医学计算机应用基础计算机基础知识

医学计算机应用基础Medical science calculator application foundation,四川大学计算机学院主讲教师：马义玲,第一章 计算机基础知识,第二章 WINDOWS 操作系统,第三章 中文WORD案例导入,第四章 中文 PPT案例导入,第五章 中文 EXCEL案例导入,第六章 互联网基础与应用,第七章 中文 Access,课程主要知识点简介及教学流程,总复习,课堂教材:医学计算机应用基础第3版实习指导:医学计算机应用基础实验指导,电子计算机是一种按程序处理信息的电 子设备.又称电脑.电子计算机能海量存储信息并高速处理信息。因此，了解计算机的基本理论，熟练掌握计算机的应用技能，是当代大学生的必修课程。本章主要介绍计算机的基础理论，其中包括：计算机的工作原理、组成、特点、分类等知识点，学好本章，将为后续课程打下良好的基础。,第一章 计算机基础知识,第一章 计算机基础知识,主要教学内容：一、计算机、信息与社会（计算机发展史、分类、特点及应用）二、计算机内数的表示与编码（二进制、数的机内表示及编码）三、计算机系统、计算机的硬件组成和软件系统 四、多媒体技术与计算机五、计算机网络 六、计算机病毒及其防治,计算机文化 Computer culture,计算机的高速发展，使它不仅成为今天使用最现代化的工具，而且已经成为当今信息社会的重要支柱。近十几年来，国内、外流行“计算机文化”一词，统常把传统文化称为“第一文化”，而把计算机称为“第二文化”。 自从1946年第一台电子计算机诞生到如今，已经过去近60年了,在当今社会，了解计算机，掌握计算机，其意义已不限于掌握“现代化工具”，而是学习一种现代文化知识。,计算机的应用领域,1. 科学计算2. 数据处理和信息加工3. 实时控制4. 计算机辅助设计（CAD） 计算机辅助制造（CAM） 计算机辅助教学（CAI） 计算机辅助诊断5. 人工智能和专家系统6. 多媒体技术、网络与信息高速公路7. 计算机医学应用,精度高 速度快 存储容量大 具有记忆功能和逻辑判断力 有自动控制能力 联网通讯,计算机的特点,计算机的发展史,近代计算机阶段 时间：1822-1944 （历时约120年）,现代计算机的发展阶段 时间： 1946年-,晶体管电脑,差分机,第一台电子计算机 (ENIAC) 发明的时间、地点、特点 时间： 1946年 地点： 美国宾夕法尼亚大学 特点： 重130多吨，18800多个电子管、 1500个继电器、70000只电阻 占地170平方米、速度5000次/秒 由著名数学家冯若依曼博士提 出了“存储程序”的思想。,计算机的发展史,电子数字积分计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）,第一代(First generation ) 19461956 电子管，磁鼓，机器语言，数值计算 第二代(Second generation) 19571964 晶体管，磁芯，磁盘，汇编语言，高级语言，操作系统，科学计算与数据处理 第三代(third generation ) 19651970 集成电路，半导体存储器，结构化模块化程 序设计,计算机发展的分代史,计算机的分代通常以计算机所采用的逻辑元件作标准来划分的,第四代(fourth generation ) 1970 大规模集成电路(Large-scale Integrated circuits) ，微机出现 1980 超大规模集成电路，计算机可处理各种信息（声音，文字，图像.）多媒体出现。 1990 网络(Net)和多媒体(Multimedia)技术 广泛应用，计算机与电话，传真，光纤融合为一体，出现了信息高速公路。,计算机的发展方向：微型化、巨型化、网络化和智能化,新型结构的计算机,汽车设计的革命虚拟环境,盲用计算机,未来计算机,中国目前运行速度最快的计算机五万亿次超级计算机,在国际前五百台最快计算机中排名第十四位。,IBM这台计算机有8192个中央处理器，每秒运行次数达12.3万亿次。,最薄的计算机,羊毛键盘,量子计算机,传统计算机遵循着众所周知的经典物理规律，而量子计算机则是遵循着独一无二的量子动力学规律（特别是量子干涉）来实现一种信息处理的新模式。在量子计算机中，基本信息单元（叫做一个量子位或者qubit，也叫做昆比特）不同于传统计算机，并不是二进制位而是按照性质四个一组组成的单元。qubit具有这种性质的直接原因是因为它遵循了量子动力学的规律，而量子动力学从本质上说完全不同于传统物理学。,量子计算机：美英科学家发现一种粒子的量子信息能够从一个原子远距离传送到另一个原子。这一发现可能导致最终研制出高速度的量子计算机。,毫微DNA计算机,现在科学家正在研制一种毫微型计算机，用来诊断和治疗人体某些癌症，它们可以被放入人体内部，定点清除疾病。新的装置不再使用硅芯片和电路板，而是由DNA构成。它不再由电信号控制，而是通过释放生物分子来对周围环境的改变做出反应。,电子计算机的分类,通用机,专用机,数字计算机,模拟计算机,按规模分为：巨型机和大型机、小型机、微型机、工作站,电子计算机,信息的数字化,信息、数据与数据处理信息 ： 人们对客观事物的直接描述。数据 ： 数据是信息的具体表达形式。信息与数据处理： 对数据进行采集、存储、分类加工、整理 和分析。,信息编码的基本概念,用约定的基本符号，按照一定的组合规则，表示出复杂多样的信息，从而建立起信息与编码之间的对应关系。,编码,文字信息,图片信息,声音信息,-,-,-,文字信息,-,-,声音信息,-,图片信息,计算机中是用电子元件来表示数的，而每一种电子元件通常只有两种稳态，表示“0”或“1”，因此计算机中只能采用二进制计数。下面介绍二进制及与二进制有关的十进制八进制，十六进制以及相互之间的关系。,计算机内数的表示与编码,1,1,1,1,0,0,0,0,位 (bit) 最小的信息单位 字节 (byte) 最小的存储单位 1字节(byte)=8位(bit),bit,byte,数制,十进制(decimal) 0 9 二进制(binary) 0 1 八进制 (octal) 0 7 十六进制(Hex) 0 9 AF 二 十进制之间的对应关系 十 ：1 2 3 4 5 6 7 8 9二 ：1 10 11 100 101 110 111 1000 1001,参考教科书P1011,二进制数的机内表示及运算,最高位是符号位1表示负数0表示正数,D7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0,二进制的运算,二进制的加法 1+1=10 二进制的减法 1-1=0 二进制的乘法 1*1=1 二进制的除法 1/1=1,参考教科书P10,地位计数法N=km Rm +km-1 Rm-1+.+k1R1+ kR0 +kR-1+k-2 R-2+.+k-pR-p,进位计数制,数符,位权,例: 9999.99=9*103+9*102+9*101+ 9*100+9*10-1+9*10-2 (101.1)2=1*22+0*21+1*20+1*2-1 (567.)8=5*82+6*81+7*80+*8-1注 任何一种数制的数都可以用地位计数法展开,数制间的转换,二，八，十六进制与十进制之间的转换方法：按地位计数法将二,八,十六进制展开 求和,得对应的十进制。例：(101.1)2=1*22+0*21+1*20+1*2-1 =(5.5)10,十进制与二，八，十六进制之间的转换方法: 整数部分用余数法例: 2 16,8,2,2,4,2,1,0,0,0,(16)10=(10000)2,余数(最低位),余数(最高位),0,方法：小数部分用乘法,例:(0.625)10转化为二进制小数0.625*2=1.250 (取出整数部分 1 ) 最高位0.250*2=0.500 (取出整数部分 0 )0.500*2=1.000 (取出整数部分 1 ) 最低位0.00 小数部分为0,转换结束 (0.625)10=(0.101)2,问题: 怎样将十进制数(16.625)10转换为二进制数?,方法: 将十进制数的整数和小数分别转换成二进制数,(16)10=(10000)2(0.625)10=(0.101)2(16.625)10=(10000.101)2,二、八进制之间的转换 方法: 分节法 (三位一节) 例：(1,000,110,111,010.101,100,001)2 (1 0 6 7 2 5 4 1 )8 二、十六进制之间的转换 方法: 分节法（四位一节） 例：(1010,1000,1011.1101,0110,1111)2 ( A 8 B D 6 F )16,定点整数,符号位,.,小数点,数值部分,1,0,0,0,0,0,0,0,定点小数,符号位,.,小数点,数值部分,0,0,0,0,0,0,0,1,-2-15,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,+7,定点数,浮点数,N=M*2E,阶符,数符,E,M,阶码部分,尾数部分,若用32位表示一浮点数,则阶符和数符各占1位,阶码部分占7位,尾数部分占23位.,字符的编号ASCII 码ASCII 美国标准信息交换代码 American Standard Code For Information Interchange,编码,控制字符：0000000000011111 (000031) 32个 基本字符：0010000001111111 (032127) 96个,ASCII码的编码规则为：每个字符用7位二进制数（d6d5d4d3d2dld0）来表示，7位二进制数共有128种状态（27=128），可表示128个字符，7位编码的取值范围为00000001111111，用1个字节存放。,参考教材P13-P14,EBCDIC码 8位二进制编码 28=256 种字符 控制字符：0000000000011111 (000031) 32个 基本字符：0010000001111111 (032127) 96个 扩展字符：1000000011111111 (128255) 128个,汉字编码,汉字输入码： 音码全拼、双拼、简拼 形码五笔字型、表形码、首尾码 混合码 快速码 数码 电报码、区位码,汉字编码是指根据国家标准GB2312所编的汉字编码。共7445个，一级汉字3755个，二级汉字3008个。所有的字符和汉字按94*94的矩阵排列,汉字机内码：计算机内部存储和处理汉字的编码，用两个字 节表示一个汉字,且两个字节的最高位均为1.,汉字的表形码：显示和打印输出的汉字字形码。 16*16点阵需32字节存储 24*24点阵需72字节存储,电子计算机一般由两大部分组成： 硬件(hardware)系统和软件(software)系统,计算机系统的组成,输出设备,计算机软件,计算机硬件,计算机系统,输入设备,存储器,CUP 中央处理器,应用软件,系统软件,计算机存储程序的工作原理,冯.若依曼提出的“存储程序”概念的基本原理由运算器、存储器、控制器、输入和输出五大功能部 件组成计算机硬件系统，并规定了它们的基本功能采用二进制形式表示数据和指令计算机能自动高速地从存储器中取出指令并执行,指令与指令系统：指令是CPU发布的用来指挥和控制计算机完成某种操作的命令。程序是由一列指令序列组成，用以完成一个指定的完整任务。一组不同指令的集合称为指令系统。,指令格式：,操作码,操作数,+,计算机指令(instruction),指令类型：数据指令、数据传送指令、程序控制指令、状态管理指令,计算机存储程序的工作原理,MEMORY,程序、数据,控制信号,-,自动取指令、数据,CPU,解释执行指令,-,送回结果,45,所谓硬件系统是指组成计算机的物理装置。 即那些看得见摸得着的物理设备。硬件组成：一个完整的硬件系统，必须包括五大功能部件：1. 运算器（ALU-Arithmetic Logic Unit） 计算机用来进行数据运算的部件。 2. 存储器存放计算机使用的各种信息。 具有记 忆能力的部件3. 控制器 计算机的指挥系统。4. 输入设备 用来输入程序和数据的部件， 输入接口电路和输入装置。5. 输出设备 用来输出结果的部件。 输出接口电路和输出装置。,计算机的硬件系统,控制器Control unit,运算器Arithmetic and logical unit,存储器Memory,输入设备Input device,输出设备Output device,主机,计算机硬件系统,外设,外设,CPU,中央处理机(CPU),控制器+运算器 超大规模集成电路工艺制成的芯片,主机CPU、内存以及连接主要输入输出装置的接口电路统称为主机。,微处理器微型计算机的中央处理器,C P U,HP XEON 3.0HZ/4M(345323-B21)CPU类型 服务器CPU主频 3000MHz二级缓存 4096K插槽结构 N/A37500 元,Intel（英特尔）Pentium 4 1.8A GHz 主频：1800MHz外频：400MHz一级缓存：20K二级缓存：512K插槽结构：Socket 478885元,主板,华硕电脑的P5LD2 Deluxe/WiFi-TV版本主板，支持Intel 最新的LGA 775 Pentium 4处理器、双核心Pentium D、双核心Pentium XE、Celeron D处理器2988元-2988元,控制器：对是对输入指令进行分析，并控制计算机 的各部件完成相应任务的部件,控制器的组成： 指令寄存器、状态寄存器、指令译码器 时序电路、控制电路,运算器：又称为算术逻辑单元，是执行各种算术 运算和逻辑运算的部件,运算器的组成： 加法器和若干寄存器,存储器：是计算机中保存程序和数据信息，并能在计算机运行中高速自动地完成数据存取的部件,存储器的组成： MOS电路和电容 （动态存储器DRAM) 双极型电路或MOS电路的触发器（静态存储器SRAM) （同步动态） SD RAM 与CPU外频同步 P用内存 DDRAM、RAMBUS,存储器,存储器,内存,外存,ROM,EPROM,RAM,磁盘,光盘,磁带,软磁盘,硬磁盘,只读光盘,可读写光盘,EEPROM(CMOS),PROM,DDR,SDRAM,内存和显示卡与主板连接示意图,内存,PCI显示卡插槽,外部Cache插槽,* 外存贮器: 磁表面存储器 磁盘、光盘、磁带 软盘存储器：软磁盘软盘驱动器 硬盘存储器：硬磁盘硬盘驱动器 光盘存储器：光磁盘光盘驱动器* 高速缓存Cache,高速缓存是高频率的CPU与较低速度的内存之间交换数据的高速缓冲存储器，高速缓存Cache成为解决内存速度瓶颈的最有效的方法之一。,磁盘片,磁头,硬盘结构示意图,运动方向,高速旋转,硬盘,U盘,3寸磁盘结构示意图,写保护孔,磁头读写槽,软盘结构,扇区,读写口,第0道,第n道,磁道,光盘系统,光盘系统=光盘驱动器+光盘片(+CD-ROM驱动卡)光驱的读取速度：32-52倍速以上光驱的存储容量: 650MB以上 速度界于软盘和硬盘之间。只读光盘(CD-ROM)追记型只读光盘(CD-R)可读写型光盘(CD-R/W),光盘系统,存储单位:K、M、G K=1024: 1KB=1024 Byte M=10241024 : 1MB=1024KByet G=1024M,0 1 1 0 0 1 0 1,1Byte,输入设备( Input Device) 键盘 Keyboard 鼠标 Mouse 光笔 Light Pen 扫描仪 Scanner 声音采集卡 图象采集卡,光电鼠标（ Mouse ）,扫描仪（ Scanner）,回车键上档键空格键CAPS LOCK 大小写转换键BACKSPACE退格键CTRL 控制键ALT 转换键,键盘,显示器、打印机、绘图仪、音响设备显示器显示规范：CGA，EGA， VGA , SVGA等显示分辨率：320200，640350 ，640480，1024768，12481024显示颜色数：256，6.4万，1600万,输出设备(Output Device),总线,计算机各部件之间通过总线连接，微机的总线采用超大规模集成电路工艺制成标准化芯片。,按信号类型将总线分为数据总线、地址总线、控制总线,16位总线、32位总线,计算机接口,计算机的接口电路是微处理器与外部设备之间变换信息和实现缓冲的部件，接口具有寻址功能、数据转换功能、输入输出功能、中断功能、联络功能及错误检测功能。,接口部件包含硬件和软件：硬件由一组寄存器（I/O端口）组成，每个端口有一个端口地址软件 称为设备驱动程序,总线接口 串行接口 并行接口,微处理器通过三组总线（数据总线、地址总线和控制总线）与接口部件连接,CPU,RAM,I/O,I/O,接口,接口,D.B,A.B,C.B,微机及总线结构,软驱U盘键盘鼠标,网卡Moden扫描仪游戏杆,光驱声卡音箱,微型计算机及其外设,计算机的主要性能指标,字长： 字长是计算机能直接处理二进制数据的位 数一位二进制数称为一个bit.微型机的字长一般为 位、1位，高档微机可达64位，128位。,内存容量： 内存容量是指计算机系统所配置的主存总字节数， 一般为128MB或256MB,主频： 指计算机的时钟频率。 由于计算机内部逻辑电路均为时钟 脉冲作为同步脉冲触发电子器件工作， 所以主频在很大程 度上决定了计算机的运算速度。用MHZ表示。,存取速度:,指存储器进行一次读写操作所需要的时间.完成两次读写操作所需的时间称为存储器的存储周期.,运算速度： 运算速度一般指每秒能执行的指令数.,外部设备的配置软件的配置,计算机的主要性能指标,计算机软件系统,软件：为运行、管理、维护、和开发而编制的各种 程序的总和。由一组不可见的指令集合来告 诉硬件 怎样工作以及怎样与用户交互作用。,计算机软件的分类：,1. 系统软件,2. 应用软件,操作系统 编译系统 系统程序库 数据库管理系统 诊断程序,计算机软件,软件(software)：计算机可运行的全部程序的集合程序(Program）：计算机能够理解执行的指令集合，由 计算机语言按一定语法规则编制而成。,计算机软件,系统软件,应用软件,软件硬件与用户间的关系,用户程序,应用程序,语言处理程序,操作系统,裸机,计算机语言(Computer Language)是人与计算机交流信息的工具,机器语言,汇编语言,高级语言,能够直接被机器执行的机器指令,采取助记符号来表示二进制代码的程序设计语言,与人类语言近似的一种程序设计语言,编译系统,源程序,编译程序,解释程序,目标程序,可执行程序,连接,操作系统 操作系统是用户与计算机之间的“接口”,功能,处理器管理,存储器管理,文件管理,设备管理,作业管理,诊断程序,数据库系统,诊断程序是专门对CPU、驱动器、接口、内存等计算机硬件设备性能测试和故障进行诊断维护的系统程序,数据库的基本功能是实现对大量数据的有序组织和高效处