量子计算机的原理与应用
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数字通信世界
2019.01
（接上页）参考文献
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1 前言
2017年5月，中科院曾经声明：“中国诞生了世界第一台超越早期经典计算机的光量子计算机”。通过中科院公布的资料可知，下图1为中科院研制的光量子计算机线路图。笔者认为，量
子计算机取得重大成就的一个重要原因是其计算限制的突破。
图1 中科院研制的光量子计算机线路图
1 量子计算机的原理分析
通过研究发现，量子计算机与经典的计算机的一个重要的差异是前者能够同时实现0和1的存储。相应地，我们可以对量子存储器和经典存储器进行比较，前者能够同时存储2N 个数据，后者智能存储这些数据中的其中一个。就传统计算机和量子计算机的运算能力进行比较，举个生动形象的例子：使用传统计算机相当于用两只手在弹钢琴，而量子计算机相当于一千多只手在同时弹钢琴。2013年6月，在国际上我国首次成功实现了用量子计算机求解线性方程组的实验，这证明了它的计算速度是经典计算机无法企及的。如此看来，其与经典计算机差异非常大，量子计算机的运算资源利用率非常高。
2 量子计算机的优势及应用
2.1 量子计算机的优势
相较于传统计算机而言，量子计算机所运用的是可逆运算，这将有效地降低传统运算时的热损耗，还可以解决因经典计算机电路过于密集而产生大量热量而破坏芯片和计算机的问题。其次，两者的算法有着本质的区别，经典计算机仅仅是单线程运算，可量子计算机则是并行运算，这在一些特殊场合有着无法比拟的优势。最后，量子计算机的储存能力也是远远超越于经典计算机的。2.2 量子计算机的应用
量子计算机是发展人工智能的关键，理论上还具有模拟任意自然系统的能力。鉴于量子计算机具有经典计算机所无法企及的计算能力，因此其作用非常大。其优势也是非常明显的，量子计算机不仅可以在加密领域中有深入的应用，更能在破译领域有广泛的应用。 2.2.1 量子计算机在天气预报中的应用
我们如果使用量子计算机同时对于所有汇总信息进行分析，进而得到结果，我们就能够得知天气的精准变化，因此避免巨大的经济损失。目前引起天气的变化因素很多，如风、海洋、云层等等，就连在地球这一端的蝴蝶如果轻轻挥动翅膀，就有很大可能引起另一端的天气变化。目前的经典计算机系统还不足以对如此繁多的因素进行计算和分析，但是量子计算机未来可以突破这个难关，它的运算能力会让气象预报更精确。2.2.2 量子计算机在交通调度中的应用
量子计算机能依据现有的交通情况预测交通状况，进而完成深度分析，进行调度和优化。
在交通出行的过程中，量子计算机可以为司机规划最优路线，最大程度上减小工作量。比如自驾旅游时，旅程中要在多个地方停留，普通计算机可能首先对所有可能行走路线长度分别计算，其次对最便捷路线进行筛选。可是，量子计算机则可以对所有行走路线长度进行计算，并以更快的速度筛选出最便捷路线。2.2.3 量子计算机在保密通信中的应用
量子计算机的加密通信由于其不可复制的原理，将无法让入侵者在不被发现的情况下进行破译和窃听，这也是由量子计算机本身的性质决定的。
3 结束语
对于量子计算机的研究，不能把它放在单一的学科去研究，而是要把多个学科综合起来，因为量子计算机的研究范围非常广泛。量子计算机的研究范围不仅包括了电子学和信息论的内容，还包括了物理学和量子力学等学科的内容。正是因为量子计算机所涵盖的内容如此之多，才使量子计算机不断地得到发展与改进。但是，我们必须正视量子计算机发展过程中存在较多问题和不足的事实。当这些问题得到有效处理，加上相关学科的带动发展，在不久的将来，量子计算机必定在越来越多的领域得到应用。让我们拭目以待，量子计算机必将会推动人类社会的发展与进步。参考文献
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赵?壮
（武汉经济技术开发区第一中学，武汉 430056）
摘要：在上世纪六七十年代，人们通过研究分析得到计算机芯片发热的原因。发热影响芯片的集成度，不仅如此，由于受到这个影响，计算机的运行速度会有所下降。这对于经常使用笔记本电脑的用户来讲是深有体会的。科学家在研发量子计算机的时候，其最初的目的是为了突破普通计算机在计算方面的限制。据此，量子计算机才具有了进行研究的价值。笔者通过分析和研究其原理和应用探索到量子计算机对人类社会经济发展的推动作用。
关键词：量子计算机；原理；应用doi ：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.01.120中图分类号：TP3-1 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2019）01-0161-01
表面等离子体共振原理及其化学应用
表面等离子体共振原理及其应用 李智豪 1.表面等离子体共振的物理学原理 人们对金属介质中等离子体激元的研究, 已经有50多年的历史。1957年Ritchie发现, 高能电子束穿透金属介质时, 能够激发出金属自由电子在正离子背景中的量子化振荡运动, 这就是等离子体激元。后来,人们发现金属薄膜在入射光波照射下, 当满足特定的条件时, 能够激发出表面等离子体激元, 这是一种光和自由电子紧密结合的局域化表面态电磁运动模式。由于金属材料的吸收性质,光波沿金属表面传播时将不断被吸收而逐渐衰减, 入射光波的能量大部分都损耗掉了, 造成反射光的能量为最小值, 这样就把反射光谱的极小值与金属薄膜的表面等离子体共振联系了起来。 1.1 基本原理[1] 光与金属物质的相互作用主要是来自于光波随时间与空间作周期性变化的电场与磁场对金属物质中的电荷所产生的影响,导致电荷密度在空间分布中的变化以及能级跃迁与极化等效应,这些效应所产生的电磁场与外来光波的电磁场耦合在一起后,表达出各种不同光学现象。 等离子体是描述由熔融状态的带电离子所构成的系统,由于金属的自由电子可当作高密度的电子流体被限制于金属块材的体积范围之内,因此亦可类似地将金属视为一种等离子体系统。当电磁波在金属中传播时,自由电子会随着电场的驱动而振荡,在适当条件下,金属中传播之电磁波其电场振荡可分成两种彼此独立的模态,其中包含电场或电子振荡方向凡垂直于电磁波相速度方向的横波模态,以及电场或电子振荡方向凡平行波的传播方向纵波模态。对于纵波模态,自由电子将会沿着电场方向产生纵向振荡的集体运动,造成自由电子密度的空间分布会随时间之变化形成一种纵波形式之振荡,这种集体运动即为金属中自由电子之体积等离子体振荡。 金属复介电常数的实部相对其虚部来说,往往是一个较大的负数,金属的这种光学性质,使金属和介质的界面处可传输表面等离子波,使夹于两介质中间的金属薄膜可传输长程表面等离子波。这两类表面波具有不同于光导波的独特性质,例如,有效折射率的存在范围大、具有场
《计算机原理与应用》复习题参考答案
《计算机原理与应用》复习题参考答案 一、填空题 1． 2．运算器控制器 3．奇偶 4．11111.1B 5．1.1011B 6．[－x]补，右 7．对阶向右规格化 8．静态，动态 9． 10．磁表面存储器半导体存储器 11． 12．组合逻辑，微程序控制器（或微程序） 13．指令操作码微地址产生部件 14．时间分割，成组（或数据块） 15．传送前预处理传送后处理 16．内码代码转换程序 17、 18、存 19、对主存速度影响小且无明显死区控制电路复杂
20、扩大存储器容量平衡主存与CPU之间的速度 21、奇偶校验法海明校验法循环冗余校验法 22、程序直接控制方式程序中断方式DMA方式通道和IOP方式 23、对阶尾数相加规格化 24、内码代码转换程序 25、数据通路宽度主存容量指令浮点（或：典型四则、四则） 26、 27、ASCII BCD 28、容量 29、双稳态触发器电容 30、单元地址 31、后进先出主存储器 32、指令系统 33、程序计数器（或：PC）程序状态字（或：PSW） 34、中断并行 35、通道 36. 指令寄存器，程序计数器，程序状态字 37、阶码，尾数，数符 38、模块，并行，多个 39、 40、水平，垂直 41、堆栈指针，栈顶
42、触发器，电容 43、40F4H 二、选择题 1.B 2.B 3.A 4.C 5.C 6. 7.C 8.A 9.D 10.D 11、（4）12、（3）13、（1）14、（1）15、16、（2）17、（2）18、（3）19、20、（3）21．B 22.D 23. 24.C 25.A 26.AC 27.B 28. 29.C 30.C 31.D 32. 33.B 34.A 35. 36.A 37.C 38.C 39.A 40.C 41B、42D、43A 、44 D、45C、46A、47B、48C、49B、50.C 三、判断题 1、√ 2、 3、× 4、× 5、、 6、√， 7、╳， 8、， 9、╳， 10、√， 11、，12、， 13、╳， 14、， 15、√ 四、名词解释 1.基数：各数位允许选用的数码个数。或：各数位允许选用的最大数码值加1（不乘位权）。或：产生进位的该位数码值（不乘位权）。 2.DRAM： 3.高速缓存：为提高访存速度在CPU和主存间增设的一种高速存储器。
量子计算机
量子计算机 量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装臵。当某个装臵处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。 组长：黄桢 组员：鲍成晓、陈成川、葛广杰、胡龙 演讲：黄桢 问题回答：葛广杰 资料收集：鲍成晓、陈成川、胡龙、黄桢、葛广杰 PPT制作：鲍成晓、陈成川、黄桢
目录 第1章量子计算机 (3) 第1.1章有趣的量子理论 (4) 第2章概念 (4) 第2.1章经典计算机的特点 (4) 第2.2章量子计算机的特点 (5) 第2.3章量子计算机能做什么 (6) 第2.4章量子计算机的工作原理 (7) 第2.5章目前发展的系统 (9) 第3章名称的不同 (9) 第3.1章关于在中国台湾的名称 (9) 第3.2章关于在中国大陆的名称 (9) 第4章展望 (10) 第4.1章未来 (10) 第4.2章量子计算机的广阔前景 (10) 第5章研发现状 (10) 第5.1章世界首台量子计算机在美国问世 (10) 第5.2章最新研究结果 (11) 第5.3章国内量子计算机发展现状 (12) 第6章第一台商业化量子计算机 (12)
第1章量子计算机 量子计算机，早先由理查德·费曼提出，一开始是从物理现象的模拟而来的。可他发现当模拟量子现象时，因为庞大的希尔伯特空间使资料量也变得庞大，一个完好的模拟所需的运算时间变得相当可观，甚至是不切实际的天文数字。理查德·费曼当时就想到，如果用量子系统构成的计算机来模拟量子现象，则运算时间可大幅度减少。量子计算机的概念从此诞生。 量子计算机，或推而广之——量子资讯科学，在1980年代多处于理论推导等纸上谈兵状态。一直到1994年彼得·秀尔（Peter Shor）提出量子质因子分解算法后，因其对于现在通行于银行及网络等处的RSA加密算法可以破解而构成威胁之后，量子计算机变成了热门的话题。除了理论之外，也有不少学者着力于利用各种量子系统来实现量子计算机。 半导体靠控制集成电路来记录和运算信息，量子电脑则希望控制原子或小分子的状态，记录和运算信息。 图2：布洛赫球面乃一种对于二阶量子系统之纯态空间的几何表示法，是建立量子计算机的基础。 20世纪60年代至70年代，人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热，极大地影响了芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。研究发现，能耗来源于计算过程中的不可逆操作。那么，是否计算过程必须要用不可逆操作才能完成呢？问题的答案是：所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机，而且不影响运算能力。既然计算机中的每一步操作都可以改造为可逆操作，那么在量子力学中，它就可以用一个幺正变换来表示。早期量子计算机，实际上是用量子力学语言描述的经典计算机，并没有用到量子力学的本质特性，如量子态的叠加性和相干性。在经典计算机中，基本信息单位为比特，运算对象是各种比特序列。与此类似，在量子计算机中，基本信息单位是量子比特，运算对象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上，而且还可以处于纠缠态上。这些特殊的量子态，不仅提供了量子并行计算的可能，而且还将带来许多奇妙的性质。与经典计算机不同，量子计算机可以做任意的幺正变换，在得到输出态后，进行测量得出计算结果。因此，量子计算对经典计算作了极大的扩充，在数学形式上，经典计算可看作是一类特殊的量子计算。量子计算机对每一个叠加分量进行变换，所有这些变换同时完成，并按一定的概率幅叠
量子阱原理及应用
光子学原理课程期末论文 ——量子阱原理及其应用 信息科学与技术学院 08电子信息工程 杨晗 23120082203807
题目：量子阱原理及其应用 作者：杨晗 23120082203807 摘要：随着半导体量子阱材料的发展,量子阱器件广泛应用于各种领域.本文主 要介绍量子阱的基本特征,重点从量子阱材料、量子阱激光器、量子阱LED、等方面介绍量子阱理论在光电器件方面的发展及其应用。 关键词：量子阱量子约束激光器 量子阱是指由2种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限制效应的电子或空穴的势阱。量子阱的最基本特征是，由于量子阱宽度(只有当阱宽尺度足够小时才能形成量子阱)的限制，导致载流子波函数在一维方向上的局域化。在由2种不同半导体材料薄层交替生长形成的多层结构中，如果势垒层足够厚，以致相邻势阱之间载流子波函数之间耦合很小，则多层结构将形成许多分离的量子阱，称为多量子阱，简单来说，就是由多个势阱构成的量子阱结构为多量子阱，简称为MQW（Multiple Quantum Well），而由一个势阱构成的量子阱结构为单量子阱，简称为SQW（Single Quantum Well）。 一量子阱最基本特征 由于量子阱宽度(只有当阱宽尺度足够小时才能形成量子阱)的限制，导致载流子波函数在一维方向上的局域化。在由2种不同半导体材料薄层交替生长形成的多层结构中，如果势垒层足够厚，以致相邻势阱之间载流子波函数之间耦合很小，则多层结构将形成许多分离的量子阱，称为多量子阱。如果势垒层很薄，相邻阱之间的耦合很强，原来在各量子阱中分立的能级将扩展成能带(微带)，能带的宽度和位置与势阱的深度、宽度及势垒的厚度有关，这样的多层结构称为超晶格。有超晶格特点的结构有时称为耦合的多量子阱。量子肼中的电子态、声子态 和其他元激发过程以及它们之间 的相互作用，与三维体状材料中的 情况有很大差别。在具有二维自由 度的量子阱中，电子和空穴的态密 度与能量的关系为台阶形状。而不 是象三维体材料那样的抛物线形 状[1]。 图1半导体超晶格的层状结构，白圈和灰圈代 表两种材料的原子
激光二极管原理及应用
激光二极管参数与原理及应用 2011-06-19 17:10:29 来源:互联网 一、激光的产生机理 在讲激光产生机理之前，先讲一下受激辐射。在光辐射中存在三种辐射过程， 一时处于高能态的粒子在外来光的激发下向低能态跃迁，称之为自发辐射； 二是处于高能态的粒子在外来光的激发下向低能态跃迁，称之为受激辐射； 三是处于低能态的粒子吸收外来光的能量向高能态跃迁称之为受激吸收。 自发辐射，即使是两个同时从某一高能态向低能态跃迁的粒子，它们发出光的相位、偏振状态、发射方向也可能不同，但受激辐射就不同，当位于高能态的粒子在外来光子的激发下向低能态跃迁，发出在频率、相位、偏振状态等方面与外来光子完全相同的光。在激光器中，发生的辐射就是受激辐射，它发出的激光在频率、相位、偏振状态等方面完全一样。任何的受激发光系统，即有受激辐射，也有受激吸收，只有受激辐射占优势，才能把外来光放大而发出激光。而一般光源中都是受激吸收占优势，只有粒子的平衡态被打破，使高能态的粒子数大于低能态的粒子数（这样情况称为离子数反转），才能发出激光。 产生激光的三个条件是：实现粒子数反转、满足阈值条件和谐振条件。产生光的受激发射的首要条件是粒子数反转，在半导体中就是要把价带内的电子抽运到导带。为了获得离子数反转，通常采用重掺杂的P型和N型材料构成PN结，这样，在外加电压作用下，在结区附近就出现了离子数反转—在高费米能级EFC以下导带中贮存着电子，而在低费米能级EFV以上的价带中贮存着空穴。实现粒子数反转是产生激光的必要条件，但不是充分条件。要产生激光，还要有损耗极小的谐振腔，谐振腔的主要部分是两个互相平行的反射镜，激活物质所发出的受激辐射光在两个反射镜之间来回反射，不断引起新的受激辐射，使其不断被放大。只有受激辐射放大的增益大于激光器内的各种损耗，即满足一定的阈值条件: P1P2exp(2G - 2A) ≥1 （P1、P2是两个反射镜的反射率，G是激活介质的增益系数，A是介质的损耗系数，exp 为常数），才能输出稳定的激光，另一方面，激光在谐振腔内来回反射，只有这些光束两两之间在输出端的相位差Δф=2qπq=1、2、3、4。。。。时，才能在输出端产生加强干涉，输出稳定激光。设谐振腔的长度为L，激活介质的折射率为N，则 Δф=（2π/λ）2NL=4πN(Lf/c)=2qπ， 上式可化为f=qc/2NL该式称为谐振条件，它表明谐振腔长度L和折射率N确定以后，只有某些特定频率的光才能形成光振荡，输出稳定的激光。这说明谐振腔对输出的激光有一定的选频作用。 二、激光二极管本质上是一个半导体二极管，按照PN结材料是否相同，可以把激光二极管分为同质结、单异质结（SH）、双异质结（DH）和量子阱（QW）激光二极管。量子阱激光二极管具有阈值电流低，输出功率高的优点，是目前市场应用的主流产品。同激光器相比，激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的优点，但其输出功率小（一般小于2mW），线性差、单色性不太好，使其在有线电视系统中的应用受到很大限制，不能传输多频道，高性能模拟信号。在双向光接收机的回传模块中，上行发射一般都采用量子阱激光二极管作为光源。 半导体激光二极管的基本结构如图所示，垂直于PN结面的一对平行平面构成法布里—
《计算机原理与应用》习题(1-3章)
第1章微机系统导论 1.2微处理器、微型计算机和微型计算机系统之间有何联系与区别? 答：微处理器是微型计算机的中央处理器，微型计算机是微型计算机系统硬件部分的核心部件。 微处理器是指由一片或几片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器功能的中央处理器部件。 微型计算机又称主机，是指以微处理器为核心，配上存储器、输入／输出接口电路及系统总线所组成的计算机。 微型计算机系统是指以微型计算机为中心，配以相应的外围设备（如硬盘、显示器、键盘、鼠标等）、电源和辅助电路（统称硬件）以及指挥微型计算机工作的软件系统（如系统软件、应用软件）所构成的系统。 1.3一个基本的微机硬件系统的组成部分包括哪几部分？实际微机硬件系统一般都由哪些 部件组成? 答：一个基本的微机硬件系统的组成包括微处理器芯片、存储器芯片与输入输出接口芯片。微处理器芯片是微机的运算和控制中心，存储器芯片（内存）用来存储程序和数据，输入输出接口芯片是微机与外设之间的接口。 主流微机硬件系统一般由主机（包括CPU、主存储器RAM、CPU外围芯片组和总线插槽）、外设接口卡、外部设备（如显示器、键盘、鼠标）及电源等部件组成。 1.6 一个最基本的微处理器由哪几部分组成？它们各自的主要功能是什么？ 答：一个最基本的微处理器由运算器、控制器和内部寄存器阵列3个部分组成。 运算器又称为算术逻辑单元（ALU），用来进行算术或逻辑运算以及位移循环等操作；控制器包括指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）、可编程逻辑阵列（PLA），三者共同作用完成取指控制、执指控制等操作；内部寄存器的数量和类型视具体的微处理器类型而定，一般包括累加器、数据寄存器、程序计数器、地址寄存器和标志寄存器等，用以存放对应的数据，供控制器和运算器使用。 1.7 试说明程序计数器PC在程序执行过程中的具体作用与功能特点。 答：PC中存放着正待取出的指令的地址。根据PC中的指令地址，CPU准备从存储器中取出将要执行的指令。通常程序按顺序逐条执行。任何时刻PC都指示要取的下一个字节或下一条指令（对单字节指令而言）所在的地址。因此，PC具有自动加1功能。 1.8 试说明标志寄存器F的基本功能是什么？它在程序执行过程中有何作用？ 答：标志寄存器F用来寄存CPU执行指令时所产生的结果或状态的标志信号。如进行算术或逻辑运算时是否产生进位、半进位、溢出、结果等于零、奇偶性等状态的变化，通常需要将标志寄存器中这些运算后的结果或状态作为一种条件，用于判断程序是否转移。不同型号的微处理器对应的标志位的具体设置与功能也不同。 1.9 存储器的基本功能是什么？程序和数据是以何种代码形式来存储信息的？ 答：存储器是计算机的存储和记忆部件，用来存放数据（包括原始数据、中间结果与最终结果）和程序。程序和数据在计算机内部都是用0、1二进制代码的形式来表示的，每一个0或1就叫做1位信息。 1.10 试说明位、字节、字长的基本概念及三者之间的关系。 答：位（bit）是用0或1表示的一个二进制信息最基本单位；字节（Byte）是由8位二进制代码表示的一个叫做位组的基本信息单位；字（Word）是指由2个字节组成的16位信息单位。字长是指计算机内部CPU一次可以处理二进制数字的位数，它通常是字节的整数倍。
微型计算机原理与应用_第四版_课后答案_(郑学坚_朱定华)
微机原理第七章答案 7.3 设AX=1122,BX=3344H,CX=5566H,SS=095BH,SP=0040H,下述程序执行 后AX ，BX ，CX ，DX 4个通用寄存器内容是多少？画出堆栈存储器的物理地址及存储内容和SP 指向的示意图。 PUSH AX PUSH BX PUSH CX POP BX POP AX POP DX 参考答案：(BX)=5566H, (AX)=3344H, (DX)=1122H ，(CX)=5566H 堆栈段物理地址=SS*16(左移4位)+SP
7.4 设SP=0040H,如果用进栈指令存入5个数据，则SP=0036H，若用出栈指令取出两个数据，则SP=003AH 。 7.5将表中程序段各指令执行后AX的值用十六进制数填入表中 参考答案： 7.6用十六进制数填下表，已知DS=1000H,ES=2000H,SS=0FC0H,通用寄存器的值为0。 参考答案：逻辑地址=段基址：段内偏移地址 BP以SS为默认段基址，其余寄存器以DS为默认段基址 ES：为段前缀，以ES为段基址
7.7 试给出执行完下列指令后OF、SF、ZF、CF4个可测试标志位的状态（用十六进制给出FLAG的值，其余各位为0） (1)MOV AX,2345H (2) MOV BX,5439H ADD AX,3219H ADD BX,456AH (3)MOV CX,3579H (4) MOV DX,9D82H SUB CX,4EC1H SUB DX,4B5FH
参考答案：（这里除了上面4个标志还考虑了奇偶标志PF和辅助进位标志AF）（1）AX=555EH FLAG=0000H （2）BX=99A3H FLAG=0894H （3）CX=E6B8 FLAG=0081H （4）DX=5223 FLAG=0014H 7.8AX 中有一负数，欲求其绝对值，若该数为补码，则使用指令NEG AX；若为原码则用指令AND AX，7FFFH。。 7.9 分别写出实现如下功能的程序段： （1）将AX中间8位（做高8位），BX低4位和DX高4位（做低4位）拼成一个新字。（注意：左移右移操作） AND AX，0FF0H MOV CL,04H
LED原理及应用概述
LED原理及应用概述 纵观人类照明史，先后经历了火光照明、白炽灯照明、荧光灯照明，LED(发光二极管)作为加入照明家族的新成员，目前正处于蓬勃发展阶段。从1962年第一支红色二极管问世，黄色、绿色、橙色、蓝光LED被陆续开发出来。1998年，基于蓝光的LED芯片的成功开发，孕育了新一代的照明革命。随着国家半导体照明工程的启动，半导体照明技术将进一步改变我们的世界。由于白光LED光效的迅速提高，加上其体积小、耐震动、响应速度快、方向性好、寿命长达数万小时、光色接近白炽灯光色、低压驱动、无汞和铅的污染，将发展成为可用来代替白炽灯和荧光灯的主要绿色光源。 1、 LED的结构及发光原理 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由三部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子，中间通常是1至5个周期的量子阱。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子和空穴就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出
能量。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。 因此，只要有理想的半导体材料就可以制成各种光色的LED。 LED结构图如下图所示。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。随着国家半导体照明工程的启动，半导体照明技术将进一步改变我们的世界。由于白光LED光效的迅速提高，加上其体积小、耐震动、响应速度快、方向性好、寿命长达数万小时、光色接近白炽灯光色、低压驱动、无汞和铅的污染，将发展成为可用来代替白炽灯和荧光灯的主要绿色光源。
微型计算机原理及应用试题库答案
微型计算机原理及应用试题库及答案 一、填空 1.数制转换 A）125D=（ 11111101 ）B =（ 375 ）O=（ 0FD ）H=（0001 0010 0101 ）BCD B）10110110B=（ 182 ）D =（ 266 ）O=（ 0B6 ）H=（0001 1000 0010 ）BCD 2.下述机器数形式可表示的数值范围是(请用十进制形式写出):单字节无符号整数0~255；单字节有符号整数-128~+127。 注：微型计算机的有符号整数机器码采用补码表示，单字节有符号整数的范围为-128~+127。 3.完成下列各式补码式的运算，并根据计算结果设置标志位SF、ZF、CF、OF。指出运算结果有 效否。 A）00101101+10011100= B）11011101+10110011= 4.十六进制数2B．4Ｈ转换为二进制数是__00101011.0100，转换为十进制数是__43.25____。 5.在浮点加法运算中，在尾数求和之前，一般需要（对阶）操作，求和之后还需要进行（规格化） 和舍入等步骤。 6.三态门有三种输出状态：高电平、低电平、（高阻）状态。 7.字符“A”的ASCII码为41H，因而字符“E”的ASCII码为（45H），前面加上偶校验位后代 码为（C5）H。 8.数在计算机中的二进制表示形式称为（机器数）。 9.在计算机中，无符号书最常用于表示（地址）。 10.正数的反码与原码（相等）。 11.在计算机中浮点数的表示形式有（阶码）和（尾码）两部分组成。 12.微处理器中对每个字所包含的二进制位数叫（字长）。 13.MISP是微处理的主要指标之一，它表示微处理器在1秒钟内可执行多少（百万条指令） 14.PC机主存储器状基本存储单元的长度是（字节）. 15.一台计算机所用的二进制代码的位数称为___字长_________，8位二进制数称为__ 字节____。 16.微型计算机由（微处理器）、（存储器）和（I/O接口电路）组成。 17.8086CPU寄存器中负责与I/O端口交换数据的寄存器为（AX,AL） 18.总线有数据总线、地址总线、控制总线组成，数据总线是从微处理器向内存储器、I/O接口 传送数据的通路；反之，它也是从内存储器、I/O接口向微处理器传送数据的通路，因而它可以在两个方向上往返传送数据，称为（双向总线）。 19.一个微机系统所具有的物理地址空间是由(地址线的条数)决定的，8086系统的物理地址空间 为（1M）字节。 20.运算器包括算术逻辑部件（ALU），用来对数据进行算术、逻辑运算，运算结果的一些特征由 （标志寄存器）存储。 21.控制寄存器包括指令寄存器、指令译码器以及定时与控制电路。根据（指令译码）的结果， 以一定的时序发出相应的控制信号，用来控制指令的执行。 22.根据功能不同，8086的标志为可分为（控制）标志和（状态）标志位。 23.8086/8088CPU内部有（14）个（16位）的寄存器。 24.在8086/8088的16位寄存器中，有（4）各寄存器可拆分为8位寄存器使用。他们是 （AX,BX,CX,DX）,他们又被称为（通用寄存器）。 25.8086/8088构成的微机中，每个主存单元对应两种地址（物理地址）和（逻辑地址）。 26.物理地址是指实际的（20）为主存储单元地址，每个存储单元对应唯一的物理地址，其范围 是（00000H-FFFFFH）。
微型计算机原理及应用课后习题解答
李伯成《微机原理》习题第一章 本章作业参考书目： ①薛钧义主编《微型计算机原理与应用——Intel 80X86系列》 机械工业出版社2002年2月第一版 ②陆一倩编《微型计算机原理及其应用（十六位微型机）》 哈尔滨工业大学出版社1994年8月第四版 ③王永山等编《微型计算机原理与应用》 西安电子科技大学出版社2000年9月 1.1将下列二进制数转换成十进制数： X=10010110B= 1*27+0*26+0*25+1*24+0*23+1*22+1*21 +0*21 =128D+0D+0D+16D+0D+0D+4D+2D=150D X=101101100B =1*28+0*27+1*26+1*25+0*24+1*23+1*22+0*21+0*20 =256D+0D+64D+32D+0D+16D+4D+0D=364D X=1101101B= 1*26+1*25+0*24+1*23+1*22+0*21 +1*20 =64D+32D+0D+8D+4D+0D+1D=109D 1.2 将下列二进制小数转换成十进制数： （1）X=0.00111B= 0*2-1+0*2-2+1*2-3+1*2-4+1*2-5= 0D+0D+0.125D+0.0625D+0.03125D=0.21875D (2) X=0.11011B= 1*2-1+1*2-2+0*2-3+1*2-4+1*2-5= 0.5D+0.25D+0D+0.0625D+0.03125D=0.84375D (3) X=0.101101B= 1*2-1+0*2-2+1*2-3+1*2-4+0*2-5+1*2-6= 0.5D+0D+0.125D+0.0625D+0D+0.015625D=0.703125D 1.3 将下列十进制整数转换成二进制数： （1）X=254D=11111110B （2）X=1039D=10000001111B （3）X=141D=10001101B 1.4 将下列十进制小数转换成二进制数： （1）X=0.75D=0.11B (2) X=0.102 D=0.0001101B (3) X=0.6667D=0.101010101B 1.5 将下列十进制数转换成二进制数 (1) 100.25D= 0110 0100.01H (2) 680.75D= 0010 1010 1000.11B 1.6 将下列二进制数转换成十进制数 (1) X=1001101.1011B =77.6875D
量子阱中的激子效应及其应用
量子阱中的激子效应及其应用 摘要 人们对半导体中的电子空穴对在库仑作用下形成的激子态及其有关的物理性质进行了深入研究。在量子化的低维电子结构中，激子束缚能要大得多，激子效应增强，也更稳定。这对制作利用激子效应的光电子器件非常有利。近年来量子阱、量子点等低维结构研究获得飞速的进展，已大大促进了激子效应在新型半 导体光源和半导体非线性光电子器件领域的应用。 关键词半导体，激子，量子阱，自电光效应 ABSTRACT The excitons in semiconductors formed by electron-hole pairs bound by Coulombic interaction have beenwell investigated. In quantized electronic low-dmi ensional structures the excitons have much larger binding energies than in bulkmaterials, showing strongerexcitonic effects and beingmore stable athigh temper-atures or under high electric field conditions. The progress obtained recently in investigations on quantum wells,quantumdotsand other low-dmi ensionalstructureshave greatlypromoted the ionsofexciton ic effects in many new sem iconductor light sources and non-linear opto-electronic devices. Key words Semiconductor;Exciton;Quantum well;SEED 1.引言 目前，世界各主要发达国家都已纷纷致力于信息高速公路的建设。如今依然在大规模使用的传统的电子器件已经不能很好的满足信息高速传输的要求。 人们迫切需要研制出新的器件，打造未来信息高速公路。本文着重介绍了半导体中的一种特殊的束缚态——激子的形成及其特性，并对利用激子效应制作的各种量子器件在未来光通信中的应用进行了探讨。 2.激子形成及其特性 激子是固体中的一种基本的元激发，是由库仑互作用互相束缚着的电子—空穴对。半导体吸收一个光子后，电子由价带跃迁至导带，但是电子由于库仑作用仍然和价带中的空穴联系再一起，从而形成了一种束缚态——激子。 激子在研究绝缘体和半导体的物理问题和光电性质时具有重要的意义。早在20世纪30年代，科学家就对激子开始了研究。在固体物理的研究发展史中，布洛赫首先用单电作为独立运动的量子来描述解释固体的导电性。1931年，前
微型计算机原理与应用试题库答案
《微型计算机原理及应用》试题库及答案 一、填空 1.数制转换 A）125D=（0111 1101 ）B =（175 ）O=（7D ）H=（0001 0010 0101 ）BCD B）10110110B=（182 ）D =（266）O=（B6 ）H=（0001 1000 0010）BCD 2.下述机器数形式可表示的数值范围是(请用十进制形式写出):单字节无符号整数0~ 255 ；单字节有符号整数-127 ~127 。 （注：微型计算机的有符号整数机器码采用补码表示，单字节有符号整数的范围为-128~+127。）3.完成下列各式补码式的运算，并根据计算结果设置标志位SF、ZF、CF、OF。指出运算结果 有效否。 A）00101101+10011100=11001001B SF=1 ZF=0 CF=0 OF=0 B）11011101+10110011=10010000B SF=1 ZF=0 CF=1 OF=0 4.十六进制数2B．4Ｈ转换为二进制数是_0010 1011.0100B ，转换为十进制数是_43.25。 5.在浮点加法运算中，在尾数求和之前，一般需要操作，求和之后还需要进行和 舍入等步骤。 6.三态门有三种输出状态：低电平、高电平、高阻态状态。 7.字符“A”的ASCII码为41H，因而字符“E”的ASCII码为45H ，前面加上偶 校验位后代码为。 8.数在计算机中的二进制表示形式称为机器数。 9.在计算机中，无符号书最常用于表示。 10.正数的反码与原码相等。 11.在计算机中浮点数的表示形式有整数和小数两部分组成。 12.微处理器中对每个字所包含的二进制位数叫字节。 13.MISP是微处理的主要指标之一，它表示微处理器在1秒钟内可执行多少
量子计算机原理及发展前景
量子计算机原理及发展前景 量子力学和计算机理论，这两个看起来互不相关的领域，其结合却产生了一门富于成效的学科：量子计算机。文章介绍了量子计算机原理、基本概念和历史背景，它相对于经典计算机的优越性，它的构造和实验方案，以及实现量子计算的困难及其克服途径，最后展望了量子计算机的发展前景。 一、量子计算机的概念及发展背景 1996年，美国《科学》周刊科技新闻中报道，量子计算机引起了计算机理论领域的革命。同年，量子计算机的先驱之一，Bennett在英国《自然》杂志新闻与评论栏声称，量子计算机将进入工程时代。目前，有关量子计算机的理论和实验正迅猛发展，那么，什么是量子计算机呢？ 量子计算机，顾名思义，就是实现量子计算的机器。要说清楚量子计算，首先看经典计算。经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行变换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。经典计算机具有如下特点： （1）其输入态和输出态都是经典信号，用量子力学的语言来描述，也即是：其输入态和输出态都是某一力学量的本征态。如输入二进制序列0110110，用量子记号，即|0110110＞。所有的输入态均相互正交。对经典计算机不可能输入如下叠加态： C1|0110110 ＞＋C2|1001001＞。 （2）经典计算机内部的每一步变换都将正交态演化为正交态，而一般的量子变换没有这个性质，因此，经典计算机中的变换（或计算）只对应一类特殊集。 相应于经典计算机的以上两个限制，量子计算机分别作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特）,量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的么正变换。因此量子计算机的特点为： [1]量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交； [2]量子计算机中的变换为所有可能的么正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。 由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果。这种计算称为量子并行计算。量子并行处理大大提高了量子计算机的效率，使得其可以完成经典计算机无法完成的工作，如一个很大的自然数的因子分解（后面将叙及）。量子相干性在所有的量子超快速算法中得到了本质性的利用。 量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究，而研究可逆计算机是为了克服计算机中的
量子阱半导体激光器
量子阱半导体激光器的原理及应用 刘欣卓（06009406） （东南大学电子科学与工程学院南京 210096） 光电调制器偏置控制电路主要补偿了激光调制器的温漂效应，同时兼顾了激光器输出功率的变化。链路采用的激光器带有反馈PD，输出对应的电压信号。该信号经过放大后直接作为控制系统的输入,将两者的电压相减控制稳定后再放大。反馈光信号经过光电转换和滤波放大两个环节。最后一节采用低通滤波器排除射频信号的影响。放大环节有两个作用。其一：补偿采样过程中1%的比例；其二：通过微调放大倍数实现可调的偏置。偏 置控制主要是一个比例积分环节，输出作为调制器的偏置。 关键词：光电调制器；模拟偏置法；误差 High-speed Optical Modulator Bias Control LIU XinZhuo 2) (06009406) (1)Department of Electronic Engineering, Southeast University, Nanjing, 210096 Abstract: The optical modulator bias control circuit compensates for the drift of the laser modulator effect. It also takes into account the changes in the laser output power. Link uses the laser with feedback PD and the output corresponds to voltage signal. The signal after amplification is acted as the input of the control system. After the two voltage signals reduction and stability, the output may be amplified. The feedback optical signal includes photoelectric conversion and filtering amplification. The last part of circuit excludes the influence of the RF signal through a low pass filter. We know that enlarge areas have two roles. First: it can compensate for sampling ratio of 1%of the process; Second: it can realize adjustable bias by fine-tune magnification. The bias control is a proportional integral part of the output of the modulator bias. Abstract: Specific charge of electron; magnetic focusing; magnetic control tube; Zeeman effects; error 作者的个人学术信息： 刘欣卓，1991年，女，南京市。大学本科，电 子科学与工程学院。liuxinzhuo@https://www.360docs.net/doc/f13467749.html,. 1.量子阱半导体激光器的发展历程 1.1激光器研制的现状 随着光子技术的发展,光子器件及其集成技术在各领域的应用前景越来越广阔，尤其在一些数据处理速率要求极高的领域，光子器件正逐步取代电子器件。可以预见，不久的将来，光子器件及光子集成线路在各行业所占的比重将不亚于目前集成电路在各领域的地位及作用。而激光器作为光子器件的核心之一，对其新型结构的研制更是早就提上了日程，并取得了一定的进展。 为了研制出阈值电流低、量子效率高、工作于室温环境、短波长、长寿命和光束质量好等要求的半导体激光器, 研究人员致力于寻找新工作原理、新材料、新结构以及各种新的技术。在此，半导体激光器(LD)，特别是量子阱半导体激光器(QWLD)正逐步作为光通信和光互连中的重要光源。 1. 2半导体激光器 半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，较常规激光器而言，产生激光的具体过程比较特殊。 半导体激光器工作物质的种类有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)
计算机原理及应用作业 第三次
《计算机原理与应用》作业第三次 四、缓冲技术与浮点数 1、缓存块、相联性和平均存储器访问时间（27分） 假设有16位的地址空间，时钟周期频率为2GHz。设计的缓存参数如下： 缓存大小：4Kb 块大小：1 word（4 byte） 缓存命中时间：2个周期 缓存缺失时间：100个周期 再假设，依次访问如下的地址：0x0000, 0x0004, 0x0008, 0x000c, 0x1000, 0x1004, 0x1008, 0x100c, 0x0000, 0x0004, 0x0008, 0x000c a．如果使用直接映射缓冲技术 （1）地址中的tag、set index、block offset字段分别是多少宽度？（3分） Tag：4位set index：10位block offset：2位 （2）在每次存储访问时，缓存是否命中/缺失？如果是缺失的话，请给出缺失类型 （3）请计算缓冲的缺失率，及AMAT。与没有使用缓冲技术相比，访问存储的时间
的效率提高了多少?（3分） 缺失率=100%；T=0.5ns，AMAT=(2+100*100%)T=51ns；没有缓冲技术时，AMAT=100 cycles=50ns，故缓冲技术使得效率降低2%。 b．假设缓存大小不变，而将块大小变为2字（8字节）请回答问题。 （4）地址中的tag、set index、block offset字段分别是多少宽度？（3分） 4；9；3 （5）在每次存储访问时，缓存是否命中/缺失？如果是缺失的话，请给出缺失类型（Compulsory, Capacity, or Conflict）, 请将结果填入下表。（3分） （6）请计算缓冲的缺失率。注：由于增加了块大小，命中和缺失的时间都有可能增加。请在下述给出的参数中选择合理的时间参数，来计算AMAT。与没有使用 缓冲技术相比，访问存储的时间的效率提高了多少?（3分） ●Cache hit time: 1, 2, 3 cycles ●Cache miss time: 90, 100, 110 cycles hit time=2 cycles, miss time=110 cycles, 1 cycle=0.5ns; miss rate=50%; AMAT=(2+110*50%)cycles=28.5ns; 未使用缓冲时，AMAT=100 cycles=50ns,缓冲使得访问效率提高43%。 c．将b中的缓存设计，进一步提高缓存的相联性，缓存大小不变，块大小仍为2字，使用2路分组相连方式。 （7）地址中的tag、set index、block offset字段分别是多少宽度？（3分） 5；8；3 （8）在每次存储访问时，缓存是否命中/缺失？如果是缺失的话，请给出缺失类型（Compulsory, Capacity, or Conflict）, 请将结果填入下表。（3分）
微型计算机原理与应用知识点总结
第一章计算机基础知识 一、微机系统的基本组成 1. 微型计算机系统由硬件和软件两个部分组成。 (1) 硬件: ①冯●诺依曼计算机体系结构的五个组成部分：运算器，控制器，存储器，输入设备，输入 设备。其特点是以运算器为中心。 ②现代主流的微机是由冯●诺依曼型改进的，以存储器为中心。 ③冯●诺依曼计算机基本特点： 核心思想：存储程序； 基本部件：五大部件； 信息存储方式：二进制； 命令方式：操作码（功能）+地址码（地址），统称机器指令； 工作方式：按地址顺序自动执行指令。 (2) 软件: 系统软件：操作系统、数据库、编译软件 应用软件：文字处理、信息管理（MIS）、控制软件 二、微型计算机的系统结构 大部分微机系统总线可分为 3 类：数据总线DB(Data Bus) ，地址总线AB(Address Bus)，控制总线CB(Control Bus) 。 总线特点：连接或扩展非常灵活，有更大的灵活性和更好的可扩展性。 三、工作过程 微机的工作过程就是程序的执行过程, 即不断地从存储器中取出指令, 然后执行指令的过程。★例：让计算机实现以下任务：计算计算7+10=？ 程序：mov al,7 Add al,10 hlt
指令的机器码： 10110000 （OP ） 00000111 00000100 （OP） 00001010 11110100 （OP ） 基本概念： 2. 微处理器、微型计算机、微型计算机系统 3. 常用的名词术语和二进制编码 （1）位、字节、字及字长
（2）数字编码 （3）字符编码 （4）汉字编码 4. 指令、程序和指令系统 习题： 1.1 ，1.2 ，1.3 ，1.4 ，1.5 第二章8086／8088 微处理器 一、8086／8088 微处理器 8086 微处理器的内部结构：从功能上讲，由两个独立逻辑单元组成，即执行单元EU和总线 接口单元BIU。 执行单元EU包括：4 个通用寄存器（AX，BX，CX，DX，每个都是16 位，又可拆位，拆成 2 个8 位）、4 个16 位指针与变址寄存器（BP，SP，SI ，DI）、16 位标志寄存器FLAG（6 个状 态标志和 3 个控制标志）、16 位算术逻辑单元(ALU) 、数据暂存寄存器； EU功能：从BIU 取指令并执行指令；计算偏移量。 总线接口单元BIU 包括：4 个16 位段寄存器（CS(代码段寄存器) 、DS(数据段寄存器) 、SS(堆 栈段寄存器) 和ES(附加段寄存器) ）、16 位指令指针寄存器IP （程序计数器）、20 位地址加 法器和总线控制电路、 6 字节（8088 位4 字节）的指令缓冲队列； BIU 功能：形成20 位物理地址；从存储器中取指令和数据并暂存到指令队列寄存器中。 3、执行部件EU和总线接口部件BIU 的总体功能：提高了CPU的执行速度；降低对存储器的 存取速度的要求。 4、地址加法器和段寄存器 由IP 提供或由EU按寻址方式计算出寻址单元的16 位偏移地址( 又称为逻辑地址或简称为偏 移量) ，将它与左移 4 位后的段寄存器的内容同时送到地址加法器进行相加，最后形成一个 20 位的实际地址( 又称为物理地址) ，以对应存储单元寻址。 要形成某指令码的物理地址（即实际地址），就将IP 的值与代码段寄存器CS（Code Segment）左移 4 位后的内容相加。 【例假设CS＝4000H，IP ＝0300H，则指令的物理地址PA＝4000H× 1 0H＋0300H＝40300H。