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1、第三章高技术概论第一节高技术的含义与特征一、高技术的含义1971年，美国科学院在技术与国际贸易一书中首先使用了“高技术”（hightechno1.ogy）一词，用以称呼这类尖端技术及其新兴技术产业。1981年起，美国开始出版高技术月刊。1983年，美国在韦氏第三版新国际辞典补充900词中，列入了“高技术”词条。高技术：指处于当代科学技术发展前沿，能形成新兴产业、并能产生重大经济效益和综合社会作用、具有极大战略意义的新兴技术群体。“科学一技术一生产”一体化的综合概念。重要特性：集群化、产业化、经济效益、战略作用。高新技术：高技术肯定是新技术，但新技术不都是高技术。很多新技术对中国现阶段经济发展仍
2、然具有重要意义。高技术领域主要指：信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、空间技术、海洋技术。二、高技术的特征主要具有以下特征：1 .高战略高技术的发展通常体现出一个国家或地区的综合战略实力，对该国家或地区的综合发展具有高度的战略意义。所以，许多国家和地区都把发展高技术作为其重要的战略目标和任务。2 .高智力高技术是智力密集型的技术领域和技术活动，包括高素质人才群体（高智能科技人员、高文化熟练工人、高水平领导人员）；研究开发费用的高比例（5%15%）；产品成本中知识和技术投入的高比重。美国联邦劳动统计局制订的行业分类标准中，高技术企业是指研究开发费用和技术人员比例为制造业2倍以上的风险企业
3、。3 .高创新科学技术的灵魂即创新。高技术是在现代科学技术最新成就基础上形成的技术组合或技术突破，是持续创新的技术群体。高智力保证其高创新，高创新乂是保障其高价值、高增值、高渗透、高效益的前提基础。4 .高渗透高技术是现代技术的“高地”，是重要的技术创新“源”，其发展必定带动一系列技术领域及其产业的发展。如航天技术带动了材料、电子、冶金、化工、能源等技术及其产业的发展。高技术还能迅速广泛地渗透到传统产业，形成“复合技术”，加速传统技术改造。如微电子、信息、激光、自动控制、计算机技术向机械产业及其产品渗透，形成“机电一体化”，使机械产品升级换代。高技术还能促进低层次产业开发新产品。此外，高技术还
4、对世界的经济、政治、军事、文化、教育、生活及其观念产生广泛深刻的影响。5 .高竞争高技术是现代科学技术发展的制高点，是当前生产力发展的第一核心要素。因此，高技术竞争就成为各国综合国力竞争的主战场。综合国力的竞争说到底是生产力的竞争,生产力的竞争说到底是科学技术的竞争,科学技术的竞争说到底是高技术的竞争。6 .高投入高技术需要高薪聘用高智力人才，其高创新又需要不断更新昂贵的先进仪器设备，将之转化为生产力更需要大量的资金保障。所以，高技术的研究开发、高技术成果的产业化、高技术产业的商品化和市场化等一系列过程和环节都需要很高的资金投入。7 .高风险高技术处于科学技术前沿,研究开发难度大、不确定因素多
5、、失败率很高。高技术企业是风险企业，据统计，美国高技术企业的成功率只有15%20%。高技术因其研究、开发、推广、应用的环节很多，除了技术风险，还有市场风险。有时候技术上成功了，经济上可能失败。高技术的高风险促进了风险投资公司的产生和发展。8 .高效益高技术产品的智力、知识、技术密集度越高，其价值越高。高技术的高智力、高创新、高渗透，使之不仅具有高价值，而且具有高增值性，使高技术在同等资本投入下的产出率极高。高技术能大幅度提高劳动生产率、资源利用率，极大增进产品效能，创造很高的社会经济效益。这就是为什么这类高投入的风险产业仍然成为各国极力追逐目标的重要原因。三、中国的高技术发展邓小平同志在198
6、8年指出：“过去也好，今天也好，将来也好，中国必须发展自己的高科技，在世界高科技领域占有一席之地。”“现在世界的发展，特别是高科技领域的发展一日千里，中国不能安于落后，必须一开始就参与这个领域的发展。”中国的高技术发展开始于20世纪80年代中期。1984年开始，国家就决定建立高技术开发区。1984年6月，国务院批准新技术革命与我国对策研究的汇报提纲，提出试办“技术经济密集区”。1985年中共中央关于科技体制改革的决定提出在全国范围内选择若干智力密集地区，采取特殊政策，逐步形成具有不同特色的新技术开发区。1985年7月，中国第一个高技术开发区中国科学院与深圳市政府联合创建的深圳科技工业园诞生。此
7、后，国务院先后批准建立了国家级高技术开发区共52个：1988年5月批准成立北京高技术开发试验区；1991年3月批准了26个；1992年11月又批准了25个。国家还先后推行了若干项重大高技术的计划，如： “863计划”； “火炬计划”； “973计划”等。1986年3月3口,中国科学院四位学部委员联名向党中央提出跟踪国外战略性高技术发展的建议。3月5日，邓小平同志做出重要批示：“此事宜速作决断，不可拖延。”3月8日，党中央、国务院迅速召集200多位专家研究制定高技术研究与发展计划纲要，后简称为“863计划”。该计划是全国性的中长期战略发展计划，跨越三个五年计划。根据“有限目标，突出重点”的指导方
8、针,当时选择生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、新能源技术和新材料技术作为高技术发展的核心和重点。“火炬计划”宗旨为：高技术成果商品化、高技术商品产业化、高技术产业国际化。国务院1988年批准“火炬计划”，由国家科委（现科学技术部）组织实施。该计划以市场为导向，以高技术产品为龙头，以高技术成果为依托，以大中型企业、科研机构、高等学校为骨干力量，是促进中国高技术产业形成和发展的重要指导性计划。作用：有效推进了中国高技术开发区的发展，高技术创业服务中心也随之纷纷建立，又反哺了高技术及其产业化发展。1986年初，国家制定以基础研究为主的“国家自然科学基金制计划”。1997年，又制定和
9、实施了国家重点基础研究发展规划（简称“973计划”），围绕国家战略目标，在对经济、社会发展有重大影响的重点领域，瞄准科学前沿和重大科学问题，开展重点基础研究。2010年的主要任务：一、紧紧围绕国民经济、社会发展和科技自身发展的重大科学问题，开展多学科综合性研究，提供解决问题的理论依据和科学基础；二、建立一批能够体现中国科学发展水平和综合科技实力的重大科学工程；三、部署重要的、探索性强的相关前沿基础研究；四、培养和造就适应21世纪发展需要高科学素质优秀人才；五、重点建设一批高水平的科学研究基地，并形成若干跨学科的综合科学研究中心。第二节信息技术信息技术是高技术的基础技术和先导技术，是支持现代社会
10、运行的基本技术，对经济发展和社会进步具有极其重要的影响。自然界有三大要素构成：物质、能量、信息。人类劳动资源有两类：物质资源与信息资源。信息技术：信息的获取、传递、存储、处理、显示、分配等技术的总称0现代计算机技术和现代通信技术是信息技术的两大支柱。一、计算机技术计算机：通过预先编好并存储在内部的程序，对数字和信息进行自动、高速、精确的加工处理、存储传输，成为人类大脑的重要延伸。种类：巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。计算机第四代产物1 .微电子技术信息产业的核心技术和基础，计算机与通信设备的关键部件都是微电子器件。概念：使电子元器件、电子设备和电子系统微型化的电子技术。电子技术和现代科
11、学技术综合发展的产物。微电子技术的革命性变革：微电子技术不仅可以将一个电子系统“集成”在一个硅芯片上，完成信息加工与处理的功能，而且可以将各种物理的、化学的敏感器件和执行器“集成”在一起，完成信息获取、处理与执行的系统功能，形成微机系统。传统的电子技术始于电子管的发明和应用。世界上第一只二极电子管于20世纪初问世，人类开始用电子管来放大和控制电子信息。20世纪50年代后半期，晶体管开始取代电子管，使电子技术发展到一个新阶段。1958年第一块集成电路研制成功。集成电路经历了元件数不断增加的过程，包括小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路几个阶段。微电子技术具有十分广泛的
12、用途。例如：机械与微电子技术的结合，使具有各种功能的机器人开始进入实际应用阶段。使用微机的数控机床运转速度比普通机床要快得多。电子计算机的发展是微电子技术最基本的应用。2 .计算机的组成一般由硬件与软件两部分组成。硬件：计算机的机器设备，包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分。软件：计算机的各种程序，通常分为系统软件与应用软件。系统软件：为用户使用计算机提供基本条件，负责计算机资源的有效管理，其中最重要的是编译程序和操作系统两种软件。应用软件：特定应用领域的专用软件，是为用户解决某类问题而研制的特定程序，如科学计算程序、工资管理程序等。（1）计算机的硬件系统构成部分：主机中央处理
13、器：微机的大脑，由运算器和控制器组成，负责各种信息的处理工作，也负责指挥整个系统的运行。CPU的性能好坏从根本上决定了微机系统的性能。主板：微机最基本的部件之一，是整个微机内部结构的基础。不管是内存、内存储器、显示卡，还是鼠标、键盘、声卡、网卡，都得靠主板来协调工作。存储器：分为内存储器和外存储器。内存储器（内存）直接与CPU相联系，一切要执行的程序和数据一般都要先装入内存储器。内存储器：由半导体大规模集成电路芯片组成，其特点是存取速度快，但容量有限，所存储的信息在断电以后自动消失，不能长期保存数据。除了主机以外的所有设备都属于外部设备。作用：辅助主机的工作，为主机提供足够大的外部存储空间，提
14、供用户与主机进行信息交换的各种手段。外部设备作为微机系统的重要组成部分，亦必不可少。微机最常见的外部设备包括外存储器、键盘、显示器、打印机等。(2)计算机的软件系统软件：指能指挥计算机工作的程序与程序运行时所需要的数据，以及与这些程序和数据有关的文字说明和图表资料。其中文字说明和图表资料又称为文档。微型机的软件系统分为：系统软件：指管理、监控和维护计算机资源(包括硬件和软件)的软件。目前常见的系统软件有操作系统、各种语言处理程序、数据库管理系统以及各种工具软件等。应用软件：指除了系统软件以外的所有软件，是用户利用计算机及其提供的系统软件为解决各种实际问题而编制的计算机程序。3 .计算机的工作原
15、理由美籍匈牙利科学家冯诺伊曼于1946年首先提出。现代计算机的基本工作原理可概括为三点：(1)计算机的指令和数据均采用二进制表示。(2)由指令组成的程序和要处理II据一起存放在存储器中，机器按照程序中指令的逻辑顺序，把指令从存储器中读出来，逐条执行。(3)由存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备五个基本部件组成计算机的硬件系统，在控制器的统一控制下，协调一致地完成内程序所描述的处理工作。4 .计算机的应用1976年，美国数学家阿佩尔和黑肯用计算机证明了数学上的四色原理，表明计算机可以模拟、取代人的逻辑思维。(1)科学计算计算机的传统应用领域，也称数值计算。在科学研究和工程技术中有大量的复杂
16、计算问题，利用计算机高速运算和大容量存储的能力，可进行复杂的、人力难以完成的或根本无法完成的各种数值计算。例如：有数百个变量的高阶线性方程组的求解，气象预报中卫星云图资料的分析计算，还有著名的圆周率计算等。(2)数据处理计算机应用的主要领域数据处理：指用计算机对原始数据进行收集、存储、分类、加工、输出等处理过程。数据处理是现代管理的基础，广泛地用于情报检索、统计、事务管理、生产管理自动化、决策系统、办公自动化等方面，数据处理的应用己全面深入到当今社会生产和生活的各个领域。(3)过程控制概念：也称为实时控制，是指用计算机作为控制部件对单台设备或整个生产过程进行控制。基本原理：将实时采集的数据送入
17、计算机内与控制模型进行比较，然后再由计算机反馈信息去调节及控制整个生产过程，使之按最优化方案进行。用计算机进行控制，可以大大提高生产线的自动化水平，达到减轻劳动强度、增强控制的准确性，降低成本、提高生产率的目的。(4)计算机辅助系统概念：指能够代替人完成某项工作的计算机应用系统，主要包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)和计算机辅助教学(CAI)CAD作用：可以帮助设计人员进行工程或产品的设计工作，提高自动化程度、缩短设计周期，以达到最佳的设计效果。CAM：指用计算机来管理、计划和控制加工设备的操作，可以提高产品质量，缩短生产周期，提高生产率，降低劳动强度，改善生产人员的工作条
18、件。CAD与CAM的结合产生了CAD/CAM一体化生产系统，进而形成计算机制造集成系统。CAI：改变了传统的教学模式，更新了传统的教学方法。多媒体课件的使用，为学生创造了全新的学习环境；计算机作为自学和自我测试的工具，改善了教师的工作条件，提高了教学效率。CA1.与计算机管理教学（Cm）的结合，形成现代教育技术。（5）人工智能用计算机来模拟人的智能，代替人的部分脑力劳动。人工智能既是计算机当前的重要应用领域，也是今后计算机发展的主要方向。人工智能应用中所要研究和解决的问题难度很大，均是需要进行判断及推理的智能性问题。因此，人工智能是计算机在更高层次的应用O（6）虚拟现实技术以视觉和听觉数据库为
19、基础，借助沉浸式可视化技术将某种现实环境在计算机上逼真地呈现出来。操作者可以“进入”所呈现的虚拟环境中，并可以通过特殊装置与其进行交互作用，从而获得十分真实的感觉。“形似、质似和神似”。5 .计算机的发展趋势（1）高速化1964年美国的摩尔预言：集成电路上能被集成的晶体管的数目，将以每18个月翻一番的速度稳定增长。1946年第一台计算机问世，此后半个世纪里，计算机已经历了五代，其功能、速度不断提高。1996年，美国能源部宣布已研制成一种高超级计算机。1997年的“人机大战”中，国际象棋大师卡斯帕洛夫1秒钟可算3步棋，而“深蓝”计算机1秒钟可算2亿步棋。现在我国已研制出每秒钟运算IOOO亿次的计
20、算机，美国正在研制每秒钟运算数百万亿次的计算机。（2）微型化电子计算机正向“短、小、轻、薄”的方向发展，体积小、重量轻、消耗原料少、价格便宜，又便于应用，使个人电脑进入家庭。微型计算机可与彩电、音响连接，发挥多媒体的作用，也可通过电话线与国际互联网络连接，进行全球通讯。现代计算机的发展趋于两极化：大型化与微型化，主流是微型化。（3）网络化计算机网络：利用通信线路，按网络协议规定，把分布在不同地点的多个独立的计算机系统连接成一个统一的大系统。目的：达到资源共享。计算机网络融合信息传输和信息处理两种功能。从网络功能分：共享资源网、分布计算网、数据传输网等O从地域范围分：局域网和广域网。网络之间还可
21、以连接成国际网即互联网。智能化电子计算机有两个显著特点：非凡的计算能力和模拟人的智能，即人工智能。人工智能是人的智能在机器中的再现，以取代人的脑力劳动。以计算机为基础的智能机器，能理解外部环境，提出概念，选择方法进行逻辑推理并作出决策，此外还可以具有自适应、自学习等功能。从20世纪50年代开始，人工智能作为一门学科正式形成，它是由计算机科学、控制论、数理逻辑和神经生理学、心理学、语言学、哲学相互渗透的产物。二、通信技术20世纪30年代中期以前，无线电通信方面已完成了利用电磁波来传递电码、声音和图像的任务；继而里夫斯提出了脉冲数字编码调制数字通信方式；20世纪40年代末，美国制造出了第一台实验用
22、PeM多路通信设备，首次实现了数字通信。通信系统组成部分：信源：产生信息的部分，它通常将各种形式的信息变换成原始电信号。发送设备：将信源产生的信号变换为适合于在信道中传输的信号。常见变换方式有各种信道编码，放大、正弦调制等。信道：传输信号的通道，是信号的传输媒介。信号在信道中传输时，不仅会衰减和失真，而且不可避免地会受到信道外部干扰和信道内部噪声的影响。接收设备：任务是将接收到来自于信道的信号准确地恢复成原基带信号。通常包含信道译码、解调、各种滤波、放大等功能。信宿：作用是将基带信号恢复成原始信号。6 .光电子技术概念：电子技术和光学技术相结合而形成的技术。组成部分：激光、光纤通信。（1）激光
23、技术激光是受激辐射所产生的光波。由大量原子、分子所发射的，但在时间上、空间上相位完全保持一致。颜色最单纯，可大容量传递信息；方向性好，传递距离较远，传递信息易于保密；相干性好，相位在空间的分布与传播不随时间而变化，易于调制；亮度大，可达到太阳光亮度的IOO万倍以上。激光器：能产生激光的一类振荡器，由激光物质、光学谐振腔和激励源三部分组成。激光工作物质是产生激光的物质基础，谐振腔是产生激光的条件，激励源是能量的提供者。（2）光纤通信利用光导纤维（简称光纤）传输信息的通信方式。光纤由石英玻璃制成，直径仅有几个微米，比头发丝还细。一般由两层组成，里面一层称内芯，外面一层称包层。为了保护光纤，包层外面
24、往往还覆盖一层塑料。光纤的抗拉强度大，在实际使用时，通常把许多根光纤组合在一起并加以增强处理，制成像通常电线一样的光缆，现代光缆可达IoOo4000根光纤。光缆使得光纤系统的通信容量大大增加。光纤通信系统和一般有线通信系统的不同之处，在于增加了光端机，用光纤取代了电线。发信端和收信端的光端机，起光电变换的转换作用。以电话通信为例：当人讲话时，电话机把人的话音变换成电信号，作用到发信光端机上，使发信光端机的激光器发光。激光的强弱随电信号的变化而变化。这种光信号射入到光纤中，经过光纤传到收信光端机。收信光端机再把光信号变换成电信号，由电话机将电信号还原成话音。光纤通信有以下主要优点：通信容量大：从
25、理论上说，一根光纤可以同时传送100亿路电话、100万路高质量的电视节目。光缆的通信总容量更大，由于技术原因，目前只能利用这些容量中很小一部分。双向传输：光纤可以在同一条通路上进行双向传输，我们利用这个特性，可以通过交互信息系统与对方“对话”。损耗低：在各种传输线中，光纤的损耗最低。线路的损耗越低，一定通信距离上需要设置的中继站就越少。对于越洋光缆，损耗低就具有更大的意义。抗干扰：光纤传输的是频率极高的光波，一般不受外界干扰，便于保密。此外，光缆有体积小、重量轻、施工方便的优点，还能节约大量有色金属。7 .移动通信处于移动状态对象之间的通信。根据服务对象的不同分为：专用移动通信：有交通指挥调度
26、、军事指挥以及电力、油田、森林、水文、金融部门的联络指挥等。公用移动通信：有移动电话、无线寻呼等。公用移动通信系统：一般是无线、有线结合的系统。例如：移动电话，移动通信区域可以划分为许多个小区，每个区有一个基地台，又有许多移动台，还有一个控制交换中心。每个基地台和移动台都安装有收发信机与天线等设备。控制交换中心进行信息交换和集中控制管理。用户通信时，手机通过基地台同控制交换中心连接，就能与别的小区内的手机通话；也可与市话局连接，同市话用户通话。第一代移动通信系统：出现于20世纪70年代中期，向用户提供语音业务。第二代移动通信系统：产生于80年代中期，使用数字调制技术，采用数字信号，主要提供语音
27、业务，还含少量短消息（数据）服务。第三代移动通信系统：采用数字信号，并结合移动卫星系统，以不同的区域结构，形成覆盖全球的移动通信网络，用以提供全球语音业务及语音、图像、数据等多媒体业务，宽带无线接入的业务则主要是多媒体业务，少部分是语音业务。8 .卫星通信特点：容量大、覆盖面广、通信质量高、选站灵活和成本低廉。业务范围很广：除电话、数据和电视广播外，还应用于海陆空移动通信、GPS定位导航和VSAT（卫星小型地面站）等。1995年8月20日，国际海事卫星组织研制成功的世界上第一个全球汽车电话系统投入使用，该系统的用户驾驶汽车可在任何地方实现全球通信。该系统主要用于：紧急救援等特殊情况下的通信工作
28、，但现已开设了普通电话服务、传真收发服务和数据传输服务等项目。在用户汽车上安装天线系统，无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通信卫星，从而实现在汽车运行中的全球通信。三、多媒体技术概念：指能够同时采集、处理、编辑、存储和展示两个及其以上不同类型信息媒体的技术，这些信息媒体包括文字、声音、图形、图像、动画和活动影像等。最基本的媒体：文、声、图。技术的特性主要包括：信息载体的多样性、集成性、交互性，还有非线性、实时性、动态性等。关键技术主要集中于一操作系统四类。；压缩技术、大规模集成电路制造技术、大容:光盘存储技术、实时多任务信息载体的多样性：指表示媒体的多样性，在信息采集、传输
29、、处理和显现的过程中，涉及到多种表示媒体的交互作用。多样性特性使计算机变得更加人性化。集成性：一方面是指信息媒体的集成，即将多种不同的媒体信息（如文字、图形、视频图像、动画和声音）有机地同步组合成为一个完整的多媒体信息，共同表达事物。另一方面，表现在处理这些媒体信息的设备或工具的集成方面，即多媒体的各种设备集成在一起并成为一个整体。交互性：多媒体技术的关键特征。不仅增加用户对信息的理解，延长了信息的保留时间，而且交互活动本身也作为一种媒体加入了信息传递和转换的过程，从而使用户获得更多信息。另外，借助交互活动，用户可参与信息的组织过程，甚至可控制信息的传播过程，从而可使用户了解、学习自己感兴趣的
30、东西。随着计算技术的不断发展，处理能力逐步扩大到文字、图形、表格、图像等静态的数据类型。当计算机的处理能力达到能处理语音、音乐、动画、影视视频等动态数据时，计算机便多媒体化了。1985年，世界上第一个具有音响、视频、动画功能的多媒体系统问世，揭开了多媒体技术发展的序幕。音频、视频压缩技术是多媒体技术的关键。20世纪80年代后期，光盘等存储技术为多媒体数据的大容量存储奠定了技术基础。后来图像的压缩问题、视频信号数字化问题、操作系统的窗口软件问题等先后解决，多媒体技术便以更快的速度发展。多媒体技术己在商业、教育培训、电视会议、声像演示等方面得到了充分应用。多媒体技术具有广泛的用途，例如电子通信、电
31、子贸易、电子购物等，还可以在教育、科学研究、医疗卫生、图书出版、文档处理等领域有一系列新的应用。四、信息高速公路以光缆为“路”，集电脑、电视、录像、电话为一体的多媒体为载体，向大学、研究机构、企业及普通家庭等实时提供所需数据、图像、声音传输等多种服务的全国性高速信息网络。多门学科的综合，从技术角度讲，涉及了计算机科学技术、光纤通信技术、数字通信技术、个人通信技术、信号处理技术、光电子技术、半导体技术、大容量存储技术、网络技术、信息安全技术等信息技术。信息高速公路：国家信息基础设施的通俗说法，是以交互方式传递信息数据、图像和声音的高信息流量电信网，是信息的高速通道。来自于美国的高性能计算和通信计
32、划。1993年9月，时任美国副总统的戈尔宣布，美国将实施一项“永久改变美国人生活、工作和互相沟通方式”的基础设施计划，即信息高速公路计划。为此美国政府断然取消已经投入6.4亿美元的“超级超导对撞机”计划，同时大大削减“星球大战”的经费。组成部分：高速计算机网、宽带交互视像网、无线电移动通信网。优点：高速度、大容量。四个要素：通信网、信息源、终端设备、人。四个层次：传输层：负责信息传输；网络层：负责提取、存储与交换信息；终端层：负责为用户提供各种使用多媒体信息的手段；服务层：负责信息查询、电子函件、电视电话、会议电视等。信息高速公路的发展具有广泛而深远的社会意义。例如：极大地提高劳动生产率，创造
33、更多的就业机会；办公家庭化，缓解能源危机和交通压力等等。作用：将实现多媒体信息通信的社会化、家庭化、个人化、国际化，将改变社会物质生产方式，加速产业结构变革，促进经济形态从物质型向信息型的转变，导致管理方式的变革，开创电子信息网络文化的新时代。中国也在积极发展信息高速公路建设，提出了“中国人的高速信息网络行动计划”，代号CHNA,正好是5个译名的缩写。金字系列工程是建立我国国家信息基础设施的重要组成部分。金字系列工程起初包括金桥工程、金关工程和金卡工程三部分，又称“三金工程”。“金桥工程”：国家公用信息网工程，网络由卫星网和光纤网组成，使这两个网络互相联通、互相补充。金桥网是综合业务数字网，可
34、以进行数据、话务和图像的传输，以后将发展为宽带综合业务数字网。“金关工程”是国家对外经济贸易信息互联网工程。任务：实现经济贸易、海关、税务、外汇管理、银行和统计部门计算机联网，将来与国际业务接轨，逐步实现无纸贸易。“金卡工程”是电子货币工程。这是以计算机通信为基础，以金融卡为介质，通过电子信息转账形式实现货币流通的系统工程。第三节生物技术生物技术：又称生物工程技术，是建立在分子生物学理论基础之上的新技术，是利用生物有机体或其组成部分发展新产品（新工艺）的技术。主要包括：基因工程、转基因技术、克隆技术、干细胞技术、细胞工程、蛋白质工程、酶工程、微生物工程等。一、基因工程概念：指将某特定的基因通过
35、载体或者其他手段送入受体细胞，使它们在受体细胞中增殖并表达的一种遗传学操作。又称重组DNA技术。特点：对不同生物的DNA进行重组，从而达到定向改造生物的目的。基因工程技术可以分为以下四步：1.DNA片段的取得切开DNA分子所需要的酶称为限制性内切酶，是20世纪60年代在细菌中发现的。限制性内切对细菌具有保护作用。现在已经发现200多种限制性内切酶，它们的切点各不相同。超声波也可使DNA分子断裂,取得具有平整末端的DNA片段,用这种方法获得的也是各种片段的混合物。2 .DNA片段和载体的连接重组体DNA外源DNA很难直接透过细胞膜而进入受体细胞，即使进入受体细胞，也会受到细胞内的限制性酶的作用粒
36、或温和噬菌体都可以作为载体。而分解。要让外源DNA导入细胞，需要适当的载体。细菌中I如果DNA片段是用限制性内切酶切割并且有黏性末端的，用同一种限制性内切酶处理的载体DNA也形成粘性末端，而且同DNA片段的黏性末端互补，再经过DMA连接酶的处理就可以把它们连接起来而成重组体DNAo即载体DNA和引入的DNA相结合而成的DNAo3 .外源DNA片段引入受体细胞一一基因克隆和基因文库所获得的重组体DNA引入受体细胞如大肠杆菌中，这一外来基因就可能表达而产生所需要的产品。例如：胰岛素的产生就是由于重组体DNA在大肠杆菌中表达而实现的。用多种限制性内切酶或者机械的方法，将某种生物的细胞DNA切成不同的
37、片段，并把所有片段分别随机地连接到用同样内切酶切过的基因载体上，然后分别转移到适当受体细胞如细菌中，通过细胞增殖而构成各个片段的克隆。如果所制备的克隆数目已经多到可把某种生物的全部基因都包含在内时,这一组克隆就成为该种生物的基因文库。4 .目的基因的表达如果目的基因插入载体后,在其编码顺序的一端又能被受体细胞识别的启动基因顺序以及能与核糖体结合的顺序，则该基因就可以表达，从而使基因工程得以实现。基因工程已经得到初步应用。例如：干扰素能抑制病毒的繁殖和肿瘤细胞的生长，又能调节机体免疫反应，对人体的健康有重要意义。“龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞。”生物都是根据自己的遗传信息来繁殖后代，长期保持
38、着种的稳定性。利用酶，把甲种生物的某个DNA片段切下，安装到称为载体的DNA分子上，由载体带到乙种生物的细胞中去。这样，新产生出来的乙种生物细胞就具有了甲种生物的某种遗传信息，使乙种生物出现了甲种生物的某些功能。形象地说，可以“种瓜得豆，种豆得瓜”。基因工程同杂交方法相比，具有很多的优点：它可以超越物种之间的界限，从理论上讲，我们可以把任何不同生物的DNA组合在一起；而杂交方法都要受到很大的限制。由于基因工程是直接对基因进行操作，可以避免中间环节和各种外界干扰，使我们能更好地按照自己的设计定向改变生物的遗传性状，有计划地创造新的物种。二、转基因与克隆技术1982年，美国科学家采用基因工程技术，
39、把从大鼠细胞分离出来的大鼠生长激素基因通过技术处理以后，注射到小鼠的受精卵内，并把注射后的受精卵植入另一雌性小鼠的输卵管使之妊娠。这只小鼠分娩出21只小鼠，其中有7只小鼠带有大鼠生长激素基因，6只小鼠生长迅速，超过同窝小鼠的1.8倍，成为“巨型小鼠”。如果我们用基因工程培育出各种养殖业、种植业的高产品种，就会获得常规育种所无法比拟的增产幅度。英国的维尔穆特为首的罗斯林研究所于1997年2月宣布他们成功地用无性繁殖技术培育出了一只名为“多利”的克隆羊，使基因工程、细胞工程受到了空前的社会关注。“多利”培育的大致过程：从一只白品种绵羊取出一个体细胞一一乳腺细胞，在特殊条件下培养6天，使它的细胞核进
40、入休眠期。再用微操纵技术除掉一个苏格兰黑面母绵羊卵细胞中的细胞核，并把白品种绵羊的细胞核植入这个无核的卵细胞中，实行细胞融合。然后将由此形成的新的胚胎移植到另一只绵羊体内，让它产下新的后代。新培育出来的“多利”呈白色，表明它的遗传性状是由白品种绵羊的体细胞核决定的。“克隆”是英语单词CIone的音译，也译为“无性繁殖系”：生物体通过体细胞进行的无性繁殖以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群。克隆动物是通过无性繁殖形成动物甚至高等哺乳动物的后代。克隆高等哺乳动物的成功，突破了哺乳动物有性繁殖的自然模式，开创了哺乳动物无性繁殖的技术模式或人工模式。它的实际应用也会带来巨大的经济效益
41、与社会效益。例如：它是园艺业和畜牧业选育遗传性质稳定的优质果树和良种家畜的理想手段。我们制备出具有特别医药价值的转基因动物后，就可以通过克隆技术，把它的基因组原封不动地复制出来。三、人类基因组计划DNA即脱氧核糖核酸贮存着人体的遗传信息。人与人之间的DNA序列，大约有0.1%的差异，即每个人的DNA大约有300万个核甘酸的序列不同。所以人类的DNA序列既有统一性，又有多样性。人与人之间的DNA序列不可能完全相同，都有各自的“个性”，就像人们都有10个手指，但各人的指纹都不相同。DNA的总和是基因组，基因是DNA片段。基因是决定物种生命现象的基本因素。人类的基因组大约有30亿碱基对，分布在23对
42、染色体上，其中含有大约3万3.5万个作为生命活动基本单位的编码基因。每个人体的所有细胞中的DNA分子基本相同。人体的各种性状与生老病死一定程度上皆由基因决定。1990年前后，美国国会决定用30亿美元来测定人的基因序列和位置，其目的是认清人类的整个基因组,这就是举世闻名的人类基因组计划。我国科学家承担了其中1%序列的测定工作。此项计划已在2000年基本完成。有人把这项计划和“曼哈顿”原子弹计划、“阿波罗”登月计划并称为人类的三项伟大计划。有人则认为人类基因组计划的意义更为重大，人类将进入基因世纪。诺贝尔奖获得者杜伯克说：“人类的DNA序列是人类的真谛，这个世界上发生的一切事情，都与这一序列息息相
43、关。”基因组计划的工作主要有： 基因定位，测定每个基因在基因组中的位置； 基因作图，把每个基因都标在一张图上； 基因克隆，把这些基因一个个取出，在试管内扩增放大进行研究。基因有结构部分和调控部分。结构部分发生变化,相应的蛋白质也会变化。调控部分涉及基因是否在这个细胞中表达以及表达的程度。DNA信息转录为RNA信息，再转译为蛋白质信息，就是基因表达。弄清了人的基因序列，可以进行基因诊断，弄清什么基因出了问题，找出致病基因，了解它的结构与表达方式，可以预防疾病。联合国大会于1998年11月27口批准的人类基因组宣言提出了人类的尊严与平等、科学家研究自由、人类和谐、国际合作等原则。宣言指出：人类只有
44、一个基因组，无好坏之分，也没有“正常基因组”与“疾病基因组”的区别，反对基因歧视。任何有关基因组的研究，都必须以尊重个人的权利、自由与人格尊严为前提，保证“知情同意”。每个公民也应对人类基因研究作出贡献。全面认识人类基因组研究的利益与风险，使这项研究及其应用为人类造福。四、细胞工程概念：是按照人们的设计，应用细胞生物学的理论与方法，有目的地改变细胞遗传结构，培育出人们所需要的动植物品种或具有某些新性状的细胞群体的技术。最小组织单位：生物体的细胞。主要内容：细胞培养、细胞融合、细胞重组、遗传物质转移。1 .细胞培养就是把细胞从生物体内取出，接种在特制的培养容器内，创造细胞生长所需要的各种条件，使
45、细胞在培养容器内继续生长与增殖。细胞培养是细胞工程的一项基本技术。细胞在体外培养成功的关键是为细胞提供合理的营养和生长环境。2 .细胞融合在一定的条件下，将两个或多个不同种类的细胞融合为一个细胞的过程。我们通过生物学、化学或物理学方法，使两个不同种类的细胞融合在一起，从而产生出具有两个亲本遗传性状的杂种细胞。3 .细胞重组在体外条件下，从活细胞中分离出各种细胞的结构组成的“部件”，再把它们在不同细胞之间重新装配组合，成为具有生物活性细胞的技术。按照人们的设计，这样的细胞就会具有人们所需要的新的属性与功能。如果把一个细胞中的细胞核转移到另一个去核的细胞中，就称细胞核移植技术。利用核移植进行动物的
46、无性繁殖方面的实验：科学家把灰鼠的胚胎细胞核移植到除去精核和卵核的黑鼠的受精卵内，经过几天的体外培养形成胚胎后，再移植到白色雌鼠的子宫内发育，生出来的移植核小鼠仍是灰色的。这表明动物的性状是由细胞核决定的。由于核移植可以重复进行，所以我们可以增加无性繁殖后代的数量。目前，细胞核移植技术已在乳牛等家畜的繁殖上产生了经济效益。4 .遗传物质转移技术遗传物质转移技术主要指在细胞水平上的基因转移，也可以看作是一种基因工程。前面所说的细胞水平上的转基因技术，都属于遗传物质的转移技术。维尔穆特培育“多利”成功，人们就很自然地关注是否应当克隆人的问题，这引起了多方面的争论，目前已有一些国家用法律手段禁止克隆
47、人的研究。五、酶工程酶是一种存在于生物体内具有催化功能的蛋白质。酶是生物催化剂，是最重要的生命物质之一生物体内的新陈代谢、自我复制以及物质的合成、分解和转化都需要酶的催化作用。同一般催化剂相比，酶具有很多优点：酶的本质是蛋白质，具有蛋白质的一般性质。酶具有高度的专一性，不同的酶往往只对某一类的物质有催化作用，并生成一定的产物。在常态下酶就可以使化学反应高速进行，其效率通常比一般催化剂高10以倍。酶工程：指利用酶的催化作用，将相应的原料转化成所需产品的工程技术。主要包括：各种酶的开发和生产、酶的分离和提纯、酶或细胞的固化技术。酶在生物体外有两种存在形式：酣制剂：这是酶的提取物经干燥后所得到的产物。酶制剂一般是水溶性的，只有在水溶液中才会起催化作用，并且易受外界因素影响，性能不稳定，往往会很快失去活性，反应后又不能回收，其应用受到很大限制。固定化生物催化剂：包括固定化酶和固定化细胞。这是用各种手段把酶固定在一定的物质载体上面，使其不溶于水但仍具有催化作用的酶。这种载体就称为固定化载体，它是酶或细胞进行固定化的支撑物质。优点：具有较高的稳定性，可以反复使用，便于严格控制，便于生产的连续
