渭南师院科学技术概论教案08计算机技术与激光技术.docx

第八章计算机技术与激光技术教学目标：掌握计算机的应用。熟悉激光技术的性质、计算机技术的发展趋势。了解激光技术的应用。教学重点：计算机的应用教学难点：激光技术。教学方法与手段：讲授法，多媒体辅助。本章主要阅读文献资料：吴国盛著，科学的历程，北京：北京大学出版社2002年10月版。徐丕玉主编,现代自然科学技术概论,首都经济贸易大学出版社，2006年7月版。第一节计算机技术一、计算机技术的发展（一）计算机的发展历程：1、第一代计算机又称为电子管计算机，逻辑元件采用电子管。2、第二代计算机，晶体管计算机。逻辑元件采用晶体管，第二代计算机体积小、速度快、功耗低、性能更稳定。3、第三代计算机，集成电路计算机。20世纪60年代中，计算机开始采用集成电路。存储器是速度快纪录密度高的磁盘。4、第四代计算机，大规模集成电路时代。1971年一直到现在的计算机。随着大规模集成电路和微处理器技术的进步，计算机进入寻常百姓家。（二）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。（三）计算机的应用计算机的应用领域：第一、数值计算机或称科学计算机。第二、数据处理或称信息处理。第三、实时控制或称过程控制。第四、计算机辅助系统。第五、人工智能或称智能模拟。利用计算机辅助人们完成设计、制造、测试、教学等方面的工作，统称为计算机辅助系统。利用计算机帮助设计人员进行工程设计，提高设计工作的自动化程度，提高产品设计的质量，缩短产品研制周期，称为计算机辅助设计，利用计算机帮助教师把教学内容编制成课件在计算机上运行，供学生根据不同需要自主选择，使教学内容多样化、形象化，称为计算机辅助教学。二、个人计算机的出现1976年4月1日苹果电脑公司成立，1970年代末，以苹果公司为代表的“车库”公司，短短几年就把微型电脑演成了大气候。而“蓝色巨人”IBM公司在计算机革命浪潮中步子慢了半拍，其庞大机构又无法迅速作出反应，陷入十分尴尬的处境。1981年8月12日，迫于市场压力，IBM公司改变传统走出关键的一步。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。华尔街日报评论说：IBM大踏步地进入微型电脑市场，可望在两年内夺得这一新兴市场领导权。果然，就在1982年内，IBMPC机卖出了25万台。第二年5月8日，IBM公司再次推出改进型IBMPC/XT个人电脑，增加了硬盘装置，当年就使市场占有率超过76%。从此，IBMPC就成为个人电脑的代名词，它甚至被时代周刊评选为“年度风云人物”，它是IBM公司本世纪最伟大的产品。全世界各地的电子电脑厂商也争相转产PC机，仿造出来的产品就是IBMPC兼容机。IBMPC诞生不仅掀起了个人电脑的大普及，而且导致了软件工业的勃兴。其中，受益最大的是微软公司。“微软”（MiCroSoft）取自于“微型”和“软件”二字，专门从事微电脑软件开发。比尔盖茨为只有6名员工的小公司定下雄心勃勃的目标：每个家庭每张桌上都有一部电脑运行微软的软件。微软公司依托MS-DOS迅速崛起。由于所有PC个人电脑（包括其他厂商生产的兼容机）都需要安装MS-DOS,其用户后来竟超过3000万。三、计算机的智能化和网络化信息高速公路信息高速公路指一个由计算机、通信设备和电缆、光缆、无线传输组成的大容量、高速度、智能化的巨大的信息传输及处理系统。息高速公路具有网络化和多媒体化的特点。网络化就是这个系统把在地理上分散布置得多台独立计算机，通过有线或无线的方式互相联结起来。多媒体化就是指整个信息传输及处理系统把文字、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。第二节激光技术一、激光的产生和性质（一）激光的产生LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation,利用辐射的受激发射使光放大。自发辐射，太阳、火焰、电灯发光是光源中的发光原子获得能量后，各自自发地发射光子。激光的产生原理是利用了物质原子受激辐射后发生跃迁的特性。所谓跃迁即微观粒子系统从某一状态（初态）到另一个状态（末态）的过程。如一个处于能量较高的激发态原子，将发射光子而变到能量较低的激发态或基态，称为原子从高能态到低能态的跃迁。这时原子以光子的方式放出能量。如果原子由基态过渡到激发态或由较低的激发态过渡到较高的激发态,称为原了从低能态到高能态的跃迁。这时原子需要吸收相应的能量。原子中的电子的能量级高低之分。一般电子在高能级是属于不稳定状态，要向低能级发生跃迁。一般情况下，高能级的电子比低能级的电子数少，当属于高能级的电子比属于低能级的电子数多时，我们把这种现象称为粒子数反转，只有形成粒子数反转，才可能实现跃迁发光。这是产生激光的基本前提。（二）激光的特性：1.方向性强，2.亮度极高，3.颜色极纯，4.相干性好，闪光时间短。二、激光器（一）激光器组成：工作物质、泵浦源、谐振腔。工作物质是发射激光的材料。一般来说，根据激光器的性能要求而选择不同的工作物质是基本的原则。谐振腔由一块半反半透镜组成，起到反射振荡的作用。激光便是从那块半反半透镜输出来的。我们可以用一句话来概括激光的产生：泵浦振荡生激光。三、激光技术的应用（一）激光存储技术1、光盘存储技术激光储存器由感光材料制成各种光盘，以激光光源为读写光源。激光束扫描光盘表面上的一系列坑洞和平面，从而进行信息的读取和储存。储存器是计算机的大脑，衡量这个大脑功能的主要指标，就是其运算的速度和存储容量，好比是人的大脑的反应能力和记忆能力。过去，计算机上的存储器是靠电子信号进行工作的。今天，人们发现，用激光束的光信号取代电子信号来储存信息，不仅可以使计算机的运算速度提高一千倍以上，还可以大大增加储存密度。2、全息存储技术激光全息存储技术是一种利用激光干涉原理将图文等信息记录在感光介质上的大容量信息存储技术。目前，这项信息存储技术是通过将缩微胶片上的影像转变为光信息，然后制出存储密度更大的全息图的方法实现的。与缩微影像不同，全息图是由干涉条纹组成的影像。该条纹影像记录了入射光线（物光）的全部信息一一振幅和相位，故称全息图。在阅读还原时，需在激光的照射下，利用条纹影像的衍射原理使其再现。优点：信息存储容量大、记录速度快、记录信息不易丢失、便于长期保存、便于拷贝复制。不足之处：对影调连续变化的原件记录效果差，不易表现被摄物的色彩，与计算机联机使用比较复杂，在阅读用单色激光显示的再现影像时视感较差等等。（二）激光在工业中的应用1、传统工业：切割、打孔、焊接等等。2、微加工复习思考题及练习：1 .简述计算机的结构和工作特点。2 .计算机发展过程中每一代计算机的特点是什么？3 .简述计算机的发展趋势。4 .激光和普通光相比有哪些特点？5 .根据激光的特点激光有哪些应用？