1、综述
| 信息技术及其发展 | 计算机软硬件 | 新一代信息技术及应用 | 物联网 |
| 计算机网络 | 云计算 | ||
| 存储和数据库 | 区块链 | ||
| 信息安全 | 大数据 | ||
| 信息技术发展 | 人工智能 | ||
| 虚拟现实 | |||
2、信息技术及其发展
1）信息技术
- 概念：在信息科学的基础原理和方法下，获取信息，处理信息，传输信息和使用信息的应用技术总称。
- 分类：
（1）硬技术（物化技术）：各种信息设备及其功能；
（2）软技术（非物化技术）：优化信息获取和处理的各种知识、方法与技能；
2）计算机软硬件
（1）计算机硬件：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。
（2）计算机软件：计算机系统中的程序及其文档。
# 硬件是软件赖以工作的物质基础，软件的正常工作是硬件发挥作用的重要途径；
3）计算机网络
- 网络：用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起，组成数据链路，从而达到资源共享和通信的目的；
- 网络分类（按照作用范围）
（1）个人局域网（PAN）
（2）局域网（LAN）
（3）城域网（MAN）
（4）广域网（WAN）
（5）公用网
（6）专用网
- 网络标准协议
# 网络协议：为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合；
#网络协议的组成：
（1）语义 -做什么（2）语法-怎么做（3）时序-做的顺序
- OSI七层网络模型——开放系统互连参考模型（Open System Interconnect）
| OSI层次 | 主要 作用 | TCP/IP四层 概念模型层次 | 对应的网络协议 |
| 应用层 | 网络服务与最终用户的接口 | 应用层 | HTTP、FTP、Telnet、SMTP |
| 表示层 | 加解密、转换、压缩 | JPEG、ASCII、DES、MPEG | |
| 会话层 | 建立数据传输的通路 | RPC、SQL、NFS | |
| 传输层 | 定义传输数据的协议端口号，端到端可靠性传输 | 传输层 | TCP、UDP、SPX |
| 网络层 | 逻辑地址寻址、逻辑地址向物理地址转换、网络之间的路径选择 | 网络层 | IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP |
| 数据链路层 | 建立逻辑连接、进行硬件地址寻址、差错校验 | 数据链路层（网络接口层） | IEEE 802.3/.2、HDLC、PPP、STP、ATM、帧中继 |
| 物理层 | 定义物理设备标准、建立维护断开物理连接、数模转换 | RS232（串口）、RJ-45、V.35、FDDI |
- 网络协议和标准——物理层和数据链路层
（1）IEEE 802 (LMSC ，局域网/城域网标准委员会)
遵循该标准的产品：网卡、路由器、桥接器
| IEEE 802 网络标准协议类 | 内容 |
| 802.1 | 802协议概论 |
| 802.2 | 逻辑链路控制层LLC协议 |
| 802.3 | 以太网 |
| 802.4 | 令牌总线 |
| 802.5 | 令牌环 |
| 802.6 | 城域网MAN协议 |
| 802.7 | EDDI宽带 |
| 802.8 | 光纤技术协议 |
| 802.9 | 语音/数据集成 |
| 802.10 | 安全互操作标准 |
| 802.11 | WLAN无线（无线局域网） |
# 广域网协议：PPP点对点协议、ISDN综合业务数字网、xDSL数字用户线路、DDN数字专线、x.25、FR帧中继、ATM异步传输；
- 网络协议和标准——网络层（处理信息的路由、主机地址解析）
（1）地址解析协议ARP——逻辑IP地址->物理MAC地址
（2）反向地址解析协议RARP——物理MAC地址->逻辑IP地址
（3）网际控制报文协议ICMP——避免差错，发生差错时发送差错报文；
（4）网际组管理协议IGMP——允许多播，通过多目路由器将组播包转发到网络中所有组播成员；
- 物理地址、逻辑地址、域名
# 媒体访问控制MAC地址——物理地址（具有唯一性，长度为48位，6个字节）
# IP地址——逻辑地址（IPv4协议地址长度32位，4个字节；IPv6协议地址长度128位，16个字节，用“:”分成8段，为了屏蔽物理地址的差异）
# 域名——网域（一串用点分隔的名字组成，IP地址不方便记忆且不能显示地址组织的名称和性质，于是引入了域名与IP地址相互映射，用DNS域名系统做映射关系）
- 网络协议和标准——传输层（提供流量控制、错误校验和排序服务）
| 传输控制协议TCP | 适用 | 传输数据量少、对可靠性要求高的场合，例如：邮件； |
| 优点 | 可靠性高 | |
| 缺点 | 数据传输相对慢 | |
| 用户数据报协议UDP | 适用 | 传输数据量大、对可靠性要求不高、要求速度快的场所，例如：视频； |
| 优点 | 数据传输相对较快 | |
| 缺点 | 可靠性不高（易丢包） |
- 网络协议和标准——应用层（利用网络完成数据交互）
| 建立在TCP之上 | 建立在UDP之上 | ||
| FTP | 文件传输协议 | TFTP | 简单文件传输协议 |
| HTTP | 超文本传输协议 | DHCP | 动态主机配置协议 |
| SMTP | 简单邮件传输协议 | DNS | 域名系统 |
| Telnet | 远程登陆协议 | SNMP | 简单网络管理协议 |
-软件定义网络（SDN）——用软件方式实现网络连接
~概念：一种新型网络创新架构，网络虚拟化的一种方式，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，使网络更智能。
| SDN体系架构 | |
| 应用平面 | 应用：各种基于SDN的网络应用 |
| 控制平面 | 控制器：逻辑上为中心的SDN控制器 |
| 数据平面 | 硬件：由交换机等网络通用硬件组成 |
# 控制平面，北接应用，南接硬件；
- 第五代移动通信技术（5G）
- 特点：高速度、低时延、大连接
- 5G三类应用场景
（1）增强移动宽带——流量爆炸式增长（用户端访问多），极致应用体验；
（2）超高可靠低时延通信——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；
（3）海量机器类通信——智慧城市、智能家居、环境检测等传感和数据采集为目标；
4）存储与数据库
- 存储分类
（1）封闭系统的存储——大型机等服务器
（2）开发系统的存储
~内置存储：
~外挂存储：
$ DAS直连式存储：存储和服务器之间无需网络即可连接；
特点：直接插入，方便，但是很难扩展；
$ NAS网络接入存储：存储和服务器之间需网络连接；
特点：即插即用，扩展性强；
$ SAN存储区域网络：存储和服务器之间建立一个独立网络做调用/存储；
特点：块级存储，存储分离；
| 类目 | DAS | NAS | SAN |
| 安装难易度 | 不一定 | 简单 | 困难 |
| 数据传输协议 | SCSI/FC/ATA | TCP/IP | FC |
| 传输对象 | 数据块 | 文件 | 数据块 |
| 适合对象 | 中小组织服务器 | 中小组织 | 大型组织 |
| 容量扩充能力 | 低 | 中 | 高 |
- 存储虚拟化——“云存储”的核心技术之一；
- 绿色存储——达到存储容量、性能和能耗三者平衡；
- 数据结构模型
| 层次模型 | 树结构 | 结构清晰，查询效率高、只能处理“一对多” |
| 网状模型 | 网结构 | 存取效率高、结构复杂、不利于使用和掌握，允许处理“多对多” |
| 关系模型 | 表结构 | 透明独立保密、简化开发工作、查询效率低 |
- 常用数据库
| 关系型数据库SQL | 非关系型数据库NoSQL |
| 支持事务ACID原则：原子性、一致性、隔离性、持久性 | 不保证遵循ACID原则，无需固定表结构，不存在连续操作； |
| Oracle、MySQL、SQL Server、DB2、Microsoft Access等 | Redis、MongDB、Hbase等 |
| 优点：易理解、易维护、使用方便； 缺点：扩展困难、高并发下读写差、性能欠佳； | 优点：高并发下读写强、易扩展、弱结构化存储； 缺点：事务支持弱、通用性差、复杂场景支持差 |
- 数据仓库
~概念：是一个面向主题的、集成的、相对稳定的、反映历史变化的数据集合，用于支持管理决策。
~数据仓库中的数据是在对原有分散的数据库数据抽取、清理的基础上经过系统加工、汇总和整理得到的。
| 入 | 存 | 取 | 出 |
| 数据源 | 数据的存储与管理 | 联机分析处理OLAP服务器 | 前端工具 |
# 数据库支持业务，对数据实时性要求高；数据仓库支持管理决策，并不要求数据实时；
3、新一代信息技术
1）物联网（IOT）
| 物联网三层架构 | ||
| 感知层 | 识别物体，采集信息，由各种传感器构成 | 传感器技术：RFID |
| 网络层 | 传递和处理信息，由各种网络组成 | 微机电系统MEMS |
| 应用层 | 物联网和用户的接口 | 5个技术：机器、传感器硬件、通信网络、中间件、应用 |
2）云计算
-概念：一种基于互联网的计算方式，将网络上配置为共享的软件资源、计算资源、存储资源和信息资源，按需求提供给网上的终端设备和终端用户；
- 主要特点：
（1）用户与计算资源分离（2）快速、按需、弹性的服务（3）共享、虚拟化、分布式、易扩展
| IaaS基础设施即服务 | PaaS平台即服务 | SaaS软件即服务 |
| 提供计算机能力、存储空间等基础设施服务 | 提供虚拟的操作系统、数据库管理系统、Web应用等平台化服务 | 提供应用软件、组件、工作流等虚拟化软件的服务，一般采用web技术和SOA架构 |
| 吃披萨 | |||
| 本地部署 | IaaS | PaaS | SaaS |
| 自己采购原材料、在家里自己做 | 采购成品披萨，回家自己烤 | 直接点外卖买 | 去披萨店堂食 |
- 云计算关键技术（安全访问虚拟化云存储容器）：
| 虚拟化技术 | 软硬件操作系统虚拟化 |
| 容器技术 | 将应用隔离在一个独立的运行环境中（容器） |
| 多租户和访问控制管理 | —— |
| 云存储技术 | 结合分布式的文件结构 |
| 云安全技术 | —— |
# 云计算架构
（1）多任务并行（2）虚拟化技术（3）超线程技术（单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能）
3）大数据（BD）
- 概念：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“5V”特点
（1）大量（Volume）：数据体量巨大；
（2）多样（Variety）：数据类型繁多；
（3）价值（Value）：价值密度低；
（4）高速（Velocity）：处理速度快；
（5）真实性（Veracity）：数据来源于信息系统网络及网络终端的行为或痕迹；
# 主要包括：数据采集、数据存储、数据管理、数据分析与挖掘四个环节；
# 在大数据中，数据之和的价值远远大于各数据价值之和；
- 大数据应用实例：
（1）互联网行业（2）政府公共数据领域（3）金融领域（4）工业领域（5）社会民生领域
- 大数据关键技术
（1）大数据获取技术：数据采集、数据整合、数据清洗；
（3）分布式数据处理技术：分布式计算、Hadoop、Spark、Storm；
（4）大数据应用和服务技术：分析应用技术、可视化技术；
4）区块链
- 概念：以非对称加密算法为基础，以改进的默克尔树为数据结构，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。也是比特币的底层技术。
- 区块、链：记录的信息以区块方式按照时间链条呈现；
- 类别：公有链、联盟链、私有链、混合链；——金融行业
- 典型特征：
（1）去中心化-多个分布式节点（2）多方维护-激励机制（3）时序数据-时间戳信息，可追溯性
（4）智能合约（5）不可篡改（6）开放共识（7）安全可信-非对称加密提供数据安全
- 区块链关键技术：
| 关键技术 | 核心思想 |
| 分布式账本 | -分布式的多节点共同交易记账； - 每个节点保存一个唯一、真实账本的副本； - 账本的任何改动都会在所有的副本中被反映； - 除非所有节点被破坏，否则账目数据稳健安全； |
| 共识机制 | - 某个节点提议增减，则广播给所有参与节点； - 所有节点根据规则对提议能否达成一致计算和处理； |
| 加密算法 | - 散列（哈希）算法； - 非对称加密算法 |
5）人工智能（AI）
- 概念：研究和开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统的科学；
- 关键技术：
（1）机器学习
~机器学习：通过训练模型对数据进行“学习”的形式；
~神经网络：根据输入、输出、变量权重或者将输入、输出关联的“特征”分析问题；（深度学习是一种神经网络模型）
~强化学习：机器学习系统制订了目标而且迈向目标的每一步都会得到某种形式的奖励；
（2）自然语言处理
~自然语言处理NLP：研究能实现人与计算机之间用自然语言进行有效通信的理论方法；（深度学习是重要技术支撑）——信息抽取、自动文摘/分词、识别转化；
（3）专家系统
~专家系统：一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统；（6大组成部分：人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取）——当前研究进入第四个阶段；
6）虚拟现实（VR）
- 概念：一种可以创立和体验虚拟世界的计算机系统；
~ 建立的是包容多种信息的多维化的信息空间；
- 主要特征：沉浸式、交互性、多感知性、构想性、自主性；
- 发展方向：桌面->沉浸式->分布式->增强式AR->元宇宙
- 关键技术
（1）人机交互技术：利用VR眼镜、控制手柄、传感器设备；
（2）传感器技术：传感器的灵敏度；
（3）动态环境建模技术：利用三维数据建立虚拟环境模型；计算机辅助设计CAD、视觉建模；
（4）系统集成技术：信息同步、数据转换、模型标定、识别和合成技术；
