对21世纪初计算机技术发展趋势的思考.pdf

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1、对 21 世纪初计算机技术发展趋势的思考汪成为-作者简介汪成为中国工程院院士。现任中国人民解放军总装备部科技委常任委员、国家863 高技术计划核心组成员、国家重点基础研究发展规划专家顾问组成员。自1957 年开始一直从事模拟计算机、数字计算机、系统仿真、人工智能的研究工作,主持或参与了多项计算机、大型软件系统和智能化决策支持系统的研制及预研课题的研究。先后担任国家86 3 计划信息领域专家委员会委员、智能计算机专家组组长、S863核心组成员等。曾获多项国家和部委科技进步奖,以及何梁何利基金科学与技术进步奖。已出版面向对象的分析、设计和应用、灵境技术的理论、实现和应用等专著,并发表论文百余篇。计

2、算机技术的发展史说明了什么?计算机技术的发展非常迅猛,但其中仍有规律可循,以铜为鉴,可整衣冠;以古为鉴,可知兴替;以人为鉴,可明得失。总结历史,我们可从中发现规律,以利于今后的工作。让我们先看看从工业革命到信息革命的发展过程。正如图1 所示,从 1712 年人类发明了蒸汽机,到 1831 年人们首次利用电力,这段时间相当漫长。但是,在这之后,电并没有发挥出很大的作用,而使它真正发挥作用是1882 年第一个电站和网建立以后,也就是说,电网的建立才使将电力送到远处成为可能,才能让所有要用电的地方都能用上电。因此,到 19 30 年时,全美国 80%的工厂和家庭享受到了电带来的光明和动力,相比之下,

3、1882 年到 1930 年,这个过程并不长。而从蒸汽机发明算起,已经历了 220 年左右。再来看看计算机的发展。1946 年第一台计算机ENIAC问世,这个庞然大物身上有1 万多个电子管,每秒钟只有10 个脉冲。同样,计算机技术发展的关键问题也是要基于网络,从最近几年计算机的发展也可以看出,网络起了十分重要的决定性的作用。据估计,到 2000 年全球上网人数将达到10 亿人。从第一台计算机发明到10 亿人上网浏览,仅仅经历了50 多年。图 1 要说明的就是网的重要性,正像电站和电网的建立对电的使用起到了非常大的促进作用一样,在计算机的发展中,Internet 同样起到了非常大的作用,甚至有些

4、作用目前人们可能还估计不到。为了纪念ENIAC发明 50 周年,世界上有人画了一棵树,叫计算机技术发展树,树根是ENIAC,然后逐渐向上发展。那么,在计算机的发展中,哪些技术是常青树,具有旺盛的生命力,而哪些技术当初提出来时虽然很兴奋,但过不久就衰竭枯萎了?这很值得我们思考,从中发现规律。计算机技术是一门应用技术,关键的问题是要有人使用。我们称计算机处理问题的方法叫方法空间,人思考问题和解决问题的方法叫认知空间。目前,这两个空间是非常不匹配的。凡是有助于减小这两个空间之间隔阂的技术就很有生命力,而看上去很花哨,实质上并不能帮助减小隔阂的技术,其生命力就不会很强。人思考问题是并行的、多维的、开放

5、的、归纳演绎的,但计算机并非如此,它是串行的、单维的、封闭的、预定程序的。因此,近 30 年来,人们努力用大规模并行处理(M)解决并行和串行之间的矛盾,用多媒体(M)解决多维和单维之间的矛盾,用开放系统(O)解决开放和封闭之间的矛盾,用面向对象技术(O)解决归纳演绎和预定程序之间的矛盾。尤其重要的是,网络计算(N)的出现使开放系统和面向对象技术真正有了扎根的土地。以上的MM OON 正是最近几年生命力很强的技术,它们有助于解决人的认知空间和计算机求解问题的方法空间之间的差异,逐步减小人和机器之间的隔阂。今明两年各国在计算机领域的竞争焦点根据计算机的发展规律,我们预计,今明两年计算机领域的竞争焦

6、点有以下几方面:1.面向个人、主动服务改变过去的 人围着机器转 为机器围着人转,尽量使计算机能够了解每个特定用户的特定需求;不是让用户去查找和收集信息,而是能够根据用户的特定需求主动推销 信息,例如 Push 技术、Data Mining 技术。2.面向对象、开发群体坚持面向对象的认识规律,尽可能使人们认识问题的认知空间与计算机解决问题的方法空间一致起来;开发能够让用户群体协同工作的集成软件,如框架结构、构件等。3.网际协同、网内合作实现在不同网络之间的相互支持和无缝隙连接,目前距离这一目标还相差很远;实现网络内各结点的合作共事,真正实现高效的分布计算和资源共享,不仅能够共享和交换数据,而且能

7、够共享和交换应用、甚至交换感受(Feeling)。从最初我们在网上共享和交换文本文件,发展到交换多媒体信息、交换场景,现在我们不仅要交换这些声图文信息,还要交换感受。最近,我在计算机市场上已见到能传送触觉和振动的鼠标,使用它已经可以感受了。1307300.JPG;图 1 4.多维信息、智能处理实现人机交互的多模式接口,以及信息处理的声图文一体化,从 2D、3D 向虚拟现实(V irtual Reality)过渡;使信息处理更好、更巧、更善解人意,从单纯的 计算 向计算+算计+通信(甚至还能+文娱+家政+.)发展。5.资源共享、安全可靠不仅重视对信息处理资源的积累和共享,更应重视在各行各业中开发

8、信息资源,实现开放的资源积累与共享;保证资源在积累和共享过程中的安全性,在安全的前提下尽可能提供最大限度的开放与共享。以上五点基于 凡是有助于解决人的认知空间和计算机求解问题的方法空间之间的隔阂的技术,都是生命力很强的技术这一观点。另外,还有几项技术是最近两年应着重解决的热点技术:*在大量的用面向对象技术建立的分布处理的广域网环境中,如何保证所有节点上时域和空域的一致性。*虚拟现实中的虚实结合,使虚物实化,实物虚化。*主动服务,善解人意。如果将信息社会比喻为人体,我个人认为,芯片相当于细胞,计算机相当于大脑,网络相当于神经,AI 技术相当于营养,安全技术相当于免疫,而人体最重要的是血液,信息资

9、源就相当于血液。目前,我们恰恰对信息资源的建设不重视,因此,面向个人主动服务就显得非常重要。另外,像财会软件、翻译软件等应考虑如何做到使用户满意,也就是善解人意。对 21 世纪初计算机技术发展趋势的思考1.介绍几种资料客观地讲,美国目前在信息技术方面发展得较快,也比较健康。下面的资料值得一读(1)从 1996 年开始,由美国学术界ACM、CRA、NSF、MIT、ONR 等组织邀请了325 人、分 22 个专题对 发展战略研究 进行研讨,1997 年修改后发表了第一稿,之后将不断修改发表。(2)1998 年 8 月,美国总统信息技术顾问委员会(PITAC)给美国总统的中期报告,这是一份非常重要的

10、报告。其主要内容是:*美国经济生产力的50%得益于科学和技术创新。1992 年以来,美国经济增长的1/3 得益于信息技术与产业。*美国政府对信息技术投资不足,重眼前,轻长远。*美国要采取措施,以确保在信息时代的领导地位。建议在信息领域优先发展的技术有:软件高可靠、方便使用的软件。改善信息基础设施通信技术、网络安全、下一代Internet。高性能计算机系统快速数据交互和高速计算,提高软件性能。信息技术的推广应用加强教育和培训。(3)1999 年 1 月 24 日,美国人提出了 21 世纪的信息技术为了美国未来的大胆投资计划,即 IT2。其中的内容有:经美国总统批准的2000 年预算中对信息领域的

11、投资增加了28%;建议的重点是软件、人机交互和信息管理、可剪裁的信息基础设施和高端计算。高端计算包括:提高超级计算机的使用效率、创建计算栅格(Computational Grid)、革命化的计算。在该报告中谈到:和谐的人机环境在人机界面方面,使计算机能说会讲,并能理解人类的语言,同时,还能准确地实时翻译,以及更容易使用;在信息与知识获取方面,要成为智能浏览器,能随心所欲地在Internet 上浏览,并在海量数据的信息中进行检索、归纳及摘要。促进科学与技术上的重大突破(通过超级计算机模拟)。无孔不入 的网络网络的增长应很快,不只是连上千万台计算机,而是要连接千亿台设备。新的软件开发方式软件开发方

12、法应该完全更新。开发复杂的软件系统应使其更加可靠,效率更高,更易维护。比现有机器快上千倍的计算机。(4)美国的 High End Computing and Computation(HECC)在 21 世纪的研究重点。内容包括:研究的关键点和研发领域;HECC的目标;HECC研发实例。另外,我们必须充分认识到,40 年来计算机科学计算的瓶颈问题已发生了极大的变化。70 年代的瓶颈是处理器的速度;80 年代的瓶颈是存储容量;90 年代的瓶颈是网络带宽;今后可能妨碍计算机发展的将是海量存储,包括海量信息的检索、应用等。2.后 20 年计算机技术的发展在继续发展MMOON 的基础上,要突破以下关键技

13、术(AKV),逐步构建和谐的人机环境:1307301.JPG;图 2*海量信息存储与处理(Archive Storage and Processing);*知识处理(Knowledge Processing);*可视化计算与虚拟现实(Visualized Computing&Virtual Reality)。只有做好了MMOON,才能做到AKV,才有望在后20 年实现和谐的人机环境。如图2所示。软件产业的发展前景1.软件产业中技术兴衰的规律(1)简单者兴,复杂者衰五代机的计划未达到目标,日本又在搞六代机,我估计这个目标也难达到。但是,智能化的增值应用却倍受关注,比如模糊洗衣机、傻瓜相机,其实将

14、其解剖后,你会发现其中并没有什么,而恰恰是我们认为没有什么的这些东西受到人们的欢迎。分布式操作系统现在还没有优秀的商品,但主流操作系统+分布式计算环境却广泛被用户所接受。(2)开放者兴,封闭者衰想独家垄断的恰恰不能成功,而开放的、可以共享的技术倒是越做越好,最好的例子就是自由软件Linux。同样,遵循开放技术的企业也受到用户的青睐,而迅速发展,如 IBM 经过调整,由技术封闭走向遵循开放技术,而再现活力。(3)自然者兴,强制者衰图形用户界面等人机交互技术冷落并淘汰了刻板的字符命令;ISO的强制标准没被认账,相反,TCP/IP、HTTP等自然形成的标准却为人们广泛接受。2.对当今软件产业的形成具

15、有全局影响的转折点70 年代末至 80 年代中期,软件产业有几个非常大的转折点。其技术动因是开放的个人计算平台(例如 PC和个人工作站)的出现,产生了格局的变化。其中:产业格局的变化计算机制造商,如 IBM、DEC等,垄断软件产业的局面被打破;独立软件厂商,如 Microsoft、Oracle 等,成为软件产业的主体;主流产品形态的变化由面向特定计算机系统厂家的软件变为面向开放的个人计算平台的软件;传播方式的变化由依赖计算机系统传播变为通过许可证发行传播;利润来源的变化由内含在计算机系统中的间接利润变为通过大量出售拷贝获得直接利润。3.可能对今后软件产业的发展产生全局影响的转折点在本世纪末到下

16、世纪初,全球化的开放的网络计算基础设施的形成、软件构件技术的成熟和数字化技术的广泛应用,可能会产生以下变化:产业格局的变化依靠结点操作系统平台主宰的软件产业的格局被打破,软件产业由今天生产及销售有价的知识拷贝变成生产及销售原始的知识创新和服务;主流产品形态的变化由面向开放的个人计算平台的软件变为存在于网络的、为全社会共享的虚拟计算环境中的软件构件;软件传播方式的变化由通过许可证发行拷贝变成通过网络把原始构件传播给数字化设备(包括计算机);利润来源的变化由大量发行拷贝获得利润变为通过吸引大量有偿使(引)用创新性的软件构件获得利润。以上所说的是对21 世纪初计算机发展的一些预测和遐想,任何人都无法让事情按照预见去发展,但我们应该遵照事情的发展规律去预测,正所谓:预则立,不预则废。(本文根据汪成为院士在北京计算机学会信息技术发展趋势学术报告会上的讲话整理而成,未经本人审阅。)