計算機的最主要特點
計算機具有以下特點:
快速的運算能力
電子計算機的工作基于電子脈沖電路原理,由電子線路構成其各個功能部件,其中電場的傳播扮演主要角色。我們知道電磁場傳播的速度是很快的,現在高性能計算機每秒能進行幾百億次以上的加法運算。如果一個人在一秒鐘內能作一次運算,那么一般的電子計算機一小時的工作量,一個人得做100多年。很多場合下,運算速度起決定作用。例如,計算機控制導航,要求“運算速度比飛機飛的還快”;氣象預報要分析大量資料,如用手工計算需要十天半月,失去了預報的意義。而用計算機,幾分鐘就能算出一個地區內數天的氣象預報。
足夠高的計算精度
電子計算機的計算精度在理論上不受限制,一般的計算機均能達到15位有效數字,通過一定的技術手段,可以實現任何精度要求。歷史上有個著名數學家挈依列,曾經為計算圓周率π,整整花了15年時間,才算到第707位。現在將這件事交給計算機做,幾個小時內就可計算到10萬位。
超強的記憶能力
計算機中有許多存儲單元,用以記憶信息。內部記憶能力,是電子計算機和其他計算工具的一個重要區別。由于具有內部記憶信息的能力,在運算過程中就可以不必每次都從外部去取數據,而只需事先將數據輸入到內部的存儲單元中,運算時即可直接從存儲單元中獲得數據,從而大大提高了運算速度。計算機存儲器的容量可以做得很大,而且它記憶力特別強。
復雜的邏輯判斷能力
人是有思維能力的。思維能力本質上是一種邏輯判斷能力,也可以說是因果關系分析能力。借助于邏輯運算,可以讓計算機做出邏輯判斷,分析命題是否成立,并可根據命題成立與否做出相應的對策。例如,數學中有個“四色問題”,說是不論多么復雜的地圖,使相鄰區域顏色不同,最多只需四種顏色就夠了。100多年來不少數學家一直想去證明它或者推翻它,卻一直沒有結果,成了數學中著名的難題。1976年兩位美國數學家終于使用計算機進行了非常復雜的邏輯推理驗證了這個著名的猜想。
按程序自動工作的能力
一般的機器是由人控制的,人給機器一個指令,機器就完,成一個操作。計算機的操作也是受人控制的,但由于計算機具有內部存儲能力,可以將指令事先輸入到計算機存儲起來,在計算機開始工作以后,從存儲單元中依次去取指令,用來控制計算機的操作,從而使人們可以不必干預計算機的工作,實現操作的自動化。這種工作方式稱為程序控制方式。
電子計算機一般分為處理模擬信號的模擬計算機和處理數字信號的數字計算機兩大類,目前使用的大都為數字計算機。模擬式電子計算機內部表示和處理數據所使用的電信號,是模擬自然界的實際信號。如它可以用電信號模擬隨時間連續變化的溫度、濕度等。這種模擬自然界實際信號的電信號稱為“模擬電信號”,其主要特點是“隨時間連續變化”。數字式電子計算機內部處理的是一種稱為符號信號或數字信號的電信號,這種信號的主要特點是“離散”,即在相鄰的兩個符號之間不可能有第三個符號。我們通常所說的計算機指的是數字式電子計算機。
計算機的應用領域已滲透到社會的各行各業,正在改變著傳統的工作、學習和生活方式,推動著社會的發展。計算機的主要應用領域如下:
1.科學計算(或數值計算)
科學計算是指利用計算機來完成科學研究和工程技術中提出的數學問題的計算。在現代科學技術工作中,科學計算問題是大量的和復雜的。利用計算機的高速計算、大存儲容量和連續運算的能力,可以實現人工無法解決的各種科學計算問題。
例如,建筑設計中為了確定構件尺寸,通過彈性力學導出一系列復雜方程,長期以來由于計算方法跟不上而一直無法求解。而計算機不但能求解這類方程,并且引起彈性理論上的一次突破,出現了有限單元法。
2.數據處理(或信息處理)
數據處理是指對各種數據進行收集、存儲、整理、分類、統計、加工、利用、傳播等一系列活動的統稱。據統計,80%以上的計算機主要用于數據處理,這類工作量大面寬,決定了計算機應用的主導方向。
數據處理從簡單到復雜已經歷了三個發展階段,它們是:
①電子數據處理(Electronic Data Processing,簡稱EDP),它是以文件系統為手段,實現一個部門內的單項管理。
②管理信息系統(Management Information System,簡稱MIS),它是以數據庫技術為工具,實現一個部門的全面管理,以提高工作效率。
③決策支持系統(Decision Support System,簡稱DSS),它是以數據庫、模型庫和方法庫為基礎,幫助管理決策者提高決策水平,改善運營策略的正確性與有效性。
目前,數據處理已廣泛地應用于辦公自動化、企事業計算機輔助管理與決策、情報檢索、圖書管理、電影電視動畫設計、會計電算化等等各行各業。信息正在形成獨立的產業,多媒體技術使信息展現在人們面前的不僅是數字和文字,也有聲情并茂的聲音和圖像信息。
3.輔助技術(或計算機輔助設計與制造)
計算機輔助技術包括CAD、CAM和CAI等。
⑴計算機輔助設計(Computer Aided Design,簡稱CAD)
計算機輔助設計是利用計算機系統輔助設計人員進行工程或產品設計,以實現最佳設計效果的一種技術。它已廣泛地應用于飛機、汽車、機械、電子、建筑和輕工等領域。例如,在電子計算機的設計過程中,利用CAD技術進行體系結構模擬、邏輯模擬、插件劃分、自動布線等,從而大大提高了設計工作的自動化程度。又如,在建筑設計過程中,可以利用CAD技術進行力學計算、結構計算、繪制建筑圖紙等,這樣不但提高了設計速度,而且可以大大提高設計質量。
⑵計算機輔助制造(Computer Aided Manufacturing,簡稱CAM)
計算機輔助制造是利用計算機系統進行生產設備的管理、控制和操作的過程。例如,在產品的制造過程中,用計算機控制機器的運行,處理生產過程中所需的數據,控制和處理材料的流動以及對產品進行檢測等。使用CAM技術可以提高產品質量,降低成本,縮短生產周期,提高生產率和改善勞動條件。
將CAD和CAM技術集成,實現設計生產自動化,這種技術被稱為計算機集成制造系統(CIMS)。它的實現將真正做到無人化工廠(或車間)。
⑶計算機輔助教學(Computer Aided Instruction,簡稱CAI)
計算機輔助教學是利用計算機系統使用課件來進行教學。課件可以用著作工具或高級語言來開發制作,它能引導學生循環漸進地學習,使學生輕松自如地從課件中學到所需要的知識。CAI的主要特色是交互教育、個別指導和因人施教。
4.過程控制(或實時控制)
過程控制是利用計算機及時采集檢測數據,按最優值迅速地對控制對象進行自動調節或自動控制。采用計算機進行過程控制,不僅可以大大提高控制的自動化水平,而且可以提高控制的及時性和準確性,從而改善勞動條件、提高產品質量及合格率。因此,計算機過程控制已在機械、冶金、石油、化工、紡織、水電、航天等部門得到廣泛的應用。
例如,在汽車工業方面,利用計算機控制機床、控制整個裝配流水線,不僅可以實現精度要求高、形狀復雜的零件加工自動化,而且可以使整個車間或工廠實現自動化。
5.人工智能(或智能模擬)
人工智能(Artificial Intelligence)是計算機模擬人類的智能活動,諸如感知、判斷、理解、學習、問題求解和圖像識別等。現在人工智能的研究已取得不少成果,有些已開始走向實用階段。例如,能模擬高水平醫學專家進行疾病診療的專家系統,具有一定思維能力的智能機器人等等。
6.網絡應用
計算機技術與現代通信技術的結合構成了計算機網絡。計算機網絡的建立,不僅解決了一個單位、一個地區、一個國家中計算機與計算機之間的通訊,各種軟、硬件資源的共享,也大大促進了國際間的文字、圖像、視頻和聲音等各類數據的傳輸與處理。
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