《医学信息技术基础》教案-第2章：计算机系统

《信息技术》教案

第二章计算机系统一、教学目标（一）知识目标掌握计算机操作系统的概念和发展阶段、文件与文件夹的管理、计算机网络的基本概念、因特网基础与网络安全。（二）技能目标1．掌握计算机操作系统的概念和6个发展阶段。2．掌握计算机文件与文件夹的管理方法。3．掌握计算机网络的基本概念，如：有线信道与无线信道、调制与解调、带宽与传输速率。4．掌握计算机网络的6种拓扑结构。5．熟悉计算机网络的功能与分类。6．掌握网络协议，如：网际协议（IP）、传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）。7．掌握IP地址的表示、分类，以及一些特殊的IP地址。8．熟悉网络安全的定义、特点，以及网络病毒的防治。（三）情感目标1．培养学生对计算机网络技术的兴趣和热情。2．提高学生的信息素养和计算机思维能力。3．培养学生相互协作解决问题的意识。二、教学内容1.操作系统的发展概述：操作系统的概念、发展2.文件与文件夹的管理：文件文件夹的定义、命名和基本操作、资源管理器和回收站的设置。3.计算机网络基本概念：网络的定义、数据通信、网络的拓扑结构与网络的分类。4.网络协议：网际协议（IP）、传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）。5.IP地址：IP地址的表示、分类，以及一些特殊的IP地址等。6.网络信息安全概述：网络安全的定义、特点，病毒与木马，网络安全防治。三、重点难点1.重点：操作系统的发展、计算机网络定义、数据通信、网络协议。2.难点：网络的拓扑结构、IP地址的表示。四、教法学法1.教法：任务驱动教学法、案例教学法、探究式教学法。2.学法：自主学习法、探究学习法、合作学习法、多媒体学习法。第一节操作系统的发展概述1操作系统的概念操作系统：介于硬件和应用软件之间的一组系统软件，它直接运行在裸机上，是对计算机硬件系统的第一次扩充。用户通过操作系统来管理硬件资源和软件资源。2操作系统的发展随着计算机不断的普及和发展，操作系统从无到有，从有到强，如今已成为计算机系统中不可或缺的核心软件。操作系统的发展大致经历了如下六个阶段。2.1第一阶段：人工操作方式（20世纪40年代）（1）从第一台计算机诞生到20世纪50年代中期，计算机采用单一控制终端、单一操作员模式。机器的整个执行过程完全由人来掌控。（2）特点：用户采用人工操作的方式，用户独占整个计算机，CPU等待手工操作，CPU和资源的利用率低。2.2第二阶段：单道批处理操作系统（20世纪50年代）（1）批处理操作系统:指在没有图形界面、用户交互性较弱的计算环境下工作的操作系统。（2）由IBM公司于20世纪50年代开发，早期主要应用于一些大型机上，具有简单高效、自动化程度高等特点，适用于完成大量重复性任务。2.3第三阶段：多道批处理操作系统（1）单道批处理操作系统：计算机的内存中只能存放一道作业。（2）多道批处理操作系统：将多个程序同时加载到计算机内存中,并且交替运行。（3）特点：实现多个程序之间的切换。2.4第四阶段：分时操作系统（1）分时操作系统：操作系统可以将计算机的时间分配给多个用户使用，每个用户能够独立地使用计算资源，但是每个用户的实际使用时间都是交替进行的。（2）适用环境：多用户、多任务同时运行。（3）典型的例子：Unix、Linux操作系统。（4）特点：允许多用户同时运行多个程序，每个程序都独立运行互不干涉。2.5第五阶段：实时操作系统（20世纪70年代）（1）实时操作系统：需要对计算机系统做出及时响应的操作系统。（2）特点：及时响应，在指定的时间范围内完成计算任务。（3）应用领域：工业自动化、航空航天、医疗器械等。（4）典型的例子：Windows2000、WindowsXP。2.6第六阶段：现代操作系统（20世纪80年代至今）（1）网络操作系统：基于计算机网络的操作系统，具有网络管理、通讯、资源共享等功能。目标是突破地理限制，远程使用计算机资源，实现通信与资源共享。（2）典型的例子：Windows7。第二节文件与文件夹的管理1文件、文件夹的定义、命名和基本操作1.1文件（1）定义：文件是计算机系统中数据组织的基本单位，计算机中的任何程序和数据都是以文件的形式保存在计算机的外存储器(如硬盘、光盘、U盘等)上。（2）组成：文件由文件名和图标两部分组成。（3）文件或文件夹的命名规则。（4）常用文件的扩展名及其类型1.2文件夹（1）定义：文件夹是存放文件的场所。在文件夹中包含的文件夹通常称为“子文件夹”。（2）文件夹名的命名规则和文件相同，只是文件夹没有扩展名。1.3文件、文件夹的基本操作操作演示：文件、文件夹的创建、重命名、打开、复制、粘贴、剪切和搜索等操作。2资源管理器资源管理器是Windows系统提供的资源管理工具,用户可以使用它查看计算机中的所有资源,特别是它提供的树型文件系统结构,能够让使用者更清楚、更直观地认识计算机中的文件和文件夹。2.1资源管理器的打开方式。两种常用的打开方式。第一种是双击计算机图标打开资源管理器，第二种是用快捷键Windows+e快捷键。2.2资源管理器的组成。资源管理器主要包括4个部分：地址栏、搜索栏、导航窗格和详细信息栏。（1）地址栏:将不同层级路径由不同按钮分割,用户通过单击按钮即可实现目录跳转。（2）搜索栏设置在窗口顶部,方便用户使用。（3）导航窗格:提供了“收藏夹”、“库”、“计算机”和“网络”等链接按钮，用户可以使用这些链接快速跳转到目的节点。（4）在详细信息栏中，提供了更加详细的文件信息，用户也可以直接在“详细信息栏”中修改文件属性并添加标记。3回收站3.1定义回收站是用来存放硬盘上被删除的文件和文件夹的地方。3.2回收站的基本操作（1）永久删除文件：若要永久地删除文件，使用shift加delete键来进行彻底删除。（2）还原文件：如果想恢复或者还原被误删的文件，可以双击打开“回收站”图标，打开“回收站”窗口，右击需要还原的文件，在弹出的菜单中选择“还原”命令即可。（3）清空回收站：为了释放磁盘空间，可以将“回收站”中的文件彻底删除。（4）设置回收站属性：用户可以根据需要设置每一个驱动器回收站的大小。

第三节计算机网络基本概念1计算机网络的定义定义：以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合。即分布在不同地理位置上的具有独立功能的多个计算机系统，通过通信设备和通信线路互相连接起来，实现数据传输和资源共享的系统。2数据通信定义：数据通信是通信技术和计算机技术相结合的一种新的通信方式。数据通信是指在两个计算机或终端之间以二进制的形式进行信息交换，传输数据。2.1信道信道是信息传输的媒介或渠道，作用是把携带有信息的信号从它的输入端传递到输出端。信道可分为有线信道和无线信道两类。常见的有线信道包括双绞线、同轴电缆、光缆等。无线信道有地波传播、短波、超短波、人造卫星中继等。2.2数字信号和模拟信号数字信号是一种离散的脉冲序列，计算机产生的电信号用两种不同的电平表示0和1。模拟信号是一种连续变化的信号。2.3调制与解调将数字信号转换成模拟信号的过程称为调制；将模拟信号还原成数字信号的过程称为解调。将调制和解调两种功能结合在一起的设备称为调制解调器。2.4带宽与传输速率带宽：表示信道传输信息的能力，用Hz、KHz、MHz或GHz作为单位。数据传输速率（比特率）：表示信道的传输能力，单位为：bps(比特/秒)、Kbps、Mbps、Gbps与Tbps。误码率：是指二进制比特在数据传输系统中被传错的概率，是通信系统的可靠性指标。3计算机网络的拓扑结构计算机网络拓扑结构是将构成网络的节点和连接节点的线路抽象成点和线，用几何关系反映出网络中各实体的结构关系。常见的网络拓扑结构有：总线型拓扑、星型拓扑、环型拓扑、树型拓扑和网状拓扑等。（1）总线型拓扑结构：所有端用户都连接在同一传输介质(总线)上，利用该公共传输介质以广播的方式发送和接收数据。优劣：结构简单、线路短、速率慢。（2）星型拓扑结构：在网络中存在一个中心结点控制全网的通信，任何两个结点之间的通信都要经过中心结点。优劣：组网容易、中心节点负荷重。（3）环型拓扑结构：传输介质从一个端用户到另一个端用户，直到将所有端用户连成环形。优劣：组网容易、但数据传输是单向的。（4）树型拓扑结构：从星形拓扑或总线拓扑结构演变而来的，形状像一棵倒置的树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可再带分支，树形拓扑结构在中小型局域网中应用较多。优劣：易扩展、延伸，但对顶端节点依赖性太大。（5）网状拓扑结构：节点之间任意连接。优劣：可靠性高，但成本高，需要路由选择算法和流量控制方法。4计算机网络的分类计算机网络的分类标准有很多种，而根据网络覆盖的地理范围和规模分类是我们普遍采用的分类方法。根据这种分类标准，可以将计算机网络分为三种：局域网、城域网和广域网。局域网：一般位于一个建筑物或一个单位内，它的特点是：连接范围窄、用户数少、配置容易、连接速率快，可靠性高。城域网：介于广域网与局域网之间的一种高速网络，传输距离通常为几公里到几十公里，覆盖范围通常是一座城市。（3）广域网(WAN)：覆盖范围从几十公里到几千公里甚至全球，可以把众多的LAN连接起来，具有规模大、传输延迟大的特点，最广为人知的WAN就是Internet。

第四节网络协议1网际协议（IP）网际协议IP是一个网络层协议，它包含寻址信息和控制信息，可使数据包在网络中路由。IP协议是TCP/IP协议簇中最为核心的协议，提供一种不可靠、无连接的数据报传输服务，与TCP协议结合组成整个因特网协议的核心协议。IP协议定义了一个在Internet上传输的基本数据单元，称为IP数据报（IPDatagram），其格式如图所示。IP数据报包含报头和数据两个部分，数据是高层传输的数据，而报头是为了正确传输数据而增加的控制信息。图IP数据报的格式2用户数据报协议（UDP）在TCP/IP协议族中，有两个传输层协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。其中，TCP是面向连接的、提供可靠服务的协议；UDP则是无连接的，它提供高效但低可靠性的服务。UDP是一个简单的面向数据报的传输层协议：发送端的UDP对应用程序传下来的报文，只在其首部仅仅加入了复用和数据校验字段后就交付IP层。也就是说，应用层交给UDP多长的报文，UDP就一次照样发送一个报文。图发送端的UDP传输过程UDP提供应用进程之间传送数据的基本机制，它使用网络层协议所提供的功能，向应用层提供服务，为网络层以上和应用层以下提供了一个简单的接口。UDP数据报有数据字段和首部字段两个字段。首部字段只有8个字节，由4个字段组成，每个字段长度都是两个字节，如图所示。图UDP数据报格式当传输层从IP层收到UDP数据报后，根据首部中的目的端口将其交付给相应的应用程序。如果接收方UDP发现没有与收到的报文中的目的端口号匹配的端口，则丢弃该报文，并发送“端口不可达”差错报文给发送端；如果匹配端口号已满，也丢弃该报文，但不回送差错报文，只能等待超时重发。3传输控制协议（TCP）TCP除提供进程通信能力外，主要提供端到端的面向连接的、可靠的字节流服务。从应用程序的角度看，TCP提供的服务有如下特征：（1）面向连接的服务。面向连接意味着两个使用TCP的应用程序（通常为一个客户和一个服务器）在彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接。TCP连接只存在于两个终端结点。（2）面向字节流的服务。TCP协议从应用程序处收集数据后，封装成长度适中的一个数据报文段。在报文头中的序号域指出段中数据在发送端数据流中的位置。（3）可靠交付。TCP的传输过程由建立连接、传输数据和释放连接3个步骤组成。一个应用程序在发送数据时，首先要请求建立连接。通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失、不重复并且按序到达。（4）全双工通信。TCP连接提供的是全双工的数据传输，采用点对点的方式，即在一个TCP连接中仅有两方进行通信，因此广播和多播方式不能用TCP。（5）流量控制。TCP连接的双方都有固定大小的缓冲区，流量控制可以防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。当交付的数据不够填满一个缓冲区时，流服务提供“PUSH”机制，应用程序可以用其进行强迫传送。TCP数据报被封装在一个IP数据报中进行传输，如图所示。图CP数据在IP数据报中的封装TCP虽然是面向字节流的，但TCP传送的数据单元是报文段。一个TCP报文段分为首部和数据两部分，如图所示。TCP首部的前20个字节是固定的，后面的选项字段根据需要而增加，因此TCP报文段的最小长度为20字节。图TCP报文段的格式

第五节IP地址1IP地址的表示互联网上一台主机的IP地址为11000001001000001101100000001001。为了记忆方便，可以将IP地址的32位二进制数进行分段，每段8位，共4段，然后将每段8位二进制数转换为相应的十进制数，中间用“﹒”号间隔，这种表达方式称之为“点分十进制”。也就是说，上述的IP地址可以表示成。图点分十进制表示IP地址2IP地址的分类每个IP地址内部分成两部分，即网络号和主机号。网络号：也叫做网络地址，用于标识大规模TCP/IP网际网络（即由网络组成的网络）内的单个网段。主机号：也叫做主机地址，用于识别每个网络内部的TCP/IP节点，如工作站、服务器、路由器或其他TCP/IP设备。图IP地址的结构IP地址中的网络号和主机号总共32位（4个字节）。为了方便网络的管理，IP地址被分为A，B，C，D，E五类。图IP地址分类A、B、C类地址称之为单目传送地址，这些地址通常只能分配给唯一的主机；D类地址是组播地址；E类地址则是在IP地址设计之初保留作为科学研究用的。表IP地址类别详述3特殊IP地址1）广播地址：主机地址全为1的IP地址称为广播地址。广播地址专门用于同时向网络中所有主机发送数据。广播地址又分为直接广播地址和有限广播地址两种。直接广播地址有网络号，但主机字段通常全为1，这类广播会被送到专门网络（由网络号决定）上的每台主机。有限广播地址是指网络字段和主机字段全为1的地址，即55，它不被路由但会被送到相同物理网络段上的所有主机。2）组播地址：组播地址就是前面讲的D类地址，主要用于视频广播和视频点播系统，IP地址范围从到55。其中，特指所有主机，特指所有路由器。3）环回地址:网络地址是127的IP地址称为环回地址或者回送地址，主要用于对本地回路测试及实现本地机进程间的通信。在实际中经常使用的环回地址是。4）私有地址:一般的IP地址是由网络信息中心（NIC）统一管理并分配给提出注册申请的组织机构的，这类IP地址称为公有地址，通过它可以直接访问因特网。而私有地址属于非注册地址，专门为组织机构内部使用。表私有地址分类4IPv6目前，在Internet上使用的IP地址是在1978年确立的协议，它由4段8位二进制数字组成。由于Internet协议当时的版本号为4，因而称为“IPv4”。尽管这个协议在理论上有大约43亿个IP地址，但是，估计在未来的若干年间将被分配完毕。为解决这一问题，在1993年得到了一个名为SIPP（SimpleInternetProtocolPlus）的协议，即IPv6（网际协议第6版）。1）IPv6地址的表示方法:IPv6地址采用十六进制的表示方法，共128位，分8组表示，每组16位。因为一个十六进制数可以表示4位，所以每组由4个十六进制数组成，各组之间用“：”隔开。每组中前面的0可以省略，但每组必须有一个数。2）IPv6地址的结构:128位的IPv6地址由64位网络地址和64位主机地址组成。其中，64位的网络地址又分为48位的全球网络标识符和16位的本地子网标识符，如图所示。图IPv6地址的结构如何完成从IPv4到IPv6的转换，是IPv6发展中需要解决的首要问题。目前，IETF已经成立了专门的工作组研究IPv4到IPv6的转换，并且提出了很多方案，主要包括以下几个类型。（1）网络过渡技术（2）主机过渡技术（3）应用服务系统过渡技术

第六节网络信息安全概述1网络安全的定义网络安全是指网络系统的硬件、软件及数据受到保护，不遭受偶然的或者恶意的破坏、更改、泄露，系统能够连续、可靠、正常地运行，网络服务不中断。从本质上讲，网络安全问题主要就是网络信息的安全问题。凡是涉及网络上信息的保密性、完整性、可用性、真实性和可控性的相关技术和理论，都是网络安全的研究领域。2网络信息安全的特点概括起来，一个安全的计算机网络应具有以下特征：（1）完整性：指网络中的信息安全、精确和有效，不因种种不安全因素而改变信息原有的内容、形式和流向，确保信息在存储或传输过程中不被修改、破坏或丢失。（2）保密性指网络上的保密信息只供经过允许的人员，以经过允许的方式使用，信息不泄露给未授权的用户、实体或过程，或供其利用。（3）可用性：指网络资源在需要时即可使用，不因系统故障或误操作等使资源丢失或妨碍对资源的使用。（4）不可否认性：指面向通信双方信息真实统一的安全要求，包括收、发方均不可抵赖。（5）可控性：指对信息的传播及内容具有控制能力。3病毒与木马计算机病毒是指编制者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或者损坏数据，影响计算机使用并且能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码。计算机病毒按照感染方式，可分为如下5类：引导区型病毒：引导区型病毒又称为系统型病毒，通过U盘、光盘等各种移动存储介质感染硬盘的主引导记录。文件型病毒：文件型病毒主要感染扩展名为：.com、.exe等可执行文件，通常寄生在文件的首部或尾部，并修改程序的第一条指令。混合型病毒：混合型病毒综合引导区型和文件型病毒的特性，既传染磁盘的引导区，也传染可执行文件。（4）宏病毒：宏病毒只感染文档文件（DOC）和模板文件（DOT），能通过E-mail、