作者：读书堂
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新版二十一世纪中小学生素质教育文库（）信息时空试读：
内容提要：
说起航空飞行器，人们一定会禁不住首先想起飞机。而谈起飞机，你一定会如数家珍、兴味盎然地娓娓道来：什么“幻影2000”呀！波音747呀！歼八战斗机呀！B—2隐性轰炸机呀！等等。其实这些飞机不过是飞行器的一部分，更确切地说，它只能算是航天飞行器的一部分。因为单讲飞机，大家熟知的美国“奋进号”航天飞机、“哥伦比亚号”航天飞机，也是飞行机器呢。不过它却是另外一个新的家族，因为它主要是在太空中飞行，而不是在湛蓝湛蓝的天空中翱翔。——那么，到底什么是航空飞行器呢？
信息史话
人类的信息交换是从什么时候开始的，很难说出一个确切的时间。但可以这样说：自从有了人类也就有了人类交换信息的活动。人类利用信息是和人类发展史同时开始的。早在原始社会，人类与信息就已形影不离了。原始人在森林中探索各种猎物的信息，以维持人类自身的生存和发展。
人类不仅自古以来就在利用信息，而且很早就对信息有了初步的了解，也就有了远古的通信方式。有文字可考的邮驿史，可以追溯到公元前14世纪，那是殷商时代。根据出土的甲骨文记载，殷商时代，边境派将士防守，并且设置大鼓，一旦出现敌情，守将就命令守兵击鼓传信，鼓声频传，一站接一站，把敌人入侵的紧急军情向天子报告。甲骨文上的这些记述，证明我国早在距今3400年前，就已经出现了有组织的通信活动。在东周时期，我国就有了“烽火告警”的创举。烽火台呈方形，用砖砌成，大约高出地面七米左右。平时，烽火台上堆满了柴草和干草粪。如果外敌入侵，就把当地烽火点燃起来，火光冲天，黑烟滚滚，目标十分明显，远远就可以看到。这样邻近的烽火台看到以后，相继点燃烽火。军队看到烽火信息后，就立即出兵迎敌。这就是最古老的光通信方式。
古代人们就知道信息可以被存贮。于是，就有了所谓“结绳记事”之类的传说。
随着人类社会的发展和科学技术的进步，信息也得到相应的发展。人类先后发明了电报、电话、通信卫星等等现代无线电通信设备，特别是计算机的发明，给信息科学带来一次革命，它加速了社会的信息化。
我们的日常生活，每天都与信息休戚相关。如给朋友写一封信，你告诉他，关于你的学习、工作、生活或其它方面的信息；我们通过电视看在美国亚特兰大举行的第26届奥运会的开幕式上精彩的表演；我们通过收音机，听到最新流行歌曲等等，这就是我们通常所说的消息，它是信息的含义之一。
我们可以把两点之间的通信以及信息在其间的传送情形，作出如下归纳：
甲经过传送体把某种信息传送给通信者乙，发出信息者甲在信息论术语中称为信源；接受信息的通信者称为信宿；传送体称为信息传送的通道，简称信道。通信的双方互为信源和信宿，双向通信。如果发出信息之后并不要求对方把反应的信息送回来，信息只朝一个方向传递，就成为单向通信。单向通信的接收者可能不止一个人，这种通信称为广播。
由此可见，写书信、拍电报、带口信、打电话、发传真等等，通信双方都是人，不过，传送体不同，带口信传送体是人；写书信传送体是邮政系统；拍电报、打电话、发传真传送体是电报、电话及传真系统。
再如发口令、喊号子、打拍子、音乐指挥等等，也都是某种形式的通信，作用都是把一方的某种信息传送给另一方。
以上所述都是人与人通信。除此之外，还有人与自然、人与机器及机器与机器、生物与生物之间的通信。如人们通过感觉器官感受外界环境变化的信息为人与自然的通信；医生从心电显示仪取得患者心脏病状况的信息为人与机器的通信；自动控制设备根据检测仪表送来的数据信息去调整被控设备的状态为机器与机器的通信；雌性昆虫能够不声不响地把远处的雄性昆虫招引过来为生物与生物的通信等等。
雌性昆虫招引雄性昆虫，是由于它散发出来的昆虫性信息素的魅力。这类信息素是昆虫间特别敏感的通信语言，是昆虫赖以实现交配繁殖、传递警报、觅取食物的主要手段。
本世纪30年代，德国科学家曾经从50万个雌性蚕蛹中，分离提取出昆虫性信息素。他们把这种化学物质放在窗口，连远在四公里外的雄蛾，都闻到气味，受到诱惑，寻踪觅迹，扑向窗口，来寻求雌蛾配偶。
昆虫是如何受到诱惑的呢？多数昆虫都有触角。昆虫接收信息的能力，与它们触角的形状、大小和构造有关。昆虫信息素的分子在空气中扩散很快，这种分子的振动和旋转会产生电磁波。因此信息素分子就像微型电磁波发生器，向其周围发出极微弱的电磁波。而昆虫的触角就是电磁波接收器，在触角上布满了不同大小和形状的感觉毛，这些感觉毛，又好像是电视机上的天线一样，能够接收特定波长的电磁波，并且发生谐振。
由于各种昆虫的信息素产生电磁波的波长并不相同，所以，一种昆虫的信息素只对同种异性的昆虫具有魅力，最容易被它们接收并感知，诱使它们去寻伴觅侣。
科学家对昆虫信息素进行了大量研究，可以提取、合成信息素，从而利用信息素诱捕害虫，聚而歼之，直接达到消灭害虫的目的；同时，以假乱真，干扰雄虫求偶。
遗传，使生物世代相传，保持了各自的特性。而遗传也是信息的转移。无论是动物、植物，还是微生物，都把自己的遗传信息像拍电报一样，传给下一代。这种遗传信息叫做“遗传密码”。下一代接受了这些信息，生长发育，世代相传，所以才有“种瓜得瓜，种豆得豆”之说。
信息是作为人类感知而存在的。我国古代有这样的警句：“往者不可谏，来者犹可追。”说明过去的事情无可挽回，但它可以作为今后借鉴；未来的事情还没有实现，可以借助已有经验，努力去争取美好的结果。人类正是从不断认识的过程中，领悟出事物的一般规律，指导自己今后的行动，控制未来事物发展的进程。用信息论的术语讲，就是不断地从外部取得有用信息，加以分析、归纳和处理，得到对于外部世界的规律性认识，从而调整自己改造世界的行动，达到征服自然、改造世界的目的。由此可见，信息在人类认识世界和改造世界的过程中，起着十分重要的作用。
任何生物如果完全不能从外部取得必要的信息，它就无法感知外部世界的变化，当然就不能作自我调整，改善它与外部世界的关系，来适应外部的变化，这样的生物必然受到自然的淘汰而无法生存，更无从谈到改造外部世界了。我们由此可以说，具备从外部世界获取信息和利用信息的能力，是一切生物得以生存的必要条件。
知识也是一种特定的人类信息，是整个信息的一部分。在一定的历史条件下，人类通过有区别、有选择的信息，对自然界、人类社会、思维方式和运动规律进行认识与掌握，并通过大脑的思维使信息系统化，形成知识。知识是存在于一个个体中的有用信息，这是人类社会实践经验的总体，是人的主观世界对客观世界的真实反映和理论概括。所以，社会实践是知识的源泉，信息是知识的原料，知识是系统化的信息。
我们清楚地认识到，信息与人类的关系十分密切。实际上，作为通信消息的信息，我们每天都同它接触。除了书信、电报、电话、电影、影碟、广播、电视、音乐、戏剧等等之外，我们每天同许多人交往、阅读新的书报、接触新的知识、积累新的经验。作为运算和处理对象的信息，我们也极其频繁地同它打交道。如科研工作者每天都要在计算机上处理大量实验数据，分析结果，获得有用信息，并存贮起来，以便进一步研究。作为感知来源的信息，人人与之形影不离。我们的感觉器官无时无刻不在感觉信息，我们的头脑不时地进行思维。我们的眼、耳、鼻、舌、身接收和处理信息的过程，往往是在“不知不觉”中进行和完成的。
总之，人类在信息的海洋中生存和发展，信息渗透到人类活动的一切环节之中，我们正生活在一个充满信息的世界。
人类离不开信息
信息论浅说
信息论是研究信息的基本性质及度量方法，研究信息的取得、传输、存贮、处理和变换的一般规律的科学。信息论是由通信的发展中产生的，它已渗透到了化学、物理学、生物学和心理学等许多领域，随着计算机技术的发展，信息的处理和利用也有了飞速的发展，人类对信息重要性的认识，也在逐步深化。
1924年，奈魁斯特等人研究了通信系统传输信息的能力，并试图度量系统的信息量，开始了现代信息论的研究。1947年，美国数学家诺伯特·维纳研究自行火炮，发表了题为《控制论》的专著，提出了控制论。1948年，美国数学家克芬特·仙农研究密码通信，发表了他的著名论文《通信的数学理论》，奠定了信息论的基础，第一次把信息通信领域的概念确切化了，而且从
概率论
的观点，提出了信息量的概念。他所建立的信息论包括三大内容，指的是信源理论
、信道理论
和信息失真函数
理论。这些理论立足的基础是概率论。概率论我们知道，太阳会由东方升起，水在100℃时沸腾。这些事物，是确定的，我们称它为确定性事物。而另一些事物，则并不确定。如每天学校有多少人在食堂吃饭、每天在校招待所居住的旅客数等等。这类事物随时变化，所以称为随机事物。随机事物，看起来似乎杂乱无章，其实有它的内在规律，就是概率分布。概率论就是研究随机事物统计规律的数学理论。例如，你在一个水平平面上抛掷一个质地均匀的钱币，一般来说，它有两种可能的结果：出现正面或出现反面。对于每次试验，只可能出现这两种结果中的一种，二者必居其一。概率论告诉我们，当你在同样的试验条件下重复抛掷的次数N足够大时，出现正面和反面的次数各为N/2。且N越大，这个结果越准确。信源理论
信源就是信息的发源地。仙农在信源理论里，首先就规定了信息量。日常生活中，我们常说：“这个消息十分重要”，“这个消息谁都没有料到”，等等，用这些话来描述消息的重要程度，这就是说，有的消息包含的信息量多，有的消息包含的信息量少。那么，怎样来衡量呢？
直观上，如说，“人会跑步”，“地球围绕太阳转”，这些话，都是大家所知道的、完全确定的消息，没有不确定性，这些消息中的信息为零。如果说，“现在，学校操场上有人在跑步”。这样的消息，有二种可能：有人在跑步或没有人跑步，也就是说发生这件事的概率为二分之一。你要是第一次听到这样的消息：“我国游泳运动员乐靖宜，在亚特兰大第26届奥运会上夺得金牌。”这个消息就包含信息量大。因为许多国家的运动员都想夺金牌，奥运会上运动员水平都很高，谁能最终夺金牌？那是不确定的。这就是说一件极为罕见的事件，信息量比普通事件的信息量大。
也就是说，出现概率小的事件，传递的信息量多；出现概率大的事件，传递的信息量少，信息量是概率的单调递减函数。根据仙农的规定，一个消息所荷载的信息量，等于它发生概率倒数的对数，即：
在这个式子中，I就是信息量，P是事件发生的概率。如果对数以I为底，则信息量的单位是比特，如果对数以自然对数p为底，则信息量的单位为奈特。信道理论
我们知道，信息的流通，必须通过信道。研究信道的目的，在于使信道中能传输和存贮大的信息量。也就是研究信道的容量问题，以便挖掘信道的潜力。任何一个信道，都有它的容量，换句话说，存在着一个最大的传信率。这就好比一条公路，在一定条件下，有一个最大通过能力。仙农信息论告诉我们，只要传信率低于信道容量，总可以经过适当的编码，无差错地在信道中传输。把每秒钟传送的信息量叫做传信率，即通信速度，以R表示：失真函数
研究通信速度的失真函数问题，在于探明在限定的失真条件下，最低需要多少传信率，才能传送信源的信息。换句话说，在允许的失真范围内，要把信源的信息完全传送出去，这种情况下所要求的信道容量，最小应该是多少。由于用到数学知识较多，在此不再深谈。
仙农为信息论打下了一个良好的基础，但这个理论主要是针对通信问题提出来的，有它的局限性。习惯称仙农信息论为狭义信息论。
随着科学技术的发展，信息论也飞速发展。它的应用范围扩大，如模式识别、自学习自组系统、语言学、经济学、社会学等与信息有关的领域。同时，信息论也发展成为广义信息论。
信息论的特点
客观世界的三大要素是物质、能量和信息。人类认识物质和能量要早一些。宇宙中万物变化、生物的生长、人的行为、生命的遗传、自动机械和计算机的工作等等，都离不开信息的传送、存贮、处理和利用，无不和信息密切相关。但是，信息的重要性，却长期没有受到人们的重视，虽然人们无时无刻不在交换、存贮和利用信息，却往往是不自觉地盲目进行，充其量也只是半自觉地进行的。
什么是信息？关于信息的定义大约有四十多种，真是众说纷纭，没有一个一致的说法和看法。我国《辞海》中信息一词注释为：“信息是指对消息接受者来说预先不知道的报道。”英国的《牛津字典》对信息注释为：“信息是谈论的事情，新闻和知识。”从另一角度来说，数学家认为信息就是概率论；物理学家认为信息就是负熵；通信专家认为信息是解除不定度。当然，以上说法由于立足于各自专业领域，难免又各有各的局限性。
信息论与控制论的创始人之一，美国著名数学家诺伯特·维纳认为：“信息就是我们在适应外部世界和控制外部世界的过程中，同外部世界进行交换的内容的名称。”这是对信息概念比较明确的论述。
事实上，人类在与外部世界发生联系的过程中，交换的内容相当复杂，形式也非常多。例如，人类可以把自然界的物质（食物）转化为自身的物质（如肌肉、体质），把自然界物质的能量转化为自身的能量。人类可以感觉出环境温度变化，随时增减衣服。但是，物质和能量并不是信息，这正如维纳本人所说：“信息就是信息，既不同于物质，也不是能量。”虽然，信息不是物质和能量，但却与物质和能量密切联系。我们注意到人类从外部世界所摄取的一类内容，就是外部世界各种事物运动变化着的状态及其规律，即知识。信息就是关于事物运动的状态和规律。我们前面提到的消息、广告、报道、新闻等等，都是关于某种事物运动的状态和规律，关于某种事物运动的知识。而世上万物都在不停地运动变化、生生不息。可见，信息普遍存在，它对人类的生存和发展至关重要。
信息是世上万物联系的桥梁，人类能够对自然资源进行开发，首先是由于这些物质资源能够发出信息，而人类接收到这些信息加以利用。人类就能够认识天体、微观电子，也都依赖于它们所发出的信息。当然，我们研究天体，并不需要全体天文学家亲自遨游太空，只要利用科学仪器或少量学者取得的足够的信息就可以解决问题；研究电子学，也并不需要电子学专家都去做显波器，只要利用现有信息和设备就能解决一般科研问题。
信息虽早已存在，但信息问题一直没有引起人们认真的注意。到了近代，由于生产力的发展，科学技术的进步，人类与自然界的斗争发展到更高级的阶段，人类本能的（即依靠人体本身的感觉器官与思维器官）接收信息和处理信息的能力已经不能满足人类改造自然的需求。特别是近代无线电技术、计算机技术的飞速发展，给通信带来彻底的革命。例如，人们要到月亮上做研究工作；人们要研究更深层次的微观世界；人们要迅速准确地传递大量的数据，人们要在地球一边收看另一边的电视节目……这时扩展人类接收信息和处理信息的能力问题才逐渐引起人们的注意，对信息的研究才开始被人们重视，才产生了信息科学。
信息科学，就是研究信息的产生、贮存、传递、提取、交换、处理、控制和利用的科学。我们要了解信息，就应该了解信息的特性：（1）可识别性。自然界的信息，一直是客观存在的。人类仅可以通过各种仪器仪表运用各种检测手段，来感知它、接受它、进而识别它。对于不同的信息源，识别的方式和方法也不一样。比如，我们每天看书学习，就是通过看书，大脑思维来识别信息的过程。我们通过显微镜观察微生物，也是识别信息的过程。这样的例子在我们日常生活中非常多。（2）可传输性。信息具有通过各种介质传输的特性。人类在共同劳动和相互交往中，促进了大脑的发达，逐渐产生了语言和文字，使人类取得了大量的信息，推动了人类对自然资源的开发和利用，增强了人类改造自然、适应自然的能力。特别是文字使人类突破时间和地域的局限，能获取、流传和保存大量的信息。
19世纪以来，英国物理学家和数学家麦克斯韦就已预言了电磁波的存在，后来很快就得到德国物理学家赫兹实验的证实。直到马可尼、波波夫等人发明了无线电，从而使人类的信息交换速度惊人。由于电磁波的速度与光速相等，人类的信息传送，从此通向太空，通向浩瀚的宇宙！信息把地球上每个人联系在一起，信息使每个人与社会息息相关。目前，全球化的信息高速公路正在建立，建成后，将使地球上每个人联系更加密切，它将把人类带入信息时代。（3）可存贮性。“结绳记事”，是人类创造的最原始的存贮信息的一种方法。随着人类社会向前发展，科学技术的进步，信息的存贮方式也不断进步。纸的发明，使文字信息能够记录下来；印刷术的发明，使文字信息的大量复制变成现实；磁记录的发明，可用磁带录音、录象、记录数据；激光盘的发明，增强了信息存贮的容量，一张很小的激光盘，可以存贮半个小时以上的电视信息，相当于几万张彩色照片的信息量。（4）可处理性。信息处理，是指对信息的排序、归并、存储、检索、制表、计算，以及模拟、预测等操作。从人类来说主要是数值运算和非数值运算两种，后者更具有普遍性。电子计算机就是具有高度自动化处理信息的一种机器。它的出现，揭开了当代信息处理技术的新篇章。但电子计算机处理信息，要靠人编制软件来实现，它按照人们给定的程序，从给定的前提出发，进行非常复杂的推理和运算。它每秒钟可以进行几百万次、乃至几十亿次的字元逻辑操作。同时，计算机也是信息存贮的仓库。（5）可扩散性。信息不仅可以通过电磁波，以光的速度远距离传输，而且可以通过各种渠道，迅速扩散开来。信息越扩散，我们拥有的信息也就越多。比如，1984年，中国运动员许海峰在美国举行的第23届奥运会上，为中国代表团赢得了第一块金牌，很快在国内传开，这就是一个信息扩散的典型事例。（6）可共享性。同一场足球赛，一个人观看、一个城市的人看、一个国家的人看、或全世界的人看、都一样共享足球赛的信息。电视台播送的信息量，并不因为看球的人数增加，而有丝毫减少。这与物品不一样，一个苹果两个人分享，各得其半；如四个人分享，每人得四分之一；人数再增加，每人分得更少。（7）可替代性。在某些情况和不同程度上说，信息可以取代资本，并发展和延伸物质资源。工厂和办公室中的机器人和自动化设备正在有条件地取代脑力和体力运动，因此要求劳动力变换工种。如召开一次电话会议，要比让各地代表来北京开会节省许多时间和经费。利用信息，可以减少劳力和资本的消耗，信息可以替代物质财富。（8）可压缩性。我们能够对信息进行集中、综合和概括，以便于处理。人们能在一个理论中储存许多复杂的事例，可以分析大量的数据而引出一条公式，可以把许多从实践得到的经验总结写成手册。如听十分钟简明新闻，比听十分钟广播小说得到的信息量要大得多，原因是简明新闻已经过压缩。
了解信息的特性，我们在现实生活中就能更好地利用信息。我们所处的时代是信息时代，更加要求我们掌握信息，充分利用信息，以便节省人才和财力，提高我们的工作效率。
科技与信息
神奇的电报
前面我们讲到古代通信、“烽火告警”、邮驿制度等等，都是最原始的通信方式。电报的发明，是人类第一次利用电作为载体来传递信息，因而大大扩展了通信的距离，大大缩短了通信的时间。
早在1833年，在一艘由欧洲启航到纽约的游船上，一位乘客向大家介绍电磁铁新奇的功能：导线中有电流通过时，铁块就产生磁性，把大头钉、螺丝针、小铁片，统统吸住了。电源一旦中断，磁性吸力随即消失。这一情景触动了画家莫尔斯的灵感，使他对电磁学产生了浓厚的兴趣。当时他已40岁，莫尔斯决定改行去钻研电磁学。
他经过半年苦学，初步掌握了电磁原理。从前的画室，堆满了各种电工器材和工具，到处是导线、线圈和磁铁，他不得不节衣缩食，省下钱来购买实验用品。他试验一次接着一次，失败也一次接着一次。经过三年的摸索，耗尽了他的全部积蓄，电报机还是没有造出来。
1836年，莫尔斯穷困潦倒，不得不重操旧业，去一所大学担任工艺美术教授，来维持生计。失败，并没有使他失去信心。恰恰更加坚定了他的信念。他认真反省自己的设计思想，仔细地检查每个实验电路，终于诞生了新的想法。他在《科学手记》中这样写道：“如何利用神速电流？只要能让它不停地跑十英里，我就能让它跑遍全世界。突然切断电流，就能够产生电火花。电火花就是一种符号；没有电火花则是另一种符号；没有火花的时间长又是一种符号。这样，就有三种符号可以组合起来，代表数字或字母。它们的适当组合，就可以代表全部字母。这样，文字就能够由电线传送出去。其结果，我们就一定能够创造出可以在相隔遥远的两地迅速地互通信息、可以记录的新机器！”
莫尔斯的新设想，就是利用使电流交替地通电和切断所产生的不同信号，编制代表数字和字母的电码。这就是著名的莫尔斯电码，是电信史上最早使用编码。在这个电码中，点、划和空白是三种基本符号，点就是我们听起来“滴”的声音，划是我们听起来“达”的声音，空白是没有声音。又经过一年艰苦的努力，他终于研制成功一台传递电码的装置，他把这台机器正式命名为电报机。
利用电报机作长距离的通信试验，需要大笔的经费。这是莫尔斯微薄的收入所不能办成的事情。他带着发明到华盛顿，说服了国会投资架设一条连接华盛顿与巴尔的摩城的电报线路。在1844年5月24日，伟大的时刻到来了！莫尔斯在华盛顿的国会大厦联邦最高法院的会议厅里，百感交集，激动万分，用颤抖的手，向40英里外的巴尔的摩城，发出了人类历史上第一份长途电报。内容是：“上帝创造了何等的奇迹！”电报通信的时代就这样开始了。
奇妙的无线电
1895年，一位意大利青年马可尼，在意大利波伦雅（地名），夜以继日地进行系列试验。终于利用多路火花放电器等做成一台发射机，并且把金属屑检波器改装成接收机。这就是早期的无线电发射机。
1898年，马可尼制作了大功率的发射机，提高了接收机的灵敏度，使无线电波通信跨越英吉利海峡，为正在举行的游艇竞赛传递了比赛的消息。1901年，他终于使大西洋彼岸收到了无线电信号，实现了欧洲和美洲的直接通信。
从1838年莫尔斯用一对电线实现电报的传送，到1896年马可尼和俄国的波波夫同时完成无线电通信试验，经历了近60年的时间。20世纪以来，有线和无线通信各自沿着自己的道路不断地完善和发展。一方面是有线通信从明线、对称电缆、同轴电缆、波导发展到了光缆；另一方面是无线通信从长波、中波、短波、超短波、分米波、微波、毫微波发展到激光。
不可思议的电波
1875年6月，美国发明家亚历山大·格雷厄姆·贝尔设计出在环形膜片的中心，安装了电磁舌簧的送话器。人的声音，能使膜片发生振动，从而带动舌簧作相应的振动。振动的舌簧，通过电磁感应转换为各种电振荡。开始的电话机不很灵敏，试验很难成功。
1876年5月10日，贝尔在做试验，不小心把硫酸溅到脚上，他痛得大声呼叫：“沃特森快来帮帮忙！”这呼叫声，竟通过他的电话机传送出去了！他的助手沃特森正在走廊尽头的一个房间里工作，突然听到电磁电话里响起了贝尔的声音，惊喜地欢呼：“听到了！听到了！”但当时的电话体积大，而且发话人必须大声呼喊。现在由贝尔设计制造的第一台电磁电话机仍然保存在华盛顿历史和技术博物馆里。
1877年，爱迪生发明了磁精电话，比贝尔的话筒更加灵敏、有效。
1878年，沃特森在电话机上增加了磁性电铃，用户可以呼叫交换台，而交换台也可以呼叫每个用户。
1879年，卢赛薇尔特发明了挂钩开关器，当拿起话筒时，电话机自动接通，挂上时，话机又自动切断。
1891年，美国人史瑞乔发明了自动电话选择器，这是一种磁铁式的步进滑动接触装置，根据拨号盘发来的一个个电流脉冲信号，自动地上升、旋转、选择接线位置，自动接通所需的电话线路。
1960年首次试验的按键号盘，使用晶体管发出的音频，在启动交换器的功能方面，比机械拨号盘发出的连续脉冲要好。
随着科学技术的迅速发展，电话的品种增多，功能增强。出现了书写电话、电视电话、记忆电话等等。人们愈来愈离不开电话。电话使人们之间的距离变近了，时间变短了，工作和生活的节奏加快了。电话加速了时代前进的步伐。假设现在没有电话，那么，我们面前的世界将会怎样呢？
20世纪伟大的发明
——电子计算机1906年，德·符勒斯发明了三极管。开创了电子学的新时代。电磁波与电子学的结合，推动了通信的进步，发展了无线电广播、电视、雷达及自动控制等一系列技术。电信的发展，加速了信息的流通，信息开始大量生产、传递和运用。
1946年，美国莫尔电子工程学校和宾西法尼亚大学的电子计算机设计组，研制成世界第一台大型电子计算机“埃尼亚克”（ENIAC）。这个“埃尼亚克”，拥有1800万只电子管，70，000万个电阻，10，000个电容器和6000个开关，占地170平方米，要六个大房间才能装得下这个庞然大物，整整占去了一层楼，重达30吨，耗电140千瓦，需要安装散热通风设备，消耗的能量足以开动一列火车。这台计算机，造价高达几百万美万！每秒钟能做5000次加法或400次乘法，现在看来，这个速度当然是很低的。
美国科学家冯·诺依曼对“埃尼亚克”作了一系列改进，提出计算机整体结构的组成，按他的规划分成五个部分，这就是：计算器、控制器、存贮器、输入和输出部分。在他的方案中，采用二进制来代替十进制，同时引进了“存贮程序”的概念，就像贮存数据一样，把程序也贮存在存贮器中，这些都是电子计算机发展史上的创举。这样，数据和指令都可以采用二进制表示，而且又可以一起贮存。
1948年6月30日，美国贝尔实验室宣布，发明了一种固态放大器件——晶体三极管。今天，超大规模集成电路在电子计算机和信息科学方面，给人类社会带来了奇迹！而晶体管的发明，在电子学发展史上是一个重要的里程碑。和电子管比起来，晶体管的体积，只有电子管的千分之一，而寿命却比电子管高100倍。
晶体管问世以后，人们就在捉摸如何把它们集成起来。1952年，英国皇家雷达研究院的达墨首先提出了制造集成电路的设想。1957年，美国得克萨斯仪器公司的基尔比与仙童公司的诺伊斯，做出了世界上第一块集成电路，虽然这块集成电路仅仅包含了四个晶体管和六个阻容元件。
集成电路把晶体管、二极管、电阻、电容和电感等等这些原来分立存在的电子元件，连同连接这些元件的导线，经过外延、氧化、光刻、扩散、蒸发等一系列工艺过程，全部制作在一块小的硅片上，构成了一个完整的、不可分离的微型电路。
集成电路的发展非常迅速，几乎每隔几年，集成度就提高十倍！1967年出现了包含上千个晶体管的集成电路；1971年，美国的英特2尔（Intel）公司首先制成了微处理机，它在一块0.297×0.404（cm）的硅片上，集成了2250个晶体管；到1977年，就出现了包含十五万六千多个晶体管的集成电路；1984年IBM公司做出的超大规模集成电路，在一块小小的芯片上，竟然可以集成200万个晶体管。
集成电路的迅速发展，使人类征服自然的能力发生了根本性的变化。集成电路已经渗入到各个领域，从人类登月和探测火星的宇宙飞船上的传感器与控制元件，到小如火柴盒一般的彩色电视机；从放在口袋里的微型计算器，到代替人类大量脑力劳动的智能机器人，集成电路到处大显身手，给人类的生产活动、生活方式，以至于精神文化生活，都带来了深刻的变革，它已经成为发展现代科学技术的极其重要的物质基础。
超大规模集成电路集成度和成品率的提高，带来了电子计算机的革命。预计不用很长时间，人类将能制造出每秒钟运算一万亿次的巨型机来。计算机和通信相结合，人们只要坐在自己的家里，利用终端装置，就可以在几分钟内，从千里以外的情报资料中心，取得自己需要的各种资料。
如今，计算机几乎渗透到我们生活的每一个领域，应用十分广泛。这就要求我们必须加强电脑学习，否则，我们不懂电脑，就会成为信息社会中的“文盲”。
信息化时代
高科技的特点
科学技术的发展如此迅猛，是与基础研究而产生的新技术息息相关的。没有这种研究工作，这些新技术就不可能出现。例如分子外延技术，就是对表面科学的认识和方法不断提高的结果；微型计算机的出现，就是由于电子学和超微细加工技术发展的结果。
据调查，基础研究与技术应用之间平均有30年的滞后期，近年来这一周期已大大缩短。电子计算机的更新换代、新型激光器的加速研制和应用、脑腓肽的发现等等，都是十分明显的例子。大规模集成电路工业的巨大发展，则几乎与基础研究的成就齐头并进，其中包括材料与固体科学、新型光谱学以及原子与分子物理学等多方面的成就。
在某些行业中，基础研究的成就，已使工业研究与开发的性质发生了变化。如制药工业，新药从设计、制造到测试，由于有了受体生物学的新知识作指导，有了信息处理系统作技术手段，解决问题的途径也不同了。
所有这些都说明，当前正处在一个科学与技术紧密结合并迅速发展的时代。在迅速变革的时代，基础研究和技术开发的结构必然是动态的，需要不断更新，不断输入新的高质量的科学家、工程师以及适用的仪器设备，并加速科技情报的传播。
传统的交流手段——阅读文献资料及面对面交流，已不能适应科技突飞猛进的需要，尤其由于当代科技的进步越来越具有多种学科相互渗透的性质，那种传统的情报交流办法，已成为科技进步的一大障碍。我们要增大电子数据库的数量和容量，采用网络来发送电子邮件，采用电子学方法来加速文献资料的出版发行。
科学技术正在交叉渗透，是现代科学技术和知识领域内的一个鲜明特点。如：在物理学和化学的影响和渗透下，生物学的发展非常迅速，而分子生物学是当前生物学发展的主要方向，分子生物学目前已经渗透到生物学的各个领域，产生了一批新兴学科如分子遗传学、分子细胞学、分子分类学等。
现代化仪器越来越多地由科学、技术交织而成，这包括核磁共振仪、扫描电镜、新型激光器以及新型同步加速器辐射源等。
由上所述，我们不难看出科学技术发展所具备的新特点：即以研究为基础的新技术不断涌现、技术创新步伐加快、基础研究和技术发展的结构发生变化；新的科技情报交流手段日益重要；科学技术正在交叉渗透。
电子计算机充当信息化大脑
1946年，世界上第一台电子计算机“埃尼亚克”问世。计算机发展经历了50个年头，更新了一代又一代，使人类的生活发生了根本的变化。
计算机的发展
电子计算机是社会信息化的核心，是信息化社会的基础，信息化社会立足于电子计算机的全面普及。
电子计算机是代替人类脑力劳动的先进工具。它的根本特点是记忆能力、程序操作、逻辑判断、运算超高速等。电子计算机能完成人们赋予的“思维活动”，代替人完成计算、控制、操作、管理、监视及其他功能；可使测试、仪表、控制系统、生产加工系统、动力系统及社会生活用具等有一定的“智能”。由于计算机的使用，大大提高了信息处理的质量和效率，在瞬息之间，就能够处理大量信息，信息处理技术为之一新。计算机的发展，也经历了多次重大变革，跨越了几个发展时代。
从50年代初期到中期的第一代电子计算机是用电子管装成的。这一代计算机首先用于军事部门，作科学技术的计算，如原子能、空间科学技术和武器研究等。它的造价昂贵、结构简单、可靠性低，但计算机的重大作用仍清楚地显示出来。例如，研制飞机需要进行风洞试验，建造风洞是费用高且复杂的工程，而用电子计算机进行空气动力学方面的计算，能模拟出一些风洞试验的条件要求。这不但节省资金，而且具有更高的准确性和灵活性。
第二代是晶体管计算机。从50代末到60年代中期，这段时间，电子计算机用晶体管组装逻辑单元，用磁心作主存贮器，程序的编制使用Algol、Cotol、Fortran等程序语言。应用逐渐由以军用为主转向民用为主，由科研机关使用扩大到企业部门使用。当时计算机的应用已扩展到51个部门，一千多个项目。除了有更多的科学技术问题逐步使用计算机外，在工业、交通、商业和金融方面的应用，如拟订生产计划，进行市场分析、售票、调度车辆或飞机，清理订货及统计支票等，日益开展。另外，由于计算机能记住各种事物，并进行分析判断，起到人脑的作用，从而成为自动控制的核心设备。在生产过程中，有损人体健康、危险性大的生产，它代替人去操作。这一时期的特点是计算机种类繁多，发展迅速，从使用的角度，要求计算机各种设备规格统一、使用语言统一、技术条件统一。
第三代是集成电路计算机。集成电路的出现，给电子计算机注入了新的生命力。在1965年前后，美国国际商业机器公司（IBM）宣布研制成功了360电子计算机系列。360系统不是一种计算机，而是包括有大、中、小十多种型号的一套计算机。有的计算速度很快，有的计算比较慢；有的能存储很多的数据和程序；有的则比较少。但是这些机器规格统一，凡是在小型计算机上算的问题，无须改动，能在大、中、型计算机上算。反之亦然。IBM公司还为这个系列提供了一整套软件。由于这个系列设计完善，公司的力量又雄厚，使得一些小厂家生产的设备和机器，也只好统一于360系统的规格之内。不但如此，后来前苏联和日本生产的某些计算机也采用了和360系统相同的规格。因而普遍认为，IBM公司的系列产品，宣告了第三代电子计算机的诞生。这一代计算机的特点是：用中、小规模集成电路作基本逻辑电路，仍旧用磁芯制作主存贮器，机器广泛使用会话语言，例如Basic语言、APL语言等等。电脑的运算速度，提高到每秒千万次，甚至高达亿次以上。集成电路的应用，使电子计算机在功能、速度、成本、体积以及可靠性方面，都有了很大进步。电子计算机在应用方面有了发展和突破，计算机和通信相结合，组成了联机系统，实现了许多用户可以远距离同时使用一台电子计算机。
第四代是大规模集成电路电子计算机，主要是指微型电子计算机。随着电子元件在一块晶体芯片上数量的增加，出现了大规模和超大规模集成电路。1969年，电子计算机开始采用大规模集成电路。1971年，美国英特尔（Intel）公司首先研制成了四位微型电子计算机，如4004，8008为第一代；1973年的8080为第二代；1978年的8086为第三代，字长为16位。1982年，贝尔实验室试制出32位单片微型机。
第四代电子计算机已经深入社会，深入日常生活，影响到人类生活的各个方面。各种各样的办公用计算机、家用计算机、个人用计算机纷纷出现。电话机、新型照相机和家用电器，都由微型电脑控制。
第五代是超大规模集成电路电子计算机。具有很强识别判断能力的系统；具有作复杂的逻辑推理能力系统；具有能应用各种知识能力的系统，其中包括“知识库”、“专家系统”、“自然语言”、“翻译系统”等。可以这样说，第五代电子计算机是超大规模集成电路、人工智能、软件工程、新型计算机系列等综合的产物，它的主要特点是智能化程度的显著提高。
光电子计算机将要出现，其运算速度有可能比现在使用的集成电路计算机快上千倍，而存贮容量将扩大十亿倍。
制造光电子计算机的基本元件是相位变换器，它的作用和晶体管相仿。晶体管里，利用小电流来接通高电压或低电压，高电压相当于1，低电压相当于0，而相位变换器则利用激光进行这一工作。相位变换器同晶体管相比，有许多优点，它的变换速度比晶体管快上千倍，而变换速度是电子计算机运算速度的最终决定因素。逻辑门是电子计算机里的一种基本单元，制造一个逻辑门要用几个晶体管，而用一个相位变换器就可以代替。相位变换器可以用多束光同对进行不同的运算，而晶体管就不能，因为电讯号会互相干扰。也就是说，光电子计算机可并行处理。
光电子计算机的设计原理也不同于目前的电子计算机。由于相位变换器可以在两个以上的稳定状态之间变换，不必局限于二进制，会创造出新的运算逻辑。
日本正在研究和开发生物芯片。生物芯片是利用基因工程技术，将有机分子栽植在蛋白质的基础上，并利用酶的作用，使它具有同半导体一样的功能。生物芯片只有0.1微米大小，但是，它却具有比现在的集成电路大十亿倍的存贮容量和大一亿倍的运算速度。这种芯片是利用化学反应而不使用电力，仅用一个芯片就足以代替现在的大型电子计算机。这种计算机可称为蛋白质计算机。
微型计算机
集成电路出现以后，出现了各种类型的电子计算机，按照它的规模称为巨型机、大型机、中小型机和微型机。
巨型机是指每秒平均速度为一千万次以上的电子计算机。不仅美国、独联体、日本、英国等有巨型机，我国也有了每秒能运算一亿次的计算机。
大型机是速度较高、容量较大、并有较多外围设备的电子计算机。IBM公司研制的360系列，是最早出现的大型机。中、小型计算机是普通的电子计算机，和大型机相比，造价较低、周期较短、产量较大。
最初的计算机是单功能的，只能用于科学研究中的计算或数据处理，计算机的设计制造也都是独立经营的。
后来，计算机由小型机发展到中型机，进而发展为大型机、直至巨型机，计算机出现了系列化设计。但是，大型机和巨型机的发展，无论硬件还是软件，都愈来愈复杂，愈来愈庞大，仅仅维护这些硬件和软件，花费就很大，致使计算机的生产和使用，大大地受到限制，难以大量发展和推广。为了避免这些限制，“分散处理系统”的概念提出来了。所谓分散处理系统，就是不依靠单独一台大型机或巨型机来解决问题，而是立足于把许多微型计算机联合起来，构成横向综合体系。有了这样的体系，就不必把问题都汇集到巨型机来处理，而可以在信息和使用地点处理，这样不必花很多钱就能装备起来，使用和维护、技术上的要求都不高，不像巨型机那样对很多普通人来说只能敬而远之，使用户得到扩展。“分散式”是计算机的发展方向之一。微型电子计算机的出现和飞速发展，使计算机的发展发生了方向性的变化，改变了整个计算机系统的结构，对我们的时代产生了根本性的影响，使社会信息化有了实现的可能。
微型计算机的超小型化，它的灵活性和方便性；它的低成本和高效能，使它很快地走进社会，占领每一领域，普及到家家户户的时代很快就要到来。微型计算机深入到地球的每个角落，成为全社会的共同需要，成为社会信息化的物质保证。不少有危险性的有害工作，或者是人类的足迹不能达到的地方，如极毒的工作、宇航试验，微型计算机能够代替人类进行控制。有人说：“第一次工业革命是蒸汽机所带来的动力革命；计算机、特别是微型计算机必将带来又一次革命，这将是一场信息革命、智力革命。”
实际上，计算机在社会信息化中的地位，正像大脑在人体中的地位。电脑处理信息的速度，要比人脑快得多。在发达国家中，工业总产值的百分之六十离不开计算机。以计算机为主的技术进步的影响，在整个国民经济增长率中的作用，超过了百分之五十。这种功能复杂、价格便宜、易于推广的微型计算机的出现，使人类踏进了信息化社会的门槛。微型计算机从一种单纯的计算工具，广泛应用于工农业生产、科研教育、企业管理等各个领域，直至渗透到现代化家庭生活中。
微型计算机应用广泛，多种应用大致可分为三类：（1）代替小型机、通信处理机或作计算机外部设备的控制。（2）过程的自动控制及人工机器人技术。（3）过去计算机无法深入的其他领域。
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