(1)计算机技术发展趋势
应用与开发
21世纪是人类走向信息社会的世纪，是网络的时代，是超高速信息公路建设取得实质性进展并进入应用的年代。那么在世纪之交的今天，信息技术的发展将会有什么新的变化呢？本文将从以下十一个方面回答这个问题。
1、芯片技术
从1971年微处理器问世后，计算机经历了4位机、8位机和16位机的时代，90年代初，出现了32位结构的微处理器计算系统，并将进入64位计算时代。自从1991年MIPS公司的64位机R4000问世之后，已陆续有DEC公司的Alpha 21064、21066、21164和21264，HP公司的PA8000IBM/Motorola/Alpha的Power PC 620，Sun的Ultra-SPARC以及Intel公司的Merced等64位机出现。
2、并行处理技术
并行处理技术括：并行结构、并行算法、并行操作系统、并行语言及其编译系统。另外，并行处理方式有多处理机体系结构、大规模并行处理系统、工作站群（包括工作站机群系统、网络工作站）。
目前，MP是指具有100个以下CPU的系统，MPP是指具有100个上以CPU的系统。
3、分布式客户/服务器模式
早期的集中式主机模式逐渐被客户/服务器模式所取代，如今已发展为基于Internet和Web技术的三层模式，在这种模式下，服务器网络通信和应用平台的发展趋势如何，也是人们关注的焦点。服务器技术的发展趋势是由32位机向64位机过渡。DEC已率先实现了这一过渡。预计，在1998--1999年各主要硬件厂商也将完成这一过渡，如HP、IBM、SGI等。服务器的总体结构模式将由目前的UMA、NUMA和MPP等模式发展到利用高速交换设备把多个CPU、内存和I/O模块联接在一起的Crossbar Switches模式，从而将大大提高CPU、内存和I/O的通信带宽与互联能力以及服务器的处理能力，其配置更注重灵活性、可伸缩性和可靠性，而成为下一代高性能服务器。
存储设备也将向网络化发展，通过高速光纤通道与其存储交换设备通道联接在一起；存储设备将实现集中管理；存储设备的动态分布和分配使应用软件所需的存储容量变得十分灵活；网络化存储设备可实现网络连到哪里，存储设备也分布到哪里。
4、64位操作系统
目前有DEC的Digital Unix 4.0、Open VMS 7.0版（1996年）和SGI公司的Cluter IRIX 6.2版。在1998~2000年还将有Windows NT（64位）5.0版，SUN的Solaris将支持Intel的Merced 64位芯片，因而64位的Solaris将成为64位Unix的主流。此外，SCO公司也宣布过支持64位OS。
2001-2005年64位计算系统将走向成熟。DEC和SGI的64位Unix系统最为完善，包括64位计算的硬件平台、操作系统、应用开发工具。DEC的64位技术处于明显的领先地位，不仅有64位芯片、操作系统、开发工具，还有8000多种应用软件正从32位向64位移植。DEC的Alpha Server 8400、4100和2100已有相当多的用户。未来的5-10年中仍然是纵向技术市场集成，易于实现网络时代各档系统无缝联接的要求。支持Unix/Windows NT集成软件环境，这是未来技术市场发展的大趋势。
5、千兆位网络
千兆位以太网很有吸引力，这主要是因为： 在不影响现有网络的情况下，可获得更高带宽。千兆位以太网与以太网及快速以太网使用相同的变量长度帧格式。无须对网络进行其它改动便可使用千兆位以太网。千兆位以太网是在老的以太网用户中安装的，因而总成本较低。千兆位以太网分为交换式、路由式和共享式多种解决方案。所有的网络技术，包括IP交换技术和Layer交换技术，均与千兆位以太网全面兼容。
6、网络计算
企业管理，特别是经历了库存管理、物料需求计划（MRP）、制造资源计划（MRP-Ⅱ）等发展阶段，如今发展到了企业资源计划（ERP）。企业在生产计划、物资需求、成本核算、营销管理、市场策略等方面的需求构成了企业计算。
在21世纪即将到来之际，世界各大硬件公司都提出了自己对未来的看法，诸如IBM的网络中心计算、SCO的Internet计算、Oracle的网络计算、Sybase的分布式计算、Intel的MMX计算、Microsoft的NT计算、DEC的Web计算、HP的可缩放优质服务器、Sun公司的Java计算等。Sun早就提出了“网络就是计算机”的口号。总之，从世界IT发展趋势看，网络计算时代已经到来。
7、企业网络技术的发展
从80年代初开始，企业局域网经历了两个主要发展阶段，即共享主干网（如单一局域网、桥式局域网和路由局域网等）和交换主干网（如以太网、快速以太网、FDDI交换网、ATM交换网）。总的发展趋势是从共享式主干网向交换式主干网方向发展。目前，企业网主要面临着以下问题：
· 网络的规模越来越大，企业内部用户增多，信息量增大，处理模式也趋于复杂，因而对响应时间和运算精度的需求也越来越高。网络结构、通信介质和方式越来越复杂，既有广域通信和移动通信，也有局域通信，既有拨号低速通信介质，也有高速光纤介质。
· Internet/Intranet的应用增加了对网络带宽的需求，特别是对多媒体通信的要求越来越迫切。
· 网上应用越来越多，这一切都对网络的带宽、速度、可靠性和灵活性提出了越来越高的要求。虚拟网具有允许建立独立于物理位置的逻辑网、通过软件进行网络配置等功能，以及简化网络管理、优化带宽使用等一系列优点，代表了网络技术今后的发展方向。
8、应用平台的发展
21世纪信息系统的应用模式必然走开放的道路。IEEE把开放系统定义为基于开放标准的中性应用环境。Unix和Windows NT是开放的操作系统，Internet是最大的开放应用环境。Internet的发展使人们看来未来的NII（国家信息基础设施）和NIN（国家信息网络）的一种新的应用模式，即Internet/Intranet/Extranet模式。这种模式的基本思路是：
· 整个网络使用Internet高速开放的TCP/IP协议进行通信。
· 利用防火墙或隧道技术，形成单位的Intranet，建立必要的安全保密机制。
· 利用Web作为统一的软件开发和应用平台。
利用Web作为软件开发和应用平台具有以下优点：
· 具有很强的系统独立性，用户可以使用具有HTML浏览器的计算机，而不管是运行Unix还是Windows NT。
· 系统管理员不需要针对具体用户安装软件，系统可以整体升级。
· 系统设计人员可以假定前端的应用服务器全部是Web服务器。
· 具有很强的位置独立性，不论安装在何处或安装在什么计算机上。
· 对联接的带宽没有特殊要求，可以很宽，且存取很快，也可以是带宽较窄的低速通信。
· 容易检索数据，可以使用适当的索引引擎，有效地找到Web资料。
· 具有很高的可靠性，保护所有数据和事务处理的保密性和完整性。
·Web是世界上最大的多处理机和分布式系统，它使用冗余技术（系统机群、双网络通道、RAID磁盘阵列），保证系统的可靠性和完整性。
总之，Web平台把开放性和通用性结合在一起，提供应用平台、运行环境和人机界面，实现软件和信息的广泛共享，必将引起信息产业界的一场革命。
9、基于Internet的中文信息处理技术
·中文信息处理平台。
·中文信息处理关键技术，包括中文需求信息的输入、中文文本的自动生成、语义理解、快速检索、双向翻译、Internet多媒体中文信息处理、基于WWW的语境类似度的研究。
·基于Internet的现代汉语语料库的建立。
·中文界面的可视化、可听化、可操作化技术。
·Internet URL的中文分类、对照索引和内容提要。
10、Java技术
Java芯片的开发，如芯片的设计和生产、嵌入式家用电器、基于Java技术的新型计算机系统、网络计算机系统、Web TV或Internet TV顶置盒（TSB）等。
企业综合信息处理系统，如企业Java Computing、Java在金融业中的应用、电子贸易、电子商务等。
Java在Internet和Intranet方面的应用，如Website信息咨询服务、WWW资源集成、电子广告、远程教学、远程医疗等。
使用Java是大势所趋。
11、多媒体技术
多媒体技术使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力，其丰富的声、文、图信息和方便的交互性与实时性，极大地改善了人机界面，改善了计算机的使用方式，为计算机进入人类生活的各个领域打开了大门。因而，尽快发展我国多媒体技术和多媒体产业具有重大意义。
多媒体技术是我国信息化工程的接口技术，也是我国计算机产业的关键技术。多媒体技术是解决高清晰度电视、常规电视数字化、交互式电视、点播电视、多媒体电子邮件、远程教学、远程医疗、家庭办公、家庭购物、三电一体化等问题的最佳方法。另外，也是改造传统产业，特别是出版印刷、影视、广告、娱乐等产业的先进技术。
多媒体软件开发技术的主要项目有：
·多媒体数据库开发技术；
·多媒体通信开发技术;
·多媒体著作工具开发技术；
·利用多媒体应用软件，发展多媒体电子出版物的技术。
选自《计算机世界网》
(2)第十三讲 计算机科学前沿简介
二、未来计算机科学发展的趋势与难点、问题
记 者：计算机科学从诞生的那一天起就和其他的学科有着密不可分的关系，它有力地促进其他学科的发展，同时也使自己迅速成长。在您看来，未来的计算机科学的发展趋势如何，它与其他学科之间的关系是否会愈来愈紧密？
李国杰院士：我在看待计算机科学发展趋势时，通常是把它分为三维考虑。一维是是向"高"的方向。性能越来越高，速度越来越快，主要表现在计算机的主频越来越高。像前几年我们使用的都是286、386、主频只有几十兆。90年代初，集成电路集成度已达到100万门以上，从VLSI开始进入ULSI，即特大规模集成电路时期。而且由于RISC技术的成熟与普及，CPU性能年增长率由80年代的35%发展到90年代的60%。到后来出现奔腾系列，到现在已出现了奔腾4微处理器，主频达到2GHz以上。而且计算机向高的方面发展不仅是芯片频率的提高，而且是计算机整体性能的提高。一个计算机中可能不只用一个处理器，而是用几百个几千个处理器，这就是所谓并行处理。也就是说提高计算机的性能有两个途径：一是提高器件速度，二是并行处理。与前所述，器件速度通过发明新器件（如量子器件等），采用纳米工艺、片上系统等技术还可以提高几个数量级。以大规模并行为标志的体系结构的创新与进步是提高计算机系统性能的另一重要途径。目前世界上性能最高的通用计算机已采用上万台计算机并行，美国的ASCI计划已经完成每秒12。3万亿次并行机。目前正在研制30万亿次和100万亿次并行计算机。美国另一项计划的目标是2010年左右推出每秒一千万亿次并行计算机（Petaflops计算机），其处理机将采用超导量子器件，每个处理机每秒100亿次，共用10万个处理机并行。专用计算机的并行程度比通用机更高。IBM公司正在研制一台用于计算蛋白质折叠结构的专用计算机，称做兰色基因（Blue Gene）计算机，一块芯片中就包括32个处理机，峰值速度达每秒一千万亿次，计划2004年实现。将几千几万台计算机连结起来构成一台并行机，就如同组织成千上万工人生产一个产品一样，决不是一件容易的事。并行计算机的关键技术是如何高效率地把大量计算机互相连接起来，即各处理机之间的高速通信，以及如何有效地管理成千上万台计算机使之协调工作，这就是并行计算机的系统软件---操作系统的功能。如何处理高性能与通用性以及应用软件可移植性的矛盾也是研制并行计算机必须面对的技术选择，也是计算机科学发展的重大课题。
另一个方向就是向“广”度方向发展，计算机发展的趋势就是无处不在，以至于像“没有计算机一样”。近年来更明显的趋势是网络化与向各个领域的渗透，即在广度上的发展开拓。国外称这种趋势为普适计算（Pervasive Computing）或叫无处不在的计算。举个例子，问你家里有多少马达，谁也说不清。洗衣机里有，电冰箱里有，录音机里也有，几乎无处不在，我们谁也不会去统计它。未来，计算机也会像现在的马达一样，存在于家中的各种电器中。那时问你家里有多少计算机，你也数不清。你的笔记本，书籍都已电子化。包括未来的中小学教材，再过十几、二十几年，可能学生们上课用的不再是教科书，而只是一个笔记本大小的计算机，所有的中小学的课程教材，辅导书，练习题都在里面。不同的学生可以根据自己的需要方便地从中查到想要的资料。而且这些计算机与现在的手机合为一体，随时随地都可以上网，相互交流信息。所以有人预言未来计算机可能像纸张一样便宜，可以一次性使用，计算机将成为不被人注意的最常用的日用品。
第三个方向是向"深"度方向发展，即向信息的智能化发展。网上有大量的信息，怎样把这些浩如烟海的东西变成你想要的知识，这是计算科学的重要课题，同时人机界面更加友好。未来你可以用你的自然语言与计算机打交道，也可以用手写的文字打交道，甚至可以用你的表情、手势来与计算机沟通，使人机交流更加方便快捷。电子计算机从诞生起就致力于模拟人类思维，希望计算机越来越聪明，不仅能做一些复杂的事情，而且能做一些需“智慧”才能做的事，比如推理、学习、联想等。自从1956年提出“人工智能”以来，计算机在智能化方向迈进的步伐不尽人意。科学家多次关于人工智能的预期目标都没有实现，这说明探索人类智能的本质是一件十分艰巨的任务。目前计算机"思维"的方式与人类思维方式有很大区别，人机之间的间隔还不小。人类还很难以自然的方式，如语言、手势、表情与计算机打交道，计算机难用已成为阻碍计算机进一步普及的巨大障碍。随着nternet的普及，普通老百姓使用计算机的需求日益增长，这种强烈需求将大大促进计算机智能化方向的研究。近几年来计算机识别文字（包括印刷体、手写体）和口语的技术已有较大提高，已初步达到商品化水平，估计5-10年内手写和口语输入将逐步成为主流的输入方式。手势（特别是哑语手势）和脸部表情识别也已取得较大进展。使人沉浸在计算机世界的虚拟现实（Virtual Reality）技术是近几年来发展较快的技术，21世纪将更加迅速的发展。
图1 纳米级的DNA计算机
图2 我国纳米电子学应用研究取得新进展
图3 Intel公司生产的
奔腾第四代CPU
图4 AMD公司生产的Duron系列CPU
图5 威盛公司生产的系列CPU
说到计算机科学同其他学科的关系，我认为有几个学科和计算机科学的发展关系很密切。从技术的角度说，通信技术与计算机科学是密不可分的，实际上，通信技术中的很多设备就是一台专用的计算机。另外是各种工业制造中也离不开计算机。例如，将来的汽车、飞机中的大量部件都是计算机构成的。未来一部汽车主要的成本可能不是车身、轮子、发动机，而是其中的微处理器芯片和软件。从科学的角度说，我认为计算机科学与生物学的关系会越来越密切。科学的发展的一般规律是每隔四五十年就会有新的技术出现，来拉动其他学科的发展。最近二三十年是以是以微电子、信息技术为标志的科技浪潮。这一段时期预计到2020年基本结束。下一次科技浪潮将是以生物技术为标志的科学的飞跃。而与以生物信息学为代表的生物与计算机科学的交叉学科正在蓬勃地兴起。例如用信息学的理论和方法去研究生命科学，未来可能会有很多学计算机的人去从事生物信息学的研究，这是未来研究的一大热点。
从另外一方面来说，其他学科反过来也会促进计算机科学的发展。目前计算机用的几乎都是半导体集成电路，但现在人们也在努力研究基于其他材料的计算机，如超导计算机，光学计算机，生物计算机等，比如我们常听到的生物芯片技术。但目前的生物芯片还只是作测试用，还不能够用来计算。虽然这些技术现在还都不成熟，与实际应用有很大的差距，但可以预计这些技术的发展必将使计算机科学的前景更加美好。
记 者：网络的出现极大地改变了我们的生活，也使得计算机技术走进了千家万户。它的发展前景十分美好。但是我们知道，在科学研究中经常会遇到意想不到的困难。您认为当前计算机科学发展遇到的主要困难什么？
李国杰院士：当前计算机科学的主要问题有三方面。首先是复杂性的问题。计算机科学的实质是动态的复杂性问题。一个芯片的晶体管有上亿甚至几十亿个，这个数目已和大脑里的神经元的数目一样多，如何保证这样一个复杂的系统能够正常的工作而不出现错误，这已不止是一般的测量能够解决的问题了。另外一个问题就是功耗。当前功耗似乎不是什么问题或者说不是重要问题，但再过十几年它就会变得十分重要。根据摩尔定律，大约每隔一年半，芯片的性能翻一翻,但是性能翻一翻可能会造成功耗也翻一翻。功耗越大,放热越多。现在一个芯片可能放热一两百瓦,还可以用风扇来散热,但再翻一翻几百瓦,相当于一个电炉了。这时的散热就十分困难了。所以,如何在提高性能的同时不增大功耗甚至减小功耗是当前计算机科学发展的重大问题。功耗问题极为复杂,由于集成电路的微型化,将来的工艺达到0.1微米以下,每一层芯片只有几个原子,这时的单位面积上的热量已经极高了。所以在计算机科学发展的早期就有一位著名的科学家说过计算机科学是制冷的科学。最后一个问题是智能化的问题。现在网上有很多信息,如何让计算机把这些信息变成你所需要的知识。这是一件很难的事情。这不是说简单的我点一个网站,里面能搜索到与我输入的字符匹配的内容，而是说计算机要将收集到的知识系统化。比如,你想找一个人,你问计算机："拉登是什么人？" 未来的计算机有这个能力,它能在千千万万的网页中找到与拉登是什么人相关的内容,组织一篇文章来告诉你答案。再如,你想知道什么是纳米技术,你就可以问计算机什么是纳米技术,计算机就会为你搜索网页,找到你所需要的答案。
参考网址:
http://www.jswl.cn/course/A1018/kecheng/liguojie/xinxi_li_2.htm