SỞ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN CẤU TRÚC MÁY TÍNH NGHỀ QUẢN TRỊ MẠNG MÁY TÍNH TRÌNH ĐỘ ĐỘ CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số 285QĐ CĐNHN Ngày 21.giáo trình học tập, tài liệu cao đẳng đại học, luận văn tiến sỹ, thạc sỹ GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN CẤU TRÚC MÁY TÍNH NGHỀ QUẢN TRỊ MẠNG MÁY TÍNH
QUAN VỀ CẤU TRÚC MÁY TÍNH
Kiến trúc và tổ chức máy tính
5 Các mô hình kiến trúc máy tính
1 Sơ đồ khối của bộ xử lý
2 Các loại bộ nhớ bắn dẫn
3 Hệ thống nhớ phân cấp
4 Kết nối bộ nhớ với bộ xử lý
IV Thiết bị nhớ ngoài
1 Các thiết bị nhớ trên vật liệu từ
2 Thiết bị nhớ quang học
4 An toàn dữ liệu trong lưu trữ
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MÁY TÍNH
Mã chương :MHQTM 09-01 Mục tiêu:
- Trình bày lịch sử phát triển của máy tính, các thành tựu của máy tính;
- Trình bày khái ni ệ m v ề thông tin;
- Mô t ả đượ c các ki ế n trúc máy tính;
- B iến đổi cơ bản của hệ thống số, các bảng mã thông dụng được dùng để biểu diễn các ký tự
1 Các mốc lịch sử phát triển công nghệ máy tính
Mục tiêu: Trình bày lịch sử phát triển của máy tính, các thành tựu của máy tính
30 năm trước, IBM PC 5150 ra đời và phá vỡ mọi quan niệm trước đó về máy tính Lần đầu tiên, máy tính được nhìn nhận như một thiết bị có kích thước vừa phải, có mức giá hợp lý và dễ tiếp cận với công chúng hơn Sự xuất hiện của 5150 đánh dấu bước ngoặt quan trọng, mở ra kỷ nguyên của máy tính cá nhân phổ thông và thúc đẩy sự quan tâm của công chúng đối với công nghệ thông tin.
Vào năm 1982, Franklin Ace 100 gây ra vụ kiện bản quyền phần mềm đầu tiên trong lịch sử công nghệ khi Apple kiện Franklin Computer Corp vì sao chép phần mềm và phần cứng của máy tính Apple II để sản xuất Franklin Ace 100; trong vụ kiện này Apple đã giành chiến thắng, đặt nền tảng cho các vụ kiện bản quyền đối với các máy tính sao chép sau này.
Commodore được xem là hãng máy tính gia đình nổi tiếng nhất thế giới, với sự thành công vang dội của Commodore 64 Từ năm 1982 đến 1993, gần 30 triệu máy tính Commodore 64 đã được bán ra trên toàn cầu.
XT là bản nâng cấp máy tính cá nhân 5150 đầu tiên của IBM XT có ổ cứng trong 10
MB Sản phẩm này của IBM sau đó nhanh chóng trở thành máy tính tiêu chuẩn
Lisa là máy tính tiêu dùng đầu tiên có giao diện đồ họa (GUI), mở ra kỷ nguyên tương tác người dùng trực quan và làm việc với máy tính dễ dàng hơn Tuy nhiên, mức giá lên tới 10.000 USD đã trở thành rào cản lớn khiến sản phẩm khó tiếp cận người tiêu dùng và giới hạn sự phổ biến trên thị trường máy tính cá nhân.
Trong năm 1984, Macintosh đã đạt được thành công vang dội và để lại di sản kéo dài đến ngày nay, khi các sản phẩm máy tính của Apple vẫn được coi là kế thừa trực tiếp của Macintosh Macintosh cũng sở hữu giao diện đồ họa tương tự Lisa, nhưng với mức giá mềm hơn nhiều, giúp sản phẩm dễ tiếp cận và được thị trường ưa chuộng hơn.
Máy tính NeXT được sản xuất bởi công ty riêng do Steve Jobs thành lập sau khi ông rời Apple vào năm 1985 Tuy nhiên, chiếc máy tính này trở nên quan trọng vì một lý do đặc biệt: nó là mẫu máy tính đầu tiên được Tim Berners-Lee dùng làm máy chủ cho World Wide Web tại CERN, mở đầu cho sự phát triển của internet và các chuẩn web.
Vào năm 1994, máy tính Deep Thought của IBM đã bị Kasparov đánh bại một cách dễ dàng, mở đầu cho cuộc đối đầu giữa con người và trí tuệ nhân tạo Tháng 2 năm 1996, Deep Blue bất ngờ thắng Kasparov ở ván đầu tiên và đây là lần đầu một đương kim vô địch thế giới thất bại trước một đối thủ máy tính, tuy nhiên ở các ván sau Kasparov đã chinh phục Deep Blue Sau lần thua này, các kỹ sư IBM tiếp tục cải tiến Deep Blue và đến năm 1997, bản nâng cấp này trở lại để phục thù, đánh bại Kasparov và trình diện khả năng xử lý chưa từng thấy trong lịch sử, đặt một mốc quan trọng trong sự phát triển của trí tuệ nhân tạo và cờ vua.
Trong hình 1.5 ghi lại năm 1998, iMac đã xóa bỏ hình ảnh nhàm chán của các máy tính cá nhân màu xám và mở ra một kỷ nguyên thiết kế mới Apple đã cách mạng hóa nhận diện máy tính bằng các mẫu iMac với màu sắc sặc sỡ, biến chiếc máy tính thành biểu tượng công nghệ vừa hấp dẫn vừa dễ tiếp cận Hiện tại, liệu iPad có tiếp tục di sản này khi Apple ngày càng mở rộng sự đa dạng màu sắc và tính di động của các sản phẩm?
Loại "máy tính di động" này vẫn gây ra nhiều tranh cãi với nghi vấn liệu máy tính bảng nói chung và iPad nói riêng có phải chỉ là một mốt nhất thời Tuy vậy, khi nhìn về tương lai, trong vòng 5 năm tới máy tính sẽ tiếp tục thay đổi mạnh mẽ và iPad có thể đóng vai trò ngày càng thiết yếu trong cách làm việc, học tập và giải trí nhờ cải thiện hiệu suất, khả năng kết nối và trải nghiệm người dùng.
Hình 1.6: máy tính bảng iPad
2 Thông tin và sự mã hóa thông tin
Mục tiêu:Trình bày khái niệm thông tin.Cách thức mã hóa thông tin
Biến đổi cơ bản của hệ thống số, các bảng mã thông dụng được dùng để biểu diễn các ký tự
2.1 Khái niệm thông tin và lượng thông tin
Hình 1.7: Thông tin về 2 trạng thái có ý nghĩa của hiệu điện thế
Khái niệm về thông tin gắn liền với sự hiểu biết một trạng thái cho sẵn trong nhiều trạng thái có thể có vào một thời điểm cho trước
Trong hình này, tín hiệu được quy ước có hai trạng thái có ý nghĩa: trạng thái thấp khi hiệu điện thế nhỏ hơn VL và trạng thái cao khi hiệu điện thế lớn hơn VH Để có thông tin đầy đủ, ta phải xác định thời điểm nhìn nhận tín hiệu và nhận diện đúng trạng thái tại mỗi thời điểm Ví dụ, tại thời điểm ti tín hiệu ở trạng thái thấp, và tại thời điểm t2 tín hiệu ở trạng thái cao.
Thông tin được đo lường bằng đơn vị thông tin mà ta gọi là bit Lượng thông tin được định nghĩa bởi công thức:
Trong đó: I: là lượng thông tin tính bằng bit
N: là số trạng thái có thể có
Trong lý thuyết thông tin, một bit đại diện cho khả năng nhận biết hoặc phân biệt giữa hai trạng thái có thể xảy ra Khi có 16 trạng thái có thể, mức lượng thông tin thu được từ việc xác định đúng một trạng thái là log2(16) = 4 bit Nói cách khác, mỗi trạng thái duy nhất trong 16 trạng thái chứa 4 bit thông tin, cho thấy mối liên hệ giữa số trạng thái và số bit cần để mã hóa chúng.
Tám trạng thái được ghi nhận nhờ 4 số nhị phân (mỗi số nhị phân có thể có giá trị
Lượng thông tin là số lượng chữ số nhị phân cần thiết để biểu diễn mọi trạng thái có thể của một hệ thống Vì vậy, một chữ số nhị phân được gọi là một bit Một từ có n bit có thể tượng trưng cho một trạng thái trong tổng số 2^n trạng thái mà từ đó có thể được biểu diễn.
Vậy một từ n bit tương ứng với một lượng thông tin n bit
Ví dụ : Tám trạng thái khác nhau ứng với 3 số nhị phân
2.2 Sự mã hóa thông tin
2.2.1 Mã và mã hóa là gì?
Mã hóa là kỹ thuật biến thông tin như văn bản, hình ảnh hay video từ dạng dễ đọc sang một dạng mã hóa khó hiểu, nhằm bảo vệ nội dung khi truyền tải hoặc lưu trữ Dữ liệu mã hóa sẽ bị vô hiệu khi không có khóa hoặc phương thức giải mã tương ứng, khiến người lạ không thể xem được nội dung Quá trình này tăng cường tính riêng tư, đảm bảo tính toàn vẹn và xác thực của thông tin và là nền tảng cho an toàn thông tin trong các ứng dụng từ giao dịch trực tuyến đến lưu trữ đám mây.
Ví dụ một quy tắc mã hóa đơn giản:
Thuật toán mã hóa cơ bản thay thế mọi ký tự bằng ký tự đứng trước nó 4 vị trí trong bảng chữ cái Bảng chữ cái gồm: "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVXYZ" Vậy với câu: KY THUAT MA HOA CO BAN theo quy tắc trên, K => G, Y => T, " " => V.
Sau khi mã hóa, ta sẽ có được chuỗi: GYVPDQXPVIXVDKXVZKVYXJ Rõ ràng, đọc chuỗi này bạn sẽ không hiểu được nội dung nếu không có khóa để giải mã Khóa để giải mã chính là chuỗi số gồm 4 ký tự mà bạn dịch.
Khi nhận được chuỗi này, bạn chỉ cần dịch ngược trở về bằng cách thay ký tự bằng ký tự thứ 4 phía sau nó G => K, T => Y,
BỘ XỬ LÝ
Tiến trình thực hiện lệnh máy
- Mục tiêu: Mô tả tiến trình thi hành lệnh mã máy
Việc thi hành một lệnh mã máy có thể chia thành 5 giai đoạn:
- Đọc lệnh (IF: Instruction Fetch)
- Giải mã lệnh (ID: Instruction Decode)
- Thi hành lệnh (EX: Execute)
- Thâm nhập bộ nhớ trong hoặc nhảy (MEM: Memory access)
- Lưu trữ kết quả (RS: Result Storing)
Mỗi giai đoạn được thi hành trong một hoặc nhiều chu kỳ xung nhịp
■ Thanh ghi PC chứa địa chỉ lệnh tiếp theo
■ Địa chỉ chuyển vào thanh ghi MAR
■ Địa chỉ đưa lên bus địa chỉ
■ Đơn vị điều khiển yêu cầu đọc bộ nhớ
■ Kết quả đưa lên data bus, sao chép vào thanh ghi MBR, đưa vào thanh ghi IR
Hình 3.5:Sơ đồ mô tả quá trình đọc lệnh
- Lệnh từ thanh ghi lệnh IR được đưa đến đơn vị điều khiển
- Đơn vị điều khiển tiến hành giải mã lệnh để xác định thao tác phải thực hiện
- Giải mã lệnh xảy ra bên trong CPU
Giai đoạn này thường chỉ được dùng cho các lệnh nạp dữ liệu, lưu dữ liệu và lệnh nhảy
Nhận dữ liệu trực tiếp:
- CPU đưa địa chỉ của toán hạng ra bus địa chỉ
- CPU phát tín hiệu điều khiển đọc
- Toán hạng được đọc vào CPU
- Tương tự như nhận lệnh
Nhận dữ liệu gián tiếp:
Hình 3.6: Sơ đồ tả nhận toán hạng gián tiếp
Quá trình nhận dữ liệu gián tiếp:
- CPU đưa địa chỉ ra bus địa chỉ
- CPU phát tín hiệu điều khiển đọc
- Nội dung ngăn nhớ được đọc vào CPU, đó chính là địa chỉ của toán hạng
- Địa chỉ này được CPU phát ra bus địa chỉ để tìm ra toán hạng
- CPU phát tín hiệu điều khiển đọc
- Toán hạng được đọc vào CPU
- Có nhiều dạng tuỳ thuộc vào lệnh
- Chuyển giữa các thanh ghi
- Thao tác số học/logic
- Chuyển điều khiển (rẽ nhánh)
Rd Ngã ra ALUhoặc Rd MBR
- CPU đưa địa chỉ ra bus địa chỉ
- CPU đưa dữ liệu cần ghi ra bus dữ liệu
- CPU phát tín hiệu điều khiển ghi
- Dữ liệu trên bus dữ liệu được copy đến vị trí xác định à Lưu trữ kết quả trong thanh ghi đích
Hình 3.7: Sơ đồ mô tả quá trình lưu kết quả
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1 Các thành phần và nhiệm vụ của đường đi dữ liệu?
2 Thế nào là ngắt quãng? Các giai đoạn thực hiện ngắt quãng của CPU
3 Vẽ hình để mô tả kỹ thuật ống dẫn
4 Các khó khăn trong kỹ thuật ống dẫn và cách giải quyết khó khăn này.
BỘ NHỚ
Phân loại bộ nhớ
2 Các loại bộ nhớ bắn dẫn
3 Hệ thống nhớ phân cấp
4 Kết nối bộ nhớ với bộ xử lý
IV Thiết bị nhớ ngoài
1 Các thiết bị nhớ trên vật liệu từ
2 Thiết bị nhớ quang học
4 An toàn dữ liệu trong lưu trữ
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MÁY TÍNH
Mã chương :MHQTM 09-01 Mục tiêu:
- Trình bày lịch sử phát triển của máy tính, các thành tựu của máy tính;
- Trình bày khái ni ệ m v ề thông tin;
- Mô t ả đượ c các ki ế n trúc máy tính;
- B iến đổi cơ bản của hệ thống số, các bảng mã thông dụng được dùng để biểu diễn các ký tự
1 Các mốc lịch sử phát triển công nghệ máy tính
Mục tiêu: Trình bày lịch sử phát triển của máy tính, các thành tựu của máy tính
30 năm trước, IBM PC 5150 ra đời và phá vỡ mọi quan điểm trước đó về máy tính Lần đầu tiên, máy tính được nhìn nhận như một thiết bị có kích thước vừa phải, hợp túi tiền và dễ tiếp cận với công chúng Sự xuất hiện của 5150 đánh dấu một bước ngoặt công nghệ, mở ra thời kỳ phổ biến hóa máy tính cá nhân và biến công nghệ thành một phần quen thuộc của cuộc sống hàng ngày.
Vào năm 1982, Franklin Ace 100 trở thành chiếc máy tính gây ra vụ kiện bản quyền phần mềm đầu tiên trong lịch sử khi Apple Computer kiện Franklin Computer Corp về việc sao chép phần cứng và phần mềm của máy tính Apple II để sản xuất Franklin Ace 100 Trong vụ kiện Apple v Franklin, tòa án xác nhận quyền bảo hộ bản quyền đối với phần mềm và ROM của Apple II, và Apple giành chiến thắng, thiết lập tiền lệ về bản quyền phần mềm trong ngành công nghệ.
Commodore được coi là một trong những máy tính gia đình nổi tiếng nhất mọi thời Từ năm 1982 đến 1993, gần 30 triệu máy tính Commodore 64 đã được bán ra trên toàn thế giới, biến nó thành biểu tượng của thời đại công nghệ và máy tính gia đình.
XT là bản nâng cấp máy tính cá nhân 5150 đầu tiên của IBM XT có ổ cứng trong 10
MB Sản phẩm này của IBM sau đó nhanh chóng trở thành máy tính tiêu chuẩn
Lisa là máy tính tiêu dùng đầu tiên có giao diện đồ họa, đánh dấu bước nhảy vọt về trải nghiệm người dùng và tương tác với máy tính Tuy nhiên, mức giá 10.000 USD trở thành rào cản lớn, khiến Lisa khó tiếp cận người tiêu dùng và hạn chế sự phổ biến của sản phẩm trên thị trường.
Vào năm 1984, Macintosh đạt được thành công vang dội và được coi là phần nền tảng cho di sản máy tính của Apple; cho đến ngày nay, các sản phẩm của Apple được xem là kế thừa trực tiếp của Macintosh Macintosh cũng có giao diện đồ họa người dùng như Lisa, nhưng với mức giá rẻ hơn rất nhiều, giúp sản phẩm dễ tiếp cận và được người dùng đón nhận rộng rãi.
Máy tính NeXT được sản xuất bởi công ty riêng của Steve Jobs thành lập sau khi ông rời Apple vào năm 1985 Tuy nhiên, chiếc máy tính này nổi bật vì đã trở thành máy chủ World Wide Web đầu tiên khi Tim Berners-Lee sử dụng nó để vận hành máy chủ và trình bày những tài liệu đầu tiên về World Wide Web.
Vào năm 1994, máy tính Deep Thought của IBM bị kỳ thủ Garry Kasparov đánh bại một cách dễ dàng, mở đầu cho cuộc đấu giữa người và máy tính Tháng 2 năm 1996, Deep Blue đã thắng Garry Kasparov ở ván đầu tiên, lần đầu một đương kim vô địch thế giới thua trước một đối thủ máy tính, tuy nhiên ở các ván sau đó Kasparov đã chinh phục Deep Blue Sau thất bại này, nhóm kỹ sư IBM tích cực nâng cấp Deep Blue và quay lại để phục thù, đánh bại Kasparov vào năm 1997, trình diễn khả năng xử lý chưa từng thấy trong lịch sử cờ vua và máy tính.
Năm 1998, iMac đã xóa bỏ hình ảnh nhàm chán của những chiếc máy tính cá nhân màu xám và đánh dấu một bước ngoặt với thiết kế toàn diện, hiện đại và màu sắc sống động Apple đã cách mạng hóa hình ảnh máy tính bằng các mẫu iMac đa màu sắc, mang lại sự trẻ trung, thân thiện và cuốn hút cho người dùng Hiện tại là iPad?
Loại máy tính di động này vẫn gây nhiều tranh cãi, khi nhiều người tự hỏi liệu máy tính bảng nói chung và iPad nói riêng có phải chỉ là một mốt nhất thời Tuy vậy, tương lai của máy tính và vai trò của iPad sẽ tiếp tục được kỳ vọng thay đổi cách làm việc và giải trí trong vòng 5 năm tới Các xu hướng công nghệ như kết nối nhanh hơn, tích hợp AI, tối ưu hóa đa tác vụ và thiết kế di động linh hoạt có thể thúc đẩy sự thay đổi cách chúng ta tiếp cận dữ liệu và tương tác với thiết bị iPad có thể mở rộng vai trò từ một công cụ giải trí sang một nền tảng làm việc di động mạnh mẽ, kết nối sâu với phần mềm chuyên dụng và trợ lý thông minh Trong 5 năm tới, sự tiến bộ của máy tính bảng và iPad dự kiến sẽ đồng hành với sự phát triển của hệ sinh thái ứng dụng, đẩy nhanh sự hội tụ giữa máy tính để bàn, máy tính xách tay và thiết bị cầm tay.
Hình 1.6: máy tính bảng iPad
2 Thông tin và sự mã hóa thông tin
Mục tiêu:Trình bày khái niệm thông tin.Cách thức mã hóa thông tin
Biến đổi cơ bản của hệ thống số, các bảng mã thông dụng được dùng để biểu diễn các ký tự
2.1 Khái niệm thông tin và lượng thông tin
Hình 1.7: Thông tin về 2 trạng thái có ý nghĩa của hiệu điện thế
Khái niệm về thông tin gắn liền với sự hiểu biết một trạng thái cho sẵn trong nhiều trạng thái có thể có vào một thời điểm cho trước
Trong hình này, tín hiệu được quy ước có hai trạng thái có ý nghĩa: trạng thái thấp khi hiệu điện thế nhỏ hơn VL và trạng thái cao khi hiệu điện thế lớn hơn VH; để có thông tin, ta phải xác định thời điểm ta nhìn trạng thái của tín hiệu, ví dụ tại thời điểm ti tín hiệu ở trạng thái thấp và tại thời điểm t2 tín hiệu ở trạng thái cao.
Thông tin được đo lường bằng đơn vị thông tin mà ta gọi là bit Lượng thông tin được định nghĩa bởi công thức:
Trong đó: I: là lượng thông tin tính bằng bit
N: là số trạng thái có thể có
Trong lý thuyết thông tin, một bit đại diện cho lượng hiểu biết cần để xác định một trạng thái giữa hai trạng thái có thể xảy ra Ví dụ, sự hiểu biết về một trạng thái trong hệ thống có 16 trạng thái tương đương với lượng thông tin là log2(16) = 4 bit Như vậy, số lượng trạng thái càng lớn thì lượng thông tin đo được càng nhiều, giúp đo lường và so sánh độ phức tạp của các hệ thống thông tin một cách chính xác.
Tám trạng thái được ghi nhận nhờ 4 số nhị phân (mỗi số nhị phân có thể có giá trị
Lượng thông tin được đo bằng số bit, là số lượng chữ số nhị phân cần thiết để biểu diễn tất cả các trạng thái có thể Vì vậy, một bit là đơn vị cơ bản của thông tin nhị phân Một từ n bit có thể đại diện cho một trạng thái trong tổng số 2^n trạng thái mà từ đó có thể biểu diễn.
Vậy một từ n bit tương ứng với một lượng thông tin n bit
Ví dụ : Tám trạng thái khác nhau ứng với 3 số nhị phân
2.2 Sự mã hóa thông tin
2.2.1 Mã và mã hóa là gì?
Mã hóa là phương pháp biến đổi thông tin (phim ảnh, văn bản, hình ảnh ) từ định dạng bình thường sang một dạng thông tin được mã hóa, chỉ có thể đọc được khi có phương tiện giải mã phù hợp Quá trình này giúp bảo vệ tính riêng tư và bảo mật dữ liệu bằng cách làm nội dung khó hiểu đối với người không có quyền truy cập Người nhận có thể giải mã nội dung bằng khóa hoặc phương thức thích hợp để phục hồi dữ liệu gốc Mã hóa được áp dụng rộng rãi trong truyền thông, lưu trữ và giao dịch điện tử nhằm ngăn chặn truy cập trái phép và đảm bảo tính toàn vẹn của thông tin.
Ví dụ một quy tắc mã hóa đơn giản:
Trong nội dung này, mọi ký tự được thay thế bằng ký tự đứng trước nó 4 vị trí trong bảng chữ cái Bảng chữ cái được liệt kê là: "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVXYZ" Chẳng hạn với câu "KY THUAT MA HOA CO BAN", theo quy tắc đó, K biến thành G, Y biến thành T, và khoảng trắng được mã hóa thành V …
Quá trình mã hóa cho ra chuỗi ký tự GYVPDQXPVIXVDKXVZKVYXJ, một chuỗi vô nghĩa nếu thiếu khóa giải mã Khóa để giải mã là một chuỗi gồm bốn ký tự mà bạn cần dùng để giải mã và đọc được nội dung đầy đủ, minh họa cho nguyên tắc bảo mật thông tin và vai trò của khóa trong mã hóa và giải mã.
Khi nhận được chuỗi này, bạn chỉ cần dịch ngược trở về bằng cách thay ký tự bằng ký tự thứ 4 phía sau nó G => K, T => Y,
THIẾT BỊ NHỚ NGOÀI
An toàn dữ liệu trong lưu trữ
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MÁY TÍNH
Mã chương :MHQTM 09-01 Mục tiêu:
- Trình bày lịch sử phát triển của máy tính, các thành tựu của máy tính;
- Trình bày khái ni ệ m v ề thông tin;
- Mô t ả đượ c các ki ế n trúc máy tính;
- B iến đổi cơ bản của hệ thống số, các bảng mã thông dụng được dùng để biểu diễn các ký tự
1 Các mốc lịch sử phát triển công nghệ máy tính
Mục tiêu: Trình bày lịch sử phát triển của máy tính, các thành tựu của máy tính
30 năm trước, sự ra đời của IBM 5150 đã phá vỡ mọi quan niệm trước đó về máy tính Lần đầu tiên, máy tính được nhìn nhận như một thiết bị có kích thước vừa phải, giá cả phải chăng và dễ tiếp cận, từ đó mở đường cho sự phổ biến của máy tính cá nhân và thu hút sự chú ý của công chúng nhiều hơn bao giờ hết.
Vụ kiện năm 1982 liên quan đến Franklin Ace 100 được xem là vụ kiện bản quyền phần mềm đầu tiên trong lịch sử công nghệ, khi Apple kiện Franklin Computer vì sao chép phần mềm và phần cứng của máy tính Apple II để chế tạo Ace 100 Trong vụ án này, Apple giành chiến thắng khi tòa án công nhận quyền bảo hộ bản quyền đối với phần mềm máy tính và thiết lập tiền lệ pháp lý về bản quyền cho các hệ máy tương thích.
Commodore được xem là dòng máy tính gia đình nổi tiếng nhất thế giới, trong đó Commodore 64 nổi bật với doanh số vượt bậc: từ năm 1982 đến năm 1993, gần 30 triệu máy được bán ra trên toàn cầu, khẳng định sự phổ biến và ảnh hưởng sâu rộng của nó đối với thị trường máy tính gia đình.
XT là bản nâng cấp máy tính cá nhân 5150 đầu tiên của IBM XT có ổ cứng trong 10
MB Sản phẩm này của IBM sau đó nhanh chóng trở thành máy tính tiêu chuẩn
Lisa là máy tính tiêu dùng đầu tiên có giao diện đồ họa, mở ra kỷ nguyên trải nghiệm người dùng trực quan cho người tiêu dùng phổ thông Tuy nhiên, mức giá 10.000 USD của Lisa trở thành rào cản lớn, khiến sản phẩm khó tiếp cận thị trường và người tiêu dùng Sự bất cân xứng giữa khả năng công nghệ nổi bật và chi phí cao cho thấy thách thức của các sản phẩm đột phá khi ra mắt Vì vậy, Lisa vừa được coi là nền tảng công nghệ quan trọng vừa là ví dụ điển hình về rào cản thương mại đối với máy tính có GUI đầu tiên.
Macintosh ra mắt năm 1984 và đạt thành công vang dội, trở thành nền tảng mà các sản phẩm máy tính của Apple ngày nay được xem là kế thừa trực tiếp Giống như Lisa, Macintosh tích hợp giao diện đồ họa người dùng (GUI), nhưng có mức giá mềm hơn rất nhiều, giúp sản phẩm dễ tiêu thụ và mở rộng thị trường nhanh chóng.
Máy tính NeXT được sản xuất bởi công ty riêng do Steve Jobs thành lập sau khi ông rời Apple vào năm 1985; đây là mẫu máy tính đầu tiên được Tim Berners-Lee dùng làm máy chủ cho World Wide Web.
Năm 1994, máy tính Deep Thought của IBM bị Garry Kasparov đánh bại một cách dễ dàng Đến năm 1996, Deep Blue đánh bại Kasparov ở ván đầu tiên — đây là lần đầu một đương kim vô địch thế giới thua trước một đối thủ máy tính Tuy nhiên ở các ván sau, Deep Blue bị Kasparov lật ngược thế cờ Sau thất bại này, IBM đã nâng cấp Deep Blue và năm 1997 quay trở lại để "phục thù", đánh bại Kasparov và trình diễn khả năng xử lý chưa từng thấy trong lịch sử cờ vua.
Năm 1998, iMac đã xóa bỏ hình ảnh nhàm chán của những máy tính cá nhân màu xám và mở ra kỷ nguyên thiết kế đầy màu sắc, dễ tiếp cận với người dùng Apple đã cách mạng hóa nhận diện thương hiệu máy tính bằng những mẫu iMac đa sắc sống động, biến máy tính thành một yếu tố phong cách của cuộc sống Hiện tại, câu chuyện ấy tiếp tục phát triển và dòng iPad nổi lên như biểu tượng mới của Apple cho trải nghiệm di động và sự tiện dụng.
Loại máy tính di động như máy tính bảng và iPad vẫn gây tranh cãi về tính bền vững của xu hướng này: liệu chúng có phải chỉ là một mốt nhất thời hay sẽ định hình lại cách làm việc và giải trí trong tương lai Dù nhiều người nghi ngờ, ngày càng nhiều chỉ số cho thấy iPad đang dần khẳng định vai trò trung tâm trong hệ sinh thái máy tính bảng nhờ hiệu suất ngày càng mạnh và khả năng kết nối đa nền tảng Trong vòng 5 năm tới, máy tính bảng có thể thay đổi cách chúng ta tương tác với công nghệ bằng cách nâng cao khả năng làm việc đa nhiệm, tối giản giao diện, và tích hợp AI cũng như các công cụ dành cho giáo dục, sáng tạo và doanh nghiệp Tóm lại, iPad và các máy tính bảng có tiềm năng trở thành thiết bị làm việc di động chủ đạo, thay vì chỉ là thiết bị giải trí, nhưng điều này sẽ đòi hỏi cải thiện pin, bảo mật và hệ sinh thái ứng dụng để đáp ứng nhu cầu công việc hiện đại.
Hình 1.6: máy tính bảng iPad
2 Thông tin và sự mã hóa thông tin
Mục tiêu:Trình bày khái niệm thông tin.Cách thức mã hóa thông tin
Biến đổi cơ bản của hệ thống số, các bảng mã thông dụng được dùng để biểu diễn các ký tự
2.1 Khái niệm thông tin và lượng thông tin
Hình 1.7: Thông tin về 2 trạng thái có ý nghĩa của hiệu điện thế
Khái niệm về thông tin gắn liền với sự hiểu biết một trạng thái cho sẵn trong nhiều trạng thái có thể có vào một thời điểm cho trước
Trong hình này, tín hiệu được quy ước có hai trạng thái mang ý nghĩa: trạng thái thấp khi hiệu điện thế nhỏ hơn VL và trạng thái cao khi hiệu điện thế lớn hơn VH Để thu thập thông tin từ tín hiệu, cần xác định thời điểm quan sát tín hiệu và nhận diện đúng trạng thái tại thời điểm đó Ví dụ, tại thời điểm t1 tín hiệu ở trạng thái thấp, còn tại thời điểm t2 tín hiệu ở trạng thái cao, từ đó ta có thể diễn giải quá trình biến đổi của tín hiệu và diễn đạt đặc tính hai trạng thái trong hệ thống.
Thông tin được đo lường bằng đơn vị thông tin mà ta gọi là bit Lượng thông tin được định nghĩa bởi công thức:
Trong đó: I: là lượng thông tin tính bằng bit
N: là số trạng thái có thể có
Một bit là đơn vị thông tin dùng để mô tả sự hiểu biết về một trạng thái trong hệ hai trạng thái có thể có Ví dụ, khi xét 16 trạng thái khác nhau, lượng thông tin cần để xác định đúng một trạng thái là 4 bit, tức là mỗi trạng thái của hệ 16 trạng thái mang theo 4 bit thông tin.
Tám trạng thái được ghi nhận nhờ 4 số nhị phân (mỗi số nhị phân có thể có giá trị
Lượng thông tin được định nghĩa là số lượng bit nhị phân cần thiết để biểu diễn tất cả các trạng thái có thể của hệ thống Do vậy, một bit được xem là đơn vị cơ bản của thông tin Một từ n bit có thể đại diện cho một trạng thái trong tổng số 2^n trạng thái có thể có, từ đó mỗi từ n bit tương ứng với một trạng thái riêng biệt của hệ thống.
Vậy một từ n bit tương ứng với một lượng thông tin n bit
Ví dụ : Tám trạng thái khác nhau ứng với 3 số nhị phân
2.2 Sự mã hóa thông tin
2.2.1 Mã và mã hóa là gì?
Mã hóa là quá trình biến đổi dữ liệu từ dạng có thể đọc được sang dạng mã hóa, chỉ có người có phương tiện giải mã và khóa bí mật mới có thể đọc lại nội dung gốc Nó áp dụng cho nhiều loại thông tin như phim ảnh, văn bản và hình ảnh, nhằm đảm bảo an toàn và quyền riêng tư khi truyền tải hoặc lưu trữ dữ liệu Nhờ mã hóa, nội dung sẽ ở trạng thái không thể hiểu được đối với kẻ xâm nhập hoặc người không có quyền truy cập, giúp bảo vệ tính toàn vẹn và bảo mật thông tin trong các hệ thống công nghệ ngày nay.
Ví dụ một quy tắc mã hóa đơn giản:
Thuật toán mã hóa cơ bản này thay thế mọi ký tự bằng ký tự đứng trước nó 4 chữ cái trên bảng chữ cái Bảng chữ cái được cho là ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVXYZ (lưu ý thiếu W) Theo quy tắc này, K => G, Y => T, ' ' => V Ví dụ với câu KY THUAT MA HOA CO BAN, các ký tự sẽ được đẩy lùi 4 vị trí tương ứng: K thành G, Y thành T và khoảng trắng thành V.
Sau khi thực hiện mã hóa, ta nhận được chuỗi ký tự: GYVPDQXPVIXVDKXVZKVYXJ Chuỗi này rõ ràng khó đọc và không thể hiểu nội dung nếu không có khóa để giải mã Khóa giải mã ở đây là một chuỗi gồm 4 ký tự, và chính khóa này cho phép bạn giải mã chuỗi mã hóa để đọc nội dung gốc.
Khi nhận được chuỗi này, bạn chỉ cần dịch ngược trở về bằng cách thay ký tự bằng ký tự thứ 4 phía sau nó G => K, T => Y,