計算機科學技術的研究范疇及在各領域的應用本章主要內(nèi)容

計算機科學技術的研究范疇計算機在科學研究中的應用計算機在教育、教學中的應用計算機在制造業(yè)的應用計算機在商業(yè)、銀行、證券業(yè)中的應用計算機在交通運輸業(yè)中的應用計算機在醫(yī)學中的應用計算機在辦公自動化中的應用

8.1計算機科學技術的研究范疇

計算機科學主要的研究范疇包括計算機理論、計算機硬件、計算機軟件、計算機網(wǎng)絡及計算機應用等。

1計算機理論的研究內(nèi)容離散數(shù)學：主要研究數(shù)理邏輯、集合論、近似代數(shù)和圖論等。

算法分析理論：主要研究算法設計和分析中的數(shù)學方法與理論。形式語言與自動機理論：研究程序設計語言及自然語言的形式化定義、分類、結構等，研究識別各類語言的自動機模型及其相互關系。程序設計語言理論：運用數(shù)學和計算機科學的理論研究程序設計語言的基本規(guī)律。程序設計方法學：研究編制高質(zhì)量程序的各種程序設計規(guī)范化方法，并研究程序正確性證明理論等。

元器件與存儲介質(zhì)

微電子技術計算機組成原理計算機體系結構

微型計算機技術

程序設計語言的設計數(shù)據(jù)結構與算法程序設計語言翻譯系統(tǒng)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)算法設計與分析軟件工程學可視化技術計算機硬件的研究內(nèi)容

網(wǎng)絡結構數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡協(xié)議網(wǎng)絡服務網(wǎng)絡安全

軟件開發(fā)工具完善既有的應用系統(tǒng)開拓新的應用領域人—機工程計算機網(wǎng)絡的研究內(nèi)容8.2計算機在科學研究中的應用科學研究是計算機的傳統(tǒng)應用領域。主要用來進行科技文獻的存儲與查詢、仿真計算、虛擬現(xiàn)實、復雜現(xiàn)象的跟蹤與分析以及知識發(fā)現(xiàn)等。一、計算機仿真技術

1、定義：仿真就是應用計算機對復雜現(xiàn)實系統(tǒng)經(jīng)過抽象和簡化形成系統(tǒng)模型，然后在分析的基礎上運行此模型，從而得到系統(tǒng)一系列的統(tǒng)計性能。2、優(yōu)勢：縮短決策時間，避免資金、人力和時間的浪費。可以重復進行，優(yōu)化實施方案，具有很高的科學研究價值和巨大的經(jīng)濟效益。3、應用：首先由于仿真技術在應用上的安全性，使得航空、航天、核電站等成為仿真技術最早的和最主要的應用領域。特別是在軍事領域，新型的武器系統(tǒng)、大型的航空航天飛行器在其設計、定型過程中，都要依靠仿真試驗進行修改和完善。其次從仿真的經(jīng)濟性考慮，由于仿真往往是在計算機上模擬現(xiàn)實系統(tǒng)過程，并可多次重復運行，使得其經(jīng)濟性十分突出。采用模擬器培訓工作人員，經(jīng)濟效益和社會效益也十分明顯。另外，從環(huán)境保護的角度考慮，仿真技術也極具價值，如現(xiàn)代核試驗多是在計算機上仿真進行。二、虛擬現(xiàn)實技術1．虛擬現(xiàn)實技術的基本類型是一種高度逼真地模擬人在自然環(huán)境中視、聽、動等行為的人機界面技術，按其功能不同，可分成三種類型。（1）沉浸型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。是一套比較復雜的系統(tǒng)。使用者必須頭戴頭盔、手帶數(shù)據(jù)手套等傳感跟蹤裝置，才能與虛擬世界進行交互。優(yōu)點是用戶可完全沉浸到虛擬世界中去，缺點是系統(tǒng)設備價格昂貴，難以普及推廣。（2）簡易型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。由一臺普通的計算機系統(tǒng)組成，使用者通過鍵盤、鼠標便可與虛擬環(huán)境進行交互。特點是結構簡單、價格低廉，易于普及推廣，是一套經(jīng)濟實用的系統(tǒng)。（3）共享型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。是利用遠程網(wǎng)絡，將異地的不同用戶聯(lián)結起來，共享一個虛擬空間，多個用戶通過網(wǎng)絡對同一虛擬世界進行觀察和操作，達到協(xié)同工作的目的。2．虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成虛擬顯示系統(tǒng)通常由3個子系統(tǒng)構成：視覺子系統(tǒng)，提供的信息使參與者可以感知環(huán)境及其變化；聽覺子系統(tǒng)，給參與者一個覆蓋360度球體的聲音環(huán)境，從而可以增強虛擬環(huán)境的真實性；觸覺子系統(tǒng)，可以使參與者能夠感覺到物體的運動阻力、表面紋理、材質(zhì)和彈性等。3．虛擬現(xiàn)實技術的應用虛擬現(xiàn)實技術廣泛地應用于各個領域，科學研究與實驗、教育與培訓、制造、建筑、藝術娛樂、遙控操作、城市規(guī)劃等。盡管目前虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件設備還比較昂貴，虛擬現(xiàn)實技術尚未能普及。但是，隨著虛擬現(xiàn)實技術的不斷發(fā)展和完善，以及硬件設備價格的不斷降低，我們相信，虛擬現(xiàn)實技術以其自身強大的優(yōu)勢和潛力，最終會在許多領域廣泛應用并發(fā)揮其重要作用。二、虛擬現(xiàn)實技術三、文件存儲與檢索系統(tǒng)

科技文獻的檢索與查詢是開展科學研究工作的先導。在進行任何一項科學研究工作之前都必須對該課題國內(nèi)外的研究狀況有一個全面、深入的了解，這樣才能夠繼承前人所取得的成果、避免花費無謂的精力去重復做他人已經(jīng)做過的工作或者重蹈他人已經(jīng)失敗的覆轍。在信息化的社會中，科技文獻正在以爆炸性的速度急劇地增加。據(jù)統(tǒng)計，目前全世界每年發(fā)表的科技論文多達500萬篇以上、科學雜志已達數(shù)十萬種、每天約有近百億信息單元的信息量在網(wǎng)上傳遞，如此龐大的信息量，只有依靠計算機來檢索和存儲才能進行正常有效的科學研究和科技成果的交流。8.3計算機在教育、教學中的應用一、校園網(wǎng)建設

主要包括以下幾個方面：1．信息中心一般由資源服務器、web服務器、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及主干交換機等構成。它負責整個校園網(wǎng)的信息交換與保障網(wǎng)絡的正常運作。2．多媒體教室多媒體教室是指配有多功能投影系統(tǒng)的教室。多功能投影系統(tǒng)是以計算機為核心的，包括多媒體投影機、錄像機、影碟機、視頻展示臺、功率放大器、大屏幕和視聽演示系統(tǒng)等設備。它可與校園網(wǎng)或閉路電視系統(tǒng)相連，同時計算機還能供講課者使用，用于演講、學術報告、課件演示等。3．計算機網(wǎng)絡教室計算機網(wǎng)絡教室是指計算機教室連成的局域網(wǎng)，教學內(nèi)容直接從網(wǎng)絡上發(fā)布。這類教室主要用于信息技術課教學，學生上機練習以及其它課程的輔助學習等。

4．虛擬圖書館將大量的圖書資料以數(shù)字化的形式存儲在資源服務器上，或通過Video服務器提供各種多媒體信息資源。學生與教師通過計算機網(wǎng)絡可以方便的對資料進行查詢、檢索和使用。5．學校辦公網(wǎng)通過在校園網(wǎng)上運行的綜合信息管理系統(tǒng)，使學校的教學管理、學生管理和日常管理等實現(xiàn)辦公自動化，。6．校園卡系統(tǒng)利用校園網(wǎng)和智能卡(1C卡)技術，形成學校內(nèi)部完整的校園卡系統(tǒng)，通過一張IC卡，可以作為學生證、上機證、借書證、電話卡、就餐卡等，使學校全面實現(xiàn)電子信息化管理。

8.3計算機在教育、教學中的應用

二、計算機管理教學與計算機輔助教育計算機管理教學也是計算機在教育領域中的一個重要應用。這類應用是將計算機應用于教學的設計和評價及管理學生的成績和自然狀況，處理與教學有關的事物數(shù)據(jù)，它包括用計算機制訂教學計劃、計算機輔助測驗、學生錯誤分析等。計算機在管理上的應用使學校的管理更加方便、快捷、準確，使教學結構更加優(yōu)化。隨著多媒體課件制作技術的成熟，加快了計算機輔助教育的發(fā)展。一些學校已經(jīng)將課堂多媒體組合教育方式和利用多媒體計算機個別交互學習方式結合到傳統(tǒng)教育方式中。目前除了專業(yè)的軟件技術公司能提供多媒體課件外，學校教師自己設計制作的課件也極大地豐富了教學資源。開展計算機輔助教育不僅使學校教育發(fā)生了根本變化，還可以使學生在學校里就能體驗計算機的應用，使學生培養(yǎng)計算機意識，培養(yǎng)出復合型人才。三、網(wǎng)絡教育

很多校園網(wǎng)站和網(wǎng)上學校提供了較為豐富的教學資源，并提供了遠程交互的教學功能；一些資源豐富、教育水平高、網(wǎng)絡環(huán)境好的學校，還開展了與遠郊區(qū)縣甚至國外學校的遠程教育。遠程教育主要有實時遠程教學、虛擬教室教學、遠程考試、教學反饋四種功能。

遠程教育已開始建設以計算機網(wǎng)、衛(wèi)星電視網(wǎng)、電信網(wǎng)三網(wǎng)合一的空間立體開放的遠程教育體系。8.4計算機在教育、教學中的應用一、輔助完成產(chǎn)品的設計和制造1．CAD廣泛應用：汽車、飛機、船舶、機械、大規(guī)模集成電路、建筑、服裝設計等方面。優(yōu)點：使得人與計算機均能發(fā)揮各自的特長，縮短設計周期、提高工作效率、節(jié)省人力和財力、提高設計水平和質(zhì)量。主要技術：圖形處理、工程分析、數(shù)據(jù)管理、軟件設計和接口技術等。進一步發(fā)展：智能CAD，用來解決很多屬于非數(shù)值計算的問題。虛擬設計，可以完成傳統(tǒng)CAD做不到的工作，如交互和實時、虛擬裝配和虛擬實驗、使圖形真實感強（有遠、近、縱、深的感覺）等。8.4計算機在教育、教學中的應用2．CAM

設備和技術主要有：數(shù)字控制設備、可編程序邏輯裝置、計算機輔助編制加工計劃、機器人工程學、制造質(zhì)量控制技術等。

作用：采用CAM系統(tǒng)，從對設計文檔、工藝流程、生產(chǎn)設備等的管理，到對加工與生產(chǎn)裝置的控制和操作，都可以在計算機的輔助下完成。將CAD系統(tǒng)與CAM系統(tǒng)相結合，即把CAD的輸出（設計文檔）作為CAM設備的輸入，能夠實現(xiàn)無圖紙加工，使得設計和制造過程的部分工作實現(xiàn)自動化，進一步提高生產(chǎn)的自動化水平。有些國家已把CAD和CAM、計算機輔助測試及計算機輔助工程組成一個集成系統(tǒng)，使設計、制造、測試和管理有機地組成為一體，形成高度的自動化系統(tǒng)。

二、CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）1．CIMS的定義我們把“將計算機技術集成到整個制造過程中所構成的系統(tǒng)”稱為CIMS。2．CIMS的構成及有關技術主要由設計與工藝模塊、制造模塊、管理信息模塊和存儲運輸模塊構成。CIMS的有關技術包括：材料需求計劃、制造資源計劃、企業(yè)資源計劃、準時制造、敏捷制造和虛擬制造。3．CIMS的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢CIMS的現(xiàn)狀：目前我國CIMS總體技術的研究已處于國際上比較先進的水平。初步形成了11個系列的CIMS目標產(chǎn)品，覆蓋了企業(yè)信息化工程所需要軟件產(chǎn)品的85%以上。發(fā)展趨勢：l集成化l智能化l全球化

l虛擬化l柔性化l綠色化

1．核心技術以信息技術、仿真技術和虛擬現(xiàn)實技術為支持。涉及面很廣，以建模技術、仿真技術、虛擬現(xiàn)實技術、作為核心技術。2．在制造業(yè)中的應用虛擬制造技術最初是在飛機、汽車等領域獲得成功的應用。目前主要應用在以下幾個方面。虛擬企業(yè)虛擬產(chǎn)品設計虛擬產(chǎn)品制造虛擬生產(chǎn)過程

三、虛擬制造8.5計算機在商業(yè)、銀行、證券業(yè)中的應用計算機在商業(yè)中的應用

計算機在銀行業(yè)中的應用

計算機在證券業(yè)中的應用

1．電子商務是人類經(jīng)濟、科技、文化發(fā)展的必然產(chǎn)物，是信息化社會的商務模式和未來。直觀地說,所謂電子商務就是組織或個人在以通信網(wǎng)絡為基礎的計算機系統(tǒng)支持下的網(wǎng)上商務活動，即當企業(yè)將其主要業(yè)務通過Intranet、Extranet以及Internet與企業(yè)的職員、客戶、供應商及合作伙伴直接相連時,其中所發(fā)生的各種商業(yè)活動。

8.5.1計算機在商業(yè)中的應用

電子商務的特征電子設備作為一種新的商務形式具有一些明顯的特征，總結起來有以下幾點：商務性、低成本、電子化、服務性、可擴展性、安全性。l商務性電子商務最基本的特性，即提供買、賣交易的服務、手段和機會。網(wǎng)上購物提供了一種客戶所需要的方便途徑。l

低成本性沒有店面租金成本、銷售人員和商品庫存壓力，以及很低的行銷成本。l

電子化首先，書寫電子化、傳遞數(shù)據(jù)化。其次支付手段高度電子化。再次，便于收集客戶信息。最后，特別適用于電子信息產(chǎn)品的銷售。電子商務的特征l

可擴展性是系統(tǒng)穩(wěn)定的保障。如果在出現(xiàn)高峰狀況時能及時擴展，就可使得系統(tǒng)阻塞的可能性大為下降，避免大量客戶流失。l

安全性是必須考慮的核心問題，包括加密機制、簽名機制、分布式安全管理、存取控制、防火墻、安全萬維網(wǎng)服務器、防病毒保護等。l

集成性電子商務的另一特征，系統(tǒng)是各種技術、部門、功能的綜合與集成。電子商務的分類按參加主體劃分，可將電子商務分為企業(yè)間電子商務（B2B或BtoB），企業(yè)對消費者電子商務（B2C或BtoC）、政府對企業(yè)電子商務和消費者電子商務等。按交易的對象劃分，可將電子商務分為三類：有形商品電子商務、數(shù)字商品電子商務、和服務商品電子商務。lB2B。將關鍵的商務處理過程連接起來，以形成虛擬企業(yè)。lB2C。這種模式節(jié)省了客戶和企業(yè)雙方的時間、空間、從而大大提高了交易效率，節(jié)省了各類不必要的開支。電子商務的分類l有形商品電子商務。是指將實物商品的交易盡可能通過網(wǎng)絡來完成，與其他兩種電子商務相比，有形商品電子商務具有一個明顯的特點，就是它與物流過程緊密結合在一起。l數(shù)字商品電子商務。指通過網(wǎng)絡傳輸數(shù)字商品，達成交易的電子商務形式。l服務商品電子商務。交易對象是服務商品，但和數(shù)字商品電子商務不同的是，在此商務流程中也結合了物流過程，比如郵政電子商務等

電子商務展望：

政府與企業(yè)（G2B或GtoB）。主要是政府采購在電子商務中的應用。政府采購是指各級政府為了開展日常政務活動或為公眾提供公共服務的需要，在財政的監(jiān)督下，以法定形式方法及程序，從市場上為政府部門和所屬公共部門購買商品和服務。

個人對個人的商務活動。在傳統(tǒng)上主要通過分類廣告、收藏物品展示、舊物出售和跳蚤市場這樣的貿(mào)易方式或場所進行，或者通過拍賣行、當?shù)胤咒N商這樣的中介進行。因特網(wǎng)電子商務的發(fā)展為C2C打開了方便之門。將因特網(wǎng)用于C2C貿(mào)易，可以擴大市場潛力，創(chuàng)造更多的市場機會。

電子商務發(fā)展趨勢網(wǎng)上城市。。這里所講的網(wǎng)上城市僅指在同一個城市里建立一個綜合各門各類的商務平臺，來進行各種日?；顒?，如購物、訂票、網(wǎng)上遠程教育、炒股、娛樂等;中國電子商務將向融合趨勢發(fā)展。中國的電報網(wǎng)、電話網(wǎng)、傳呼網(wǎng)、傳真網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)及計算機網(wǎng)絡都形成了一定的規(guī)模。在短時期內(nèi)，將傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡放棄是不現(xiàn)實的，近年來，在國內(nèi)實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(lián)、多網(wǎng)合一的呼聲越來越高，通信網(wǎng)絡的互聯(lián)已成為一種趨勢。電子商務發(fā)展趨勢B2B電子商務將成為主流。企業(yè)間電子商務的迅速發(fā)展條件已經(jīng)具備。第一，國際B2B電子商務發(fā)展迅速；第二，國家對企業(yè)上網(wǎng)給予積極鼓勵和大力扶持；第三，企業(yè)信息化建設速度相對較快，比較容易實現(xiàn)網(wǎng)絡交易；第四，電子商務是眾多企業(yè)，尤其是中小企業(yè)發(fā)展的契機，它的低成本和方便快捷等特性尤為適合經(jīng)濟落后地區(qū)的企業(yè)。2．電子交換技術電子數(shù)據(jù)交換（EDI）,是指按照協(xié)議，對具有一定結構的信息，通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡，在貿(mào)易伙伴的計算機系統(tǒng)之間進行交換和處理。EDI包括網(wǎng)絡、標準和軟件三大部分:網(wǎng)絡：傳統(tǒng)的EDI是在專用網(wǎng)絡上實現(xiàn)的，這類專用網(wǎng)絡稱為增值網(wǎng)（VAN），這樣做主要是考慮到安全問題。標準：由于不同企業(yè)的信息格式不同，需要以統(tǒng)一的EDI標準格式文件作為信息交換的中間媒介。目前國際間統(tǒng)一的EDI標準是聯(lián)合國主持制訂的UN/EDIFACT。軟件：EDI的軟件主要用于將用戶應用系統(tǒng)中的信息翻譯成EDI標準格式，并通過專用通信協(xié)議進行傳輸與交換。EDI的工作方式加上通信交換信封，通過通信軟件發(fā)送到增值服務網(wǎng)絡或直接傳給對方用戶，對方用戶則進行相反的處理過程，最后成為用