发展分为四代：第一代为电子管时代（1946？956年）这一时期计算机所采用的电子元件基本上都是电子管。第二代为晶体管时代（1956？962年）这一代计算机的逻辑元件和逻辑线路均采用分立的晶体管元件。第三代为集成电路时代（1962？970年）这一时期，不仅计算机得到更加广泛的应用，而且出现了新的发展方向，即计算机小型化。第四代为大规模集成电路时代（1970年椫两？。这一时期，建立在大规模集成电路基础上的微型机和巨型机得到飞速发展。目前一些国家正向第五代计算机发展，其方向集中于人工智能机、巨型机两个方面。 （2）电子计算机的应用领域。
首先是数据处理，又称信息加工，这是现代电子计算机中最广泛的应用领域，占整个计算机应用比例的70？0％左右。
其次是数值计算。电子计算机可完成大量复杂的计算。
再次是实时控程，实际上是生产过程或科学实验过程的自动化。
80年代计算机应用另一重要方面是计算机进入家庭，改变了人们的生活方式。计算机为家庭服务可分为信息、能源控制、系统管理、安全保卫等；进一步活跃了家庭生活。总之，电子计算机的应用范围，从尖端领域到日常生活，已渗透到社会的方方面面。
（3）电子计算机的发展方向。
一是向小的方向发展，从一般计算机发展为小型计算机，以至微型计算机。微型计算机特点，主要是体积小、价格便宜、灵活性大。二是向大的方向发展，由一级大型计算机发展为巨型计算机。巨型机每秒运算5000万次以上。加速其发展，能促进科技领域的变革性进步。三是组成计算机网络。从而使计算机的使用方式发生很大改变。目前国际上大量涌现各种计算机网络，联机检索不受国家、距离和地理位置限制，专业范围十分广泛。四是研制智能计算机。用计算机模拟人的智能是自动化发展的最高阶段。智能模拟包括：模式识别、数学定理的证明、自然语言的理解和智能机器人等等。尤其是数学定理的证明已在人工智能的发展中有重要影响，人工智能计算机的发展对于进一步解放人类智力。促进社会进步有重要意义。
□ 半导体技术
自然界中有一些物质，其导电能力介于导体和绝缘体之间，这就是半导体。半导体已成为无线电电子技术、电子计算机制造技术、太阳能利用技术的重要支柱。
1．半导体的基本理论
PN结理论：1949年美国贝尔实验室的科学家提出PN结理论。奠定了半导体的理论基础。这个理论基本内容是：如果把一个P型半导体和一个N型半导体接在一起（掺入施主杂质的得到N型半导体，掺入受主杂质的得到P型半导体），由于N型半导体中有多余的电子，P型半导体中有多余的空穴，P区中的空穴将通过界面向N区扩散，N区中的电子也将通过界面向P区扩散。扩散的结果，在靠近界面处，P型半导体一侧由于失去空穴而带上负电荷，N型半导体一侧由于失去电子而带上正电荷。正负电荷的积累产生电场，电场方向由N区指向P区。产生的电场力阻止电子、空穴继续扩散。当这种由扩散结果产生的电场力和电子扩散力相平衡时，扩散作用就停止。这样，在P型和N型半导体的交界面形成的那一正负空间电荷层叫阻挡层，又称PN结。PN结加正向电压时，电流容易通过；加反向电压时，电流难以通过。这种只允许单方向电流通过的性质叫单向导电性。
2．三极管及其工作原理
（1）三极管的发明。1947年12月，美国贝尔实验室成功研究了世界第一只点接触型半导体三极管。半导体三极管一般简称为晶体管。它的出现是继真空电子管之后电子元件的重大突破。它很快地投入生产，取代了真空管的地位。
（2）半导体三极管的结构和放大原理。半导体三极管基本上都由一块具有两个PN结的半导体单晶体所构成。
3．集成电路
（1）集成电路的诞生。1960年美国制成第一块集成电路。其后二十余年集成电路有了长足发展。人们通常把电子管称为第一代电子器件、把晶体管称为第二代电子器件、把集成电路称为第三代电子器件、把大规模集成电路称为第四代电子器件。
（2）集成电路的种类。集成电路分为小规模、中规模、大规模和超大规模集成电路。一般每片上的集成度少于一百个元件或小于十个门电路叫小规模集成电路。集成度在一百至一千个元件之间，或在十至一百个门电路之间叫中规模集成电路。集成度在一千个元件以上或一百个门电路以上叫大规模集成电路。集成度达十万个元件以上，或等效于一万个门电路的则称为超大规模集成电路。人们按照集成电路用途的不同，又把它分为数字集成电路及模拟集成电路两类。目前应用最广泛的是半导体数字集成电路。在数字电路系统中，常用“0”表示低电位；“1”表示高电位。数字电路系统所处理的信号，通常有两种对立的状态，而电路的基本任务是实现某种逻辑功能。在电子线路中，分别把实现这种逻辑关系的电路称为“与门”电路、“或门”电路、“非门”电路。
（3）集成电路的发展。集成电路出现后发展十分迅速。据估计，到本世纪末集成电路的集成度将达到几十亿。集成电路已成为计算机技术、微电子技术发展水平的重要标志。微电子技术是指在半导体材料上采用微米级线度加工处理的技术，微电子技术的核心是集成电路技术。所以代表微电子技术水平的是集成电路水平。
随着微电子技术进入大规模集成电路时代。提高集成电路的集成度成为集成电路进一步发展的技术关键。提高集成电路集成度的途径有三点：①缩小元件尺寸；②加大芯片尺寸；③革新电路设计。集成电路技术的发展，将会使微电子工业的结构发生重大改变。
□ 激光技术与光导纤维通讯
激光科学技术是本世纪六十年代发展起来的最活跃的科技领域。激光的出现，标志着人类对光的掌握和利用进入一个新阶段。光导纤维是当今新技术革命的一个重要领域，它和激光技术、微电子技术结合，促进了信息革命的发展，推动着信息时代的到来。
1．激光技术及其应用
（1）激光器的发明。世界上第一台激光器是红宝石固体激光器，它是1960年美国科学家梅曼发明的。关于激光器的基础理论在1917年由爱因斯坦奠定。爱因斯坦在研究电磁波与原子系统相互作用时，提出了受激发射理论，这个理论是激光理论的核心，是激光器得以发明和发展的理论基石。
（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：工作物质、谐振腔和激励能源组成。产生激光的具体过程是：工作物质在激励能源的作用下，不断地把低能级上的粒子抽运到高能级上去，例如从能级1抽运到能级3上。在能级3上粒子停留时间（或称寿命）很短，能级3上的粒子很快转移到能级2上，能级2上粒子停留时间或寿命较长，这样抽运到能级3上的粒子大量聚集在能级2上。使能级2上的粒子数多于能级1上的粒子数，在能级2和能级1之间实现粒子数反转分布。
实现粒子数反转分布的工作物质，可以产生受激发射放大。开始时这种受激发射光强度很弱，由于光学谐振腔的存在，使得在一定方向上的受激光在两块反射镜间多次往返，当往返足够多的次数后，就可以在腔内建立起稳定的相干光振荡，其中一部分振荡光通过一块具有一定透过率的镜面输出到腔外，形成激光。②激光器的分类，按激励方式不同可分光激励激光器，电激励激光器；按波长范围不同可分远红外、中红外、近红外激光器、可见光激光器；按工作物质分类可分固体、液体、气体、半导体激光器。③激光的特性，激光与普通光不同，它具有高单色性，高方向性和高亮度的特点，相干性极好。激光的出现为技术实践提供前所未有的光频电磁相干辐射波，前景十分广阔。
④激光的应用，利用激光单色性好的特点，可作精密测量，极大地提高测量的精度和量程，利用激光光束的高定向性，它在极远的距离上传输光能和传递控制指令的能力，可进行远距离激光通信、测距，以及进行激光导航、遥控等应用。卫星激光测距与宇宙飞船的激光对接控制都是引人注目的成就。利用激光高亮度的特点（比太阳亮度高几千亿倍），利用普通激光器输出激光的高度特性，可以把激光作为一种光学加工手段来对各种材料和产品进行特殊加工；利用激光进行细微加工，更显其优越特性。激光微精细加工用于集成电路技术中，能使集成度大为提高，有可能使集成电路工艺技术发生革命性变化。近年来，激光技术应用于机器人也开拓了广阔前景，激光可作为机器人的“眼睛”。
2．光导纤维与光纤通信
光导纤维技术是正在迅速发展中的一门新兴技术，它和其他新技术一起，成了推动信息化社会到来的一项重要的尖端技术。利用光导纤维进行激光通信是当代新技术革命的一个重要方面，也是“信息社会”的一个重要标志，光纤通信引起信息传输和通信功能的革命。我国光纤通信技术研究自70年代起步，已先后在北京、上海、南京、天津等地铺设了试验性的光纤通信线路。
（1）光导纤维的结构和特点：
①光导纤维的结构，光导纤维是质量非常高的、传导光极好的、很细的玻璃或塑料丝。光纤由芯子、包层和涂敷层组成。
②光导纤维的主要优点：第一，衰减小。目前技术水平，光纤衰减已降低至每公里0．2分贝甚至更低。这样，光纤就可以用作远距离无中继传输，其性能比普通同轴电缆微波地面传输好得多。第二，光纤频带宽，能通过的信息多。光纤传输信息比其他传输线传输得多的原因在于光线传输的是光，光的频率比微波频率高10．5数量级，频率越高，能传输的信息量就越高。另外，光线还具有抗电磁干扰、线轻细、重量轻、节省资源等优点。
（2）光纤通信及其优点：
①光纤通信是一种新技术，它用光信号在光导纤维中的传播取代电信号在铜线中的传播。达到两地通信的目的。具体作法是在现有电信终端设备上加上光端机，把电信号转换成光信号。输进光纤内，从光纤输入端传到输出端，再把光信号转换成电信号。
②光纤通信的优点：一是容量大。一根直径几微米的光纤在理论上能传输上百万路电话和数千套电视节目。二是耗损低、中继距离长。三是材料丰富、成本低。四是保密性好、抗干扰能力强。
□ 空间科学
1957年10月前苏联发射世界上第一颗人造地球卫星，标志着空间时代开始。一门独特的综合性学科棗空间科学也伴随着空间活动的发展应运而生。空间科学就是在宇宙空间中进行各种科学研究活动，以研究宇宙空间的物质及其运动变化为目的。它包括空间物理学、空间化学、空间生物学等。
□ 遥感技术
遥感技术是本世纪60年代发展起来的一门新兴综合性探测技术。它利用飞机、气球、火箭、卫星等空间技术，以卫星、飞船、空间站、航天飞机等飞行器作遥感平台，从一个新的高度来观测地球，然后通过光学、电子光线、红外线、微波、计算机来技术来处理所得信息，从而探知和鉴定研究对象的各种性质。 遥感技术主要包括运载工具、遥感仪器（包括地面的观测台、站网）、信息和图象处理分析应用等四个组成部分。各种遥感器接收的环境信息通常采且三种纪录方式：胶片图象、磁带和数字数据。通过各种形式的校正、变换、分解、组成等处理过程，最终得到人们直接阅读的图象或数据。因此遥感图像和数据处理是遥感技术的一个重要环节。遥感技术的主要优点是：“遥、感、快、广”四个字。
□ 海洋开发技术
五十年代以来，现代海洋科学广泛应用海洋探测技术，如回声测深、红外照相、立体摄影、海底电视等，并逐步向自动化、电子化、数字化、综合化方向发展。60年代后，计算机应用于海洋调查和资料整理，效率大大提高，一系列新兴技术如海洋采油和采气技术、海水养殖、海水淡化、海水综合利用、海洋水下工程、海洋能发电技术迅速发展。海洋技术对人类开发利用海洋资源将产生重大影响。
□ 材料科学
种类繁多的材料一般可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料三大类及它们的复合材料。
1．金属材料
包括钢铁材料、有色金属材料两类。钢铁是目前应用最广泛的金属材料，它兼有生铁和熟铁的特点，强度高、韧性和塑性都比较好。有色金属中应用最广的是铝，铝作为一种新材料是20世纪仅次于钢的重要金属材料，具有较轻、不易被腐蚀等特点，在很多方面取代了铜和钢。金属钛和稀土金属的应用也取得了很大进展。
2．非金属材料
包括陶瓷、水泥、玻璃、耐火材料等，它们虽然是传统材料，但近年又出现了不少新型的、特殊的非金属材料。
3．有机高分子材料
人工合成有机高分子材料，是材料科学技术的一个重大突破。塑料、合成纤维、合成橡胶为三大高分子材料。高分子材料具有如下优点：
（1）原料丰富、资源丰富、价格低。
（2）从原料制成高分子材料，只须经单体合成、精制与聚合等工序，简便、效率高。
（3）生产高分子材料能耗低。
4．新型复合材料现代科技发展，使两种或多种材料复合起来，制成某种或两种以上优异性能的材料成为可能。这些材料有玻璃钢、碳纤维等，它们能结合金属材料的耐高温、高分子合成材料和非金属材料的耐腐蚀等特点，适应各种特殊需要。
□ 能源科学
主要研究各种能源的开发、生产、转换、传输、分配及综合利用的理论技术及政策，与国民经济密切相关。
1．能源科研的三次突破
（1）蒸汽机的发明和应用引起了产业革命；
（2）电力的发明和应用引起了产业革命；
（3）原子能的发明和应用标志社会生产技术进入“原子能时代”。能源是生产力发展的重要标志之一。
2．新型能源
