第三章高技术的主要领域.ppt

第三章第三章高技术的主要领域高技术的主要领域1 1第一节第一节 计算机技术计算机技术 高技术高技术即是密集现代科学知识的技术，是具有即是密集现代科学知识的技术，是具有高经济效益和社会效益的技术，是对于科技、经济、高经济效益和社会效益的技术，是对于科技、经济、社会发展具有重大战略价值的技术。社会发展具有重大战略价值的技术。一、计算机发展概述一、计算机发展概述（一）计算机是信息处理机（一）计算机是信息处理机（二）计算机的基本结构（二）计算机的基本结构 各种计算机都由五个部分组成：各种计算机都由五个部分组成：输入设备；输入设备；存储器；存储器；中央处理器（由运算器和控制器两个中央处理器（由运算器和控制器两个基本部分组成，简称基本部分组成，简称“CPUCPU”是电子计算机核心部是电子计算机核心部件。）件。）输出设备。输出设备。2 2（三）计算机是怎样工作的（三）计算机是怎样工作的（四）计算机发展的断代史（四）计算机发展的断代史n第一代（第一代（1946194619581958）：电子管计算机时代）：电子管计算机时代n第二代（第二代（1959195919641964）：晶体管计算机时代）：晶体管计算机时代n第三代（第三代（1965196519701970）：集成电路计算机时代）：集成电路计算机时代n第四代（第四代（19711971至今）：微处理器时代至今）：微处理器时代n第五代（未来）：人工智能型计算机第五代（未来）：人工智能型计算机3 3二、计算机技术发展的主潮流二、计算机技术发展的主潮流（一）多媒体技术的迅速发展（一）多媒体技术的迅速发展（二）提高计算机处理速度的发展方向（二）提高计算机处理速度的发展方向（三）新型计算机：（三）新型计算机：光控计算机；光控计算机；生物计算机；生物计算机；超导计算机超导计算机（四）计算机病毒清除（四）计算机病毒清除4 4第二节第二节 通信技术通信技术一、通信技术的发展一、通信技术的发展 1919世纪，人类发明了有线电话、有线电报，实现世纪，人类发明了有线电话、有线电报，实现了高速远距离的通话和电报传送。了高速远距离的通话和电报传送。2020世纪初无线电技术的发明和应用（雷达通信、世纪初无线电技术的发明和应用（雷达通信、微波通信、卫星通信等），使得无线电通信几乎遍微波通信、卫星通信等），使得无线电通信几乎遍及世界各个角落。及世界各个角落。2020世纪中叶，计算机技术、卫星技术、光线技世纪中叶，计算机技术、卫星技术、光线技术的发明、发展和普遍应用，使通信技术进入了高术的发明、发展和普遍应用，使通信技术进入了高速化、网络化、数字化和综合化的新时代。速化、网络化、数字化和综合化的新时代。信息传输从模拟化走向数字化是一个重要分水信息传输从模拟化走向数字化是一个重要分水岭。（以往模拟信号容易受干扰，使其保密性差。）岭。（以往模拟信号容易受干扰，使其保密性差。）5 5 所谓所谓信息的数字化信息的数字化，就是把要传输的各种信号，就是把要传输的各种信号转换成由转换成由0 0和和1 1组成的二进制数字信号来表示，组成的二进制数字信号来表示，“0 0”和和“1 1”的信号不易受到干扰，使信息传输更为安全。的信号不易受到干扰，使信息传输更为安全。二、数字化信息传输的关键技术二、数字化信息传输的关键技术（一）数字程控交换机（一）数字程控交换机（二）光纤通信（二）光纤通信（三）卫星通信（三）卫星通信6 6三、现代通信新业务三、现代通信新业务（一）电子邮件：就是用户或用户之间通过计算机（一）电子邮件：就是用户或用户之间通过计算机网络收发信息的服务。网络收发信息的服务。（二）移动通信：就是移动体之间或移动体与固定（二）移动通信：就是移动体之间或移动体与固定体之间的无线电信息传输与交换。体之间的无线电信息传输与交换。（三）可视电话与会议电视电话：（三）可视电话与会议电视电话：在通话的同时能在通话的同时能看到对方的图像，这就是可视电话。将可视电话系看到对方的图像，这就是可视电话。将可视电话系统应用于两方或多方的电话会议，通过摄像机、显统应用于两方或多方的电话会议，通过摄像机、显示设备和通信网络将示设备和通信网络将“与会者与会者”的话音和图像交互的话音和图像交互传送，就形成了一个传送，就形成了一个“会议电视电话系统会议电视电话系统”。7 7（四）可视图文信息系统：把大量的有效信息组织（四）可视图文信息系统：把大量的有效信息组织并存放在各种图文信息服务中心的计算机的数据并存放在各种图文信息服务中心的计算机的数据库里，通过公用电信网向公众开放，让大家利用库里，通过公用电信网向公众开放，让大家利用自己的可视图文终端设备进行交互式的信息检索，自己的可视图文终端设备进行交互式的信息检索，使信息资源在最大范围内实现共享，这个系统就使信息资源在最大范围内实现共享，这个系统就称可视图文信息系统。称可视图文信息系统。（五）图文电视广播系统：就是利用电视广播网传（五）图文电视广播系统：就是利用电视广播网传送图文信息，是一种单向的信息服务系统。送图文信息，是一种单向的信息服务系统。（六）电子货币与无纸贸易：无现金交易和无凭证（六）电子货币与无纸贸易：无现金交易和无凭证结算。结算。8 8（七）因特网与信息高速公路：因特网是专指全球（七）因特网与信息高速公路：因特网是专指全球最大的、开放的由许多规模不等的计算机网络互联最大的、开放的由许多规模不等的计算机网络互联而成的网络，是而成的网络，是“网络的网络网络的网络”。是连接全世界成。是连接全世界成千上万计算机系统的纽带，它为每一台计算机提供千上万计算机系统的纽带，它为每一台计算机提供了与世界上其他计算机通信的手段和方法，它是信了与世界上其他计算机通信的手段和方法，它是信息的载体和传输系统，我们所需要的任何信息几乎息的载体和传输系统，我们所需要的任何信息几乎都可以在因特网上找到。都可以在因特网上找到。9 9第三节第三节 生物技术生物技术 生物技术生物技术是指综合运用现代生物学、化学和工是指综合运用现代生物学、化学和工程学的手段，直接或间接地利用生物体、生命体系程学的手段，直接或间接地利用生物体、生命体系和生命活动过程，生产有用物质的一门高级应用技和生命活动过程，生产有用物质的一门高级应用技术科学。术科学。目前生物技术主要包括细胞工程、发酵工程、酶目前生物技术主要包括细胞工程、发酵工程、酶工程和基因工程四大领域。工程和基因工程四大领域。1010一、细胞工程一、细胞工程 所谓所谓细胞工程细胞工程，就是在细胞水平上利用生物、，就是在细胞水平上利用生物、改良生物和创造新生物的技术。细胞工程根据研究改良生物和创造新生物的技术。细胞工程根据研究材料的不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工材料的不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程，两者的原理和技术具有基本的共性。程，两者的原理和技术具有基本的共性。1111（一）植物细胞工程（一）植物细胞工程 植物细胞的特性之一是具有植物细胞的特性之一是具有全能性全能性，即具有某，即具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。在合适的条件下和营养辅助成完整生物体的潜能。在合适的条件下和营养辅助下，一个细胞可以独立发育成完整的植物体。植物下，一个细胞可以独立发育成完整的植物体。植物细胞工程就是利用细胞的这种全能性，采用植物组细胞工程就是利用细胞的这种全能性，采用植物组织和细胞培养等技术对植物进行修饰，达到提高农织和细胞培养等技术对植物进行修饰，达到提高农作物产量、改善作物的营养成分或增加药物来源的作物产量、改善作物的营养成分或增加药物来源的目的。植物细胞工程主要有组织培养和细胞培养技目的。植物细胞工程主要有组织培养和细胞培养技术、诱导染色体数增加或减少技术、细胞融合技术术、诱导染色体数增加或减少技术、细胞融合技术等。例如，生物学家通过组织培养来繁殖名贵花卉、等。例如，生物学家通过组织培养来繁殖名贵花卉、消灭果树上的病毒，以及通过对细胞核物质的重新消灭果树上的病毒，以及通过对细胞核物质的重新组合，进行植物遗传改造等。组合，进行植物遗传改造等。1212植物组织培养植物组织培养1313（二）动物细胞工程（二）动物细胞工程 以动物细胞为基本单位在体外条件下进行培养、以动物细胞为基本单位在体外条件下进行培养、繁殖和人为操作，使细胞产生某些人们所需要的生繁殖和人为操作，使细胞产生某些人们所需要的生物学特性，从而改良品质，加速繁殖动物个体或获物学特性，从而改良品质，加速繁殖动物个体或获得有用品的技术。其研究工程取得重大进展的有：得有用品的技术。其研究工程取得重大进展的有：细胞及组织培养技术、换核技术、播种技术、克隆细胞及组织培养技术、换核技术、播种技术、克隆技术等。动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技技术等。动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。术的基础。1414n动物细胞工程的应用：动物细胞工程的应用：n大规模培养生产生物制品（病毒疫苗、干扰素、大规模培养生产生物制品（病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体）单克隆抗体）n作为基因工程中的受体细胞作为基因工程中的受体细胞n培养的动物细胞可以用于检测有毒物质，判断某培养的动物细胞可以用于检测有毒物质，判断某种物质的毒性种物质的毒性n为治疗和预防癌症及其他疾病提供理论依据为治疗和预防癌症及其他疾病提供理论依据1515二、发酵工程二、发酵工程 发酵工程又称微生物工程，就是利用发酵工程又称微生物工程，就是利用微生物微生物的的发酵作用，通过现代工程技术手段来生产有用物质发酵作用，通过现代工程技术手段来生产有用物质或者直接把微生物应用于或者直接把微生物应用于工业化生产工业化生产过程的一项新过程的一项新技术。技术。人们熟知的利用人们熟知的利用酵母菌酵母菌发酵制造啤酒、发酵制造啤酒、果酒果酒、工业酒精，工业酒精，乳酸菌乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶，利用发酵制造奶酪和酸牛奶，利用真真菌菌大规模生产大规模生产青霉素青霉素等都是这方面的例子。等都是这方面的例子。1616 现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要组现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要组成部分，具有广阔的应用前景。例如，用成部分，具有广阔的应用前景。例如，用基因工程基因工程的方法有目的地改造原有的菌种并且提高其产量；的方法有目的地改造原有的菌种并且提高其产量；利用利用微生物发酵微生物发酵生产药品，如人的生产药品，如人的胰岛素胰岛素、干扰素、干扰素和和生长激素生长激素等。等。1717三、酶工程三、酶工程 酶工程就是将酶或者微生物酶工程就是将酶或者微生物细胞细胞、动植物细、动植物细胞、胞、细胞器细胞器等在一定的等在一定的生物反应生物反应装置中，利用酶所装置中，利用酶所具有的特异催化功能，以工业生产方式，快速、高具有的特异催化功能，以工业生产方式，快速、高效地将相应的原料转化人类所需产品或达到特殊目效地将相应的原料转化人类所需产品或达到特殊目的技术体系，是酶学理论与化学技术相结合而成的的技术体系，是酶学理论与化学技术相结合而成的一种新技术。一种新技术。酶工程的应用，主要集中于食品业，轻工业以酶工程的应用，主要集中于食品业，轻工业以及医药业及环保等领域。及医药业及环保等领域。1818酶工程酶工程1919四、基因工程四、基因工程 又称基因水平上的遗传工程，就是按照预先设又称基因水平上的遗传工程，就是按照预先设计的生物改造蓝图，在分子水平上对基因进行切割计的生物改造蓝图，在分子水平上对基因进行切割和粘接，人为地用一种生物组织中的基因替换另一和粘接，人为地用一种生物组织中的基因替换另一种生物组织中的基因，实现基因定向转移和重新组种生物组织中的基因，实现基因定向转移和重新组合，以达到定向改变生物遗传性状的目的。合，以达到定向改变生物遗传性状的目的。基因工程是人类定向改造生物的新兴科学技术，基因工程是人类定向改造生物的新兴科学技术，它的应用不但对遗传学的研究有着重大的理论意义，它的应用不但对遗传学的研究有着重大的理论意义，而且对工业、农业、医疗卫生和环境保护等方面也发而且对工业、农业、医疗卫生和环境保护等方面也发挥越来越大的作用。挥越来越大的作用。在医药方面从在医药方面从19771977年起就先后利用工程细菌生产年起就先后利用工程细菌生产人脑激素，人胰岛素。人的白血细胞干扰素。人脑激素，人胰岛素。人的白血细胞干扰素。2020五、形形色色的生物技术五、形形色色的生物技术（一）低温生物技术（一）低温生物技术 通过迅速降温，使生物在超低温下进入冬眠状通过迅速降温，使生物在超低温下进入冬眠状态，从而得以长期保存并可随时恢复原状的一项技态，从而得以长期保存并可随时恢复原状的一项技术。例如，身患绝症的病人可通过低温冷冻起来，术。例如，身患绝症的病人可通过低温冷冻起来，待科技进步到原来的不治之症可以药到病除时再治待科技进步到原来的不治之症可以药到病除时再治疗。疗。（二）光生物技术（二）光生物技术 充分利用光对生物的生长、发育和行为进行调充分利用光对生物的生长、发育和行为进行调节控制的技术，用以提高农作物和治疗人体疾病。节控制的技术，用以提高农作物和治疗人体疾病。例如，激光治疗各种肿瘤疾病。例如，激光治疗各种肿瘤疾病。2121（三）声生物技术（三）声生物技术 利用声波与人体肌肉、内脏器官发生共振的原利用声波与人体肌肉、内脏器官发生共振的原理，达到诊断和治疗疾病的目的。如临床上的超声理，达到诊断和治疗疾病的目的。如临床上的超声波手术刀、超声波碎石机等。波手术刀、超声波碎石机等。（四）生物计算机（四）生物计算机 以蛋白质作为元件组成的智能计算机，称为第以蛋白质作为元件组成的智能计算机，称为第六代计算机。由于它的信息传递方式是模仿人脑的六代计算机。由于它的信息传递方式是模仿人脑的神经细胞，所以又叫神经细胞，所以又叫“神经网络计算机神经网络计算机”，这是计，这是计算机技术与生物技术共同发展的结晶。算机技术与生物技术共同发展的结晶。2222第四节第四节 激光技术激光技术一、从普通光源到新光源一、从普通光源到新光源激光激光（一）从天然光源到人造光源（一）从天然光源到人造光源 通常，我们把光源分为天然和人造两类，太阳通常，我们把光源分为天然和人造两类，太阳光就是典型的天然光源，各种各样的灯则是典型的光就是典型的天然光源，各种各样的灯则是典型的人造光源。人造光源。（二）激光的产生（二）激光的产生 激光产生主要条件是：在光源中，处在高能级激光产生主要条件是：在光源中，处在高能级的发光原子数目要比在低能级的原子数目多，即要的发光原子数目要比在低能级的原子数目多，即要 “实现能级粒子数反转实现能级粒子数反转”。2323（三）激光器的构造 工作物质，能发射激光的材料，必须是透明材料。泵浦源，向工作物质输入能量的能源激励装置。常用的泵浦源有普通光源（氙灯）、气体放电、电子束、化学反应能等。谐振腔，由两块光学反射镜组成，分别放置在工作物质的两端。一块为全反射镜（反射率接近100%），另一块为部份反射镜，即能够允许一部分光透射，大部分反射。激光在谐振腔内持续振荡，能量不断增高。2424（四）第一台激光器的诞生（五）激光的四大特点n高方向性n高单色性n高亮度n高相干性2525二、激光的应用（一）在工业上的应用：精密打孔、激光焊接、精密计量、精细检验、激光制造材料等。（二）在农业上的应用：照射种子、改良品种、除治病虫害等。（三）在医疗上的应用：激光诊断、外科手术、激光针灸、激光美容等。2626（四）激光与信息高速公路：高密度、大容量存储器激光光盘诞生。（五）在军事上的应用：激光制导炸弹、激光测距仪、激光雷达以及激光模拟军事演习等。（六）激光与前沿科学：与生物技术、信息技术、航天技术、新材料技术有密切关系。例如，激光生物学、激光核聚变、激光通信等。2727第五节第五节 航天技术航天技术一、人类进入太空的难关一、人类进入太空的难关（一）引力（一）引力（二）气压（二）气压（三）温度（三）温度（四）宇宙射线（四）宇宙射线2828二、运载火箭和人造卫星二、运载火箭和人造卫星 运载火箭就是利用火箭发动机作动力把卫星、运载火箭就是利用火箭发动机作动力把卫星、宇宙飞船、空间探测器等航天器送入太空的一种运宇宙飞船、空间探测器等航天器送入太空的一种运载工具。载工具。1 1、采用液体燃料（一般为液太氢）或氧化剂。、采用液体燃料（一般为液太氢）或氧化剂。2 2、采用多级串联，或多级串并联，如我国长征、采用多级串联，或多级串并联，如我国长征2 2号号E E火箭。火箭。人造地球卫星是环绕地球太空轨道上运行的无人造地球卫星是环绕地球太空轨道上运行的无人航天器，简称人航天器，简称人造卫星或卫星人造卫星或卫星。29293 3、卫星分类、卫星分类 按卫星运行的轨道分类：低轨道人造地球卫星、按卫星运行的轨道分类：低轨道人造地球卫星、中高轨道人造卫星、地球同步轨道卫星、地球静止中高轨道人造卫星、地球同步轨道卫星、地球静止轨道卫星、太阳同步轨道卫星、大椭圆轨道卫星等。轨道卫星、太阳同步轨道卫星、大椭圆轨道卫星等。按用途分类：科学卫星、技术试验卫星和应用按用途分类：科学卫星、技术试验卫星和应用卫星。卫星。3030三、宇宙飞船和空间站三、宇宙飞船和空间站 载人飞船又称宇宙飞船，它是一种可以运送宇载人飞船又称宇宙飞船，它是一种可以运送宇航员到太空，能基本保障宇航员在太空短期生活、航员到太空，能基本保障宇航员在太空短期生活、工作，并安全返回的一次性使用的航天器。工作，并安全返回的一次性使用的航天器。宇宙飞船经历了从无人飞船到载有动物的飞船、宇宙飞船经历了从无人飞船到载有动物的飞船、再到载人飞船的过程。再到载人飞船的过程。空间站又称航天站、轨道站，它是一种供多名宇空间站又称航天站、轨道站，它是一种供多名宇航员长期生活居住和在太空工作的载人大型航天器。航员长期生活居住和在太空工作的载人大型航天器。3131四、航天飞机四、航天飞机 美国于美国于19811981年年4 4月成功地将月成功地将“哥伦比亚哥伦比亚”号航天号航天飞机送入太空。它是一种能经常往返于太空与地面飞机送入太空。它是一种能经常往返于太空与地面的能重复使用的运载工具。它能像火箭一样垂直发的能重复使用的运载工具。它能像火箭一样垂直发射起飞，进入太空后像一艘载人飞船具有机动性和射起飞，进入太空后像一艘载人飞船具有机动性和对接能力，返回地面时，又像飞机能在机场跑道上对接能力，返回地面时，又像飞机能在机场跑道上降落。降落。3232五、空天飞机和空间平台五、空天飞机和空间平台 一种既能完成航天飞机的所有任务，又能像普一种既能完成航天飞机的所有任务，又能像普通飞机一样飞行的新的一代航天器通飞机一样飞行的新的一代航天器航空航天飞航空航天飞机，简称为空天飞机。这种飞机既可以在大气层内机，简称为空天飞机。这种飞机既可以在大气层内飞行，也可以在太空中飞行。它配备两种动力装飞行，也可以在太空中飞行。它配备两种动力装置，低空时利用大气中的氧，使用空气喷气发动机置，低空时利用大气中的氧，使用空气喷气发动机工作；高空时自带氧化剂和燃烧剂，启动火箭喷气工作；高空时自带氧化剂和燃烧剂，启动火箭喷气发动机工作。空天飞机完成相同任务起飞一次的费发动机工作。空天飞机完成相同任务起飞一次的费用仅为运载火箭十分之一左右，因此，它是一种理用仅为运载火箭十分之一左右，因此，它是一种理想的新型飞行器。想的新型飞行器。3333 空间平台也是新一代航天器。它是一种组合空间空间平台也是新一代航天器。它是一种组合空间结构，即分批将多种仪器设备送上太空，然后在太结构，即分批将多种仪器设备送上太空，然后在太空中组装、调试和运行的空间平台。空中组装、调试和运行的空间平台。空间平台还具有某些特点。例如，它无人为的环空间平台还具有某些特点。例如，它无人为的环境污染和干扰，飞行姿态稳定性和环境洁净度比空境污染和干扰，飞行姿态稳定性和环境洁净度比空间站好，所以它是最理想的太空天文台，是超洁净间站好，所以它是最理想的太空天文台，是超洁净加工和微重力环境研究、生产空间材料和生物制品加工和微重力环境研究、生产空间材料和生物制品的理想产所。的理想产所。3434六、空间资源的开发和利用六、空间资源的开发和利用 空间资源是指太空中具有的特殊环境资源，例空间资源是指太空中具有的特殊环境资源，例如，微重力、超洁净、高真空、超低温、强辐射和如，微重力、超洁净、高真空、超低温、强辐射和丰富的太阳能等。充分开发和利用这些地球上难以丰富的太阳能等。充分开发和利用这些地球上难以达到的极其宝贵的环境资源，可以促进材料科学、达到的极其宝贵的环境资源，可以促进材料科学、生命科学、生物学、物理学、化学、冶金和能源等生命科学、生物学、物理学、化学、冶金和能源等方面产生新的突破和发展。方面产生新的突破和发展。空间资源是极其丰富的，空间资源的开发和利空间资源是极其丰富的，空间资源的开发和利用将给人类带来巨大的财富，近地轨道资源的开发用将给人类带来巨大的财富，近地轨道资源的开发将是下一次新的工业革命场所。将是下一次新的工业革命场所。35351 1、电子计算机技术发展的主要潮流是什么？、电子计算机技术发展的主要潮流是什么？2 2、生物技术主要包括哪四大领域？、生物技术主要包括哪四大领域？3 3、简述激光的产生与激光的特点。、简述激光的产生与激光的特点。讨论、思考题、作业：讨论、思考题、作业：36363737