第一章云計算信息技術(裝備制造類)本課件是可編輯的正常PPT課件【ch01】云計算【ch02】大數據【ch03】人工智能【ch04】現代通信技術【ch05】物聯網【ch06】工業互聯網【ch07】區塊鏈【ch08】智能制造全套可編輯PPT課件

01云計算的產生與發展PARTONE本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的產生是需求推動、技術進步、商業模式轉變共同促進的結果，具體內容如表1-1所示。云計算是繼20世紀80年代大型計算機到客戶端-服務器的大轉變之后的又一種巨變。云計算是分布式計算（DistributedComputing）、并行計算（ParallelComputing）、效用計算（UtilityComputing）、網絡存儲（NetworkStorageTechnologies）、虛擬化（Virtualization）、負載均衡（LoadBalance）、熱備份冗余（HighAvailable）等傳統計算機和網絡技術發展融合的產物。云計算的產生與發展1云計算產生的背景本課件是可編輯的正常PPT課件短短幾年，云計算已從新興技術發展成為當今的熱點技術。從Google（谷歌）公開發布的核心文件到AmazonEC2（亞馬遜彈性計算云）的商業化應用，再到美國電信巨頭AT&T（美國電話電報公司）推出的SynapticHosting（動態托管）服務，云計算從節約成本的工具到盈利的推動器，從ISP（網絡服務提供商）到電信企業，已然成功地從內置的IT系統演變成公共的服務平臺。云計算的產生與發展1云計算產生的背景云計算的概念是由Google提出的，是一種網絡應用模式，可以從狹義和廣義兩個角度對其概念進行理解。本課件是可編輯的正常PPT課件從狹義角度來說：提供資源的網絡被稱為“云”。“云”中的資源在使用者看來是可以無限擴展的，并且可以隨時獲取、按需使用、隨時擴展、按使用付費。這種特性經常被稱為像水電一樣使用的IT基礎設施。從廣義角度來說：云計算是指服務的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的服務。這種服務可以是IT和軟件、互聯網相關的，也可以是任意其他的服務，它具有超大規模、虛擬化、可靠安全等特點。云計算將所有的計算資源集中起來，并由軟件實現自動管理，無須人為參與。這使得應用提供者無須為煩瑣的細節而煩惱，能夠更加專注于自己的業務，有利于創新和降低成本。云計算的產生與發展1云計算產生的背景本課件是可編輯的正常PPT課件綜上所述，云計算（CloudComputing）通過網絡“云”將巨大的數據計算處理程序分解成無數個小程序，然后通過多臺服務器組成的系統進行處理和分析，得到結果并返給用戶。早期云計算就是簡單的分布式計算，主要解決任務分發，并進行計算結果的合并。因而，云計算又稱為網格計算。通過這項技術，可以在很短的時間內（幾秒鐘）完成對數以萬計的數據的處理，從而提供強大的網絡服務。如圖1-1所示為云計算概念圖。云計算的產生與發展1云計算產生的背景本課件是可編輯的正常PPT課件最簡單的云計算技術在網絡服務中已經隨處可見，如搜尋引擎、網絡信箱等，用戶只要輸入簡單的指令就可以獲得大量信息。在瀏覽器中輸入關鍵詞“計算機”進行檢索，就能得到大量有關“計算機”這一關鍵詞的信息。在未來，如手機、智能手表等移動設備都可以結合云計算技術，發展出更多的應用服務。再向前一步，云計算在未來不會僅僅局限在資料搜尋、分析等功能上，如分析DNA結構、基因圖譜定序、解析癌癥細胞等工作，都可以結合這項技術達成。云計算是一種模型，可以通過最小化管理成本與服務提供商進行交互，具有支持創新提速、資源彈性、易擴展等特點。同時，用戶可按需購買，能夠方便地根據業務發展及時調整，降低運營和維護費用。在未來的技術創新中，我們務必以實現計算資源合理組織和按需供給作為該技術創新的出發點，以滿足各種用戶的“計算”需求為根本創新目標，以建立合理運營模式保障云計算可持續發展。云計算的產生與發展1云計算產生的背景本課件是可編輯的正常PPT課件隨著云計算的技術和產業日趨成熟，全球云計算市場規模總體呈現穩定增長態勢，而我國云計算市場雖然起步較晚，在當前云計算的核心技術方面還處于跟跑地位，但近幾年增長迅猛，已作為我國信息技術創新重點支持方向之一，成為推動經濟增長、加速產業轉型的重要力量，云計算服務正日益演變成新型的信息基礎設施，我國云計算呈現出以下發展趨勢和特點。1．向行業垂直化、屬地化發展，私有云、混合云成為新的增長點云計算的產生與發展2我國云計算發展現狀及趨勢中國云計算行業已經經歷一輪快速成長期，但主要是公有云，尤其是互聯網和用戶端服務需求快速增長。隨著互聯網增速放緩和公有云市場的競爭日益激烈，2018年云計算廠商和行業客戶都開始意識到企業端互聯網和云計算的市場機會開始到來，國內外公有云巨頭近年來紛紛推出私有云、混合云、專有云產品。出于對數據的安全性、私密性的重視，公有云很難成為政府和大型企業客戶的最終選擇；同時，5G、人工智能、異構計算、物聯網等新興技術的發展加速了云計算與產業的深度融合，政務、醫療、金融、教育、交通、能源、電信、軍工等若干行業都需要建設相應的“行業云”。本課件是可編輯的正常PPT課件2．國產軟硬件生態初步形成競爭態勢云計算的產生與發展2我國云計算發展現狀及趨勢計算技術領域自主安全的發展，芯片和基礎軟件至關重要，國產芯片技術的不斷提升和逐漸成熟，為適配國產操作系統提供了良好的基礎環境。目前，在中科院、CEC/CETC、地方國資以及華為的支持下，國內已經有一系列具備生產能力的芯片廠商，包括龍芯、飛騰、鯤鵬和兆芯等，其基礎架構也幾乎涵蓋了從MIPS、ARM到x86和Alpha所有世界通行版本，為操作系統、中間件、數據庫等基礎軟件的發展提供了土壤。一方面，由于本土優勢以及多年的技術積累帶來的產品實力的提升，中國服務器市場主要由國產品牌主導且市場份額持續攀升，同時，鯤鵬和海光等國產芯片生態已開始對英特爾生態形成競爭；另一方面，華為被美國列入“實體清單”事件的影響，凸顯了IT產業供應鏈自主可控的重要性。未來，隨著自主可控、安全的信息產品在重要領域的應用，國產化趨勢將更加明顯。本課件是可編輯的正常PPT課件3．云網融合服務能力體系逐漸形成，并向行業應用延伸云計算的產生與發展2我國云計算發展現狀及趨勢隨著云計算產業的不斷成熟，企業對網絡需求的變化使得云網融合成為企業“上云”的顯性剛需。云網融合是結合業務需求和技術創新帶來的新網絡架構模式，云服務按需開放網絡，基于云專網提供云接入與基礎連接能力，通過與云服務商的云平臺結合，對外提供覆蓋不同場景的云網產品（如云專網），并與其他云服務（如計算、存儲等）相結合，最終延伸至具體行業的應用。目前，云網融合的服務能力體系已形成，主要包括三個層級：最底層為云專網，為企業上云、各類互聯提供高質量、高可靠的承載能力；中間層為云平臺提供云網產品，包括云專線、對等連接、云聯網等，即基于底層云專網為云網融合的各種場景提供互聯互通服務；最上層為行業應用場景，基于云網產品，結合其他類型云服務，向具體行業應用場景拓展，帶有明顯的行業屬性，體現出“一行業一網絡”甚至“一場景一網絡”的特點。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的產生與發展2我國云計算發展現狀及趨勢云計算的藍圖已經蓄勢待發：在未來，只需要一臺筆記本或者一個手機，就可以通過網絡服務來實現我們需要的一切任務，甚至包括超級計算這樣的任務。從這個角度而言，最終用戶才是云計算的真正擁有者。云計算的應用包含這樣的一種思想，把力量聯合起來，給其中的每一個成員使用。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的硬盤壞了，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。“云”就是計算機群，每個群包括了幾十萬臺、甚至上百萬臺計算機。“云”的好處還在于，其中的計算機可以隨時更新，屆時，我們只需要一臺聯網的計算機，不需要關心存儲或計算發生在哪朵“云”上，一旦有需要，我們可以在任何地點使用任何設備，如計算機、手機等，快速地計算和找到這些資料，再也不用擔心資料丟失。3．云網融合服務能力體系逐漸形成，并向行業應用延伸本課件是可編輯的正常PPT課件02云計算的內涵與特性PARTTWO本課件是可編輯的正常PPT課件云計算包含“云”，即商業層面；也包含“計算”，即技術層面。把云和計算相結合，將IT基礎設施封裝為公共實例，在不需要預先安裝和維護任何計算資源的情況下，用戶能夠通過互聯網按需獲取。因此，形成了云計算的主要特點是“網絡化”“服務化”“靈活化”。和使用水電一樣，從你開始使用到結束使用進行度量，登錄應用入口就可以直接使用應用，甚至不用在本地安裝應用，就像打開水龍頭就可以用水一樣，然后付費，它本質是按需服務、按需付費的模式。要深入理解云計算及其相關技術，必須從“云”和“計算”的內涵出發，從技術特點和商業模型角度綜合思考。云計算的內涵與特性1云計算的內涵本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的內涵與特性1云計算的內涵“網絡化”表明云計算對網絡的依賴和呈現形態，主要體現在計算資源動態可擴展和便捷實用模式兩方面；“服務化”是指云計算作為一種完成計算的商業模型，應滿足供需雙方的交易需求和經濟化目標，不僅有助于供應商專心提升服務質量，還方便了用戶訂購服務；“靈活化”指按需供給和購置，服務提供商一方面根據自身特點組織和優化服務資源配置，另一方面根據用戶需求和資源訂購狀態制定營銷策略和資源調度機制，進而實現自身效益最大化。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的內涵與特性2云計算的特性1．超大的規模

云計算服務通常由運行在多個數據中心的集群系統提供，每個數據中心的節點數量可以達到上萬臺。因此，云計算能夠為各種不同的應用提供海量的計算和存儲資源。例如，Google的云計算中心已經擁有100多萬臺服務器，AMAZON、IBM、微軟等公司的云計算中心均擁有幾十萬臺服務器，一般中小企業的企業私有云擁有數百至上千臺服務器。近年來，云計算的概念已經成為一個熱點，與傳統的網絡應用模式相比，其具有如下優勢與特點。云計算超大規模的特性可以賦予用戶前所來有的計算能力，用戶可以通過使用計算機等設備在任意時間和地點訪問存儲在云端的數據。如圖1-3所示為北京超級云計算中心。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的內涵與特性2云計算的特性2．高可靠性和容災能力

云計算使用了數據多副本容錯、計算節點同構可互換等措施來保障服務的高可靠性。從某種程度上說，使用云計算比使用本地計算機更加可靠，因為一旦本地計算機損壞，在沒有備份的情況下，損失的數據較難恢復。多數據中心的設計不僅提供了數據恢復的依據，還使得網絡病毒和網絡黑客的攻擊失去其目的，進一步提高了系統的安全性。從容災方面來看，云計算也保證了洪水、地震、火災等災難不會對用戶的數據存儲和訪問產生影響。而從存儲能力和計算能力上來看，云計算技術相比以往的計算機技術具有更高的服務質量，同時在節點檢測上也能做到智能檢測，即在解決問題的同時不會對系統本身帶來過多的影響。云計算的分布式數據中心可將云端的用戶信息備份到地理上相互隔離的數據庫主機中，云計算的存儲服務保證用戶的數據在存儲時有多個備份，任意一臺物理機器的損壞都不會造成用戶數據的丟失。云計算等同于建設了一個備份庫，可以幫助用戶實現雙重保障。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的內涵與特性2云計算的特性3．高性價比

云計算的核心理念是由低廉甚至過時的計算機組成并提供高性能和可靠的服務。云計算平臺不需要都由高性能服務器組成，云計算的特殊容錯措施使云計算可以采用極其低廉的節點來構成云。在達到同樣性能的前提下，組建一個超級計算機所消耗的資金較多，而云計算通過采用大量商業機組成集群的方式，所需要的費用與之相比要少很多。同時，云計算的自動化集中式管理使用戶無須負擔日益高昂的數據中心管理成本。云計算設施可以建在電力資源豐富的地區，從而大幅降低能源成本。在使用同樣的硬件資源時，云計算能夠為更多的用戶服務，減少了硬件、機房和電力的投入，降低了運營成本。同時，云計算對用戶端要求較低，可以輕松地共享不同設備之間的數據和應用，使用極其方便。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的內涵與特性2云計算的特性4．按需服務，以量計費

云計算可以根據用戶的需求提供服務，同時“云”作為一個龐大的資源池，用戶使用云計算可以像使用電力、煤氣和自來水那樣按照實際使用資源的數量進行付費，極大地降低了用戶在硬件上的投入。例如，用戶可以充分享受云計算的低成本優勢，花費百余元、半天時間就能完成以前需要數萬元、數月時間才能完成的數據處理任務。同時，用戶在服務選擇上將具有更大的空間，通過繳納不同的費用來獲取不同層次的服務。例如，建立在云計算上的App應用百度網盤，免費用戶和超級會員有著不同的使用特權，其中付費獲得的超級會員可以享有極速下載、5T超大存儲空間等38項特權。圖1-4所示為百度網盤免費用戶和超級會員的權益對比（部分）。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的內涵與特性2云計算的特性5．資源利用率高

云計算把大量資源集中在一個公共資源池中，通過資源虛擬化的方式為用戶提供可伸縮的資源，支持不同類型的應用在系統中同時運行，并考慮到各種應用對資源需求隨時間變化的特點，以對不同應用進行“削峰填谷”的方式，整體提高資源的利用率。云計算依據每個租戶的具體需求，在一個超大的資源池中動態分配和釋放資源，不需要為每個租用者預留峰值資源。由于云計算平臺規模大、租戶數量多、支撐的應用種類豐富，比較容易做到平穩的整體負載，因此，據相關統計顯示，云計算資源利用率可以達到80%左右，隨著技術進步以及組織管理更加合理化，該利用率還有進一步提升的空間。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的內涵與特性2云計算的特性6．資源虛擬化與透明化

從云計算的供應商和用戶兩個角度來探究這一特點。首先，對于云計算服務的供應商來說，計算服務器、存儲設備等各種底層資源的異構性被屏蔽，邊界被打破，所有的資源可以統一被管理和調度，進而成為云計算的資源池，可以為用戶按需提供服務。其次，對于云計算的用戶來說，云端的虛擬化技術的應用，使得用戶只能看到虛擬化層中虛擬出來的各類設備，無須了解其中的內部結構，只關心自身需求是否得到滿足即可。上述這種架構減少了設備的依賴性，也為動態的資源配置提供了可能。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的內涵與特性2云計算的特性7．高伸縮和高擴展性

云計算將傳統的計算、網絡和存儲資源通過虛擬化、容錯和并行處理技術，轉化成可以動態伸縮、可擴展的服務，從而更好地滿足應用和用戶規模增長的需要。云計算支持資源動態伸縮，添加、刪除和修改云計算環境的任意一個資源節點，或者是任意一個資源節點異常宕機，都不會導致云環境中的各類業務中斷，也不會導致用戶數據的丟失。值得注意的是，這里的資源節點可以是計算節點，也可以是存儲節點或網絡節點。同時，資源動態流轉也意味著在云計算平臺下實現資源調度機制，資源可以流轉到需要的地方。舉個例子，假如某云計算平臺的系統業務整體升高，便可以啟動閑置資源并納入系統中，從而提高整個云平臺的承載能力。若是該云計算平臺的整個系統業務處于低負載的情況下，則可以將業務集中起來，進而將其他閑置的資源轉入節能模式，提高資源利用率。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的內涵與特性2云計算的特性8．支持異構基礎資源

云計算可以構建在不同的基礎平臺上，即可以有效兼容不同種類的硬件和軟件基礎資源，不針對特定的應用，同一個云計算平臺可以支撐多應用同時運行。云計算為用戶提供良好的編程模型，用戶可以根據需要進行程序制作，既為用戶提供了巨大的便利，又節約了相應的開發資源。本課件是可編輯的正常PPT課件03云計算的目標、任務與價值PARTTHREE本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的目標、任務與價值1．資源整合，提高資源利用率

利用虛擬化技術，實現資源的彈性伸縮：每臺服務器虛擬出多臺虛擬機，避免出現服務器只能被某個業務獨占的問題。可通過靈活調整虛擬機的規格（CPU、內存等），增加或者減少虛擬機，快速滿足業務對計算資源需求量的變化。利用虛擬化計算，將一定量的物理內存資源虛擬出更多的虛擬內存資源，可以創建更多的虛擬機。2．快速部署，彈性擴容

采用虛擬機批量部署，可以彈性擴展/收縮資源，滿足業務需要，縮短業務部署周期。基于云的業務系統采用虛擬機批量部署，能在短時間內實現大規模資源部署，快速響應業務需求，省時高效。根據業務需求可以彈性擴展/收縮資源滿足業務需要，人工操作較少，以自動化部署為主。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的目標、任務與價值3.數據集中，信息安全

在傳統IT平臺上，數據分散在各個業務服務器上，可能存在某單點有安全漏洞的情況；部署云系統后，所有數據集中在系統內存放和維護，并提供如下安全保障。網絡傳輸：數據傳輸采用HTTPS（超文本傳輸安全協議）加密。系統接入：需要證書或者賬號。架構安全：經過安全加固的虛擬機監視器，保證虛擬機間隔離。虛擬機釋放時，磁盤被全盤擦除，避免被恢復的風險。系統內賬號等管理數據，可加密存放。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的目標、任務與價值4.自動調度，節能減排

基于策略的智能化、自動化資源調度，實現資源的按需取用和負載均衡，達到節能減排的效果：白天，基于負載策略進行資源監控，自動負載均衡，實現高效熱管理；夜晚，基于時間策略進行負載整合，將不需要的服務器關機，最大限度地降低耗電量。節能減排即動態電源管理（DPM）可以優化數據中心的能耗。開啟DPM后，當集群中虛擬機使用資源比較低時，可以聚合虛擬機到少量主機上，并關閉其他無虛擬機運行的主機，實現節能減排。當虛擬機所需資源增加時，DPM動態上電主機，確保提供足夠資源。5．降溫去噪，綠色辦公

物理PC（PersonalComputer，個人計算機），替換為TC（ThinClient，瘦終端：用于云計算環境中虛擬桌面的接入和使用），可以大大降低發熱量，改善辦公環境。物理主機的處理資源在本地，需要配置高性能的CPU、硬盤和風扇等組件，會產生較大的噪聲污染；替換為TC之后，計算等資源在遠端的數據中心處理，本地TC僅僅支持指令輸入和頁面展示，所以噪聲較低，能提升辦公感受。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的目標、任務與價值6.高效維護，降低成本

使用傳統PC辦公，從PC選型、購買、庫房存放、分發和維護等多個流程都需要IT技術人員參與，可能產生以下幾方面的困擾：從立項購買到投入使用所需流程時間較長；傳統PC能耗較高，導致企業成本增加；傳統PC出現故障，從報修到可以重新使用，所需時間較長，影響企業辦公效率；傳統PC一般3年需要更新換代；傳統IT環境下，PC數量多并且分布于各個辦公地點，所需維護人力成本較高。使用桌面云辦公場景，處理資源數量較少并且集中于數據中心，可以減少企業辦公的困擾。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的目標、任務與價值7.無縫切換，移動辦公

無論在出差途中，還是在辦公室內，使用不同終端隨時隨地遠程接入云，桌面立即呈現。數據和桌面都集中運行和保存在數據中心，用戶不必中斷應用，實現熱插拔或更換終端。8.升級擴容，不中斷業務管理節點的升級，可先升級主備模式中一個節點，待主備切換后再升級另外一個節點。計算節點的升級，可以先將該節點的虛擬機遷移到其他節點，然后對該節點升級，再將虛擬機遷回。9.軟硬件系統統一管理云計算支持對一體機、服務器、存儲設備、網絡設備、安全設備、虛擬機、操作系統、數據庫、應用軟件等進行統一的管理。云計算支持異構業界主流的服務器、存儲設備。軟硬件系統統一管理，可以提升管理的便利性，降低管理系統的購置成本和人力成本。本課件是可編輯的正常PPT課件04云計算系統的系統架構PARTFOUR本課件是可編輯的正常PPT課件云計算系統的系統架構云基礎架構在傳統基礎架構計算、存儲、網絡硬件層的基礎上，增加了虛擬化層、云層。如圖1-5所示為云計算系統架構。虛擬化層是指大多數云基礎架構都廣泛采用虛擬化技術，包括計算虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化。通過虛擬化層，屏蔽了硬件層自身的差異和復雜度，向上呈現為標準化、可靈活擴展和收縮、彈性的虛擬化資源池。云計算，作為虛擬化的一種延伸，影響范圍已經越來越廣。但是，云計算目前還不能支持復雜的企業環境。因此云計算架構呼之欲出，經驗表明，在云計算走向成熟之前，我們更應該關注云計算系統架構的細節。1云計算系統架構參考模型本課件是可編輯的正常PPT課件云計算系統的系統架構云層則是指對資源池進行調配、組合，根據應用系統需要自動生成、擴展所需的硬件資源，將更多的應用系統通過流程化、自動化的部署和管理，進而提升工作效率。對于傳統基礎架構，云基礎架構通過虛擬化整合與自動化，應用系統共享基礎架構資源池，實現高利用率、高可用性、低成本、低能耗，并且通過云平臺層的自動化管理，實現快速部署、易于擴展、智能管理，幫助用戶構建IaaS（基礎架構即服務）云業務模式。云計算，作為虛擬化的一種延伸，影響范圍已經越來越廣。但是，云計算目前還不能支持復雜的企業環境。因此云計算架構呼之欲出，經驗表明，在云計算走向成熟之前，我們更應該關注云計算系統架構的細節。1云計算系統架構參考模型本課件是可編輯的正常PPT課件云計算服務是指可以拿來作為服務提供使用的云計算產品。包括云主機、云空間、云開發、云測試和綜合類產品等。對于云計算的服務類型來說，一般可分為三個層面，分別是基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）和軟件即服務（SaaS）。這三個層次組成了云計算技術層面的整體架構，這其中包含了一些虛擬化的技術和應用、自動化的部署以及分布式計算等技術，這種技術架構的優勢是可以對外表現出非常優秀的并行計算能力以及大規模的伸縮性和靈活性等特點。圖1-6所示為云計算服務模型及實現架構。云計算系統的系統架構2云計算系統的服務模型本課件是可編輯的正常PPT課件云計算系統的系統架構2云計算系統的服務模型基礎設施即服務（IaaS）IaaS（InfrastructureasaService）即基礎設施即服務，是指將IT基礎設施作為一種服務，通過網絡對外提供。在這種服務模型中，用戶不需要構建數據中心，而是通過租用的方式來使用基礎設施服務，包括服務器、存儲和網絡等。在使用模式上，IaaS與傳統的主機托管有相似之處，但是在服務的靈活性、擴展性和成本等方面IaaS具有很大的優勢。如果將云計算服務商比作飯店，那么云計算服務就相當于飯菜。IaaS相當于飯店為用戶提供廚房、鍋具、餐具、煤氣灶、油煙機、烤箱、電飯煲等（CPU、內存、存儲、網絡和其他基本的計算資源）基礎的設施。用戶要吃“美味佳肴”，需要購買米、面、蔬菜、肉等食材，根據自己的習慣和口味，進行搭配食材與炒菜。也就是類比于企業客戶購買云計算廠商提供的IaaS服務，然后自己搭建平臺和開發應用等。IaaS是最簡單的云計算交付模式，使用虛擬化操作系統、工作負載管理軟件、網絡和存儲服務的形式交付計算資源，也可以包括操作系統和虛擬化技術到管理資源的交付。IaaS能夠按需提供計算能力和存儲服務，不是在傳統的數據中心購買和安裝所需的資源，而是根據公司需要，租用所需的資源。這種租賃模式可以部署在公司的防火墻之后或通過第三方服務提供商實現。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算系統的系統架構2云計算系統的服務模型2.平臺即服務（PaaS）PaaS（PlatformasaService）是指平臺即服務。把服務器平臺作為一種服務提供的商業模式，通過網絡進行程序提供的服務稱為SaaS（SoftwareasaService），是云計算三種服務模式之一，而云計算時代相應的服務器平臺或者開發環境作為服務進行提供就成為了PaaS（PlatformasaService）。所謂PaaS實際上是指將軟件研發的平臺作為一種服務，以SaaS的模式提交給用戶。因此，PaaS也是SaaS模式的一種應用。但是，PaaS的出現可以加快SaaS的發展，尤其是加快SaaS應用的開發速度。主流的閉源PaaS產品提供商有亞馬遜AWS、微軟Azure等，如圖1-7所示為其產品logo標識。本課件是可編輯的正常PPT課件3.軟件即服務（SaaS）SaaS（SoftwareasaService）是指軟件即服務，即通過網絡提供軟件服務。它是一種通過Internet提供軟件的模式，用戶無須購買軟件，而是向提供商租用基于Web的軟件，進而管理企業經營活動。SaaS應用軟件有免費、付費和增值三種模式。付費通常為“全包”費用，包括了應用軟件許可證費、軟件維護費以及技術支持費，將其統一為每個用戶的月度租用費。SaaS平臺供應商將應用軟件統一部署在服務器上，客戶可以根據工作實際需求，通過互聯網向廠商訂購所需的應用軟件服務，按訂購的服務多少和時間長短向廠商支付費用，并通過互聯網獲得Saas平臺供應商提供的服務。云計算系統的系統架構2云計算系統的服務模型本課件是可編輯的正常PPT課件Word、Excel和PowerPoint等軟件成為工作場所中的主要工具，但基于云的MicrosoftOffice365極大地擴展了Office套件的參數。用戶可以實時創建、編輯和共享任何、Mac、iOS、Android或Windows設備上的內容，通過工具軟件（電子郵件、視頻會議等）與同事和客戶建立聯系，并使用一系列支持安全交互的協作技術。我們熟悉的MicrosoftOffice365就是一款基本的SaaS應用程序，如圖1-8所示為MicrosoftOffice365的宣傳圖。云計算系統的系統架構2云計算系統的服務模型本課件是可編輯的正常PPT課件4.XaaS（XasaService）除了上述常見的服務模式，用戶對計算任務的需求越來越細分化，因此，也出現了更多的服務模型，包括BaaS（BlockChainasaService）、AaaS（AIasaService）等。云計算作為新一代產業經濟的重要驅動力，正在滲透到經濟和社會的各個領域中，對我國經濟社會發展產生更加深遠的影響。云計算被視為信息技術的第三次浪潮，其帶來了工作方式和商業模式的根本性改變，因為“云”是20世紀機械動力領域變革在當代信息技術領域的重演。從某種角度上，我們可以將云計算的誕生意味著變革，“變革產生機遇，變革帶來發展”。云計算系統的系統架構2云計算系統的服務模型本課件是可編輯的正常PPT課件云計算系統的系統架構2云計算系統的服務模型許多企業或機構不僅表現出了對使用云計算縮減IT成本的興趣，還希望其能夠更靈活、更高效地運營業務。業內人士認為，“縮減前期IT成本”是考察或應用云計算的最大動因，而“降低或避免IT基礎設施維護成本”也是重要因素。還有專家認為，未來五年內云計算能夠為企業帶來巨大利好，而“永久地大幅度縮減運營成本”正是其中關鍵因素之一。下面將從多個角度探索云計算的意義與價值，具體內容如表1-2所示。本課件是可編輯的正常PPT課件從國家層面來說，我國對云計算的發展也提出了明確的要求。（1）以大數據、云計算為核心完成未來信息化系統建設，統籌各類數據，構建大數據取之于民、用之于民的整體藍圖。（2）以整合為核心目標，統一基礎設施建設，集中管理數據資源，依托云計算實現標準化、科學化的業務支撐體系。除了上述我們提到的云計算的重大意義，云計算還有一個特殊的價值需要我們關注。從我國倡導的自主創新要求來說，云計算關乎著國家的信息安全。在“云”面前，國家信息安全和主流思想文化受到挑戰。“云計算”的發展將導致全球信息在收集、傳輸、存儲、處理等各個環節上進一步集中，國家信息安全將在“去國家化”的趨勢中受到嚴峻考驗。云計算系統的系統架構2云計算系統的服務模型本課件是可編輯的正常PPT課件（3）建立統一資源數據平臺，有效提升基礎設施利用率，杜絕重復建設、投資浪費現象。（4）促進信息共享，實現業務協同，杜絕“煙囪式”的建設方式。（5）優化資源配置，提升服務能力。使人力和信息資源得到充分的利用和配置，提升為民服務的能力和水平。除了上述我們提到的云計算的重大意義，云計算還有一個特殊的價值需要我們關注。從我國倡導的自主創新要求來說，云計算關乎著國家的信息安全。在“云”面前，國家信息安全和主流思想文化受到挑戰。“云計算”的發展將導致全球信息在收集、傳輸、存儲、處理等各個環節上進一步集中，國家信息安全將在“去國家化”的趨勢中受到嚴峻考驗。云計算系統的系統架構2云計算系統的服務模型本課件是可編輯的正常PPT課件云計算系統的系統架構3云計算系統的部署模型根據云基礎架構運營、所有權與用戶之間的耦合程度，云計算模式可以分為公有云、私有云、社區云和混合云等形式。1.公有云（PublicCloud）云計算基礎架構提供給公眾開放使用，該云計算基礎架構可以由商業機構、學術組織或政府機關來擁有、管理和運營，基礎架構位于云計算服務提供商內部。公有云能夠以低廉的價格，提供有吸引力的服務給最終用戶，創造新的業務價值。公有云作為一個支撐平臺，還能夠整合上游的服務（如增值業務、廣告）提供者和下游最終用戶，打造新的價值鏈和生態系統。本課件是可編輯的正常PPT課件2.私有云（PrivateCloud）云計算基礎架構提供給包含多個消費者的單一組織專門使用。該云計算基礎架構可以由該組織、第三方機構來擁有、管理和運營，基礎架構可以位于組織內部或外部。私有云的特點如下：私有云一般都構筑在防火墻后，保障數據安全和服務質量；充分利用現有硬件資源和軟件資源；不影響現有IT管理的流程。云計算系統的系統架構3云計算系統的部署模型本課件是可編輯的正常PPT課件4.混合云（HybridCloud）由兩個或多個獨立的不同云計算基礎架構（私有、社區或公有）組成，通過標準或私有技術綁定在一起，實現數據和應用程序的可移植性（例如，當云爆發時實現多云之間的負載均衡）。混合云相較于其他云計算模式，具有更完善、可擴展及更經濟的特點，提供了諸多實用的功能，可以使多種規模的企業受益。這些新功能使企業能夠利用混合云，以前所未有的方式擴展IT基礎架構。3.社區云（FederalCloud）云計算基礎架構提供給由多個組織的成員組成的消費者社區專門使用，這些組織有共同關注的話題（如任務、安全需求、政策、合規性考量）。該云計算基礎架構可以由該社區中的一個或多個組織、第三方機構來擁有、管理和運營，基礎架構可位于組織內部或外部。社區云的特點如下：區域性和行業性；有限的特色應用；資源的高效共享；社區內成員的高度參與性。云計算系統的系統架構3云計算系統的部署模型本課件是可編輯的正常PPT課件05云計算系統的使能技術PARTFIVE本課件是可編輯的正常PPT課件云計算系統的使能技術云計算建立在物理硬件之上。無論個人計算機系統還是云計算系統，其硬件技術基礎均包括計算設備、網絡通信設備以及存儲設備。1云計算硬件技術基礎1.計算設備在云計算系統中，計算設備也常常被籠統稱為主機（Host），是支撐系統運行的最基礎設施。計算設備主要包括服務器、大型機、服務器群集、筆記本電腦、臺式機、平板電腦、智能手機、虛擬計算機等類型。主機一般由CPU（中央處理器）、內存、I/O接口和I/O設備構成。隨著云計算與大數據的發展，“算得多”（高通量）與“算得好”（高服務質量）成為主機系統體系結構設計的新標準，也有著更為迫切的工作需求。高通量（HighThroughput）計算機應運而生。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算系統的使能技術1云計算硬件技術基礎2.網絡通信設備云計算是一種基于互聯網的計算方式，除了主機作為云計算節點，還必須有各式各樣的通信設備來實現網絡的互連，網絡通信設備及部件都是連接到網絡中的物理實體。主要包含中繼器、集線器、交換機、網橋、路由器、網關、防火墻等。如圖1-10所示為路由器和交換機。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算系統的使能技術1云計算硬件技術基礎3.存儲設備當基本任務是大量數據的存儲、處理與管理時，云計算系統中就需要配置大量的存儲設備，云計算系統也就轉變成為一個云存儲系統。云存儲需要大量的、多種類型的存儲設備集合協同工作，常見的存儲介質有4種，如表1-3所示。本課件是可編輯的正常PPT課件電子元器件的組裝云計算網絡技術基礎主要建立在互聯網的基礎上，包括計算機網絡通信協議、數據通信技術、寬帶接入技術、移動通信技術、衛星通信技術等。2云計算網絡技術基礎1.計算機網絡通信協議網絡通信協議是一種網絡通用語言，為連接不同操作系統和不同硬件體系結構的互聯網絡提供通信支持。例如，網絡中一個微機用戶和一個大型主機的操作員進行通信，由于這兩個數據終端所用字符集不同，所以操作員所輸入的命令彼此不認識。為了能進行通信，規定每個終端都要將各自字符集中的字符先變換為標準字符集的字符后，才進入網絡傳送，到達目的終端之后，再變換為該終端字符集的字符。因此，網絡通信協議也可以理解為網絡上各臺計算機之間進行交流的一種語言。常見的網絡通信協議有：TCP/IP協議、IPX/SPX協議、NetBEUI協議等。網絡通信協議由三個要素組成，具體內容如表1-4所示，可以形象地把這三個要素描述為：語義表示要做什么，語法表示要怎么做，時序表示做的順序。本課件是可編輯的正常PPT課件電子元器件的組裝2云計算網絡技術基礎2.數據通信技術通信就是信息從一地到另一地的傳遞和交流過程。集成電路和超大規模集成電路的普遍使用使得計算機技術進入通信領域，改變了通信技術面貌。光纖技術使人們從傳統的電通信時代邁進了光通信時代。基于蜂窩移動電話技術的移動通信憑借其便利性、個性化特點得到廣泛應用，成為目前現代通信發展最快的領域。依據不同的分類標準，數據通信技術可以分為三類，如表1-5所示。本課件是可編輯的正常PPT課件電子元器件的組裝2云計算網絡技術基礎3.寬帶接入技術寬帶接入是相對窄帶接入而言的，一般把速率超過1Mbps的接入稱為寬帶接入。寬帶接入技術主要包括：銅線寬帶接入技術、HFC技術、光纖接入技術和無線接入技術。如圖1-12所示為寬帶接入技術示意圖。本課件是可編輯的正常PPT課件電子元器件的組裝2云計算網絡技術基礎4.移動通信技術在過去的十多年中，世界電信界發生了巨大的變化，尤其是移動通信的迅速發展，使用戶徹底擺脫終端設備的束縛。進入21世紀，移動通信已經逐漸演變成社會發展和進步的必不可少的工具。第一代移動通信技術（1G）第二代移動通信技術（2G）第三代移動通信技術（3G）第四代移動通信技術（4G）第五代移動通信技術（5G）本課件是可編輯的正常PPT課件電子元器件的組裝2云計算網絡技術基礎5.衛星通信技術衛星通信技術是一種利用人造地球衛星作為中繼站來轉發無線電波而進行的兩個或多個地球站之間的通信。自20世紀90年代以來，衛星移動通信的迅猛發展推動了天線技術的進步。衛星通信具有覆蓋范圍廣、通信容量大、傳輸質量好、組網方便迅速、便于實現全球無縫鏈接等眾多優點，被認為是建立全球個人通信必不可少的一種重要手段。如圖1-14所示為衛星通信。本課件是可編輯的正常PPT課件電子元器件的組裝3分布式計算分布式計算主要研究分散系統（DistributedSystem）如何進行計算。分散系統是一組計算機，通過計算機網絡相互連接與通信后形成的系統。把需要進行大量計算的工程數據分區成小塊，由多臺計算機分別計算，在上傳運算結果后，將結果統一合并得出數據結論。分布式計算比起其他算法具有以下幾個優點：稀有資源可以共享；通過分布式計算可以在多臺計算機上平衡計算負載；可以把程序放在最適合運行的計算機上。其中，共享稀有資源和平衡負載是分布式計算的核心思想之一。云計算采用了一種簡潔的分布式并行編程模型MapReduce，這是一種編程模型和任務調度模型，主要用于數據集的并行運算和并行任務的調度處理。MapReduce模式的思想是將要執行的問題分解成Map（映射）和Reduce（化簡）的方式，先通過Map程序將數據切割成不相關的區塊，分配（調度）給大量計算機處理，達到分布式運算的效果，再通過Reduce程序將結果匯總輸出。云計算系統采用分布式存儲的方式存儲數據，用冗余存儲的方式保證數據的可靠性。冗余的方式通過任務分解和集群，用低配機器替代超級計算機的性能來保證低成本，這種方式保證分布式數據的高可用、高可靠和經濟性，即為同一份數據存儲多個副本。本課件是可編輯的正常PPT課件電子元器件的組裝4虛擬化技術虛擬化技術的目的是希望能夠截獲上層操作系統應用對硬件資源的訪問，然后重定向到虛擬機監控的資源池中，再由虛擬機監控來對相應資源進行管理。虛擬化是實現云計算重要的技術設施，是在通過物理主機中同時運行多個虛擬機實現虛擬化，在這個虛擬化平臺上，實現對多個虛擬機操作系統的監視和多個虛擬機對物理資源的共享。虛擬機可以看作物理機的一種高效隔離的復制，有以下三個典型特征：同質，虛擬機的運行環境和物理機的環境本質上相同，但在表現上有一些差異；高效，虛擬機中運行的軟件需要有接近物理機中運行的性能；資源受控，虛擬機監視器需要對系統資源有完全控制能力和管理權限。虛擬化技術指計算元件在虛擬的基礎上運行，它可以擴大硬件的容量，簡化軟件的重配置過程，減少軟件虛擬機相關開銷和支持更廣泛的操作系統。通過虛擬化技術可實現軟件應用與底層硬件相隔離，包括將單個資源劃分成多個虛擬資源的裂分模式，也包括將多個資源整合成一個虛擬資源的聚合模式。虛擬化技術根據對象可分成存儲虛擬化、計算虛擬化、網絡虛擬化等，計算虛擬化又分為系統級虛擬化、應用級虛擬化和桌面虛擬化。本課件是可編輯的正常PPT課件電子元器件的組裝5云平臺技術云計算資源規模龐大，服務器數量眾多并且分布在不同的地點，同時運行著數百種應用，如何有效地管理這些服務器，保證整個系統提供不間斷的服務是一個巨大的挑戰。云計算系統的平臺管理技術能夠使大量的服務器協同工作，方便進行業務部署和開通，快速發現和恢復系統故障。云計算需要對分布的、海量的數據進行處理、分析，因此，數據管理技術必須能夠高效地管理大量數據。云計算系統中的數據管理技術主要是Google的BT（BigTable）數據管理技術和Hadoop團隊開發的開源數據管理模塊HBase。本課件是可編輯的正常PPT課件06云計算安全PARTSIX本課件是可編輯的正常PPT課件信息安全的首要目標是保護系統和應用所處理的數據資料。隨著單位組織陸續把應用遷移到云端，甚至是遷移到外部或公共云端，傳統的數據安全措施面臨巨大挑戰，隨“云”而來的資源彈性、多租戶、全新的物理和邏輯架構及抽象層控制，迫切尋求新的數據安全策略。在云計算時代，如何安全地管理信息是所有組織不得不面臨的一項艱巨任務，本小節主要圍繞云計算安全進行學習。云計算安全屬于網絡安全的范疇，因此我們首先來了解什么是網絡安全以及云時代所面臨的主要安全威脅。網絡安全是指網絡系統的硬件、軟件及其系統中的數據受到保護，不因偶然的或者惡意的原因而遭受到破壞、更改、泄露，系統連續、可靠、正常地運行，網絡服務不中斷。網絡安全內容包括網絡硬件資源和信息資源的安全性，具體內容如表1-6所示。云計算安全本課件是可編輯的正常PPT課件2016年，云計算安全聯盟（CloudSecurityAlliance，CSA）列出了云計算領域的十二大安全威脅，如圖1-15所示。云計算安全也稱為云安全，包括云計算應用系統安全、云計算應用服務安全、云計算用戶信息安全等，云計算安全是云計算技術健康可持續發展的基礎。云安全技術是網絡時代信息安全的最新體現，它融合了并行處理、網格計算、未知病毒行為判斷等新興技術和概念，通過網狀的大量客戶端對網絡中軟件行為的異常監測，獲取互聯網中木馬、惡意程序的最新信息，推送到服務端進行自動分析和處理，再把病毒和木馬的解決方案分發到每一個客戶端。云計算安全可以促進云計算創新發展，將有利于解決投資分散、重復建設、產能過剩、資源整合不均和建設缺乏協同等問題。如圖1-16所示為云安全的概念圖。云計算安全本課件是可編輯的正常PPT課件云計算安全1云計算系統安全技術云計算是當前發展十分迅速的新興產業，具有廣闊的發展前景，同時其面臨的安全技術挑戰也是前所未有的。目前，云計算所涉及的安全技術主要包括五個方面：用戶身份管理與訪問控制、網絡安全、數據安全、管理安全和虛擬化安全，如圖1-17所示為云計算所涉及的安全技術本課件是可編輯的正常PPT課件1.用戶身份管理與訪問控制2.網絡安全3.數據安全4.管理安全云計算安全1云計算系統安全技術5.虛擬化安全本課件是可編輯的正常PPT課件云計算安全2云安全面臨的安全問題與對策從服務模型的角度，下面我們來了解云計算所面臨的安全問題以及對應的解決措施，具體內容如表1-7所示。3云安全相關法律法規1.云安全聯盟與《云安全指南》2.美國國家標準與技術研究院與《公有云計算安全及隱私管理指南》本課件是可編輯的正常PPT課件07云計算的創新實踐PARTSEVEN本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的創新實踐1工業云與智能制造在工業4.0時代，工業物聯網成為企業發展的一個新方向，各大企業在資源消耗最低的前提下，努力實現高效工業生產和信息技術融合，而在這一融合過程中，將會產生大量工業數據。面對云存儲等數字服務成本高昂、專業人員素質要求高等難題，僅有大型企業才有條件應用數字化制造技術，而占據我國絕大比例的廣大中小型生產企業則沒有條件使用。在這一大背景下，“工業云”概念應運而生。工業云會向企業提供云設計、云制造、云協同、云資源、云服務、云存儲等服務，可落實于工業軟件設計、工業數據管理、3D打印、工業仿真分析等工程領域。工業云的出現降低了傳統制造業邁入信息化的門檻，有助于企業以較低的IT運營成本進行新型智能制造轉型升級，提高我國制造業的整體競爭實力。工業App包含四項重點工作板塊，如表1-8所示。本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的創新實踐2農業云與智慧農業農業云致力于滿足數千萬農業用戶的大規模信息需求，確保農業信息服務在計算和存儲方面的高可靠性和可擴展性。在農業云基礎建設上，用戶可以按需部署或定制所需要的農業信息服務，實現了多途徑、廣覆蓋、低成本、個性化的農業知識普惠服務。農業云通過軟硬件資源的聚合和動態分配，實現資源最優化和效益最大化，降低了服務的初期投入與運營成本。智慧農業是智慧經濟形態在農業中的具體表現。對于發展中國家而言，智慧農業是智慧經濟主要的組成部分，是發展中國家消除貧困、實現后發優勢、經濟發展后來居上、實現趕超戰略的主要途徑。如圖1-20所示為智慧農業的概念圖本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的創新實踐3政務云與電子政務杜絕重復建設、節約財政支出促進信息共享、實現業務協同構筑信息堡壘、保障數據安全優化資源配置、提升服務能力4金融云與智慧銀行本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的創新實踐3政務云與電子政務杜絕重復建設、節約財政支出促進信息共享、實現業務協同構筑信息堡壘、保障數據安全優化資源配置、提升服務能力4金融云與智慧銀行本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的創新實踐5商貿云與新零售依托商貿云所探索的新零售，有以下三個特點。便捷化實惠轉型6城市大腦與新型智慧城市城市大腦是基于云計算、物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術，打通橫向各部門、縱向各層級的業務壁壘，充分推進城市數據資源網絡共享、集約整合、高效開發、全面賦能，支撐城市運行生命體征感知、公共資源配置優化、重大事件預測預警、宏觀決策指揮的新型基礎設施。城市大腦的建設不僅僅是技術創新，更是社會創新，它揭示了城市未來的發展模式，預示著城市文明新階段的到來。7云醫院、云制藥本課件是可編輯的正常PPT課件云計算的創新實踐8教育云與智慧教育9物流云與應急服務10微信小程序的云開發實踐本課件是可編輯的正常PPT課件08云計算未來展望PARTEIGHT本課件是可編輯的正常PPT課件云計算未來展望1云計算與新技術的融合提升迭代速度，更加敏捷保障安全，增加可信度2云計算產業生態及其地位更加低碳，實現高質量發展更理解行業，助推各行各業本課件是可編輯的正常PPT課件謝謝觀看本課件是可編輯的正常PPT課件第二章大數據信息技術(裝備制造類)本課件是可編輯的正常PPT課件01大數據概述PARTONE本課件是可編輯的正常PPT課件1．大數據的內涵（1）大數據的概念。所謂大數據，又稱海量數據，包含了從互聯網、智能手機、科學研究、商業行為、政府及其他來源產生的所有數據。互聯網和計算機時代的來臨擴展了收集、存儲和分享數據的能力，于是加快了數據的產生。我們把這種海量的數據就稱為“大數據”。大數據概述1大數據的內涵和外延人類進入信息社會以后，數據以自然方式增長，從1986年到2010年的時間里，全球數據的數量增長了100倍，今后數據量增長速度將更快。我們正生活在一個“數據爆炸”的時代。隨著信息科技和計算機網絡技術的不斷發展，包括存儲設備容量不斷增加、CPU處理能力大幅提升、網絡帶寬不斷增加等，都為大數據時代的到來提供了技術支撐。本課件是可編輯的正常PPT課件（2）大數據的發展歷程。至今，人類社會經歷過兩次“數據爆炸”。東漢元興元年（公元105年）蔡倫改進造紙術，以及北宋慶歷時期（1041—1048年）畢昇發明活字印刷術，使得圖書進入了普通百姓家，從而引發了第一次“數據爆炸”，其在世界文明發展進程中所起的作用不可估量。從20世紀90年代開始，大數據技術引發了更大規模的第二次“數據爆炸”，它正在悄然影響和改變著社會的方方面面。大數據的發展歷程，大致分為三個階段。（3）大數據的特點。大數據具有“4V”特點，即Volume（海量化）、Velocity（快速化）、Variety（多樣化）、Value（價值化）。這也是大數據的基本內涵。大數據概述1大數據的內涵和外延本課件是可編輯的正常PPT課件大數據的內涵：海量化（Volumes）多樣化（Variety）快速化（Velocity）價值化（Value）大數據概述1大數據的內涵和外延（1）大數據概念的延展。（2）大數據思維的延展。大數據的外延：本課件是可編輯的正常PPT課件1．大數據的技術大數據分析和應用，需要一些特殊的技術支撐，包括大規模并行處理（MPP）數據庫、數據挖掘、分布式文件系統、分布式數據庫、云計算平臺、可擴展的存儲系統等。而大數據技術本身包括數據采集與預處理、數據存儲和管理、數據處理與分析、數據可視化、數據安全和隱私保護等。大數據概述2大數據的技術和科學意義本課件是可編輯的正常PPT課件2．大數據的科學意義（1）形成新的科學范式。圖靈獎獲得者、著名數據庫專家JimGray博士通過研究人類的科學研究方式，提出將科學研究分為四類范式，依次為實驗歸納、模型推演、仿真模擬和數據密集型科學。在大數據時代，以數據為中心開展科學研究，已經成為科學的第四種范式，如圖2-1所示。（2）大數據對科學的挑戰。雖然大數據能為科學研究提供更多更快的數據來源，但人們也要充分認識到在使用大數據時的問題，因為數據量巨大，如何有效存儲和管理大數據是最主要的挑戰；另外，大數據集過于復雜，不易用傳統數據處理方式進行分析；還有，如果研究純粹依賴數據，沒有全面分析和謹慎采納，大數據有可能導致科學的誤區。

大數據概述2大數據的技術和科學意義本課件是可編輯的正常PPT課件02大數據采集與治理PARTTWO本課件是可編輯的正常PPT課件1.大數據來源大數據來源廣泛，我們的日常工作、生活和學習過程中隨時隨地都可以產生大量的數據，對這些數據的了解和認識，也將對我們產生越來越大的影響。當今大數據的來源可以劃分為五個來源。（1）專用設備收集。（2）手機收集。（3）計算機收集。（4）交易收集。（5）機器收集。大數據采集與治理1大數據來源與采集方式2.大數據采集（1）大數據采集的概念。大數據采集是指從傳感器和智能設備、企業在線系統、企業離線系統、社交網絡和互聯網平臺等獲取數據的過程。這些數據包括RFID數據、傳感器數據、用戶行為數據、社交網絡交互數據及移動互聯網數據等各種類型的結構化、半結構化及非結構化的海量數據。這些數據源的種類多，數據的類型繁雜，數據量大，并且產生的速度快，傳統的數據采集方法完全無法勝任。所以，大數據采集技術面臨著許多技術挑戰，一方面需要保證數據采集的可靠性和高效性，另一方面要避免重復數據。本課件是可編輯的正常PPT課件數據庫采集：傳統企業會使用傳統的關系型數據庫MySQL和Oracle等來存儲數據。隨著大數據時代的到來，Redis、MongoDB和HBase等NoSQL數據庫也常用于數據的采集。系統日志采集：主要收集公司業務平臺日常產生的大量日志數據，供離線和在線的大數據分析系統使用。高可用性、高可靠性、可擴展性是日志收集系統所具有的基本特征。網絡數據采集：指通過網絡爬蟲或網站公開API等方式從網站上獲取數據信息的過程。網絡爬蟲會從一個或若干初始網頁的URL開始，獲得各個網頁上的內容，并且在抓取網頁的過程中，不斷從當前頁面上抽取新的URL放入隊列，直到滿足設置的停止條件為止。感知設備數據采集：是指通過傳感器、攝像頭和其他智能終端自動采集信號、圖片或錄像來獲取數據。大數據智能感知系統需要實現對結構化、半結構化、非結構化的海量數據的智能化識別、定位、跟蹤、接入、傳輸、信號轉換、監控、初步處理和管理等。大數據采集與治理1大數據來源與采集方式2.大數據采集（2）大數據采集方式。針對不同的數據源，大數據采集方法分為以下幾大類。本課件是可編輯的正常PPT課件大數據采集與治理2大數據治理1.大數據治理的內涵本課件是可編輯的正常PPT課件大數據采集與治理2大數據治理2.大數據治理的意義大數據治理對于確保大數據的優化、共享和安全是至關重要的。有效的大數據治理計劃可通過改進決策、縮減成本、降低風險和提高安全合規等方式，體現大數據的價值。下面將大數據治理的重要作用概括為四點。（1）有效的大數據治理能夠促進大數據服務創新和價值創造。（2）科學的大數據治理框架有助于提升組織的大數據管理和決策水平。（3）有效的大數據治理能夠產生高質量的數據，增強數據可信度，降低成本。（4）有效的大數據治理有助于提高合規監管和安全控制，并降低風險。本課件是可編輯的正常PPT課件03數據存儲和管理PARTTHREE本課件是可編輯的正常PPT課件在數據存儲過程當中，當數據集的大小超過一臺獨立物理計算機的存儲能力時，就有必要對它進行分區并存儲到若干臺單獨的計算機上。管理網絡中跨多臺計算機存儲的文件系統稱為分布式文件系統（DistributedFilesystem）。目前，最通用的分布式文件系統是Hadoop分布式文件系統，簡稱HDFS。HDFS是Hadoop核心組件之一，使用多臺計算機存儲文件，對外提供統一操作文件的接口。HDFS為主從架構，使用Master和Slave結構對集群進行管理。如圖2-3所示，一般一個HDFS集群由一個NameNode、一個SecondaryNameNode和一定數目的DataNode組成。NameNode是HDFS集群主節點，DataNode是HDFS集群從節點，兩種角色各司其職，共同協調完成分布式的文件存儲服務。用戶通過HDFSClient和集群進行交互。數據存儲和管理1分布式文件系統本課件是可編輯的正常PPT課件數據存儲和管理1分布式文件系統1.

HDFS各節點介紹（1）HDFSClient。用戶需要訪問HDFS集群，要通過HDFSClient客戶端進行訪問，HDFS提供了兩種客戶端供用戶選擇：shell命令行客戶端和JavaAPI客戶端。（2）NameNode。HDFS集群包含單個NameNode（主服務器），用于管理文件系統命名空間并控制客戶端對文件的訪問權限。同時維護和管理文件系統元數據，例如，由哪些塊構成文件，以及存儲相應塊的數據節點。（3）DataNode。HDFS群集可以有多個DataNode，通常是集群中每個節點有一個DataNode，負責管理運行節點的存儲訪問。HDFS中的DataNode存儲實際數據，可以添加更多的DataNode來增加可用空間。在HDFS中，一個大的數據文件會被拆分成多個數據塊（Block），默認情況下，每個Block最大為128MB，最后一個Block有可能小于128MB。然后這些Block分散存儲到不同的DataNode上。（4）SecondaryNameNode。SecondaryNameNode用于分擔NameNode合并元數據的工作，減輕NameNode的負擔。本課件是可編輯的正常PPT課件數據存儲和管理1分布式文件系統2.

HDFS優點（1）支持海量數據的存儲（2）檢測和快速應對硬件故障（3）流式數據訪問（4）簡化的一致性模型（5）高容錯性（6）成本低3.HDFS不足（1）不能做到低延遲數據訪問：由于HDFS針對高數據吞吐量做了優化，犧牲了獲取數據的延遲，所以低延遲數據訪問不適合HDFS。（2）不適合大量的小文件存儲：由于NameNode將文件系統的元數據存儲在內存中，所以該文件系統所能存儲的文件總數受限于NameNode的內存容量。根據經驗，每個文件、目錄和數據塊的存儲信息大約占150字節。因此，如果有一百萬個小文件，每個小文件都會占一個數據塊，那至少需要300MB內存。如果是上億級別的，就會超出當前硬件的能力。（3）不支持修改文件：對于上傳到HDFS上的文件，不支持修改文件。Hadoop2.0雖然支持了文件的追加功能，但是仍不建議對HDFS上的文件進行修改。（4）不支持用戶的并行寫：同一時間內，只能有一個用戶執行寫操作。本課件是可編輯的正常PPT課件數據存儲和管理2關系數據庫1.關系數據庫的分類一類是桌面數據庫，如Access、FoxPro和DBASE等。一般而言，桌面數據庫用于小型的、單機的應用程序，它不需要網絡和服務器，實現起來比較方便，但它只提供數據的存取功能。另一類是客戶機/服務器數據庫，例如MySQL、SQLServer、Oracle和Sybase等。客戶機/服務器數據庫主要適用于大型的、多用戶的數據庫管理系統，應用程序包括兩部分：一部分駐留在客戶機上，用于向用戶顯示信息及實現與用戶的交互；另一部分駐留在服務器中，主要用來實現對數據庫的操作和對數據的計算處理。關系數據庫的表采用二維表格來存儲數據，類似Excel工作表，它存儲的數據是結構化數據。在關系數據庫中一個數據庫可以包含任意多個數據表。這種二維表稱為關系。表中的一行即為一個元組，或稱為一條記錄。每一行數據具有相同列，每一列稱為一個屬性。如圖2-4所示為某班級學生信息表，表中的每一行數據為一條學生信息。每一條學生信息有5個屬性，分別對應5列。本課件是可編輯的正常PPT課件2.關系數據庫的特點（1）存儲結構：存儲結構化的數據，需要事先定義好字段名稱、字段類型、字段個數，數據存儲在行與列的交匯處（稱為Cell單元格）。（2）存儲規范：為了充分利用存儲空間，盡可能的避免數據冗余，按照數據最小關系表的形式存儲，數據清晰，一目了然。（3）查詢方式：采用結構化查詢語言（SQL）對數據進行管理。（4）事務性：為了保證數據的商業業務邏輯以及數據安全性，支持ACID的事務特性，即原子性、一致性、隔離性和持久性。（5）讀/寫性能：關系型數據庫追求的是數據實時性和數據的一致性。數據存儲和管理2關系數據庫本課件是可編輯的正常PPT課件1.NoSQL數據庫優點（1）易擴展。NoSQL數據庫種類繁多，具有可以去掉關系數據庫的關系型特性。數據之間無關系，這樣就非常容易擴展。無形之間也在架構的層面上帶來了可擴展的能力。（2）高性能。NoSQL數據庫都具有非常高的讀/寫性能，尤其在大數據量下，同樣表現優異。這得益于它的無關系性，數據庫的結構簡單。NoSQL數據類型（1）鍵值存儲數據庫。（2）列存儲數據庫。（3）文檔型數據庫。（4）圖形數據庫。數據存儲和管理3NoSQL數據庫4多模態數據庫本課件是可編輯的正常PPT課件04數據分析概述PARTFOUR本課件是可編輯的正常PPT課件數據分析概述1數據分析應用案例商品推送新聞推薦高考題型預測農牧大數據2大數據分析方法越來越多的應用涉及大數據，而大數據所具有的屬性，包括數量、多樣性等都呈現出大數據不斷增長的復雜性，因此大數據的分析方法在大數據領域就顯得尤為重要，可以說是決定最終信息是否有價值的關鍵性因素。大數據分析方法主要有以下幾種：可視化分析。對于大數據分析最基本的要求就是可視化分析，該方法既能直觀地呈現大數據特點，又更益于被接受。數據挖掘分析。大數據分析的理論核心就是數據挖掘算法，各種數據挖掘的算法基于不同的數據類型和格式才能更加科學的呈現出數據本身具備的特點，通過使用數據挖掘的算法可以更快速地處理大數據。預測性分析。大數據分析應用領域之一就是預測性分析，從大數據中挖掘出特點，通過科學地建立模型，之后便可以通過模型帶入新的數據，從而預測未來的數據。語義分析。非結構化數據的多元化給數據分析帶來新的挑戰，語義分析是指對自然語言句子的意義進行分析的過程，幫助提煉數據的含義，為后續應用場景提供支持。本課件是可編輯的正常PPT課件（1）搜索和分析引擎模式（2）離線批處理模式（3）查詢式分析模式（4）實時數據分析處理模式大數據的分析模式大數據時代所分析的數據的最主要特征是“多源異構”，其分析過程是逐層抽象、降維、概括和解讀的過程。根據大數據的不同來源，采取不同的分析模式。3大數據的分析模式與技術數據分析概述本課件是可編輯的正常PPT課件2.大數據的分析技術實現從急劇增長的數據資源中挖掘分析出有價值的信息，需要先進的分析技術作支撐。當前以及未來一段時期內主要通過分布式數據庫或者分布式計算集群來對存儲于其內的海量數據進行由淺入深的分析和分類匯總。目前分析處理大數據的應用最廣泛的核心技術為Hadoop、Spark等。3大數據的分析模式與技術數據分析概述本課件是可編輯的正常PPT課件05數據可視化PARTFIVE本課件是可編輯的正常PPT課件數據可視化1數據可視化概述1.數據可視化的作用

數據可視化的作用主要是從海量數據中尋找出模式、關系和異常。（1）模式即數據中的某種規律。通過尋找模式，可以發現不確定因素中存在的確定性和可預測性。例如，基于用戶和車輛的LBS定位數據，分析人車出行的個體和群體特征，并找到其中的規律，進行交通路況和安全預測。（2）關系即指各數據指標之間的相關性。例如，在進行農作物試驗時，如果其他試驗條件相同，發現某種糧食作物的產量會隨著某種施肥量的增加而增加。通過分析，可以發現糧食產量與施肥量的數量關系。（3）異常即找出顯著不同于大多數的數據。例如，金融機構可依托大數據獲取關鍵信息，通過各種數據展現方法進行可視化分析，識別出異常交易行為，為反洗錢提供風險預警。本課件是可編輯的正常PPT課件數據可視化1數據可視化概述2.數據可視化的優勢

（1）快速傳遞。人腦對視覺信息的處理要比書面信息快10倍。使用圖表來總結復雜的數據，可以確保對關系的理解更快、更直接。（2）多維顯示。可視化的分析下，數據將每一維的值分類、排序、組合和顯示，即可看到表示對象或事件的數據的多個屬性或變量。（3）直觀展示。大數據可視化報告能夠用一些簡單的圖形展示復雜信息，甚至單個圖形也能展示數據的狀態。（4）輕松記憶。很多研究表明，圖文并茂能夠幫助讀者更好地了解所要學習的內容，也更容易理解與記憶。本課件是可編輯的正常PPT課件2數據可視化主要技術根據原理不同，可視化技術可以劃分為基于幾何的技術、面向像素技術、基于圖標的技術、基于層次的技術等。具體介紹如下。

基于幾何的技術面向像素技術基于圖標的技術基于層次的技術數據可視化3可視化工具和軟件常用的數據可視化工具有：Excel、Tableau、ECharts、D3.js、Python、R語言、SAS、SugarBI等。ExcelTableau3.Echarts4.D3.js5.Python6.R語言7.SAS8.SugarBI本課件是可編輯的正常PPT課件4大數據可視化分析案例1.保險業索償分析

保險業有著大量的數據分析工作。在保險業，數據可視化技術可以用于客戶分析、產品分析、理賠分析、保全分析及風險分析等諸多方面。例如，某保險公司制作了兩張地圖，一張地圖通過餅圖展示各個呼叫中心的各種響應狀態所占的比例，另一張地圖用圓形大小展示各個城市的索賠情況。最后將兩張地圖合并到一起，在一張地圖上顯示兩張地圖上不同的信息。最終輔助企業了解索賠率在醫生、手機和網絡這三種提交方式上是否存在差異。數據可視化2.訂單生產分析

制造業有著非常復雜繁多的數據。數據可視化在制造業中發揮著極其重要的作用，對提升設備利用率、優化資源組合，提升企業運營效率、增加企業收益有著重要意義。例如，通過甘特圖、子彈圖的應用，進行數據融合，展示生產機器的生產運營數據，對訂單數據進行處理，集中挖掘計劃生產量和實際差異的相關關系，并展示訂單中主要指標的信息，圖2-5所示為生產運營數據圖，把繁雜的訂單數據表轉