《計算機文化》課件-第2章

第2章計算機應用2.1計算機的特點2.2計算機的基本運算2.3科學計算與高性能計算2.4網絡計算2.5普適計算：無處不在的人性化服務2.6云計算：正在改變網絡2.721世紀的計算：計算無處不在思考題

2.1計算機的特點

計算機問世之初，主要用于數值計算，“計算機”也因此得名。但隨著計算機技術的迅猛發(fā)展，它的應用范圍不斷擴大，不再局限于數值計算而廣泛地應用于自動控制、信息處理、智能模擬等各個領域。計算機能處理各種各樣的信息，包括數字、文字、表格、圖形、圖像等。計算機之所以具有如此強大的功能，是由它的特點所決定的。概括地說，計算機主要具備以下幾方面的特點：

(1)運算速度快。計算機的運算部件采用的是電子器件，其運算速度遠非其他計算工具所能比擬，而且，由電子管升級到晶體管，再升級到小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路等，其運算速度還以每隔幾年一個數量級的水平不斷提高。

(2)存儲容量大。計算機的存儲器可以把原始數據、中間結果、運算指令等存儲起來，以備隨時調用。存儲器不但能夠存儲大量的信息，而且能夠快速準確地存入或取出這些信息。計算機的應用使得從浩如煙海的文獻、資料、數據中查找信息并且處理這些信息成為容易的事情。存儲器的容量是用字節(jié)數來度量的。由于一般存儲器的容量都非常大，現在常用“K字節(jié)”和“M字節(jié)”來度量，1K字節(jié)=1024字節(jié)，1M字節(jié)=1024K字節(jié)=1024×1024字節(jié)。一臺普通的奔騰微機，主存儲器有32M字節(jié)，便可把1600多萬漢字全部放入內存，而且能夠快速地進行查找、排序、編輯等工作。

(3)具有邏輯判斷能力。計算機能夠根據各種條件來進行判斷和分析，從而決定以后的執(zhí)行方法和步驟。還能夠對文字、符號、數字的大小、異同等進行判斷和比較，從而決定怎樣處理這些信息。計算機被稱為“電腦”，便是源于這一特點。

(4)工作自動化。計算機內部的操作運算是根據人們預先編制的程序自動控制執(zhí)行的。只要把包含一連串指令的處理程序輸入計算機，計算機便會依次取出指令逐條執(zhí)行，完成各種規(guī)定的操作，直到得出結果為止。

另外，計算機還具有運算精度高、工作可靠等優(yōu)點。

2.2計算機的基本運算

計算機的運算有兩種：數值運算(最基本的是四則運算)和非數值運算(最基本的是邏輯運算)。

1．四則運算(二進制加法和乘法)

計算機中使用二進制碼0、1，一般1表示事件的肯定(真)，0表示事件的否定(假)。

四則運算中最基本的是加法，其他運算都可由加法實現。二進制的加法規(guī)則是：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10；二進制的乘法規(guī)則是：0×0=0，0×1=0，1×0=0，1×1=1。

2．基本邏輯運算(與或非)

基本邏輯運算有三種：與(AND)、或(OR)、非(NOT)。

(1)邏輯與規(guī)則：當A和B同時為真時，AANDB的值為真，否則為假。即：

0AND0=0，0AND1=0，1AND0=0，1AND1=1(或0·0=0，0·1=0，1·0=0，1·1=1)

(2)邏輯或規(guī)則：當A和B有一個為真時，AORB的值為真，否則為假。即：

0OR0=0，0OR1=1，1OR0=1，1OR1=1(或0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=1)

(3)邏輯非規(guī)則：當A為真時，A的非為假；當A為假時，A的非為真。即：

2.3科學計算與高性能計算

隨著電子計算機的誕生，在20世紀五六十年代，人們已經通過數值計算得到了很多科學與工程問題的實用解答，并且與實驗結果吻合得很好。進入20世紀70年代以來，由于計算機硬件、計算方法以及計算機軟件的飛速發(fā)展，科學計算的方法被推向人類科學活動的前沿，使它上升為除理論研究、實驗技術之外的第三種科學方法，對科學的定量化起了重要的作用?？茖W計算是伴隨著電子計算機的出現而迅速發(fā)展并獲得廣泛應用的新興交叉學科，是數學及計算機應用于高科技領域的必不可少的紐帶和工具。很多無法從理論上證明，又難以通過實驗獲得結果的問題卻可以通過數值模擬得以解決。

高性能計算(HPC)以其強大的計算與仿真能力成為人類認識自然的第三種方式。早期的一個著名的例子是“四色定理”。自從1852年英國人弗南西斯·格思里提出“只需四種顏色便可讓擁有共同邊界的國家著上不同的顏色”(也可應用于省份著色，如圖2-1所示)，這個貌似簡單的“四色猜想”一個多世紀以來吸引了很多一流的數學家，直到1976年美國數學家阿佩爾與哈肯在伊利諾伊大學的計算機上用了1200多個小時，最終完成了“四色定理”的證明。人們最為熟知的是HPC在氣象領域的應用，如圖2-2、圖2-3所示。曾經的農諺“燕子低飛蛇過道，大雨不久就來到”，已被基于HPC的數值預報所替代。位于上海超算中心的曙光4000A在15分鐘內便可完成北京奧運會場館周邊地區(qū)風向、風速、溫度、濕度等精度為1公里的36小時氣象預報。而基于HPC的長期氣候預測，不僅對農業(yè)產生直接的影響，而且還關系到水資源、食品安全、生態(tài)環(huán)境、人類健康和遷徙等眾多社會經濟問題。這些問題與每個人都密切相關。正如軍事應用促成了電子計算機的誕生一樣，在HPC的誕生和發(fā)展中，軍事應用特別是核武器的研發(fā)在其中扮演著重要的角色，洛斯阿拉莫斯、勞倫斯利弗莫爾和桑迪亞這三大美國核武器研究機構是高端HPC的重要買主。特別是1996年聯合國通過《全面禁止核試驗條約》后，HPC成為核武器的唯一研發(fā)平臺。圖2-1利用紅、紫、藍、綠四種顏色劃分中國32個行政區(qū)域圖2-2香港天文臺克雷SV-1高速計算機圖2-3高分辨率數值天氣預報系統(tǒng)對臺風約克某個時間的預測即便是在擁有加速器等超大型實驗設備下，HPC給高能物理帶來的有效性和經濟性也不能低估。事實上，當今全球高性能計算500強(Top500)名列前兩位的IBM“藍色基因”和Cray的“紅色風暴”體系架構或得益于李政道領導的哥倫比亞大學理論物理研究中心，或直接來源于桑迪亞國家實驗室。

事實上，HPC在人類認知自然的三種方式中扮演著日益重要的角色。猶如HPC在人類基因組測序中的作用，當今的科學研究日益依賴HPC的支持，甚至可以說HPC為各個學科的科學家構建了數字化實驗室。石油領域也是HPC的早期和重要用戶之一。目前，打一口油井的成本高達1億元。通過HPC來確定井位，少打“干井”的價值顯而易見。而在油田早期勘查期間，一口井的表現可能會決定一座油田的命運。

HPC的應用不勝枚舉，除了人們知道的新材料、藥物篩選、生命科學、地震預報、城市建設(如圖2-4所示的計算機模擬建筑設計)、環(huán)境科學、汽車、航空航天(如圖2-5所示的計算機模擬恒星形成過程)、船舶等外，基于HPC的生物識別與控制方法，來防范以生物入侵為手段的恐怖活動正成為新的應用熱點。HPC的發(fā)展是提升國家科技競爭力的重要手段，它關系到國家安全(如圖2-6所示的計算機模擬“9.11”事件)、經濟安全乃至社會安全。圖2-4一座設計中的建筑物

圖2-5超級計算機模擬恒星形成過程圖2-6電子“9.11”

2.4網絡計算

“計算”這個詞在不同的時代有不同的內涵，一般人們都會想到我們最熟悉的數學和數值計算。自計算機技術誕生以來，人類就進入了“計算機計算的時代”。隨著技術的進一步發(fā)展，網絡寬帶的迅速增長，人們開始進入“網絡計算時代”?！熬W絡計算”比“數學計算”有更廣泛的內涵。20世紀90年代，Internet蔓延到世界各地，成為人們溝通信息和協同工作的有效工具。更為重要的是，Internet上匯集的成千上萬的計算資源、數據資源、軟件資源、各種數字化設備和控制系統(tǒng)共同構成了生產、傳播和使用知識的重要載體，人們開始思考如何將物理上互連的眾多資源匯聚起來，聯合提供服務，重新認識網絡計算技術的實質。

目前，網絡計算正處于發(fā)展階段，人們對它的定義還沒有形成共識，但一個相對可以接受的理解是：“網絡計算”把網絡連接起來的各種自治資源和系統(tǒng)組合起來，以實現資源共享、協同工作和聯合計算，為各種用戶提供基于網絡的各類綜合性服務?；诖耍藗儼哑髽I(yè)計算、網格計算、對等計算和普及計算歸類為網絡計算。2.4.1集中式計算

20世紀60～70年代的集中式計算及主機模式，由大型機和多個與之相連的啞終端組成。當時的計算模式為主機/終端模式(即集中式計算模式)，運行在主機系統(tǒng)上的Unix操作系統(tǒng)是一個多用戶、多任務和多進程的操作系統(tǒng)，用戶終端僅僅是一個輸入/輸出接口。由于物理設備的限制，采用這種計算模式的所有計算數據和程序都只能位于主機系統(tǒng)上，從而形成典型的“集中存儲、集中計算”模式。最初的集中式大型機結構所采用的傳統(tǒng)終端，相對其主機而言是一種“瘦型”客戶端。然后經歷過功能強大的“胖型”客戶端即PC之后，我們卻又一次回到“瘦型”客戶端！這并非是一種簡單的循環(huán)往復，而是計算機體系結構的發(fā)展向“開放式”結構不斷邁進的過程。我們始于非常封閉的集中式主機，目前正向一個真正開放的、與平臺完全無關的環(huán)境過渡。為解決傳統(tǒng)的兩層式Client/Server體系結構中的一些固有問題，便出現了三層或多層的計算模式，即客戶機/中間服務器/數據庫服務器(應用服務器)模式。在這種三層式的體系結構中，客戶機只完成基本的顯示、輸入和輸出或者一些簡單的事物處理；中間服務器插入到傳統(tǒng)的Client/Server體系中，完成由原客戶機所進行的數據前后處理工作，并負責為其前臺的客戶機提供顯示服務，同時與后臺的一個或多個數據庫服務器進行大量的數據傳遞?？蛻魴C相對于中間服務器來說是一個“Client/Server”關系。隨著網絡和計算機技術的發(fā)展和多用戶WindowsNT操作系統(tǒng)的問世，這種三層體系的代表“Thin-Client/Server”計算模式，在眾多的領域中得到了越來越廣泛的應用。瘦客戶機/服務器計算體系是全新一代的集中式計算模式，其服務器采用多用戶Windows2000操作系統(tǒng)，Windows終端是其客戶機設備。在這股集中式計算模式回歸的潮流中，Windows終端(WindowsBasedTerminal，WBT)體系以其良好的交互界面、豐富的應用軟件、較低的遷移成本在眾多的瘦客戶機技術方案中快速脫穎而出，已經成為行業(yè)及商用領域的一種主流的信息計算模式。目前，Windows終端應用越來越廣泛，已逐漸進入重點行業(yè)核心業(yè)務應用。對應于Windows終端的出現和逐漸發(fā)展成熟，信息計算模式進入了后PC時代。與PC相比，Windows終端具有總體成本低、安全性高、性能可靠、使用靈活等特點。集中式計算在行業(yè)中具有廣闊應用前景。集中式計算案例包括：

(1)金融。以“Thin-Client/Server”模式為基礎，證券交易系統(tǒng)很好地解決了網絡管理、維護、安全與網絡規(guī)模和應用需要之間的矛盾。Windows終端能夠很好地與其他應用服務器和數據庫服務器通信。同時，對網絡帶寬要求很低，特別適合證券網點分布零散、與總部之間帶寬有限的現狀。另外，證券行業(yè)計算機網絡系統(tǒng)的建設和改造，在功能上涵蓋證券交易業(yè)務、資金分析管理業(yè)務和證券辦公業(yè)務，設置的計算機點遍布于行情發(fā)布、自動委托以及各個內部辦公地點。

(2)電信。目前電信收費系統(tǒng)的特點主要體現在：系統(tǒng)維護工作量大，應用軟件需要經常更改和升級，收費項目要求系統(tǒng)的安全性和可靠性較高等。根據電信系統(tǒng)收費應用的要求，集中式Windows終端組網收費系統(tǒng)能夠滿足安全可靠、使用方便、維護簡單、升級容易等要求。其優(yōu)點主要表現在：對現有工作流程變動不大，服務器端和終端基本上不需要進行改變；系統(tǒng)保持了完全集中式管理，客戶端基本不需要維護。

(3)電力。電力系統(tǒng)的結構龐大、部門關系復雜，在網絡結構與軟件的實現方面有著明顯的要求?；凇癟hin-Client/Server”計算模式的終端組網設計方案能夠很好地解決電力系統(tǒng)的網絡安全、系統(tǒng)維護和升級等問題。

(4)保險、稅務。在保險、稅務行業(yè)的系統(tǒng)中，尤其強調數據的安全性。Windows終端作為全面實現Windows2000Server終端服務功能的客戶端設備，在降低TCO、實現集中管理、豐富應用軟件、提高系統(tǒng)安全性、迅速部署業(yè)務應用等方面具有極大的優(yōu)勢。將終端模式操作系統(tǒng)、應用軟件全部安裝在終端服務器上，只要維護好了服務器，終端無需維護，真正實現了零維護；另外，終端沒有存儲設備，病毒沒有入口，數據沒有出口，有效保證了系統(tǒng)的安全。2.4.2分布式計算

20世紀80～90年代中期網絡計算處于第二個階段，其顯著特征是計算機應用領域被大大拓寬，桌面辦公應用和數據庫技術的大力發(fā)展，導致協同計算和分布式計算理念迅速蔓延。特別是隨著Client/Server計算模式的興起，人們似乎找到了解決異種結構和平臺之間資源共享的最佳方法，即“分布式計算”。分布式計算研究如何把一個需要非常巨大的計算能力才能解決的問題分成許多小的部分，然后把這些部分分配給許多計算機進行處理，最后把這些計算結果綜合起來得到最終的結果。分布式計算比起其他算法具有以下幾個優(yōu)點：

①稀有資源可以共享；②通過分布式計算可以在多臺計算機上平衡計算負載；③可以把程序放在最適合運行它的計算機上。其中，共享稀有資源和平衡負載是計算機分布式計算的核心思想之一。最近的分布式計算項目已經被用于使用世界各地成千上萬位志愿者的計算機的閑置計算能力，通過因特網，分析來自外太空的電訊號，尋找隱蔽的黑洞，并探索可能存在的外星智慧生命。您可以尋找超過1000萬位數字的梅森質數，也可以尋找并發(fā)現對抗艾滋病病毒的更為有效的藥物。這些項目都很龐大，需要驚人的計算量，僅僅由單個的電腦或是個人在一個能讓人接受的時間內計算完成是決不可能的。

分布式計算是利用互聯網上計算機的中央處理器的閑置處理能力來解決大型計算問題的一種計算科學。這類大型計算問題一般是跨學科的、極富挑戰(zhàn)性的、人類急待解決的科研課題。其中較為著名的是：①解決較為復雜的數學問題，例如GIMPS(尋找最大的梅森素數)；②研究尋找最為安全的密碼系統(tǒng)，例如RC-72(密碼破解)；③生物病理研究，例如Folding@home(研究蛋白質折疊、誤解、聚合及由此引起的相關疾病)；④各種各樣疾病的藥物研究，例如UnitedDevices(尋找對抗癌癥的有效藥物)；⑤信號處理，例如SETI@Home(在家尋找地外文明)。下面列舉一個分布式計算案例。

2005年12月15日，中密蘇里州立大學的CurtisCooper和StevenBonne發(fā)現了第43個梅森素數(230402457－1)，這個新發(fā)現是目前所知的最大素數。這個新素數有9?152?052位。它在五天內由法國格勒諾布爾的TonyReix獨立驗證。這次核算工作由一臺帶有16個Itanium21.5?GHz處理器的BullNovaScale6160HPC超級計算機完成。所運用的演算程序是GuillermoBallesterValor編寫的Glacus程序。發(fā)現素數的Cooper博士加入GIMPS項目已過7年，他的同事VinceEdmondson博士負責在全校范圍內部署推廣GIMPS程序，可惜他在2003年逝世了。Cooper、Boone和中密蘇里州立大學的發(fā)現來之不易，他們協調著超過700臺計算機！當然，Cooper等人不可能獨立完成這些發(fā)現，其中還有著成千上萬的GIMPS志愿者的參與。這次發(fā)現是GIMPS項目的第九個最大素數記錄。隨著計算機的普及，個人電腦開始進入千家萬戶。與之伴隨產生的是電腦的利用問題。越來越多的電腦處于閑置狀態(tài)，即使在開機狀態(tài)下中央處理器的潛力也遠遠不能被完全利用?；ヂ摼W的出現，使得連接調用所有這些擁有限制計算資源的計算機系統(tǒng)成為了現實。首先，一些本身非常復雜但是卻很適合劃分為大量的更小的計算片斷的問題被提出來，然后由某個研究機構通過大量艱辛的工作開發(fā)出計算用服務器端和客戶端。服務器端負責將計算問題分成許多小的計算部分，然后把這些部分分配給許多連網參與計算的計算機進行并行處理，最后將這些計算結果綜合起來得到最終的結果。您也可以選擇參加某些項目，以捐贈CPU內核處理時間。您將發(fā)現您所提供的中央處理器內核處理時間將出現在項目的貢獻統(tǒng)計中。您可以和其他的參與者競爭貢獻時間的排名，您也可以加入一個已經存在的計算團體或者自己組建一個計算小組。這種方法很利于調動參與者的熱情。隨著民間的組隊逐漸增多，許多大型組織(例如公司、學校和各種各樣的網站)也開始組建自己的“戰(zhàn)隊”。同時，也形成了大量的以分布式計算技術和項目討論為主題的社區(qū)，這些社區(qū)多數翻譯制作分布式計算項目的使用教程及發(fā)布相關技術性文章，并提供必要的技術支持。參與分布式計算——一種能充分發(fā)揮您的個人電腦的利用價值的最有意義的選擇——只需要下載有關程序，然后這個程序會以最低的優(yōu)先級在計算機上運行，這對平時正常使用計算機幾乎沒有影響。您的微不足道的付出或許就能使您在人類科學的發(fā)展史上留下不小的一筆呢！那么誰可能加入到這些項目中來呢?答案是任何人都可以!如果您已經加入了某個項目，而且曾經考慮加入計算小組，您將在中國分布式計算總站及論壇里找到您的家。任何人都能加入分布式計算總站組建的分布式計算小組。希望您在中國分布式總站及論壇里發(fā)現樂趣。感興趣的同學請到(中國分布式計算總站)看看吧!2.4.3網格計算：讓計算能力“公用化”

網格計算(GridComputing)是網絡計算的另一個具有重要創(chuàng)新思想和巨大發(fā)展?jié)摿Φ姆种?。最初，網格計算研究的目標是希望將超級計算機連接成為一個可遠程控制的元計算機系統(tǒng)(MetaComputers)；現在，這一目標已經深化為建立大規(guī)模計算和數據處理的通用基礎支撐結構，將網絡上的各種高性能計算機、服務器、PC、信息系統(tǒng)、海量數據存儲和處理系統(tǒng)、應用模擬系統(tǒng)、虛擬現實系統(tǒng)、儀器設備和信息獲取設備(如傳感器)集成在一起，為各種應用開發(fā)提供底層技術支撐，將Internet變?yōu)橐粋€功能強大、無處不在的計算設施。網格的一個典型應用GridFTP工作方式，在不同的網格主機之間提供了安全的、可依賴的數據傳輸，使用擴展的FTP協議，提供了網格的功能。GridFTP是標準的服務器/客戶端應用，支持兩種類型的文件傳輸：標準和第三方參與的文件傳輸。一個典型應用GridFTP的工作方式原理如圖2-7所示，而有第三方參與的文件傳輸原理如圖2-8所示。圖2-7一個典型應用GridFTP的工作方式原理圖圖2-8允許第三方在不同的GridFTP服務器之間傳輸數據首先，從概念上講，網格計算的目標是資源共享和分布協同工作。網格的這種概念可以清晰地指導行業(yè)和企業(yè)對各部門的資源進行基于行業(yè)或企業(yè)的統(tǒng)一規(guī)劃、部署、整合和共享，而不僅僅是行業(yè)或大企業(yè)中的各個部門自己規(guī)劃、占有和使用資源。這種思想的溝通和認同對行業(yè)和企業(yè)是至關重要的，將提升或改變整個行業(yè)或企業(yè)信息系統(tǒng)的規(guī)劃部署、運行和管理機制。

其次，網格是一種技術。為了達到多種類型的分布資源共享和協作，網格計算技術必須解決多個層次的資源共享和合作技術，制定網格的標準，將Internet從通信和信息交互的平臺提升到一個資源共享的平臺。最后，網格是基礎設施，是各種網絡綜合計算機、數據、設備、服務等資源的基礎設施。隨著網格技術的逐步成熟，將建立地理分布的遍布全國或全球的大型資源節(jié)點，集成網絡上的多個資源，聯合向全社會按需提供全方位的信息服務。這種設施的建立，將使用戶如同今天我們按需使用電力一樣，無需在用戶端配全套計算機系統(tǒng)和復雜軟件，就可以簡便地得到網格提供的各種服務。如同電力系統(tǒng)一樣，把網格設施作為一個國家戰(zhàn)略信息基礎設施來規(guī)劃、建設和運行管理，其復雜度和難度是相當大的，這里面有思想和觀念上的變化、技術上的難點以及國家法律和政策上的問題等，需要經過多年的艱苦努力。但是，大型企業(yè)、行業(yè)、國防等部門完全可以從現在就開始實施網格基礎設施戰(zhàn)略。

目前，大的網格項目研究和實施有一個顯著的特點，即各個項目是直接面向應用、與應用領域緊密相關的。IBM、HP、Sun、LSF、Boeing等公司現在都已經進入網格計算領域，正在加緊研究相關的技術和產品。這里需要強調的是“網格計算”與“高性能計算機”的關系。高性能計算機是網格計算環(huán)境結構的節(jié)點和重要組成部分；網格計算技術是高性能計算技術的發(fā)展方向之一，它并不能替代超高性能計算機系統(tǒng)，但是未來的超高性能計算機系統(tǒng)必須支持網格計算環(huán)境，應能夠很容易地融入到網格計算環(huán)境中，將其強大的計算和數據存儲處理能力提供給眾多的用戶使用。網格計算技術的目的是結合高性能計算技術和網絡計算技術，將高性能計算機的能力釋放出去，構造一個公共的高性能處理和海量信息存儲的計算基礎設施，使各類用戶和應用能夠共享資源。因此，網格計算將會促進高性能計算機應用的發(fā)展，促進高性能計算機服務市場的發(fā)展，刺激市場對高性能計算機和海量存儲系統(tǒng)的需求。

2.5普適計算：無處不在的人性化服務

普適計算是信息技術中的一個真正的“大概念”。隨著計算機、通信、網絡、微電子、集成電路等技術的發(fā)展，信息技術的硬件環(huán)境和軟件環(huán)境發(fā)生了巨大變化。這種變化使得通信和計算機構成的信息空間，與人們生活和工作的物理空間正在逐漸融為一體。普適計算(ubiquitous/pervasivecomputing)的思想就是在這種背景下產生的。這個概念的提出始于1991年，從20世紀90年代后期開始，普適計算受到了廣泛關注。普適計算作為一項尚未開始應用的“未來”技術，有各種各樣的定義。實際上各種表述的基本內容差別不大。人們普遍認為，在完善的普適環(huán)境下，使用任意設備和任意網絡、在任意時間都能獲得相當質量的計算服務。普適計算的重點在于，提供面向客戶、無處不在的自適應計算環(huán)境。在普適計算建立的融合空間中，人們可以“隨時隨地”和“透明”地獲得數字化的服務。在普適計算環(huán)境成熟以后，使用者可以在生活和工作場所的任何位置很自然地獲得所需要的網絡和計算服務。在使用者獲得計算服務的過程中，由于提供計算和通信的設備已經融入到該環(huán)境中，使用者并不需要有意識地選擇使用某種設備或者網絡。由于計算能力的無所不在，信息空間將與人們生活和工作的物理空間融為一體。同時，這些設備對于用戶而言雖然廣泛存在，并可以人機交互，卻無需去有意識地尋找、感知和操控，計算機好像隱身了——這是普適計算最重要的特征。移動計算是隨著移動通信、Internet、數據庫、分布式計算等技術的發(fā)展而興起的一個多學科交叉、涵蓋范圍廣泛的新技術。移動計算技術將使計算機或其他信息智能終端設備在無線環(huán)境下實現數據傳輸及資源共享。它的作用是將有用、準確、及時的信息提供給任何時間、任何地點的任何客戶。這將極大地改變人們的生活方式和工作方式。實質上移動計算只是普適計算的一個子集，從1876年發(fā)明電話開始，進深到1973年發(fā)明移動電話，1994年進入商用筆記本電腦時代，人們在網絡和便攜方面的應用和發(fā)展令人驚異不已(如圖2-9所示)?，F在已有一些公司開發(fā)嵌入ZigBee等技術的移動手持設備，比如泛泰PG3600V手機(如圖2-10所示)，用戶可以控制任何兼容Zigbee標準的設備，例如控制家用電器、查收郵件、監(jiān)控住所安全等，從而成為普適計算時代的先鋒。圖2-9移動計算無處不在圖2-10泛泰PG3600V手機早在兩年前，有關“智能塵埃”的報道就吸引了無數的眼球。美國加州大學柏克萊分校日前宣布，他們已開發(fā)出一種新型偵察用微型探測器，取名“智能塵?！薄Ｔ撎綔y器小到可裝進一個阿斯匹林藥片大小的塑料容器內，可用于偵察近距離敵方的活動情況。這項研究已經到了實地測試階段。圖2-11和圖2-12分別是一個家電產品和環(huán)境保護中用到的智能塵埃產品。圖2-11一款“智能塵?！碑a品的芯片圖2-12環(huán)境保護中的“智能塵?！?/p>

RFID標簽是一種無線射頻識別標簽，通常為一片半導體芯片，帶有存儲單元和天線。各種信息芯片的存儲單元通過天線與讀取器進行非接觸通信，而多數RFID標簽并不需要電池。目前，RFID標簽已經廣泛用于商業(yè)領域，如圖2-13所示就是一個將RFID標簽用于比賽門票的示例，它也可以為物流管理等業(yè)務提供方便。RFID技術稱得上是一種有現實意義的普適計算終端的雛形。就服裝而言，帶有RFID標簽的衣服不僅能夠在商場收銀臺顯示商品的價格，還能夠將衣服的布料成分傳遞給洗衣機和電熨斗，使洗滌、烘干程序和熨燙溫度均可以自動設定。家庭計算機可以通過RFID信息了解到衣物的保暖、防風等性能，自動比較主人外出前穿戴衣物的保暖性能是否適應室外的氣候，包括當時的氣候和一段時間之后的氣候。如果主人出遠門，計算機還會通過訂票信息了解目的地的氣候情況并進行分析，這些分析會根據每個個體的衣著習慣進行。圖2-13德國世界杯啟用RFID標簽把足球流氓拒之門外在普適計算環(huán)境，也就是第四代計算環(huán)境中，將存在大量種類繁多的計算設備，其中大部分都將是嵌入式設備。各種設備之間、由各種設備構成的各個相對獨立的普適環(huán)境之間以及設備和用戶之間，都存在著廣泛的無處不在的信息流。對于用戶的絕大部分計算需求，普適計算環(huán)境都能夠按照用戶預先的設定或者用戶個人的喜好，智能化地加以滿足。

普適計算最核心的內容在于對人的關懷。在普適計算建立的融合空間中，人們可以隨時、透明地獲得計算服務，而不用離開現場端坐在計算機前。這種服務的訪問方式甚至可以在用戶沒有覺察的情況下由系統(tǒng)主動提供。從某種意義上說，計算機好像銷聲匿跡了。

2.6云計算：正在改變網絡

云計算(Cloudcomputing)是一種基于互聯網的超級計算模式，即把存儲于個人電腦、移動電話和其他設備上的大量信息和處理器資源集中在一起，協同工作。它是一種新興的共享基礎架構的方法，可以將巨大的系統(tǒng)池連接在一起以提供各種IT服務環(huán)境。很多因素推動了對這類環(huán)境的需求，其中包括連接設備、實時數據流、SOA的采用以及搜索、開放協作、社會網絡和移動商務等這樣的Web2.0應用的急劇增長。另外，數字元器件性能的提升也使IT環(huán)境的規(guī)模大幅度提高，從而進一步加強了對一個由統(tǒng)一的“云”進行管理的需求。簡而言之，云計算將使未來的互聯網變成超級計算的樂土。在2007年11月中旬的上海IBM創(chuàng)新論壇上，IBM高性能隨需解決方案團隊副總裁WillyChiu對記者解釋說，“云計算的基本原理是，通過使計算分布在大量的分布式計算機上，而非本地計算機或遠程服務器中，企業(yè)數據中心的運行將更與互聯網相似。這使得企業(yè)能夠將資源切換到需要的應用上，根據需求訪問計算機和存儲系統(tǒng)?！眻D2-14是IBM公司的“藍云”產品架構圖。下面通過一個場景描述一下什么是云計算。

Tom是一家公司的員工，某天公司派Tom去倫敦出差。那么，Tom想要了解他所乘坐的航班信息、從他的住所到機場的最佳路線、倫敦最新的天氣以及住宿信息等。在未來，所有的這些信息都可以通過云計算來提供！云計算將與各種各樣的終端(例如個人電腦、PDA、手機、電視等)進行連接，為用戶提供廣泛、主動、高度個性化的服務，如圖2-15所示。圖2-14IBM公司的“藍云”產品架構圖圖2-15未來生活中的云計算示意圖這可是一種革命性的舉措，打個比方，這就好比是從古老的單臺發(fā)電機模式轉向了電廠集中供電的模式。它意味著計算能力也可以作為一種商品進行流通，就像煤氣、水電一樣，取用方便，費用低廉。最大的不同在于，它是通過互聯網進行傳輸的。

這場技術競賽吸引了眾多參賽者，包括Sun、IBM、微軟、Google、亞馬遜(Amazon)等信息業(yè)巨頭都已經循跡而來?！霸朴嬎阏谂d起?！蔽④洺売嬎銠C研究員DanReed也說，“推動云計算興起的動力是高速互聯網連接的發(fā)展、更加廉價且功能強勁的芯片以及硬盤、數據中心的發(fā)展。”互聯網企業(yè)是這方面的先行者，Google的搜索引擎可以視為云計算的早期產品。用戶的搜索請求經過互聯網發(fā)送到Google的大型服務器集群上，完成之后再返回用戶桌面。A最近向開發(fā)者開放了名為“彈性計算機云”的服務，它可以讓小軟件公司按照自己的需要購買Amazon數據中心的處理能力。

目前，PC依然是我們日常工作生活中的核心工具——我們用PC處理文檔、存儲資料，通過電子郵件或U盤與他人分享信息。如果PC硬盤壞了，我們會因為資料丟失而束手無策。而在“云計算”時代，“云”會替我們做存儲和計算的工作?！霸啤本褪怯嬎銠C群，每一群包括了幾十萬臺，甚至上百萬臺計算機?！霸啤钡暮锰庍€在于，其中的計算機可以隨時更新，保證“云”長生不老。Google就有好幾個這樣的“云”，其他IT巨頭，如微軟、雅虎、亞馬遜也有或正在建設這樣的“云”。

2.721世紀的計算：計算無處不在

計算機現在能做的事情還不太多，但是在今后的10～20年里，計算機將能做更多的事情，這將是新的令人振奮的應用領域。所以，我們要看看有哪些令人振奮的事情是在將來可以實現的。2.7.1計算機模擬

在模擬方面，有一種可能性，就是我們可以準確地模擬真實世界。比如可以把你的身材掃描到計算機系統(tǒng)中，在屏幕上模擬出一個真實的你。這樣你就可以通過計算機去試穿并訂購衣服(如圖2-16所示)。類似地也可以通過攝像機在計算機上模擬出一個真實的鄉(xiāng)村場景(如圖2-17所示)。圖2-16網絡模擬試衣間圖2-17模擬現實生活中真實場景的效果2.7.2新一代多媒體及網絡計算

在通信方面，五年前，比爾·蓋茨曾說過一個口號：“信息要垂手可得”?，F在有很多計算機系統(tǒng)在信息方面得做非常成功，但是我們還沒做到垂手可得。比如，你要找某個信息得等好長時間。還有一種是我們所說的遠程參與，也就是說有的時候你不能去那個地方，但是可以以遠程方式參與。在通信方面還有很多有趣的應用，如在家工作、智能搜索等。

1．數字墨水與TabletPC

數字墨水是一種與傳統(tǒng)的文字、圖片、視頻及聲音等不同的有結構及意義的數據類型。數字墨水技術打破了以住的手寫技術主要集中于手寫文字識別的禁錮，智能地對手寫文檔內容進行結構解析及語義理解，能夠使無結構的手寫筆跡組合變成有結構的手寫筆記。數字墨水是一種新的人機界面技術，它在借鑒了學術界多年來在“手寫識別”方面所取得的研究成果的同時，超越了“手寫識別”技術的許多局限。數字墨水可以將手寫的筆跡以墨水的形式保存，不會丟失任何信息。用戶不再需要利用其他的Windows應用程序，來把手繪、手寫的筆跡轉換為別的格式來保存、發(fā)送和編輯。這一技術突破了現有鍵盤、鼠標、游戲手柄等人機交互手段，通過數字攝像頭來采集用戶的動作、分辨用戶的操作意圖，使人與機器的游戲過程實現得更直接、更自然、更親切，從而拉近了人與機器的距離，如圖2-18所示。以“數字墨水”為核心技術的劃時代產品TabletPC簡體中文版由微軟亞洲研究院的中國科學家首次自主研發(fā)。微軟(中國)有限公司總裁唐駿博士表示，TabletPC(見圖2-19)是人性化計算領域的一個飛躍，它讓人們在任何時間、任何地點、通過任何設備都能進行溝通，獲得所需要的信息。TabletPC的問世為移動計算機產品開創(chuàng)了新紀元，是在“高信度計算”和人性化計算領域的一個飛躍。

TabletPC能夠幫助使用者了解計算機是如何適應人們真正的工作方式的——不管是在會議中記筆記，還是以無線方式和同事一起工作或者在屏幕上閱讀；而我們所做的，只是在為TabletPC的無限可能揭開序幕。讓人們在任何時間、任何地點、通過任何設備進行溝通，獲得所需要的信息，是微軟公司的.NET愿景，TabletPC則是實現?.NET愿景非常重要的關鍵所在。它讓需要經常出差旅行、開會或是經常在外工作的信息工作者，可以很容易地完成工作。圖2-18用數字墨水畫一個表格

圖2-19TabletPC-Viewsonic平板電腦

UMPC就是Ultra

Mobile

PC(見圖2-20)，翻譯過來就是超便攜移動個人電腦。這個概念的提出來源于Intel。微軟叫它做Origami計劃、Intel則稱它為UMPC。簡單地說，UMPC就是一款安裝了特殊版Windows

XP

Tablet操作系統(tǒng)的Tablet

PC，但體積要小很多。一般來說，UMPC都配備了7英寸左右的顯示屏，重量為900?g左右，支持藍牙、Wi-Fi和以太網連接，內存為512?MB以上，硬盤容量為30?GB到60?GB。根據需要，廠商還可以自行添加GPS、指紋識別、電視卡、攝像頭以及讀卡器等設備。圖2-20TabletkioskUMPC

2．哼唱搜索歌曲

midomi是基于聲音的搜索，因此是終極樂曲搜索工具。唱歌、哼歌或者吹