计算机技术的发展趋势及实际应用（精心汇编）.pdf

计算机技术的发展趋势及实际应用 导言：二十世纪80 年代后，计算机技术的发展日新月异，传统计算机技术将持续 发展，新的计算机技术、新领域的计算机技术应用，使计算机技术成为当今与人 类息息相关的一门重要科学技术本文对计算机技术发展和应用的相关方面进行 了介绍，包括计算机技术的发展和现状、新型计算机系统和计算机技术、计算机 智能化发展等，以及计算机技术的实际应用，如在科学技术前沿阵地的电厂中的 应用以及电厂的计算机自动化控制发展趋势 2016 年 3 月，互联网上，各大门户网站的首页，都大篇幅报道“阿尔法人机 大战” ，最终人工智能以4：1 战胜围棋大师李世石，这是google 以研发的人工智 能挑战人类智能的方式，宣告其计算机技术人工智能化的重大突破和应用这篇 报道，说明计算机技术的发展，已经走进人工智能发展的时代 从世界上第一台电子计算机ENIAC问世至今已经将近70 年，它的问世对人们 的生活有着革命性的影响20 世纪后期，计算机技术开始逐步应用到社会的各个 角落，计算机的性能也获得了提升不管是家庭、还是企业、机关，计算机都广 泛地发挥着作用，成为人们工作生活中不可获取的一部分现今的计算机在运算 性能、应用领域和生产成本等各方面取得了空前的发展，其未来的发展趋势在很 大程度上决定了很多行业的发展速度，也将会是影响整个社会进步的一个重要因 素。

计算机的发展趋势将趋向超高速、超小型、 平行处理和智能化， 量子、光子、 分子和纳米计算机将具有感知、思考、判断、学习及一定的自然语言能力，使计 算机进入人工智能时代 1. 未来计算机技术的发展趋势 1.1 多极化趋势 如今，个人计算机已席卷全球，但由于计算机应用的不断深入，对巨型机、大 型机的需求也稳步增长，巨型、大型、小型、微型机各有自己的应用领域，形成 了一种多极化的形势如巨型计算机主要应用于天文、气象、地质、核反应、航 天飞机和卫星轨道计算等尖端科学技术领域和国防事业领域，它标志一个国家计 算机技术的发展水平目前运算速度为每秒几百亿次到上万亿次的巨型计算机已 经投入运行，并正在研制更高速的巨型计算机 1.2 网络化趋势 网络化是计算机发展的又一个重要趋势从单机走向联网是计算机应用发展的 必然结果所谓计算机网络化，是指用现代通信技术和计算机技术把分布在不同 地点的计算机互联起来，组成一个规模大、功能强、可以互相通信的网络结构 网络化的目的是使网络中的软件、硬件和数据等资源能被网络上的用户共享目 前，大到世界范围的通信网，小到实验室内部的局域网已经很普及，因特网 （Internet）已经连接包括我国在内的150 多个国家和地区。

由于计算机网络实 现了多种资源的共享和处理，提高了资源的使用效率， 因而深受广大用户的欢迎， 得到了越来越广泛的应用 随着信息技术快速发展，计算机也越来越普及，各种家用电器也开始走向智能 化，未来有可能实现家电与计算机之间的网络连接，计算机可以通过网络调控家 电的运作，也可以通过网络下载新的家电应用程序，从而提高家电的性能同时 利用互联网也可以远程遥控家中的家电，在办公室就能让家中的电器工作，为生 活提供便利 1.3 智能化趋势 计算机的普及必会要求计算机更好地为人服务，这就需要计算机与人之间的交 流要人性化，这样人们才会真正使用计算机，要实现这个目标，计算机就需要智 能化智能化使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力，使计算机成为智能 计算机这也是目前正在研制的新一代计算机要实现的目标智能化的研究包括 模式识别、图像识别、自然语言的生成和理解、博弈、定理自动证明、自动程序 设计、专家系统、学习系统和智能机器人等 目前，已研制出多种具有人的部分智能的机器人一些新型的计算机技术已经 开始应用到一些领域，计算机将具备更多的智能成分，它将具有多种感知能力、 一定的思考与判断能力及一定的自然语言能力。

除了提供自然的输入手段(如语音 输入、手写输入 ) 外，让人能产生身临其境感觉的各种交互设备已经出现，虚拟现 实技术是这一领域发展的集中体现民用化的计算机也开始具备某种程度的智能 化，以帮助处理日常生活中的琐事，甚至出现专门做家务的机器人，让人们可以 腾出更多的时间来学习、娱乐、交际等等 1.4 多媒体化趋势 多媒体计算机是当前计算机领域中最引人注目的高新技术之一多媒体计算 机就是利用计算机技术、通信技术和大众传播技术，来综合处理多种媒体信息的 计算机这些信息包括文本、视频图像、图形、声音、文字等多媒体技术使多 种信息建立了有机联系，并集成为一个具有人机交互性的系统多媒体计算机将 真正改善人机界面，使计算机朝着人类接受和处理信息的最自然的方式发展 目前计算机技术已经影响了计算机的发展方向，其外围设备如音响系统、操 作系统等技术性很强，涉及到电子学、光学、机械学等多种学科，同时又要受到 电子加工工艺水平、精密机械工艺水平的影响随着硅芯片技术的快速发展，硅 技术也越来越接近物理极限，为了解决物理性对硅芯片的影响，世界各国都在加 紧研制新技术，新技术的出现给计算机的发展带来质的飞跃 2 未来新型计算机的发展趋势 2.1 量子计算机 量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理 的量子物理设备，当某个设备是由两子元件组装，处理和计算的是量子信息，运 行的是量子算法时，它就是量子计算机。

2.2 神经网络计算机 人脑总体运行速度相当于每妙1000 万亿次的电脑功能， 可把生物大脑神经网 络看做一个大规模并行处理的、紧密耦合的、能自行重组的计算网络从大脑工 作的模型中抽取计算机设计模型，用许多处理机模仿人脑的神经元机构，将信息 存储在神经元之间的联络中，并采用大量的并行分布式网络就构成了神经网络计 算机 2.3 分子、生物计算机 在运行机理上，化学计算机以化学制品中的微观碳分子作信息载体，来实现 信息的传输与存储 DNA分子在酶的作用下可以从某基因代码通过生物化学反应转 变为另一种基因代码，转变前的基因代码可以作为输入数据，反应后的基因代码 可以作为运算结果，利用这一过程可以制成新型的生物计算机生物计算机最大 的优点是生物芯片的蛋白质具有生物活性，能够跟人体的组织结合在一起，特别 是可以和人的大脑和神经系统有机的连接，使人机接口自然吻合，免除了繁琐的 人机对话，这样，生物计算机就可以听人指挥，成为人脑的外延或扩充部分，还 能够从人体的细胞中吸收营养来补充能量，不要任何外界的能源，由于生物计算 机的蛋白质分子具有自我组合的能力，从而使生物计算机具有自调节能力、自修 复能力和自再生能力，更易于模拟人类大脑的功能。

现今科学家已研制出了许多 生物计算机的主要部件生物芯片 2.4 光计算机 光计算机是用光子代替半导体芯片中的电子，以光互连来代替导线制成数字计 算机与电的特性相比光具有无法比拟的各种优点：光计算机是 “光”导计算机， 光在光介质中以许多个波长不同或波长相同而振动方向不同的光波传输，不存在 寄生电阻、电容、电感和电子相互作用问题，光器件有无电位差，因此光计算机 的信息在传输中畸变或失真小，可在同一条狭窄的通道中传输数量大得难以置信 的数据 2.5 纳米计算机 纳米属于计量单位，大概是氢原子直径的十倍纳米技术从开始就受到了科 学家们的关注， 也是 80年代初迅速发展起来的前沿技术，科学家们一直深入研究 现在纳米技术应用领域还局限于微电子机械系统，还没有真正应用于计算机领域 在微电子机械系统中应用纳米技术知识，是在一个芯片上同时放传感器和各种处 理器，这样所占的空间较小纳米技术如果能应用到计算机上，必会大大节省资 源，提高计算机性能 随着高性能计算应用领域不断拓展和深人，包括大型科学工程计算和海量数据 处理两个方面，网格计算成为了拓展高性能计算机应用的重要手段，一些新概念 计算技术研究正在兴起，如量子计算和光计算。

高性能计算机研究必将在今后5 一 10 年取得重大突破 3. 计算机技术在电厂自动化控制中的应用和发展趋势 从二十世纪 50 年代，随着计算机技术的出现，发电厂中的自动化控制就已经 开始兴起，随着科学技术的不断推动一直发展到今天很多控制已经由最初的手 工操作变到今天的连续全自动控制，极大的改善了电能生产，提高了工作效率 电厂自动化控制，是通过采用测试、通信、监控以及保护措施等进行相关电气设 备的掌控、检查及信息化管理等等 3. 1计算机技术在电厂自动化控制中的应用 发电厂的生产主要包含以下几个工艺过程：1 燃料系统（火力发电） ，2 热力 系统及发电机组，3 除渣出灰系统， 4 脱硫系统， 5 水处理系统， 6 发配电系统 计算机技术在传统电厂的控制系统中的应用：主厂房区域热力生产过程通常 采用集散控制系统（DCS ）作为主要控制系统，其他辅助系统则采用以可编程控制 器（PLC ）为核心控制系统传统的DCS或 PLC系统，是将现场的各种信号全部接 的人系统的 IO 卡件，当系统规模增大，如此众多的检测信号汇集到DCS或 PLC的 入口处，不可避免地会出现“瓶颈”现象，导致信号堵塞，降低了系统的安全性 和可靠性。

近几年现场总线技术（FCS ）被大量采用，成为控制技术发展的趋势 目前的现场控制总线也还存在一些缺陷，如通讯协议不统一，如德国西门子 公司支持的 Profibus-DP/PA 、日本三菱的 CC LINK、法国 Shneider 的 modbus以 及国内正在开发的EFA 等等，国际上一些机构也正在紧锣密鼓地在进行用以太网 (Ethernet)来做现场总线的研究与开发工作 在燃料系统，输配煤的运转环境极为恶劣，粉尘不可避免，人工输配煤的安 全可靠性低，容易出现堵煤现象，引起皮带跳闸随着计算机技术和检测技术的 发展，新的料位检测装置能有效的检测煤仓煤位，使得自动输配煤功能得到大量 应用 随着我国电力行业的迅速发展，大容量、高参数的火电机组在电力系统中占据 着越来越重要的地位，因此，现在许多电力企业对电厂的自动化和智能化水平提 出了更高的要求，在实现智能化的同时，还要保证机组的安全运行，这样，传统 的控制方法已经无法满足电厂热工自动化的需求，只有采用计算机技术的自动化 控制，利用计算机进行工况模拟，开发数据量庞大的数据库和计算软件，对整个 电厂的热力及动力运行进行科学计算，达到高精度的设计制造和运行控制。

计算机在输配电系统中主要用于电网改造建设技术随着电网技术的发展， 配电系统的网络化得到提高，配电主站、子站和光纤终端等构成三层结构，实现 了无损通信和高性能的自动化功能 随着未来智能电网的建设，输配电系统将会是现代先进的计算机技术、传感 测量技术、通讯技术、控制技术、信息技术等的高度集成，通过对全局的智能控 制，将发电、调度、配电、输变电等环节涵盖其中，发挥计算机技术的高效率， 实现控制系统的稳定性、输配电调度系统和变电站的自动化 3.2 计算机技术在电厂信息管理和通信系统中的应用 通信系统在双向、高速、实时、集成的计算机技术支持下，成为实时信息和 电力交换互动的大型、动态基础设施通信系统的建立，可以提高电网的资产利 用率和供电可靠性，抵御各种攻击，提高电网的应用价值电网与客户通过智能 电网的客户服务可以进行实时交流，增强电网的综合服务能力，满足互动的营销 需求电力通信系统对网络安全有着极高的要求，需要具有实时监视和分析系统 状态的能力对故障进行早期征兆的预测，对已经发生的扰动积极作出响应，并 为电网的安全运行和综合管理提供支撑 自动化电厂的信息管理系统也必须依赖计算机技术，它包括采集与处理、显 示、分析、集成和信息安全等功能。

信息的采集与处理，包括分布式的数据采集 和处理、详尽的实时数据的采集系统、资源的动态共享、智能电子设备、精确数 据对时等；对采集、处理和集成后的信息需进行业务分析是电网业务的重要工具； 信息集成系统帮助电网的信息系统实现纵向产业链和电网信息集成及横向各级电 网的内部信息集。