第七章 頂級經理的科技知識
一、現代科技知識簡介
電子計算機技術
自1946年世界上出現第一台電子計算機(ENIAC)以來，電子計算機的元件和整體結構(硬件)、程序係統(軟件)都有了突飛猛進的發展。今天的電子計算機基本功能是信息處理。人們因此常把電子計算機稱為“電腦”。電子計算機分三類：電子數字計算機、電子模擬計算機和混合式電子計算機。當今廣泛運用的是電子數字計算機，簡稱電子計算機。
1．電子計算機的基本結構和工作原理
(1)電子計算機的基本結構。
任何一台電子計算機均由運算器、存貯器、控製器、輸入裝置和輸出裝置五部分構成。此外，還有通信控製台及提供各部件能量的專門電源。運算器、內存貯器、控製器通常稱為計算機的主機部分，輸入、輸出裝置、外存貯器等稱為外部設備。
(2)二進製記數法。
計算機內采用二進製計數法，即由兩個數字符號“0”和“1”組成不同的數，逢二進一。
(3)計算機的程序設計和計算機語言。
計算機是從事信息處理工作的機器，處理工作按人們事先安排好的步驟自動進行。每個基本步驟稱為一個操作，每個操作都按照指令來執行。指令是一組字符，這組字符規定對哪些數據進行運算、進行什麼樣的運算。由一係列指令所組成的序列，稱為程序。一台計算機所具有的全部指令稱作這台機器的指令係統。一台計算機的指令係統在很大程度上決定了計算機的工作能力。指令係統越完善，機器的功能就越完全。
語言是交流信息的工具，所以機器語言是用二進製代碼編成的。最早運用的是符號語言，又稱彙編語言。從五十年代開始，發展起便於使用的高級語言，這就是程序設計語言。
目前世界廣為流行的程序語言有下列幾種：①FORTRAN語言。是一種用於科學計算的高級語言；②ALGOL語言。ALGOL的語句和普通語言表達式接近，更適於數值計算；③COBOL語言。它是一種類似於英語的用於商業及數據處理的語言；④Ada語言。是1980年公布的高級語言；⑤BASIC語言。它是一種應用很廣的程序設計語言。國內外幾乎所有的微機係統和許多小型機都配備有這種語言。隨電子計算機使用範圍不斷擴大，一般計算機都配置一係列的程序，總稱程序係統。
2電子計算機的發展、應用及前景
(1)電子計算機的發展曆程。
電子計算機的發展分為四代：第一代為電子管時代(1946?956年)這一時期計算機所采用的電子元件基本上都是電子管。第二代為晶體管時代(1956?962年)這一代計算機的邏輯元件和邏輯線路均采用分立的晶體管元件。第三代為集成電路時代(1962?970年)這一時期，不僅計算機得到更加廣泛的應用，而且出現了新的發展方向，即計算機小型化。第四代為大規模集成電路時代(1970年椫兩?。這一時期，建立在大規模集成電路基礎上的微型機和巨型機得到飛速發展。目前一些國家正向第五代計算機發展，其方向集中於人工智能機、巨型機兩個方麵。
(2)電子計算機的應用領域。
首先是數據處理，又稱信息加工，這是現代電子計算機中最廣泛的應用領域，占整個計算機應用比例的70?0%左右。
其次是數值計算。電子計算機可完成大量複雜的計算。
再次是實時控程，實際上是生產過程或科學實驗過程的自動化。
80年代計算機應用另一重要方麵是計算機進入家庭，改變了人們的生活方式。計算機為家庭服務可分為信息、能源控製、係統管理、安全保衛等；進一步活躍了家庭生活。總之，電子計算機的應用範圍，從尖端領域到日常生活，已滲透到社會的方方麵麵。
(3)電子計算機的發展方向。
一是向小的方向發展，從一般計算機發展為小型計算機，以至微型計算機。微型計算機特點，主要是體積小、價格便宜、靈活性大。二是向大的方向發展，由一級大型計算機發展為巨型計算機。巨型機每秒運算5000萬次以上。加速其發展，能促進科技領域的變革性進步。三是組成計算機網絡。從而使計算機的使用方式發生很大改變。目前國際上大量湧現各種計算機網絡，聯機檢索不受國家、距離和地理位置限製，專業範圍十分廣泛。四是研製智能計算機。用計算機模擬人的智能是自動化發展的最高階段。智能模擬包括：模式識別、數學定理的證明、自然語言的理解和智能機器人等等。尤其是數學定理的證明已在人工智能的發展中有重要影響，人工智能計算機的發展對於進一步解放人類智力。促進社會進步有重要意義。
半導體技術
自然界中有一些物質，其導電能力介於導體和絕緣體之間，這就是半導體。半導體已成為無線電電子技術、電子計算機製造技術、太陽能利用技術的重要支柱。
1．半導體的基本理論
PN結理論：1949年美國貝爾實驗室的科學家提出PN結理論。奠定了半導體的理論基礎。這個理論基本內容是：如果把一個P型半導體和一個N型半導體接在一起(摻入施主雜質的得到N型半導體，摻入受主雜質的得到P型半導體)，由於N型半導體中有多餘的電子，P型半導體中有多餘的空穴，P區中的空穴將通過界麵向N區擴散，N區中的電子也將通過界麵向P區擴散。擴散的結果，在靠近界麵處，P型半導體一側由於失去空穴而帶上負電荷，N型半導體一側由於失去電子而帶上正電荷。正負電荷的積累產生電場，電場方向由N區指向P區。產生的電場力阻止電子、空穴繼續擴散。當這種由擴散結果產生的電場力和電子擴散力相平衡時，擴散作用就停止。這樣，在P型和N型半導體的交界麵形成的那一正負空間電荷層叫阻擋層，又稱PN結。PN結加正向電壓時，電流容易通過；加反向電壓時，電流難以通過。這種隻允許單方向電流通過的性質叫單向導電性。
2．三極管及其工作原理
(1)三極管的發明。1947年12月，美國貝爾實驗室成功研究了世界第一隻點接觸型半導體三極管。半導體三極管一般簡稱為晶體管。它的出現是繼真空電子管之後電子元件的重大突破。它很快地投入生產，取代了真空管的地位。
(2)半導體三極管的結構和放大原理。半導體三極管基本上都由一塊具有兩個PN結的半導體單晶體所構成。
3．集成電路
(1)集成電路的誕生。1960年美國製成第一塊集成電路。其後二十餘年集成電路有了長足發展。人們通常把電子管稱為第一代電子器件、把晶體管稱為第二代電子器件、把集成電路稱為第三代電子器件、把大規模集成電路稱為第四代電子器件。
(2)集成電路的種類。集成電路分為小規模、中規模、大規模和超大規模集成電路。一般每片上的集成度少於一百個元件或小於十個門電路叫小規模集成電路。集成度在一百至一千個元件之間，或在十至一百個門電路之間叫中規模集成電路。集成度在一千個元件以上或一百個門電路以上叫大規模集成電路。集成度達十萬個元件以上，或等效於一萬個門電路的則稱為超大規模集成電路。人們按照集成電路用途的不同，又把它分為數字集成電路及模擬集成電路兩類。目前應用最廣泛的是半導體數字集成電路。在數字電路係統中，常用“0”表示低電位；“1”表示高電位。數字電路係統所處理的信號，通常有兩種對立的狀態，而電路的基本任務是實現某種邏輯功能。在電子線路中，分別把實現這種邏輯關係的電路稱為“與門”電路、“或門”電路、“非門”電路。
(3)集成電路的發展。集成電路出現後發展十分迅速。據估計，到本世紀末集成電路的集成度將達到幾十億。集成電路已成為計算機技術、微電子技術發展水平的重要標誌。微電子技術是指在半導體材料上采用微米級線度加工處理的技術，微電子技術的核心是集成電路技術。所以代表微電子技術水平的是集成電路水平。
隨著微電子技術進入大規模集成電路時代。提高集成電路的集成度成為集成電路進一步發展的技術關鍵。提高集成電路集成度的途徑有三點：①縮小元件尺寸；②加大芯片尺寸；③革新電路設計。集成電路技術的發展，將會使微電子工業的結構發生重大改變。
激光技術與光導纖維通訊
激光科學技術是本世紀六十年代發展起來的最活躍的科技領域。激光的出現，標誌著人類對光的掌握和利用進入一個新階段。光導纖維是當今新技術革命的一個重要領域，它和激光技術、微電子技術結合，促進了信息革命的發展，推動著信息時代的到來。
1．激光技術及其應用
(1)激光器的發明。世界上第一台激光器是紅寶石固體激光器，它是1960年美國科學家梅曼發明的。關於激光器的基礎理論在1917年由愛因斯坦奠定。愛因斯坦在研究電磁波與原子係統相互作用時，提出了受激發射理論，這個理論是激光理論的核心，是激光器得以發明和發展的理論基石。
(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：工作物質、諧振腔和激勵能源組成。產生激光的具體過程是：工作物質在激勵能源的作用下，不斷地把低能級上的粒子抽運到高能級上去，例如從能級1抽運到能級3上。在能級3上粒子停留時間(或稱壽命)很短，能級3上的粒子很快轉移到能級2上，能級2上粒子停留時間或壽命較長，這樣抽運到能級3上的粒子大量聚集在能級2上。使能級2上的粒子數多於能級1上的粒子數，在能級2和能級1之間實現粒子數反轉分布。
實現粒子數反轉分布的工作物質，可以產生受激發射放大。開始時這種受激發射光強度很弱，由於光學諧振腔的存在，使得在一定方向上的受激光在兩塊反射鏡間多次往返，當往返足夠多的次數後，就可以在腔內建立起穩定的相幹光振蕩，其中一部分振蕩光通過一塊具有一定透過率的鏡麵輸出到腔外，形成激光。②激光器的分類，按激勵方式不同可分光激勵激光器，電激勵激光器；按波長範圍不同可分遠紅外、中紅外、近紅外激光器、可見光激光器；按工作物質分類可分固體、液體、氣體、半導體激光器。③激光的特性，激光與普通光不同，它具有高單色性，高方向性和高亮度的特點，相幹性極好。激光的出現為技術實踐提供前所未有的光頻電磁相幹輻射波，前景十分廣闊。
④激光的應用，利用激光單色性好的特點，可作精密測量，極大地提高測量的精度和量程，利用激光光束的高定向性，它在極遠的距離上傳輸光能和傳遞控製指令的能力，可進行遠距離激光通信、測距，以及進行激光導航、遙控等應用。衛星激光測距與宇宙飛船的激光對接控製都是引人注目的成就。利用激光高亮度的特點(比太陽亮度高幾千億倍)，利用普通激光器輸出激光的高度特性，可以把激光作為一種光學加工手段來對各種材料和產品進行特殊加工；利用激光進行細微加工，更顯其優越特性。激光微精細加工用於集成電路技術中，能使集成度大為提高，有可能使集成電路工藝技術發生革命性變化。近年來，激光技術應用於機器人也開拓了廣闊前景，激光可作為機器人的“眼睛”。
2．光導纖維與光纖通信
光導纖維技術是正在迅速發展中的一門新興技術，它和其他新技術一起，成了推動信息化社會到來的一項重要的尖端技術。利用光導纖維進行激光通信是當代新技術革命的一個重要方麵，也是“信息社會”的一個重要標誌，光纖通信引起信息傳輸和通信功能的革命。我國光纖通信技術研究自70年代起步，已先後在北京、上海、南京、天津等地鋪設了試驗性的光纖通信線路。
(1)光導纖維的結構和特點：
①光導纖維的結構，光導纖維是質量非常高的、傳導光極好的、很細的玻璃或塑料絲。光纖由芯子、包層和塗敷層組成。
②光導纖維的主要優點：第一，衰減小。目前技術水平，光纖衰減已降低至每公裏0．2分貝甚至更低。這樣，光纖就可以用作遠距離無中繼傳輸，其性能比普通同軸電纜微波地麵傳輸好得多。第二，光纖頻帶寬，能通過的信息多。光纖傳輸信息比其他傳輸線傳輸得多的原因在於光線傳輸的是光，光的頻率比微波頻率高10．5數量級，頻率越高，能傳輸的信息量就越高。另外，光線還具有抗電磁幹擾、線輕細、重量輕、節省資源等優點。
(2)光纖通信及其優點：
①光纖通信是一種新技術，它用光信號在光導纖維中的傳播取代電信號在銅線中的傳播。達到兩地通信的目的。具體作法是在現有電信終端設備上加上光端機，把電信號轉換成光信號。輸進光纖內，從光纖輸入端傳到輸出端，再把光信號轉換成電信號。
②光纖通信的優點：一是容量大。一根直徑幾微米的光纖在理論上能傳輸上百萬路電話和數千套電視節目。二是耗損低、中繼距離長。三是材料豐富、成本低。四是保密性好、抗幹擾能力強。