第1章-信息技術(shù)概論-(2)課件

大學(xué)計算機信息技術(shù)基礎(chǔ)中國藥科大學(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章計算機硬件系統(tǒng)第3章計算機軟件系統(tǒng)第4章計算機網(wǎng)絡(luò)第5章數(shù)字媒體及應(yīng)用第6章數(shù)據(jù)庫原理第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)和信息社會的概念通信技術(shù)、微電子技術(shù)計算機的發(fā)展階段和計算機應(yīng)用信息技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用掌握二進制，以及二進制的計算各種進制的轉(zhuǎn)換數(shù)的二進制表示（原碼、反碼、補碼）數(shù)的表示范圍信息存儲單位，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計算機的發(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：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(zhuǎn)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)信息處理與人的行為信息技術(shù)（InformationTechnology，IT）指的是用來擴展人們信息器官功能、協(xié)助人們更有效地進行信息處理的一門技術(shù)。內(nèi)容包括：擴展感覺器官功能的感測(獲取)技術(shù)擴展神經(jīng)系統(tǒng)功能的通信技術(shù)擴展大腦功能的計算與存儲技術(shù)擴展效應(yīng)器官功能的控制與顯示技術(shù)擴展神經(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)備進行信息采集、儲存、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,計算機,手機,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,知識產(chǎn)業(yè),數(shù)字娛樂,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),認證,娛樂,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比特與二進制數(shù)及運算1.3.2信息在計算機中的表示1.3.1比特與二進制數(shù)及運算比特（bit，binarydigit的縮寫）中文翻譯為“二進位數(shù)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(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、圖像、聲音、命令······都可以使用比特來表示存儲容量的計量單位8個比特＝1個字節(jié)（Byte，用大寫B(tài)表示）計算機內(nèi)存儲器容量的計量單位：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)）外存儲器容量經(jīng)常使用10的冪次來計算：1MB＝103KB

＝1000KB1GB＝106KB

＝1000000KB1TB＝109

KB

=1000000000KB傳輸速度計量單位信息是可以傳輸?shù)?，信息只有通過傳輸和交流才能發(fā)揮它的作用在數(shù)字通信技術(shù)中，信息的傳輸是通過比特的傳輸來實現(xiàn)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(nèi)容遠距離傳輸或者無線傳輸時：需要使用調(diào)制技術(shù)（參見第4章）傳輸速率表示每秒鐘可傳輸?shù)亩M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、開關(guān)的斷開/接通）比特的運算使用邏輯代數(shù)，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“·”）取反（也稱“非”運算，用符號“NOT”或上橫杠“ˉ”表示）邏輯運算的規(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: 0010EFABEFABAEFR十進制數(shù)每一位可使用十個不同數(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＋6×10－2二進制數(shù)每一位使用兩個不同數(shù)字表示（0、1），即每一位使用1個“比特”表示低位與高位的關(guān)系是：逢2進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＝5.25八進制數(shù)每一位使用八個不同數(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=245.25十六進制數(shù)每一位使用十六個數(shù)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(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不同進位制數(shù)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十進制轉(zhuǎn)換為二進制轉(zhuǎn)換方法： 整數(shù)和小數(shù)分開開轉(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：十進制小數(shù)（如0.63）在轉(zhuǎn)換時會出現(xiàn)二進制無窮小數(shù)，這時只能取近似值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高位低位二進制數(shù)十進制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：二進制數(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

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

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

0000011110101100（b）減法規(guī)則多位二進制數(shù)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！1.3.2信息在計算機中的表示數(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……在計算機中,所有數(shù)據(jù)都以二進制表示1.數(shù)值信息在計算機中的表示采用“自然碼”表示無符號整數(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)。十進制數(shù)8位無符號整數(shù)

00000000010000000120000001030000001140000010050000010125211111100253111111012541111111025511111111······帶符號整數(shù)的表示（1）表示方法：用一位表示符號，其余用來表示數(shù)值部分符號用最高位表示：“0”表示正號(+),“1”表示負號(-)數(shù)值部分有兩種表示方法： (1)原碼表示： 整數(shù)的絕對值以二進制自然碼表示 (2)補碼表示： 正整數(shù)：絕對值以二進制自然碼表示 負整數(shù)：絕對值使用補碼表示···符號位數(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帶符號整數(shù)的表示（2）負數(shù)的絕對值如何用補碼表示？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位補碼表示所以：[-43]

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

的8位補碼為：1100000043=>0101011取反：1010100加1：101010164=>1000000取反：0111111加1：1000000帶符號整數(shù)的表示（3）優(yōu)缺點分析：原碼表示法優(yōu)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(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，不方便補碼表示法優(yōu)點：加法與減法運算規(guī)則統(tǒng)一，沒有“-0”,可表示的數(shù)比原碼多一個缺點：不直觀，人使用不方便結(jié)論：帶符號整數(shù)在計算機內(nèi)不采用“原碼”而采用“補碼”的形式表示！帶符號整數(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補碼可表示的整數(shù)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011111113種整數(shù)的比較8位二進制碼表示無符號整數(shù)時的數(shù)值表示帶符號整數(shù)(原碼)時的值表示帶符號整數(shù)(補碼)時的值0000000000000000001111……………………0111111112712712710000000128-0-12810000001129-1-127……………………11111111255-127-1計算機中整數(shù)有多種，同一個二進制代碼表示不同類型的整數(shù)時，其含義（數(shù)值）可能不同一個代碼它到底代表哪種整數(shù)（或其它東西），是由指令決定的實數(shù)的特點與表示方法特點：既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分，小數(shù)點位置不固定整數(shù)和純小數(shù)是實數(shù)的特例任何一個實數(shù)總可以表達成一個乘冪和一個純小數(shù)之積例如：

56.725=0.56725×102－0.0034756=-0.34756×10－2實數(shù)的表示方法（記階法）：用3個部分表示乘冪中的指數(shù)：表示實數(shù)中小數(shù)點的位置純小數(shù)部分(尾數(shù))：表示實數(shù)中的有效數(shù)字部分?jǐn)?shù)的正負(符號)二進制實數(shù)的浮點表示與十進制實數(shù)一樣，二進制實數(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，任一個二進制實數(shù)N均可表示為： N=±S×2P（其中，±是該數(shù)的符號；S是N的尾數(shù)；P是N的階碼）因此，32位的單精度浮點數(shù)在計算機中可表示為：尾數(shù)符號位8位23位階碼2.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(gòu)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(jié)存儲1個ASCII字符

標(biāo)準(zhǔn)ASCII字符集及其碼表

b6b5b4b3b2b1b0

012345670123456789ABCDEFb6b5b4b3b2b1b0011010011010113.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(jīng)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(fù)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01010101010101010101011010110100100100011111000001101010101010101010100101101001011001010000011010010101010101010101011011000101000010100101010010110110101101101011010110011001011010001000100101101001011010010110101000100110010010110101001010010110110010101101010111011001100101001010110001101001001101011001001000100110011010101001000101010110110010110010010111011001100101010010010101010101010101001101101000100110001010000101010010101010101010110001001011001000110100111010000101010101010101000100010100010110100001000000110111011010101001010011010001101001001110010