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第10章 计算机发展展望与应用热点,知识点: 计算机发展展望 应用层的热点 技术支持层 核心技术层 通过对本章的学习读者将了解计算机未来发展的情况;了 解常见的在计算机应用层的应用热点;以及了解当前在技术支 持层和核心技术层的主要研究方向;在完成本章的学习后能够 对计算机的发展和其应用的热点有更多的了解。,10.1 计算机发展展望,10.1.1 分子计算机 分子计算机的运行靠分子晶体可以吸收以电荷形式存在的信 息,并以更有效的方式进行组织排列。凭借分子纳米级的尺寸,将 分子计算机的体积剧减。分子计算机耗电可大大减少,而且能更长 期地存储大量数据。 10.1.2 光子计算机 光子计算机是利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。 在光子计算机中,不同波长的光代表不同的数据,这点远强于电子 计算机中通过电子“0”和“1”状态变化进行的二进制运算,这种 特性使它可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。 光子计算机将使运算速度不断呈上升趋势。,10.1.3 量子计算机 量子计算机的原理是利用处于多现实态的原子作为数据进行运 算。很多国家先后开展了有关量子计算机的基础研究。量子棘轮 (quantumratchet)是一门崭新的科学。通过一个振荡信号或随机 变化信号,科学家可以从看似混乱无序的状态中得到可以控制方向 的有用运动。借助于让电子从一个电器元件跳跃到另一个电器元 件,可以制造出不用电线连接的电子设备。,10.2 应用层的热点,10.2.1 数值计算 数值计算是计算机的重要应用之一。它具有以下功能: (1)数字图形图像处理 :数值计算功能一个重要的应用是数字 图形图像处理。图像图形科学是一门理论与现代高科技相结合来系 统地研究各种视觉原理、技术和应用的综合性很强的交叉学科。图 像图形科学具有涉及面广,内容丰富,跨行业、跨学科的特点。 (2)计算机仿真技术:计算机仿真技术首先可以高效地处理科学 数据和解释科学数据。而且,计算机仿真技术丰富了信息交流手段 ,即科学家之间的信息交流不再局限于采用文字和语言,而足可以 直接采用图形、图像、动画等可视信息。,10.2.2 信息处理 计算机的出现使得可以利用计算机对不同形式的数据进行处 理,这些数据包括文字、数字、图形、图像、声音等。目前,信息 处理是计算机应用中最为广泛的领域,文字、图形图像和信号处理 等信息处理技术,已在社会被普遍应用于会计、统计、医学和科学 研究等诸多方面。 10.2.3 自动控制 所谓自动控制是指在无人干预的情况下,利用控制装置(或控制 器)使被控对象(如机器设备或生产过程)的一个或多个物理量(如 电压、速度、流量、液位等)在一定精度范围内自动地按照给定的规 律变化。例如 :人造卫星按预定的轨道运行,并始终保持 正确的姿态等。,10.2.4 人工智能 广义上讲,用计算机来表示和执行人类的智能活动,就为人工智能。智能机器是指能够在各类环境中自主地或交互地执行各种模拟人任务的机器称为人工智能。 人工智能的任务是指:凡是使机器能具有感知功能(如视、听、嗅)、思维功能(如分析、综合、计算、推理、联想、判断、规划、决策)、表达行动功能(如说、写、画)及学习记忆等功能,都是人工智能研究的范畴。,10.2.5 数字艺术 所谓“数字艺术”是指艺术与高科技结合,以数字化方式和概念所创作出的艺术。它可分为两种类型:一种是运用计算机技术、软硬件设备及科技概念进行设计创作,以表达属于数字时代价值观的艺术;另一种则是将传统形式的艺术作品以数字化的手法或工具表现出来。,经过photoshop软件处理过的图片,建筑物3D效果图,10.3 技术支持层,10.3.1 硬件DIY (1)电脑硬件的安装:装一台电脑的操作过程,大体上可以分为 3个阶段。首先是做好准备工作,包括工具、设备、器件和资料(含 驱动程序)等。其次是安装固定主板等硬件设备,做好各类跳线的 设置和各个插头的连接。最后步是试机,即初步检验设备安装情 况,只有确认器件正常,安装正确,才能算是完成了电脑硬件的安 装工作。 (2)解决死机现象:解决死机问题一般都是先从软件入手,再到 硬件,通常软件问题更多一些,而从软件入手,最先做的就是检查 病毒。从硬件入手时,先是查看机箱里CPU和环境的温度是不是过 高,电脑超频过快会造成CPU发热量加大一定要注意电脑的散热问 题;接下来就是检查内存,对于内存硬件的故障通常采用替换的方 法;检查完内存后是检查其他。,10.3.2 信息安全 网络的发展和普及,为信息安全提出新的难题。从网络上能否保 障信息的安全,其关键是首先要保障网络的安全,实现安全通信即数 据通过安全的网络途径进行传输。 网络信息安全的基本问题是众所周知的:可用性、保密性、完整 性、可控与可审查性等。 10.3.3 软件的二次开发 通常软件的开发过程包括以下几个步骤: (1)前期准备。 (2)实施过程。 (3)整体验收。 (4)后期培训。 (5)技术支持。,10.3.4 网络技术 在传统的有线网络中常用双绞线、同轴电缆、光导纤维电缆这 些传输介质来进行数据的传输,而无线网络中使用的传输介质是通 过空气进行信号的传输,也就是说在大部分通信设备间不使用任何 连接设备。无线网络中的无线技术大致包括无线电、微波、红外线 和卫星等 。,无线路由器,光纤,双绞线,10.4 核心技术层,10.4.1 微电子技术与芯片 电子技术是信息社会的基石。实现信息化的网络与关键的部 件,无论是各种计算机还是通讯电子装备,其基础是集成电路。 微电子学和微电子技术是以集成电路技术为代表,制造和使用 微小型电子元件、器件和电路,以实现电子系统功能的新型技术学 科,它也特指大规模集成电路的制造和运用技术。,10.4.2 操作系统 操作系统(Operating System,简称OS)是负责对计算机硬件直接控制及管理的系统软件。操作系统的功能一般包括处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理和作业管理等。当多个程序同时运行时,操作系统负责规划以优化每个程序的处理时间。操作系统是电脑必不可少的系统软件,是电脑的灵魂所在。电脑通过操作系统来解释人们的命令,从而达到控制电脑的目的。几乎所有的应用程序都是基于操作系统的。,10.4.3 嵌入式操作系统 在嵌入式操作系统(RTOS)方面,与PC操作系统比较,嵌入式操 作系统并未要求全能,但是要求必须能够依据系统设计规格,有效 率的发挥出硬件的运算能力,以便产品达到性价比的最佳化。大多 数的系统都会要求全自动完成所设定的工作,例如银行的系统,10.4.4 实时操作系统 实时操作系统(Real Time Operating System,RTOS)是使得计算机系统的硬件成为可用的、由软件或固件(FIRMWARE)所实现的程序集,是介于编程者与机器硬件之间的一个软件层。 实时操作系统在多媒体通信、在线事物处理、生产过程控制、交通控制、通信系统、武器制导等各个领域得到广泛的应用,10.4.5 嵌入式应用 所谓嵌入式应用,即指实时操作系统本身作为一个大系统的一 个部件而内置到该系统中的应用形式。通常的实时系统都属于这种 嵌入式应用,例如将计算机作为一种智能部件内装于专用设备中。 内置这种计算机的系统功能非常强大,具有反应速度快、自动化程 度高等特点。,嵌入式计算机系统的典型应用有: (1)自动控制 (2)通信系统 (3)智能设备 (4)家用电器 (5)计算机外设 (6)军事电子设备和现代武器,10.4.6 非嵌入式应用 这类设备具有标准的计算机外设,它的软件具有通用的人机接 口,其应用程序可按用户需要而改变,通常用于应用开发,数据处 理等。,非嵌入式计算机系统的典型应用如下: (1)测控计算机:在大型控制系统中,通常与几个嵌入式计算机一起组成,作为它们的上位机,进行系统的总控、协调和数据存储等工作。 (2)交互式系统:实时信息查询系统,如飞机定票系统、银行交易和股票交易系统等。这些系统的响应时间要求不高,只要是用户可以忍受就行了。,10.5 本章小结,本章概述了计算机在未来阶段的发展前景,其中介绍了分子计算机、光子计算机、量子计算机等计算机。另外,还讲解了硬件DIY、信息安全、软件的二次开发、网络技术等关于计算机技术支持的内容,以及嵌入式操作系统、实时操作系统等核心技术。本章所涉及计算机的覆盖面较大,要求同学们全面掌握计算机知识。 其重点是计算机的应用热点,包括:数值计算、信息处理、自动控制、人工智能、数字艺术等内容。,10.6 实践检验,理论巩固 (1)计算机发展未来怎样? (2)控制系统的概念以及计算机辅助分析与设计的主要内容包括哪几个方面? (3)
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