六、计算机的主要用途

计算机作为一种人类大脑思维的延伸与模拟工具，其逻辑推理能力、智能化处理能力可以帮助人类进一步展开思维空间；其高速运算能力和大容量存储能力弥补了人类这一方面的不足。人们通过某种计算机语言向计算机下达某些指令，可以使计算机完成人类自身可想而不能做到的事情，而计算机的应用又将为人类社会的发展开辟全新的研究领域，创造更多的物质和精神财富。例如，互联网、电子邮件、远程访问、虚拟现实技术、云计算、大数据等彻底改变了人类的交流方式，拓宽了人类生活和研究的交流空间，丰富了人类的文化生活，而基于计算机的虚拟现实技术的应用制造出高度逼真的视、听、嗅、味觉效果。虚拟现实技术为人们探索宏观世界、微观世界以及不便于直接观察事物的运动变化规律的科学现象，提供了极大的便利，迄今已在各个领域得到了广泛应用及快速发展。计算机的主要应用归纳起来可以分为以下几个主要方面。

1.科学计算 科学计算(scientific computing)也称为数值计算，主要解决科学研究和工程技术中提出的数值计算问题。这是计算机最初的也是最重要的应用领域。随着科学技术的发展，各个应用领域的科学计算问题日趋复杂，使人们不得不更加依赖计算机解决计算问题，如计算天体运行轨迹、处理石油勘探数据和天气预报数据、求解大型方程组等都需要借助计算机完成。科学计算的特点是计算量大、数据变化范围广。

2.数据处理 数据处理(data processing)是指对大量的数据进行加工处理，如收集、存储、传送、分类、检测、排序、统计和输出等，从中筛选出有用信息。与科学计算不同，数据处理的数据虽然量大，但计算方法简单。数据处理也是计算机的一个重要且应用广泛的领域，如电子商务系统、图书情报检索系统、医院信息系统、生产管理系统和酒店事务管理系统等。

3.过程控制 过程控制(process control)又称实时控制，指用计算机实时采集被控制对象的数据(有时是非数值量)，对采集的对象进行分析处理后，按被控制对象的系统要求对其进行精确的控制。

工业生产领域的过程控制是实现工业生产自动化的重要手段。利用计算机代替人对生产过程进行监视和控制，可以提高产品的数量和质量，减轻劳动者的劳动强度，保障劳动者的人身安全，节约能源、原材料，降低生产成本，从而提高劳动生产率。

交通运输、航空航天领域应用过程控制系统更为广泛，铁路车辆调度、民航飞机起降、火箭发射及飞行轨迹的实时控制都离不开计算机系统的过程控制。

4.计算机辅助系统 计算机辅助系统(computer aided system)包括计算机辅助设计(computer aided design，CAD)、计算机辅助制造(computer aided manufacturing，CAM)和计算机辅助教学(computer aided instruction，CAI)。

计算机辅助设计是指利用计算机辅助人们进行设计。由于计算机具有高速的运算能力及图形处理能力，使CAD技术得到广泛应用，如建筑设计、机械设计、集成电路设计和服装设计等领域都有相应的CAD系统软件的应用。采用计算机辅助设计后，大大减轻了相应领域设计人员的劳动强度，提高了设计速度和设计质量。

计算机辅助制造是指利用计算机对生产设备进行管理、控制和操作。在产品的生产过程中，利用计算机控制生产设备的运行、处理生产过程中所需的数据、控制和处理生产材料的流动，以及对产品进行质量检验等属于计算机辅助制造技术。利用CAM技术可以提高产品质量及数量、降低成本、缩短生产周期、降低劳动强度(如用数控机床加工工件)。

计算机辅助教学是指利用计算机帮助教师教学，指导学生学习的计算机软件。目前国内外CAI教学软件比比皆是，尤其是近年来计算机多媒体技术和网络技术的飞速发展，网络CAI教学软件如雨后春笋，交相辉映。网络教育得到了快速发展，并取得巨大成功。

5.人工智能 人工智能(artificial intelligence，AI)是指用计算机模拟人类的演绎推理和决策等智能活动。在计算机中存储一些定理和推理规则，设计程序让计算机自动探索解题方法和推导出结论是人工智能领域的基本方法。人工智能领域的应用成果非常广泛，例如，模拟医学专家的经验对某一类疾病进行诊断；具有低等智力的机器人；计算机与人类进行棋类对弈；数学中的符号积分和几何定理证明等。

6.计算机网络 计算机网络(computer network)是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。

7.多媒体计算机系统 多媒体计算机系统(multimedia computer system)即利用计算机的数字化技术和人机交互技术，将文字、声音、图形、图像、音频、视频和动画等集成处理，提供多种信息表现形式。这一技术被广泛应用于电子出版、教学和休闲娱乐等方面。

8.虚拟现实技术 虚拟现实技术(virtual reality，VR)是计算技术、人工智能、传感与测量、仿真技术等多学科交叉融合的结晶。VR一直在快速地发展，并在军事仿真、虚拟设计与先进制造、能源开采、城市规划与三维地理信息系统、生物医学仿真培训和游戏开发等领域中显示出巨大的经济效益和社会效益。虚拟现实技术与网络、多媒体并称为21世纪最具应用前景的三大技术，在不久的将来它将与网络一样彻底改变人们的生活方式。

9.云计算 云计算(cloud computing)是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机和其他设备。

云计算描述了一种基于互联网的新的IT服务增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展而且经常是虚拟化的资源。

云计算依赖资源的共享以达成规模经济，类似基础设施(如电力网)。服务提供者集成大量的资源供多个用户使用，用户可以轻易地请求(租借)更多资源，并随时调整使用量，将不需要的资源释放回整个架构，因此用户不需要因为短暂尖峰的需求就购买大量的资源，仅需提升租借量，需求降低时便退租。服务提供者得以将目前无人租用的资源重新租给其他用户，甚至依照整体的需求量调整租金。云计算服务应该具备以下特征：随需应变的自助服务；可随时随地用任何网络设备访问；多人共享资源池；快速重新部署灵活度；可被监控与量测的服务。一般认为还有如下特征：基于虚拟化技术快速部署资源或获得服务；减少用户终端的处理负担；降低用户对于IT专业知识的依赖。

10.大数据 大数据(big data)，或称巨量资料、海量数据、大资料，指的是所涉及的数据量规模巨大到无法通过人工，在合理时间内达到截取、管理、处理并整理成为人类所能解读的信息。在总数据量相同的情况下，与个别分析独立的小型数据集(data set)相比，将各个小型数据集合并后进行分析可得出许多额外的信息和数据关系性，可用来察觉商业趋势、判定研究质量、避免疾病扩散、打击犯罪或测定实时交通路况等，这样的用途正是大型数据集盛行的原因。

大数据几乎无法使用大多数的数据库管理系统处理，而必须使用“在数十、数百甚至数千台服务器上同时平行运行的软件”。大数据的定义取决于持有数据组的机构之能力，以及其平常用来处理分析数据的软件之能力。“对某些组织来说，第一次面对数百吉字节(GB)的数据集可能让他们需要重新思考数据管理的选项。对于其他组织来说，数据集可能需要达到数十或数百太字节(TB)才会对他们造成困扰。”