广播和计算机技术的发展动向.doc

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1、综述 叮-一电子、通信、广播和计算机技术的发展动向张煦电子工程系摘要本文简单介绍近2年国际上电子、通信、广播和计算机技术的突出进展一其中电子技术着重于固态集成电路、微处理器与存贮器以及微波集成，通信技术包容光纤通信,数据通信、综合亚务网和个人通信网;广播技术包括高请晰电视、有线电视和数字电音广播;计算机技术着重于个人计算机与工作站、大型计算杭和计算机软件。关键词集成电路，通信，广播，计算机中图法分类号TN91, TN93, TN94O引言 国外高级期刊常常每年述评各自专业的技术进展并预测其发展趋向.IEEESpectrum最为突出，总是在每年1月号，对过去1年内电气领域的技术成就，由编辑部作一

2、综述，并邀请有关专家分别发表意见，供读者参考.本文试图将近2年国际上电子、通信、广播和计算机技术的动向，作简单分析，希望能使国内同行们在各自工作过程中有所借鉴.1电子技术1,1固态集成电路(IC (1)硅片Si仍在发掘潜力，提高运行速率，各方面继续改进，成本较低，可望保持对砷化稼GaAs的优势，而且应用范围扩大。 (2)芯片上线宽缩小至亚微米区(0,25 m和O,lwm), (3)芯片有降低电源电压、减小功耗的趋势.1991年从5V减至3,3 V，仅需1-.3节N i-Cd电池.1992年，主要厂家提供的数字芯片，包括DRAM, GA, DSP都用3,3 V或更低电压，例如64 Mblt的DR

3、AM已用2,5 V，线宽0.2 Nm的256 Mbit DRAM预计最佳电压为1,8 V, 收稿日期:1993-09-21张煦:电子、通信、广播和计算机技术的发展动向 (4) IC的封装正在缩小，薄小轮廓封装(ESOP)的厚度原为lmm,现正缩小至0, 45mm,两片叠装为1 mm.改善电容元件和改善互连技术是缩小封装的关键. (5) Intel1.991年新的i860XP有2,55X 10“个晶体管，并有32 Kbyte的高速缓冲存贮器(cache)，是当年最高集成度的商品芯片，处理速率100 Mflops，可用于高挡病处理的计算机.一一. 、(6) IBM 1992年把60 GHz双极管与

4、。、25 C%IOS器件集成在一芯片上，实现高速率的BiCMOS.又制成700 nm X 150 nm n一路MOSFET面积为以前晶体管的120，用以积成4Gbit的DRAM,_- (7) Sematech生产直径200 nm的圆片(Wafer)，线宽0;35-wrn, 侣最近发现，当Si受到激光器照射时，发出红光和桔黄光.如S受到适当的外加电流，有可能发出激光，这就导致极其重要的作用，Si材料不仅用于微电子集成，还可能用、于光电孚领域.微处理器和存贮器 0 1)减简指令集计算(RISC)微处理器芯片1991年开始与复杂指令集计算(C IS C)竞争.例如IBM的RS6000, MIPS电8

5、4000，都利用50 MHz的RISC，与Intel的50MHz486微处理器同时出现在市场. 一( 2) RISC微处理器的工作频率于1992年升至200 MHz, DEC的Alpha芯片21064就是按时钟频率200 MHz设计的，它们达到150 SPEC marks和最高速率叨0 MIPS二 ( 3 ) Intel的Pen而m胜过80486，是用线宽0.8 wm的CMOS;有3 X 100个晶体管，速率超过100 MIPS, Sun的标量处理器结构(Sparc )，用线宽0.8 (。的BiCMOS;Cypress的Hyper Sparc是三片模块的处理器，正在与Supersparc的一片

6、结构展开竞争.一 (4) RISC如利用超标量结构、超流水线和提高运行频率，线宽0,3 m的一BiCMOS芯片可执行1000 MIPS, (5)数字信号处理器( DSP)仍有需要，曾制成6路并行处理的DSP芯片，速率270MOPS, (6)静态随机存取存贮器(SRAM)继续改进，曾用线宽0,30,手pm制成64 Mbit芯片程的门。列，但动态随机存取存贮器(3RAM)很快兴起，曾用线宽0.25 pm制成256 Mbit芯片.(7)与微处理器类似的，有Rlse微控制器，将广泛角于汽车上.Hitachi提供用几户编ZTAT微控制器.(8)有几个厂家提供现场编程门阵列(FFGA)等专用芯片(ASIC

7、)，每一芯片含8 000个这种由用户编程的芯片销路大增，且有广阔前途.CIVIOS-芯片曾制成.-tOGX 103门的阵其封装有576针脚.BiCMOS用。. 8 . m线宽的芯片，有150 X 103门的阵列.微波集成 (1) GaAs的场效应晶体管(FET)的结构有改进.还有以In为基的异质结双极晶体管和高电子迁移率晶体管(HEMT)，其性能，从1025 GHz升至150 GHz以上.、(3 ) Fu jitsu的H EMS用于宽带通信网(B=:IS.DN)的异步转移方式(ATM)接一续器，达到总容量.量3.6 G_b/s,.一.-一-一一人一上海交通大学学报1994年第1期2通信技术2,

8、1光纤通信 (1) 1991年光纤通信最突出的成就，是波长1,55 wm的掺饵石英光纤放大器(EDFA),有了它们，长途光纤线路可以避免使用O/E和E/O转换的再生中继机，组成端机与端机间的全光传输，而且可以同时放大多路光载波，实现宽带多路通信，非常有益.1992年，光纤放大器的应用发展迅速，曾装备在很长距离、无再生中继的海底光缆.以1 550 nm为中心的3 dB光带宽有1030 nm增益20-.35 dB，饱和输出功率5-.15 dB,。这样的光纤放大器及其抽引激光管组件如达到标准化，将对同步光纤网(SONET)p同步数字体系(SDH)的标准化迈出重要一步。 (2)单频激光管在1992年采

9、用多量子阱(MQW)结构的激活层，由小量晶格失配引起小量应变，可提高量子效率，缩窄输出线谱.。又可减少频率扫动，容许直接调制，使数字速率10 Gb/s传输1 000 km.另外，InGaAs/GaAs应变层MQW激光管又能有效地发出波长950-. 1 050 nm.其中980 nm的输出入纤功率达50-.100 W，可以用作光纤放大器(EDFA)的抽引激光管，它在激光门限为17 mA、温度为25时，最大输出功率达380 mW. (3)在Si图片板上，4只1,3 wm InGaAsP/InP激光管排成阵列，相互间隔仅3:50 w,成为紧凑的组件.由此，除了光电子与微电子器件利用同样材料制成单片集

10、成外，又可以让不同元器件在一块共用的Si板上制成混合集成，也许成本较低，光纤与激光管对准更方便. (4)有一种近场扫描光显微镜(NSOM)，没有透镜，而是利用单模光纤将激光传至锥尖，作为探针用于扫描.它可以扫描掺饵石英光纤的纤芯，使饵原子发荧光，因而看到纤芯中饵原子的分布图型.如饵原子聚集在纤芯的中心，则光纤放大作用最有效.这是纳技术观察和操纵光纤的首例.2;2数据通信 (1)原先专供计算机数据通信的局部区域网(LAN)已得到广泛应用，而且向提高数据速率方向剪x;199年开始着重于众多LAN的互连，有两种方式，一抽是帧转接(frame rclay),二是交换的多兆比恃数据业务网(SMDS之，用

11、分组交换.这就是通过适当接口，LAN能接入公用网互相沟通。 (2)原先的100 Mb/。光纤分布数据接口(FDDI，为了降低成本，曾在无屏蔽的绞对铜线上应用.1991年推出新的I,型( FDDI- I )，兼用电路交换和分组交换技术，能提供数据、话音、图像的综合业务或多媒体传输.这种I型的网管理协议将符合国际标准组织( ISO)的规定。 (3) LAN不仅向高数据速率方向发展，又向宽带综合业务方向发展.公用B-ISDN的、异步转移方式(ATM), 1992年首先在专用LAN开始实验，使用数字速率155 Mb/s，将规定用户网接口(UNI)的规范，以期取得许可成为标准. (4)国际上非盈利组织的

12、Internct已经连通许多国家的计算机，1991年约有600所大学和研究所参加，共4 00。个电子邮箱.1992年连接更多用户，并且开展密码签字和多媒体业务，其中分组话音和多点播送图像已发展到10个国家内的20。个地点.美国方面建立国家张煦:电子、通信、广播和计算机技术的发展动向科学基金网(NSFnct), 1991年有2 300所大学和研究单位的结点接入骨千网，数据速率为45 Mb/s,2,3综合业务网 (1)在美国，1991年是综合业务数字网(ISDN)明显进展的一年，有关各方一致同意推行全国性标准ISDN-1，准备真正实现ISDN.不过，_这样传给用户的ISI)N是窄带的，数字速率为2

13、B+D=144 Kb%s，铜线电缆能传输可靠，性能满足标准要求，成本和功耗都卞降.当时，贝尔系统的电话公司预计3年内有50% -90%用户接受此项业务、但是，许多麟企业于ls9z年集中注意子同步光纤csaVE几沿光纤线路传输宽带数字信号原来商定的窄带(ISDN)计划，不那么认真积极进行了.ISDN的用户先从企业和机关单位开始，住宅用户如把铜线换为光纤，费用很贵，不是大多数用户所能承担. (2)贝尔系统各电话公司被批准经营电话以外的通信业务，沿电线传输经过压缩的数字电视节目至各电话用户，尽管联邦通信管理委员会(FCC)仍然不许电话公司经营模拟有线电视广播(CATY).而经营CATY业务的公司被准

14、许同时在其有线广播网上经营电话业务，加拿大和英国也是如此.这是1992年通信发展的一个明显特征电话公司可以传送电视节目，有线电视公司可以开展电话业务. (3)新的迹象是电视(video)通信的迅速兴起，数字电视压缩技术进展顺利.电话、数据、电视的综合业务(integrated services)方向得到肯定，多媒体(multimedia)通信极受用户欢迎、电视电话(video-phone)和会议电视(video-conference或conferenca TV)将得到发展.计算机通信已从单纯数据扩大至多媒体.由于综合业务数字网的传输能力富余，1992年成为多媒体通信急剧增加的一年. (4)通信

15、网现在面临增加新业务和改进旧业务的形势，有必要更新网的结构，加多软件的功能，以便快速和便易地适应业务演变，仍保持运行的可靠性和保密性.1991年提出两种办法:一是智能网(intelligent network; IN)，二是交换机计算机应用接口(SCAI)，国际标准组织正在对此认真讨论.具体地说，智能网是新一代的公用通信网，而SCAI则是用户，特别是企业或机关单位自己具有的装备.智能网可以用来创设、测试、添置和运行各种新业务.贝尔系统各电话公司的研究中心(Bellcore)正在大力开发智能网，这是通信网的下一次 挑战。2.4个人通信网 (1) 1991年，个人通信业务(PCS)开始起飞，199

16、2年继续深入发展.个人通信网(PCN)基本上是广泛的无线电话网，也就是全球无线智能网.它们的覆盖面积和复杂程度远远超过现时移动通信的蜂窝网系统，个人通信业务可以在全世界任何地点找到和辨认任何用户，不1管这用户是在飞机上、电梯里、或沿街道步行，都可以很快接通.个人通信业务的关键是价廉的袖珍终端机，功率小于1W，通过基台连上通信交换网.这些无线电基台可以安装在室内或室外，其尺寸小于个人计算机。每一基台各有微区(microcell)，相隔仅几百米，它们每一微区覆盖面积只有现在蜂窝网每区面积的百分之一，这就容许少数几个频率在任何市区范围内重复使用上千次，使几十万个移动用户得以同时实现通信.现正开始拟订

17、国际联网标准.使各国不同设备的个人通信网能连成统一的全球性个人通信网，称为未来公用陆地移动上海交一通大学学报1ss年第i期通信系统(FPLMTS,),这正是世界无线电管理会议(WARC)1992年开会讨论的重要议题之 (2)一些国家大城市内移动通信的模拟系统已开始转换为数字系统.在欧洲，为了移动通信能让用户在跨越国界时连续使用，15个国家于1991年一致同意制订时分多址数字标准，称为Group Speciale Mobile(GSM),美国FCC已接受约100家公司的申请，在1,8.,称2GHz频段内分配频率，供试验PCS使用.愿意经营PCS的公司包含电话公司，_蜂窝网移动通信公司和有线电视公

18、司.加拿大、日本和欧洲国家也是如此.在各国推行移动通信过程中，唯独英国几家公司试验设置的公用投币、无绳电话亭(telepoint)，自开放以来很少有人问津，以致公司蒙受亏损，不得已此项业务全部关闭，是移动通信的一种失败?,:将来如何须再考虑。一组;_一_ 纷 裔沈派3广播技术3.1_高清晰电视一 (1)近年兴起一个热点是高清晰电视(HDTV)，数字式的、经过压缩编码的.它既要用于宽带综合业务数字网，作为一项日益重要的通信业务，又要在不远的将来用于数字电视广播，包括无线电视广播和有线电视广播，以替代现行的模拟彩色电视广播.HDTV画面的宽一高比定为16:9，与常规彩电的4s3不同，这在欧洲的Th

19、omson CSFPhilips NV和日本、美国都是这样。视频压缩技术是发展HDT丫的关键，用了这种技术，线路传输容量可增加约5 -.-10倍.一 (2)美国于1991年建立一个高级电视测试中心，试验各种不同制式的数字HDTV系统，包括发射机和接收机、编码器和解码器、调制器和解调器.参加试验的系统;有:日本NPIF的窄带MUSE、美国G,e.eral Instrument Corp I7 MI.T合组ATVA DigiCapher;美国Zenith Electronics Corp一和AI&i Microe?ectroncs的DS C.-H DT V一试验包括实验室试验和现场播放试验，持续几

20、个月。到1o:rl.,Y,年，;美国的几个公司集团已陆续成功地完成了它们各自一数字HDTV系鱿的现场试验.与此日时，欧洲的法国、荷兰、芬兰指定卫星电视广播便用D2-MAC标准，以便过渡至HDTV.日本已经开始广播Hi-Vision，这是模拟的HDTV它们也在致力于数字HDTV系统. (3)直至1992年，美国的FCC还没有选定HDTV传输系统的制式标准，但它准许每一拥有NTSC电视台的公司利用第二个频道播放HDTV节目.隔15年后，这些电视台必须放弃第一个频道，以供其他用途需要.到那时，只有HDTV节目广播，用户应购置HDTV电视接收扒，或者购买一个适配器，以转换HDTV节目，使NTSC接收机

21、仍能观看一估计到1993年底，FCC将从申请的4种系统中选定HDTV的传输标准.Hughes制造的广播卫星，将采用Direr 1: V，直接播放数字电视，预定1994年初提供100路娱乐节自.家用电视接收机仅需小型天线和数字解码器.一孕)Philips发明的鬼影抵消参考(GCR )信号，插入现时NTSC视频信号的垂直消隐时段内，和视频信号本身受到同样的失真.电视接收机装置特殊的数字信号处理器，把收到妙尽CR信号与_在冬聋未受损害的、怪G波形相比较、一于是利用滤波器等器件纠正由传输途径张煦:电子、通信、广播和计算机技术的发展动向弓起的失真.1991年，FCC接受电视小组ATSC的要求，决定采用G

22、CR为标准，并指定垂直消隐的19行用于这目的.3.2有线电视广播 (1)有线电视(CATV)是指近年新兴的地区性有线电视广播网，包括电缆电视线路和光纤电视线路.CATV主要有两个目的，一是为了弥补无线电视广播因无线、电波的一不夙传播途径对接收质量下降的影响，二是为了增加频道容量，也就是多加可供用户选看的电视节目数量.在目前，有线电视和无线电视广播一样播放常规的模拟彩色电视。但有倾向在不久的将来播放经过压缩编码的数字电视和HDTY;- (2)发展cATv的趋向是加大频道容量.例5tH, 1991年有些CATV公司从550 MHz的75路电视系统升至一1 G.Hz的150路系统，而在较长距离的线路

23、中间，1 G-I二放大器不多于4个，保证噪声和失真木超过规定的要求。利用视频压缩技本的数字电视二可从1G耳频段获取多于150.路的容量.例如1 GHa有90K路F, MHz频段，其中60路传送常规彩色电视，30路传送HDTV，其余60路s MHz频段采用视频压缩技术，_压一缩比51，可，传送300路.这样，1 GHz的频道容量总共为390路。3,3数字电音广播 、 由于音频数字压缩技术迅速得到有效应用，世界上很多国家的广播事业，准备从模拟电音广播过渡至数字电音广播(DAB);藉以提高广播接收质量，使无线电调幅和调频一广播电台，以及卫星广播直接播放声音的质量，几乎与录音光盘的质量相同.1992年

24、举行的世界无线电管理会议(WARC)在商讨频谱分配时，曾指定1.5 GHz的带宽40 MHz供卫星DAB使用(1,452-1,492 GHz).但许多国家实际使用其他频段，其中有15个国家使用爪5 GHz，美国用2,3 GHz,现在很多国家地面无线广播电台准备试用DAB，有些广播公司准备在现用模拟电音广播频道试验DAB,美国电子产业协会(EIA)收到了许多公司的建议，_因而专门设立了DAB小组，约集有关各方商讨和论证，有可能在19邻年底前定出统一标准.4计算机技术4,1个人计算机与工作站 . (1)计算机产业的普遍现象在近年是价格降低和性能提高. (2)个人计算机(PC机)以笔记本形式最受欢迎

25、，1991年销售量比台式的大，1992年仍然如此，其尺寸从215 mm X 280: mm缩小至180 mm X 255 mm，重量约l kg,，(3)用笔手写代替键盘的PC机，在1991年曾引起市场注意，但1992年就发觉销路明显下降，看来技术上还应继续研究，并使成本减低，才能得到广泛接舜，并不是说绝无希望. (4)工作站有采用减简指令集计算(RISC)芯片.也有采用多个(2 -. 4个再处理器进行并行处理一一，一 (5)硬盘驱动器的尺寸从孔5 .减至1 8和1;3,一，_-一上海交通大学学报1994年第1期 (6 PC机与工作站的界线渐渐变得模糊，两者都开始利用多媒体技术，这是必然趋向，会

26、吸引市场注意.4,2大型计旅机 (1)大型计算机趋向于使用大规模并行处理器系统(MPP, massive parallelism)，美国和日本的厂家都是这样设计制造。 (2)有可能由工作站联网来替代超级计算机，完成同样功能.这种情况正像PC机联网替代主机，分布式替代集中式，有些公司1992年起不再供应新的主机、 (3)有一家公司制造的超级计算机利用GaAs集成电路的处理器，速率虽快，但功耗较大.一一.介- (4)日本的第五代计算机系统经过多年努力，未见成功，1992年宣告结束舒另行并始其:a.:他方式的大项目研究，可能包括神经网络和光计算、一、一洲- (5)计算机分类原为:台式、小型、主机、超

27、级计算机，1992年超可能按照计算机中包含的CMOS或BiCMOS处理器数量来分类:13, 5-.10，-，20-.50, I00r 1 000等.4,3计算机软件 (1) 1991年计算机公司收入减少，但软件公司营业特好，因为PC机用户需要更好的操作系统和应用软件.美国的计算机硬件公司受到日本的竞争，而软件市场仍占优势。到了1992年，西方国家经济衰退使计算机软件市场疲软，软件技术人员面临困难，估计1993!年也将如此.在国际上，软件竟争很明显，欧洲的国际标准组织ISO为了统一保证质盘，制定标准I争0-9000.美国有一非盈利组织IFPUG (International Function P

28、oint Users Group )成员增多，并在国外设立分支. (2) Windows自1990年起，作为PC机的软件，在市场上占优势.1992年，Microsoft推出两种新的型式:Windows 3,1和多媒体W indoors，而IBM有OS/2-2,0, Apple有System.7等，它们展开竞争.1993年预计将出现操作系统Windows NT.至于Unix，仍有广泛用途，并从它发展出AIX, HP-UX等，占一定市场. (3)面向对象程序设计(Object-Oriented Programming, OOP)在1991年开始上升，大多数支撑集中于C+，并用于各种RISC工作站，

29、它在编译程序时间和运行时间方面有优点，但一般认为尚未成熟，到1994年可能制订标准型式.1992年，OOP迅速增加，甚至发展到通用的多媒体应用，包括I-IDTV.面向对象技术推广至面向对象分析与设计，面向对象数据库等.它又能使程序工具组合简化，以及其他用途. (4) Ada编译程序在1991年有很大进展，它符合美国国防部(DOD)要求的标准，不少PC机和工作站以及RISC计算机都使用它. (5)计算机辅助工程(CAE)曾一度兴旺，1991年转向计算机辅助软件工程(CASE;以测量所有与软件性能有关的因素.IEEE计算机学会专门小组草拟的参考模型将于1993年作为正式的 CASE标准。复杂的电子

30、设计自动化(EDA)也在迅速发展应用.软件工程学会正在培训人员，以改进软件质量. 关于计算机的发展动态，请参阅光通信技术1993年第1,2期分别刊载的两篇资料:“电子计.算机近年发展动态简述”和“计算机工作站近况简述”。张):电子、通信、广播和计算机技术的发展动向13 参考文献1 Watsoa G F Solid State(Miniaturized IC, Si to Lase).IEEE Spectrum, Jan 1992: 422 Self K. Solid State(3 V Technology, 200 MHz Chips).IEEE Spectrum, Jaa 1993: 46

31、3 Bell T E.Telecommunications (Personal Communications, Intelligent Network). IEEE Spectrum, Jaa 1992: 364 Bell T E.Telecommunications(Telephony Merges With Video, Wireless Personal Communications). IEEE Spectrum, Jaa 1993: 385 Lowe S J. Data Communications(Linking LAN, Gigabit Networks).IEEE Spectr

32、um, Jan 1992: 396 Sarch R. Data Communications(Internet Goes Commercial, ATM Forum Established)，IEEE Spectrum, tan 1993; d27 Jurgea R K. Consumer Electronics(Video Compression, Bit rate Reduction).IEEE Spectrum, Jan 1992: 528 Jurgen R K. Consumer Electronics(HDTV standard, Digital Audio Broadcasting

33、).IEEE Spectrum, Jan 1993: 6b9 Roseablatt A. PCs and Workstations(Line Blurs, New Applications).IEEE Spectrum, Jaa 1992; 27-10 Comerford R. PCs and Workstations(Parallel-Processor Workstations, Multimedia PCs). IEEE Spectrum, Jan 1993: 2611 Zorpette G. Large Computers(Massive parallelism, Supercompu

34、ters with GaAs IC ).IEEE Spectrum, Jaa 1992: 3312 Zorpette G. Large Computers(Workstations Take on Supercomputers).IEEE Spectr。二. Jaa 1993: 3413 Comerford R. Software(Windows Dominate, Software Integration).IEEE Spectrum, Jan 1992: 30 Comerford R. Software(Operating Systems Battle).IEEE Spectrum; Ja

35、n 1993: 30124上海交通夫学学报1994年第1期decent Progress in Electronics，Communications，Broadcasting，and Computer TechnologiesZhdngXuAbstract The paper briefly reports the outstanding advances of electronics,communications, broadcasting, and computer technologies during the recent twoyears, The emphasis of elect

36、ronics technology is on the solid-state integratedcircuits:, microprocessors and memories, and microwave integrated circuits,Thecommunications technology includes optical fiber communication, data commu-nication, integrated services network, and personal communicafori network.The broadcasting technology includes high definition television, fiber cabletelevision, and digital audio broadcasting,The computer technology covers per-sonal computers and workstations, large computers, and computer software.Ker words integrated circuits, communication, broadcasting, computer