第 1 章 计算机与信息技术基础

1. 第1章 计算机与信息技术基础 内容提要 • 计算机的发展历程 • 微型计算机系统组成 • 计算机中数的表示方法 • 现代信息技术基础 • 信息标准化 • 信息安全与病毒防治

2. 1.1 计算机的发展历程 • 电子计算机发展历史 • 微机的历史 • 我国的计算机发展历史 • 展望未来计算机 • 计算机与生命科学 • 构建医学人才的IT知识结构

3. 1.1.1 电子计算机发展历史 • 1946年2月15日，人类历史上一项最伟大的发明在美国宾夕法尼亚州的宾夕法尼亚大学诞生，这就是名为“埃尼阿克”（Electronic Numerical Integrator And Computer，ENIAC，即电子数值积分和计算机）的电子计算机。 • 计算机的历史按其结构中采用的主要电子元器件，一般划分成5个时代。

4. 电子管时代（1946年～1958年） • 晶体管时代（1959年～1964年） • 集成电路时代（1965年～1970年） • 超大规模集成电路时代（1971年～20世纪末） • 人工智能计算机

5. 人工智能计算机主要包括： • 人工神经网络 • 模糊逻辑 • 多值逻辑及其组合

6. 1.1.2 微机的历史 • 第一代微机通常指奔前机。包括：IBM-PC及其兼容机；PC/XT（XT代表扩展型，eXtended Type），286AT（AT代表先进型或高级技术，Advanced Type或Advanced Technology）及其兼容机，386微机和486微机。 • 第二代微机指的是普通奔腾机，包括：普通奔腾（主频为66MHz~100MHz）、高能奔腾Pentium Pro（主频为110MHz~200MHz）、多能奔腾Pentium MMX（主频为166MHz以上）。 • 第三代微机指的是奔X机，包括：Pentium Ⅱ（俗称PⅡ，主频为266MHz~450MHz）、PentiumⅢ（俗称PⅢ，主频为500MHz~1GHz）、Pentium 4（俗称P4，主频为1.4GHz~3GHz）、迅驰等。微机正以前所未有的速度发展着，它的发展代表着整个计算机的未来。如果说，早期巨型机的性能已低于现在微机的水平，那么，将来微机的综合性能一定会超过现在小型机、中型机、大型机乃至巨型机的水平。 • 第四代微机是指以Intel、AMD公司生产的双内核、多进程的64位CPU芯片组装的微机。

7. 1.1.3 我国的计算机发展历史 • 中国计算机的起步 • 我国计算机的发展是从新中国成立以后开始的。1951年受命组建中国科学院数学研究所并担任所长的华罗庚教授动员了原清华大学电机系电信网络研究室主任闵乃大教授、夏培肃博士和王传英助教，于1953年1月3日正式成立了电子计算机科研小组。到1956年8月，这个研究小组划归中国科学院技术研究所筹备委员会，人数从最早的3人增加到13人。 • 自1964年起，北京、天津、上海等地相继制成了一批晶体管计算机，主要机型有109乙、X-2、DJS-6、DJS-7、DJS-8、DJS-21、109丙、441B-Ⅱ、441B-Ⅲ等10多种，其中109丙机性能较高，可靠性达到了相当高的水平，自1967年至1983年平均每年提供的有效机时都在7000小时以上，被授予“功勋计算机”的荣誉。

8. 中国超级计算机的发展和应用 • 银河-I巨型计算机 • 银河-II巨型计算机 • 银河-III巨型计算机 • 曙光4000A型超级计算机

9. 1.1.4 展望未来计算机 • 巨型化 • 普及化 • 多功能化 • 网络化 • 智能化

10. 从未来计算机的发展角度讲，科学界看好的计算机有：从未来计算机的发展角度讲，科学界看好的计算机有： • 生物计算机 • 光子计算机 • 量子计算机 • 分子计算机和单电子计算机 • 模块化计算机

11. 1.1.5 计算机与生命科学 • 21世纪，计算机对医药信息科学和生命科学的应用产生了巨大而深远的影响。例如计算机在卫生信息系统中的建设与应用，医学诊断、治疗，教学科研，远程医疗，区域医疗，医学影像诊疗，电子病历，医学检验，新药开发，数字人体三维重构等方面越来越多的采用数字化的技术手段。数字化的诊疗设备，计算机化、网络化、智能化的信息处理方式，用来研究解决生命科学方面的问题，已取得了世人瞩目的成果和进展。

12. 1.1.6 构建医学人才的IT知识结构 • 规划医药院校《大学计算机应用基础》课程体系的系列教材。 • 明确医、药院校学生适应未来信息社会需求的IT知识结构、方向和目标。 • 运用科学的教学监督体系与教学质量评价标准，促进教学、科研。 • 建立共享的《医药院校计算机应用基础》课件库、素材库、考题库。 • 加强医药院校计算机应用基础课师资队伍的继续培养，交流与互动的工作。 • 突出强调《医药院校计算机应用基础》课程体系的主干公共基础课的地位、作用和意义。 • 注重培养学生面向医学方向，掌握IT，结合实践应用，提高动手能力；要求学生达到掌握计算机系统中的最实用的方法，了解信息技术（IT）在医学领域的应用及新进展，熟练掌握所学计算机各种软件的使用方法和技巧，并能够自主学习运用所学知识完成有创意、有实用价值的综合作业。 • 增加医药信息学、生命科学与计算机科学相互依赖、融合、应用、发展的教学内容，让学生了解构建和谐社会对卫生信息化建设与应用情况的现在和将来的需求、变化和影响，认识到计算机技术、网络技术、医学信息与人类生命健康、社会发展的关系。树立良好的适应未来信息社会需求的意识、为社会服务的意识。 • 用科学的发展观指导IT知识结构课程体系的学习，强化“自我学习，自我发展，知而获智”的意识，培养学生熟练解决问题的动手能力，上网操作获取信息，分析信息，应用信息，在“信息海洋遨游”的能力。

13. 1.2 微型计算机系统组成 • 微型计算机的硬件 • 计算机的软件

14. 1.2.2 计算机的软件 • 系统软件 • 操作系统。操作系统是用于管理和控制计算机各种硬件和软件资源；合理地安排各种程序的执行流程；方便用户使用计算机（只要使用它提供的简单命令或操作，就可使计算机按照用户的要求，协调、高效地完成指定的任务）的软件。 • 程序设计语言。程序设计语言分为3个层次：机器语言、汇编语言、高级程序设计语言（包括面向对象的程序设计语言）。

15. 开发工具软件。实用软件的开发，如要一条一条编写程序，显然是不合适的。就如造房子，连采矿炼钢筋、伐树锯木制门窗、挖泥烧窑制砖块都要自己做一样。所以借助于开发工具是必需的。最著名的数据库管理系统是开发各类管理软件的系统工具软件，数据库管理系统经历了从dBASE、FoxBASE、FoxPro到Visual FoxPro的发展过程。一些大型的数据库管理系统也已经被广泛采纳和使用，如SYBASE，INFORMIX，ORACLE，DB2等。常用的开发工具还有Microsoft公司的VB（Visual Basic）、Que公司的Delphi、Microsoft公司的SQL等。 • 常用服务程序。服务程序为用户维护计算机和使用计算机进行软件开发提供了方便。如编辑程序、设备驱动程序、连接程序、动态调试程序和诊断程序等。

16. 应用软件 • 数值运算：数值运算仍是计算机最为重要的应用之一。科技领域的大量计算，都是由计算机完成，无论是运算速度、精度还是可靠度，都是人的手工和脑力所不能及的。 • 办公信息处理系统：办公信息处理系统又称作办公自动化系统（Office Automation System，OAS），是目前使用最广泛的软件系统，对办公的质量和效率的提高起着重要的作用，如Microsoft公司的Office 2002、Office 2003等。

17. 管理信息系统：管理信息系统建立在数据库管理系统上，当数据库管理系统所开发的各类管理软件发展到一定水平后，各个单项的软件相互联系，计算机和管理人员组成一个和谐的整体，各种信息在其中合理地流动，形成了一个完整、高效的管理信息系统（MIS）。管理信息系统：管理信息系统建立在数据库管理系统上，当数据库管理系统所开发的各类管理软件发展到一定水平后，各个单项的软件相互联系，计算机和管理人员组成一个和谐的整体，各种信息在其中合理地流动，形成了一个完整、高效的管理信息系统（MIS）。 • 图形图像处理系统：图形图像处理系统是印刷业中平面设计的重要组成内容，几乎涉及宣传媒体的各个领域。目前使用最方便且兼容性最好的图形制作软件是Corel Draw；桌面图像处理和计算机创意中功能最强、应用最广的视觉沟通软件是Adobe Photoshop，它在动画（卡通、活页动画等）、影片（电影、录像等）、摄像、摄影等领域得到了广泛的应用。

18. 计算机辅助系统：计算机辅助系统在计算机辅助设计、计算机辅助测试、计算机辅助制造、计算机辅助教学等得到多方面、全方位的应用，其中，尤以计算机辅助设计和计算机辅助教学的应用最为显著。计算机辅助系统：计算机辅助系统在计算机辅助设计、计算机辅助测试、计算机辅助制造、计算机辅助教学等得到多方面、全方位的应用，其中，尤以计算机辅助设计和计算机辅助教学的应用最为显著。 • 计算机的音响系统：计算机在音响领域的应用，开辟了又一广阔的天地。各种创作、表现、录制、合成等音响方面的专业软件层出不穷，范围包括了音乐、音响、声音各方面，有旋律或无旋律的组合，立体感、层次感、围绕、透明和亮度的表现形式……使人们感受到前所未有的震撼和享受。

19. 网络与通信：计算机的网络与通信从一开始就预示了一场崭新的革命，著名的Internet（因特网）提供的信息几乎涉及所有的学科和领域。在Internet上流行的电子邮件使计算机成了一种基本的通信工具。万维网（World Wide Web，WWW）是一种在Internet上浏览和查找信息的软件，它方便而又迅速地指出寻找相关信息的捷径。目前使用的浏览器主要是微软公司的Internet Explorer（简称IE），IE已成为Windows操作系统中的一部分。 • 娱乐和教育：计算机在娱乐和教育方面的功能使其成为家庭的实用电器之一。各种娱乐（包括游戏）和教育软件适应于各种年龄层次的需求，形成了一大产业。

20. 1.3 计算机中数的表示方法 • 数制与进位计数制 • ASCII码 • 计算机中的汉字编码

21. 1.3.1 数制与进位计数制 • 数制 • 十进制（Decimal）是人们习惯使用的数制，它使用0，1，2，…，8，9共10个数码来表示数。计算机由于电子器件的原因，采用的是二进制（Binary），它使用0，1两个数码。使用十六进制（Hexdecimal）是为了避免二进制在写法上的冗长，十六进制使用0，1，2，…，9，A，B，C，D，E，F共16个数码。各种不同的数制都有两个共同点：其一，采用进位计数方式，如十进制逢十进一，二进制逢二进一，十六进制逢十六进一；其二，都使用位置表示法，利用符号的不同位置——数位来表示数值的大小，每个数位上的值等于该位置上的数码与该位置权值的乘积。用一个通用的表达式表示为：

22. 其中aj为数Nr中某数位上的数码，r为进制数，r j为某数位上的权值，n为整数位数。其展开式为：

23. 进制之间的换算 • 十进制数转换为二进制数、十六进制数：十进制数转换为基数为R（R取2或16）的数，转换规则为除基逆向取余法。

24. 二进制数与十六进制数之间的转换：由于一位十六进制数可对应于4位二进制数，按此规则，整个转换显得十分简单。二进制数与十六进制数的对应关系如表所示。二进制数与十六进制数之间的转换：由于一位十六进制数可对应于4位二进制数，按此规则，整个转换显得十分简单。二进制数与十六进制数的对应关系如表所示。 二进制数与十六进制数的对应关系

25. 二进制数、十六进制数转换为十进制数：对二进制数、十六进制数只要写出其展开式，计算相应的值，即可转换为十进制数。二进制数、十六进制数转换为十进制数：对二进制数、十六进制数只要写出其展开式，计算相应的值，即可转换为十进制数。

26. 用十六进制数表示字节与2的幂次方 2的幂次方的表示

27. 1.3.2 ASCII码 • ASCII码 • ASCII码（American Standard Code for Information Interchange）是计算机中使用最普遍的代码，也称为美国标准信息交换代码。

28. ASCII码

29. 字符集 • OEM字符集。由于标准的7位ASCII码所能表示的字符较少，不能满足信息处理的需要，在ASCII码的基础上，IBM公司设计了最高位为1的8位扩充ASCII码，扩充部分主要存放制表符，称作OEM字符集。 • ANSI字符集。目前在Windows中使用的高位为1的扩充ASCII码是ANSI字符集，OEM字符集与ANSI字符集所对应的字符是不同的。

30. 字符的大小 • 为了字符型数据排序需要，为字符规定了一种“大小”关系，用代码之间的大小关系来定义相应字符的“大小”关系是很方便的方法。ASCII码确定了小写字母大于大写字母，字母大于数字，字符大于控制符（空格是控制符中最大的）的规则。

31. 1.3.3 计算机中的汉字编码 • 国标码/区位码 汉字、字母、图形等字符的分布

32. 机内码 • GBK码 • BIG-5（大五）码 • HZ码 • 字库 • 汉字输入法

33. 汉字输入法 • 数字编码法 • 字音编码法 • 字形编码法 • 形音编码法

34. 1.4 现代信息技术基础 • 信息和信息系统的基本概念 • 信息处理技术 • 未来信息技术发展方向

35. 1.4.1 信息和信息系统的基本概念 • 信息的定义 • 信息（Information）是在现代化社会中被广泛使用的一个名词，随着信息地位与作用的不断增强，信息自身的含义也在不断发展，人们对信息的研究和认识也在不断加深。目前，人们对信息的表述有多种，如下所示： • 信息是数据经过加工后产生的结果。 • 信息是描述客观世界的形式。 • 信息是通信的数据和知识。 • 信息是管理和决策的重要依据。 • 信息是人们获取知识的基础。

36. 综上所述，对信息的定义是：信息是反映客观世界中各种事物的特征和变化并可以借助某种载体进行传递的有用的知识。此定义包含4层意思：综上所述，对信息的定义是：信息是反映客观世界中各种事物的特征和变化并可以借助某种载体进行传递的有用的知识。此定义包含4层意思： • 信息是对客观事物变化和特征的反映。 • 信息是可以传递的。人们在信息传递的过程中得以获取知识。 • 信息是有价值的。其有用性是针对某些特定的接收者而言的，各取所需。 • 信息是知识。知识是运用信息，知而获智的经验积累，是正确决策的科学依据。

37. 信息的性质 • 信息具有9个方面的性质 • 信息的相对性 • 信息的事实性 • 信息的转移性 • 信息的变换性 • 信息的有序性 • 信息的动态性 • 信息的时效性 • 信息的共享性 • 信息的可转化性

38. 数据与信息 • 数据（Data） • 数据是经过有意义的组合来真实地描述客观事物的本质而采用的各种符号的集合。 • 数据定义包含有两方面的内容：一方面是各种描述用的符号集合，如姓名、年龄、生日、血压、脉搏、X光片等。另一方面是数据的载体，如用来记录的纸张、磁盘、光盘及计算机存储设备等。数据只有经过媒体加载后才能继续存取、加工、传输和处理。数据的表示方式不同其处理的方式也就不同。 • 数据的含义从两个方面来理解：数据都有其属性和客观值，如年龄25岁，其年龄是数据的属性名称，25岁是数据的客观值。因此说数据是对客观事物的属性、数量、位置及其相互关系的一种抽象的描述，数据是事物原始性状的记载，没有经过任何加工处理，数据是杂乱的，但它是真实的、可靠的，并且具有累积的价值。

39. 信息 （Information） • 信息具有主观性，信息是人们对数据有目的的进行加工后产生的结果，它的表现形式根据人们的实际需要来决定，和人的行为密不可分。 • 信息也具有客观性，信息来源于客观世界，反映某一事物的现实状态，体现了人们对事实的理解和认识的程度，是人们决策和行动的依据。通过信息接收者的行为和决策来体现信息的价值。

40. 数据与信息的关系

41. 信息系统的历史与发展 • 人基信息系统 • 人机信息系统（CBIS） • 网基信息系统 （NBIS）

42. 系统的定义 • 国际标准化组织（ISO）定义为：“系统是内部相互依存的各个部分，按照某种规则，为实现某一特定的目标而联系在一起的合理的、有序的组合”。 • 通常，系统被认为是一个整体，它由若干功能独立的元素组成，这些元素之间相互联系、相互制约，共同完成系统的总目标。目标、元素、联系这三者是系统的不可缺少的要素。

43. 系统的特性 • 整体性（Integrality） • 层次性（Hierarchy） • 关联性（Relationship） • 目的性（Purpose） • 环境适用性（Environment Applicability）

44. 信息系统的定义 • 信息系统是人类在生产活动中进行信息交流的过程中产生的，一般来说信息系统是由人、信息处理硬件、软件、数据资源等组成的有机整体。目的是及时、准确收集、整理、加工、存储、传输数据，进而为行动提供决策信息。 • 信息系统包含信息处理系统和信息传输系统两大部分。信息处理系统负责对数据进行加工处理，以得到人们预先期待的结果。信息传输系统负责把信息从一地传输到另外一地，传输的过程中不会改变信息本身的内容。信息的作用是在广泛的交流和使用中具体体现出来的，因此通信技术的发展也大大促进了信息系统的发展。广义上讲，信息系统的概念已经延伸到和通信系统相等同。

45. 信息系统的类型 • 作业信息系统（TPS） • 管理信息系统 （MIS） • 决策支持信息系统（DSS） • 专家系统（ES）

46. 1.4.2 信息处理技术 • 信息处理技术一般包括以下8个方面的工作。

47. 信息收集 • 信息的收集是对原始数据获取的过程，其中重要的加工是对原始数据的标准化、数字化、量化的处理，通过科学的方法进行分类、收集、整理数据。 • 信息来源于对原始数据的统计分析和加工处理后，提取的有意义的数据。因此信息的获取应该注意以下4项原则： • 合理规划 • 制定标准 • 更新及时 • 完整统一

48. 信息提取 • 信息提取过程也是对原始数据的分析、筛选、加工、处理的过程。信息的真实性、有效性和信息自身价值的高低，完全取决于对数据加工处理的科学性及决策者个人行为标准的科学合理性。因此信息提取是一项严谨科学的工作，需要注意以下3个原则： • 科学合理 • 经验积累 • 量化信息

49. 信息处理 • 信息处理的过程就是运用科学合理的方法、手段对原始数据进行加工处理，按照事先设计的信息提取标准来获取信息。信息处理还包含着对已经提取出来的信息再次进行更新处理，挖掘并获取更新、更有价值的重要信息。 • 信息处理的一切目的都是为用户信息需求服务的。因此，信息管理基于信息自身性质和特点决定了对信息管理系统的两个技术层面的要求：及时和准确。信息管理通常是指在整个信息处理过程中，人们对信息的收集、加工、存储、提取、传输等技术操作的总称。当然，信息处理不仅包含动用一切技术的形式和手段进行操作，还需要科学制定各种法律、政策、规章、制度来保证和规范信息管理的先进性、科学性、连续性和安全性。

50. 信息检索 • 网络信息检索 • 网页分类目录检索 • 关键词检索 • 信息管理系统检索 • 数据库管理系统 • 数据挖掘和网格技术 • 智能知识系统