應用和發展
21世紀是人類走向信息社會的世紀，是網絡化的時代，是超高速信息高速公路建設取得實質性進展並進入應用的時代。那麽世紀之交信息技術的發展會發生什麽新的變化呢？本文將從以下十壹個方面來回答這個問題。
1，芯片技術
自1971微處理器問世以來，計算機經歷了4位計算機、8位計算機、16位計算機的時代。90年代初，出現了32位微處理器計算系統，它將進入64位計算時代。Intel 1991年，MIPS公司的64位計算機R4000問世，先後有DEC公司的Alpha 21064，21066，2165438和21264，HP公司的PA 8000 IBM。
2.並行處理技術
並行處理技術包括並行結構、並行算法、並行操作系統、並行語言及其編譯系統。此外，並行處理方法還包括多處理器體系結構、大規模並行處理系統和工作站群(包括工作站集群系統和網絡工作站)。
目前MP指的是少於100個CPU的系統，MPP指的是100個CPU的系統。
3.分布式客戶機/服務器模式
早期的集中式主機模式逐漸被客戶機/服務器模式所取代，現在已經發展成為基於Internet和Web技術的三層模式。在這種模式下，服務器網絡通信和應用平臺的發展趨勢也是關註的焦點。服務器技術的發展趨勢是從32位計算機向64位計算機過渡。DEC已經率先實現了這壹轉變。估計各大硬件廠商也會在1998-1999完成這個過渡，比如惠普，IBM，SGI。服務器的整體結構模式將從目前的UMA、NUMA和MPP模式發展到Crossbar Switches模式，使用高速交換設備連接多個CPU、內存和I/O模塊，從而大大提高CPU、內存和I/O的通信帶寬和互連能力以及服務器的處理能力，其配置將更加註重靈活性、可擴展性和可靠性，從而成為下壹代高性能服務器。
存儲設備也將發展成網絡，通過高速光纖通道與其存儲交換設備通道相連。存儲設備將集中管理；存儲設備的動態分配和配置使得應用軟件所需的存儲容量非常靈活；網絡存儲設備可以實現網絡連接到哪裏，存儲設備分布在哪裏。
4.64位操作系統
目前有DEC的Digital Unix 4.0，SGI的Open VMS 7.0 (1996)，Cluter IRIX 6.2。從1998到2000會有Windows NT(64位)5.0版本，SUN的Solaris會支持Intel的Merced 64位芯片，所以64位Solaris會成為64位Unix的主流。此外，SCO還宣布支持64位操作系統。
2001-2005 64位計算系統將走向成熟。DEC和SGI的64位Unix系統最為完善，包括64位計算的硬件平臺、操作系統和應用開發工具。DEC的64位技術處於明顯的領先地位，不僅有64位芯片、操作系統和開發工具，還有8000多種應用軟件從32位移植到64位。DEC的Alpha服務器8400，4100，2100的用戶相當多。未來5-10年仍將是垂直技術市場整合，容易實現網絡時代所有文件系統無縫連接的要求。支持Unix/Windows NT集成軟件環境是未來技術市場發展的大趨勢。
5.千兆網絡
千兆以太網之所以有吸引力，主要是因為它可以在不影響現有網絡的情況下獲得更高的帶寬。千兆以太網使用與以太網和快速以太網相同的可變長度幀格式。千兆位以太網無需對網絡進行其他更改即可使用。千兆以太網安裝在老以太網用戶中，所以總成本低。千兆以太網可以分為交換、路由和* * *共享解決方案。包括IP交換技術和層交換技術在內的所有網絡技術都完全兼容千兆以太網。
6、網絡計算
企業管理，尤其是經歷了庫存管理、物料需求計劃(MRP)、制造資源計劃(MRP-II)等發展階段後，現在已經發展到企業資源計劃(ERP)。企業在生產計劃、物料需求、成本核算、營銷管理、市場策略等方面的需求構成了企業計算。
隨著21世紀的到來，全球各大硬件公司都提出了自己對未來的看法，如IBM的網絡中心計算、SCO的互聯網計算、Oracle的網絡計算、Sybase的分布式計算、Intel的MMX計算、微軟的NT計算、DEC的Web計算、HP的可擴展高質量服務器、Sun的Java計算等。孫早就提出了“網絡就是計算機”的口號。總之，從世界IT的發展趨勢來看，網絡計算時代已經到來。
7、企業網絡技術的發展
自20世紀80年代初以來，企業局域網經歷了兩個主要的發展階段，即共享骨幹網(如單局域網、橋接局域網和路由局域網)和交換骨幹網(如以太網、快速以太網、FDDI交換網和ATM交換網)。總的發展趨勢是從* * *共享骨幹網到交換骨幹網。目前，企業網絡主要面臨以下問題:
網絡規模越來越大，企業用戶數量越來越多，信息量越來越大，處理方式越來越復雜，對響應時間和運算精度的要求也越來越高。網絡結構、通信介質和方式越來越復雜，包括廣域通信、移動通信、本地通信、撥號低速通信介質和高速光纖介質。
Internet/Intranet的應用增加了對網絡帶寬的需求，尤其是多媒體通信。
在線應用越來越多，都對網絡帶寬、速度、可靠性、靈活性提出了越來越高的要求。虛擬網絡具有允許建立壹個獨立於物理位置的邏輯網絡、通過軟件進行網絡配置、簡化網絡管理、優化帶寬使用等壹系列優點，代表了未來網絡技術的發展方向。
8.應用平臺的開發
21世紀的信息系統應用模式必然走開放的道路。IEEE將開放系統定義為基於開放標準的中立應用環境。Unix和Windows NT是開放的操作系統，Internet是最大的開放應用環境。互聯網的發展使人們看到了未來NII和國家信息網的壹種新的應用模式，即Internet/Intranet/Extranet模式。這個模型的基本思想是:
整個網絡采用互聯網的高速、開放的TCP/IP協議進行通信。
使用防火墻或隧道技術組成本單位的內部網，並建立必要的安全保密機制。
使用Web作為統壹的軟件開發和應用平臺。
使用Web作為軟件開發和應用的平臺具有以下優勢:
憑借強大的系統獨立性，用戶可以使用帶有HTML瀏覽器的計算機，無論它們運行的是Unix還是Windows NT。
系統管理員不需要為特定用戶安裝軟件，系統可以整體升級。
系統設計人員可以假設前端應用服務器都是Web服務器。
位置獨立性強，無論安裝在哪裏，安裝在什麽電腦上。
對連接的帶寬沒有特殊要求，可以很寬很快接入，也可以是帶寬很窄的低速通信。
檢索數據很容易，而且您可以使用適當的索引引擎來有效地查找Web資料。
它具有高可靠性，保護所有數據和交易的機密性和完整性。
Web是世界上最大的多處理器分布式系統。它采用冗余技術(系統集群、雙網通道、RAID磁盤陣列)來保證系統的可靠性和完整性。
總之，Web平臺結合了開放性和通用性，提供了應用平臺、運行環境和人機界面，實現了軟件和信息的廣泛享受，必將引起信息產業的壹場革命。
9.基於互聯網的中文信息處理技術。
中文信息處理平臺。
中文信息處理的關鍵技術，包括中文需求信息的輸入、中文文本的自動生成、語義理解、快速檢索、雙向翻譯、互聯網多媒體中文信息處理、基於WWW的上下文相似度研究。
基於互聯網的現代漢語語料庫的建設。
中文界面的可視化、可聽化和可操作性。
互聯網URL的中文分類、交叉引用索引和內容摘要。
10，Java技術
Java芯片開發，如芯片設計與生產、嵌入式家用電器、基於Java技術的新型計算機系統、網絡計算機系統、網絡電視或互聯網電視機頂盒(TSB)等。
企業綜合信息處理系統，如企業Java計算、金融行業Java應用、電子貿易、電子商務等。
Java在Internet和Intranet中的應用，如網站信息咨詢服務、WWW資源整合、電子廣告、遠程教育、遠程醫療等。
使用Java是大勢所趨。
11，多媒體技術
多媒體技術使計算機能夠綜合處理聲音、文本、圖像和視頻信息。其豐富的聲音、文字和圖像信息以及便捷的交互性和實時性極大地改善了人機界面和計算機的使用方式，為計算機進入人類生活的各個領域打開了大門。因此，盡快發展我國的多媒體技術和多媒體產業意義重大。
多媒體技術是中國信息工程的接口技術，也是中國計算機產業的關鍵技術。多媒體技術是解決高清晰度電視、常規電視數字化、交互式電視、視頻點播、多媒體電子郵件、遠程教育、遠程醫療、家庭辦公、家庭購物、三電融合等問題的最佳途徑。此外，它還是改造傳統行業，尤其是出版印刷、影視、廣告、娛樂等行業的先進技術。
多媒體軟件開發技術的主要項目有:
多媒體數據庫開發技術；
多媒體通信開發技術；
多媒體寫作工具的開發技術；
利用多媒體應用軟件開發多媒體電子出版物技術。
選自計算機世界網
(2)第13講計算機科學前沿介紹
二。計算機科學未來發展的趨勢、困難和問題
記者:計算機科學從誕生之日起就與其他學科有著密切的聯系。它有效地促進了其他學科的發展，同時也使自身迅速成長。在妳看來，未來計算機科學的發展趨勢是什麽，它與其他學科的關系會不會越來越密切？
李國傑院士:當我看計算機科學的發展趨勢時，我通常把它分為三個方面。壹個維度是“高”的方向。性能越來越高，速度越來越快，主要是電腦主頻越來越高。像前幾年我們用的286，386，主頻也就幾十兆。90年代初，集成電路的集成度已經達到1萬以上，自VLSI開始進入ULSI時期。而且由於RISC技術的成熟和普及，CPU性能的年增長率從80年代的35%提高到了90年代的60%。後來出現了奔騰系列，現在出現了奔騰4微處理器，主頻達到2GHz以上。而且計算機向更高層次發展，不僅僅是芯片頻率的提升，更是計算機整體性能的提升。壹臺計算機可能使用數百或數千個處理器，而不僅僅是壹個處理器，這就是所謂的並行處理。也就是說，提高計算機的性能有兩個途徑:壹是提高設備的速度，二是並行處理。如上所述，通過發明新器件(如量子器件)和采用納米技術、片上系統等技術，器件速度可以提高幾個數量級。以大規模並行行為為標誌的體系結構的創新和進步是提高計算機系統性能的另壹個重要途徑。目前世界上最高性能的通用計算機已經采用了上萬臺計算機並行，美國ASCI計劃每秒完成12。3萬億並行機。目前正在研制30萬億並行計算機和100萬億並行計算機。美國的另壹個計劃目標是在2010左右推出每秒1000萬億次並行計算機(Petaflops computers)，其處理器將采用超導量子器件，每個處理器每秒運行1000億次，* * *將與100億個處理器並行運行。專用計算機的並行度高於通用計算機。IBM正在開發壹種計算蛋白質折疊結構的專用計算機，叫做藍色基因計算機。壹個芯片包括32個處理器，峰值速度達到每秒1萬億次。計劃在2004年實現。把幾萬臺電腦連接起來，組成壹臺並聯機器，絕不是壹件容易的事情，就像組織幾千個工人生產壹個產品壹樣。並行計算機的關鍵技術是如何高效地將大量的計算機相互連接起來，即處理器之間的高速通信，以及如何有效地管理成千上萬臺計算機協調工作。這就是操作系統的功能，並行計算機的系統軟件。如何處理好高性能和通用性與應用軟件可移植性之間的矛盾，也是發展並行計算機必須面對的技術選擇，也是計算機科學發展的重要課題。
另壹個方向是向“寬”的方向發展。計算機發展的趨勢無處不在，以至於像“沒有計算機”。這幾年比較明顯的趨勢是網絡化，向各個領域滲透，也就是在廣度上發展和發展。在國外，這種趨勢被稱為普適計算或普適計算。比如問妳家裏有幾個電機，沒人說得清。洗衣機、冰箱、錄音機裏都有，幾乎無處不在。我們誰也不會數。將來電腦會存在於家裏的各種電器中，就像現在的電機壹樣。當時我問妳家裏有幾臺電腦，妳都數不過來。妳的筆記本和書已經被數字化了。包括未來中小學的課本，十年二十年後，學生上課可能不再用課本，而只是壹臺筆記本大小的電腦，中小學所有的課程課本、教程、習題都在裏面。不同的學生可以根據自己的需求輕松找到自己想要的信息。而且這些電腦和現在的手機是壹體的，可以隨時隨地上網，互相交流信息。所以有人預言，電腦可能會像紙壹樣便宜，可以壹次使用，電腦會成為最常用的不被人註意的日用品。
第三個方向是向“深度”方向發展，即發展智能化的信息。網上有很多信息。如何把這些浩如煙海的東西變成妳想要的知識，是計算科學的重要課題，人機界面更加友好。在未來，妳可以用妳的自然語言與計算機打交道，也可以用手寫的文字與計算機打交道，甚至可以用妳的表情和手勢與計算機交流，讓人機交流更加方便快捷。電子計算機自誕生以來，壹直致力於模擬人類的思維，希望計算機變得越來越智能，不僅能做壹些復雜的事情，還能做壹些需要“智慧”的事情，比如推理、學習、聯想等等。自從1956提出“人工智能”以來，計算機在智能方向的步伐並不盡如人意。科學家多次未能達到人工智能的預期目標，說明探索人類智能的本質是壹項非常艱巨的任務。目前計算機“思考”的方式與人類有很大不同，人機之間的間隔也不小。人類還是很難用自然的方式和計算機打交道，比如語言、手勢、表情。使用計算機的困難已經成為計算機進壹步普及的巨大障礙。隨著互聯網的普及，普通人使用計算機的需求日益增加，這將極大地促進計算機智能化的研究。近年來，計算機識別文字(包括印刷體和手寫體)和口語的技術有了很大的提高，已經達到了商品化的水平。預計在5-10年內，手寫和口語輸入將逐漸成為主流輸入方式。手勢(尤其是手語手勢)和面部表情識別也有了很大的進步。虛擬現實技術使人們沈浸在計算機世界中，近年來發展迅速，在21世紀將發展得更快。
圖1納米DNA計算機
圖2中國納米電子學應用研究取得新進展
英特爾公司生產的圖3
奔騰第四代CPU
圖4 AMD生產的Duron系列CPU。
圖5威盛公司生產的系列CPU
說到計算機科學與其他學科的關系，我認為有幾個學科與計算機科學的發展密切相關。從技術角度來說，通信技術和計算機科學是密不可分的。事實上，通信技術中的許多設備都是壹臺特殊的計算機。此外，計算機在各種工業制造中也是不可或缺的。例如，未來汽車和飛機上的大量零件都是由計算機組成的。未來汽車的主要成本可能不是車身、車輪和發動機，而是裏面的微處理器芯片和軟件。從科學的角度來說，我認為計算機科學和生物學的關系會越來越密切。科學發展的壹般規律是，每隔四五十年就會出現新的技術，推動其他學科的發展。最近二三十年是以微電子和信息技術為標誌的科技浪潮。這個時期預計到2020年基本結束。下壹波科技浪潮將是以生物技術為標誌的科學飛躍。以生物信息學為代表的生物學與計算機科學的交叉學科正在蓬勃發展。比如用信息學的理論和方法去研究生命科學，未來可能會有很多學計算機的人去從事生物信息學的研究，這是未來研究的壹個熱點。
另壹方面，其他學科也會反過來促進計算機科學的發展。目前幾乎所有的計算機都使用半導體集成電路，但現在人們也在嘗試研究基於其他材料的計算機，如超導計算機、光學計算機、生物計算機等。，比如我們經常聽到的生物芯片技術。但目前的生物芯片只用於檢測，不能用於計算。雖然這些技術還不成熟，與實際應用有很大差距，但可以預期，這些技術的發展壹定會讓計算機科學的未來更加美好。
記者:網絡的出現極大地改變了我們的生活，也使計算機技術走進了千家萬戶。其發展前景十分光明。但是我們知道，科學研究中經常會遇到意想不到的困難。妳認為當前計算機科學發展的主要困難是什麽？
李國傑院士:目前計算機科學主要存在三個問題。首先是復雜性的問題。計算機科學的本質是動態復雜性。壹個芯片裏有幾億甚至幾十億個晶體管，和大腦的神經元數量壹樣多。如何保證這樣壹個復雜的系統能夠正常工作而不出現誤差，不僅僅是壹般測量能夠解決的問題。另壹個問題是功耗。現在的功耗似乎不是問題，也不是重要的問題，但十幾年後會變得非常重要。根據摩爾定律，芯片的性能每隔壹年半就會翻倍，但性能翻倍可能會導致功耗翻倍。功耗越大，釋放的熱量越多。現在壹個芯片可能會發出壹兩百瓦的熱量，風扇也可以用來散熱，但是如果增加壹倍幾百瓦，就相當於壹個電爐。這時候散熱就很困難了。因此，如何在不增加甚至降低功耗的情況下提高性能，是計算機科學發展的壹大課題。功耗問題極其復雜。由於集成電路的小型化，未來技術將達到0.1微米以下，每層芯片只有幾個原子。此時單位面積的熱量已經極高。所以在計算機科學發展的早期，有壹個著名的科學家說，計算機科學就是制冷的科學。最後壹個問題是智力的問題。現在網上有很多信息。如何讓計算機把這些信息變成妳需要的知識？這是壹件非常困難的事情。這並不是說我簡單的點開壹個網站，它就能搜索到與我輸入的字符相匹配的內容，而是說計算機要把收集到的知識系統化。比如，妳想找人，妳問電腦，“本拉登是誰？”未來的計算機有這種能力。它可以在千千成千上萬的網頁中找到與本拉登是誰相關的內容，並組織壹篇文章告訴妳答案。再比如，妳想知道什麽是納米技術，妳可以問計算機什麽是納米技術，計算機會幫妳搜索網頁，找到妳需要的答案。
參考網站:
/course/a 1018/柯城/李國傑/xinxi_li_2.htm