计算机科学技术的研究范畴及其在各领域中的应用

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计算机科学技术的研究范畴 及在各领域的应用

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本章主要内容计算机科学技术的研究范畴计算机在科学研究中的应用 计算机在教育、教学中的应用 计算机在制造业的应用 计算机在商业、银行、证券业中的应用 计算机在交通运输业中的应用 计算机在医学中的应用 计算机在办公自动化中的应用

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8.1 计算机科学技术的研究范畴计算机科学主要的研究范畴包括计算机理论、计 算机硬件、计算机软件、计算机网络及计算机应用等。 1 计算机理论的研究内容离散数学：主要研究数理逻辑、集合论、近似代数和图论等。 算法分析理论：主要研究算法设计和分析中的数学方法与理论。 形式语言与自动机理论：研究程序设计语言及自然语言的形式化定 义、分类、结构等，研究识别各类语言的自动机模型及其相互关系。 程序设计语言理论：运用数学和计算机科学的理论研究程序设计语 言的基本规律。 程序设计方法学：研究编制高质量程序的各种程序设计规范化方法， 并研究程序正确性证明理论等。

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计算机硬件的研究内容程序设计语言的设计 数据结构与算法 程序设计语言翻译系统

元器件与存储介质 微电子技术 计算机组成原理 计算机体系结构

操作系统数据库系统 算法设计与分析 软件工程学 可视化技术

微型计算机技术

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计 算 机 网 络 的 研究 内 容

网络结构 数据通信与网络协议 网络服务 网络安全

软件开发工具 完善既有的应用系统 开拓新的应用领域

人—机工程

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8.2 计算机在科学研究中的应用科学研究是计算机的传统应用领域。主要用来进行科技文献的存储与查 询、仿真计算、虚拟现实、复杂现象的跟踪与分析以及知识发现等。

一、计算机仿真技术

1、定义：仿真就是应用计算机对复杂现实系统经过抽象和简化形成系统模型， 然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。 2、优势：缩短决策时间，避免资金、人力和时间的浪费。可以重复进行，优 化实施方案，具有很高的科学研究价值和巨大的经济效益。

3、应用：首先由于仿真技术在应用上的安全性，使得航空、航天、核电站等 成为仿真技术最早的和最主要的应用领域。特别是在军事领域，新型的武器 系统、大型的航空航天飞行器在其设计、定型过程中，都要依靠仿真试验进 行修改和完善。其次从仿真的经济性考虑，由于仿真往往是在计算机上模拟 现实系统过程，并可多次重复运行，使得其经济性十分突出。采用模拟器培 训工作人员，经济效益和社会效益也十分明显。另外，从环境保护的角度考 虑，仿真技术也

极具价值，如现代核试验多是在计算机上仿真进行。

JSJDL 二、虚拟现实技术1.虚拟现实技术的基本类型是一种高度逼真地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的人机界 面技术， 按其功能不同，可分成三种类型。 (1)沉浸型虚拟现实系统。是一套比较复杂的系统。使用者必须头 戴头盔、手带数据手套等传感跟踪装置，才能与虚拟世界进行交互。 优点是用户可完全沉浸到虚拟世界中去，缺点是系统设备价格昂贵， 难以普及推广。 (2)简易型虚拟现实系统。由一台普通的计算机系统组成，使用者 通过键盘、鼠标便可与虚拟环境进行交互。特点是结构简单、价格低 廉，易于普及推广，是一套经济实用的系统。 (3)共享型虚拟现实系统。是利用远程网络，将异地的不同用户联 结起来，共享一个虚拟空间，多个用户通过网络对同一虚拟世界进行 观察和操作，达到协同工作的目的。

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二、虚拟现实技术2.虚拟现实系统的组成虚拟显示系统通常由3个子系统构成： 视觉子系统，提供的信息使参与者可以感知环境及其变化； 听觉子系统，给参与者一个覆盖360度球体的声音环境，从而可以增强 虚拟环境的真实性；

触觉子系统，可以使参与者能够感觉到物体的运动阻力、表面纹理、 材质和弹性等。

3.虚拟现实技术的应用虚拟现实技术广泛地应用于各个领域，科学研究与实验、教育与培 训、制造、建筑、艺术娱乐、遥控操作、城市规划等。尽管目前虚拟 现实系统的硬件设备还比较昂贵，虚拟现实技术尚未能普及。但是， 随着虚拟现实技术的不断发展和完善，以及硬件设备价格的不断降低， 我们相信，虚拟现实技术以其自身强大的优势和潜力，最终会在许多 领域广泛应用并发挥其重要作用。

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三、 文件存储与检索系统科技文献的检索与查询是开展科学研究工作的先 导。在进行任何一项科学研究工作之前都必须对该课 题国内外的研究状况有一个全面、深入的了解，这样 才能够继承前人所取得的成果、避免花费无谓的精力 去重复做他人已经做过的工作或者重蹈他人已经失败 的覆辙。 在信息化的社会中，科技文献正在以爆炸性的速 度急剧地增加。据统计，目前全世界每年发表的科技 论文多达500万篇以上、科学杂志已达数十万种、每 天约有近百亿信息单元的信息量在网上传递，如此庞 大的信息量，只有依靠计算机来检索和存储才能进行 正常有效的科学研究和科技成果的交流。

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8.3 计算机在教育、教学中的应用一、校园网建设主要包括以下几个方面： 1.信息中心 一般由资源服务器、web服务器、数据库系统及主干

交换机等构成。它负 责整个校园网的信息交换与保障网络的正常运作。

2.多媒体教室多媒体教室是指配有多功能投影系统的教室。多功能投影系统是以计算机 为核心的，包括多媒体投影机、录像机、影碟机、视频展示台、功率放大 器、大屏幕和视听演示系统等设备。它可与校园网或闭路电视系统相连， 同时计算机还能供讲课者使用，用于演讲、学术报告、课件演示等。 3.计算机网络教室 计算机网络教室是指计算机教室连成的局域网，教学内容直接从网络上发 布。这类教室主要用于信息技术课教学，学生上机练习以及其它课程的辅 助学习等。

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8.3 计算机在教育、教学中的应用4.虚拟图书馆 将大量的图书资料以数字化的形式存储在资源服务器上，或通过Video服务 器提供各种多媒体信息资源。学生与教师通过计算机网络可以方便的对资 料进行查询、检索和使用。 5.学校办公网 通过在校园网上运行的综合信息管理系统，使学校的教学管理、学生管理 和日常管理等实现办公自动化，。 6.校园卡系统 利用校园网和智能卡(1C卡)技术，形成学校内部完整的校园卡系统，通过一 张IC卡，可以作为学生证、上机证、借书证、电话卡、就餐卡等，使学校 全面实现电子信息化管理。

JSJDL 二、计算机管理教学与计算机辅助教育计算机管理教学也是计算机在教育领域中的一个重要应用。这 类应用是将计算机应用于教学的设计和评价及管理学生的成绩 和自然状况，处理与教学有关的事物数据，它包括用计算机制 订教学计划、计算机辅助测验、学生错误分析等。计算机在管 理上的应用使学校的管理更加方便、快捷、准确，使教学结构 更加优化。 随着多媒体课件制作技术的成熟，加快了计算机辅助教育的发 展。一些学校已经将课堂多媒体组合教育方式和利用多媒体计 算机个别交互学习方式结合到传统教育方式中。目前除了专业 的软件技术公司能提供多媒体课件外，学校教师自己设计制作 的课件也极大地丰富了教学资源。开展计算机辅助教育不仅使 学校教育发生了根本变化，还可以使学生在学校里就能体验计 算机的应用，使学生培养计算机意识，培养出复合型人才。

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三、网络教育很多校园网站和网上学校提供了较为丰富的教学资源， 并提供了远程交互的教学功能；一些资源丰富、教育水平 高、网络环境好的学校，还开展了与远郊区县甚至国外学 校的远程教育。远程教育主要有实时远程教学、虚拟教室 教学、远程考试、教学反馈四种功能。远程教育已开始建设以计算机网、卫星电视网、电信网三 网合一的空间立体开放的

远程教育体系。

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8.4 计算机在教育、教学中的应用一、辅助完成产品的设计和制造1.CAD广泛应用：汽车、飞机、船舶、机械、大规模集成电路、建筑、 服装设计等方面。

优点：使得人与计算机均能发挥各自的特长，缩短设计周期、提 高工作效率、节省人力和财力、提高设计水平和质量。主要技术：图形处理、工程分析、数据管理、软件设计和接口技 术等。 进一步发展：智能CAD,用来解决很多属于非数值计算的问题。 虚拟设计，可以完成传统CAD做不到的工作，如交互和实时、虚 拟装配和虚拟实验、使图形真实感强(有远、近、纵、深的感觉) 等。

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8.4 计算机在教育、教学中的应用2.CAM 设备和技术主要有：数字控制设备、可编程序逻辑装置、计算 机辅助编制加工计划、机器人工程学、制造质量控制技术等。 作用： 采用CAM系统，从对设计文档、工艺流程、生产设备等的管 理，到对加工与生产装置的控制和操作，都可以在计算机的辅助 下完成。 将CAD系统与CAM系统相结合，即把CAD的输出(设计文档) 作为CAM设备的输入，能够实现无图纸加工，使得设计和制造过 程的部分工作实现自动化，进一步提高生产的自动化水平。 有些国家已把CAD和CAM、计算机辅助测试及计算机辅助工 程组成一个集成系统，使设计、制造、测试和管理有机地组成为 一体，形成高度的自动化系统。

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二、CIMS(计算机集成制造系统)1.CIMS的定义我们把“将计算机技术集成到整个制造过程中所构成的系统”称为 CIMS。

2.CIMS的构成及有关技术主要由设计与工艺模块、制造模块、管理信息模块和存储运输模块构成。 CIMS的有关技术包括：材料需求计划、制造资源计划、企业资源计划、 准时制造、敏捷制造和虚拟制造。

3.CIMS的现状与发展趋势CIMS的现状：目前我国CIMS总体技术的研究已处于国际上比较先进的 水平。初步形成了11个系列的CIMS目标产品，覆盖了企业信息化工程所 需要软件产品的85%以上。 发展趋势 ： l集成化 l智能化 l全球化 l虚拟化 l柔性化 l绿色化