20世紀(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)發(fā)展的歷史回顧

計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿簡(jiǎn)介>>20世紀(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)發(fā)展的歷史回顧第十三講計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿簡(jiǎn)介本講學(xué)習(xí)指導(dǎo)：

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)在信息時(shí)代的人類社會(huì)中占有重要地位。計(jì)算機(jī)已經(jīng)深入的滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)。李國杰院士作為我國863自動(dòng)化領(lǐng)域高性能服務(wù)器研究專家，一直領(lǐng)導(dǎo)著曙光系列服務(wù)器的研究開發(fā)工作。李國杰院士向我們介紹了計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的背景、現(xiàn)狀與趨勢(shì)，以及曙光服務(wù)器研究狀況。

一、20世紀(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)發(fā)展的歷史回顧

記者：我們知道，與其他自然科學(xué)相比，計(jì)算機(jī)科學(xué)是一門年輕的科學(xué)。她誕生于二十世紀(jì)中葉，并在二十世紀(jì)得到了其他學(xué)科無法比擬地飛速發(fā)展。首先我們想請(qǐng)您回顧一下計(jì)算機(jī)科學(xué)在二十世紀(jì)的發(fā)展?fàn)顩r及重大成就。李國杰院士：應(yīng)該說計(jì)算機(jī)學(xué)科誕生于二十世紀(jì)三十年代，在這個(gè)時(shí)期有一批才華橫溢的青年科學(xué)家奮斗在這個(gè)嶄新的科學(xué)領(lǐng)域，他們中的杰出人物如、等后來都成為計(jì)算機(jī)科學(xué)的奠基人。經(jīng)過他們的不懈努力，計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本理論在二十世紀(jì)三、四十年代已基本形成了。人們常把今天的計(jì)算機(jī)稱為馮·諾依曼計(jì)算機(jī)，這是因?yàn)樗钕忍岢?程序存儲(chǔ)"的光輝思想，即把計(jì)算程序也用數(shù)字方式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)能做各種不同的事。"程序存儲(chǔ)"概念是通用計(jì)算機(jī)的靈魂。但是目前被世人公認(rèn)的第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)并沒有程序存儲(chǔ)功能，世界上第一臺(tái)通用的程序存儲(chǔ)式計(jì)算機(jī)EDSAC是1949年在英國劍橋大學(xué)研制成功的。本世紀(jì)五十年代，晶體管的出現(xiàn)，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展。本質(zhì)上講，晶體管的發(fā)明與改進(jìn)得益于20世紀(jì)初提出的，只有在量子理論基礎(chǔ)上才能發(fā)展固體物理、半導(dǎo)體材料理論，從而促進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展。晶體管的主要發(fā)明人肖克利就是麻省理工學(xué)院的固體物理學(xué)博士；而另一位發(fā)明人巴丁曾同時(shí)在伊利諾依大學(xué)物理系和電機(jī)系當(dāng)教授。1947年發(fā)明鍺晶體管以后，又經(jīng)過6-7年努力突破了從隨處可得的沙礫中提煉半導(dǎo)體材料硅單晶的技術(shù)，晶體管的應(yīng)用才開始普及。最初晶體管和電視等其他元件都是零散地放在電路板上，通過導(dǎo)線連成電路。直到1952年英國的首先提出集成電路的設(shè)計(jì)思想，美國德州儀器公司擅長電路設(shè)計(jì)的基爾比工程師1958年9月將5個(gè)元件（其中四個(gè)晶體管）做在一塊厘米長的鍺單晶片上，實(shí)現(xiàn)了人類第一塊集成電路。1962年商品化的集成電路問世。集成電路的出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)向微型，高速，低功耗的方向發(fā)展成為現(xiàn)實(shí)。根據(jù)功能與工作機(jī)理不同，集成電路（IC）可分為數(shù)字邏輯IC、模擬IC和數(shù)字模擬混合IC。數(shù)字邏輯IC是以為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)字計(jì)算與邏輯運(yùn)算的集成電路，由各種門電路與記憶元件組成，大多數(shù)集成電路如微處理器、存儲(chǔ)器芯片等都屬于這一類。模擬集成電路處理的信息是連續(xù)變化的物理量，如電壓、電流、溫度等。數(shù)?；旌霞呻娐芳劝瑪?shù)字電路又包含模擬電路。過去幾十年里通信和廣播電視主要采用模擬器件，由模擬向數(shù)字化發(fā)展是信息技術(shù)的重要趨勢(shì)。信息只有數(shù)字化以后才能充分發(fā)揮微電子技術(shù)的巨大潛力。數(shù)字集成電路多數(shù)由門電路組成，因此集成電路的規(guī)模可按一片集成電路包含的門電路數(shù)目（即集成度）分類。集成電路按集成度可分為六大類：小規(guī)模集成電路（SSI）、中規(guī)模集成電路（MSI）、大規(guī)模集成電路（LSI）、超大規(guī)模集成電路（VLSI）、特大規(guī)模集成電路（ULSI）和巨大規(guī)模集成電路（GLSI）。到七十、八十年代微處理器的發(fā)明促進(jìn)了個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)逐漸地走進(jìn)了千家萬戶。九十年代，因特網(wǎng)的出現(xiàn)，將世界各地的計(jì)算機(jī)連成網(wǎng)絡(luò)，使信息交流更為方便，快捷，從而極大地改變了人們的生活方式。由單個(gè)晶體管到集成電路到微處理器到個(gè)人計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)，這就是計(jì)算機(jī)發(fā)展的基本脈絡(luò)?，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)已到了普及的程度，但總的說來，計(jì)算機(jī)的基本理論沒有重大的變化，四十年代的圖靈機(jī)，馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的基本理論到現(xiàn)在還是適用的。例如程序的順序存儲(chǔ)，二進(jìn)制編碼等理論依然是計(jì)算機(jī)科學(xué)的理論基礎(chǔ)。圖１馮·諾依曼及其計(jì)算機(jī)圖2圖靈圖3晶體管的結(jié)構(gòu)圖解圖4一個(gè)很小的鹽顆粒損毀了一個(gè)微芯片上的成千個(gè)晶體管二、未來計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)與難點(diǎn)、問題記者：計(jì)算機(jī)科學(xué)從誕生的那一天起就和其他的學(xué)科有著密不可分的關(guān)系，它有力地促進(jìn)其他學(xué)科的發(fā)展，同時(shí)也使自己迅速成長。在您看來，未來的計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)如何，它與其他學(xué)科之間的關(guān)系是否會(huì)愈來愈緊密？李國杰院士：我在看待計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)時(shí)，通常是把它分為三維考慮。一維是是向"高"的方向。性能越來越高，速度越來越快，主要表現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的主頻越來越高。像前幾年我們使用的都是286、386、主頻只有幾十兆。90年代初，集成電路集成度已達(dá)到100萬門以上，從VLSI開始進(jìn)入U(xiǎn)LSI，即特大規(guī)模集成電路時(shí)期。而且由于的成熟與普及，CPU性能年增長率由80年代的35%發(fā)展到90年代的60%。到后來出現(xiàn)奔騰系列，到現(xiàn)在已出現(xiàn)了奔騰4微處理器，主頻達(dá)到2GHz以上。而且計(jì)算機(jī)向高的方面發(fā)展不僅是芯片頻率的提高，而且是計(jì)算機(jī)整體性能的提高。一個(gè)計(jì)算機(jī)中可能不只用一個(gè)處理器，而是用幾百個(gè)幾千個(gè)處理器，這就是所謂并行處理。也就是說提高計(jì)算機(jī)的性能有兩個(gè)途徑：一是提高器件速度，二是并行處理。與前所述，器件速度通過發(fā)明新器件（如量子器件等），采用、片上系統(tǒng)等技術(shù)還可以提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。以大規(guī)模并行為標(biāo)志的體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新與進(jìn)步是提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的另一重要途徑。目前世界上性能最高的通用計(jì)算機(jī)已采用上萬臺(tái)計(jì)算機(jī)并行，美國的ASCI計(jì)劃已經(jīng)完成每秒12。3萬億次并行機(jī)。目前正在研制30萬億次和100萬億次并行計(jì)算機(jī)。美國另一項(xiàng)計(jì)劃的目標(biāo)是2010年左右推出每秒一千萬億次并行計(jì)算機(jī)（Petaflops計(jì)算機(jī)），其處理機(jī)將采用超導(dǎo)量子器件，每個(gè)處理機(jī)每秒100億次，共用10萬個(gè)處理機(jī)并行。專用計(jì)算機(jī)的并行程度比通用機(jī)更高。IBM公司正在研制一臺(tái)用于計(jì)算蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)的專用計(jì)算機(jī)，稱做蘭色基因（BlueGene）計(jì)算機(jī)，一塊芯片中就包括32個(gè)處理機(jī)，峰值速度達(dá)每秒一千萬億次，計(jì)劃2004年實(shí)現(xiàn)。將幾千幾萬臺(tái)計(jì)算機(jī)連結(jié)起來構(gòu)成一臺(tái)并行機(jī)，就如同組織成千上萬工人生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品一樣，決不是一件容易的事。并行計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)是如何高效率地把大量計(jì)算機(jī)互相連接起來，即各處理機(jī)之間的高速通信，以及如何有效地管理成千上萬臺(tái)計(jì)算機(jī)使之協(xié)調(diào)工作，這就是并行計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件---操作系統(tǒng)的功能。如何處理高性能與通用性以及應(yīng)用軟件可移植性的矛盾也是研制并行計(jì)算機(jī)必須面對(duì)的技術(shù)選擇，也是計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的重大課題。另一個(gè)方向就是向“廣”度方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)就是無處不在，以至于像“沒有計(jì)算機(jī)一樣”。近年來更明顯的趨勢(shì)是網(wǎng)絡(luò)化與向各個(gè)領(lǐng)域的滲透，即在廣度上的發(fā)展開拓。國外稱這種趨勢(shì)為普適計(jì)算（PervasiveComputing）或叫無處不在的計(jì)算。舉個(gè)例子，問你家里有多少馬達(dá)，誰也說不清。洗衣機(jī)里有，電冰箱里有，錄音機(jī)里也有，幾乎無處不在，我們誰也不會(huì)去統(tǒng)計(jì)它。未來，計(jì)算機(jī)也會(huì)像現(xiàn)在的馬達(dá)一樣，存在于家中的各種電器中。那時(shí)問你家里有多少計(jì)算機(jī)，你也數(shù)不清。你的筆記本，書籍都已電子化。包括未來的中小學(xué)教材，再過十幾、二十幾年，可能學(xué)生們上課用的不再是教科書，而只是一個(gè)筆記本大小的計(jì)算機(jī)，所有的中小學(xué)的課程教材，輔導(dǎo)書，練習(xí)題都在里面。不同的學(xué)生可以根據(jù)自己的需要方便地從中查到想要的資料。而且這些計(jì)算機(jī)與現(xiàn)在的手機(jī)合為一體，隨時(shí)隨地都可以上網(wǎng)，相互交流信息。所以有人預(yù)言未來計(jì)算機(jī)可能像紙張一樣便宜，可以一次性使用，計(jì)算機(jī)將成為不被人注意的最常用的日用品。第三個(gè)方向是向"深"度方向發(fā)展，即向信息的智能化發(fā)展。網(wǎng)上有大量的信息，怎樣把這些浩如煙海的東西變成你想要的知識(shí)，這是計(jì)算科學(xué)的重要課題，同時(shí)人機(jī)界面更加友好。未來你可以用你的自然語言與計(jì)算機(jī)打交道，也可以用手寫的文字打交道，甚至可以用你的表情、手勢(shì)來與計(jì)算機(jī)溝通，使人機(jī)交流更加方便快捷。電子計(jì)算機(jī)從誕生起就致力于模擬人類思維，希望計(jì)算機(jī)越來越聰明，不僅能做一些復(fù)雜的事情，而且能做一些需“智慧”才能做的事，比如推理、學(xué)習(xí)、聯(lián)想等。自從1956年提出“”以來，計(jì)算機(jī)在智能化方向邁進(jìn)的步伐不盡人意。科學(xué)家多次關(guān)于人工智能的預(yù)期目標(biāo)都沒有實(shí)現(xiàn)，這說明探索人類智能的本質(zhì)是一件十分艱巨的任務(wù)。目前計(jì)算機(jī)"思維"的方式與人類思維方式有很大區(qū)別，人機(jī)之間的間隔還不小。人類還很難以自然的方式，如語言、手勢(shì)、表情與計(jì)算機(jī)打交道，計(jì)算機(jī)難用已成為阻礙計(jì)算機(jī)進(jìn)一步普及的巨大障礙。隨著nternet的普及，普通老百姓使用計(jì)算機(jī)的需求日益增長，這種強(qiáng)烈需求將大大促進(jìn)計(jì)算機(jī)智能化方向的研究。近幾年來計(jì)算機(jī)識(shí)別文字（包括印刷體、手寫體）和口語的技術(shù)已有較大提高，已初步達(dá)到商品化水平，估計(jì)5-10年內(nèi)手寫和口語輸入將逐步成為主流的輸入方式。手勢(shì)（特別是啞語手勢(shì)）和臉部表情識(shí)別也已取得較大進(jìn)展。使人沉浸在計(jì)算機(jī)世界的虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality）技術(shù)是近幾年來發(fā)展較快的技術(shù)，21世紀(jì)將更加迅速的發(fā)展。圖１納米級(jí)的DNA計(jì)算機(jī)

圖2

我國納米電子學(xué)應(yīng)用研究取得新進(jìn)展

圖3Intel公司生產(chǎn)的奔騰第四代CPU圖4AMD公司生產(chǎn)的Duron系列CPU圖5威盛公司生產(chǎn)的系列CPU說到計(jì)算機(jī)科學(xué)同其他學(xué)科的關(guān)系，我認(rèn)為有幾個(gè)學(xué)科和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展關(guān)系很密切。從技術(shù)的角度說，通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)科學(xué)是密不可分的，實(shí)際上，通信技術(shù)中的很多設(shè)備就是一臺(tái)專用的計(jì)算機(jī)。另外是各種工業(yè)制造中也離不開計(jì)算機(jī)。例如，將來的汽車、飛機(jī)中的大量部件都是計(jì)算機(jī)構(gòu)成的。未來一部汽車主要的成本可能不是車身、輪子、發(fā)動(dòng)機(jī)，而是其中的微處理器芯片和軟件。從科學(xué)的角度說，我認(rèn)為計(jì)算機(jī)科學(xué)與生物學(xué)的關(guān)系會(huì)越來越密切?？茖W(xué)的發(fā)展的一般規(guī)律是每隔四五十年就會(huì)有新的技術(shù)出現(xiàn)，來拉動(dòng)其他學(xué)科的發(fā)展。最近二三十年是以是以微電子、信息技術(shù)為標(biāo)志的科技浪潮。這一段時(shí)期預(yù)計(jì)到2020年基本結(jié)束。下一次科技浪潮將是以生物技術(shù)為標(biāo)志的科學(xué)的飛躍。而與以生物信息學(xué)為代表的生物與計(jì)算機(jī)科學(xué)的交叉學(xué)科正在蓬勃地興起。例如用信息學(xué)的理論和方法去研究生命科學(xué)，未來可能會(huì)有很多學(xué)計(jì)算機(jī)的人去從事生物信息學(xué)的研究，這是未來研究的一大熱點(diǎn)。

從另外一方面來說，其他學(xué)科反過來也會(huì)促進(jìn)計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展。目前計(jì)算機(jī)用的幾乎都是半導(dǎo)體集成電路，但現(xiàn)在人們也在努力研究基于其他材料的計(jì)算機(jī)，如超導(dǎo)計(jì)算機(jī)，光學(xué)計(jì)算機(jī)，生物計(jì)算機(jī)等，比如我們常聽到的生物芯片技術(shù)。但目前的生物芯片還只是作測(cè)試用，還不能夠用來計(jì)算。雖然這些技術(shù)現(xiàn)在還都不成熟，與實(shí)際應(yīng)用有很大的差距，但可以預(yù)計(jì)這些技術(shù)的發(fā)展必將使計(jì)算機(jī)科學(xué)的前景更加美好。記者：網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)極大地改變了我們的生活，也使得計(jì)算機(jī)技術(shù)走進(jìn)了千家萬戶。它的發(fā)展前景十分美好。但是我們知道，在科學(xué)研究中經(jīng)常會(huì)遇到意想不到的困難。您認(rèn)為當(dāng)前計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展遇到的主要困難什么？李國杰院士：當(dāng)前計(jì)算機(jī)科學(xué)的主要問題有三方面。首先是復(fù)雜性的問題。計(jì)算機(jī)科學(xué)的實(shí)質(zhì)是動(dòng)態(tài)的復(fù)雜性問題。一個(gè)芯片的晶體管有上億甚至幾十億個(gè)，這個(gè)數(shù)目已和大腦里的神經(jīng)元的數(shù)目一樣多，如何保證這樣一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)能夠正常的工作而不出現(xiàn)錯(cuò)誤，這已不止是一般的測(cè)量能夠解決的問題了。另外一個(gè)問題就是功耗。當(dāng)前功耗似乎不是什么問題或者說不是重要問題，但再過十幾年它就會(huì)變得十分重要。根據(jù)，大約每隔一年半，芯片的性能翻一翻,但是性能翻一翻可能會(huì)造成功耗也翻一翻。功耗越大,放熱越多?，F(xiàn)在一個(gè)芯片可能放熱一兩百瓦,還可以用風(fēng)扇來散熱,但再翻一翻幾百瓦,相當(dāng)于一個(gè)電爐了。這時(shí)的散熱就十分困難了。所以,如何在提高性能的同時(shí)不增大功耗甚至減小功耗是當(dāng)前計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的重大問題。功耗問題極為復(fù)雜,由于集成電路的微型化,將來的工藝達(dá)到微米以下,每一層芯片只有幾個(gè)原子,這時(shí)的單位面積上的熱量已經(jīng)極高了。所以在計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的早期就有一位著名的科學(xué)家說過計(jì)算機(jī)科學(xué)是制冷的科學(xué)。最后一個(gè)問題是智能化的問題?，F(xiàn)在網(wǎng)上有很多信息,如何讓計(jì)算機(jī)把這些信息變成你所需要的知識(shí)。這是一件很難的事情。這不是說簡(jiǎn)單的我點(diǎn)一個(gè)網(wǎng)站,里面能搜索到與我輸入的字符匹配的內(nèi)容，而是說計(jì)算機(jī)要將收集到的知識(shí)系統(tǒng)化。比如,你想找一個(gè)人,你問計(jì)算機(jī)："拉登是什么人？"未來的計(jì)算機(jī)有這個(gè)能力,它能在千千萬萬的網(wǎng)頁中找到與拉登是什么人相關(guān)的內(nèi)容,組織一篇文章來告訴你答案。再如,你想知道什么是納米技術(shù),你就可以問計(jì)算機(jī)什么是納米技術(shù),計(jì)算機(jī)就會(huì)為你搜索網(wǎng)頁,找到你所需要的答案。三、個(gè)人研究領(lǐng)域記者：作為我國著名的計(jì)算機(jī)科學(xué)專家，您一直奮斗在科研的第一線。您能否為我們簡(jiǎn)單介紹一下您的研究領(lǐng)域?李國杰院士：我自從87年從國外回來后，在國家智能計(jì)算機(jī)研究開發(fā)中心從事高性能計(jì)算機(jī)的研究工作。從92年起，我們研究開發(fā)曙光系列高性能計(jì)算機(jī)，93年“曙光一號(hào)”對(duì)稱式多處理機(jī)問世。之后，陸續(xù)研制成功了曙光1000、曙光2000和曙光3000，一代比一代的性能強(qiáng)，曙光3000超級(jí)服務(wù)器，包含70個(gè)節(jié)點(diǎn)共280個(gè)處理機(jī)，峰值速度達(dá)每秒4000億次浮點(diǎn)運(yùn)算以上（400Gflops）。我們現(xiàn)在正在開發(fā)的是曙光4000系列高性能計(jì)算機(jī)。我們研究的特點(diǎn)是我們的研究成果都要產(chǎn)業(yè)化?，F(xiàn)在很多公司和學(xué)校都已經(jīng)采用了我們的曙光系列服務(wù)器。我們計(jì)算所的另一方面的工作是研究計(jì)算機(jī)硬件的核心技術(shù)，也就是CPU芯片。多年來我們國家在微處理器芯片技術(shù)上幾乎是空白，我們的工作就是要攻克CPU芯片的核心技術(shù)。我們今年已經(jīng)推出了叫"龍芯"（Godson）的CPU驗(yàn)證芯片，標(biāo)志著我國具了國際先進(jìn)水平通用CPU的設(shè)計(jì)能力。GodsonCPU執(zhí)行250多條指令，可運(yùn)行通用的主流操作系統(tǒng)Linux最新版本內(nèi)核（版）、X-Window和商品化Web服務(wù)器軟件，在國內(nèi)率先通過了SPECCPU2000和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格測(cè)試。GodsonCPU具有高性能的64位浮點(diǎn)流水線，采用了當(dāng)代通用CPU先進(jìn)體系結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)技術(shù)。計(jì)算所計(jì)劃2002年投片試制與生產(chǎn)，有望獲得商品化的PentiumII水平的通用CPU芯片，2003年有望研制成功奔騰4水平的CPU芯片。我們的奮斗目標(biāo)時(shí)為我國信息產(chǎn)業(yè)提供具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CPU芯片。我們還有一些同志在研究具有重要意義的IPv6課題。計(jì)算機(jī)要通過因特網(wǎng)交流信息，都要有一個(gè)IP地址，相當(dāng)于這臺(tái)計(jì)算機(jī)的通信地址，目前這種地址叫做協(xié)議叫IPv4，是由32位二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成的。我們知道因特網(wǎng)是美國人發(fā)明的，他們一個(gè)大學(xué)（比如MIT）的IP地址就比我們一個(gè)國家的還多。而我們國家人口眾多，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展未來的計(jì)算機(jī)用戶會(huì)不斷增多，可能有一天你有了計(jì)算機(jī)卻無法上網(wǎng)，因?yàn)橐呀?jīng)沒有IP地址可用。我們這些同志在攻克的IPv6課題就是要解決這個(gè)問題。IPv6的地址由128位二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，可以說這種地址資源是取之不盡，用之不竭了。這個(gè)課題研究具有極其重要的意義。 圖１曙光3000超級(jí)服務(wù)器系統(tǒng)，峰值浮點(diǎn)運(yùn)算速度為每秒4032億次,部分達(dá)到國際領(lǐng)先水平

圖2

美國電氣電子工程師學(xué)會(huì)

圖3

ISO：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織四、對(duì)中小學(xué)教師的建議與期望記者：我們通過調(diào)查了解到當(dāng)前中小學(xué)教師迫切地希望提高自己的計(jì)算機(jī)科學(xué)水平,并希望把計(jì)算機(jī)應(yīng)用到自己的教學(xué)實(shí)踐中.您認(rèn)為如何使計(jì)算機(jī)在青少年培養(yǎng)方面發(fā)揮更大的作用？李國杰院士：我覺得重要的是培養(yǎng)學(xué)生懂得用計(jì)算機(jī)解決問題的意識(shí)，當(dāng)然中小學(xué)生不可能解決很復(fù)雜的問題，但是作為一個(gè)現(xiàn)代社會(huì)的人，他應(yīng)該具有這個(gè)意識(shí)，學(xué)會(huì)這個(gè)方法來把一個(gè)問題用計(jì)算機(jī)語言表述出來，并幫助他解決。另外，計(jì)算機(jī)科學(xué)中十分注重的一個(gè)問題是算法，所謂算法簡(jiǎn)單地說就是在計(jì)算機(jī)上解決某種問題的方法。我們?cè)诮虒W(xué)中講授了一些算法，但對(duì)“算法是軟件的核心”這個(gè)問題強(qiáng)調(diào)不夠。每年的計(jì)算機(jī)奧林匹克競(jìng)賽中都涉及到許多算法問題，通過算法的教學(xué)就能夠培養(yǎng)學(xué)生用計(jì)算機(jī)解決問題的意識(shí)，這是一種思維的方式。這種鍛煉無論他是否從事計(jì)算機(jī)科學(xué)方面的工作，對(duì)于他都是有很大好處的。說到中小學(xué)計(jì)算機(jī)的教學(xué)方法，我覺得應(yīng)該首先使計(jì)算機(jī)教材能夠引人入勝，不只是一些編程的方法和技巧，而應(yīng)該包含一些計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展史，讓孩子們知道計(jì)算機(jī)是如何出現(xiàn)的，經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展歷程，從而能夠培養(yǎng)孩子的創(chuàng)新精神，使他們敢于創(chuàng)新，敢于創(chuàng)造。如果一開始就強(qiáng)調(diào)編程的方法和技巧的話，會(huì)很容易是他們產(chǎn)生厭倦的情緒，討厭計(jì)算機(jī)，甚至對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生恐懼感，這就和我們的教學(xué)目的背道而馳了。記者：李院士，在采訪的最后，我們想請(qǐng)您對(duì)我國的廣大的中小學(xué)教師提一些希望和要求？李國杰院士：我前面也提到，計(jì)算機(jī)科學(xué)是一種邏輯性很強(qiáng)的科學(xué)，它跟數(shù)學(xué)，邏輯學(xué)的關(guān)系十分密切。所以計(jì)算機(jī)科學(xué)有許多啟發(fā)人們靈感的地方。對(duì)于中小學(xué)教師來說，我認(rèn)為除了要通過計(jì)算機(jī)的教學(xué)來培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維以外，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的興趣。人們常說"興趣是最好的老師"，孩子對(duì)計(jì)算機(jī)有了興趣，學(xué)計(jì)算機(jī)用計(jì)算機(jī)的意識(shí)就會(huì)自然的形成。這里我講一個(gè)我自己的小故事來作為這次采訪的結(jié)尾。我在讀初中的時(shí)候，讀到了一本講邏輯的書，里面講了一個(gè)故事，講古代埃及的時(shí)候有一個(gè)國王，性情十分殘暴，他每天晚上都叫一個(gè)人要他講一句話，他說如果他講的是真話，那他就會(huì)被絞死，如果他講的是假話的話，他就會(huì)被殺死。我當(dāng)時(shí)想那沒有一個(gè)人能夠逃脫了。但是看下去，居然有一個(gè)人逃脫了。我百思不得其解，原來他講“我是被殺死的”。那么如果他被殺死，那么他講的就是真話，應(yīng)該被絞死；如果他被絞死，那么他講的就是假話，應(yīng)該被殺死。于是國王對(duì)他無可奈何，又不能食言，所以只好把他放了。我當(dāng)時(shí)受的觸動(dòng)很大，于是對(duì)數(shù)理邏輯產(chǎn)生了很大的興趣。我一開始并沒有學(xué)計(jì)算機(jī)，但是無論在北大學(xué)物理還是在工作時(shí)都對(duì)數(shù)理邏輯抱有濃厚的興趣，直到后來到美國學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)，最終實(shí)現(xiàn)了我的理想。我講這個(gè)故事主要是想說明兒童時(shí)代對(duì)科學(xué)的興趣很可能決定一個(gè)人一生的奮斗方向。而中小學(xué)教師起的正是引導(dǎo)學(xué)生興趣的作用。我希望中小學(xué)教師能在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣上發(fā)揮更大的作用。未來計(jì)算機(jī)四大看點(diǎn)

（北星09:07:22本文選自：《中國計(jì)算機(jī)報(bào)》）

十年后的計(jì)算將會(huì)以什么樣的形態(tài)存在？和今天一樣，端端正正坐在電腦桌面前，撥號(hào)或者用寬帶上網(wǎng)，抓著拖尾巴的鼠標(biāo)，老老實(shí)實(shí)打開操作系統(tǒng)，按部就班啟動(dòng)……如果還抱著這種觀念，那么你已經(jīng)落伍啦，未來計(jì)算絕非你所想象。

你想過上網(wǎng)就像打手機(jī)一樣方便么？不管你在喧囂都市還是在僻靜鄉(xiāng)野高山大川，只要打開筆記本、平板PC或者任何相關(guān)的掌上設(shè)備便能夠以極高的速度進(jìn)行沖浪，你無需使用各種介質(zhì)的麻煩網(wǎng)線。OK，這就是Wi-Fi技術(shù)；在野外，我們的計(jì)算設(shè)備要想工作必須借助于電池，想過讓筆記本的電池時(shí)間超過10小時(shí)么？別急，未來的迅馳技術(shù)與燃料電池技術(shù)將提供高性能之下的真正便攜。我們?nèi)粘Ｋ玫娘@示器都只強(qiáng)調(diào)顯示功能，未來，智能化技術(shù)將讓它學(xué)會(huì)察言觀色、根據(jù)不同情況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，給你最舒適的視覺體驗(yàn)。嗯，顯示器有了，那么主機(jī)呢？還是碩大無比樣子丑陋的機(jī)箱？NO，如果你看了微軟的Athens概念機(jī)，未來的電腦會(huì)讓你愛得死心塌地。如果你覺得樣子次要，那么可靠性重要吧？相信大家都有過重裝系統(tǒng)病毒襲擊數(shù)據(jù)丟失之類的麻煩，可靠計(jì)算將讓它成為歷史。

看點(diǎn)一Wi－Fi無線互聯(lián)

Wi-Fi是基于的無線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，它使用頻段，將提供11Mbps的高速互聯(lián)網(wǎng)接入，這種接入方式是以無線的方式存在的，比如說，在機(jī)場(chǎng)，在咖啡屋，在酒吧，在圖書館，甚至在路上，只要打開電腦，我們便能夠通過Wi-Fi盡情上網(wǎng)沖浪。簡(jiǎn)言之，你可以像使用手機(jī)那樣上網(wǎng)——這個(gè)時(shí)候，“上網(wǎng)”這個(gè)詞匯恐怕會(huì)進(jìn)入古董堆了吧？！不能Wi-Fi上網(wǎng)的電腦，就好像不能連接GSM/CDMA網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)一樣呆頭呆腦。

目前，Wi-Fi仍處于起步階段，在日本、歐美地區(qū)較為流行，但流行的場(chǎng)所也僅限于機(jī)場(chǎng)、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方，離無處不在的Wi-Fi還有一段相當(dāng)?shù)木嚯x。而國內(nèi)的Wi-Fi建設(shè)仍處于概念階段，只有很少數(shù)的五星級(jí)賓館、豪華酒店中提供Wi-Fi服務(wù)，價(jià)格自然高得驚人！這種現(xiàn)狀并不會(huì)一直持續(xù)下去，隨著移動(dòng)設(shè)備的大量增加，尤其是筆記本電腦的快速普及，人們的無線上網(wǎng)需求將愈來愈迫切，而這正是Wi-Fi大顯身手的時(shí)刻，用戶數(shù)量增加，平均費(fèi)用自然降低。

看點(diǎn)二高性能移動(dòng)計(jì)算

按照常識(shí)，現(xiàn)在的筆記本電腦如果不接電源的話只能用上短短2～3個(gè)鐘頭，顯然，這個(gè)問題若不解決，即便未來Wi-Fi系統(tǒng)組建完畢，而人們也只能在外面使用2～3個(gè)小時(shí)，花費(fèi)巨資建設(shè)Wi-Fi將會(huì)變得毫無意義。電池時(shí)間短促主要有兩方面的原因：第一，隨著部件工作頻率的提升，筆記本電腦的功耗也一直在提高，電池時(shí)間難以得到延長；第二，鋰電池技術(shù)發(fā)展空間有限，難以在小體積的條件下提供更大的容量。今天，人們已著手開始解決這兩大問題：Intel推出的Centrino平臺(tái)便是以低功耗作為第一訴求，而燃料電池的出現(xiàn)讓我們看到高容量電池的曙光。

燃料電池由來已久，它是一種將氫和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能的裝置。雖然號(hào)稱“燃料”電池，但它在反應(yīng)過程中并不真正燃燒產(chǎn)生熱能，而是將能量轉(zhuǎn)化為我們所需要的電能。燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)60%～80%，為普通內(nèi)燃機(jī)的2～3倍；而且它的生成物是水，不會(huì)存在什么環(huán)保方面的問題。最重要的是，燃料電池具有很高的容量，而且燃料豐富、使用便捷，因此也被譽(yù)為21世紀(jì)上半葉最具有意義的科技。

東芝燃料電池可提供理想的容量，在體積相同的情況下容量比鋰電池多一倍——為了生動(dòng)說明，東芝特地展出不同電池驅(qū)動(dòng)的同一種筆記本電腦，其中鋰電池只能保持運(yùn)行小時(shí)左右，而燃料電池維持了5個(gè)多小時(shí)，使用高容量的燃料盒后，更支持了長達(dá)10個(gè)小時(shí)——顯然，如果使用低功耗的迅馳平臺(tái)，這個(gè)數(shù)字可能還要翻番！何況這只是第一代燃料電池的水準(zhǔn)，東芝表示它還具有很高的提升空間。

看點(diǎn)三夢(mèng)幻的計(jì)算時(shí)代

Smart顯示器并不是未來計(jì)算機(jī)的全部，如果你看過微軟與HP合作的Athens（雅典）概念機(jī)，必然會(huì)為它的魅力折服——Athens科幻式的卓越設(shè)計(jì)思想，所表現(xiàn)出來的完全是未來生活情態(tài)！那么，Athens為何如此充滿著魅力？

當(dāng)你第一眼看到Athens，你會(huì)驚奇它16：9的17英寸寬LCD顯示屏，LCD左邊緣懸掛著立體聲音箱，右邊框伸出一個(gè)攝像頭，采用藍(lán)牙技術(shù)的無線鍵盤和無線鼠標(biāo)擺放在桌面上……整套系統(tǒng)設(shè)計(jì)得非常迷人，簡(jiǎn)潔明快，充滿科幻的風(fēng)格，讓人不僅以為這是22世紀(jì)的產(chǎn)物。那么，主機(jī)呢？平常那個(gè)碩大無比沉重得難以搬動(dòng)且后面纏繞著一堆線纜的主機(jī)呢？設(shè)計(jì)師將Athens的主機(jī)縮成一個(gè)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的小盒子，不經(jīng)意地?cái)[放在桌面上，還以為是個(gè)漂亮的小裝飾——當(dāng)然，如果你樂意也可以把它扔得遠(yuǎn)遠(yuǎn)的，Athens使用的可是Smart顯示器！

我們?cè)贏thens概念機(jī)中沒有看到一根線纜，甚至連電源線也