大学信息技术概论课件1

计算机信息技术教程主讲：叶峰电话/p>

第1章信息技术概述目录1.1

信息与信息技术1.2计算机的发展及应用1.3

数字技术基础★1.4通信技术基础1.5微电子技术基础1.6信息标准化1.1信息与信息技术（1）数据与信息（2）信息技术与信息产业（3）医药信息化及其发展信息(information)是什么？信息有多种多样的含义，至今并没有统一的定义日常生活中比较笼统和模糊的理解是：语言、文字、图画、照片等所表达的内容、事实或消息读书、听课、交谈等所学习和了解的知识、方法和情况为了做判断、订计划或解决问题等所需要的数据和资料···比较正式也比较抽象一些的描述是：

信息是事物运动状态和特征的反映信息就是信息，它不是物质也不是能量

信息与物质、能量是客观世界的三大构成要素。

美国哈佛大学的研究小组提出了著名的资源三角形：没有物质，什么也不存在；没有能量，什么也不会发生；没有信息，任何事物都没有意义。数据与信息国际标准化组织（InternationalStandardsOrganization，ISO）对“信息”下的定义是：“信息”是对人有用的数据，这些数据将可能影响到人们的行为与决策。ISO对“数据”下的定义是：“数据是对事实、概念或指令的一种特殊的表达形式，这种特殊的表达形式可以用人工的方式或者用自动化的装置进行通信、翻译转换或者进行加工处理。”数据是信息的源泉，信息是知识的基础。这些概念都是相对的，例如，护士测量到的患者39℃的体温，对急诊室来讲是允许挂急诊号的信息，但对处理急诊的临床医生来讲，体温39℃仅是医生处理患者信息中的一个数据；再如，一张化验报告，对化验室来讲是经过处理数据后获得的信息，对临床医生来讲是分析疾病的数据。信息有哪些性质？普遍性：凡有事物的地方，就必然存在信息，信息广泛存在动态性：事物是在不断运动变化之中的，信息也必然随时间而改变时效性：由于信息的动态性，信息的使用价值会随着时间而衰减多样性：语言、文字、声音、图片等都是信息的表现形式(也称为信息的载体或媒体)

可传递性：信息可通过媒介在人-人，人-物，物-物之间传递，信息传递才能发挥信息的作用可共享性：信息与物质，能量显著不同的是，同一信息在同一时间可被多个主体共有，信息能无限地进行复制和传递，不因使用而有损耗快速增长性：随着社会的发展，信息在快速增长！(信息爆炸)什么是信息处理？信息处理指的是与下列内容相关的行为和活动：信息的收集(如信息的感知、测量、获取、输入等)信息的传递(如邮寄、电报、电话、广播等)信息的加工(如信息的分类、计算、分析、转换等)信息的存储(如书写、摄影、录音、录像等)信息的施用(如控制、显示、指挥、管理等)人工进行信息处理的过程人工信息处理的不足：

算不快记不住传不远

看（听）不清事物客体信息获取(感觉器官)信息加工与存储(大脑)信息传递(神经系统)信息施用(效应器官)信息传递(神经系统)信息技术（IT）手/脚/身眼/耳/鼻/舌/身什么是信息技术？信息技术（InformationTechnology，或Information&CommunicationTechnology，简称IT或ICT）指的是用来扩展人们信息器官功能、协助人们更有效地进行信息处理的一门技术。内容包括：

扩展感觉器官功能的感测(获取)技术扩展神经系统功能的通信技术扩展大脑功能的计算与存储技术扩展效应器官功能的控制与显示技术扩展神经系统功能的通信技术外部世界事物信息技术的发展历史◎语言的形成和使用

◎文字的创造

◎造纸技术的出现

◎印刷技术的发明◎电报和电话通信

◎广播、电视

◎雷达、卫星

◎计算机

◎因特网···

第1次信息技术革命（35000～50000年之前）第3次信息技术革命第5次信息技术革命（20世纪40～60年代）第4次信息技术革命（19世纪30～20世纪40年代）（1000年之前）第2次信息技术革命（大约3500年之前）现代信息技术有什么特征？三大特征：采用电子技术（包括激光技术）以数字技术（计算机）为基础以软件为核心内容：计算机、集成电路、通信、广播、遥感遥测、自动控制、机器人等信息技术对社会和经济的影响信息技术不断为传统产业升级改造注入新内涵，大大提高了传统产业的劳动生产率；信息技术孕育和催生了许多新兴产业（包括信息产业），他们在经济增长中占显著地位；信息技术的泛在兼容和深度渗透推动了管理扁平化和社会信息化信息技术推动了经济全球化的发展，进一步加快了世界各国社会经济的发展！关于信息产业（1）什么是信息产业（2）国内外信息产业情况什么是信息产业？信息产业是指信息设备生产制造，以及利用这些设备进行信息采集、储存、传递、处理、制作与服务的所有行业与部门的总和信息产业信息技术产业信息内容产业信息服务产业芯片,计算机,手机,通信设备,数字电视,软件,电子器件等内容数字化,数字文化,教育科技,知识产业,数字娱乐,电子游戏等信息基础设施电子政务,商务,金融,物流,教育,医疗,社区,认证,娱乐,游戏等电信网络,广播电视网络,互联网络等信息产业已是全球第一大产业

（数据来源：2010.1.28《中国电源博览》第107期2007年：世界总产值达49.88万亿美元,同比增长3.6％；电子信息产业总产值达4.65万亿美元,同比增长9.5％,占世界总产值的9.3％,居各产业之首；2008年：世界总产值达51.73万亿美元，同比增长3.7％；电子信息产业总产值达4.96万亿美元，同比增长6.6％,占世界总产值的9.6％,预计2009年：世界总产值达52.86万亿美元,同比增长2.2％，电子信息产业达5.15万亿美元，同比增长3.8％,占世界总产值的9.7％我国信息产业情况如何？（数据来源：2010.2.3工信部发布）

2009年规模以上电子信息产业主要指标情况：2009年我国电子信息产品数据（数据来源：2010.2.3工信部发布）

我国IT产业在国民经济中的地位我国ICT产业占GDP比例2008年：GDP总值中6.52%来自信息产业；GDP增速中8.92%（即0.8个百分点）来自信息产业ICT产业对GDP增长率的贡献

2009年电子信息产业收入占全部工业收入的10.0%，利润占全部工业的

6.0%，税金占全部工业的

8.4%，从业人员占全部工业的

9.0%(755万)，进出口占全国外贸比重35.0%我国电子信息产业的规模居世界信息产业规模前二位

从全球范围来看，自2003年开始，中国电子信息产业规模已超过日本，仅次于美国连续5年位列世界第二，2008年起跃居世界首位。2007年：中国境内生产的显示器、手机、彩电、激光视盘机、笔记本电脑分别占全球总产量的50%、31%、43%、80%和40%2009年：手机、微型计算机、彩电、数码相机、激光视盘机产量分别占全球的49.9%、60.9%、48.3%、80%、85%，电子信息产品贸易额占全球的15%以上我国信息产业存在哪些问题？(1)核心技术、关键设备和元器件受制于人（高端芯片、核心软件、关键元器件、高端设备以及专用设备等）(2)产业结构亟需优化（信息产业位于国际产业分工的价值链低端，加工组装的比重高，经济效益低，主要依靠降价销售参与市场竞争）(3)信息技术应用水平不高(4)体制机制有待完善2009年世界IT产业竞争力排名我国IT产业竞争力有明显进步,2009年排名39位，上升11位（数据来源：2009年11月商业软件联盟(BSA)发布）已经并将采取哪些对策？（2009-2011）电子信息产业调整和振兴规划四项目标：实现产业稳定增长，未来三年继续保持二倍于GDP增速的增长速度，力争如期完成“十一五”规划产业规模发展目标；结构优化取得成效，软件和信息服务比重提高到15%，加工贸易在出口总额中的比重降至75%，初步赢得核心产业发展主动权；不断增强创新能力；产业自身发展对GDP增速的贡献不低于0.7％，保持外贸出口稳定，占全国外贸出口比例保持在1/3以上已经并将采取哪些对策（2）六大重点工程：集成电路产业技术水平和产能提升平板产业升级和彩电工业转型新一代移动通信（TD-SCDMA）产业完善数字电视推广应用和产业链建设计算机和下一代互联网应用软件及信息服务培育信息化和信息社会（1）什么是信息化（2）国外信息化动态（3）我国信息化战略科技进步对人类社会发展的影响在历史长河中，一些科学发现和技术发明曾经引发了一个国家或民族的跨越式发展和变革，进而导致了人类生活方式或国家的根本性变化蒸汽机的发明引发了第一次工业革命(从英国开始)蒸汽机的发明，在很短时间内，改变了整个世界的面貌(马克思)电动机和发电机的发明引发了第二次工业革命电动机和发电机先后发明使电气化与工业化实现了有机结合，以美国为代表的工业化国家利用这一结合取得了快速的发展，实现了百年的持续发展信息技术引发了第三次工业革命20世纪70年代后，美国面临以日本为代表的工业化国家激烈竞争，甚至出现了短暂的被动局面。从20世纪80年代起，美国利用信息技术实现了近30年的持续快速发展，保持了综合实力的领先地位人类正进入信息社会信息社会信息技术革命信息资源信息与知识生产……工业社会工业革命资本与技术工业化生产……农业社会农业革命土地农产品种植……产业革命推动社会变革人类正进入信息社会信息技术不断创新信息产业持续发展信息网络广泛普及什么是信息化（1）2000年“全球信息社会冲绳宪章”明确提出：

（G-8:“OkinawaCharteronGlobalInformationSociety”）信息技术是影响21世纪发展的最强劲的驱动力量信息化---由信息技术驱动的经济和社会的变革信息化的本质是利用信息技术帮助社会个人和群体有效利用知识和新思想，从而能建成充分发挥人的潜力，实现其抱负的信息社会。《中国信息化发展战略预研究报告》（国家信息化专家咨询委员会与世界银行合作研究）：“信息化是由信息技术驱动的社会经济变革,其本质是在信息网络环境下有效利用信息和知识,充分发挥人的潜能,促进经济增长和社会发展模式的根本改变”

信息化是由信息技术驱动的，是一个技术主导型的变革过程信息网络环境建设及加强在网络上信息和知识的有效利用是信息化的主要手段对信息化的需求主要表现在要充分发挥人的潜能，促进经济增长和社会发展模式的改变，这也是信息化的综合目标什么是信息化（2）我国信息化建设的历程1956～1966“艰苦创业”阶段1958年研制成第1台电子计算机，1964年人造地球卫星上天，1965年第1块集成电路问世1966～1978“曲折发展”阶段研制成集成电路计算机，彩色电视剧，通信卫星 1978～1999“改革开放开创新局”阶段研制成巨型计算机，推广汉字信息处理应用，建设“金桥”、“金卡”、“金关”等重大信息系统 2000年起“全方位高效益推进”阶段信息化建设进入全方位、高效益、深层次发展的新时代，2006年发布“国家信息化发展战略”以信息化带动工业化,以工业化促进信息化。信息化覆盖现代化全局(社会信息化、文化信息化、政务信息化、军事信息化)扩展了信息产业内涵：除制造业、软件业、通讯业、IT服务业，现在又增加了“信息内容产业”（包括文化、出版、广播、影视、市场资讯、市场调查、游戏动漫等以内容加工为对象，以信息为产品形式）重新设计和考虑了信息化制度环境建设，包括机制、体制、法律法规、标准化、信息安全、知识产权、全民信息能力的提升以及改革开放对外交流等。提出了贯穿15年的战略行动计划，共六项：1电子商务计划 2国民信息技能教育培训计划3电子政务计划 4网络媒体信息资源开发利用计划5缩小数字鸿沟计划 6关键信息技术自主创新计划“国家信息化发展战略”要点

(2006-2020)2020年信息化发展的总目标：综合信息基础设施基本普及信息技术自主创新能力显著增强，信息产业结构全面优化国民经济和社会信息化取得明显成效，新型工业化发展模式初步确立国家信息化发展的制度环境和政策体系基本完善，国民信息能力显著提高为迈向信息社会奠定坚实基础！国家信息化发展战略的总目标让科技引领中国可持续发展

——温家宝2009年11月3日上午移动互联网、传感网、物联网、RFID云计算、虚拟化、绿色数据中心智慧地球、智能电网、数字医疗……我国发展新兴战略性产业，具备一定的比较优势和广阔的发展空间，完全可以有所作为。一要高度重视新能源产业发展，创新发展可再生能源技术、节能减排技术、清洁煤技术及核能技术，大力推进节能环保和资源循环利用，加快构建以低碳排放为特征的工业、建筑、交通体系。要努力走在全球新能源汽车发展的前列，尽快确定新能源汽车的技术路线和市场推进措施，推动中国汽车工业跨越发展。二要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后ＩＰ时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。三要加快微电子和光电子材料和器件、新型功能材料、高性能结构材料、纳米技术和材料等领域的科技攻关，尽快形成具有世界先进水平的新材料与智能绿色制造体系。四要运用生命科学推动农业和医药产业发展。积极发展转基因育种技术，努力提高农产品的产量和质量。突破创新药物和基本医疗器械关键核心技术，形成以创新药物研发和先进医疗设备制造为龙头的医药研发产业链条。五要大胆探索空间、海洋和地球深部，实施好载人航天计划和嫦娥计划，有效进入并和平利用空间，切实加强海岸带可持续发展研究，促进海洋资源合理开发和海洋产业发展，努力提高地球深部资源探测水平，充分挖掘和利用好各种资源。

医药信息化及其发展（1）信息技术在医药领域内的应用给医药卫生领域带来了前所未有的变革。医护人员的工作效率及病人就医效率都得到了极大地提高。医疗服务信息化是国际发展趋势，随着信息技术的快速发展，国内越来越多的医院正加速实施基于医院信息系统（HIS）平台，以提高医院的服务水平与核心竞争力。制药企业信息化建设有利于对药品生产全过程的数据追溯，使其更加符合《药品生产质量管理规范（GoodManufacturingPractice-GMP）》要求，确保用药安全。医药信息化及其发展（2）在过去几年，美国医疗服务信息化行业取得了长足发展。Google跟美国的医疗中心合作，为几百万名社区病人建立了电子档案，医生可以远程监控。微软也推出了一个新的医疗信息化服务平台，帮助医生、病人和病人家属实时了解病人的最新状况。英特尔也在几年前推出数字化医疗平台，通过IT手段帮助医生与患者建立互动。IBM公司的“智慧地球”项目工程也把医疗信息化纳入最新发展战略。中国医疗信息化的发展起步较迟，80年代末90年代初南方经济发达城市和国内一级城市的大医院开始尝试医院信息化。医药信息化及其发展（3）目前，电子病历、健康档案、区域卫生医疗被炒得非常火爆。健康档案，是记录每个人从出生到死亡的所有生命体征的变化，以及自身所从事过的与健康相关的一切行为与事件的档案。区域卫生医疗就是在一定区域内所有医院的实现资源共享、信息互联、患者转接等。目前由于隐私、利益等相关问题冲突，各方专家正在积极探索，力争早日全面实现区域医疗信息化。中国医药卫生信息化事业正随着新医改的进行不断蓬勃发展，IBM、惠普、微软、思科、东软、方正等越来越多的国内外知名IT企业已经进军中国医药信息化。随着医药信息化的不断深入，中国的医药卫生事业将得到前所未有的巨大发展。1.2计算机的发展及应用计算机的特点计算机的特性：（1）速度快（2）存储容量大（3）通用性好不仅能处理数字和文字，而且能对图像、声音等多种形式的信息进行处理不仅能进行数学运算，而且能进行逻辑运算不仅能进行运算，而且具有信息的获取、存储、传输、展现等功能（4）计算机与计算机具有互连、互通和互操作的能力过去的计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：算盤計算尺手搖计算器電動计算器我国研制第1颗原子弹时使用的飞鱼牌手摇计算机（新华网图片）

Pascal’s加法机1642年，法国数学家B.Pascal用钟表元件制造了一种能够做两个十进制数加减法的机器巴贝奇的分析机1821年，英国数学家C.Babbage（1791-1871）设计了差分机，这是第一台可自动进行公式演算的多功能机器，然而，这台计算机在他有生之年始终未能问世上世纪30年代的机械式计算器电动式计算器（1930）手摇式计算器第1台数字电子计算机诞生1946年美国宾州大学研制成功第1台数字电子计算机-ENIACPhoto:vanPeltLibrary,

UPenn.18000电子管,6000开关占地面积:150m2重量:30吨功耗:140KW运算速度:5000次/s平均无故障时间7min外部程序控制第1代数字电子计算机时间：约1946-1957使用的元器件：电子管

●速度：几十～几万次/秒

●内存：磁鼓，千字

●外设：磁带

●机器语言或汇编语言编程美国于20世纪50年代生产的IBM704型电子管计算机磁鼓存储器旋风1号(WhirlwindI)数字计算机WhirlwindI数字计算机，当时的售价是1750万美元，美国国防部使用第2代数字电子计算机时间：约1957-1964使用的元器件：晶体管●速度：几十万次/秒，

●内存：磁芯，十万字

●外设：磁盘 ●高级语言编程电子管晶体管第2代计算机的内存：磁芯存储器Thisisa50xphotographofmagneticcorerandomaccessmemoryfroma4KiBmemoryplane

上世纪50年代末

安装在美国宇航局的IBM7090计算机290万美元。内存容量：128KB；存取周期：2微妙第3代数字电子计算机时间：约1965-1973使用的元器件：中小规模集成电路

速度：几十万次～几百万次/秒

内存：半导体存储器

软件：高级语言,OS,DBMS第3代计算机1965年IBM推出的System360大型主机，被美国航天局用于首次载人登月任务上世纪60年代的

存储容量为5MB的硬盘（27Kg重）第4代数字电子计算机时间：从1974年起使用的元器件：大规模和超大规模集成电路（VLSI）速度：几百万次～亿次/秒内存：半导体存储器软件工程，分布式处理等第1～4代计算机的对比代

别年

代使用的元器件使用的软件类型主要应用领域第1代20世纪40年代中期～50年代末期CPU：电子管内存：磁鼓使用机器语言和汇编语言编写程序科学和工程计算第2代20世纪50年代中、后期～60年代中期CPU：晶体管内存：磁芯使用FORTRAN等高级程序设计语言开始广泛应用于数据处理领域第3代20世纪60年代中期～70年代初期CPU：SSI，MSI内存：SSI，MSI的半导体存储器操作系统、数据库管理系统等开始使用在科学计算、数据处理、工业控制等领域得到广泛应用第4代20世纪70年代中期以来CPU：LSI、VLSI内存：LSI、VLSI的半导体存储器软件开发工具和平台、分布式计算、网络软件等开始广泛使用深入到各行各业，家庭和个人开始使用计算机我国第1台数字电子计算机1956年，华罗庚受命筹建中国科学院计算技术研究所。1958年中国第一台计算机103型机研制成功，中国科学院计算所与北京有线电厂共同研制。字长31位，内存容量为1024字节，运算速度每秒450次。1958年8月1日该机可以表演短程序运行，标志着我国第一台电子计算机诞生。该机在738厂开始小量生产，改名为103型计算机(即DJS-1型)，共生产38台我国第1台大型电子计算机1959年4月104机完成调试,第一道题目是“五一”节天气预报，9月交付用户使用。无故障稳定运行时间达到2小时该机有22个机柜，占地200平方米。全机共用4200个电子管，4000个晶体二极管。字长39位，容量4K，每秒运算1万次我国第一颗原子弹1964年10月16日下午3时，新疆罗布泊上空，我国第一颗原子弹爆炸成功，成为继美苏英法后第五个拥有核武器的国家。电子计算机是核计划的关键工具。高等物理的公式计算主要依靠人工使用计算尺和手摇计算机，只有非常复杂的计算才能用到昂贵的电子计算机前苏联派出大批科学家，在核武器及电子计算机方面提供了技术支持。我国的第2代电子计算机1964年我国华北计算所先后研制成功108乙机(DJS-6)、121机(DJS-21)和320机(DJS-6)，并在738厂等五家工厂生产；哈军工（国防科大前身）研制成功441B全晶体管计算机，小批量生产了40多台。当时我国研发出的计算机，仅有小批量生产，由国家分配到各个科研院所使用。研发和生产计算机的单位，全部是军工企业。具备极高的保密措施，每一个元件，每一张设计图纸都被严格看管

上世纪70年代

我国的集成电路计算机DJS-180系列超级小型计算机天津DJS130小型机参展“1975年广交会”计算机的发展大大超出人们预料由于集成电路技术的发展和微处理器的出现，计算机发展速度之快，大大超出人们的预料：性能不断提高体积不断变小功耗不断降低价格越来越便宜软件越来越丰富使用越来越容易应用领域越来越普遍计算机数量不断增加上述趋势不仅仍在继续，且节奏进一步加快已不再沿用“第x代计算机”的说法。正在研究开发智能化的计算机系统，它以知识处理为核心，可以模拟或部分替代人的智能活动，具有自然的人机通信能力选讲：

未来可能的新型计算机目前计算机用的几乎都是半导体集成电路，但现在人们也在努力研究基于其他材料的计算机，如：量子计算机：基于量子效应开发，利用一种链状分子聚合物的特性来表示开关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动，从而进行运算光学计算机：以光子代替电子，光互连代替导线互连，光硬件代替计算机中的电子硬件，光运算代替电运算。生物计算机：蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。计算机的转换开关由酶来充当，而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。预计10～20年后，DNA计算机将进入实用阶段这些技术现在还都不成熟，与实际应用有很大差距，但可以预计这些技术的发展必将使计算机的前景更加美好选讲：

光计算机和生物计算机奥林巴斯光学工业公司开发出的生物计算机

英国女王大学的AnatolyZayats教授他是光计算机项目的负责人

计算机与生命科学（1）21世纪的今天，随着计算机技术的不断发展和创新，计算机对医药信息学和生命科学等领域产生了巨大而深远的影响。因此也应运而生了医学信息学、生物信息学、卫生信息学等相关医学与计算机结合的专业的建立与发展。计算机在医药卫生领域内有着广泛的应用。在辅助诊断、辅助操作、治疗、教学科研、远程医疗、区域医疗、医学影像诊疗、医学检验、新药开发、医学情报、电子病历、健康档案、循证医学、数字人体三维重构等方面计算机和信息技术都发挥着举足轻重的作用。数字化的诊疗设备，计算机化、网络化、智能化的医疗信息处理方式，数字化医院，都必须以计算机技术作为强大的支撑力量，在医学专家、计算机专家、信息学专家等科学工作者的刻苦钻研下，在以上这些应用领域，我们已经取得了世人瞩目的成果和进展。计算机与生命科学（2）计算机在生物医学工程、分子生物学、基因治疗、遗传和发育、基因克隆等方面发挥着巨大的作用。1988年由美国倡导的国际性的“人类基因组计划”是20世纪生命科学领域研究的重大举措。该计划预计在15年内投资30亿美元，目的在于绘制出人类基因图谱，阐明人类染色体上所有基因，从而期待从基因的水平来更加深入的了解生命个体，阐明疾病的发病机制，更加有效的预防和控制疾病。从现代医学角度来讲，人类基因总数约在5万-10万左右，而每个基因又由独特的碱基组成，如此庞大的工程和数据，我们必须借助计算机才能有效的整理、收集、存储、处理、加工、比较、分析并随时调出。美国的约翰斯·霍普金斯大学建立了一个完整的计算机网络数据库，用来存储全世界基因研究成果。在“人类基因组计划中”，计算机发挥的不仅仅是存储和记忆功能，更发挥了研究对比、统筹管理、智能分析的功能。综上所述，计算机技术与生命科学的结合必将随着科学的进步而硕果累累，这些成果必将给人类健康事业带来巨大的改变。新医改下卫生信息化发展趋势

与计算机新技术2009年国家新医改方案中明确指示：要大力加强卫生信息化建设。为了有效促进我国医疗信息化的高速发展，虚拟数据中心、云计算、刀片服务器、瘦客户机、智能IC卡、RFID（射频识别）、3G无线网络等大量IT新技术被广泛应用。在医疗行业改革进程中，需要利用整个医疗卫生资源，更好的发挥医药卫生信息系统的支撑作用。随着新医改的不断推进，医疗信息化建设将迎来一个崭新的发展阶段。1.3

数字技术基础

1.3.1比特与二进制数及运算 1.3.2

信息在计算机中的表示

什么是比特？比特（bit，binarydigit的缩写）中文翻译为“二进位数字”、“二进位”或简称为“位”比特只有2种取值：0和1，一般无大小之分如同DNA是人体组织的最小单位、原子是物质的最小组成单位一样，比特是组成数字信息的最小单位数值、文字、符号、图像、声音、命令······都可以使用比特来表示比特在计算机中如何表示？在计算机中表示与存储二进位的方法：电路的高电平状态或低电平状态(CPU)电容的充电状态或放电状态(RAM)两种不同的磁化状态(磁盘)光盘面上的凹凸状态(光盘)···例1：CPU内部比特的表示CPU内部通常使用高电平表示1，低电平表示00.0V0.5V2.8V3.3V010V+3v010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：磁盘中比特的表示与存储磁性材料粒子磁头，用于写入和读出信息“0”“1”旋转方向磁盘片例3：内存储器中比特的存储计算机存储器中用电容器存储二进位信息：当电容的两极被加上电压，它就被充电，电压去掉后，充电状态仍可保持一段时间，因而1个电容可用来存储1个比特信息存储原理电容C处于充电状态时，表示1电容C处于放电状态时，表示0存储单元字线位线C读放大器集成电路技术可以在半导体芯片上制作出以亿计的微型电容器，从而构成了可存储大量二进位信息的半导体存储器芯片断电后信息不再保持！存储容量的计量单位8个比特＝1个字节（byte，用大写B表示）计算机内存储器容量的计量单位：KB:1KB=210字节=1024B（千字节）MB:1MB=220字节=1024KB（兆字节）GB:1GB=230字节=1024MB（吉字节、千兆字节）TB:1TB=240字节=1024GB（太字节、兆兆字节）外存储器容量经常使用10的幂次来计算：1MB＝103KB

＝1000KB1GB＝106KB

＝1000000KB1TB＝109

KB

=1000000

000KB现象160GB的移动硬盘实际容量＝160,041,885,696字节为什么？原因:前缀名称前缀符号十进制前缀二进制前缀比值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相同的符号，有两种不同的含义！不同进位制前缀的使用场合内存、cache、半导体存储器芯片的容量均使用二进制前缀：512MB的内存条（1M＝220

）256KB的cache（1K＝210

）文件和文件夹的大小使用二进制前缀频率、传输速率等使用十进制前缀：主频1GHz（1G＝109）传输速率100Mbps（1M＝106）外存储器（硬盘、DVD光盘、U盘、存储卡等）容量：厂商标注的容量使用十进制前缀操作系统显示的容量使用二进制前缀解决方案：使用两种不同的前缀符号已经采用IEC建议符号的有：MozillaFirefox，BitTornado，Linux，以及其他一些GNU自由软件尚未采用IEC建议符号的有：微软公司等前缀名称前缀符号十进制值二进制值比值IEC建议二进制前缀符号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比特的传输信息是可以传输的，信息只有通过传输和交流才能发挥它的作用在数字通信技术中，信息的传输是通过比特的传输来实现的近距离传输时：直接将用于表示“0/1”的电信号或光信号进行传输（称为基带传输），例如：计算机读出或者写入移动硬盘中的文件使用打印机打印某个文档的内容远距离传输或者无线传输时：需要使用调制技术（参见第4章）比特的传输速率传输速率表示每秒钟可传输的二进位数目，常用单位是：比特/秒(b/s)，也称“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=2×102＋0×101＋4×100＋9×10－1＋6×10－2二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：101.01B=1×22＋0×21＋1×20

＋0×2－1＋1×2－2＝5.25八进制数每一位使用八个不同数字表示（0、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=3×82+6×81+5×80+2×8－1=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=15×161+5×160+4×16－1=245.25不同进位制数的比较十进制二进制八进制十六进制零0000000壹1000111贰2001022叁3001133肆4010044伍5010155陆6011066柒7011177捌81000108玖91001119拾10101012A拾壹11101113B拾贰12110014C拾叁13110115D拾肆14111016E拾伍15111117F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： 整数和小数放开转换整数部分：除以2逆序取余小数部分：乘以2顺序取整例如：29.6875

11101.1011B

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129371421222200111余数低位高位整数部分小数部分0.6875×21.37500.75001.50001.0000×2×2×2高位低位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=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，且保持高低位的次序不变例：2467.32Q

→010100110111.011010B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：

1101001110.11001B

→001101001110.110010B

→1516.62Q

八进制数二进制数八进制数二进制数

000041001001510120106110301171111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

→11010110100010.11001111B例2：1101001110.110011B→34E.CCH十六进制数二进制数十六进制数二进制数

0000081000

1000191001

20010A1010

30011B1011

40100C110050101D110160110E111070111F11111位十六进制数与4位二进制数的对应关系：

比特的基本运算比特（二进制数）的算术运算1位二进制数的加、减法运算规则：被加数加数和进位

0000011010101101（a）加法规则被减数减数差借位

0000011110101100（b）减法规则2个多位二进制数的加、减法运算举例：01011001+0100－010010010101由低位到高位逐位进行,低位向高位进(借)位！比特的三种基本逻辑运算比特的取值“0”和“l”

可表示两种不同的状态（例如电位的高/低、开关的断开/接通）比特的运算使用逻辑代数，它有3种基本逻辑运算：逻辑加（也称“或”运算，用符号“OR”、“∨”或“＋”表示）逻辑乘（也称“与”运算，用符号“AND”、“∧”或“·”表示，也可省略）取反（也称“非”运算，用符号“NOT”或上横杠“¯”表示）逻辑运算的规则逻辑加：F=A∨

BA: 0 0 1 1B:∨0

∨1

∨0

∨1F: 0 1 1 1逻辑乘：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 0两个多位的二进制信息进行逻辑运算时，按位独立进行，即每一位都不受其它位的影响：例1 A: 0110 B:∨ 1010

F: 1110例2 A: 0110 B:∧1010

F: 0010逻辑加：F=A∨

B逻辑乘：F=A·B取反：F=NOTA

EFABEFABAEFR逻辑运算可以用开关电路实现逻辑运算可以用开关电路实现！晶体管是一种电子开关使用机械开关实现逻辑操作速度太慢，工作也不可靠！晶体管好像是一个电子开关,它可以工作在两种状态：导通状态/绝缘状态，效果相当于A和B之间的接通或断开开关断开AB开关接通ABABG晶体管的两种状态由控制端G的电压决定选讲：

逻辑运算是用“门”电路实现的名称运算符号定义ABF门电路符号(国标)门电路符号(国外)与AB，A•BA∧B

000010100111或A+B,A∨B000011101111非0110与非001011101110或非001010100110异或0000111011101&≥1&≥1=1AA•BA+BA•B+A•B选讲：

两个1位二进制数加法的实现设被加数A，加数B，用半加器完成加法，产生和数S，进位CABSC0000011010101101

C=ABS=AB+AB=ABÅ半加器的逻辑公式为：则半加器的规则是：半加器的逻辑结构为：（和数）（进位）1.3.2

信息在计算机中的表示（1）数值的表示（2）(西文)字符的表示（3）(黑白)图像的表示带符号整数的表示浮点数(实数)的表示无符号整数的表示无符号整数的表示采用“自然码”表示：取值范围由位数决定：8位： 可表示0～255(28-1)范围内的所有正整数16位： 可表示0～65535(216-1)范围内的所有正整数n位： 可表示0～2n-1范围内的所有正整数。

十进制数8位无符号整数

00000000010000000120000001030000001140000010050000010125211111100253111111012541111111025511111111······带符号整数的表示（1）表示方法：用一位表示符号，其余用来表示数值部分符号用最高位表示：“0”表示正号(+),“1”表示负号(-)数值部分有三种表示方法： (1)原码表示： 整数的绝对值以二进制自然码表示 (2)反码、补码表示： 正整数：绝对值以二进制自然码表示 负整数：绝对值使用反码、补码表示···符号位数值部分最低位最高位原码表示举例：

[+43]的8位原码为：00101011[-43]的8位原码为：

10101011选讲：

带符号整数的表示（2）负数的绝对值如何用反码、补码表示？先表示为自然码将自然码的每一位取反→反码在最低位加“1”→补码例1:[-43]反码、补码表示[-43]

的8位反码为：11010100

[-43]

的8位补码为：11010101例2：[-64]反码、补码表示[-64]

的8位反码为：10111111

[-64]

的8位补码为：1100000043=>0101011取反：1010100加1：101010164=>1000000取反：0111111加1：1000000选讲：

带符号整数的表示（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！（反码是补码的中间形式）选讲：

带符号整数的表示（4）原码可表示的整数范围8位原码：-27+1～27-1（-127～127）16位原码：-215+1～215-1（-32767～32767）n位原码：-2n-1+1～2n-1-1补码可表示的整数范围

8位补码：-27～27-1

（-128～127)

n位补码：-2n-1～2n-1-1-128表示为10000000+127表示为01111111选讲：

3种整数的比较8位二进制码表示无符号整数时的数值表示带符号整数(原码)时的值表示带符号整数(补码)时的值0000000000000000001111……………………0111111112712712710000000128-0-12810000001129-1-127……………………11111111255-127-1计算机中整数有多种，同一个二进制代码表示不同类型的整数时，其含义（数值）可能不同一个代码它到底代表哪种整数（或其它东西），是由指令决定的选讲：

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=0.56725×102－0.0034756=-0.34756×10－2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)选讲：

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=+0.1001011B×2100

－0.0010101B=－0.10101B×2－10可见，任一个二进制实数N均可表示为： N=±S×2P（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：尾数符号位8位23位阶码文字符号在计算机中的表示日常使用的书面文字由一系列称为“字符”(character)的书写符号所构成计算机中常用字符的集合叫做“字符集”西文字符集中文(汉字)字符集（参见第5章）最常用的西文字符集是ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)字符集包含96个可打印字符和32个控制字符每个字符采用7个二进位进行编码计算机中使用1个字节存储1个ASCII字符

标准ASCII字符集及其码表

b6b5b4b3b2b1b0

012345670123456789ABCDEFb6b5b4b3b2b1b001101001101011图像在计算机中如何表示？把图像离散成为M列、N行，这个过程称为图像的取样经过取样之后，图像就分解成为M×N个取样点，每个取样点称为图像的一个“像素”如果是黑白图像，每个像素只有2个值：黑(0)/白(1)，所以每个像素用一个二进位表示因此，一幅黑白图像可使用一个矩阵表示灰度图像和彩色图像的表示比较复杂些(参见第5章)举例：黑白图像的表示每个像素使用1个比特表示：0=黑；1=白010101010101010101010110101101001001000111110000011010101010101010101001011010010110010100000110100101010101010101010110110001010000101001010100101101101011011010110101100110010110100010001001011010010110100101101010001001100100101101010010100101101100101011010101110110011001010010101100011010010011010110010010001001100110101010010001010101101100101100100101110110011001010100100101010101010101010011011010001001100010100001010100101010101010101100010010110010001101001110100001010101010101010001000101000101101000010000001101110110101010010100110100011010010011100101101000101001010100100010100101100101101100001010000010101011010001001001001001011110101011010100101100101010000100010010010111110101111100101001001001010100101001000100101010101110101011010010010000101001000010011001101111101011101010101000100101010010010100100011011000011110111011010110101000000100000001001100100111111111110110111000000010101000101010010011011000010101011101000010101000000010000100101101010011111111111111011101000101001000101001101010100100011101111110100010010000010010010110001001001001111011110101101100100101100100100000111010010010010111111111011001001000关于信息表示的小结计算机（包括其它数字设备）中所有信息都使用比特（二进位）表示例如数值、文字符号、图像、声音、动画、温度、压力、运动等，包括指挥计算机工作的软件（程序），也是用二进位表示的只有使用比特表示的信息计算机才能进行处理、存储和传输！小结：数字技术的基础——二进制二进制数的运算有2类：逻辑运算：∨，∧，NOT.按位进行，不考虑进位算术运算:+,-,x,/.从低位到高位逐位进行，需考虑低位的进位(借位)逻辑运算可以用门电路（与门、或门、非门等）实现算术运算可以表达为逻辑运算，因此二进制数的四则运算同样也可以使用门电路来实现成千上万个门电路可以制作在集成电路上，工作速度极快，因而能高速度地完成二进制数的各种运算小结：用比特表示信息的优点比特只有0和1两个符号，具有2个状态的器件和装置就能表示和存储比特，而制造两个稳定状态的电路又很容易比特的运算规则很简单，使用门电路就能高速度地实现二进制数的算术和逻辑运算比特不仅能表示“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”应用信息使用比特表示以后，可以通过多种方法进行“数据压缩”，从而大大降低信息传输和存储的成本。使用比特表示信息后，只要再附加一些额外的比特，就能发现甚至纠正信息传输和存储过程中的错误，大大提高了信息系统的可靠性1.4通信技术基础

1.4.1通信技术简介通信系统模型通信技术的分类

通信技术的发展1.4.2

通信技术在医学领域的应用什么是通信(communication)？广而言之，通信就是信息的(远距离)传递与交换现代通信——使用电波或光波传递信息的技术，也称为电信（telecommunication），如电报、电话、传真、电子邮件、QQ等，电视也可看作是一对多的单向通信通信的发展历史：1836年，英国建成第一条电报线路(Morse电报)1876年，美国人A.G.Bell研制成可供实用的电话20世纪初，马可尼实现了跨越大西洋的无线电报通信1918年，出现收音机和无线电广播1938年，第一个电视台开始播出1940’s出现彩色电视1960’s出现计算机网络对通信系统的一般要求远距离：传输距离要远低成本：传输成本要低高速度：从发生到接收的延迟时间要短可靠：传输的信息不能有错误方便：任何时间和地点都能通信安全：传输的信息要保密，不能泄漏通信系统的模型通信的三要素：信道信源(宿)信宿(源)信号信号举例:信道的任务是迅速、可靠而准确地将信号从信源传输到信宿被传输的信息都必须以某种电(或光)信号的形式才能进行传输发送信息的设备接收信息的设备有线电话移动电话计算机通信信源/信宿电话座机手机计算机信号形式话音经电话机转换成为变化的电流信号话音经电话机转换成为压缩编码后的数字信号编码并打包后的数字信号信道构成电话线和中继器等传输设备无线电波、基站等双绞线、集线器、路由器、光纤等通信技术的分类（1）按传输媒质分类有线通信

，无线通信

。（2）按信道中传输的信号分类模拟通信，数字通信。（3）按工作频段分类长波通信，中波通信，短波通信，微波通信

。（4）按调制方式分类基带传输，频带传输。（5）按通信双方的分工及数据传输方向分类单工通信、半双工通信及全双工通信三种。通信技术的发展现代通信技术的不断发展，给人们的生活、工作带来极大的方便，人类正在向着一个数字化、信息化的社会迈进。应对席卷全球的金融危机，国家提出要大力发展战略性新兴产业，确定了七个战略性新兴产业，其中新一代信息通信就是我们发展的重点，聚焦在新一代通信网络和互联网、物联网与泛在网、三网融合、LTE、云计算和高端软件。下一代网络核心基础产业能够催生出基础设备和相关设备产业链的研发，而最关键的是带宽，只有实现高带宽，下一代互联网、新一代移动通信、物联网、云计算才可以大力发展。

通信技术在医学领域的应用通信技术在医药卫生领域的应用，给医药行业带来革命性的变化。数字化医疗、信息化医疗、智慧医疗等名词被炒得热火朝天，导致计算机网络化通信技术在医药卫生领域中的作用也显得越来越重要。（1）跟踪治疗（2）移动观察（3）远程医疗（4）患者数据管理（5）药物跟踪（6）手机求救（7）病人数据收集（8）医疗垃圾跟踪（9）短信沟通

(相关内容在第4章中还有较为详细介绍。)1.5微电子技术基础（1）微电子技术（2）集成电路（3）集成电路卡及电子标签（4）集成电路发展趋势

微电子技术微电子技术是信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础微电子技术的核心是集成电路技术电子电路中元器件的发展演变晶体管(1948)中/小规模集成电路(1950’s)微电子技术是以集成电路为核心的电子技术，它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。大规模/超大规模集成电路(1970’s)电子管(1904)什么是集成电路？集成电路

(IntegratedCircuit，简称IC)： 以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统集成电路的优点：体积小、重量轻功耗小、成本低速度快、可靠性高超大规模集成电路小规模