信息科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)

1、第二講 信息科學(xué)發(fā)展簡史參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)信息與軟件工程學(xué)院目 錄1、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌2、對(duì)信息科學(xué)技術(shù)的新認(rèn)知3、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破4、我國的戰(zhàn)略機(jī)遇5、總結(jié)信息與軟件工程學(xué)院一、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌v信息技術(shù)的發(fā)展水平影響著國家的核心競(jìng)爭(zhēng)力,信息技術(shù)是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力v信息技術(shù)由計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、信息安全技術(shù)、智能技術(shù)與軟件技術(shù)等組成v計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)作為信息技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)，在微電子技術(shù)的推動(dòng)下，引領(lǐng)著信息技術(shù)的高速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，成為推動(dòng)當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的重要?jiǎng)恿π畔⑴c軟件工程學(xué)院一、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌v在推進(jìn)信息化的過程中

2、需要大量的計(jì)算機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信設(shè)備與各種軟件，需要有信息服務(wù)業(yè)的技術(shù)支持，這促使信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展v到了21世紀(jì)，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)和電力、電話、高速公路一樣，成為一個(gè)國家或地區(qū)重要的基礎(chǔ)設(shè)施v今天人類所享受的一切現(xiàn)代文明，無一不直接或間接地與信息技術(shù)相關(guān)v當(dāng)代的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展在很大程度上都取決于信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展信息與軟件工程學(xué)院一、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌v當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新性研究在很大程度上依賴于信息技術(shù)v2005年，美國總統(tǒng)信息技術(shù)顧問委員會(huì)提交了一份題為計(jì)算科學(xué)確保美國的競(jìng)爭(zhēng)力的報(bào)告v這份報(bào)告將計(jì)算科學(xué)提升到影響國家核心競(jìng)爭(zhēng)力的高度v報(bào)告指出：利用計(jì)算科學(xué)先進(jìn)的計(jì)算能力和方法來理解和解決復(fù)雜問題，

3、是提高科學(xué)研究水平、增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和確保國家安全的關(guān)鍵信息與軟件工程學(xué)院一、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌v信息科學(xué)技術(shù)取得了輝煌的成就 從2006年起，信息產(chǎn)業(yè)成為世界第一大產(chǎn)業(yè) 信息改變著人類的生產(chǎn)方式、工作方式、學(xué)習(xí)方式與思維方式。離開計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)、電視等電子信息產(chǎn)品人們將無法生活和工作 信息成為最活躍的生產(chǎn)要素和戰(zhàn)略資源v信息論、控制論、系統(tǒng)論、圖靈機(jī)、馮諾依曼、計(jì)算理論等理論支撐了信息科學(xué)技術(shù)幾十年的輝煌信息與軟件工程學(xué)院v基本假設(shè) 信息可編碼到紙帶上v度量指標(biāo) 時(shí)間復(fù)雜度 空間復(fù)雜度v變形與推廣 Oracle圖靈機(jī) 概率圖靈機(jī)信息與軟件工程學(xué)院信息科學(xué)v信息技術(shù)（Information

4、Technology , IT），是主要用于管理和處理信息所采用的各種技術(shù)的總稱。它主要是應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)和通信技術(shù)來設(shè)計(jì)、開發(fā)、安裝和實(shí)施信息系統(tǒng)及應(yīng)用軟件。它也常被稱為信息和通信技術(shù)（Information and Communications Technology , ICT）。研究信息技術(shù)的學(xué)科則統(tǒng)稱為信息科學(xué)，信息科學(xué)與信息技術(shù)并稱信息科技。20世紀(jì)下世紀(jì)下半葉信息技半葉信息技術(shù)發(fā)展迅猛術(shù)發(fā)展迅猛21世紀(jì)上半葉世紀(jì)上半葉信息科學(xué)將取信息科學(xué)將取得突破性發(fā)展得突破性發(fā)展21世紀(jì)下半葉將世紀(jì)下半葉將出現(xiàn)一次新的出現(xiàn)一次新的信息技術(shù)革命信息技術(shù)革命信息技術(shù)的基礎(chǔ)理論大部信息技術(shù)的基礎(chǔ)理論大部

5、分是分是1960年代以前完成的年代以前完成的，近，近40年信息科學(xué)沒有取年信息科學(xué)沒有取得重大突破得重大突破信息與軟件工程學(xué)院一、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌v信息技術(shù)的基礎(chǔ)理論大部分是20世紀(jì)60年代以前完成的，近40年來信息科學(xué)沒有取得重大突破 1945年，“計(jì)算機(jī)之父”馮諾伊曼提出的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，仍然是今天我們?cè)O(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)必須遵從的基本設(shè)計(jì)原則1. 1950年，“人工智能之父”圖靈提出了人工智能的基本概念，以及判斷計(jì)算機(jī)是否具有智能的“圖靈測(cè)試”方法。人工智能技術(shù)誕生的時(shí)間可追溯到20世紀(jì)50年代中期信息與軟件工程學(xué)院一、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌v信息技術(shù)的基礎(chǔ)理論大部分是20世紀(jì)60年代以前完成的，近

6、40年來信息科學(xué)沒有取得重大突破 1969年，光計(jì)算機(jī)的研究出現(xiàn)。量子計(jì)算的概念是20世紀(jì)70年代提出的。1983年開始了生物計(jì)算機(jī)的研制 20世紀(jì)60年代末出現(xiàn)的Pascal語言是計(jì)算機(jī)語言發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言是20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)的3. 可穿戴計(jì)算的概念是20世紀(jì)60年代提出的。嵌入式系統(tǒng)的研究開始于20世紀(jì)70年代信息與軟件工程學(xué)院一、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌v 信息技術(shù)的基礎(chǔ)理論大部分是20世紀(jì)60年代以前完成的，近40年來信息科學(xué)沒有取得重大突破計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心概念“分組交換”是1964年提出的。互聯(lián)網(wǎng)的雛形ARPANET于1969年開始組建和運(yùn)行。TCP/IP

7、協(xié)議在1980年開始正式成為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。無線分組網(wǎng)的研究開始于1972年移動(dòng)通信技術(shù)的研究開始于20世紀(jì)20年代。1978年蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)問世6. 1945年，科學(xué)家提出了利用衛(wèi)星進(jìn)行通信的設(shè)想。1962年，第一顆可以用于電話和電視傳輸?shù)耐ㄐ判l(wèi)星發(fā)射成功信息與軟件工程學(xué)院一、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌v 信息技術(shù)的基礎(chǔ)理論大部分是20世紀(jì)60年代以前完成的，近40年來信息科學(xué)沒有取得重大突破 1833年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體性質(zhì)，1931年提出了能帶理論，1939年發(fā)明了純凈晶體的生長技術(shù)和摻雜技術(shù)。1947年第一個(gè)點(diǎn)接觸型晶體管誕生。1950年單晶鍺結(jié)型晶體管誕生。1958年世界上第一塊集成電路問世

8、9. 1966年光導(dǎo)纖維通信理論提出。1981年第一個(gè)光纖通信系統(tǒng)問世信息與軟件工程學(xué)院二、對(duì)信息科學(xué)技術(shù)的新認(rèn)知1、從重視信息科學(xué)技術(shù)的內(nèi)涵轉(zhuǎn)向更重視其外延 信息科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為一種通用技術(shù)，而且是與很多學(xué)科相關(guān)的交叉型科學(xué)技術(shù) 與社會(huì)、健康、能源、材料等領(lǐng)域的聯(lián)系更加緊密 二十一世紀(jì)，信息科學(xué)技術(shù)更像能源一樣，成為人類社會(huì)的基礎(chǔ)之一。就像水、電、油一樣，與所有行業(yè)、所有人都相關(guān)，成為一種基礎(chǔ)資源、基礎(chǔ)設(shè)施信息與軟件工程學(xué)院二、對(duì)信息科學(xué)技術(shù)的新認(rèn)知 美國工程院列出21世紀(jì)工程科技14項(xiàng)重大挑戰(zhàn)建立人體健康信息系統(tǒng)提升虛擬世界的實(shí)體感利用核聚變能量提高人類自學(xué)能力太陽能的普遍應(yīng)用可持續(xù)發(fā)展的

9、城市規(guī)劃捕捉與儲(chǔ)存溫室效應(yīng)氣體 這都不是單純的信息處理和通信技術(shù)，而是信息領(lǐng)域與其它領(lǐng)域的交叉控制氮循環(huán)，有效利用廢棄物對(duì)人腦的逆向工程開發(fā)基因藥物防止核恐怖事件發(fā)生保障網(wǎng)絡(luò)空間安全推動(dòng)自然科學(xué)的發(fā)展使全球民眾喝上潔凈水信息與軟件工程學(xué)院 信息科學(xué)技術(shù)更加重視惠及大眾 重視對(duì)生態(tài)和環(huán)境的影響 重視與人類健康的信息技術(shù) 重視信息科學(xué)與納米、生命、認(rèn)知的交叉研究 重視與人文藝術(shù)的結(jié)合 重視信息科學(xué)技術(shù)的倫理道德，法制管理與監(jiān)督二、對(duì)信息科學(xué)技術(shù)的新認(rèn)知信息與軟件工程學(xué)院2、從狹義工具論轉(zhuǎn)向計(jì)算思維 長期以來，計(jì)算機(jī)和信息網(wǎng)絡(luò)被社會(huì)看成是一種高科技工具，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)這門學(xué)科也被構(gòu)造成一門專業(yè)性很強(qiáng)

10、的工具學(xué)科“高科技”意味著認(rèn)知門檻高、成本高，“工具”意味著它是一種輔助性學(xué)科，并不是能夠滿足國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、滿足人民經(jīng)濟(jì)文化需求的主業(yè)這種狹隘的認(rèn)知是信息科技向各行各業(yè)滲透的最大障礙，對(duì)信息科技的全民普及極其有害二、對(duì)信息科學(xué)技術(shù)的新認(rèn)知信息與軟件工程學(xué)院 需要在全社會(huì)傳播和普及“計(jì)算思維”（Computational Thinking) 計(jì)算思維是一種普適思維，計(jì)算是每個(gè)人的基本技能 計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)一切皆可計(jì)算，從物理世界到人類社會(huì)模擬，再到智能活動(dòng)，都可計(jì)算 計(jì)算思維是概念化思維，不是純數(shù)學(xué)思維；是面向所有人的思維，不僅僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)家的思維二、對(duì)信息科學(xué)技術(shù)的新認(rèn)知信息與軟件工程學(xué)院3

11、、從人機(jī)共生思想轉(zhuǎn)向基于三元世界模式的新信息世界觀 目前的信息系統(tǒng)基于40年前提出的人機(jī)共生思想人做直覺的、無意識(shí)的事計(jì)算機(jī)做有意識(shí)的、確定的、機(jī)械的操作 今天是多人、多機(jī)、多物組成的動(dòng)態(tài)開放網(wǎng)絡(luò)社會(huì)物理世界、信息世界、人類社會(huì)組成三元世界這是一種新的信息世界觀二、對(duì)信息科學(xué)技術(shù)的新認(rèn)知信息與軟件工程學(xué)院人人 類類 社社 會(huì)會(huì) 物理世界物理世界人機(jī)界面（終端設(shè)備）人機(jī)界面（終端設(shè)備）腦機(jī)界面腦機(jī)界面?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)傳感器網(wǎng) CPS網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的服務(wù)器和其他資源和其他資源虛擬信息世界虛擬信息世界信息與軟件工程學(xué)院 三元信息世界給我們提出一系列的新問題：萬維網(wǎng)可看成一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嗎？萬維網(wǎng)的可

12、計(jì)算性是什么？三元世界中的“計(jì)算”如何定義？三元世界中的計(jì)算模型還是圖靈機(jī)嗎？ 今后幾十年內(nèi)計(jì)算機(jī)科學(xué)將面臨重大挑戰(zhàn)，同時(shí)也面臨著重大突破的機(jī)遇！二、對(duì)信息科學(xué)技術(shù)的新認(rèn)知信息與軟件工程學(xué)院4、研究重點(diǎn)發(fā)生重大轉(zhuǎn)變 長期以來的主要目標(biāo)是提高信息器件和系統(tǒng)的性能摩爾定律：集成度的提高定律：通信速率的提高 用戶陷入不斷地購買“升級(jí)”之中二、對(duì)信息科學(xué)技術(shù)的新認(rèn)知信息與軟件工程學(xué)院 CPU芯片上的零件密度每18個(gè)月增加1倍1971年Intel 4004芯片 2300個(gè)晶體管 目前Intel酷睿2雙核芯片晶體管數(shù)量達(dá)到上億數(shù)量級(jí)CPU的性能每18個(gè)月提高一倍，價(jià)格下降一半性能越來越快，價(jià)格越來越便宜；

13、應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛摩爾定律信息與軟件工程學(xué)院摩爾定律：即將失效？l 摩爾定律將可能在2014年到達(dá)極限，芯片制造的成本越來越高，尺寸已處于極限小，可能是導(dǎo)致摩爾定律失效的最大威脅信息與軟件工程學(xué)院大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的核心定律v吉爾德定律(Gilders Law)：在未來25年，主干網(wǎng)的帶寬每6個(gè)月增長一倍，其增長速度是摩爾定律預(yù)測(cè)的CPU增長速度的3倍未來學(xué)家和分析家喬治吉爾德 v隨著帶寬的增加，將會(huì)有更多的設(shè)備以有線或無線的方式上網(wǎng)v這些設(shè)備本身并沒有什么智能，但大量這樣的“傻瓜”設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起時(shí)，其威力將會(huì)變得很大信息與軟件工程學(xué)院4、研究重點(diǎn)發(fā)生重大轉(zhuǎn)變 今后將主要致力于降低功耗 信

14、息領(lǐng)域已成為世界第六大能耗源提高易用性性能二、對(duì)信息科學(xué)技術(shù)的新認(rèn)知信息與軟件工程學(xué)院1、信息科學(xué)技術(shù)面臨新革命 信息論、控制論、系統(tǒng)論、圖靈機(jī)、馮諾依曼、計(jì)算理論等理論支撐了信息科學(xué)技術(shù)幾十年的輝煌 許多信息科學(xué)的基本理論沒有解決 這些理論已經(jīng)呈現(xiàn)出一些局限性不能解釋網(wǎng)絡(luò)中的許多問題沒有研究信息處理的安全問題 現(xiàn)在信息領(lǐng)域普遍存在技術(shù)超前理論滯后的現(xiàn)象三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破信息與軟件工程學(xué)院v 目前的主流計(jì)算機(jī)科學(xué)教科書認(rèn)為：圖靈機(jī)不能做的事情將來的計(jì)算機(jī)也不能做v 圖靈計(jì)算被看作是從輸入到輸出的函數(shù)，不終止的計(jì)算被認(rèn)為是沒有意義的v 在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，計(jì)算主體（進(jìn)程）在與外界不斷交互的過

15、程中完成所指定的計(jì)算任務(wù)。對(duì)于這類交互式的并發(fā)計(jì)算，傳統(tǒng)的基于函數(shù)的計(jì)算理論不再適用v 如何為實(shí)際并發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，在今后幾十年內(nèi)是計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨的重大挑戰(zhàn)v 算法研究的重點(diǎn)應(yīng)從單個(gè)算法的設(shè)計(jì)分析轉(zhuǎn)向多個(gè)算法的交互與協(xié)同信息與軟件工程學(xué)院 根據(jù)前蘇聯(lián)經(jīng)濟(jì)學(xué)家康德拉季耶夫提出經(jīng)濟(jì)長波理論，預(yù)測(cè)二十一世紀(jì)上半葉信息科學(xué)將取得突破性進(jìn)展下半葉將出現(xiàn)一次基于這種突破的新的信息技術(shù)革命 我們的教學(xué)、科研和人才培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)迎接和順應(yīng)這種信息科學(xué)的突破三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破信息與軟件工程學(xué)院R. Fremann et al. “Principle Concepts of Techno

16、logy and Innovation Management“，2008 信息與軟件工程學(xué)院 信息技術(shù)不會(huì)像機(jī)械和電力技術(shù)一樣，經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的高速發(fā)展后，變成以增量為主的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)。而是要面臨一次新的革命 21世紀(jì)，信息科學(xué)技術(shù)將與生物、納米、認(rèn)知等科學(xué)交織在一起，繼續(xù)煥發(fā)蓬勃生機(jī)，引領(lǐng)和支撐國民經(jīng)濟(jì)，改變?nèi)藗兊墓ぷ骱蜕罘绞?信息、生物、納米、認(rèn)知中任兩個(gè)或多個(gè)交叉融合，都將產(chǎn)生意想不到的突破！ 三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破信息與軟件工程學(xué)院2、突破的癥候 不論是集成電路、高性能計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、存儲(chǔ)器，2020年前后都會(huì)遇到僅靠現(xiàn)有技術(shù)難以逾越的障礙(信息技術(shù)墻)。這孕育著新的重大科學(xué)問題

17、的發(fā)現(xiàn)和原理性突破 信息技術(shù)墻挖掘并行性和可擴(kuò)展性的困難信息處理的高能耗復(fù)雜信息系統(tǒng)安全可靠性低三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破信息與軟件工程學(xué)院 硬件困難：到2020年，摩爾定律不再有效，CMOS技術(shù)遇到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。超級(jí)計(jì)算機(jī)的千倍定律也不再有效，2030年前無法造出1021flop級(jí)的超級(jí)計(jì)算機(jī) 大規(guī)模并行和三元世界編程困難：今后的PC就是并行計(jì)算機(jī)，現(xiàn)有的軟件理論和方法大多是面向串行計(jì)算的，不適合表達(dá)三元世界 海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理困難：存儲(chǔ)硬件的能力增長到2020年會(huì)逐漸停止。而數(shù)據(jù)量的增長卻與日俱增 信息網(wǎng)絡(luò)成本困難：系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，能耗高 安全可靠困難：安全，可靠，可信三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重

18、大突破信息與軟件工程學(xué)院 信息技術(shù)必須有以下突破在擴(kuò)展性方面，要可擴(kuò)展到億級(jí)甚至百億級(jí)、千億級(jí)的并行度在易用性方面，要惠及數(shù)十億用戶在低功耗方面，性能功耗比要提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)在安全可靠方面，要有獲得安全可靠的高可信系統(tǒng)的理論與技術(shù)三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破信息與軟件工程學(xué)院 突破過程中將陸續(xù)產(chǎn)生一些新的研究方向擴(kuò)展并行性產(chǎn)生量子計(jì)算、DNA計(jì)算、光計(jì)算、分子計(jì)算普惠性產(chǎn)生普適計(jì)算、云計(jì)算低功耗產(chǎn)生綠色計(jì)算安全可靠性產(chǎn)生可信計(jì)算，自律計(jì)算三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破信息與軟件工程學(xué)院3、突破的癥候 信息與物理學(xué)的交叉：量子信息論與量子計(jì)算機(jī) 量子計(jì)算具有天然并行性，一個(gè)操作執(zhí)行2n個(gè)狀態(tài)，具有指

19、數(shù)級(jí)處理能力，所以可以用多項(xiàng)式時(shí)間解決指數(shù)復(fù)雜度問題 2007年2月加拿大的D-Wave System公司宣布研制出世界上第一臺(tái)商用16量子位(qubit)的量子計(jì)算機(jī) 2008年5月，又提高到48qubit，而且公布了量子處理器、設(shè)備內(nèi)部和設(shè)備外形的照片 D-wave公布了128qubit的量子處理器的CAD圖三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破信息與軟件工程學(xué)院量子計(jì)算機(jī)三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破信息與軟件工程學(xué)院v如果量子計(jì)算機(jī)可以實(shí)用，則可攻破許多現(xiàn)有密碼 1024位的量子計(jì)算機(jī)可以攻破256位的ECC 2048位的量子計(jì)算機(jī)可以攻破1024位的RSA v量子計(jì)算攻擊算法 1994 年Sho

20、r 提出了著名的Shor 算法，能以多項(xiàng)式時(shí)間攻擊所有能夠轉(zhuǎn)換為廣義離散傅里葉變換的公鑰密碼，包括RSA、ElGamal 和ECC 最近的研究擴(kuò)展到一般情況下的隱藏子群問題HSP求解 ，HSP求解方法的有效攻擊范圍比Shor算法更寬v量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)是偉大的，位數(shù)的提升只是時(shí)間問題v量子計(jì)算時(shí)代我們用什么密碼？是擺在我們面前的緊迫戰(zhàn)略需求！三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破信息與軟件工程學(xué)院信息與生物學(xué)交叉：生物信息論與DNA計(jì)算機(jī)v 1994年美國加州大學(xué)的L.Adleman提出DNA計(jì)算的思想，并在液體中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)v DNA計(jì)算的基本思想 以DNA堿基序列為信息編碼的載體，利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，

21、在控制酶的作用下，進(jìn)行DNA序列反應(yīng)。反應(yīng)前的DNA為輸入，反應(yīng)后的DNA為輸出v DNA計(jì)算的特點(diǎn)高度并行：運(yùn)算速度快，1.21018次/s，是目前最快的計(jì)算機(jī)1.2106倍節(jié)能：能耗是目前超級(jí)計(jì)算機(jī)的1/1018 存儲(chǔ)密度高：每（納米）3存儲(chǔ)1bit，而現(xiàn)在的存儲(chǔ)介質(zhì)每（納米）12存儲(chǔ)1bit三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破信息與軟件工程學(xué)院v 2003年以色列研制出可玩游戲的人機(jī)交互DNA計(jì)算機(jī)v L.Adleman用DNA計(jì)算機(jī)求解了一個(gè)24個(gè)未知數(shù)、100萬種可能性的數(shù)學(xué)難題注意: 能求解數(shù)學(xué)難題，就可能破譯密碼v DNA計(jì)算與量子計(jì)算類似，具有天然并行性，具有指數(shù)級(jí)處理能力，所以可以用

22、多項(xiàng)式時(shí)間解決指數(shù)復(fù)雜度問題v DNA計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)有密碼同樣構(gòu)成嚴(yán)重挑戰(zhàn)v 我國學(xué)者提出DNA密碼（對(duì)稱和非對(duì)稱），DNA密碼基于生物學(xué)困難問題，不依賴于計(jì)算，所以對(duì)計(jì)算機(jī)的進(jìn)步是免疫的三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破信息與軟件工程學(xué)院光計(jì)算機(jī)v 光通信和光存儲(chǔ)已經(jīng)十分成功，廣泛應(yīng)用v 光計(jì)算技術(shù)尚不成熟v 如果光計(jì)算突破，則可構(gòu)成光計(jì)算機(jī)分子計(jì)算機(jī)v 科學(xué)家用碳納米材料制成邏輯電路，為分子計(jì)算機(jī)準(zhǔn)備了一些基礎(chǔ)v 邏輯電路是計(jì)算機(jī)的基本部件，能制造邏輯電路，就有可能制造分子計(jì)算機(jī)三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破信息與軟件工程學(xué)院v 2005年瑞士洛桑高等理工學(xué)院（EPFL) 啟動(dòng)了一項(xiàng)雄心勃勃的科研計(jì)劃

23、Blue Brain。該計(jì)劃使用了IBM的 Blue Gene計(jì)算機(jī)(每秒22.8萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算)，模擬老鼠的大腦新皮層單元中10000個(gè)神經(jīng)元行為v 人類大腦中復(fù)雜的物理結(jié)構(gòu)以及隨時(shí)變化的化學(xué)成分增加了模擬的難度，模擬記憶“液態(tài)計(jì)算”技術(shù)也許會(huì)為硅片電路帶來新的發(fā)展方向v IBM以采用藍(lán)色基因超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)大腦皮層II/III 層的22,000,000神經(jīng)細(xì)胞和 110,000,000,000 突觸進(jìn)行模擬。今年IBM從DARPA得到490萬美元的資助，與斯坦福等大學(xué)合作研制類腦計(jì)算機(jī)信息與軟件工程學(xué)院v德國海德堡大學(xué)正在協(xié)調(diào)歐盟支持的FACETS項(xiàng)目，該項(xiàng)目匯集了來自7個(gè)國家15個(gè)研究院所的

24、科學(xué)家，構(gòu)建一臺(tái)像大腦一樣工作的神經(jīng)計(jì)算機(jī)v第一步就是在單個(gè)芯片上建立一個(gè)由300個(gè)神經(jīng)元和50萬個(gè)突觸組成的網(wǎng)絡(luò)。第二期的新網(wǎng)絡(luò)中將包含了20萬個(gè)神經(jīng)元和5000萬個(gè)突觸，用模擬電路實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元、數(shù)字電子實(shí)現(xiàn)通信。研究小組在20厘米的單硅片上建立了該網(wǎng)絡(luò) v這個(gè)系統(tǒng)要比生物等效法快10萬倍，比軟件模擬快1000萬倍信息與軟件工程學(xué)院1、形勢(shì)v 2020年前探索攻克“信息技術(shù)墻”v 20202035年將是信息科學(xué)技術(shù)改天換地的大變革期v 20352050年新的信息網(wǎng)絡(luò)體系將逐步形成四、我國的戰(zhàn)略機(jī)遇信息與軟件工程學(xué)院2、總目標(biāo) 構(gòu)建“普惠泛在的信息網(wǎng)絡(luò)體系(U-INS)”v 從e社會(huì)發(fā)展到u社會(huì)

25、Universal 普及全民、惠及全民User-Oriented 面向用戶Ubiquitous 服務(wù)無處不在四、我國的戰(zhàn)略機(jī)遇信息與軟件工程學(xué)院信息與軟件工程學(xué)院2、總目標(biāo) 構(gòu)建“普惠泛在的信息網(wǎng)絡(luò)體系(U-INS)”v U-INS支撐網(wǎng)絡(luò)，具有變革性的器件與系統(tǒng)普及全民的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全可信、個(gè)性化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)支持?jǐn)?shù)據(jù)知識(shí)產(chǎn)業(yè)新的網(wǎng)絡(luò)科學(xué)和信息科學(xué)國家與社會(huì)信息網(wǎng)絡(luò)安全體系四、我國的戰(zhàn)略機(jī)遇信息與軟件工程學(xué)院2、總目標(biāo) 信息科學(xué)理論的變革v 20世紀(jì)中期的理論，支持了如何設(shè)計(jì)、構(gòu)造、應(yīng)用計(jì)算機(jī)v 21世紀(jì)將產(chǎn)生新的理論，支持如何設(shè)計(jì)、構(gòu)造、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。因此新的理論可能是網(wǎng)絡(luò)論(Net Theory)

26、把網(wǎng)絡(luò)看成一個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律四、我國的戰(zhàn)略機(jī)遇信息與軟件工程學(xué)院 小世界現(xiàn)象 無標(biāo)度：二八定律和長尾分布 不均勻性（高集聚性） 脆弱性和魯棒性并存 級(jí)聯(lián)失效和連鎖崩潰網(wǎng)絡(luò)科學(xué)告訴我們，互聯(lián)網(wǎng)、萬維網(wǎng)等現(xiàn)實(shí)世界網(wǎng)絡(luò)科學(xué)告訴我們，互聯(lián)網(wǎng)、萬維網(wǎng)等現(xiàn)實(shí)世界中的網(wǎng)絡(luò)具有下列特性中的網(wǎng)絡(luò)具有下列特性四、我國的戰(zhàn)略機(jī)遇信息與軟件工程學(xué)院2、總目標(biāo) 信息科學(xué)理論的變革v 網(wǎng)絡(luò)論(Net Theory)歷史上沒有人設(shè)計(jì)互聯(lián)網(wǎng)，它是自己演化涌現(xiàn)(emerge)形成的。未來的網(wǎng)絡(luò)論建立在對(duì)網(wǎng)絡(luò)的深刻理解上，不僅要理解網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議層，更要理解網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力行為、可控性、安全性、健壯性（這就是可信網(wǎng)絡(luò)），及其演

27、化規(guī)律網(wǎng)絡(luò)論是研究人機(jī)物三元世界的網(wǎng)絡(luò)規(guī)律、表達(dá)模型和計(jì)算理論的新興學(xué)科，是經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等和信息科學(xué)交叉形成的新理論體系四、我國的戰(zhàn)略機(jī)遇信息與軟件工程學(xué)院2、總目標(biāo) 信息科學(xué)理論的變革v 美國未來互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)劃FIND，著眼未來網(wǎng)絡(luò)，提出5個(gè)問題網(wǎng)絡(luò)是否要繼續(xù)使用分組交換端對(duì)端原理是否要改變。端對(duì)端原理提出者Clark教授2009年又提出，把E2E改為T2T(Trust to Trust)，應(yīng)用的智能不一定在終端，而是放在足夠可信的能正確完成任務(wù)的設(shè)備上路由和包轉(zhuǎn)發(fā)是否要分開擁塞控制和資源管理身份認(rèn)證和路由問題v 未來網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)不是一個(gè)具體的人造物品，而是設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)境，使之能引發(fā)出我們希望出現(xiàn)

28、的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品與服務(wù)四、我國的戰(zhàn)略機(jī)遇信息與軟件工程學(xué)院2、總目標(biāo) 無處不在的物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）v 物聯(lián)網(wǎng)：把物聯(lián)成網(wǎng)感：感知物理世界和社會(huì)，獲取信息傳：傳輸信息知：組織、管理和應(yīng)用信息v RFID和傳感器感知物理世界和社會(huì)，網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，物聯(lián)網(wǎng)組織、管理和應(yīng)用信息v 物聯(lián)網(wǎng)是數(shù)字世界與物理世界交互的網(wǎng)絡(luò)，主要功能是監(jiān)視和控制四、我國的戰(zhàn)略機(jī)遇信息與軟件工程學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)特征信息與軟件工程學(xué)院2、總目標(biāo) 無處不在的物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）v 物聯(lián)網(wǎng)的起源1999年，麻省理工學(xué)院Auto-ID研究中心首次提出2005年，國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布年

29、度報(bào)告The Internet of things四、我國的戰(zhàn)略機(jī)遇信息與軟件工程學(xué)院2、總目標(biāo) 無處不在的物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）v美國，“智慧地球”國家發(fā)展戰(zhàn)略 v歐盟，物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)方案“Internet of Things -An action plan for Europe” 四、我國的戰(zhàn)略機(jī)遇信息與軟件工程學(xué)院2、總目標(biāo) 無處不在的物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）v 我國，發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)已成為國家戰(zhàn)略2009年8月，溫總理提出“感知中國”理念2010年3月，政府工作報(bào)告將“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用”明確納入重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)振興 2010年國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃和國

30、家重大科學(xué)研究計(jì)劃將物聯(lián)網(wǎng)作為重點(diǎn)支持的研究方向四、我國的戰(zhàn)略機(jī)遇信息與軟件工程學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用應(yīng)用移動(dòng)移動(dòng)POS金融金融供應(yīng)鏈供應(yīng)鏈智能運(yùn)輸智能運(yùn)輸工業(yè)自動(dòng)化工業(yè)自動(dòng)化智能建筑智能建筑消防消防公共安全公共安全環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù)氣象氣象數(shù)字化醫(yī)療數(shù)字化醫(yī)療遙感勘測(cè)遙感勘測(cè)軍事軍事農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)林林業(yè)業(yè)水務(wù)水務(wù)電力電力煤炭煤炭石化石化物流、零售、自動(dòng)服務(wù)物流、零售、自動(dòng)服務(wù)設(shè)備、安全、節(jié)能設(shè)備、安全、節(jié)能生產(chǎn)、安全、防災(zāi)、水電油氣生產(chǎn)、安全、防災(zāi)、水電油氣防火、勘察、報(bào)警防火、勘察、報(bào)警污染檢測(cè)、報(bào)警污染檢測(cè)、報(bào)警水質(zhì)、水量、污染、安水質(zhì)、水量、污染、安全全大棚、土壤、灌溉、環(huán)境、跟蹤大棚、土壤、灌溉、環(huán)境、跟蹤抄表、監(jiān)控、節(jié)能抄表、監(jiān)控、節(jié)能設(shè)備、臨床、輔助診斷、病程設(shè)備、臨床、輔助診斷、病程險(xiǎn)情、油井、運(yùn)輸、管險(xiǎn)情、油井、運(yùn)輸、管線線聯(lián)動(dòng)、消防栓、定位、調(diào)度聯(lián)動(dòng)、消防栓、定位、調(diào)度照明、信號(hào)、應(yīng)急、災(zāi)害、識(shí)照明、信號(hào)、應(yīng)急、災(zāi)害、識(shí)別別大地勘測(cè)、森林、地震、海洋大地勘測(cè)、森林、地震、海洋偵查、監(jiān)控、定位、評(píng)估偵查、監(jiān)控、定位、評(píng)估降水、防洪、遠(yuǎn)程設(shè)備降水、防洪、遠(yuǎn)程設(shè)備交易、訂單、跟蹤、識(shí)別交易、訂單、跟蹤、識(shí)別通風(fēng)、瓦斯、救災(zāi)定位通風(fēng)、瓦斯、救災(zāi)定位庫存、車隊(duì)、監(jiān)控、導(dǎo)航、識(shí)別、貨庫存、車隊(duì)、