第八章计算机技术与激光技术ppt课件.ppt

第一节计算机技术第二节激光技术 第八章计算机技术与激光技术 第一代电子计算机 1946 1957年 这个期间的电子计算机以电子管作为基本电子元件 称为 电子管时代 主存储器使用延迟线或磁鼓 这时的程序设计主要用机器语言进行程序设计 主要用于进行数值计算 作为代表的是 1946年美国宾夕法尼亚大学制造了世界上第一台电子数字计算机即ENIAC IBM公司 国际商用机器公司 英文缩写IBM 1953年4月7日 IBM历史揭开新的一页 他们请来150名美国商界领袖和科学泰斗 出席IBM701的揭幕仪式 原子弹之父 奥本海默把这台电脑称作是 对人类极端智慧的贡献 IBM701是第一代电子管计算机的标志产品 从第二代到第四代 现代计算机已经历了50余年的发展 英国科学家艾兰 图灵建立了图灵机的理论模型 发展了可计算性理论 奠定了人工智能 AI 的基础 而美籍匈牙利科学家冯 诺依曼确立了现代计算机的基本结构 即冯 诺依曼结构 由于现代计算机连续进行了几次重大的技术革命 留下了鲜明的标志 因此人们通过划分时代来区分计算机的发展阶段 同时随着科学技术的发展和计算机应用范围的扩大 计算机也在不断地更新换代 到目前为止 计算机的发展已经历了四代 正向第五代过渡 第二代计算机 1958 1964年 第二代电子计算机以晶体管作为基本元器件 称为 晶体管时代 主存储器以磁芯存储器为主 辅助存储器开始使用磁盘 软件开始使用高级程序设计语言和操作系统 晶体管的发明 1947年12月23日 贝尔实验室两位科学家布拉顿 W Brattain 和巴丁 J Bardeen 成功制造第一枚晶体管 在晶体管发明过程中起到最关键作用的还有另外一位科学家 他的名字叫肖克利 W Shockley 第三代电子计算机 1965 1970年 第三代电子计算机以中小规模集成电路作为基本电子元件 称为 集成电路时代 计算机的主存储器开始使用体积更小 更可靠的半导体存储器代替磁芯存储器 机种开始多样化 系统化 外部设备不断增加 操作系统进一步发展和完善 提高了计算机的运行效率 也更加方便于使用 集成电路 1966年 基尔比和诺依斯同时被富兰克林学会授予美国科技人员最渴望获得的巴兰丁奖章 基尔比被誉为 第一块集成电路的发明家 而诺依斯被誉为 提出了适合于工业生产的集成电路理论 的人 1969年 美国联邦法院最后从法律上承认了集成电路是一项 同时的发明 第三代里程碑 IBM360 1964年4月7日 就在老沃森创建公司的50周年之际 IBM公司50亿元的 大赌博 为它赢到了360系统电脑 IBM360共有6个型号的大 中 小型电脑和44种新式的配套设备 从功能较弱的360 51型小型机 到功能超过51型500倍的360 91型大型机 都是清一色的 兼容机 第四代电子计算机 1970年以后 以大规模集成电路作为基本电子元件 称为 大规模集成电路时代 大规模集成电路的出现 把电子计算机的运算器和控制器等核心部件制作在一块集成电路块上 这就使计算机朝大型化和微型化发展成为可能 而微型计算机的出现使得计算机更加普及和日益深入到社会生活的各个方面 同时为计算机的网络化创造了条件 微型计算机的出现和迅猛发展是计算机发展史上的重大事件 计算机的结构和特点 计算机的组成部分 运算器 存储器 控制器 输入装置 输出装置 运算器 存储器 控制器三个部分合起来统称中央处理器或微处理器 特点 1 运算速度快 2 精确度高 3 具有记忆和逻辑判断能力 4 自动化程度高 个人电脑 1981年8月12日 IBM在纽约宣布IBMPC个人电脑出世 个人电脑以前所未有的广度和速度面向大众普及 IBMPC主机板上配置着64KB存储器 另有5个插槽供增加内存或连接其他外部设备 它还装备着显示器 键盘和两个软磁盘驱动器 它把过去一个大型电脑机房的全套装置统统搬到个人的书桌上 计算机的智能化 从80年代开始 日本 美国和欧洲纷纷进行第五代计算机的研制工作 目前尚未形成一致结论 正在研究当中 有几种可能 神经网络计算机 模拟人的大脑思维 生物计算机 运用生物工程技术 蛋白分子作芯片 光计算机 用光作为信息载体 通过对光的处理来完成对信息的处理 智能化计算机具有功能 具有处理各种信息的能力 除目前计算机能处理离散数据外 第五代计算机还能对声音 文字和图象等形式的信息进行识别处理 具有学习 联想 推理和解释问题的能力 具有对人的自然语言的理解能力 即只需把要处理或计算的问题 用自然语言写出要求及说明 计算机就能理解其意 按人的要求进行处理或计算 而不象现在这样 要使用专门的计算机语言把处理过程与数据描述出来 对第五代计算机来说 只需告诉它 做什么 而不必告诉它 怎么做 计算机的网络化 TCP IP协议万维网WWWInternet在中国 TCP IP 1 TCP IP协议TCP IP协议实际上代表了Internet所使用的一组协议 其中两个最基本也是最重要的协议即是TCP IP协议 2 TCP IP协议所支持的服务 1 文件传输FTP Protocol 2 电子邮件E mail ElectronicMail 3 远程登录Telnet TCP IP的层次结构 万维网WWW 万维网 WorldWideWeb 即Web WWW 是Internet提供的一种信息检索服务手段 它的设计者是位于瑞士的 欧洲高能物理实验室 的软件工程师蒂姆 伯纳斯 李 1989年 伯纳斯 李完善了Internet上一种新的图形屏幕文件的设计方法 称为超文本标记语言 HTML 使用它能轻松地将一个文件中的文字或图形连到其他的文件中去 只要用鼠标在第一个文件中点取其中一段或一个图标 Internet即可为用户取来相关的文件 并显示在屏幕上 1991年 当伯纳斯 李把他的万维网首次在Internet上露面时 立即引起轰动并大获成功 正如伯纳斯 李所说 万维网的最大贡献在于使互联网真正成了交互式的 人们可以访问网站 可以给网站增加内容 可以编辑网站上的内容 甚至可以对网站发表自己的意见 Internet在中国 目前 我国直接接入Internet的网络主要有 1 中国互联网ChinaNet ChinaNetwork 2 中国教育科研网CERnet ChinaEducationResearchNetwork 3 中国科技网CSTnet ChinaScienceandTechnologyNetwork 4 中国金桥网ChinaGBN ChinaGoldenBridgeNetwork 中国的Internet网络构成示意图 早在1987年中国科学院高能物理研究所 简称高能所 首先通过低速的X 25租用线实现了国际远程连网 并于1988年实现了与欧洲及北美洲地区的E mail通信 1993年3月经电信部门的大力配合 开通了由北京高能所到美国斯坦福大学 Stanford 直线加速器中心的高速计算机通信专线 1994年5月高能所的计算机正式进入了Internet 后来发展为中国科学技术网络 CSTNET 与此同时 以清华大学作为物理中心的中国教育与科研计算机网 CERNET 正式立项 并于1994年6月正式连通Internet 1994年9月 中国电信部门开始进入Internet 中国公用计算机互联网 CHINANET 正式诞生 及后 原电子工业部系统的中国金桥信息网 CHINAGBN 也开通 随着中国Internet四大主力的崛起 以及政府部门制定 三金 工程 在中国 Internet越来越成为人们科研工作甚至是日常生活中重要的一部分 激光的特性 方向性强 高亮度 单色性强 相干性强 光学基本知识 光源 lightsource 发射光波的物体 任何发光的物体 光是一种电磁辐射 按能量供给的方式不同 发光可分为两大类 光源可以分为两大类 各种波长的电磁波中 能为人所感受的叫可见光 单色光 具有单一频率的光波称为单色波 光束发散角 2 探照灯 35毫弧度 2度 激光 10 2毫弧度 激光的高方向性 s r 激光的高强度和高亮度 一台普通的红宝石激光器发出激光亮度 比太阳亮度高8个数量级 几千万倍 连续发光激光器功率 几毫瓦 几百瓦 几瓦 十几瓦 目前可达几千瓦 几万瓦脉冲激光器 毫焦耳 焦耳 几十焦耳 目前可达几千焦耳 几万焦耳时间 空间都得到压缩的激光 其功率密度比会聚的太阳光高几十亿倍 激光的颜色极纯 单色性强 连续光谱 太阳光谱线状光谱 霓虹灯单一颜色谱线 激光 单色性 或氪灯 10 6普通氦氖激光 10 12 单色光 具有单一频率的光波称为单色光 任何光源所发出的光波都有一定的频率 或波长范围 在此范围内 各种频率 或波长 所对应的强度是不同的 波长所对应的波长范围越窄 光的单色性越好 谱线宽度 通常用强度下降到 的两点之间的波长范围 谱线宽度是标志谱线单色性好坏的物理量 激光的相干性强 相干长度 单色性越好 相干长度越长普通光源 几厘米激光可达 105千米 激光器的问世 1917年爱因斯坦提出了受激辐射理论 1954年美国物理学家汤斯研制成功波长为1 25厘米的氨分子振荡器 受激辐射微波放大器MicrowaveAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation Maser麦泽或脉泽1958年肖洛和汤斯发表了 红外线和光的微波激射 1960年梅曼制成了世界上第一台激光器 爱因斯坦受激辐射理论 强调光的物质性 用量子观点预言受激辐射的存在和光放大的可能性 激光的产生和原理 入射光 受激辐射光 原子受激辐射示意图 1正常情况下 低能级的粒子数大于高能级的粒子数 实现受激辐射条件 实现粒子数反转 2光波的受激辐射比微波的受激辐射实现起来更困难 可见光 400 750nm微波 亚毫米波0 1 1mm毫米波1 10mm厘米波1 10cm分米波0 1 1m 受激辐射理论的意义 对辐射理论的发展起了十分重要的指导作用 揭示了光能集中与放大的条件 为激光器的研制成功奠定了基础 氨分子微波激射器原理示意图 氨分子源 聚焦器 谐振腔 1960年又成功地研制了固体麦泽 肖洛提出 光腔代替微波共振腔 向各个方向自发辐射的光子 沿中心轴方向的辐射被受激放大 光在工作物质中反复传播被放大 激光器的组成 工作物质泵辅源光谐振腔 工作物质 聚光腔 M光谐振腔 M M 激光器的结构 工作物质泵浦源谐振腔 激光器的种类 激光器的分类 激励方式 工作物质 工作方式 输出波长 输出频率特性 激光器种类 气体激光器 原子激光器 分子激光器 离子激光器 准分子激光器 原子激光器 以氦 氖激光器为代表 这种激光器大都是连续工作方式 输出功率在100毫瓦以下 多用于检测和干涉计量 离子激光器 以氩离子激光器为代表 这种激光器可以发射较强的连续功率激光 功率可达几十瓦 是可见光中的重