1.3.1 计算机科学的应用领域

虽然现在计算机已经普及到了千家万户，但是在计算机刚开始诞生的时候，却只能在一些重要的领域内使用。从计算机诞生的几十年来，计算机应用领域逐渐从重要的领域扩展到普通领域的方方面面，一般来说，计算机的应用领域分为如下5个方面。

1.科学计算

科学计算也称为数值计算，是指用于完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。它是电子计算机的重要应用领域之一，世界上第一台计算机的研制就是为科学计算而设计的。随着科学技术的发展，各种领域中的计算模型日趋复杂，人工计算已无法解决这些复杂的计算问题。例如，在天文学、量子化学、空气动力学、核物理学和天气预报等领域中，都需要依靠计算机进行复杂的运算。科学计算的特点是计算量大和数制变化范围大。而计算机的运行速度、精度和并行能力是人工计算所望尘莫及的，并且计算机善于解决一些单调重复的计算，如矩阵变换、解线性方程组等，所以在具有复杂问题模型的领域内，计算机发挥了不可替代的作用。图1-16所示是利用计算机的科学计算能力预测的天气云图。

扩展阅读：银河系列超级计算机

银河计算机指由中国国防科技大学研制的一系列巨型计算机。1983年12月22日，中国第一台每秒钟运算达1亿次以上的计算机——“银河”在长沙研制成功。

“银河”巨型计算机系统是我国目前运算速度最快、存储容量最大、功能最强的电子计算机。它是石油、地质勘探、中长期数值预报、卫星图像处理、计算大型科研题目和国防建设的重要手段，对加快中国现代化建设有很重要的作用。目前，只有少数几个国家能够研制巨型电子计算机。“银河”计算机的研制成功，提前两年实现了全国科学大会提出的到1985年“我国超高速巨型计算机将投入使用”的目标，使我国跨进了世界研制巨型机国家的行列，标志着中国计算机技术发展到了一个新阶段。

银河系列的超级计算机有：

银河-Ⅰ 1983年 运算速度每秒1亿次

银河-Ⅱ 1994年 运算速度每秒10亿次

银河-Ⅲ 1997年 运算速度每秒130亿次

银河-Ⅳ 2000年 运算速度每秒1万亿次

2.数据处理

数据处理也称为非数值计算，指对大量的数据进行加工处理的过程，如分析、合并、分类、统计等，形成有用的信息。与科学计算不同的是，数据处理涉及的数据量大，但计算方法较简单。在计算机未诞生之前，人类只能用自身的感官去收集信息，用大脑存储和加工信息，用语言交流信息。在计算机诞生之后，计算机非常善于处理这些事情，因此得到了广泛的应用，数据处理广泛应用于办公自动化、企业管理、事务处理、情报检索和金融市场等，已成为计算机应用的一个重要方面。图1-17所示为股票分析系统。

3.实时控制

实时控制又称过程控制，指用计算机及时采集数据，将数据处理后，按最佳值迅速地对控制对象进行控制。现代工业由于生产规模不断扩大，技术、工艺日趋复杂，从而对实现生产过程自动化控制系统的要求也日益增高。利用计算机进行过程控制，不仅可以大大提高控制的自动化水平，而且可以提高控制的及时性和准确性，从而改善劳动条件、提高质量、节约能源、降低成本。计算机过程控制已在军事、冶金、石油、水电、机械、航天等部门得到广泛的应用，而且取得了不错的效果，如飞机的自动驾驶系统可靠性非常高，如图1-18所示。

4.计算机辅助系统

计算机辅助系统包括CAD（计算机辅助设计，Computer-Aided Design）、CAM（计算机辅助制造，Computer-Aided Manufacturing）、CBE（计算机辅助教育，Computer-Based Education）等。CAD是用计算机帮助各类设计人员进行设计。由于计算机有快速的数值计算、较强的数据处理以及模拟的能力，使CAD技术得到广泛应用，如飞机设计、船舶设计、建筑设计、机械设计、大规模集成电路设计等。采用计算机辅助设计后，不但降低了设计人员的工作量，提高了设计的速度，更重要的是提高了设计的质量。CAM 是指用计算机进行生产设备的管理、控制和操作的技术。例如，在生产的制造过程中，用计算机控制机器的运行，处理生产过程中所需的数据，控制和处理材料的流动以及对产品进行检验等。使用CAM技术可以提高产品的质量，降低成本，缩短生产周期，降低劳动强度。CBE包括计算机辅助教学 （CAI,Computer-Assisted Instruction）、计算机辅助测试（CAT,Computer-Aided Test）和计算机管理教学（CMI,Computer-Management Instruction）。近年来由于计算机科学的广泛发展和计算机的普及，学校的教学系统已经逐步步入了信息化，推动了CBE的发展，使得教学的途径更多，教学效果更为理想。

5.人工智能

人工智能（AI,Artificial Intelligence）一般是指模拟人脑进行演绎推理和采取决策的思维过程。在计算机中存储一些定理和推理准则，然后设计程序让计算机自动探索解题的方法，极大地节省人力和物力，人工智能是计算机应用研究的前沿学科。目前已有采用人工智能技术实现的专家系统来解答人类的问题。