电子信息科技的发展

                              电子信息科技的发展
随着科技的迅猛发展，信息技术，电子技术，自动化技术及计算机技术日渐融合，成为当今社会科技领域的重要支柱技术，任何领域的研发工作都与这些技术紧密联系，而他们的相互交叉，相互渗透，也越来越密切。
作为信息科技的前沿应包括下面一些内容：微电子学与纳米电子学；RISC精简指令系统与并行计算技术；Multimedia（多媒体）与Virtual Reality（虚拟现实，（又称灵境）技术；软件工程、CASE软件工程开发环境以及根据人的一般思维方法和认知过程去开发的面向对象的软件技术；自动控制（除了第一、第二代控制理论及系统外，还有模糊控制、人工智能、神经网络的理论与系统等），最后是与近代通信相关的科技……我们从微电子学与纳米电子学、电子计算机科技与现代通信这几个方面做简要介绍
一、 微电子学与纳米电子学
（一） 微电子技术与大规模集成电路
微电子学给人类带来了半个世纪的繁荣。目前国际上集成电路生产线已普遍采用８圆片，0.35um工艺。我国集成电路的大生产水平发展也很快。1995年已经达到了6'1.2um的水平，IC产量到2000年可望达到年产10亿块。1995年4月，中科院微电子中心已开发出0.8um的CMOS工艺，在5.0×5.7mm 面积上集成了26000只晶体管、输出管脚数为72，制成了通用的模糊控制集成块。
(二） 高密度电子组装技术
集成电路IC实际上完成了芯片级的电子组装，有着极高的互联密度。那么，能不能将高集成度的LSI/VLSI/ULSI（大规模／超大规模／特大规模集成电路）和ASIC/FPGA/EPLD（专用ＩＣ／现场可编程门阵列／电可擦除可编程的逻辑器件）等组装在一起实现集成电路的功能集成呢？这就是SMT（表面安装技术）、HWSI（混合大圆片规模集成技术）和3D（三维组装技术）。这些技术，推动着电子设备和产品继续向薄轻短小发展，在片状元件的小型化和自动安装设备所能处理的元件尺寸已濒临极限的今天，起着关键的作用。进入９０年代，代表性技术则轮到了MCM，人称多芯片组装时代，到2000年即下世纪初，将是WSI/HWSI/3D时代！WSI是将复杂的电子电路集成在一个大圆片上。将IC芯片，MCM和WSI进行三维迭装的3D组装突破了二维的限制，使组装密度更上一层楼。
（三） 纳米电子学
近几十年来，电子计算机已历经了几代的更迭，而代代更迭都是以存储或处理信息的基本电子学单元的尺度变化为标志的。从８０年代开始，科学家开始探索特征尺寸为纳米量级的电子学，纳米电子学主要研究以扫描隧道显微镜为工具的单原子或单分子操纵技术。这些技术都有可能在纳米量级进行加工，目前已形成纳米量级的、信息存储器，存储状态已维持一个月以上，希图用此技术去制作16GB的存储器。德国的福克斯博士等制出了原子开关，达到了比现今芯片高100万倍的存储容量，获得了莫里斯奖。量子力学告诉我们，电子与光同时都具有粒子波的特性，今天的微电子学和光电子器件将缩到。0.1线宽，电子的波动性质再也不能忽视，把电子视为一种纯粹粒子的半导体理论基础已经动摇。这时电子所表现出来的波动特征和拥有的量子功能就是纳米电子学的任务。纳米电子学有更多诱人之处。科学家们已经预言，纳米电子学将导致一场电子技术的革命！
二、电子计算机科技
（一） 巨型机与微型机
目前，电子计算机硬件总的发展方向依然是提高速度、扩大容量、增加功能、改善界面与缩小体积。计算机系统小型分散化的倾向，促进了PC个人计算机与工作站的发展，正在逐步替代大中型机。至于巨型机，世界各国都万分重视。1991年美国副总统，戈尔就提出了高性能计算机与通信计划（HPCC计划），目的是在1992~1996年间加快计算机与信息网的研究，加强美国的领先地位。他们大力发展巨型机以解决如下问题：征服癌症与艾滋病特效药的研制；下一代超音速客机的研制；节省燃料、污染又小的新一代汽车发动机的开发；长期天气预报；星系形式的探索。目前百亿次级的巨型机已在美、日全面开花，千亿次级的巨型机已陆续出台。1992年，美国NCUBE公司已宣布要研制性能指标全部达到3T（Trillion）即万亿次浮点运算、万亿字节的存贮以及CPU与内存间有每秒万亿字节带宽的新一代巨型机。
（二） Internet全球性的计算机网络
为了实现信息资源的共享，计算机互联网的规模日益扩大，最具代表性的大网，莫过于已联接140多个国家与地区、网上运行的计算机数达380多万台，用户数逾3500多万个的Internet网了。有超过4800个组织已注册了Internet网络地址，有超过160个国家和地区的用户通过它来进行E-mail通信。预计到本世纪末，将有100万个网络、1 亿台计算机和10亿个用户来使用它。
现代通信的目标是“全球一网”！其基础是数字技术、计算机技术、微电子与光电子技术。总的趋势是数字化、宽带化、综合化，智能化与个人化，最终是构成一个全球一体的宽带、智能、个人化的综合业务数据网。当今通信界的三股热流是：光纤通信、卫星通信与移动通信。
（一）光纤通信技术
光波是电磁波，其波长在微米级，频率在1014Hz数量级，比微波要高出103~104倍，所以比之有高出千万倍的通信容量。光纤现有窗口可容纳20000GHz带宽的信号，如何发挥其潜力呢？一是提高信号的码率；一是用相干光通信；一是用掺铒光纤放大器；一是采用光波频分复用技术，还可采用光孤子通信。什么是光孤子？光脉冲在光纤的非线性和光纤的色散特性相互补偿下会形成光孤子。光孤子脉冲可以在光纤中长距离传输而不发生畸变，因而可得到很高的码率，是高速度、长距离光纤通信的优越方案。
（二） 卫星通信技术
卫星通信具有容量大、覆盖面广、通信质量高、选站灵活和成本低廉的特点。卫星通信按运行轨道分有同步轨道卫星、中轨道卫星和椭星轨道卫星。卫星的业务范围很广，除电话、数据和电视广播外，还为海陆空提供移动通信、GPS定位导航和VSAT（卫星小型地面站）等。到1995年为止，全世界的卫星通信转发按36MHz有效带宽计已达3140个。80年代出现了国防海事卫星通信系统，目前已有5颗卫星正在为三大洋的航船提供海陆空商务和遇难/救援工作。近期，他们又在原卫星通信系统的基础上使用了11颗距地面35860公里的同步卫星将开展14项服务业务。目前全球汽车电话系统已经开通，用户汽车上都安有一个无线系统，不论汽车的运行方向与速度如何变化，天线系统均能自动跟踪Internet通信卫星，从而实现在汽车运行中的全球通信。目前已有6500个用户，每个用户每天平均使用2次时间约2分钟，每分钟通话费仅4-6美元。目前已开通电话与传真收发业务，今年年底将开通数据传输业务。
（三） 移动通信技术
 移动通信有着丰富的内容：蜂窝移动电话系统、集群式专用调度移动通信、CT无绳电话系统与无线寻呼（BP）机系统。总的发展趋势是数字化、小型化与个人化。
蜂窝式移动电话系统已有二十多年的历史了，可过去是模拟制的，存在着频率利用率低、保密性差、功能少、设备复杂及价格偏高的缺陷，所以从80年代开始，不少国家都开发了第二代数字化的蜂窝移动电话通信系统。预计2000年用户可达12亿，美国占50%，模拟制被淘汰。
（四） GPS卫星导航定位系统
1964年世界上第一个卫星导航系统——美国“子午仪”投运，通过4~6颗卫星组成的导航卫星网，运行于近似圆形的极轨道上，卫星由南向北运行，高度1100公里，运行周期；107分钟，可完成全球、全天侯的经纬二维定位，精度才100~300M。为了满足现代战争的需要，美国防部已投资100亿美元，历时20年开发制成了GPS系统。系统由卫星、设在美国本地及三大洋的主控站、监控站组成。不仅在海湾战争中发挥了作用，而且在全球掀起了GPS热潮，引发了导航界的一场革命，大有取代所有导航方式的趋势，包括地下与水下。难怪美国军方声称GPS的应用仅限于人们的想象力。目前不论用户在任何地点、任何时间至少能同时观测到5颗卫星，GPS系统可从其中3~4颗星发出的信号里通过数据转换成导航的批示。它具有全球性、全天候和实时的导航、定位、定时功能，能实时地提供三维坐标（经、纬、高度）和速度与时间信息，定位精度10M。我国“远望”号测量船已用国产的GPS为发射的第二颗澳星测轨。
（五） BIP-ISDN
实际上，今天业已存在的长途电信网、卫星通信网、海底光缆网、国际算机互联网已无一不是国际性的全球网络了。所有的通信网都是由传输设备、交换设备、终端设备与网控设备四部分组成的，信息高速公路的目标模式是BIP-ISDN。首先是B-ISDN，B-ISDN应采用CCITT的建议，用同步数字系列（SDH）进行复接传输，全国要采用统一的时钟同步，这样的光纤网就叫作同步光纤网SONET。BIP-ISDN在交换方面采用ATM异步转移模式，也就是宽带综合业务的交换系统，包括电的、光的、光电混合的ATM技术。在终端方面，必须采用多媒体终端。智能网采用开放式结构与标准接口，在网络中应引入语言识别，语音合成、人工智能、神经网络技术，网络的智能化应包括网络自身的管理、组织、监控、调度的智能化以及向用户提供如电话翻译等带智能化的信息服务业务。随着BIP-ISDN的逐步完善，通信业务除了传统的电话外，像数据、文字、可视电话、语音信箱、电子邮政、电子数据交换、彩色传真、智能用户电报、会议电视、大众广播、虚拟专用网，尤其是Internet业务都可开展。
信息化的程度已被认为是衡量一个国家现代化水平和综合国力的标志。信息化有三个要素：计算机、通信网与信息源。目前我国每年统计的原始信息量约150~200亿个字符。我国不仅地大物博，而且信息丰富，所以不论是三金工程（金字号工程）还是BIP-ISDN在我国都是大有可为的，千万不可忽视信息源的建设！信息化是一个大课题，要提高信息网络的智能化程度，首先要掌握自动化，平淡的信息网、数据库（信息源）其价值是不高的，在市场竞争中的地位也是可怜的，让我们共同努力，把自动化的理论与技术融合进信息化的开发中，加快祖国的BIP-ISDN建设，迎接21世纪——信息化世纪的到来！
专家系统的应用
我国经济建设的快速发展，高层智能建筑群和住宅小区不断涌现，现代楼宇的电力供应、电梯、照明控制、给排水、消防、暖通空调等设备的运行状态与人们的工作生活紧密相关，一旦发生故障将会造成巨大的经济损失和严重的社会影响。如何实现对建筑群设备的自动实行监控和综合管理，是建筑物智能化工程的一个重要内容。
建筑物智能化工程中综合管理系统结构，并通过基于知识与模糊神经网络相结合在线决策支持及故障诊断的专家系统的实现方案，描述了该方案为实现对建筑群设备进行实时监控和诊断，确保楼宇设备安全可靠运行，降低设备的维护费用，提高物业管理水平等实际需求提供的一个方法与途径。建筑物智能化工程综合管理系统概述在很多文章给予了详尽叙述。建筑物智能化工程综合管理系统包括网络系统与应用系统的综合集成及数据集成，进而实现数据共享和互操作，实现物业管理办公自动化系统与楼宇监控管理系统的一体化集成管理。集成化的楼宇智能管理系统，和旧的形式相比，具有如下优势：
（1） 集成化的楼宇管理系统可以在一个总的系统内部实现对各种机电设备、电力、照明、空调、电梯、保安、消防的综合管理，不仅实现了信息共享及全局监控，提高了管理和服务的效率，且使管理更趋合理化，进一步降低了大楼总的运行费用，提高了大楼的总体竞争实力。
（2） 智能大厦的集成化体系结构，采用的模块化，分布处理方式，具有很强的灵活性，便于管理人员掌握管理技术和参与系统的保养、维修，可以满足在整体系统正常工作情况下的局部调整及无缝升级。
（3） 建筑物智能化工程综合管理系统的设计目标是基于建筑物的Internet之上，通过Web服务器和浏览器技术来实现整个网络上的信息交互、综合和共享，实现统一的人机界面和跨平台的数据库访问。如此可以真正做到局域和远程信息的实时监控、数据资源的综合共享，以及全局事件的快速处理和一体化的科学管理。
建筑物智能化综合管理系统的决策支持及故障诊断专家系统主要由任务调度机、推理机及知识库等组成。任务调度机是诊断专家系统的关键，起着中央调度及控制的作用。系统在任务调度机的控制下，将采集到的实时数据输入推理机，交替进行规则符号推理和模糊神经网络整理，并根据需要随时调入知识库中各种形式的规则。知识库作为诊断专家系统的核心，它的结构特点反映了整个专家系统的实现思路，我们把规则型模糊神经网络结构也定义为一种形式的规则，定义了如下几种规则结构：元规则、决策诊断规则、故障诊断规则及结论合并规则。元规则一般由系统主要状态特征构成，反映了系统的特征以及决策诊断策略和故障诊断策略。元规则根据决策诊断及故障诊断系统的任务，按照不同的状态和知识，采用基于诊断对象的分解策略，决定控制转移的诊断框架对象。以限制对知识库的盲目搜索和匹配。
 决策诊断规则对各子系统的运行效率及联动响应情况进行了描述，反映了系统的控制策略和联动模式，并将不同系统的控制策略和联动模式规则放在不同的规则框架内。故障诊断规则对故障可能出现的各种情况进行了描述，反映了故障的因果关系和故障诊断的方法。不同的知识库、规则库得出的结论构成了专家系统的最终结论，由于规则库中规则的形式多样，不同形式的规则可能对结论有影响，故系统最终通过结论合并规则来进行综合及统一。
 通过以上分析，我们可以看到，采用多层结构将模糊神经网络技术和基于知识的决策诊断技术及故障诊断技术结合起来，应用于建筑物智能化系统的专家系统中，具有层次清晰、容易理解，推理效率高、诊断准确的特点。不仅体现了建筑物智能化系统诊断的模糊不确定性，而且实现了符号推理与神经网络推理的有机结合，从而使诊断专家系统能够较好地模拟人类专家的逻辑思维和形象思维能力。该技术在建筑物智能化系统中有着广阔的应用前景。