[计算机基础知识]计算机概述

一、计算机定义 #

计算机，其被俗称为电脑，它属于现代那种用于高速计算的电子计算机器，它能够开展数值计算，它又能够进行逻辑计算，它还具备存储记忆功能，它是能够依照程序运行，自动且高速处理海量数据的现代化智能电子设备。 #

世界上第一台通用计算机“ENIAC”于1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学诞生，自其1946年问世以来，计算机技术历经了70多年的发展历程，在此期间突飞猛进，历经了电子管时代的发展，历经了晶体管时代的发展，历经了集成电路时代的发展，历经了大规模集成电路时代的发展，特别是进入20世纪70年代以后，微型计算机的出现为计算机的广泛应用开拓了更为广阔的前景。它已然渗透进国民经济的各个范畴领域，极大程度地改变了人们工作这样的形式方式，也改变了人们学习的那种途径方式，还改变了人们日常生活方面的诸多模样，进而成为了信息时代的主要显著标识。

二、近代计算机的发展 #

计算机技术经持续改造创新后高速发展，进而逐渐演进成如今我们所接触的形式。计算机系统的快速更新呈现跃进式，实则集合了众多人的智慧与结晶。回顾计算机发展历史，会发觉其行动已然持续许久。 #

计算机发明遵循计算基本原则，早先被界定为工业用产品。19世纪初叶，英国剑桥大学的数学家、机械设计专家、经济学家兼哲学家查尔斯·巴贝奇（1791 - 1871，见图1.1）发明差分机（见图1.2），借助它能计算等式间差距。之后的分析机（见图1.3）试图执行多种运算符，虽这机器在他在世时未完成，但其概念已具有现代计算机特性，故而称巴贝奇为计算机之父。 #

图1.1?查尔斯·巴贝奇

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图1.2 差分机 #

图1.3 分析机 #

英著名诗人拜伦之女艾达·拉夫拉斯伯爵夫人，即Ada ，其生活于1815-1852年间，协助巴贝奇以达完善分析机设计之目的，表明该分析机具备类似提花机般可用于编程之特性，她找寻到编程基本要素所在，并且编写关于伯努利数之为程序，此伯努利数乃18世纪瑞士数学家雅各布·伯努利所引入之数，鉴于上述种种，艾达·拉夫拉斯伯爵夫人获誉世界首位程序员。

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巴贝奇生于1791年的英国计算机二级office难吗，他就读于剑桥大学攻读博士时，为解决计算等式间的差异数，在1812年率先设计出一台叫差分机的机器，1822年制成了差分机样机，这是一台以蒸汽为动力、基于齿轮构成的机器，因齿轮数量极为庞大（约4千），致使差分机计算的成果并不精准。历经十年失败的尝试，1834年时，巴贝奇在研制差分机的工作进程里，察觉到制造一种全新的、性能上显著超越差分机的计算机具备可能性，于是放弃了差分机进而构想出了名字叫做分析机的自动运算机器。此台机器拥有“输入”、“运算”、“输出”以及“存储”这四大现代计算机的特征，然而由于英国政府终止资助这项计划，直至巴贝奇离世，也没能最终达成他所设计的计算机。

100年的时光再度流光迅速地消逝了，美国哈佛大学的霍华德·艾肯（Aiken，1900 - 1973）博士于往昔的图书馆之中寻觅到了巴贝奇的论文，在那时的科技水准背景状况之下，他提出来采用机电的方式，而非运用纯粹机械的办法去构建全新的分析机，霍华德·艾肯在IBM公司的资金援助扶持之下，于1944年成功研制出了被称作计算机“史前史”里最后一台声名显著著名的Mark I计算机，把巴贝奇的怀想梦想转化成了现实显示，这同样也是正式IBM踏上计算机产业发展道路路途的起始开端。后来，霍华德·艾肯持续主持了Mark II和Mark III计算机的研制之事，然而，它们已然归属电子计算机的范畴了。在此需留意，20世纪40年代曾出现过两款被称作Mark I的计算机，一款是这儿所讲的Mark I，另一款是英国曼彻斯特大学以威廉斯管的发明人（1911 - 1977）以及汤姆·基尔蓬（Tom）为首的研究小组所开发的Mark I，其原型被称作“婴儿机”（Baby）。曼彻斯特大学在计算机发展史上也曾经起过重大作用。

英国有位数学家名叫艾兰·图灵（Alan ，1912 - 1954），他可是世界所公认的那个计算机科学的奠基人，您瞧，见图1.4。他存在两个很主要的贡献，其一，是建立起了图灵机（ ，TM）这样的模型，这就奠定了计算机理论的基础；其二，是提出了图灵测试，进而阐述了机器智能的概念。然而，在他所生活的那个时代，却完全没有获得应该得到的那种赞誉。他仅仅只是个较为古怪的那个数学家、比较超前的那个哲学家、颇为神秘的那个密码破译专家罢了，根本就没有人会想到他的思维能够燃起信息时代的烈焰。1966年，美国计算机学会ACM创立了“图灵奖”，目的是为纪念图灵对计算机科学的贡献，该奖项每年都会颁发给在计算机科学技术领域有杰出贡献的人士，而“图灵奖”被称作计算机业界和学术界的诺贝尔奖。诺贝尔奖是依据诺贝尔1895年提出的遗嘱所设立的五个系列奖项，其中涵盖物理学奖，化学奖，和平奖，生理学或医学奖以及文学奖，其目的在于表彰那些于物理学，化学，和平，生理学或医学以及文学这些方面之上“对人类作出最大化贡献”的人士。另外还有瑞典中央银行于1968年所设立的诺贝尔经济学奖，此奖项用于表彰在经济学领域当中做出杰出贡献的人。 #

图1.4 图灵

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称现代计算机之父的另一位是美籍匈牙利数学家、计算机科学家、物理学家冯·诺依曼（1903 - 1957，见图1.5），他与同事研制世界上第二台计算机EDV AC（），其对后来计算机在体系结构及工作原理上有重大影响，EDV AC中首先采用“存储程序”概念，基于此概念的各类计算机统称冯·诺依曼机。六十多年以来，计算机系统在性能上，与当时的计算机有很大差别，在运算速度方面，和当时的计算机差异显著，在工作方式上，跟当时的计算机不一样，在应用领域中，也与当时的计算机有很大不同，不过其基本结构未曾改变，都在冯·诺依曼计算机的范畴。然而，冯·诺依曼自己也认可，他关于计算机“存储程序”的想法，皆源自图灵。

图1.5 冯·诺依曼 #

三、计算机的诞生 #

1939 年，有一位保加利亚裔美国人，他是依阿华大学的教授计算机二级office难吗，名叫阿塔纳索夫（John ，1903 - 1995），由于进行数学物理研究，需要大量计算贝语网校，然而当时所使用的模拟计算机，速度缓慢且精度低下，基于此，他下定决心要设计电子管数字计算机。在研究生克里福特·伯瑞（ E.Berry，1918 - 1963）的协助之下，于1941年制作出了一台雏形计算机ABC（—Berry）。 #

生于1907年、卒于1980年名为约翰·莫奇莱的美国宾州大学物理学教授，曾见识过ABC计算机，1942年时他撰写了一份备忘录，提议制造电子计算机用以达成弹道表的计算，1943年4月美国陆军阿伯丁弹道实验室和宾州大学摩尔学院签订了合同，着手研制ENIAC（ and）。是在埃克特 ，也就是那个出生于1919年去世于1995年的J. ，还有赫尔曼·戈德斯坦 ，即生于1913年9月13日卒于2004年6月16日的H. ，以及其他一些人共同付出努力的情况下 ，在1945年秋季的时候制成了ENIAC ，ENIAC一般被视作世界上第一台计算机 ，并且在1946年2月15日的时候公开于世 ，相关情况可见图1.6。

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图1.6 ENIAC #

1947年，莫奇莱和埃克特离开了宾州大学后，创立了属于自己的计算机公司，该公司生产了（）计算机，可看图1.7。1951年6月14日，这一计算机交付给了美国人口统计局以供使用。舆论界一般认为，这象征着人类步入了计算机时代。原因存在两点：其一，它首次作为商品被售卖，先后制造了将近50台，和ENIAC仅一台自用的情况不同 ；其二，它被用于公众领域的数据处理，不像ENIAC只是用于军事目的。特别是在曾有的那场大选中，它预告了艾森豪威尔当选，这使得西方舆论引起了极大的轰动。所以，人们觉得，在1951年的时候，迎来了计算机时代，然而，与其讲，莫奇莱和，埃克特发明了，电子计算机，倒不如讲，他们奠定了，计算机工业的，基础。

图1.7

四、计算机的发展 #

由依据计算机所运用的物理器件，人们通常把计算机的发展划分成4个阶段。

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1、第一代（1946年~1958年）：电子管阶段 #

第一代计算机有着这样的基本特征，那就是采用电子管作为计算机的逻辑元器件，所以呢，它又被称作电子管计算机，由于受到当时电子技术的限制影响，其每秒运算速度仅仅只有几千次至几万次，并且内存容量仅仅只有数KB，它的数据表示主要是定点数，编写程序使用的是机器语言或者汇编语言，第一代电子计算机体积十分庞大，造价极其昂贵，是被用于军事和科学研究工作上面，它的代表机型有（小型机）、（大型机），所采用的电子管内容查看1.8。

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图1.8 电子管 #

2、第二代（1959年~1964年）：晶体管阶段 #

第二代计算机有着这样的基本特征，那就是采用晶体管当作计算机的逻辑元器件，因这个缘故呀，它又被叫成晶体管计算机。鉴于电子技术的发展，其运算速度达到了每秒几十万次，内存容量增长到了几十KB。与此同时呢，计算机软件技术也获得了较大发展，出现了如COBOL、ALGOL等这般的高级语言。和第一代计算机相比较之下，晶体管计算机有着体积小、成本低的特点、具有更强的功能，并且可靠性得到了极大提高。除了能用于科学计算之外，它还被运用在数据处理以及事务处理方面。其代表机型有、，所采用的晶体管如图1.9所示。 #

图1.9 晶体管

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3、第三代（1965年~1970年）：集成电路阶段

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第三代计算机有着这样的基本特征，那就是将小规模集成电路用作计算机的逻辑元器件，所以它又被叫做集成电路计算机。随着固体物理技术不断发展，集成电路工艺能够在几平方毫米的单晶硅片上集成逻辑电路，该逻辑电路是由十几个甚至上百个电子元器件构成的。将它与第二代计算机去作比较，其运算速度每秒能够达到几十万次至几百万次，进一步发展了存储器，体积变得越来越小，价格变得越来越低，软件变得越来越完善 ，高级程序设计语言在这个时期获得了很大发展，在监控程序的基础上发展形成了操作系统，这一时期的计算机同时朝着标准化、通用化、多样化、机种系列化去发展 ，计算机开始在各处领域被广泛应用，其代表机型有，集成电路板如同图1.10那般呈现，图里每个黑色的IC（集成电路）之中都集成了数万个晶体管元件。

图1.10 集成电路

4、第四代（1971年~现在）：大规模/超大规模集成电路阶段

因第四代计算机基本特征为采用大规模集成电路与超大规模集成电路作计算机逻辑元器件，所以又被称作大规模集成电路计算机。自20世纪70年代起，集成电路制作工艺获迅猛发展，于硅半导体上能集成更多电子元器件，计算机逻辑器件采用大规模集成电路及超大规模集成电路技术，并且半导体存储器替代了磁芯存储器，如今，计算机速度最高可达每秒几百万亿次乃至几亿亿次浮点运算。操作系统持续完善，高级程序设计语言本领愈发强大，人们于学习、生活与娱乐等各个方面跟计算机应用紧密相连。超大规模集成电路显于图1.11。

图1.11 超大规模集成电路 #

五、计算机的特点1、运算速度快 #

计算机运算速度，通常可达每秒数百万次，快些的能到每秒数十亿次，甚至上百亿次，乃至几亿亿次浮点运算。如此一来，往昔诸多让人望而却步的计算工作，能在极短时间内完成。

2、计算精度高 #

计算机运用二进制数字来开展运算，只要配备相关硬件电路就能增大二进制数字长度，进而提升计算精度。当前微型计算机算精度已达32位以上有效数字，目前微型计算机一般都是64位的。 #

3、具有记忆和逻辑判断功能

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计算机具备被称作记忆功能的能力，此能力意味着它能够存储数量众多的信息，以供用户在任何时候去检索以及查询；计算机拥有被叫做逻辑判断功能的特性，该特性表明它不但能够开展算术运算，而且还能够进行逻辑运算，借此达成推理以及证明。记忆功能、算术运算以及逻辑判断功能一同结合起来，这就致使计算机能够去模仿人类的某些智能活动，进而成为人类脑力得以延伸的重要工具，所以计算机又被称为“电脑”。

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4、能自动运行且支持人机交互

人们针对需要计算机处理的问题，将其编成程序，把编成的程序存入计算机当中，当向计算机发出运行指令之后，计算机便会在该程序的控制之下，按照顺序依次逐条进行执行，此时不再需要人工进行干预，然而在人进行干预的时候，计算机又能够及时做出响应，以此来实现人机交互。

六、计算机的分类

伴随计算机技术持续更新，特别是微处理器飞速发展，计算机类型日益趋于多样化。

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1、根据用途及使用的范围分类 #

根据用途及使用的范围分类，计算机可以分为通用机和专用机。 #

（1）通用机 #

通用机具备这样的特点，其通用性能是很强的，它拥有着很强的综合处理能力，它可以解决各种不同类型的问题。

（2）专用机

专用机功能单一，它配备了软件，还配备了硬件，这些软、硬件是用来解决特定问题的，它能高速地解决特定问题，并且能可靠地解决特定问题。 #

2、根据综合性能指标分类

依据计算机在运算速度、字长、存储容量以及软件配置等诸多方面所呈现的综合性能指标，计算机能够被划分成。巨型机、大型机、小型机、微型机、工作站、服务器、网络计算机等。上述用于分类的标准并非固定不动，并非始终保持同一状态，仅仅适合某一个特定时期，仅仅能够适应某一段特定的时间阶段。 #

（1）巨型机

也称超级计算机的巨型机，是指当下速度最快的计算机，是指当前处理能力最强的计算机，是指现今造价最昂贵的计算机。巨型机的基本结构，是把许多微处理器，以并行架构的方式组合起来，目前已达到每秒数万亿次浮点运算，目前已达到每秒数百万亿次浮点运算，甚至目前已达到每秒几亿亿次浮点运算。巨型机的主要用途，在于处理超量的资料，比如人口普查，比如天气预报，比如人体基因排序，比如武器研制等。其主要使用者，为大学研究单位，为政府单位，为科学研究单位等。 #

这些年，我国在巨型机的研发方面，有着很大的成果，推出了“曙光”、“银河”、“联想”这类呈现国内最高水准的巨型机系统，且在国民经济的关键领域被应用。2003年3月时，由中国科学院计算所跟曙光共同研制成功的曙光4000L超级计算机研发成功，它是由40个机柜、644个Xeon CPU构成的，其浮点计算速度峰值达到了每秒3万亿次，同时拥有644GB内存、具备100TB的数据存储能力。该系统能够进行最大在线扩展，可扩展至80个机柜，有1300个CPU，具备6.75万亿次/秒的峰值速度，还有内存，能有600TB存储，并拥有1200A的最大电流，以及160kW的最大功耗，是一个海量处理系统。 #

（2）大型机

大型机具备大型、通用的特性，其处理速度较快，处理能力较强，所强调的重点乃是多人使用模式。大型机通常充当大型“客户机/服务器”体系里的服务器，又或者为“终端/主机”系统中的主机。它主要被应用于大银行、大公司以及规模较大的高等学校与科研单位，用以处理日常存在的大量繁忙业务，比方说航空公司的计算机售票系统、大型网络的服务器等等。

（3）小型机

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小型机规模不大，其结构较为简单，设计试制的周期不长，利于采用先进工艺，用户无需历经长期培训就能进行维护与使用，所以小型机相较于大型机具备更大的吸引力，更易于推广和普及。小型机的应用范围颇为广泛，像是在工业自动控制领域，在大型分析仪器方面，在测量仪器范畴，在医疗设备里的数据采集、分析计算工作中，它都能发挥作用，还能够作为大型机、巨型机的辅助机器，并且广泛应用于企业管理以及大学和研究结构的科学计算等方面。

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近些年来，跟着微型计算机快速地发展，小型机遭遇了严峻的挑战。于增强竞争能力而言，小型机广泛运用了两项技术：其一为RISC技术，也就是仅把相对较常用的指令借助硬件达成，极少使用的、繁杂的指令交由软件去完成，借此削减芯片的制造成本，提升整机的性能与价格之比；其二是采用多处理机结构用以提高数据处理速度。

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（4）微型计算机

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20世纪70年代初，在美国硅谷诞生了第一片微处理器，随着大规模集成电路的发展，作为计算机主要功能部件，为计算机微型化打下良好物质基础的微型计算机，又称个人计算机，也就是PC，通常简称为微机，俗称电脑。1971年，Intel公司的工程师马西安·霍夫（M.E. Hoff），成功在一个芯片上，实现了中央处理器（Unit，CPU）的功能，制成了世界上第一片4位微处理器Intel 4004，组成了世界上第一台4位微型计算机MCS_4，从此拉开了世界微型计算机大发展的序幕，随后，世界上许多公司也纷纷竞相研制微处理器，推出了8位的、16位的、32位的、64位的微处理器。在当前市场当中，每间隔10个月，微处理器于集成度以及处理速度方面会实现提升一倍的情况，然而其价格却会下降到达一半。并且，在里面生产CPU而居多数的厂商，是Intel公司以及AMD公司。

把计算机的运算器以及控制器等一些部件，集成于一块大规模集成电路芯片之上，将其作为中央处理部件，简称为微处理器，有人也叫它CPU。微型计算机是以微处理器当作核心，然后再配上存储器以及接口电路等芯片构建而成的。微型计算机，具备体积小、重量轻、价格低廉、可靠性高、结构灵活、适应性强以及应用面广等一系列优点，从而占领了世界计算机市场，并且得到广泛运用 ，成为现代社会不可缺少的重要工具。 #

（5）工作站 #

处于小型机与微机之间的高档微型计算机可叫做工作站，它着重突出某方面能力，像一般微机，在加装专业3D绘图卡后，或加装大量内存后，都能称作工作站微机。

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（6）服务器

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它具备功能十分强大的处理能力，拥有容量极大的存储器，还有快速的输入输出通道以及联网能力，它是一种在网络环境里为多个用户供给服务的共享设备。

根服务器所提供的服务，能够划分成这样子的类别，便是文件服务器，并且还有邮件服务器，以及WWW服务器，另外还有FTP服务器等等。 #

（7）网络计算机 #

在充分普及、Java语言推出的背景之下，被提出且有着全新概念的计算机是网络计算机（ ，NC）。网络计算机参考标准（ ，NCRP）是由IBM、和Sun公司共同制定的，按照该标准，网络计算机是运用基于Java技术的瘦客户机系统的一种计算机，它提供了一个混合系统，在这个混合系统里，依据不同的应用建立方式，存在着某些应用于服务器上执行的情况，也存在着某些应用于客户机上执行的情况。给你改写后的句子：网络计算机对于标准采用了全新设计，开机之际会去下载供本地使用的Java小应用程序，也就是Java，并且会和安装在服务器上的应用进行相连，以此来存取主机上面的数据。鉴于下载十分频繁，所以网络计算机仅仅适用于具备高带宽的网络环境。 #

网络计算机，是一种与标准显示器相连的计算机装置，也是一种与键盘相连的计算机器具，还是一种与鼠标相连的计算机设备，它没有硬盘驱动器，在关机之际，所有应用及数据都留存于服务器或者主机之上，所以有人将网络计算机称作瘦客户机，然而网络计算机的功能并不比微机逊色，微机所能做到的事情网络计算机同样可以达成，并且网络计算机更为安全，也更为便宜，网络计算机能够确保信息安全，规避危机当中存在的安全方面的隐患，诸如系列号方面的问题，以及“后门”方面的问题，还有病毒和黑客威胁所带来的隐患问题等等，成本低廉是网络计算机的另一个较为突出的优势。 #

至今为止，网络计算机于市场之中并不成功，探寻其缘由乃是时机尚未成熟，当中主要缘由为：多数应用系统尚未过渡至“浏览器/服务器”模式，日常所用局域网的速率仅为10Mb/S，与此同时网络计算机自身的技术亦不够成熟，这些均致使网络计算机的推广遭遇阻碍。然而有些专家依旧觉得，网络计算机将会取代微机成为网络计算机的主流。 #

七、计算机的应用

计算机应用已渗透至社会各个方面，正改变着传统工作方式，也改变着传统学习方式，还改变着传统生活方式，进而推动着社会发展。概括起来，应用技术领域可被分为以下几个方面： #

1、科学计算

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产生自计算机诞生起始的重点的工作之所在此项，因计算机能够迅速且精准地将结果予以算出，极大地使科学研究之进程得以加速，计算模拟亦成为一种全新的研究办法，像模拟核爆炸、模拟经济运行模型、长期天气预报这类情况。 #

2、事务处理 #

哪怕是简单的文字处理，哪怕是填写报表，哪怕是数据检索，哪怕是情报管理，各行各业的日常工作一概都离不开这样的数据处理，数据处理虽不涉及复杂的数学问题，然而数据量大，而且实时性强，事务处理由此成为计算机应用中工作量最大的领域之一。 #

3、过程控制

在工业生产过程里，借助计算机针对各种参数实施连续且实时的控制，能够达成节约人力物力的目的，还可减轻劳动强度，进而降低能源消耗，最终提高生产效率。鉴于这类控制对于计算机的要求并非很高，故而常常会使用微控制器芯片或者低档（4位、8位）微处理器芯片，并且将其制作为嵌入式的装置。只有在特殊情形之下，才会运用高级的独立计算机来进行控制。 #

4、辅助工程

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其中涵盖了计算机辅助设计，其英文为Aided ，CAD，还有计算机辅助制造、英文是Aided ，CAM，以及计算机辅助工程、对应的英文是Aided ，CAE，加之为计算机辅助教学、英文称作Aided ，CAI，另外包含计算机辅助测试、英文是 ，CAT以及诸如此类。于这些范畴当中出现了诸多软件，而这些软件恰恰又全方位改变了传统设计以及制造的面貌。假设有一个被称作概念汽车的东西，首先借助CAD将其设计出来，接着运用计算机“制造”出虚拟样车，随后针对它开展运动学以及动力学的虚拟测试，一旦发现了问题就去对设计加以修改，如此反复进行多次，直等到虚拟样车通过测试。最后才着手制造实际的汽车。毫无疑问，如此这般会极大地缩短新产品投向市场的时间。

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5、人工智能

借助计算机的逻辑推理能力，去模拟人类的某些智能行为，于应用当中开发出专家系统、模式识别、问题求解、定理证明、机器翻译、自然语言理解等技术。智能机器人还能够代替人们从事繁重的、危险的体力劳动以及部分简单的脑力劳动。 #

6、网络应用

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计算机网络技术飞速发展，使得网络应用变成面向新世纪极为重要的新技术领域，其中涵盖电子邮件、上网浏览、资料检索、IP电话、电子商务、远程教育、协作医疗、网上出版、定制新闻、娱乐休闲、聊天以及虚拟社区等，总之，网络正在改变人类生产和生活方式。 #