Tin học đại cương - Chương 1: Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính

Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 26/02/2007 Đặng Xuân Hà 1 Tin học đại cương (Ch1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính) Đặng Xuân Hà Department of Software Engineering, Faculty of Information Technology, Hanoi Agricultural University. Web: Email: dxha at hau1.edu.vn; dangxuanha at gmail.com Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 226/02/2007 Ch 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 1. Thông tin và tin học 2. Lịch sử máy tính 3. Phân loại máy tính 4. Các hệ đếm 5. Biểu diễn thông tin trong máy tính 6. Đại số logic Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 326/02/2007 1. Thông tin và tin học „ Dữ liệu (data/raw data): các sự kiện không có cấu trúc, không có ý nghĩa rõ ràng, chưa mang lại hiểu biết về đối tượng … Con số (number) … Chữ/ký tự (text/character) … Hình ảnh (image) „ Thông tin (information): dữ liệu sau khi được xử lý, mang lại hiểu biết về đối tượng (ý nghĩa của dữ liệu) „ Tin học (Informatics/Information Science) … Ngành khoa học nghiên cứu các vấn đề thu thập, lưu trữ và xử lý dữ liệu để có được thông tin mong muốn bằng máy tính. 26/02/2007 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 4 KHMT, Tin học, CNTT? „ KHMT = Computer Science „ “The study of computer technology, including hardware and software.” [1] „ Tin học = Information Science (Informatics) „ “... gathering, manipulation, classification, storage, and retrieval of recorded knowledge.” [1] „ CNTT = Information Technology „ “Processing information by computer.” [2] Theo: 1. The American Heritage® Dictionary of the English Language 2. Computer Desktop Encyclopedia Nghiên cứu công nghệ máy tí h, bao gồm phần cứng và phần mềm máy tính. Nghiên cứu quá trình thu thập, lưu trữ, xử lý dữ liệu/thông tin dưới sự trợ giúp của máy tính. Xử lý thông t bằng máy tính. Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 526/02/2007 Học IT là học gì? „ Những nguyên lý hoạt động và xây dựng các hệ xử lý thông tin (phần cứng, phần mềm) „ Ứng dụng máy tính vào giải quyết các bài toán thực tế „ Tại ĐH NN 1: Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 626/02/2007 2. Lịch sử máy tính „ 1937, Turing, khái niệm về các con số tính toán và máy Turing. „ 1943-1946, ENIAC …Máy tính điện tử đa chức năng đầu tiên chế tạo bởi J.Mauchly & J.Presper Eckert. „ 1945, John Von Neumann đưa ra khái niệm về chương trình được lưu trữ. „ 1952, Neumann IAS parallel-bit machine. Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 26/02/2007 Đặng Xuân Hà 2 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 726/02/2007 „ 1945 – 1954, thế hệ 1 (first generation) … Bóng đèn chân không (vacuum tube) … Bìa đục lỗ … ENIAC: 30 tấn, 18.000 bóng đèn, 100.000 phép tính/giây. „ 1955-1964, thế hệ 2 … Transitor … Intel transitor processor „ 1965-1974, thế hệ 3 …Mạch tích hợp (Integrated Circuit – IC) „ 1975-nay, thế hệ 4 … LSI (Large Scale Integration) … VLSI (Very LSI), ULSI (Ultra LSI) Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 826/02/2007 3. Phân loại máy tính „ Supercomputer … Nhanh hơn PC 50-1.500 lần … Phục vụ nghiên cứu là chính „ Mainframe … Nhanh hơn PC 10-40 lần „ Minicomputer … Nhanh hơn PC 3-10 lần „ Microcomputer / Personal Computer (PC) … Desktop … Laptop „ Handheld Computer „ Micro-controller Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 926/02/2007 www.Top500.org Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 1026/02/2007 IBM Blue Gene/L Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 1126/02/2007 4. Hệ đếm „ Khái niệm „ Hệ đếm cơ số 10 „ Hệ đếm cơ số bất kỳ „ Hệ đếm cơ số 2 „ Hệ đếm cơ số 16 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 1226/02/2007 4.1. Khái niệm „ Hệ đếm (numeral system): Hệ thống cho phép biểu diễn số (number) „ Một hệ đếm bất kỳ được xác định bởi: …Tập ký hiệu được sử dụng. „ Số lượng ký hiệu được gọi là cơ số của hệ đếm (base hay radix) …Quy tắc kết hợp các ký hiệu để biểu diễn con số Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 26/02/2007 Đặng Xuân Hà 3 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 1326/02/2007 4.2. Hệ đếm cơ số 10 (Decimal system) „ Cơ số 10 …10 ký hiệu: 0,1,2,,9 „ anan-1a0 = an.10n + an-1.10n-1 ++ a0.100 …123 = 1.102 + 2.101 +3.100 …123,45 = 1.102 + 2.101 +3.100 + 4.10-1 + 5.10-2 „ Khi viết, có thể thêm ký hiệu cơ số hoặc không: …496 …49610 …496D Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 1426/02/2007 4.3. Hệ đếm cơ số a bất kỳ „ Sử dụng a ký hiệu để biểu diễn „ Ký hiệu có giá trị nhỏ nhất là ‘0’ „ Ký hiệu có giá trị lớn nhất là a-1 „ Giá trị của chữ số thứ n bằng số đó nhân với giá trị của vị trí …Giá trị của vị trí = an …n = vị trí, chữ số đầu tiên có vị trí là n-1 …Phần thập phân được đánh số âm Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 1526/02/2007 4.4. Hệ đếm cơ số 2 (Binary system) „ Sử dụng 2 ký hiệu 0 và 1 „ Binary (nhị phân) „ Biểu diễn thông tin trong máy tính …Việc đối xử các linh kiện điện tử như là có hai trạng thái khá đơn giản: „ Đóng hoặc mở (công tắc) „ Tích điện hoặc không tích điện (tụ điện) „ Chữ số nhị phân = BIT (Binary digiT) „ Viết: 10012 hoặc 1001B Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 1626/02/2007 Chuyển số nguyên từ hệ 10 sang hệ 2 „ D = số cần chuyển „ Chia D (chia nguyên) liên tục cho 2 cho tới khi kết quả phép chia = 0 „ Lấy phần dư các lần chia viết theo thứ tự ngược lại Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 1726/02/2007 Chuyển số thực từ hệ 10 sang hệ 2 „ Phần nguyên … Chia liên tiếp cho 2 … Viết theo chiều ngược lại „ Phần thập phân … X = phần thập phân … Nhân X với 2, kết quả gồm 2 phần: „ Phần nguyên „ Phần thập phân … Lặp lại từ bước đầu, đến khi muốn dừng hoặc kết quả =0 … Viết các phần nguyên theo đúng thứ tự được kết quả Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 1826/02/2007 Chuyển số từ hệ 2 sang hệ 10 „ (anan-1a0)B = an.2n + an-1.2n-1 ++ a0.20 „ Ví dụ: …0B = 0; 10B = 2 …1001B = 1.23 + 0.22 +0.21 + 1.20 = 9 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 26/02/2007 Đặng Xuân Hà 4 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 1926/02/2007 4.4.4. Các phép toán trên hệ 2 „ Phép cộng (addition) „ Số âm (số bù hai) – 2’s complement „ Phép trừ (subtraction) „ Phép nhân (multiplication) „ Phép chia (division) Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 2026/02/2007 Cộng hai số nhị phân „ Cộng có nhớ các cặp số cùng vị trí từ phải sang trái „ Bảng cộng „ Ví dụ …1010 + 1111 = 11001 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 2126/02/2007 Số bù hai (số âm) „ Số bù một …Đảo tất cả các bit của một số nhị phân ta được số bù một của nó „ Lấy số bù một cộng 1 ta được số bù hai của số nhị phân ban đầu „ Ví dụ …B = 1001 …Bù một của B: 0110 …Bù hai của B: 0111 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 2226/02/2007 Trừ hai số nhị phân B1 – B2 „ B2 + bù hai của B2 = 0 (lấy số chữ số = số chữ số của B2) „ Có thể coi bù hai của B2 là số đối của B2 „ B1 – B2 = B1 + bù hai của B2 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 2326/02/2007 1010 - 0101 „ Bù một của 0101: 1010 „ Bù hai của 0101 = 1010 + 1 = 1011 „ 1010 – 0101 = 1010 + 1011 = 0101 (chỉ lấy 4 bit kết quả) Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 2426/02/2007 Nhân hai số nhị phân „ Nhân từ phải qua trái theo cách thông thường „ Bảng nhân „ Ví dụ …1011 x 101 = 110111 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 26/02/2007 Đặng Xuân Hà 5 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 2526/02/2007 Chia hai số nhị phân „ Nguyên lý …Giống như chia số thập phân „ Ví dụ: 11101 chia 101 … 111:101 = 1 dư 10 … Hạ 0 xuống 100:101 = 0 dư 100 … Hạ 1 xuống 1001:101 = 1 dư 100 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 2626/02/2007 4.5. Hệ đếm cơ số 16 (Hexadecimal) „ Sử dụng 16 ký hiệu: …0..9 …A,B,C,D,E,F „ Khi viết, thêm ký hiệu cơ số …Vd: 1AFH hoặc 1AF16 hoặc 1AFH „ AH = 10 „ FH = 15 „ 10H = 16 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 2726/02/2007 4.5.1. Chuyển đổi hệ 16 và hệ 10 „ Từ hệ 10 Æ hệ 16 …Thực hiện chia liên tiếp cho 16 …Lấy phần dư viết ngược lại „ Từ hệ 16 Æ hệ 10 …(anan-1a0)H= an.16n + an-1.16n-1 ++ a0.160 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 2826/02/2007 4.5.2. Chuyển đổi hệ 16 và hệ 2 „ Một chữ số hệ 16 tương đương 4 BIT của hệ hai …1H = 0001B …FH = 1111B „ Xem bảng chuyển đổi các hệ Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 2926/02/2007 Hệ 16 Æ hệ 2 „ Căn cứ vào bảng chuyển đổi, lần lượt thay thế 1 chữ số của số hệ 16 bằng 4 bit nhị phân „ Ví dụ: …AH = 1010B …7H = 0111B Æ A7H = 1010 0111B Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 3026/02/2007 Hệ 2 Æ hệ 16 „ Căn cứ vào bảng chuyển đổi „ Nhóm 4 bit một từ phải sang trái rồi thay thế bằng chữ số tương ứng trong hệ 16 „ Ví dụ: 111 1100B = 0111 1100B = 7CH Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 26/02/2007 Đặng Xuân Hà 6 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 3126/02/2007 4.6. Hệ bát phân (Octal system) „ Sử dụng 8 ký hiệu: 0..7 „ Xem thêm trong giáo trình. Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 3226/02/2007 5. Biểu diễn thông tin trong máy tính „ Cách biểu diễn „ Đơn vị thông tin „ Mã hoá „ Logic lưu trữ trên thiết bị lưu trữ …Tệp …Thư mục Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 3326/02/2007 5.1. Cách biểu diễn „ Thông tin trong máy tính được biểu diễn dạng nhị phân „ Một số nhị phân n bit có khả năng biểu diễn 1 trạng thái trong số 2n trạng thái khác nhau. „ Ví dụ: … 5 bit biểu diễn được 32 trạng thái … 5 bit có thể dùng để biểu diễn 26 chữ cái A..Z Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 3426/02/2007 5.2. Đơn vị thông tin „ BIT … 0 hoặc 1 „ 1Byte = 8 BIT „ 1KB = 210 Bytes = 1024 Bytes „ 1MB = 1024 KB „ 1GB = 1024 MB „ 1TB = 1024 GB „ Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 3526/02/2007 5.3. Mã hoá „ Khi biểu diễn thông tin, cần có quy tắcÆ mã hoá (encode) „ Ví dụ …Mã SV: 20041021234 „2004: Vào trường năm 2004 „102: Mã ngành „1234: Số hiệu sinh viên …Phòng: B209 (Nhà B - Tầng 2 - Phòng 09) …Biển số xe, „ Mã hoá phải “rõ ràng” và “đầy đủ” Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 3626/02/2007 Mã hoá trong máy tính „ “Mọi thứ” được mã bởi số nhị phân (số hoá) „ Độ lớn của mã = số bit sử dụng để mã hoá „ Dùng n bit thì biểu diễn được 2n trạng thái khác nhau. „ Quy luật hiểu được mã nhị phân „ Ví dụ: Sử dụng 5 bit để mã hoá chữ cái hoa A..Z (26 chữ cái) … 00000 Å A … 00001 Å B … 11001 Å Z … 11001 – 11111: chưa sử dụng Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 26/02/2007 Đặng Xuân Hà 7 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 3726/02/2007 ASCII „ ASCII (American Standard Code for Information Interchange) „ Dùng 8 bit để mã hoá các chữ cái. „ Mỗi chữ cái được gọi là một ký tự. „ Mã hoá được 28 = 256 ký tự. …0Æ31,127: Các ký tự điều khiển …32Æ126: Các ký tự thông thường …128Æ255: Các ký tự đặc biệt Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 3826/02/2007 Mục kiểu dữ liệu ký tự Tr. 44, sách của thầy QTNgọc Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 3926/02/2007 Unicode „ Bộ mã có khả năng mã hoá “tất cả” các con chữ của các nước. „ Sử dụng nhiều hơn 8 bit (2,3,4, Bytes) để mã hoá ký tự. „ 2 Bytes mã hoá được 216 = 65536 ký tự. „ Hầu hết các chữ cái của các nước trên thế giới …Việt Nam …Thái Lan …Nga, ₤ ằ ề ẵ Ж й שת∑√ ∂☻♥ Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 4026/02/2007 5.4. Logic lưu trữ trên thiết bị lưu trữ của máy tính „ Tệp và thư mục „ Tên tệp và tên thư mục …Môi trường DOS …Môi trường Windows Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 4126/02/2007 5.4.1. Tệp và thư mục {1} „ Hãy tưởng tượng, chúng ta cần lưu trữ danh sách các lớp sinh viên của trường ĐHNNI tại tủ hồ sơ của phòng ĐT …Khoá: Mỗi khoá một ngăn to „ Khoa: Mỗi khoa một ngăn nhỏ chứa trong ngăn của khoá … Lớp: Mỗi lớp có một tờ danh sách lớp, đặt trong ngăn của khoa „ Các ngăn = chỗ chứa „ Tờ danh sách = thông tin thực sự Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 4226/02/2007 5.4.1. Tệp và thư mục {2} „ Các thiết bị lưu trữ (ngoài) của máy tính …Ổ cứng …Ổ mềm „ Thư mục (directory, folder) …Giống như các ngăn chứa trong tủ hồ sơ. …Thư mục có thể chứa các tệp và thư mục khác. …Thư mục ở cấp cao nhất gọi là thư mục gốc. „ Tệp (file) …Giống như tờ danh sách. …Tổ chức dữ liệu thực tế lưu trên thiết bị lưu trữ. Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 26/02/2007 Đặng Xuân Hà 8 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 4326/02/2007 5.4.2. Tên tệp và tên thư mục „ Tuỳ thuộc hệ thống máy tính, cách đặt tên là khác nhau „ Hệ điều hành MS-DOS … Tên gồm 2 phần „ Phần tên: ≤ 8 ký tự „ Phần mở rộng: ≤ 3 ký tự (loại tệp, thư mục) … Ngăn cách bởi dấu chấm … Ví dụ: danhsach.doc, baithi.pas, … Thường thì thư mục không sử dụng tên mở rộng „ Hệ Windows … Tên cũng gồm 2 phần … Chiều dài tối đa là 256 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 4426/02/2007 Ví dụ: Thư mục và tệp trong Windows Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 4526/02/2007 6. Đại số logic „ Mệnh đề logic „ Biến logic „ Hằng, hàm logic „ Các toán tử logic „ Mạch logic Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 4626/02/2007 6.1. Mệnh đề logic „ Khẳng định hay phủ định một sự kiện hay vấn đề. „ Chỉ đúng hoặc sai …Đúng – TRUE (1) …Sai – FALSE (0) „ Ví dụ …“Con voi to nặng hơn con kiến bé” là mệnh đề đúng …“Rửa bát đi!” không phải mệnh đề …“Hổ là động vật ăn cỏ” là mệnh đề sai Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 4726/02/2007 6.2. Biến logic „ Là biến „ Chỉ có thể nhận một trong hai giá trị …Đúng (TRUE), hoặc …Sai (FALSE) „ Ví dụ: X = “M là số âm” …Khi M là số âm: X = TRUE …Ngược lại, X = FALSE Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 4826/02/2007 6.3. Hằng và hàm logic „ Hằng logic …Có giá trị xác định …Giá trị đó là TRUE hoặc FALSE …Ví dụ: “2>3” là một hằng logic nhận giá trị FALSE „ Hàm logic …Sự kết hợp của hằng, biến và toán tử …Toán tử: và, hoặc, …Ví dụ: “m≥3” và “m≤5” Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 26/02/2007 Đặng Xuân Hà 9 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 4926/02/2007 6.4. Toán tử logic „ Là các phép toán với các mệnh đề, hằng, biến logic „ Các toán tử cơ bản: …NOT …AND …OR …XOR Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 5026/02/2007 6.4.1. Toán tử “PHỦ ĐỊNH” „ Ký hiệu: NOT … NOT X „ Gọi tên … PHỦ ĐỊNH „ Ví dụ … NOT (“2>3”) = TRUE Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 5126/02/2007 6.4.2. Toán tử “VÀ” „ Ký hiệu: AND … X AND Y „ Gọi tên … VÀ … HỘI „ X AND Y chỉ đúng khi cả X và Y cùng đúng „ Ví dụ … “2>3” AND “3=4-1” nhận giá trị FALSE Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 5226/02/2007 6.4.3. Toán tử “HOẶC” „ Ký hiệu: OR … X OR Y „ Gọi tên … HOẶC … TUYỂN „ X OR Y chỉ sai khi cả X và Y cùng sai „ Ví dụ … “2>3” OR TRUE nhận giá trị TRUE Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 5326/02/2007 6.4.4. Toán tử “HOẶC LOẠI TRỪ” „ Ký hiệu: XOR (Exclusive OR) … X XOR Y „ X XOR Y sai khi X = Y „ Ví dụ … “2>3” XOR TRUE nhận giá trị TRUE … FALSE XOR “2>3” nhận giá trị FALSE Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 5426/02/2007 Thứ tự ưu tiên và một số tính chất „ Thứ tự ưu tiên …Dấu ngoặcÆ NOT Æ AND Æ (OR, XOR) Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 26/02/2007 Đặng Xuân Hà 10 Chương 1. Máy tính và xử lý thông tin bằng máy tính 5526/02/2007 6.5. Mạch logic „ Mạch điện tử …Tín hiệu điện …TRUE: hiệu điện thế ≥ mức nào đó „ Đầu vào …Hằng, biến logic „ Đầu ra …Kết quả của phép toán hay hàm