计算机的发展与应用.doc

计算机发展与应用的调查与研究随着社会的发展，计算机越来越成为我们学习、工作、生活中不可缺少重要组成部分。计算机技术与功能不断地革新与突破，也被应用到更多更广阔的领域，提高了我们的工作效率，优化了生产和生活。下面我们来谈一下计算机的发展和在几个重要方面的应用。一、计算机的发展l 人类所使用的计算工具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。从计算机的发展趁势看，大约2010年前美国就可以研制出千万亿次计算机。 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。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。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。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。第四代计算机的另一个重要分支是以大规模、超大规模集成电路为基础发展起来的微处理器和微型计算机。l 在计算机的发展过程中也有一些影响着计算机发展和未来的大事情。 1946年，第一台电子计算机“埃尼阿克”问世。第一台电子计算机叫“埃尼阿克”（ENIAC），它于1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学宣告诞生。承担开发任务的“莫尔小组”由四位科学家和工程师埃克特、莫克利、戈尔斯坦和博克斯组成，总工程师埃克特当时只有24岁。这台计算机研制的初衷是将其用于二战中，但直到二战争结束一年后才完成。它长30.48米，宽1米，占地面积为70平方米，有30个操作台，约相当于10件普通房间的大小，重达30吨，耗电量为150千瓦，造价是48万美元。“埃尼阿克”使用18000个电子管、70000个电阻、10000个电容、1500个继电器和6000多个开关，每秒执行5000次加法或400次乘法运算，是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。1954年，防空用的计算机“赛其”诞生。1954年，防空用的计算机“赛其”在美国诞生。“赛其”（SAGE）半自动地面防空系统（Semi-Automatic Ground Environment）是用来帮助美空军追踪雷达信号的。它是最早由人工操作的实时控制计算机系统，能够接收各侦察站雷达传来的信息，识别出来袭飞行物，然后由操作者指挥地面防御武器瞄准敌方飞行器。它重达 300 吨，放置在一个水泥堡垒中。它配备了诸如调制解调器和图形显示技术，而且它的处理器还是“双核”的。“赛其”是冷战时期的产物。当时，苏联爆炸了第一颗原子弹，冷战日渐加剧，美国政府希望把电脑的优势用于军事目的上，由此建立了一个能使国家边境免遭空袭的半自动地面防御系统“赛其”。1960年，日本电气公司生产出NEAC 2203。1960年，日本电气公司（ Nippon Electric Company ）制造计算机NEAC 2203。它是日本最早的晶体管计算机，使用磁芯内存，这在当时还是很昂贵的。NEAC 2203主要应用在商业、科学和工程领域。1964年，IBM System/360 大型机问世1964年，IBM的System/360 大型机问世。作为IBM可互换计算机系列的家庭成员中的一员，IBM System/360 大型机是第一个可涵盖全范围应用软件的计算机，大大小小的软件，从商业到科学，都可以进行安装应用。高端的System/360大型机曾在NASA的阿波罗登月计划以及空中交通控制系统中得到应用。IBM重金研制IBM System/360 大型机并大获成功，一举确立了其市场上的统治地位。而且几乎没有什么计算机能像IBMSystem/360 大型机那样长命了，甚至有些360大型机至今仍在运行。1964年，世界上首台超级计算机“CDC 6600”诞生。1964年，西摩克雷(Seymour Cray)为美国一家叫做数据控制公司(Control Data Corporation)设计了第一台正式命名为“CDC 6600”的超级计算机。“CDC 6600”采用管线标量架构，使用西摩克雷的小组开发的RISC指令集。在这种架构中，一个CPU交替处理指令的读取、解码和执行，每个时钟周期处理一条指令。它在诞生起至1969年，在西摩克雷设计出第二台超级计算机之前，一直是世界上最快的计算机。西摩克雷也因此被称为超级计算机之父以及世界上最伟大的程序师之一。1965年，世界上第一台真正意义的小型计算机PDP-8问世。1965年，美国数字设备公司（DEC)推出了世界上第一台真正意义的小型计算机PDP-8,标志着小型机时代的到来。由于性能完全可以媲美于大型机，且价格低廉，远远低于其他公司的同类产品的价格。PDP-8一上市便赢得了市场的追捧，数以千记的PDP-8被销售给了小型企业，大学，中学和报社等，PDP-8取得了巨大的成功。在以后的15年里，DEC公司共计卖出了5万多台PDP-8。1969年，通信处理机IMP诞生。1969年，通信处理机IMP诞生。通信处理机IMP(Interface Message Processor)是一种专用小型机，它是插在计算机主机和电话线之间处理信息路由的。在冷战高峰期时，美国就已经对其进行构思了。当时美国政府极力寻求一种方法，确保其计算机网络在某些意外情况下仍然能够发挥作用，比如受到核攻击或其他敌对行为的摧毁。IMP显现出了第一代网关（即今天人们所知的路由器）的特征。IMP的创意是由“互联网之父”雷纳德?克兰罗克(Leonard Kleinrock)代表华盛顿大学参加美国远景研究规划局组织的“通信小组”(Communication Group)讨论阿帕网（ARPANET）方案时提出的。它在阿帕网的发展中扮演了举足轻重的作用，而阿帕网就是现代互联网的先驱。1971年，世界上首款个人计算机Kenbak-1产生。1971年，世界上首款个人计算机Kenbak-1产生。它由约翰布兰肯巴克(John V. Blankenbaker)使用标准的中规模和小规模集成电路设计而成，生产商把它吹捧为一种易于使用的教育工具，enbak-1计算机当时的售价为750美元，但是却只售出了几十台。由于缺少一个微处理器，存储容量为256字节，而它唯一的输出就是一系列闪烁的灯光。据当时的编程人员介绍，由于可用的内存实在太少，用户在玩完游戏时，计算机根本无法显示玩家的输赢状况，用户只有通过自己才能辨认。1976年，第一台超级计算机Cray-1问世。1976年，第一台超级计算机Cray-1问世，它在当时也是世界上运行速度最快的计算机。尽管价格不菲，每台售价在五百万到一千万美元之间，它仍然相当畅销。它是计算机设计师西摩克雷(Seymour Cray) 设计出的众多超级计算机之一，西摩克雷终身致力于超级计算机的研制，被被誉为超级计算机之父。它有一个由氟利昂散热的64位系统，运行的速度为80MHz，带有8MB的RAM。和它的散热系统一起计算，Cray-1的第一个模型重达5.5吨。1976年，苹果电脑Apple I现世 Apple I是一种早期个人计算机，它由史蒂夫?沃兹尼克（Steve Wozniak）设计并手工打造。它的硬件放在木盒子里边，外观上看上去跟一台打字机差不多。它并没有配备显示器，需外接电视机来作为显示设备。尽管 Apple I的设计很简单，但它仍是一件杰作，而且比其他同级的主机所需用的零件更少。它为史蒂夫?沃兹尼克赢得了设计大师的名誉。沃兹尼克的朋友史蒂夫?贾伯斯则提出销售这台计算机的建议。作为苹果公司的第一款产品，于1976年4月在加州一次展会上展示。它在1976年7月以666美元的价格进行零售，消费者仍需自己购买相应键盘、显示器等配套设备。尽管价格低廉，不过它为Apple II的巨大成功打下了基础。Apple I总共生产了200台，目前Apple I价格已涨到数万美元，成为古董收藏家们最为青睐的收藏对象之一。1981年，IBM个人电脑产生。它拥有独立的键盘、打印机以及显示器，光滑而完整的前瞻性包装，立即吸引住了消费者的目光。它的产生使得个人手工制造电脑成为历史，电脑的生产开始进入公司化生产。它取得了巨大的商业成功，诞生之日起后的许多年来一直是个人电脑的标志，并在后来吸引其他电脑制造生产加入这场竞争，争相推出类似的台式机人电脑。1981年，第一款便携电脑Osborne 1诞生1981年4月，奥斯本（Osborne）公司发布了一款名叫Osborne 1的便携电脑，它之所以被称作便携式电脑是因为设计了一个超袖珍的内置显示屏，当然这个显示屏是显像管技术的而非LCD的，而且它的键盘外设计一应俱全，因此被称为世界上首款真正的便携式电脑。电脑重24磅，价格不到2000美元。它采用的是Ziolog Z80A(4MHz)微处理器，配备了64K的大容量内存，5寸的黑白显示器。值得一提的是，它所随机附带的软件在当时来说是非常的齐全。1983年，惠普发布首款超越时代的触摸屏电脑HP-150。1983年，惠普推出了首款超越时代触摸屏个人电脑HP-150，这种9英寸的计算机屏幕里放置红外线发射器和接收器，能够检测到用户手指的位置。使用户仅需触摸屏幕即可激活其电脑的功能，HP-150的问世标志着惠普开启了人性化个人电脑的先河。1997年，IBM“深蓝”超级计算机问世上个世纪80年代末，IBM启动“深蓝”超级计算机项目计划，试图运用并行数据处理技术解决一些难题。1997年，IBM“深蓝”超级计算机问世它是最厉害的计算机下棋高手， 在全球十亿人的面前，经过六轮较量后，击败了世界冠军的卡斯帕葛斯纳夫(Garry Kasparsov)，“深蓝”是一款32节点的IBM RS/6000 SP计算机，处理器采用32位P2SC，运行AIX操作系统。在比赛期间，“深蓝”的平均运算速度是每秒1亿2600万步。目前，这台超级计算机被安放在美国华盛顿特区的史密森国家博物馆里。2007年，苹果iPhone问世。2007年，苹果首席执行官史蒂夫乔布斯（Steve Jobs）推出了iPhone这种方便的小装置，它将因特网、常规手机、相机、媒体播放器汇集在了一起，它支持各种各样的第三方应用程序或应用软件，从食谱到夜空地区等等。将一切功能都都包装在这个光滑，有光泽外观的iPhone中，它本质上就是一种微型个人便携式电脑。而针对对苹果的最新项目：苹果平板电脑，有人称这种便携式电脑看上去就像一个大的iPhone。虽然人们一还不知道它的名字，但它应该有有无线上网功能，7至10英寸的触摸屏。它的问世又将改变个人电脑的面貌。l 计算机的发展方向智能化网络化巨型化微型化二、计算机的应用 计算机的应用范围科学计算信息管理过程控制计算机辅助系统人工智能计算机网络与通信（一）科学计算科学计算是指科学和工程中的数值计算。它与理论研究、科学实验一起成为当代科学研究的三种主要方法，主要应用在航天工程、气象、地震、核能技术、石油勘探和密码解译等涉及复杂计算的领域。（二） 信息管理信息管理是指非数值形式的数据处理，以计算机技术为基础，对大量进行加工处理，形成有用的信息。其被广泛应用于办公自动化、事物处理、情报检索、企业管理和知识系统等领域。信息管理是计算机应用最广泛的领域（三） 过程控制过程控制又称实时控制，指用计算机及时采集检测数据，按最佳值迅速的对控制对象进行自动控制或自动调节。目前已在冶金、石油、化工、纺织、水电、机械和航天等部门得到广泛应用。（四） 计算机辅助系统计算机辅助系统指通过人机对话，使用计算机辅助人们进行设计、加工、计划和学习等工作。例如，计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助教育（CBE）、计算机辅助教学（CAI）、计算机辅助教学管理（CMI）。另外还有计算机辅助测试（CAT）和计算机集成制造系统（CIMS）等。（五） 人工智能人工智能是研究怎样让计算机做一些通常认为需要人类智能才能做的事情，又称机器智能，主要研究智能所执行的通常是人类只能的功能，如判断、推理、证明、识别、感知、立即人、设计思考、规划、学习和问题求解等思维活动。（六） 计算机网络与通信计算机网络与通信指利用通信技术，将不同地理位置的计算机互联，以实现世界范围内的信息资源共享，并能交互式地交流信息。 下面举例说明计算机在几个方面的应用n 人工智能方面。计算机模拟仿真在医学领域的应用 1 计算机的虚拟仿真技术在医学教育方面的应用医学教育与其它基础学科的教学有所不同，它不但要传授传统的医学理论、医学原理，更需要了解现代医学的发展，了解有关医学的最新动态。传统医学的教学模式已远远跟不上知识更新的速度，严重影响着医学教育的效果。计算机技术的发展，特别是虚拟仿真技术的应用，将对传统的医学教学模式产生巨大的影响。 11 发展虚拟教学，有利于挖掘高校潜能 虚拟教学是指利用计算机的虚拟仿真技术，对教学环境、教学内容进行教学仿真的一种模式。在这种模式下，课堂教学不再局限于有形的教室中，教学活动的空间和时间得到了无形扩展。”虚拟课堂”的实现为学生提供了可移动的电子教学场所，从而改善了高等教育的教学环境，扩大了高校的承载能力，适应当前我国高校扩招的发展需求。 12 医学教学最需要直观、形象、生动，但在教学中往往又难以直接展示人体的结构、疾病发生及发展过程等教学内容。长期以来，医学的临床教学和实习，完全依赖于图片教学和解剖教学。图片教学不够生动、难以具体化；而解剖教学成本大、不可重复执行，这对加快医学教育的发展、实现医学教学现代化极为不利。 13 医学是一门实践性很强的学科，实验和实习贯穿了整个教学过程。实验教学环节的好坏对学好这门课程更是至关重要。学生只有通过足够的验证性实验和一定数量的综合实验才能获得必要的综合技能，并初步具备一定的实际工作能力。目前一些医学虚拟实验软件的问世，如：虚拟解剖软件 “三维骨骼系统”，对医学教育起着很大的促进作用。 131 虚拟仿真实验软件，打破了时空局限性，为学生提供了真正的“开放性实验室”。现在计算机已经普及，只要购买所需的仪器模块和软件，装入计算机，学生可以不受时空的局限，随时随地地进行实验。上课未完成的实验，下课可继续进行；教学大纲没有要求的，只要学生感兴趣，同样可以在计算机上实现。 132 虚拟仿真实验软件，保证了实验项 目和数量。在医学院校，一些实验的耗资较大，不仅要用到大量的动物、药品，而且也离不开许多精密仪器，一般学校难以开出。目前利用计算机及多媒体技术，已开发出了一批虚拟仪器系统用于教学和科研，通过点击、拖拽鼠标可以拆卸、装配、连接仪器，并用来测量参数。这样就无需购置多套先进而昂贵的仪器，也能保证实验的项目和数量。 133 建设常新的实验实习基地。利用多媒体技术，半实物仿真与虚拟现实相结合的方法，建造虚拟演练的先进的实验实习基地，其中的“设备、器械、动物、药品”多是 “虚拟”的，可根据发展需要重新 “生成”新设备，也可以使 “动物死而复生”，使教学内容在虚拟环境中不断更新，使实践训练及时跟上技术的发展，从而培养出高素质的毕业生，保证了医学领域高新技术人才的需求。 2 虚拟仿真技术在医学研究方面的应用 在医学的发展过程中，新情况新问题不断涌现，为医学工作者提出了许许多多的问题，需要他们不断探索。因此科研活动在医学领域中显得尤为重要。但是科学研究是一项耗资大，周期长，包含着很多不确定因素，成败难以确定的工程，因而科研活动的展开受到了限制。但随着计算机虚拟仿真技术的发展，医学研究的条件将会有很大的改善。计算机仿真的仪器药品以训练系统具有低代价、零风险、多重复性、自动指导的及即将面世的“数字化虚拟人体”都会给科研者带来极大的方便。他们花少量的经费就可以获得这些 “实验材料”，并且 “取之不尽，用之不绝”，反复实验，直至成功。然后将实验方案移置到真实的实验环境中，以验证真实的情况。这样就可以大大节约科研经费，缩短实验周期。美国Physiome公司开发出的一个虚拟心脏，科学家们已经用它反复来研究心率不齐和试验新药。目前，他们又开发了“虚拟免疫系统”，它将进一步加快新药测试过程，并大大降低成本和风险。这仅仅还是开始，随着数字人体的逐步推进，各种医学问题将会得到更深入的研究。 3 虚拟仿真技术在临床医学方面的应用 虚拟仿真技术在医疗上的应用起源于医务人员对复杂的三维医学解剖体数据的可视化需求，进而发展到能对可视化的数据进行实时操作，从而建立起了可供手术和手术前规划使用的虚拟环境。随着计算机技术和多媒体技术的飞速发展，虚拟现实技术已逐渐从实验室的研究项 目走向实际应用，而在医学手术教学和仿真训练等方面，虚拟仿真技术有着不可替代的和令人鼓舞的应用前景。 31 医疗手术方案的制定和治疗效果的预测 在对病人实施复杂手术之前，医生把通过CT、MRI获取的病人的真实图像送人仿真系统，并参考虚拟系统中的专家库资料，制定手术和治疗的方案；对于没有把握的方案，还可以在虚拟环境中进行实验。对从计算机上获得的模拟治疗结果，进行评判，医生就可以对实际手术做出相应的规划，从而可预见难以预料的复杂性。 32 有助于术前的准备工作 手术以前，医生可以先用虚拟现实系统进行练习，分析病灶周围解剖结构情况，仿真手术过程并模拟显示手术路径与重要器官的关系，从而获得最佳手术路径，确定最优化、最合理的手术计划，打印输出手术方案报告，存贮病例计划。 33 有利于培养医务工作人员 虚拟手术操作教学是模拟仿真技术能够虚拟出“真实的世界”，运用该技术可以使医务工作者置身于虚拟的场景内，体验并学习如何应付各种临床手术的实际情况，通过视、听、触觉等多种感官了解和学习各种手术实际操作。尤其对缺乏经验的年轻医生，可以在依据专家的经验创建出的手术专家系统必要的提示和指导下，在计算机上进行多次的手术仿真训练，再上真正的手术台，这样大大的节约了培训医务人员的费用和时问。由于虚拟手术仿真训练系统具有低代价、零风险、多重复性、自动指导的优点，可以迅速高效地提高学习者的手术及其他操作的技能。目前与医学相关的虚拟现实应用主要包括：手术，内窥镜检查和放射外科等。其中，虚拟医学手术仿真训练是一种技术难度较大的应用。通过对虚拟仿真技术的研究与应用，将使该项技术逐步在医院和高等医学院校的教学和临床治疗中应用推广 并向更多更复杂的典型外科手术扩展，而且随着技术的逐渐成熟还能使这项技术进一步应用于其他领域如：远程手术、合作治疗、战场救护等紧急医务处理，以及身体、精神健康和恢复等。计算机的虚拟仿真技术具有广阔的发展和应用前景，并将为提高我国医学手术规模和医疗水平做出重大的贡献。虚拟仿真技术为医学界展示了未来的美好前景。但是，我们必须清醒地认识到，虚拟仿真技术的应用不会自然而然地创造奇迹，因为任何技术的社会作用都 取决于它的使用者。只有医学界认识到这项技术的重要性，并深入了解它；与相关学科很好地合作，虚拟仿真技术才能更好地促进医学教育革新，推动医疗事业的发展。 n 计算机辅助设计计算机辅助设计在汽车外观设计方面的应用计算机辅助设计是从20世纪60年代发展起来的一项技术,并已经广泛地应用到工业设计中.随着计算机技术的迅速提升,计算机辅助设计也正在工业设计中扮演着越来越重要的角色,同时也使的这项技术成为当前无论是工业设计,还是概念设计,或者计算机领域的一个热点问题. 随着市场竞争的日趋激烈,社会的消费观念不断发生变化,产品的功能已不再是消费者决定购买的主要因素.产品的创新性、环保性、宜人性、外观造型等因素愈来愈受到重视,在竞争中占据突出地位.在这种情况下,许多企业都意识到产品设计