[摘 要] 笔者结合自身理论知识和工作实践经验，对计算机诞生5半个世纪来的按摩尔法则快速发展的状况作了分析， 对计算机学科的原则及其内在规律做了讨论，谈摇了计算机与信息技术的若干研究热点及发展趋势。
[关键词] 计算机技术； 网络计算； 信息网络； 研究热点； 发展趋势
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2013 . 18. 051
[中图分类号] TP3 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2013）18- 0086- 03
世界上首台电子计算机问世迄今为止已经半个世纪了，计算机发展速度之快是任何其它机器工具所无法比拟的。计算机革命已经开始，并将持续进行。一些令人激动的事情可能会在今后1年发生。
1 过去50年计算机科学技术的发展规律
计算机大师克努斯把计算机科学定义为算法的科学， 这在60年代是被普遍接受的。计算机科学与技术是对描述和变换信息的算法过程，包括其理论、分析、设计、效率分析、实现和应用的系统的研究全部计算机科学与技术学科的基本问题是：如何有效地自动进行任何学科的发展。总是围绕着解决学科的基本问题和重大问题不断地向前发展。例如，早期提出的是有关自动计算的理论模型和可计算与不可计算的概念， 中世纪提出高级程序设计语言的形式化描述问题， 60年代末70年代初提出NP完全性问题，70 年代末80年代初提出人工智能的逻辑基础问题、网络通信协议的描述问题，80年代末90年代初提出可变结构的计算模型问题以及当前的替代硅计算机的量子计算机、生物计算机等。
计算过程的能行操作与效率问题、计算的正确性问题、理论、抽象和设计是学科3个基本的学科形态。理论是学科的数学基础和理论，应采用数学的研究方法， 抽象或称模型化是学科的实验科学方法，广泛采用实验物理学的研究方法，设计是基于工程，，广泛采用工程科学的研究方法。
构造性方法是整个计算机科学与技术学科最本质的方法，它以递归、归纳和迭代技术形式为其代表形式之一。从应用的角度，作为学科主要产品的计算机， 便利性和有效性是衡量其优劣最重要的标准。近20 年计算机技术发展的规律告诉我们，凡是有利于缩小人机隔阂，有利于建立和谐人机环境的理论、方法、技术和产品都会得到快速的发展，都具有强大的生命力。人类对计算机能力的望是并行的、多维的、开放的、具有归纳演绎能力、机器与人和谐相处， 机器服务于人。迄今为止计算机对人类的实际辅助多半还只是串行的、单维的、封闭的、人必须为要解决的问题预先设计程序，实际上是人围着机器转。
为实现人类对计算机的愿望，计算机科学家一直都在进行不懈的努力，对减少人机隔阂做出贡献的主要技术有：自动推理技术和并行计算，并发控制机制和容错计算， 开放系统和面向对象技术， 可视化技术和多媒体技术和网络技术以及嵌入式系统等。
2 计算机技术和信息技术的若干研究热点与发展趋势
2.1 网络计算与信息网络
从计算机技术与通信技术结合的角度来看， 网络一直在从封闭向开放、从专用向公用、从数据传输向多媒体传输、从单纯的信息传输向信息传输与信息处理紧密结合的方向发展， 即向信息网络的方向发展。信息网络既然支持深度计算， 也支持广度计算， 从而形成了网络计算的新领域。为使网络具有计算功能， 必须解决以下几个问题。
（1） 建立与平地台无关的， 以网络为中心的计算环境， 把计算功能和负荷合理地分配到联网的客户器和服务器上。
（2） 实现支持用户间的协同工作， 确保不同用户在协同工作时做到时域和空域的一致性.
（3） 基于网络的协同计算， 不仅要处理文本、图象、语音等多种形式的信息， 还要涉及信息的语法、语义、语用等诸多方面， 从而在网络的体系结构上必然走向有线电视网、Internet 和电信网的3 网融合。
（4） 相应地， 网络理论和信息理论必须有所突破， 加强以下几个方面的研究：各种不同类型的信息的表示、度量、计算和推理，各种网络信息的表示、分析和集成等。
总之， 21世纪信息网络的近期的发展趋势将主要表现在高速化、综合化、智能化、易用性4个方面。
2.2 从海量信息中获取知识
传统的信息处理技术在于从符号中获取信息， 但信息不等于知识， 如何从海量信息中获取知识是信息处理面临的一个重大问题。在信息时代，每天产生的信息量浩如烟海， 数据量堆积如山， 它们可能来自数据库、文件系统、Web 资源等。它们之中隐藏着丰富的知识远没有得到充分的发掘和利用，人类正被数据淹没， 但人类却饥渴于知识。
与常规信息相比， 海量信息的复杂性表现在信息的类型、表现形式以及时空关系上。因此， 海量信息的表示与度量， 海量信息的存储、组织与传输，多维信息的融合和综合利用，海量数据的采掘和知识发现将成为海量信息的基本理论。计算机科学家和信息学家已在这些方面进行了卓有成效的工作，主要表现在以下几个方面。
（1） 海量信息压缩技术。它可用于各种实时和非实时的多媒体应用系统， 使多媒体技术中的数据压缩和传输技术更加规范和先进。
（2） 海量信息描述和交换技术。在Internet 刚刚起步的阶段，人们对能在网络上以非面向连接、端对端的分组、包交换方式， 快速地传送数据或文本信息感到心满意足， 随着信息量的日益巨大和多样性， 人们又盼望有一种初解人意的智能浏览器，以帮助用户寻找和发现所需知识。并且， 希望不仅能在网络上交
换信息， 还能交换感受，创建具有沉浸感的环境，能形成各式各样的虚拟环境，实现信息可视化。
（3） 虚拟现实造型语言VRML。VRML旨在成为In tenet上对多维信息进行描述、交换的标准， 向用户提供一种通过3维图象了解世界的语言和环境。第一个VRML浏览器Web space，可在网上浏览用VRML所构造的虚拟世界。
（4） 同步多媒体集成语言SMIL。HTML 是描述网页的语言，它向用户提供了一种在Internet 上通过文字和图形了解世界的语言和环境，而基于XML的同步多媒体集成语言SMIL 是描述网页上媒体数据的语言，它侧重于对多媒体流的描述和布局以及体现对用户的适应性和友好性。可以说，集成、动态和定制化是SMIL 的显著特点。
2.3 改善人机关系是人工智能研究的大趋势
人机关系的发展过程可概括为——友好的人机界面、灵活的交互功能、从初解人意到善解人意的实现、人机智能共增。
传统的AI研究往往将重点集中于对人类单个智能品质如计算能力、推理能力、记忆能力、搜索能力、直觉能力等的研究与模拟。然而，由于人类智能行为是各种单个智能品质的综合体现，因此传统研无法充分刻画与恰当模拟人类的智能行为，把人看成由多种智能品质构成的有机整体。综合考察智能体的各种智能行为与特征，是AI研究者的共同愿望与努力方向。为此，要对以下一些前提性工作取得进展和突破：
（1） 发展一种面向交互的程序设计——IOP技术。IOP技术包括程序设计语言本身、编程技术及开发工具等的研究，它应着眼于agent之间的关系而不是agent的内部特征。
（2） 发展一种并发约束模型。这是一种混合型的并发程序设计语言， 它既能描述系统的环境， 又能描述系统所要执行的任务，既可实现含连续时间参数的模型，又能现含离散操作的模型。
（3） 发展语言技术与界面。通过声音输入的信息存取系统、多语音识别系统创建集图象、声音、文字于一身的MIS。
（4） 动态知识系统。AI最具挑战性的问题是动态知识系统的刻画及关于agent 程序设计的理论与实现的研究。
（5） 采用agent技术建立一种基于DAI 的新型软件设计风范。引入一种全新的软件设计风范，以此设计的软件系统应是由多个相互交互、带有验证内核的模块组成的开放结构。
（6） 建立与理解复杂的自适应系统。AI研究应着重于未必能符号化、信息未必完全的复杂的自适应系统的研究，实现从简单的被动式的系统到复杂的具有适应能力的系统。
（7） 人工神经网络和遗传算法的应用领域会越来越宽， 生物信息领域和各类智能诊断系统的研制将是最热的领域。
（8） 揭示大脑的智能之迷比人们设想的要艰难得多， 逻辑思维和形象思维同等重要， 具有归纳和演绎双重功能的混合型逻辑系统的运行会受到广泛的重视。
3 预测未来可能出现的几种计算机
众所周知， 计算机运算速度和存储容量的增加都是靠不断缩小集成电路晶片上电子元件的尺寸来实现的， 根据现实中指数增长必然会达到饱和的原理， 摩尔法则不可能永远保持下去。事实上，电子元件的尺寸一旦小到接近原子直径的程度，电子的运动规律就会发生变化，而微观的量子效应将起主导作用。到时目前这种以硅为基础的计算机技术将受到严重挑战，寻找硅的替代物，研制新型计算机势在必然。科学家们未雨稠缪， 已探索了几种理论上的选择方案，有的已经取得了令人鼓舞的进展。
3.1 量子计算机
最有望从这场竞赛中聪颖而出的黑马是量子计算机， 人们有时也把它称为终极计算机。这种计算机的设计思想是操作原子的本质物理特征， 把一束激光或者电波照射到一些精心排列的原子核上。当光或者波从这些原子上反弹时，它会改变其中一些原子核的旋转方向，分析这些旋转发生了什么变化就能完成复杂的计算任务。
3.2 DNA 计算机
使用DNA 进行计算是目前正在探索的最具独创性的设计之一。它的原理是把绞成两股的分子当成一种生物计算机磁带使用，采用ATCG 四个核酸进行编码， 这对于处理批量数字将很有希望。
3.3 生物计算机
这种计算机使用生物工程技术产生的蛋白分子为主要原材料， 称为生物芯片. 生物芯片如同活细胞一样， 能在以秒计的时间内，完成成千上万次生物、化学反应. 更神奇的是， 生物芯片可以再生、可以自修复，在与人沟通的时候甚至还能感受你的的脑电波. 生物技术和计算机技术的结合所带来的不仅仅是速度， 而将是芯片的一次革命。
3.4 光子计算机
这种计算机用激光束替代电子，与电线不同的是，光束能够互相穿透，从而使制造3维微处理器成为可能. 目前已发明了一种光学晶体管， 缺点是光学组件庞大而又笨拙。
3.5 分子计算机和点量子计算机
这两种计算机分别使用单个的分子和单个的电子代替硅晶体管。由于原子导线和绝缘层很难批量生产，因此目前还不存在切实可行的样机。
主要参考文献
[1] 赵致琢. 关于计算机科学与技术认知问题的研究简报[J]. 计算机研究与发展，2001，38（1）.