八計(jì)算機(jī)新技術(shù)及應(yīng)用CONTENTS任務(wù)一云計(jì)算任務(wù)二大數(shù)據(jù)任務(wù)四物聯(lián)網(wǎng)任務(wù)三人工智能任務(wù)五移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)任務(wù)六區(qū)塊鏈任務(wù)七工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)任務(wù)八其他技術(shù)訓(xùn)練實(shí)踐與拓展評(píng)價(jià)目標(biāo)

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷創(chuàng)新,這不僅對(duì)社會(huì)的發(fā)展起到了積極的作用,更深深影響著人們的日常生活。本模塊介紹云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、3D打印技術(shù)等計(jì)算機(jī)新技術(shù)及應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容了解云計(jì)算的定義、特點(diǎn)及應(yīng)用云計(jì)算010203040506知識(shí)點(diǎn)1云計(jì)算的定義云計(jì)算其本質(zhì)就是利用網(wǎng)絡(luò)提供按需的IT服務(wù),其服務(wù)包括虛擬機(jī)計(jì)算服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器學(xué)習(xí)等,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入的方式將這些服務(wù)提供給終端用戶.(1)超大規(guī)模(2)虛擬化(3)資源共享(4)高可靠性(5)通用性(6)高可擴(kuò)展性(7)按需服務(wù),低成本(8)潛在的危險(xiǎn)性010203040506知識(shí)點(diǎn)2云計(jì)算的發(fā)展第一個(gè)階段是單純的計(jì)算虛擬化階段,這個(gè)階段虛擬化軟件興起,當(dāng)時(shí)還基本停留在單機(jī)操作的時(shí)代,后來(lái)出現(xiàn)了一些比較簡(jiǎn)單的虛擬機(jī)管理系統(tǒng)(如CloudStack等),僅提供了控制虛擬機(jī)的開啟和關(guān)閉等功能第二個(gè)階段是整合存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)的全面軟件定義時(shí)代,虛擬機(jī)需要連接網(wǎng)絡(luò)和掛載存儲(chǔ),網(wǎng)絡(luò)虛擬化通過(guò)軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SoftwareDefinedNetwork,SDN)實(shí)現(xiàn)在既定的物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲伦远x網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的傳輸,從而構(gòu)建虛擬的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)通過(guò)軟件定義的存儲(chǔ)提供塊存儲(chǔ)、文件存儲(chǔ)以及對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)第三個(gè)階段云原生時(shí)代,伴隨著容器和Kubernetes技術(shù)的興起,PaaS開始逐漸落地,從原來(lái)復(fù)雜的有狀態(tài)的單體架構(gòu)逐漸演變成簡(jiǎn)單的無(wú)狀態(tài)的微服務(wù)架構(gòu)010203040506知識(shí)點(diǎn)3云計(jì)算的主要技術(shù)與應(yīng)用3.1云計(jì)算的主要技術(shù)(1)虛擬化技術(shù)(2)云計(jì)算架構(gòu)分層(4)云計(jì)算部署3.2云計(jì)算應(yīng)用(1)存儲(chǔ)云(2)醫(yī)療云(3)金融云(4)教育云3.3云計(jì)算的特點(diǎn)(1)需求推動(dòng)指的是政、企客戶想要通過(guò)低成本投入換取高性能的信息化服務(wù),以滿足政、企所服務(wù)的用戶在互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上更高質(zhì)量的追求體驗(yàn)(2)技術(shù)進(jìn)步指的是虛擬化技術(shù)、分布與并行計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與成熟,使基于互聯(lián)網(wǎng)提供包括IT基礎(chǔ)設(shè)施、開發(fā)平臺(tái)、軟件應(yīng)用成為可能(3)商業(yè)模式轉(zhuǎn)變指的是少數(shù)云計(jì)算的先行者已經(jīng)將云計(jì)算服務(wù)開始進(jìn)行商業(yè)運(yùn)營(yíng)010203040506知識(shí)點(diǎn)3云計(jì)算的主要技術(shù)與應(yīng)用3.1云計(jì)算的主要技術(shù)(1)虛擬化技術(shù)(2)云計(jì)算架構(gòu)分層(4)云計(jì)算部署3.2云計(jì)算應(yīng)用(1)存儲(chǔ)云(2)醫(yī)療云(3)金融云(4)教育云3.3云計(jì)算的特點(diǎn)(1)需求推動(dòng)指的是政、企客戶想要通過(guò)低成本投入換取高性能的信息化服務(wù),以滿足政、企所服務(wù)的用戶在互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上更高質(zhì)量的追求體驗(yàn)(2)技術(shù)進(jìn)步指的是虛擬化技術(shù)、分布與并行計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與成熟,使基于互聯(lián)網(wǎng)提供包括IT基礎(chǔ)設(shè)施、開發(fā)平臺(tái)、軟件應(yīng)用成為可能(3)商業(yè)模式轉(zhuǎn)變指的是少數(shù)云計(jì)算的先行者已經(jīng)將云計(jì)算服務(wù)開始進(jìn)行商業(yè)運(yùn)營(yíng)目標(biāo)了解大數(shù)據(jù)的定義、特點(diǎn)及應(yīng)用大數(shù)據(jù)010203040506知識(shí)點(diǎn)4大數(shù)據(jù)的定義(1)Volume(大量):指大數(shù)據(jù)量非常大。(2)Velocity(高速):指大數(shù)據(jù)必須得到高效、迅速的處理。(3)Variety(多樣):體現(xiàn)在數(shù)據(jù)類型的多樣化,除了包括傳統(tǒng)的數(shù)字、文字,還有更加復(fù)雜的語(yǔ)音、圖像、視頻等。(4)Value(低價(jià)值密度):指大數(shù)據(jù)的價(jià)值更多地體現(xiàn)在零散數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)上。(5)Veracity(真實(shí)性):指與傳統(tǒng)的抽樣調(diào)查相比,大數(shù)據(jù)反映的內(nèi)容更加全面、真實(shí)010203040506知識(shí)點(diǎn)5大數(shù)據(jù)的發(fā)展通常認(rèn)為,大數(shù)據(jù)起源于谷歌的關(guān)于谷歌文件系統(tǒng)、MapReduce和BigTable三篇論文這三篇論文分別發(fā)表于2003年、2004年和2007年,也即俗稱的谷歌“三駕馬車”。2007年,亞馬遜也發(fā)表了一篇關(guān)于Dynamo系統(tǒng)的論文,正是這幾篇論文奠定了大數(shù)據(jù)時(shí)代的基礎(chǔ)2008年9月4日,《自然》(Nature)刊登了一個(gè)名為“BigData”的專輯。2011年5月,美國(guó)著名咨詢公司麥肯錫(McKinsey)發(fā)布《大數(shù)據(jù):創(chuàng)新、競(jìng)爭(zhēng)和生產(chǎn)力的下一個(gè)前沿》的報(bào)告,首次提出了“大數(shù)據(jù)”概念,認(rèn)為數(shù)據(jù)已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要推動(dòng)力。2012年7月,日本推出“新ICT戰(zhàn)略研究計(jì)劃”,在新一輪IT振興計(jì)劃中,日本政府把大數(shù)據(jù)發(fā)展作為國(guó)家層面戰(zhàn)略提出。這是日本新啟動(dòng)的2011年大地震一度擱置的政府ICT戰(zhàn)略研究.010203040506知識(shí)點(diǎn)5大數(shù)據(jù)的發(fā)展2013年3月29日,美國(guó)奧巴馬政府宣布推出“大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展計(jì)劃”(BigDataResearch

andDevelopmentInitiative),有人將其比之為克林頓政府當(dāng)年提出的“信息高速公路”計(jì)劃。該計(jì)劃涉及美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、衛(wèi)生研究院、能源部、國(guó)防部等6個(gè)聯(lián)邦政府部門,投資超兩億美元,研發(fā)收集、組織和分析大數(shù)據(jù)的工具及技術(shù)。2012年3月,我國(guó)科技部發(fā)布的“十二五國(guó)家科技計(jì)劃信息技術(shù)領(lǐng)域2013年度備選項(xiàng)目征集指南”把大數(shù)據(jù)研究列在首位。中國(guó)分別舉辦了第一屆(2011年)和第二屆(2012年)“大數(shù)據(jù)世界論壇”。IT時(shí)代周刊等舉辦了“大數(shù)據(jù)2012論壇”,中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)舉辦了“CNCC2012大數(shù)據(jù)論壇”。國(guó)家科技部,863計(jì)劃信息技術(shù)領(lǐng)域2015年備選項(xiàng)目包括超級(jí)計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、信息安全、第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)(5G)等。2015年8月31日,國(guó)務(wù)院正式印發(fā)《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》010203040506知識(shí)點(diǎn)5大數(shù)據(jù)的發(fā)展國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)IT巨頭(IBM、微軟、惠普、Oracle、聯(lián)想、浪潮等),通過(guò)“硬件+軟件+數(shù)據(jù)”整合平臺(tái),向用戶提供大數(shù)據(jù)完備的基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù),實(shí)現(xiàn)“處理-存儲(chǔ)-網(wǎng)絡(luò)設(shè)備-軟件-應(yīng)用”,即所謂“大數(shù)據(jù)一體機(jī)”。在大數(shù)據(jù)時(shí)代,這些廠商在原有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理的同時(shí),開始加大在可擴(kuò)展計(jì)算、內(nèi)存計(jì)算、庫(kù)內(nèi)分析、實(shí)時(shí)流處理和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理等方面的投入,通過(guò)并購(gòu)大數(shù)據(jù)分析企業(yè),迅速增強(qiáng)大數(shù)據(jù)分析實(shí)力和擴(kuò)展市場(chǎng)份額010203040506知識(shí)點(diǎn)5大數(shù)據(jù)的發(fā)展國(guó)內(nèi)外互聯(lián)網(wǎng)巨頭(亞馬遜、Google、Facebook、阿里巴巴、百度、騰訊等),這些互聯(lián)網(wǎng)公司基于開源大數(shù)據(jù)框架(在大數(shù)據(jù)時(shí)代,催生了開源的大數(shù)據(jù)分布式處理軟件框架Ha_x0002_doop,包括分布式文件系統(tǒng)HDFS,并行編程框架MapReduce,數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)工具Hive和大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)Pig等)進(jìn)行了自身應(yīng)用平臺(tái)的定制和開發(fā),基于自身應(yīng)用平臺(tái)、龐大的用戶群、海量用戶信息以及互聯(lián)網(wǎng)處理平臺(tái),提供精確營(yíng)銷、個(gè)性化推介等商務(wù)活動(dòng),并開始對(duì)外提供大數(shù)據(jù)平臺(tái)服務(wù)知識(shí)點(diǎn)6大數(shù)據(jù)的主要結(jié)構(gòu)與應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)7大數(shù)據(jù)處理的流程(1)數(shù)據(jù)獲取(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(3)資源管理(4)數(shù)據(jù)離線處理與實(shí)時(shí)處理(5)數(shù)據(jù)服務(wù)與可視化目標(biāo)了解人工智能的定義、發(fā)展歷程和應(yīng)用人工智能010203040506知識(shí)點(diǎn)8人工智能的定義人工智能(ArtificialIntelligence,AI)是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新技術(shù)科學(xué)。人工智能領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理和專家系統(tǒng)等010203040506知識(shí)點(diǎn)9人工智能的發(fā)展人工智能的發(fā)展歷史,可大致分為孕育期、形成期、低潮時(shí)期、基于知識(shí)的系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)興和智能體的興起:(1)人工智能的孕育期(1956年以前)(2)人工智能的形成期(1956—1969年)(3)低潮時(shí)期(1966—1973年)(4)基于知識(shí)的系統(tǒng)(1969—1988年)(5)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)興(1986年至今)(6)智能體的興起(1993年至今)010203040506知識(shí)點(diǎn)10人工智能的實(shí)際應(yīng)用(1)人臉識(shí)別(2)機(jī)器翻譯(3)文本編輯器或自動(dòng)更正(4)智慧醫(yī)學(xué)(5)無(wú)人駕駛(6)人工智能教育(7)智能家居目標(biāo)了解物聯(lián)網(wǎng)的定義、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)010203040506知識(shí)點(diǎn)11物聯(lián)網(wǎng)的定義物聯(lián)網(wǎng)的基本特征可概括為全面感知、可靠傳輸和智能處理。(1)全面感知:利用RFID、條形碼、傳感器等感知、捕獲、測(cè)量技術(shù)隨時(shí)隨地對(duì)物體進(jìn)行信息采集和獲取。(2)可靠傳輸:通過(guò)各種通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合,將物體(Things)接入信息網(wǎng)絡(luò),隨時(shí)隨地進(jìn)行可靠的信息交互和共享。(3)智能處理:利用云計(jì)算、模糊識(shí)別等各種智能計(jì)算技術(shù),對(duì)海量的跨地域、跨行業(yè)、跨部門的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析處理,提升對(duì)物理世界、經(jīng)濟(jì)社會(huì)各種活動(dòng)和變化的洞察力,實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控制010203040506知識(shí)點(diǎn)12物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)(1)無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)。無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù),俗稱電子標(biāo)簽(E-Tag),是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)(2)無(wú)線節(jié)點(diǎn)技術(shù)。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)由數(shù)據(jù)采集模塊、處理模塊、無(wú)線通信模塊、定位系統(tǒng)、移動(dòng)管理器和能量供應(yīng)模塊等組成(3)微機(jī)電系統(tǒng)(MicroElectroMechanicalSystem,MEMS)技術(shù)(4)嵌入式技術(shù)。嵌入式系統(tǒng)被定義為以便于使用為中心,以信息技術(shù)為基礎(chǔ),軟硬件能夠裁剪,適應(yīng)具體的設(shè)備系統(tǒng),對(duì)用途、穩(wěn)定性、費(fèi)用、大小、耗能嚴(yán)格要求的專用信息系統(tǒng)010203040506知識(shí)點(diǎn)13物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用目標(biāo)了解移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的定義、發(fā)展和應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)010203040506知識(shí)點(diǎn)14移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的定義移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是指移動(dòng)通信終端與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合成為一體,是用戶使用手機(jī)、PAD或其他無(wú)線終端設(shè)備,通過(guò)速率較高的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò),在移動(dòng)狀態(tài)下(如在地鐵、公交車等)隨時(shí)、隨地訪問(wèn)Internet以獲取信息,使用商務(wù)、娛樂(lè)等各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。依托電子信息技術(shù)的發(fā)展,移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)技術(shù)與移動(dòng)通信技術(shù)得以結(jié)合在一起,借助無(wú)線通信技術(shù)客戶端的智能化能夠?qū)崿F(xiàn)各項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)信息的獲取,這也是作為一種新型業(yè)務(wù)模所存在的,涉及應(yīng)用、軟件以及終端的各項(xiàng)內(nèi)容。010203040506知識(shí)點(diǎn)15移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展(1)萌芽階段(2000—2007年)。萌芽階段的移動(dòng)應(yīng)用終端主要是基于WAP(無(wú)線應(yīng)用協(xié)議)的應(yīng)用模式(2)培育成長(zhǎng)階段(2008—2011年)(3)高速發(fā)展階段(2012—2013年)(4)全面發(fā)展階段(2014年至今)010203040506知識(shí)點(diǎn)16移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的5G時(shí)代(1)eMBB(增強(qiáng)移動(dòng)寬帶)。5G技術(shù)的第一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景,可以直接從字面意思上來(lái)理解,即對(duì)移動(dòng)寬帶進(jìn)行調(diào)整,進(jìn)一步改善用戶的使用體驗(yàn)。(2)URLLC(低時(shí)延高可靠)。URLLC場(chǎng)景能夠突出顯示出5G的優(yōu)勢(shì)特征,不過(guò),這里提到的高可靠性并不是我們平時(shí)生活中常常會(huì)用到的形容詞,而是指相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行使用時(shí)間是否能夠與預(yù)計(jì)時(shí)間相符合。(3)mMTC(海量機(jī)器通信)。mMTC又稱大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng),即利用各種信息技術(shù)來(lái)與設(shè)備進(jìn)行連接,并可以通過(guò)對(duì)其進(jìn)行信息采集來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)警、監(jiān)測(cè)效果目標(biāo)了解區(qū)塊鏈的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用區(qū)塊鏈010203040506知識(shí)點(diǎn)17區(qū)塊鏈概念及特點(diǎn)區(qū)塊鏈這個(gè)概念是一個(gè)網(wǎng)名為中本聰?shù)娜嗽?008年發(fā)表的《比特幣:一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》中提出的010203040506知識(shí)點(diǎn)18區(qū)塊鏈應(yīng)用(1)加密數(shù)字貨幣的代表———比特幣(2)智能合約鼻祖———以太坊(3)迪士尼區(qū)塊鏈平臺(tái)———龍鏈(Dragonchain)(4)Linux基金會(huì)的開源賬本———超級(jí)賬本(Hyperledger)(5)區(qū)塊鏈操作系統(tǒng)———EOS目標(biāo)了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念、運(yùn)作模式及應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)010203040506知識(shí)點(diǎn)19工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)包含以下兩大內(nèi)涵。(1)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不僅依托于現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng),而且工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與推進(jìn)還會(huì)促進(jìn)現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)包括工廠內(nèi)網(wǎng)、工廠外網(wǎng)和標(biāo)識(shí)解析,能滿足制造企業(yè)安全、實(shí)時(shí)、可靠的要求。(2)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新業(yè)態(tài)和新模式,雖然形式上與互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)相似,但是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是與工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的,而且有很多創(chuàng)新應(yīng)用,如智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同等010203040506知識(shí)點(diǎn)20工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)典型模式(1)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同(2)智能化生產(chǎn)(3)個(gè)性化定制(4)服務(wù)化延伸010203040506知識(shí)點(diǎn)21工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能面向工業(yè)場(chǎng)景的交叉疊加,疊加的元素與深度決定了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的發(fā)展程度。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)就是,將不斷發(fā)展的信息技術(shù)融入生產(chǎn)體系(如制造、能源)、基礎(chǔ)設(shè)施(如交通、電網(wǎng)、城市建設(shè))、機(jī)器設(shè)備(如機(jī)器人、醫(yī)療、儀器儀表)中,實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新鏈、價(jià)值鏈、產(chǎn)業(yè)鏈的循環(huán)與貫通,構(gòu)建物質(zhì)空間和數(shù)字世界的映射交