计算机技术前沿总结

1、计算机科学前沿技术计算机科学技术计算机科学，知识框架，第一章概述第二章计算机硬件开发第三章高性能计算第四章现代操作系统第五章计算机网络新技术第六章数据库技术开发第七章数据挖掘及其应用， 第8章人工智能前沿第9章搜索引擎技术第10章集体智慧和web 2.0第11章云计算第12章物联网技术第13章服务科学和服务计算第14章智能地球，第1章概述，1895年发行的Darwin名作物种起源第一版扉页上写着： “作为生物进化的完整理论体系，物种起源主要讨论两个主要问题。一个是形形色色的生命进化了吗，另一个是进化的主要机制。达尔文对第一个问题的回答是肯定的，第二个问题的答案是“自然选择”。查尔斯达尔文，知识

2、摘要，计算机科学面临的问题计算机领域概述计算机学科的特点基本领域能力计算机学科的发展和领域计算机科学与其他领域的关系计算机科学的发展趋势，六大科学理论的突破，量子力学相对论宇宙大爆炸模型DNA双螺旋结构板结构理论计算机科学，计算机科学是21世纪计算机科学和信息技术发展的新方向现代科学系统的主要基石之一，技术的多样性重视个人化的计算机技术的益处，重视生态和环境影响，重视与医学和人类健康相关的科学技术的交叉研究，重视与人文相结合，重视计算机科学和信息技术伦理的研究和社会作用的法制管理和监督，计算机科学(Computer Science)、计算机科学和技术领域(Computer CLARiiON A

3、CM/IEEE-CS)的专家进一步指计算机领域涉及计算的多个领域的集合，包括理论和实际方面：与信息和计算相关的理论基础、语言理论、算法分析和开发、计算系统实现、计算机图形、数据库、数据通信等。美国网络和信息技术研发国家办事处：计算系统和计算的语义研究。美国计算机协会(ACM):对计算机和算法过程的研究，包括其原理、硬件和软件设计、其应用以及对社会的影响。计算机科学如何成为科学？1.1计算机科学面临的问题、计算机科学教育的创新不足、计算机课程的陈腐论题是针对学生，特别是本科学生的培养，充分强调关注为主大学提供的机会，使学生真正喜欢的事情能够自己做，从狭窄的工具到计算思维的转换，计算机和信息技术的

4、普及实际上是向全社会普及一种计算思维计算思维的普遍思考，所有人的基本技术计算机科学人才不足的企业、政府等都有需要计算机人才的耽误资格。 工作能力等方面的能力，计算思维，计算思维强调一切可以计算，从物理世界到人类社会模拟，从人类社会到智力活动，都可以被视为计算的一种形式。 计算思维是概念化的思维，是人类的思维，是数学和工程相辅相成的思维，是面向所有人的思维。1.2计算机科学概述，计算机领域的特性基本领域能力计算机领域开发和领域计算机科学与其他领域的关系，1.2.1计算机领域的特性，基本问题Nicklaus Wirth:在高认识水平上硬件和软件是相同的。计算机学科的根本问题：什么是可能的，如何有效

5、地自动计算。基本特性计算机学科有“理论、抽象、设计”三种学科形式，1.2.2基本学科能力，计算思维能力算法设计和分析能力编程和实现能力系统分析、开发和应用能力，1.2.3计算机领域开发和分支领域，计算机科学主要寻找解决计算问题的有效方法使用计算机的新方法软件设计和实现、2计算机工程、计算机系统设计和构建、硬件、软件、通信以及它们之间的交互研究等。学问内容集中在传统电子工程、数学等相关领域的理论、原理、实践上。强调硬件，而不是软件，具有强大的工程功能。3软件工程、软件工程的主要目的是开发系统模型，并在有限的预算下按时生产高质量软件的可靠技术。软件工程在计算机科学中寻找科学与工程原理的结合，讨论以

6、工程的规范有效地开发和管理软件系统。4信息技术是信息技术，它是主要用于管理和处理信息的各种技术的统称。主要应用计算机科学和通信技术设计、开发、安装和实现信息系统和应用软件。信息系统学科的重点在于“信息”，而信息技术学科的重点在于“技术”。5信息系统可以将信息系统领域理解为基于技术的业务开发。本领域强调信息技术的“信息”，将“技术”视为创建、处理和分发所需的工具。他们面临的信息系统通常很大很复杂，需要了解技术和组织元素，并知道如何有效地利用这些系统。1.3计算机科学的发展趋势，“高”:性能越来越提高，设备速度提高并行处理“广泛”:计算机无处不在和渗透到所有领域的普适计算“深”:信息的智能开发，第

7、二章计算机硬件的发展，知识总结现代计算机发展过程第一代电子管计算机(19451956)第二代晶体管计算机(19561963)第三代集成电路计算机(191631971)第四代大规模集成电路计算机(1971年开始)，第一代计算机开发的历史回顾，第二代中国计算机发展历史，第一代电子管计算机开发(3新型计算机开发、量子计算机、纳米计算机、DNA计算机光计算机、4 CPU和GPU发展、CPU发展英特尔4004和8080英特尔8086、英特尔80286、英特尔80386、英特尔80486英特尔奔腾MMX英特尔-异构多核是一个重要方向。将可重新配置技术应用于多核-多核电源和散热管理-多核处理器时代的到来多核

8、计算、4 CPU和GPU开发、GPU发展GPU简介- Graphic Processing Unit，中文翻译为“图形处理器”- GPU是显卡的“心脏”对应于CPU在计算机中所扮演的角色。-在20世纪60-70年代，根据硬件条件，图形显示是计算机输出的工具。-在20世纪80年代初期，出现了Geometry Engine(GE)作为标志的图形处理器。-在20世纪90年代，NVIDIA进入了PC 3D市场，4 CPU和GPU的发展，GPU的发展NVIDIA GPU的发展GPU通用计算，GPU结构(左)和CPU结构(右)的比较，4 CPU和GPU的发展，CPU和GPU的融合4 CPU和GPU的发展；

9、第3章高性能计算；第3章高性能计算；高性能计算概述全球超级计算机中心的发展概述高性能计算机发展的高性能计算机核心技术和挑战建议阅读；1高性能计算概述；什么是高性能计算高性能计算是研究并行算法和开发并行软件的计算机科学是指在软件开发等方面研究高性能计算系统的技术，发达国家对高性能计算的发展-“高性能计算和通信(HPCC)”-“高级模拟和计算(ASC)”，1高性能计算概述，中国高性能计算的发展，“天河一号”于2009年10月在国防科技大学开发，国家级超级曙光星云(Nebulae)高性能系统于2011年底落户深圳，为中国华南、香港甚至全国用户提供计算和信息服务，是我国首次自主开发的测量性能超千万秒高

10、性能计算机。2世界超级计算中心开发概述，美国国家超级计算应用中心日本东京理工大学全球科学信息和计算中心德国Jlich超级计算中心英国Edinburgh大学超级计算中心上海超级计算中心中国科学院超级计算中心，3高性能计算机开发，高性能计算机开发过程1976年，1982年，Cray Research Inc1988年，John L. Gustafson向Communications of the ACM(ACM通信)发布了加速度比率公式。s=f p (1 f) 1993年KL推出的Cray T3D的峰值速度为21.4GFlops 1997年，英特尔公司推出了ASCI Red，这是世界上第一个Ter

11、aFlops 2002的TeraFlops系统，由于2008年的高性能创意，处理器数量为122 42，1015亿系统的研究与开发1996年，拥有每秒万亿次计算能力的超级计算机诞生，在计算机开发历史上建立了新的里程碑。超级计算要求根据用途大大提高了能力计算(Capability Computing)和容量计算(Capacity Computing) 2千万台超级计算机的主要应用领域高性能计算机的核心技术体系结构：商用混合处理器商用高性能互连网络的组合结构(“布谷鸟”)、通用CPU自定义多连接网络系统的结构(蓝色基因)、商用高性能处理器自定义高性能互连网络的结构不一致存储访问体系结构(CRAY X

12、T3)等。 微处理器：Intel的Nehalem、AMD的Opteron、IBM Cell基于单指令多数据(SIMD)的分布式存储多核结构，如；具有斯坦福大学的流处理器和MIT的原始芯片的导航多核结构；光纤互连：具有高带宽、低损耗、串扰和匹配、电磁兼容性的软件技术：操作系统的热点技术包括虚拟机技术(VMWARE、VPC机器等)、自主技术(Self-configuring、Self-hehelf)更深的存储级别、多核/多线程微处理器编译技术、流技术等纳米技术：适应高密度、低功耗、量子效应、超级计算机系统挑战体系结构的挑战超级计算机的计算能力、数据访问能力、 数据存储能力提出了更高的性能要求内存墙和编程墙是超级计算中非常困难的两个问题系统大小和能耗挑战：更快的考虑算法：亿次计算系统挑战并行处理和并行处理效率更高的算法需要更高效的选择前：是系统平衡设计生态环境的挑战需要技术、人才和资本的巨大支持。4高性能计算机核心技术和挑战，超级计算机开发技术路径可重构计算结构系统的主要逻辑通过重构机制控制，提高各种应用核心算法的执行效率流结构可以获得特定类型算法的高计算/通信率，高计算速度、低能耗存储