1.4新一代新兴技术（课件）-《信息技术》同步教学（大连理工大学出版社）

项目1 计算机的基础知识 1 目录 计算机概述 任务1 计算机系统组成 任务2 计算机的软件与语言发展 任务3 新一代新兴技术 任务4 2 任务4 新一代新兴技术 3 任务目标 4 ●了解云计算。 ●了解大数据。 ●了解物联网。 ●了解人工智能。 ●了解其他新兴技术。 4 任务描述 5 小王最近参加了一场新兴科学技术展览会，在参会过程中，发现很多人工智能产品都能够与人进行流畅的交流，同时，他回想起网页中经常会推荐一些曾经搜索或关注过的信息，如前段时间，在天猫上购买了一双运动鞋，之后每次打开天猫主页时，在推荐购买区都会显示一些同类的物品，小王觉得很神奇。随着时代的发展，越来越多的新技术被应用到人们的工作和生活中。小王明白，只有不断学习新知识，才能与时俱进。下面就让我们和小王一块儿来了解云计算、大数据、物联网、人工智能、虚拟现实、区块链等新兴技术吧。 5 知识要点 6 1．了解云计算。包括云计算的定义、发展、应用、技术特点。 2．了解大数据。包括大数据的定义、发展、数据的计量单位、数据处理的基本流程、应用的典型案例。 3．了解物联网。包括物联网的定义、关键技术和应用。 4．了解人工智能。包括人工智能的定义、发展和应用。 5．了解移动互联网。包括移动互联网的定义、发展、特点和应用。 6．了解虚拟现实。包括VR、AR、MR、CR。 7．了解区块链。包括区块链的概念、起源和应用。 8．了解3D打印技术。包括3D打印的原理和应用。 6 任务实施 7 步骤一：了解云计算 步骤二：了解大数据 步骤三：了解物联网 步骤四：了解人工智能 步骤五：了解其他新兴技术 7 步骤一：了解云计算 8 1．云计算的定义 云计算是分布式计算的一种，指的是通过网络云将巨大的数据计算处理程序分解成无数个小程序，然后通过多部服务器组成的系统进行处理和分析这些小程序得到结果并返回给用户。云计算是国家战略性新兴产业，是基于互联网服务的增加、使用和交付模式。云计算通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源，是传统计算机和网络技术发展融合的产物。 8 步骤一：了解云计算 9 2．云计算的发展 2010年开始，云计算作为一个新的技术趋势得到了快速的发展。云计算的崛起无疑会改变IT产业，也将深刻改变人们的工作方式和公司经营的方式。“云计算”的发展基本可以分为4个阶段： （1）理论完善阶段 （2）准备阶段 （3）成长阶段 （4）高速发展阶段 9 步骤一：了解云计算 10 3．云计算技术的特点 云计算技术是硬件技术和网络技术发展到一定阶段出现的新的技术模型，是对实现云计算模式所需的所有技术的总称。分布式计算技术、虚拟化技术、网络技术、服务器技术、数据中心技术、云计算平台技术、分布式存储技术等都属于云计算技术的范畴，同时云计算技术也包括新出现的Hadoop、HPCC、Storm、Spark等技术。云计算技术意味着计算能力也可作为一种商品通过互联网进行流通。云计算里有5个关键技术，分别是虚拟化技术、编程模式、海量数据分布存储技术、海量数据管理技术、云计算平台管理技术。 10 步骤一：了解云计算 11 4．云计算的应用 云计算技术作为一项应用范围广、对产业影响深的技术，正逐步向信息产业等各种产业渗透，产业的结构模式、技术模式和产品销售模式等都会随着云计算技术发生深刻的改变，进而影响人们的工作和生活。随着云计算技术产品、解决方案的不断成熟，衍生出了云制造、教育云、环保云、物流云、云安全、云存储、云游戏、移动云计算等各种功能，对医药医疗领域、制造领域、金融与能源领域、电子政务领域、教育科研领域的影响巨大，为电子邮箱、数据存储、虚拟办公等方面也提供了非常大的便利。常用的云计算应用包括云安全、云存储、云游戏等。 11 步骤二：了解大数据 12 1．大数据的定义 大数据是指无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理、处理的数据集合。想从这些数据集合中获取有用的信息，就需要对大数据进行分析，这不仅需要采用集群的方法获取强大的数据分析能力，还需对面向大数据的新数据分析算法进行深入的研究。 针对大数据进行分析的大数据技术，是指为了传送、存储、分析和应用大数据而采用的软件和硬件技术，也可将其看作是面向数据的高性能计算系统。就技术层面而言，大数据必须依托分布式架构来对海量的数据进行分布式挖掘，必须利用云计算的分布式处理、分布式数据库、云存储和虚拟化技术，因此，大数据与云计算是密不可分的。 12 步骤二：了解大数据 13 2．大数据的发展 大数据发展经历了4个阶段。 （1）出现阶段 （2）热门阶段 （3）时代特征阶段 （4）爆发期阶段 13 步骤二：了解大数据 14 3．数据的计量单位 在研究和应用大数据时，经常会接触到数据存储的计量单位，而随着大数据的产生，数据的计量单位也在逐步发生变化。MB、GB等常用单位已无法有效地描述大数据，典型的大数据一般会用到PB、EB和ZB这3种单位。常用的数据单位如表1-4所示。 数值换算 单位名称 1024B=1KB 干字节（KiloByte） 1024KB=1MB 兆字节（MegaByte） 1024MB=1GB 吉字节（GigaByte） 1024GB=1TB 太字节（TeraByte） 1024TB=1PB 拍字节（PetaByte） 1024PB=1EB 艾字节（ExaByte） 1024EB=1ZB 泽字节（ZettaByte） 1024ZB=1YB 尧字节（YottaByte） 表1-4 常用的数据单位 14 步骤二：了解大数据 15 4．大数据处理的基本流程 大数据处理的数据源类型多种多样，在不同的场合通常需要使用不同的处理方法。在处理大数据的过程中，通常需要经过采集、导入、预处理、统计分析、数据挖掘和数据展现等步骤。在合适的工具辅助下，对不同类型的数据源进行融合、取样和分析，按照一定的标准统一存储数据，并通过去噪等数据分析技术对其进行处理，然后进行分类或群集，最后提取信息，选择可视化认证等方式将结果展示给终端用户。 15 步骤二：了解大数据 16 5．大数据应用典型案例 在以云计算为代表的技术创新背景下，收集和处理数据变得更加简便，国务院在印发的《促进大数据发展行动纲要》中系统地部署了大数据发展工作，通过各行各业的不断创新，大数据也将创造更多价值。下面对大数据典型应用案例进行介绍。 推荐系统。 搜索引擎系统。 高能物理。 16 步骤三：了解物联网 17 1．物联网的定义 物联网是互联网、传统电信网等信息的承载体，它让所有具有独立功能的普通物体实现互联互通的网络。简单地说，物联网就是把所有能行使独立功能的物品，通过信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换，以实现智能化识别和管理。 在物联网上，每个人都可以应用电子标签连接真实的物体。通过物联网可以用中心计算机对机器、设备、人员进行集中管理和控制，也可以对家庭设备、汽车进行遥控，以及搜索设备位置、防止物品被盗等，通过收集这些小的数据，最后聚集成大数据，从而实现物和物相连。 17 步骤三：了解物联网 18 2．物联网的关键技术 目前，物联网的发展非常迅速，尤其在智慧城市、工业、交通以及安防等领域取得了突破性的进展。未来的物联网发展，必须从低功耗、高效率、安全性等方面出发，必须重视物联网的关键技术的发展。物联网的关键技术主要包括RFID射频识别技术、云计算技术、无线网络技术、人工智能技术。 18 步骤三：了解物联网 19 3．物联网的应用 目前，物联网技术的应用十分广泛，主要包括物流、交通、安防、医疗、建筑、能源环保、家居、零售等。 （1）智慧物流 （2）智能交通 （3）智能安防 （4）智能医疗 （5）智慧建筑 （6）智慧能源 （7）智能家居 （8）智能零售 19 步骤四：了解人工智能 20 1．人工智能的定义 人工智能（Artificial Intelligence，Al）也叫做机器智能，是指由人工制造的系统所表现出来的智能，可以概括为研究智能程序的一门科学。人工智能研究的主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，探究相关理论、研发相应技术，如判断、推理、识别、感知、理解、思考、规划、学习等思维活动。人工智能技术已经渗透到人们日常生活的各个方面，涉及的行业也很多，包括游戏、新闻媒体、金融等，并运用于各种领先的研究领域，如量子科学。 20 步骤四：了解人工智能 21 2．人工智能的发展 1956年夏季，以麦卡赛、明斯基、罗切斯特和香农等为首的一批年轻科学家一起聚会，共同研究和探讨用机器模拟智能的一系列有关问题，并首次提出了“人工智能”这一术语，它标志着“人工智能”这门新兴学科的正式诞生。 从1956年正式提出人工智能学科算起，60多年来，人工智能研究取得长足的发展，成为一门广泛的交叉和前沿科学。总的说来，研究人工智能的目的就是让计算机这台机器能够像人一样去思考。当计算机出现后，人类才开始真正有了一个可以模拟人类思维的工具。 21 步骤四：了解人工智能 22 3．人工智能的应用 曾经，人工智能只在一些科幻影片中出现，但伴随着科学的不断发展，人工智能在很多领域得到了不同程度的应用，如在线客服、自动驾驶、智慧生活、智慧医疗等。 （1）在线客服 （2）自动驾驶 （3）智慧生活 （4）智慧医疗 22 步骤五：了解其他新兴技术 23 1．移动互联网 移动互联网是互联网与移动通信在各自独立发展的基础上相互融合的新兴领域，涉及无线蜂窝通信、无线局域网以及互联网、物联网、云计算等诸多领域，能广泛应用于个人即时通信、现代物流、智慧城市等多个场景。 （1）移动互联网的定义 （2）移动互联网的发展 （3）移动互联网的特点。 （4）移动互联网的应用 23 步骤五：了解其他新兴技术 24 2．虚拟现实 虚拟现实技术是一种结合了仿真技术、计算机图形学、人机接口技术、图像处理与模式识别、多传感技术、人工智能等多项技术的交叉技术，虚拟现实技术的研究和开发萌生于20世纪60年代，进一步完善和应用于20世纪90年代到21世纪初。现在非常火的一个概念——“元宇宙”，就是利用了包括虚拟现实、数字孪生、区块链在内的多种新技术。 （1）VR虚拟现实（Virtual Reality，VR） （2）AR增强现实（Augmented Reality，AR） （3）MR介导现实或混合现实（Mediated Reality，MR） （4）CR影像现实（Cinematic Reality，CR） 24 步骤五：了解其他新兴技术 25 3．区块链 从科技层面来看，区块链涉及数学、密码学、互联网和计算机编程等很多科学技术问题。从应用视角来看，简单来说，区块链是一个分布式的共享账本和数据库，具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集体维护、公开透明等特点。这些特点保证了区块链的“诚实”与“透明”，为区块链创造信任奠定基础。而区块链丰富的应用场景，基本上都基于区块链能够解决信息不对称问题，实现多个主体之间的协作信任与一致行动。 区块链技术起源于比特币，2008年11月1日，一位自称中本聪的人发表了《比特币：一种点对点的电子现金系统》一文，阐述了基于P2P网络技术、加密技术、时间戳技术、区块链技术等的电子现金系统的构架理念，这标志着比特币的诞生。两个月后理论步入实践，2009年1月3日第一个序号为0的创世区块诞生。几天后2009年1月9日出现序号为1的区块，并与序号为0的创世区块相连接形成了链，标志着区块链的诞生 。 区块链技术未来将在金融、保险、物流、公共服务、数字版权等诸多领域得到广泛应用。 25 步骤五：了解其他新兴技术 26 4．3D打印 3D打印是一种快速成型技术，以数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造三维物体。 3D打印需借助3D打印机来实现。3D打印机的工作原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器按照程序把产品一层一层地打印出来。可用于3D打印的个质种类非常多，如塑料、金属、陶瓷、橡胶类物质等，还能结合不同介质，打印出不同质感和硬度的物品。 3D打印技术作为一种新兴的技术，在模具制造、工业设计等领域应用广泛，可在产品制造的过程中直接使用3D打印技术打印出零部件。同时，3D打印技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程施工、汽车、航空航天、医疗、教育、地理信息系统、土木工程等领域都有所应用。应用软件：办公软件、多媒体处理和播放软件、Internet工具软件及系统工具软件等。 26 $$