云計(jì)算環(huán)境下的人機(jī)關(guān)系和計(jì)算機(jī)架構(gòu)

摘要：該文在論述云計(jì)算的概念、特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)以及服務(wù)方式與類(lèi)型的基礎(chǔ)上，對(duì)云計(jì)算環(huán)境下的人機(jī)關(guān)系進(jìn)行了分析，提出以人為中心、計(jì)算機(jī)不可見(jiàn)、感知服務(wù)型的人機(jī)關(guān)系，其關(guān)鍵在于如何使計(jì)算機(jī)在提供服務(wù)的同時(shí)而不被人察覺(jué)，最后指出為實(shí)現(xiàn)這種嶄新的人機(jī)關(guān)系，應(yīng)設(shè)計(jì)基于需求驅(qū)動(dòng)模型的非馮·諾依曼機(jī)，以突破傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的局限，并探討了這種非馮·諾依曼機(jī)的主要特點(diǎn)供進(jìn)一步研究。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；人機(jī)關(guān)系；感知服務(wù)；上下文；非馮·諾依曼機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)01-0037-04

Human-Computer Relation and Computer Framework under Cloud Computing Environment

YU Tao

(Software and Service Business Unit, Inventec Group, Shanghai 200233, China)

Abstract: After the discussion of Cloud Computing including concepts, characteristics, advantages, services models and types, this paper analyzed the Human-Computer Relation under Cloud Computing Environment, proposed the Human-centered，Computer-invisible and Aware-service marked Human-Computer Relation，the key lies in how to make computer providing services to human imperceptibly，the last part argued that in order to realize this new Human-Computer Relation, Non-Von Neumann Computer based on demand-driv? en model should be design，to break through the limitations of traditional computer，the main features of this type Non-Von Neumann Computer were explored as well for further studies.

Key words: cloud computing; human-computer relation; aware-service;context; Non-Von Neumann Computer

1云計(jì)算概述

“云計(jì)算”（Cloud Computing）已成為目前最熱門(mén)、最時(shí)尚的大眾詞匯之一，尤其是在IT行業(yè)，人們幾乎逢面必談、逢會(huì)必談。關(guān)于云計(jì)算的定義，從網(wǎng)上能查到的已達(dá)數(shù)十種之多。例如：維基百科（Wikipedia）的定義是“一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過(guò)這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備”；高德納咨詢(xún)公司（Gartner Group）認(rèn)為云計(jì)算是一種開(kāi)放的、靈活的、預(yù)先設(shè)計(jì)好的、標(biāo)準(zhǔn)的、虛擬化的并且是高度自動(dòng)化的以及安全的、可信賴(lài)的基礎(chǔ)設(shè)施效用；美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所（NIST）將云計(jì)算定義為一種能使用戶(hù)便捷、隨需應(yīng)變地對(duì)共享的可配置計(jì)算資源共享池（如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)器、應(yīng)用程序和服務(wù)）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)的模型。隨著時(shí)間推移，有關(guān)云計(jì)算概念的定義可能還會(huì)繼續(xù)增加，因?yàn)槊總€(gè)人都可以有自己的理解和認(rèn)識(shí)。但關(guān)于云計(jì)算的特點(diǎn)，卻逐漸趨向一致，主要包括：（1）虛擬化：即將所有的IT資源（如網(wǎng)絡(luò)、通信、計(jì)算、存儲(chǔ)等）抽象封裝到一個(gè)可共享的資源池中，并進(jìn)行內(nèi)部自動(dòng)化管理，使用者可在任何時(shí)間、任何位置、任何終端根據(jù)需要來(lái)透明地訪(fǎng)問(wèn)這些資源，而無(wú)須考慮實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)；（2）動(dòng)態(tài)分配：指監(jiān)控所有資源的使用情況，并根據(jù)預(yù)先定義的規(guī)則動(dòng)態(tài)地部署資源，均衡負(fù)載；（3）彈性擴(kuò)展：指高度的可伸縮性，可根據(jù)應(yīng)用規(guī)模迅速地、幾乎無(wú)限制地調(diào)整計(jì)算和服務(wù)能力；（4）按需付費(fèi)：云計(jì)算服務(wù)是自助服務(wù)、按使用計(jì)費(fèi)，用戶(hù)根據(jù)自己實(shí)際需要的服務(wù)來(lái)付費(fèi)；（5）成本低廉：資源共享、動(dòng)態(tài)分配、彈性擴(kuò)展和按需付費(fèi)，不僅大大降低了對(duì)IT資源的管理成本1，而且也大大降低了對(duì)服務(wù)的使用成本2；（6）超大規(guī)模：通常云都具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，包括成千上萬(wàn)臺(tái)的服務(wù)器3，在松散耦合的環(huán)境下提供處理海量數(shù)據(jù)的能力，而且云的規(guī)模越大、提高效能的可能性就越大。

云計(jì)算作為一種以網(wǎng)絡(luò)為中心、簡(jiǎn)單通用、支持大眾參與的新服務(wù)模式，其優(yōu)勢(shì)主要有：1）靈活敏捷，可迅速部署應(yīng)用服務(wù)；2）改善效能，通過(guò)資源整合在提高效率的同時(shí)，降低成本、節(jié)能減排；3）高可靠性，提供最安全的云數(shù)據(jù)中心；4）簡(jiǎn)化管理，集中調(diào)度和維護(hù)資源，降低管理的復(fù)雜度；5）降低門(mén)檻，租賃模式使用戶(hù)尤其是中小企業(yè)獲得IT資源服務(wù)的門(mén)檻大大降低；6）易于共享，資源池化、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化使共享更加容易；7）促進(jìn)創(chuàng)新，使開(kāi)發(fā)者更專(zhuān)注于利用新技術(shù)、提升差異化服務(wù)、聚焦核心競(jìng)爭(zhēng)力；8）潛力無(wú)限，云的魅力就在于其是不確定的、是開(kāi)放的，可以提供幾乎無(wú)限的計(jì)算資源和服務(wù)能力。

關(guān)于云計(jì)算的起源，一種較為流行的觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為是由Google最先提出。實(shí)際上，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)早在2003年就已經(jīng)投資830萬(wàn)美元，用于支持由美國(guó)七所頂尖院校提出的“網(wǎng)格虛擬化和云計(jì)算VGrADS”項(xiàng)目，正式啟動(dòng)了云計(jì)算的研發(fā)工作，后來(lái)在該項(xiàng)目基礎(chǔ)上，Amazon推出了簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù)（S3）和彈性計(jì)算云（EC2），Google推出了其云計(jì)算的三大核心技術(shù)GFS、MapReduce和Big? Table。而隨著IBM、Dell、Microsoft、Yahoo等企業(yè)的迅速跟進(jìn)和推動(dòng)，終于掀起了一場(chǎng)席卷IT產(chǎn)業(yè)乃至整個(gè)社會(huì)的“云計(jì)算革命核暴”。云計(jì)算的驅(qū)動(dòng)力包括技術(shù)進(jìn)步、服務(wù)創(chuàng)新、資源共享、統(tǒng)一管理、提高效率、降低成本、綠色節(jié)能等等，而從應(yīng)用角度看，可以認(rèn)為云計(jì)算是并行計(jì)算、集中計(jì)算、分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算和軟件即服務(wù)（SaaS）等技術(shù)發(fā)展與演進(jìn)的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。很多人支持這樣一種觀(guān)點(diǎn)，即云計(jì)算并非什么新生事物，因?yàn)槠涓拍顚傩?、技術(shù)方法都有跡可循；但從服務(wù)的角度看似乎又一切都是新的，好比水廠(chǎng)、電廠(chǎng)把分散的水、電集中起來(lái)向所有用戶(hù)提供按需付費(fèi)的服務(wù)一樣，云計(jì)算意味著傳統(tǒng)上分散的計(jì)算能力也能像水、電一樣，成為一種新的商品，供用戶(hù)按需取用，并且是基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)交易的——從這一點(diǎn)看，云計(jì)算將是IT產(chǎn)業(yè)又一次偉大的革命性創(chuàng)新，其本質(zhì)就是讓計(jì)算成為服務(wù)！作為一種服務(wù)創(chuàng)新，云計(jì)算突破了語(yǔ)言和時(shí)空的障礙，進(jìn)一步解放生產(chǎn)力，必將顛覆當(dāng)前的信息服務(wù)模式，促使信息服務(wù)向規(guī)模化、集約化和專(zhuān)業(yè)化的方向加速演變，必將對(duì)社會(huì)的信息化發(fā)展起到基礎(chǔ)性推進(jìn)作用，必將對(duì)人們的工作和生活方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。比爾·蓋茨1990年就提出“信息就在指尖”的夢(mèng)想，在云計(jì)算時(shí)代也終將實(shí)現(xiàn)。

2云計(jì)算的服務(wù)方式與類(lèi)型

云計(jì)算服務(wù)的運(yùn)營(yíng)應(yīng)該是一種長(zhǎng)期不間斷的持續(xù)提供模式，從服務(wù)方式來(lái)看，可以分為公有云、私有云、混合云三種基本類(lèi)型。

圖2云計(jì)算的三種運(yùn)營(yíng)模式

1）公有云，指面向大眾提供服務(wù)的云，一般就在互聯(lián)網(wǎng)上，由第三方運(yùn)營(yíng)，可以隨時(shí)根據(jù)需要彈性地部署不同客戶(hù)提供的應(yīng)用，但對(duì)用戶(hù)而言所有的應(yīng)用都是透明的。2）私有云，指面向內(nèi)部用戶(hù)提供服務(wù)的云，一般在企業(yè)建筑內(nèi)部或主機(jī)托管場(chǎng)所，有防火墻保護(hù)，由企業(yè)自主運(yùn)營(yíng)，可根據(jù)內(nèi)部需求靈活改進(jìn)和創(chuàng)新，在達(dá)成協(xié)定的前提下，私有云也可開(kāi)放提供給合作伙伴使用。與公有云相比，私有云可以做到更嚴(yán)格的控制，并且在提供內(nèi)部服務(wù)時(shí)，可以不受網(wǎng)絡(luò)帶寬、安全風(fēng)險(xiǎn)和法規(guī)要求等限制。而針對(duì)公安、軍隊(duì)、銀行等特殊用戶(hù)，則需要部署僅供用戶(hù)單獨(dú)使用的“專(zhuān)有云”，以便對(duì)數(shù)據(jù)安全和服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行最有效的控制。3）混合云，提供把公用云模式和私有云模式結(jié)合在一起的云服務(wù)，在此模式下，用戶(hù)通常將非關(guān)鍵型服務(wù)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至公有云處理，而將關(guān)鍵型服務(wù)和數(shù)據(jù)留在內(nèi)部掌控。云計(jì)算是按需付費(fèi)，其計(jì)費(fèi)模式可分為三種基本類(lèi)型：一種是根據(jù)用戶(hù)實(shí)際消費(fèi)的資源計(jì)費(fèi)，例如每產(chǎn)生10K字節(jié)流量收1美分，每1萬(wàn)次處理收費(fèi)1美分等；第二種是根據(jù)時(shí)長(zhǎng)計(jì)費(fèi)，例如租賃一個(gè)虛擬的服務(wù)器，每小時(shí)計(jì)費(fèi)50美分；第三種是定期付款，即訂購(gòu)服務(wù)，云計(jì)算服務(wù)運(yùn)營(yíng)商可按月、季度甚至年度來(lái)提供有折扣的訂購(gòu)套餐價(jià)，例如每租賃1GB的存儲(chǔ)服務(wù)每月收費(fèi)15美分。

從服務(wù)類(lèi)型看，云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)包含“軟件即服務(wù)”、“平臺(tái)即服務(wù)”、“基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)”等三個(gè)基本層次。

1）軟件即服務(wù)（SaaS：Software as a Service）

把應(yīng)用軟件封裝為服務(wù)統(tǒng)一部署在服務(wù)器端，用戶(hù)利用瀏覽器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地按需訪(fǎng)問(wèn)和獲取。從用戶(hù)角度看，改“購(gòu)買(mǎi)軟件”為“租用服務(wù)”，大大降低了使用成本，而且無(wú)須再考慮軟件維護(hù)、系統(tǒng)升級(jí)、IT人員招聘等問(wèn)題；從服務(wù)提供商角度看，可更專(zhuān)業(yè)、更經(jīng)濟(jì)地面向多用戶(hù)做好服務(wù)工作，而且只需維護(hù)一套軟件版本即可，在提高服務(wù)穩(wěn)定性和用戶(hù)粘性的同時(shí)，也大大簡(jiǎn)化了管理。對(duì)眾多中小企業(yè)而言，SaaS提供了低成本迅速采用最先進(jìn)技術(shù)的良好途徑。

2）平臺(tái)即服務(wù)（PaaS：Platform as a Service）

把開(kāi)發(fā)環(huán)境和運(yùn)行平臺(tái)封裝為服務(wù)統(tǒng)一部署在服務(wù)器端，用戶(hù)通過(guò)應(yīng)用接口（API）開(kāi)發(fā)創(chuàng)建自己的軟件，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)部署和提供服務(wù)。從用戶(hù)角度看，無(wú)須再關(guān)心開(kāi)發(fā)環(huán)境和運(yùn)行平臺(tái)的軟硬件配置，即可按照租用的方式來(lái)構(gòu)建更高水平的服務(wù)，從而更專(zhuān)注于面向應(yīng)用領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)；從服務(wù)提供商角度看，可提供集成的、優(yōu)化的、高性?xún)r(jià)比的開(kāi)發(fā)環(huán)境和運(yùn)行平臺(tái)，以更好地支持高效的軟件開(kāi)發(fā)、測(cè)試和運(yùn)行。

3）基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)（IaaS：Infrastructure as a Service）

把最基本的計(jì)算資源（如服務(wù)器、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等）虛擬化封裝為服務(wù)，統(tǒng)一部署在服務(wù)器端，用戶(hù)按需租賃使用。從用戶(hù)角度看，可根據(jù)自己的實(shí)際需要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)彈性租用計(jì)算能力和存儲(chǔ)空間，而不必考慮底層計(jì)算資源的制約或限制；從服務(wù)提供商角度看，可靈活地整合分散的計(jì)算資源并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)虛擬共享，以適應(yīng)從簡(jiǎn)單計(jì)算到高性能計(jì)算的各類(lèi)應(yīng)用需求。

3云計(jì)算環(huán)境下的人機(jī)關(guān)系

主機(jī)計(jì)算時(shí)代，人與計(jì)算機(jī)是“多對(duì)一”的關(guān)系，真實(shí)物理空間與計(jì)算機(jī)信息空間的區(qū)隔非常明顯、沒(méi)有相互融合的關(guān)系。桌面計(jì)算時(shí)代，人與計(jì)算機(jī)是“一對(duì)一”的關(guān)系，真實(shí)物理空間與計(jì)算機(jī)信息空間的區(qū)隔還比較明顯、但已開(kāi)始出現(xiàn)融合的跡象，例如在桌面計(jì)算機(jī)游戲中，玩家可以把自己設(shè)定為游戲中的某個(gè)角色，參與游戲的虛擬事件。分布式計(jì)算正在向更加開(kāi)放、更加分散對(duì)等、更加可靠的協(xié)同計(jì)算方向發(fā)展，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)性能、數(shù)據(jù)安全等是提高計(jì)算效率的關(guān)鍵。分布式計(jì)算時(shí)代，人與計(jì)算機(jī)是“一對(duì)多”的關(guān)系，真實(shí)物理空間與計(jì)算機(jī)信息空間的區(qū)隔仍然存在、但相互融合已經(jīng)越來(lái)越深入。云計(jì)算時(shí)代，人與計(jì)算機(jī)將是虛擬的“一對(duì)一”的關(guān)系（實(shí)際上可能是多臺(tái)計(jì)算機(jī)在為一個(gè)用戶(hù)服務(wù)），真實(shí)物理空間與計(jì)算機(jī)信息空間的區(qū)隔雖然還存在但開(kāi)始逐漸淡化、相互融合愈加密切，并且由于計(jì)算機(jī)信息空間已經(jīng)開(kāi)始對(duì)人及其社會(huì)活動(dòng)產(chǎn)生影響，很多學(xué)者開(kāi)始關(guān)注虛、實(shí)空間融合后產(chǎn)生的一些社會(huì)問(wèn)題和心理問(wèn)題，相關(guān)研究也逐漸展開(kāi)。

在云計(jì)算環(huán)境中，要盡量讓計(jì)算機(jī)從人的注意力焦點(diǎn)中“消失”——或者說(shuō)讓計(jì)算機(jī)不可見(jiàn)——這并不是簡(jiǎn)單地縮小計(jì)算機(jī)尺寸、使其隱藏起來(lái)的問(wèn)題，也不僅僅是設(shè)計(jì)新的人機(jī)交互界面的問(wèn)題，不可見(jiàn)預(yù)示著一種完全嶄新的人機(jī)關(guān)系，其關(guān)鍵在于如何使計(jì)算機(jī)在提供服務(wù)的同時(shí)而不被人察覺(jué)（至少不被明顯地察覺(jué)）。提高人們的社會(huì)生活質(zhì)量是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的終極目標(biāo)，人們對(duì)計(jì)算服務(wù)的關(guān)心程度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)本身的關(guān)心程度?？v觀(guān)科技發(fā)展史，計(jì)算機(jī)在大眾化應(yīng)用方面已經(jīng)發(fā)生過(guò)革命性的變化，比爾·蓋茨在1975年創(chuàng)辦Microsoft時(shí)的夢(mèng)想：要讓每個(gè)人的桌面上都有一臺(tái)個(gè)人電腦，今天看來(lái)已經(jīng)不是什么狂言妄語(yǔ)。并且，計(jì)算機(jī)正以多態(tài)形式存在于人們的日常生活空間，從一種稀缺資源演化為隨處可得的日常資源，人機(jī)之間的數(shù)量對(duì)應(yīng)也開(kāi)始步入“一人多機(jī)”，此時(shí)人們關(guān)注的焦點(diǎn)不再是有什么樣的計(jì)算機(jī)、有多少計(jì)算機(jī)等問(wèn)題，而是在某個(gè)環(huán)境下能訪(fǎng)問(wèn)獲得某種服務(wù)嗎？對(duì)普通大眾而言，重要的始終是服務(wù)而不是技術(shù)。

怎樣才能使計(jì)算機(jī)不可見(jiàn)？或者說(shuō)使計(jì)算機(jī)在提供服務(wù)時(shí)不易被人察覺(jué)？最直接的思路就是不再把計(jì)算機(jī)看作計(jì)算機(jī)，而是看作周?chē)h(huán)境的普通組成部分，讓專(zhuān)家用戶(hù)操作計(jì)算機(jī)執(zhí)行任務(wù)的概念消失，取而代之的是大眾用戶(hù)任務(wù)執(zhí)行策略的概念——就象作家寫(xiě)作一樣，不會(huì)把注意力放在鋼筆上，而是創(chuàng)作本身。作為環(huán)境組成部分的計(jì)算機(jī)，對(duì)用戶(hù)而言已經(jīng)非常熟悉、自然和習(xí)慣，用戶(hù)無(wú)需分散精力有意識(shí)地去尋找和操控，而是不知不覺(jué)地與之進(jìn)行“透明”交互：用戶(hù)提交服務(wù)請(qǐng)求后，不必直接操作便可以訪(fǎng)問(wèn)所需的計(jì)算機(jī)資源，而且無(wú)需關(guān)心其位置、狀態(tài)和計(jì)算過(guò)程等細(xì)節(jié)，用戶(hù)雖然不能明確地感受到計(jì)算機(jī)的存在——計(jì)算機(jī)好像隱身了，但卻每時(shí)每刻都離不開(kāi)其支持。

不可見(jiàn)使傳統(tǒng)的人機(jī)關(guān)系即操作執(zhí)行型——以計(jì)算機(jī)為中心，向普適的人機(jī)關(guān)系即感知服務(wù)型——以人為中心轉(zhuǎn)變。所謂感知服務(wù)，是指隨著環(huán)境中大量計(jì)算機(jī)的嵌入，物理空間被增強(qiáng)為智能空間，各種形態(tài)和功能的計(jì)算機(jī)將自動(dòng)地對(duì)環(huán)境狀態(tài)、用戶(hù)行為及意圖進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，及時(shí)做出自適應(yīng)的智能服務(wù)。感知服務(wù)型的人機(jī)關(guān)系，要求計(jì)算機(jī)不僅能完成用戶(hù)有明確需求的任務(wù)，而且能主動(dòng)完成符合用戶(hù)潛在需求的、隱含的任務(wù)。因此計(jì)算機(jī)對(duì)環(huán)境和用戶(hù)的情景狀態(tài)或者說(shuō)上下文的實(shí)時(shí)探測(cè)，就成為實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

先舉幾個(gè)感知服務(wù)的例子：比如在汽車(chē)電子中廣泛采用的防滑剎車(chē)系統(tǒng)（ABS：Anti-skid Brake System），能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)車(chē)輪和車(chē)速狀態(tài)，自動(dòng)分析是否會(huì)出現(xiàn)車(chē)軸死鎖的危險(xiǎn)，并通過(guò)調(diào)節(jié)剎車(chē)壓力來(lái)主動(dòng)避免死鎖現(xiàn)象；一個(gè)嵌入了微型計(jì)算機(jī)、傳感器和無(wú)線(xiàn)通信芯片的咖啡杯，可能根據(jù)當(dāng)前時(shí)間、用戶(hù)生活習(xí)慣數(shù)據(jù)等，智能地發(fā)出“午后需要喝杯咖啡嗎？”、“咖啡溫度適宜飲用了”等個(gè)性化提示；又如一些數(shù)字家電可以根據(jù)用戶(hù)預(yù)設(shè)條件和長(zhǎng)期積累的家庭使用數(shù)據(jù)，提供自動(dòng)服務(wù)或建議，比如冰箱可以提醒主人添購(gòu)新鮮食品、購(gòu)買(mǎi)檸檬除臭劑，空調(diào)可以在主人下班前自動(dòng)啟動(dòng)，使主人到家后就能享受適宜的室內(nèi)溫度和濕度。從這些例子中可以看出，感知服務(wù)是基于上下文自動(dòng)進(jìn)行的，用戶(hù)的需求是隱含的（如行車(chē)安全）或潛在的（如適宜的室內(nèi)環(huán)境），在整個(gè)服務(wù)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)好象消失不見(jiàn)了——用戶(hù)不會(huì)在意也不必在意提供服務(wù)的計(jì)算機(jī)之具體位置、如何操作、計(jì)算過(guò)程等，用戶(hù)只需要對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)出的信息進(jìn)行判斷和響應(yīng)。

4云計(jì)算環(huán)境下的計(jì)算機(jī)架構(gòu)

云計(jì)算環(huán)境是智能環(huán)境，計(jì)算機(jī)不可見(jiàn)、感知服務(wù)型的人機(jī)關(guān)系，把計(jì)算機(jī)放回到其原本應(yīng)該所在的位置，即重新定位于環(huán)境這一背景，以不分散人注意力的交互方式提供服務(wù)；而人則從不得不適應(yīng)機(jī)器、學(xué)習(xí)與機(jī)器交互的壓迫下解放出來(lái)，集中精力于思維、推理、判斷等更高級(jí)的智力活動(dòng)。這對(duì)基于馮·諾依曼體系的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)提出了挑戰(zhàn)。馮·諾依曼設(shè)計(jì)體系的基本思想可以歸結(jié)為兩點(diǎn)：一是采用二進(jìn)制來(lái)表示指令和數(shù)據(jù)；二是采用程序存儲(chǔ)的方式自動(dòng)執(zhí)行。這種計(jì)算機(jī)包括控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本部件，控制器、運(yùn)算器構(gòu)成中央處理器。各部件之間的聯(lián)系通過(guò)數(shù)據(jù)流和指令流兩種信息流的流動(dòng)而實(shí)現(xiàn)：①數(shù)據(jù)由輸入設(shè)備輸入運(yùn)算器，再存入存儲(chǔ)器，運(yùn)算過(guò)程中數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器讀入運(yùn)算器處理，處理結(jié)果存入存儲(chǔ)器或由運(yùn)算器經(jīng)輸出設(shè)備輸出；②控制流也以數(shù)據(jù)形式存于存儲(chǔ)器中，運(yùn)算時(shí)由存儲(chǔ)器送入控制器，控制器解釋后產(chǎn)生指令流控制數(shù)據(jù)流的流向并控制各部件的工作，對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行加工處理。

馮·諾依曼機(jī)是一種基于數(shù)據(jù)共享和串行指令的計(jì)算機(jī)，存在結(jié)構(gòu)上的缺陷。首先是數(shù)據(jù)和指令放在存儲(chǔ)器內(nèi)，中央處理器通過(guò)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)方式存取數(shù)據(jù)和指令，總線(xiàn)信息流傳輸?shù)男食蔀橛绊懴到y(tǒng)性能的“瓶頸”；其次以命令語(yǔ)言為對(duì)象、需要人工啟動(dòng)任務(wù)，服務(wù)屬于被動(dòng)式的控制驅(qū)動(dòng)模型，對(duì)人的技術(shù)要求相當(dāng)高，人不得不學(xué)習(xí)、適應(yīng)計(jì)算機(jī)的溝通方式——這必然導(dǎo)致以計(jì)算機(jī)為中心。而云計(jì)算環(huán)境下，以不可見(jiàn)、感知服務(wù)為重要特點(diǎn)的計(jì)算機(jī)，恰恰相反，在大大降低對(duì)人的技術(shù)要求的同時(shí)卻全面提高了對(duì)計(jì)算機(jī)的要求，例如支持上下文感知、自適應(yīng)交互、互聯(lián)通信、自動(dòng)配置、互操作、可伸縮等新的特性，還要讓人得到連續(xù)一致的服務(wù)體驗(yàn)。很顯然，必須突破傳統(tǒng)馮·諾依曼機(jī)的局限才能滿(mǎn)足應(yīng)用要求。感知服務(wù)建立在一種主動(dòng)式的人機(jī)關(guān)系基礎(chǔ)上，即計(jì)算機(jī)能夠根據(jù)傳感器探測(cè)發(fā)送的上下文數(shù)據(jù)，根據(jù)人的顯示或隱含需求主動(dòng)提供計(jì)算服務(wù)，所以這種計(jì)算機(jī)是一種需求驅(qū)動(dòng)模型的非馮·諾依曼機(jī)，其主要特點(diǎn)是：

1）具有上下文接收設(shè)備，能接收傳感器發(fā)送的上下文數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析、過(guò)濾、發(fā)送等處理

2）基于上下文自適應(yīng)地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)各類(lèi)資源主動(dòng)提供計(jì)算服務(wù)，并能夠與其他計(jì)算機(jī)協(xié)同形成并行計(jì)算的能力

3）程序存儲(chǔ)可以是本地的，也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)異地實(shí)現(xiàn)，本地計(jì)算需要某種特定程序時(shí)，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從其他計(jì)算機(jī)快速移植到本地機(jī)上

4）數(shù)據(jù)共享可以是本地的，也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)異地實(shí)現(xiàn)，本地計(jì)算需要某種特定數(shù)據(jù)時(shí)，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從其他存儲(chǔ)器快速?gòu)?fù)制到本地機(jī)上

5）輸入/輸出設(shè)備、外存儲(chǔ)器等部件與中央處理器是松散耦合的，不必在同一個(gè)物理架構(gòu)中，需要時(shí)由中央處理器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)并隨時(shí)重組為一個(gè)邏輯上完整的計(jì)算機(jī)

6）輸入設(shè)備、輸出設(shè)備以符合人類(lèi)自然交互的方式設(shè)計(jì)

5結(jié)束語(yǔ)

云計(jì)算正在快速地滲透到人類(lèi)的發(fā)展進(jìn)程中并發(fā)揮極大影響，未來(lái)甚至因?yàn)榉涸诨屓烁杏X(jué)不到其存在，這對(duì)傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)架構(gòu)提出很大挑戰(zhàn)，非馮·諾依曼機(jī)是重要的對(duì)策之一，也還有許多關(guān)鍵問(wèn)題如安全性、可靠性、可擴(kuò)展性等等，有待進(jìn)一步深入研究。

注釋?zhuān)?/b>

1.據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般企業(yè)在新基礎(chǔ)設(shè)施上每花費(fèi)1美元，就需增加8美元進(jìn)行維護(hù)工作，云計(jì)算使組織對(duì)IT資源的采購(gòu)成本轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)營(yíng)成本，消除了過(guò)量配置，并可根據(jù)實(shí)際需要隨時(shí)快速調(diào)整，因此成本大大降低。

2.例如，美國(guó)醫(yī)藥制造商Eli Lilly使用Amazon的云計(jì)算對(duì)某個(gè)開(kāi)發(fā)中的藥物進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，支付服務(wù)費(fèi)用89美元，但如自行分析，僅服務(wù)器就需購(gòu)買(mǎi)25臺(tái)；又如Amazon提供1GB的云存儲(chǔ)僅收費(fèi)15美分/月，服務(wù)器租用則是10美分/小時(shí)。

3.例如，Google的云已經(jīng)有100多萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器（其宣布目標(biāo)是發(fā)展到1000萬(wàn)臺(tái)以上），Amazon、IBM、Microsoft、Yahoo等公司的云也均有數(shù)十萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器。

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