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向数字化世界过渡

回顾历史，我们知道，人的自然能力是有限的，但通过利用和发明工具可以极大地扩展自身的能力，利用和发明工具的过程会使人感到兴奋、愉悦和享受，这是上天赋予人类创新和探索的一种本源性的动力。

一般认为，世界由物质、能量和信息构成。众所周知，伟大的爱因斯坦质能方程，揭示了物质与能量的转换关系，也因此彻底结束了第二次世界大战；可是物质与信息，或能量与信息之间的秘密，还不得而知，然而这对整个世界的深刻影响，已经展开。

人类创造的物质工具，最重要的无疑是货币，或者说是货币符号，对此，我们无需赘言。

人类创造的能量工具比比皆是，起重机、水压机用以提升人的力量；汽车、火车、磁悬浮列车用以提升人的速度。飞机、神州x号、宇宙飞船使得我们可上九天揽月；轮船、“U571”、潜艇使得我们可下五洋捉鳖。我们创造的能量工具使我们远远超越了大自然赋予我们的自然体能，超越了一切其他生灵。

与需要能量工具一样，人类也需要创造信息工具来扩展自身的信息能力：跨越空间传播信息的通讯能力，跨越时间传播信息的存储能力，对信息改变和加工的处理能力。大自然赋予我们的处理能力十分优秀，而通讯和存储能力却相对不足。

在电脑发明之前，几乎所有的信息工具发明都集中在通讯和存储领域。用于通讯的有：烽火台、旗语、鼓语、邮递、交通、电报、电话、无线电、电视、Internet。用于存储的有：结绳计数、文字、绘画、纸和印刷(非常伟大的发明，现代技术很多方面都没有超过它)、书籍、照相、录音、录像、数字存储。用于处理的有：算筹、算盘、计算尺、计算机。

如今，电脑的发明，多媒体的应用，互联网的兴起，宽带的普及，使人类已经逐渐走进了信息时代，我们将从哲学、科学、技术、应用等四个层次来观览一下波谲云诡的信息世界。

数字哲学

我们正处于人类历史上信息技术(IT)的一个大转折过程，这个过程大约需要100年：所有信息技术都向数字化转移！现在正处于变化最剧烈的拐点，一切都变化得这样快，成了一个具有历史意义的现象：世纪之交的信息技术大转移。时间定位于世纪之交前后50年。50年前开始，50年后成熟，数字技术在信息领域一统天下。数字控制、数字录音、数据通讯(主干－用户)、数字计算、数字电视、数字广播、数字相机、数字摄像、数字城市、数字民俗、数字流域、数字地球……数字化生存达到了转移的高峰。信息产品可望完全数字化。

这种现象的本质在于，数字具有特别强大的信息表达能力！“数字”是人类迄今为止找到的最佳信息媒介。与此相似的是，百年前能量领域向电气化的转移：发电、送电、用电(电灯、电机……)，如今，电气化已经成熟。黄河之水天上来，我们建三门峡、小浪底把它转化为电；不尽长江滚滚流，我们建葛洲坝、三峡大坝把它转化为电。在能量领域，电已占据了统治地位。我们可以把“电”与“数字”进行对比：电，是人类找到的最佳能量媒介，各种能量形式转化为电，再转化为各种能量形式；电的主要优点是：转换最方便，传输最方便。数字作为信息媒介时，各种信息形式转化为数字，再转化为各种信息形式，其主要优点是：转换最方便，处理、存储、传输最方便。

数字的神奇力量在于它可与各种信息形式进行转化。人能接受的信息包括文字、声音、图形、图像、视频；触觉、嗅觉、味觉等等，机器能接受的信息有电流、电压等，无不可以转化为数字。数字还可以通过程序来表达人的思想、办法和事物的规律，可以单一的形式进行处理、传输、存储。

总之，数字是唯一可以承担三种信息任务的最抽象的媒介，信息将统一于数字！

数字科学

希尔伯特问：是否有一个解决所有数学问题的一般算法？图灵答道：有！就是图灵机。图灵理论的俗解是，如果不考虑时间，只要按某种规律对bit(数字)进行处理、传输、存储三种简单操作，就能在理论上解决任何数学计算问题！这个理论指明了bit的强大功能，也包含了计算机的设计思想。

数字的力量到底有多大？后图灵理论指出，只要对bit进行处理、传输、存储操作，就能够解决一切信息问题！换言之，只要处理和传输的速度足够快，存储的容量足够大，一切信息问题都能迎刃而解！至少存在着这样的可能性。

美国科学家StephenWolfram2002年出版了一部科学巨著：ANewKindofScience，他认为，传统的科学建立在数学基础上，新的科学建立在计算机程序上；数学只能表达相对简单的科学规律，不能描述复杂现象，比如生物世界、湍流、社会、思维、经济、股票等。新科学的要点在于，宇宙的一切规律都可以由简单的程序经过反复计算而得到！这可能揭示了前所未知的科学本质。

我们要说的是，数字的潜力还没有被充分认识，但信息科学已经给了我们一个终极信念：数字化信息世界一定能实现！

数字技术

数字信息技术的总轮廓是：第一步，把现实域转化为数字域；第二步：在数字域中进行三种简单的操作：处理(计算)，传输，存储；第三步，把数字域转化为现实域。根据这个观点，我们可以给出硬件与软件的新的解释。

硬件，即对数字进行操作的机器系统。不论多么复杂的硬件系统，其基本原理极为简单：操作数字。对数字进行处理、传输、和存储的硬件，我们称之为数字硬件；将各种形式的信息转换为数字信息，或者将数字信息转换为各种形式的信息(图像、声音、文字输入输出设备)，我们称之为转换硬件。处理数字的有CPU、DSP、ASIC、FPGA、Gate等；传输数字的有总线(CPU内部、系统总线，I/O总线)、网络(机器内部网、LAN、WAN、Internet、无线网)；存储数字的有RAM、ROM、FLASH、硬盘、光盘、存储系统(RAID、DAS、NAS、SAN)。硬件的核心技术无疑是集成电路技术。

软件，即可运行的思想和内容的数字化。思想包括算法、规律、办法，程序表达的内容有图形、图像、数据、声音、文字等。归结为程序和数据软件。其核心是算法，一个好的算法可以代替大量的硬件比如FFT、MPEG、MP3、Java、.net、www、WebService、汉字激光照排系统等等。

所有的硬件都是相似的，软件则各有各的不同。各种硬件在数字域都有相同或相似的内脏，即只有处理、传输、存储三个部分。各种信息工具和设备外部虽然千变万化，内部却具有统一性。软件是思想和内容的数字化，各个领域都有自己的软件，所以是各不相同的。由此得知，IT人的两大任务就是：创造越来越快、越来越大、越来越可靠的硬件，利用硬件平台创造具有共性的软件诸如操作系统、语言平台、工具软件、中间件、办公软件等。应用软件则应由各行各业的人自己去开发。

硬件的发展遵循着著名的摩尔定律。其实可以细化为硬件发展的6个规律：(1)Moore定律：微处理器内晶体管数每十八个月翻一番；(2)Bell定律：如果保持计算能力不变，微处理器的价格每十八个月减少一半；(3)Gilder定律(1996年)：未来25年里，主干网的带宽将每6个月增加一倍；(4)Metcalfe定律：网络价值同网络用户数的平方成正比；(5)半导体存储器发展规律：DRAM的密度每年增加60%，每三年翻四倍；(6)硬盘存储技术发展规律：硬盘的密度每年增加约一倍。

按照这样的规律，后PC时代的计算必定是普适计算(PervasiveComputing)。而且这样的应用已经初见端倪，比如全球真正最普遍的操作系统TRON正在无时不有地深入生活。这时代计算机的发展有两个显著的特点：(1)无所不在的含有智能的小装置；(2)支持服务的后台服务器和巨型计算机。

无所不在的信息终端，对应于后PC时代两极分化的存储，移动存储与企业级海量存储。

数据存储技术的发展遵循着新摩尔定律：1998年图灵奖得主JimGray有言，从现在起，每18个月，新增的存储量等于有史以来存储量之和。从多媒体、Internet、宽带普及到空间影像和虚拟现实的普遍应用，存储系统是可靠性/可用性要求最高的部分，最需加强性能瓶颈，这也成为新的存储技术的发展方向。

可以想象，即使处理、传输能力固定不变，随着数据的不断产生，存储能力也需要动态单调地增加，正如水泵抽水、水管送水，水桶存水一样，处理和传输速度越快，存储容量增加的梯度就越高，这就是存储系统的不断扩展特性。所以，存储系统具有无限的容量需求和动态扩展需求。

通常数据的物理安全即存储是最重要的，因为数据是最宝贵的财富。假如处理部件、传输部件损坏，损失有限，更换可恢复，但是存储部件损坏，数据丢失！巨大的损失！我们每个人都曾经有过找不到重要东西的亲身经历。911使三分之二的公司寿终正寝，另外三分之一几乎不受影响。对很多领域，数据是比硬件设备宝贵得多的资源，比如银行、电信、保险、电子商务、网站、企业信息……可是据统计80%的信息系统没有安全系数，这就为数据备份、灾难恢复等信息安全技术提供了广阔的市场空间。

存储系统至少具有三种级别的可用性：(1)数据不丢失，这最起码的要求；(2)系统不停机，以提供7×24的服务保障；(3)性能不下降，以保证优质服务。其基本技术是冗余与备份。

相应于信息处理技术的发展，单处理器－多处理器－多计算机(刀片式服务器)－网格；信息存储系统的技术发展思路是，硬盘－阵列－存储网－数据网格，由软件和硬件来共同实现。硬盘是最重要的大容量存储设备，50年代由IBM发明以来单个硬盘的容量已经增加了10,000倍，到目前为止，还没有找到能与之竞争的对手，并且继续朝着速度更快、容量更大、体积更小、价格更廉的方向发展。最近的密度已经超过100Gb/in2，主要采用10nm超低飞行磁头、加钌超稳定介质、光磁混合纪录、垂直磁记录等技术。微硬盘(Microdrive)的应用领域也愈加广泛，比如移动计算、数码相机、数码摄像机等。但存域网(SAN：StorageAreaNetworks)是企业最为普遍的应用。

存储系统结构必须和软件相配合，例如存储虚拟化软件(单一逻辑映像)，存储资源管理软件(容量、级别、性能)，存储备份、数据迁移软件等。近期的技术发展包括iSCSI、ISTOR、进化存储系统、ROC和ROS即基于故障恢复的计算和存储，将数据的安全性放在第一位，更有信息生命周期管理等等。

数字产业

从PC热－网络热－通讯热－存储热的发展来看，存储产业是IT业新近的利润增长点，成为IT业的第三次热潮和淘金机会。据统计企业的IT设施的75%投资花在了存储系统上。IT业存储股票也呈上升趋势，斜率最大。

其实在企业存储方案世界中的真理是，只有存储设备与服务器(或PC)连接的方式的差异，而存储软件扮演着将数据“选择存储”在不同连接设备的智能中枢角色。存储设备的意义就在于企业存储数据的集中空间，是以IDE、SCSI与光纤(Fiber)硬盘所组成的不同磁盘阵列(DiskArray)为主，NAS、SAN、DAS等分类并无实质的意义。

企业级和超级海量存储系统也是一个国家科技实力的表现。我国能研制和生产万亿次超级计算机，能研制和生产万兆交换机和路由器，但是还缺少企业级的大容量存储系统，市场几乎完全由EMC、IBM、HP、BROCADE、SUN、Quantum以及Veritas、CA、Microsoft等的产品占领。

由于巨大的、急剧增长的市场，我国应该发展自己的存储核心技术和具有自主知识产权的产品。

结论

信息统一于数字，硬件是数字操作机，有且只有三种简单操作：处理、传输、存储，软件是思想和内容的数字化；数字表达信息的能力是极为强大的，可以表达各种形式的信息，包括人的思想；人的思想是无限的，可以用程序来模拟，利用数字进行发明创造的机会是无限的。数字技术的进步遵循着以摩尔定律为核心的发展规律；存储系统继是PC、网络之后的新的机会，我国应该发展有自己知识产权的技术与产品。