醫(yī)學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)劉燕、姬朝陽主編

面向“新醫(yī)科”普通高等教育系列教材

醫(yī)學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)

劉?燕?姬朝陽◎主?編

李振新?崔莉萍?楊?馨◎副主編

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內(nèi)容簡介

本書以教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機課程教學(xué)指導(dǎo)委員會編制的《大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》

為依據(jù)，以計算思維為導(dǎo)向，結(jié)合編者多年的實際教學(xué)經(jīng)驗編寫而成。

本書內(nèi)容上與醫(yī)學(xué)應(yīng)用相結(jié)合，突出醫(yī)學(xué)特色，培養(yǎng)并訓(xùn)練讀者的計算思維模式，主要內(nèi)容包括

計算機與計算思維、操作系統(tǒng)基礎(chǔ)、計算機網(wǎng)絡(luò)與信息安全、Word文字處理、Excel電子表格處理、

PowerPoint演示文稿制作、多媒體技術(shù)及應(yīng)用、數(shù)據(jù)組織與管理、程序設(shè)計基礎(chǔ)、計算機新技術(shù)及醫(yī)學(xué)

應(yīng)用等。本書既保證了計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性和完整性，又兼顧了與醫(yī)學(xué)應(yīng)用的知識聯(lián)系，

旨在培養(yǎng)學(xué)生的基本操作技能和解決實際問題的能力，思想上堅持育人和育才相統(tǒng)一，融入思政元素。

本書可作為高等院校非計算機專業(yè)計算機基礎(chǔ)課程的教材，尤其適合醫(yī)學(xué)類院校各專業(yè)使用，也可

作為全國計算機等級考試的培訓(xùn)教材或相關(guān)人員的自學(xué)用書。

圖書在版編目（CIP）數(shù)據(jù)

醫(yī)學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)/劉燕,姬朝陽主編.—北京:

中國鐵道出版社有限公司,2022.8

面向“新醫(yī)科”普通高等教育系列教材

ISBN978-7-113-29324-6

Ⅰ.①醫(yī)…Ⅱ.①劉…②姬…Ⅲ.①計算機應(yīng)用-

醫(yī)學(xué)-高等學(xué)校-教材Ⅳ.①R319

中國版本圖書館CIP數(shù)據(jù)核字(2022)第111680號

書名：醫(yī)學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)

作者：劉?燕?姬朝陽

策劃：韓從付???????????????編輯部電話：（010）63549508

責(zé)任編輯：陸慧萍?李學(xué)敏

封面設(shè)計：劉?穎

責(zé)任校對：孫?玫

責(zé)任印制：樊啟鵬

出版發(fā)行：中國鐵道出版社有限公司（100054，北京市西城區(qū)右安門西街8號）

網(wǎng)址：/51eds/

印刷：三河市興博印務(wù)有限公司

版次：2022年8月第1版2022年8月第1次印刷

開本：787mm×1092mm1/16印張：19字數(shù)：463千

書號：ISBN978-7-113-29324-6

定價：52.00元

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購買鐵道版圖書，如有印制質(zhì)量問題，請與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調(diào)換。電話：（010）63550836

打擊盜版舉報電話：（010）63549461

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前言

隨著計算機及相關(guān)新技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，要求醫(yī)學(xué)類院校學(xué)生具備良好的

信息技術(shù)素養(yǎng)。本書以教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機課程教學(xué)指導(dǎo)委員會編制的《大學(xué)計算

機基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》為依據(jù)，結(jié)合編者多年來在大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革方面的豐

富經(jīng)驗，面向應(yīng)用、服務(wù)專業(yè)，適合于醫(yī)學(xué)類院校本、?？茖W(xué)生使用。

本書編者均是多年在教學(xué)一線從事計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)和教育研究的教師。編者在編

寫過程中，將長期積累的教學(xué)經(jīng)驗和體會融入知識系統(tǒng)中，力求使本書具有科學(xué)合理的知

識結(jié)構(gòu)，能為讀者展示最新的計算機基礎(chǔ)知識。

本書特色如下：

（1）以案例為導(dǎo)向，融合醫(yī)學(xué)、面向應(yīng)用

將理論教學(xué)與實例操作有機結(jié)合，突出實用性、可操作性。結(jié)合醫(yī)學(xué)相關(guān)案例，精心

提煉和設(shè)計了醫(yī)院門診掛號系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析等方面的應(yīng)用實例，突出知識性和基礎(chǔ)性

的同時，更強調(diào)素質(zhì)養(yǎng)成和技能培養(yǎng)。

（2）體現(xiàn)教學(xué)改革成果，建設(shè)一流本科課程

本書作為河南省高等教育教學(xué)改革研究與實踐項目研究成果之一，配合省級線上線下

混合式一流課程的建設(shè)，是對大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容改革的深入思考和實踐總結(jié)。

（3）價值引領(lǐng)，融入課程思政元素

根據(jù)教育部印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，將思政元素滲透到具體章節(jié)

中，采用多種形式引導(dǎo)讀者在學(xué)習(xí)知識的過程中，領(lǐng)悟其中所蘊含的思想價值和人文精神，

達到課程育人的目的。

本書以計算機知識為基礎(chǔ)，以實際應(yīng)用為主導(dǎo)，結(jié)合國內(nèi)外當(dāng)前計算機領(lǐng)域發(fā)展最新

成果和資料，構(gòu)建具有醫(yī)學(xué)特色的計算機應(yīng)用基礎(chǔ)知識框架。全書共分為10章，共六個知

識模塊。模塊一：計算機基礎(chǔ)知識，包括第1、2、3章，主要介紹計算機發(fā)展與組成、計

算思維與醫(yī)學(xué)、操作系統(tǒng)基本概念及操作和計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識；模塊二：辦公軟件，包

括第4、5、6章，主要介紹O?ce2016辦公軟件的操作方法；模塊三：多媒體技術(shù)，即第

7章，主要介紹多媒體技術(shù)的基本概念及Photoshop軟件的使用；模塊四：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，

即第8章，主要介紹數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識及Access數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)；模塊五：程序設(shè)計方法，

即第9章，主要介紹程序設(shè)計的基本方法和Python程序設(shè)計語言；模塊六：與計算機相關(guān)

的新技術(shù)，即第10章，主要介紹云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的基本特點及醫(yī)學(xué)相關(guān)

應(yīng)用。

本書由劉燕、姬朝陽任主編，并負責(zé)全書的總體策劃與統(tǒng)稿、定稿工作，李振新、崔莉萍、

楊馨任副主編。具體編寫分工如下：劉燕編寫第1章，石巧連編寫第2章，程李晴編寫第3章，

崔莉萍編寫第4、9章，楊馨編寫第5、7章，姬朝陽編寫第6章，吉偉萍編寫第8章，李振新、

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醫(yī)學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)

靳瑞霞編寫第10章。

在編寫本書過程中，得到了新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院、許昌學(xué)院、中國鐵道出版社有限公司的大力

支持和幫助，在此表示衷心的感謝！

目前，計算機技術(shù)發(fā)展迅猛，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，技術(shù)手段也在不斷地進步，由于

編者水平有限，書中難免存在諸多不妥之處，懇請讀者批評指正。

編者

2022年4月

II

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目錄

第1章計算機與計算思維1

1.1基礎(chǔ)知識1

1.1.1計算機的發(fā)展歷程1

1.1.2計算機的分類5

1.1.3計算機的應(yīng)用領(lǐng)域6

1.2計算機系統(tǒng)的組成及工作原理8

1.2.1計算機系統(tǒng)的基本組成8

1.2.2計算機系統(tǒng)的工作原理9

1.2.3計算機硬件系統(tǒng)10

1.2.4計算機軟件系統(tǒng)12

1.3數(shù)制及數(shù)制間轉(zhuǎn)換13

1.3.1存儲單位和存儲容量13

1.3.2數(shù)制與編碼14

1.3.3字符的二進制編碼16

1.4計算思維18

1.4.1計算思維的概念18

1.4.2計算思維的本質(zhì)19

1.4.3計算思維的特征19

1.4.4計算思維的應(yīng)用20

第2章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)22

2.1操作系統(tǒng)的概述22

2.1.1操作系統(tǒng)的概念22

2.1.2操作系統(tǒng)的功能23

2.1.3操作系統(tǒng)的分類25

2.1.4典型的操作系統(tǒng)26

2.2Windows10操作系統(tǒng)28

2.2.1Windows10操作系統(tǒng)概述28

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醫(yī)學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)

2.2.2Windows操作系統(tǒng)基本操作29

2.2.3文件管理39

2.2.4磁盤管理44

2.2.5控制面板46

第3章計算機網(wǎng)絡(luò)與信息安全50

3.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述50

3.1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念51

3.1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的組成、功能和分類51

3.1.3計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)53

3.2Internet及其應(yīng)用56

3.2.1Internet概述56

3.2.2IP地址與域名系統(tǒng)58

3.2.3Internet的應(yīng)用62

3.3信息安全與網(wǎng)絡(luò)道德64

3.3.1信息安全概述64

3.3.2信息安全技術(shù)66

3.3.3計算機病毒69

3.3.4信息安全的道德與法規(guī)70

第4章Word文字處理74

4.1Word2016概述74

4.1.1Word2016簡介74

4.1.2Word2016的啟動與退出75

4.1.3Word2016的工作窗口76

4.2文檔編輯80

4.2.1文檔的新建、打開與關(guān)閉80

4.2.2文檔的保存與保護82

4.2.3文檔的輸入86

4.2.4文檔的編輯88

4.2.5查找和替換93

4.3文檔排版95

4.3.1設(shè)置字符格式95

II

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目?錄

4.3.2設(shè)置段落格式96

4.3.3邊框和底紋97

4.3.4項目符號和編號98

4.3.5頁面設(shè)置99

4.3.6文檔打印104

4.4制作表格104

4.4.1創(chuàng)建表格105

4.4.2編輯表格106

4.4.3格式化表格108

4.5圖形及其他對象109

4.5.1插入圖片109

4.5.2插入圖形110

4.5.3插入藝術(shù)字110

4.5.4插入文本框111

4.5.5插入公式111

4.5.6首字下沉111

4.6高級排版112

4.6.1樣式與模板112

4.6.2目錄114

4.6.3郵件合并114

4.6.4審閱功能116

第5章Excel電子表格處理118

5.1Excel2016概述118

5.1.1Excel2016的啟動與退出118

5.1.2Excel2016窗口的組成119

5.2Excel2016的基本操作與編輯121

5.2.1工作簿的基本操作121

5.2.2工作表的基本操作123

5.2.3單元格的基本操作124

5.2.4數(shù)據(jù)的輸入與編輯127

5.2.5Excel獲取外部數(shù)據(jù)131

5.3工作表的格式化132

III

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醫(yī)學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)

5.3.1設(shè)置單元格格式132

5.3.2設(shè)置數(shù)據(jù)格式133

5.3.3自動套用格式134

5.3.4條件格式135

5.4公式和函數(shù)136

5.4.1公式的使用136

5.4.2單元格的引用138

5.4.3函數(shù)的使用139

5.5數(shù)據(jù)圖表化141

5.5.1圖表的類型141

5.5.2圖表的創(chuàng)建142

5.5.3圖表的編輯與格式化143

5.5.4迷你圖144

5.6數(shù)據(jù)管理和分析144

5.6.1數(shù)據(jù)清單144

5.6.2數(shù)據(jù)排序145

5.6.3數(shù)據(jù)篩選146

5.6.4分類匯總146

5.6.5數(shù)據(jù)透視圖表148

5.6.6數(shù)據(jù)分析149

5.7頁面設(shè)置和打印150

5.7.1頁面設(shè)置151

5.7.2頁眉/頁腳設(shè)置151

5.7.3打印預(yù)覽與打印151

第6章PowerPoint演示文稿制作154

6.1PowerPoint2016概述154

6.1.1PowerPoint2016的窗口組成154

6.1.2演示文稿視圖156

6.2演示文稿的創(chuàng)建與編輯158

6.2.1創(chuàng)建演示文稿158

6.2.2幻燈片的基本操作159

6.3演示文稿的風(fēng)格設(shè)計161

IV

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目?錄

6.3.1設(shè)置幻燈片的大小和方向161

6.3.2設(shè)置主題162

6.3.3應(yīng)用幻燈片版式162

6.3.4設(shè)置幻燈片背景162

6.3.5使用母版163

6.4多媒體及動畫設(shè)置165

6.4.1插入音頻與視頻165

6.4.2插入鏈接167

6.4.3動畫設(shè)置169

6.5演示文稿的放映與輸出173

6.5.1幻燈片切換173

6.5.2設(shè)置放映方式174

6.5.3演示文稿的輸出175

第7章多媒體技術(shù)及應(yīng)用178

7.1多媒體技術(shù)概述178

7.1.1多媒體與多媒體技術(shù)178

7.1.2媒體的相關(guān)技術(shù)180

7.1.3媒體技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用181

7.2多媒體信息處理182

7.2.1聲音信息的數(shù)字化處理182

7.2.2圖形圖像信息處理183

7.2.3視頻信息處理185

7.2.4多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)186

7.3Photoshop圖像處理技術(shù)187

7.3.1Photoshop操作環(huán)境187

7.3.2圖像文件的基本操作188

7.3.3圖像編輯與操作190

7.3.4圖像選區(qū)192

7.3.5圖像修補194

7.3.6圖像調(diào)整195

7.3.7圖層198

V

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醫(yī)學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)

第8章數(shù)據(jù)組織與管理202

8.1數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識202

8.1.1數(shù)據(jù)庫概述203

8.1.2數(shù)據(jù)模型205

8.1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計207

8.1.4Access2016數(shù)據(jù)庫簡介209

8.2數(shù)據(jù)庫與表210

8.2.1創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫210

8.2.2創(chuàng)建數(shù)據(jù)表211

8.2.3維護表217

8.2.4建立表間關(guān)系218

8.3創(chuàng)建和使用查詢220

8.3.1查詢條件221

8.3.2選擇查詢223

8.3.3交叉表查詢227

8.3.4參數(shù)查詢228

8.3.5操作查詢229

8.3.6SQL查詢231

8.4窗體232

8.4.1窗體概述232

8.4.2創(chuàng)建窗體233

8.4.3設(shè)計窗體235

第9章程序設(shè)計基礎(chǔ)241

9.1程序設(shè)計概述241

9.1.1程序的概念241

9.1.2程序設(shè)計語言242

9.1.3編程語言的執(zhí)行方式243

9.1.4程序設(shè)計的一般過程244

9.1.5結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計245

9.1.6面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計245

9.2算法246

9.2.1算法的概念246

VI

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目?錄

9.2.2算法的特征247

9.2.3算法的設(shè)計原則247

9.2.4常用的算法策略248

9.3Python語言簡介252

9.3.1Python概述252

9.3.2Python的基本語法256

9.3.3Python語言基礎(chǔ)257

9.3.4Python的字符串261

9.3.5Python基本結(jié)構(gòu)262

9.3.6Python序列266

9.3.7Python函數(shù)269

9.3.8Python常用包及醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析271

第10章計算機新技術(shù)及醫(yī)學(xué)應(yīng)用278

10.1云計算278

10.1.1云計算的概念278

10.1.2云計算的特點279

10.1.3云計算的關(guān)鍵技術(shù)279

10.1.4醫(yī)療云的應(yīng)用280

10.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)281

10.2.1物聯(lián)網(wǎng)的概念281

10.2.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)281

10.2.3物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)282

10.2.4醫(yī)學(xué)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用283

10.3智能醫(yī)療技術(shù)284

10.3.1人工智能的概念284

10.3.2人工智能的產(chǎn)生和發(fā)展284

10.3.3人工智能的研究領(lǐng)域285

10.3.4智慧醫(yī)療286

10.4健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)286

10.4.1健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的概念286

10.4.2健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的特征287

10.4.3大數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵技術(shù)288

VII

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醫(yī)學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)

10.4.4健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的應(yīng)用289

10.5虛擬現(xiàn)實技術(shù)290

10.5.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念290

10.5.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要特征290

10.5.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用291

VIII

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第1章

計算機與計算思維

電子計算機是20世紀人類最偉大的發(fā)明之一。計算機技術(shù)的飛速發(fā)展加快了人類進

入信息時代的步伐，計算機的廣泛應(yīng)用改變了人類時代的面貌，特別是微型計算機的出現(xiàn)

以及計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使計算機進入了普通家庭，改變了人們的生活方式。計算機逐漸

成為人們生活和工作中不可缺少的工具，掌握計算機的應(yīng)用也成為人們必不可少的技能。

學(xué)習(xí)目標

◎了解計算機發(fā)展歷程及應(yīng)用領(lǐng)域（特別是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用）；計算思維的概念及特點。

◎熟悉計算的工作原理；信息的表示及處理方法。

◎掌握計算機的組成及各部分的功能。

重點、難點

◎信息的表示及編碼。

◎計算機硬件系統(tǒng)的組成及功能。

1.1?基礎(chǔ)知識

知識要點

1．計算機的發(fā)展歷程。

2．計算機的分類。

3．計算機的應(yīng)用領(lǐng)域。

1.1.1計算機的發(fā)展歷程

在人類文明的發(fā)展史中，為了進行有效的計算，人們一直在不斷地探索，曾先后發(fā)明

了各種計算工具，并進行了大量的理論和實踐的研究工作，這些都對計算機的產(chǎn)生奠定了

基礎(chǔ)。

1

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醫(yī)學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)第1章計算機與計算思維

1．計算工具的發(fā)展

古代人曾采用木棍和石塊進行計數(shù)和計算。幾百年前，我國發(fā)明了最早的計算工具——

算盤，如圖1-1所示。算盤曾被稱為世界上第一種手動式計數(shù)器。與現(xiàn)代計算機相比，雖

然算盤的結(jié)構(gòu)和功能簡單，需要人們按照口訣、撥動珠子進行四則運算，但是因為它操作

靈活、簡便、計算準確，至今還有人使用算盤進行計算。

圖1-1算盤

1621年，英國數(shù)學(xué)家埃德蒙·甘特（EdmundGunter）根據(jù)對數(shù)表設(shè)計發(fā)明了計算尺，

如圖1-2所示。對數(shù)計算尺不僅能進行加、減、乘、除、乘方、開方運算，甚至可以計算

三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和對數(shù)函數(shù)。

圖1-2計算尺

1642年，法國數(shù)學(xué)家布萊士·帕斯卡（BlaisePascal）發(fā)明了加法器，首次確立了計

算機的概念。雖然當(dāng)時只能進行加法運算，但是它的設(shè)計原理對計算機的產(chǎn)生和發(fā)展產(chǎn)生

了很大的影響。

1673年，德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨（GottfriedWihelmLeibniz）在帕斯卡的加法計算器基

礎(chǔ)上設(shè)計出了機械式的能進行算術(shù)運算和開方運算的計算器。1834年，英國數(shù)學(xué)家查爾斯

·巴貝奇（CharlesBabbage）提出通用數(shù)字計算機的基本設(shè)計思想，并先后發(fā)明了“差分

機”和“分析機”。以上這些形形色色的計算工具大體上都是手動式或機械式的操作方式，

其計算功能和速度遠不及應(yīng)用的需要。1944年，美國哈佛大學(xué)的霍華德·艾肯（Howard

HathawayAiken）博士先后研制出了被譽為機電一體化的分析機MARKⅠ、MARKⅡ、

MARKⅢ，當(dāng)時這些計算機已經(jīng)初顯電子計算機的雛形了。

2．第一臺電子數(shù)字積分計算機

第二次世界大戰(zhàn)期間，美國軍方為了解決計算大量軍用數(shù)據(jù)的難題，成立了由美國

賓夕法尼亞大學(xué)莫奇利和埃克特領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，開始了電子數(shù)字積分計算機的研究。

1946年2月14日，第一臺電子數(shù)字積分計算機ENIAC（TheElectronicNumericalIntegrator

andComputer）終于問世了，其外觀如圖1-3所示。這臺計算機使用了18800只電子管、

1500個繼電器、70000只電阻以及其他各種電氣元件，占地面積170m2，質(zhì)量30t，耗

電140～150kW，每秒能完成5000次加法運算、400次乘法運算。ENIAC的問世具有劃

2

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第1章計算機與計算思維

時代的偉大意義，表明計算機時代的到來，開辟了計算機科學(xué)技術(shù)新紀元。在以后的幾十

年間，計算機技術(shù)發(fā)展異常迅速。迄今為止，在人類科技史上還沒有哪一個學(xué)科可以與電

子計算機的發(fā)展速度相提并論。

圖1-3第一臺電子數(shù)字積分計算機ENIAC

3．計算機發(fā)展的幾個階段

從第一臺電子計算機問世至今的七十多年來，計算機技術(shù)的發(fā)展可謂是日新月異，特

別是電子器件的技術(shù)革命，鑄就了現(xiàn)代計算機的輝煌。因此，人們通常根據(jù)計算機所采用

的主要電子元器件進行分代。

（1）第一代計算機——電子管時代（1946—1958年）

第一代計算機主要特點如下：

①采用電子管作為主要邏輯部件，體積大、功耗高、可靠性低、反應(yīng)速度慢且壽命短。

②存儲信息采用延遲線或磁鼓作為內(nèi)存儲器，外存儲器開始是使用磁帶機，存儲容量

非常小。

③軟件上，使用機器語言、符號語言，沒有高級語言，更沒有系統(tǒng)軟件。一切操作都

是由中央處理器集中控制，輸入、輸出設(shè)備簡單，采用穿孔紙帶或卡片。

電子管計算機的應(yīng)用一般僅限于軍事和科學(xué)研究，代表機型有ENIAC、IBM650、

IBM709等。

（2）第二代計算機——晶體管時代（1959—1964年）

第二代計算機主要特點如下：

①采用晶體管作為基本邏輯部件，具有體積小、成本低、功能強、可靠性高的特點。

②主存儲器均采用磁心存儲器，磁鼓和磁盤開始用作主要的輔助存儲器，具有存取速

度快、非易失性等優(yōu)點。

③軟件上出現(xiàn)了系統(tǒng)軟件，操作系統(tǒng)的雛形開始形成，推出了BASIC、FORTRAN、

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醫(yī)學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)第1章計算機與計算思維

COBOL和ALGOL等高級程序設(shè)計語言。

晶體管計算機被用于科學(xué)計算的同時，也開始在數(shù)據(jù)處理、過程控制方面得到應(yīng)用，

代表機型有IBM7090和CDC6600。

（3）第三代計算機——集成電路時代（1965—1970年）

第三代計算機主要特點如下：

①邏輯元件采用中、小規(guī)模集成電路（MSI、SSI），其速度和穩(wěn)定性有了更大程度

的提高，計算速度可達每秒幾百萬次，而體積、質(zhì)量、功耗則大幅度下降。

②采用半導(dǎo)體存儲器作為主存儲器，存儲容量進一步提高，可靠性和存取速度也有了

明顯改善。

③軟件方面出現(xiàn)了分時操作系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)化、規(guī)?；绦蛟O(shè)計方法。

④終端設(shè)備和遠程終端迅速發(fā)展，并與通信設(shè)備、通信技術(shù)相結(jié)合，為日后計算機網(wǎng)

絡(luò)的出現(xiàn)打下基礎(chǔ)。

這個時代的計算機產(chǎn)品開始走向了通用化、系列化和標準化，應(yīng)用領(lǐng)域開始進入文字

處理和圖形圖像處理領(lǐng)域，代表機型有IBM-360、VAX系列（DEC公司）和CRAY-1等。

（4）第四代計算機——超大規(guī)模集成電路時代（1971年至今）

第四代計算機主要特點如下：

①采用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路（LSI、VLSI）作為基本邏輯部件，計算速度更快，

可靠性更強，壽命更長。

②內(nèi)存儲器普遍采用半導(dǎo)體存儲器，存儲容量和可靠性均大幅度提高。

③在操作系統(tǒng)方面，發(fā)展了并行計算技術(shù)和多機系統(tǒng)等。軟件方面出現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫管理

系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和面向?qū)ο笳Z言等。

第四代計算機體積小、耗電小、可靠性強，其應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴展，特別是微型計算

機的出現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，使計算機深入到社會發(fā)展及人們生活的各個方面，成為信息社會

的標志性工具。

（5）新一代計算機

新一代計算機是指把信息采集、存儲、處理、通信同人工智能結(jié)合在一起的智能計算

機系統(tǒng)，它能進行數(shù)值計算或處理一般的信息，主要面向知識處理，具有形式化推理、聯(lián)想、

學(xué)習(xí)和解釋的能力，能夠幫助人們進行判斷、決策、開拓未知領(lǐng)域和獲得新的知識。

4．我國計算機的發(fā)展

我國從1956年開始研制計算機，1958年8月成功研制出第一臺電子管數(shù)字計算機，

并命名為103型。103型計算機的研制成功填補了我國在計算機技術(shù)領(lǐng)域的空白。1965年

推出第二代晶體管計算機DJS-5小型機。1971年研制出第三代集成電路計算機。1973年

推出了集成電路的大型計算機150計算機。1977年4月，我國研制成功第一臺微型計算機

DJS-050，從此揭開了中國微型計算機的發(fā)展歷程，我國的計算機發(fā)展也開始進入第四代

計算機時期。1980年推出了DJS-060微型機系列產(chǎn)品。后來，我國的微機生產(chǎn)基本與世界

水平同步，聯(lián)想、長城、方正、同創(chuàng)、同方、浪潮等一批國產(chǎn)微機品牌，不斷追趕并超越

國外品牌，譜寫著我國計算機發(fā)展的新篇章。

1983年，國防科技大學(xué)研制成功了每秒1億次的銀河-Ⅰ計算機，使我國成為世界上

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第1章計算機與計算思維

為數(shù)不多的能研制巨型機的國家之一。1993年以后，又相繼研制成功每秒達10億次和

130億次的銀河-Ⅱ和銀河-Ⅲ巨型計算機。2004年，10萬億次高性能計算機曙光4000A

啟用，并躋身世界十強。2010年11月，中國的“天河一號A”以每秒2566萬億次的雙精

度浮點運算能力第一次在全球超級計算機五百強排行榜上占據(jù)頭把交椅。2016年6月20

日TOP500組織在法蘭克福世界超算大會（ISC）上，我國自行研制的“神威·太湖之光”

超級計算機系統(tǒng)登頂榜單之首，成為世界上首臺運算速度超過十億億次的超級計算機，如

圖1-4所示。同年，憑借在“神威·太湖之光”上運行的“全球大氣非靜力云分辨模擬”

應(yīng)用一舉摘得高性能計算應(yīng)用最高獎“戈登·貝爾獎”，實現(xiàn)了我國在該獎項上零的突破，

成為中國高性能計算應(yīng)用發(fā)展新的里程碑。

價值引領(lǐng)

太湖之光

圖1-4“神威·太湖之光”超級計算機

1.1.2計算機的分類

計算機發(fā)展到今天，已是琳瑯滿目、種類繁多，并表現(xiàn)出各自不同的特點。我們可以

從不同的角度對計算機進行分類。

按計算機信息的表示形式和對信息的處理方式不同分為數(shù)字計算機（Digital

Computer）、模擬計算機（AnalogueComputer）和混合計算機。按計算機的用途不同可分

為通用計算機（GeneralPurposeComputer）和專用計算機（SpecialPurposeComputer）。

按計算機的運算速度快慢、存儲數(shù)據(jù)量的大小、功能的強弱，以及軟硬件的配套規(guī)模等不

同又分為巨型機、大中型機、小型機、微型機、工作站與服務(wù)器等。

（1）巨型機（GiantComputer）

巨型機又稱超級計算機（SuperComputer），是計算機中性能最高、功能最強、數(shù)值

計算和數(shù)據(jù)處理能力最強的計算機，主要用于戰(zhàn)略武器的設(shè)計、空間計算、石油勘探、天

氣預(yù)報及社會模擬等領(lǐng)域。

（2）大中型機（Large-scaleComputerandMedium-scaleComputer）

大中型機是通用性強、綜合處理能力高、性能覆蓋面廣的計算機，是事務(wù)處理、商業(yè)

處理、信息管理、大型數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)通信的主要支柱。

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醫(yī)學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)第1章計算機與計算思維

（3）小型機（Minicomputer）

小型機是規(guī)模小、結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計試制周期短、應(yīng)用面廣的一類計算機。由于其可靠性高、

對運行環(huán)境要求低、易于操作且便于維護，因此，小型機應(yīng)用范圍非常廣泛，如用在工業(yè)

自動控制、大型分析儀器、測量儀器、醫(yī)療設(shè)備中的數(shù)據(jù)采集、分析計算等，也用作大型、

巨型計算機系統(tǒng)的輔助機，并廣泛應(yīng)用于企業(yè)管理以及大學(xué)和研究所的科學(xué)計算等。

（4）微型機（MicroComputer）

1971年，美國的Intel公司成功地在一個芯片上實現(xiàn)了中央處理器的功能，制成了世

界上第一片4位微處理器MPU（MicroProcessingUnit），也稱Intel4004，并由它組成了

第一臺微型計算機MCS-4，由此揭開了微型計算機大普及的序幕。微型計算機簡稱微機，

其體積小、功耗低、成本少、靈活性大、性能價格比高，是當(dāng)今使用最普及、產(chǎn)量最大的

一類計算機。

（5）工作站（Workstation）

工作站是介于PC和小型機之間的高檔微型計算機，通常配備有大屏幕顯示器和大容

量存儲器，具有較高的運算速度和較強的網(wǎng)絡(luò)通信能力，有大型機或小型機的多任務(wù)和多

用戶功能，同時兼有微型計算機操作便利和人機界面友好的特點。工作站的獨到之處是具

有很強的圖形交互能力，因此在工程設(shè)計領(lǐng)域得到了廣泛使用。

1.1.3計算機的應(yīng)用領(lǐng)域

計算機的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，已滲透到社會的各個領(lǐng)域，下面從科學(xué)計算、信息管理、

過程控制、輔助系統(tǒng)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)通信和電子商務(wù)幾個方面進行介紹。

1．計算機的應(yīng)用

（1）科學(xué)計算

科學(xué)計算是指利用計算機來完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學(xué)問題的計算，是計

算機應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)工作中，科學(xué)計算問題是大量和復(fù)雜的。利用

計算機的高速運算、大存儲容量和連續(xù)計算的能力，可以實現(xiàn)人工無法解決的各種科學(xué)計

算問題，如高能物理、工程設(shè)計、地震預(yù)測、氣象預(yù)報、航天技術(shù)等，同時，也出現(xiàn)了計

算力學(xué)、計算物理、計算化學(xué)、生物控制論等新的學(xué)科。

（2）信息管理

信息管理是目前計算機應(yīng)用最廣泛的一個領(lǐng)域，是指利用計算機來加工、管理與操作

任何形式數(shù)據(jù)資料的活動，如企業(yè)管理、物資管理、報表統(tǒng)計、賬目計算、信息情報檢索等。

計算機的信息管理應(yīng)用把人們從大量煩瑣而枯燥的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和事務(wù)管理中解放出來，不僅

提高工作效率，而且提高工作質(zhì)量。

（3）過程控制

過程控制是指利用計算機對工業(yè)生產(chǎn)過程中的某些信號自動進行檢測，并把檢測到的

數(shù)據(jù)存入計算機，再根據(jù)需要對這些數(shù)據(jù)進行處理。利用計算機進行過程控制不僅可以大

大提高控制的自動化水平，而且可以提高控制的及時性和準確性，從而改善勞動條件、提

高產(chǎn)品質(zhì)量及合格率。因此，計算機過程控制已在機械、冶金、石油、化工、電力等領(lǐng)域

得到廣泛的應(yīng)用。

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第1章計算機與計算思維

（4）輔助系統(tǒng)

計算機輔助系統(tǒng)是用計算機輔助人們共同完成某項工作的計算機系統(tǒng)，主要包括

計算機輔助設(shè)計（ComputerAidedDesign，CAD）、計算機輔助制造（ComputerAided

Manufacturing，CAM）、計算機輔助教育（ComputerBasedEducation，CBE）等。

（5）人工智能

人工智能（Arti?cialIntelligence，AI）是用計算機來模擬人的思維判斷、推理等智能

活動，使計算機具有自學(xué)習(xí)適應(yīng)和邏輯推理的功能，幫助人們學(xué)習(xí)和完成某些推理工作。

人工智能從誕生以來，理論和技術(shù)日益成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴大，例如，能模擬高水平

醫(yī)學(xué)專家進行疾病診療的專家系統(tǒng)，具有一定思維能力的智能機器人等。

（6）網(wǎng)絡(luò)通信

計算機技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)的結(jié)合構(gòu)成了計算機網(wǎng)絡(luò)。計算機網(wǎng)絡(luò)的建立，不僅解決

了一個單位、一個地區(qū)、一個國家中計算機與計算機之間的通信，各種軟、硬件資源的共享，

也大大促進了國際間的文字、圖像、視頻和聲音等各類數(shù)據(jù)的傳輸與處理。

（7）電子商務(wù)

電子商務(wù)是指利用計算機系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)進行商務(wù)活動，它是在Internet技術(shù)成熟與信息

系統(tǒng)資源相結(jié)合的背景下產(chǎn)生的，是一種網(wǎng)上開展的相互關(guān)聯(lián)的動態(tài)商務(wù)活動。它作為一

種新型的商務(wù)方式，將企業(yè)和消費者帶入一個數(shù)字化新天地，讓人們通過網(wǎng)絡(luò)以一種簡單

的方式完成過去較為煩瑣的商務(wù)活動。由于其效率高、成本低、收益高和全球化的優(yōu)勢，

電子商務(wù)很快受到了各國企業(yè)和政府的重視，目前世界上很多公司已經(jīng)開始通過Internet

來進行商務(wù)交易了。

2．計算機在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著電子計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機技術(shù)已滲透到醫(yī)學(xué)及其管理的各個領(lǐng)域，可

利用計算機獲取、存儲、傳輸、處理和分析醫(yī)學(xué)及醫(yī)學(xué)管理的各種信息。目前計算機在醫(yī)

學(xué)中的典型應(yīng)用有如下幾種。

（1）醫(yī)院信息系統(tǒng)

醫(yī)院信息系統(tǒng)（HospitalInformationSystem，HIS）是指利用計算機軟硬件技術(shù)、網(wǎng)

絡(luò)通信技術(shù)等現(xiàn)代化手段，對醫(yī)院及其所屬各部門的人、物、財進行綜合管理，對在醫(yī)療

活動各階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行采集、存儲、處理、提取、傳輸、匯總、加工，從而為醫(yī)院的

整體運行提供全面的自動化管理及各種服務(wù)的信息系統(tǒng)。

（2）遠程醫(yī)療

遠程醫(yī)療是指通過計算機技術(shù)、通信技術(shù)與多媒體技術(shù)，同醫(yī)療技術(shù)相結(jié)合，旨在提

高診斷與醫(yī)療水平、降低醫(yī)療開支、滿足廣大人民群眾保健需求的一項全新的醫(yī)療服務(wù)。

如利用網(wǎng)絡(luò)進行遠程醫(yī)療監(jiān)護、遠程協(xié)同會診、遠程協(xié)同手術(shù)和治療，建立網(wǎng)上醫(yī)療專家

系統(tǒng)，提供共享的醫(yī)療咨詢服務(wù)。

（3）醫(yī)學(xué)圖像處理

醫(yī)學(xué)研究與臨床診斷中許多重要的信息都是以圖像形式出現(xiàn)，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)離不開醫(yī)學(xué)圖

像信息的支持。在醫(yī)學(xué)圖像處理中，計算機技術(shù)起著至關(guān)重要的作用。將圖像信號轉(zhuǎn)換成

數(shù)字信號后使用計算機對醫(yī)學(xué)圖像處理和分析，通過刪除無用的干擾信息，加強病灶信息

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醫(yī)學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)第1章計算機與計算思維

的可讀性，可以有效提高并改善圖像的質(zhì)量，為醫(yī)生診斷提供依據(jù)和便利。

（4）智能化醫(yī)療儀器

與傳統(tǒng)的醫(yī)療儀器相比，智能醫(yī)療儀器有著自主化、互聯(lián)化的特點。醫(yī)療儀器的自主

化可以減輕醫(yī)護人員的負擔(dān)，在提供更加及時治療的同時提高病人的生活質(zhì)量；而互聯(lián)化

可以結(jié)合多個儀器的視角及功能，提供更加準確的診斷以及更加復(fù)雜的治療。

（5）醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)

醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)是人工智能和專家系統(tǒng)理論和技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要應(yīng)用，將著名醫(yī)學(xué)

專家的醫(yī)學(xué)知識和經(jīng)驗存到知識庫中，為醫(yī)療人員提供診斷等決策支持。醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)可

以解決的問題一般包括解釋、預(yù)測、診斷、提供治療方案等。隨著人工智能整體水平的提高，

醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)獲得了快速發(fā)展，高性能的醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)也已經(jīng)從學(xué)術(shù)研究開始進入臨床應(yīng)

用研究。正在開發(fā)的新一代專家系統(tǒng)有分布式專家系統(tǒng)和協(xié)同式專家系統(tǒng)等，其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)

域的應(yīng)用將更有利于臨床疾病診斷與治療水平的提高。

（6）生物信息學(xué)

生物信息學(xué)是一門交叉學(xué)科，是將計算機和信息科學(xué)方法運用到生命科學(xué)，尤其是分

子生物學(xué)中的一門學(xué)科。隨著人類基因組項目的完成，新一代基因測序技術(shù)以及其他生物

技術(shù)的飛速發(fā)展，大量分子生物學(xué)、基因組數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)，需要信息技術(shù)來處理、存儲、管理、

分析數(shù)據(jù)。生物信息學(xué)在生物材料技術(shù)、新藥研制技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)信息處理等方面發(fā)揮著

重要的作用，將對生命科學(xué)的基礎(chǔ)研究起到巨大的推動作用。

1.2?計算機系統(tǒng)的組成及工作原理

知識要點

1．計算機系統(tǒng)的組成。

2．馮·諾依曼結(jié)構(gòu)及計算機工作原理。

3．各組成部分的主要功能。

1.2.1計算機系統(tǒng)的基本組成

計算機是一種能快速存儲程序和自動連續(xù)地對各種數(shù)字化信息進行算術(shù)、邏輯運算的

工具。盡管計算機的種類很多，它們在規(guī)模、性能方面存在著很大的差別，但從基本結(jié)構(gòu)

和工作原理方面是相同的。下面以微型計算機為例來介紹計算機系統(tǒng)的組成及其工作原理。

計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成，如圖1-5所示。硬件（Hardware）是指構(gòu)成

計算機的物理實體，包括組成計算機的電子的、機械的、磁的或光的元器件或裝置，是計

算機系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)；軟件（Software）是指系統(tǒng)中的程序以及開發(fā)、使用和維護程序所

需要的所有文檔的集合。硬件是軟件建立和依托的基礎(chǔ)，軟件是計算機系統(tǒng)的靈魂。硬件

和軟件相互結(jié)合構(gòu)成了一個完整的計算機系統(tǒng)，只有硬件和軟件相結(jié)合才能充分發(fā)揮計算

機系統(tǒng)的功能。

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正文.indd82022/8/1811:00:52

第1章計算機與計算思維

控制器

中央處理器(CPU)

運算器

主機