INFORMATICA MEDICALAScurt istoric

Blaise Pascal (1623 – 1662) – descoperitorul teoriei moderne a probabilitatilor si cel ce a stabilit bazele pentru calculul integral

Gottfried Wilhelm von Liebnitz (1646 -1716) – a modificat calculatorul lui Pascal pentru a imbunatati multiplicarea (tehnologia vremii – ineficienta)

Charles Babbage (1791 – 1871) introduce conceplte de calcul automat ce se gasesc la computerele de azi, intr-o era preelectronica (metoda diferentelor)

In 1806 Joseph Marie Jacquard (1752 – 1834) a perfectionat un model de razboi de tesut pentru modelele automate ( cartele cu gauri)

Ada, contesa de Lovelace – fiica lordului Byron – este considerata a fi primul programator – pe un model analitic produs de Babbage.

1850 D.D. Parmalee – patenteaza una din primele masini de adunat operate prin taste.

Comptometer – inventat de Dorr E. Felt – prima unitate de calcul de succes (15 ani) (instructiuni pentru cele 4 operatii aritmetice)

Masini de prelucrat informatii – claviatura Leon Bollee (1889)

In 1874 Remington – vinde prima masina de scris de succes comercial (litere mari) In 1930 psihologul August Dvorak a inceput sa dezvolte asezarea eficienta a claviaturii.

1912 Thomas Watson cumpara patentul si dreptul de proprietate asupra utilizarii cartelelor in procesarea datelor, de la Herman Holleritz

1924 Watson formeaza corporatia International Business Machine (IBM).

1937 George Stibitz de la Bell Telephone Laboratory produce un computer digital cu relee telefonice ce reusea o impartire de 9 cifre in 30 de secunde

Simultan Howard Aiken – student la Harvard – propune IBM-ului un calculator mare cu relee (1930).

1944 apare Mark I – “Babbage’s dream comes true” – executa o inmultire in 3 secunde si trimitea raspunsurile pe o cartela sau o imprimanta.

1952 apar Mark II, III, IV.

Simultan apare ENIAC – produs de Mauchly si Eckert – mare, scump si ingrozitor de programat.

Totusi februarie 1946 prin aparitia ENIAC-ului ne-a trecut in epoca moderna a calculatoarelor.

George Boole (1815 – 1864) – fondatorul logicii simbolice moderne. El exprima conceptele logicii in froma matematica – a redus logica la un calcul proportional numit acum algebra booleana – cu impact major in teoria probabilitatilor, geometria multimilor, teoria informatiei si design-ul calculatoarelor electronice si a circuitelor de comutare.

1

(1912 – 1954) Alan Turing – procesarea moderna – formalizarea algoritmilor – descompunerea unei functii in operatii repetitive simple. Noul computer putea trece secvential printr-un set finit de instructiuni.

Turing: “ o masina contine inteligenta daca indeplineste urmatorul criteriu: se plaseaza o persoana test intr-o camera conectata la un sistem de comunicare. La celalalt capat al sistemului este o persoana sau un computer, oricare poate fi conectat la persoana test. Masina poate fi considerata inteligenta daca persoana testata nupoate sa determine daca a comunicat cu o alta persoana sau cu un computer.

1947 – aparitia tranzitorului (laboratoarele Bell) din materiale semiconductoare (Ge, Si) – a II-a generatie de calculatoare.

1964 – a III-a generatie de calculatoare. IBM-ul SYSTEM/360 eliminarea firelor dintre componente prin tiparirea conectorilor pe o placa si montarea

componentelor pe placa (circuite imprimate); a devenit posibila gravarea tranzistorilor impreuna cu conectorii lor pe o aschie de siliciu –

IC (circuitul integrat).

• 1971 Ted Hoff – Intel Corporation – a produs primul microprocesor (CPU implementat pe placa)Definitie:

Informatica Medicala Este stiinta care se ocupa cu colectarea, sistematizarea, interpretarea si prelucrarea informatiilor din

domeniul medical si domeniile conexe acestuia.

Van Bemmel: Informatica medicala cuprinde aspecte teoretice si practice ale procesarii si transmiterii informatiei, bazate pe cunoasterea si experienta derivata din activitatea medicala si ingrijirea sanatatii

“Medical Information Science” – termen frecvent folosit in S.U.A.

“Medical Informatics” –termen de origine europeana

Stiinta : impune descoperirea si demonstrarea principiilor de baza

Metoda : aplicarea unei tehnici pentru obtinere rezultatului urmaritTehnologia informatica este supusa legii lui More: “puterea de calcul a unui sistem este dublata la fiecare 18 luni”

Notiunea de Informatie EXPERIMENTUL este orice activitate planificata avand ca scop obtinerea unui rezultat;

EVENIMENTUL reprezinta rezultatul obtinut in urma unui experiment;

CAMPUL DE EVENIMENTE reprezinta multimea evenimentelor posibile obtinute in urma unui experiment;

CAMPUL COMPLET DE EVENIMENTE este multimea tuturor evenimentelor posibile obtinute in urma experimentului;

2

CAMPUL DE EVENIMENTE MUTUAL EXCLUSIVE reprezinta campul de evenimente in care producerea unui eveniment implica neaparitia celorlalte;

FRECVENTA RELATIVA de aparitie a unui eveniment este raportul numarului de evenimente favorabile supra numarul total de evenimente;

PROBABILITATEA este o notiune strict matematica; Este frecventa relativa de producere a unui eveniment in cadrul tuturor evenimentelor

posibile. Se calculeaza pe baza altor parametri nu pe baza experimentului in sine (exemplu:

probabilitatea de a pica stema la aruncarea monedei, in trecut, prezent si viitor, se considera un camp de evenimente complet si mutual exclusive).

Fie: x1, x2, x3,…. xn

N evenimente i, cu probabilitatile lor de aparitie p1, p2, p3, …pn , unde

Evenimentul nul este evenimentul cu probabilitatea de aparitie zero;Evenimentul cert este evenimenyul cu probabilitatea de aparitie unuDefinim

ENTROPIA INFORMATIONALA: ca marime nenegativa legata de gradul de dezordine al unui sistem.

Se numeste asa deoarece expresia ei are aceeasi forma cu formula entropiei din fizica. Entropia nu poate descreste intr-un sistem inchis si are doua proprietati:

este maxima daca si numai daca evenimentele sunt echiprobabile,

este zero daca campul de evenimente contine evenimentul cert

Definitia informatiei dupa Shannon – parintele teoriei comunicatiilor- definitie matematica a aspectului sintactic al informatiei legata de legea a II-a a termodinamicii (Boltzmann):

Continutul informatiei unui mesaj in care un eveniment apare cu probabilitatea p este:

INFORMATIA reprezinta variatia cu sens schimbat a entropiei informationale de-a lungul unui experiment:

1 bit este informatia necesara rezolvarii nedeterminarii unui camp de evenimente complet si mutual exclusive alcatuit din doua evenimente echiprobabile. Este un concept amaterial.

Exemplu: Pentru un eveniment cu probabilitatea de aparitie de 1 la 1024,continutul informatiei este: I=10 biti Pentru inregistrarea sexului unui pacient, continutul in informatie este de 1 bit (poate fi o si 1 sau M

si F) Informatia este subiectiva si depinde de receptorul fiecaruia

Este emisa de un emitator si receptata de un receptor;

3

Mesajul reprezinta informatia transmisa de la un emitator la un receptor; Semnalul este suportul fizic al mesajului; Informatia are o utilitate, functie atat de emtator cat si de receptor Fiecare dintre elemente e supus perturbatiilor (sunt factori ce altereaza informatia transmisa0. Pentru a creste probabilitatea ca un mesaj sa fie receptat corect se foloseste un ansamblu de

metode numite redundanta. Exista doua tipuri de redundanta: Pasiva (mesajul repetat si supradimensionat si nu implica un feed-back din partea

receptorului); Activa (implica un feed-back al transmiterii mesajului) parametru de confirmare. O transmitere perfect redundanta este rar utilizata.

Exista 5 configuratii S, T, R Transmitere unidirectionala: S,R cunoscuti; intereseaza mesajul; nu intereseaza canalul de

transmitere (ex. Auscultarea inimii); Comunicare bidirectionala: S, R cunoscuti; R este interesat doar de mesajul transmis de sursa

(ex. Conversatia medic-pacient); S=R: un singur dispozitiv; nu suntem interesati de mesaj ci de canalul de transmitere (ex.

Ultrasunetele); Fara receptor – situatie academica (ex. Maladie asimptomatica – extrasistole- simptomele nu

sunt constatate de clinician); Fara sursa – tipic pentru medicina – sunt detectate simptomele dar nu se cunoaste cauza.

LITERA este cel mai scurt semnal ce corespunde unui mesaj;

ALFABETUL este multimea tuturor literelor specifice unui mod de comunicare;

LIMBAJUL este alfabetul si modul de compunere a literelor astfel incat sa faca posibila existenta unui canal de comunicare;

CUVANTUL este succesiunea de litere ce poate determina o actiune sau ridicarea unei nedeterminari.

Limbajul nu trebuie sa determine neaparat comunicarea in ambele sensuri. Exista doua tipuri de limbaj:

Folosind cuvinte de lungime fixa (separarea se face prin numerotarea lor (exemplu cuvinte de 5 litere – se numara din punctul de start din 5 in 5) (cantoneta tinde catre acest tip de limbaj)

Folosind cuvinte de lungime variabila – exista o litera in plus utilizata doar ca separator intre cuvinte (spatiul este si el o litera)

Exemplu: acizii nucleici sunt alcatuiti din 4 baze azotate A T C G ce trebuie sa determine 20 aminoacizi.

4

Daca cuvantul ar avea 1 litera → 4 cuvinte 2 litere → 16 cuvinte 3 litere → 64 cuvinte (CODON)

Cuvinte cu lungimi fixe (8 / 16 / 32 / 64) In transmiterea de informatie in interiorul corpului uman prin cele doua mecanisme existente,

cuvintele sunt de lungime fixa in cazul Sistemului Nervos, numarul de litere depinde de numarul de trasee neuronale existente.

In cazul sistemului endocrin ( ca transmitere informationala de obicei ne referim la SN) cuvintele au lungime fixa de o singura litera.

O molecula de hormon = 1 cuvant

TEORIA SISTEMELOR CIBERNETICA SI BIOCIBERNETICALudwig von Bertalanffy (1950 – 1968)

Prin sistem se intelege o structura formata din elemente diferite si/sau identice, in interactiune reciproca, structura capabila de a efectua procese fizico-chimice, biologice sau de grup cu o finalitate observabila si care poate fi descrisa cu ajutorul legilor obiective ale naturii sau grupului.

k – amplificarea (gain) t– timpul de intarziere h(t) – functie de pondere Traiectoria = multimea punctelor prin care trece sistemul

Din punct de vedere formal un sistem este caracterizat de parametrii (i,h,o k,τ) intre care exista relatia:

Pentru cunoasterea structurii sistemului este necesar sa se cunoasca functia de pondere

5

Sistem = ansamblu de componente care se comporta unitar dintr-un anumit punct de vedere si este limitat spatial.

Parametrii unui sistem: Datele de intrare (input) Datele de iesire (output) Functia de pondere h(t) – descrie activitatea sistemului si modul in care datele de intrare

modifica datele de iesire. Amplificarea (k) – raportul dintre OUTPUT si INPUT Intarzierea (t ) – 1 an – masura a intervalului temporal dintre INPUT si aparitia OUTPUT-

ului caracteristic.

Clasificarea sistemelor:1. Dupa modul de variatie temporala:

a. Continue – h(t), o(t) variaza continuu cu timpulb. Discrete – h(t), o(t) pot lua doar anumite valoric. Hibride – h(t), o(t) variaza continuu si discret pentru tratarea matematica

i. Continuizareaii. Discontinuizarea

1. Dupa relatia cauzala input-outputa. Deterministe – output-ul este univoc determinat de marimile de intrare si de catre starile

sistemuluib. Stohastice (probabilistice) – output-ul este aleatorc. Vagi (fuzzy) cand multimea starilor sistemului este fuzzy (vaga)

3. Din punct de vedere al memorariia. Fara memorie – daca h(t) = const. rezulta:

o(t)=f[i(t-τ),k]a. Cu memorie – output-ul depinde si de starile anterioare ale sistemului

3. Din punct de vedere al influentei timpuluia. Statice – i,h,o nu sunt functii de timpb. Dimanice – in care parametri sistemului variaza functie de timp

3. Dupa modul in care output-ul influenteaza input-ula. Sisteme de comanda – nu exista influenta output-ului asupra input-uluib. Sisteme de reglare – output-ul influenteaza input-ul (feedback)

Exemplu: Reflexul pupilar (feedback)

Alt mecanism (feed before)

6

6. Din punct de vedere al linearitatii functiilor care descriu sistemelea. Sisteme liniareb. Sisteme neliniare

6. Din punct de vedere al capacitatii de adaptarea. Sisteme adaptive (adaptative)b. Sisteme neadaptive

6. Din punct de vedere al localizarii parametrilora. Sisteme cu parametri concentrati – se considera ca fiecare parametru este localizat – ecuatii

diferentiale ordinareb. Sisteme cu parametri distribuiti – ecuatii diferentiale cu derivate partiale; input-ul este

procesat la mai multe nivele in interiorul sistemului9. Din punct de vedere al interactiunii cu exteriorul

a. Izolate – nu schimba nici masa, nici informatie cu mediulb. Inchise – nu schimba masa, schimba informatiec. Deschise – schimba masa si informatie cu mediul

9. Dupa natura componentelora. Sisteme inerte (tehnice)b. Biosistemelec. Sisteme de grup (sociale)

Studiul sistemelor1. Analiza de sistem – se identifica paramerii i, o, h, t, k2. Sinteza sistemelor – parametrizarea, crearea modelului matematic3. Conducerea sistemelor

Problema fundamentala a conducerii unui sistem rezida in cautarea acelor input-uri care sunt cele mai potrivite asigurarii unor output-uri optime.Caracteristicile biosistemelor

Biosistemele sunt sisteme naturale formate dintr-o multime de elemente, care impreuna cu relatiile si conexiunile lor, alcatuiesc o formatiune integrala, ce apartine unui anumit nivel de organizare al materiei vii.

Proprietatile biosistemelor:I. Metabolismul

a. Anabolismul – implica sinteza macromoleculelor si structurilor macromoleculare pe baza unui consum energetic; endoenergetic (ΔG>0) si antientropic (ΔS<0)

b. Catabolismul – procese de degradare care decurg cu eliberare de energie libera (ΔG<0), de caldura si cu crestere de entropie (ΔS>0)

II. Autoreproducerea – conform tezei biogenezei orice fiinta actuala a provenit tot dintr-o fiinta vie – sexuata sau asexuata (teoria panspermiei)

7

III. Programarea – reprezinta o schimbare posibila a sistemului in viitor, determinata de structura sa actuala (Asby, 1972)

a. Programe proprii (pentru sine) – permit autoconservarea biosistemului (relatia cu mediul, nutritia)

b. Programe inferioare (subprograme) – permit functionarea subsistemelor componentec. Programe superioare (supraprograme) – permit integrarea sistemelor in alt program ierarhic

superiorIV Autoreglarea (homoestazia = mentinerea parametrilor interni intre anumite limite, indiferent de modificarea parametrilor externi)V Disipativitatea – in faza de dezvoltare a biositemelor entropia acestora scade, pe baza unor procese cuplate ireversibile ce duc la cresterea entropiei in mediul extern

SISTEMELE DE CALCULDEFINITIE, STRUCTURA, CLASIFICARE

Sistemele de calcul Sistemele de calcul sunt formate din subsisteme electronice, electrono-mecanice si electrono-optice,

capabile sa realizeze o serie de operatii matematice cu reprezentari ale unor proprietati fizice, generand rezultate care sunt reprezentate sub diferite forme.

Exista doua tipuri de sisteme de calcul: Sisteme de calcul dedicate, capabile sa efectueze doar un anumit set de operatii specifice

unui domeniu sau unei actiuni (ex. Telefon mobil, pace-maker) Sisteme de calcul de uz general (nededicate) – capabile sa acopere mai multe cerinte, fiind

sisteme deschise capabile prin dezvoltare, sa inlocuiasca un sistem dedicat. Sistemele de calcul

Locale (localizate) – toate componentele sunt localizate spatial, intr-un spatiu relatic mic; Distribuite – componentele sistemului se afla la distanta unele fata de altele, intre ele

existand transfer de informatii. Structura unui sistem de calcul:

Hardware - ansamblu de componente fizice; Software – informatia necesara pentru ca sistemul de calcul sa realizeze actiunile propuse.

Sistemul de calcul - structura

8

Componentele hard ale calculatorului (dupa van Newmann – unul dintre parintii ciberneticii) – o unitate de calcul trebuie sa contina:

Unitatea centrala de procesare (CPU); O memorie de stocare a datelor utilizate la un moment dat; Unitati de stocare permanenta, pentru o perioada lunga de timp; Dispozitive de intrare-iesire; Dispozitive de comunicatie.

Unitatea centrala de procesare = dispozitivul care manipuleaza, muta si calculeaza date functie de datele si instructiunile primite.

CPU – microprocesor Dispozitive aferente

Dispozitivele de stocare a informatiei – avem nevoie de dispozitive pentru programe aflate in lucru si stocarea permanenta a datelor. Exista doua tipuri de memorie:

Volatila Permanenta

Memoria volatila este reprezentata de o memorie RAM (Random Acces Memory = memorie cu acces aleator) adica orice spatiu liber din memorie are aceeasi probabilitate de ocupare, iar stocarea informatiei este indexata.

Citirea informatiei se face in doi pasi: Cautarea informatiei in index Accesarea informatiei

Memoria RAM este de tip electronic, are un timp de acces foarte scurt (nanosecunde), capacitate de stocare medie, cost mediu (=pret efectiv/capacitate de stocare).

Capacitatea de stocare uzuala este de ordinul sutelor de megabyte (Mb). Memoria cache – memorie volatila, electronica, se gaseste in interiorul microprocesorului sau

imediata vecinatate, timp de acces foarte mic, in ea fiind stocate preemtiv informatiile de care are nevoie procesorul.

Memoria permanenta Memorie de tip ROM (Read Only Memory) – electronica, timp de acces mic in care sunt

stocate informatiile necesare pornirii sistemului de calcul.

9

Hard-disk (HDD) – memorie electrmagnetica-mecanica cu o capacitate foarte mare de stocare, timp de acces mediu, pret mic (zeci-sute de gigabyte).

Floppy-disk (FDD) – unitate electromagnetica –mecanica, capacitate de stocare mica, timp de acces mare, pret de cost relativ mic, portabilitate mare.

4. CD-ROM – mediu de stocare optomecanic, capacitate de stocare mare (700 Mb), timp de acces mediu, pret foarte mic.

5. DVD-ROM – mediu de stocare optomecanic, arata ca un CD, poate fi inscriptionat pe ambele fete, capacitate de stocare 2-17 Gb.

6. Memory stick – mediu de stocare electronic, timp de acces mic, pret mediu, capacitate de stocare mare (zeci de Gb)

Dispozitive de intrare/iesire (I/o) – sunt dispozitive care permit legatura dintre utilizatori si sistemul de calcul:

Monitor Tastatura Mouse Imprimanta Microfon boxe

Software – ansamblu de informatii (instructiuni si date) necesare Hardware-ului pentru a realiza procesele dorite de utilizator.

1. Programe de Bootstrap2. Sisteme de operare3. Programe de aplicatii4. Compilatoare de limbaje de programare5. Programe utilitare

1. Programele de Bootstrap – sunt programe lansate in executie odata cu pornirea sistemului de calcul, realizand configurarea minima necesara functionarii corecte a acestuia; stabilesc protocoale de comunicare intre componente, apoi cedeaza controlul Hardware-ului, sistemului de operare.

2. Sistemele de operare – sunt programe ce realizeaza legatura dintre programele de aplicatii si Hardware, facand posibila rularea programelor de aplicatii in diferite configuratii Hardware

Din punct de vedere istoric existau sisteme de operare: - dedicate (hardware)- software dedicat doar pentru anumite sisteme

La momentul actual sistemele de operare sunt:- de tip multitasking –capabile sa permita rularea si controlul mai multor procese simultan- de tip multiuser – permit configurarea diferita pentru mai multi utilizatori si prezinta GUI

(graphic user interface)

Alte sisteme de operare sunt cele din categoria Windows, Unix, OS2, McOS, Linux3. Programele de aplicatii

- de uz general – programe cu care utilizatorul interactioneaza nemijlocit pentru realizarea scopului propus – utilizate de marea majoritate

- programe de aplicatii de uz restrans –utilizate de anumite categorii de utilizatori; programe de gestiune medicala, de imagistica medicala, baze de date de interes medical, de realitate virtuala (VR) specifice.

10

4. Compilatoare de limbaje de programare – sunt programe ce realizeaza programe executabile, pe baza instructiunilor scrise de utilizator intr-un anumit limbaj de programare. ( Cele mai folosite limbaje de programare – clasa C, Fortran, Basic, Visual C, Visual Basic. Au aparut limbaje indiferent de platforma: de tip java, clasa .net)

5. Programe utilitare – sunt programe ce ajuta efectiv utilizatorul in realizarea scopului propus, dar cresc randamentul muncii acestuia:- Programe de comunicatii;- Programe de mesagerie;- Agende;- Programe de management a resurselor Hardware.

Clasificarea sistemelor de calcul din punct de vedere al complexitatii1. Mainframe – sisteme multiprocesor ce realizeaza operatiuni dedicate (in special analiza in timp real,

modelari complexe, “data mining”, gestionarea marilor baze de date, controloare de trafic aerian, modelare matematica pentru explozii nucleare, etc.)

2. Servere – calculatoare dedicate serviciilor de grup- Servere de retea – gestioneaza retele de calculatoare din punct de vedere al traficului si al

drepturilor- Servere de mail- File servere – servere de fisiere si/sau date

3. Workstation (statii de lucru) – sunt sisteme dedicate sa realizeze anumite operatii/procese- prelucrare de imagine- procesare de semnal in timp real

4. PC (personal computer) – sisteme de calcul ce deservesc un utilizator sau un numar restrans de utilizatori.

5. Asistenti digitali (PDA – personal digital assistant) – sisteme de calcul cu un grad mare de portabilitate, prevazute cu recunoastere vocala si/sau a scrisului, utilizate pentru gestionarea activitatii si relatiilor (folosite ca agenda)

(Delimitarea nu este clara, moda ultimilor ani arata o tendinta a sistemelor de “mica putere” (PDA, PC) de a patrunde in relatia schimbului de informatii cu exteriorul (multimedia, recunoastere vocala, recunoastere de imagini) cresterea portabilitatii acestora (Tablet PC)).

6. Obiecte de larg consum ce au implementate sisteme de calcul (telefoane mobile, aspiratoare inteligente).

Reprezentarea Informatiei in sistemul de calculSISTEMUL BINARSistemul binar

Informatia este reprezentata digital – unitatea fundamentala pentru reprezentarea informatiei este discreta (nu poate lua orice valoare)

Se foloseste reprezentarea binara a informatiei, unitatea de baza a informatiei este bit-ul si poate avea 2 valori (0 sau 1).

Strict conventional se atribuie valoarea 0 prezentei potentialului electric si 1 absentei acestuia. O secventa de 8 biti se numeste byte.

Un byte reprezinta 28=256, putem reprezenta 256 valori: 256 caractere, numerele 1÷ 255.

11

1 kilobyte = 210 byte = 1024 byte

Sistemul zecimal – numarul cifrelor distincte reprezinta baza sistemului numeric. Ex.: In sistemul zecimal sunt 10 cifre (0,1,2,….9).

Fiecare numar in aceasta baza este exprimat ca o suma de produse ale fiecarei cifre si a unei puteri a lui 10.

5267=7x100+6x101+2x102+5x103 Sistemul binar (baza 2) este alcatuit din 2 cifre (0,1). Similar:

10101 = 1x20+0x21+1x22+0x23+1x24 10101 (2) = 21 (10)

Aritmetica binara Pentru a aduna doua numere, le aliniem unul sub altul dupa puterile bazei si dupa aceea adunam

cifrele dinspre dreapta.

Daca suma pentru orice coloana este mai mare decat ceea ce putem exprima cu o cifra (0 sau 1 pentru baza 2) atunci transportam un 1 la puterea imediat urmatoare (mai mare).

Numim aceasta o depasire (overflow) daca puterea imediat urmatoare nu a fost implementata si acest transport nu este posibil. 100101110 +

110011011 --------------- 1011001001

Numerele binare lungi sunt greu de citit. Din acest motiv, exista conventia de a grupa bits-ii cate 3 sau 4 incepand de la dreapta.

Este obisnuit sa scriem fiecare set de 4 bits ca o cifra in baza 16 (hexazecimala).

Aceste cifre sunt 0,1,2,3,….9,A,B,C,D,E,F Astfel 0011 este 3 si 1111 este F

Pentru a explica scaderea este necesar sa cunoastem un concept al algebrei moderne numit aditivul invers. De fiecare data cand adunam un numar la aditivul sau, obtinem 0.

Ex.: 3 + (-3) = 0

Matematic scaderea este posibila deoarece fiecare numar are un invers. De fapt, scaderea nu este altceva decat adunarea aditivului invers.

Scaderea Adunareaminus plus

scazator inversul scazatorului----------------- -------------------------- diferenta suma

Acest fapt este important deoarece UCP are logica de adunare. Daca putem converti scaderea la adunare atunci putem folosi aceasta logica.

12

Putem calcula aditivul invers in numai 2 pasi. Mai intai formam un numar care este numit complement de unu: oriunde numarul original are un bit de 1, complementul va avea un 0 si viceversa. Apoi adaugam 1 si obtinem complementul de 2.

De exemplu sa consideram urmatoarele numere de 8 bits: 0010 0101 Numar

1101 1010 Complement de unu 1101 1011 Complement de 2

Notati ca adunand un numar cu complementul sau de doi, suma este o putere a lui 2 ( de aici si numele)

Ex.: 0010 0101 Numar +1101 1011 Complement de doi ------------------------------------------- 10000 0000 Suma ca putere a lui doi

Daca luam in considerare numai 8 bits din dreapta atunci cu adevarat raspunsul este 0. Inmultirea urmeaza acelasi proces folosit in aritmetica zecimala, cu exceptia faptului ca tabla

inmultirii este mult mai restransa. Ex.: 101

x 101-----------------

101 000

101------------------

11001 Atata timp cat multiplicam numai prin 1 si 0, putem converti problema inmultirii intr-o serie de

adunari si deplasari (shifts) analizand bits-ii din inmultitor.

Daca bitul este 1, adunam deanmultitul la produsul partial si deplasam inmultitorul cu o pozitie la stanga; daca bitul este 0, pur si simplu facem numai deplasarea.

Dupa cum stim CPU (UCP) are logica atat pentru adunare cat si pentru deplasare asa ca putem intelege cum se realizeaza inmultirile.

Observam ca ceea ce pentru noi este o singura operatie devine pentru computer o secventa de operatii primitive.

Rezulta ca multiplicarea se realizeaza mai complicat si ia mai mult timp. De fapt timpul necesr unei inmultiri va depinde de numarul de 0 in inmultitor. Cu cat sunt mai putini de 0 cu atat sunt mai multe adunari si timpul de calcul este mai indelungat.

De retinut din aceasta: nu toate instructiunile au aceeasi viteza de procesare si unele viteze de procesare variaza cu datele.

Impartirea in binar se face asemanator cu impartirea in sistemul zecimal.

Reprezentarea numerelor Numerele pot fi reprezentate ca intregi sau in virgula mobila (floating point).

13

Pentru reprezentarea ca intreg se folosesc un numar de 2n octeti, functie de formalismul de reprezentare.

1 octet = 0÷255 2 octeti – se numeste reprezentare de 16 bits = 0÷64000 4 octeti (32 bits) = 232 8 octeti (64 bits)

Cel mai mare numar ce poate fi pastrat intr-un byte este 11111111 sau 28-1 sau 255.

Daca lasam deoparte primul (cel din stanga) bit pentru a servi ca bit de semn, atunci numerele care pot fi pastrate intr-un byte pot varia de la -127 la 127.

Pentru a memora numere mai mari putem combina 2 bytes consecutivi. In 16 bits se poate pastra un numar pozitiv de ordinul 216-1 sau 65535. Daca folosim un bit pentru a fi bitul de semn atunci intervalul devine: -32767 la 32767.

Acest numar este destul de mare pentru majoritatea aplicatiilor; el este in general numit intreg si formatul de 16 bits este numit formatul de numar intreg.

Totusi unele probleme necesita numere mai mari sau valori fractionale. Putem sa lucram cu numere mai largi folosind 4 bytes (32 bits) ca unitate. Modul de lucru se numeste virgula mobila (floating point).

Prima reprezentare de tip virgula mobila este pe 4 bytes si se numeste reprezentare in simpla precizie (1 byte exponetul, 3 bytes mantisa).

Pentru reprezentarea in dubla precizie se aloca 8 bytes (1 byte exponentul, 7 bytes mantisa) (± 255 valori reprezentabile pe 7 bytes x 10±127) numere care acopera aproape toata clasa de precizie

Reprezentarea caracterelor Alfabetul calculatorului contine 26 de litere mari si 26 de litere mici, 10 cifre, cateva duzini de

semne de punctuatie si cateva duzini de caractere speciale de control pe care hardul le recunoaste.

Fiecare dintre aceste caractere are un cod unic care poate fi exprimat pe un byte. De exmplu, cand utilizatorul tasteaza “57” la un terminal, el de fapt introduce un cod de 8 bits pentru “5” urmat de un cod de 8 bits pentru “7”.

Softul de sistem al calculatorului poate converti apoi aceste coduri in numar binar 0011 1001 care poate fi folosit pentru calcul. In acelasi fel softul de sistem trebuie sa converteasca datele la siruri de coduri care pot fi listate sau afisate.

Pentru a elimina erorile de transmisie, computerul adauga un bit de paritate pentru a detecta codurile invalide. Bitul de paritate este setat fie pe 0 fie pe 1 pentru a garanta numarul impar de cifre de 1 al codului (exista deasemenea si o paritate para).

Este simplu sa proiectam hard-ul in asa fel incat sa testeze paritatea fiecarui caracter procesat pentru a detecta codurile invalide. Acest fapt este folositor in special cand citim date stocate pe medii magnetice, cum sunt discurile, pe care orice particula de praf poate cauza erori temporare.

Cand o eroare de paritate este detectata, softul de sistem normal incearca sa reciteasca (sa rescrie) caracterul, de un numar fix de ori. Daca eroarea persista, operatia este intrerupta.

14

Folosirea unui bit pentru verificarea paritatii va face codul caracterului mai lung. Totusi, acesta nu este de fapt o problema atata timp cat codurile necesare reprezentarii alfabetului sunt mai putine de 128 si 128 de coduri pot fi exprimate in 7 bits. Al 8-lea bit este disponibil pentru a folosi ca bit de paritate.

American Standard Code for Information Interchange (ASCII) este codul utilizat de toate aplicatiile folosite in microcomputere. Fiecare caracter este scris pe 7 bits.

De exemplu: 100 0001 este codul pentru A 110 0001 este codul pentru a 100 0010 este codul pentru B

Mai exista si alte coduri printre care si Extended Binary Coded Decimal Interchange Code (EBCDIC). Acesta este un cod de 8 bits dezvoltat de IBM pentru calculatoarele mari. El nu necesita un bit de paritate deoarece hardul care il proceseaza adauga un bit de paritate.

Majoritatea memoriilor utilizeaza un al 9-lea bit de paritate pentru a-si verifica continutul. Un astfel de bit de paritate este utilizat de hard si nu poate fi utilizat de programe.

Reprezentarea logica si fizica Atunci cand vorbim despre calculatoare trebuie sa facem diferenta intre entitatile logice si cele

fizice.

Entitatile logice sunt acelea care comunica intelesul. De exemplu, un cod de caractere pe 8 bits, un intreg pe 16 bits, un numar in virgula mobila pe 32 bits, un numar in dubla precizie pe 64 bits sunt toate unitati logice.

Cuvantul, in schimb, este o unitate fizica. Marimea cuvantului este numarul de bits care pot fi accesati ca o unitate. Intr-un calculator de 8 bits, marimea cuvantului este de 8 bits.

Pentru a citi o unitate logica exprimand un numar in virgula mobila este necesar sa citim patru unitati (cuvinte) fizice. Pe de alta parte un calculator de 32 bits in mod normal are facilitati pentru a accesa numai o parte a unui cuvant (un anume byte).

Reprezentarea imaginilor Imaginile se considera a fi obiecte dreptunghiulare, alcatuite dintr-o matrice pixel (pixel = elementul

cel mai mic din imagine, ce este definit individual).

1 pixel este caracterizat prin pozitia in cadrul imaginii si culoarea sa. Numarul maxim de culori ce poate fi luat de un pixel se numeste adancime de culoare.

Cel mai des intalnite: Adancimea de culoare de 1 bit pentru alb-negru; Adancimea de culoare de 1 byte ce permite reprezentarea a 256 culor sau 256 nuante de gri; Adancimea de culoare de 2 byte – 64000 culori; Adancimea de culoare de 4 byte – cateva milioane de culori.

Retele de calculatoareMediul Internet

Definitie:

15

Retea de calculatoare - reprezinta un ansamblu de calculatoare (sisteme de calcul) interconectate prin intermediul unor medii de comuncatie (cablu coaxial, fibra optica, linie telefonica, ghid de unde) in scopul utilizarii in comun de catre un numar foarte mare de utilizatori – chiar la nivel mondial – a tuturor resurselor fizice (hardware), logice (software de baza si aplicatii) si informationale (baze de date) asociate calculatoarelor din retea.

Prin astfel de retele de calculatoare se poate asigura o integrare informatica a unui numar foarte mare de utilizatori la nivel local, regional si mondial.

Avantaje: Aparitia calculatoarelor conectate in retea a reprezentat o performanta privind utilizarea

calculatoarelor in procesarea informatiilor.

Avantajele oferite de retele de calculatoare: Utilizarea eficienta prin partajare a resurselor unitatii centrale (UC); Acces direct la resursele hardware (memorii externe, imprimante, etc.) si software (editoare,

limbaje de programare, programe specializate); Pastrarea programelor si fisierelor intr-o singura copie (pe server) si sistem de protectie a

fisierelor si programelor; Utilizarea simultana a bazelor de date de catre mai multi utilizatori; Comunicare si schimb de informatii (programe si fisiere) intre utilizatori la nivel local,

regional sau mondial. Dezvoltarea retelelor de calculatoare (mici sau mari) a contribuit la elaborarea si utilizarea unor

aplicatii cu un impact mare asupra vietii economice si sociale din intreaga societate:

Accesul la programe complexe ce ofera informatii utile la nivel macroeconomic;

Accesul la marile baze de date din domeniile economic, financiar, comunicatii, etc.;

Accesul la informatii stiintifice si transferul rapid al articolelor stiintifice Astazi vechiul model al unui singur calculator (sistem de calcul) care rezolva problemele (cererile)

unui numar de utilizatori, este inlocuit cu modelul nou al unui sistem de calculatoare interconectate.

Unul sau mai multe calculatoare dintr-o retea reprezinta calculatoarele centrale (FS – File Server) care controleaza si gestioneaza prin intermediul unui sistem de operare, intreaga activitate de calcul din retea.

Aceste calculatoare centrale formeaza nucleul retelei.

Calculatorul central poate fi un calculator obisnuit (de regula cu cel putin 16 MB memorie interna) pe care este instalat un sistem de operare pentru retea: NETWARE, UNIX, LINUX, OS/2, WINDOWS NT.

Calculatorul central controleaza toate resursele comune (unitati de discuri, unitati de dischete, imprimante, plottere, modemuri, fisiere etc.), asigura securitatea datelor si sistemului, realizeaza comunicatii intre statiile de lucru.

Din punct de vedere hardware, o retea de calculatoare este constituita din: Calculataore centrale (server); Calculatoare de lucru (terminale); statii de lucru (workstations); Echipamente periferice; Elemente de conectare.

16

Statia de lucru (workstation) este un calculator obisnuit PC care lucreaza sub un sistem de operare obisnuit (Windows, Dos, Unix, Linux)

Tipuri de retele de calculatoare Functie de numarul statiilor de lucru si de aria lor de raspandire putem clasifica retelele de

clculatoare dupa cum urmeaza:

Retele locale (LAN- Local Area Networks) – unesc resursele dintr-o suprafata geografica limitata de genul unui birou/laborator, o cladire sau un grup de cladiri avand distanta dintre statiile de lucru de 10÷1000 m. Aceste resurse pot include vocea, conversatia video la fel de bine ca si datele de calculator;

Retele orasenesti (MAN- Metropolitan Area Networks) – lucreaza la nivelul unui oras avand distanta dintre statiile de lucru de ordinul kilometrilor.

Retele regionale/mondiale (WAN- Wide Area Networks) – lucreaza la nivelul unei regiuni sau la nivel mondial avand distanta dintre statiile de lucru de ordinul miilor de kilometri;

Retele publice (PDN – Public Data Networks) – lucreaza la nivelul unei regiuni sau la nivel mondial si au acces la diverse retele locale, de exemplu:

INTERNET (E-mail – posta electronica, WWW – World Wide Web) USENET si EUNET (Posta electronica si circulatia stirilor) CSNET si ARPANET (cercetare stiintifica) BITNET (informatii in diverse domenii)

O retea de transport lung uneste computerele la distanta mare. Ca si reteaua la distanta mare reteaua locala este conceputa pentru a lucra atat cu toate computerele interne cat si cu alte computere care sunt parti dintr-o retea la mare distanta.

Cand un LAN comunica cu un alt LAN cu acelasi tip de arhitectura ea face aceasta printr-o unitatea numita punte (bridge) sau repetitor.

Cand un LAN comunica cu o unitate cu alta proiectare comunicarea trebuie facuta printr-un gateway.

Topologii ( structuri) de retele locale Topologia (structura) unei retele de calculatoare reprezinta modul de conectare a statiilor de lucru

fata de Server. Modul de conectare va determina traseul pe care va circula informatia in retea, prin urmare o structura a comunicatiilor in retea.

In general, exista trei tipuri de topologii pentru retelele LAN.

Topologia unei retele descrie modul in care sunt aranjate geometric legaturile si nodurile.

Nodul poate fi un computer, un terminal, o imprimanta, etc, iar legatura este calea de comunicare intre noduri.

Legaturile fizice se refera la conexiunile efective: legaturile logice se refera la caile care pot fi folosite pentru comunicatiile dintre noduri.

17

Exista doua tipuri fundamentale de legaturi. Legaturile punct-cu-punct sunt circuite care conecteaza doua si numai doua noduri fara sa treaca prin alte noduri.

Conexiunile dintre un computer si terminalele sale sunt in general structurate in acest fel.

Orice alt tip de legatura este numita legatura multipunct. Nodurile dintr-o retea pot fi organizate cu un nod responsabil al retelei. In acest caz exista un nod

master cu noduri tributare lui.

Alternativ, o organizare mai democratica poate fi folosita, cu fiecare nod avand responsabilitate pentru actiunile sale.

Acesta este numit control distribuit.

In fiecare caz controlul implica posibilitatea accesului la resursele retelei intr-o maniera echitabila.

Fiecare nod individual este structurat intr-una din urmatoarele trei posibilitati: intr-o retea in stea exista un singur procesor de control cu toate celelalte procesoare comunicand cu el.

Nodul central al stelei este nodul master; toate comunicatiile dintre doua noduri tributare acestuia trebuie sa treaca prin master.

O varianta a stelei este arborele. In acest caz nodurile tributare pot coordona comunicatiile intre noduri subsidiare lor.

Topologia Star (stea) Ofera o viteza mare de comunicatie, fiind destinata aplicatiilor in timp real.

Comunicatia in interiorul retelei este realizata prin transferul pachetelor de date.

Fiecare pachet contine adresa nodului destinatie, adresa nodului emitator si datele de transmis.

Intr-o retea stea toate acestea sunt dirijate de nodul de control.

Intr-o retea liniara sau inelara anumite semnale de control trebuie stabilite pentru a evita ca mai multe noduri sa trimita un mesaj in acelasi timp.

O metoda este folosirea simbolului de trecere (token passing).

Un mesaj special numit simbol (the token) este trecut din nod in nod in inel.

Cand un nod doreste sa trimita un pachet la alt nod el asteapta pana cand primeste simbolul.

El nu pastreaza simbolul (dovada), el mai intai isi scrie pachetul si apoi pastreaza simbolul.

Cu un singur simbol un singur nod poate sa transmita mesaje la un moment dat.Topologia star

18

Topologia bus (magistrala) Are o fiabilitate sporita, viteza mare de transmisie.

Aceasta topologie de baza este reteaua liniara.

Aceasta este similara unei retele in inel care a fost deschisa.

In ambele cazuri (inel si liniare), fiecare nod din retea trebuie sa examineze fiecare mesaj pentru a determina daca pachetul ii este adresat.

In reteaua inel nodurile participa activ la trecerea mesajelor spre nodul urmator; intr-o retea liniara nu este necesara o asemenea actiune.

Fizic, reteaua liniara are un avantaj asupra celei in inel deoarece este mai usor de instalat intr-o cladire: tot ceea ce este necesar fiind linia de conectare (cablu coaxial).

Retelele in inel pe de alta parte, necesita fire intre toate punctele pentru a pastra conectivitatea inelului.

Topologia bus

Topologia ring (inel) Permite “egalitatea” statiilor de lucru intre ele.

19

Retelele in inel leaga toate nodurile intr-un circuit inchis.

Nodurile pot fi egale in ceea ce priveste manipularea retelei (activitate distribuita), sau poate exista un nod de control (master).

In domeniul topologiilor pentru retelele de calculatoare s-au realizat si unele standardizari, dintre care amintim:

Topologia ring

Comunicarea intre unitati dintr-un LAN este controlata de un protocol.

Un protocol este un set formal de reguli.

In clinica, protocolul descrie pasii necesari pentru a evalua o ipoteza.

In comunicatii, protocoalele sunt reguli pentru schimbul de date intre noduri si legaturi.

In majoritatea cazurilor aceste pachete contin de la 128 la 1024 de bytes.

Astfel, un mesaj logic poate fi descompus in mai mult decat un pachet. Pachetele sunt unitatile fizice ale transmisiei.

Ele contin atat informatii de gestiune interna cat si la mare distanta – mesaje individuale sunt transmise nodurilor intermediare.

In fiecare nod intermediar este determinat nodul urmator in functie de destinatie si sarcina avuta. Astfel, un singur mesaj logic poate fi descompus in mai multe pachete.

Fiecare pachet poate fi dirijat pe cai diferite si pachetele din acelasi mesaj logic pot sosi la destinatie intr-o ordine aleatoare.

Aceasta metoda de dirijare este numita pastreaza si trimite.

20

Comparativ, in retelele liniare se foloseste o metoda asemanatoare radiofoniei, fiecare nod putand accesa fiecare mesaj.

Metoda de pastrare si trimitere poate fi folosita insa numai pentru datele pe calculator, ea nu este potrivita pentru conversia prin voce. De ea se folosesc cel mai bine circuitele.

Metoda radiofonica permite in schimb transmiterea pe acelasi cablu atat a vocii cat si a datelor de calculator.

Inainte de a intelege cum se face aceasta trebuie sa intelegem cum sunt schimbate pachetele de date System A System B

Application ←level 7 protocol → Application

Presentation ←level 6 protocol → Presentation

Session ←level 5 protocol → Session

Transport ←level 4 protocol → Transport

Network ←level 3 protocol → Network

Data Link ←level 2 protocol → Data Link

Physical ←level 1 protocol → Physical Transmisia datelor intr-o retea implica o mare varietate de procese de la pregatirea mesajelor logice

de transmis pana la transmisia efectiva a semnalelor electrice.

International Standard Organization (ISO) a schematizat aceste procese diferite intr-un model pe sapte nivele.

Nivelul unu al acestui model defineste conexiunile electrice si mecanice.

Nivelul doi este pentru corelarea datelor. El defineste formatul la nivel de bit si verificarea erorilor.

Nivelul trei este controlul de retea al adreselor si dirijarii mesajelor.

Fiecare nivel comunica cu celelalte nivele in acelasi nod prin interfete.

Regulile pentru a intelege ce se trimite prin retea se numesc protocoale.

Exista un protocol care permite unui modul de nivel unu sa comunice cu un alt modul de nivel unu din retea.

Fiecare modul de nivel unu transforma date pentru sau de la modulul de nivel doi.

In acest fel, doua module de nivel doi, in moduri diferite pot comunica logic unul cu altul.

Modulul de nivel doi determina daca o transmisie este valida a sosit.

21

Daca a sosit, datele sunt trimise la nivelul controlerului de retea unde pachetul este procesat.

Daca toate nodurile din retea folosesc aceleasi reguli pentru a defini un pachet, atunci modulul de nivel trei din fiecare nod va putea sa trimita sau sa receptioneze pachete de la orice alt nod din retea.

Pe scurt protocolul ofera posibilitatea de a transmite date folosind un standard prestabilit.

Exista cateva standarde. System Network Architecture (SNA) de la IBM suporta toate cele sapte nivele ISO.

Ethernet suporta numai primele 3 nivele ale pachetului ISO.

Unele protocoale sunt implementate ca hard separat; altele sunt implementate in claculator.

Cand folosim un protocol cum este SNA putem opera la nivelul mesajelor logice.

Cand folosim un protocol cum este Ethernet, avem nevoie de module care pot realiza functiile celor patru nivele de conversie in pachete si mesaje logice.

In general acestea sunt implementate ca functii soft.

Cand comunicam intre retele cu protocoale diferite, conversia protocoalelor este necesara.

Aceasta este functia asa numitelor gateway (porti de transmisie).Mediul Internet si Reteaua (The Net)

Mediul Internet este un ansamblu de retele de calculatoare interconectate care impreuna cu miile de calculatoare individuale (terminale, statii de lucru) si milioane de utilizatori, constituie comunitatea Internet care are la dispozitie un mediu informational si de calcul cu foarte multe servicii informatice si resurse (baze de date diverse, biblioteci de programe, documentatii, etc.)

Mediul Internet constituie un ansamblu complex de arhitecturi, componente fizice si sisteme de operare, care trateaza in mod egal atat minicalculatoarele sau retelele de calculatoare , cat si PC-urile sau mainframe-urile.

Facilitatile mediului au o importanta egale, iar componentele sale se comporta una fata de alta fara nici o discriminare.

Spre deosebire de retelele comerciale de calculatoare pentru servicii (Serviciile bancare: Netbanking, E-banking, America On Line), mediul Internet este un ansamblu de retele de calculatoare la nivel mondial ce realizeaza conectarea a milioane de calculatoare si care reprezinta:

calculatoare guvernamentale si ale institutiilor natiunilor den intreaga lume;

calculataorele miilor de universitati si scoli din intreaga lume;

sisteme de calcul ale marilor corporatii (Microsoft, IBM, Apple, etc.);

sisteme de calcul ale unor organizatii si fundatii stiintifice, culturale, sociale;

calculatoare ale marilor agentii de presa si televiziune din intreaga lume;

22

calculatoarele milioanelor de utilizatori din intreaga lume Din punct de vedere architectural, mediul Internet este de fapt o retea gigantica de retele de

calculatoare raspandita la nivel mondial si care inglobeaza diverse produse hardware si software ce gestioneaza o mare colectie de baze de date ce contin informatii si servicii de toate tipurile, acestea fiind accesibile de la orice calculator (terminal) conectat la retea in orice loc si la orice moment.

Comentariu. Mediul Internet este cel mai mare system informatic din lume, perfect legal si in multe cazuri gratuit. Resursele pe care le ofera sunt immense si ele se schimba aproape zilnic, asa cum se schimba tehnologiile informatice.

In Romania, dupa 1990 reteaua Internet a cunoscut o expansiune deosebita prin aparitia diverselor legaturi interne si internationale, constituite in diverse retele.

La inceput au aparut reteaua din mediul universitar (nodul central fiind UPB – Universitatea Politehnica Bucuresti) si reteaua din mediul cercetarii (nodul central fiind ICI – Institutul de Cercetari in Informatica)

Reteaua locala UPB este nodul central al retelei RoEduNet (the Romanian Education Network) de care sunt conectate retele din peste 50 institutii de invatamant si de cultura din Bucuresti si din tara.

Reteaua locala a Universitatii Bucuresti este conectata la acesta retea.

In present, majoritatea centrelor universitare din tara au retele locale conectate la reteaua Internet.

De asemenea, multe scoli generale si licee din Bucuresti si din tara sunt conectate la Internet.

Majoritatea institutiilor guvernamentale si neguvernamentale, institute de cercetare si proiectare, marile biblioteci din tara, firme cu diverse activitati sunt conectate la Internet.

Cererea pentru conectarea la reteaua Internet a determinat aparitia atat a furnizorilor de servicii Internet pentru domeniul public cat si pentru domeniul commercial.

Evolutia si dezvolatarea mediului Internet. In anul 1968 a aparut ideea necesitatii guvernului S.U.A. de a interconecta pe o intindere mare, un

numar mare de calculatoare (de diverse tipuri si dimensiuni), in scopul cooperarii dintre universitati si departamentele militare ale tarii in cadrul unor proiecte de cercetare comune.

Din aceste motive a luat fiinta agentia ARPA (Advanced Research Projects Agency) a carei activitate s-a concretizat in anul 1970 prin proiectele:

ARPANET – retea de calculatoare pentru cercetari in beneficiul guvernului S.U.A.;

MILNET – retea de calculatoare pentru cercetari in domeniul militar si de aparare. In anul 1975, s-a realizat standardizarea unor protocoale (limbaje de comunicare intre calculatoarele

interconectate) obtinandu-se standardul TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) utilizat pentru legarea in retea a calculatoarelor de la majoritatea universitatilor americane importante si de la departamentele de aparare din S.U.A.

Astfel a aparut reteaua de calculatoare DARPA Internet, apoi DARPANET si care a reprezentat nucleul unei gigantice retele de calculatoare pe care o numim astazi mediul Internet.

23

Dupa anul 1980, deja au inceput sa se lege la acest nucleu tot mai multe retele locale, principalele legaturi Internet realizandu-se prin organizatia NSF (National Science Foundation), gestionate de compania ANS (Advances Network and Services) in cooperare cu firmele IBM, MCI si un consortiu de universitati din Michigan.

De asemenea, in acesta perioada s-a realizat si interconectarea cu retele de pe continentul european, acesta prin intermediul comunicatiilor prin satelit.

Trebuie sa precizam faptul ca in anii ’80 s-au constituit retele independente care ulterior s-au conectat (prin sisteme numite gateways – porti electronice de legatura) la reteaua Internet:

reteaua Usenet, a luat fiinta pentru a conecta calculatoarele Universitatii Duke cu cele ale Universitatii Carolina de Nord (implementata de Tom Truscott si Jim Ellis in 1980);

reteaua CSNET (Computer Science Network), 1980;

reteaua NSFNET (National Science Foundation), 1986;

reteaua FidoNet ce a implementat serviciul “echomail” dezvoltat de Tom Jennings in 1984; astazi se poate accesa acest serviciu prin WWW;

reteaua BITNET (Because It’s Time Network), retea mondiala formata din Universitati, Institute de cercetare, Organizatii comerciale; in anul 1989 a fuzionat cu reteaua CSNET constituin reteaua CREN (Corporation for Research and Education Network);

reteaua BIX (Byte Information eXchange), retea creata de revista Byte pentru servicii on-line orientate pe probleme hardware pentru calculatoare;

reteaua EARN (European Academic and Research Network). Din anul 1992, administrarea mediului Intenet este realizata de organizatia internationale ISOC

(Internet Society) ce este sponsorizata de membrii comunitatii Internet din S.U.A., Europa si din alte continente.

Organizatia ISOC are urmatoarele organisme administrative:

IAB (Internet Architecture Board), ce se ocupa cu dezvoltarea protocoalelor din retea;

IEFT (Internet Engineering Task Force) , ce se ocupa de dezvoltarea specificatiilor pentru standarde;

IRTF (Internet Research Task Force), ce se ocupa de tehnologia interconectarii si stiinta informatiei.

TEHNICI DE EXPLORARE IN MEDICINAIMAGISTICA MEDICALAImagistica Medicala

Introducerea informaticii in medicina a condus la dezvoltarea tehnicilor exploratorii.

Reprezinta ansamblul de mijloace si tehnici ce permit obtinerea de informatii despre starea de sanatate a pacientului.

24

Explorarea informationala – implica interogarea bazelor de date si cautarea informatiilor existente despre antecedentele medicale ale pacientului.

Explorarea medicala – obtinerea de date privitoare la organismul pacientului ca sistem biologic si a starii subsistemelor sale.

Clasificarea tehnicilor de investigare Tehnici invazive

Scintigrafia medicala Radiografia Tomografia computerizata

Tehnici minim invazive Ultrasonografia (ecografia) Termografia Analiza de semnal (EKG, EEG, etc) Rezonanta magnetica nucleara si de spin

Imagistica medicala este folosita in: Reconstructia unei imagini bazate pe masuratori ale unui parametru fizic;

Obtinerea imaginii prin reconstructie;

Prezentarea si analiza imaginii;

Imbunatatirea calitatii imaginii prin procesare;

Stocarea, catalogarea si accesarea imaginilorModalitati de obtinere a imaginii

Masurarea unui parametru fizic ce poate reflecta o caracteristica de interes a organismului/tesutului- Masurarea radiatiei emise de organism- Masurarea unui semnal electric

Localizarea spatiala a valorii parametrului de interes.- Discretizarea spatiala a organismului- Calculul valorii parametrului de interes

Realizarea unei reprezentari grafice conventionale a valorilor parametrului

Analiza post-procesare si stocarea imaginilorSpectrul radiatiilor electromagnetice si partea spectrului folosita pentru fiecare tip de aplicatieUltrasunetele

Sunt produse de cristale piezoelectrice ce transforma energia electrica in energie acustica si vice-versa.

Cristalele pot vibra cu frecvente cuprinse intre 2÷10 MHz, mult mai inalte decat frecventa sunetelor pe care le putem auzi (maxim 20 kHz).

Similar radarului si sonarului sunt emise unde sonore pulsatorii si sunt masurate energiile si timpii necesari sosirii ecoului dupa ce undele sonore au fost reflectate.

25

Principalul scop este determinarea distantei dintre sursa ultrasunetelor si mediile pe care sufera reflexie.

Prin intermediul unui monitor se pot observa imaginile anatomice ale ariei investigate.

Precizia masuratorilor este invers proportionala cu durata pulsului: durata mica a pulsului emis determina o precizie marita in masurarea distantei.

Ultrasunetele Sunt produse de cristale piezoelectrice ce transforma energia electrica in energie acustica si vice-

versa.

Cristalele pot vibra cu frecvente cuprinse intre 2÷10 MHz, mult mai inalte decat frecventa sunetelor pe care le putem auzi (maxim 20 kHz).

Similar radarului si sonarului sunt emise unde sonore pulsatorii si sunt masurate energiile si timpii necesari sosirii ecoului dupa ce undele sonore au fost reflectate.

Principalul scop este determinarea distantei dintre sursa ultrasunetelor si mediile pe care sufera reflexie.

Prin intermediul unui monitor se pot observa imaginile anatomice ale ariei investigate.

Precizia masuratorilor este invers proportionala cu durata pulsului: durata mica a pulsului emis determina o precizie marita in masurarea distantei.

Avantaje si aplicatii: Nu prezinta efecte secundare daunatoare; Este o metoda importanta de examinare a copiilor mici si a femeilor insarcinate; Investigarea functionarii inimii; Examinarea creierului; Examinarea ochilor; Detectarea tumorilor si a chisturilor.

Radiologia Obtinerea imaginilor radiologice se bazeaza pe trimiterea unui fascicul de radiatii X catre pacient in

scopul examinarii.

Radiatia X transmisa este detectata de un ecran fluoroscopic cu expunerea unui film sau prin intermediul unui intensificator de imagine.

Atenuarea radiatiei X depinde de tipul de tesut parcurs (densitate si structura chimica)

Principiul radiografiei X cu intensificator de imagine.

Odata ajunse la intensificatorul de imagine, radiatiile X sunt transformate intr-o distributie de electroni ce produce o imagine amplificata a luminii pe un ecran fluorescent, imagine ce poate fi vizualizata pe un monitor si poate fi stocata pe un CD-ROM

Radiologia digitala

26

Imaginile se genereaza pe o placa luminiscenta in locul combinatiilor ecran-film radiologic. Imaginea latenta formata este citita prin intermediul unui scaner laser. Astfel se poate obtine imaginea radiografica digitala. Imaginea este post-procesata pentru punerea in eviventa a detaliilor invizibile cu ochiul liber.

Radiologia digitala de substractie Principiul maririi contrastului:

a) Distributie intensitatii de-a lungul unei linii a imaginii;b) Aceeasi distributie dupa injectarea mediului de contrast;c) Distributia intensitatii dupa substractie;d) Distributia intensitatii dupa sporirea contrastului.

Rezonanta magnetica

Asigura reprezentarea distributiei tesuturilor intr-o sectiune transversala a corpului, pe baza densitatii atomilor de hidrogen.

La iradierea corpului cu radiatie EM de anumita frecventa, intr-o directie perpendiculara pe un camp magnetic extern, vor rezona numai nucleele cu frecventa de rezonanta egala cu frecventa pulsului de RF.

Frecventa Larmour depinde de intensitatea campului magnetic. Apare un curent indus in spirele bobinei perpendiculare pe campul magnetic extern;

Amplitudinea curentului este proportionala cu numarul de nuclee rezonante din volum si cu frecventa Larmour ce determina pozitia probei;

Se obtine densitatea atomilor de hidrogen la fiecare locatie, prin retroproiectie.

La incetarea pulsului de radiofrecventa, tesuturile magnetizate revin la echilibru prin fenomenul de relaxare.

Relaxarea longitudinala T1- este datorata schimbului de energie cu nucleele inconjuratoare – 63% din nuclee se realiniaza in campul magnetic extern.

Relaxarea transversala T2 – este datorata interactiunii spin-spin.

Tesuturi diferite au T1 si T2 diferiti functie de densitate.

Rezulta variatia in contrast a zonelor de tesut diferit.

Intr-un camp magnetic neomogen numai protonii vor rezona la anumite frecvente localizate acolo unde intensitatea campului magnetic este in concordanta cu frecventa radianta. Prin modificarea frecventei alte zone vor rezona.

Tomografia computerizata Reprezinta modalitatea de obtinere a imaginilor ce portretizeaza distributia reala a tesuturilor in

sectiune transversala.

27

Considerand o sectiune transversala de 1 mm grosime, o putem imparti in elemente de arie foarte mica.

La trecerea unui fascicul ingust de radiatii X prin sectiune, fiecare element atenueaza fasciculul pana la o anumita valoare;

Marimea atenuarii este determinata de compozitia moleculara si densitatea tesutului;

Intensitatea fasciculului transmis va fi mai mica decat cea a fasciculului incident;

Fiecare element atenueaza diferit datorita prezentei unui tesut diferit.

Principiul tomografiei computerizate. Combinatia unui tub de radiatii X cu un detector este translatata de-a lungul pacientului, producand un profil al densitatii p(K,f). Prin rotirea combinatiei detector-tub deradiatii X se obtin un numar de profile. Din aceste profile se pot determina coeficientii de atenuare ai fiecarui pixel (voxel).

28