2023年算机工程遗传工程和核工程.docx

现代科学的里程碑 [计算机工程，遗传工程和核工程被认为是20世纪中伟 大的科技成就。它们极大地改变了，并将继续影响人类 文明的进程] 计算机工程 1．计算机工程包括对计算机系统的开发和应用。这种 计算机系统在称为程序的一套指令的控制下，执行诸如 数学计算或电子通信等任务。程序通常贮存在计算机中， 计算机的电子器件会对其进行检索和处理，程序结果会 被存起来或传给输出装置，如视频显示器或打印机。人 们运用计算机进行各种各样的活动，它可靠，准确而且 快捷。 计算机系统的开发 2．计算机可分为三代。第一代基于真空管构成，使用 磁鼓作为内存储器，磁带作为外存储器。这一代计算机 与现代的计算机相比，运行速度慢，而且体积庞大，需 要把数据送到机器所在地。在1959年使用晶体管的第二 代计算机出现了。它使用由弯成小框框的磁性材料重叠 形成的磁芯作为内存，于以前的存储方法相比，这种存 储器速度有很大的提高，体积缩小了很多。与磁带系统 相比，其外部存储器也增加了速度，具有更大的“连 机〞功能。1964年，第三代计算机开始出现。这些计算 机使用集成电路，增加了处理能力，减小了体积，同时 集成技术也使内存处理能力提高了。 计算机功用的范围 3．计算机大小不一，功能各异。最小的计算机安装在 电视或手表等电器的电路中。典型情况下，这些计算机 为了执行某一特定任务，比方调至某一特定电视频道或 保持准确的时间，而被预先编程。 4．可编程的计算机在运算能力，速度，存储容量和体 积大小方面变化极大。最小的这种计算机可持于手中， 称作个人数字化助理(PDAs)。它们可用作记事本，日程 安排系统和通信簿。如果再配上一个移动 ，无论身 处何地，它们都能和全球计算机网络相联进行信息交流。 5．典型情况下，商务上和家庭中使用膝上和个人 在计算机网络上进行通信，进行文字处理，跟踪金 融行市以及玩游戏。这些拥有大量内存来存储成百 上千的程序和文件。它们配备有键盘，鼠标，轨迹球或 其他指针设备，还有一个视频显示器或液晶显示器(LCD) 来显示信息。一般情况下，膝上的软硬件与个人电 脑的相类似，但膝上更加紧凑，而且拥有重量轻的 平面液晶显示器而不是视频显示器。 6．工作站与个人类似，但内存更大，数学计算能 力更强，它们与其他的工作站或个人相联以交换数 据。工作站一般用于对计算能力要求较高的科学、工业 和商业环境中。 7．大型机与工作站相比，内存更多，速度更快，容量 更大，而且可被众多用户通过一系列互联的计算机共享。 大型机能控制商业和工业设施，也用于科研。功能最为 强大的大型机称作巨型机，能够处理复杂和耗时的计算， 如用于天气预报的大型机。大的商业和科研机构以及军 方都采用巨型机。有些巨型机有多套中央处理器。这些 机器把一项工作分为很多小的局部，每个中央处理器处 理一份，这样就提高了总体速度和效率。这种机器被称 作并行处理器。 未来的开展 8．计算机功能的增强和它的多样性简化了日常生活。 不幸的是，当计算机的运用变得越来越广泛的时候，计 算机被滥用的时机也越来越多。计算机黑客---- 非法 进入计算机系统的人---- 常会侵犯他人隐私，窃取或 毁坏记录。称为病毒或虫子的程序可以复制，并会从一 台机器传染到另一台机器，删除信息或引发计算机故障。 个别人依仗计算机，采用电子方式盗取资金或更改信用 记录。新的道德问题也出现了，比方如何管理互联网和 万维网上的资源。个人，公司和政府正通过开发更优良 的计算机安全系统和实施法规制度着手解决这些问题。 9．计算机将会变得越来越先进，也越来越易于使用。 可靠的语音识别将使计算机操作更简单。虚拟现实，即 运用人体的所有感官与计算机进行交互反响的一种技术， 也将帮助改善人机间的交流。虚拟现实程序语言的标准 称作虚拟现实模型语言〔VRML〕，目前正被开发用于万 维网。 10．计算机用户和网络间的通信将得益于新技术，如宽 带通信系统能传输更多的数据，能更快的把信息传输给 不断在数目和类型上增多的宠大的互联数据库，并从中 提取信息。 遗传工程 11．遗传工程就是改变有机体的基因或遗传物质以除去 不需要的特性或产生所需的新特性。基因工程用于提高 动植物食品产量，诊断疾病，改良医疗措施，生产疫苗 和其它有用的药品，以及帮助处理工业废品。基因工程 中的技术有动植物选种，杂交(不同的品系或物种间的 繁殖)和 DNA重组。 选种和杂交 12．选种和杂交这种基因工程技术已经使用了几千年。 动植物选种用于提高粮食产量。比方谷物选种可增加谷 粒的大小和颗数；对牛猪进行选种以提高牛奶产量和肉 产量。杂交包括跨品系或物种的杂交，把两种物种的最 为需要的特性组合在一起，比方马驴杂交产出骡子。 重组DNA 13．一项称作核糖核酸〔DNA〕重组或基因组合新技术 可让科学家直接把一个生物体的基因与另一生物体的基 因相联从而改变生物体的基因。当所产生的重组DNA加 入另一生物体后，会永远改变该生物体的基因组成，并 改变它的细胞所产生的蛋白质。这一改变也会遗传给基 因已经改变的生物体的后代。 14．重组DNA的技术通常要把所需的给予体的基因和媒 体〔携带给予体的DNA到主体的有机体〕的DNA进行组 合，典型的主体是一个无害的细菌，它通过再生可复制 重组的DNA，并产生出大量的所需的蛋白质。有时裸露 的DNA通过注射到可再生的细胞之内，可以直接参加到 一个有机体中。含有重组DNA的动植物被称作转基因生 物体。 15．重组DNA已经用于给庄稼以防植物病毒的免疫能力， 可使庄稼防霜冻，以及延长果实成熟期以延缓果实变质。 在鱼类中，鳟鱼的生长激素可用基因的方法转移到鲤鱼 中使鲤鱼长得更大。重组DNA可用于制造牛somataotr- opin, 基因已经改变的细菌能用于分解垃圾和石油制品。 16．基因克隆可以列为涉及重组DNA技术的最为重大的 成就之一。这个过程已经可以让研究者复制出无数的来 自包括人类的其它生物体给予的基因。为进行基因克隆， 研究者首先利用一种称为限制endonuclease 的菌酶， 从给予体细胞中取出一片含有相关基因的双绞带DNA。 限制endonuclease可以被认为是一个生物剪刀，每一 种酶会剪下由一系列四个或更多的核苷酸确定的特定 地址上的DNA。 争论 17．重组DNA技术的批评家们担忧会意外制造出有害疾 病的生物体，让食物中带有细菌病毒体，以及转基因物 种会取代各类自然植物。已有规定限制重组DNA的研究。 生产转基因生物体的道德性，对有机体申请专利的适当 性和基因疗法的有效性等问题仍然悬而未决。 18．核工程关心的问题，是对从核反响中释放出的能量 和核辐射的控制与利用。它包括对核反响堆，海军动力 反响堆，核燃料循环设施和放射性废料设施的开发，设 计和建造；开发和生产核武器以及放射性同位素的制造 和应用。 核电 19．核工业最大的进展就是核电站的开发。据估计，到 2023年时，全世界三分之一的电能将来自核电站。 20．几乎所有运作中的或建造中的商用核电站都使用热 反响堆。它们之所以被称作热反响堆，是因为核燃料被 中子〔撞击〕裂变，这些中子被一种减速剂减速，直到 中子和减速剂到达热平衡。热水反响堆和压水反响堆是 两种全世界使用最多的核电反响堆。这两种类型都被称 作轻水反响堆。在这些反响堆中，水既是减速剂又是冷 却剂。在热水反响堆中，反响堆核中通过直接把水煮沸 产生蒸汽。在压水反响堆中，蒸汽是通过外部的蒸汽机 而非由内核产生，内核中处于压力之下的冷却剂无法沸 腾。其它的核电反响堆包括英国使用的以石墨为减速剂， 气体为制冷剂的反响堆，以及加拿大所使用的高压重水 反响堆。 21．人们所期望的核电的一个重大的进步是继续开发液 态金属快速反响堆。有几个国家开发和部署液态金属快 速反响堆的方案正在付诸实施〔这个反响堆由液态金属 锂制冷，裂变由快速中子引起。这种反响堆被称作增殖 反响堆，是因为它产生的核燃料多于它所消耗的燃料。 〕增殖反响堆中的燃料的利用效率是是轻水反响堆的60 多倍。据估计，如果没有这种增殖反响堆，全世界用于 核电站的可裂变的物质资源在几十年内就会耗完。有了 增殖反响堆, 提高了燃料的利用率，核电站即可在几个 世纪内满足全世界的用电需求。 海军核动力 22．利用核反响堆作为海军战舰的推动力已经给全世界 的海军作战带来了一场革命。大不列颠，法国，中国， 美国，俄国和乌克兰等国的海军都装备有核战舰，它们 被认为对其国防至关重要。核战舰的高速运行几乎不受 什么限制，也不需任何燃油。在Nautilius 舰1954年 的处女航之后的25年中，美国海军的核战舰游遍了全世 界的海洋，航程达80,000,000多公里〔50,000,000多 英里〕，相当于一个核电厂运转25个世纪而未发生任何 核反响堆事故。到了20世纪80年代中期，美国超过40% 的战舰都是以核能为动力的。 23．核武器如裂变核武器(原子弹)和聚变核武器(氢弹) 以及裂变-聚变复合核武器都是世界核武库的一局部。 核工程师们以各种各样的方式参与武器方案方案，比 如，一个大型核武器系统的研究，开发，设计，制造， 生产，测试，维修和监控。 24．核反响堆可产生500多种同位素。这些同位素的生 产，包装和应用已经成为一大产业。它们用于心率器， 医疗研究，医疗器具的消毒，工业中的跟踪器，X射线 仪器，塑料特性的改良，保存食品，以及发电机的能 源。 25．核废料可以分为两类：低毒害废料和高毒害废料。 低毒害废料来自于核电设施，医院和研究机构，包括以 下物品：被污染的衣物，擦布，工具，试管，针头和其 它医用研究物品。处理低毒害的废料时，先(把它们弄 碎)减小废料的体积，然后将废料装入防泄漏的容器中， 并瘵容器放入低毒害废料处理站的用土覆盖的壕沟中。 这种处理站应该受到不间段的监控，以检测任何放射性 物质的转移。高毒害废料具有极高的放射性，来自于对 使用过的燃料元素的化学再处理和武器方案方案。 26．在20世纪末，很多国家正在估价潜在的核废料处理 站，并正在开发最终存放废料的技术。所有这些国家正 在准备处理高毒害性的废料。所有的国家都已经确认， 生态组成(这种方法)似乎在技术上是一种可行的(废料) 贮藏方式。1982年，美国国会通过立法，建立了程序， 用于选择、开发、批准和建造安全、永久性的高毒害性 废料贮藏地。