一、美国信息技术的基本结构和发展水平

（一）美国信息技术的基本结构

布什政府曾在国家半导体咨询委员会的《危机中的战略工业》报告、国防部 22 项关键技术计划的报告、商务部 12 项新兴技术的报告、以及美国竞

争力委员会 94 项至关重要技术报告的基础上，于 1991 年 4 月公布了一分对

90 年代高技术开发具有指导意义的《国家关键技术》的报告，确定了对国家

安全和经济繁荣极为重要的 6 个领域 22 项关键技术。其中信息和通信技术领域包括：软件、微电子和光电子、高性能计算机和网络、高清晰度图像、传真器和信号处理、数据存贮和外围设备、计算机模拟和模型。其它领域与信息技术有关的尚有信息材料技术、加工工艺技术等。这些技术范围虽然是作为研究方向列出的，但基本反映了美国信息技术的结构。据此，可大致概括为：计算机技术领域是核心；电子技术是信息技术的关键支撑技术，其中包括微电子技术、光电子技术；信息材料技术是基础信息技术，其中包括电子材料以及光学材料技术；通信技术是信息技术的重要的直接组成部分。通信技术与计算机技术的结合，代表着美国信息技术发展的方向。

计算机技术

计算机技术是本世纪最重大的发明之一。1834 年，英国数学家巴贝奇

（1792—1871 年）曾提出用穿孔卡片携带计算机指令控制计算过程，设计了机械式计算机，但没有制造出这种计算机。1937 年，美国人艾肯设计了和巴贝奇方案类似的计算机。1944 年，研制成一台使用继电器的机电式计算机并投入使用，每秒运算三次。只是在电子管取代继电器、机电式计算机技术发展为电子计算机技术后，计算机技术才得到迅速发展。

电子计算机硬件

美国计算机技术的发展。从 1945 年诞生第一台电子计算机 ENIAC（电子数值积分和计算机）至今，商业化使用的计算机已跨越第四代。第一代计算机为 1945 年至 1959 年，器件为电子管的计算机；第二代计算机是 1959 年至

1965 年，器件为晶体管的计算机；第三代计算机是 1965 年至 1972 年，器件

为集成电路的计算机；第四代是 1972 年至 1986 年，器件为大规模集成电路

的计算机；第五代计算机为 1986 年开始研制的超大规模集成电路计算机，尚未达到商业化使用程度①。所有各代计算机的研制使用都发源于美国，并成为世界计算机技术发展的分期标志。

四代计算机的发展，体积越来越小，功能越来越强。第一代计算机结构

① 该分期方式见 Business Today，1987 年第 5 版，第 372 页。

复杂，价格昂贵，调试困难，发展不快。到 1956 年美国才年产 150 台，总共

大约生产了 1000 台。这种计算机每秒钟可运行五六万次。第二代计算机运算速度成百倍地增长，每秒可运行二三百万次，而且成批量生产，体积也缩小了上千倍。到 60 年代中期，美国拥有计算机 3 万台，10 年时间增长 30 倍，

运算速度达每秒 4 万次；第四代计算机，每秒运行速度可达：亿次以至 10 亿次以上。1976 年，美国约有计算机 100 万台，10 年再增 30 倍。战后几十年，计算机技术的发展，差不多每五到八年，运算速度提高 10 倍，体积缩小

10 倍，成本降低 10 借。70 年代初，美国研制出微型计算机，使计算机体积进一步缩小。1975 年制成的 F8 微型计算机，体积不到第一代计算机 ENiAC 的三十万分之一，重量不到半公斤，功耗只有 2.5 瓦，主要功能却与第一代ENIAC 计算机相同。第一代机售价过百万美元，而 F8 微机 1977 年只卖 100 美元①。1981 年 8 月 12 日，全世界最大的跨国电脑公司美国 1BM 公司宣布它的第一台个人电脑—IBMPC 机（PersonaIComputer，即个人电脑）问世。PC 机问世后，从 1981 年到 1990 年 10 年间，全世界个人电脑已达数亿台之多，现仍以每年数千万台的速度增长；而从 1946 年第一台计算机 ENIAC 诞生到1981 年 PC 机诞生的 35 年间，全世界的计算机总数也只达到数十万台。

计算机软件

计算机软件是相对计算机整机设备以及元器件和相关外部设备而言的，指计算机赖以运行的语言、程序及所有相关文件。计算机软件技术是计算机技术的纵深发展以及为计算机技术开拓更广泛应用领域的关键技术。计算机软件一词出现于 60 年代中后期。实际上，软件技术伴随着整个计算机技术发展的全过程，没有软件，计算机设备只能是没有用处的空壳。

程序是按某种目的编写的用以指挥计算机进行工作的指令序列，程序设计语言是将这些指令序列编译为计算机能够识别的机器语言。软件由系统软件和应用软件构成。一些重要的软件技术，大都由美国发明提供，如美国贝尔实验室 1969—1970 年研制的称夯呷 IX 的操作系统软件，美国 Foxsoft 公司 1987 年推出的数据库管理软件，美国 CharlesH.Moore 发明的新型高级语言 Forth 语言等均流行全世界。美国软件产品在世界软件市场上占 70％以上。由于计算机硬件设计的基本原理相当一段时间内还不会根本变化，缩短计算机同人之间的距离以及将现有计算机硬件设备更广泛地应用于经济和社会，主要还要靠软件技术的发展。

计算机网络技术

大约在第四代计算机兴起之时，计算机网络技术便随之发展。从物理结构看，计算机网络是由若干计算机、终端设备、数据通信设备以及各种接口硬件通过通信线路组成的系统。网络技术的发展源于用户需求的推动。计算机应用从单机单产方式发展到单机成批处理、单机分时处理和远程批处理，进而发展到多台计算机互联实现分布式处理和资源共享，计算机技术开始与通信技术结合以至融合。1969 年美国 ARPA 网①投入运行，标志网络时代。的到来。进入 90 年代，联网的计算机越来越多，使网络的重要性大为提高。同时对网络技术也提出了更高的要求，进一步促进已有各项计算机技术和通信技术的网络化运用，以至全球通过各种先进通信技术联结在一起。一个网可以是数十万台计算机、数百万用户、网与网之间联结，也可以是数百、数

① Rkh8fd R. Nelson，Covernment and Technical Progress，1987， PP.39.

千个网联结在一起，使信息处理与传递的社会效应极大提高。2.通信技术

通信领域十分广泛，各种信息的传递均可称为通信。通信技术的发展更是由来已久。现代通信技术最突出之点是通信技术与计算机技术的结合，以及新的传输介质——光纤的发明和使用。

①ARPA 网，1968 年设计，1969 年投人运行，覆盖全美，并通过卫星延伸到西欧和日本，是由多台计算机组成的大型网络，可用于科学计算，亦可进行情报检索、数据处理等。

自 1966 年英籍华裔高馄博士首次提出可用高透明玻璃光纤来实现大容量、长距离通信以来，光纤通信获得极快的发展，光通信的通信容量比电通信大 10 亿倍。一根比头发丝还要细的光纤就可以传输几万路电话或几千路电视，而且特别适合于电视、图像和数字的传输。光通信的材料是取之不尽的石英材料。美国于 1977 年开通世界第一条光通信线路，至 1987 年，10 年间

建成光纤线路 36000 公里。美国已宣布，再建长途通信干线，不再使用电缆而采用光缆。

光纤通信技术的发展与计算机网络的结合和融合，使得传统的以及现代的所有通信技术得以综合利用。其中关键的转化桥梁是数字技术。数字技术是指能够将语音、图形、图像、电影、照片、文字等各种情报信息转化为计算机能够识别的二进制数字信号，即只用“1”和“0”两种不连续的数字编码来表示的信号，并按用数字化技术科学处理，从而使情报信息的还原和再现表现得更准确、更形象、更逼真，其收集、加工、利用变得更方便易行。能够综合传输所有这些数据的通信网络，被称为综合业务数字网。综合业务数字网与光纤的快速、大容量、远距离传输，被称为“信息超级高速公路网”。美国政府有关“信息高速公路”的政策已初步成型，其核心即是以现代计算机网络通信技术为基础，以光导纤维为骨干，建立起纵横北美大陆的大容量和高速度的电子数据传输系统。有报道说，到 21 世纪初，美国人将不再用电视、电脑、传真机或电话了。因为“迄今尚未命名的一种电子设备会具备所有这些功能，并通过数百万公里的光缆把家家户户和企业联结在一起”。大约从 70 年代开始，美国及其它发达国家进入现代通信的新时代。这个过程中，通信技术自身发展，包括移动通信、卫星通信、光纤通信等技术的不断发展，计算机技术自身发展，包括运算速度的成倍增长、存贮容量的成倍增长以及多媒体计算机、光计算机，以至生物计算机的发展，都给二者结合所形成的所谓计通技术预置了令人难以想象的发展空间。

微电子技术

微电子技术是现代电子信息技术的直接基础。美国贝尔研究所的三位科学家因研制成功第一个结晶体三极管，获得 1956 年诺贝尔物理学奖。晶体管成为集成电路技术发展的基础，现代微电子技术就是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术。集成电路的生产始于 1959 年，其特点是体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快。衡量微电子技术进步的标志主要在三个方面：一是缩小芯片中器件结构的尺寸，即缩小加工线条的宽度；二是增加芯片中所包含的元器件的数量，即扩大集成规模；三是开拓有针对性的设计应用。

“大规模集成电路指每一单晶硅片上可以集成制作一千个以上的元器件，集成度在一万至十万以上元器件的为超大规模集成电路。国际上 80 年代

大规模和超大规模集成电路光刻标准线条宽度为 0.7—0.8 微米，集成度为10⁹。90 年代的标准线条宽度为 0.3—0.5 微米，集成度为 10⁸。集成电路有专用电路（如钟表、照相机、洗衣机等电路）和通用电路。通用电路中最典型的是存贮器和处理器，应用极为广泛。计算机的换代就取决于这两项集成电路的集成规模。

存贮器是具有信息存贮能力的器件。随着集成电路的发展，半导体存贮器已大范围地取代过去使用的磁性存贮器，成为计算机进行数字运算和信息处理过程中的信息存贮器件。存贮器的大小（或称容量）常以字节为单位，字节则以大写字母日表示，存贮器芯片的集成度已以百万位（MB）为单位。目前，实验室已做出 8MB 的动态存贮器芯片。一个汉字占用 2 个字节，也就是说，400 万汉字可以放人指甲大小的一块硅片上。动态存贮器的集成度以每 3 年翻两番的速度发展。

中央处理器（CPU）是集成电路技术的另一重要方面，其主要功能是执行“指令”进行运算或数据处理。现代计算机的 CPU 通常由数十万到数百万晶体管组成。70 年代，随着微电子技术的发展，促使一个完整的 CPU 可以制作在一块指甲大小的硅片上。度量 CPU 性能最重要的指标是“速度”，即看它每秒钟能执行多少条指令。60 年代初，最快的 CPU 每秒能执行 100 万条指令

（常缩写成 MIPs）。1991 年，高档微处理器的速度已达 5000 万一 8000 万次。现在继续提高 CPU 速度的精减指令系统技术（即将复杂指令精减、减少）以及并行运算技术（同时并行地执行若干指令）正在发展中。在这个领域，美国硅谷的英特尔公司一直处于领先地位。

此外，光学与电子学的结合，成为光电子技术，被称为尖端中的尖端，为微电子技术的进一步发展找到了新的出路。美国《时代》杂志预测：“21 世纪将成为光电子时代。”其主要领域有激光技术、红外技术、光纤通信技术等。

信息材料技术

信息材料技术是新材料技术的重要组成部分，也是信息技术尤其是电子信息技术发展的基础。微电子技术的发展，在一些领域，比如集成电路规模等被认为达到了极限。突破极限的途径一是改进加工工艺技术，再就是有新的能够承载大规模集成电路并具有相应性质或更优性质的新材料问世。

从目前看，硅半导体仍然是集成电路的主要材料。据估计在本世纪内，硅仍然会占半导体材料的 95％以上。但以硅为材料基础的微电子技术已高度发展，超微细加工将它的集成度和速度推向极限。在微电子技术发展的历史上，砷化镓作为一种性能优良的半导体材料不断向硅提出挑战。与硅相比，砷化镓最突出的优点是电子迁移率高，同样条件下，工作速度比硅快，光学性能也优于硅。许多国家都在致力于砷化镓材料的开发研制，美国于 1984 年率先向市场推出砷化嫁小型逻辑电路。现在砷化镓模拟微波集成电路和数字集成电路已相当广泛地应用于计算机通信以及消费类电子产品。日本是世界最大的砷化镓供应国，控制了世界市场的 2/3，并供应几乎所有用于制造砷化镓芯片的晶片。

光纤材料是发展现代通信的关键材料。目前的光纤以远距离通信用石英材料为主，发展方向是减少损耗，加宽带域，降低成本。在这一领域，美日走在世界前列。超导材料亦是有可能给电子学带来广阔发展前景的新材料，超导电子电路的优势是功耗低。超大规模集成电路集成密度的一个很大限制

是功耗高，散热问题难以解决，而散热问题对超导电子集成密度的限制要小得多；超导电子电路的另一优势就是速度快。超导电子材料已成为一个很受重视的目标。

综上所述，计算机技术是战后美国信息技术的核心，并以电子技术、材料技术为基础。微电子技术的发展，导致微型计算机的出现。微型计算机和微处理器以其小而灵便的体积和功能，元孔不入地进入各行各业，极大地改变了和改变着社会经济。计算机技术与通信技术的结合，使人们不能不重新审视传统的时空观念。

从基本上了解现代信息技术群体的结构、内容，是体察美国社会、经济正在发生和将要发生的深刻变化所必要的。尽管如此，本章对美国信息技术结构的描述，也只是从其现实经济影响的角度，为以下各章的叙述做一个导引。