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1.1.5 計算機的應用

計算機在國民經濟和社會生活中有著非常廣泛的應用,其主要的應用領域如圖1-7所示。

圖1-7 計算機的應用領域

1.科學計算

科學計算是指利用計算機來完成科學研究和工程技術中提出的數學問題的計算。利用計算機的高速計算、大存儲容量和連續運算的能力,我們可以實現人工無法解決的各種科學計算問題,如人造衛星軌跡的計算、導彈發射各項參數的計算、房屋抗震強度的計算、天氣預報中數據的計算等。

2.數據處理

數據處理是對各種數據進行收集、存儲、整理、分類、統計、加工、利用、傳播等一系列活動的統稱。數據處理與科學計算相比,它的主要特點是原始數據多、處理量大、時間性強,但計算公式并不復雜。例如,用計算機實現對工廠的生產管理、計劃調度、統計報表、質量分析和控制等;在財務部門,用計算機實現賬目登記、分類、匯總、統計、制表等。此外,計算機還可以用于辦公自動化。用計算機進行文字錄入、排版、制版和打印,比傳統打印速度快、效率高,并且使用更加方便。用計算機通信即通過局域網或廣域網進行數據交換,可以方便地發送與接收數據報表和圖文傳真。

3.自動控制

自動控制是利用計算機實時采集檢測數據,按最優值迅速對控制對象進行自動調節或自動控制。采用計算機進行自動控制,不僅可以大大提高控制的自動化水平,而且可以提高控制的及時性和準確性,從而改善勞動條件,提高產品質量及合格率。因此,計算機自動控制已在機械、冶金、石油、化工、紡織、水電、航天等領域得到廣泛的應用。例如,在汽車工業方面,利用計算機控制機床、控制整個裝配流水線,不僅可以實現精度要求高、形狀復雜的零件加工自動化,而且可以使整個車間或工廠實現自動化。

4.輔助工程

輔助工程包括很多內容,這里選擇其中幾項簡介如下。

(1)計算機輔助設計(Computer Aided Design,CAD)是利用計算機系統輔助設計人員進行工程或產品設計,以實現最佳設計效果的一種技術。它已廣泛應用于飛機、汽車、機械、電子、建筑和輕工等領域。例如,在電子計算機的設計過程中,利用CAD技術進行體系結構模擬、邏輯模擬、插件劃分、自動布線等,大大提高了設計工作的自動化程度。又如,在建筑設計過程中,可以利用CAD技術進行力學計算、結構計算、繪制建筑圖紙等,這樣不僅可以提高設計速度,而且可以提高設計質量。

(2)計算機輔助制造(Computer Aided Manufacturing,CAM)是利用計算機系統進行生產設備的管理、控制和操作的過程。例如,在產品的制造過程中,用計算機控制機器的運行,處理生產過程中所需的數據,控制和處理材料的流動以及對產品進行檢測等。使用CAM技術可以提高產品質量,降低成本,縮短生產周期,提高生產率和改善勞動條件。人們將CAD和CAM技術集成,實現設計生產自動化,這種技術被稱為計算機集成制造系統(CIMS)。它的實現將真正做到無人化車間或工廠。

(3)計算機輔助教學(Computer Aided Instruction,CAI)是利用計算機對學生進行教學。課件可以用PPT等制作工具或高級語言來開發。CAI能引導學生循序漸進地學習,使學生輕松自如地從課件中學到所需的知識。CAI的主要特色是交互教育、因人施教和個性化教育等。第一個計算機輔助教學的大型系統是20世紀60年代開發的PLATO。現在世界上各種類型的教學軟件層出不窮,計算機輔助教學也得到廣泛應用。計算機在教育中的典型應用還有遠程教育、計算機教學管理等。

(4)電子商務是指在商業貿易活動中的一種新型的商業運營模式,在因特網開放的網絡環境下,基于瀏覽器/服務器應用方式,買賣雙方不謀面地進行各種商貿活動,實現消費者的網上購物、商戶之間的網上交易和在線電子支付,以及各種商務活動、交易活動、金融活動和相關的綜合服務活動。電子商務分為ABC、B2B、B2C、C2C、B2M、M2C、B2A、C2A、O2O 等模式。目前,我國電子商務的發展已走在世界前列。

5.人工智能

人工智能(Artificial Intelligence,AI)是計算機模擬人類的智能活動,諸如感知、判斷、理解、學習、問題求解和圖像識別等。計算機有記憶能力,又擅長進行邏輯推理運算,因此計算機可以模擬人的思維,從而具有一定的學習和推理功能,能夠自己積累知識,并且獨立解決問題。例如,計算機可以對計算機高級語言進行編譯和解釋,實現不同自然語言之間的機器翻譯;在很多場合下,裝上計算機的機器人可以代替人們進行繁重、危險的體力勞動和部分簡單、重復的腦力勞動。

6.娛樂活動

現今的計算機游戲已經不再像以前的下棋游戲那樣簡單,而更多的是一些多媒體網絡游戲,通過虛擬現實技術和一些特殊裝備為玩家營造身臨其境的感受。特殊設計的運動平臺可以讓玩家體驗高速運動時抖動、顛簸、傾斜等感覺。

計算機在電影中的主要應用是電影特技,通過巧妙的計算機合成和剪輯可以制作出在現實世界無法拍攝的場景,營造出令人震撼的視覺效果。

計算機在音樂領域不僅可以錄制、編輯、保存和播放音樂,而且可以改善音樂的視聽效果。

杰出人物

世界上第一臺存儲式計算機電子延遲存儲自動計算機(Electronic Delay Storage Automatic Calculator,EDSAC)的研制者,英國皇家科學院院士,計算技術的先驅——莫里斯·文森特·威爾克斯(Maurice Vincent Wilkes)。

威爾克斯1913年出生于英國。1946年5月,他獲得了馮·諾依曼起草的離散變量自動電子計算機(Electronic Discrete variable Automatic Computer,EDVAC)的設計方案,便以EDVAC為藍本設計自己的計算機并組織實施,起名為EDSAC。1949年5月,EDSAC首試成功,Lyons公司取得了EDSAC的批量生產權,這就是于1951年正式投入市場的LEO(Lyons Electronic Office)計算機,它通常被認為是世界上第一個商品化的計算機型號。EDSAC和LEO計算機的成功奠定了威爾克斯作為計算機大師和先驅在學術界的地位。因此,第二屆圖靈獎便授予威爾克斯,以表彰他在設計與制造出世界上第一臺存儲程序式電子計算機EDSAC以及其他方面的杰出貢獻。

貢獻涉及計算機設計的部分圖靈獎獲得者還包括詹姆斯·威爾金森——數值分析專家和研制ACE計算機的功臣、弗雷德里克·布魯克斯——IBM 360系列計算機的總設計師和總指揮等。

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