计算机课第一次课.ppt

1、医学计算机应用基础,课程简介,理论部分：36学时 计算机基础知识 OFFICES操作 等级考试内容补充 实验部分：自主学习 WORD、EXCEL、PPT、ACCESS 自主学习平台 18学时免费机时 引导实验：4次课后，大约在11月5日左右,期末考试,考试方式：理论 + 上机 考试地点：计算机机房 考试形式：模拟计算机等级考试的形式,1.1 计算机、信息与社会 1.2 计算机内信息的表示与编码 1.3 计算机硬件组成及其工作原理 1.4 计算机软件系统 1.5 信息安全与病毒防范,第1章 计算机与信息技术,1.1 计算机、信息与社会,1.1.1 计算机文化,1. 计算机文化现象 计算机作为一种

2、人类大脑思维的延伸与模拟的工具，它的逻辑推理能力、智能化可以帮助人类进一步展开思维空间；它的高速运算能力和大容量存储能力弥补了人类这一方面的不足。 计算机的出现为人类创造文化提供了新的现代化工具，革新了创造文化的方式方法，形成了一种新的人类文化计算机文化。,2. 计算机应用领域 （1）科学计算，主要解决科学研究和工程技术中提出的数值计算问题。 （2）数据处理，所谓数据处理（Data Processing）是指对大量的数据进行加工处理，如收集、存储、传送、分类、检测、排序、统计和输出等，从中筛选出有用信息。与科学计算不同，数据处理的数据虽然量大但计算方法简单。 （3）过程控制，过程控制（Proc

3、edure Control）又称实时控制，指用计算机实时采集控制对象的数据（有时是非数值量），对采集的数据进行分析处理后，按被控对象的系统要求对控制对象进行控制。 如: 深海机器人作业、导弹飞行参数的控制、锅炉的温度控制等等,1.1.1 计算机文化,（4）计算机辅助系统，计算机辅助系统（Computer-Aided System）包括计算机辅助设计（简称CAD）、计算机辅助制造（简称CAM）和计算机辅助教学（简称CAI）等。 （5）人工智能，人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）是指用计算机模拟人类的演绎推理和决策等智能活动。 如：模拟医学专家对某疾病进行诊断；具

4、有低等智力的机器人；计算机与人类进行对奕；数学中的符号积分和几何定理证明等等。 （6）信息高速公路（Information Super-Highway ）， 1993年9月美国正式宣布实施“国家信息基础设施”（NII）计划，即“信息高速公路”计划。 我国：金卫工程、金税工程等都是我国信息高速公路的组成部分。,1.1.1 计算机文化,3计算机医学应用 （1）医院信息系统（Hospital Information System，简称HIS），是采集、管理医院各类信息，实现信息共享的计算机网络系统。 三个阶段：单机单任务；基于文件服务器的医院内部的信息系统；客户端/服务器体系结构的医院信息系统。 （

5、2）医学数据处理， 大量医学数据的统计分析；“人类基因组计划” ：建立人类基因组图的工作是人类基因研究与计算机技术的结合；需要高性能计算机。,1.1.1 计算机文化,（3）医药信息检索系统，早期的主从结构的国际联机检索系统；二次开发的数据库系统；INTERNET。 （4）智能化医疗仪器的研制，如：电子温度计、电子血压计；CT、NMR等大型医疗仪器；刀等 。 （5）医学专家系统，是以医学专家知识为基础，以解决某一医学领域问题的人工智能系统。,1.1.1 计算机文化,1.1.2 计算机的特点,1运算速度快 计算机的运算速度是计算机性能最重要的评价指标。 目前，超级计算机的速度达： 1026万亿次秒

6、 中国超级计算机曙光5000A： 230万亿次秒 2运算精度高 3存储容量大 目前计算机主存储器（内存）容量大大提高，达到GB的数量级，而且辅助存储器（外存）容量已达TB级。 4自动化程度高、可靠性好 5严密的逻辑判断能力 6联网通讯，共享资源,1.1.3 计算机的发展历史,1计算机的诞生 1946年2月，世界上第一台电子计算机-ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator, 电子数字积分计算机）诞生于美国宾州大学。这台计算机使用约18000个电子管，每秒钟能做5000次加法运算（运算速度），体积为3031 立方米，耗电140多千瓦，

7、占地170平方米，重约30吨。 1946年6月，美籍匈牙利数学家冯诺依曼（John Von Neumann, 1903-1957）在他的“电子计算机装置逻辑结构初探”报告中首次提出了顺序存储程序通用电子计算机的方案，从而奠定了电子计算机结构的基本框架。时至今日，计算机技术日新月异，但其结构还是冯诺依曼结构。,ENIAC,2计算机的分代 第一代（1946-五十年代中期）：电子管计算机。 主要性能指标：器件使用电子管（真空管）、汞延迟线存储器和磁鼓等； 第二代（五十年代中期-六十年代中后期）：晶体管计算机。主要性能指标：器件使用晶体管、磁芯存储器等； 第三代（六十年代中后期-八十年代初）：中小规模

8、集成电路计算机。主要性能指标：硬件有中小规模集成电路、半导体存储器、磁盘、微处理器等； 第四代（八十年代初-）：大规模、超大规模集成电路计算机。主要性能指标：硬件有大规模、超大规模集成电路、半导体存储器、磁盘、光盘、微处理器、微型计算机、多处理机系统、分布式计算机系统、并行计算机系统和工作站等 。,1.1.3 计算机的发展历史,电子电路中元器件的发展演变,电子管,3中国计算机发展历史 1958年生产第1台电子数字计算机； 1964年开始推出多种晶体管计算机； 1983年，1亿次/S银河巨型机； 1993年，10亿次/S银河巨型机； 1997年，130亿次/S银河巨型机； 2001年，4032亿

9、次/S曙光3000超级计算机； 2002年，1.08万亿次/S深腾1800超级计算机； 2003年， 4.183万亿次/S深腾6800超级计算机； 2004年，11万亿次/S曙光4000A超级服务器； 2008年，230万亿次/S曙光5000A超级服务器； 2009年，1206万亿次/S天河一号超级计算机；,1.1.3 计算机的发展历史,2009年10月29日更新！,1.1.4 计算机的分类,1 巨型计算机 又称超级计算机（Super Computer）或超高性能计算机。 2 大型通用计算机（Mainframe Computer） 它是处理能力强大的通用计算机，属于比较早期的机种。 3 小型通

10、用计算机（Mini Computer） 又称超级小型计算机，该机种除规模小一些外，与大型通用计算机的低档机型接近。 4 微型计算机 微型计算机又称个人计算机（Personal Computer ,简称PC）。,1.1.5 21世纪计算机发展趋势,21世纪的计算机将会向以下几个方面发展： (1) 超级计算机的研制仍然是热点。 截止到2008年底，当今超级计算机最高速度为IBM公司的RoadRunner，达1026万亿次/秒。超级计算机制造业仍然被IBM、HP公司占据主导地位；处理器的数量一般在1000颗以上，BlueGene/L的处理器达131072颗，多采用Intel、AMD的处理器；Linu

11、x成为超级计算机的首选操作系统。 曙光5000A错过了2008年第28次全球TOP500超级计算机排行榜，属于截止到2008年底前10名的产品，目前排名第15位。,(2) 寻求新的制造领域，光电子计算机和生物计算机将是21世纪主力军。 (3) 微型计算机将进一步微型化 ； (4) 计算机人工智能化、人性化； (5) 计算机网络将继续向高速宽带网发展，真正做到在网上共享硬件资源、信息资源。,1.1.5 21世纪计算机发展趋势,1.1.6 信息的数字化,1信息的概念 信息是客观存在的一切事物及其运动状态的表征，信息通过物质载体以消息、情报、数据和信号等方式被表达，并进行传递和交换。 2信息的特征

12、（1）普遍性，无论是生命世界或无生命世界，还是社会生活或人类思维，信息都是无处不在、无时不有的。 （2）寄载性，物质是信息存在的基础，产生的源泉，即信息必须寄载于一定的物质载体上，信息不可能独立于物质之外。,（3）共享性，信息是一种资源，可以共享。 （4）时效性，即信息被利用的价值，会因时间、地点和对象而异。 （5）可识别性，包括直接识别（通过人类的眼、耳、鼻、舌、身等感官）和间接识别（通过各种探测手段）。 （6）可表征性，世界上一切存在的事物及其运动都会产生信息，而信息正是表征这些存在的事物及其运动状态的一种普遍形式。可见，信息不仅表征事物，而且信息量（表征的能力）是可以度量的。 （7）可处

13、理性，对信息可进行存储、分析、转换、传递、压缩和再生等处理。,1.1.6 信息的数字化,3信息与数据 信息与数据既有联系又有区别。数据是计算机化的信息。数据是信息的载体和表达形式，而信息是数据表达的内涵或解释。数据是具体的物理形式，而信息则是抽象出来的逻辑意义。由于信息与数据的关系是如此紧密，因此在很多场合下，人们通常不区分“信息”与“数据”、“信息处理”与“数据处理”两对概念。,1.2 计算机内信息的表示与编码,1.2.1 二进制,不同进位制数的表示和含义： “数”是一种信息，它有大小（数值），可以进行四则运算 “数”有不同的表示方法。日常生活中人们使用的是十进制数，但计算机使用的是二进制数

14、，程序员还使用八进制和十六进制数，它们怎样表示？其数值如何计算？,十进制数,每一位可使用十个不同数字表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9） 低位与高位的关系是：逢10进1 各位的权值是10的整数次幂（基数是10 ） 标志： 尾部加“D”或缺省 例： 204.96=21020101410091016102,二进制数,每一位使用两个不同数字表示（0、1），即每一位使用 1 个“比特”表示 低位与高位的关系是：逢2进1 各位的权值是 2 的整数次幂（基数是2 ） 标志： 尾部加B 例： 101.01 B =122021120 021122 5.25,八进制数,每一位使用八个不同数字表示（0、

15、1、2、3、4、5、6、7） 低位与高位的关系是：逢8进1 各位的权值是8的整数次幂（基数是8 ） 标志：尾部加Q 例： 365.2Q = 382+ 681+ 580 + 281 = 245.25,十六进制数,每一位使用十六个数字和符号表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F ） 逢16进1, 基数为16 各位的权值是16的整数次幂（基数是16 ） 标志：尾部加H 例： F5.4H=15161 + 5160 + 4161 = 245.25,不同进位制数的比较,不同进制数的相互转换,熟练掌握不同进制数相互之间的转换，在编写程序和设计数字逻辑电路时很有用 只要学会二进制

16、数与十进制数之间的转换，与八进制、十六进制数的转换就不在话下了,十进制数 二进制数,转换方法： 整数和小数分开转换 整数部分：除以2逆序取余 小数部分：乘以2顺序取整 例如：29.6875 11101.1011 B 注意：十进制小数（如0.63）在转换时会出现二进制无穷小数，这时只能取近似值,二进制数 十进制数,转换方法： 二进制数的每一位乘以其相应的权值，然后累加即可得到它的十进制数值 例： 11101.1011B = 124123122021120 121022123124 = 29.6875,八进制数与二进制数的互换,八进制二进制：把每个八进制数字改写成等值的3位二进制数，且保持高低位的

17、次序不变 例： 2467.32Q 010 100 110 111 . 011 010 B 二进制八进制：整数部分从低位向高位每3位用一个等值的八进制数来替换，不足3位时在高位补0凑满3位；小数部分从高位向低位每3位用一个等值八进制数来替换，不足3位时在低位补0凑满三位 例： 1 101 001 110.110 01 B 001 101 001 110.110 010 B 1516.62 Q,1位八进制数与3位二进制数的对应关系：,十六进制数与二进制数的互换,转换方法：与八、二进制互换的方法类似 例1：35A2.CFH 11 0101 1010 0010.1100 1111B 例2：11 010

18、0 1110.1100 11B 34E.CCH,1位十六进制数与4位二进制数的对应关系：,小 结：,二转十 八转十 乘权求和 16转十 十转二 除二取余 ( 整数逆序) 乘二取整 ( 小数 顺序) 十转八 八 八 十转16 16 16 二转八 三位变一位 八转二 一位变三位 二转16 四位变一位 16转二 一位变四位 八转16 八 二 16 16转八 16 二 八,注意：计算机中只使用二进制，但是为了便于书写、阅读，在开发程序时，常使用八、十六进制数来表示二进制数,二进制数的算术运算,1位二进制数的加、减法运算规则：,2个多位二进制数的加、减法运算举例：,小结：计算机中为什么采用二进制数？,（

19、1）计算机科学理论已经证明：计算机中使用e进制（e2.718）最合理，取整数，可以使用三进制或二进制。 （2）由于二进制容易实现，在计算机内可用电压的高和低来表达1和0两个数字，如果使用三进制则需要三个电压量来表达其三个表记符号，显然，其可靠性比使用二进制更容易受电压波动的影响。 （3）运算简单：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10；数值量与逻辑量共存，便于用逻辑运算器件实现算术运算。 此外，比特不仅能表示“数”，而且能表示文字、符号、图像、声音，可以毫不费力地相互组合，开发“多媒体”应用,例1：CPU内部二进位信息的表示,CPU内部通常使用高电平（2V左右）表示1，低电平（0.4

20、V左右）表示0,磁盘表面微小区域中，磁性材料粒子的两种不同的磁化状态分别表示0和1,例2：磁盘存储器中二进位的表示,例3：CD/DVD盘片上二进位的表示,光盘表面的凹、凸状态用于表示和存储二进位信息,CD光盘表面 DVD光盘表面,1.2.2 数在计算机内的表示方法,信息度量单位 比特（bit，binary digit的缩写）：位 比特只有 2 种取值：0，1 比特是组成数字信息的最小单位 计算机内存储器容量的计量单位： B（byte）：1B=8b（字节） KB: 1 KB=210字节=1024 B （千字节） MB: 1 MB=220字节=1024 KB（兆字节） GB: 1 GB=230字节

21、=1024 MB（吉字节、千兆字节） TB: 1 TB=240字节=1024 GB（太字节、兆兆字节） 外存储器容量经常使用10的幂次来计算： 1MB103 KB 1 000 KB 1GB106 KB 1 000 000 KB 1TB 109 KB = 1 000 000 000 KB,整数(定点数)的表示,（1）计算机中数的类型 （2）无符号整数的表示 （3）带符号整数的表示,PC机中数的主要类型,都采用二进制表示，有不同类型和不同长度 不同类型和不同长度的数各有不同的用途,计算机中的数,小数点固定隐含在个位数右面,小数点不固定,无符号整数的表示,采用“自然码”表示： 取值范围由位数决定：

22、8位： 可表示0255 (28-1)范围内的所有正整数 16位： 可表示065535(216-1)范围内的所有正整数 n位： 可表示 02n-1范围内的所有正整数。,带符号整数的表示（1）,表示方法：用1位表示符号，其余用来表示数值部分,符号如何表示？ 用最高位表示，“0”表示正号(+),“1”表示负号(-) 数值部分如何表示？ (1) 原码表示： 整数的绝对值以二进制自然码表示 (2) 补码表示： 正整数：绝对值以二进制自然码表示 负整数：绝对值使用补码表示,举例： +43的8位原码为： 00101011 - 43的8位原码为： 10101011,带符号整数的编码表示（2）,负数的绝对值如何

23、用补码表示？ 先表示为自然码 将自然码的每一位取反码 在最低位加“1” 例1: - 43用8位补码表示 所以： - 43 的8位补码为：11010101 例2： - 64用8位补码表示 所以： - 64 的8位补码为：11000000,43 = 0101011 取反： 1010100 加1： 1010101,64 = 1000000 取反： 0111111 加1： 1000000,带符号整数的编码表示（3）,优缺点分析： 原码表示法 优点：与日常使用的十进制表示方法一致，简单直观 缺点：加法与减法运算规则不统一，增加了成本；整数0 有“00000000”和“10000000”两种表示形式，不方

24、便 补码表示法 优点：加法与减法运算规则统一， 没有“-0”,可表示的数比原码多一个 缺点：不直观，人使用不方便 结论：带符号整数在计算机内不采用“原码”而采用“补码”的形式表示！,带符号整数的编码表示（4）,原码可表示的整数范围 8位原码： - 27+127- 1（- 127127） 16位原码： - 215+1215- 1（- 3276732767） n 位原码： - 2n-1+12n-1- 1 补码可表示的整数范围 8位补码：- 2727- 1 （- 128127 ) n位补码：- 2n-12n-1- 1,- 128表示为 10000000 +127 表示为 01111111,实数(浮点

25、数)的表示,实数的特点与表示方法,特点： 既有整数部分又有小数部分，小数点位置不固定 整数和纯小数是实数的特例 任何一个实数总可以表达成一个乘幂和一个纯小数之积 例如： 56.725 = 0.56725102 0.0034756 = -0.34756102 实数的表示方法（记阶法）：用3个部分表示 乘幂中的指数：表示实数中小数点的位置 纯小数部分(尾数)：表示实数中的有效数字部分 数的正负(符号),二进制实数的浮点表示,与十进制实数一样，二进制实数也可以用记阶法表示 例如： +1001.011B = + 0.1001011B2 100 0.0010101B = 0.10101B210 可见，任

26、一个二进制实数 N 均可表示为： N=S2P （其中， 是该数的符号； S是N 的尾数；P是N的阶码） 因此，32位的单精度浮点数在计算机中可表示为：,1.2.3 编码（字符在计算机内的表示方法）,文字的基本元素是字母和符号，统称为“字符” (character)，它包括：字母、数字、符号等 字符集：一组特定字符的集合 不同的字符集包含的字符数目与内容不同，如：中文字符集、西文字符集、日文字符集等 字符的编码： 字符集中每个字符都使用二进位(code) 表示，称为字符的编码 不同的字符其编码各不相同 字符集中所有字符的编码的一览表，称为该字符集的码表,1、西文字符的编码ASCII码,西文是表音文字(拼音文字)，它由拉丁字母、数字、标点符号以及一些特殊符号所组成 美国标准信息交换码(American Standard Code for Information Interchange, 简称ASCII码)： ASCII字符集包含96个可打印字符和32个控制字符 采用7个二进位进行编码 计算机中使用1个