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信息技术导论

一.300年主流技术回顾

过去的 300 年中 , 每个世纪都有一种主流技术 :

● 18 世纪 --- 机械时代

18 世纪伴随着工业革命而来的是伟大的机械时代,它使人类文明从“农业阶段”过渡到了“工业阶段”。“男耕女织”的局面被打破,人们都走进了工厂,当上了一名工人。

● 19 世纪 --- 蒸汽机时代

英国工程师瓦特的发明将整个“工业阶段”推向了辉煌,人类第一次感受到大自然所带来的神奇力量。工业社会的发展达到了最高阶段,生产出大量耐用消费品,极大地改善了人民生活。

● 20 世纪 --- 信息时代

进入 20 世纪,当物质条件改善以后,“信息”成为了人们关注,信息的收集、处理和发布成为了 20 世纪的关键技术。工业社会发展核心的基本科技是蒸汽机,其主要功能是代替和增强人类的体力;而信息社会则是以电脑科技为发展核心,其主要功能是代替和增强人类的智力。信息社会中,由信息网和数据库组成的信息公共事业,是以电脑为基础的社会结构,取代了工厂而成为社会象征,生产和分配信息产品。工业社会的主导是工业制造业,其组成是第一产业(农业),第二产业(工业),第三产业(服务业和商业)。信息社会的主导工业是“智力工业”,其核心是“知识”。与信息有关的工业将以“第四产业”的姿态出现。

信息社会以电脑为核心,从电脑化的发展过程来看,可分为四个阶段:

第一阶段( 1946-1970 ):以大科技为基础的电脑化。电脑主要被用于军事和太空探险,如计算洲际导弹、阿波罗登月计划等。这个阶段推行电脑的主体是国家机构。

第二阶段( 1955-1980 ):管理的电脑化。电脑化的范围是政府机构和企业界。这个阶段的主要目标是增强国民生产总值,运用电脑提高行政管理的效率,用于生产指挥,航空业定票,仓库管理。

第三阶段( 1970-1990 ):社会的电脑化。主要用电脑来增进社会福利,满足社会需求。人民群众可以使用电脑参与解决某些社会问题。例如,为各类科学服务;用于教育和医疗;解决污染、交通指挥、资源调查和分配等。

第四阶段( 1975-2000 ):个人的电脑化。每家都有电脑,每个人都可以方便的从电脑系统取得他所需要的资料,解决问题。

二.第三次通讯革命

如何理解这些变化呢?有些学者还提出了另外一些观点。其中之一是认为人类目前正经历第三次通讯革命。

人类第一次通讯革命是发明文字。在学会书写以前,人类只能面对面的交流,每个部落只有几位专门负责记忆历史传说和故事的长者有一定的综合能力,知识由父母直接传授给子女。书面语言发明以后,由于文字可以记录下来,人类的知识才得以保存,并进行广泛的交流,克服了时空的障碍。古代的图书馆开始出现,懂得文字的人们可以享受人类文明的成果。

人类第二次通讯革命是印刷术的发明。我国北宋时代的毕升在 11 世纪发明了印刷术。西方是在 15 世纪后期的德国,由谷登堡把浇铸和榨汁技术结合在一起,创造了欧洲的活字印刷。这项发明马上把手写稿的使用和保存挤到非常次要的地位。书籍、报纸、小册子、传单等。由此可以迅速、大批、廉价地生产出来。印刷术很快遍及欧洲,导致现代语言、民族国家、政治机构和宗教的改革,开始文艺复兴运动并产生新闻报刊等。从国王、主教的控制下解放出来的西方世界,在很大程度上是这个革命的产物。

现在,人类面临第三次通讯革命 --- 信息技术革命。这场革命的发起实质上来自于近 40 年来的微电子技术进步,它不仅直接导致了电脑技术的突飞猛进,而且带动了复印、传真、电视和无线传输技术。

权威机构评出了 20 世纪 10 项重大信息技术:

● 无线电技术

1895 年,意大利人马可尼利用无线电波技术试验成功无线电报机。它为人类通信开辟了一个潜力巨大的新领域——无线通讯领域。在无线电通信技术发展的基础上,加拿大人费森登于 1906 年 12 月 25 日 圣诞前夜发明了无线电广播,使收音机成为家庭娱乐和获取信息的重要途径之一。后来,随着无线移动电话和卫星通信的出现和发展,无线通信成了人类重要的通信方式之一。无线电波发明的重大意义还在于它使人类通信走向无限空间。

● 载波通信技术

1918 年,架空明线 4 路载波电话机问世。载波通信的出现,改变了一对线传送一路电话的局面,能够在同一物理介质上传送多个音频电话信号,因而打破了通信传输的瓶颈,为语音通信发展铺平了道路。通信资源由此变得更丰富,多个用户能够在同一物理线路上相互独立地进行实时、高质量的通信。载波技术的诞生,使几乎陷入困境的电话传输技术峰回路转,线路资源骤然扩大,并有效推动了新型交换机的发展,在此后近百年中,载波通信尤其是同轴电缆载波通信,支撑起网络的传输框架,对整个电信产业产生了极其深远的影响。

● 电子计算机技术

1946 年 2 月 5 日 ,世界上第一台电子计算机 ENIAC 正式宣告诞生。它是二战期间迫于军事需要、由美国陆军军械部与宾西法尼亚大学莫尔学院共同研制。 ENIAC 是一个长 30.5 米、高 3.05 米、厚 0.915 米的庞然大物。尽管其计算能力远远比不上今天小小的掌上电脑,但它的诞生无疑宣告了一个新时代的开始。 20 世纪后半叶,计算机走过了主机时代、个人电脑时代,目前正步入网络时代。计算机与通信将改变信息产业的总体格局。

● 集成电路技术

1959 年,美国德州仪器公司的青年工程师基尔比利用扩散工艺,在一块 1.6 毫米 *9.5 毫米的半导体材料上,制成了包括一个台面晶体管、 1 个电容和 3 个电阻的移项震荡器。同年的 7 月 30 日,美国仙童公司的诺伊斯利用平面工艺制造出集成电路,从而使集成电路的制作更专业化、更适合于工业生产。几十年来,集成电路走过了小规模、中规模、大规模、超大规模的历程,一再突破人们的极限预测。目前国际商用主流的 CMOS 线宽已达 0.15 微米,贝尔实验室现在已用电子束技术达到了 0.08 微米。这意味着一块芯片上可以集成上亿个元器件甚至几亿个元器件,甚至还可以实现蜂窝电话单片集成。微电子技术的突破性进展,使人类处理信息的能力有了空前的提高。

● 电视技术

1929 年,俄国移居美国的兹沃雷金用他发明的光电摄像管和电视摄像管组成了电子电视系统。另一位美国科学家恩斯沃斯也独立进行了研究,在 1927 年取得了电子电视系统的专利。电视的发明深刻地改变了人们的生活,它不但使人们的休闲娱乐得到了前所未有的充实,更重要的是它加大了信息传播空度和信息量,使世界开始变小。如今,电视已成为普及率最高的家用电器之一,而电视新闻、电视娱乐、电视广告、电视教育等已形成了巨大的产业。电视作为一项伟大的发明,给人类带来了视觉革命。

● 程控交换技术

1961 年,美国贝尔公司试用程控交换机成功,并于 1965 年 5 月开通了世界上第一部程控电话交换机,实装 4300 门。该机的出现,标志着自动电话交换控制技术从机电制布线控制发展到电子制程序控制。 1970 年,法国开通了世界上第一部程控数字电话交换机。程控数字交换机具有体积小、速度快、可靠性高、容量大、便于开发新业务等优点。它的出现,实现了交换机的全电子化,同时也实现了由模拟空分向数字时分交换的重大转变。程控电话是计算机集成电路技术在通信领域的典型应用,它使电话交换技术真正走向成熟。

● 光纤通信技术

1966 年,英国标准电信实验室的华人工程师高锟和霍克海姆在研究光信号在玻璃纤维中损耗太大的原因时发现,信号传输不是由玻璃本身,而是由玻璃中的有害杂质造成的,他们还预测能将输入光的一半传输 150 米远的纤维是可能制造出来的。 1970 年,美国康宁公司的物理学家莫若研制出第一根损耗为每公里 20 分贝的光纤。光纤通信的出现,使通信线路资源变得极大丰富,并寻求到一种真正能够承担起未来信息化基础设施传输平台的物理介质。以此为发端,全球光缆建设热潮一浪高过一浪。目前单对光纤的实际传输容量已达 320Gbps 。不久,商用化的传输容量可能超过 1Tbps 。这意味着一对光纤能传 1000 多万条话路,相当于在 0.02 秒内传完 30 卷大英百科全书!

● 卫星通信技术

1960 年 8 月,美国发射“回声一号”卫星,这是人类使用人造天体实现通信所迈出的第一步。 1965 年,世界第一颗商用同步卫星“晨鸟”上天,这标志着卫星通信进入实用阶段。卫星通信的出现将人类通信带入了太空通信时代。卫星通信在电视信号传输和长途通信中扮演着不可替代的角色,它的应用使上亿人受益。 90 年代以后,卫星通信从开始的同步卫星通信阶段逐渐进入卫星个人移动通信阶段,铱系统、全球星系统等面向个人手持机用户的中、低轨道卫星系统纷纷出现。卫星通信的出现不但是人类通信技术的进步,更成为人类太空技术进步的标志。

● 蜂窝移动通信技术

70 年代,美国贝尔实验室研制成功了先进移动电话系统 AMPS 并于 1979 年在芝加哥试运行,这是世界上第一个蜂窝模拟移动通信系统。到 90 年代,以 GSM 和 CDMA 为代表的数字蜂窝移动电话系统投入商用,其系统规模和漫游性进一步提升。在此之后,移动电话业务爆炸性增长并呈现超越固定电话的趋势,手机成为风靡全球的通信工具。

● 因特网( Internet )技术

1969 年,美国国防部高级研究计划署( ARPA )出资兴办一个基于包交换技术的计算机网络—— ARPENET ,它是 Internet 的前身。其后,该网络连接了几十所大学和科研机构,并逐步发展成为当前连接世界的 Internet 。 Internet 的出现是信息领域的重大突破,正是它把人类社会推入了信息时代,把地球变成一个没有距离的村落。 90 年代中期, Internet 空前繁荣,它使人们的信息交流方式开始改变。 Internet 的发展深刻影响着人们社会生活的各个领域,电子银行、电子购物、多媒体教学、视频点播……仿佛一切都将在网上进行。 Internet 对传统电信的影响更是日益明显,专家预言,未来的通信都将基于 IP 网络。

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