计算无处不在——与世界同步

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1、无处不在的计算 天津大学计算机科学与技术学院 冯志勇教授 计算机技术及应用的发展历程 大型主 机时代 电子管，晶体管，集成电路；机器语言（穿孔纸带）；多人 共享一台计算机；以科学计算为主（气象、军事、科学计算 等）。 微机时 代 大规模/超大规模集成电路；高级语言；计算、图形处理（ CAD，机械设计），单机的小型数据库管理。 互联网 时代 计算机网络，HTML, XML, .net, Java,等等标记语言和支持 网络的高级语言。构件化技术，中间件技术，门户技术，面 向服务的架构，嵌入式系统开发技术等等。（大型企业应用 系统，移动通讯等） 普及计 算时代 TB级交换网络，超级计算机，网格，智能

2、代理，语义网， 环境智能，智能感知，可信计算，无线网络，智能移动计算 终端（灵境型虚拟社会组织） 未来的计算构架 普及应用（大型智能分布式应用软件、智能感知 单元和设备、操作单元和设备、智能家电等） 自适应移动终端（集成电路、微计算机系统、无 线通信、人机交互接口、嵌入式软件等） 智能信息处理和存储（知识融合、上下文感知、 分布式数据和服务的组织和管理、主动服务等） 分布式/高性能计算（超级计算机、分布式操作系 统、高性能的安全服务、海量信息存储） 高速骨干通讯网络（TB级全光交换网络、光互联 、光电集成） 下一代网络应用关键技术 分布式计算、移动计算 网格计算技术，智能代理技术，中间件技术等

3、等。 语义网络 资源和环境的语义描述，上下文感知等. 智能环境 智能计算终端和设备 嵌入式物品, 智能物品 RFID(无线射频识别技术) 智能灰尘 传感器网络等. 网格 网格计算是伴随着互联网技术而迅速发展起来的，专门 针对复杂科学计算的新型计算模式。这种计算模式是利 用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚 拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是 一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“ 一张网格”，所以这种计算方式叫网格计算。这样组织 起来的“虚拟的超级计算机”有两个优势: 一个是数据处理能力超强； 另一个是能充分利用网上的闲置处理能力。 简单地讲，网格是把

4、整个网络整合成一台巨大的超级计 算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源 、知识资源、专家资源的全面共享。 网格网格-深度联网系统深度联网系统 DARPADARPA曾聚焦于此曾聚焦于此处理器将为此服务处理器将为此服务 目前的因特网技术只联结了目前的因特网技术只联结了2%2%的计算装置（的计算装置（PCPC机、服务器、巨型计算机等）机、服务器、巨型计算机等） 对剩余对剩余98%98%计算装置就束手无策了，因为这些计算装置是通过传感器、执行计算装置就束手无策了，因为这些计算装置是通过传感器、执行 器等直接与物理世界相连的器等直接与物理世界相连的 “ “深度深度” ”联网，连接那些嵌入的计算

5、资源联网，连接那些嵌入的计算资源 DARPA DARPA将涉及以下研究：将涉及以下研究： 多模式网络接口多模式网络接口 近实时联网近实时联网 灵巧的节点和网络服务灵巧的节点和网络服务 Slice 6-13 Slice 6-13 引自李国杰引自李国杰 汪成为院士的报告汪成为院士的报告 网格网格是高性能的因特网、传感器网和是高性能的因特网、传感器网和 工作平台网三者的综合集成。工作平台网三者的综合集成。 因特网因特网 传感器网 工作平台网 三类网络的优化集成三类网络的优化集成 基于信息网络的基于信息网络的 虚拟计算环境虚拟计算环境 在网格环境中，不论用户工作在何种在网格环境中，不论用户工作在何种“

6、客户端客户端”上上 。系统均能根据用户的实际需求，利用开发工具和。系统均能根据用户的实际需求，利用开发工具和 调度服务机制，向用户提供优化聚合后的协同计算调度服务机制，向用户提供优化聚合后的协同计算 资源、并按用户的个性提供及时的服务。资源、并按用户的个性提供及时的服务。 客户端客户端 ClientClient 数据支持数据支持 情报支持情报支持 知识支持知识支持 决策支持决策支持 网格环境用数据融合、信息过滤、知识提炼网格环境用数据融合、信息过滤、知识提炼 、决策咨询和系统的安全机制和功能（从系、决策咨询和系统的安全机制和功能（从系 统和统和AIAI视角研究安全），逐步地向用户提供视角研究安

7、全），逐步地向用户提供 ：安全可信的信息环境；从数据、情报、知：安全可信的信息环境；从数据、情报、知 识到决策的支持。当人们在争论是人工智能识到决策的支持。当人们在争论是人工智能 (Agent Intelligent)(Agent Intelligent)或智能人工或智能人工 (Intelligent (Intelligent Agent)Agent)时，我们坚持人机协同。时，我们坚持人机协同。 构成人机协同的信息环境构成人机协同的信息环境 提供安全可信的信息支持提供安全可信的信息支持 网格大家庭 CPU上网： 面向网格的高性能计算机 硬盘上网： 高性能网络存储服务器 KVM上网： NC网格终

8、端 知识上网： 知识网格、语义Web 管理上网： 织女星网格操作系统、 Microsoft .NET 数据上网： 生物信息网格，科学数据网格，虚拟天文台 手机上网： 3G应用，Intel手机芯片 电视上网： 数字电视，TCL HiD 家庭上网： 联想微网格 企业应用上网：企业信息网格 Web应用上网： IBM Web Service、SUN ONE Web 浏览器 C/S式 客户端 NC 客户端 网格 浏览器 GSML（网格高级语言） 网格汇编语言（GSSL） 网格操作系统（GOS） 安全服务 作业服务 数据服务 用户管理 系统监控 记账日志 GOS内核（网格地址空间技术） 服务资源 虚拟资源

9、 服务器 数据库软件文件 物理资源 OGSA/GT3，Web Services，传统接口 计算所织女星网格的研究现状计算所织女星网格的研究现状 （ 表示计算所正在做的工作）（ 表示计算所正在做的工作） 知识(语义） 网格 服务网格数据网格计算网格 网格是最重要的突破性创新（1） 网格是1995-2010年时段计算机体系结构、操作 系统、用户界面领域最重要的突破性创新，为 中国提供了一个前所未有的机会。 XML是分布式系统的ASCII码）。 就像IBM S/360对计算机系统领域所起到的突破 性创新作用一样，网格也将是分布式系统的突 破性创新。它正在产生通用分布式系统家族、 标准的分布式系统体系

10、结构、以及网格操作系 统。 网格是最重要的突破性创新（2） 从面向过程、面向对象的模式向着面向服务用户（所谓 utility computing）的模式转移，从而改变人们开发 应用和使用网格的方式。 微软LongHorn将用任务模式取代桌面模式。 “编程”语言可能变成更简单的标记语言。C、Java、数据 库等变成了网格计算机的汇编语言，由它们编写的程序则是网 格计算机的库函数。 网格应用的开发时间可大大缩短，从1个月变成1天甚至1小时。 网格编程人员的知识要求降低，从必须要懂程序设计的技术人 员，变成秘书也可以胜任。 应用软件的开发模式也会改变。一个软件系统不再是由 一个统一的团队开发，而可以

11、是由多个互不知道的个人 开发。 智能代理（Agent） 代理的弱化概念最通常使用“代理者”的方式可能是基于硬件或软件 的具有以下属性的计算机系统： 自治力（Autonomy）：代理者在不需要人或其它的直接干预下 工作，并具有某种对其行为和内部状态的控制（Castelfranchi, 1995）； 社会能力（Social Ability）：通过某种代理者通讯语言与其它 代理者或人交互 （Genesereth、Ketchpel, 1994）； 反应力（Reactivity）：通过GUI、其它的代理者、INTERNET 、或以上所有手段了解环境（可以是物理世界或用户），并及 时响应其中的变化； 自主

12、行为（Pro-Activeness）：代理者不是简单地响应环境， 可以主动采取 （take the initiative）目标定向的行为。 智能代理（Agent） 可移动性（Mobility）：代理者在网络中移动的能力（White，1994）； 诚实性（Veracity）：假定代理者不会故意传递虚假信息（Galliers， 1988b， pp159164）； 善意性（Benevolence）：假定代理者没有冲突目标，因此每个代理者试 图按要求 做（Rosenschein、Genesereth，1985， p91）； 合理性（Rationality）：假定代理者行为的目的是达成目标而不是抵制目

13、标实现 至少就其信念允许的前提考虑（Galliers，1988b，pp4954 ）。 （这些概念的讨论见下；代理者的其它属性正式地定义在（Goodwin ，1993）。） 代理者理论是些基本的规定。其说明了：“如何概念化代理者”、“代理者有 哪些属性”以及“如何表示和推理这些属性”。 代理者体系表示了如何实现这些标准。其说明了：“如何构造符合代理者理 论所规定的属性的计算机系统”、“什么样的软、硬件结构是合适的”、“什么 是适当的划分”。 代理者语言是体现代理者理论原理的编程语言。 ZEUS系统 JADE系统 JADE(Java Agent Development Framework)是一个软

14、件 开发框架，用于开发多 agent系统和符合FIPA标 准的智能主体应用程序。 它包含两个主要的产品： 一个符合FIPA标准的 Agent平台 一个开发Java Agent的包 。 我们的工作 知识表示 中央处理器 个人电脑 型号 String 赛扬 主频 String 会话支持 中间件 Hardware Domain-Specific Services Common Middleware Services Distribution Middleware Host Infrastructure Middleware Applications Operating Systems 网格 支撑中间

15、件: Globus; 领域应用框架类产品: ERP类产品SAP, 游 戏引擎框架 即, 未来的软件均以中间件的形式出现. 语义网 目前大多数页面信息的表现方式多为自然语言、图片、 声音等方式，这适应于人们的阅读需求，但不便于机器 自动处理。语义网的出现，将会改变上述现状。 上个世纪80年代，Tim Berners-Lee将超文本技术应用 于计算机网络，促成了互联网WWW的诞生。 而今，Tim Berners-Lee及他所领导的W3C(World Wide Web Consortium)正致力于开发语义网能理解人类语 言的智能网络。 注： Tim Berners-Lee www创始人及万维网联盟(W3C) 总监 语义网 通俗地说，“语义网”是按照能表达网页内容的“ 词语”链接起来的全球信息网；换言之，是用机 器很容易理解和处理的方式链接起来的全球数 据网。 语义网是现有的万维网的变革和延伸，它将使“ 理解网上信息的含义”不再是只有人类才能做到 的事情，计算机在一定程度上也同样可以做到 ，从而有助于信息与智能的共享，并使网络有 能力提供动态与主动的服务，从而更利于人机 之间的对话和协同工作。 语义网 基于Ontology的信息检索系统 Ontology整合工具 汽车供应链自动采购系统 环境智能 环境智能，也就是在环境对象中加入一些智能模块（通