Chương I: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ CẤU TRÚC MÁY TÍNH pps

Công nghệ thông tin đã trải qua một chặng đờng dài, từ các máy tínhlớn cồng kềnh đến các thiết bị cầm tay, từ xử lí dữ liệu một cách đơn giản đến trí tuệ nhân tạo.. Trong đó còn có cảcác

Chơng I

Giới thiệu về công nghệ thông tin

và cấu trúc máy tính

I - Công nghệ thông tin

1 Khái niệm công nghệ thông tin

Nói đến công nghệ thông tin ngời ta thờng nghĩ trớc tiên tới các máy tính

điện tử và những gì liên quan đến chúng Thật vậy, ngày nay máy tính đãthâm nhập vào mọi lĩnh vực của cuộc sống, từ môi trờng làm việc tới gia

đình Công nghệ thông tin đã trải qua một chặng đờng dài, từ các máy tínhlớn cồng kềnh đến các thiết bị cầm tay, từ xử lí dữ liệu một cách đơn giản

đến trí tuệ nhân tạo Nó đã làm thay đổi một cách cơ bản và sâu sắc cáchthức làm việc và giao tiếp của con ngời Có thể nói, máy tính là một trongnhững sáng tạo vĩ đại nhất của thế kỉ 20

Sự ra đời của máy tính cá nhân (hay còn gọi là PC, viết tắt từ tiếng Anh

“Personal Computer”) vào năm 1981 làm cho việc thâm nhập của máy tính

vào cuộc sống ngày một sâu sắc, toàn diện hơn và đặc biệt làm thay đổi hoàntoàn bộ mặt của công việc, tạo ra một cuộc cách mạng về thông tin và sự ra

đời của một ngành công nghiệp hùng hậu, gắn kết chặt chẽ với nền kinh tếtoàn cầu

Nhng công nghệ thông tin không phải chỉ có máy tính Trong đó còn có cảcác máy photocopy, tivi, điện thoại, th điện tử hay Internet… Ngày nay,chúng ta khó hình dung xã hội có thể thiếu các phơng tiện thông tin liên lạc

nh điện thoại, máy fax, liên lạc vô tuyến…

Công nghệ thông tin là một lĩnh vực khoa học rộng lớn nghiên cứu các khả năng và các phơng pháp thu thập, lu trữ, truyền và xử lí thông tin một cách tự động dựa trên các phơng tiện kĩ thuật (máy tính điện tử và các thiết bị thông tin khác).

Nh vậy, rõ ràng rằng một công dân tích cực trong xã hội hiện đại không thểthiếu những kiến thức về công nghệ thông tin và dù ở bất cứ lĩnh vực nàocũng phải có khả năng sử dụng máy tính cá nhân để hoàn thành công việccủa mình một cách có hiệu quả nhất.

2 Ví dụ về xử lí thông tin

Hãy tiếp tục làm quen với các khái niệm thông tin và xử lí thông tin thông

qua một ví dụ cụ thể

Giả sử trong một trờng học với hàng nghìn học sinh, Ban Giám hiệu dự định

tổ chức các lớp ngoại khóa Mỗi học sinh đợc quyền ghi tên theo học các lớpngoại khóa mà mình yêu thích Nhà trờng sẽ căn cứ vào số lợng giáo viêntừng bộ môn và số lợng học sinh tham dự để tổ chức các lớp theo nhu cầu

Nh vậy, ta có các thông tin ban đầu (thông tin vào) là danh sách các học sinh

cùng với nguyện vọng của mỗi em và danh sách các giáo viên hớng dẫn cáclớp ngoại khóa Do lợng thông tin rất lớn (hàng nghìn học sinh) nên thay cho

việc làm “bằng tay”, ta có thể sử dụng máy tính điện tử để xử lí các thông tin này và cung cấp các trả lời (hay các thông tin ra) là danh sách các lớp ngoại

khóa thỏa mãn các yêu cầu nh:

 Bao gồm các học sinh có cùng nguyện vọng

Qua ví dụ trên ta có thể thấy bốn thao tác mà máy tính thực hiện:

(1) Nhận thông tin: thu nhận thông tin từ thế giới bên ngoài

(2) Xử lí thông tin: tính toán xử lí các phép tính số học hay logic đối với

các thao tác tơng ứng: thiết bị nhập đa thông tin vào, thiết bị xử lí hay đơn vị

xử lí trung tâm làm nhiệm vụ xử lí thông tin, thiết bị xuất đa thông tin ra, thiết bị lu trữ dùng để cất giữ thông tin (h 1.1)

Mục II của chơng này sẽ trình bày sâu hơn về cấu trúc máy tính

L u trữ

Hình 1.1 Bốn thao tác cơ bản của máy tính

Về thực chất, máy tính chỉ là một thiết bị do con ngời sáng tạo ra và hoạt

động theo ý muốn của con ngời Để cho máy tính có thể xử lí đợc thông tin,

phải cung cấp cho nó cách thức giải quyết vấn đề, dới dạng chơng trình trên

một trong những ngôn ngữ mà máy có thể hiểu đợc

Nh vậy, máy tính điện tử không tự động thêm bớt gì vào dữ liệu ban đầu, mà

chỉ biến đổi thông tin từ dạng này sang dạng khác (chẳng hạn trong ví dụ

trên, từ danh sách các nguyện vọng của học sinh lập ra danh sách các lớpngoại khóa), hơn thế nữa, việc xử lí của máy tuân theo đúng sự chỉ dẫn đã

vạch ra trong chơng trình (do con ngời lập) Tuy nhiên, do u thế là có tốc độ

tính toán cực kì lớn, bộ nhớ lu trữ đồng thời đợc rất nhiều thông tin, nên máytính có khả năng xử lí đợc một khối lợng dữ liệu lớn, lựa chọn giải pháp tối u(theo một nghĩa nào đó), đa ra các kết quả chẳng những chính xác mà đôikhi còn đáng ngạc nhiên ngay cả với con ngời Ví dụ cho điều này là máytính “biết “ chơi cờ (và đã từng thắng đại kiện tớng), soạn nhạc, chẩn đoánbệnh, xem số tử vi…

3 Các yêu cầu để sử dụng máy tính cá nhân trong công việc

Với khả năng to lớn của các công cụ công nghệ thông tin, trong đó có máytính cá nhân, rõ ràng rằng việc làm chủ chúng là một yêu cầu quan trọng đốivới mỗi công dân trong xã hội Vậy các yêu cầu tối thiểu để có thể sử dụngmáy tính cá nhân trong công việc là gì? Hiển nhiên trình độ văn hóa chung làrất quan trọng, bên cạnh đó, cần có hiểu biết về các lĩnh vực sau đây:

a) Vận hành của phần cứng máy tính (chẳng hạn, bàn phím làm việc nh

thế nào, đĩa từ lu trữ dữ liệu ra sao, v.v.) Các kiến thức này sẽ đợc trìnhbày trong phần cấu trúc máy tính

b) Hệ điều hành, là chơng trình điều khiển hoạt động của phần cứng và

phần mềm máy tính, đóng vai trò giao tiếp giữa ngời và máy Chúng ta sẽtìm hiểu hệ điều hành tiêu biểu, phổ biến nhất trên các máy vi tính hiệnnay là Microsoft Windows 98

c) Các chơng trình ứng dụng đợc thiết kế nhằm trợ giúp con ngời thực hiện

một loại công việc nhất định, chẳng hạn chơng trình kế toán dùng chocông việc kế toán, chơng trình quản lí cán bộ dùng cho công tác quản lí,chơng trình dạy học dùng cho các giáo viên và học sinh… Các chơngtrình này rất đa dạng và có nhiều ứng dụng chuyên sâu, trong số đó cómột số chơng trình ứng dụng chung, nh soạn thảo văn bản, lập bảng biểuthống kê, quản lí dữ liệu… hầu nh ai cũng cần tới Những ứng dụngchung này sẽ đợc trình bày trong các chơng III-V

Trong quá trình làm việc, việc tự học hỏi các kiến thức mới về máy tính cánhân và các ứng dụng của nó là rất quan trọng vì công nghệ thông tin khôngngừng đổi mới, đem lại những ứng dụng ngày một phong phú và hữu íchhơn

II - Cấu trúc máy tính

1 Khối xử lí trung tâm

Khối xử lí trung tâm (còn gọi là CPU - viết tắt từ cụm từ tiếng Anh Central Processing Unit) có nhiệm vụ xử lí dữ liệu, đóng vai trò tơng tự nh bộ não của con ngời Bên trong CPU gồm đơn vị điều khiển và đơn vị tính toán số học và logic CPU xử lí rất nhanh các chỉ dẫn đợc đa vào cho nó Ngày nay

một CPU trung bình thực hiện khoảng trên hai triệu phép tính trong mộtgiây

CPU của các máy vi tính đợc xây dựng trên một hoặc vài vi mạch, thờng đợc

đóng trong một tấm bảng, gọi là chíp Máy PC tơng thích IBM đầu tiên dùng

chíp Intel 8088 Sau đó chíp 80286 đã tăng cờng đáng kể sức mạnh tính toáncủa máy PC Ngày nay ngời ta thờng sử dụng các chíp 80386, 80486 vàPentium (h 1.3)

từ đó Tuy nhiên, nội dung của RAM bị mất đi khi không còn nguồn nuôi

a) ROM

Hình 1.4 ROM

Bộ nhớ chỉ cho đọc, ROM (h 1.4), là một vi chíp giữ vaitrò khởi động để con ngời có thể bắt đầu các công việctrên máy tính Có thể hình dung khi bật máy tính lênchúng ta cha thể thực hiện đợc bất kì thao tác điều khiểnnào ROM thay ta kiểm tra phần cứng và đa vào bộ xử lítrung tâm những lệnh cơ sở nhất

Thông tin trong ROM đợc nhà sản xuất ghi và nội dung của nó không thểthay đổi Sau khi bật máy, vài dòng hiện lên trên màn hình cho biết nơi sảnxuất, ngày sản xuất và phiên bản của ROM trong máy tính.

b) RAM

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, RAM (h 1.5), là thiết

bị lu trữ thông tin trong quá trình máy tính làm

việc Khi bật máy lên, ROM sẽ đa chơng trình điều

khiển (hệ điều hành) vào chứa trong RAM Khi bắt

đầu một ứng dụng (ví dụ xử lí văn bản bằng

Microsoft Word), bản sao của một số tệp chơng

trình đợc nạp vào RAM và khi một bức th đang đợc

soạn thảo thì bản sao của bức th đó cũng nằm trong

RAM Đây là nơi mà dữ liệu sẽ đợc đa ra, đa vào bộ

xử lí trung tâm nhanh nhất Mỗi khi ngắt điện, dữ

liệu nằm trong RAM sẽ mất Do vậy, RAM còn đợc

gọi là bộ nhớ biến đổi

Hình 1.5 RAM

Bộ nhớ trong chứa các đối tợng (chơng trình và dữ liệu) dới dạng

đã đợc mã hóa Đơn vị cơ sở để đo dung lợng thông tin là bít Dung lợng của RAM là khối lợng dữ liệu tối đa mà RAM có thể lu trữ

đồng thời.

Bít là viết tắt của binary digit, có nghĩa là “số nhị phân” Bít chỉ có thể có một trong hai giá trị: 1 hoặc 0 8 bít tạo thành 1 byte Mỗi kí tự thông thờng

đợc biểu diễn bằng 1 byte, ví dụ nh chữ A đợc biểu diễn bằng dãy 01000001

Khi nói đến dung lợng của RAM, để tránh các số quá lớn, ngời ta dùng các

đơn vị kilobyte (viết tắt là Kb), megabyte (viết tắt là Mb) và gigabyte (viếttắt là Gb)

1 Kb = 1024 byte, 1 Mb = 1024 Kb = 1 048 576 byte, 1Gb = 1024Mb

Để đơn giản, ngời ta thờng lấy xấp xỉ 1 Kb = 1000 byte, 1 Mb = 1000 Kb và

1 Gb = 1000 Mb

Trong những năm đầu của thập kỉ 80, RAM của các máy PC thờng rất nhỏ:32; 64 hoặc 128 Kb Hiện nay các máy tính đợc bán ra thờng có RAM vớidung lợng 32; 64; 128Mb hoặc hơn nữa

3 Các đơn vị vào/ra

Các đơn vị vào/ra có nhiệm vụ giúp máy tính liên lạc với thế giới bên ngoài,

đặc biệt là nhận dữ liệu cho các chơng trình thực hiện và gửi các kết quả rangoài Chúng còn đợc gọi là các thiết bị ngoại vi của máy tính Khái niệmthiết bị ngoại vi còn bao hàm cả các bộ nhớ ngoài, nơi đọc và ghi các thôngtin cần lu trữ lâu dài Ta sẽ xét kĩ hơn bộ nhớ ngoài trong mục 4

Các thiết bị vào/ra thờng có tốc độ xử lí chậm hơn nhiều so với tốc độ của bộ

Hình 1.6 Bàn phím

 Nhóm các phím kí tự bao gồm các phím thông thờng nh của máy chữ

cộng thêm các phím CTRL, ALT để tăng cờng khả năng của các phímkhác Chức năng của chúng tùy thuộc vào phần mềm đang đợc sử dụng

 Nhóm các phím chức năng (F1-F12) nằm ở hàng đầu của bàn phím thực

hiện các chức năng khác nhau tùy theo hệ điều hành và chơng trình đợc

sử dụng

 Nhóm các phím định hớng cho phép di chuyển con trỏ trên màn hình,

chèn hoặc xóa dữ liệu Những phím này khi đợc dùng cùng với các phím

ALT, CTRL, SHIFT cho các kết quả khác nhau

 Nhóm các phím số có hai chức năng: để nhập nhanh các dữ liệu số (khi

bật chế độ NUM LOCK) và di chuyển con trỏ (khi tắt chế độ NUM LOCK)

Thông thờng chuột có hai nút bấm Nút trái dùng cho phầnlớn các thao tác, còn tính năng của nút phải tùy theo phầnmềm của các hãng sản xuất, chẳng hạn hãng Microsoft sửdụng triệt để nút chuột phải để cho hiện các bảng chọn ngắntạo đờng tắt đến các chức năng, các ứng dụng Điều này sẽ

đợc thấy rõ hơn khi học về hệ điều hành và các phần mềmứng dụng của Microsoft

Ngoài bàn phím và chuột còn có các thiết bị nhập dữ liệu khác nh màn hìnhtiếp xúc, bút điện, thiết bị nhận dạng âm thanh, máy quét ảnh, v.v Thời giangần đây, máy quét ảnh đợc sử dụng rất nhiều do nhu cầu cung cấp thông tindạng ảnh trên Internet ngày càng cao.

LATUR

Hình 1.8 Màn hình và vỉ màn hình

Màn hình đợc chia ra thành lới gồm các ô vuông rất nhỏ gọi là các chấm

(pixel) để hiển thị hình ảnh Số các chấm này càng nhiều thì độ phân giải

màn hình càng lớn và khi đó hình ảnh đợc hiển thị với màu sắc đẹp hơn, nétsắc hơn và có thể hiển thị nhiều thông tin hơn Màn hình ngày nay có thể đạt

độ phân giải đến 800600 (chiều rộng 800 pixel và chiều cao 600 pixel),1024768, 12801024 hoặc cao hơn Tuy nhiên, khi tăng độ phân giải thìtốc độ xử lí bị giảm xuống Làm việc với màn hình ở chế độ 640480 nhanhhơn ở chế độ 1024768

Màn hình đợc nối với một bộ điều hợp video, hay gọi theo cách thông thờng

là vỉ màn hình, nằm trong máy PC Vỉ màn hình có nhiệm vụ dịch các tín

hiệu máy tính thành dạng có thể nhận biết đợc trên màn hình Về thực chất,

vỉ màn hình quyết định độ phân giải có thể có đợc trên màn hình Ví dụ nhtrong trờng hợp màn hình có khả năng cho hiện với độ phân giải 1024768nhng vỉ màn hình lại chỉ có thể tạo ảnh với chế độ tối đa là 640480 thì tacũng chỉ nhận đợc hình ảnh ở độ phân giải đó Chính vỉ màn hình mới làthành phần quan trọng và thông thờng màn hình đợc gọi theo tên của vỉ đợccài đặt cho máy PC

Ngày nay, một số PC không sử dụng vỉ màn hình riêng, nó đã đợc tích hợpvào bảng mạch chính (main board) Với những PC đó, chỉ cần cắm đầu cápmàn hình vào cổng ra màn hình gắn trên bảng mạch chính

* Máy in

Về cơ bản, máy in có hai loại: máy in gõ, tiêu biểu là các máy in kim và máy

in không gõ, tiêu biểu là các máy in la-de

Những máy in không gõ hiện đợc dùng rộng rãi hơn những máy in gõ vìchúng có khả năng in với chất lợng cao hơn, nhanh hơn và không gây tiếng

ồn Hiện nay giá của những máy in la-de bình thờng cũng không cao hơnnhiều giá của các máy in kim Độ phân giải càng cao, hình in ra càng mịnnhng máy càng đắt tiền hơn

* Các cổng vào/ra

Trớc khi sử dụng bất kì một thiết bị vào/ra nào, cần phải cắm chúng vào PC.Những cổng cắm thờng đợc bố trí ở phía sau lng máy

Thông thờng, các hãng sản xuất PC đều có kí hiệu cho các cổng Nhng ở một

số máy, nhất là các máy đời cũ, không có kí hiệu nên phải thử để tìm ra Saukhi đã tìm ra các cổng nên dán kí hiệu để phân biệt

LPT

COM2

Hình 1.9 Các cổng nối tiếp và cổng song song

Có hai loại cổng chính: cổng nối tiếp (serial) và cổng song song (parallel) (h.

1.9)

Phần lớn các máy tính đều có ít nhất một cổng song song Tên gọi khác củacổng này là LPT Thông thờng ngời ta cắm máy in vào cổng này và khi đóphải có cáp song song

Ngoài cổng song song còn có các cổng nối tiếp Cổng nối tiếp cũ thờng có

25 chân Những cổng nối tiếp mới có 9 chân

Các thiết bị nối vào máy tính thông qua các cổng đã định Vì các cổng nàykhác nhau về mặt kích thớc hay chuẩn tiếp xúc cho nên hầu nh không thểcắm nhầm Những thiết bị này có thể là modem, máy in, chuột, máy quét,v.v Mỗi khi cài đặt một thiết bị mới, hãy đọc tài liệu hớng dẫn để biết cầncắm vào cổng nào

4 Lu trữ dữ liệu

Bộ nhớ trong chỉ chứa chơng trình và dữ liệu liên quan trong thời gian thựchiện chơng trình Để có thể lu trữ thông tin một cách lâu dài hơn, ngời ta sử

dụng các “bộ nhớ ngoài” Các bộ nhớ này đợc chia làm hai loại chính:

 Bộ nhớ truy nhập tuần tự (băng từ): loại bộ nhớ này đợc gọi là truy nhập

tuần tự vì để truy nhập đến dữ liệu chứa tại một vị trí nào đó, ta phải truynhập lần lợt từ vị trí đầu tiên

 Bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên (đĩa từ mềm hoặc cứng): có thể truy nhập

trực tiếp dữ liệu trên một vị trí bất kì

Gắn với các bộ nhớ ngoài này là các bộ phận ngoại vi tơng ứng (ổ băng, ổ

đĩa, v.v.)

Vì RAM chỉ là nơi lu giữ tạm thời nên lu trữ dữ liệu là một khâu quan trọngkhi sử dụng máy PC ở đây, ta sẽ đề cập đến các thiết bị lu trữ phổ thôngnhất là đĩa cứng và đĩa mềm Chúng thuộc vào loại bộ nhớ truy nhập ngẫunhiên.

a) Đĩa mềm

Đĩa mềm (h 1.10) là một đĩa từ mỏng nằm trong vỏ nhựa bảo vệ Trớc kia

đĩa mềm có cỡ 5.25 inch (1inch = 2,54 cm) và vỏ nhựa rất mỏng, có thể uốn

đợc nên từ đó có tên gọi đĩa mềm Ngày nay ngời ta không còn sản xuất loại

đĩa đó nữa vì chế độ bảo vệ kém và dung lợng nhỏ Đĩa mềm ngày nay cókích thớc 3.5 inch và vỏ nhựa cứng với dung lợng 1.44 Mb, nhng cũng đã cónhững đĩa mật độ 4 chứa đợc 2.88 Mb

Cung Rãnh

đọc thông tin Nh vậy vừa có thể bảo vệ đợc dữ liệu vừa góp phần hạn chếviệc lây lan vi-rút

Để sử dụng đợc những đĩa mới mua về, cần phải định dạng chúng nếu nh

hãng sản xuất đĩa cha định dạng trớc Định dạng là quá trình ổ đĩa tổ chứccác hạt mang từ tính trên đĩa vào các rãnh (track) Mỗi rãnh đợc chia thành 9cung (sector), mỗi cung chứa 512 byte dữ liệu Cũng có thể định dạng lại các

đĩa cũ, bị hỏng một phần các cung để sử dụng lại Việc định dạng đĩa đợcthực hiện bằng lệnh của hệ điều hành

Đĩa cứng thờng đợc đặt bên trong vỏ hộp máy tính nên còn đợc gọi là ổ đĩa

cố định Các đĩa cứng thông dụng hiện nay có dung lợng từ 1,2 Gb (khoảng

1200 Mb) trở lên

Thực tế, khi làm việc với máy tính, ta thờng làm việc với các chơng trình vàdữ liệu đợc lu giữ trên đĩa cứng, còn đĩa mềm chỉ đợc dùng nh phơng tiện lutrữ hay chuyển dữ liệu từ máy này sang máy khác