維納
美國科學家、控製論的創始人維納,1894年生於美國密蘇裏州哥倫比亞市的一個猶太人的家中。父親是哈佛大學的語言學教授。維納18歲時就獲得了哈佛大學數學和哲學兩個博士學位,他因提出“控製論”而聞名於世。1940年,維納開始考慮計算機如何能像大腦一樣工作,他發現了二者的相似性。維納認為計算機是一個進行信息處理和信息轉換的係統,隻要這個係統能得到數據,機器本身就應該能作幾乎任何事情。而且計算機本身並不一定要用齒輪、導線、軸、電機等部件製成。麻省理工學院的一位教授為了證實維納的這個觀點,甚至用石塊和衛生紙卷製造過一台簡單的能運行的計算機。
維納在1940年寫給數學家布什的一封信中,對現代計算機的設計曾提出了幾條原則:(1)不是模擬式,而是數字式;(2)由電子元件構成,盡量減少機械部件;(3)采用二進製,而不是十進製;(4)內部存放計算表;(5)在計算機內部存貯數據。這些原則是十分正確的。
文件傳真機
文件傳真機是一種以黑和白兩種光密度級複製原稿的傳真機。主要適用於遠距離複製手寫、打字或印刷的文件、圖表,以及複製色調範圍在黑和白兩種界限之間具有有限層次的半色調圖像,它廣泛應用於辦公、事務處理等領域。按照文件傳真機利用電信網、信號加工處理技術和傳送標準幅麵原稿時間的不同,又可分為在公用電話網上使用的一類傳真機、二類傳真機、三類傳真機以及在公用數據網上使用的四類傳真機等。一、二、三類傳真機通常利用電話電路傳輸,傳送一頁A4幅麵文件,分別約需6分鍾、3分鍾和1分鍾。四類機傳送文件速度快(約幾秒鍾至十幾秒鍾),作為一種數據終端,主要用於公用數據通信網絡,但若采用適當的調製方式,也可用於公用電話交換網絡。三、四類傳真機也稱高速傳真機。
微型計算機
第四代計算機是以大規模集成電路為基礎而發展起來的微處理機和微型計算機。微型機體積小、功耗低、成本低,明顯優於其他類型計算機,因而得到廣泛應用和迅速普及。在20世紀80年代和90年代期間,計算機工業保持高速度的發展。第四代計算機的係統性能不斷提高,各種類型的計算機都正在向各自的高檔機發展,每隔二三年就研製出一個改進型,成本不斷降低,價格不斷下降。而以超大規模集成電路為基礎的高度智能化的第五代計算機係統即將麵世,這將是科學技術發展的必然趨勢。
微型機是各類計算機中發展最快、人們最感興趣的一個分支,其性能已達到甚至超過一般小型機水平。目前,微機的銷量日益增大,走入家庭已是大勢所趨。
微處理器由運算器和控製器組成,分別完成對數據的算術運算、邏輯運算、邏輯判斷和控製計算機各部件有序工作,自動執行程序命令。因此,微處理器的設計技術對改善計算機的性能起關鍵作用。現在,各計算機廠商正展開微處理器大競賽,在設計工藝、集成度、速度、功耗上一爭高低,為計算機的發展再添新彩。
微電子技術
微電子技術是以集成電路技術為代表,製造和使用微小型電子元件、器件和電路,實現電子係統功能的新型技術學科,它也特指大規模集成電路的製造和運用技術。
微電子技術與傳統電子技術相比,其主要特征是器件和電路的微小型化。它把電路係統的設計和製造工藝緊密結合起來,適於進行大規模的批量生產,因而成本低和可靠性高。超微細加工技術的日益完善,使生產上達到亞微米以至更高的光刻水平,其集成度已超越每片10~10個元件。高質量的超薄氧化層、新的離子注入退火技術、高電導高熔點金屬及其矽化物金屬化和淺歐姆接觸、晶體完整性好的大直徑芯片、低溫加工等一係列工藝技術的迅速進展,將使微電子器件及其集成電路性能獲得更大改善。如果沒有微電子技術,今天的微型計算機、衛星通信、機器人都是不可想象的。在21世紀,微電子技術是改變生產和生活麵貌的先導技術。
微波集成電路
微波集成電路是工作在微波波段和毫米波波段,由微波無源元件、有源器件、傳輸線和互連線集成在一個基片上,具有某種功能的電路。可分為混合微波集成電路和單片微波集成電路。混合微波集成電路是采用薄膜或厚膜技術,將無源微波電路製作在適合傳輸微波信號的基片上的功能塊。電路是根據係統的需要而設計製造的。常用的混合微波集成電路有微帶混頻器、微波低噪聲放大器、功率放大器、倍頻器、相控陣單元等各種寬帶微波電路。單片微波集成電路是采用平麵技術,將元器件、傳輸線、互連線直接製做在半導體基片上的功能塊。砷化镓是最常用的基片材料。微波集成電路起始於20世紀50年代。微波電路技術由同軸線、波導元件及其組成的係統轉向平麵型電路的一個重要原因,是微波固態器件的發展。20世紀60~70年代采用氧化鋁基片和厚膜薄膜工藝;80年代開始有單片集成電路。
微芯片
微芯片是采用微電子技術製成的集成電路芯片,它已發展到進入千兆(芯片GSI)時代。微芯片上的器件密度已達到人腦中神經元密度水平。這樣水平的微芯片將促使計算機及通信產業更新換代,大大改變人們生產、生活的麵貌。科學家們已在討論把微芯片記憶線路植入人的大腦以治療老年性癡呆症,或增加人的記憶能力的可能性。用微芯片製做的手提式超級計算機、電子筆記本、微型翻譯機和便攜式電話等已陸續出現。
微型化和多樣化
信息技術產品正在變得越來越小型化,越來越便於攜帶。便攜式計算機越來越小,快使人看不到了。日本的NEC公司宣布,它已製造出一種芯片,可以存儲1000兆位以上的信息——比通常使用的計算機的4兆位芯片多256倍。人們最終可能把功能相當於今天數以百計的超級計算機的芯片放在一個口袋裏,或者縫在衣服裏。科學家已經在考慮,將信息技術產品植入人們的身體裏。植入身體某處的一個芯片可以既作為信用卡、護照、汽車駕駛證,也可以用作私人日記,種類繁多,是數不完的。人們不再為在旅途中丟掉信用卡而擔心了。嵌入人身體中的一個芯片可能還使人們有了額外的思維能力。特別小的計算機還可能給能夠注入人們身體中的顯微機器提供足夠的智能。這些納米機器將執行修複肌肉和腦細胞的任務,因此人們可以享有永駐的青春。研究人員已經發現了用一些脫氧核糖核酸製造“分子計算機”的方法。
多樣化也是人類追求的目標之一。信息技術的具體形式將不斷改變,以滿足人們的特殊要求、時尚和個人的愛好。形式通常是隨著功能變化的,但是大多數信息技術並沒有必須的形式:它不像汽車那樣需要輪子,也不像帽子一樣要適合人頭的大小。早期的新技術是粗糙和實用的,後來為了取得客戶的好感而在樣式上變得優美了。未來的計算機可能是極小的,甚至是顯微式的,或者和它的外圍設備將安裝在非常大的場所。電話、電視和計算機可以合並成一台機器。一個小屏幕對於大部分計算機工作來說,可能是可以接受的,但是要想展示你的多媒體藝術史的過程時,你可能想在電視室內有一麵牆壁那麼大的屏幕了。
微波技術的應用
磁控管與速調管是兩種微波電子管,它們分別以不同的方式產生連續的微波振蕩。
世界上第一個多腔磁控管,是前蘇聯工程師阿列克謝耶夫和馬廖羅夫於1936到1937年間製成的,早於英國的蘭德爾與布特,但他們發明的磁控管的影響不如英國同行的那麼大。
在第二次世界大戰期間,微波技術的研究圍繞雷達的研製進行,從而推動了微波元器件、高功率微波管、微波電路和微波測量等技術的研究與開發。
第二次世界大戰之後,微波技術的應用範圍進一步擴大到通信領域,主要包括通常的微波接力通信和衛星通信。
微波接力通信
微波接力通信是靠中繼站接力傳輸來實現微波信號遠距離傳送的。微波是沿直線傳播的,它不受大氣層和電離層的反射。由於地球表麵是球形曲麵,如果在地麵進行微波通信,就必須把天線架設到一定的高度,使發射天線與接收天線之間沒有物體阻擋,彼此可以“互視”。為了進行遠距離通信,就要采用與接力賽類似的方法,相隔一定的距離建立中繼站(接力站),這些中繼站設在高塔或山頂上,微波在每個中繼站被放大之後再傳送出去。微波接力通信是現代的主要通信手段之一,另一種通信手段是衛星通信。
同軸電纜由一條絕緣的內層電線及外層作隔離用的圓筒狀導體構成,很適合進行微波傳輸,頻率可高達幾千兆赫。在傳輸頻率更高、能量更大的微波時,就要用波導管。在波導管中,微波以電場與磁場交替變換的波的形式通過,如同在自由空間裏電磁波以電場、磁場形式交替傳送能量一樣。
微米技術
集成電路的製造尺寸,必須以微米甚至納米來計量。1微米是1毫米的千分之一。一根頭發絲的直徑約為70~100微米,細菌的大小約為1微米~2微米,煙塵的微粒直徑還不到1微米,而病毒通常隻有025微米左右。但在微電子技術中,1微米可以容納很多晶體管。在矽芯片上製成晶體管集成電路,要在極小的麵積上施工製造,最關鍵的技術是使晶體管的線寬要微縮,這樣才能使晶體管和集成電路之間緊密地編織到最小的空間裏。在隻有頭發絲直徑大小的矽片上,當線寬為1微米時,就可以容納400個晶體管;如線寬為05微米,晶體管可達1500個;線寬減到025微米,則晶體管可達4500個以上。在如此微細的空間裏進行電路安排和製作,隻能在極高倍的隧道掃瞄顯微鏡下操作。70年代初期,集成電路中晶體管的線寬為3~5微米;70年代中期至80年代中期,線寬縮小到1微米;80年代中期以後,線寬縮小到1微米以下。隨著線寬的不斷縮小,集成電路的集成度和存貯信息量不斷提高。線寬為1微米時,集成度可高達數萬至百萬級;當線寬小於1微米時,集成度可高達4~64兆百萬信息量。
無銀幕電影
日本一家公司研製成功一種無銀幕影視新產品。那是一個比一包口香糖略大的黑盒子。其中一麵嵌有一塊玻璃片,從這片玻璃望出去,便可以看到浮現在06米外半空中的畫麵了。這種無銀幕電影利用黑白電視技術稍加盡改進而成。它以發光的二極真空管代替電子槍,用鏡子代替塗磷的玻璃。信號進入後,鏡子在1秒鍾內來回振動數千次,使真空管發出的光迅速而準確的投射出去。這種電影畫麵不是投射在銀幕上的平麵圖像,而是浮現在天空中的立體畫麵。
微波雷達的示波器
示波器是在布勞恩陰極射線管的基礎上於1934年加以改進而成的,德國的阿登和美國的杜蒙特為此花了不少心血。速調管是美國物理學家瓦裏安兄弟於1937年發明的。
在不列顛戰役的關鍵時刻,也就是1940年9月,英國的一個科學代表團到達美國華盛頓。他們給美國國防委員會帶去的一份禮物,就是蘭德爾等人發明的多腔磁控管。這樣一項重大的發明居然拱手相送,這在和平時期是難以想象的。
未來的道路
1995年11月,美國微軟公司董事長比爾·蓋茨出版了《未來的道路》。他在書中寫道:“終有一天——不是很遙遠——你不用離開書桌或扶手椅就可以做生意,從事研究,探索世界及各種文化,調出你想看的任何最喜歡的娛樂節目,交朋友以及給你遠方的親戚看照片。”
信息高速公路的許多應用將最大限度的滿足個人的娛樂——比如可以同你最好的朋友玩牌,盡管你們生活在不同的城市。觀看電視播放的體育賽事時,你將能夠選擇攝像機的角度、重播次數,甚至選擇實況播音員。
“超級聯係”將使你能夠從一個信息源跳到另一個信息源。
未來教師
未來教師的主要任務是:提供麵對麵的指導、監督和小組討論,而不是居高臨下的講課。因為單靠信息技術並不能保證年輕人受到良好的教育。許多技術不一定會得到充分的利用,年輕人可能利用這些技術玩無聊的遊戲甚至蓄意破壞它。沒有教師在身旁指導和鼓勵,大多數學生很難始終專注於某項學習。當信息技術承擔了冗雜的日常事務,使教師們得以抽身從事較富於創造性和趣味性的工作時,他們直接感受到這些技術帶來的好處
但是,用於教育的信息技術也可能威脅到教師的就業機會或他們的特權。1995年,美國緬因大學校長由於提議建一所沒有教授和教學樓的大學而遭到教職員工的激烈抵製,隨後他不得不辭職。按照他的設想,在這樣一所大學,學生們將通過參加雙向式電視教學的方式學習。其他地方的教授也擔心,遠距離教學將產生一個教授教成千上萬學生的後果,從而使大學淘汰大批教授。這種事情將要發生的可能跡象是:緬因大學圖書館學學士學位的所有課程已經由南卡羅來納大學通過衛星途徑提供。
未來學生
就教育而言,信息技術的應用最直接的受益者,毫無疑問是學生。因為他們的學習將更具有自主性和選擇性,更符合他們的需求。未來將出現全球大學,通過計算機網絡、衛星電視和其他先進手段,將許多國家的學生、講師和研究人員聯在一起。學生也許用不著或幾乎不需要進大學校園。信息技術能夠使學生按照自己的進度參加各門課的學習,而且不論何時,隻要他們掌握了要求掌握的材料就可以得到學分。大多數學生寧願跟著一個隻出現在電視屏幕上的充滿活力的講解人學習,也不願跟隨一個就站在他們麵前、說話沉悶無趣幾乎讓人聽不懂的教師學習。信息技術使信息注入學生頭腦這一過程的效率有了提高,使學生有更多時間從事一些對他們的成長可能更重要的活動。計算機網絡將使學生在準備論文時能夠看到成千上萬種書籍、雜誌和報紙。