导图社区 软考中级 第2章 信息技术发展
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软考中级 第2章 信息技术发展
一、信息技术及其发展
(一)计算机软硬件
1. 计算机硬件
控制器
像人的大脑,指挥电脑工作,协调各部件
运算器
像人的心脏,对数据进行运算,处理复杂任务
存储器
像人的记忆,存储程序、数据和信息
输入设备
像人的眼睛、耳朵,输入外面信息,如键盘、鼠标、麦克风
输出设备
像人的嘴巴,输出电脑处理好的信息,如显示器、打印机
2. 计算机软件
系统软件
控制协调计算机及外部设备,支持软件开发运行
调度监控维护系统,管理硬件使其协调工作
应用软件
满足用户不同领域问题需求
分为应用软件包(解决某类问题供多用户使用)和用户程序
中间件
处于操作系统和应用程序间,升级更新不影响应用软件运行(只要接口不变)
像桥梁连接不同软件系统,使用系统软件服务,衔接网络应用系统各部分
(二)计算机网络
1. 通信基础
通信系统
包括源系统(发送端)
源点
输入信息
输入信息
发送器
传输系统(网络)
传输系统
目的系统(接收端)
接收器
终点
信号
通信关键技术
数字通信技术
信息传输技术
通信网络技术
2. 网络基础
作用范围分类
个人局域网(自家小网,如手机电脑互联)
局域网(单位校园网,共享文件等)
城域网(城市范围网)
广域网(跨国跨洲网,访问国外网站)
使用者分类
公用网(大众用网,如家庭宽带)
专用网(部门专用网,如银行网)
3. 网络设备
网络交换
包括数据交换等多种形式,转换信号
中间设备
中继器等多种设备,实现协议转换
4. 网络标准协议
OSI
开放系统互连参考模型,计算机通信框架
IEEE 802
协议族,规定网卡访问传输介质 IEEE 802.3 标准以太网10Mb/s IEEE 802.3u 快速以太网100Mb/s IEEE 802.3z 干兆以太网1000Mb/s
TCP/IP
互联网协议核心,定义应用协议
5. 软件 定义网络
核心特点 控制与数据面分离 (口诀:控数分)
控制层
像大脑,可编程控制器
数据层
像手脚,哑交换机转发
两层交互
通过接口交流
灵活控制流量
像交警指挥
打破封闭性
开放设备
整体架构
数据平面
底层硬件
控制平面
中层控制器
应用平面
上层应用
接口
南向控制
CDPI,控制器向交换机下规则
北向控制
NBI,应用向控制器发请求
东西向接口
多控制器通信
6.5G
技术特点
高速率、低时延
指标对比 (与4G)
技术基础
频段支持
中低频:满足覆盖和容量需求
高频:满足热点区域容量提升需求
编码方案
LDPC
一种具有稀疏校验矩阵的分组纠错码
Polar
一种基千信道极化理论的线性分组码
传输技术
帧
快速反馈
多层/多站数据重传
架构特点
服务化架构
全服务化设计
模块化网络功能
灵活部署
灵活部署
硬件和软件解耦
控制和转发分离
云化组网
通用数据中心
边缘计算
云计算平台下沉
网关灵活选择
边缘分流
网络切片
从网络选取特性和功能定制独立网络
增强移动宽带
低时延高可靠
大连接物联网
应用场景
增强移动宽带(eMBB)
面向移动互联网流量增长,提升用户体验
超高可靠低时延通信(uRLLC)
面向工业控制、远程医疗、自动驾驶等行业
海量机器类通信(mMTC)
面向智慧城市、智能家居、环境监测等领域
(三)存储和数据库
1. 存储技术
存储分类
DAS(直接放服务器旁)
:<用户自行添加的内容,格式有误,应该继续上一主题的解释,为了不影响原意猜测完整内容可能为:DAS(直接放服务器旁,比较简单)>
NAS(网络存储设备)
SAN(高速连接存储)
存储虚拟化
虚拟仓库,方便管理存储资源
绿色存储
节能环保,降低存储能耗
2. 数据结构模型
层次模型
像树结构,父子一对多关系
网状模型
像网结构,表示复杂关系
关系模型
像表格结构,数据存放清晰
3. 常用数据库类型
关系型数据库
像有规矩仓库,表格存储,保证一致性等
非关系型数据库
像自由仓库,灵活存储,适合大数据等
4. 数据仓库
建设过程
清洗、转换、加载数据
相关概念
元数据等,帮助管理数据
(四)信息安全
1. 信息 安全基础
CIA要素
保密性(藏信息,不泄露)
完整性(保信息,不改变)
可用性(用信息,随时可用)
安全层次
设备安全(保证设备稳定等)
数据安全(保护数据)
内容安全(保护内容)
行为安全(规范行为)
2. 加密 与解密
加密技术
对称加密(同一钥匙,简单快捷)DES
非对称加密(两把钥匙,更安全)RSA
Hash函数
检查信息是否改变
数字签名
证明信息真实性
认证
确认信息来源
3. 信息 系统安全
计算机设备安全
稳定、可靠、可用
抗否认、可审计
网络安全
防范信息泄露、黑客攻击等
操作系统安全
防范病毒等威胁
数据库系统安全
防止数据泄露、篡改
应用系统安全
保证合法性、完整性
4. 网络 安全技术
防火墙
监控网络流量,像门口保安
入侵检测与防护
像家里报警器
VPN
建立安全通道
安全扫描
发现系统漏洞,像体检
网络蜜罐技术
诱捕攻击者
5. Web威胁 防护技术
Web访问控制技术
控制访问权限
单点登录技术
集中身份认证
网页防篡改技术
防止网页篡改
Web内容安全
管理内容安全
6. 下一代 防火墙
高性能特点
增加入侵防御等功能
7. 安全行为 分析技术
弥补局限
分析行为找威胁
8. 网络安全 态势感知
感知状态
预测发展趋势
数据技术
多元异构数据处理等
(五)信息技术展望
1. 计算机软硬件
硬件
超高速、超小型
平行处理、智能化
软件
丰富、强大
“软件定义一切”主流
2. 网络技术
融合趋势
与通信技术密切融合
重点发展
低时延场景
NB - loT增强
eMTC增强
IIoT增强
URLLC增强
3. 存储和数据库
存储结构
灵活多样
数据库
架构拓展
架构解耦
4. 信息安全
理念转变
可信计算核心
技术发展
网络化创新
标准化
集成化
5. 新一代信息技术诞生
云大智物区虚
物联网
云计算
大数据
区块链
人工智能
虚拟现实
二、新一代信息技术
(一)物联网
1. 定义
实现万物互联,物品连接交流,使生活智能便捷
2. 技术基础
架构
分为感知层(含传感器,感知信息传网络层)
感知层包含温度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等传感器
传感器能感知周围信息,并转换为电信号或其他可理解形式传送给网络层
网络层
由互联网、广电网等组成,还有云计算平台来处理和传递信息
网络层像大马路,将感知层信息快速准确传送到应用层
应用层
软件服务,连接生活
通过应用层可根据物联网信息做决策,控制设备,享受智能生活
3. 关键技术
传感器技术
基础技术,如RFID给物品贴标签实现跟踪
RFID是一种简单无线系统,由询问器和应答器组成,应答器附着物体标识目标,通过天线传递信息给阅读器
传感网
由MEMS组成,赋予物体处理信息通信能力
MEMS由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通信接口和电源等部件组成
能把信息获取、处理和执行集成在一起,形成多功能微型系统
应用系统框架
以机器终端智能交互为核心,让设备协同工作
涉及机器、传感器硬件、通信网络、中间件和应用等部分
4. 应用和发展
家庭
家电更智能,如冰箱提醒保质期,洗衣机自动选模式
智能冰箱可通过传感器感知食物状态,在保质期临近时提醒用户
智能洗衣机能根据衣物重量、材质等自动选择合适洗涤模式
出行
交通更畅通,如红绿灯调时间,停车系统找车位
智能红绿灯可根据车流量自动调整信号灯时间
智能停车系统利用传感器和网络技术帮助快速找到空闲车位
农业
灌溉施肥系统照顾农作物
智能灌溉系统可根据土壤湿度等因素自动浇水
智能施肥系统能依据农作物生长需求精准施肥
物流
物流跟踪系统了解货物位置状态
利用RFID等技术实时跟踪货物位置和运输状态
(二)云计算
1. 定义
强大计算方式,分任务给服务器处理
2. 技术基础
服务类型
基础设施即服务(IaaS,提供厨房厨具)
IaaS向用户提供计算机能力、存储空间等基础设施方面的服务
需要较大基础设施投入和长期运营管理经验
盈利能力有限,单纯出租资源
平台即服务(PaaS,提供做好菜)
PaaS向用户提供虚拟的操作系统、数据库 管理系统、Web应用等平台化的服务
重点不在经济效益,注重构建产业生态
软件即服务(SaaS,直接做好饭)
SaaS向用户提供应用软件(如CRM、办公软件等)、 组件、工作流等虚拟化软件的服务
采用Web技术和SOA架构,通过Internet向用户提供多租户、可定制的应用能力
缩短软件产业渠道链条,减少软件升级、定制和运行维护复杂程度
使软件提供商从软件产品的生产者转变为应用服务的运营者
3. 关键技术
虚拟化技术
让电脑同时干多件事,如运行多个虚拟机提高利用率
CPU虚拟化技术可单CPU模拟多CPU并行,允许一个平台同时运行多个操作系统
容器技术将单个操作系统的资源划分到孤立的组中,可将应用隔离在独立运行环境,减少消耗
云存储技术
像超级大仓库,存储处理数据
基于传统媒体系统发展而来,整合计算机软硬件优势
分布式文件系统是重要组成部分,提升复制和容错功能,实现可拓展性
通过云集群管理,结合模块合理搭配,解决网络存储等问题
优化硬件运行环境,确保数据传输完整性和容错性,降低成本
多租户和访问控制管理
确保用户数据安全隐私,防侧通道攻击
云计算访问控制模型按特定策略描述安全系统,用户通过模型获权限访问数据
基于ABE密码机制的云计算访问控制包括数据提供者、可信第三方授权中心、云存储服务器和用户
云中多租户及虚拟化访问控制研究集中在租户隔离和虚拟机访问控制方面
云安全技术
保护平台用户数据,如防黑客攻击
云计算安全性涉及互联网用户数据安全隔离、恶意网络攻击防护、平台系统安全性提升等
保障云基础设施的安全性利用互联网安全基础设备资源优化云服务
云安全技术服务保障客户端用户安全,涉及病毒防治、木马检测技术等
云安全系统要具开放性、采用先进技术、保证稳定性
4. 应用和发展
电商
处理订单用户数据
电商平台利用云计算处理大量订单信息和用户数据,提高效率
游戏
提供在线游戏服务
游戏公司通过云计算提供在线游戏服务,满足玩家需求
其他领域
电子邮件等基于云计算
电子邮件服务利用云计算存储和处理邮件数据
(三)大数据
1. 定义
大量多样数据集合
2. 技术基础
数据量大(从TB到ZB)
数据量从TB级别跃升到PB、EB、ZB级别
类型多(非结构化增加)
非结构化数据越来越多,包括网络日志、 音频、视频、图片、地理位置信息等
相比以往结构化数据,对处理能力要求更高
价值密度低
如看一小时视频可能只有一两秒有用信息
数据价值密度与总量成反比,需快速挖掘价值
处理速度快
因数据量大,需快速挖掘价值
要对不同类型数据进行快速处理,区别于传统数据挖掘
真实性
3. 关键技术
获取技术
分布式爬取等收集整合清洗数据
数据采集技术通过分布式爬取、高速全网数据映像等从网站获取数据
数据整合技术在采集和实体识别基础上,建立多源多模态信息集成模型等提升质量
数据清洗技术根据正确性条件和数据约束规则,清除不合理错误数据,修复重要信息
分布式处理技术
多台电脑协同,如Hadoop等适不同处理
Hadoop常用于离线复杂大数据处理
Spark常用于离线快速大数据处理
Storm常用于在线实时大数据处理
大数据分析技术包括改进已有挖掘和机器学习技术,开发新型挖掘技术,创新融合技术,突破领域挖掘技术
管理技术
集中存储、协同、安全隐私方面
采用MPP架构的数据库集群通过列存储、粗粒度索引等实现大数据存储
围绕Hadoop衍生相关技术应对传统关系型数据库难题,支撑存储分析
基于集成的服务器、存储设备、操作系统、数据库管理系统实现大数据一体机
多数据中心协同管理技术通过分布式工作流引擎实现调度和负载均衡
大数据安全隐私技术在应用服务过程中隐藏用户隐私,实现安全保护
应用和服务技术
分析应用(挖掘数据提供服务)、 可视化(帮助理解数据)
大数据分析应用以业务需求为驱动,面向不同业务提供数据分析服务
可视化技术包括文本可视化、网络可视化、时空数据可视化、多维数据可视化和交互可视化
4. 应用和发展
互联网行业
推荐广告、数据交易
根据用户行为分析推荐广告,实现数据交易,增加收入
政府公共数据领域
发现管理漏洞
结合大数据采集、治理和集成,剖析共享企业信息,发现管理漏洞,提高执法水平
金融领域
征信管理风险
通过大数据分析和画像,实现个人信用和金融服务结合,管理风险
工业领域
预测货量、调整航线等
结合海量数据分析,预测国际贸易货量,调整航线,优化资源调配
社会民生领域
预测疾病
基于大数据积累和智能分析,透视人们搜索疾病信息的时间地点分布,结合因素建立预测模型,预防疾病
(四)区块链
1. 定义
多人共同记账超级账本,不可篡改
2. 技术基础
类型
公有链(任何人访问)
公有链是完全去中心化、匿名性高和数据不可篡改的区块链
通常被认为是理想的区块链类型
联盟链(企业机构管理)
联盟链由若干企业或机构共同管理
参与者要事先进行注册认证,参与节点较少
数据由认证后的参与者共同记录和维护,节点有读取数据权限
私有链(组织用户控制)
私有链由某个组织或用户控制
控制参与节点个数的规则很严格
交易速度极快,隐私等级更高,不容易遭受攻击,安全性高于公有链,但去中心化程度弱
混合链(结合公有私有)
混合链结合了公有链和私有链的特点
允许用户决定区块链的参与成员,以及交易是否可以被公开
可定制,利用私有链限制访问确保隐私,保持公有链完整性、透明度和安全性
3. 关键技术
分布式账本
多人记账保证安全准确
交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成,每个节点保存唯一真实账本副本
账本改动会在所有副本中反映,理论上除非所有节点被破坏,系统稳健
已广泛应用到金融交易、政府征税、土地所有权登记、护照管理、社会福利等领域
加密算法
给数据加锁确保安全,散列算法转换字符串,非对称算法公钥私钥
散列算法将信息转换为固定长度字符串,如MD5、SHA、SM3等,区块链主要用SHA256
非对称加密算法由公钥和私钥组成,公钥可公开加密,私钥才能解密,如RSA、EIGamal、D - H、ECC等
共识机制
解决区块链问题,如节点决定区块增减
共识机制思想是在无中心点总体协调下,节点根据规则对区块数据增减提议进行处理
常用共识机制有PoW、PoS、DPoS、Paxos、PBFT等
分析共识机制可基于合规监管、性能效率、资源消耗、容错性等维度
4. 应用和发展
技术研究
解决共识机制等问题
研究公有链、私有链、联盟链的权限控制、共识效率、约束、容错率等问题
升级安全算法强度,解决管理安全、隐私保护、监管缺乏及新技术带来的问题
研究区块链治理,结合现有信息技术治理体系,从战略、组织、架构及应用体系等方面研究
研究区块链标准化
应用层面
成为互联网基础协议,架构分层承载功能,应用螺旋上升
区块链将基于现有的互联网协议架构构建新的基础协议层,像TCP/IP一样重要
架构分层后发展出各种应用层协议,承载不同功能
应用发展呈螺旋式上升趋势,深刻改变商业社会结构和生活
(五)人工智能
1. 定义
给机器赋予智慧灵魂,像人思考行动
2. 技术基础
发展阶段
经历多个阶段,技术进步
起步发展期取得早期成果
反思发展期遇低谷
应用发展期走向实际应用
低迷发展期问题暴露
稳步发展期走向实用化
蓬勃发展期迎来新高潮
研究热点
聚焦热点、共性、新兴技术
机器学习为代表的基础算法优化改进和实践是热点
自然语言处理相关基础技术和模型研究取得成果
以知识图谱、专家系统为逻辑的系统化分析取得突破
3. 关键技术
机器学习
让机器自我学习,分析数据识别预测
机器学习算法及应用、强化学习算法、近似及优化算法和规划问题是研究重点
常见学习算法包括回归、聚类、分类、近似、估计和优化等基础算法的改进和研究
迁移学习、多核学习和多视图学习等强化学习方法是热点
神经网络是机器学习的一种形式,深度学习是神经网络的一种,强化学习是机器学习的另一种形式
自然语言处理
让机器理解人类语言交流
研究能实现人与计算机之间用自然语言进行有效通信的各种理论和方法
应用于机器翻译、舆情监测、自动摘要、观点提取、文本分类、问题回答、文本语义对比、语音识别、中文OCR等方面
主要解决信息抽取、自动文摘/分词、识别转化等核心问题
深度学习技术是重要支撑,应用卷积神经网络、循环神经网络等模型
专家系统
融入专家知识解决问题
由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取等6个部分构成
内部含有大量某个领域专家水平的知识与经验
模拟人类专家的决策过程,解决复杂问题
4. 应用和发展
医疗领域
辅助诊断治疗
帮助医生诊断疾病、制定治疗方案,提高医疗水平
交通领域
智能交通管理
让交通更智能,减少拥堵和事故
家庭领域
智能家电服务
让家电更智能,提供贴心服务
教育领域
个性化辅导
对学生进行个性化辅导,提高学习效率
金融领域
风险评估决策
进行风险评估和投资决策
(六)虚拟现实
1. 背景与定义
背景
计算机与人类认识空间及信息处理环境存在矛盾
需建立包容多种信息源且与人类生活空间交叉融合的信息空间
定义
创立体验虚拟世界的计算机系统,具有多维化信息空间
3. 技术基础
要求
硬件
高性能的计绊机软硬件和各类先进的传感器
软件
提供一个能产生虚拟环境的工具集
特征
沉浸性
用户成为环境一部分,取决于感知系统
多感知性
多感知性拥有多种感知方式
构想性
构想性与周围物体互动创造新场景
交互性
对模拟环境物体可操作且有反馈
自主性
自主性物体依据物理定律动作
发展阶段
从桌面虚拟现实系统等向增强式虚拟现实系统和元宇宙方向发展
4. 关键技术
人机交互技术
新型三维交互技术(利用VR眼镜等设备)
结合语音识别等技术形成主流手段
传感器技术
制约VR技术进步
VR头显等设备存在缺陷,需提高灵敏度
动态环境建模技术
利用三维数据建立虚拟环境模型(常用CAD技术)
可结合视觉建模技术更有效获取数据
系统集成技术
整合信息和数据(包括语音输入等)
包括信息同步等多种技术,确保系统稳定
5. 应用和发展
硬件性能优化
轻量化、超清化,优化性能指标,提升用户体验
网络技术助力
泛在网络通信和高速网络提升应用端体验
终端轻型化和移动化技术降低终端侧要求
产业要素融通
技术和人才多维并举,形成产业链
从创新应用到常态应用,应用于多个领域
新技术驱动商业
元宇宙等带来新商业理念
改变现实世界物理规则,带动产业升级
三、新一代信息技术发展展望
1. 产业现状
信息技术产业蓬勃发展
规模扩大
结构优化
引擎作用强化
成为先导性、战略性和基础性产业
2021 年12 月《“十四五”国家信息化规划》
加快数字化发展
建设数字中国新阶段
2. 发展重点
网大数创产 治政公竞治
(一)网络技术
泛在智能网络连接设施
物联数通感知基础设施
云网一体化
算力和算法中心
(二)大数据技术
数据资源开发利用等
完善数据要素体系
加强相关技术
(三)持续创新
成为国家战略
核心地位(创新)
关键核心技术自立自强
构建创新发展体系
(四)数字化转型
从信息化转向数字化
关键软硬件突破
构建信息化生态基础
(五)产业结合
与各产业深度融合
推进数字化和绿色化转型
发展现代供应链
(六)社会治理支撑
支撑社会治理现代化
深化信息技术应用
推进新型智慧城市发展
(七)政府服务提升
打造数字政府服务体系
提升信息化水平
推动政务数据共享
(八)公共服务聚焦
健全基本公共服务体系
数字教育等体现价值
(九)国际竞争力提升
参与全球治理改革
推动“数字丝绸之路”
构建国际规则和合作关系
(十)治理体系完善
网络、信息、数据安全监管
审查机制和法律体系建设
3. 未来技术方向
信息网络基础设施建设
核心基础产业发展
信息服务能力提升
基础设施智能化改造
数字虚拟技术发展