计算机应用基础-计算机应用基础

现代电子计算机产生的直接原因，是人类对数值计算能力的需求。在计算机问世之初，主要被应用在数值计算领域。随着硬件及软件技术的发展，特别是微机的出现，计算机几乎应用到社会生产生活的方方面面，对经济社会的发展起着越来越重要的作用。

根据各领域对计算机特点的应用侧重点的不同，大致可以将计算机的应用领域分为科学计算、数据与信息处理、计算机辅助、网络通信、多媒体应用、嵌入式系统与过程控制、人工智能等几个方面。

1.科学计算

科学计算领域主要是应用计算机高速的运算能力，在建立的数学模型上对大量的数值数据进行计算、统计和分析，从而得出所需的结果。例如，人类基因序列分析计划、人造卫星的轨道测算、天气预测等，都属于计算机在科学计算领域的应用。随着计算能力的提高，计算机推动了许多科学研究的进程。

拓展阅读

英国气象学家理查逊（Lewis Fry Richardson，1881—1953）在《天气预报的数值方法》（Numerical Weather Prediction）一书中，讲述了如何进行气象预报的数值计算。为了求得准确的数据，理查逊在1916—1918年间进行了第一次数值气象预报尝试。他组织了大量人力用手摇计算机计算了12个月才最终完成。当然，不论结果是否正确，都已经没有了“预报”的意义。

电子计算机的发明，使得数值气象预报得以实现。1950年，美国科学家第一次成功地预测了24 h后的天气形势。

数值气象预报是依靠流体力学理论，通过精确的数值计算，模拟大气运动规律。简单地说，就是将流体力学和热力学的基本定律用一组数学公式表达出来，然后用超级计算机对这些公式和海量气象数据进行计算求解，预报某一地区未来的天气情况。数值气象预报的计算量非常巨大，一个7天的气象预报，包括高度、风速、风向、降雨量、湿度、温度和大气压等7个指标，至少需要求解3亿个以上的方程组。如此巨大的数据计算工作必须借助超级计算机才能完成。

在应用领域理论和数学模型正确的情况下，计算速度越快、精度越高，得到的结果越理想。

2.数据与信息处理

计算机可以处理的数据，除数值数据外，还包括非数值数据，如文字、图形、图像、声音、视频等。

在数据与信息处理领域，计算机主要侧重于非数值数据的处理。例如，日常工作中的文字排版、办公自动化（Office Automation，OA），政府机关工作中的电子政务（E-Government affairs，EG），企业管理工作中的企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP）、客户关系管理（Customer Relationship Management，CRM），以及交通运输行业中的地理信息系统（Geographic Information System，GIS）等，都属于计算机在数据与信息处理领域的应用。事实上，随着计算机在政府机关、企业、家庭中的广泛应用，数据与信息处理已成为目前计算机应用最多的一个领域。

当今社会已从工业社会进入信息社会，信息资源与物质资源、能源资源一起，构成现代社会经济发展的三大支柱，是赢得竞争的重要资源。利用计算机进行数据与信息处理不仅能使人从繁重的事务性工作中解脱出来，去做更多创造性的工作，而且能够满足信息利用与分析的高频度、及时性、复杂性要求，从而使人们能够通过已获取的信息生产更多更有价值的信息。

3.计算机辅助

计算机辅助技术（Computer Aided Technologies）是采用计算机作为工具，将计算机用于产品的设计、制造和测试等过程的技术，辅助人们在特定应用领域内完成任务的理论、方法和技术。计算机辅助技术是计算机应用的一个非常广泛的领域。

计算机辅助技术主要包括计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）、计算机辅助教育（Computer Aided/Assisted Instruction，CAI）、计算机仿真技术（Computer Simulation Technology，CST）等。

过去由人进行的具有设计性质的工作，如今都可以在计算机中进行模拟。利用计算机辅助技术能够减轻人的劳动强度，缩短设计周期，提高设计质量，降低设计成本。此外，有些人工几乎不可能完成的工作，则必须借助计算机辅助技术和计算机仿真技术来完成。例如，集成电路的设计、核爆炸和地震灾害的模拟等。

4.网络通信

19世纪30年代，电报的发明使人类进入了电子通信时代。20世纪60年代，随着计算机技术和数字通信技术发展与融合，产生了计算机网络，人类进入了网络通信时代。与传统通信不同，除了可以传输文字、语音外，计算机网络可以传输任何类型的信息，包括数值、文字、图片、声音、视频等。这使得计算机网络被广泛应用到各个领域，并改变了这些领域的运转模式。同时，计算机网络也缩短了人与人之间的距离，改变了人们的生活方式。(www.xing528.com)

日常生活中的蜂窝电话、电子邮件、即时通信（如QQ、微信等），金融行业中的异地存取款、电子汇款，商业领域中的电子商务、电子支付等，都属于计算机在网络通信领域的应用。

5.多媒体应用

多媒体是包括文本（Text）、图形（Graphics）、图像（Image）、音频（Audio）、视频（Video）、动画（Animation）等多种信息类型的综合。多媒体技术是指通过计算机对上述媒体信息进行综合处理和管理，使人们可以通过多种感官与计算机进行实时信息交互的技术。多媒体技术拓宽了计算机的应用领域，使计算机广泛应用于商业、服务业、教育、文化、娱乐等各个方面。

游戏、虚拟现实（Virtual Reality，VR）、虚拟制造（Virtual Manufacturing）都属于计算机在多媒体领域的应用。

6.嵌入式系统

嵌入式系统（Embedded System）是一种为特定设备设计的专用计算机系统，作为设备的一部分。“嵌入”是指将微处理器设计和制造在设备的内部。

20世纪70年代，单片机的出现使得工业设备、通信设备、汽车、家电等产品，可以通过内嵌电子装置来获得更多的功能、更佳的性能、更低的成本。嵌入式系统一般以单片机（将运算器、控制器、存储器等电路集成到一块硅片上构成的微型计算机系统）为核心，以各种传感器作为输入设备，结合相应的执行装置作为输出设备。

嵌入式系统不是通用计算机，它是为特定设备定制的，因此功能单一，专用性较强。根据设备的复杂程度，嵌入式系统的功能、大小差异很大。另外，嵌入式系统的使用环境通常比较恶劣，且维护困难，因此对可靠性要求较高。

嵌入式系统技术应用非常广泛。例如，工业控制中的数控机床、电力系统、电网安全、电网设备监测等，交通管理中的车辆导航、车辆流量控制等，通信设备中的手机、网络设备等，家用电器中的微波炉、洗衣机、电视机、空调、数码相机等，都应用了嵌入式系统技术。

7.过程控制

过程控制是指利用计算机对生产、制造或运行过程进行检测与控制，即通过实时监控目标物体的状态，及时调整受控设备，以正确完成目标物体的生产、制造或运行。过程控制的主控系统通常采用通用计算机，而检测和执行装置通常采用嵌入式系统。

使用计算机进行过程控制可获得比人工过程控制更好的效果。第一，能够替代人在危险、有害的环境中作业；第二，能在保证同样质量的前提下连续作业，不受疲劳、情感等因素的影响；第三，能够完成人所不能完成的有高精度、高速度、时间性、空间性等要求的操作。

8.人工智能

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是用计算机模拟人类的某些智力活动。利用计算机可以进行图像和物体的识别，模拟人类的学习过程和探索过程。

人工智能的应用前景非常广阔，如机器定理证明、自动程序设计、难题求解、机器博弈、机器翻译、模式识别、文艺创作、智能机器人、任务规划、资源配置、智能控制、智能决策等都属于人工智能的应用。

智能涉及意识、自我、心灵、情绪、情感和意志等心理问题。人类对自身“智能”的理解非常有限，对构成人类智能的必要元素的了解也非常有限。因此，关于人工智能的定义存在着很大的争议，人工智能的研究也有着不同的方向。

对人工智能持不同观点的人大致可分为“强人工智能”和“弱人工智能”两大阵营。以图灵为代表人物的强人工智能观点认为，人类有可能制造出真正有自我意识的、能推理和解决问题的智能机器；以希尔勒（John Rogers Searle）为代表人物的弱人工智能观点则认为，人类不可能制造出能真正推理和解决问题的智能机器，这些机器只不过看起来像是智能的，但是并不是真正拥有智能，也不会有自我意识。在人工智能的研究上，有“人工智能是像人一样思考的系统”“人工智能是理性思考的系统”“人工智能是像人一样行动的系统”“人工智能是理性行动的系统”四个方向，这四个方向都有人做了很多的工作。

是否能在冯·诺依曼体系结构的计算机中实现强人工智能？尚无人给出肯定或否定的证明。目前，人类虽然尚未创造出具有自我意识的智能机器，但“人工智能”已经能够在跳棋、象棋、围棋上战胜人类，能够在车站的人流中准确地找出通缉逃犯，能够将语音转换为文字。