云計算與計算思維發(fā)展芻議

呂蘭蘭　王榮

摘 要： 隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，計算機思維進入一個新的階段——云計算。云計算是商業(yè)化的計算模式，它構(gòu)造了新的運算思維邏輯，創(chuàng)新了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，給傳統(tǒng)的計算思維帶來了巨大的沖擊，改變了人們使用計算機的習慣和思維方式，實現(xiàn)了“無所不能的計算”和“無所不在的計算”的目標。

關(guān)鍵詞： 云計算 計算思維 網(wǎng)絡(luò)

1.引言

計算是人類生產(chǎn)生活中最重要的行為之一，隨著人類對自然、對客觀世界的認識加深和知識積累，人類的計算需求越來越復(fù)雜、難度越來越大，對高性能計算設(shè)備的需求愈發(fā)強烈。進入20世紀中葉，人類終于發(fā)明了電子計算機，實現(xiàn)了自動計算。計算機不但成為人類改造自然的有力武器，而且深刻地影響人們的思維方式?；谟嬎銠C的計算架構(gòu)體系，經(jīng)歷了單機運算、并行運算（效用計算）、網(wǎng)絡(luò)分布式處理、網(wǎng)格計算機等階段，這反映了人類計算思維的發(fā)展過程。

2.計算思維的發(fā)展

自世界上第一臺計算機發(fā)明以來，計算思維就在不斷發(fā)展，與之相伴的是計算系統(tǒng)架構(gòu)不斷變化，二者相互作用、相互影響，體現(xiàn)出計算思維的發(fā)展進程。計算系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)展大概分為四個階段：

第一階段：單機運算架構(gòu)。1946年世界上第一臺計算機問世，首次實現(xiàn)了自動進行運算。那時，人們盼望發(fā)明一臺能夠代替人腦進行運算的設(shè)備，因此計算機又被稱作電腦。如果每個人能擁有一臺計算機，就能減輕人們的計算負擔。但是那個時代的計算機體積過于龐大，且運算能力不強，計算機工作過程需要多人干預(yù)和操控才能完成，根本無法做到一人一機，反倒是要多人操控一臺計算機才能完成計算任務(wù)。

第二階段：并行運算架構(gòu)。1960年代，新一代計算機的運算能力已經(jīng)非常強大，成本的降低和易用性的增強，使其進入實用化階段。為了充分利用其計算性能，人們提出效用計算、并行處理的理念，開發(fā)主機/終端的計算機系統(tǒng)架構(gòu)，主機是運算中心，終端相當于輸入端和輸出端。一臺主機可以連接很多個終端，主機為多個終端共用，程序在主機中運行，數(shù)據(jù)在主機中集中存貯。主機/終端架構(gòu)使運算能力得到分散共享，并實現(xiàn)“遠程”計算。目前銀行系統(tǒng)等大型機構(gòu)仍然使用這種架構(gòu)模式。

第三階段：分布式處理架構(gòu)。國家機關(guān)、商業(yè)連鎖機構(gòu)、公共事務(wù)管理部門等，由于其業(yè)務(wù)處理都是從分散到集中，因此需要分布式處理的計算架構(gòu)。1980年代中期，新的計算機網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)——客戶機/服務(wù)器（C/S）架構(gòu)被推向市場。這種架構(gòu)下，客戶機取代了傳統(tǒng)的終端機，它本身具備獨立的運算能力，可以單獨運行，數(shù)據(jù)可集中于服務(wù)器端，完成更復(fù)雜的綜合處理和運算。這是一種網(wǎng)絡(luò)運算，每臺計算機相互協(xié)作和配合，從而完成大型的數(shù)據(jù)處理工作。

第四階段：網(wǎng)格計算架構(gòu)。進入21世紀，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，個人計算機、巨型機、大型機等都接入Internet網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的總體計算能力顯著提高。網(wǎng)格計算的理念正是在這種情況下提出的。網(wǎng)格好比把互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)劃分成許多社區(qū)，每一個社區(qū)根據(jù)計算需求配置網(wǎng)絡(luò)資源，網(wǎng)格資源可以彈性配置，以適應(yīng)不同的計算任務(wù)。但是由于種種社會壁壘和技術(shù)原因，網(wǎng)格計算沒有得到真正推廣應(yīng)用。

3.云計算思維的產(chǎn)生與發(fā)展

經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)今的互聯(lián)網(wǎng)已有了新的特點，一是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與計算能力無限擴大；二是互聯(lián)網(wǎng)中加入各種子網(wǎng)，如物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等，網(wǎng)絡(luò)信息資源更豐富，從而產(chǎn)生不同應(yīng)用；三是移動互聯(lián)網(wǎng)接入越來越普遍。接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備從巨型計算機到微機再到各種智能終端，個體性能有差異，但總體運算能力、存貯能力極其富裕。網(wǎng)速的提高，減少了網(wǎng)絡(luò)延遲，提高了響應(yīng)能力。在Internet網(wǎng)絡(luò)世界里，每一臺接入設(shè)備的周圍有無數(shù)臺性能各異的計算設(shè)備，它們就像一片云朵一樣，呼之即來，人們把它概括為“電腦云”。電腦云是一個蘊含著巨大能量的彈性計算機體系，共享它即可獲得無限的運算能力。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專家和IT巨擘看來，用戶終端機的性能可以通過“云端”進行無限擴展，PC機、筆記本、手持設(shè)備等接入“云”，即可按自己的任務(wù)需求取用云資源，取得四兩撥千斤的效果。

對云計算的定義，比較認同的說法有：（1）云計算是一種商業(yè)計算模型，它將計算任務(wù)分布在大量計算機構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計算能力、存貯空間和信息服務(wù)。（2）云計算是一種通過Internet，以服務(wù)的方式提供動態(tài)可伸縮的虛擬化的資源的計算模式。（3）云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進入可配置的計算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器，存儲，應(yīng)用軟件，服務(wù)），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進行很少的交互（美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST））。

無論哪一種說法，其定義中最核心的兩點是：①云計算有很強的伸縮性和擴展性，可以隨時進行，無所不在，無所不能；②云資源有彌漫性和社會性，不求所有，但求所用。在計算機業(yè)界，早就有“網(wǎng)絡(luò)就是計算機”的說法，云計算使其到達一個新的高度。

云計算能夠提供有效、靈活、用戶友好的服務(wù)模式，包括軟件即服務(wù)、平臺即服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)三種服務(wù)模式。云計算的四種部署模型具備獨特的功能，能夠滿足用戶的不同需求，分別為：公有云、私有云、社區(qū)云、混合云。云計算具有五個基本特征：按需自助服務(wù)、范在網(wǎng)絡(luò)訪問、獨立資源池、快速彈性架構(gòu)和服務(wù)可監(jiān)控和量化。

云計算資源是客觀存在的，但由于其歸屬不同的機構(gòu)和個人，即便物理上具有分享的可行性和便利性，也必須體現(xiàn)出所有者的權(quán)益。有償使用是解決這一問題的根本辦法。在云計算架構(gòu)下，各種計算中心可以轉(zhuǎn)身為面向網(wǎng)絡(luò)提供計算服務(wù)的機構(gòu)，其硬件資源、軟件資源都可以付費租用。云計算作為一種商業(yè)模式開發(fā)，是性價比的一次全面提升，它降低了社會的總體擁有成本，實現(xiàn)了計算資源的高度共享。在這種計算架構(gòu)下，因為承擔云計算任務(wù)，超級計算中心的功能被最大限度地開發(fā)利用，而性能弱小的各種終端又得到功能方面的彌補。業(yè)界認為，全面實現(xiàn)云計算，世界上僅需要5臺計算機就夠了。2008年，IBM先后在中國無錫和北京建立了兩個云計算中心，中國移動研究院也建立起云計算試驗中心。同年，中國電子學會專門成立了云計算專家委員會，并于2009年召開了兩屆云計算學術(shù)會議。當前，IBM、微軟、亞馬遜、谷歌、SUN及中國電信、中國移動等IT巨頭，已在世界范圍內(nèi)規(guī)劃或建成了云計算中心，初步搭建了云計算平臺，其架構(gòu)正在進一步成熟和完善。與此同時，我國政府選定北京、上海、深圳、杭州、無錫作為云計算試點城市，出臺一些重大的政策，以保障和推動中國云計算技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如今，簡單的云計算在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中隨處可見，例如搜尋引擎、網(wǎng)絡(luò)信箱及網(wǎng)盤、云殺毒、云游戲等，均是云計算的體現(xiàn)。

4.云計算的優(yōu)越性

云計算自身的特點，使其具備下列諸多優(yōu)越性：

（1）可以實現(xiàn)無所不在、無所不能的計算。

因為用戶運算需要的資源全部在云端，只需要一個終端與云相連，即可調(diào)用云中的資源，開始或延續(xù)自己的計算任務(wù)。無論計算的復(fù)雜程度如何，無論自己身處何方，只要有網(wǎng)絡(luò)，就能獲取無限強大的計算能力，沒有實現(xiàn)不了的運算。

（2）用戶終端的性能不再成為瓶頸。

由于“云”的存在，使得我們可以根據(jù)自己的實際情況購置設(shè)備，不需要盲目追求高配置。用戶完全可以在一大堆爛機器上取得高性能，用戶終端不一定是最高級的、性能最好的，只要能連接“云”，其功能就是無限的。一臺微機、一部手機，接入電腦云，就是一臺巨型機，可獲得無限的運行空間、無限的運算速度。

（3）計算資源“即插即用”。

云計算是一種理想的商業(yè)計算系統(tǒng)架構(gòu)，無論硬件、軟件、平臺……都可以通過服務(wù)的方式獲取。有了云計算，人們可以變購買硬件、購買軟件為購買服務(wù)，有什么樣的需求，就有什么樣的服務(wù)。就像以前用電、用水一樣，客戶通過付費即可享受無限制的服務(wù)。

（4）計算無處不在，數(shù)據(jù)隨身。

云存貯為每個用戶提供了幾乎無限的存貯空間，用戶的文檔、數(shù)據(jù)存儲在云端，不怕丟失，不必備份，可以實現(xiàn)任意點的恢復(fù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)隨時隨地的調(diào)用。我們再也不必擔心丟失U盤、損壞移動磁盤給工作帶來的麻煩，也不用擔心文本在不同地點編輯后出現(xiàn)版本的不一致。云殺毒技術(shù)等云安全措施的引入，使得病毒在云端即被查殺，數(shù)據(jù)比存貯在個人計算機中還要安全。

（5）“瘦”客戶端，性價比顯著提升。

人們很早就提出“瘦”客戶端的理念，但多年來這一理念并未得到很好的推廣。在配置計算機的時候，盲目追求高配置、大容量，造成設(shè)備的閑置和功能的浪費。試想，如果一部手機即可實現(xiàn)用戶的功能需求，為什么要配置一臺電腦？微機時代認為的“每個家庭的桌面上都應(yīng)該有一臺”的觀點已陳舊過時。軟件可以安裝在云端，每個用戶不必花費巨額資金購買軟件，也不必下載龐大的安裝包和升級包，軟件由云來提供，并在云端自動升級，使普通客戶都能享受到最新和最可靠的軟件功能服務(wù)。相信，云計算用戶越多，服務(wù)越便宜，用戶付出的成本越低，享受的服務(wù)越多樣，性價比越高。

5.云計算給計算行為帶來的變化

（1）資源配置由購買變?yōu)樽庥谩?/p>

如前所述，以前用戶要投入巨大資金購買硬件和軟件，現(xiàn)在則是通過付費使用云資源。云資源有更大的選擇性，而且可以以較低的投入獲得較大的產(chǎn)出。

（2）用戶的使用習慣以桌面為核心轉(zhuǎn)變?yōu)橐訵eb為核心。

在“云計算”模式下，以前在本機“桌面”完成的任務(wù)，現(xiàn)在可轉(zhuǎn)為在“Web頁”進行，所有任務(wù)都是“在線”操作?？蛻魴C上無須安裝體積越來越大的應(yīng)用軟件，只需要一個WEB客戶端即可，Web客戶端將是每個運算任務(wù)的入口?？蛻舳怂璧能浖惭b空間、運行空間大為減少。

（3）不再需要軟件授權(quán)許可。

在云計算架構(gòu)之前，使用軟件必須購買副本獲得授權(quán)許可，現(xiàn)在軟件安裝在云端，對每個客戶都是開放的，只要付費，任何軟件就可使用。所有程序?qū)τ脩舳际情_放的，對軟件開發(fā)者來講，軟件安裝在云端減少了被盜版的風險，更有利于知識產(chǎn)權(quán)的保護。

（4）服務(wù)更多樣。

除了創(chuàng)建文檔為目的的應(yīng)用以外，云計算可以提供各種過程服務(wù)，比如語音識別可使一個計算機盲也能操縱網(wǎng)絡(luò)；在線翻譯可以讓每個人都能參閱外語文獻或與外國人交流；新聞、天氣、郵件、快遞、新產(chǎn)品等資訊即時可得；行駛中的汽車可以預(yù)知前方道路是否擁堵；每個人、每件物品都可進行地理定位等。云計算深刻影響電訊、物流、GPS定位、氣象資訊、交通資訊、商業(yè)管理、社會管理等行業(yè)，滿足人們多樣的服務(wù)需求。

（5）減少對信息安全的擔心。

在云計算架構(gòu)下，用戶身份可以進行更可靠的驗證，用戶文檔可以存貯在虛擬目錄當中，減少復(fù)制或惡意破壞的風險。殺毒軟件在云端即可發(fā)現(xiàn)病毒，降低感染病毒的可能性。

（6）網(wǎng)絡(luò)資源有了更好的邏輯架構(gòu)，方便用戶使用。

云計算中心成為網(wǎng)絡(luò)行為的制定者，可以讓網(wǎng)絡(luò)資源組織更合理，符合大多數(shù)用戶的使用習慣。定制出較統(tǒng)一的工作界面，方便用戶理解，使網(wǎng)絡(luò)上繁雜龐大的信息變?yōu)榭蓹z索的數(shù)據(jù)庫，讓搜索變得更容易。

總之，云計算是一種全新的運算模式，給傳統(tǒng)的計算思維帶來巨大的沖撞，將改變?nèi)藗兪褂糜嬎銠C的習慣和思維方式。中國的云計算發(fā)展起步較早，將立足世界前列，緊跟發(fā)達國家的步伐，甚至可能在某些關(guān)鍵技術(shù)上完成創(chuàng)新，成為國際標準的制定者，掌握云計算技術(shù)規(guī)則的發(fā)言權(quán)。當然，云計算的完全實現(xiàn)還有一段很長的路要走，其服務(wù)架構(gòu)、技術(shù)支撐等方面還有一些難關(guān)需要攻克，人們的思維方式和觀念還需要轉(zhuǎn)變，但這些都不能阻擋云計算向前發(fā)展。我們有理由相信，云計算技術(shù)將會大行其道，成為網(wǎng)絡(luò)計算的主宰，這種商業(yè)模式必將創(chuàng)造出巨大的市場，推動IT業(yè)的發(fā)展，使低迷的IT產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出復(fù)興的景象。

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