信息技术的发展与应用

信息技术的发展与应用中国工程院院士清华大学信息学院教授孙家广2000年8月24日1.概述IT是研究生物、人类和计算机如何获取、识别、转换、存储、传递、再生以及控制掌握各种信息的规律及其应用的科学技术。信息、生物和新材料将是下世纪产业革命的热点。一、信息技术（IT）的发展信息是依存、依附、依赖于物质的一种文化知识表达形式。信息业不能取代工农商业，只是倍增工农商业。IT技术主要包括微电子、计算机及软件、网络通信、光电子、人工智能和信息的获取与应用技术；其中微电子是细胞、通信网络是神经、计算机是大脑、软件是灵魂。2.应用驱动IT的产生第二次世界大战对通信和火炮控制的需求促使了通信理论和第一台计算机的诞生。1946年美国研制出第一台电子管计算机；1947年美国三位科学家发明第一只半导体晶体管；1948年美国应用数学家申农发表了“通信的数学理论”，奠定了现代信息论的理论基础；1948年美国科学家维纳出版了“控制论”一书，将事物的运动看成不确定的随机过程，采用统计和时序列方法处理信息和控制问题。3.信息的形式定义信息是系统内部建立联系的特殊形式，是系统确定程度（特殊程度、知识或有序程度，与外界联系程度）的标记。维纳和申农都给出了一致的数学描述：（比特/信息）niPiPikH1logH为每个消息的平均信息量，k为波尔兹曼常数，Pi为各事件出现的概率，比特是以2为底的对数时信息的单位；H反映了物质运动状态和变化程度，是物质的基本属性之一。4.微电子0.18μm技术已于1999年投入大规模生产，如：PⅢ600；0.13μm技术估计2000年投产；DRAM产品已达4GB，正向16GB突破；CPU产品已达600MH，正向1GH进展；0.1μm技术估计2006年投产；0.05μm技术估计2012年投产；ASIC专用芯片应用到多个领域；集成电路已发展为集成系统。5.光电子密集波分复用技术（DWDM）在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号；掺铒光纤放大器技术（EDFA）可将光信号直接放大，具有输出功率高、噪声小、增益带宽等优点；已投入应用，若干光纤网可工作在2.5Gbps和10Gbps带宽，已有80Gbps的演示设备；全光实时交换系统将逐步实用。6.计算机机型第一代第二代第三代向量机并行机机群美国194619591964197619901994中国195819651973198319951998客户机：网络计算机、智能网络浏览器、联网的PDA、算通机、电话/手机、电视等；服务器：高性能、可扩展、高可靠；2001年30亿次浮点运算/秒；2004年100万亿次浮点运算/秒；用DVD做存储器1MB/1美分；120mn光盘容量达18GB；7.软件用户应用软件OA、CAD、Game、ERP、PDM、教育软件……中间(构)件系统软件硬件8.网络通信计算机网、电信网和电视网三网合一，并向宽带化、综合化、分组化、和个性化发展；未来的通信信息网络结构将由干线网/本地网结构模式转变为干线网/接入网，接入网的变革是关键。超高速网、网络互连、用户接入、无线通信和网络集成技术飞速发展；基于TCP/IP协议因特网，是一种IP网，带宽每半年翻一番；我国电话普及12%，发达国家60-80%；因特网用户300万/1999年，全球1亿用户/1999年；2001年有80×80Gbps的DWDM系统上市，单根光纤传输速率达6.4Tbps；美国骨干网带宽1.2Tbps/1996年，21Tbps/1999年，99Tbps/2001年，100Mbps/1Gbps到家庭；以波分复用技术为主线的全光通信将在未来的核心网中发挥重要作用。如果采用具有100个波分的DWDM技术，每个波长传送10Gbit/s的信息，则每根光纤的1550nm波长窗口可传送1Tbit/s的信息量，也就是每一对光纤可传送1200万路电话，可供近2500万人同时交换信息，传送10万路以上的电视节目。除了有线通信网络向宽带化发展外，无线移动通信的宽带化发展方向也引人瞩目。宽带WCDMA将是移动通信中非常有发展前途的通信手段。二、信息技术的应用1.信息技术时代的远程教育(1)网络教育的必要性与必然性①国家教育的振兴与发展，要靠教育体制、教育方法的改革，要靠教学内容、教学手段的更新将信息时代的高科技手段充分地应用于教育教学当中，将信息技术与学习过程有机融合，形成交互式网络教育，构建终身学习体系。②满足国家政治、经济发展对教育、对人才的需求网络教育将加速我国的教育模式从工业时代向信息时代转化的步伐，以此缩短我们与世界上教育发达国家之间的差距。(2)网络教育的教育体制①以计算机网络技术、通讯技术、多媒体技术等高新技术为主要手段②不受时间、空间和地域的限制，自由宽松的学习方式③丰富的教育资源可以通过网络实现共享④真正意义上的自主学习和终身教育(3)网络教育体系结构①卫星电视教育网、INTERNT、Cernet、网络支撑平台②远程教学支持平台③远程教育教学资源库④远程教育信息资源管理网络教育平台•资源管理•Cernet、卫星接入、Internet•教学资源库•教学支撑平台(4)现代远程教育资源体系结构图远程教学支持平台授课系统资源编辑制作系统学习系统师生交流系统辅导答疑、教学管理虚拟试验、教学评价搜索引擎、作业批阅题库管理、考试评价媒体素材库（知识点的文本、图形/像、音频、动画等多媒体形式表示）授课系统授课系统授课系统网络课程现代远程教育教学资源库CERNET、卫星电视教育网、Internet网络支撑平台学生管理员教师现代远程教育信息资源管理传输管理用户管理网络管理系统评价资源库管理(5)远程教育组成部分现代远程教育是以互联网为依托，将远程课程教学与培训、教育服务和教育信息交流等进行充分集成的完整体系。这一新型网络教育体系由下列部分构成:①网络教学系统②网络课件开发及管理系统③网络教学管理系统④网络教学信息资源管理系统网络教学系统网络教学系统是提供远程教学服务的系统软件，它将网络课程与学校的远程教学服务进行了有机的集成。包括：•信息交流系统，如：聊天室、Email、新闻组等•多媒体课程学习系统•辅导答疑系统•作业评阅系统•远程考试系统•虚拟实验系统远程教育支撑平台结构网络课程开发及管理系统网络课件开发是一种全新的备课模式，通过网络课件设计工具，并在与相应资源库的支持下，可完成多媒体课件快速生成、可移植、可交互的要求。•网络课件开发工具•多媒体网络课程资源•网络课件开发模板库网络教学管理系统远程教学管理系统课程学习管理系统多媒体授课学习系统多媒体作业系统答疑、考试管理系统成绩管理系统学习进度管理系统•远程教务管理系统•学生学习档案管理系统•教师档案管理系统•行政公文管理系统•信息查询系统•计费管理系统•数据统计与分析系统网络教学信息资源管理系统用来对网络教学资源进行分类管理，构建成统一的教学资源库，为各类网络课件的制作和教学提供强大的信息支持。学科题库学科案例库学科媒体素材库学科课件库学科文档资料库网络教学信息资源管理系统网络教育资源管理系统结构图（6）现代网络教育平台案例①清华同方网络教育平台(EduSP)清华同方网络教育平台是一个网上虚拟大学园区系统，它以Web形式提供交互式的教育手段，包括学历教育、职业技术培训、教育信息交流与服务等方面的内容，开发并共享风格多样、内容丰富的网上教育资源，同时能够容纳多个子教学网站进行多种形式的网络教学。②成为以网络技术为基础的教育服务提供商(EASP)–提供通用的系统平台–教育资源建设与共享的集散地–教育信息发布与交流的园地–面向学校、学生提供教学及教学管理全面服务的虚拟校园清华同方网络教育平台拓扑图Intranet局域网O.ACRMSCMERPFireWall防火墙WebServerWEB服务器FireWall防火墙FireWall防火墙FireWall防火墙DNSServer域名服务器EmailServer电子邮件服务器BBSServerBBS服务器ADServer广告服务器LDAPSlaveServer辅助应用调用服务器APPServer应用服务器MediaServer媒体服务器LDAPSlaveServer辅助应用调用服务器DataBaseServer数据库服务器DiskArray磁盘阵列EmailStorage电子邮件信息库DiskArray磁盘阵列LDAPMasterServer应用调用服务器BillingServer计费服务器Router路由器SNM网络监视设备BackupServer数据备份服务器StagingServer内容审核服务器DevServer应用开发服务器ChinaNet中国互联网InterNet国际互联网SecurityManager安全监控设备Webtop网络监控设备CerNet中国教育科研网Satellite卫星接入清华同方教育网站网络系统图RRRRCERNETBS450-12T-1FW1SUNE220RFW2ULTRA60FWSTATIONULTRA10WEBSERVER1-9探索108FW3ULTRA10RR开发、发布RRDNSSERVERDNSBACKUPULTRA10RFW4ULTRA60BS450-12T-3DATASERVER1/2探索202L4SWITCH-1BACKUPSERVER冷备份HPLH6000BS450-12T-2SUNE420RMASTERSERVERSUNE420RBBSSERVERR同方PC网管工作站TFSITE/PDCSERVER千兆光纤ACCELAR1200SUNE420RMEDIASERVERL4SWITCH-2L2SWITCHDATASERVER1/2备份探索202磁盘阵列清华同方网络平台服务对象清华同方网络平台已经或即将承运的用户清华网络学堂/清华大学继续教育学院www.itsinghua.edu.cn中国大学生网/中国教育部学生司www.chinadaxuesheng.com中国培训网/中国国家人事部www.chinatraining.net中国远程教育网/中国教育部高教司www.edu.net中国职业技术培训网/中国国家劳动部www.chinamol.com2.电子政务政府利用信息技术引导经济、管理经济、调控经济、服务民众，实现管理区域、行业、企业、单位等职能。(1)目的政府各部门实现信息化，提高行政、服务和管理效率，促进机构精简、办公简化（无纸办公）；实现政务公开化，提高政府管理透明度，接受公民监督，由被动服务变为主动服务，企业和公民可以不受地点、时间限制，了解政府方针政策，接受政府管理；以政府信息化推动和加速全社会的信息化（国民经济信息化）；适应数字经济，数字地球的发展。(2)作用监督信息化资料信息化沟通信息化办公信息化市场信息化(3)实施用成熟/先进技术，采用光纤并通过路由器的网络互联技术建网并与ChinaNet连接；运行TCP/IP协议，用统一的网络公用软件；统一技术规范、标准和方案，统一设备选型，统一组织实施；以标准化为基础，实现系统的开放性、可扩展性、与异种机、异构网和异构系统的互联能力；避免出现“瓶颈”，重要路由有备份，重点设备有冗余，保证24小时/全天运行；建立网络安全体系；建立完善管理的规章制度。(4)电子政务参考方案OA：办公管理（OfficeAdministration），不是办公自动化（Automation）。目标：沟通（Communication）、协调（Coordination）、控制（Control），统称3C。框架：系统导引办公行文档案管理行政管理总务管理信息管理人事管理信访管理外事管理决策支持系统维护……中间件（功能构件）知识库计算机、网络、数据库服务器：AS400/工作站/PCServer。客户机：PC/NC/……。网络：InterNet/IntraNet。数据库：Oracle8i/SQLServer（海量存储、数据挖掘、数据交流）。知识库：支持办公管理的信息资源（方针、政策、法规、关系等）。功能构件：独立的