一、当代高新技术发展的重要领域

目前，世界各国公认并列入 21 世纪重点研究的高新技术领域主要有：生物技术、信息技术、新材料技术、新能源技术、激光技术、航天技术和海洋技术等。

生物技术又称生物工程，包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程 4 个方面。它是 21 世纪高新技术的核心，不仅直接关系到农业、医药、卫生事业的发展，而且对环保、能源技术有极强的渗透力。

信息技术主要指信息的获取、传递、处理等技术。它包括微电子技术、计算机技术和通信技术等方面，是高新技术的前导。

新材料，主要指最近发展或正在发展的具有比传统材料更为优异性能的一类材料。新材料技术是高新技术的基础，它包括超导材料、人工合成材料、陶瓷材料、单晶材料、高温材料、非晶态材料等的开发和利用。

新能源技术，包括核能技术、太阳能技术、燃煤、磁流体发电技术，地热能技术、海洋能技术。它与信息技术、材料技术一起，被国际社会公认是现代文明的三大支柱。

激光技术，以激光器为基础，正在迅速发展。激光器是一种特殊性能的光源，它与普通光源相比具有方向性强、亮度极高、颜色极纯的特点。激光技术开发及其在工农业生产、医疗卫生、能源电力、通信和信息、军事、文艺和科学技术研究的应用，是正在走向实用化的高新技术，在一些世界前沿科学技术发展中起着支持作用。

航天技术是探索、开发和利用太空以及地球以外的天体的综合性工程技术，包括大型运载火箭、巨型卫星、宇宙飞船、航天飞机、永久空间站、空间资源、空间工业、空间运输和空间军事技术的研究与开发。当代高新技术的发展将对电力技术未来的发展产生直接的或间接的

重要影响。限于篇幅，下面仅简要介绍构成信息技术的微电子技术、计算机技术和通信技术 3 个方面的基本情况和发展趋势。

微电子技术

微电子技术是微小型电子元器件和电路的研制、生产，以及应用它们实现电子系统功能的技术，主要领域是集成电路技术，是以大规模集成电路技术为标志的一门新兴技术。微电子技术的起源是晶体管的出现。1947 年，美国电话电报公司制成了第一支晶体管，开始了晶体管代替电子管的时代。根据晶体管制造工艺和应用的发展，科学家进行了把晶体管、电阻等元器件和连接线象制造晶体管那样制造在一块硅基片上，实现电路的微小型化的研究。1958 年，世界上出现了第一块晶体管集成电路。它是以半导体晶体材料为基片，采用专门工艺将组成电路的

元器件和互相连接的线路集成在基片内、表面或基片上的微小型电路或系统。集成电路发展水平指标之一是集成度，指的是在一定尺寸芯片上

（通常芯片尺寸比小姆指指甲还小）做出多少个晶体管或做出多少门电路（通常一个门电路由一个或数个晶体管组成）来衡量。一般将集成 100

个晶体管以下的集成电路称为小规模集成电路；集成 1000 个以上的元器件的集成电路称为大规模集成电路。目前已进入超大规模集成电路时代，芯片上集成元件已达 10 万个以上，已经突破 100 万个大关。一块集成电路既可能是一个复杂的功能部件，也可能是一台整机（如单片计算机）。

微电子技术的发展、集成电路的出现给社会的生产和生活产生了深远的影响，首先引起了计算机技术的巨大变革。计算机的心脏——中央处理器的高度集成化，使微型计算机应运而生，近十几年得到了迅速发展。80 年代初，我国电力工业仅在主要的科研，设计和运行部门使用VAX11

／780 或 IBM4341 等小型计算机从事电力系统分析计算。使用这种计算机需要庞大的机房、空调系统。时隔几年，微型计算机在我国电力部门得到了广泛的应用。目前，一台普通 486 微型机，其功能、运算速度等已超过当年的 VAX 系列计算机。微电子技术的发展，也引起了电力系统控制和保护的深刻变革。例如，在十几年时间里，我国电力系统继电保护已从机电型继电保护，经历集成电路继电保护，已进入到微机继电保护的广泛应用。80 年代初，我国大型发电机励磁调节器用的是小规模集成电路，目前已在推广微机励磁调节器。微电子技术可提供价廉、可靠、体积小、重量轻的微电子产品，不仅渗透到国民经济发展的各个部门，而且迅速进入普通百姓家。

总之，作为现代信息技术的核心，微电子技术已成为一种既代表国家现代化又与人民生活息息相关的高新技术。

计算机技术

计算机是人类制造出来的信息加工工具，作为代替人脑进行信息加工来说，被认为是人的大脑延伸。1946 年，制成了世界第一台电子数字计算机 ENIAC，它由 18000 只电子管组成，占地 150m2，重 30t，耗电数百千瓦，完成的计算只相当于今天一台高级袖珍计算器的计算工作。但它的出现开辟了计算机科学的新纪元。我国电子计算机研制始于 1958 年，1958～1959 年研制成功电子管计算机，60 年代中期研制一批晶体管计算机，70 年代研制成功大型集成电路计算机，80 年代以后重点研制并逐步推广微型计算机，研制成功亿次每秒的银河巨型计算机。

现代计算机的主机由微处理器（包括运算器和控制器）、存储器和外设接口电路 3 部分组成。

运算器是计算机的信息加工部件，它如同算盘，用来进行数值运算，获得运算结果。除数值运算外，它还可进行逻辑运算。这两种运算统称为信息加工。

计算机的数值运算是用二进制而不是我们日常习惯使用的十进制。二进制可由元件两种状态来实现，例如晶体管的导通用 1 代表，截止则

用 0 代表。二进制也是一种进位计数制，它逢 2 进 1 而不是逢 10 进 1。但计算机的结果仍以人们习惯的形式提供出来。在计算机中逻辑关系也是以二进制形式出现，例如 1 代表肯定，则 0 代表否定，以此为基础建

立“与”、“或”和“非”等逻辑关系，形成逻辑代数。运算器可以按照逻辑代数规则进行逻辑运算，建立逻辑“判断”。运算器只管运算，如何输入数据，怎样进行计算，运算结果的处理则由控制器来完成。

控制器是计算机的司令部，发出一系列的控制信号，指挥着计算机各部分的工作。随着大规模集成电路的发展，现代计算机把运算器和控制器做成一体，叫做微处理器。

计算机的计算是按照存储于计算机内的程序自动进行的。现代计算机都是存储程序计算机。人们按照要解决的问题的数学描述，用计算机能接收的“语言”编写成程序，输入并存储于计算机，经过外部设备的操作，计算机就按人们的意图，自动地、高速地完成运算并输出结果。显然，计算机要有一个输入／输出接口电路，这样各种运算才能进行。计算机的程序、数据以及在运算中产生的中间结果和最后结果的存

储地方称为存储器。

微处理器配以一定规模的存储器就构成计算机的本体。

微处理器、存储器和输入／输出接口电路组成的总体称为计算机的主机。

人们有了主机还不能使用计算机进行信息处理，还必须配备一定的外部设备。主要外部设备包括键盘、显示器、磁盘驱动器和打印机等。主机和外部设备组成人们使用的计算机系统。

组成计算机的基本部件的集成电路和外部设备一般称为硬件。

为管理计算机本身和针对不同信息处理任务编制的程序称为软件。软件分系统软件和应用软件。系统软件指的是一种管理计算机系统或为计算机服务的程序，操作系统就是典型的系统软件。应用软件则是使用计算机解决特定任务而编写的程序。计算机丰富的软件和硬件的结合，使计算机不仅有非凡的计算能力，惊人的记忆功能，而且具有判断能力。

计算机技术被认为是当今信息社会的支柱，正飞速向前发展。使计算机具备人工智能（即解决问题、感知、推理、学习和执行的功能）是计算机技术发展的趋势。目前，在计算机智能化方面，如辅助设计（CAD）、专家系统、机器人、翻译、自动情报检索、绘画等已取得重要进展。人工神经网络、智能计算机系统已成为研究的重点，计算机主要向着以RISC，并行处理、多媒体技术为主，软件和网络相应发展的趋势发展。

RISC 是精简指令系统计算机的英文缩写。指令系统是计算机所能执行的操作命令的集合，程序最终都要变成指令的序列，计算机才能执行。指令系统越丰富，功能也越强。RISC 系统是将指令系统精简，使系统简单，以减少指令执行时间，提高计算机的处理速度。

并行处理。在普通计算机中，一般只有一个中央处理器，程序的执行是一条接一条地串连进行，叫串行执行指令。并行处理技术可在同一时间内在多个处理器执行多个相关的或独立的程序，它不但极大地提高处理速度，而且可扩大应用领域。例如，应用并行处理技术，可实现电力系统全数字仿真。

多媒体技术是计算机应用领域的新技术。它把文字、数据、图形、图像和声音等信息媒体作为一个集成体由计算机来处理，把计算机带入一个声、像、图、文集成的应用领域。国际上有句口号叫“多媒体技术

——下一代的浪潮”，预计多媒体技术的发展将对人类社会产生巨大的

影响。

计算机网络是指地理上分散分布的多台独立计算机通过通信线路互连构成的计算机系统。根据联网区域大小，它分为局域网和远程网。例如通过全国联网的计算机系统，电力部门的领导可以了解全国各电网的运行情况和参数，通过它可实现全国联网调度。计算机组成网络可大大提高计算机软硬件和数据的使用效率，扩大人类知识财富的共享。

电子计算机飞速发展的同时，光学计算机也取得了突破性进展，它的运算速度可比当今的超级计算机快 1000 至 10000 倍。已经开始研究的生物计算机（或分子计算机）将具有比电子和光学计算机更优异的性能。

现代通信技术

计算机技术的发展趋势，如上所述，一是提高信息处理速度和容量，二是计算机联网，扩大其作用的领域和功能。信息的收集和传输离不开通信，计算机联网并发挥更大的作用更需要现代通信技术、通信网络。现代通信技术与微电子和计算机技术的结合正在为人们提供越来越多的新颖的信息服务，使人类社会正逐步进入现代信息社会。

最近，下列几种现代信息系统正在逐步进入人们的生产、生活和文化娱乐各个方面。

电子信箱（E-Mail），在国际上的正式名称为文电处理系统（MHS）。它利用数字通信技术及数据网络，把世界各地的成千上万台计算机联起来，形成电子邮件系统。参加的用户向系统开办一个或数个信箱名，“打开”电子信箱便可以将“信函”发往任何地方；也可以在任何方便的时候“打开”信箱取出电子“信函”。电子信箱使信函传递发生根本性变革。电子邮件系统扩展了现有传真等通信手段的功能，传递快，比传真通信“邮资”便宜，保密性好。商贸系统以此形成“电子数据交换”（EDI），在最短的时间内完成商贸手续，将使传统的贸易方式发生重大变革。

电子货币。它指的是通过数字通信网络，借助于计算机实现金融部门与用户间的结算、转帐和支付的系统。如信用卡，它可以代替现行的纸货币进行支付的转帐，是一种典型的电子货币。电子货币系统可以大幅度减少现金流通，大大加速资金的周转，大大提高经济运行效率。

可视电话，就是在通电话的同时能看到对方图像的通信方式。利用可视电话交换机，可以形成会议电视电话的接续等功能。若通过摄像机，显示设备和通信网络来传递和显示“与会者”的声音和图像，则可把两个或两个以上地方举行“会议”的场面的图像，传到“与会者”面前的屏幕上显示出来，这就是“会议电视电话系统”。

可视图文信息系统，是把用户终端（计算机和电话机）通过通信网络与图文信息中心计算机的数据库连接起来进行数据通信，使信息资源在最大范围内实现共享的系统。这种系统亦可称为可视数据系统，是实现办公自动化和家庭自动化的重要工具，将使人们的生活发生一系列的改变，给生产管理等带来极大方便。

除上述现代信息系统以外，利用电视广播网传递图文、数据信息的图文电视系统，由于其投资小、信息量大、收效快，正在迅速发展。高清晰度电视系统与多媒体技术的结合，将给人们的工作方式和文化娱乐产生重大影响。

上述种种现代信息系统都是以计算机为基础，通过通信网实现的。

通信网由终端设备、传输设备和交换设备组成。终端设备包括电话机、传真机、数据终端和图像终端等。传输设备（即传输信道）分为有线传输设备和无线传输设备，与此相应的通信方式分别称为有线通信和无线通信。过去和目前用得较多的是电缆，电力部门普遍使用的是电力载波和微波中继通信，而最有发展前途的是光纤和卫星通信。交换设备指的是信号交换和接续的设备。通信网可分为模拟通信网和数字通信网，后者传输的信号是象计算机那样的“0”和“1”的数字编码，是通信网的发展方向。

数据通信是为了提高计算机利用率，扩大计算机的应用范围和信息处理功能（如计算机用于办公自动化和实时控制）等需要，将计算机与通信技术相结合的一种新通信方式。它的通信对象是“人与计算机”和“计算机与计算机”。它通过通信网络实现数字信息的接收、存储、处理和传输，并对信息流加以控制、管理和校验。

数据通信网是用于数据通信的通信网，它以计算机为中心，用通信网将分布在各地的数据终端及其他计算机连接起来，从而实现数据通信的系统。电力生产过程中安全监视数据、运行调度数据、远动数据、水文预报及财务、供应、计划管理等的收集、处理、传输和控制，就是一个典型的数据通信系统。

数据通信系统基本上由数据终端、通信网络、调制解调器、通信控制装置和主计算机构成。要完成数据通信任务，除上述硬件系统外，还必须有丰富的软件，其主要作用是保证系统自动地正确地运行和管理。数据通信网可分为局域网和远程网。局域网是将多台微机、小型机

以及终端设备用通信线路互连起来实现通信的系统。在该系统中，计算机既能独立工作，又能交换数据进行通信。系统连接距离一般在 1～2km 以内，用于办公、生产信息管理。远程网则是由远距离通信干线网和较大型计算机或局域网组成的大型数据通信网。电力部门建立的范围遍及全国的数据通信网就是专用远程网。

现代通信技术（包括数据通信技术）的发展趋势是实现数字化、智能化、宽带化和综合化。各种信息传输将都是数字传输，如数字光纤、数字微波和数字卫星通信等。光纤，由于结构紧凑、体积小、传输损耗小、传输距离远、保密性强、成本低等，将成为理想的传输媒介。美国提出的“信息高速公路”就是以光纤信息网为基础设施，把全国各局域数据信息网连接起来，使信息传送速度比目前高数千倍，以使经济高速运作的信息系统。目前，各国正在发展综合业务数字网（ISDN），它是以数字程控交换机为核心，一切信息（包括声像、数据等）用数字统一起来，用于多种业务的端对端的通信网。在此基础上，各国正朝着宽带综合业务数字网（B－ISDN）、智能化和个人信息化迈进。