计算机(应用)前沿技术简介

• 1．网络化仿真
现在已经开发出来的仿真系统，多数不能相互兼容，可 移植性差，实现共享困难。较之于开发的高成本和长时间， 实在物未尽其用。解决这些问题，第一就是采用兼容性好 的计算机语言编写仿真系统，第二就是采用网络化技术实 现仿真系统共享。尤其是后者，在将来的仿真系统开发中 有着重要地位。实现仿真系统的网络共享，既可以在一定 程度上避免重复开发以节约社会资源，又可以通过适当收 费以补偿部分开发成本。 • 2．虚拟制造技术 计算机仿真技术发展的另一大方向就是在虚拟制造技术 领域的深入应用。虚拟制造技术是20世纪90年代发展起来 的一种先进制造技术。它利用计算机仿真技术与虚拟现实 技术，在计算机上实现从产品设计到产品出厂以及企业各 级过程的管理与控制等制造的本质。这使得制造技术不再 主要依靠经验，并可以实现对制造的全方位预测，为机械 制造领域开辟了一个广阔的新天地。
• 5、计算机仿真 • 计算机仿真是应用电子计算机对系统的结构、功能和行为 以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态性比较 逼真的模仿。它是一种描述性技术，是一种定量分析方法。 通过建立某一过程和某一系统的模式，来描述该过程或该 系统，然后用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来 刻画系统的特征，从而得出数量指标，为决策者提供有关 这一过程或系统得定量分析结果，作为决策的理论依据。
• 4、第四代电子计算机
– 第四代计算机是指从1970年以后采用大规模集成电路（LSI）和超 大规模集成电路（VLSI）为主要电子器件制成的计算机。例如 80386微处理器，在面积约为10mm X l0mm的单个芯片上，可以 集成大约32万个晶体管。
• 5、第五代计算机
– 第五代计算机将把信息采集、存储、处理、通信和人工智能结合 一起具有形式推理、联想、学习和解释能力。它的系统结构将突 破传统的冯· 诺依曼机器的概念，实现高度的并行处理
• 4．智能化
– 计算机人工智能的研究是建立在现代科学基础之上。 智能化是计算机发展的一个重要方向，新一代计算机， 将可以模拟人的感觉行为和思维过程的机理，进行 “看”、“听”、“说”、“想”、“做”，具有逻 辑推理、学习与证明的能力。
• 计算机的发展将趋向超高速、超小型、并行处理 和智能化。自从世界上第一台电子计算机诞生以 来，计算机技术迅猛发展，传统计算机的性能受 到挑战，开始从基本原理上寻找计算机发展的突 破口，新型计算机的研发应运而生。未来量子、 光子和分子计算机将具有感知、思考、判断、学 习以及一定的自然语言能力，使计算机进人人工 智能时代。这种新型计算机将推动新一轮计算技 术革命，对人类社会的发展产生深远的影响。
3．信息管理（数据处理） 信息管理是目前计算机应用最广泛的一个领域。利用计算机来加工、 管理与操作任何形式的数据资料，如企业管理、物资管理、报表统计、 帐目计算、信息情报检索等。近年来，国内许多机构纷纷建设自己的 管理信息系统（MIS）；生产企业也开始采用制造资源规划软件 （MRP），商业流通领域则逐步使用电子信息交换系统（EDI），即 所谓无纸贸易。 4．计算机辅助系统 1）计算机辅助设计（CAD）是指利用计算机来帮助设计人员进行工 程设计，以提高设计工作的自动化程度，节省人力和物力。目前，此 技术已经在电路、机械、土木建筑、服装等设计中得到了广泛的应用。 2）计算机辅助制造（CAM）是指利用计算机进行生产设备的管理、 控制与操作，从而提高产品质量、降低生产成本。缩短生产周期，并 且还大大改善了制造人员的工作条件。 3）计算机辅助测试（CAT）是指利用计算机进行复杂而大量的测试 工作。 4）计算机辅助教学（CAI）指利用计算机帮助教师讲授和帮助学生学 习的自动化系统，使学生能够轻松自如地从中学到所需要的知识。
• 计算机的特点 1、记忆能力强 在计算机中有容量很大的存储装置，它不仅可以长久性地存 储大量的文字、图形、图像、声音等信息资料，还可以存储指 挥计算机工作的程序。 2、计算精度高与逻辑判断准确 它具有人类无能为力的高精度控制或高速操作任务。也具有 可靠的判断能力，以实现计算机工作的自动化，从而保证计算 机控制的判断可靠、反应迅速、控制灵敏。 3、高速的处理能力 它具有神奇的运算速度，其速度以达到每秒几十亿次乃至上 百亿次。例如，为了将圆周率兀的近似值计算到707位，一位 数学家曾为此花十几年的时间，而如果用现代的计算机来计算， 可能瞬间就能完成，同时可达到小数点后200万位。 4、能自动完成各种操作 计算机是由内部控制和操作的，只要将事先编制好的应用程 序输入计算机，计算机就能自动按照程序规定的步骤完成预定 的处理任务。
• 3．网络化
– 随着计算机应用的深入，特别是家用计算机越来越普 及，一方面希望众多用户能共享信息资源，另一方面 也希望各计算机之间能互相传递信息进行通信。 计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的 产物。计算机网络己在现代企业的管理中发挥着越来 越重要的作用，如银行系统、商业系统、交通运输系 统等。
• 1、第一代电子计算机
– 第一代电于计算机是从1946年至1958年。它们体积较 大，运算速度较低，存储容量不大，而且价格昂贵。 使用也不方便，为了解决一个问题，所编制的程序的 复杂程度难以表述。这一代计算机主要用于科学计算， 只在重要部门或科学研究部门使用。
• 2、第二代电子计算机
– 第二代计算机是从1958年到1965年，它们全部采用晶 体管作为电子器件，其运算速度比第一代计算机的速 度提高了近百倍，体积为原来的几十分之一。在软件 方面开始使用计算机算法语言。这一代计算机不仅用 于科学计算，还用于数据处理和事务处理及工业控制。
计算机应用领域
1．科学计算（或称为数值计算） 早期的计算机主要用于科学计算。目前，科学计算仍然 是计算机应用的一个重要领域。如高能物理、工程设计、 地震预测、气象预报、航天技术等。由于计算机具有高运 算速度和精度以及逻辑判断能力，因此出现了计算力学、 计算物理、计算化学、生物控制论等新的学科。 2．过程检测与控制 利用计算机对工业生产过程中的某些信号自动进行检测， 并把检测到的数据存入计算机，再根据需要对这些数据进 行处理，这样的系统称为计算机检测系统。特别是仪器仪 表引进计算机技术后所构成的智能化仪器仪表，将工业自 动化推向了一个更高的水平。
– 美国波音(BOEING)公司可以把777飞机的研制。生产做到几乎 “无图纸”的程度。波音777飞机的研制。整机设计。装配。部件 测试以及各种试飞，都是由计算机完成的。它能将开发周期从原 来的8年缩短到5年，节约了数百万美元经费 – 随着计算机应用技术和网络技术的发展，计算机仿真技术也在不 断的发展之中。如利用网络技术实现异地仿真、应用虚拟现实技 术进行的虚拟制造等
• 智能化的超级计算机
超高速计算机采用平行处理技术改进计算机结构，使 计算机系统同时执行多条指令或同时对多个数据进行处理， 进一步提高计算机运行速度。超级计算机通常是由数百数 千甚至更多的处理器(机)组成，能完成普通计算机和服务 器不能计算的大型复杂任务。从超级计算机获得数据分析 和模拟成果，能推动各个领域高精尖项目的研究与开发， 为我们的日常生活带来各种各样的好处。最大的超级计算 机接近于复制人类大脑的能力，具备更多的智能成份.方 便人们的生活、学习和工作。世界上最受欢迎的动画片、 很多耗巨资拍摄的电影中，使用的特技效果都是在超级计 算机上完成的。日本、美国、以色列、中国和印度首先成 为世界上拥有每秒运算1万亿次的超级计算机的国家，超 级计算机已在科技界内引起开发与创新狂潮。
• 这些高性能计算机包括：
– 1.量子计算机 量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究，量子计算机是 一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量 子信息的物理装置。量子计算机是基于量子效应基础上开发的， 它利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态，利用激 光脉冲来改变分子的状态.使信息沿着聚合物移动.从而进行运算。 量子计算机中的数据用量子位存储。由于量子叠加效应，一个量 子位可以是0或1，也可以既存储0又存储1。因此，一个量子位可 以存储2个数据，同样数量的存储位，量子计算机的存储量比通常 计算机大许多。同时量子计算机能够实行量子并行计算，其运算 速度可能比目前计算机的Pentium DI晶片快10亿倍。除具有高速 并行处理数据的能力外，量子计算机还将对现有的保密体系、国 家安全意识产生重大的冲击。 无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上都是利用了 量子相干性。世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这 个梦想。目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、 冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉 等。量子编码采用纠错、避错和防错等。量子计算机使计算的概 念焕然一新。
• 3、第三代电子计算机
– 第三代计算机是从1965年到1970年。这一时期的主要特征是以中、 小规模集成电路为电子器件，并且出现操作系统，使计算机的功 能越来越强，应用范围越来越广。它们不仅用于科学计算，还用 于文字处理、企业管理、自动控制等领域，出现了计算机技术与 通信技术相结合的信息管理系统，可用于生产管理、交通管理、 情报检索等领域。
计算机发展史简介
• 人类所使用的计算工Biblioteka Baidu是随着生产的发展和社会的进步， 从简单到复杂、从低级到高级的发展过程，计算工具相继 出现了如算盘、计算尺、手摇机械计算机、电动机械计算 机等。 1946年，世界上第一台电子数字计算机（ENIAC） 在美国诞生。这台计算机共用了18000多个电于管组成， 占地170m2，总重量为30t，耗电140kw，运算速度达到 每秒能进行5000次加法、 300次乘法。 电子计算机在短短的50多年里经过了电子管、晶体管、 集成电路（IC）和超大规模集成电路（VLSI）四个阶段的 发展，使计算机的体积越来越小，功能越来越强，价格越 来越低，应用越来越广泛，目前正朝智能化（第五代）计 算机方向发展。
• 计算机很快会变成全球化的通信工具以及即时印 刷机。它将沟通不同大陆、不同文化,将它们连接 起来。电视只是带给你图像和声音,图像也许是彩 色的。但计算机可以带给你图像和声音,除此而外 ,它还可能提供电视所不能提供的交互式服务以及 编写文本和制图功能； • 计算机已经使某些职业过时。英特尔公司已经减 少了许多秘书。当计算机能够发挥图书馆的功能 时,需要的图书馆管理员就支减少。律师助手以及 各种各样的职员的命运也如此。
计算机的发展方向
• 1．巨型化
– 巨型化是指计算机的运算速度更高、存储容量更大、 功能更强。目前正在研制的巨型计算机其运算速度可 达每秒百亿次。
• 2．微型化
– 微型计算机已进入仪器、仪表、家用电器等小型仪器 设备中，同时也作为工业控制过程的心脏，使仪器设 备实现“智能化”。随着微电子技术的进一步发展， 笔记本型、掌上型等微型计算机必将以更优的性能价 格比受到人们的欢迎。
• 新型高性能计算机
硅芯片技术高速发展的同时，也意味 看硅技术越来越接近其物理极限。为此， 世界各国的研究人员正在加紧研究开发新 型计算机，计算机的体系结构与技术都将 产生一次量与质的飞跃。新型的量子计算 机、光子计算机、分子计算机、纳米计算 机等，将会在不久的将来走进我们的生活， 遍布各个领域。
计算机（应用）前沿技术简介
• 计算机出现以来，给我们的生活和工作带来了巨 大的变化影响和变化，而且发展速度之快超出了 其他任何行业，它的发展似乎永无止境，给人们 的感觉是信息处理技术方面没有任何极限。从某 种程度来说,信息可以从自身得到滋养，你拥有的 越多,能得到的就越多。处理信息的速度越快,能 做的事就越多。由于处理能力和软件是共同发展 的,我们用不了多久就可以把计算机当做口授（语 言指挥）机器使用。你可以对着计算机口授指令, 然后它把你说的打印出来,或者你可以用英语打出 一段话——计算机立刻将它翻译成日语或印地安 语或汉语。讲英语的你也许一个汉字也不认识,但 是有计算机作翻译,你就可以和不懂英语的中国人、 日本人等交谈。