大学信息技术基础：计算机应用概述

随着计算机技术的发展，尤其是结合了计算机网络通信技术，计算机的应用范围日益扩大，已渗透到科学技术、国民经济、社会生活等各个方面，而且正在不断地改变着人们的工作、学习和生活方式，推动着社会的发展。计算机的应用包括以下几个方面。

(1)科学计算

科学计算是指科学研究和工程技术中遇到的数学问题的求解，也称数值计算。科学研究对计算能力的需要是无止境的。计算机具有速度快、精度高的特点。通过计算机可以解决人工无法解决的复杂计算问题，过去人工计算需要几个月，或者几年时间才能完成的，甚至毕生都无法完成的工作量，现在也只要几天、几个小时甚至几分钟就能解决了。随着现代科学技术的进一步发展，科学计算在现代科学研究中的地位不断提高，在尖端科学领域显得尤为重要。例如计算卫星轨道，宇宙飞船的研究设计，生命科学、材料科学、海洋工程、房屋抗震强度的计算等现代科学技术研究都离不开计算机的精确计算。目前，科学计算仍然是计算机应用的一个重要领域。

(2)数据处理

数据处理又称为非数值计算，就是使用计算机对大量的数据进行输入、分类、加工、整理、合并、统计、制表、检索以及存储、计算、传输等操作。数据处理涉及的数据量大，但计算方法较简单。目前计算机的数据处理应用已非常普遍，如人事管理、库存管理、财务管理、图书资料管理、商业数据交流、情报检索、经济管理、办公自动化等都属于这方面的应用。

数据处理已成为当代计算机的首要任务，是现代化管理的基础。在当今信息化的社会中，每时每刻都在产生大量的信息，只有利用计算机才能够在浩瀚的信息海洋中充分获取宝贵的信息资源。例如，以数据库技术为基础开发的管理信息系统(Management Information System，MIS)、决策支持系统(Decision Support System，DSS)、企业资源规划系统(Enterprise Resources Planning，ERP)等信息系统的应用，大大提高了企业和政府部门的现代化管理水平。据统计，现在全世界计算机用于数据处理的工作量占全部计算机应用的80%以上，大大提高了工作效率，提高了管理水平。

(3)人工智能

人工智能(Artificial Intelligence)是由计算机来模拟或部分模拟人类的智能，使计算机具有识别语言、文字、图形和进行推理、学习以及适应环境的能力。实现人工智能的根本途径是机器学习(Machine Learning，ML)，即通过让计算机模拟人类的学习活动，自主获取新知识。目前很多人工智能系统已经能够替代人的部分脑力劳动，并以多种形态走进人们的生活，小到手机里的语音助手、人脸识别、购物网站推荐，大到智能家居、无人机、无人驾驶汽车、工业机器人、航空卫星等。

人工智能应用中具有里程碑意义的案例是“深蓝”。“深蓝”是IBM公司研制的一台超级计算机，在1997年5月11日，仅用了一个小时便轻松战胜俄罗斯国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫，并以3.5∶2.5的总比分赢得计算机与人之间的挑战赛，这是在国际象棋上人类智能第一次败给计算机。如果说“深蓝”取胜的本质在于传统的“规则”，那么在2016年3月战胜人类顶尖棋手李世石的谷歌围棋人工智能程序AlphaGo的关键技术是机器学习，这宣告着一个新的人工智能时代的到来。

虽然计算机在诸如计算速度、自动控制等许多方面远远超过了人类，但是相较于人脑这个通用的智能系统，目前人工智能的功能相对单一，并且始终无法获得像人脑一样丰富的联想能力、创造能力，以及情感交流能力，真正要达到人的智能还是非常遥远的事情。

(4)实时控制

实时控制又称为过程控制，是指用计算机实时地采集、检测受控对象的数据，并快速地进行处理，按最佳值迅速对控制对象进行自动化控制或自动调节。

现代工业的发展，生产规模不断扩大，技术和工艺日趋复杂，因而对实现生产过程自动化的控制系统要求也日益提高。使用计算机进行过程控制，既可以提高控制的自动化水平，也可以提高控制的及时性和准确性。计算机在自动控制方面的应用非常广泛，包括工业流程的控制、生产过程控制、交通运输管理等。在卫星、导弹发射等国防尖端技术领域，更是离不开计算机的实时控制，无人驾驶飞机、导弹、人造卫星和宇宙飞船等飞行器的控制，都是靠计算机实现的。家用电器、日常生活服务器的生产中也大量应用了计算机的自动控制功能。(www.xing528.com)

(5)计算机辅助系统

计算机辅助系统是指利用计算机辅助人们进行设计、制造等工作，主要包括以下几方面:计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)、计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)、计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System，CIMS)和计算机辅助教学(Computer Aided Instruction，CAI)。

CAD是利用计算机的计算、逻辑判断、数据处理以及绘图功能，并与人的经验和判断能力相结合，共同来完成各种产品或者工程项目的设计工作。CAD可缩短设计周期、降低成本、提高设计质量，同时提高图纸的复用率和可管理性。

CAM是使用计算机辅助人们完成工业产品的制造任务，可实现对工艺流程、生产设备等的管理与对生产装置的控制和操作。例如在产品的制造过程中，用计算机控制机器的运行，处理生产过程中所需的数据，控制和处理材料的流动，对产品进行检验等。使用CAM技术可以提高产品的质量，降低成本，缩短生产周期。

CIMS是指以计算机为中心的现代化信息技术应用于企业管理与产品开发制造的新一代制造系统，包括CAD、CAM、CAPP(计算机辅助工艺规划)、CAE(计算机辅助工程)、CAQ(计算机辅助质量管理)、PDMS(产品数据管理系统)、管理和决策、网络与数据库及质量保证系统等子系统的技术集成。它将计算机技术集成到制造工厂的整个生产过程中，使企业内的信息流、物流、能量流和人员活动形成一个统一协调的整体，形成一个流水线，从而建立现代化的生产管理模式。

CAI是指利用计算机模拟教师的教学行为进行授课，学生通过与计算机的交互进行学习并自测学习效果，是提高教学效率和教学质量的新途径。计算机辅助教学利用文字、图形、图像、动画、声音等多种媒体将教学内容开发成CAI软件的方式，使教学过程形象化；可以采用人机对话方式，对不同学生采取不同的内容和进度，改变了教学的统一模式，不仅有利于提高学生的学习兴趣，更适用于学生个性化、自主化的学习，可以实现自我检测、自动评分等功能。

(6)其他应用领域

随着电子技术特别是通信和计算机技术的发展，人们已经有能力把文本、音频、视频、动画、图形和图像等各种“媒体”综合起来，构成一种全新的概念——“多媒体”(Multimedia)。多媒体技术是以计算机技术为核心，将现代声像技术和通信技术融为一体，能对文本、图形、图像、音频、视频、动画等多种媒体信息进行存储、传送和处理的综合技术。它的应用领域十分广泛，如在线播放、可视电话、视频会议系统等。多媒体技术的应用正改变着人类的生活和工作方式。

随着计算机技术、多媒体技术、动画技术以及网络技术的不断发展，使得计算机能够以图像和声音集成的形式向人们提供一种“虚拟现实”，出现了虚拟工厂、虚拟人体、虚拟主持人等许许多多虚拟的东西。当代的虚拟现实是使用计算机生成的一种模拟环境，通过多种传播设备使用户“融入”该环境中，实现用户与环境直接进行交互的目的。这种模拟环境是用计算机构成的具有表面色彩的立体图形，它可以是某一特定现实世界的真实写照，也可以是纯粹虚构的世界。利用“虚拟现实”环境，可以在计算机上模拟训练汽车驾驶员、模拟拍摄科学幻想电影影片。实践证明，计算机模拟不仅成本低，而且模拟效果好，很容易实现逼真的被模拟环境。

随着网络技术的发展，计算机的应用领域越来越广泛，它已深入国民经济和社会生活的各个方面，通过现代高速信息网实现数据与信息的查询、高速通信服务(如电子邮件、文档传输、可视电话会议等)、远程教育、电子图书馆、电子政务、电子商务、远程医疗和会诊、交通信息管理以及电子娱乐等。计算机应用的高速发展进一步推动着信息社会更快地向前发展。未来计算机的应用将重点朝着人工智能、信息家电等领域的应用方向发展，将在分布式系统应用和基于构件的软件开发技术等方面出现突破性的新进展。

信息家电是一种将PC与家用电器融合，使用方便并且价格低廉的上网工具，它代表了计算机、通信和消费类电子产品(俗称“3C”)相融合的发展方向。今后，越来越多的计算机将不再以孤立的形式出现，而是嵌入其他装置中或与网络相连接。具有代表性的一些信息家电产品包括网络电视、网络可视电话、网络型智能手持设备(如蜂窝电话、个人数据助理、掌上PC，手持无线上网设备、网络个人接入器等便携式设备)、数字控制委托和网络游戏机等。

在信息化的社会中，随着工作、生活节奏的加快，人们对及时、就地获取信息的需求越来越迫切，未来的信息家电、家庭网络等将获得更加迅速的发展和更加广泛的普及。