1.4 电子计算机的应用

1.科学与工程计算（或数值计算）

科学与工程计算是指利用电子计算机来完成科学研究和工程设计中所需的数学计算，这是电子计算机最早的、也是最重要的应用领域。由于电子计算机具有计算速度快、计算精度高、存储容量大以及能够连续运算的特点，所以它不仅提高了计算的效率，还解决了一些原先靠人工无法解决的科学计算问题。

例如，在建筑设计中为了确定构件的尺寸，需要求解由弹性力学导出的一系列复杂方程。过去由于计算工具和计算方法的限制，只能通过简化，得到这些方程的近似解。而电子计算机的使用，不但能够求解这些方程，还引起了计算方法上的突破，导致了“有限元法”的诞生。

2.数据处理（或信息处理）

数据处理是指利用电子计算机对生产组织、企业管理、市场分析、情报检索等过程中出现的大量数据进行收集、存储、归纳、分类、整理、检索、统计、分析、列表、图形化等处理。这些处理的特点是，算法比较简单，一般只需要进行简单的算术运算和逻辑运算，但是数据量极大。在引入电子计算机以前，这些繁重而单调的数据处理工作是由人工完成的，极易出错。而采用电子计算机进行数据处理，不仅速度快，而且质量高。

数据处理从简单到复杂已经历了三个发展阶段：

第一阶段：电子数据处理（Electronic Data Processing，EDP）。它是以文件为对象，实现文件内部的单一数据类型的简单数据处理。

第二阶段：管理信息系统（Management Information System，MIS）。它是以数据库为对象，实现一个部门的多种数据类型的综合数据处理。

第三阶段：决策支持系统（Decision Support System，DSS）。它是以数据库、模型库和方法库为基础，实现多种数据类型、多种数据来源的高层次数据处理，帮助管理者、决策者制定正确、有效的企业运营策略。

3.过程控制

过程控制是指利用电子计算机及时采集、检测工业生产过程中的状态参数，按照相应的标准或最优化的目标，迅速对控制对象进行自动调节或控制，也称计算机控制。计算机控制的引入，不仅改善了工人的劳动条件，降低了工人的劳动强度，提高了控制的及时性和精确性，还通过提高工厂的自动化水平来提高劳动生产率和产品质量，降低产品成本，缩短生产周期。目前，计算机过程控制已广泛应用在冶金、化工、船舶等工业生产领域。

有一类重要的过程控制叫做实时控制。所谓实时控制是指对响应速度要求极快的一类过程控制。例如，核电站中一些关键设备的临界故障处理，航天/航空中的运动控制等。

4.辅助技术（或计算机辅助设计与制造）

利用电子计算机来辅助和改善人们的工作，是当今电子计算机一个重要应用。

在汽车/飞机/船舶/建筑设计、大规模集成电路设计、新型药物设计等领域，既存在追求设计目标优化，又存在缩短设计周期的要求，还存在减轻设计者劳动强度的问题。随着计算机技术的发展与普及，一个新的学科方向——计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）应运而生。波音公司设计的B-777就全部是在计算机上完成的，号称“无纸设计”。

在 CAD 技术的发展过程中，一些新的技术分支不断派生出来。如计算机辅助制造（Computer Aided Manufacture，CAM）、计算机辅助测试（Computer Aided Test，CAT）、计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）等。

其中CIMS是以计算机及计算机网络为平台，借助大型数据库系统的支持，在产品设计、管理决策、加工制造、原料采购、产品销售、产品质量控制等企业生产的全过程，实现信息的集成与共享，使企业资源得到最合理的应用，达到提高产品的市场占有率和企业的市场竞争力的目的。

计算机辅助技术也可以应用在教育活动中，比如让计算机来演示教学内容、协助教师组卷与判卷、代替教师回答学生提问等，这就是计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，CAI）， CAI的使用改善了教学效果，提高了教学效率。

5.智能模拟

智能模拟是用计算机软/硬件系统来模拟人类的某些智能行为，如感知、思维、推理、学习、理解和问题求解等，它是在计算机科学、控制论、仿生学和心理学等学科的基础上发展起来的一门交叉学科。它的核心是人工智能（Artificial Intelligence，AI）的理论与技术，包括专家系统、模式识别、问题求解、定理证明、机器翻译、人工生命、自然语言理解等。人工智能始终是计算机科学与技术领域的一个重要的研究方向。

人工智能的一个重要成果就是机器人（Robot），机器人的视觉、听觉、触觉、决策等，都需要人工智能理论与技术的支持。目前，国际上已研发出大量的工业机器人、家用机器人、会下棋的机器人、会踢足球的机器人、会跳舞的机器人等。可以相信，随着人工智能理论与技术的不断发展，未来的机器人将会在我们的生产和生活中发挥越来越大的作用。

6.网络通信

计算机技术与现代通信技术相结合构成了计算机网络（Computer Network）。计算机网络，特别是因特网（Internet），不仅解决了一个单位、一个城市、一个国家乃至全世界的计算机之间的相互通信、软/硬件资源共享等问题，还大大改变了人们的工作习惯和思维习惯，改变着人类的文化。

计算机网络的飞速发展还催生了一些新的应用领域，如电子商务、电子政务、数字图书馆、网络存储、因特网上的海量信息检索等。

7.图形/图像处理

将计算机应用到图形/图像处理导致出现了两个新的学科分支—— 计算机图形学（Computer Graphic，CG）和图像处理（Image Processing）。

目前，计算机已广泛应用在影视制作、电子游戏、社会安全监控、虚拟现实等方面。其中虚拟现实（Virtual Reality，VR）是利用计算机系统来生成一个极具真实感的模拟环境。通过它人们可以进行训练、娱乐、学习等活动。现在开发的虚拟现实系统已用于培训驾驶员、宇航员、技术工人，还有人研究基于虚拟现实的旅游。虚拟现实的发展及应用必将深刻地影响人们的思维方式和生活方式。

电子计算机的出现，对科学技术和人类生活产生了深远而巨大的影响。电子计算机除了可替代人完成相当一部分重复性的脑力劳动，使人们有更多的时间进行创造性的工作外，还帮助人们进行科学研究，探索大自然的奥秘。随着电子计算机性能的不断提高、应用的日益普及，新的学科分支或应用领域还将不断地涌现出来，如“生物信息学”。