信息系统项目管理师-信息技术发展

信息技术正推动社会进入智能化新时代！从物联网、云计算到人工智能、区块链，新一代信息技术深度融合创新，催生了数字化新业态信息安全、数据存储、计算机网络等基础领域持续升级，支撑着云端化、微型化的技术演进信息系统集成迎来全新发展机遇，未来将围绕智能化应用与信息资源开发展开这些变革不仅重塑产业格局，更为我们的生活带来无限可能。

信息技术发展

• 信息技术及其发展
  • 计算机软硬件
  • 计算机网络
  • 存储和数据库
  • 信息安全
  • 信息技术的发展
• 新一代信息技术及应用
  • 信息技术在智能化、系统化、微型化、云端化的基础上不断融合创新，促进了物联网、云计算、大数据、区块链、人工智能、虛拟现实等新一代信息技术的诞生。新一代信息技术与信息资源充分开发利用形成的新模式、新业态等，是信息化发展的主要趋势，也是信息系统集成领域末来的重要业务范畴。

信息技术及其发展

• 计算机软硬件
  • 1、计算机硬件是指计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称，为计算机软件运行提供物质基础。
  • 2、计算机软件是指计算机系统中的程序及其文档，程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述；文档是为了便于了解程序所需的阐明性资料。
  • 3、硬件和软件互相依存，协同发展，计算机软件随硬件技术的迅速发展而发展，而软件的不断发展与完善又促进硬件的更新，两者密切交织发展，缺一不可。
• 计算机网络
  • 1、计算机网络：凡将地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，且以功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式及网络操作系统等）实现网络资源共享的系统。
  • 2、从网络的作用范国可将网络类别划分为个人局域网、局域网、城域网、广域网、公用网、专用网。
  • 网络标准协议-OSI
    • 物理层
      • 二进制位传输（bit）
      • 该层包括物理连网媒介，如电缆连线连接器。该层的协议产生并检测 电压以便发送和接收携带数据的信号。具体标准有RS232、RJ-45、FDDI。
    • 数据链路层
      • 传输以帧为单位
      • 它控制网络层与物理层之间的通信。它的主要功能是将从网络层接收到的数据分割成特定的可被物理层传输的帧。常见的协议有 IEEE802.3/.2、HDLC、PPP。
    • 网络层
      • 分组传输和路由选择
      • 其主要功能是将网络地址（例如，IP地址）翻译成对应的物理地址（例如，MAC地址），并决定如何将数据从发送方路由到接收方。常见的协议有IP、ICMP、IGMP、ARP等。
    • 传输层
      • 端到端连接
      • 主要负责确保数据可靠、顺序、无错地从A点传输到B点。如提供建立、维护和拆除传送连接的功能；选择网络层提供最合适的服务；在系统之间提供可靠的透明的数据传送，提供端到端的错误恢复和流量控制。常见的协议有TCP、UDP。
    • 会话层
      • 互联主机通信
      • 负责在网络中的两节点之间建立和维持通信，以及提供交互会话的管理功能，如三种数据流方向的控制，即一路交互、两路交替和两路同时会话模式。常见的协议有RPC、 SQL、NFS。
    • 表示层
      • 数据表示
      • 如同应用程序和网络之间的翻译官，数据将按照网络能理解的方案进行格式化；这种格式化也因所使用网络的类型不同而不同。表示层管理数据的解密加密、数据转換、格 式化和文本压缩常见的协议有JPEG、ASCII、GIF、DES、MPEG。
    • 应用层
      • 处理网应用
      • 直接为端用户服务。负责对软件提供接口以使程序能使用网络服务，如事务处理程序、文件传送协议和网络管理等。在TCP/IP协议中，常见的协议有HTTP、Telnet、FTP、 SMTP。
  • OSI和TCP/IP对比
  • 广域网协议主要包括：PPP点对点协议、ISDN综合业务数字网、xDSL（HDSL、SDSL 、MVL、ADSL）、DDN数字专线、x.25、ATM异步传输模式。（广域网协议是在OSl参考模型的最下面三层操作)
  • 网络标准协议-IEEE 802协议族
    • 802.1
      • 802协议概论
    • 802.2
      • 逻辑链路控制层LLC协议
    • 802.3
      • 以太网介质访问控制协议 (CSMA/CD）及物理层技术规范
    • 802.4
      • 令牌总线Token Bus协议
    • 802.5
      • 令牌环Token Ring协议
    • 802.6
      • 城域网MAN协议
    • 802.7
      • FDDI宽带技术协议
    • 802.8
      • 光纤技术协议
    • 802.9
      • 局域网上的语音/数据集成规范
    • 802.10
      • 局域网安全互操作标准
    • 802.11
      • 无线局域网WLAN标准协议
  • 软件定义网络
    • 1、 软件定义网络 (Software Defined Network，SDN）是一种新型网络创新架构，是网络虛拟化的一种实现方式，它可通过软件编程的形式定义和控制网络，其通过将网络设备的控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络变得更加智能，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。
    • 2、SDN的整体架构由下到上（由南到北） 分为数据平面、控制平面和应用平面。
      • 数据平面由交换机等网络通用硬件组成，各个网络 设备之间通过不同规则形成的SDN数据通路连接；
      • 控制平面包含了逻辑上为中心的SDN控制器， 它掌握着全局网络信息，负责各种转发规则的控制；
      • 应用平面包含着各种基于SDN的网络应用， 用户无须关心底层细节就可以编程、部署新应用。
    • 3、SDN中的接口具有开放性，以控制器为逻辑中心，南向接口负责与数据平面进行通信，北向接口负责与应用平面进行通信，东西向接口负责多控制器之间的通信。
  • 第五代移动通信技术
    • 1、第五代移动通信技术（5G）是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代移动通信技术。
    • 2、5G的三大类应用场景，即增强移动宽带（eMBB）、 超高可靠低时延通信（uRLLC）和海量机器类通信（mMTC）。
      • 增强移动宽带主要面向移动互联网流量爆炸式增长， 为移动互联网用户提供更加极致的应用体验；
      • 超高可靠低时延通信主要面向工业控制、远程医疗、 自动驾驶等对时延和可靠性具有极高要求的垂直行业应用需求；
      • 海量机器类通信主要面向智慧城市、智能家居、 环境监测等以传感和数据采集为目标的应用需求。
• 存储和数据库
  • 存储虚拟化
    • 1、存储虛拟化（Storage Virtualization）是“云存储”的核心技术之一。它带给人们直接的好处是提高了存储利用率，降低了存储成本，简化了大型、复杂、异构的存储环境的管理工作。
    • 2、存储虛拟化使存储设备能够转换为逻辑数据存储。虚拟机作为一组文件存储在数据存储的目录中。数据存储是类似于文件系统的逻辑容器。它隐藏了每个存储设备的特性，形成一个统一的模型，为虚拟机提供磁盘。存储虛拟化技术帮助系统管理虛拟基础架构存储资源，提高资源利用率和灵活性，提高应用正常运行时间。
  • 存储技术
    • 绿色存储（Green Storage）
      • 绿色存储是一个系统设计方案，贯穿于整个存储设计过程，包含存储系统的外部环境、存储架构、存储产品、存储技术、文件系统和软件配置等多方面因素。
      • 绿色存储技术的核心是设计运行温度更低的处理器和更有效率的系统，生产更低能耗的存储系统或组件，降低产品所产生的电子碳化合物，其最终目的是提高所有网络存储设备的能源效率，用最少的存储容量来满足业务需求，从而消耗最低的能源。以绿色理念为指导的存储系统最终是存储容量、性能、能耗三者的平衡。
  • 关系模型
    • 常见的数据结构模型有三种：层次模型、网状模型和关系 模型，层次模型和网状模型又统称为格式化数据模型。
    • 关系模型是在关系结构的数据库中用二维表格的形式表示实体以及实体之间的联系的模型。关系模型中无论是实体还是实体间的联系均由单一的结构类型关系来表示。
  • 常用的数据库类型
    • 数据库根据存储方式可以分为关系型数据库（SQL） 和非关系型数据库（Not Only SQL, NosQL）。
      • 关系数据库
        • 主流的关系型数据库有Oracle、DB2、MySQL、 Microsoft SQL Server、Microsoft Access等。
        • 关系型数据库支持事务的ACID原则， 即原子性（Atomicity）、一致性 （Consistency）、 隔离性（lsolation）、持久性（Durability）， 这四种原则保证在事务过程当中数据的正确性。
        • 优点
          • ①容易理解 ② 使用方便 ③ 易于维护
        • 缺点
          • ①数据读写必须经过SQL解析，大量数据，在高并发下读写性能不足。 ② 具有固定的表结构，因此扩展困难。 ③ 多表的关联查询导致性能欠佳。
      • 非关系数据库
        • 非关系型数据库是分布式的、非关系型的、不保证遵循ACID原则 的数据存储系统。NoSQL数据存储不需要固定的表结构，通常也 不存在连接操作。在大数据存取上具备关系型数据库无法比拟的性能优势。
        • 常见的非关系型数据库分类
          • 键值数据库
            • 似传统语言中使用的哈希表。可以通过key来添加、查询或者 删除数据库，因为使用key主键访问，会获得很高的性能及扩展性。
          • 列存储数据库
            • 将数据存储在列族中，一个列族存储经常被一起查询
          • 面向文档数据库
            • 是键值数据库的升级版，允许之间嵌套键值，查询效率高
          • 图形数据库
            • 允许人们将数据以图的方式存储
        • 优点
          • ① 高并发下，读取能力强。 ② 基本支持分布式。 ③ 简单。
        • 缺点
          • ① 事务支持较弱。 ② 通用性差。 ③ 无完整约束，复杂业务场景支持较差。
  • 数据仓库
    • 数据仓库是一个面向主题的、集成的、非易失的且随时间变化的数据集合，用于支持管理决策。
    • （1）数据源。它是数据仓库系统的基础，是整个系统的数据源泉。通常包括组织内部信息和外部信息。内部信息包括存放于关系型数据库管理系统中的各种业务处理数据和各类文档数据。外部信息包括各类法律法规、市场信息和竞争对手的信息等。
    • （2）数据的存储与管理。它是整个数据仓库系统的核心。数据仓库的真正关键是数据的存储和管理。
    • （3） 联机分析处理（OLAP）服务器OLAP对分析需要的数据进行有效集成，按多维模型予以组织，以便进行多角度、多层次的分析，并发现趋势。
    • (4）前端工具。前端工具主要包括各种查询工具、报表工具、分析工具、 数据挖掘工具以及各种基于数据仓库或数据集市的应用开发工具。其中 数据分析工具主要针对OLAP服务器，报表工具、数据挖掘工具主要针对数据仓库。
• 信息安全
  • 信息安全的基础
    • 1、信息安全强调信息（数据）本身的安全属性，主要包括以下内容
      • 保密性（Confidentiality）：信息不被未授权者知晓的属性。
      • 完整性（Integrity）：信息是正确的、真实的、未被纂改的、完整无缺的属性。
      • 可用性（Availability）：信息可以随时正常使用的属性。
    • 2、信息必须依赖其存储、传输、处理及应用的载体（媒介）而存在，因此针对信 息系统，安全可以划分为四个层次：设备安全、数据安全、内容安全、行为安全。
    • 3、信息系统一般由计算机系统、网络系统、操作系统、数据库系统和应用系统组成。与此对应，信息系统安全主要包括计算机设备安全、网络安全、操作系统安全、数据库系统安全和应用系统安全等。
    • 4、网络安全技术主要包括：防火墙、入侵检测与防护、VPN、安全扫描、网络蜜罐技术、用户和实体行为分析技术等。
  • 加密解密
    • 1、加密技术包括两个元素：算法和密钥。
    • 2、发信者将明文数据加密成密文，然后将密文数据送入网络传输或存入计算机文件，而且只给合法收信者分配密钥。合法收信者接收到密文后，实行与加密变换相逆的变换，去掉密文的伪装并恢复出明文，这一过程称为解密（Decryption）。解密在解密密钥的控制下进行。用于解密的一组数学变换称为解密算法。
    • 3、密钥加密技术的密码体制分为对称密钥体制和非对称密钥体制两种。相应地，对数据加密的技术分为两类，即对称加密（私人密钥加密）和非对称加密（公开密钥加密）。
      • 对称密钥：常用的对称加密算法有：DES、3DES、AES、RC5、IDEA，国密中的SM1、SM4等。
      • 非对称密钥：常用的非对称密钥算法包括RSA、DSA和ECDSA等。对称加密的加密密钥和解密密钥相同，而非对称加密的加密密钥和解密密钥不同，加密密钥可以公开而解密密钥需要保密。
  • 网络安全态势感知
    • 安全态势感知不仅是一种安全技术，也是一种新兴的安全概念。它是一种基于 环境的、动态的、整体的洞悉安全风险的能力。安全态势感知的前提是安全大数据。
• 信息技术的发展
  • 1．在计算机软硬件方面，计算机硬件技术将向超高速、超小型、平行处理、智能化的方向发展，计算机硬件设备的体积越来越小、速度越来越高、容量越来越大、功耗越来越低、可靠性越来越高。
  • 2．计算机软件越来越丰富，功能越来越强大，“软件定义一切”概念成为当前发展的主流。
  • 3. 5G成为当前的主流，面向物联网、低时延场景的窄带物联网（NB-IoT）和 增强型机器类型通信（eMTC）、工业物联网（IoT）和低延时高可靠通信（URLLC）等技术，将进一步得到充分发展。
  • 4. 在信息安全方面，传统计算机安全理念将过渡到以可信计算理念为核心的计算机安全，由网络普及应用引发的技术与应用模式的变革，正在进一步推动信息安全网络化关键技术的创新；同时信息安全标准的研究与制定，信息安全产品和服务的集成和融合，正引领着当前信息安全技术朝着标准化和集成化的方向发展。

新一代信息技术及应用

• 物联网
  • 物联网概述
    • 物联网（The Internet of Things）是指通过信息传感设备，按约定的协议将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络。
    • 物联网架构可分为三层：感知层、网络层和应用层。
      • 感知层由各种传感器构成，包括温度传感器，二维码标签、RFID标签和读写器，摄像头，GPS等感知终端。感知层是物联网识别物体、采集信息的来源。
      • 网络层由各种网络，包括互联网、广电网、网络管理系统和云计算平台等组成，是整个物联网的中枢，负责传递和处理感知层获取的信息。
      • 应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合以实现物联网的智能应用。
  • 物联网关键技术主要涉及传感器技术、传感网和应用系统框架等。
    • 传感器技术
      • 传感器是一种检测装置，它是实现自动检测和自动控制的首要环节，也是物联网获取物理世界信息的基本手段。射频识别技术（RFID）是物联网中使用的一种传感器技术。RFID技术让物品能够“开口说话”。这就赋予了物联网一个特性：可跟踪性，即可以随时掌握物品的准确位置及其周边环境。
    • 传感网
      • 微机电系统（MEMS），赋子了普通物体新的“生命”，它们有了属于自己的数据传输通路、存储功能、操作系统和专门的应用程序，从而形成一个庞大的传感网，使物联网能够通过物品来实现对人的监控与保护。
    • 应用系统框架
      • 物联网应用系统框架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。它将使对象实现智能化的控制，涉及5个重要的技术部分：机器、传感器硬件、通信网络、中间件和应用。
• 云计算
  • 云计算概述
    • 1、云计算（Cloud Computing）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，然后通过由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。
    • 2、当前的云计算已经不单单是一种分布式计算，而是分布式计算、效用计算、负载均衡、并行计算、网络存储、热备份冗余和虛拟化等计算机技术混合演进并跃升的结果。
  • 云计算相关概念
    • 1、云计算也可以理解为向用户屏蔽底层差异的分布式处理架构。在云计算环境中， 用户与实际服务提供的计算资源相分离，云端集合了大量计算设备和资源。
    • 2、云计算实现了“快速、按需、弹性”的服务，用户可以随时通过宽带网络接入“云”并获得服务，按照实际需求获取或释放资源，根据需求对资源进行动态扩展。
  • 云计算特征
    • 广泛的网络访问、共享的资源池、快速弹性可用、可度量的服务、按需自助式服务
  • 云计算分类
    • 按照云计算服务提供的资源层次，可以分为基础设施即服务（laaS）、 平台即服务 （PaaS）和软件即服务（SaaS）三种服务类型。
      • laaS向用户提供计算机能力、存储空间等基础设施方面的服务。这种服务模式需要较大的基础设施投入和长期运营管理经验，其单纯出租资源的盈利能力有限。
      • PaaS向用户提供虛拟的操作系统、数据库管理系统、Web应用等平台化的服务。 PaaS服务的重点不在于直接的经济效益，而更注重构建和形成紧密的产业生态。
      • SaaS向用户提供应用软件（如CRM、办公软件等）、组件、工作流等虛拟化软件的服务，SaaS一般采用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，大大缩短了软件产业的渠道链条，减少了软件升级、定制和运行维护的复杂程度，并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。
  • 技术基础
    • 1、本地IT基础架构就像拥有一辆汽车。购买汽车时， 要负责汽车的维护，而升级意味着购买新车。
      • laaS就像在租车。当你租车时，你可以选择想要的车，然后随心所欲 地驾驶它，但那辆车不是你的。想要升级吗？那就租一辆不同的车。
      • PaaS就像打车。你不必自己驾驶出租车，而只需告诉司机 你要去的目的地，而你本人则可以在躺平在车上享受旅程。
      • SaaS就像乘公共汽车。巴士已分配路线，与其他乘客共享旅程。
    • 2、云计算的关键技术主要涉及虚拟化技术、云存储技术、多租户和访问控制管理、云安全技术等。
• 大数据
  • 大数据概述
    • 大数据（Big Data）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。
    • 大数据是具有体量大、结构多样、时效性强等特征的数据，处理大数据需要采用新型计算架构和智能算法等新技术。
  • 大数据主要特征
    • 数据海量：大数据的数据体量巨大，从TB级别跃升到PB级别（1PB=1024TB）、EB级别（1EB=1024PB），甚至达到ZB级别（1ZB=1024EB）。
    • 数据类型多样：大数据的数据类型繁多，一般分为结构化数据和非结构化数据
    • 数据价值密度低：数据价值密度的高低与数据总量的大小成反比
    • 数据处理速度快：为了从海量的数据中快速挖掘 数据价值，要求要对不同类型的数据进行快速的处理
  • 大数据技术架构主要包含大数据获取技术、分布式数据 处理技术和大数据管理技术，以及大数据应用和服务技术。
    • 大数据获取技术：大数据获取的研究主要集中在数据采集、整合和清洗三个方面。
      • 数据采集技术主要是通过分布式爬取、分布式高速高可靠性 数据采集、高速全网数据映像技术，从网站上获取数据信息。
      • 数据整合技术是在数据采集和实体识别的基础上，实现数据到信息的高质量整合。数据整合技术包括多源多模态信息集成模型、异构数据智能转换模型、异构数据集成的智能模式抽取和模式匹配算法、自动容错映射和转换模型及算法、整合信息的正确性验证方法、整合信息的可用性评估方法等。
      • 数据清洗技术一般根据正确性条件和数据约束规则，清除不合理和错误的数据，对重要的信息进行修复，保证数据的完整性。
    • 分布式数据处理技术：主流的分布式计算系统有Hadoop、Spark和Storm。Hadoop常用于离线的复杂的大数据处理，Spark常用于离线的快速的大数据处理，而Storm常用于在线的实时的大数据处理。
    • 大数据管理技术：大数据管理技术主要集中在大数据存储、大数据协同和安全隐私等方面。
    • 大数据应用和服务技术：主要包含分析应用技术和可视化技术。
• 区块链
  • 区块链概述
    • 区块链技术具有多中心化存储、隐私保护、防篡改等特点，提供了开放、分散和容错的事务机制，成为新一代匿名在线支付、汇款和数字资产交易的核心，被广泛应用于各大交易平台，为金融、监管机构、科技创新、农业以及政治等领域带来了深刻的变革。
  • 区块链概念可以理解为以非对称加密算法为基础，以改进的默克尔树（Merkle Tree）为数据结构，使用共识机制、点对点网络、智能合约等技术结合而成的一种分布式存储数据库技术。
  • 区块链分为公有链、联盟链、私有链和混合链四大类。
  • 区块链的典型特征：多中心化、多方维护、时序数据、智能合约、不可篡改、开放共识、安全可信。
  • 区块链的特点
    • 去中心化
      • 分布式网络最基本特征
    • 透明性
      • 数据记录对全网透明
    • 开放性
      • 数据对所有人开放，公开的接口查询
    • 自治性
      • 各节点按照既定规则自主的工作
    • 信息不可篡改
      • 信息永久储存，无法修改
    • 匿名性
      • 基于地址而非身份进行交易
• 人工智能
  • 人工智能的关键技术主要涉及机器学习、自然语言处理、专家系统等技术， 随着人工智能应用的深入，越来越多新兴的技术也在快速发展中。
    • 机器学习：是一种自动将模型与数据匹配，并通过训练模型对数据进行 “学习”的技术
    • 自然语言处理：它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
    • 专家系统：是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。
• 虚拟现实
  • 虚拟现实概述
    • 建立一个能包容图像、声音、化学气味等多种信息源的信息空间，将其与视觉、 听觉、嗅觉、口令、手势等人类的生活空间交叉融，虛拟现实的技术应运而生。
  • 虚拟现实主要特征
    • 虛拟现实技术的主要特征包括沉浸性、交互性、多感知性、构想性（也称 想象性）和自主性。
  • 随着虛拟现实技术的快速发展，按照其 “沉浸性” 程度的高低和交互程度的不同，虛拟现实技术已经从桌面虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统等，向着增强式虛拟现实系（AR）和元宇宙的方向发展。
  • 关键技术
    • 人机交互技术：利用VR眼镜、控制手柄等传感器设备， 能让用户真实感受到周国事物存在的一种三维交互技术。
    • 传感器技术。
    • 动态环境建模技术：利用三维数据建立虚拟环境模型。
    • 系统集成技术：包括信息同步、数据转换、模型标定、识别和合成等。