《信息技术》课件-第1章 信息技术基础

第1章信息技术基础人们把人类在认识自然和改造自然的过程中积累起来，并在生产劳动中体现出来的经验和知识称为“技术”，有时也泛指这些经验和知识物化的结果；技术的本质或其存在的价值在于它能拓展人类器官的功能。通常情况下，凡是涉及信息的产生、获取、检测、识别、变换、传递、处理、存储、显示、控制、利用和反馈等与信息活动有关的，以增强人类信息功能为目的的技术，都可以称为信息技术（InformationTechnology，IT）。！前言1信息技术概述2计算机硬件组成3进制的转换与表示4新一代信息技术5课后练习与指导目录CONTENTS1.1信息技术概述第1章

信息技术基础1.1.1信息技术的发展1.古代信息技术人类通信历史很悠久。远古时期，人们通过简单的语言、壁画等方式交换信息。千百年来，人们用语言、图符、钟鼓、烟火、竹简、纸书、烽火狼烟、飞鸽、驿马等传递信息，如图1-1-1所示。1.1.1信息技术的发展1.古代信息技术第一次信息技术革命是语言的使用，发生在距今约35000年～50000年前。第二次信息技术革命是文字的创造，大约在公元前3500年出现了文字。文字的创造，这是信息第一次打破时间、空间的限制。陶器上的符号出现于原始社会母系氏族繁荣时期（河姆渡和半坡原始居民）。甲骨文记载商朝的社会生产状况和阶级关系，我国文字可考的历史从商朝开始。金文（也叫铜器铭文）出现在商周一些青铜器，常铸刻在钟或鼎上，又叫“钟鼎文”，如图1-1-2所示。第三次信息技术的革命是印刷的发明。活字印刷术的发明约在公元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)。1.1.1信息技术的发展2.近代信息技术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。19世纪中叶以后，随着电报、电话的发明，电磁波的发现，通信领域产生了根本性的变革，实现了金属导线上电脉冲传递信息及通过电磁波来进行无线通信。1.1.1信息技术的发展3.现代信息技术第五次信息技术革命始于20世纪40年代，其标志是电子计算机的普应用及计算机与现代通信技术的有机结合。随着电子技术的发展，军制、科研迫切需要解决的计算工具也得到改进，1946年由美国宾夕法尼亚大学研制的第一台电子计算机诞生了（见图1-1-5）。1.1.2现代信息技术的内涵现代信息技术的发展和应用已经深入到社会的各个层面，包括但不限于经济、医疗、教育和生活方式等方面。它的核心特征包括：（1）微电子技术的加速发展导致了芯片的高度密集化。（2）信息的数字转换处理技术走向成熟，为大规模和多领域的信息产品和服务提供了基础。（3）软件技术的高速发展使得网络变得智能化。（4）数字化技术的应用极大地扩展了信息的应用范围，催生了电子商务、远程教育、远程医疗、家庭办公等多种新的通信和信息服务方式。（5）互联网和多媒体资源的利用成为公众可以直接接触到的现代信息技术的一部分。1.1.3计算机的发展和趋势1.早期的计算与计算器我国早在春秋战国时期就发明了算筹法，南北朝时期的数学家祖冲之计算出了当时世界上最精确的圆周率。唐朝末期，标志着古老东方文明的算盘在我国诞生（见图1-1-6）。1642年，法国数学家帕斯卡发明了能完成加、减运算的手摇式机械计算器。1694年，德国数学家莱布尼茨设计出了能完成加、减、乘、除和开方运算的手摇式机械计算器（见图1-1-6）。1.1.3计算机的发展和趋势2.现代电子计算机1941年，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼提出了3个非常重要的概念：①存储程序：存储不仅要存储数据，而且要存储程序。②采用二进制：计算机内部使用二进制。③顺序控制：从存储器中取指令或数据，由控制器解释，由运算器完成计算。这3个基本概念的提出为电子计算机的出现奠定了坚实的理论基础，而以它们为理论制造出来的计算机至今仍然是计算机体系结构的主流，冯·诺依曼也因此被誉为电子计算机之父。1946年世界上第一台电子数字积分式计算机（TheElectronicNumericalIntegratorAndComputer，ENIAC）在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院诞生。1.1.3计算机的发展和趋势3.计算机发展的4个阶段第一代（1946～1957年）电子管时代。第二代（1958～1964年）晶体管时代。第三代（1965～1970年）中、小规模集成电路时代。第四代（1971年至今大规模和超大规模集成电路时代。第四代计算机的主要特点分别介绍1.1.3计算机的发展和趋势3.计算机发展的4个阶段第一代（1946～1957年）——电子管时代。这一时代的计算机具备如下一些主要技术指标和特点：①元器件：采用真空电子管和继电器，内存储器采用水银延迟线，外存储器采用纸带、卡片、磁带、磁鼓和磁芯。②软件：使用线路和机器语言编程。③特点：计算机体积大，造价高，运算速度慢，存储容量小，编程繁琐。④应用范围：用于数值计算、军事研究和人口普查。1.1.3计算机的发展和趋势3.计算机发展的4个阶段第二代（1958～1964年）——晶体管时代。1947年，美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组发明了晶体管。晶体管的问世是20世纪的一项重大发明，是微电子革命的先声。同时，它的出现又为后来集成电路的诞生吹响了号角。晶体管比电子管功耗少、体积小、质量轻、工作电压低、工作可靠性好。1954年，贝尔实验室制成了第一台晶体管计算机——TRADIC，使计算机体积大大缩小。1957年，美国研制成功了全部使用晶体管的计算机，第二代计算机诞生了。第二代计算机的主要特点是：①元器件：采用晶体管；内存储器采用磁芯存储器，外存储器增加了磁盘；开发了一些外部设备。②软件：出现了监控程序和管理软件；出现了高级语言，如FORTRAN、Cobol等。③特点：计算机体积减小，成本降低，功能增强，可靠性提高；运算速度提高到每秒几十万次；存储容量扩大；由于程序设计语言的出现，编程更加方便。④应用范围：科学计算、数据处理与事务管理。1.1.3计算机的发展和趋势3.计算机发展的4个阶段第三代（1965～1970年）——中、小规模集成电路时代。20世纪60年代初期，美国的基尔比和诺伊斯发明了集成电路，引发了电路设计革命，第三代计算机诞生了。第三代计算机的主要特点分别介绍如下：①元器件：小规模和中等规模集成电路，磁芯存储器容量增加，外部设备大量出现。②软件：出现了操作系统，程序设计语言的种类进一步增多。③特点：体积进一步减小，功能进一步增强，可靠性进一步提高；运算速度达到每秒几百万次；存储容量进一步扩大；计算机向标准化、多样化、通用化与系列化方向发展。④应用范围：已广泛用于各个领域。1.1.3计算机的发展和趋势3.计算机发展的4个阶段第四代（1971年至今）——大规模和超大规模集成电路时代。第四代计算机的主要特点分别介绍如下：①元器件：采用大规模和超大规模集成电路；半导体存储器代替了磁芯存储器；出现了光盘、U盘等存储设备。②软件：操作系统更加完善，种类更加齐全，程序设计语言由非结构化向结构化和面向对象方向转变。③特点：计算机制造和软件生产形成产业化，计算机网络化是这个时代的一大特征。④应用范围：已经普及、深入到各行各业之中。1.1.4信息技术的发展趋势1.信息技术向纵深化和融合化发展在计算机技术日臻完善、通信技术普遍数字化后，信息技术与产业发展正加速融合，实现了现代通信系统在计算机的控制下传播的自动化和高效化，形成了二者相互融合，相互促进，呈现融合化发展的局面。1.1.4信息技术的发展趋势2.信息处理向泛在化和云集化发展习近平总书记在党的二十大报告中指出，“加快发展数字经济，促进数字经济和实体经济深度融合”。新一代信息技术与各产业结合形成数字化生产力和数字经济，是现代化经济体系发展的重要方向。大数据、云计算、人工智能等新一代数字技术是当代创新最活跃、应用最广泛、带动力最强的科技领域，给产业发展、日常生活、社会治理带来深刻影响。1.1.4信息技术的发展趋势3.信息服务向个性化和共性化发展信息技术的快速进展，世界对信息的需求增长，信息产品和信息服务对于各个国家、地区、企业、单位、家庭、个人都不可缺。未来出现的信息平台和终端，都将更加方便、人性化、智能化，与个人的关系也将更加密切。信息技术在全球的广泛使用，影响着经济结构与经济效率，已成为经济活动和社会生活的基石，信息产业成为世界各国，特别是发达国家竞相投资、重点发展的战略性产业部门。1.1.5课后练习1.近代信息技术发展阶段的基本特征是（）。A．网络B．电传输C．文字记载D．光纤2.信息技术的发展经历了五次重大变革，进入现代信息技术阶段的标志是（）。A．“信息爆炸”现象的产生B．电话的普及C．互联网的出现D．电子计算机的发明3.所谓3C技术是指（）。A．新材料和新能量B．电子技术、微电子技术、激光技术C．计算机技术、通信技术、控制技术D．信息技术在人类生产和生活中的各种具体应用4.第二代电子计算机所采用的电子元件是（）。A．继电器B．晶体管C．电子管D．集成电路5.现代信息技术包括数据获取技术、数据传输技术、（）、数据控制技术、数据存储技术和信息展示技术。A．数据安全技术B．数据采集技术C．数据库技术D．数据处理技术1.2计算机硬件组成第1章

信息技术基础1.2.1通用计算机系统1.计算机硬件基本组成计算机硬件是指一些电子的、磁性的、机械的器件按一定结构组成的设备，每个功能部件各尽其职、协调工作，缺少其中任何一个就不能成为完整的计算机系统。计算机硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。1.2.1通用计算机系统2.冯·诺依曼型计算机的结构和工作原理冯·诺依曼型计算机是将程序和数据事先存放在外存储器中，在执行时将程序和数据先从外存装入内存中，然后使计算机在工作时自动地从内存中取出指令并加以执行，这就是存储程序概念的基本原理。1.2.1通用计算机系统1.2.2计算机的硬件系统1.中央处理器中央处理器（CPU）主要由控制器、运算器和寄存器组成，通常集中在一块芯片上，是计算机系统的核心器件。CPU从存储器取出指令，放入CPU内部的指令寄存器，并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。1.2.2计算机的硬件系统1.中央处理器（1）运算器。运算器又称算术逻辑单元(ArithmeticLogicUnit，ALU)，运算器是用来进行算术运算和逻辑运算的元件。（2）控制器。控制器负责从存储器中取出指令、分析指令、确定指令类型并对指令进行译码，按时间先后顺序负责向其他各部件发出控制信号，保证各部件协调工作。(3)寄存器。寄存器是用来存放当前运算所需的各种操作数、地址信息、中间信息、中间结果等内容的。将数据暂时存于CPU内部寄存器中，加快了CPU的操作速度。1.2.2计算机的硬件系统2.存储器存储器用来存储数据和程序，存储器分为主存储器和辅助存储器。（1）主存储器。主存储器又称内存，CPU可以直接访问它，存取速度可达6ns,主要存放将要运行的程序和数据（见图1-2-4）。1.2.2计算机的硬件系统2.存储器（2）辅助存储器。辅助存储器属外部设备，又称外存，常见的有硬盘、光盘、移动外存储器。硬磁盘存储器通常简称为硬盘，是计算机系统配置中必不可少的外存储器（见图1-2-5）。1.2.2计算机的硬件系统2.存储器光盘存储器主要包括光盘、光盘驱动器(CD-ROM驱动器)和光盘控制器。目前用于微型计算机系统的光盘按照读/写方式可分为只读光盘、一次性刻录光盘和可擦写光盘3类，如图1-2-7所示。目前主要使用的移动外存储器主要有闪存盘和USB硬盘，如图1-2-8所示。1.2.2计算机的硬件系统2.存储器（3）存储器的主要性能指标。①存储容量。存储容量是指每一个存储芯片或模块能够存储的二进制位数。常用单位有b(bit,位/比特)、B(Byte,字节)、KB(KiloByte,千字节)、MB(MegaByte,兆字节)、GB(GigaByte,吉字节)、TB(TeraByte,太字节)等。②存取速度。存取速度是指从CPU给出有效的存储器地址到存储器输出有效数据所需要的时间。内存的存取速度通常以ns为单位。内存的存取速度关系着CPU对内存读/写的时间，不同型号规格的内存有不同的速度，如ROM就有27010-20、27010-15等不同的速度。DRAM也有411000-7、411000-6等不同的速度，这些编号后面的数字代表存储的响应时间，即20代表200ns,15代表150ns,7代表70ns,6代表60ns,可以看出RAM的速度比ROM的速度快很多。1.2.2计算机的硬件系统3.输入/输出设备输入/输出设备简称I/O设备，它是外部与计算机交换信息的渠道，用户通过输入设备将程序、数据、操作命令等输入计算机，计算机通过输出设备将处理的结果显示或打印出来。计算机常用的输入设备有键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、数码相机等，常用的输出设备有显示器、打印机、投影仪、声音输出设备等，如图1-2-9所示。1.2.2计算机的硬件系统4．总线、主板和接口（1）总线：是一组连接各个部件的公共通信线路，是计算机内部传输指令、数据和各种控制信息的高速通道，是计算机硬件的一个重要组成部分。①地址总线。传输的是地址信号，一般是单向传输。当CPU需要访问某个外设时，它向地址总线发出相应外设的地址信号，以选择某个外设。②数据总线。传输的是数据，一般是双向传输。CPU进行“读”时，数据由外设流向CPU，当CPU进行“写”时，数据由CPU流向外设。③控制总线。有的是CPU向内存或外部设备发出的信号；有的是内存或外部设备向CPU发出的信号。对每条控制线而言信号是单向传送，但作为整体是双向的。1.2.2计算机的硬件系统4．总线、主板和接口（2）主板。主板是电脑中各种设备的连接载体。它提供CPU、各种接口卡、内存条和硬盘、软驱、光驱的插槽，其他的外部设备也会通过主板上的I/O接口连接到计算机上。（3）接口。I/O接口是连接主机和外部设备之间的逻辑部件，由I/O接口电路、连接器(一般为连接电缆)和接口软件(即设备驱动程序)组成。1.2.2计算机的硬件系统1.指令指令是指计算机执行特定操作的命令，是程序设计的最小语言单位。指令由操作码+地址码（或操作数）构成。指令系统是指一台计算机所能执行的全部指令的集合，不同型号的计算机有不同的指令系统，它反映了计算机的基本功能和处理能力。1.2.3计算机指令系统2.计算机系统的构成1.2.3计算机指令系统1.计算机的基本组成原理中所述五大部分包括（）。A．CPU、主机、电源、输入和输出设备B．控制器、运算器、高速缓存、输入和输出设备C．CPU、磁盘、键盘、显示器和电源D．控制器、运算器、存储器、输入和输出设备2.计算机断电或重新启动后，（）中的信息丢失。A．ROMB．RAMC．光盘D．已存放在硬盘3.在现代存储技术中闪存卡属于（）技术。A．刻录B．移动存储C．网络存储D．直接连接存储4.计算机外部输入设备中最重要的是（）。A．显示器和打印机B．扫描仪和手写输入板C．鼠标器和键盘D．游戏杆和轨迹球5.计算机的机器指令一般由两部分组成，它们是操作码和（）。A．时钟频率B．指令长度码C．操作数D．指令频率1.2.4课后练习1.3进制的转换与表示第1章

信息技术基础1.3.1计算机的存储单位1．位（bit）位表示一位二进制信息，可存放一个二进制的逻辑“0”或者逻辑“1”，是计算机中存储信息的最小单位。1.3.1计算机的存储单位2．字节（Byte）字节是计算机中存储器的一个存储单元，由8个二进制位组成。字节（B）是存储容量的基本单位，数据存储单位有：bit、Byte、KB、MB、GB、TB、PB、EB、ZB、YB、BB、NB、DB。从Byte开始，它们按照进率1024（2的十次方）来计算。KB：1KB=1024B=210B。MB：1MB=1024KB=1024×1024B=220B。GB：1GB=1024MB=1024×1024KB=1024×1024×1024B=230B。TB：1TB=1024GB=1024×1024MB=1024×1024×1024KB=1024×1024×1024×1024B=240B。1.3.1计算机的存储单位3．字长（word）计算机进行数据处理时，一次存取、加工和传送的数据长度称为字长。一个字通常由一个或多个字节构成。计算机的字长决定了CPU一次操作所能处理的数据的长度。由此可见，计算机的字长越长，其性能越优越。1.3.2数制1．基本概念进位制数码基数权规则十进制0、1、2、3、4、5、6、7、8、91010n逢10进1二进制0、122n逢2进1八进制0、1、2、3、4、5、6、788n逢8进1十六进制0、1、…、9、A、B、C、D、E、F1616n逢16进12．按权展开式按权展开式就是将任意进制的数表示成该数每个位置上的数码乘以该位置上的权值。任何进制的数都可以按其位权进行展开。例如：1.3.2数制1.3.3数制之间的转换1．非十进制数转换为十进制数按权展开式就是将任意进制的数表示成该数每个位置上的数码乘以该位置上的权值。任何进制的数都可以按其位权进行展开。例如：1.3.3数制之间的转换2．十进制数转换为非十进制数十进制数转换为非十进制数的方法：整数部分采用除基数取余法、小数部分采用乘基数取整法，分别转换后组合得到。（1）除基数取余法：逐次除以基数，每次求得的余数即为转换后的数的整数部分各位的数码，直到商为0。（2）乘基数取整法：逐次乘以基数，每次乘积的整数部分即为转换后的数的小数各位的数码。1.3.3数制之间的转换2．十进制数转换为非十进制数1.3.3数制之间的转换3．二进制与八进制、十六进制的转换（1）二进制与八进制的转换。二进制数转换成八进制数的方法是：将二进制数从小数点开始分别向左（整数部分）和向右（小数部分）每3位分成一组，不足3位时补0，分别转换成八进制数码中的一个数字，然后连接起来。例如10110.01，按3位分组为010110.010，分别转换成八进制数26.2，因此，(10110.01)2=(26.2)8。1位八进制数012345673位二进制数0000010100111001011101111.3.3数制之间的转换3．二进制与八进制、十六进制的转换（2）二进制与十六进制的转换。二进制数与十六进制数互相转换的方法与上面介绍的二进制数与八进制数的转换方法类似，只是十六进制数的1位与二进制数的4位数相对应。例如，(100101.011)2=00100101.0110=(25.6)16。1位十六进制数012345674位二进制数000000010010001101000101011001111位十六进制数89ABCDEF4位二进制数100010011010101111001101111011111.3.3数制之间的转换3．二进制与八进制、十六进制的转换（3）八进制与十六进制的转换。八进制与十六进制之间的转换没有直接的方法，中间要以二进制为过渡。1.3.4二进制的运算1．算术运算（1）加法：0+0=01+0=0+1=11+1=10（1为进位）（2）减法：0-0=01-0=11-1=00-1=1（借位1）（3）乘法：0×0=00×1=1×0=01×1=1（4）除法：0/1=01/1=11.3.4二进制的运算2．逻辑运算（1）或（“∨”或“+”）：或运算中，两个逻辑值只要有一个为1，结果就为1，否则为0。例如：0∨0=0，0∨1=1，1∨0=1，1∨1=1。（2）与（“∧”或“·”）：与运算中，只有两个逻辑值都为1时，结果才为1，其余都为0。例如：0∧0=0，0∧1=0，1∧0=0，1∧1=1。（3）非（“ˉ”）：非运算中，对每位的逻辑值取反。1.3.5计算机信息编码1．字符数据的编码ASCII码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）是美国信息交换标准代码的简称。每个ASCII码占1个字节，有7位ASCII码和8位ASCII码两种，7位ASCII码称为标准ASCII码（规定最高位为0），8位ASCII码称为扩充ASCII码。7位二进制数给出了128种不同的组合，表示128个不同的字符。2．数值型数据的编码BCD（Binary-codedDecimal）码用4位二进制数表示1位十进制数。例如，BCD码1000001001101001按4位一组分别转换，结果是十进制数8269。BCD码中的每4位二进制代码是有权码，从左到右按高位到低位权依次是8、4、2、1。4位BCD码最小数是0000，最大数是1001。1.3.5计算机信息编码3．汉字编码（1）输入码。键盘是计算机的主要输入设备之一，输入码就是用英文键盘输入汉字时的编码。输入汉字一般有两种途径：一是由计算机自动识别汉字，要求计算机模拟人的智能；二是由人将相应的计算机编码以手动方式用键盘输入计算机。前者主要有手写笔、语音识别和扫描识别等，后者有区位码、全拼、五笔字型、微软拼音和智能ABC等，它们都属于外码。1.3.5计算机信息编码3．汉字编码（2）国标码。1980年我国制定了GB2312—1980标准，颁布了一套用于汉字信息交换的代码，共收录汉字6763个，各种字母符号682个，合计7445个。其中常用汉字（一级汉字）3755个，以拼音为序；二级汉字3008个，以偏旁部首为序。规定每一个汉字用2字节来存放，每个字节用7位码来表示，在0000000～1111111之间变化。1.3.5计算机信息编码3．汉字编码（3）区位码。在GB2312—1980的编码方式中，国家标准将汉字和图形符号排列在一个94行94列的二维代码表中，每两个字节分别用两位十进制数来编码，前面那个字节的编码叫区码，后面那个字节的编码叫位码，这就是区位码。例如“保”这个字，它在二维代码表中位于第17区第3位，那么其区位码就是1703。1.3.5计算机信息编码2．数值型数据的编码（4）机内码。国标码是汉字信息交换的标准编码，但是因为其两个字节的最高位规定成了0，这样一个汉字的国标码就很容易被误认为是两个西文字符的ASCII码。于是，在计算机内部也就无法采用国标码。对此可以采用变形后的国标码，也就是将国标码的两个字节的高位由两个0变成两个1，这就成了机内码。1.3.5计算机信息编码2．数值型数据的编码（5）汉字字形码。汉字信息在计算机中采用机内码，但输出时必须转换成字形码，因此对每一个汉字，都要有对应的字的模型储存在计算机内，这就是字库。它又分为“软字库”和“硬字库”两种。构成汉字字形的方法有两种：向量（矢量）法和点阵法。用点阵表示字形时，汉字字形码一般指确定汉字字形的点阵代码。字形码也称字模码，它是汉字的输出形式。随着汉字字形点阵和格式的不同，汉字字形码也不同。常用的字形点阵有16×16点阵、24×24点阵、48×48点阵等。1.3.5计算机信息编码1.下面有关数制的说法中，不正确的是（）。A．二进制数制仅含数符0和1B．十进制16等于十六进制10HC．一个数字串的某数符可能为0，但任一数位上的“权”值不可能是0D．常用计算机内部一切数据都是以十进制为运算单位的2.二进制数10001001011B转换为十进制数是（）。A．2090B．1077C．1099D．20773.十六进制数FBH转换为二进制数是（）。A．10111111BB．11111100BC．11111011BD．11101100B4.下列汉字输入法中，唯一没有重码的输入法是（）。A．微软拼音输入法B．五笔字型C．智能ABCD．区位码5.若已知某汉字的区位码是3222，则它的国标码是（）。A．4252DB．5242HC．4036HD．5524H1.3.6课后练习1.4新一代信息技术第1章

信息技术基础1.4.1物联网1.物联网的定义和基本特征物联网(InternetofThings，IoT)是指通过互联网连接各种信息传感设备，使物体设备按约定的协议与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能（见图1-4-1）。1.4.1物联网2.物联网的关键技术（1）射频识别技术（RFID）。RFID是一种简单的无线系统，由一个阅读器（或询问器）和很多应标签（或答器）组成。标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有扩展词条唯一的电子编码，附着在物体上标记目标对象，它通过天线将射频信息传递给阅读器，阅读器就是读取信息的设备。RFID技术赋予了物联网一个“可跟踪性”的特性（如图1-4-2所示）。1.4.1物联网2.物联网的关键技术（2）微机电系统。微机电系统（Micro-Electro-MechanicalSystems）由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统（如图1-4-3所示）。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。1.4.1物联网2.物联网的关键技术（3）M2M系统框架。M2M是Machine-to-Machine/Man的简称，是一种以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与服务。M2M技术涉及5个重要的技术部分：机器、M2M硬件、通信网络、中间件、应用。基于云计算平台和智能网络，可以依据传感器网络获取的数据进行决策，改变对象的行为进行控制和反馈（见图1-4-4）。1.4.1物联网3.物联网应用场景（1）智能停车场。当该车辆驶入或离开天线通信区时，天线以微波通讯的方式与电子识别卡进行双向数据交换，从电子车卡上读取车辆的相关信息，在司机卡上读取司机的相关信息，自动识别电子车卡和司机卡，并判断车卡是否有效和司机卡的合法性，核对车道控制电脑显示与该电子车卡和司机卡一一对应的车牌号码及驾驶员等资料信息；车道控制电脑自动将通过时间、车辆和驾驶员的有关信息存入数据库中，车道控制电脑根据读到的数据判断是正常卡、未授权卡、无卡还是非法卡，据此作出相应的回应和提示，如图1-4-5所示。1.4.1物联网3.物联网应用场景（2）智能穿戴设备。智能穿戴设备（如图1-4-6所示）不仅仅是一种硬件设备，更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能，可穿戴设备将会对我们的生活、感知带来很大的转变。如果家中老人戴上嵌入智能传感器的手表，那即使在外地的子女也可以随时通过手机查询父母的血压、心跳是否稳定。1.4.1物联网3.物联网应用场景（3）智能家居。智能家居是指手机端控制中心与家居产品之间通过物联网连接实现智能家庭化的方案。无论是智能家居、智能厨房还是智能客厅，智能家居是人工智能的一个重要应用场景。通过使用人工智能技术，家庭设备可以自动连接和管理。例如，摄像头可以通过语音命令控制，智能音响可以自动播放个性化音乐或设置闹钟，智能灯具可以自动识别阳光和室内光照强度并调整适宜的亮度。1.4.2云计算1.定义云计算其实就是一种分布式计算，是指通过计算机网络（多指因特网）形成的计算能力极强的系统，可存储、集合相关资源并可按需配置，向用户提供个性化服务。1.4.2云计算2.起源与发展1956年，英国学者克里斯托弗·斯特雷奇发表了一篇有关虚拟化的论文，正式提出了虚拟化的概念。虚拟化是今天云计算基础架构的核心，是云计算发展的基础，随着网络技术的发展，逐渐孕育了云计算的萌芽。在2006年8月，谷歌首席执行官埃里克·施密特在搜索引擎大会（SESSanJose2006）首次提出“云计算”（CloudComputing）的概念。这是云计算发展史上第一次正式地提出这一概念，有着巨大的历史意义。在2008年，微软发布其公共云计算平台（WindowsAzurePlatform），由此拉开了微软的云计算大幕。2008年阿里云起步，筹建一套能管控服务器集群的超级系统，次年着手自研云操作系统“飞天”。几年后，华为、腾讯等也跟进进入云计算领域（见图1-4-8）。1.4.2云计算3.云计算优势与特点第一，虚拟化技术。虚拟化突破了时间、空间的界限，是云计算最为显著的特点，虚拟化技术包括应用虚拟和资源虚拟两种。第二，动态可扩展。云计算具有高效的运算能力，在原有服务器基础上增加云计算功能能够使计算速度迅速提高，最终实现动态扩展虚拟化的层次，达到对应用进行扩展的目的。第三，按需部署。计算机包含了许多应用、程序软件等，不同的应用对应的数据资源库不同，所以用户运行不同的应用需要较强的计算能力对资源进行部署，而云计算平台能够根据用户的需求快速配备计算能力及资源。第四，灵活性高。虚拟化要素统一放在云系统资源虚拟池当中进行管理，而云计算所具有的强兼容性，不仅可以兼容低配置机器、不同厂商的硬件产品，还可外设以获得更高性能计算。1.4.2云计算3.云计算优势与特点第五，可靠性高。即使出现单点服务器故障也不会影响计算与应用的正常运行。因为单点服务器出现故障可以通过虚拟化技术将分布在不同物理服务器上面的应用进行恢复，或利用动态扩展功能部署新的服务器进行计算。第六，性价比高。将资源放在虚拟资源池中统一管理在一定程度上优化了物理资源，通过选择相对廉价的PC组成云，一方面可以减少费用，另一方面所具有的计算性能不逊于大型主机。第七，可扩展性。用户可以利用应用软件的快速部署条件，更简单快捷地将自身所需的已有业务以及新业务进行扩展。如，计算机云计算系统中出现的设备故障，对于用户来说，无论是在计算机层面上，或是在具体运用上均不会受到阻碍，可以利用计算机云计算具有的动态扩展功能来对其他服务器开展有效扩展。这样一来就能够确保任务得以有序完成。在对虚拟化资源进行动态扩展的情况下，同时能够高效扩展应用，提高计算机云计算的操作水平。1.4.3大数据1.大数据的定义、特点和作用大数据（bigdata）是指无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合，是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。大数据的作用主要有：①对大数据的处理分析成为新一代信息技术融合应用的结点；②大数据是信息产业持续高速增长的新引擎；③大数据利用将成为提高核心竞争力的关键因素；④大数据时代科学研究的方法手段将发生重大改变。1.4.3大数据2.大数据技术与云计算大数据技术的意义不在于掌握庞大的数据信息，而在于对这些含有意义的数据进行专业化处理。换而言之，如果把大数据比作一种产业，那么这种产业实现盈利的关键，在于提高对数据的“加工能力”，通过“加工”实现数据的“增值”。从技术上看，大数据与云计算的关系就像一枚硬币的正反面一样密不可分。大数据必然无法用单台计算机来进行处理，而是必须依托云计算的分布式处理、分布式数据库和云存储、虚拟化技术对海量数据进行分布式数据挖掘。1.4.3大数据3.大数据存储所面临的问题（1）容量问题。这里所说的“大容量”通常可达到PB级的数据规模，因此，海量数据存储系统也一定要有相应等级的扩展能力。与此同时，存储系统的扩展要尽量简便，最好可以通过增加模块或磁盘柜来增加容量，甚至不需要停机。（2）延迟问题。“大数据”应用还存在实时性问题。这就要求存储系统必须要保持较高的响应速度。（3）安全问题。某些特殊行业的应用，比如金融数据、医疗信息以及政府情报等都有自己的安全标准和保密需求，因此大数据应用也催生出一些新的、需要考虑的安全问题。（4）成本问题。对于使用大数据环境的企业来说，成本控制是关键问题。这意味着要让每一台设备都要实现更高的效率，同时还要尽量减少昂贵的设备部件。目前，重复数据删除技术、自动精简配置、快照和克隆技术的使用可以有效提升存储的效率。1.4.3大数据3.大数据存储所面临的问题（5）数据的积累。许多大数据应用都会涉及法规遵从问题，这些法规通常要求数据要保存几年或者几十年，要实现长期的数据保存，就要求存储厂商开发出能够持续进行数据一致性检测的功能及其他保证长期高可用的特性。（6）灵活性。大数据存储系统的基础设施规模通常都很大，一旦开始投入使用就很难再调整了，因此要保证存储系统的灵活性，使其能够随着应用分析软件一起扩容及扩展。1.4.3大数据4.大数据应用大数据的应用领域有：金融行业、医疗行业、通信行业、零售业等。1.4.4移动互联网1.移动互联网的定义和特点移动互联网是指互联网的技术、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。其工作原理为用户端通过移动终端来对因特网上的信息进行访问，并获取一些所需要的信息，人们可以享受一系列的信息服务带来的便利（如图1-4-9所示）。截至2023年7月底，中国累计建成5G基站305.5万个，占移动基站总数的26.9%。中国5G移动电话用户达6.95亿户，占移动电话用户总数的40.6%；千兆宽带接入用户达1.34亿户，占用户总数的21.7%。1.4.4移动互联网1.移动互联网的定义和特点移动互联网的特点主要有以下几点：第一，终端移动性。移动互联网业务使得用户可以在移动状态下接入和使用互联网服务，移动的终端便于用户随身携带和随时使用。第二，业务使用的私密性。在使用移动互联网业务时，所使用的内容和服务更私密，如手机支付业务等。第三，终端和网络的局限性。移动互联网业务在便携的同时，也受到了来自网络能力和终端能力的限制。第四，业务与终端、网络的强关联性。由于移动互联网业务受到了网络及终端能力的限制，因此，其业务内容和形式也需要适合特定的网络技术规格和终端类型。1.4.4移动互联网2.移动互联网相关技术移动互联网相关技术总体上分成三大部分，分别是移动互联网终端技术、移动互联网通信技术和移动互联网应用技术。移动互联网终端技术包括硬件设备的设计和智能操作系统的开发技术。移动互联网通信技术包括通信标准与各种协议、移动通信网络技术和中段距离无线通信技术。移动互联网应用技术包括服务器端技术、浏览器技术和移动互联网安全技术。1.4.4移动互联网3.移动互联网应用领域移动互联网应用场景十分丰富，深入到工作、生产、生活的方方面面。电子阅读是指利用移动智能终端阅读小说、电子书、报纸、期刊等的应用。电子阅读区别于传统目前的医疗行业利用移动互联网平台推出了很多便民化服务，比如在线就医、在线预约、远程医疗合作在线支付等方面。移动电子商务可以为用户随时随地提供所需的服务、应用、信息和娱乐，利用手机终端方便便捷地选择及购买商品和服务。增强现实（AR）通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面，或在同一个空间同时存在。1.4.5人工智能1.人工智能的定义人工智能（ArtificialIntelligence，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。人工智能是智能学科重要的组成部分，它试图生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反