第1章-信息技術(shù)概論-(2)課件

大學(xué)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)基礎(chǔ)中國(guó)藥科大學(xué)

劉鑫朝

E-mail:lxc_favorite@163.com主要教學(xué)內(nèi)容第1章信息技術(shù)概論第2章計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)第3章計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)第4章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第5章數(shù)字媒體及應(yīng)用第6章數(shù)據(jù)庫(kù)原理第7章醫(yī)院信息系統(tǒng)第8章醫(yī)藥數(shù)據(jù)挖掘與分析附錄MATLAB第1章

信息技術(shù)概論

學(xué)習(xí)要求了解信息、信息科學(xué)和信息社會(huì)的概念通信技術(shù)、微電子技術(shù)計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段和計(jì)算機(jī)應(yīng)用信息技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用掌握二進(jìn)制，以及二進(jìn)制的計(jì)算各種進(jìn)制的轉(zhuǎn)換數(shù)的二進(jìn)制表示（原碼、反碼、補(bǔ)碼）數(shù)的表示范圍信息存儲(chǔ)單位，數(shù)字信息的傳輸單位主要內(nèi)容1.1信息與信息技術(shù)1.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用（課外閱讀）1.3數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)1.4通信技術(shù)基礎(chǔ)（課外閱讀）1.5微電子技術(shù)基礎(chǔ)（課外閱讀）1.6信息標(biāo)準(zhǔn)化（課外閱讀）1.1信息與信息技術(shù)1.1.1數(shù)據(jù)與信息1.1.2信息技術(shù)與信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)1.1.3醫(yī)藥信息化及其發(fā)展（課外閱讀，調(diào)查）1.1.2信息技術(shù)與信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)信息處理指的是與下列內(nèi)容相關(guān)的行為和活動(dòng)：信息的收集(如信息的感知、測(cè)量、獲取、輸入等)信息的傳遞(如郵寄、電報(bào)、電話、廣播等)信息的加工(如信息的分類、計(jì)算、分析、轉(zhuǎn)換等)信息的存儲(chǔ)(如書(shū)寫(xiě)、攝影、錄音、錄像等)信息的施用(如控制、顯示、指揮、管理等)信息處理與人的行為信息技術(shù)（InformationTechnology，IT）指的是用來(lái)擴(kuò)展人們信息器官功能、協(xié)助人們更有效地進(jìn)行信息處理的一門技術(shù)。內(nèi)容包括：擴(kuò)展感覺(jué)器官功能的感測(cè)(獲取)技術(shù)擴(kuò)展神經(jīng)系統(tǒng)功能的通信技術(shù)擴(kuò)展大腦功能的計(jì)算與存儲(chǔ)技術(shù)擴(kuò)展效應(yīng)器官功能的控制與顯示技術(shù)擴(kuò)展神經(jīng)系統(tǒng)功能的通信技術(shù)外部世界事物信息產(chǎn)業(yè)是指信息設(shè)備生產(chǎn)制造，以及利用這些設(shè)備進(jìn)行信息采集、儲(chǔ)存、傳遞、處理、制作與服務(wù)的所有行業(yè)與部門的總和。信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)信息內(nèi)容產(chǎn)業(yè)信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)芯片,計(jì)算機(jī),手機(jī),通信設(shè)備,數(shù)字電視,軟件,電子器件等內(nèi)容數(shù)字化,數(shù)字文化,教育科技,知識(shí)產(chǎn)業(yè),數(shù)字娛樂(lè),電子游戲等信息基礎(chǔ)設(shè)施電子政務(wù),商務(wù),金融,物流,教育,醫(yī)療,社區(qū),認(rèn)證,娛樂(lè),游戲等電信網(wǎng)絡(luò),廣播電視網(wǎng)絡(luò),互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等信息產(chǎn)業(yè)1.3

數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)1.3.1比特與二進(jìn)制數(shù)及運(yùn)算1.3.2信息在計(jì)算機(jī)中的表示1.3.1比特與二進(jìn)制數(shù)及運(yùn)算比特（bit，binarydigit的縮寫(xiě)）中文翻譯為“二進(jìn)位數(shù)字”、“二進(jìn)位”或簡(jiǎn)稱為“位”比特只有2種取值：0和1，一般無(wú)大小之分如同DNA是人體組織的最小單位、原子是物質(zhì)的最小組成單位一樣，比特是組成數(shù)字信息的最小單位數(shù)值、文字、符號(hào)、圖像、聲音、命令······都可以使用比特來(lái)表示存儲(chǔ)容量的計(jì)量單位8個(gè)比特＝1個(gè)字節(jié)（Byte，用大寫(xiě)B(tài)表示）計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器容量的計(jì)量單位：KB:1KB=210字節(jié)=1024B（千字節(jié)）MB:1MB=220字節(jié)=1024KB（兆字節(jié)）GB:1GB=230字節(jié)=1024MB（吉字節(jié)、千兆字節(jié)）TB:1TB=240字節(jié)=1024GB（太字節(jié)、兆兆字節(jié)）外存儲(chǔ)器容量經(jīng)常使用10的冪次來(lái)計(jì)算：1MB＝103KB

＝1000KB1GB＝106KB

＝1000000KB1TB＝109

KB

=1000000000KB傳輸速度計(jì)量單位信息是可以傳輸?shù)模畔⒅挥型ㄟ^(guò)傳輸和交流才能發(fā)揮它的作用在數(shù)字通信技術(shù)中，信息的傳輸是通過(guò)比特的傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)的近距離傳輸時(shí)：直接將用于表示“0/1”的電信號(hào)或光信號(hào)進(jìn)行傳輸（稱為基帶傳輸），例如：計(jì)算機(jī)讀出或者寫(xiě)入移動(dòng)硬盤中的文件使用打印機(jī)打印某個(gè)文檔的內(nèi)容遠(yuǎn)距離傳輸或者無(wú)線傳輸時(shí)：需要使用調(diào)制技術(shù)（參見(jiàn)第4章）傳輸速率表示每秒鐘可傳輸?shù)亩M(jìn)位數(shù)目，常用單位是：比特/秒(b/s)，也稱“bps”。如2400bps(2400b/s)千比特/秒(kb/s)，1kb/s=103比特／秒=1000b/s兆比特/秒(Mb/s)，1Mb/s=106比特／秒=1000kb/s吉比特/秒(Gb/s)，1Gb/s=109比特／秒=1000Mb/s太比特/秒(Tb/s)，1Tb/s=1012比特／秒=1000Gb/s比特的三種邏輯運(yùn)算比特的取值“0”和“l(fā)”可表示兩種不同的狀態(tài)（例如電位的高/低、開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)/接通）比特的運(yùn)算使用邏輯代數(shù)，它有3種基本邏輯運(yùn)算：邏輯加（也稱“或”運(yùn)算，用符號(hào)“OR”、“∨”或“＋”表示）邏輯乘（也稱“與”運(yùn)算，用符號(hào)“AND”、“∧”或“·”）取反（也稱“非”運(yùn)算，用符號(hào)“NOT”或上橫杠“ˉ”表示）邏輯運(yùn)算的規(guī)則邏輯加：F=A∨

BA:00 11B:∨0

∨1

∨0

∨1F:011 1邏輯乘：F=A·BA:0 011B:∧0

∧1

∧0

∧1F:000 1取反：F=NOTAA:NOT0

NOT 1

F: 1 0兩個(gè)多位的二進(jìn)制信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算時(shí)，按位獨(dú)立進(jìn)行，即每一位都不受其它位的影響：例1 A: 0110 B:∨ 1010

F: 1110例2 A: 0110 B:∧1010

F: 0010EFABEFABAEFR十進(jìn)制數(shù)每一位可使用十個(gè)不同數(shù)字表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9）低位與高位的關(guān)系是：逢10進(jìn)1各位的權(quán)值是10的整數(shù)次冪（基數(shù)是10）標(biāo)志：尾部加“D”或缺省例：204.96=2×102＋0×101＋4×100＋9×10－1＋6×10－2二進(jìn)制數(shù)每一位使用兩個(gè)不同數(shù)字表示（0、1），即每一位使用1個(gè)“比特”表示低位與高位的關(guān)系是：逢2進(jìn)1

各位的權(quán)值是2的整數(shù)次冪（基數(shù)是2）標(biāo)志：尾部加B例：101.01B=1×22＋0×21＋1×20

＋0×2－1＋1×2－2＝5.25八進(jìn)制數(shù)每一位使用八個(gè)不同數(shù)字表示（0、1、2、3、4、5、6、7）低位與高位的關(guān)系是：逢8進(jìn)1

各位的權(quán)值是8的整數(shù)次冪（基數(shù)是8）標(biāo)志：尾部加Q例：

365.2Q=3×82+6×81+5×80+2×8－1=245.25十六進(jìn)制數(shù)每一位使用十六個(gè)數(shù)字和符號(hào)表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F）逢16進(jìn)1,基數(shù)為16各位的權(quán)值是16的整數(shù)次冪（基數(shù)是16）標(biāo)志：尾部加H例：

F5.4H=15×161+5×160+4×16－1=245.25不同進(jìn)位制數(shù)的比較十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制零0000000壹1000111貳2001022叁3001133肆4010044伍5010155陸6011066柒7011177捌81000108玖91001119拾10101012A拾壹11101113B拾貳12110014C拾叁13110115D拾肆14111016E拾伍15111117F十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制轉(zhuǎn)換方法： 整數(shù)和小數(shù)分開(kāi)開(kāi)轉(zhuǎn)換整數(shù)部分：除以2逆序取余小數(shù)部分：乘以2順序取整例如：29.6875

11101.1011B

注意：十進(jìn)制小數(shù)（如0.63）在轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)出現(xiàn)二進(jìn)制無(wú)窮小數(shù)，這時(shí)只能取近似值129371421222200111余數(shù)低位高位整數(shù)部分小數(shù)部分0.6875×21.37500.75001.50001.0000×2×2×2高位低位二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：二進(jìn)制數(shù)的每一位乘以其相應(yīng)的權(quán)值，然后累加即可得到它的十進(jìn)制數(shù)值例：11101.1011B=1×24＋1×23＋1×22＋0×21＋1×20

＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3＋1×2－4

=29.6875

不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換問(wèn)題如何實(shí)現(xiàn)八進(jìn)制與十進(jìn)制之間轉(zhuǎn)換？如何實(shí)現(xiàn)十六進(jìn)制與十進(jìn)制之間轉(zhuǎn)換？如何實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制與八進(jìn)制與十六進(jìn)制之間轉(zhuǎn)換？討論為什么使用八進(jìn)制和十六進(jìn)制？比特的基本運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的加、減法運(yùn)算規(guī)則：被加數(shù)加數(shù)和進(jìn)位

0000011010101101（a）加法規(guī)則被減數(shù)減數(shù)差借位

0000011110101100（b）減法規(guī)則多位二進(jìn)制數(shù)的加、減法運(yùn)算舉例：01011001+0100－010010010101由低位到高位逐位進(jìn)行,低位向高位進(jìn)(借)位！1.3.2信息在計(jì)算機(jī)中的表示數(shù)據(jù)是信息的載體數(shù)據(jù)有多種表示形式數(shù)值文字圖像聲音視頻符號(hào)……在計(jì)算機(jī)中,所有數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制表示1.數(shù)值信息在計(jì)算機(jī)中的表示采用“自然碼”表示無(wú)符號(hào)整數(shù)：取值范圍由位數(shù)決定：8位： 可表示0～255(28-1)范圍內(nèi)的所有正整數(shù)16位： 可表示0～65535(216-1)范圍內(nèi)的所有正整數(shù)n位： 可表示0～2n-1范圍內(nèi)的所有正整數(shù)。十進(jìn)制數(shù)8位無(wú)符號(hào)整數(shù)

00000000010000000120000001030000001140000010050000010125211111100253111111012541111111025511111111······帶符號(hào)整數(shù)的表示（1）表示方法：用一位表示符號(hào)，其余用來(lái)表示數(shù)值部分符號(hào)用最高位表示：“0”表示正號(hào)(+),“1”表示負(fù)號(hào)(-)數(shù)值部分有兩種表示方法： (1)原碼表示： 整數(shù)的絕對(duì)值以二進(jìn)制自然碼表示 (2)補(bǔ)碼表示： 正整數(shù)：絕對(duì)值以二進(jìn)制自然碼表示 負(fù)整數(shù)：絕對(duì)值使用補(bǔ)碼表示···符號(hào)位數(shù)值部分最低位最高位原碼表示舉例：

[+43]的8位原碼為：00101011[-43]的8位原碼為：

10101011帶符號(hào)整數(shù)的表示（2）負(fù)數(shù)的絕對(duì)值如何用補(bǔ)碼表示？先表示為自然碼將自然碼的每一位取反碼在最低位加“1”例1:[-43]用8位補(bǔ)碼表示所以：[-43]

的8位補(bǔ)碼為：11010101例2：[-64]用8位補(bǔ)碼表示所以：[-64]

的8位補(bǔ)碼為：1100000043=>0101011取反：1010100加1：101010164=>1000000取反：0111111加1：1000000帶符號(hào)整數(shù)的表示（3）優(yōu)缺點(diǎn)分析：原碼表示法優(yōu)點(diǎn)：與日常使用的十進(jìn)制表示方法一致，簡(jiǎn)單直觀缺點(diǎn)：加法與減法運(yùn)算規(guī)則不統(tǒng)一，增加了成本；整數(shù)0有“00000000”和“10000000”兩種表示形式，不方便補(bǔ)碼表示法優(yōu)點(diǎn)：加法與減法運(yùn)算規(guī)則統(tǒng)一，沒(méi)有“-0”,可表示的數(shù)比原碼多一個(gè)缺點(diǎn)：不直觀，人使用不方便結(jié)論：帶符號(hào)整數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)不采用“原碼”而采用“補(bǔ)碼”的形式表示！帶符號(hào)整數(shù)的表示（4）原碼可表示的整數(shù)范圍8位原碼：-27+1～27-1（-127～127）16位原碼：-215+1～215-1（-32767～32767）n位原碼：-2n-1+1～2n-1-1補(bǔ)碼可表示的整數(shù)范圍

8位補(bǔ)碼：-27～27-1

（-128～127)

n位補(bǔ)碼：-2n-1～2n-1-1-128表示為10000000+127表示為011111113種整數(shù)的比較8位二進(jìn)制碼表示無(wú)符號(hào)整數(shù)時(shí)的數(shù)值表示帶符號(hào)整數(shù)(原碼)時(shí)的值表示帶符號(hào)整數(shù)(補(bǔ)碼)時(shí)的值0000000000000000001111……………………0111111112712712710000000128-0-12810000001129-1-127……………………11111111255-127-1計(jì)算機(jī)中整數(shù)有多種，同一個(gè)二進(jìn)制代碼表示不同類型的整數(shù)時(shí)，其含義（數(shù)值）可能不同一個(gè)代碼它到底代表哪種整數(shù)（或其它東西），是由指令決定的實(shí)數(shù)的特點(diǎn)與表示方法特點(diǎn)：既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分，小數(shù)點(diǎn)位置不固定整數(shù)和純小數(shù)是實(shí)數(shù)的特例任何一個(gè)實(shí)數(shù)總可以表達(dá)成一個(gè)乘冪和一個(gè)純小數(shù)之積例如：

56.725=0.56725×102－0.0034756=-0.34756×10－2實(shí)數(shù)的表示方法（記階法）：用3個(gè)部分表示乘冪中的指數(shù)：表示實(shí)數(shù)中小數(shù)點(diǎn)的位置純小數(shù)部分(尾數(shù))：表示實(shí)數(shù)中的有效數(shù)字部分?jǐn)?shù)的正負(fù)(符號(hào))二進(jìn)制實(shí)數(shù)的浮點(diǎn)表示與十進(jìn)制實(shí)數(shù)一樣，二進(jìn)制實(shí)數(shù)也可以用記階法表示例如：+1001.011B=+0.1001011B×2100

－0.0010101B=－0.10101B×2－10可見(jiàn)，任一個(gè)二進(jìn)制實(shí)數(shù)N均可表示為： N=±S×2P（其中，±是該數(shù)的符號(hào)；S是N的尾數(shù)；P是N的階碼）因此，32位的單精度浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中可表示為：尾數(shù)符號(hào)位8位23位階碼2.文字符號(hào)在計(jì)算機(jī)中的表示日常使用的書(shū)面文字由一系列稱為“字符”(character)的書(shū)寫(xiě)符號(hào)所構(gòu)成計(jì)算機(jī)中常用字符的集合叫做“字符集”西文字符集中文(漢字)字符集（參見(jiàn)第5章）最常用的西文字符集是ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)字符集包含96個(gè)可打印字符和32個(gè)控制字符每個(gè)字符采用7個(gè)二進(jìn)位進(jìn)行編碼計(jì)算機(jī)中使用1個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)1個(gè)ASCII字符

標(biāo)準(zhǔn)ASCII字符集及其碼表

b6b5b4b3b2b1b0

012345670123456789ABCDEFb6b5b4b3b2b1b0011010011010113.圖像在計(jì)算機(jī)中如何表示？把圖像離散成為M列、N行，這個(gè)過(guò)程稱為圖像的取樣經(jīng)過(guò)取樣之后，圖像就分解成為M×N個(gè)取樣點(diǎn)，每個(gè)取樣點(diǎn)稱為圖像的一個(gè)“像素”如果是黑白圖像，每個(gè)像素只有2個(gè)值：黑(0)/白(1)，所以每個(gè)像素用一個(gè)二進(jìn)位表示因此，一幅黑白圖像可使用一個(gè)矩陣表示灰度圖像和彩色圖像的表示比較復(fù)雜些(參見(jiàn)第5章)舉例：黑白圖像的表示每個(gè)像素使用1個(gè)比特表示：0=黑；1=白01010101010101010101011010110100100100011111000001101010101010101010100101101001011001010000011010010101010101010101011011000101000010100101010010110110101101101011010110011001011010001000100101101001011010010110101000100110010010110101001010010110110010101101010111011001100101001010110001101001001101011001001000100110011010101001000101010110110010110010010111011001100101010010010101010101010101001101101000100110001010000101010010101010101010110001001011001000110100111010000101010101010101000100010100010110100001000000110111011010101001010011010001101001001110010