面向21世纪的计算机应用技术

面向21世纪的计算机应用技术清华大学张钹计算机的昨天„计算机的昨天„计算机的今天与明天„机遇与挑战计算机的昨天计算机的昨天20c－1939－2000CloudComputing（云计算）CloudComputing（云计算）机遇与挑战•计算机成为大众的工具•计算机成为大众的工具•计算机向各个领域交叉、渗透与计算机向各个领域交叉、渗透与融合融合向计算机人提出更高的要求•向计算机人提出更高的要求科学发现技术创新科学发现，技术创新计算机技术的进步1937图灵机1937图灵机1943电子器件的应用（电子管）电子器件的应用电子管1946ENIAC存储程序计算机1953IBM701（电子管）1960晶体管计算机集1965IBM360（集成电路）第一台电子计算机第一台电子计算机－1939ABCABCAtanasoff-BerryBerryComputerIowaStateUniversity300只电子管ENIAC电子计算机ENIAC电子计算机ENIACENIAC1943-1944ElectronicNumericalIntegratorandComputerIntegratorandComputerUniversityofPennsylvania第一台电子计算机1.8万只电子管，6千只开关占地150平方米重30吨耗电140KW5000次/秒5000次/秒平均无故障时间7分钟平均无故障时间7分钟计算机技术的突飞猛进两个驱动轮硬件技术微电子•硬件技术－微电子•软件技术•软件技术20世纪计算机与通讯技术的变化半个世纪（20世纪中－20世纪末）的变化从3K(103)到3G(109)Moore定律运算速度:103－109bits/sec18月翻一翻存储密度103109bit/ih2存储密度：103－109bits/inch2传输速度:103－109bits/sec传输速度计算机与通讯技术的发展与预测计算机与通讯技术的发展与预测计算速度（instructions/sec）存储量（bytes）通讯速度（频带，bits/sec）电话（POTS），局域网与广域网存储量（bytes）电话（POTS），局域网与广域网晶体管（1947）晶体管（1947）集成电路（1958）1947年ShockleyBardeenBrattain1947年Shockley,Bardeen,Brattain三位物理学家于Bell实验室位实发明晶体管(Transistor)1958年JackSt.ChairKilby发明集成电路(IntegratedCircuit)价格急剧下降晶体管价格6$,591011$/只$,0.10.010.0010.00010.000010.0000023$19651998技术的创新与进步（存储器）技术的创新与进步（存储器）名称存储量存动态随机存储1KB(72),…,64M(96)()存储器128M(2001),…,8G(2002)磁盘1Kbits/inch2(57)1Gbits/inch2(96)1Gbits/inch(96)CD20GB(2000)20TB(2047)20TB(2047)软件技术年硬件1953年硬件IBM701•1957年高级语言FORTRAN•1957年高级语言FORTRAN•1975年软件产业1975年软件产业JohnW.Backus(1924-2007,3)()1977年图灵奖（FORTRAN设计者）微软(Microsoft)的诞生（1975）+=Microsoft+MicrosoftAltair8800+BillGates=MicrosoftAltair8800+BillGates=Microsoft牵牛星8800+比尔盖茨=微软牵牛星8800+比尔.盖茨微软计算机网络计算机网络（Web，1989）Web()()EuropeanOrganizationforNuclearResearch(CERNGeneva)(CERN,Geneva)•寻找出版信息寻找出版信息•购买书籍、计算机、或CD•大学研究•下载图片、游戏、或其它文件信息技术的两个根本性变化1、20世纪后半叶-信息革命：19461996（计算机诞生）1946-1996（计算机诞生—）性能价格比提高1012（千亿倍）！性能价格比提高1012（千亿倍）！2、21世纪-网络革命2、21世纪网络革命计算机与通信结合?什么是计算机?图灵机（TuringMachine)图灵机（TuringMachine)——计算机的数学模型确定型图灵机(1937)*有穷符号集P*有穷状态集QQ有限状态控制器有穷状态集Q*转移函数P读写头F:Q•P—Q•P•{-1,+1}PTuring1912-1954带-4-3-2-10+1通用机(UniversalMachine)概念计算机的诞生1946ENIAC1946ENIAC—存储程序计算机处理器机中央处理器+存储器{0,1}CPU+Memory存储器程序冯•诺依曼机⇔图灵机程序数据(vonNeumann1903-1957)SymbolicProcessing(Transform)g011100000111100010100→01110000011……Output:DataInput:ProgramOutput:Data程序（输入）－数（Numbers）TuringComputabilityRealnumberRealnumbernoncomputablenon-computablenumbersComputablenumbersnumbersUncomputableNumbersChaitinconstant2p−Ω≡∑2UphaltsΩ≡∑phaltsShakespeareLiterature2-1,000,0002-250,000莎士比亚著作(1Mbit)2(1Mbits)计算机应用技术NidbkditNoideacanbeworkedincomputerswithoutproperlymodeling没有适当的建模计算机什么都干不了！没有适当的建模计算机什么都干不了！建立计算模型建立计算模型1MathematicalModels1.MathematicalModels以数学建模为基础的数值计算模型的数值计算模型数值计算数值计算(NumericalComputing)传统应用：„科学计算„数据处理PID数据处理„计算机自动化飞机以数学模型为基础的数值计算飞机值计算[例]2.LogicalModels以知识(经验)为基础()的符号推理模型的符号推理模型符号推理(SymbolicReasoning)以知识为基础的符号推理1956-人工智能(J.McCarthy,M.Minsky,Shannon)*计算机国际象棋(ComputerChess)*计算机国际象棋(ComputerChess)DeepBlue卡斯帕罗夫p_(1956－1997)2亿节点/秒，60万种棋局，评价函数8,000参数计算机作曲计算机作曲－computermusicp古典音乐－贝多芬风格－InventionDavidCope（美）字帖字帖计算机诗歌•清明传语愁送客，两岸千里欲渡河。，茫茫春光催碧草，晓露琼楼阑珊色。——计算机•浔阳江头夜送客，枫叶荻花秋瑟瑟。主人下马客在船，举酒欲饮无管弦。….——白居易“琵琶行”计算机创作小说故事生成语法故事→场景+穿插+说教场景→主角+场地+丑角+配角主角⎜场地⎜配角→状态主角⎜场地⎜配角→状态配角→凶残的⎜假慈悲的⎜………..RepentancePeterthepuppylivedinawarm,safehouse,withalovingfamily,ontheedgeofadeepforestinwhichthehuntersroamedSometimestheirshotgunswouldthehuntersroamed.Sometimestheirshotgunswouldecholikethunderthroughtheair.Atthesetimeshesawsadnessinhismother’seyes-sadnessPeterfoundsilly.Thefactwas,Peterwascallous.HismotherlovedhimThefactwas,Peterwascallous.Hismotherlovedhimgreatly,butwashurtbythefacthersonwasoftendownrightcold.Story(cont.)Theforestbeckonedwithadventure,andonedayPeterscamperedoffforit.Beforelonghecameuponababybearwhosefurrylegwascameuponababybearwhosefurrylegwascaughtinaman-madetrap.“Won’tyouhelpme?”thebearasked,Peterdidn’thelp.Hadn’thebeentaughtnottotalktostrangers?Anddidn’thehavealotoftostrangers?Anddidnthehavealotofexploringtodo?Story(cont.)Attheedgeofapond.Petermetayoungdeerwhoannounced:“I’mafraidI’mlost.Maybeifyoubarkloudly,mymotherwillcometothisspotandfindmeWillyouhelp?”spotandfindme.Willyouhelp?“Ifyouthinkyourmother’swithinhearingrange,howlostcanyoube?”Notlongthereafter,….计算机朗读（语音合成，SpeechSynthesis）智能技术与系统国家重点实验室于1990年2月通过国家验收，并正式对外开放运行。我由衷地向切关心与支持实验室工作的我由衷地向一切关心与支持实验室工作的各级领导和国内外朋友表示感谢。向工作在教学、科研与管理第一线的全体教职员工向为实验室的创建与发展做出重要贡工，向为实验室的创建与发展做出重要贡献的老领导和历届学术委员会委员表示深深地祝福。…计算机朗诵计算机朗诵轻轻的我走了，正如我轻轻的来。挥一挥衣袖，不带走一丝云彩。清华大学计算机系成果清华大学计算机系成果分词的困难南京市长江大桥计算机有智能？计算机有智能？3数据驱动下的机器学习模型3.数据驱动下的机器学习模型DtDiLiMdlDataDrivenLearningModelsMachineLearninglfdInternet→AlargeamountofdataLifdt!Learningfromdata!Turnrawdataintoknowledge(wealth)ChineseCouplets(Computer)ChineseCouplets(Computer)苏平月风江质量第一苏堤平湖网上电子落吹枫堤春秋上购子商乌啼雁过渔火晓秀月明物红务热啼霜过雨火对秀明红火热闹霜满连对愁唐张继火火闹闹天宵眠枫桥夜泊LogStatisticsLogStatistics*ofuserinputsentences12,322p,*ofuniqueinputsentences6,698*ofoutputsentencesthatusersacceptedwithoutmodifications3,459pp,*ofoutputsentencesthatusersacceptedwithmodifications606*ofoutputsentencesthatuserssaveasfavoritecouplets109*ofinvalidusersinput61