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1.4 计算机应用技术

1.4.1 人工智能

人工智能(Artificial Intelligenc,AI)是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学,是计算机科学的一个分支,是计算机科学技术的前沿科技领域。

人工智能是一门关于知识的科学,它主要研究知识的获取、表示和运用。“人工智能”这一术语是在 1956 年由美国的Mccarthy和Minsky等人提出的。当年他们在美国的Dartmoth举行了第一届智能模拟学术讨论会,在会上首次使用了这一术语,这标志着人工智能作为一门学科的诞生。Mccarthy和Minsky也一起被称为“人工智能之父”。

AI这个英文单词提出以后,经过一些科学家的努力,使得人工智能得到了发展。但人工智能的进展并不像我们期待的那样迅速,因为人工智能的基本理论还不完整,我们还不能从本质上解释我们的大脑为什么能够思考,这种思考来自于什么,这种思考为什么得以产生等一系列问题。但经过这几十年的发展,人工智能正在以它巨大的力量影响着人们的生活,人工智能的应用也在不少领域得到了发展。人工智能的研究领域有机器人、无人驾驶、语言识别、图像识别、自然语言处理、问题求解、逻辑推理、自动程序设计、人工神经网络、智能控制、智能检索、符号计算、专家系统、机器翻译等方面。

1.4.2 云计算与海量存储

云计算的思想可以追溯到 20 世纪 60 年代,John McCarthy曾经提到“计算迟早有一天会变成一种公用基础设施”。1983 年,太阳电脑(Sun Microsystems)提出“The Network is the computer”。2006 年Google公司首次提出“云计算”的概念,随后亚马逊、微软、惠普、雅虎、英特尔、IBM等公司都宣布了自己的“云计划”,如云安全、云存储、内部云、外部云、公共云、私有云等。云计算逐渐成为产业界和学术界的研究热点。

1.云计算概述

云计算(Cloud Computing),是一种基于互联网的计算方式,它利用高速互联网的传输能力,将数据的处理过程从个人计算机或服务器移到互联网上的服务器集群中。这些服务器由一个大型的数据处理中心管理,数据中心按客户的需要分配计算资源,达到与超级计算机同样的效果。通过这种方式,共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。整个运行方式很像电网。云计算是继 20 世纪 80 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。

“云”其实是网络、互联网的一种比喻说法。因为过去在图中往往用“云”来表示电信网,所以后来也用“云”来表示互联网和底层基础设施的抽象。典型的云计算提供商往往提供通用的网络业务应用,可以通过浏览器等软件或者其他Web服务来访问,而软件和数据都存储在服务器上。

2.云计算平台介绍

云计算技术范围很广,目前各大IT企业提供的云计算服务主要是根据自身的特点和优势实现的。下面以Google、IBM、Amazon为例说明。

(1)Google的云计算平台

Google的硬件条件优势,大型的数据中心、搜索引擎的支柱应用,促使Google云计算迅速发展。Google的云计算主要由MapReduce、Google文件系统(GFS)、BigTable组成。它们是Google内部云计算基础平台的三个主要部分。Google还构建其他云计算组件,包括一个领域描述语言以及分布式锁服务机制等。Sawzall是一种建立在MapReduce基础上的领域语言,专门用于大规模的信息处理。Chubby是一个高可用、分布式数据锁服务,当有机器失效时,Chubby使用Paxos算法来保证备份。

(2)IBM“蓝云”计算平台

“蓝云”解决方案是由IBM云计算中心开发的企业级云计算解决方案。该解决方案可以对企业现有的基础架构进行整合,通过虚拟化技术和自动化技术,构建企业自己拥有的云计算中心,实现企业硬件资源和软件资源的统一管理、统一分配、统一部署、统一监控和统一备份,打破应用对资源的独占,从而帮助企业实现云计算理念。IBM 的“蓝云”计算平台是一套软、硬件平台,将Internet上使用的技术扩展到企业平台上,使得数据中心使用类似于互联网的计算环境。“蓝云”大量使用了IBM先进的大规模计算技术,结合了IBM自身的软、硬件系统以及服务技术,支持开放标准与开放源代码软件。“蓝云”基于IBM Almaden研究中心的云基础架构,采用了Xen和PowerVM虚拟化软件,Linux操作系统映像以及Hadoop软件(Google File System以及MapReduce的开源实现)。IBM已经正式推出了基于x86 芯片服务器系统的“蓝云”产品。

(3)Amazon的弹性计算云

Amazon是互联网上最大的在线零售商,为了应付交易高峰,不得不购买了大量的服务器。而在大多数时间,大部分服务器闲置,造成了很大的浪费,为了合理利用空闲服务器,Amazon建立了自己的云计算平台弹性计算云EC2(Elastic Compute Cloud),并且是第一家将基础设施作为服务出售的公司。Amazon将自己的弹性计算云建立在公司内部的大规模集群计算的平台上,而用户可以通过弹性计算云的网络界面去操作在云计算平台上运行的各个实例(Instance)。用户使用实例的付费方式由用户的使用状况决定,即用户只需为自己所使用的计算平台实例付费,运行结束后计费也随之结束。这里所说的实例即是由用户控制的完整的虚拟机运行实例。通过这种方式,用户不必自己去建立云计算平台,节省了设备与维护费用。

3.海量存储

云计算是目前最大的技术趋势,也是以互联网为基础的新一代技术的总称。除了基础设施层面的新型硬件与数据中心、分布式计算、海量数据存储与处理等等技术之外,还包括人与人之间更多的交流方式(社会化网络),终端设备的多样化(移动),无所不在的数据采集方式(物联网)和新一代自然用户界面、用户体验。其中,海量数据存储与处理将发挥核心作用。

海量数据作为一个专有名词成为热点,主要应归功于近几年来移动互联网、云计算和物联网的迅猛发展。无所不在的移动设备、RFID、无线传感器每分每秒都在产生数据、数以亿计用户的互联网服务时时刻刻在产生巨量的交互,要处理的数据量实在是太大、增长太快了,据IDC(Internet Data Center)2006 年估计,全世界的数据量已超过 0.18ZB(1ZB=2 70 B),差不多平均全世界每个人一块 100 多GB的硬盘的数据拥有量。面对如此庞大的数据量,各个大型企业特别是以数据搜集为主的公司的数据量就可想而知了:百度,数百个PB(1PB=2 50 B);Yahoo!100PB。为了要满足业务需求和减缓竞争压力,对数据处理的实时性、有效性又提出了更高的要求,传统的常规的技术手段根本无法应对当前的形势。

在这种情况下,技术人员纷纷研发和采用了一批新的技术、主要包括分布式缓存、基于MPP的分布式数据库、分布式文件系统、各种NoSQL分布式存储方案等。

1.4.3 物联网

物联网(The Internet of Things)就是物物相连的互联网,是新一代信息技术的重要组成部分,它有两层意思。

(1)物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络。

(2)其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。

因此,物联网的定义是通过射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

目前,物联网产业还处于成长阶段,发展之路任重而道远。我国无锡、青岛、上海、杭州等城市相继出台了物联网发展规划。据不完全统计,目前全国已有 28 个省区市将物联网作为战略性新兴产业发展重点之一,各个省市都在抢先发展物联网产业,试图占据物联网战略高地。

1.4.4 Wi-Fi和 5G

1.Wi-Fi

Wi-Fi是一种可以将个人计算机、手持设备(如PDA、手机)等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌,由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善基于IEEE 802.11 标准的无线网路产品之间的互通性。

Wi-Fi联盟成立于 1999 年,当时的名称叫作Wireless Ethernet Compatibility Alliance(WECA)。在 2002 年 10 月,正式改名为Wi-Fi Alliance。

通俗地说,Wi-Fi就是一种无线联网的技术,以前通过网线连接计算机,而现在则是通过无线电波来联网;常见的就是一个无线路由器,那么在这个无线路由器的电波覆盖的有效范围都可以采用Wi-Fi连接方式进行联网,如果无线路由器连接了一条ADSL线路或者别的上网线路,则又被称为“热点”。

现在市面上常见的无线路由器多为 54M速度,再上一个等级就是 108M的速度,当然这个速度并不是我们上互联网的速度,上互联网的速度主要是取决于Wi-Fi热点的互联网线路。

Wi-Fi实质就是一种无线局域网,“Wireless Fidelity”基于IEEE 802.11b标准的无线局域网,就是我们通常所说的无线上网(Wi-Fi)。

2.5G

移动通信技术经过几代发展,概略介绍如下。

第一代:模拟制式手机 1G,也称为蜂窝式移动电话。代表作为影视剧作品中见到的“大哥大”,采用模拟技术、仅限于接打电话。

第二代:GSM、TDMA等数字手机 2G。从 2G开始引入手机短信,并在 2G后期引入了GPRS上网,不过速度只有几十kbit/s。

第三代:也称为 3G。从 3G开始可以提供丰富多彩的移动多媒体业务,它能够在全球范围内更好地实现无缝漫游,并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务,其传输速率在高速移动环境中支持 144kbit/s,步行慢速移动环境中支持 384kbit/s,静止状态下支持 2Mbit/s。3G标准,国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)目前一共确定了全球四大 3G标准,它们分别是WCDMA、CDMA2000 和TD-SCDMA和WiMAX。

第四代:第四代移动通信技术,外语缩写 4G。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。4G是集 3G与WLAN于一体,并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以 100Mbit/s以上的速度下载,比目前的家用宽带还要快,并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外,4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署,然后再扩展到整个地区。很明显,4G有着不可比拟的优越性。

4G除了网速比 3G快许多以外,流量价格较 3G时代也大为降低。随时随地地接打语音、视频电话,上网看视频等这些功能,都是在 4G普及之后才真正实现的。

第五代:5G是英文 5-Generation的缩写,也就是第五代移动通信技术。

移动通信技术目前即将跨入 5G时代,5G带来的最直观感受将是网速的极大提升。目前4G/LTE的峰值传输速率达到每秒 100MB,而 5G的峰值理论速率将达到每秒 10GB。4G时代用LTE网络下载一部电影可能会用 1min,而用 5G下载一部高画质(HD)电影最快只需 1s。

从专业角度讲,除了要满足超高速的传输需求外,5G还需满足超大带宽、超高容量、超密站点、超可靠性、随时随地可接入性等要求。因此通信界普遍认为,5G是一个广带化、泛在化、智能化、融合化、绿色节能的网络。 vY+e95L6L4ZTr9UXJ7ll3QwycN9JIwvSVyireXpm3lbeiV6gWwPQYZoL12B1bLah

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