人體內(nèi)的電子機(jī)器

前言

科技進(jìn)步是人類文明發(fā)展的原動力?；仨祟愇拿鞯拿恳淮沃卮筮M(jìn)步無不與科技的重大突破緊密相連。三次科技革命，更是使人類文明發(fā)生了徹底改變。我們不得不贊嘆科技，它猶如魔法師手中的魔杖，使人類插上了想象的翅膀，將人類從頭到腳都武裝起來。望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明讓人類視覺得到了延伸，使“千里眼”不再是神話故事中的虛擬人物；電話是人類聽覺的“順風(fēng)耳”，它讓即使遠(yuǎn)隔重洋的親人也能像就在面前一樣述說家長里短；汽車、飛機(jī)等交通工具是人類腳步的延伸，日行千里、日行萬里不再是人類遙不可及的夢想；計算機(jī)是人腦的延伸，當(dāng)人的智慧得到延伸的時候，人的創(chuàng)造力被無限放大；互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入發(fā)展更是推動了人類文明的巨大進(jìn)步，改變了人類的生活方式……    科技的發(fā)展不但在物質(zhì)上推動著人類文明的進(jìn)步，同時在人類的意識形態(tài)上也徹底改變了人們對世界的認(rèn)識，不斷形成新的、更加科學(xué)的世界觀。哥白尼提出的日心說推翻了長期以來居于宗教統(tǒng)治地位的地心說，地球不再是宇宙的中心。而這僅僅是人類世界觀的一個變化，諸如此類的認(rèn)識變化實(shí)在太多了。    今天我們在全社會倡導(dǎo)建設(shè)社會主義精神文明，社會主義精神文明建設(shè)的核心內(nèi)容是科學(xué)的世界觀、為人民服務(wù)的人生觀及集體主義的價值觀。科學(xué)的世界觀是最為基本的出發(fā)點(diǎn)。如果沒有正確的科學(xué)思想來指導(dǎo)行為，就難免會走彎路，所以科學(xué)知識的宣傳和普及是精神文明建設(shè)的最根本的環(huán)節(jié)。    英國哲學(xué)家弗蘭西斯·培根曾經(jīng)說過：“知識的力量不僅取決于其本身的價值大小，更取決于它是否被傳播以及被傳播的深度和廣度。”    我們說的科普是指采用讀者比較容易理解、接受和參與的方式，普及自然科學(xué)和社會科學(xué)知識，傳播科學(xué)思想，弘揚(yáng)科學(xué)精神，倡導(dǎo)科學(xué)方法，推動科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用。這對于廣大讀者來說，可以了解一定的科學(xué)知識，有利于樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。對于科技工作者和文化工作者來說，在全社會開展科普知識教育是參與建設(shè)社會主義文化的重要渠道。    我們知道，中國是一個擁有5000多年悠久歷史的文明古國，雖然曾經(jīng)在科技上長時間走在世界的前列，取得了許多舉世矚目的科技成果，但是由于長期的封建思想統(tǒng)治，廣大民眾的科學(xué)意識比較單薄。所以在我國民眾中開展廣泛的科學(xué)技術(shù)普及教育具有特別重要的意義。    科普的形式是多種多樣的，譬如建科技館、自然博物館，舉辦各種科技講座等，但是相對來說，圖書出版無疑是所有科普活動中最為重要和易于實(shí)施的途徑。有關(guān)科普教育和科普讀物出版發(fā)行工作，多年來得到中央和地方各級黨和政府部門以及相關(guān)社會團(tuán)體的廣泛支持。2002年6月29日，《中華人民共和國科學(xué)技術(shù)普及法》正式頒布實(shí)施，標(biāo)志著我國科普事業(yè)進(jìn)入法制化的軌道。為持續(xù)開展群眾性、社會性科普活動，中國科協(xié)決定從2005年起，將每年9月第三周的公休日定為全國科普日。2003年以來，為支持老少邊窮地區(qū)文化事業(yè)發(fā)展，由文化部、財政部共同實(shí)施送書下鄉(xiāng)工程。2009年2月，中國科協(xié)等單位五年內(nèi)在全國城鄉(xiāng)建千所科普圖書室的活動舉行了啟動儀式。2003年以來，由民政部、中央文明辦、文化部、新聞出版總署、國家廣電總局、中國作家協(xié)會聯(lián)合舉辦的“萬家社區(qū)圖書室援建和萬家社區(qū)讀書活動”，已經(jīng)援建城鄉(xiāng)社區(qū)圖書室16．2萬個，援建圖書5600萬冊，其中三分之一以上為科普圖書，約3．5億城鄉(xiāng)居民從中受益，對廣大社區(qū)居民的科技普及起到了一定作用，提升廣大社區(qū)居民的科技素質(zhì)。    為了幫助廣大讀者特別是青少年讀者系統(tǒng)、全面、準(zhǔn)確、深入地學(xué)習(xí)和掌握有關(guān)自然科學(xué)方面的基礎(chǔ)知識，用科學(xué)發(fā)展觀引領(lǐng)他們愛科學(xué)、學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的能力，中國社會出版社按照國家確定的學(xué)生科普知識標(biāo)準(zhǔn)，編輯出版了《探究式科普叢書》。    該套叢書是一套百科全書式的科普系列讀物，共100本，分為物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球物理科學(xué)、現(xiàn)代科技4個系列。與其他科普類圖書相比，該套叢書最大的特點(diǎn)是其全面性，幾乎囊括了自然科學(xué)領(lǐng)域的各個方面，通過閱讀這套叢書，可以“上知天文下知地理”；其次這套叢書的叢書名也很有特色，“探究式科普叢書”從題目上就滿足了廣大讀者對科學(xué)技術(shù)_的興趣，注重探究性，讓讀者帶著問題去了解科學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)，從而真正讓閱讀融入人們對世界的認(rèn)識當(dāng)中，讓人們通過閱讀樹立科學(xué)的世界觀。    黨的十七屆六中全會通過的《中共中央關(guān)于深化文化體制改革推動社會主義文化大發(fā)展大繁榮若干重大問題的決定》，為我們描繪了一幅社會主義文化建設(shè)的宏偉藍(lán)圖。我相信這套科普圖書的出版必將在一定程度上滿足廣大讀者對科普知識的全面需求，為讀者樹立科學(xué)的世界觀打下一定的基礎(chǔ)。    是為序。

內(nèi)容概要

《人體內(nèi)的電子機(jī)器:電子生化人》從計算機(jī)、電子元件入手，以高端生化技術(shù)以及先進(jìn)的科技理念為基礎(chǔ)，詳細(xì)闡述了電子生化人的基本概念、特征、構(gòu)造原理與人類的關(guān)系、未來的發(fā)展前景以及給社會帶來的影響等，旨在通過《人體內(nèi)的電子機(jī)器:電子生化人》的學(xué)習(xí)讓讀者更全面地認(rèn)識和了解電子生化物，了解尖端的科技知識。

書籍目錄

第一章  電子計算機(jī)  第一節(jié)  電子及其與人體的關(guān)系    1．什么是電子    2．電子發(fā)現(xiàn)第一人    3．人是帶電體  第二節(jié)  計算機(jī)的前世今生    1．計算機(jī)    2．仿生的生物計算機(jī)    3．電腦的基本構(gòu)造    4．計算機(jī)軟件    5．電腦的工作原理和工作過程第二章  破解生命的密碼——生物芯片  第一節(jié)  什么是生物芯片    1．生物芯片    2．生物芯片技術(shù)世界發(fā)展史    3．生物芯片技術(shù)大事記  第二節(jié)  生物芯片的分類和特點(diǎn)    1．根據(jù)用途分類    2．根據(jù)作用方式分類    3．根據(jù)固定在載體上的物質(zhì)成分分類    4．生物芯片的主要特點(diǎn)    5．生物芯片的使用壽命  第三節(jié)  生物芯片的應(yīng)用領(lǐng)域    1．基因診斷    2．藥物篩選    3．個體化醫(yī)療    4．生物信息學(xué)研究第三章  電子科技與人  第一節(jié)  人造器官的神奇功用    1．從移植到人造    2．  “二心二意”——人造心臟    3．人工臟器的開發(fā)    4．人造血管是怎么回事    5．人造骨頭能用嗎    6．人造生物皮膚    7．仿生假手    8．人工晶狀體有什么優(yōu)點(diǎn)    9．電子視覺技術(shù)的應(yīng)用    10．電子仿生的極致——“電子人”    11．機(jī)器人  第二節(jié)  高新科技及先進(jìn)器械對人體健康的促進(jìn)作用    1．測出你的心跳——心電掃描儀    2．實(shí)話實(shí)說——測謊儀    3．有聲勝無聲——助聽器    4．人腦硬盤——記憶芯片    5．睡眠好才健康——電睡眠療法    6．直流電藥物離子導(dǎo)入療法    7．腰椎穿刺術(shù)    8．骨髓穿刺術(shù)    9．醫(yī)療中的高科技第四章  生物化學(xué)  第一節(jié)  人體不可或缺的各種元素    1．人體內(nèi)的化學(xué)元素    2．人體必需的微量元素    3．人體中的有害元素    4．必不可少——維生素  第二節(jié)  人體在內(nèi)部結(jié)構(gòu)運(yùn)動中不斷得到進(jìn)化    1．人體內(nèi)的化合物    2．生命之源——蛋白質(zhì)    3．生物大分子    4．遺傳控制者——核酸    5．生物體的糖家族第五章  生化技術(shù)和人體健康  第一節(jié)  生化技術(shù)可對人體健康發(fā)揮重大作用    1．疫苗    2．抗生素    3．臍帶血    4．干細(xì)胞技術(shù)  第二節(jié)  基因與人類的關(guān)系    1．什么是基因    2．克隆技術(shù)    3．基因工程    4．生命的起源與進(jìn)化    5．什么是免疫系統(tǒng)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   第一章 電子計算機(jī) 第一節(jié) 電子及其與人體的關(guān)系 1．什么是電子 我們都知道，我們所生活的世界是一個物質(zhì)的世界，地球上的一切都由物質(zhì)構(gòu)成的。高山、樹木、水流、湖泊以及人們?nèi)粘５纳钣闷返榷际怯晌镔|(zhì)構(gòu)成的。然而物質(zhì)并不是構(gòu)成物體的最小的單位，它也有它自己的構(gòu)成單位。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)是由原子構(gòu)成的，而原子又是由電子、中子和質(zhì)子三者共同組成的。在這里，我們主要介紹的是電子。 電子是一種基本粒子，屬于亞原子粒子中的輕子類。輕子被認(rèn)為是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子之一。電子的直徑是質(zhì)子的1／1000倍，重量為質(zhì)子的1／1836，是目前無法再分解的物質(zhì)。電子的質(zhì)量極小，帶有負(fù)電，在原子中圍繞由中子和質(zhì)子組成的原子核旋轉(zhuǎn)。電子圍繞原子的核做高速運(yùn)動。電子通常排列在各個能量層上。當(dāng)原子互相結(jié)合成為分子時，在最外層的電子便會由一原子移至另一原子或成為彼此共享的電子。當(dāng)電子脫離原子核的束縛在其他原子中自由移動時，它所產(chǎn)生的凈流動現(xiàn)象稱為電流。1．計算機(jī)在人類歷史上，計算工具的發(fā)明和創(chuàng)造走過了漫長的道路。在原始社會，人們曾使用繩結(jié)、壘石或枝條作為計數(shù)和計算的工具。我國在春秋戰(zhàn)國時期有了籌算法的記載，到了唐朝已經(jīng)有了至今仍在使用的計算工具——算盤。歐洲16世紀(jì)出現(xiàn)了對數(shù)計算尺和機(jī)械計算機(jī)。在20世紀(jì)50年代之前，人工手算一直是主要的計算方法，算盤、對數(shù)計算尺、手搖或電動的機(jī)械計算機(jī)一直是人們使用的主要計算工具。到了20世紀(jì)40年代，一方面由于近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展．對計算量、計算精度、計算速度的要求不斷提高，原有的計算工具已經(jīng)滿足不了應(yīng)用的需要；另一方面，計算理論、電子學(xué)以及自動控制技術(shù)的發(fā)展，也為現(xiàn)代電子計算機(jī)的出現(xiàn)提供了可能，在20世紀(jì)40年代中期誕生了第一代電子計算機(jī)。通常說到“世界公認(rèn)的第一臺電子數(shù)字計算機(jī)”，大多數(shù)人都認(rèn)為是1946年面世的“ENIAc”。它主要是用于計算彈道，是由美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾電工學(xué)院制造的，但它的體積龐大，占地面積有170多平方米，重量約30噸，消耗近160千瓦的電力。顯然，這樣的計算機(jī)成本太高，使用不便。這個說法被計算機(jī)基礎(chǔ)教科書上普遍采用，事實(shí)上在1973年根據(jù)美國最高法院的裁定，最早的電子數(shù)字計算機(jī)，應(yīng)該是美國愛荷華大學(xué)的物理系副教授約翰?阿坦那索夫和其研究生助手克利夫?貝瑞于1939年10月制造的。之所以會有這樣的誤會，是因?yàn)椤癊NIAC”的研究小組中的一個叫莫克利的人于1941年剽竊了約翰?阿坦那索夫的研究成果，并在1946年，申請了專利。由于種種原因直到1973年這個錯誤才被更正過來。后來為了表彰和紀(jì)念約翰?阿坦那索夫在計算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)作出的偉大貢獻(xiàn)，1990年由總統(tǒng)布什授予約翰?阿坦那索夫全美最高科技獎項(xiàng)——“國家科技獎”。對于計算機(jī)，人們往往從不同角度提出不同的見解，有多種描述：“計算機(jī)是一種可以自動進(jìn)行信息處理的工具”：“計算機(jī)是一種能快速而高效地自動完成信息處理的電子設(shè)備”；“計算機(jī)是一種能夠高速運(yùn)算、具有內(nèi)部存儲能力、由程序控制其操作過程的電子裝置”，等等。計算機(jī)之父馮?諾依曼，是20世紀(jì)最杰出的數(shù)學(xué)家之一，于1945年提出了“程序內(nèi)存式”計算機(jī)的設(shè)計思想。這一卓越的思想為電子計算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)，已成為計算機(jī)設(shè)計的基本原則。由于他在計算機(jī)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計上的偉大貢獻(xiàn)，他被譽(yù)為“計算機(jī)之父”。諾依曼于1905年出生于匈牙利的布達(dá)佩斯。1944年，諾依曼參加原子彈的研制工作，該工作涉及到極為困難的計算。在對原子核反應(yīng)過程的研究中，要對一個反應(yīng)的傳播作出“是”或“否”的回答。解決這一問題通常需要通過幾十億次的數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯指令，盡管最終的數(shù)據(jù)并不要求十分精確，但所有的中間運(yùn)算過程均不可缺少，且要盡可能保持準(zhǔn)確。他所在的洛?斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室為此聘用了一百多名女計算員，利用臺式計算機(jī)從早到晚不停地計算，還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。無窮無盡的數(shù)字和邏輯指令如同黑洞一樣把人的智慧和精力吸干殆盡。被計算機(jī)所困擾的諾依曼在一次極為偶然的機(jī)會中得知了一個關(guān)于計算機(jī)的研制計劃“ENIAC”，從此他投身到計算機(jī)研制這一宏偉的事業(yè)中，并由此建立了一生中最大的功績。1944年夏季的一天，諾依曼專程來到莫爾學(xué)院，參觀了尚未竣工的這臺龐大的機(jī)器，并以其敏銳的眼光，一下子抓住了計算機(jī)的靈魂——邏輯結(jié)構(gòu)問題，令年輕的“ENIAC”研制者們敬佩不已。因?qū)嶋H工作中對計算的需要以及把數(shù)學(xué)應(yīng)用到其他科學(xué)問題的強(qiáng)烈愿望，使諾依曼迅速決定投身到計算機(jī)研制者的行列。對業(yè)已功成名就的諾依曼來說，這樣做需要極大的勇氣，因?yàn)檫@是一個成敗未卜的新征途，一旦失敗，會影響他已經(jīng)取得的名譽(yù)和地位。諾依曼卻以對新事物前途的洞察力，毅然決然地向此征途邁出了第一步，于1944年8月加入莫爾計算機(jī)研制小組，為計算機(jī)研制翻開了輝煌的一頁。諾依曼以其非凡的分析、綜合能力及雄厚的數(shù)理基礎(chǔ)，集眾人之長，提出了一系列優(yōu)秀的設(shè)計思想，在他和莫爾小組其他成員的共同努力下，只經(jīng)歷了短短的10個月，人類在數(shù)千年中積累起來的科學(xué)技術(shù)文明，終于結(jié)出了最激動人心的智慧之花——一個全新的存儲程序通用電子計算機(jī)方案誕生了。諾依曼以《關(guān)于EDVAC的報告草案》為題，起草了長達(dá)101頁的總結(jié)報告。報告廣泛而具體地介紹了制造電子計算機(jī)和程序設(shè)計的新思想。報告明確規(guī)定，EDVAC計算機(jī)由計算器、邏輯控制裝置、存儲器、輸入與輸出5大部分組成，并闡述了這5大部分的職能和相互關(guān)系。這份報告是計算機(jī)發(fā)展史上一個劃時代的文獻(xiàn)，它向世界宣告：電子計算機(jī)的時代開始了。1954年6月，諾依曼到美國普林斯頓高級研究所工作，出任ISA計算機(jī)研制小組的主任職位。在那時，他提出了更加完善的設(shè)計報告《電子計算裝置邏輯結(jié)構(gòu)初探》。報告中，諾依曼對EDVAC中的兩大設(shè)計思想作了進(jìn)一步的論證，設(shè)計思想之一是二進(jìn)制。他根據(jù)電子元件雙穩(wěn)工作的特點(diǎn)，建議在電子計算機(jī)中采用二進(jìn)制。報告提到了二進(jìn)制的優(yōu)點(diǎn)，并預(yù)言，二進(jìn)制的采用將大大簡化機(jī)器的邏輯線路。實(shí)踐證明了諾依曼預(yù)言的正確性。如今，邏輯代數(shù)的應(yīng)用已成為設(shè)計電子計算機(jī)的重要手段，在EDVAC中采用的主要邏輯線路也一直沿用著，只是對實(shí)現(xiàn)邏輯線路的工程方法和邏輯電路的分析方法作了改進(jìn)。馮?諾依曼為計算機(jī)的發(fā)展道路打通了一道道關(guān)卡，推動了電子計算機(jī)的研制和發(fā)展?！坝嬎銠C(jī)之父”這一美稱，對于他可謂是當(dāng)之無愧。

編輯推薦

《人體內(nèi)的電子機(jī)器:電子生化人》滿足了廣大讀者對科學(xué)技術(shù)的興趣，注重探究性，讓讀者帶著問題去了解科學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)，從而真正讓閱讀融入人們對世界的認(rèn)識當(dāng)中，讓人們通過閱讀樹立科學(xué)的世界觀。為老師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)提供了全面的參考知識。

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