计算机科学技术的研究范畴及其在各领域中的应用市公开课金奖市赛课一等奖课件

计算机科学技术研究范围及在各领域应用第1页本章主要内容

计算机科学技术研究范围计算机在科学研究中应用计算机在教育、教学中应用计算机在制造业应用计算机在商业、银行、证券业中应用计算机在交通运输业中应用计算机在医学中应用计算机在办公自动化中应用

第2页8.1计算机科学技术研究范围

计算机科学主要研究范围包含计算机理论、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形式化定义、分类、结构等，研究识别各类语言自动机模型及其相互关系。程序设计语言理论：利用数学和计算机科学理论研究程序设计语言基本规律。程序设计方法学：研究编制高质量程序各种程序设计规范化方法，并研究程序正确性证实理论等。第3页

元器件与存放介质

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研究内容第4页

网络结构数据通信与网络协议网络服务网络安全

软件开发工具完善现有应用系统开拓新应用领域人—机工程计算机网络研究内容第5页8.2计算机在科学研究中应用科学研究是计算机传统应用领域。主要用来进行科技文件存放与查询、仿真计算、虚拟现实、复杂现象跟踪与分析以及知识发觉等。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，然后在分析基础上运行此模型，从而得到系统一系列统计性能。2、优势：缩短决议时间，防止资金、人力和时间浪费。能够重复进行，优化实施方案，含有很高科学研究价值和巨大经济效益。3、应用：首先因为仿真技术在应用上安全性，使得航空、航天、核电站等成为仿真技术最早和最主要应用领域。尤其是在军事领域，新型武器系统、大型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。其次从仿真经济性考虑，因为仿真往往是在计算机上模拟现实系统过程，并可屡次重复运行，使得其经济性十分突出。采取模拟器培训工作人员，经济效益和社会效益也十分显著。另外，从环境保护角度考虑，仿真技术也极具价值，如当代核试验多是在计算机上仿真进行。第6页二、虚拟现实技术1．虚拟现实技术基本类型是一个高度逼真地模拟人在自然环境中视、听、动等行为人机界面技术，按其功效不一样，可分成三种类型。（1）沉醉型虚拟现实系统。是一套比较复杂系统。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醉到虚拟世界中去，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。由一台普通计算机系统组成，使用者经过键盘、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，是一套经济实用系统。（3）共享型虚拟现实系统。是利用远程网络，将异地不一样用户联结起来，共享一个虚拟空间，多个用户经过网络对同一虚拟世界进行观察和操作，到达协同工作目标。第7页2．虚拟现实系统组成虚拟显示系统通常由3个子系统组成：视觉子系统，提供信息使参加者能够感知环境及其改变；听觉子系统，给参加者一个覆盖360度球体声音环境，从而能够增强虚拟环境真实性；触觉子系统，能够使参加者能够感觉到物体运动阻力、表面纹理、材质和弹性等。3．虚拟现实技术应用虚拟现实技术广泛地应用于各个领域，科学研究与试验、教育与培训、制造、建筑、艺术娱乐、遥控操作、城市规划等。尽管当前虚拟现实系统硬件设备还比较昂贵，虚拟现实技术还未能普及。不过，伴随虚拟现实技术不停发展和完善，以及硬件设备价格不停降低，我们相信，虚拟现实技术以其本身强大优势和潜力，最终会在许多领域广泛应用并发挥其主要作用。二、虚拟现实技术第8页三、文件存放与检索系统

科技文件检索与查询是开展科学研究工作先导。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研究情况有一个全方面、深入了解，这么才能够继承前人所取得结果、防止花费无谓精力去重复做他人已经做过工作或者重蹈他人已经失败覆辙。在信息化社会中，科技文件正在以爆炸性速度急剧地增加。据统计，当前全世界每年发表科技论文多达500万篇以上、科学杂志已达数十万种、天天约有近百亿信息单元信息量在网上传递，如此庞大信息量，只有依靠计算机来检索和存放才能进行正常有效科学研究和科技结果交流。第9页8.3计算机在教育、教学中应用一、校园网建设

主要包含以下几个方面：1．信息中心普通由资源服务器、web服务器、数据库系统及主干交换机等组成。它负责整个校园网信息交换与保障网络正常运作。2．多媒体教室多媒体教室是指配有多功效投影系统教室。多功效投影系统是以计算机为关键，包含多媒体投影机、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、学术汇报、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局域网，教学内容直接从网络上公布。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辅助学习等。第10页

4．虚拟图书馆将大量图书资料以数字化形式存放在资源服务器上，或经过Video服务器提供各种多媒体信息资源。学生与教师经过计算机网络能够方便对资料进行查询、检索和使用。5．学校办公网经过在校园网上运行综合信息管理系统，使学校教学管理、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，形成学校内部完整校园卡系统，经过一张IC卡，能够作为学生证、上机证、借书证、电话卡、就餐卡等，使学校全方面实现电子信息化管理。

8.3计算机在教育、教学中应用第11页

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一个主要应用。这类应用是将计算机应用于教学设计和评价及管理学生成绩和自然情况，处理与教学相关事物数据，它包含用计算机制订教学计划、计算机辅助测验、学生错误分析等。计算机在管理上应用使学校管理愈加方便、快捷、准确，使教学结构愈加优化。伴随多媒体课件制作技术成熟，加紧了计算机辅助教育发展。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。当前除了专业软件技术企业能提供多媒体课件外，学校教师自己设计制作课件也极大地丰富了教学资源。开展计算机辅助教育不但使学校教育发生了根本改变，还能够使学生在学校里就能体验计算机应用，使学生培养计算机意识，培养出复合型人才。第12页三、网络教育

很多校园网站和网上学校提供了较为丰富教学资源，并提供了远程交互教学功效；一些资源丰富、教育水平高、网络环境好学校，还开展了与远郊区县甚至国外学校远程教育。远程教育主要有实时远程教学、虚拟教室教学、远程考试、教学反馈四种功效。

远程教育已开始建设以计算机网、卫星电视网、电信网三网合一空间立体开放远程教育体系。第13页8.4计算机在教育、教学中应用一、辅助完成产品设计和制造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专长，缩短设计周期、提升工作效率、节约人力和财力、提升设计水平和质量。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。深入发展：智能CAD，用来处理很多属于非数值计算问题。虚拟设计，能够完成传统CAD做不到工作，如交互和实时、虚拟装配和虚拟试验、使图形真实感强（有远、近、纵、深感觉）等。第14页8.4计算机在教育、教学中应用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：采取CAM系统，从对设计文档、工艺流程、生产设备等管理，到对加工与生产装置控制和操作，都能够在计算机辅助下完成。将CAD系统与CAM系统相结合，即把CAD输出（设计文档）作为CAM设备输入，能够实现无图纸加工，使得设计和制造过程部分工作实现自动化，深入提升生产自动化水平。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，形成高度自动化系统。

第15页二、CIMS（计算机集成制造系统）1．CIMS定义我们把“将计算机技术集成到整个制造过程中所组成系统”称为CIMS。2．CIMS组成及相关技术主要由设计与工艺模块、制造模块、管理信息模块和存放运输模块组成。CIMS相关技术包含：材料需求计划、制造资源计划、企业资源计划、按时制造、灵敏制造和虚拟制造。3．CIMS现实状况与发展趋势CIMS现实状况：当前我国CIMS总体技术研究已处于国际上比较先进水平。初步形成了11个系列CIMS目标产品，覆盖了企业信息化工程所需要软件产品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

第16页1．关键技术以信息技术、仿真技术和虚拟现实技术为支持。包括面很广，以建模技术、仿真技术、虚拟现实技术、作为关键技术。2．在制造业中应用虚拟制造技术最初是在飞机、汽车等领域取得成功应用。当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、虚拟制造第17页8.5计算机在商业、银行、证券业中应用计算机在商业中应用

计算机在银行业中应用

计算机在证券业中应用

第18页

1．电子商务是人类经济、科技、文化发展必定产物，是信息化社会商务模式和未来。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计算机系统支持下网上商务活动，即当企业将其主要业务经过Intranet、Extranet以及Internet与企业职员、客户、供给商及合作搭档直接相连时,其中所发生各种商业活动。

8.5.1计算机在商业中应用

第19页电子商务特征电子设备作为一个新商务形式含有一些显著特征，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特征，即提供买、卖交易服务、伎俩和机会。网上购物提供了一个客户所需要方便路径。l

低成本性没有店面租金成本、销售人员和商品库存压力，以及很低行销成本。l

电子化首先，书写电子化、传递数据化。其次支付伎俩高度电子化。再次，便于搜集客户信息。最终，尤其适合用于电子信息产品销售。第20页电子商务特征l

可扩展性是系统稳定保障。假如在出现高峰情况时能及时扩展，就可使得系统阻塞可能性大为下降，防止大量客户流失。l

安全性是必须考虑关键问题，包含加密机制、署名机制、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

集成性电子商务另一特征，系统是各种技术、部门、功效综合与集成。第21页电子商务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。将关键商务处理过程连接起来，以形成虚拟企业。lB2C。这种模式节约了客户和企业双方时间、空间、从而大大提升了交易效率，节约了各类无须要开支。第22页电子商务分类l有形商品电子商务。是指将实物商品交易尽可能经过网络来完成，与其它两种电子商务相比，有形商品电子商务含有一个显著特点，就是它与物流过程紧密结合在一起。l数字商品电子商务。指经过网络传输数字商品，达成交易电子商务形式。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一样是，在此商务流程中也结合了物流过程，比如邮政电子商务等

第23页电子商务展望：

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需要，在财政监督下，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置商品和服务。

个人对个人商务活动。在传统上主要经过分类广告、收藏物品展示、旧物出售和跳蚤市场这么贸易方式或场所进行，或者经过拍卖行、当地分销商这么中介进行。因特网电子商务发展为C2C打开了方便之门。将因特网用于C2C贸易，能够扩大市场潜力，创造更多市场机会。

第24页电子商务发展趋势网上城市。。这里所讲网上城市仅指在同一个城市里建立一个综合各门各类商务平台，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规模。在短时期内，将传统通信网络放弃是不现实，近年来，在国内实现网络互联、多网合一呼声越来越高，通信网络互联已成为一个趋势。第25页电子商务发展趋势B2B电子商务将成为主流。企业间电子商务快速发展条件已经具备。第一，国际B2B电子商务发展快速；第二，国家对企业上网给予主动勉励和大力扶持；第三，企业信息化建设速度相对较快，比较轻易实现网络交易；第四，电子商务是众多企业，尤其是中小企业发展契机，它低成本和方便快捷等特征尤为适合经济落后地域企业。第26页2．电子交换技术电子数据交换（EDI）,是指按照协议，对含有一定结构信息，经过数据通信网络，在贸易搭档计算机系统之间进行交换和处理。EDI包含网络、标准和软件三大部分:网络：传统EDI是在专用网络上实现，这类专用网络称为增值网（VAN），这么做主要是考虑到安全问题。标准：因为不一样企业信息格式不一样，需要以统一EDI标准格式文件作为信息交换中间媒介。当前国际间统一EDI标准是联合国主持制订UN/EDIFACT。软件：EDI软件主要用于将用户应用系统中信息翻译成EDI标准格式，并经过专用通信协议进行传输与交换。第27页EDI工作方式加上通信交换信封，经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处理过程，最终成为用户应用系统能够接收文件格式进行收阅处理。

第28页EDI工作方式EDI特点、使用范围和优势EDI特点。EDI使用对象是不一样组织之间；EDI所传送资料是普通业务资料；采取共同标准化格式；尽可能防止人工介入操作。EDI使用范围。EDI系统能够在世界范围内交付和使用。EDI在一个国家内应用会包括买卖双方、银行、运输业；跨国EDI要包括订货、发货、运输、报关、商检、银行结算和保险等活动，所以要包括到进出口商、运输企业、保险企业、海关、商检、银行等部门。使用EDI主要优点有，降低纸张使用成本、提升工作效率、降低错误数据处理、节约人员费用。第29页3.计算机在银行应用1、定义：网络银行是指利用Internet和Intranet技术，为客户提供综合、统一、安全、实时银行服务，包含提供对私、对公各种零售和批发全方位银行业务，还可认为客户提供跨国支付等其他贸易、非贸易银行业务服务。2、网络银行特征l

交易无纸化、业务无纸化和办公无纸化。l将传统银行使用票据和单据都全方面电子化，如电子支票、电子汇票和电子收据等。l全方面使用电子货币，包含电子钱包、电子信用卡、电子现金等。l

银行业务、办公文件全改为电子化文件、电子化票据和证据，签名也用数字化签名。——网络银行第30页3、网络银行功效（1）银行业务项目，主要包含个人银行、对公业务(企业银行)、信用卡业务、各种付款方式、国际业务、信贷及特色服务等功效。（2）商务服务,包含投资理财、资本市场及政府服务等功效。（3）信息公布，包含国际市场外汇行情、对公利率、储蓄利率、汇率、国际金融信息、证券行情和银行信息等功效第31页3、网络银行功效4、网络银行模式网络银行运行机制有两种模式。一是完全依赖于Internet发展起来全新网络银行，这类银行几乎全部银行业务交易都依靠因特网进行。另一个模式指现在传统银行利用Internet开展传统银行业务交易处理服务，并经过Internet发展家庭银行、企业银行等服务。网络银行业务模式主要有三种模式。第一个模式是把网络银行所针正确客户群设定为零售客户，把网络银行作为银行零售业务柜台延伸，到达二十四小时不间断服务效果，节约银行成本。第二种模式是网络银行以批发业务为主，即在Internet上处理银行间交易和银行间资金来往等。第三种模式是网络银行包含前两方面业务，是前两种结合。第32页8.5.3计算机在证券业中应用

网上证券交易形式有三种——实时股市行情接收、实时网上交易、盘后行情数据接收第33页8.5.3计算机在证券业中应用网上证券买卖优越性：（1）含有交互式双向信息交流模式。（2）不受时间、空间限制，极大地方便了因为工作原因或身体原因不能去营业场所股民。（3）因为股民可自动处理交易流程，不需复杂手续即可实现买卖交易，从而改进了股民交易环境，吸引更多人入市。（4）网络股票交易成本低廉，在美国经过传统方式交换股票成本为每股1～2美分，而网络股票交易成本仅为每股0.15美分。第34页8.6计算机在交通运输业中应用全球卫星定位系统智能交通系统地理信息系统坐席预定系统现在计算机在交通运输上有很大应用。不论是航空、铁路、公路和水运都在使用计算机来进行监控、管理或提供服务。其中最经典应用有：第35页一、全球卫星定位系统1．GPS组成主要由三大部分组成：空间段、控制段和用户段。（1）空间段。空间段由多个定位卫星组成，卫星上安装有遥测发射机、遥控接收机、精密时钟、发射天线阵列和电源设备等。（2）控制段。主要包含主控站、多个监测站和注入站。主要功效是对空间卫星系统进行监测、控制，并向每颗卫星注入更新导航电文。（3）用户段。用户设备包含天线、GPS卫星接收机和GPS卫星导航仪。完成接收导航信号、处理信号等工作，最终计算出对预定航线偏离和抵达目标地所需正确航线、航速和航行时间等。第36页2、GPS应用GPS在智能交通系统中应用。主要应用于车辆定位和导航系统。GPS定位导航系统与电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统相结合，能够实现车辆跟踪和交通管理等许多功效：车辆跟踪、提供出行路线规划和导航、信息查询、交通指挥、紧急援助等。GPS在道路工程中应用。建立各种道路工程控制网、特大桥梁控制测量，在隧道测量中也含有广泛应用前景。GPS系统在物流方面应用第37页二、智能交通系统1．智能交通系统概述ITS是将计算机、通信、人工智能、电子传感及电子控制等先进技术应用于交通运输领域综合与集成。2．智能交通系统产生背景当今世界各国大城市无不存在着交通拥挤问题，然而有限土地和经济制约等使得道路建设不可能到达相对满意里程数，所以就需要在不扩张路网规模前提下，提升交通路网通行能力。第38页3、国外ITS研究、应用介绍在美国，ITS应用发展较快几个方面分别是，车辆安全系统，电子收费，公路及车辆管理系统，实时自动定位系统，商业车辆管理系统。日本ITS应用主要是在交通信息提供、电子收费、公共交通、商业车辆管理以及紧急车辆优先等方面。欧洲在ITS应用方面进展，介于日本和美国之间。在开发先进旅行信息系统，先进车辆控制系统，先进商业车辆运行系统，先进电子收费系统方面，前景十分辽阔。第39页上图所表达是在欧洲开展DELTA计划，在汽车出厂之前，车载信标已经被集成在车载计算机中，成为车辆识别和同路边设备进行通讯车辆必选器件，信标电源直接由汽车供给。第40页三、地理信息系统

是在计算机支持下，利用系统工程和信息科学理论与技术，科学管理和综合分析含有空间内涵地理数据，以提供规划、管理、决议和研究中所需信息系统。1．地理信息系统（GIS）组成及功效组成：计算机及其从属设备，地理数据库及其数据操作、分析功效数据库管理系统，制图输出工具及其它输出设备。四大功效：（1）数据操作与处理功效（2）制图功效（3）空间查询与分析功效（4）地形分析功效第41页2．GIS应用交通规划设计中应用公路管理中应用交通设施管理中应用运营管理中应用第42页四、坐席预定系统

概述：坐席预订与售票系统是一个由大型数据库和遍布全国乃至全世界成千上万台计算机终端组成大规模计算机综合系统。其主机经过计算机网络与分布在各地计算机或者定票终端相连接，接收定票信息，并经过专门管理软件对大型数据库中票务信息进行实时、准确维护与管理。

优越性：给旅客带来方便，提升运输效率。主要表现在方便旅客购票、售票速度快、实现客票统一调度、实现客票信息共享等。第43页8.7计算机在医学中应用一、在医学教育与医学试验中应用

（1）控制试验室条件。室内温湿度，光线等用计算机自动控制，以保持试验室环境条件绝对恒定。计算机做药品在体内代谢试验时，只要把一个药品投药方法、剂量及给药间隔时间送入系统，药品在体内代谢曲线即可在荧光屏上出现，它比化学方法测定血药尝试快而准确，效率高。

（2）模拟试验。模拟试验大致分为两种：第一个是将研究现象先作数学约理研究，经过电脑运算得出结果，然后再做动物试验验证，这么可取代大量动物试验。第二种模拟研究是当现实条件不可能时，求援于电脑，这种研究方法能够开拓新局面。计算机在医学中有着越来越广泛应用，地位也日趋主要。主要应用于医学教育与试验、医学诊疗、临床护理等领域。第44页二、临床护理护士在计算机辅助下系统地处理病人不停出现各种健康问题，为病人提供适合其个人需要最正确护理和健康指导。临床处方设计。计算机系统可依据病人情况，指出病人天天需要各种物质及其输液数量，大大提升工作质量和效率。临床用药监护仪。含有检索504种惯用中西药品潜在性相互作用，不良反应、禁忌证及204种注射液pH值、配伍改变、成人剂量及老幼折算等七种功效，是应用于医疗卫生作为瞻性用药监护和回顾医疗质量分析工具。三、计算机智能技术在医学诊疗中应用教授系统、人工神经网络、含糊系统、进化算法、数据提取、知识探索等都属于计算机智能范围。

第45页四、计算机在药品管理中应用

1．在药房中应用药库管理中药品编码系统。配发处方上药品，并保留相关统计。数量和金额统计。2．药品虚拟筛选药品虚拟筛选是指在计算机上利用软件筛选可能与配体结合小分子化合物。