РОЗДІЛ 2. КОМП’ЮТЕРИ В МЕДИЦИНІ

“Людина кінця ХХ століття, яка не вмітиме користуватися електронною інформаційною технікою, буде подібна людині по чатку ХIХ століття, яка не вміла читати й писати”.

В.М. Глушков

Удосконалення навчального процесу в медичних закладах освіти та загальний прогрес у медицині неможливі без ефективного використання медичної інформатики та обчислю- вальної техніки. Це обумовлює нові вимоги до змісту, методики й організації викладання розділу “Основи інформа- тики та обчислювальної техніки”, який належить до дисцип- ліни “Біофізика, інформатика та медична аппаратура”, що ви- кладається студентам 1-го курсу всіх факультетів медичних закладів освіти України.

Цей розділ містить основні теоретичні відомості з обчис- лювальної техніки, методичні розробки для виконання пра- ктичних занять у дисплейному класі, перелік контрольних робіт для підготовки до занять і завдань з самостійної роботи студентів, а також список необхідної літератури.

При написанні цього розділу автори не зупинялися детально на питаннях, які стосуються інформатики. Для цієї мети студенти можуть скористатися навчальним посібником О.В. Чалого, В.А. Дякова, І.Й. Хаїмзона “Основи інфор- матики” (К.: Вища школа, 1993) та іншими виданнями, список яких наведений в кінці цього тому. Крім цього, сюди не включено цілу низку питань, які складають зміст дисципліни “Медична інформатика”, що викладається студентам 2-го курсу.

2.1. ПЕРСОНАЛЬНІ КОМП’ЮТЕРИ

Як відомо, засобом обробки інформації є обчислювальні комплекси. Які характерні прикмети відрізняють персональні комп’ютери від інших обчислювальних комплексів? Персо- нальні комп’ютери відрізняються малогабаритністю, надійніс- тю, простотою спілкування з користувачем, багатофун- кціональністю.

2.1.1. Історія виникнення персональних ЕОМ

До середини 70-х років ХХ століття у США з’явилися електронні гральні автомати. Але вони були громіздкими та малофункціональними, тобто обмежувались певним числом ігор. Завдяки цьому співробітники фірми Atari, які виготовля- ли гральні автомати, Стів Джобс і Стефан Возняк вирішили зробити такий гральний автомат, який був би багато- функціональним, малогабаритним, надійним і простим в керу- ванні. Створений ними у 1975 році апарат з іменем Apple (яб- луко) не тільки використовувався дітьми для гри, а й інженерами, менеджерами і навіть науковими співробітника- ми. Цей апарат і був першим персональним комп’ютером Apple.

У 1987 році фірма ІВМ теж почала випускати персональні ЕОМ (ПЕОМ). До 1987 року було продано більш як 30 мільйонів ПЕОМ. Нині немає жодної сфери життєдіяльності людства, де б не використовували ПЕОМ.

2.1.2. Основні елементи персональних ЕОМ

Кожна персональна ЕОМ включає у себе:

-системний блок;

-термінал (дисплей);

-накопичувач інформації;

-принтер (друкувальне обладнання) і, при необхі дності, плоттер (графопобудовник).

У системному блоці розташовується процесор і сопроце- сор, елементи пам’яті ПЕОМ, елементи зв’язку процесора із зовнішнім обладнанням ПЕОМ (адаптери).

Термінал (дисплей) виводить інформацію на екран моні- тора і має у своєму складі монітор, клавіатуру і адаптер, який розташовується у системному блоці.

Накопичувач інформації дозволяє виводити інформацію на магнітний носій. Накопичувач інформації складається з вінчестера (накопичувача на жорсткому диску) і накопичу- вачів на гнучких магнітних дисках (НГМД). Накопичувачі на жорсткому диску відрізняються своїми типами і характери- стиками. НГМД розраховані для роботи з дискетами 5.25 дюйма і 3.5 дюйма або одним з них.

Досить ефективно використовуються для накопичення найрізноманітнішої інформації (тексти, музика, графічні та відеозображення) компакт-диски (CD), але інформація з таких дисків може тільки читатися, а запис здійснюється у спе- ціальних умовах.

Принтери виводять літерно-цифрову та іншу інформацію на

папір. Плоттери дозволяють виводити на папір графічну інформацію більшого формату. Принтери можуть бути ударного та безударного типу (термографічні, струминні, лазерні). Із принтерів ударного типу найбільше розповсюдження мають матричні, які утворюють символи шляхом набору матриці з гольчатих штирів, що водночас б’ють по паперу крізь фарбуючу стрічку. Термо- графічні принтери створюють символи шляхом подачі напруги живлення на певні оптичні прилади, які утворюють матрицю. Світлові промені у вигляді символів засвічують ділянки світлочутливого паперу, змінюючи його колір на більш темний. Струминні принтери наносять символи методом “вистрілювання” фарб із сопел. Лазерні принтери створюють потенціальний рельєф на світлочутливому барабані. Фарбуючий порошок липне до ділянок створеного потенціального рельєфу. На папері, який при- туляється до світлочутливого барабана, з’являється зображення, закріплення якого здійснюється термічним засобом.

Крім стандартних зовнішніх обладнань, ПЕОМ можуть ком- плектуватися маніпуляторами (джойстік, миша, сканер).

Джойстік являє собою ручку, яка відхиляється від вертикаль- ного положення в будь-якому напрямку, керуючи таким чином по- ложення курсора.

Миша являє собою невелику коробочку, всередині якої знахо- диться важка кулька. При переміщенні коробочки по поверхні сто- ла кулька повертається і змінює положення курсора на екрані. Кнопками миші можна керувати ПЕОМ як клавіатурою.

Сканер дозволяє вводити в оперативну пам’ять ПЕОМ будь- який малюнок чи текст.

Для зв’язку ПЕОМ з іншими комп’ютерами існують різні при- строї, зокрема модеми, які являють собою систему модулятор–де- модулятор. Інформація зв’язку (наприклад, електронна пошта) від модема по радіо- чи телефонних лініях передається адресату. При прийомі аналогові сигнали в модемі перетворюються на цифрові імпульси, які розшифровуються, запам’ятовуються і відображаються на зовнішніх приладах ПЕОМ.

2.1.3. Основні характеристики персональних комп’ютерів

До основних характеристик можна віднести:

1.Розрядність процесора.

2.Швидкодійність комп’ютера.

3.Ємність його пам’яті.

Під розрядністю процесора розуміють його здатність об- робляти задану кількість розрядів двоїчних чисел. Процесори обробляють лише двоїчні числа. Інформація на екран монітора може виводитися у двоїчній, у восьмеричній, у шістнадцятиричній чи в десятичній системах числення. У таб- лиці 1 приведені числа у різних системах числення.

Математичний вираз перерахунку з цих систем числення у десятичну має вигляд:

N = Lk Ck + ... + L5 C5 + L4 C4 + L3 C3 + L2 C 2+ L1 C1 + L0C0,

де C – основа системи числення (2, 8, 16); L0, ..., Lк – к о- ефіцієнти (0, 1 – для двоїчних чисел, від 0 до 7 – для восьме- ричних чисел, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F – для шістнадцятиричних чисел); k – останній розряд числа.

Більшість комп’ютерів світу мають 32-розрядні процесо-

ри. Однак, вже є комп’ютери з 64-х та навіть з 128-розрядними процесорами. Чим вища розрядність процесора, тим більша кількість комп’ютерних слів (8-розрядних двоїчних чисел) од- ночасно може подаватись на вхід процесора для обробки.

Другою характеристикою персональних комп’ютерів є швидкодійність. Швидкодійність комп’ютерів можна оцінюва- ти тактовою частотою. Кращі комп’ютери світу (станом на кінець 1998 року) мали тактову частоту до 700 МГц.

Третя характеристика комп’ютерів – це ємність пам’яті. Будь-який комп’ютер має три види пам’яті різної ємності:

1. Ємність оперативної пам’яті комп’ютера (ОЗП–опе- ративний запам’ятовуючий пристрій). Це – електронна пам’ять комп’ютера, яка з’являється тільки при його вмиканні.

Таблиця 1.

2.Ємність другого виду пам’яті комп’ютера – ємність

пам’яті вінчестера (Hard Disk). Кращі зразки комп’ютерів світу (на кінець 1998 р.) мають вінчестери з ємністю пам’яті до 74 Гбайт (1 Мбайт = 1024 Кбайт, 1 Кбайт = 1024 байт, один байт – це одне восьмирозрядне подвійне число). У він- честерах такого типу встановлені лазерні диски.

3.Ємність третього виду пам’яті комп’ютерів – ємність пам’яті постійного запам’ятовуючого пристрою (ПЗП). Цей вид пам’яті характерний тим, що він недоступний для спожи- вачів: нічого не можна стерти з цієї пам’яті і нічого не можна до неї вписати. Інформація у цю пам’ять записується на заводі при виробництві комп’ютера та залишається без змін, поки він працює.

Як користуватися характеристиками для вибору ПЕОМ? Якщо вам необхідний комп’ютер для написання статей чи ди- сертацій, то він повинен мати вінчестер відносно великої ємності. При цьому процесор може мати невелику тактову частоту.

Третю характеристику – ємність оперативної пам’яті комп’ютера не треба вибирати великою, тому що статті (чи глави дисертацій) будуть мати ємність сотні кілобайт (у гіршому випадку одиниці Мбайт). Таким чином, достатньо вибрати ОЗП ємністю 8 Мбайт, тобто на рівні характеристик комп’ютера IBM-486 DХ.

Розглянемо другий приклад. Нехай комп’ютер необхідний для роботи з базою даних, ємність якої не менша за 1 Мбайт.

Вданому комп’ютері ємність оперативної пам’яті повинна бу- ти в 2–3 рази більш ємності бази даних. Таким чином, ємність ОЗП комп’ютера повинна становити 3–4 Мбайт. Стосовно 2-х характеристик, що залишилися, враховуючи попередні міркування, тактова частота може становити 20–25 МГц, а ємність вінчестера – 60–80 Мбайт. Харак теристики ПЕОМ стандартної конфігурації приведені в таблиці 2.

Таблиця 2.

З наведеної таблиці видно, що чим вищий номер ЕОМ, тобто чим вищий номер процесора, тим більша ємність вінчес- тера, більша ємність ОЗП і більш висока тактова частота. Зверніть увагу, що ємність пам’яті ОЗП складається з двох частин – базової ємності (640 Кбайт) плюс добавка. Ця добав- ка називається розширеною областю оперативної пам’яті ЕОМ. У кращих зразках імпортних ЕОМ (на кінець 1998 року) розширена область пам’яті може мати ємність 64 Мбайт з можливістю розширення до 512 Мбайт.

2.1.4. Формування області пам’яті на магнітному носії

Магнітний носій буде готовий до запису та читання інформації тільки в тому випадку, якщо він буде проформатований та проініціалізований. Ці процеси проходять практично одночасно і ви- конуються наступним чином.

Кожна сторона дискети може мати до 80 треків (доріжок). Таким чином, на дискеті є 2 80 = 160 треків. Треки, розташовані на однаковій відстані від центра дискети, утворюють циліндр. Кожний трек (доріжка) розбивається на сектори. Кількість секторів у треці може змінюватися від 9 до 18 залежно від якості та типу дискети.

Як правило, два сектори утворюють один кластер, який є основ- ною одиницею зберігання інформації. У кожному секторі записується 512 байт інформації, а у кластері – 1024 байта.

Таблиця 3.

Таким чином, кількість кластерів приблизно буде збіга-

тися з ємністю дискети у кілобайтах. Максимальні ємнос ті пам’яті дискети різних типів і якості наведені в таблиці 3.

Вся утворена область пам’яті дискети використовується для інформації чотирьох видів:

1.Завантажувач (Boot-сектор).

2.Таблиці розподілу файлів (FAT-таблиці).

3.Таблиця кореневого каталогу.

4.Область запам’ятовування інформації.

Завантажувач будь-якої дискети при її форматуванні запи- сується в нульовому секторі. У цьому секторі ще записана така інформація:

- кількість байтів у секторі (тобто густина запису інформа-

ції);

-кількість секторів у кластеру (1 або 2);

-кількість секторів на дискеті;

-кількість секторів в одному треці;

-число голівок накопичувача;

-кількість 32-байтових елементів таблиці кореневого к а- талогу;

-кількість секторів, що займає основна таблиця FAT;

-кількість секторів, що займає резервна таблиця FAT. Одразу ж після Boot-сектора на дискеті надається місце

для основної та резервної FAT-таблиць.

Основна та резервна FAT-таблиці займають області, роз- міри яких залежать від ємності пам’яті дискет. Для дискет з ємністю пам’яті:

360 Кбайт – вони займають від 1-го до 4-го секторів; 720 Кбайт – від 1-го до 6-го секторів; 1.2 Мбайт – від 1-го до 14-го секторів; 1.44 Мбайт – від 1-го до 18-го секторів.

У FAT-таблицю записуються назви каталогів та файлів, які знаходяться на дискеті. Разом з ім’ям файла до FAT- таблиці записано номер його початкового кластера та його довжина в байтах.