計算機信息技術教程主講：葉峰電話/p>

第1章信息技術概述目錄1.1

信息與信息技術1.2計算機的發展及應用1.3

數字技術基礎★1.4通信技術基礎1.5微電子技術基礎1.6信息標準化1.1信息與信息技術（1）數據與信息（2）信息技術與信息產業（3）醫藥信息化及其發展信息(information)是什么？信息有多種多樣的含義，至今并沒有統一的定義日常生活中比較籠統和模糊的理解是：語言、文字、圖畫、照片等所表達的內容、事實或消息讀書、聽課、交談等所學習和了解的知識、方法和情況為了做判斷、訂計劃或解決問題等所需要的數據和資料···比較正式也比較抽象一些的描述是：

信息是事物運動狀態和特征的反映信息就是信息，它不是物質也不是能量

信息與物質、能量是客觀世界的三大構成要素。

美國哈佛大學的研究小組提出了著名的資源三角形：沒有物質，什么也不存在；沒有能量，什么也不會發生；沒有信息，任何事物都沒有意義。數據與信息國際標準化組織（InternationalStandardsOrganization，ISO）對“信息”下的定義是：“信息”是對人有用的數據，這些數據將可能影響到人們的行為與決策。ISO對“數據”下的定義是：“數據是對事實、概念或指令的一種特殊的表達形式，這種特殊的表達形式可以用人工的方式或者用自動化的裝置進行通信、翻譯轉換或者進行加工處理?！睌祿切畔⒌脑慈畔⑹侵R的基礎。這些概念都是相對的，例如，護士測量到的患者39℃的體溫，對急診室來講是允許掛急診號的信息，但對處理急診的臨床醫生來講，體溫39℃僅是醫生處理患者信息中的一個數據；再如，一張化驗報告，對化驗室來講是經過處理數據后獲得的信息，對臨床醫生來講是分析疾病的數據。信息有哪些性質？普遍性：凡有事物的地方，就必然存在信息，信息廣泛存在動態性：事物是在不斷運動變化之中的，信息也必然隨時間而改變時效性：由于信息的動態性，信息的使用價值會隨著時間而衰減多樣性：語言、文字、聲音、圖片等都是信息的表現形式(也稱為信息的載體或媒體)

可傳遞性：信息可通過媒介在人-人，人-物，物-物之間傳遞，信息傳遞才能發揮信息的作用可共享性：信息與物質，能量顯著不同的是，同一信息在同一時間可被多個主體共有，信息能無限地進行復制和傳遞，不因使用而有損耗快速增長性：隨著社會的發展，信息在快速增長！(信息爆炸)什么是信息處理？信息處理指的是與下列內容相關的行為和活動：信息的收集(如信息的感知、測量、獲取、輸入等)信息的傳遞(如郵寄、電報、電話、廣播等)信息的加工(如信息的分類、計算、分析、轉換等)信息的存儲(如書寫、攝影、錄音、錄像等)信息的施用(如控制、顯示、指揮、管理等)人工進行信息處理的過程人工信息處理的不足：

算不快記不住傳不遠

看（聽）不清事物客體信息獲取(感覺器官)信息加工與存儲(大腦)信息傳遞(神經系統)信息施用(效應器官)信息傳遞(神經系統)信息技術（IT）手/腳/身眼/耳/鼻/舌/身什么是信息技術？信息技術（InformationTechnology，或Information&CommunicationTechnology，簡稱IT或ICT）指的是用來擴展人們信息器官功能、協助人們更有效地進行信息處理的一門技術。內容包括：

擴展感覺器官功能的感測(獲取)技術擴展神經系統功能的通信技術擴展大腦功能的計算與存儲技術擴展效應器官功能的控制與顯示技術擴展神經系統功能的通信技術外部世界事物信息技術的發展歷史◎語言的形成和使用

◎文字的創造

◎造紙技術的出現

◎印刷技術的發明◎電報和電話通信

◎廣播、電視

◎雷達、衛星

◎計算機

◎因特網···

第1次信息技術革命（35000～50000年之前）第3次信息技術革命第5次信息技術革命（20世紀40～60年代）第4次信息技術革命（19世紀30～20世紀40年代）（1000年之前）第2次信息技術革命（大約3500年之前）現代信息技術有什么特征？三大特征：采用電子技術（包括激光技術）以數字技術（計算機）為基礎以軟件為核心內容：計算機、集成電路、通信、廣播、遙感遙測、自動控制、機器人等信息技術對社會和經濟的影響信息技術不斷為傳統產業升級改造注入新內涵，大大提高了傳統產業的勞動生產率；信息技術孕育和催生了許多新興產業（包括信息產業），他們在經濟增長中占顯著地位；信息技術的泛在兼容和深度滲透推動了管理扁平化和社會信息化信息技術推動了經濟全球化的發展，進一步加快了世界各國社會經濟的發展！關于信息產業（1）什么是信息產業（2）國內外信息產業情況什么是信息產業？信息產業是指信息設備生產制造，以及利用這些設備進行信息采集、儲存、傳遞、處理、制作與服務的所有行業與部門的總和信息產業信息技術產業信息內容產業信息服務產業芯片,計算機,手機,通信設備,數字電視,軟件,電子器件等內容數字化,數字文化,教育科技,知識產業,數字娛樂,電子游戲等信息基礎設施電子政務,商務,金融,物流,教育,醫療,社區,認證,娛樂,游戲等電信網絡,廣播電視網絡,互聯網絡等信息產業已是全球第一大產業

（數據來源：2010.1.28《中國電源博覽》第107期2007年：世界總產值達49.88萬億美元,同比增長3.6％；電子信息產業總產值達4.65萬億美元,同比增長9.5％,占世界總產值的9.3％,居各產業之首；2008年：世界總產值達51.73萬億美元，同比增長3.7％；電子信息產業總產值達4.96萬億美元，同比增長6.6％,占世界總產值的9.6％,預計2009年：世界總產值達52.86萬億美元,同比增長2.2％，電子信息產業達5.15萬億美元，同比增長3.8％,占世界總產值的9.7％我國信息產業情況如何？（數據來源：2010.2.3工信部發布）

2009年規模以上電子信息產業主要指標情況：2009年我國電子信息產品數據（數據來源：2010.2.3工信部發布）

我國IT產業在國民經濟中的地位我國ICT產業占GDP比例2008年：GDP總值中6.52%來自信息產業；GDP增速中8.92%（即0.8個百分點）來自信息產業ICT產業對GDP增長率的貢獻

2009年電子信息產業收入占全部工業收入的10.0%，利潤占全部工業的

6.0%，稅金占全部工業的

8.4%，從業人員占全部工業的

9.0%(755萬)，進出口占全國外貿比重35.0%我國電子信息產業的規模居世界信息產業規模前二位

從全球范圍來看，自2003年開始，中國電子信息產業規模已超過日本，僅次于美國連續5年位列世界第二，2008年起躍居世界首位。2007年：中國境內生產的顯示器、手機、彩電、激光視盤機、筆記本電腦分別占全球總產量的50%、31%、43%、80%和40%2009年：手機、微型計算機、彩電、數碼相機、激光視盤機產量分別占全球的49.9%、60.9%、48.3%、80%、85%，電子信息產品貿易額占全球的15%以上我國信息產業存在哪些問題？(1)核心技術、關鍵設備和元器件受制于人（高端芯片、核心軟件、關鍵元器件、高端設備以及專用設備等）(2)產業結構亟需優化（信息產業位于國際產業分工的價值鏈低端，加工組裝的比重高，經濟效益低，主要依靠降價銷售參與市場競爭）(3)信息技術應用水平不高(4)體制機制有待完善2009年世界IT產業競爭力排名我國IT產業競爭力有明顯進步,2009年排名39位，上升11位（數據來源：2009年11月商業軟件聯盟(BSA)發布）已經并將采取哪些對策？（2009-2011）電子信息產業調整和振興規劃四項目標：實現產業穩定增長，未來三年繼續保持二倍于GDP增速的增長速度，力爭如期完成“十一五”規劃產業規模發展目標；結構優化取得成效，軟件和信息服務比重提高到15%，加工貿易在出口總額中的比重降至75%，初步贏得核心產業發展主動權；不斷增強創新能力；產業自身發展對GDP增速的貢獻不低于0.7％，保持外貿出口穩定，占全國外貿出口比例保持在1/3以上已經并將采取哪些對策（2）六大重點工程：集成電路產業技術水平和產能提升平板產業升級和彩電工業轉型新一代移動通信（TD-SCDMA）產業完善數字電視推廣應用和產業鏈建設計算機和下一代互聯網應用軟件及信息服務培育信息化和信息社會（1）什么是信息化（2）國外信息化動態（3）我國信息化戰略科技進步對人類社會發展的影響在歷史長河中，一些科學發現和技術發明曾經引發了一個國家或民族的跨越式發展和變革，進而導致了人類生活方式或國家的根本性變化蒸汽機的發明引發了第一次工業革命(從英國開始)蒸汽機的發明，在很短時間內，改變了整個世界的面貌(馬克思)電動機和發電機的發明引發了第二次工業革命電動機和發電機先后發明使電氣化與工業化實現了有機結合，以美國為代表的工業化國家利用這一結合取得了快速的發展，實現了百年的持續發展信息技術引發了第三次工業革命20世紀70年代后，美國面臨以日本為代表的工業化國家激烈競爭，甚至出現了短暫的被動局面。從20世紀80年代起，美國利用信息技術實現了近30年的持續快速發展，保持了綜合實力的領先地位人類正進入信息社會信息社會信息技術革命信息資源信息與知識生產……工業社會工業革命資本與技術工業化生產……農業社會農業革命土地農產品種植……產業革命推動社會變革人類正進入信息社會信息技術不斷創新信息產業持續發展信息網絡廣泛普及什么是信息化（1）2000年“全球信息社會沖繩憲章”明確提出：

（G-8:“OkinawaCharteronGlobalInformationSociety”）信息技術是影響21世紀發展的最強勁的驅動力量信息化---由信息技術驅動的經濟和社會的變革信息化的本質是利用信息技術幫助社會個人和群體有效利用知識和新思想，從而能建成充分發揮人的潛力，實現其抱負的信息社會?！吨袊畔⒒l展戰略預研究報告》（國家信息化專家咨詢委員會與世界銀行合作研究）：“信息化是由信息技術驅動的社會經濟變革,其本質是在信息網絡環境下有效利用信息和知識,充分發揮人的潛能,促進經濟增長和社會發展模式的根本改變”

信息化是由信息技術驅動的，是一個技術主導型的變革過程信息網絡環境建設及加強在網絡上信息和知識的有效利用是信息化的主要手段對信息化的需求主要表現在要充分發揮人的潛能，促進經濟增長和社會發展模式的改變，這也是信息化的綜合目標什么是信息化（2）我國信息化建設的歷程1956～1966“艱苦創業”階段1958年研制成第1臺電子計算機，1964年人造地球衛星上天，1965年第1塊集成電路問世1966～1978“曲折發展”階段研制成集成電路計算機，彩色電視劇，通信衛星 1978～1999“改革開放開創新局”階段研制成巨型計算機，推廣漢字信息處理應用，建設“金橋”、“金卡”、“金關”等重大信息系統 2000年起“全方位高效益推進”階段信息化建設進入全方位、高效益、深層次發展的新時代，2006年發布“國家信息化發展戰略”以信息化帶動工業化,以工業化促進信息化。信息化覆蓋現代化全局(社會信息化、文化信息化、政務信息化、軍事信息化)擴展了信息產業內涵：除制造業、軟件業、通訊業、IT服務業，現在又增加了“信息內容產業”（包括文化、出版、廣播、影視、市場資訊、市場調查、游戲動漫等以內容加工為對象，以信息為產品形式）重新設計和考慮了信息化制度環境建設，包括機制、體制、法律法規、標準化、信息安全、知識產權、全民信息能力的提升以及改革開放對外交流等。提出了貫穿15年的戰略行動計劃，共六項：1電子商務計劃 2國民信息技能教育培訓計劃3電子政務計劃 4網絡媒體信息資源開發利用計劃5縮小數字鴻溝計劃 6關鍵信息技術自主創新計劃“國家信息化發展戰略”要點

(2006-2020)2020年信息化發展的總目標：綜合信息基礎設施基本普及信息技術自主創新能力顯著增強，信息產業結構全面優化國民經濟和社會信息化取得明顯成效，新型工業化發展模式初步確立國家信息化發展的制度環境和政策體系基本完善，國民信息能力顯著提高為邁向信息社會奠定堅實基礎！國家信息化發展戰略的總目標讓科技引領中國可持續發展

——溫家寶2009年11月3日上午移動互聯網、傳感網、物聯網、RFID云計算、虛擬化、綠色數據中心智慧地球、智能電網、數字醫療……我國發展新興戰略性產業，具備一定的比較優勢和廣闊的發展空間，完全可以有所作為。一要高度重視新能源產業發展，創新發展可再生能源技術、節能減排技術、清潔煤技術及核能技術，大力推進節能環保和資源循環利用，加快構建以低碳排放為特征的工業、建筑、交通體系。要努力走在全球新能源汽車發展的前列，盡快確定新能源汽車的技術路線和市場推進措施，推動中國汽車工業跨越發展。二要著力突破傳感網、物聯網關鍵技術，及早部署后ＩＰ時代相關技術研發，使信息網絡產業成為推動產業升級、邁向信息社會的“發動機”。三要加快微電子和光電子材料和器件、新型功能材料、高性能結構材料、納米技術和材料等領域的科技攻關，盡快形成具有世界先進水平的新材料與智能綠色制造體系。四要運用生命科學推動農業和醫藥產業發展。積極發展轉基因育種技術，努力提高農產品的產量和質量。突破創新藥物和基本醫療器械關鍵核心技術，形成以創新藥物研發和先進醫療設備制造為龍頭的醫藥研發產業鏈條。五要大膽探索空間、海洋和地球深部，實施好載人航天計劃和嫦娥計劃，有效進入并和平利用空間，切實加強海岸帶可持續發展研究，促進海洋資源合理開發和海洋產業發展，努力提高地球深部資源探測水平，充分挖掘和利用好各種資源。

醫藥信息化及其發展（1）信息技術在醫藥領域內的應用給醫藥衛生領域帶來了前所未有的變革。醫護人員的工作效率及病人就醫效率都得到了極大地提高。醫療服務信息化是國際發展趨勢，隨著信息技術的快速發展，國內越來越多的醫院正加速實施基于醫院信息系統（HIS）平臺，以提高醫院的服務水平與核心競爭力。制藥企業信息化建設有利于對藥品生產全過程的數據追溯，使其更加符合《藥品生產質量管理規范（GoodManufacturingPractice-GMP）》要求，確保用藥安全。醫藥信息化及其發展（2）在過去幾年，美國醫療服務信息化行業取得了長足發展。Google跟美國的醫療中心合作，為幾百萬名社區病人建立了電子檔案，醫生可以遠程監控。微軟也推出了一個新的醫療信息化服務平臺，幫助醫生、病人和病人家屬實時了解病人的最新狀況。英特爾也在幾年前推出數字化醫療平臺，通過IT手段幫助醫生與患者建立互動。IBM公司的“智慧地球”項目工程也把醫療信息化納入最新發展戰略。中國醫療信息化的發展起步較遲，80年代末90年代初南方經濟發達城市和國內一級城市的大醫院開始嘗試醫院信息化。醫藥信息化及其發展（3）目前，電子病歷、健康檔案、區域衛生醫療被炒得非?；鸨?。健康檔案，是記錄每個人從出生到死亡的所有生命體征的變化，以及自身所從事過的與健康相關的一切行為與事件的檔案。區域衛生醫療就是在一定區域內所有醫院的實現資源共享、信息互聯、患者轉接等。目前由于隱私、利益等相關問題沖突，各方專家正在積極探索，力爭早日全面實現區域醫療信息化。中國醫藥衛生信息化事業正隨著新醫改的進行不斷蓬勃發展，IBM、惠普、微軟、思科、東軟、方正等越來越多的國內外知名IT企業已經進軍中國醫藥信息化。隨著醫藥信息化的不斷深入，中國的醫藥衛生事業將得到前所未有的巨大發展。1.2計算機的發展及應用計算機的特點計算機的特性：（1）速度快（2）存儲容量大（3）通用性好不僅能處理數字和文字，而且能對圖像、聲音等多種形式的信息進行處理不僅能進行數學運算，而且能進行邏輯運算不僅能進行運算，而且具有信息的獲取、存儲、傳輸、展現等功能（4）計算機與計算機具有互連、互通和互操作的能力過去的計算工具隨著生產的發展和社會的進步，計算工具的發展過程從簡單到複雜、從低級到高級計算工具相繼出現了如：算盤計算尺手搖計算器電動計算器我國研制第1顆原子彈時使用的飛魚牌手搖計算機（新華網圖片）

Pascal’s加法機1642年，法國數學家B.Pascal用鐘表元件制造了一種能夠做兩個十進制數加減法的機器巴貝奇的分析機1821年，英國數學家C.Babbage（1791-1871）設計了差分機，這是第一臺可自動進行公式演算的多功能機器，然而，這臺計算機在他有生之年始終未能問世上世紀30年代的機械式計算器電動式計算器（1930）手搖式計算器第1臺數字電子計算機誕生1946年美國賓州大學研制成功第1臺數字電子計算機-ENIACPhoto:vanPeltLibrary,

UPenn.18000電子管,6000開關占地面積:150m2重量:30噸功耗:140KW運算速度:5000次/s平均無故障時間7min外部程序控制第1代數字電子計算機時間：約1946-1957使用的元器件：電子管

●速度：幾十～幾萬次/秒

●內存：磁鼓，千字

●外設：磁帶

●機器語言或匯編語言編程美國于20世紀50年代生產的IBM704型電子管計算機磁鼓存儲器旋風1號(WhirlwindI)數字計算機WhirlwindI數字計算機，當時的售價是1750萬美元，美國國防部使用第2代數字電子計算機時間：約1957-1964使用的元器件：晶體管●速度：幾十萬次/秒，

●內存：磁芯，十萬字

●外設：磁盤 ●高級語言編程電子管晶體管第2代計算機的內存：磁芯存儲器Thisisa50xphotographofmagneticcorerandomaccessmemoryfroma4KiBmemoryplane

上世紀50年代末

安裝在美國宇航局的IBM7090計算機290萬美元。內存容量：128KB；存取周期：2微妙第3代數字電子計算機時間：約1965-1973使用的元器件：中小規模集成電路

速度：幾十萬次～幾百萬次/秒

內存：半導體存儲器

軟件：高級語言,OS,DBMS第3代計算機1965年IBM推出的System360大型主機，被美國航天局用于首次載人登月任務上世紀60年代的

存儲容量為5MB的硬盤（27Kg重）第4代數字電子計算機時間：從1974年起使用的元器件：大規模和超大規模集成電路（VLSI）速度：幾百萬次～億次/秒內存：半導體存儲器軟件工程，分布式處理等第1～4代計算機的對比代

別年

代使用的元器件使用的軟件類型主要應用領域第1代20世紀40年代中期～50年代末期CPU：電子管內存：磁鼓使用機器語言和匯編語言編寫程序科學和工程計算第2代20世紀50年代中、后期～60年代中期CPU：晶體管內存：磁芯使用FORTRAN等高級程序設計語言開始廣泛應用于數據處理領域第3代20世紀60年代中期～70年代初期CPU：SSI，MSI內存：SSI，MSI的半導體存儲器操作系統、數據庫管理系統等開始使用在科學計算、數據處理、工業控制等領域得到廣泛應用第4代20世紀70年代中期以來CPU：LSI、VLSI內存：LSI、VLSI的半導體存儲器軟件開發工具和平臺、分布式計算、網絡軟件等開始廣泛使用深入到各行各業，家庭和個人開始使用計算機我國第1臺數字電子計算機1956年，華羅庚受命籌建中國科學院計算技術研究所。1958年中國第一臺計算機103型機研制成功，中國科學院計算所與北京有線電廠共同研制。字長31位，內存容量為1024字節，運算速度每秒450次。1958年8月1日該機可以表演短程序運行，標志著我國第一臺電子計算機誕生。該機在738廠開始小量生產，改名為103型計算機(即DJS-1型)，共生產38臺我國第1臺大型電子計算機1959年4月104機完成調試,第一道題目是“五一”節天氣預報，9月交付用戶使用。無故障穩定運行時間達到2小時該機有22個機柜，占地200平方米。全機共用4200個電子管，4000個晶體二極管。字長39位，容量4K，每秒運算1萬次我國第一顆原子彈1964年10月16日下午3時，新疆羅布泊上空，我國第一顆原子彈爆炸成功，成為繼美蘇英法后第五個擁有核武器的國家。電子計算機是核計劃的關鍵工具。高等物理的公式計算主要依靠人工使用計算尺和手搖計算機，只有非常復雜的計算才能用到昂貴的電子計算機前蘇聯派出大批科學家，在核武器及電子計算機方面提供了技術支持。我國的第2代電子計算機1964年我國華北計算所先后研制成功108乙機(DJS-6)、121機(DJS-21)和320機(DJS-6)，并在738廠等五家工廠生產；哈軍工（國防科大前身）研制成功441B全晶體管計算機，小批量生產了40多臺。當時我國研發出的計算機，僅有小批量生產，由國家分配到各個科研院所使用。研發和生產計算機的單位，全部是軍工企業。具備極高的保密措施，每一個元件，每一張設計圖紙都被嚴格看管

上世紀70年代

我國的集成電路計算機DJS-180系列超級小型計算機天津DJS130小型機參展“1975年廣交會”計算機的發展大大超出人們預料由于集成電路技術的發展和微處理器的出現，計算機發展速度之快，大大超出人們的預料：性能不斷提高體積不斷變小功耗不斷降低價格越來越便宜軟件越來越豐富使用越來越容易應用領域越來越普遍計算機數量不斷增加上述趨勢不僅仍在繼續，且節奏進一步加快已不再沿用“第x代計算機”的說法。正在研究開發智能化的計算機系統，它以知識處理為核心，可以模擬或部分替代人的智能活動，具有自然的人機通信能力選講：

未來可能的新型計算機目前計算機用的幾乎都是半導體集成電路，但現在人們也在努力研究基于其他材料的計算機，如：量子計算機：基于量子效應開發，利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開關的狀態，利用激光脈沖來改變分子的狀態，使信息沿著聚合物移動，從而進行運算光學計算機：以光子代替電子，光互連代替導線互連，光硬件代替計算機中的電子硬件，光運算代替電運算。生物計算機：蛋白質分子與周圍物理化學介質的相互作用過程。計算機的轉換開關由酶來充當，而程序則在酶合成系統本身和蛋白質的結構中極其明顯地表示出來。預計10～20年后，DNA計算機將進入實用階段這些技術現在還都不成熟，與實際應用有很大差距，但可以預計這些技術的發展必將使計算機的前景更加美好選講：

光計算機和生物計算機奧林巴斯光學工業公司開發出的生物計算機

英國女王大學的AnatolyZayats教授他是光計算機項目的負責人

計算機與生命科學（1）21世紀的今天，隨著計算機技術的不斷發展和創新，計算機對醫藥信息學和生命科學等領域產生了巨大而深遠的影響。因此也應運而生了醫學信息學、生物信息學、衛生信息學等相關醫學與計算機結合的專業的建立與發展。計算機在醫藥衛生領域內有著廣泛的應用。在輔助診斷、輔助操作、治療、教學科研、遠程醫療、區域醫療、醫學影像診療、醫學檢驗、新藥開發、醫學情報、電子病歷、健康檔案、循證醫學、數字人體三維重構等方面計算機和信息技術都發揮著舉足輕重的作用。數字化的診療設備，計算機化、網絡化、智能化的醫療信息處理方式，數字化醫院，都必須以計算機技術作為強大的支撐力量，在醫學專家、計算機專家、信息學專家等科學工作者的刻苦鉆研下，在以上這些應用領域，我們已經取得了世人矚目的成果和進展。計算機與生命科學（2）計算機在生物醫學工程、分子生物學、基因治療、遺傳和發育、基因克隆等方面發揮著巨大的作用。1988年由美國倡導的國際性的“人類基因組計劃”是20世紀生命科學領域研究的重大舉措。該計劃預計在15年內投資30億美元，目的在于繪制出人類基因圖譜，闡明人類染色體上所有基因，從而期待從基因的水平來更加深入的了解生命個體，闡明疾病的發病機制，更加有效的預防和控制疾病。從現代醫學角度來講，人類基因總數約在5萬-10萬左右，而每個基因又由獨特的堿基組成，如此龐大的工程和數據，我們必須借助計算機才能有效的整理、收集、存儲、處理、加工、比較、分析并隨時調出。美國的約翰斯·霍普金斯大學建立了一個完整的計算機網絡數據庫，用來存儲全世界基因研究成果。在“人類基因組計劃中”，計算機發揮的不僅僅是存儲和記憶功能，更發揮了研究對比、統籌管理、智能分析的功能。綜上所述，計算機技術與生命科學的結合必將隨著科學的進步而碩果累累，這些成果必將給人類健康事業帶來巨大的改變。新醫改下衛生信息化發展趨勢

與計算機新技術2009年國家新醫改方案中明確指示：要大力加強衛生信息化建設。為了有效促進我國醫療信息化的高速發展，虛擬數據中心、云計算、刀片服務器、瘦客戶機、智能IC卡、RFID（射頻識別）、3G無線網絡等大量IT新技術被廣泛應用。在醫療行業改革進程中，需要利用整個醫療衛生資源，更好的發揮醫藥衛生信息系統的支撐作用。隨著新醫改的不斷推進，醫療信息化建設將迎來一個嶄新的發展階段。1.3

數字技術基礎

1.3.1比特與二進制數及運算 1.3.2

信息在計算機中的表示

什么是比特？比特（bit，binarydigit的縮寫）中文翻譯為“二進位數字”、“二進位”或簡稱為“位”比特只有2種取值：0和1，一般無大小之分如同DNA是人體組織的最小單位、原子是物質的最小組成單位一樣，比特是組成數字信息的最小單位數值、文字、符號、圖像、聲音、命令······都可以使用比特來表示比特在計算機中如何表示？在計算機中表示與存儲二進位的方法：電路的高電平狀態或低電平狀態(CPU)電容的充電狀態或放電狀態(RAM)兩種不同的磁化狀態(磁盤)光盤面上的凹凸狀態(光盤)···例1：CPU內部比特的表示CPU內部通常使用高電平表示1，低電平表示00.0V0.5V2.8V3.3V010V+3v010磁盤表面微小區域中，磁性材料粒子的兩種不同的磁化狀態分別表示0和1例2：磁盤中比特的表示與存儲磁性材料粒子磁頭，用于寫入和讀出信息“0”“1”旋轉方向磁盤片例3：內存儲器中比特的存儲計算機存儲器中用電容器存儲二進位信息：當電容的兩極被加上電壓，它就被充電，電壓去掉后，充電狀態仍可保持一段時間，因而1個電容可用來存儲1個比特信息存儲原理電容C處于充電狀態時，表示1電容C處于放電狀態時，表示0存儲單元字線位線C讀放大器集成電路技術可以在半導體芯片上制作出以億計的微型電容器，從而構成了可存儲大量二進位信息的半導體存儲器芯片斷電后信息不再保持！存儲容量的計量單位8個比特＝1個字節（byte，用大寫B表示）計算機內存儲器容量的計量單位：KB:1KB=210字節=1024B（千字節）MB:1MB=220字節=1024KB（兆字節）GB:1GB=230字節=1024MB（吉字節、千兆字節）TB:1TB=240字節=1024GB（太字節、兆兆字節）外存儲器容量經常使用10的冪次來計算：1MB＝103KB

＝1000KB1GB＝106KB

＝1000000KB1TB＝109

KB

=1000000

000KB現象160GB的移動硬盤實際容量＝160,041,885,696字節為什么？原因:前綴名稱前綴符號十進制前綴二進制前綴比值kilok/K103210=1,0240.976megaM106220=1,048,5760.954gigaG109230=1,073,741,8240.931teraT1012240=1,099,511,627,7760.909petaP1015250=1,125,899,906,842,6240.888exaE1018260=1,152,921,504,606,846,9760.867zettaZ1021270=1,180,591,620,717,411,303,4240.847yottaY1024280=

1,208,925,819,614,629,174,706,1760.827相同的符號，有兩種不同的含義！不同進位制前綴的使用場合內存、cache、半導體存儲器芯片的容量均使用二進制前綴：512MB的內存條（1M＝220

）256KB的cache（1K＝210

）文件和文件夾的大小使用二進制前綴頻率、傳輸速率等使用十進制前綴：主頻1GHz（1G＝109）傳輸速率100Mbps（1M＝106）外存儲器（硬盤、DVD光盤、U盤、存儲卡等）容量：廠商標注的容量使用十進制前綴操作系統顯示的容量使用二進制前綴解決方案：使用兩種不同的前綴符號已經采用IEC建議符號的有：MozillaFirefox，BitTornado，Linux，以及其他一些GNU自由軟件尚未采用IEC建議符號的有：微軟公司等前綴名稱前綴符號十進制值二進制值比值IEC建議二進制前綴符號kilok/K103210=1,0240.976kibi-KimegaM106220=1,048,5760.954mebi-MigigaG109230=1,073,741,8240.931gibi-GiteraT1012240=1,099,511,627,7760.909tebi-TipetaP1015250=1,125,899,906,842,6240.888pebi-PiexaE1018260=0.867exbi-EizettaZ1021270=0.847zebi-ZiyottaY1024280=

0.827yobi-Yi比特的傳輸信息是可以傳輸的，信息只有通過傳輸和交流才能發揮它的作用在數字通信技術中，信息的傳輸是通過比特的傳輸來實現的近距離傳輸時：直接將用于表示“0/1”的電信號或光信號進行傳輸（稱為基帶傳輸），例如：計算機讀出或者寫入移動硬盤中的文件使用打印機打印某個文檔的內容遠距離傳輸或者無線傳輸時：需要使用調制技術（參見第4章）比特的傳輸速率傳輸速率表示每秒鐘可傳輸的二進位數目，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

十進制數每一位可使用十個不同數字表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9）低位與高位的關系是：逢10進1各位的權值是10的整數次冪（基數是10）標志：尾部加“D”或缺省例：204.96=2×102＋0×101＋4×100＋9×10－1＋6×10－2二進制數每一位使用兩個不同數字表示（0、1），即每一位使用1個“比特”表示低位與高位的關系是：逢2進1

各位的權值是2的整數次冪（基數是2）標志：尾部加B例：101.01B=1×22＋0×21＋1×20

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

各位的權值是8的整數次冪（基數是8）標志：尾部加Q例：

365.2Q=3×82+6×81+5×80+2×8－1=245.25十六進制數每一位使用十六個數字和符號表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F）逢16進1,基數為16各位的權值是16的整數次冪（基數是16）標志：尾部加H例：

F5.4H=15×161+5×160+4×16－1=245.25不同進位制數的比較十進制二進制八進制十六進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不同進制數的相互轉換熟練掌握不同進制數相互之間的轉換，在編寫程序和設計數字邏輯電路時很有用只要學會二進制數與十進制數之間的轉換，與八進制、十六進制數的轉換就不在話下了十進制數二進制數轉換方法： 整數和小數放開轉換整數部分：除以2逆序取余小數部分：乘以2順序取整例如：29.6875

11101.1011B

注意：十進制小數（如0.63）在轉換時會出現二進制無窮小數，這時只能取近似值129371421222200111余數低位高位整數部分小數部分0.6875×21.37500.75001.50001.0000×2×2×2高位低位二進制數十進制數轉換方法：二進制數的每一位乘以其相應的權值，然后累加即可得到它的十進制數值例：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

八進制數與二進制數的互換八進制→二進制：把每個八進制數字改寫成等值的3位二進制數，且保持高低位的次序不變例：2467.32Q

→010100110111.011010B二進制→八進制：整數部分從低位向高位每3位用一個等值的八進制數來替換，不足3位時在高位補0湊滿3位；小數部分從高位向低位每3位用一個等值八進制數來替換，不足3位時在低位補0湊滿三位例：

1101001110.11001B

→001101001110.110010B

→1516.62Q

八進制數二進制數八進制數二進制數

000041001001510120106110301171111位八進制數與3位二進制數的對應關系：十六進制數與二進制數的互換轉換方法：與八、二進制互換的方法類似例1：35A2.CFH

→11010110100010.11001111B例2：1101001110.110011B→34E.CCH十六進制數二進制數十六進制數二進制數

0000081000

1000191001

20010A1010

30011B1011

40100C110050101D110160110E111070111F11111位十六進制數與4位二進制數的對應關系：

比特的基本運算比特（二進制數）的算術運算1位二進制數的加、減法運算規則：被加數加數和進位

0000011010101101（a）加法規則被減數減數差借位

0000011110101100（b）減法規則2個多位二進制數的加、減法運算舉例：01011001+0100－010010010101由低位到高位逐位進行,低位向高位進(借)位！比特的三種基本邏輯運算比特的取值“0”和“l”

可表示兩種不同的狀態（例如電位的高/低、開關的斷開/接通）比特的運算使用邏輯代數，它有3種基本邏輯運算：邏輯加（也稱“或”運算，用符號“OR”、“∨”或“＋”表示）邏輯乘（也稱“與”運算，用符號“AND”、“∧”或“·”表示，也可省略）取反（也稱“非”運算，用符號“NOT”或上橫杠“ˉ”表示）邏輯運算的規則邏輯加：F=A∨

BA: 0 0 1 1B:∨0

∨1

∨0

∨1F: 0 1 1 1邏輯乘：F=A·BA: 0 0 1 1B:∧0

∧1

∧0

∧1F: 0 0 0 1取反：F=NOTAA:NOT 0

NOT 1

F: 1 0兩個多位的二進制信息進行邏輯運算時，按位獨立進行，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: 0010邏輯加：F=A∨

B邏輯乘：F=A·B取反：F=NOTA

EFABEFABAEFR邏輯運算可以用開關電路實現邏輯運算可以用開關電路實現！晶體管是一種電子開關使用機械開關實現邏輯操作速度太慢，工作也不可靠！晶體管好像是一個電子開關,它可以工作在兩種狀態：導通狀態/絕緣狀態，效果相當于A和B之間的接通或斷開開關斷開AB開關接通ABABG晶體管的兩種狀態由控制端G的電壓決定選講：

邏輯運算是用“門”電路實現的名稱運算符號定義ABF門電路符號(國標)門電路符號(國外)與AB，A?BA∧B

000010100111或A+B,A∨B000011101111非0110與非001011101110或非001010100110異或0000111011101&≥1&≥1=1AA?BA+BA?B+A?B選講：

兩個1位二進制數加法的實現設被加數A，加數B，用半加器完成加法，產生和數S，進位CABSC0000011010101101

C=ABS=AB+AB=AB?半加器的邏輯公式為：則半加器的規則是：半加器的邏輯結構為：（和數）（進位）1.3.2

信息在計算機中的表示（1）數值的表示（2）(西文)字符的表示（3）(黑白)圖像的表示帶符號整數的表示浮點數(實數)的表示無符號整數的表示無符號整數的表示采用“自然碼”表示：取值范圍由位數決定：8位： 可表示0～255(28-1)范圍內的所有正整數16位： 可表示0～65535(216-1)范圍內的所有正整數n位： 可表示0～2n-1范圍內的所有正整數。

十進制數8位無符號整數

00000000010000000120000001030000001140000010050000010125211111100253111111012541111111025511111111······帶符號整數的表示（1）表示方法：用一位表示符號，其余用來表示數值部分符號用最高位表示：“0”表示正號(+),“1”表示負號(-)數值部分有三種表示方法： (1)原碼表示： 整數的絕對值以二進制自然碼表示 (2)反碼、補碼表示： 正整數：絕對值以二進制自然碼表示 負整數：絕對值使用反碼、補碼表示···符號位數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選講：

帶符號整數的表示（2）負數的絕對值如何用反碼、補碼表示？先表示為自然碼將自然碼的每一位取反→反碼在最低位加“1”→補碼例1:[-43]反碼、補碼表示[-43]

的8位反碼為：11010100

[-43]

的8位補碼為：11010101例2：[-64]反碼、補碼表示[-64]

的8位反碼為：10111111

[-64]

的8位補碼為：1100000043=>0101011取反：1010100加1：101010164=>1000000取反：0111111加1：1000000選講：

帶符號整數的表示（3）優缺點分析：原碼表示法優點：與日常使用的十進制表示方法一致，簡單直觀缺點：加法與減法運算規則不統一，增加了成本；整數0有“00000000”和“10000000”兩種表示形式，不方便補碼表示法優點：加法與減法運算規則統一，沒有“-0”,可表示的數比原碼多一個缺點：不直觀，人使用不方便結論：帶符號整數在計算機內不采用“原碼”而采用“補碼”的形式表示?。ǚ创a是補碼的中間形式）選講：

帶符號整數的表示（4）原碼可表示的整數范圍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補碼可表示的整數范圍

8位補碼：-27～27-1

（-128～127)

n位補碼：-2n-1～2n-1-1-128表示為10000000+127表示為01111111選講：

3種整數的比較8位二進制碼表示無符號整數時的數值表示帶符號整數(原碼)時的值表示帶符號整數(補碼)時的值0000000000000000001111……………………0111111112712712710000000128-0-12810000001129-1-127……………………11111111255-127-1計算機中整數有多種，同一個二進制代碼表示不同類型的整數時，其含義（數值）可能不同一個代碼它到底代表哪種整數（或其它東西），是由指令決定的選講：

實數的特點與表示方法

特點：既有整數部分又有小數部分，小數點位置不固定整數和純小數是實數的特例任何一個實數總可以表達成一個乘冪和一個純小數之積例如：

56.725=0.56725×102－0.0034756=-0.34756×10－2實數的表示方法（記階法）：用3個部分表示乘冪中的指數：表示實數中小數點的位置純小數部分(尾數)：表示實數中的有效數字部分數的正負(符號)選講：

二進制實數的浮點表示與十進制實數一樣，二進制實數也可以用記階法表示例如：+1001.011B=+0.1001011B×2100

－0.0010101B=－0.10101B×2－10可見，任一個二進制實數N均可表示為： N=±S×2P（其中，±是該數的符號；S是N的尾數；P是N的階碼）因此，32位的單精度浮點數在計算機中可表示為：尾數符號位8位23位階碼文字符號在計算機中的表示日常使用的書面文字由一系列稱為“字符”(character)的書寫符號所構成計算機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（參見第5章）最常用的西文字符集是ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)字符集包含96個可打印字符和32個控制字符每個字符采用7個二進位進行編碼計算機中使用1個字節存儲1個ASCII字符

標準ASCII字符集及其碼表

b6b5b4b3b2b1b0

012345670123456789ABCDEFb6b5b4b3b2b1b001101001101011圖像在計算機中如何表示？把圖像離散成為M列、N行，這個過程稱為圖像的取樣經過取樣之后，圖像就分解成為M×N個取樣點，每個取樣點稱為圖像的一個“像素”如果是黑白圖像，每個像素只有2個值：黑(0)/白(1)，所以每個像素用一個二進位表示因此，一幅黑白圖像可使用一個矩陣表示灰度圖像和彩色圖像的表示比較復雜些(參見第5章)舉例：黑白圖像的表示每個像素使用1個比特表示：0=黑；1=白010101010101010101010110101101001001000111110000011010101010101010101001011010010110010100000110100101010101010101010110110001010000101001010100101101101011011010110101100110010110100010001001011010010110100101101010001001100100101101010010100101101100101011010101110110011001010010101100011010010011010110010010001001100110101010010001010101101100101100100101110110011001010100100101010101010101010011011010001001100010100001010100101010101010101100010010110010001101001110100001010101010101010001000101000101101000010000001101110110101010010100110100011010010011100101101000101001010100100010100101100101101100001010000010101011010001001001001001011110101011010100101100101010000100010010010111110101111100101001001001010100101001000100101010101110101011010010010000101001000010011001101111101011101010101000100101010010010100100011011000011110111011010110101000000100000001001100100111111111110110111000000010101000101010010011011000010101011101000010101000000010000100101101010011111111111111011101000101001000101001101010100100011101111110100010010000010010010110001001001001111011110101101100100101100100100000111010010010010111111111011001001000關于信息表示的小結計算機（包括其它數字設備）中所有信息都使用比特（二進位）表示例如數值、文字符號、圖像、聲音、動畫、溫度、壓力、運動等，包括指揮計算機工作的軟件（程序），也是用二進位表示的只有使用比特表示的信息計算機才能進行處理、存儲和傳輸！小結：數字技術的基礎——二進制二進制數的運算有2類：邏輯運算：∨，∧，NOT.按位進行，不考慮進位算術運算:+,-,x,/.從低位到高位逐位進行，需考慮低位的進位(借位)邏輯運算可以用門電路（與門、或門、非門等）實現算術運算可以表達為邏輯運算，因此二進制數的四則運算同樣也可以使用門電路來實現成千上萬個門電路可以制作在集成電路上，工作速度極快，因而能高速度地完成二進制數的各種運算小結：用比特表示信息的優點比特只有0和1兩個符號，具有2個狀態的器件和裝置就能表示和存儲比特，而制造兩個穩定狀態的電路又很容易比特的運算規則很簡單，使用門電路就能高速度地實現二進制數的算術和邏輯運算比特不僅能表示“數”，而且能表示文字、符號、圖像、聲音，可以毫不費力地相互組合，開發“多媒體”應用信息使用比特表示以后，可以通過多種方法進行“數據壓縮”，從而大大降低信息傳輸和存儲的成本。使用比特表示信息后，只要再附加一些額外的比特，就能發現甚至糾正信息傳輸和存儲過程中的錯誤，大大提高了信息系統的可靠性1.4通信技術基礎

1.4.1通信技術簡介通信系統模型通信技術的分類

通信技術的發展1.4.2

通信技術在醫學領域的應用什么是通信(communication)？廣而言之，通信就是信息的(遠距離)傳遞與交換現代通信——使用電波或光波傳遞信息的技術，也稱為電信（telecommunication），如電報、電話、傳真、電子郵件、QQ等，電視也可看作是一對多的單向通信通信的發展歷史：1836年，英國建成第一條電報線路(Morse電報)1876年，美國人A.G.Bell研制成可供實用的電話20世紀初，馬可尼實現了跨越大西洋的無線電報通信1918年，出現收音機和無線電廣播1938年，第一個電視臺開始播出1940’s出現彩色電視1960’s出現計算機網絡對通信系統的一般要求遠距離：傳輸距離要遠低成本：傳輸成本要低高速度：從發生到接收的延遲時間要短可靠：傳輸的信息不能有錯誤方便：任何時間和地點都能通信安全：傳輸的信息要保密，不能泄漏通信系統的模型通信的三要素：信道信源(宿)信宿(源)信號信號舉例:信道的任務是迅速、可靠而準確地將信號從信源傳輸到信宿被傳輸的信息都必須以某種電(或光)信號的形式才能進行傳輸發送信息的設備接收信息的設備有線電話移動電話計算機通信信源/信宿電話座機手機計算機信號形式話音經電話機轉換成為變化的電流信號話音經電話機轉換成為壓縮編碼后的數字信號編碼并打包后的數字信號信道構成電話線和中繼器等傳輸設備無線電波、基站等雙絞線、集線器、路由器、光纖等通信技術的分類（1）按傳輸媒質分類有線通信

，無線通信

。（2）按信道中傳輸的信號分類模擬通信，數字通信。（3）按工作頻段分類長波通信，中波通信，短波通信，微波通信

。（4）按調制方式分類基帶傳輸，頻帶傳輸。（5）按通信雙方的分工及數據傳輸方向分類單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。通信技術的發展現代通信技術的不斷發展，給人們的生活、工作帶來極大的方便，人類正在向著一個數字化、信息化的社會邁進。應對席卷全球的金融危機，國家提出要大力發展戰略性新興產業，確定了七個戰略性新興產業，其中新一代信息通信就是我們發展的重點，聚焦在新一代通信網絡和互聯網、物聯網與泛在網、三網融合、LTE、云計算和高端軟件。下一代網絡核心基礎產業能夠催生出基礎設備和相關設備產業鏈的研發，而最關鍵的是帶寬，只有實現高帶寬，下一代互聯網、新一代移動通信、物聯網、云計算才可以大力發展。

通信技術在醫學領域的應用通信技術在醫藥衛生領域的應用，給醫藥行業帶來革命性的變化。數字化醫療、信息化醫療、智慧醫療等名詞被炒得熱火朝天，導致計算機網絡化通信技術在醫藥衛生領域中的作用也顯得越來越重要。（1）跟蹤治療（2）移動觀察（3）遠程醫療（4）患者數據管理（5）藥物跟蹤（6）手機求救（7）病人數據收集（8）醫療垃圾跟蹤（9）短信溝通

(相關內容在第4章中還有較為詳細介紹。)1.5微電子技術基礎（1）微電子技術（2）集成電路（3）集成電路卡及電子標簽（4）集成電路發展趨勢

微電子技術微電子技術是信息技術領域中的關鍵技術，是發展電子信息產業和各項高技術的基礎微電子技術的核心是集成電路技術電子電路中元器件的發展演變晶體管(1948)中/小規模集成電路(1950’s)微電子技術是以集成電路為核心的電子技術，它是在電子元器件小型化、微型化的過程中發展起來的。大規模/超大規模集成電路(1970’s)電子管(1904)什么是集成電路？集成電路

(IntegratedCircuit，簡稱IC)： 以半導體單晶片作為基片,采用平面工藝，將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所構成的電路制作在基片上所構成的一個微型化的電路或系統集成電路的優點：體積小、重量輕功耗小、成本低速度快、可靠性高超大規模集成電路小規模