1.1.2 计算机的特点和应用领域

计算机在问世之初，主要用于数值计算。发展到现在，计算机已经广泛应用于数据处理、过程控制、计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助教学、人工智能、多媒体技术和计算机网络等各个方面。和其他的计算设备相比，计算机具有运算速度快、计算精度高、逻辑判断能力强、存储容量大等特点，这些特点使得计算机越来越普及，直接影响着人们的生存和发展。

1.计算机的特点

（1）运算速度快、运算精度高

计算机的运算速度是指计算机每秒能执行的指令的条数，通常用MIPS表示。由中国国家并行计算机工程技术研究中心研制的“神威·太湖之光”的浮点运行速度达每秒9.3×1016次，“神威·太湖之光”实现了包括处理器在内的所有核心部件全部国产化，如图1-5所示。

（2）准确的逻辑判断能力

计算机拥有逻辑判断的能力，可以分析命题的真假，并可根据命题的成立与否做出相应的对策，比如计算机与人对弈可以体现出计算机非凡的逻辑判断和运算能力。

（3）强大的存储能力

计算机中的存储设备可以大容量、长时间地存储各种数据，包括数字、文字、声音、图像、视频等各种形式的信息。一块计算机硬盘可以记录下整个图书馆的全部资料。

（4）自动执行功能

计算机可以通过人们事先编制的程序自动执行，整个工作过程不需要人工干预，而且可以反复进行，广泛应用于工业生产。

（5）网络通信功能

计算机网络是现代计算机技术与通信技术高度发展和结合的产物，它利用各通信设备和传输介质把处于不同地理位置的具有独立功能的计算机互联在一起，实现计算机的网络化，加快了信息传导和资源共享。例如，全球最大的网络Internet（因特网）实现了“地球村”的信息传输，用户可以在任何地理位置通过计算机网络访问其他计算机或者服务器，获取自己所需的各种信息，如下载服务、查询服务、网络教育、电子商务、邮件服务等。

2.计算机的应用领域

随着计算机的功能越来越强大，其应用领域也在随之发生变化，从计算机诞生之初的数值计算，到现在的人工智能、大数据计算、云存储等大规模的数据活动，可以看出计算机在各行各业得到了广泛的应用。

（1）科学计算

1）科学计算（或数值计算）。科学计算是指利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。在现代科学技术工作中，科学计算问题是大量的和复杂的。利用计算机的高速计算、大存储容量和连续运算的能力，可以实现人工无法解决的各种科学计算问题。

例如，建筑设计中为了确定构件尺寸，通过弹性力学推导出一系列复杂方程，长期以来由于计算方法跟不上而一直无法求解。而计算机不但能求解这类方程，还引起了弹性理论上的一次突破，出现了有限元法。

2）数据处理（或信息处理）。数据处理是指用计算机对信息进行搜集、加工、存储和传递等工作，其目的是为有各种需求的人们提供有价值的信息和资讯，作为管理和决策的依据。例如，全国人口普查的登记资料、股市行情分析（见图1-6）、企业财务管理、学生信息管理、图书馆信息管理（见图1-7）、个人理财记录等都是信息处理的例子。计算机的信息处理已广泛应用于企业管理、办公自动化、信息检索等诸多领域。

3）过程控制。计算机的过程控制是指计算机对生产过程、实时过程的控制行为，实现了工业生产自动化，提高了生产效率、改善了劳动条件、节约了材料消耗、减低了生产成本，达到了最优的过程控制。例如，登月计划、无人飞机、发射人造卫星等。

（2）辅助技术（或计算机辅助设计与制造）

计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）是利用计算机系统辅助设计人员进行工程或产品设计以实现最佳设计效果的一种技术，如图1-8所示。它已广泛应用于飞机、汽车、机械、电子、建筑和轻工等领域。例如，在电子计算机的设计过程中，利用CAD技术可以进行体系结构模拟、逻辑模拟、插件划分、自动布线等，从而大大提高了设计工作的自动化程度。又如，在建筑设计过程中，可以利用CAD技术进行力学计算、结构计算、建筑图样绘制等，这样不但提高了设计速度，而且大大提高了设计质量。

（3）计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）

计算机辅助制造是利用计算机系统进行生产设备的管理、控制和操作的过程。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以及对产品进行检测等。使用CAM技术可以提高产品质量、降低成本、缩短生产周期、提高生产率和改善劳动条件。

（4）计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，CAI）

计算机辅助教学是利用课件来进行教学。课件是用著作工具或高级语言开发制作的教学软件，它能引导学生循序渐进地学习，使学生轻松地学到所需要的知识。CAI的主要特色是交互教育、个别指导和因人施教。

（5）人工智能（或智能模拟）

人工智能（Artificial Intelligence）是计算机模拟人类的智能活动，诸如感知、判断、理解、学习、问题求解和图像识别等。现在，人工智能的研究已取得不少成果，有些已开始走向实用阶段。例如，人工智能模拟高水平医学专家进行疾病诊疗的专家系统、具有一定思维能力的智能机器人（见图1-9）等。

（6）网络应用

计算机技术与现代通信技术的结合构成了计算机网络。计算机网络的建立，不仅解决了一个单位、一个地区、一个国家中计算机与计算机之间的通信和各种软硬件资源的共享，也大大促进了文字、图像、视频和声音等各类数据的传输与处理。