計(jì)算機(jī)導(dǎo)論 課件 ch01 計(jì)算機(jī)發(fā)展概述

計(jì)算機(jī)發(fā)展概述第一章計(jì)算機(jī)導(dǎo)論職業(yè)教育計(jì)算機(jī)類專業(yè)系列教材01計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史PARTONE每個(gè)人都有兩只手，可以用作簡(jiǎn)單的計(jì)算工具，在古代方便了人們的交易。隨著人類生活和生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展，兩只手計(jì)數(shù)顯然是不夠的，促使其他計(jì)算工具出現(xiàn)，如相繼出現(xiàn)了結(jié)繩、算籌、算盤(pán)等手動(dòng)計(jì)算工具。中國(guó)是四大文明古國(guó)之一，先輩們深知數(shù)學(xué)在生活中的重要性，中國(guó)計(jì)算工具的持續(xù)發(fā)展體現(xiàn)了先輩們?cè)谒阈g(shù)研究中的不懈努力。早期計(jì)算工具（a）手指（b）結(jié)繩（c）算籌（d）算盤(pán)手動(dòng)計(jì)算工具信息數(shù)據(jù)就是一些符號(hào)編碼，好的計(jì)算工具將有利于信息數(shù)據(jù)的處理①。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，算籌得到普遍的應(yīng)用，籌算計(jì)數(shù)法已采用十進(jìn)制，這種計(jì)數(shù)法對(duì)世界數(shù)學(xué)的發(fā)展具有重要意義。后來(lái)，中國(guó)發(fā)明了世界上第一種手動(dòng)式計(jì)數(shù)器——算盤(pán)，并實(shí)現(xiàn)了珠算四則運(yùn)算的全部口訣化。在14～16世紀(jì)，歐洲開(kāi)始文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了一些有意義的計(jì)算工具，如：計(jì)算問(wèn)題的解決方法和結(jié)果首先取決于問(wèn)題的抽象描述及信息數(shù)據(jù)的表示，也與對(duì)信息數(shù)據(jù)可完成的操作密切相關(guān)。1621年，英國(guó)數(shù)學(xué)家岡特根據(jù)對(duì)數(shù)表發(fā)明了計(jì)算尺。01計(jì)算尺1642年，法國(guó)科學(xué)家帕斯卡發(fā)明了人類歷史上第一臺(tái)機(jī)械式計(jì)算器，即加法器。02加法器1673年，德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茨制作了可進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算的四則運(yùn)算計(jì)算器。03四則運(yùn)算計(jì)算器早期計(jì)算工具隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算工具得到了進(jìn)一步發(fā)展，如：19世紀(jì)20年代，英國(guó)數(shù)學(xué)家巴貝奇設(shè)計(jì)了用于完成復(fù)雜計(jì)算過(guò)程的機(jī)械，由于技術(shù)限制未能制作出實(shí)樣。01差分計(jì)算器和分析機(jī)1938—1944年，德國(guó)人康拉德·楚澤設(shè)計(jì)并制造了該系列計(jì)算機(jī)。02機(jī)電方式的計(jì)算機(jī)Z1～Z31944年，美國(guó)人霍華德·艾肯在IBM公司的資助下制造了著名的MARKⅠ。MARKⅠ用穿孔紙帶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的齒輪傳動(dòng)裝置。03最早的自動(dòng)計(jì)算機(jī)早期計(jì)算工具1936年，數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家艾倫·麥席森·圖靈（1912—1954年）發(fā)表了一篇題為《論數(shù)字計(jì)算在決斷難題中的應(yīng)用》的論文，該論文中提出了一種可以進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算的虛擬機(jī)——圖靈機(jī)。它是一種形式化的數(shù)學(xué)模型，也稱為理想計(jì)算機(jī)。圖靈的設(shè)計(jì)思想為后來(lái)采用離散信息編碼進(jìn)行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算提供了重要依據(jù)①。理想計(jì)算機(jī)艾倫·麥席森·圖靈圖靈將圖靈機(jī)設(shè)計(jì)為三個(gè)部分：控制邏輯單元、磁頭（讀/寫(xiě)頭）和紙帶（輸入和輸出）。手動(dòng)計(jì)算工具紙帶上移動(dòng)磁頭后的執(zhí)行方式和控制邏輯單元中的新運(yùn)行狀態(tài)是由磁頭在紙帶的當(dāng)前移動(dòng)位置記錄的數(shù)字編碼及控制邏輯單元中的當(dāng)前操作狀態(tài)決定的。計(jì)算結(jié)果由指令集（規(guī)則）與它們②共同確定。艾倫·麥席森·圖靈被稱為“計(jì)算機(jī)科學(xué)”之父、“人工智能”之父。它們是指磁頭在紙帶的當(dāng)前移動(dòng)位置記錄的數(shù)字編碼，以及控制邏輯單元中的當(dāng)前操作狀態(tài)。它們和指令集共同確定本次計(jì)算結(jié)果（重寫(xiě)記錄在紙帶當(dāng)前位置的數(shù)字編碼）。

這里計(jì)算結(jié)果還包含兩項(xiàng)內(nèi)容：紙帶上移動(dòng)磁頭后的執(zhí)行方式和控制邏輯單元中的新運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)輸入、輸出的內(nèi)容進(jìn)行特定編碼，形式上就可以將一臺(tái)計(jì)算機(jī)變?yōu)槟軌蛱幚砣魏尉幋a的圖靈機(jī)，稱為通用圖靈機(jī)。通用圖靈機(jī)可以完成人們形式化描述的任何可行算法。圖靈機(jī)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)有相似的指令執(zhí)行過(guò)程。圖靈機(jī)是一種形式化理想計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)模型，顯然計(jì)算機(jī)科學(xué)是以數(shù)學(xué)和電子科學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的。理想計(jì)算機(jī)1946年2月，ENIAC（電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院研制成功。馮·諾依曼（1903—1957年）在認(rèn)真總結(jié)ENIAC成功技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于1945年3月發(fā)表了一篇全新的電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方案報(bào)告《存儲(chǔ)程序通用電子計(jì)算機(jī)方案》（又稱EDVAC方案）。按照該方案，馮·諾依曼和賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院合作，于1952年設(shè)計(jì)研制了電子計(jì)算機(jī)——EDVAC，它也被稱為電子離散變量自動(dòng)計(jì)算機(jī)。電子計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生馮·諾依曼電子計(jì)算機(jī)從開(kāi)始發(fā)展時(shí)起，按照所處理的數(shù)據(jù)類型可分為模擬計(jì)算機(jī)（analoguecomputer）和數(shù)字計(jì)算機(jī)（digitalcomputer）。其主要區(qū)別在于計(jì)算機(jī)中信息的表示形式和處理方式不同。電子計(jì)算機(jī)按使用范圍分類，可以分為通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。通過(guò)存儲(chǔ)程序方式，人類世界和計(jì)算機(jī)世界實(shí)現(xiàn)了交互，計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生是20世紀(jì)重大的科技成果之一?，F(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)大多遵循馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)。從EDVAC誕生時(shí)起，它使用的主要邏輯電路一直沿用至今，邏輯代數(shù)的應(yīng)用已成為設(shè)計(jì)電子計(jì)算機(jī)的重要手段。人們通常按硬件所采用的電子邏輯器件將電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展劃分成四個(gè)階段。電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段互聯(lián)網(wǎng)（一般指Internet）的發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生了大量應(yīng)用計(jì)算機(jī)的用戶，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中關(guān)鍵的基礎(chǔ)技術(shù)之一就是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)?；ヂ?lián)網(wǎng)是由一些使用公用語(yǔ)言互相通信的計(jì)算機(jī)連接而成的全球網(wǎng)絡(luò)，即廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)及單個(gè)計(jì)算機(jī)按照一定的通信協(xié)議組成的國(guó)際計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)是公共信息的載體，這種大眾媒體的傳播速度比其他任何通信媒介都快。根據(jù)用戶數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件的類型，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展可分為初始階段、推廣階段、普及階段和發(fā)展階段四個(gè)階段?；ヂ?lián)網(wǎng)發(fā)展的四個(gè)階段互聯(lián)網(wǎng)電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展摩爾定律由戈登·摩爾提出，定律的內(nèi)容：當(dāng)價(jià)格保持不變時(shí)，集成電路上可容納的元件數(shù)量將每18～24個(gè)月翻一番，性能將提升一倍。在信息產(chǎn)業(yè)中，該定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。戈登·摩爾摩爾定律①1965年，作為仙童半導(dǎo)體研發(fā)實(shí)驗(yàn)室主任的戈登·摩爾被邀請(qǐng)為《電子》雜志35周年撰寫(xiě)觀察和評(píng)論報(bào)告——《讓集成電路填充滿更多的元件》。戈登·摩爾在總結(jié)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)：每種新芯片的容量大約是其前代產(chǎn)品的兩倍，每種芯片都是在上一代芯片生產(chǎn)后的18～24個(gè)月內(nèi)生產(chǎn)出來(lái)的。戈登·摩爾（科學(xué)家，企業(yè)家，1929一），英特爾公司的創(chuàng)始人之一。電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展未來(lái)新的計(jì)算機(jī)在未來(lái)的新計(jì)算機(jī)中，人們所追求的是一種更接近人類的人工智能計(jì)算機(jī)。它了解人類的語(yǔ)言、文字和圖形，人們不需要編寫(xiě)程序，通過(guò)說(shuō)話即可向計(jì)算機(jī)發(fā)出命令并驅(qū)動(dòng)它工作。新一代計(jì)算機(jī)是一種結(jié)合了信息獲取、存儲(chǔ)、處理和人工智能的智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它不僅可以進(jìn)行一般信息處理，還可以面向知識(shí)處理。它具有形式推理、聯(lián)想、學(xué)習(xí)和解釋的能力，有助于人類開(kāi)辟未知領(lǐng)域并獲得新知識(shí)。電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展2PARTTWO計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)與類型計(jì)算機(jī)自出現(xiàn)以來(lái)發(fā)展迅速，在社會(huì)各個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用，這與計(jì)算機(jī)所具有的特點(diǎn)是分不開(kāi)的。計(jì)算機(jī)具有的特點(diǎn)如下。計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)由電子電路組成的高速計(jì)算機(jī)可以每秒數(shù)千次至數(shù)億億次的極高速度運(yùn)行，這是計(jì)算機(jī)的顯著特征之一。許多復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算過(guò)去通過(guò)手動(dòng)方式需要數(shù)年或數(shù)十年才能計(jì)算出來(lái)，現(xiàn)在利用計(jì)算機(jī)只需要幾天甚至幾秒就可以完成。01運(yùn)算速度快一些尖端科學(xué)技術(shù)，如人造衛(wèi)星、宇宙飛船、深海探測(cè)等，在計(jì)算時(shí)要求得到高度準(zhǔn)確的結(jié)果。電子計(jì)算機(jī)的有效數(shù)字可達(dá)十幾位、幾十位甚至上百位，可以精確地進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。02計(jì)算精度高計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，并且可以在需要時(shí)準(zhǔn)確地讀取數(shù)據(jù)。硬盤(pán)的存儲(chǔ)容量單位已經(jīng)從MB、GB發(fā)展到了TB、PB，甚至更高。03記憶能力強(qiáng)，存儲(chǔ)容量大除算術(shù)運(yùn)算之外，電子計(jì)算機(jī)還可以執(zhí)行邏輯運(yùn)算，如判斷單詞和符號(hào)、證明邏輯、進(jìn)行推理等。這是其他任何工具無(wú)法比擬的。04具有邏輯判斷力計(jì)算機(jī)不僅存儲(chǔ)信息數(shù)據(jù)，還存儲(chǔ)可自動(dòng)執(zhí)行的程序，并且能夠在程序控制下自動(dòng)執(zhí)行程序①。這是計(jì)算機(jī)和其他任何計(jì)算工具之間最重要的區(qū)別。05具有在程序控制下自動(dòng)運(yùn)行程序的能力隨著電子技術(shù)不斷發(fā)生重大變化，電子設(shè)備的可靠性也在不斷提高。在計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用新結(jié)構(gòu)可以使其更加可靠。計(jì)算機(jī)的以上特點(diǎn)正是促進(jìn)其迅速發(fā)展并獲得廣泛應(yīng)用的根本原因。06可靠性高電子計(jì)算機(jī)被稱為具有馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，EDVAC方案的核心內(nèi)容是存儲(chǔ)程序的方法，計(jì)算機(jī)能夠在程序控制下自動(dòng)執(zhí)行程序。計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)的種類很多，可以從不同的角度進(jìn)行分類。計(jì)算機(jī)按用途可分為通用計(jì)算機(jī)（GeneralPurposeComputer）和專用計(jì)算機(jī)（SpecialPurposeComputer）。通用計(jì)算機(jī)具有功能多、配置齊全、應(yīng)用廣泛、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，可解決多種問(wèn)題。專用計(jì)算機(jī)配備軟件和硬件來(lái)解決具體問(wèn)題，具有單一功能，但可以高速、可靠地解決具體問(wèn)題。計(jì)算機(jī)通常按照運(yùn)算速度、字長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量、軟件配置及用途等多方面的綜合性能指標(biāo)進(jìn)行分類。電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE）曾將計(jì)算機(jī)分為以下六大類。計(jì)算機(jī)的類型超級(jí)計(jì)算機(jī)（SuperComputer）超級(jí)計(jì)算機(jī)又稱巨型計(jì)算機(jī)，是一種高性能計(jì)算機(jī)，其運(yùn)算速度超過(guò)每秒1萬(wàn)億次，具有運(yùn)算速度快、使用效率高、硬件和軟件齊全、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。它主要用于天氣預(yù)報(bào)、科學(xué)模擬、流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算、核能研究、電子設(shè)計(jì)、地質(zhì)數(shù)據(jù)分析（如石油勘探）等領(lǐng)域。超快計(jì)算速度是超級(jí)計(jì)算機(jī)最突出的特點(diǎn)，智能超級(jí)計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)發(fā)展的方向之一。例如，我國(guó)研制的神威·太湖之光安裝在國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心，曾連續(xù)多次在全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單中排名第一，峰值浮點(diǎn)運(yùn)算速度達(dá)每秒12.5億億次。目前，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（OakRidgeNationalLaboratory，ORNL）的新一代IBM超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit已經(jīng)達(dá)到了每秒20億億次的峰值浮點(diǎn)運(yùn)算速度。神威·太湖之光計(jì)算機(jī)的類型小型超級(jí)計(jì)算機(jī)（Mini-superComputer）小型超級(jí)計(jì)算機(jī)又稱臺(tái)式超級(jí)計(jì)算機(jī)、小巨型計(jì)算機(jī)，其價(jià)格相對(duì)較低，發(fā)展迅速。大型主機(jī)（Mainframe）大型主機(jī)或稱大型計(jì)算機(jī)，它包括通常所說(shuō)的大型計(jì)算機(jī)和中型計(jì)算機(jī)。其在運(yùn)算速度和規(guī)模上不如巨型計(jì)算機(jī)，結(jié)構(gòu)也比巨型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單，而價(jià)格比巨型計(jì)算機(jī)低很多。大型計(jì)算機(jī)屬于大型商業(yè)服務(wù)器，如已經(jīng)涉及日常業(yè)務(wù)活動(dòng)的有云服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、郵件服務(wù)器、Web服務(wù)器等。常用的大型計(jì)算機(jī)有IBMZ系列等。它是事務(wù)處理、商務(wù)處理、信息管理、大型數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)通信的主要支柱計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的類型小型計(jì)算機(jī)（MiniComputer）小型計(jì)算機(jī)是指使用精簡(jiǎn)指令集處理器，性能和價(jià)格介于小型超級(jí)計(jì)算機(jī)和大型主機(jī)之間的一種高性能64位計(jì)算機(jī)。在運(yùn)算速度和結(jié)構(gòu)規(guī)模方面，它比大、中型計(jì)算機(jī)差，但在功能方面與大、中型計(jì)算機(jī)很接近。小型計(jì)算機(jī)具有體積小、價(jià)格低、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)，可用于一般企業(yè)和學(xué)校，如IBMP系列、HP9000系列。現(xiàn)在，小型計(jì)算機(jī)主要用于UNIX和Linux服務(wù)器。計(jì)算機(jī)的類型工作站（WorkStation）這里的工作站不是指網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的工作站，而是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)和小型計(jì)算機(jī)之間的高端微型計(jì)算機(jī)。工作站的運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量介于個(gè)人計(jì)算機(jī)和小型計(jì)算機(jī)之間。此外，其還具有專用性較強(qiáng)、兼容性較差的特點(diǎn)。工作站主要用于圖像處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等專業(yè)領(lǐng)域。工作站一般配備大屏幕顯示器、大容量存儲(chǔ)器，速度快，具有很強(qiáng)的通信功能。典型的工作站包括HPApplo工作站、Sun工作站和中國(guó)的華盛工作站。計(jì)算機(jī)的類型微型計(jì)算機(jī)（MicroComputer）微型計(jì)算機(jī)又稱個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer，PC）。微型計(jì)算機(jī)具有體積小、功耗低、可靠性高、靈活性和適應(yīng)性強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用更加廣泛。微型計(jì)算機(jī)是目前增長(zhǎng)最快、使用最廣泛、效率最高的常用計(jì)算機(jī)。其性能和電路集成度幾乎每18個(gè)月翻一番，產(chǎn)量每年增加數(shù)倍，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，價(jià)格每年下降約30%。目前，便攜式筆記本計(jì)算機(jī)和袖珍型計(jì)算機(jī)由于尺寸的進(jìn)一步減小而具有廣闊的應(yīng)用前景。計(jì)算機(jī)的類型3PARTTHREE計(jì)算機(jī)的應(yīng)用信息管理是指對(duì)信息進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、整理、分類、統(tǒng)計(jì)、加工、利用、傳播等一系列活動(dòng)的統(tǒng)稱。信息是一種資源，信息管理是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的主導(dǎo)方向。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%以上的計(jì)算機(jī)主要用于信息管理。管理信息所使用的系統(tǒng)經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的三個(gè)發(fā)展階段：電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)（ManagementInformationSystem，MIS）和決策支持系統(tǒng)（DecisionSupportSystem，DSS）。其中，DSS基于數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)和方法庫(kù)，幫助管理決策者改進(jìn)決策，并提高運(yùn)營(yíng)策略的正確性和有效性。信息管理計(jì)算機(jī)的高速度、大存儲(chǔ)容量和連續(xù)運(yùn)算的特性常?？奢o助解決科學(xué)和工程技術(shù)中遇到的、大量復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算問(wèn)題（如用于衛(wèi)星的飛行軌跡計(jì)算、天氣預(yù)報(bào)、空間探索等），甚至可通過(guò)計(jì)算擇優(yōu)選擇最佳解決方案。這類科學(xué)計(jì)算的案例很多，如貴州500m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（Five-hundred-meterApertureSphericalTelescope，F(xiàn)AST）在2016年建成，其早期數(shù)據(jù)中心在2018年進(jìn)行擴(kuò)容。FAST的新裝置正式投用后，每天處理的數(shù)據(jù)計(jì)算分析量達(dá)40TB以上。由于其計(jì)算架構(gòu)采用自主開(kāi)發(fā)的分布式架構(gòu)，系統(tǒng)在引入多CPU并行計(jì)算技術(shù)后，單臺(tái)服務(wù)器單個(gè)1GB數(shù)據(jù)文件在3min內(nèi)可完成計(jì)算處理，比擴(kuò)容前提速近百倍?？茖W(xué)計(jì)算計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造及輔助教學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工程或產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)效果的一種技術(shù)。01計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign，CAD）計(jì)算機(jī)輔助制造是指利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的加工過(guò)程控制。其輸入信息是加工零件的工藝路線和工藝數(shù)據(jù)，輸出信息是刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡。一些企業(yè)集成了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，以及計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（ComputerAidedTest，CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（ComputerAidedEngincering，CAE），形成了完整的集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSystems，CIMS），可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試與管理有機(jī)集成，形成一個(gè)高度自動(dòng)化的系統(tǒng)，即形成所謂的“無(wú)人”生產(chǎn)線和“無(wú)人”工廠。02計(jì)算機(jī)輔助制造（ComputerAidedManufacturing，CAM）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造及輔助教學(xué)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是指使用計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輔助教學(xué)工作，具有交互性、多樣性、個(gè)別性、靈活性等特點(diǎn)。它可以通過(guò)動(dòng)畫(huà)和視頻的可視化教學(xué)過(guò)程，通過(guò)人機(jī)對(duì)話為不同的學(xué)生選擇不同的教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度方式，改變統(tǒng)一的教學(xué)模式，有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，還可以使用計(jì)算機(jī)來(lái)輔導(dǎo)學(xué)生，如回答問(wèn)題、更正作業(yè)及準(zhǔn)備考試題目。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)為學(xué)生提供了良好的個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境，集成了多媒體、超文本、人工智能和知識(shí)庫(kù)等計(jì)算機(jī)技術(shù)。它的使用可以有效縮短學(xué)習(xí)時(shí)間，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，實(shí)現(xiàn)最佳教學(xué)效果。03計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（ComputerAidedInstruction，CAI）計(jì)算機(jī)過(guò)程控制計(jì)算機(jī)過(guò)程控制是指實(shí)時(shí)檢測(cè)、采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理和判定，按最優(yōu)值進(jìn)行調(diào)節(jié)的過(guò)程。過(guò)程控制的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是其高實(shí)時(shí)性。在需要精確控制的各種任務(wù)中，如導(dǎo)彈巡航和攔截、衛(wèi)星發(fā)射和回收等，沒(méi)有計(jì)算機(jī)的快速響應(yīng)和調(diào)整，任務(wù)將無(wú)法成功。通常過(guò)程控制系統(tǒng)采用反饋控制的形式，主要控制參數(shù)有電壓、電流、溫度、壓力、流量、液位、成分、濃度等。利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程控制，不僅大大提高了生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，更重要的是提高了控制的準(zhǔn)確性，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和成品率。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油、化工、電力、輕工等各個(gè)領(lǐng)域，并取得了很高的效益。企業(yè)管理、計(jì)劃、調(diào)度、生產(chǎn)過(guò)程控制和營(yíng)銷管理，實(shí)現(xiàn)從原材料存儲(chǔ)到產(chǎn)品交付的全自動(dòng)化。人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是指用計(jì)算機(jī)來(lái)“模仿”人類的智能，使計(jì)算機(jī)具有識(shí)別各種語(yǔ)言文字和語(yǔ)音、識(shí)別人臉和指紋、搜索圖形和圖像、審核內(nèi)容和身份等能力，并能進(jìn)行推理和擁有適應(yīng)環(huán)境的能力。具有專業(yè)知識(shí)的專家系統(tǒng)的出現(xiàn)及具有一定思考能力的機(jī)器人的出現(xiàn)，是人工智能研究不斷進(jìn)步的標(biāo)志。人工智能系統(tǒng)仿真是根據(jù)系統(tǒng)分析的目的，對(duì)設(shè)想的或?qū)嶋H的系統(tǒng)建立適當(dāng)模型，并對(duì)模型進(jìn)行完善實(shí)驗(yàn)及觀察行為的過(guò)程，以獲得正確決策所需的各種信息。系統(tǒng)仿真用于了解系統(tǒng)的行為，評(píng)估不同結(jié)構(gòu)參數(shù)、操作策略對(duì)系統(tǒng)的影響，是解決設(shè)計(jì)問(wèn)題的有效手段。例如，在設(shè)計(jì)大型商貿(mào)大廈之前，先用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)建筑模型，可以使用仿真模型來(lái)理解設(shè)計(jì)布局，觀察每個(gè)房間的光傳輸、人們?cè)谶^(guò)道中的分流，以及模擬和研究每層的結(jié)構(gòu)性缺陷和開(kāi)裂破碎過(guò)程。這為設(shè)計(jì)人員提供了許多有價(jià)值的參數(shù)，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，并通過(guò)系統(tǒng)仿真優(yōu)化了程序，節(jié)省了大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試成本，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。系統(tǒng)仿真（SystemSimulation）計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展使計(jì)算、理論和實(shí)驗(yàn)成為三大并行科研方法，三者相輔相成，相對(duì)獨(dú)立。近年來(lái)，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)的快速發(fā)展引發(fā)了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)領(lǐng)域的裂變與重構(gòu)，包括金融、零售、電信、咨詢、教育及房地產(chǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源的信息融合、交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)豐富了人類生活的空間，能使人們的形象思維和計(jì)算思維得到同步發(fā)展。例如，在汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程中，人們可以通過(guò)產(chǎn)品的實(shí)體建模與造型，看到該產(chǎn)品的三維立體效果。汽車開(kāi)發(fā)工程中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，大大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，提高了市場(chǎng)反應(yīng)能