第一节微电子与计算机技术(14)

专业知识

电路的尺寸会因为间隙过于狭小而面临相互干扰、散热困难等难以逾越的障碍，使得传统微电子晶体管的基本工作原理不再适用，达到了器件的物理极限。因此，100纳米常称为“0．1微米界”。

为保持计算速度和存储容量仍以现有的速率提高，必然要求晶体管技术有所变革，提出纳米电子晶体管的新设计。纳米技术中最基本的概念就是原子可以离散地组织在一起。这就意味着物质可以被当作若干个能够自我复制的微型机器来操作。如果能够把物质中的细小微粒应用到智能化的机器当中，可能使计算技术发生翻天覆地的变化。电子纳米计算机仍然是以电子储存和运动来处理信息。作为晶体管的替代物，许多新的纳米级器件都采用量子效应来控制电子的运动，以便避开对体效应晶体管过度缩小的做法。电子式纳米计算机可能会是现代计算机继续发展达到的下一个目标。

(3)生物芯片。生物芯片技术的出现是微加工工艺、有机化学、分子生物学和遗传学等学科相互结合、相互渗透的结果。许多这样的设施和技术都利用了在过去40年中由半导体工业发展起来的现已较成熟的微加工技术。通过微加工技术和微电子技术在固体芯片表面构建的微型生物化学分析系统，将现在生命科学研究中许多不连续的、离散的分析过程，如样品制备、化学反应和定性、定量检测等手段集成于指甲盖大小的硅芯片或玻璃芯片上，使这些分析过程连续化和微型化。也就是说，将现在需要几间实验室、检验室完成的技术，制作成具有不同用途的便携式生化分析仪，使生物学分析过程全自动化，分析速度成千上万倍地提高，所需样品及化学试剂则成千上万倍地减少。它将彻底改革研究所和临床诊断实验室进行许多重要的分子生物学实验、鉴定及检测时所使用的方法。

生物芯片技术将给21世纪生命科学和医学研究带来一场革命，用它制作的“微机”必将代替人类进行复杂的检验工作。在不远的将来，用生物芯片制作的微缩分析仪将广泛地应用于分子生物学、医学基础研究、临床诊断治疗、新药开发、司法鉴定、食品卫生监督、生物武器战争等领域。

国际权威杂志认为，“微处理器使我们的经济发生了根本改变，给人类带来了巨大的财富，改变了我们的生活方式。然而，生物芯片给人类带来的影响可能会更大”。许多专家探讨利用生物芯片、神经网络芯片等来实现计算机发展的突破。生物芯片源于脱氧核糖核酸(DNA)的研究，其双螺旋结构与计算机的二进制相近，如果利用生物这一结构作为信息的载体，将引起新的技术革命，人类将进入生物计算机时代。信息社会的灵活运转是建立在芯片的高集成度基础上。生物芯片虽也可高集成度，但目前人类尚缺乏对生命信息复杂性的高度概括力，生物芯片只是对重复性工作的化简，一种以空间换时间的工作策略，研究出个性化、智能化的生物信息载体还需要走遥远的路途。

(4)可穿戴计算机。近年来，由于“移动计算”和“移动网络通信”应用需求的牵引和计算机技术的快速发展，可穿戴计算机 (wearable computing)备受世界各国关注，并迅速得到了发展。

顾名思义，可穿戴计算技术就是把计算机“穿”在身上进行应用的技术，通过微小型设计和合理的布局，将各模块分布到人体的各个部位，从而能时刻伴随使用者的计算机。它与人相结合，通过无线传输构成一个移动节点，实现移动网络计算。可穿戴计算机系统实际上既是一个实时的信息处理系统，又是一个“人机结合，以人为本”的集合体。

目前，一个基本的可穿戴计算机系统主要包括微型计算机、头戴显示器、微型摄像头、GPS(全球卫星定位系统)、耳机、话筒、无线电台、手写输入板、电池等，所有设备分别戴在头上和装在衣服口袋里。系统的基本工作方式是：通过摄像头摄取图像，通过话筒和手写板分别输入语音和文字，计算机将声、图、文信息进行压缩加密后，通过电台传到另一节点或处理中心；然后，电台接收另一节点或处理中心传来的声、图、文信息并送到计算机，经过解密和解压缩后，再分别传送到显示器和耳机，可通过手写板和功能键实现简单操作。