中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)

信息科学技术发展现状及未来趋势南京工业大学白光伟博士/教授2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势2报告目录信息科学技术领域发展现状信息科学技术发展历程回顾信息科学技术未来发展趋势2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势3一种技术主导一个世纪18世纪：大机械系统伴随着工业革命；19世纪：蒸汽机的时代；20世纪：信息技术时代（电子、计算机、通讯）；21世纪。。。。。。？2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势4信息与通讯技术(ICT)信息与通讯技术(ICT:InformationandCommunicationsTechnology)以计算机为核心，凭借通信网络的飞速发展，渗透到社会生活的各个领域。ICT产生的背景是行业间的融合以及对信息社会的强烈诉求。2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势5微纳技术正在重构集成电路产业体系传统微电子技术临近极限；集成电路技术十年内仍可能按摩尔定律增长；集成器件由单纯追求性价比正在转向追求功耗比的技术创新。2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势6SmallisbeautifulPCWorkStationClusters阵列机SuperComputerComputationalGrids计算网格Laptop?BiggerisbetterComputerRevolution?2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势7软件技术发展需要新思想应对新需求软件的运行环境已经从传统的单机环境发展为网络环境，用户数量和复杂程度剧增；需要解决可信性问题、多核计算环境下的“软件执行效能墙”问题、基于语义的信息资源聚合和互操作；2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势8软件技术发展需要新思想应对新需求下一代互联网、网格技术、软件中间件技术、Agent技术、本体技术和云计算异军突起；软件加速向开源化、智能化、高可信和服务化方向发展；2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势9软件技术发展需要新思想应对新需求2006年卡内基·梅隆大学(CMU:CarnegieMellonUniversity)一份研究报告认为：“目前的软件工程理论、方法和实践将无法应对ULS系统增长的规模和复杂度……我们需要转变视角，需要新的思想来应对遇到的问题。”ULS:城市地下物流系统或地下货运系统是一种新兴的运输物流系统2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势10通信传输技术的换代发展2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势11通信传输技术的换代发展2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势12智能手机推动移动互联网发展2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势13互联网流量继续高速增长1998年Google只有2600万页搜索结果，现在是1万亿页；目前全球每天有2100亿件emails，其中73%是垃圾邮件；2008年全球发出13万亿条SMS（中国近7000亿条占全球53.8％）。2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势14报告目录信息科学技术领域发展现状信息科学技术发展历程回顾信息科学技术未来发展趋势2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势1520世纪的信息科学技术回顾20世纪科学技术的辉煌发展时，不能不提及20世纪最杰出的几位科学家。20～40年代是信息科学发展的爆发期，涌现了图灵、冯·诺依曼、香侬等一批奠基性的大科学家。2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势1620世纪的信息科学技术英国数学家A.M.图灵提出的一种抽象计算模型，用来精确定义可计算函数。图灵机作为计算机的理论模型，在有关计算理论和计算复杂性的研究方面得到广泛的应用。艾伦·麦席森·图灵(AlanMathisonTuring)1912.06.23－1954.06.072019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势1720世纪的信息科学技术1923年关于集合论中超限序数的论文，显示了冯•诺依曼处理集合论问题所特有的方式和风格；1925年的一篇论文中，冯•诺依曼就指出了任何一种公理化系统中都存在着无法判定的命题．约翰•冯•诺依曼JohnVonNouma，1903－1957冯•诺依曼在数学的诸多领域都进行了开创性工作，并作出了重大贡献。2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势1820世纪的信息科学技术1933年，冯•诺依曼证明了局部欧几里得紧群是李群．冯•诺依曼创立了博奕论这一现代数学的又一重要分支．1944年发表了奠基性的重要论文《博奕论与经济行为》．约翰•冯•诺依曼JohnVonNouma，1903－1957冯•诺依曼在数学的诸多领域都进行了开创性工作，并作出了重大贡献。2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势1920世纪的信息科学技术1945年，发表了一个全新的存储程序通用电子计算机方案--EDVAC（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer）约翰•冯•诺依曼JohnVonNouma，1903－1957冯•诺依曼在数学的诸多领域都进行了开创性工作，并作出了重大贡献。2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势2020世纪的信息科学技术EDVAC方案明确奠定了新机器由五个部分组成，包括：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备，并描述了这五部分的职能和相互关系．约翰•冯•诺依曼JohnVonNouma，1903－1957冯•诺依曼在数学的诸多领域都进行了开创性工作，并作出了重大贡献。2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势2120世纪的信息科学技术EDVAC机两个非常重大的改进：(1)数据与指令采用二进制；(2)建立了存储程序，指令和数据便可一起放在存储器里，并作同样处理．简化了计算机的结构，大大提高了计算机的速度．约翰•冯•诺依曼JohnVonNouma，1903－1957冯•诺依曼在数学的诸多领域都进行了开创性工作，并作出了重大贡献。2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势22Shannon’stheorem香农定理ClaudeE.Shannon1916-2001In1948,ClaudeE.ShannonpublishedaresearchpaperatBellSystemTechnicalJournal,i.e.“AMathematicalTheoryofCommunication通信中的数学原理”.2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势23Shannon’stheorem香农定理ClaudeE.Shannon1916-2001香农定理描述了有限带宽，带有随机热噪声信道的最大传输速率与“信道带宽H”和“信号噪声功率比S/N”之间的关系.2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势24Fibers光纤everywhere?officescampusresidentialsISPmetroringISPCore40+GbpsInternetDataCenter2.5Gbps1GbpsGigaEthernet10Gbps10Gbps2.5GbpsxDSLWiFiWiMax…Communicationrevolution2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势25摩尔定律Moore'slaw摩尔定律：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，当价格不变时；或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势26摩尔定律Moore'slaw戈登·摩尔(GordonMoore)---Intel创始人之一；加州大学伯克利分校获得化学和物理学博士学位；现为美国国家工程院院士，1990年获得国家科技奖章，2002年布什总统授予他国家最高市民荣誉--自由勋章。2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势27摩尔定律Moore'slaw2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势28197420042019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势29HowfastdoestheCPUwork?2x/18months全球人均拥有晶体管数：2004年500个2010年10亿个2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势30信息科学技术面临重大突破上世纪40～70年代是信息技术发展的黄金季节，很多今天仍在使用的信息技术都是在那个时段取得关键性的突破：例如：集成电路的硅平面工艺、光纤通信、计算机体系结构、高级编程语言、数据库、人工智能、互联网、图形界面等。2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势31HistoricalEvents1948:firstcommercialcomputerinstalledUNIVACI1958:firstU.S.communicationsatellite1969:ARPANET+,thefirstpacket-switchednetworkdevelopedbyDARPA+DARPA:DefenseAdvancedResearchProjectsAgency国防部高级研究计划局[美国]2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势32HistoricalEvents1971:firstcomputerchip(芯片)4bit,2,300transistors1972:Ethernetspecificationsformulated1974:IBMintroducesSNA1975:BillGatesformedMicrosoft1976:WoznaikandJobsformedAppleComputerCompany2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势33HistoricalEvents1981:IBM*introducedIBMPC,onefloppy1983:TCP/IPbecomestheofficialprotocolonARPANET1984:AppleintroducedGUIwithAppleMacintosh1986:firstlaptop*IBM:InternationalBusinessMachinesCorp.国际商用机器公司(美国)2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势34HistoricalEvents1988:IBMreleasesOS/2,firstmultitaskingoperatingsystemforPC1989:MicrosoftreleasesWindows3.01989:NSFreplacesARPANETasinternetbackbone1991:WWWinventedbyCERN**physicistTimBerners-Lee**CERN:Europeanlaboratoryforparticlephysics欧洲粒子物理研究所2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势35LawrenceG.Roberts—OneoftheleadingfoundersofthebasictechnicalbasementofInternet-packetnetworkHewasresponsibleforthedesign,initiation,planninganddevelopmentofARPANET,theworld’sfirstmajorpacketnetwork,thepredecessortoInternetHistoricalEvents2019年8月2日信息科学技术发展现状及未来趋势36TheARPANETGrowthoftheARPANET(a)December1969.(b)July1970.(c)March1971.(d)April1972.(e)September1972.2019年8