浅谈HTTP Adaptive Streaming技术及其前景

(2011-09-02 17:40:05)

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关键词：OTT 流媒体 HTTP Adaptive Streaming

本文已发表于《世界宽带网络》2011.6 第18卷第5期总200期

HTTP Adaptive Streaming（以下简称“HAS”）技术结合了传统的流媒体技术和HTTP渐进式下载播放的特点，以HTTP的方式向用户传送媒体内容，该技术的采用可以大大提升用户的媒体播放体验，同时该技术降低了头端服务器的技术复杂度。基于HTTP的传送方式提升了媒体内容在网络设备中的穿透能力，该技术目前已成为流媒体视频行业发展的趋势。

一、传统流媒体技术

近些年，互联网视频迅猛发展，视频内容的流量已占到了整个互联网流量的一半。谈到互联网视频就不得不提到流媒体技术，正是流媒体技术的不断发展促进了目前互联网视频的迅猛发展。

传统的媒体内容分发技术主要有两大类，一类是以RTSP/RTP(Real Time Streaming Protocol/Real Time Transfer Protocol)为代表的面向连接的流媒体技术，另一类则是目前主流视频网站采用的无连接的HTTP渐进式下载。

1.RTSP/RTP的流媒体方案

RTSP是一种传统的流媒体控制协议，其具有状态性的特点意味着从一个客户端开始连接至服务端一直到连接中断的整个过程，服务端会一直监听客户端的状态。客户端通过RTSP 协议向服务器传达控制命令，如播放、暂停或中断等。

RTP/RTCP(Real Time Transfer Control Protocol)是端对端基于组播的应用层协议。其中，RTP用于数据传输，RTCP用于统计、管理和控制RTP传输，两者协同工作，能够显著提高网络实时数据的传输效率。

基于此架构的流媒体技术方案，服务端和客户端之间建立连接之后，服务器开始持续不断地发送媒体数据包，媒体数据包采用RTP进行封装，客户端控制信息通过RTSP信息包以UDP或TCP的方式传送。

另外，类似的流媒体协议还包括了Adobe的RTMP(Real Time Messaging Protocol)以及Real公司的RTSP over RDT(Real Data Transport Protocol)，本文就不在此对这些流媒体协议逐一进行介绍了。

2.HTTP渐进式下载

HTTP渐进式下载技术与有状态的RTSP/RTP技术相比，采用了无状态的HTTP协议。当HTTP客户端向前端请求数据时，服务端将请求的数据下发给客户端，但是服务端并不会记录客户端的状态，每次HTTP请求都是一个一次性独立的会话。

渐进式下载的功能目前主流的终端播放器均支持，如Adobe的Flash、微软的Silverlight 以及Windows Media Player。所谓的渐进式下载，即终端播放器可以在整个媒体文件被下载完成之前即可开始媒体的播放，客户端及服务端如果均支持HTTP1.1，终端还可从没下载完成的部分中任意选取一个时间点开始播放。

目前，主流的视频网站均采用了HTTP渐进式下载的方式来实现流媒体的分发，如优酷网、土豆网等等。

3.方案对比

作为最简单和原始的流媒体解决方案，HTTP渐进式下载尤其显著的优点在于它仅需要维护一个标准的Web服务器，其安装和维护的工作量和复杂性比起专门的流媒体服务器来说要简单和容易得多。

然而，其缺点和不足也很明显。首先是带宽容易浪费。当一个用户在开始下载观看一个内容之后选择停止观看，那么已经下载完成的内容则是对带宽资源的一种浪费。其次，基于HTTP的渐进式下载仅仅适用于点播内容，而不支持直播内容。最后，此方式缺乏灵活的会话控制功能和智能的流量调节机制。

而基于RTSP/RTP的流媒体系统专门针对大规模流媒体直播和点播等应用而设计，需要专门的流媒体服务器支持，与HTTP渐进下载相比主要具有如下优势。

?流媒体播放的实时性。与渐进下载客户端需要先缓冲一定数量媒体数据才能开始播放不同，基于RTSP/RTP的流媒体客户端几乎在接收到第一帧媒体数据的同时就可以启动播放。

?支持进度条搜索、快进、快退等高级VCR控制功能。

?平滑、流畅的音视频播放体验。在基于RTSP的流媒体会话期间，客户端与服务器之间始终保持会话联系，服务器能够对来自客户端的反馈信息动态做出响应。当因网络拥塞等原因导致可用带宽不足时，服务器可通过适当降低帧率等方式来智能调整发送速率。

?支持大规模用户扩展。普通的Web服务器主要针对大量小的HTML文件下载而进行优化，在传输大容量媒体文件方面缺少性能优势。而专业的流媒体服务器在大容量媒体文件硬盘读取、内存缓冲和网络发送等方面进行了优化，可支持大规模用户接入。

?内容版权保护。在渐进下载模式中，下载后的文件缓存在客户端硬盘的临时目录中，用户可将其拷贝至其他位置供以后再次播放。而在基于RTSP/RTP的流媒体系统中，客户端只在内存中维持一个较小的解码缓冲区，播放后的媒体数据随时清除，用户不容易截取和拷贝。此外还可利用DRM等版权保护系统进行加密处理。

尽管如此，基于RTSP/RTP的流媒体系统在实际的应用部署中仍然遇到了不少问题，主要体现在：

?与Web服务器相比，流媒体服务器的安装、配置和维护都较为复杂，特别是对于已经建有CDN(内容分发网络)等基础设施的运营商来说，重新安装配置支持

RTSP/RTP的流媒体服务器工作量很大；

?RTSP/RTP协议栈的逻辑实现较为复杂，与HTTP相比支持RTSP/RTP的客户端软硬件实现难度较大，特别是对于嵌入式终端来说；

?RTSP协议使用的网络端口号(554)可能被部分用户网络中的防火墙和NAT等封堵，导致无法使用。虽然有些流媒体服务器可通过隧道方式将RTSP配置在HTTP 的80端口上承载，但实际部署起来并不是特别方便。

二、HTTP码率自适应

上一节中我们谈到了基于RTSP/RTP的流媒体技术以及基于HTTP的渐进式下载，但是我们可以清楚看到两种方案均存在着各自的缺点。

这时HAS技术应运而生，它融合了传统RTSP/RTP流媒体技术以及基于HTTP渐进式下载技术的优点，具有高效、可扩展以及兼容性强的特点。下图为HAS技术的实现原理。

HAS技术是一种混合的媒体分发方式，给用户的体验是流的方式，但是实际上与HTTP 渐进式下载方式一样采用HTTP协议完成了内容的下载分发，但这些媒体内容都被切割成了一系列的媒体分块进行传输。

HAS技术的一个关键就是媒体数据的切割分块，每个分块的时间长度相同，一般为2～10秒。在视频编码层，这意味着每个分块都由若干个完整的视频GOP组成(每个分块都有一个关键I帧)，以此保证每个分块都与过去及将来的媒体分块无关联。

媒体分块存储在HTTP Web服务器中，客户端以线性的方式向Web服务器请求媒体分块，并以传统的HTTP方式进行媒体分块的下载，当媒体分块下载至客户端时，客户端按照顺序播放这一系列媒体分块。因为这些媒体分块按照约定的规则进行编码，各个媒体分块之间没有内容的重叠或不连续，对于用户来说，则看到了一个无缝平滑的播放效果。

若一份内容在编码输出时已提供了多种码率，则内容切片模块会将其切割成多种码率

的媒体分块。因为Web服务器传输数据是尽可能地利用网络带宽来进行内容的下载，没有

流量的控制机制，客户端可以很容易地检测到Web服务器到客户端的可用网络带宽，从而

决定下载更大或更小的媒体分块，实现码率的自适应。

从图5我们可以看出，HAS的关键技术主要由两大部分，一是内容的准备，包括了支持多屏的转码平台以及媒体的分割切片模块，其次是内容的分发，包括了基于HTTP的内容源服务器以及面向终端的内容分发网络，完成并发流数量的放大功能。

三、HAS技术特点分析

1.采用HAS的优势

HAS与其他基于HTTP传输媒体的方式一样，和传统的流媒体分发技术相比，具有以下优势：

?Web服务器更容易部署，因为HAS技术采用了通用的HTTP协议，传统的HTTP缓存/代理、防火墙等网络设备可以完美兼容；

?提供了更好的兼容性和到达率，可根据最后接入网的带宽大小动态地调整码率，实现内容的分发；

?对于用户来说体验更好，且不需要业务提供者去考虑收看用户的带宽。

HAS除了上述优势之外，还有以前任何技术均不具备的特点，具体如下：

?用户等待的时间更短，可以快速实现播放——客户端初始化默认选择低码率，开始播放后逐步向高码率进行切换，因此，其服务质量是在可用带宽范围之内不断被进行调整和优化；

?不需要大的缓存，不间断地播放，没有抖动的平滑视频播放体验；

?基于网络状况和CPU解码能力的无缝码率切换；

?客户端不需要下载超过它实际消耗的内容。

综上所述，相对于传统的流媒体技术，它能够提供更好的服务质量，因为它可以使用

整个可用的带宽，而非自适应流技术则是强制客户端选择一个低于可用带宽的固定比特率。可以预见，HAS技术在不久的将来将得到广泛的部署及应用。

2.需要面对的问题

上一节我们谈到了HAS的优势及技术实现原理，似乎HAS的实现非常简单，首先在内容准备上提供多个码率的媒体文件，并提供一个索引文件，其中记录了各个码率文件的关系及特性，接下来终端根据初始的带宽情况选择一个码率的媒体文件进行顺序播放，期间根据网络情况以及CPU的负载调整码率。

但是HAS技术方案具体部署实施时有许多问题需要去明确，如果这些问题没有得到很好的解决，则无法提供最佳的用户体验。

?采用几个码流？

?码流的分辨率？

?关键帧间隔？

?VBR or CBR？

?音频参数的设置？

四、HAS企业方案及技术标准

目前，HAS技术的实现方式从标准的类型来看主要有两大类：一类是企业方案，即提供了整体的技术解决方案，如Apple Live Streaming技术、Microsoft Smooth Streaming技术、Adobe Dynamic Streaming技术；一类则是一些国际标准组制定的技术标准，如OIPF的HTTP Adaptive Streaming、MPEG的DASH(Dynamic Adaptive Streaming over HTTP)、IETF的草案（由Apple公司提议的草案）。

1.OIPF

OPEN IPTV Forum在其定义的OIPF技术规范中对码率自适应技术进行了界定，规范中对如何实现HTTP码流自适应的理论进行了细化及扩展，明确了如何使用及使用的范围。该标准以3GPP的Adaptive HTTP Streaming技术规范为基础进行相关的扩展，增加了对MEPG-2 TS格式的支持。

OIPF的码率自适应标准中对终端下载的索引文件进行了定义，OIPF中将索引文件命名为MPD(Media Present Description)文件，采用XML格式进行组织。

同时OIPF标准规定了媒体的封装格式为TS和MP4，并且对分片的一些细节进行了界定，如同一内容的不同码率的文件必须使用同样的媒体封装格式，但是编码的Profile可以不同。

该标准对直播应用场景以及快进、快退、定位等操作均进行了定义。

2.MPEG

近来，MPEG标准发布了一项关于HTTP Streaming的标准DASH，见图6。

DASH标准对目前出现的HAS技术框架进行了总结归纳，对背景、目的以及使用场景进行了介绍。该标准中定义了一系列的使用场景，如3D Video、互动3D、动态码率自适应、Peer-2-Peer以及多画面电视，同时还对如何与内容保护技术结合进行了定义。

DASH标准的制定主要为了解决以下问题：

?更为有效地将MPEG的媒体通过HTTP协议，以自适应、渐进式、下载或流的方式进行内容分发；

?支持直播业务；

?更为有效地利用传统的基于HTTP的CDN网络、代理Server或防火墙等网络基础部件；

?支持与内容保护系统的结合，完成对内容的保护。

总的来说，DASH对采用HTTP传输MPEG媒体涉及到的各方面提出了一系列的技术要求，包括了媒体内容格式、传输方式、MPD文件、业务控制、自适应以及媒体保护等。

3.Apple HTTP Live Streaming（IETF）

HTTP Live Streaming是Apple公司的HAS整体解决方案，该方案设计的目标主要是通过普通的Web服务器将直播内容或点播内容推送至Apple的终端设备，如iPhone、iPad以及苹果的台式机。Apple公司的技术规范现已提交至IETF组织讨论，目前还在标准的草案阶段。

HTTP Live Streaming由三部分组成：服务器组件、分发组件和客户端。首先，编码器接收音视频输入，并采用H.264编码技术，输出MPEG-2 TS流，然后利用切片软件按设定的时间间隔对TS码流进行切割并保存为一个个TS文件。这些TS文件部署在Web服务器上，切片软件同时还创建了包含这些TS文件相关信息的索引文件。索引文件的URL在Web

服务器上发布，客户端读取索引文件，然后按顺序向服务器请求媒体文件并无停顿地显示它们。一个简单的HTTP Live媒体流配置如图10所示。

在苹果的动态码率自适应体系中，索引文件被保存为.M3U8文件，这是保存MP3播放列表的.M3U格式的一种扩展。HTTP Live Streaming支持实时广播会话和视频点播会话两种应用场景。

对于实时会话来说，当新的媒体文件被创建时，索引文件也会随之更新，旧的索引文件通常会被删除。更新的索引文件会在连续流中显示一个移动的窗口，这种类型的会话适合连续的直播内容。对于视频点播会话，媒体文件在整个会话周期内都是固定不变的。索引文件是静态的，只需在媒体开始播放前获取一次，其包含了所有媒体文件的完整列表。

目前，HTTP Live Streaming没有考虑对DRM的完整支持，但它支持内容的加密，通过16位密钥的AES-128加密算法对内容加密，HTTP Live Streaming中仅对如何通过URI 获取密钥进行了粗略的定义。

4.Microsoft Smooth Streaming

Smooth Streaming是微软提供的一套HAS解决方案，基于Microsoft的头端Web服务IIS 7以及其终端的Silverlight技术。微软的Smooth Streaming选择了MPEG-4格式为媒体封装格式，Smooth Streaming将每个分片都用MPEG-4封装成一个MPEG-4的Fragment，但是存储为一个完整连续的MP4文件，事实上媒体仅仅是做了虚拟的分片。当终端的播放URL 的请求上来时，头端服务器需要准确地分析URL请求，并将其转化为精准的偏离量，从而找到对应的媒体数据块分发给终端。

之所以选择MP4作为媒体文件格式，主要是因为MP4相比于ASF是一个轻量级的容器，更容易使用.NET进行管理和控制，同时MP4是基于广泛应用的ISO Base Media文件格

式规范，最重要的一点是MP4设计之初就考虑支持在一个文件内实现媒体内容负荷的分片。微软Smooth Streaming存储媒体格式、传输媒体格式分别见图7、图8所示。

从图8我们可以很清楚地看出，Smooth Streaming采用的是一种虚拟切片的技术，微软的HTTP码率自适应技术并没有真实地将媒体文件进行切片，每个码率对应的内容存储成了一个完整长度的文件，在实际播放过程中，根据终端的请求将每个Fragment独立分发给终端。

Smooth Streaming终端基于Silverlight进行实现，Silverlight可完成MPEG-4文件格式的解析、HTTP下载以及码率的切换。同时微软将这些功能以.NET代码的形式提供给开发

者调用，开发者可对播放器的效果进行优化及调整。播放器的开发工作中最为复杂的模块是码率的切换模块，何时切换以及如何切换是此模块的核心功能，也是技术难点，如果想给用户最佳的体验，必须考虑以下问题。

?当用户有足够的带宽但是CPU解码能力不足时该如何处理？

?当视频播放被用户暂停或隐藏在背后时该如何处理？

?当最佳的视频质量的分辨率超出了屏幕本身的分辨率时该如何处理？

?下载播发的Buffer窗口该设置为多大？

?当在播放过程中需要插入新的媒体内容如插播一段广告时该如何保证无缝的切换？

5.Adobe HTTP Dynamic Streaming

Adobe公司的传统流媒体解决方案RTMP+FLV的组合，在互联网视频行业得到了广泛的应用。针对动态码率自适应的需求，Adobe公司首先在其传统的解决方案上实现了码率自适应，但随后不久Adobe公司也推出了基于HTTP的码率自适应解决方案HTTP Dynamic Streaming，见图9。

Adobe HTTP Dynamic Streaming包含了多个部件来完成内容的准备工作，并通过HTTP 将内容传送给终端的Flash Player。

内容准备模块包括了面向VOD和面向Live直播的模块，VOD打包模块将媒体文件分片，并以F4F的格式存储，Live直播打包模块将直播流实时地写入到F4F文件当中。

HTTP源模块是标准的Web Server，存储了F4F文件和媒体对应的F4M格式的索引文件，索引文件中包含了编码、分辨率以及码率等参数信息。

6.分析及小结

通过研究各种标准组提出的技术规范以及微软、苹果等公司的企业技术方案，我们可以看出基于HTTP的码率自适应的实现原理是类似的，主要的区别在于媒体文件格式以及索引文件格式的不同，如表所示。

在这里我们谈了许多HAS的优势，但是目前的技术体系还有许多方面有待完善及改进。

首先，上述技术体系都是基于Client驱动的模式，依靠Client对网络状况及其自身硬件平台的能力情况进行判断，通过解析索引描述文件，最终从头端Server中以主动“拉取”的形式获取内容。在直播应用中，终端是需要频繁不断地更新描述文件来获取新的内容的相关信息。如采用Server驱动的模式，则不需要对描述文件进行频繁地更新，Server不断获取到最新的内容，并且连续不断地以“推送”的方式向终端发送媒体数据，比较适应于对实时性要求较高的直播应用。

其次，上述HAS技术体系缺乏质量的监测与控制机制。例如，当一个用户在观看直播频道时进行频道切换，当前时间的GOP以及播放器需要的初始化信息需要尽快传送到终端进行播放，但是目前的HAS技术体系中没有对重要的HTTP包进行加速传输的机制。

五、展望未来

随着互联网技术的快速推进，利用互联网传输渠道提供视频服务已成为趋势。传统的广电运营商、新兴的视频网站、互联网巨头、彩电厂商以及消费电子类设备商纷纷涌入。所有的参与者都在积极打造各自的新媒体服务平台，以OTT的形式将内容分发至电视屏、PC 屏以及手机屏。

HAS技术的出现为面向多终端的新媒体服务平台的建设提供了一个极佳的解决方案，可以预见HAS技术将有着极为广阔的发展空间，在三网融合的进程中起到关键的作用。

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数据库技术的发展(一) (总分：15.00，做题时间：90分钟) 一、{{B}}选择题{{/B}}(总题数：5，分数：5.00) 1.采用扩展关系数据模型的方法建立的数据库系统，称做 ______。（分数：1.00） A.对象-关系数据库系统√ B.扩展关系数据库系统 C.拓展关系数据库系统 D.以上都不正确解析： 2.下列哪一种结构是支持并行数据库系统最好的结构? ______。（分数：1.00） A.共享内存 B.共享磁盘 C.无共享√ D.层次模式解析： 3.下面属于并行数据库系统目标的是 ______。Ⅰ．高性能Ⅱ．高可用性Ⅲ．高扩充性（分数：1.00） A.Ⅰ和Ⅱ B.Ⅱ和Ⅲ C.Ⅰ和Ⅲ D.Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ√ 解析： 4.下列属于粗粒度并行机特点的是 ______。（分数：1.00） A.拥有大量的处理器 B.共享一个主存√ C.单个事务运行得更快 D.数据库一般将一个查询分配到多个处理器上解析： 5.操作型数据和分析型数据具有不同的特征，下列哪一个是操作型数据的特征? ______。（分数：1.00） A.可更新的√ B.历史的(包括过去数据) C.支持管理决策的 D.面向主题的解析：二、{{B}}填空题{{/B}}(总题数：5，分数：10.00) 6.在客户机/服务器工作模式中，客户机可以使用{{U}} 【1】 {{/U}}向数据库服务器发送查询命令。（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：结构化查询语言/SQL）解析： 7.分布式数据库系统与集中式数据库系统最大的区别是分布式数据库中的数据{{U}} 【2】 {{/U}} 存储在多个场地。（分数：2.00）

超导材料的未来应用前景

超导材料——当代科学的明珠超导材料的未来应用前景超导是超导电性的简称。是一种材料，如某种金属、合金或化合物在温度下降至某一临界温度时，其电阻完全消失，这种现象称为超导电性，具有这种现象的材料称为超导材料。超导体的另外一个特征是：当电阻消失时，磁感应线将不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。超导材料的用途非常广阔，大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用即超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。超导体的巨大前景 ●超导材料不可思议那么，为什么世界各国对“超导”技术的研究与开发如此重视呢？这主要是因为超导材料具有极其优越的物理特性：一是零电阻效应，二是约瑟夫逊效应，三是迈斯纳效应。超导体这些突出特性的重大意义，不亚于半导体的发现。甚至有专家预言，超导体的应用将导致一场新技术革命，特别是在军事领域的应用，将引起一系列巨大变革。 ●军事应用前景广阔超导体在军事领域的应用将十分广泛。采用超导体材料，可使许多重要的军用装备，如C4I系统、聚能武器、舰艇、飞机、坦克、装甲车辆、导弹等武器的性能得到大幅度的改善。超导飞机设计制造大功率、小体积的发动机，对提高飞机的作战性能至关重要。目前，飞机所采用的均是磁流体发电，但利用普通磁体，很难使磁场强度高于15高斯，而如果利用超导磁体就能产生数万至几十万高斯的磁场，从而大大提高磁体发电的输出功率。所以，超导技术的突破，为大容量、小型化磁流体发电机的研制成功提供了条件，这种超导发电机正在加速走向实用化。目前，有些国家已在研制几百至一千兆瓦的体积小、重量轻的超导发电机，预计机载大功率超导发电机将成为超导技术在军事上率先得到应用的重点项目。超导舰船20世纪70年代以来，美、苏、英、日等国积极开展超导技术在海军舰船方面应用的研究，并不断取得成效。美国试制了7500马力的超导驱动系统；英国研制了650马力的超导电磁力推进装置；日本制成了世界上第一艘超导船。超导舰船由于取消了传统的螺旋桨推动部件，因而具有结构简单、维修方便、推力大、航速高、无震动、无噪声、无污染、造价低等诸多优点。潜艇应用超导推进系统后，能有效地消除噪音、降低红外辐射，从而不易被敌方发现，大大提高了舰船的快速机动能力和突防能力。

计算机网络技术的发展现状和趋势

计算机网络技术的发展现状和趋势 0 引言随着计算机技术的发展，网络技术也经历了从无到有的发展过程。虽然计算机在20世纪40年代就已研制成功，但是直到80年代初期，计算机网络仍然被认为是一种昂贵而奢侈的技术。一直到90年代，随着互联网的出现，基于计算机技术，通信技术和信息技术的网络技术得到飞速发展，在今天，计算机网络技术已经和计算机技术本身一样精彩纷呈，普及到人脱离电话通讯线路交换模式的里程碑。美国的分组交换网ARPANET 于1969 年12月投入运行，被公认是最早的分组交换网。法国的分组交换网CYCLADES 开通于1973 年，同年，英国的NPL 也开通了英国第一个分组交换网。到今天，现代计算机网络：以太网、帧中继、Internet 都是分组交换网络。 1.3 网络体系结构标准化阶段以太网目前在全球的局域网技术中占有支配地位。以太网的研究起始与1970 年早期的夏威夷大学，目的是要解决多台计算机同时使用同一传输介质而相互之间不产生干扰的问题。夏威夷大学的研究结果奠定了以太网共享传输介质的技术基础，形成了享有盛名的

CSMA/CD 方法。以太网的CSMA/CD 方法是在一台计算机需要使用共享传输介质通讯时，先侦听该共享传输介质是否已经被占用。当共享传输介质空闲的时候，计算机就可以抢用该介质进行通讯。所以又称CSMA/CD 方法为总线争用方法。 1.4网络互连阶段随着计算机通信网络的发展和广泛应用，人们希望在更大的范围内。某些计算机系统用户希望使用其他计算机系统中的资源；或者想与其他系统联合完成某项任务，这样就形成了以共享资源为目的的计算机网络。Internet 是全球规模最大、应用最广的计算机网络。它是由院校、企业、政府的局域网自发地加入而发展壮大起来的超级网络，连接有数千万的计算机、待解决的问题。随着计算机技术、通信技术和信息技术的不断发展，网络技术也不断革新，网络应用越来越广。面对即将到来的第三代互联网应用，很多发达国家都投入了大量研究资金，希望能抓住机遇，掌握未来的命运。中国也加强了网络方面的投入。中科院计算所为自己的网络起名为“织女星网络”（Vega Grid），目标是具有大规模数据处理、高性能计算、资源共享和提高资源利用率的能力。与国内外其他网络研究项目相比，织女星网络的最大特点是“服务网络”。中国许多行业，如能源、交通、气象、水利、农林、教育、环保等对高性能计算网络即信息网络的需求非常巨大。预计在两三年内，就能看到更多的网络技术应用实例。

浅谈计算机技术在企业信息化管理中的运用

浅谈计算机技术在企业信息化管理中的运用［摘要］随着我国国民经济和社会信息化事业发展迅速，信息化建设整体事态日益呈现出更加注重应用、实效以及与经济和社会协调发展的突出特征。本文以企业信息化高速发展背景资料，对企业信息化管理定义的介绍，根据实际情况，重点阐述计算机技术在企业信息化管理中的作用和应用和计算机在企业信息化管理中的不足和改进措施，其分析对企业信息化管理的高效具有重要参考意义。［关键词］企业信息化；管理；改进措施我国信息产业国际竞争力不断提升，信息技术在财政、金融工商、税务、海关、外贸等政府管理部门日益发挥重要作用，在城市建设、劳动就业医疗卫生等社会服务领域的应用日益广泛、国有大型企业信息化步伐不断加快，中小企业信息化建设热情日益高涨，电子商务在各行业的生产经营、供应采购、产品销售和对外贸易等环节发挥着愈来愈重要的作用；信息技术在农业领域的应用得到了进一步重视，各级政府和企业整合多种信息资源，积极开展面向“三农”的市场和科技信息服务。 1 企业信息化管理的定义企业以企业流程（优化）重组为基础，在一定的深度和广度上利用计算机技术、网络技术和数据库技术，控制和集成化管理企业生产经营活动中的所有信息，实现企业内外部信息的共享和有效利用，以提高企业的经济效益和市场竞争能力。 2 我国企业信息化的现状分析

“十五”期间企业信息化将有很大发展，信息技术在传统产业改造中有显著成效，全国27 个省市、46 个重点城市和近2000 企业开展制造业信息化试点示范工程基本完成。计算机辅助设计，辅助制造，过程控制及辅助管理在各类企业中进一步普及，信息技术在传统产业改造中有显著成效，计算机辅助设计，辅助制造，过程控制及辅助管理在各类企业中进一步普及，大中型企业基本实现信息化：大部分实现初级企业信息化（CAD、CAM、DCS、MIS、ERP 普及率、覆盖率30- 50%）；部分大型骨干企业向中级企业信息化发展（CAD、CAM、MIS、ERP、EC 普及率、覆盖率60- 80%）；小部分培养成高级企业信息化示范企业（CAD、CAM、ERP、EC 普及率、覆盖率80- 90%以上）。大部分中小企业推广单项信息技术，部分中小型骨干企业分期实现初级信息化，建立若干个中级信息化示范企业，为今后推广积累经验。 3 计算机技术对企业信息化管理中的作用：1）更加精确；2）更加简洁；3）更加人性化；4）提高企业工作的效率；5）可以进行设计，并且预计出结果；6）系统更加庞大，庞大的系统就说明分工越细。 4 计算机技术在企业信息化管理中存在的问题分析：1）IT安全治理和风险管理缺位。目前大多数组织的最高管理层对信息资产所面临的严重性认识不足，仅局限于IT方面的安全。2）技术经济论证不足。信息化建设项目具有投资大，风险大的特点。信息化建设项目的高风险和告失败率就要求企业在信息化建设决策之前，要进行充分的技术经济论证。3）资源利用不合理。信息资源的合理应用一直是企

数据库技术及其发展趋势

数据库技术及其发展趋势数据库技术是通过研究数据库的结构、存储、设计、管理以及应用的基本理论和实现方法，并利用这些理论来实现对数据库中的数据进行处理、分析和理解的技术。数据库技术研究和管理的对象是数据，所以数据库技术所涉及的具体内容主要包括：通过对数据的统一组织和管理，按照指定的结构建立相应的数据库和数据仓库；利用数据库管理系统和数据挖掘系统设计出能够实现对数据库中的数据进行添加、修改、删除、处理、分析、理解、报表和打印等多种功能的数据管理和数据挖掘应用系统；并利用应用管理系统最终实现对数据的处理、分析和理解。一、数据库发展历史第一代数据库系统是20世纪70年代研制的层次和网状数据库系统。层次数据库系统的典型代表是1969年IBM公司研制出的层次模型的数据库管理系统IMS。20世纪60年代末70年代初，美国数据库系统语言协会CODASYL(Conference on Data System Language）下属的数据库任务组DBTG(Data Base Task Group）提出了若干报告，被称为DBTG报告。DBTG报告确定并建立了网状数据库系统的许多概念、方法和技术，是网状数据库的典型代表。在DBTG思想和方法的指引下数据库系统的实现技术不断成熟，开发了许多商品化的数据库系统，它们都是基于层次模型和网状模型的。可以说，层次数据库是数据库系统的先驱，而网状数据库则是数据库概念、方法、技术的奠基者。第二代数据库系统是关系数据库系统。20世纪70年代是关系数据库理论研究和原型开发的时代，其中以IBM公司的San Jose研究试验室开发的System R 和Berkeley大学研制的Ingres为典型代表。大量的理论成果和实践经验终于使关系数据库从实验室走向了社会，因此，人们把20世纪70年代称为数据库时代。20世纪80年代几乎所有新开发的系统均是关系型的，其中涌现出了许多性能优良的商品化关系数据库管理系统，如DB2、Ingres、Oracle、Informix、Sybase 等。这些商用数据库系统的应用使数据库技术日益广泛地应用到企业管理、情报检索、辅助决策等方面，成为实现和优化信息系统的基本技术。第三代数据库系统从20世纪80年代以来，数据库技术在商业上的巨大成功刺激了其他领域对数据库技术需求的迅速增长。这些新的领域为数据库应用开辟了新的天地，并在应用中提出了一些新的数据管理的需求，推动了数据库技术的研究与发展。 1990年高级DBMS功能委员会发表了《第三代数据库系统宣言》，提出了第三代数据库管理系统应具有的三个基本特征：应支持数据管理、对象管理和知识管理。必须保持或继承第二代数据库系统的技术。必须对其他系统开放二、数据库技术发展趋势针对关系数据库技术现有的局限性，理论界如今主要有三种观点 :

超导技术及其发展历程

超导技术超导技术的主体是超导材料。简而言之，超导材料就是没有电阻、或电阻极小的导电材料。超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失。 1911年荷兰物理学家Onnes发现汞(水银)在4.2k附近电阻突然下降为零，他把这种零电阻现象称为超导电性。海克·卡末林·昂内斯海克·卡末林·昂内斯（Heike Onnes，1853年9月21日－1926年2月21日），荷兰物理学家，超导现象的发现者，低温物理学的奠基人。1853年出生于荷兰的格罗宁根，1894年创建了莱顿大学低温物理实验室，建立了大型液化气工厂，1904年液化了氧气，两年后又液化了氢气，并在1908年7月10日首次液化了氦气，以-269 °C(4K)刷新了人造低温的新纪录。1911年由于对物质在低温状态下性质的研究以及液化氦气，昂内斯被授予诺贝尔物理学奖。1923年，昂内斯退休，1926年在莱顿逝世。为纪念他，莱顿大学物理实验室1932年被命名为“卡末林·昂内斯实验室”。汞的电阻突然消失时的温度称为转变温度或临界温度，常用Tc表示。在一定温度下具有超导电性的物体称为超导体。金属汞是超导体。进一步研究发现元素周期表中共有26种金属具有超导电性，它们的转变温度Tc列于表5-6。从表中可以看到，单个金属的超导转变温度都很低，没有应用价值。因此，人们逐渐转向研究金属合金的超导电性。表5-7列出一些超导合金的转变温度，其中Nb3Ge 的转变温度为23.2K，这在70年代算是最高转变温度超导体了。当超导体显示导材料都是在极低温下才能进入超导态，假如没有低温技术发展作为后盾，就发现不了超导电性，无法设想超导材料。这里又一次看到材料发展与科学技术互相促进的关系。低温超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态，因此在应用上受到很大的限制。人们迫切希望找到高温超导体，在徘徊了几十年后，终于在1986年有了突破。（1）瑞士Bednorz和Müller发现他们研制的La-Ba-CuO混合金属氧化物具有超导电性，转变温度为35K。这是超导材料研究上的一次重大突破，打开了混合金

浅谈计算机技术对教育发展的影响

浅谈计算机技术对教育发展的影响计算机对现代人来说，早已不是个陌生的名词，它自20世纪40年代诞生以来.以不可抵挡的气势渗透到了人类生存与发展的每个领域, 改变着人们的思想观念和生活力式。教育作为人类社会生活的一个重要领域，不可避免地受到计算机的深刻影响，计算机技术在教育领域的中的不断应用，使得计算机在教育中的作用越来越大，对教育的影响也越来越大。一、计算机技术对教育发展的作用: 1、计算机作为学习对象，丰富了教育内容。现代的教学已经不仅仅只是局限在传统的教学模式下了，计算机凭其强大的数据资源和良好的交互性, 已被越来越多的学校和教育机构所认可，计算机不单单只是一个学习的工具，它已经成为一种学习的对象甚至在某些条件 F已经完全替代了老师的作用。 2、计算机作为学习工具，使学习更具主动性和个性化，增强了学习兴趣，提高了学习能力。计算机作为一种工具，是人类至今所拥有的功能最齐全的工具, 如文字处理、电子表格、数据管理、信息查询、图片处理、交流手段等。 3、计算机作为教学工具，使教学手段和教学形式更具多样化，有助于提高教育质量。计算机拥有非常庞大的存储记忆，快速精确的处理、计算和判断能力，重复而又多变的工作方式，生动形象地呈现信息的能力，具有灵活的人机交互的特点，从而可以像位知识渊博、反应迅速、诲人不倦的导师那样，从事技术教学、管理教学、帮助备课、技术考试等通常由教师来完成的教学工作。 4、计算机作为管理工具，加强了学校管理工作的透明度，提高了工作效率。随着计算机互联网技术的出现和迅速发展，网络化建设也逐渐深入到大中专院校。校园网的建立，极大地方便了学校管理工作。学校行政、教学、后勤等部门可以通过校园网下发会议通知、学计划，实现网上报销，也可以通过校园网直接倾听一线教师和学生对学校管理工作的意见和建议。使学校管理更加透明、有效，有利于学校的建设和发展。在目前的学校教育中，计算机作为学习对象、学习工具、教学工具和管理工具的四种功能是逐渐融合在起的。计算机更新换代的速度较快，因此在推动学校教育改革和发展的过程中，我们应时刻关注计算机发展的最新技术和最新动态, 真正将计算机技术较好的应用到教育教学的各个方面，充分发挥计算机在学校教育中的积极促进作用, 不断改进我们的计算机课程教学，着力培养学生对计算机科学的新思想、新知识、新技术的理解和自学能力，以使学生能够利用计算机来提高自己的学习效率，使计算机作为一种学习技术工具真正的使学生受益。

数据库技术发展趋势

V ol.15, No.12 ?2004 Journal of Software 软件学报 1000-9825/2004/15(12)1822 数据库技术发展趋势 ? 孟小峰1+, 周龙骧2, 王珊1 1 (中国人民大学信息学院,北京 100872) 2(中国科学院数学与系统科学研究院数学研究所,北京 100080) State of the Art and Trends in Database Research MENG Xiao-Feng 1+, ZHOU Long-Xiang 2, WANG Shan 1 1 (Information School, Renmin University of China, Beijing 100872, China) 2(Institute of Mathematics, Academy of Mathematics and Systems Sciences, The Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China) + Corresponding author: Phn: +86-10-62515575, E-mail: xfmeng@https://www.360docs.net/doc/8416946763.html,, https://www.360docs.net/doc/8416946763.html, Received 2004-07-28; Accepted 2004-09-06 Meng XF, Zhou LX, Wang S. State of the art and trends in database research. Journal of Software , 2004,15(12):1822~1836. https://www.360docs.net/doc/8416946763.html,/1000-9825/15/1822.htm Abstract : This paper discusses the state of the art, the challenge problems that we face, and the future trends in database research field. It covers the hot topics such as information integration, stream data management, sensor database technology, XML data management, data grid, self-adaptation, moving object management, small-footprint database, and user interface. Key words : database; DBMS; pan-data 摘要: 讨论目前数据库研究领域中最热门的几个研究方向的发展现状、面临的问题和未来趋势.包括信息集成、数据流管理、传感器数据库技术、XML 数据管理、网格数据管理、DBMS 自适应、移动数据管理和微小数据库,数据库用户界面等. 关键词: 数据库;数据库管理系统;泛数据中图法分类号: TP311 文献标识码: A ? Supported by the National Natural Science Foundation of China under Grant Nos.60073014, 60273018 (国家自然科学基金); the Key Project of Ministry of Education of China under Grant No.03044 (国家教育部科学技术重点项目); the Excellent Young Teachers Program of Ministry of Education of China (国家教育部优秀青年教师资助计划) 作者简介: 孟小峰(1964－),男,博士,教授,博士生导师,主要研究领域为Web 数据集成,XML 数据库,移动数据管理;周龙骧(1938－),男,研究员,博士生导师,主要研究领域为数据库系统实现技术,分布式数据库技术,电子商务技术;王珊(1944－),女,教授,博士生导师,主要研究领域为数据库,知识库,数据仓库.

数据库技术与发展论述

数据库技术与发展论述数据库技术主要是研究如何存储、使用和管理数据，是计算机技术中发展最快、应用最广的技术之一。作为计算机软件的一个重要分支，数据库技术一直是倍受信息技术界关注的一个重点。尤其是在信息技术高速发展的今天，数据库技术的应用可以说是深入到了各个领域当中。当前，数据库技术已成为现代计算机信息系统和应用系统开发的核心技术，数据库已成为计算机信息系统和应用系统的组成核心，更是未来“信息高速公路”的支撑技术之一。因此，为了更好的认识和掌握数据库技术的发展方向，对数据库发展进行综合论述，对数据库技术发展的总体态势有比较全面的认识，从而推动数据库技术研究理论的进一步发展是非常有必要的。数据库的定义数据库，英文为Database，这个名词起源于20世纪50年代，顾名思义，就是存放数据的仓库，这样的理解是不确切的，实际上数据仓库已经成为数据库技术中的另一个专用名词，是数据库技术的一个新的应用领域。数据库的一般定义为：存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。其作用主要是共享数据库中的资源信息。数据库有以下几个特点。数据结构化在数据库系统中，数据不再像文件系统中的数据那样从属于特定的应用，而是面向全组织的复杂的数据结构，数据的结构化是数据库区别于文件系统的根本特征。数据共享数据库系统中的数据可供多个用户、多种语言和多个应用程序共享，这是数据库技术的基本特征，数据共享大大减少了数据的冗余度和不一致性，大大提高了数据的利用率和工作效率。数据独立性数据独立性包括数据的物理独立性和逻辑独立性。用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库的数据是相互独立的，这就是数据的物理独立性；同时用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的，这就是数据的逻辑独立性；它不会因一方的改变而改变，这大大地减少了应用程序设计和数据库维护的工作量。数据库的发展历史数据管理的发展经历了人工管理、文件系统和数据库3个阶段。人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）在人工管理阶段，计算机主要应用与科学计算，对于数据保存的需求尚不迫切，数据的管理是靠人工进行的，计算机不保存数据，也没有专用的软件对数据进行管理，只有程序（Program）的概念，没有文件（File）的概念，一组数据对应一个应用程序，数据存在大量重复存储的现象。文件系统阶段（20世纪50年代后期到60年代中期）由于计算机技术的发展，硬件方面有了可以直接存取的外部存储设备，软件方面有了操作系统中专门管理数据的文件系统。数据的管理是以独立的数据文件形式存放，并可按记录存取。在文件系统阶段，一个应用程序可以处理多个数据文件，文件系统在程序与数据之间起到了接口的作用，使程序和数据有了一定的独立性，这使得程序源可以集中精力于算法，不必过多地考虑物理细节，因此在这一时期各种数据结构和算法得到了充分的发展，大大丰富了计算机科学，今天的数据库也正是在文件系统的基础上发展起来的。但是，文件系统的知名缺陷是数据文件之前缺乏有机的联系，数据与程序之间缺乏独立性，不能有效地共享相同的数据，从而造成数据的冗余度大和不一致性，给数据的修改和维护带来了困难。数据库系统阶段（20世纪60年代后期至今）

超导材料及其应用现状与发展前景培训讲学

超导材料及其应用现状与发展前景

超导材料及其应用现状与发展前景作者：肖立业刘向宏王秋良马衍伟古宏伟来源：《中国工业和信息化》2018年第08期超导体不仅在临界温度下具有零电阻特性，而且在一定的条件下具有常规导体完全不具备的电磁特性，因而在电气与电子工程领域具有广泛的应用价值。我国在超导材料及其应用领域总体上处于国际先进行列，基本掌握了各种实用化超导材料的制备技术，在多个应用方面也取得了良好的发展。我国超导材料及其应用领域将不断探索更高临界温度的超导体，提升超导材料及其应用技术的发展水平。 1911年，荷兰莱登实验室的卡麦林·昂尼斯在测量低温下金属的电导率时发现，当温度下降到4.2K时，汞的电阻完全消失（如图1所示），他把具有这种现象的导体称为超导体。经过近50年的研究，科学家們陆续发现，超导体不仅在一定温度（也称为临界温度，简称Tc）之下具有零电阻特性，而且在一定的条件下具有高密度载流能力、完全抗磁性（迈斯纳效应）、约瑟夫森效应等常规导体完全不具备的电磁特性，因而在电气与电子工程领域具有广泛的应用价值（见表1）。根据应用的具体需求，工程师们可以将超导体制备成各种超导材料，如超导线材、超导带材、超导薄膜、复合超导体等。经历了100多年的研究，人们已经发现了多达数万种超导体。按照超导体的临界温度，可以将超导体分为低温超导体和高温超导体，临界温度低于25K～30K超导体为低温超导体，临界温度高于25K～30K超导体为高温超导体。目前，基于低温超导材料的应用装置一般工作在液氦温度（4.2K及以下），基于高温超导材料的应用装置一般工作在液氢温度（约20K）至液氮温度（约77K）之间。探索出更高临界温度乃至室温的超导体是人类不断追求的梦想。超导材料的发展现状与前景尽管人们已经发现了数万种超导体，但真正具有实用价值的超导体并不多。目前得到应用的低温超导体主要包括NbTi、Nb3Sn、Nb3Al等，具有实用价值的高温超导体主要包括铋系（BSCCO，Tc约90K-110K，也称为第一代高温超导材料，主要包括BSCCO-2212和BSCCO-2223两种，也简称Bi-2212或Bi-2223）、钇系（Tc约90K，YBCO或ReBCO，也称为第二代高温超导材料）。进入21世纪以来，MgB2（Tc为39K）和铁基超导体（Tc最高为55K）相继被发现，成为两种新的具有实际应用潜力的超导体。低温超导材料发展现状与前景超导材料主要包括NbTi、Nb3Sn、Nb3Al等。自上世纪60年代以来，其制备技术与工艺已经相当成熟，并推动了如加速器磁体、核聚变工程用超导磁体、核磁共振（MRI和NMR）磁体、通用超导磁体等的发展，并由此形成了具有一定规模的超导产业。目前，美国、欧盟和日本等国家和地区已经有一大批的企业可以生产各种面向不同应用需求的低温超导材料。2006年，我国加入了国际热核聚变实验堆（ITER）计划，从而使我国低温超导材料的发展迎来了前所未有的机遇。作为国内极少的低温超导线材产业化公司，西部超导材料科技有限公司承担了174吨NbTi超导线和35吨Nb3Sn超导线的生产任务，通过自主开发，掌握了成套技术和工艺，并于2017年全部交付预订的产品，得到了国际同行的高度评价，总体上达到了国际先进水平。ITER项目极大推动了我国低温超导材料的发展，也为我国自主开发MRI、加速器和核聚变磁体提供了超导材料供应的保障。

浅析计算机技术的创新过程

浅析计算机技术的创新过程随着时代的进步与技术的革新，重视计算机技术研发与创新相当关键，不仅仅会直接影响人们利用计算机技术的状态，最主要的是会影响我国国民的生活便利度，只有从根本上提升计算机技术的发展与开发力度，保证生活质量的提升，才能为社会创造更多的经济价值，与此同时还会从根本上创造更多的便利，只有不断满足人们日渐膨胀的需求，才能保证生活品质得到保障。 1 目前计算机技术创新发展情况 1.1 微处理器的发展。要想保证我国计算机技术创新发展前景更加广阔，最关键的就是重视各种仪器的发展。首先应该提升发展力度的就是微处理器，之所以应该重视微处理器的发展，是由于该设备在计算机应用过程中非常关键，影响力度也是非常大的，所以说，保证微处理器发展能够紧随时代需求才是关键。随着计算机技术的不断发展，微处理器尺寸一直在缩小，而目前微处理器微型化也是受到多个方面的影响，因此在发展微处理器过程中，一定要重视紫外光源处理器的发展，从而保证该性能能够有所提升。 1.2 分组交换技术发展。重视分组交换技术发展是由于该技术的应用能够对数据进行分割，保证每一段的数据都能够保持相同数据段长度，只要保证数据段长度一致，就可以在每一段数据前加入信息之后可以有效地对其进行数据识别，识别发送位置之后就能够对数据进行相应的传输，而这种方式有助于保证每一阶段都是采用通信链连

接成的，这种状态对于通信效能的提升非常关键，所以说，相关部门应该对此提高重视，只有这样才能不断促进我国计算机技术中分组交换技术的发展，从而保证计算机应用更加高效。 1.3 纳米科技的发展。之所以要重视纳米科技的发展是由于现代化经济发展需要电子元件的良好利用，而提升纳米科技发展水平就是提升电子元件性能，只有这样才能够从根本上保证我国今后计算机技术应用更加精细，这样也会大大提升集成度。 2 影响计算机技术创新的因素 2.1 社会发展的需要。合理的需求能够有效的拉动生产的进步。通过上面对计算机发展历程的简要分析，我们可以发现计算机的出现是因为社会的需求。正是因为社会需求的不断提高，使得计算机生产者们不断进行技术的创新和研究，提高计算机的计算效率，减少计算机的生产成本，逐步扩大其普及率，解决人们日益增长的需求。 2.2 科学技术的进步。科学技术是第一生产力。我们可以发现每一次计算机出现革命性的变革，都是因为相关领域的核心技术有了重大的突破。计算机技术的创新，需要科学技术作为支撑。相关领域的技术突破速度快，可以加速计算机技术的创新，促进计算机技术的发展。 2.3 计算机理论的发展。好的理论对实践的发展具有指导性的意义。计算机理论的不断发展，为计算机的发展提供了方向上的知道。例如纳米技术的相关理论为纳米计算机的研究提供了指导，光学理论的进步为光子计算机研究提供了可能。每一个与计算机理论的出现，都意味着计算机将实现一次彻底的变革，所以说计算机理论的发展是计算