TĐC tin học đại cương trường ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI

một bài giảng hay để giúp bạn thành công trong môn Tin học ở trường ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI . slai chi tiết về môn tin học đại cương của cô Trường Diệu Linh rất mong nhưng bạn có được sẽ học thật tốt môn tin học đại cương này .

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

Truong Dieu Linh

Bo mon TTM, Vien CNTT&TT

TIN HỌC ĐẠI CƯƠNG

Phần 1: TIN HỌC CĂN BẢN

Nội dung môn học

Phần 1: Tin học căn bản

1 Chương 1: Thông tin và biểu diễn thông tin

– Các khái niệm cơ bản về thông tin và tin học

– Biểu diễn dữ liệu trong máy tính

Nội dung

Chương 1: Thông tin và biểu diễn thông tin

1 Các khái niệm cơ bản về thông tin và tin học

1 Thông tin và xử lý thông tin

2 Máy tính điện tử và phân loại

3 Tin học và các ngành liên quan

2 Biểu diễn dữ liệu trong máy tính

1 Biểu diễn số trong các hệ đếm

2 Biểu diễn dữ liệu trong máy tính và đơn vị thông tin

3 Biểu diễn số nguyên

Thông tin và xử lý thông tin

Thông tin

• Thông tin (information) là gì ?

• Là khái niệm trừu tượng mô tả tất cả

những gì đem lại cho con người sự hiểu

biết, nhận thức tốt hơn về những đối tượng

trong đời sống xã hội, trong thiên nhiên,

• Giúp cho con người thực hiện hợp lý công việc cần làm để đạt tới mục đích một cách tốt nhất.

• Là ngữ cảnh trong đó dữ liệu được xem

Dữ liệu

• Dữ liệu (data) là gì ?

o Là biểu diễn của thông tin được thể hiện

bằng các tín hiệu vật lý

• Thông tin chứa đựng ý nghĩa còn dữ liệu

chỉ là các sự kiện không có cấu trúc và

không có ý nghĩa nếu không được tổ chức

và xử lý.

• Là vật mang tin, dữ liệu sau khi được tập

Dữ liệu

 Dữ liệu trong thực tế có thể là:

• Các số liệu thường được mô tả bằng số như trong các bảng biểu

• Các ký hiệu qui ước, ví dụ chữ viết…

• Các tín hiệu vật lý ví dụ như ánh sáng, âm

thanh, nhiệt độ, áp suất,…

• Có thể là sự kiện , là thông tin

• Là cách mà một người thu thập được qua

kinh nghiệm hoặc qua đào tạo

• Có thể là sự hiểu biết chung hay về một lĩnh

Hệ thống thông tin

• Hệ thống thông tin (information system) là

một hệ thống ghi nhận dữ liệu, xử lý

chúng để tạo nên thông tin có ý nghĩa

hoặc dữ liệu mới

Xử lý thông tin

 Mọi quá trình xử lý thông tin bằng máy tính hay

bởi con người đều được thực hiện theo một qui trình sau:

NHẬP DỮ LIỆU (INPUT)

XỬ LÝ (PROCESSING)

XUẤT DỮ LIỆU (OUTPUT)

LƯU TRỮ (STORAGE)

Xử lý thông tin

 Xử lý thông tin bằng máy tính điện tử

Lợi ích:

• Tiết kiệm rất nhiều thời gian, công sức

• Tăng độ chính xác cao trong việc tự động hóa một phần hay toàn phần của quá trình

xử lý dữ liệu hay thông tin

Các khái niệm cơ bản về thông tin và tin học

1.1 Thông tin và xử lý thông tin

1.2 Máy tính điện tử và phân loại

1.3 Tin học và các ngành liên quan

Máy tính điện tử và phân loại

 Khái niệm và định nghĩa máy tính

 Lịch sử hình thành và phát triển

 Phân loại máy tính

• Phân lọai truyền thống

• Phân loại hiện đại

Máy tính là gì?

 Máy tính (computer) là thiết bị điện tử thực

hiện các công việc sau:

• Nhận thông tin vào

• Xử lý thông tin theo chương trình được nhớ

sẵn bên trong

• Đưa thông tin ra

 Chương trình (program) là một dãy các

lệnh nằm trong bộ nhớ để yêu cầu máy

• Sử dụng các bóng đèn điện tử chân không

• Mạch riêng rẽ, vào số liệu bằng phiếu đục lỗ

• Điều khiển bằng tay, kích thước rất lớn

• Tiêu thụ năng lượng nhiều, tốc độ tính chậm

Bóng đèn chân không

Máy tính đầu tiên:

ENIAC (Electronic

Numerical

IBM 701

(1953 )

EDVAC (Mỹ)

UNIVAC

II

IBM 7030

(1961)

MINSK

(Liên Xô cũ)

Lịch sử phát triển (tiếp)

• Thế hệ 3 (1965 - 1974): Integrated Circuits

– Các bộ vi xử lý được gắn vi mạch điện tử cỡ nhỏ – Tốc độ tính khoảng 100.000 - 1 triệu phép tính/s.

– Có các hệ điều hành đa chương trình, nhiều người đồng thời hoặc theo kiểu phân chia thời gian.

– Kết quả từ máy tính có thể in trực tiếp từ máy in.

– Điển hình:

• IBM-360 (Mỹ)

(Mỹ)

IBM-360 (Mỹ)

DEC PDP-1

(1960)

– 8086: Mạnh hơn rất nhiều, 16 bit

– 8088: 8 bit external bus, được sử dụng trong IBM PC

Lịch sử phát triển (tiếp)

• Intel (tiếp)

– 80386: 32 bit, hỗ trợ chế độ đa nhiệm

– 80486: Sophisticated powerful cache and instruction

pipelining, built in maths co-processor.

– Pentium: Superscalar, multiple instructions executed

in parallel

– Pentium Pro:

• Increased superscalar organization

• Aggressive register renaming

• Branch prediction

INTEL 4004 INTEL 4004

Lịch sử phát triển (tiếp)

INTEL 8008

Lịch sử phát triển (tiếp)

INTEL 8080

Lịch sử phát triển (tiếp)

INTEL 80286

Lịch sử phát triển (tiếp)

INTEL 80386

Lịch sử phát triển (tiếp)

INTEL 80486

Lịch sử phát triển (tiếp)

Lịch sử phát triển (tiếp)

More

Pro

III

IV

64-bit Intel Microprocessors

Lịch sử phát triển (tiếp)

Lịch sử phát triển (tiếp)

• Thế hệ 5 (1990 - nay): VLSI (Very Large Scale

Integration), ULSI (Ultra), Artificial Intelligence

(AI)

– Microelectronic technologies with high computing

speeds and parallel processing.

– Mô phỏng các hoạt động của não bộ và hành vi con

người

– Có trí khôn nhân tạo với khả năng tự suy diễn phát

triển các tình huống nhận được

– Hệ quản lý kiến thức cơ bản để giải quyết các bài toán

Lịch sử phát triển (tiếp)

Thế hệ 5 (tiếp)

Phân loại máy tính

 Phân loại truyền thống:

• Máy vi tính (Microcomputer)

• Máy tính nhỏ (Minicomputer)

• Máy tính lớn (Mainframe Computer)

• Siêu máy tính (Supercomputer)

Phân loại máy tính (tiếp)

 Phân loại hiện đại:

• Máy tính "để bàn" (Desktop Computing)

• Máy chủ (Server)

• Máy tính nhúng (Embedded Computer)

Máy tính để bàn (Desktop)

• Là loại máy tính phổ biến nhất

• Thiết kế theo hướng tối ưu cả về

giá thành và hiệu năng

• Một số loại:

– Máy tính cá nhân (Personal Computer

– PC)

– Máy trạm làm việc (Workstation)

• 1981: IBM giới thiệu máy tính

IBM-PC sử dụng bộ vi xử lý Intel 8088

• 1984: Apple đưa ra Macintosh sử

Máy tính nhúng (Embedded Computer)

• Được đặt trong thiết bị khác để điều

khiển thiết bị đó làm việc

• Được thiết kế chuyên dụng

• Ví dụ:

– Điện thoại di động

– Bộ điều khiển trong máy giặt, điều hòa

nhiệt độ

– Một số thiết bị mạng: Switch, Router, …

• Giá thành: từ vài USD đến hàng trăm

ngàn USD

Các khái niệm cơ bản về thông tin và tin học

1.1 Thông tin và xử lý thông tin

1.2 Máy tính điện tử và phân loại

1.3 Tin học và các ngành liên quan

Tin học và các ngành liên quan

• Thuật ngữ tin học

• Công nghệ thông tin

• Công nghệ thông tin và truyền thông

Thuật ngữ tin học (Infomatic)

• Thuật ngữ Tin học có nguồn gốc từ tiếng Đức vào

năm 1957 do Karl Steinbuch đề xướng trong 1 bài

báo Informatik: Automatische

Informationsverarbeitung (i.e "Informatics:

automatic information processing").

• Sau đó vào năm 1962, Philippe Dreyfus người Pháp gọi là “informatique”, tiếp theo là Walter F.Bauer

cũng sử dụng tên này

• Phần lớn các nước Tây Âu, trừ Anh đều chấp nhận

Ở Anh người ta sử dụng thuật ngữ ‘computer

Tin học (Infomatic)

 Tin học được xem là ngành khoa học nghiên

cứu các phương pháp, công nghệ và kỹ thuật

xử lý thông tin một cách tự động

 Công cụ chủ yếu sử dụng trong tin học là máy

tính điện tử và một số thiết bị truyền tin khác

 Nội dung nghiên cứu của tin học chủ yếu gồm 2 phần:

• Kỹ thuật phần cứng (Hardware engineering)

• Kỹ thuật phần mềm (Software engineering)

Công nghệ thông tin

(Information Technology - IT)

• Thuật ngữ Công nghệ thông tin xuất hiện ở Việt nam vào những năm 90 của thế kỷ 20

• Công nghệ thông tin là ngành nghiên cứu các hệ

thống thông tin dựa vào máy tính, đặc biệt là các phần mềm ứng dụng và phần cứng máy tính

• Nói một cách ngắn gọn, IT xử lý với các máy

tính điện tử và các phần mềm máy tính nhằm

chuyển đổi, lưu trữ, bảo vệ, truyền tin và trích rút thông tin một cách an toàn

• Các ứng dụng ngày nay của IT:

– Quản trị dữ liệu

– Thiết kế hệ thống cơ sở dữ liệu

– Quản lý hệ thống thông tin

– Quản lý hệ thống

– Các chương trình giải trí: game, nghe nhạc, xem phim, đọc truyện, đọc báo…

………

Công nghệ thông tin và truyền thông

(Information and Comunication Technology - ICT)

Công nghệ thông tin và truyền thông

(Information and Comunication Technology - ICT)

• Ngày nay, khuynh hướng sử dụng "information" thay thế cho "data" và có xu thế mở rộng cho

lĩnh vực truyền thông và trở thành ICT

(Information and Communication Technology)

• Thuần tuý theo cách nói thì hai thuật ngữ này là như nhau

Công nghệ thông tin và truyền thông

(Information and Comunication Technology - ICT)

• Truyền thông máy tính, nói đơn giản là sự kết

nối một số lượng máy tính với nhau trong một

phạm vi địa lý nhỏ

• Tuy nhiên, nhiều máy tính có thể kết nối với

nhau theo một phạm vi rộng hơn và việc trao đổi thực hiện qua một mạng viễn thông nào đó

• Internet - Mạng máy tính toàn cầu là một phát

minh vĩ đại của nhân loại trong thế kỷ 20, đó

cũng chính là sản phẩm của ngành Công nghệ

thông tin và Truyền thông.

Nội dung

Chương 1: Thông tin và biểu diễn thông tin

1 Các khái niệm cơ bản về thông tin và tin học

1 Thông tin và xử lý thông tin

2 Máy tính điện tử và phân loại

3 Tin học và các ngành liên quan

2 Biểu diễn dữ liệu trong máy tính

1 Biểu diễn số trong các hệ đếm

2 Biểu diễn dữ liệu trong máy tính và đơn vị thông tin

Nội dung

2.1 Biểu diễn số trong các hệ đếm

2.2 Biểu diễn dữ liệu trong máy tính,

đơn vị thông tin 2.3 Biểu diễn số nguyên

2.4 Biểu diễn số thực

2.5 Biểu diễn ký tự

Biểu diễn số trong các hệ đếm

hữu hạn Tổng số ký số của mỗi hệ đếm

được gọi là cơ số (base hay radix), ký

hiệu là b

• Về mặt toán học, ta có thể biểu

diễn 1 số theo hệ đếm cơ số bất

kì.

• Khi nghiên cứu về máy tính, ta

quan tâm đến các hệ đếm sau

đây:

–Hệ thập phân (Decimal System)

Hệ đếm (tiếp)

Hệ đếm thập phân (Decimal system, b=10)

• Hệ đếm thập phân hay hệ đếm cơ số

10 bao gồm 10 ký số theo ký hiệu

– Số N(b) trong hệ đếm cơ số b) được

biểu diễn bởi:

=a a a a a a a …a

Hệ đếm cơ số b (tiếp)

–Trong biểu diễn trên, số N(b) có

n+1 ký số biểu diễn cho phần

nguyên và m ký số lẻ biểu diễn cho phần lẻ, và có giá trị là:

Hệ đếm nhị phân (Binary system, b=2)

Hệ đếm nhị phân (tiếp)

• Giả sử có số A được biểu diễn theo hệ nhị

phân như sau:

Cộng trừ đối với các bit nhị phân

Hệ đếm bát phân (Octal system, b=8)

Hệ đếm bát phân (tiếp)

• Giả sử có số A được biểu diễn theo

hệ bát phân như sau:

• Giả sử có số A được biểu diễn theo

hệ thập lục phân như sau:

A = an an-1 … a1 a0 a-1 a-2 … a-mVới ai là các chữ số trong hệ thập lục phân, khi

đó giá trị của A là:

16 16 16 16 16 16 16 16

Chuyển đổi một số từ hệ thập phân sang hệ

Chuyển đổi một số từ hệ thập phân sang hệ

cơ số b (tiếp)

• Đổi phần nguyên sang hệ cơ số b:

số dư là d

Chuyển đổi từ hệ 10-hệ b (tiếp)

(Cứ làm như vậy cho tới bước thứ n, khi ta

được T n =0 )

– Bước n: Nếu Tn-1 khác 0, lấy Tn-1 chia cho b,

ta được thương số là Tn =0, số dư là dn

– Kết quả ta được số N(b) là số tạo bởi các số

dư (được viết theo thứ tự ngược lại) trong các bước trên

N(10) = dndn-1…d1 (b)

Chuyển đổi từ hệ thập phân sang hệ cơ số b

– Ví dụ: Cách chuyển phần nguyên của số

12.6875(10) sang số trong hệ nhị phân:

• Dùng phép chia cho 2 liên tiếp, ta có một loạt các

số dư như sau

Chuyển đổi từ hệ thập phân sang hệ cơ số b

• Đổi phần thập phân từ hệ thập phân sang

hệ cơ số b:

(x là phần nguyên, y là phần thập phân)

dạng x2.y2

Chuyển đổi hệ 10-hệ b(tiếp)

–…(cứ làm như vậy cho đến khi yn=0)

–Kết quả ta được số sau

khi chuyển đổi là:

Chuyển đổi từ hệ thập phân sang hệ cơ số b

• Ví dụ: Cách chuyển phần thập phân của

số 12.6875(10) sang hệ nhị phân:

Chuyển đổi từ hệ thập phân sang hệ cơ số b

• 12.6875(10) = 1100.1011 (2)

Một số ví dụ

• Nhị phân  Hexa:11 1011 1110 0110(2) =

3BE6(16)

• Hexa  Nhị phân: 3E8(16) = 11 1110 1000(2)

• Hexa  Thập phân: 3A8C  ?

VD1: chuyển sang hệ nhị phân:

a) 124.75

Tính nhẩm chuyển đổi hệ cơ số 10 sang cơ số 2

• Tách số nguyên cần chuyển đổi thành

tổng các lũy thừa của 2.

• VD:

67= 64+2+1=26 + 21 +20

= 1000011 (2)

2.1 Biểu diễn số trong các hệ đếm

2.2 Biểu diễn dữ liệu trong máy tính,

đơn vị thông tin

2.3 Biểu diễn số nguyên

2.4 Biểu diễn số thực

2.5 Biểu diễn ký tự

Biểu diễn dữ liệu trong máy tính

Mã hóa dữ liệu cho máy tính

• Mọi dữ liệu khi đưa vào máy tính đều phải được mã hóa thành số nhị phân

• Các loại dữ liệu:

– Dữ liệu nhân tạo: Do con người quy ước

– Dữ liệu tự nhiên:

• Tồn tại khách quan với con người.

• Phổ biến là các tín hiệu vật lý như âm thanh, hình ảnh,…

Nguyên tắc mã hóa dữ liệu

• Mã hóa dữ liệu nhân tạo:

– Dữ liệu số: Mã hóa theo các chuẩn quy ước

– Dữ liệu ký tự: Mã hóa theo bộ mã ký tự

• Mã hóa dữ liệu tự nhiên:

– Các dữ liệu cần phải số hóa trước khi đưa vào máy tính

Dữ liệu trong máy tính

• Có 2 loại dữ liệu trong máy tính:

–Dữ liệu cơ bản

–Dữ liệu có cấu trúc

Dữ liệu cơ bản (tiếp)

• Dữ liệu ký tự: Được biểu diễn bằng mã ký

Đơn vị đo thông tin

2.1 Biểu diễn số trong các hệ đếm

2.2 Biểu diễn dữ liệu trong máy tính,

đơn vị thông tin

2.3 Biểu diễn số nguyên

2.4 Biểu diễn số thực

2.5 Biểu diễn ký tự

Biểu diễn dữ liệu trong máy tính

Biểu diễn số nguyên

• Dùng 1 chuỗi bit để biểu diễn

• Đối với số nguyên có dấu, người ta

sử dụng bit đầu tiên(Most significant bit) để biểu diễn dấu ‘-‘ và bit này gọi

là bit dấu

Số nguyên không dấu

• Dạng tổng quát: giả sử dùng n bit để biểu diễn cho một số nguyên không dấu A:

Các ví dụ

• Ví dụ 1 Biểu diễn các số nguyên không dấu sau đây bằng 8 bit:

A = 45 B = 156Giải:

A = 45 = 32 + 8 + 4 + 1 = 25 + 23 + 22 + 20

 A = 0010 1101

B = 156 = 128 + 16 + 8 + 4 = 27 + 24 + 23 + 22

Các ví dụ (tiếp)

• Ví dụ 2 Cho các số nguyên không dấu X,

Y được biểu diễn bằng 8 bit như sau:

Trường hợp cụ thể: với n = 8 bit

• Dải biểu diễn là [0, 255]

255 254

 Trục số học máy tính:

1 0000 0000

KQ sai: 255 + 1 = 0 ? (do phép cộng bị nhớ

ra ngoài)

Với n = 16 bit, 32 bit, 64 bit

• n = 16 bit:

– Dải biểu diễn là [0, 65535]

– Kiểu dữ liệu tương ứng trong Turbo C là kiểu unsigned int – Ví dụ:

Biểu diễn số nguyên có dấu

• Dạng tổng quát của số nguyên có dấu A:

an-1an-2 a2a1a0

• Giá trị của A được xác định như sau:

• Dải biểu diễn: [-2 n-1 , 2 n-1 -1]

10000…000

2 1

Biểu diễn số nguyên có dấu (tiếp)

• Dùng n bit biểu diễn số nguyên có dấu A:

an-1an-2 a2a1a0

• Với số dương:

• Bit a n-1 = 0

• Các bit còn lại biểu diễn độ lớn của số dương đó

– Dạng tổng quát của số dương: 0an-2 a2a1a0

– Giá trị của số dương: 2

2

n

i i

A   a

Biểu diễn số nguyên có dấu (tiếp)

• Với số âm:

– Bit an-1 = 1

– Dạng tổng quát của số âm: 1an-2 a2a1a0

– Giá trị của số âm:

2 1

Biểu diễn số nguyên có dấu (tiếp)

• Ví dụ: Xác định giá trị của các số nguyên có dấu

8 bit sau đây:

A = 0101 0110

B = 1101 0010Giải:

A = 26 + 24 + 22 + 21 = 64 + 16 + 4 + 2 = +86

B = -27 + 26 + 24 + 21 = = -128 + 64 + 16 + 2 = -46

Biểu diễn số nguyên có dấu (tiếp)

Chuyển một số nguyên

(dương/âm ở hệ 10)

về dạng biểu diễn của

máy tính ?

Biểu diễn số nguyên có dấu (tiếp)

• Số bù một của một số nhị phân A n bit là

số thu được bởi nghịch dảo tất cả các bit

Biểu diễn số nguyên có dấu (tiếp)

• Nhận xét, với số nhị phân n bit

Tính toán số học với số nguyên

• Cộng/ trừ số nguyên không dấu:

– Tiến hành cộng lần lượt từng bít từ phải qua trái.

– Khi cộng hai số nguyên không dấu n

bits ta thu được một số nguyên không dấu cũng n bits.

– Nếu tổng của hai số đó lớn hơn 2n-1 thì

Cộng/ trừ số nguyên không dấu (tiếp)

• Ví dụ dùng 8 bit biểu diễn số nguyên không dấu

• Trường hợp không xảy ra tràn số (carry-out):

Cộng/trừ số nguyên có dấu

• Cộng lần lượt các cặp bit từ phải qua trái,

bỏ qua bit tràn số (nếu có)