计算机科学技术的研究范畴及其在各领域中的应用

计算机科学技术的研究范畴及在各领域的应用本章主要内容

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

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。

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

微型计算机技术

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计算机硬件的研究内容

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—机工程计算机网络的研究内容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。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。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。二、虚拟现实技术三、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。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。

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。

8.3计算机在教育、教学中的应用

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。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。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。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。

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

1．核心技术以信息技术、仿真技术和虚拟现实技术为支持。涉及面很广，以建模技术、仿真技术、虚拟现实技术、作为核心技术。2．在制造业中的应用虚拟制造技术最初是在飞机、汽车等领域获得成功的应用。目前主要应用在以下几个方面。虚拟企业虚拟产品设计虚拟产品制造虚拟生产过程

三、虚拟制造8.5计算机在商业、银行、证券业中的应用计算机在商业中的应用

计算机在银行业中的应用

计算机在证券业中的应用

1．电子商务是人类经济、科技、文化发展的必然产物，是信息化社会的商务模式和未来。直观地说,所谓电子商务就是组织或个人在以通信网络为基础的计算机系统支持下的网上商务活动，即当企业将其主要业务通过Intranet、Extranet以及Internet与企业的职员、客户、供应商及合作伙伴直接相连时,其中所发生的各种商业活动。

8.5.1计算机在商业中的应用

电子商务的特征电子设备作为一种新的商务形式具有一些明显的特征，总结起来有以下几点：商务性、低成本、电子化、服务性、可扩展性、安全性。l商务性电子商务最基本的特性，即提供买、卖交易的服务、手段和机会。网上购物提供了一种客户所需要的方便途径。l

低成本性没有店面租金成本、销售人员和商品库存压力，以及很低的行销成本。l

电子化首先，书写电子化、传递数据化。其次支付手段高度电子化。再次，便于收集客户信息。最后，特别适用于电子信息产品的销售。电子商务的特征l

可扩展性是系统稳定的保障。如果在出现高峰状况时能及时扩展，就可使得系统阻塞的可能性大为下降，避免大量客户流失。l

安全性是必须考虑的核心问题，包括加密机制、签名机制、分布式安全管理、存取控制、防火墙、安全万维网服务器、防病毒保护等。l

集成性电子商务的另一特征，系统是各种技术、部门、功能的综合与集成。电子商务的分类按参加主体划分，可将电子商务分为企业间电子商务（B2B或BtoB），企业对消费者电子商务（B2C或BtoC）、政府对企业电子商务和消费者电子商务等。按交易的对象划分，可将电子商务分为三类：有形商品电子商务、数字商品电子商务、和服务商品电子商务。lB2B。将关键的商务处理过程连接起来，以形成虚拟企业。lB2C。这种模式节省了客户和企业双方的时间、空间、从而大大提高了交易效率，节省了各类不必要的开支。电子商务的分类l有形商品电子商务。是指将实物商品的交易尽可能通过网络来完成，与其他两种电子商务相比，有形商品电子商务具有一个明显的特点，就是它与物流过程紧密结合在一起。l数字商品电子商务。指通过网络传输数字商品，达成交易的电子商务形式。l服务商品电子商务。交易对象是服务商品，但和数字商品电子商务不同的是，在此商务流程中也结合了物流过程，比如邮政电子商务等

电子商务展望：

政府与企业（G2B或GtoB）。主要是政府采购在电子商务中的应用。政府采购是指各级政府为了开展日常政务活动或为公众提供公共服务的需要，在财政的监督下，以法定形式方法及程序，从市场上为政府部门和所属公共部门购买商品和服务。

个人对个人的商务活动。在传统上主要通过分类广告、收藏物品展示、旧物出售和跳蚤市场这样的贸易方式或场所进行，或者通过拍卖行、当地分销商这样的中介进行。因特网电子商务的发展为C2C打开了方便之门。将因特网用于C2C贸易，可以扩大市场潜力，创造更多的市场机会。

电子商务发展趋势网上城市。。这里所讲的网上城市仅指在同一个城市里建立一个综合各门各类的商务平台，来进行各种日常活动，如购物、订票、网上远程教育、炒股、娱乐等;中国电子商务将向融合趋势发展。中国的电报网、电话网、传呼网、传真网、广播电视网、卫星网及计算机网络都形成了一定的规模。在短时期内，将传统的通信网络放弃是不现实的，近年来，在国内实现网络互联、多网合一的呼声越来越高，通信网络的互联已成为一种趋势。电子商务发展趋势B2B电子商务将成为主流。企业间电子商务的迅速发展条件已经具备。第一，国际B2B电子商务发展迅速；第二，国家对企业上网给予积极鼓励和大力扶持；第三，企业信息化建设速度相对较快，比较容易实现网络交易；第四，电子商务是众多企业，尤其是中小企业发展的契机，它的低成本和方便快捷等特性尤为适合经济落后地区的企业。2．电子交换技术电子数据交换（EDI）,是指按照协议，对具有一定结构的信息，通过数据通信网络，在贸易伙伴的计算机系统之间进行交换和处理。EDI包括网络、标准和软件三大部分:网络：传统的EDI是在专用网络上实现的，这类专用网络称为增值网（VAN），这样做主要是考虑到安全问题。标准：由于不同企业的信息格式不同，需要以统一的EDI标准格式文件作为信息交换的中间媒介。目前国际间统一的EDI标准是联合国主持制订的UN/EDIFACT。软件：EDI的软件主要用于将用户应用系统中的信息翻译成EDI标准格式，并通过专用通信协议进行传输与交换。EDI的工作方式加上通信交换信封，通过通信软件发送到增值服务网络或直接传给对方用户，对方用户则进行相反的处理过程，最后成为用