bài giảng tin học đại cương - trường đh tôn đức thắng

Mục tiêu môn họcz Cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ bản về: • Máy tính điện tử • Biểu diễn thông tin trong máy tính điện tử z Giúp sinh viên nắm vững khái niệm giải thuật và các

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TOÁN ỨNG DỤNG

-# " -

MÔN HỌC

TIN HỌC ĐẠI CƯƠNG

GIẢNG VIÊN: LÊ THỊ NGỌC THẢO

TIN HỌC

ĐẠI CƯƠNG

GV: Lê Thị Ngọc Thảo

Mục tiêu môn học

z Cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ

bản về:

• Máy tính điện tử

• Biểu diễn thông tin trong máy tính điện tử

z Giúp sinh viên nắm vững khái niệm giải

thuật và các phương pháp biểu diễn, thiết

kế giải thuật.

Đề cương môn học

z Chương 1: Thông tin và xử lý thông tin

z Chương 2: Máy tính điện tử

z Chương 3: Biểu diễn thông tin trong máy

tính điện tử

z Chương 4: Chương trình và giải thuật

z Chương 5: Các ngôn ngữ lập trình

Tài liệu tham khảo

z Tóm tắt bài giảng (slide)

z Giáo trình Tin Học Đại Cương I,II – Hoàng

Kiếm – NXB Giáo Dục, 1997

z Bài Giảng Tin học Đại Cương A1 –

Nguyễn Đức Thắng – ĐHQG Tp.HCM

Phương thức đánh giá

z Điểm kiểm tra 10%

z Điểm thi giữa học kỳ 20%

z Kết quả thi cuối học kỳ 70%

Chương 1:

Thông tin & Xử lý thông tin

Chương 1 - Thông tin & Xử lý thông tin

z Thông tin

z Xử lý thông tin

z Tin học

Thông tin (Information)

z Là một khái niệm trừu tượng

z Tin tức

z Mang lại sự hiểu biết, nhận thức

• Ví dụ: Thông tin về khí tượng

z Được phát sinh, được lưu trữ, được truyền,

được tìm kiếm, được sao chép, được xử lý,

nhân bản.

z Có thể biến dạng, sai lệch hoặc bị phá hủy

• Ví dụ: thông tin di truyền

Phân biệt Thông tin & Dữ liệu

z Dữ liệu (data) là biểu diễn của thông tin và được

thể hiện bằng các tín hiệu (signal) vật lý

z Thông tin chứa đựng ý nghĩa.

z Dữ liệu là các dữ kiện không có cấu trúc và

không có ý nghĩa rõ ràng nếu nó không được tổ

chức và xử lý

z Cùng một thông tin, có thể được biểu diễn bằng

những dữ liệu khác nhau.

• Ví dụ: biểu diễn một đơn vị (1 & I)

z Mỗi dữ liệu lại có thể được thể hiện bằng những

ký hiệu vật lý khác nhau.

Xử lý thông tin

z Con người tiếp nhận thông tin Æ Xử lý tạo

ra thông tin mới, có ích hơn.

z Ví dụ:

• Xử lý các thông tin trong kinh doanh

• Xử lý các thông tin trong lĩnh vực điều tra

Xử lý thông tin trong máy tính

z Trong máy tính, các thông tin được biểu

diễn bằng hệ đếm nhị phân

z Tuy chỉ dùng 2 ký số là 0 và 1 mà ta gọi là

bit nhưng hệ nhị phân đã giúp máy tính

biểu diễn - xử lý được trên hầu hết các

loại thông tin mà con người hiện đang sử

dụng như văn bản, hình ảnh, âm thanh,

video,…

Tin học

z Tin học: là ngành khoa học về thông tin,

các cách thức xử lý thông tin và các kỹ

thuật xây dựng hệ thống thông tin.

z Tin học nghiên cứu cấu trúc, hoạt động,

và tương tác giữa các hệ thống (tự nhiên

và nhân tạo) lưu trữ, xử lý và dẫn truyền

thông tin.

Công nghệ thông tin

z Information Technology

z Công nghệ thông tin: là ngành nghiên

cứu, thiết kế, phát triển, xây dựng, hỗ trợ

và quản lý các hệ thống thông tin với sự

trợ giúp của máy tính

Một số từ khóa tiếng Anh

z Computer, Computer science

z Enginneering, Software engineering

z Information, Information system

z Technique

z Technology, Information technology

z Knowledge

CHƯƠNG 2:

MÁY TÍNH ĐIỆN TỬ

Chương 2: Máy tính điện tử

z Những nguyên lý máy tính cơ bản

z Cấu trúc tổng quát máy tính điện tử

z Sự phát triển của máy tính điện tử

Những nguyên lý máy tính cơ bản

z Kiến trúc Von Neumann

z Kiến trúc Harvard

z Kiến trúc SHARC

Kiến trúc Von Neumann

z Gồm có:

• Bộ nhớ & Bus để chuyển dữ liệu vào & ra đơn vị xử lý trung tâm (CPU)

• CPU chỉ có thể đọc lệnh, hay đọc/ghi dữ liệu từ bộ nhớ

z Cả hai quá trình tương tác với lệnh hoặc với dữ liệu không thể thực hiện cùng lúc Æ thực hiện tuần tự

Kiến trúc Harvard

z Được nghiên cứu tại Harvard, dưới sự

lãnh đạo của Howard Aiken (1900-1973)

z Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình

sử dụng các bus riêng rẽ Æ thực hiện

song song Æ cải thiện tốc độ.

Kiến trúc SHARC

z SHARC – Super Harvard Architecture

z Xây dựng dựa trên kiến trúc Harvard

z Thêm vào những điểm đặc trưng để cải thiện thông lượng dữ liệu ( bộ nhớ đệm chỉ lệnh & điều khiển

Quá trình xử lý thông tin trên máy tính

z Nhận thông tin: từ thế giới bên ngoài vào máy tính

z Xử lý thông tin: biến đổi, phân tích, tổng hợp, tra cứu

những thông tin ban đầu Æ thông tin mong muốn

z Xuất thông tin: đưa kết quả ra thế giới bên ngoài

z Lưu trữ thông tin: lưu lại kết quả để sử dụng trong các

Đơn vị xử lý trung tâm (1)

z CPU – central processing unit

• Mạch xử lý dữ liệu

• theo chương trình thiết lập trước

• tích hợp phức tạp hàng triệu transitor trên bảng mạch

• Có thể thi hành hàng triệu lệnh mỗi giây

• Bao gồm nhiều thành phần phức tạp với các

chức năng khác nhau

Đơn vị xử lý trung tâm (2)

z Công việc chính của CPU là thi hành các

mã lệnh của chương trình

Đơn vị xử lý trung tâm (3)

z Thành phần căn bản bên trong CPU

• Arithmetic Logic Unit (ALU)

• Gồm một số thanh ghi – register (32, 64 bit)

• Thực hiện các lệnh của đơn vị điều khiển và xử

Đơn vị xử lý trung tâm (4)

z Thành phần căn bản bên trong CPU(tt)

• Ðơn vị nạp lệnh - Prectch unit

• Ðơn vị giải mã - Decode unit

• Ðơn vị nối ghép đường truyền

• Bus Interface Unit

• Ðơn vị điều khiển - control unit

Đơn vị xử lý trung tâm (5)

z Thành phần căn bản bên trong CPU (tt)

• Thanh ghi - register

• Bộ nhớ ẩn - cache memory

• Primary cache: Level 1

• Secondary cache: Level 2

z Mạch xung nhịp hệ thống - system clock

• Đồng bộ các xử lý trong và ngoài CPU

• Tốc độ xung nhịp: triệu đơn vị mỗi giây Mhz.

Bộ nhớ máy tính (2)

z Read Only Memory - ROM

• Chỉ đọc

• Cố định - nonvolatile memory: duy trì nội dung

nhớ khi không có nguồn điện

• Chứa chương trình BIOS không thay đổi

• Máy trò chơi điện tử (game box)

• khe cắm ROM

Bộ nhớ máy tính (3)

z RAM - Random Access Memory

• Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên

• Gồm nhiều chip RAM

• Vị trí lưu trữ trong RAM có thể truy cập trực

tiếp

ÎThao tác truy tìm và cất trữ có thể thực hiện rất nhanh

• không cố định - volatile memory

• SRAM - RAM tĩnh, DRAM - RAM động

• 8405010

Bộ nhớ máy tính (4)

z Phải luôn có nguồn nuôi để lưu trữ nội

dung thông tin trên RAM

z Mất điện là mất tất cả.

Bộ nhớ máy tính (5)

z Hoạt động khởi động máy tính:

• CPU tự động (đã qui định trước) đọc thông tin lưu

trong ROM và thi hành, chương trình BIOS - hệ

thống xuất nhập cơ sở

• Sau đó đọc thông tin trên đĩa khởi động và nạp

các thông tin hệ điều hành trên đĩa vào bộ nhớ RAM

• CPU có thể thực hiện các tác vụ từ các thông tin

lưu trên RAM

Hoạt động khởi động máy tính

Thiết bị nhập (3)

z Pointing Device

• Chuột: Mouse

• Ball, optical, trackball

• Phiến nhấn: Touch Pad

• Cần điều khiển: Joy Stick

• Màn hình cảm ứng: Touch Screen

• Bàn vẽ: Graphic Table

Pointing Device

• Cây đũa thần - wand reader

• Cây viết máy tính

• pen-based computer

Thiết bị nhập (5)

z Thiết bị số hóa thế giới thực:

• Máy quét ảnh – scanner

• Máy ảnh số – digital camera

• Máy quay phim số – digital video camera

• Thiết bị âm thanh số hóa – Audio digitalizer

• Thiết bị cảm ứng

Thiết bị số hóa thế giới thực

• liquid crystal display

• Điểm ảnh (pixel) – Độ phân giảI (resolution)

• 72 dpi (dots per inch) , 800x600

• Màu – (Color depth)

Thiết bị xuất (3)

z Xuất ra màn hình

• Bộ điều hợp hiển thị (AGP)

• Video adapter - display adapter

• Card màn hình - display card, vidéo card

• Đường dẫn dữ liệu: 4X: 32bit, 8X:64bit

• Bộ nhớ màn hình : Video RAM

Thiết bị xuất (4)

z Xuất ra giấy

• Máy in gõ - impact printer

• In theo dòng hay theo ma trận điểm

• Tốc độ in chậm, ồn ào, độ phân giải thấp

• Ấn các kim qua lớp băng mực theo tín hiệu điểu khiển

• Số đầu kim qui định độ phân giải đạt

• In trên khổ giấy lớn mà giá máy rẻ

• Nhân thành nhiều bản bằng giấy than do sự gõ truyền lực

• Máy in không gõ - nonimpact printer

• Kỹ thuật hiện đại khác

Thiết bị xuất (5)

z Máy in nhiệt

• Dùng các xung điện từ làm cho đầu kim ma

trận điểm nóng lên và nguội đi rất nhanh Æ làm đổi màu các điểm trên loại giấy đặc biệt

• Tốc độ máy in tương đối nhanh và ít tốn điện

• Dùng giấy in nhiệt - thermal paper

• Công nghệ máy in truyền mực bằng nhiệt

-thermal fusion printer

• Phổ biến trong máy in xách tay

Thiết bị xuất (6)

z Máy in phun mực – inkjet printer

• Dùng tinh thể áp điện (máy bơm)

• Đẩy mực ra khỏi ống và hút thêm mực khác vào

• Máy in phun bong bóng - bubble jet printer

• Dùng phần tử nung nóng

• Hạn chế bởi tốc độ in

• Ưu điểm dùng điện áp thấp từ 24V đến 50V

• Dùng với mọi loại giấy, độ nét và độ mịn cao

• Chi phí in cao

• image formation system (IFS)

• Máy in di-ốt phát quang

• Light emitting diede printer

• Máy in cửa sập tinh thể lỏng

• Liquid crystal shutter printer.

• Sắc màu, lượng màu, độ sáng

• Kiểu CMYK Cyan, Magenta, Yellow, black

• I n ấn chế bản: C -cyan là xanh, M - magenta là đỏ,

Y - yellow là vàng, K - black là đen

• Hệ thống hợp màu pantone

• Pantone color matching system – CMYK

-• Wave

• Mọi thứ âm nghe và tổng hợp

Thiết bị lưu trữ (1)

z Đĩa từ tính

z Đĩa từ quang

z Đĩa quang

Thiết bị lưu trữ (2)

z Ðĩa từ tính

• Ðĩa mềm - floppy disk

• Vỏ bảo vệ & đĩa plastic nhỏ có phủ vật liệu từ

Thiết bị lưu trữ (3)

z Ðĩa cứng - Hard disk

• Vỏ cứng bảo vệ, các bộ phận điều khiển xuất nhập

• Đĩa từ tính: 5.25 inch và 3.5 inch

• Dung lượng ổ cứng: 100MB Æ 160GB

• Mạch giao tiếp: chuẩn ESDI, IDE, SCSI

• ESDI (Enhanced Small Device Interface), 1983 24 MB/sec

• IDE (Intelligent Drive Electronic - Intergrated Drive Electronic) - còn gọi ATA (AT Attachment)

• SCSI (Small Computer System Interface)

•

Thiết bị lưu trữ (5)

z Ðĩa quang học

• Nguyên tắc quang học, tia laser

• Ba điểm khác biệt chính so với từ tính

• Dung lượng cao hơn

• Độ bền cao hơn

• Tháo lắp dễ dàng

Đường truyền – Cổng thiết bị ngoại vi

z Thông tin qua lại giữa các linh kiện thông

qua một mạng lưới các Bus:

• 8,16 hay 32 đường - bus 8bit, bus 16bit bus

32bit

• Bus nối với các khe - slot trên bo mạch

• Bus nối với các cổng nằm ngoài

z Các thiết bị ngoại vi kết nối qua:

• Cổng có sẵn của máy

• Card chuyên biệt

Sự phát triển của máy tính điện tử (1)

z 1946-1948:

• Sự ra đời của các máy tính điện tử đầu tiên.

• Tiếp đó là việc sản xuất hàng loạt máy tính

điện tử thế hệ thứ nhất và thứ hai trong thập

kỷ 50

• Chủ yếu được sử dụng trong tính toán khoa

học-kỹ thuật.

Sự phát triển của máy tính điện tử (2)

z Giữa thập kỷ 60:

• Sự ra đời của các máy tính điện tử thế hệ thứ

ba với kỹ thuật mạch tích hợp và các bộ nhớ bán dẫn

• Máy tính điện tử được bắt đầu ứng dụng

trong kinh doanh, quản lý kinh tế

• Máy lớn và đắt, nên thường chỉ được trang bị

cho các trung tâm tính toán Cuối những năm

60 sang đầu những năm 70 bắt đầu có các mạng nối các trung tâm tính toán với nhau.

Sự phát triển của máy tính điện tử (3)

z Giữa thập kỷ 70:

• Ra đời các bộ vi xử lý: các linh kiện thực hiện

chức năng của cả bộ xử lý trung tâm được chứa trong chỉ một "chip" bán dẫn có diện tích khoảng 1-2cm 2

• Kỹ thuật vi xử lý khởi đầu một cuộc cách

mạng trong tin học, tạo cơ sở cho sự ra đời máy vi tính với năng lực ngày càng cao, giá ngày càng rẻ, thâm nhập khắp mọi nơi trên thế giới và được sử dụng trong mọi lĩnh vực

Sự phát triển của máy tính điện tử (4)

z Cuối thập kỷ 80 đến nay:

• Sự phát triển bùng nổ của các mạng viễn

thông truyền dữ liệu quốc gia và quốc tế

• Xuất hiện những hệ thống “siêu xa lộ thông

tin” liên kết hàng trăm triệu người trong từng quốc gia cũng như trong phạm vi khu vực và toàn cầu

• Xây dựng “kết cấu hạ tầng về thông tin” làm

nền móng cho một “xã hội thông tin”.

Tốc độ xử lý của máy tính tăng rất nhanh

Chiếc máy tính đầu tiên:

z ENIAC (1947)

z Tốc độ: 6 - 7 nghìn phép

tính/giây

z Tiêu hao năng lượng rất

nhiều và toả nhiệt rất lớn

z Tiêu hao năng lượng và tỏa nhiệt ít

z Diện tích: ?

z Giá: ?

CHƯƠNG 3:

BIỂU DIỄN THÔNG TIN

TRONG MÁY TÍNH ĐIỆN TỬ

Chương 3: Biểu diễn thông tin

trong máy tính điện tử

z Máy tính lưu trữ thông tin như thế nào?

z Các hệ đếm

z Chuyển đổi giữa các hệ đếm

Máy tính lưu trữ thông tin như thế nào?

Hệ thập phân (Số tự nhiên)

z Sử dụng hằng ngày

z 10 chữ số: 0Æ9

z Qui tắc: học từ lớp 1

Chuyển đổi giữa các hệ đếm

z Qui tắc 1

z Qui tắc 2

z Qui tắc 3

z Qui tắc 4

Qui tắc 1 - Chuyển đổi từ hệ thập phân

sang hệ cơ số b

z Lấy số thập phân chia

cho cơ số b (b≠10) cho

đến khi phần thương của

phép chia bằng 0

z Số đổi được chính là các

phần dư của phép chia

theo thứ tự ngược lại.

110

Ví dụ: 1990 10 =? 16

16 7

16 C

6 124

16 1990

7C6

Qui tắc 2 – Chuyển đổi từ hệ cơ số b

Qui tắc 3 - Chuyển từ hệ nhị phân về hệ

thập lục phân

z Nhóm lần lượt 4 bit từ phải sang trái

z Sau đó thay thế các nhóm 4 bit bằng giá

trị tương ứng với hệ thập lục phân

z Ví dụ:

• X = 11’1011 2 = 3B 16

Thập phân Nhị phân Thập lục phân

Qui tắc 4 - Chuyển từ hệ thập lục phân

Phép cộng

z Qui tắc:

• Thực hiện theo thứ tự từ phải sang trái

• Cộng hai chữ số cùng cột

• Nếu tổng của hai chữ số lớn hơn cơ số thì

phần lớn hơn được nhớ chuyển sang cột tiếp theo.

Phép trừ

z Qui tắc:

• Thực hiện theo thứ tự từ phải sang trái

• Trừ hai chữ số cùng cột

• Nếu chữ số của số bị trừ nhỏ hơn số trừ thì

mượn 1 đơn vị từ cột tiếp theo.

Phép chia

z Qui tắc: Tương tự phép chia số thập phân

z Ví dụ:

Phép dịch chuyển SHIFT (1)

z Qui tắc:

• Được thực hiện tùy theo hướng di chuyển

của các dãy bit

• Cho dãy bit của nó sang hướng trái/phải thì

bit đầu tiên của dãy (là bit cao nhất nếu dịch chuyển sang trái, hay bit thấp nhất khi dịch chuyển sang phải) sẽ bị chuyển đi

• Bit cuối cùng của nó (là bit cao nhất nếu dịch

chuyển sang trái, hay bit thấp nhất khi dịch chuyển sang phải) sẽ được đặt là 0

Phép dịch chuyển SHIFT (2)

z Ví dụ:

• SHIFT LEFT 10001110 Æ 00011100

• SHIFT RIGHT 10001110 Æ 01000111

Phép quay ROTATION

z Qui tắc:

• Tương tự phép dịch chuyển SHIFT

• Bit cuối sẽ được chuyển vào bit đầu tiên

z Ví dụ:

• ROTATION LEFT 10001110 Æ 00011101

• ROTATION RIGHT 10001110 Æ 01000111

Biểu diễn số nguyên

z Số nguyên không dấu (không âm)

• Số biểu diễn ở hệ nhị phân

• Biểu diễn: 8 bit, 16 bit, 32bit hay 64bit

z Số nguyên có dấu:

• Dựa trên hệ nhị phân không dấu

• Có 3 phương pháp:

• Phương pháp dấu lượng

• Phương pháp biểu diễn số bù 1

• Phương pháp biểu diễn số bù 2

Phương pháp dấu lượng (1)

z Sign – Magnitude

z Bit cực trái được dùng làm bit dấu

• 0 là dấu “+”

• 1 là dấu “–”

z Các bit còn lại biểu diễn độ lớn của số

z Phương pháp để biểu diễn số âm K bit:

z Lấy phần dương của số đó cộng thêm 2 k-1

z Biểu diễn chúng ở hệ nhị phân.

Phương pháp dấu lượng (2)

Phương pháp dấu lượng (3)

Phương pháp biểu diễn số bù 1 (1)

z One’s complement

z Bit cực trái làm bit dấu

• 0 cho số dương

• 1 cho số âm

z Qui tắc biểu diễn số bù 1

• Biểu diễn dưới dạng nhị phân của trị tuyệt đối

n theo mẩu k-bit cố định cho trước

• Nếu n < 0 thì đổi 1 thành 0 và ngược lại trong

dãy số nhị phân (gọi là đảo ngược bit)

Phương pháp biểu diễn số bù 1 (2)

z Ví dụ:

• n=5 ÆDùng mẩu 4 bit thì biểu diễn là: 0101

• n = -5 ÆDùng mẩu 4 bit thì biểu diễn là: 1010

• n = 6 ÆDùng mẩu 4 bit thì biểu diễn là: 0110

• n = -6 ÆDùng mẩu 4 bit thì biểu diễn là: 1001

Phương pháp biểu diễn số bù 2 (1)

z Two’s complement

z Bit cực trái làm bit dấu tương tự bù 1

z Qui tắc biểu diễn số bù 2:

• Biểu diễn dưới dạng nhị phân của trị tuyệt đối

n theo mẩu k bit cố định cho trước

• Nếu n < 0:

• bắt đầu từ phải qua trái giữ nguyên các bit cho

đến khi gặp bit có giá trị là 1 đầu tiên,

• sau đó các bit tiếp theo bên trái bit 1 đầu tiên đó

đổi 1 thành 0 và ngược lại (đảo bit)