1、第第1111章章 计算机新技术简介计算机新技术简介11.1 云计算与云时代云计算与云时代11.2 大数据大数据11.3 人工智能人工智能11.4 物联网物联网11.5 移动互联网移动互联网11.1.1 11.1.1 云计算云计算11.1.1.1云计算概述云计算概述云计算（Cloud Computing）是继1980年代大型计算机到客户端-服务器的大转变之后的又一种巨变。作为一种把超级计算机的能力传播到整个互联网的计算方式，云计算似乎已经成为研究专家们苦苦追寻的“能够解决最复杂计算任务的精确方法”的最佳答案。事实上，许多云计算部署依赖于计算机集群（但与网格的组成、体系机构、目的、工作方式大相径庭
2、），也吸收了自主计算和效用计算的特点。它从硬件结构上是一种多对一的结构，从服务的角度或从功能的角度它是一对多的。11.111.1 云计算与云时代云计算与云时代“云计算”示意图11.1.1.2云计算发展云计算发展1983年，太阳电脑提出“网络是电脑”;2006年3月，亚马逊推出弹性计算云（Elastic Compute Cloud；EC2）服务;2007年10月 Google与IBM开始在美国大学校园推广云计算的计划;2008年1月30日，Google宣布在台湾启动“云计算学术计划”;2008年2月1日，IBM宣布将在中国无锡太湖新城科教产业园为中国的软件公司建立全球第一个云计算中心2008年7
3、月29日，雅虎、惠普和英特尔宣布一项涵盖美国、德国和新加坡的联合研究计划，推出云计算研究测试床，推进云计算。2008年8月3日，美国专利商标局网站信息显示，戴尔正在申请“云计算”商标2010年3月5日，Novell与云安全联盟（CSA）共同宣布一项供应商中立计划，名为“可信任云计算计划2010年7月，美国国家航空航天局和包括Rackspace、AMD、Intel、戴尔等支持厂商共同宣布“Open Stack”开放源代码计划2011年2月，思科系统正式加入Open Stack，重点研制Open Stack的网络服务11.1.1.311.1.1.3云计算平台云计算平台1.云计算的基本原理通过使计算
4、分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将更与互联网相似。2.云计算的资源迁移从外部看，云计算只是将计算和存储资源从企业迁出，并迁入到云中。3.云计算基本框架云计算的基本框架是一个分层的结构，低层为上层提供服务，同时上层使用低层提供的服务。从下向上每一层都通过虚拟化技术为上层提供服务。在不同的层次采用相应的虚拟化技术，通过这些虚拟化技术，上层就会更容易的使用服务。“云计算”基本框架图4.云计算服务模式 软件即服务（SaaS） 平台即服务（PaaS） 基础架构即服务（IaaS）5.云计算部署模型 公用云（Public Cloud） 私有云（Private Cl
5、oud） 社区云（Community Cloud） 混合云（Hybrid Cloud）6.云计算的关键技术 虚拟化技术 自动化技术 计算能力的整合11.1.2 11.1.2 云时代云时代 国外的云计算现状 我国的云计算现状 云计算的优势 基于使用的支付模式 扩展性和弹性 厂商的大力支持 可靠性 效率与成本 云计算需解决的问题11.2.1 11.2.1 大数据概述大数据概述11.2.1.1 大数据的定义大数据的定义大数据（Big Data），或称巨量资料，指的是所涉及的资料量规模巨大到无法透过目前主流软件工具，在合理时间内达到撷取、管理、处理、并整理成为帮助企业经营决策更积极目的的资讯。11.2
6、.1.2 大数据的大数据的特点特点 Variety（多样化）Volume（海量） Velocity（快速）Vitality（灵活）Complexity（复杂）11.2 11.2 大数据大数据11.2.1.3 大数据的大数据的作用作用变革价值的力量变革经济的力量变革组织的力量12.2.1.4 大数据带来的机遇和大数据带来的机遇和挑战挑战机遇机遇：大数据的挖掘和应用成为核心，将从多个方面创造价值。 大数据利用中安全更加重要，为信息安全带来发展契机。 大数据时代来临，使商业智能、信息安全和云计算具有更大潜力。挑战：挑战：大数据需要专业化的技术和管理人才。 大数据的有效应用需要解决大容量、多类别和高时
7、效数据处理的问题。 大数据利用对信息安全提出了更高要求。11.2.2 11.2.2 大数据分析大数据分析大数据分析常用的方法有以下几种：1.可视化分析2.数据挖掘算法3.预测性分析能力4.语义引擎5.数据质量和数据管理11.2.3 11.2.3 大数据处理技术大数据处理技术11.2.3.1 大数据处理模式大数据处理模式1流处理流处理的基本理念是数据的价值会随着时间的流逝而不断减少，因此尽可能快地对最新的数据做出分析并给出结果是所有流数据处理模式的共同目标。2.批处理Google公司在2004年提出的Map Reduce编程模型是最具代表性的批处理模式。Map Reduce模型首先将用户的原始数
8、据源进行分块，然后分别交给不同的Map任务区处理。Map Reduce的核心设计思想在于：（）将问题分而治之；（）把计算推到数据而不是把数据推到计算，有效地避免数据传输过程中产生的大量通信开销。11.2.3.2 大数据处理的基本流程大数据处理的基本流程大数据处理整个流程主要概括为四步，分别是采集、导入和预处理、统计和分析，最后是数据挖掘。1.采集：大数据的采集是指利用多个数据库来接收发自客户端（Web、App或者传感器形式等）的数据，并且用户可以通过这些数据库来进行简单的查询和处理工作。2.导入/预处理虽然采集端本身会有很多数据库，但是如果要对这些海量数据进行有效的分析，还是应该将这些来自前端
9、的数据导入到一个集中的大型分布式数据库，或者分布式存储集群，并且可以在导入基础上做一些简单的清洗和预处理工作。3.统计/分析统计与分析主要利用分布式数据库，或者分布式计算集群来对存储于其内的海量数据进行普通的分析和分类汇总等，以满足大多数常见的分析需求。4.挖掘与前面统计和分析过程不同的是，数据挖掘一般没有什么预先设定好的主题，主要是在现有数据上面进行基于各种算法的计算，从而起到预测（Predict）的效果，从而实现一些高级别数据分析的需求。11.3 11.3 人工智能人工智能人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）是指由人工制造出来的系统所表现出来的智能，有时也称
10、作机器智能。人工智能是在计算机科学、控制论、信息论、心理学、语言学等多种学科相互渗透的基础发展起来的一门新兴边缘学科。11.3.1 11.3.1 人工智能发展史人工智能发展史1、第一阶段。20世纪50年代人工智能概念首次提出后，相继出现了一批显著的成果，如机器定理证明、跳棋程序、通用问题s求解程序LISP表处理语言等。这一阶段的特点是：重视问题求解的方法，忽视知识重要性。2、第二阶段。20世纪60年代末到70年代，专家系统出现，使人工智能研究出现新高潮DENDRAL化学质谱分析系统、MYCIN疾病诊断和治疗系统、PROSPECTIOR探矿系统、Hearsay-II语音理解系统等专家系统的研究和
11、开发，将人工智能引向了实用化。3、第三阶段。20世纪80 年代，随着第五代计算机的研制，人工智能得到了很大发展。4、第四阶段。20世纪80年代末，神经网络飞速发展。5、第五阶段。20世纪90年代，人工智能出现新的研究高潮。11.3.2 11.3.2 人工智能研究方法人工智能研究方法人工智能的研究方法主要可分为三类。1、结构模拟，神经计算结构模拟法也就是基于人脑的生理模型，采用数值计算的方法，从微观上来模拟人脑，实现机器智能。2、功能模拟，符号推演功能模拟法就是以人脑的心理模型，将问题或知识表示成某种逻辑网络，采用符号推演的方法，实现搜索、推理、学习等功能，从宏观上来模拟人脑的思维，实现机器智能
12、。3、行为模拟，控制进化模拟人在控制过程中的智能活动和行为特性。以行为模拟方法研究人工智能者，被称为行为主义、进化主义、控制论学派。11.3.3 11.3.3 人工智能研究目标人工智能研究目标 理解人类的认识 有效的自动化 有效的智能拓展 超人的智力 通用问题求解 连贯性交谈 自治 学习 存储信息11.3.4 11.3.4 人工智能的研究领域人工智能的研究领域1、专家系统专家系统是依靠人类专家已有的知识建立起来的知识系统，目前专家系统是人工智能研究中开展最早，成效最多的领域，广泛应用于医疗诊断、地质勘探、石油化工等各方面。2、机器学习要使计算机具有知识要么将知识表示为计算机可以接受的方式输入计
13、算机，要么使计算机本身有获得知识的能力，并在实践中不断总结、完善，这种方式称为机器学习。3、模式识别模式识别是研究如何使机器具有感知能力，主要研究视觉模式和听觉模式的识别。4、机器人学机器人是一种能模拟人的行为的机械，对机器人的研究经历了三代的发展过程。第一代程序控制机器人。第二代自适应机器人。第三代智能机器人。5、智能决策支持系统决策支持系统是属于管理科学的范畴，与“知识智能”有着极其密切的关系。11.3.5 11.3.5 人工智能的应用人工智能的应用1、管理系统中的应用人工智能应用于企业管理的意义不在于提高效率，而是用计算机实现人们非常需要做，但工业工程信息却做不了或很难做到的事。2、工程
14、领域中应用医学专家系统是人工智能与专家系统理论和技术在医学领域中的重要应用，具有极大的科研价值和应用价值，它可以帮助医生解决复杂的医学问题，作为医生诊断、治疗的辅助工具。3、技术研究中应用随着网络的迅速发展，网络技术的安全是日益受到人们的广泛关注。因此，有必要在传统技术的基础上进行技术的改进和变更，大力发展数据控制技术和人工免疫技术等高效的人工智能技术，以及开发更高级的AI通用和专用语言。4、智能控制智能控制是一类无需（或需要尽可能少的）人的干预就能够独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制，是用计算机模拟人类智能的一个重要研究领域。11.4 11.4 物联网物联网11.4.1 物联网概述物联网
15、概述物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其英文名称是：“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。11.4.1.1物联网的起源物联网的起源物联网的实践最早可以追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩售机Networked Coke Machine。1991年美国麻省理工学院（MIT）的Kevin Ash-ton教授首次提出物联网的概念。1995年，比尔盖茨在未来之路一书中也曾提及物联网，但未引起广泛重视。2003年，美国技术评论提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。2008年后，为了促进科技发展，寻找经济新的增长点，各国政府开始重视下一代
16、的技术规划，将目光放在了物联网上。2009年8月，温家宝“感知中国”的讲话把我国物联网领域的研究和应用开发推向了高潮，无锡市率先建立了“感知中国”研究中心，中国科学院、运营商、多所大学在无锡建立了物联网研究院，无锡市江南大学还建立了全国首家实体物联网工厂学院。11.4.1.2物联网的定义物联网的定义物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。11.4.2 物联网的特征首先，它是各种感知技术的广泛应用。其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。
17、还有，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。此外，物联网的精神实质是提供不拘泥于任何场合、任何时间的应用场景与用户的自由互动，它依托云服务平台和互通互联的嵌入式处理软件，弱化技术色彩，强化与用户之间的良性互动，更佳的用户体验，更及时的数据采集和分析建议，更自如的工作和生活，是通往智能生活的物理支撑。11.4.3 11.4.3 物联网的用途物联网的用途物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照明管控、广场照明管控、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯
18、源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。上海浦东国际机场的防入侵系统使用了物联网传感器，系统铺设了3万多个传感节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。11.4.4 11.4.4 物联网的发展物联网的发展物联网将是下一个推动世界高速发展的“重要生产力”。美国权威咨询机构Forrester预测，到2020年世界上物物互联的业务，跟人与人通信的
19、业务相比，将达到30比1，因此，“物联网”被称为是下一个万亿级的信息产业业务。家用物联网11.5 11.5 移动互联网移动互联网11.5.1 移动互联网简介移动互联网简介移动互联网（Mobile Internet），是指互联网的技术、平台、商业模式和应用与移动通信技术结合并实践的活动的总称。11.5.2 移动互联网的移动互联网的发展发展移动通信和互联网成为当今世界发展最快、市场潜力最大、前景最诱人的两大业务，它们的增长速度都是任何预测家未曾预料到的。迄今，全球移动用户已超过15亿人，互联网用户也已逾7亿人。中国移动通信用户总数超过3.6亿人，互联网用户总数则超过1亿人。根据2013-2017年
20、中国移动互联网行业市场前瞻与投资战略规划分析报告数据统计，截至2012年6月底，中国网民数量达到5.38亿，其中手机网民达到3.88亿，较2011年底增加了约3270万人，网民中用手机接入互联网的用户占比由上年底的69.3%提升至72.2%。而台式电脑为3.80亿，手机网民的数量首次超越台式电脑网民的数量，也意味着移动互联网迎来了它高速发展的时期。11.5.3 11.5.3 移动互联网的主要特征移动互联网的主要特征用户可以随身携带和随时使用移动终端，在移动状态下接入和使用移动互联网应用服务。移动终端设备的隐私性远高于PC的要求。由于移动性和便携性的特点，移动互联网的信息保护程度较高。移动互联网
21、区别于传统互联网的典型应用是位置服务应用。移动互联网上的丰富应用，如图片分享、视频播放、音乐欣赏、电子邮件等，为用户的工作、生活带来更多的便利和乐趣。移动互联网应用服务在便捷的同时，也受到了来自网络能力和终端硬件能力的限制。在网络能力方面，受到无线网络传输环境、技术能力等因素限制；在终端硬件能力方面，受到终端大小、处理能力、电池容量等的限制移动互联网各个部分相互联系，相互作用并制约发展，任何一部分的滞后都会延缓移动互联网发展的步伐。11.5.4 11.5.4 移动互联网技术基础移动互联网技术基础1. 移动互联网通信技术移动互联网与通信技术息息相关，移动终端设备接入移动互联网，最常用的媒介网络是
22、移动通信网络和中短距离无线网络（如无线互联网、蓝牙网络），而各种通信标准与协议是构建移动通信网络和中短距离无线网络的基础。2. 移动通信网络技术移动通信网络到目前为止，已经发展到了第三代移动通信网络，第四代移动通信网络正在酝酿之中。3. 中短距离无线通信技术监牙（Blue tooth）是由Agere、爱立信、IBM、英特尔、微软、摩托罗拉、诺基亚和东芝于1998年5月共同提出的近距离无线数字通信的技术标准。它是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。无线局域网技术包括WLAN和WIFI。WLAN无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。从专业角度讲，无线局域网利用了无线多址
23、信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信，并为通信的移动化、个性化和多媒体应用提供了可能。11.5.5 11.5.5 移动互联网的前景移动互联网的前景中国互联网信息中心（CNNIC）公布的第25次中国互联网络发展状况统计分析显示，到2020年移动互联网终端将超过100亿台，截至2009年12月，我国手机网民已达2.33亿人，占总体网民的60.8%，此中只使用手机上网的网民有3070万，而自去年中国3G牌照发放以后，国内智能手机用户越来越多，渐呈爆炸式增长。来自艾瑞咨询的调查研究数值则显示，2009年，移动互联网市场交易额达6.4亿元，同比增长205%。而2012年，移动电子商务交易额将达108亿元。4G的出现给用户带来了巨大的方便，在通信速度、通信质量、智能性、兼容性、资费等方面具有很明显的优势。通信速度快通信灵活智能性能高兼容性好通信质量高费用便宜
