二、信息技术的发展

（一）信息技术发展历程

人类历史上信息技术的发展经历了五个阶段：

第一次是语言的使用，距今约50000年~35000年前，语言成为人类进行思想交流和信息传播不可缺少的工具。

第二次是文字的出现和使用，大约在公元前3500年出使人类对信息的保存和传播取得重大突破，较大地超越了时间和地域的局限。

第三次是印刷术的出现，大约在公元1040年，我国开始使用活字印刷技术（欧洲人1451年开始使用印刷技术）。印刷术的发明和使用，使书籍、报刊成为重要的信息储存和传播的媒体。

第四次信息革命是电报、电话、广播和电视的发明和普及应用。1837年美国人莫尔斯研制了世界上第一台有线电报机。

第五次信息技术革命是始于20世纪60年代，其标志是电子计算机的普及应用及计算机与现代通信技术的有机结合。

2014年以来，信息技术呈现出“曲棍球杆曲线”增长态势，主要表现在五个方面：

一是高速移动通信技术的发展。从2014年4G技术在我国全面铺开到2018年第五届世界互联网大会宣布我国的5G牌照即将发放，高速移动通信技术为更高水平的互联互通奠定了基础。

二是以深度学习为基础的人工智能技术的普及。从2016年的Alphago击败李世石，到今天语音识别、人机对话、机器视觉、机器翻译的大行其道，人工智能技术已经渗入了人类社会生活的方方面面。

三是脑机接口技术、物联网技术、可穿戴设备的成熟，使人类得以步入万物互联的物联甚至智联时代。

四是虚拟现实、增强现实、混合现实技术的跃升，使得“赛博世界”对人类而言从平面走向了立体。

五是大数据技术的成长，使得人类的数据分析、数据挖掘能力空前提升。

新技术的层出不穷不仅使社会的信息化面貌焕然一新，而且在20世纪50年代以后，数理科学等又与计算机技术紧密结合后，更是获得了很大发展。信息科学技术是研究有关信息的产生、传输、处理、接收、存储、显示与控制的一门学科。信息科学技术不断地从其他学科和行业中吸取营养来丰富自己，并渗透到各个学科领域和社会的各个行业，同时也大大促进其他学科和行业的更新、发展，并产生新兴交叉学科和行业。

1.信息技术的基础

组成信息科学技术的基础主要是经典信息论与控制论。20世纪40年代后期，由于第二次世界大战，通信技术与雷达技术得到了飞跃发展，通信与自动控制的研究受到特别重视，从而促使科学家香农和维纳分别从不同角度创立了信息论和控制论。

20世纪五六十年代，在信息论与控制论的理论基础上，统计接收理论得到了巨大发展。统计接收理论在电子技术与计算机技术的支持配合，在国防、空间科学、生物医学、天文气象等领域得到了广泛的应用和进一步发展。

2.数字信息处理

兴起于20世纪60年代初期的数字信息处理，是当前信息科学技术中最活跃的一门技术，这主要是由于离散取样理论、Z变换理论、数字微电子技术和计算机发展到了较成熟阶段。特别是1965年库利·杜克（Cooley Tukey）提出离散傅里叶变换的快速算法以后，更促进了数字处理技术的飞速发展。当今数字处理技术比模拟处理技术更为精确、稳定、灵活，还具有分时操作等特点。信息数字处理的应用已广泛延伸到工农业生产、国防和科学技术的各个方面。数字信息处理主要包括三个方面，即数字信号处理、数字图像处理和模式识别，它们之间又是相互交叉和紧密联系着的。

数字信号处理是指一维信号的数字处理，它的应用面很广，可进行地震信号、语音信号、电生理信号、水声信号、雷达信号和各种振动信号的分析和处理。数字信号处理的主要内容包括变换理论、谱分析和数字滤波三个方面。

3.数字图像处理

数字图像处理与模式识别的主要研究工作起始于20世纪60年代，是在数字电子计算机得到发展之后，至今也不过30年历史。数字图像处理是一门应用数字技术与计算机技术来研究图像的学科。图像处理中所考察的图像十分广泛，有黑白二值图像、多灰度图像和彩色图像；有静态图像与动态图像；有二维平面图像和多维立体图像等。首批的数字图像处理和识别的学术会议召开于20世纪60年代，而首批的数字图像处理与模式识别的专著则出版于20世纪70年代。

数字图像处理的内容十分丰富，主要有：过滤、增强变换、恢复、编码、压缩、存储、分割、合成与重建等，有时还将描述、分类、识别与理解等也作为其内容。当前数字图像处理的研究主流大致有以下各方面：图像并行处理或分布处理的算法研究，图像数据表示与图像数据库的研究，三维信息获取与表面重建的研究，基于知识的图像处理方法研究，图像形态学研究，分形维图像处理技术的研究，图像处理的神经网络方法研究，图像处理专用芯片的研制，高速大容量图像存储设备的研制，高速高精度图像输入输出设备的研制，以及快速实时图像处理系统的研制等。

近年来，由于微电子技术的进步，数字图像处理系统的功能不断提高，而价格则日益下降，这就为图像处理技术的推广应用开辟了宽广前景。许多领域，如遥感遥测、通信广播、天文气象、地质地理、生物医学、工业检测、交通监控、军事侦察等，均广泛引用了数字图像处理技术，并获得了很好的效益。

（二）对信息技术认识的发展

经过半个多世纪的研究和实践，科技界对信息技术的认识已发生重大转变：

1.从重视信息技术的内涵转到更加重视其外延

计算机技术是20世纪最伟大的发明，它对人类社会的发展有着极其深远的影响。在信息社会中，微电子技术是基础，计算机和通信设施是载体，软件技术是核心。微电子技术是在传统的电子技术基础上发展起来的高新技术。与传统电子技术相比，微电子技术不仅可以使电子设备和系统微型化，更重要的是它引起了电子设备和系统的设计、工艺、封装等方面的巨大变革。

21世纪信息技术发展的新取向是：在继续发展工程技术的规模效益的同时，将更加重视信息技术的多样性、开放性和个性化，更加重视信息技术惠及大众；在重视信息技术的市场竞争能力及经济效益的同时，将更加重视生态和环境影响，探索对有限自然资源和无限知识资源的分享、共享和持续利用；在重视对周围世界的认识和改善的同时，更加重视医学及与人类健康有关的信息科学技术；在重视技术作为生产力决定性因素的同时，将更加重视信息科学的研究探索，特别是与纳米、生命、认知等科学的交叉研究；在科学与技术继续紧密结合的同时，更加重视信息技术与人文艺术的结合，更加重视信息技术伦理道德方面的研究和对信息技术社会作用的法制化管理与监督。

2.从狭义工具论转到计算思维

长期以来，计算机和信息网络被社会看成是一种高科技工具，信息科学技术也被构造成一门专业性很强的工具学科，这种社会认知很容易导致负面的狭义工具论。工具，意味着它是一种辅助性学科，并不是能够满足国家经济社会发展、满足人民经济文化需求的主业；高科技，意味着认知门槛高、成本高。这种狭隘的认知是信息科技向各行各业渗透的最大障碍，对信息科技的全民普及极其有害。信息科技的普及实际上是在全社会传播计算思维（Computational Thinking）。计算思维是一种普适的思维，是每个人的基本技能。正如印刷出版促进了阅读、写作和算术（英文称为3R）的传播，计算机的普及也将以类似的正反馈促进计算思维的传播。计算思维强调一切皆可计算，从物理世界模拟到人类社会模拟再到智能活动，都可认为是计算的某种形式。计算思维是人的思维，不是计算机的思维；是概念化思维，不是程序化思维；是数学和工程互补融合的思维，不是纯数学性思维；是面向所有人的思维，而不仅仅是计算机科学家的思维。

3.从人机共生思想转到基于三元社会模式的新信息世界观

目前使用的信息系统，在很大程度上仍然根基于40多年前提出的人机共生思想：人做直觉的、无意识的事，计算机做有意识的、确定的、机械性的操作；人确定目标和动机，计算机处理琐碎细节，执行预定流程。然而，今天的信息世界已经与一人一机组成的、分工明确的人机共生系统不同，是一个多人、多机、多物组成的动态开放的网络社会，即物理世界、信息世界、人类社会组成三元世界，这是一种新的信息世界观。

4.重点研究方向的改变

今后发展信息技术的主要致力方向将是降低功耗、成本和体积（占地面积），提高易用性、效率和性能。长期以来，信息科学技术研究的主要目标是提高信息器件和系统的性能，摩尔定律指引的研究方向主要是提高半导体器件的集成度，从而提高主频和性能。现在CMOS器件I/O的主频提高已受到功耗的限制，在厂商追求超额利润的驱使下，迫使用户不断买升级版本的局面必将改变。

（三）主要技术载体

1.大数据

Hadoop是大数据开发的重要框架，其核心是HDFS和MapReduce，HDFS为海量的数据提供存储，MapReduce为海量的数据提供计算。Hive是基于Hadoop的一个数据仓库工具，可以将结构化的数据文件映射为一张数据库表，并提供简单的SQL查询功能。Spark是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计算引擎，其提供了一个全面、统一的框架用于管理各种不同性质的数据集和数据源的大数据处理的需求。Python是面向对象的编程语言，拥有丰富的库，主要可用于数据采集、数据分析以及数据可视化等。

2.云计算

“云”是一些能够自我管理的虚拟计算资源，通常是一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等。云计算是并行计算、分布式计算和网格计算的发展形态。它通过网络将庞大的程序自动分拆成许多个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统计算分析，然后将处理结果回传给用户。它可以在数秒之内，处理数千万计甚至亿计信息，达到类似“超级计算机”的强大效能。云计算是虚拟化、效用计算、IaaS、PaaS和SaaS等概念混合演进并跃升的结果。

3.物联网

为满足设备的连接需求，物联网这种低功耗广域网应运而生。LPWAN专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计。它主要分为两类：一类是工作于未授权频谱的LoRa技术；另一类是工作于授权频谱下的NB － IoT。相比于NB － IoT，LoRa能够以较低功耗远距离通信，可以使用电池或其他能量收集的方式供电，同时具有更好的穿透能力与避障能力。LoRaWAN是由LoRa联盟推出的一个广域网规范，它能够提供双向通信。