Bài giảng Tin học đại cương Bài 1 - ĐH Bách khoa Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC B\CH KHOA H[ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN V[ TRUYỀN THÔNG TIN HỌC ĐẠI CƯƠNG 2 Copyright by SOICT Nội dung 1.1.. Biểu diễn dữ liệu trong m|y tính 3 Copyright by SOICT

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC B\CH KHOA H[ NỘI

VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN V[ TRUYỀN THÔNG

TIN HỌC ĐẠI CƯƠNG

2 Copyright by SOICT

Nội dung

1.1 Thông tin v{ Tin học

1.1.1 Thông tin v{ xử lý thông tin

1.1.2 M|y tính điện tử (MTĐT) v{ ph}n loại

1.1.3 Tin học v{ c|c ng{nh liên quan

1.2 Biểu diễn số trong hệ đếm

1.3 Biểu diễn dữ liệu trong m|y tính

Nội dung

1.1 Thông tin v{ Tin học 1.1.1 Thông tin v{ xử lý thông tin 1.1.2 M|y tính điện tử (MTĐT) v{ ph}n loại 1.1.3 Tin học v{ c|c ng{nh liên quan

1.2 Biểu diễn số trong hệ đếm 1.3 Biểu diễn dữ liệu trong m|y tính

Trang 2

a Thông tin (Information)

c Xử lý dữ liệu (Data processing)

• Thông tin nằm trong dữ liệu  Càn phải xử lý dữ lie ̣u đẻ

thu được thông tin càn thiét, hữu ích phục vụ cho con

XUẤT (OUTPUT)

 Sử dụng máy tính điện tử để hỗ trợ cho việc lưu trữ, chọn lọc

và xử lý dữ lie ̣u

8

c Xử lý dữ liệu (2)

Trang 3

Nội dung

1.1.1 Thông tin v{ xử lý thông tin

1.1.2 M|y tính điện tử (MTĐT) v{ ph}n loại

1.1.3 Tin học v{ c|c ng{nh liên quan

1.1.2 Máy tính điện tử

• Máy tính đie ̣n tử

(Computer): L{ thiết bị điện tử có khả năng xử lý

dữ liệu theo chương trình định sẵn

10

• Trong m|y tính mọi thông tin đều được biểu diễn bằng số nhị ph}n

• Theo khả năng sử dụng chung:

– Máy tính lớn (Mainframe) v{ Siêu máy tính (Super Computer)

– M|y tính tầm trung (Mini Computer) – Máy vi tính ( Micro Computer)

12

Copyright by SOICT

Trang 4

i Máy tính lớn/Siêu máy tính

• Phức tạp, có tóc đo ̣ rát nhanh

• Sử dụng trong c|c công ty lớn/vie ̣n nghiên cứu

• Giải quyết c|c công việc lớn, phức tạp

• Rất đắt (h{ng trăm ng{n ~ h{ng triệu USD)

• Nhièu người dùng đòng thời (100 – 500)

13

Copyright by SOICT

S u p e r

C o m p u t e

r

ii Máy tính tầm trung (Mini computer)

• Cũng giống như c|c m|y Mainframe

• Sự kh|c biệt chính:

– Hỗ trợ ít người dùng hơn (10 – 100)

– Nhỏ hơn v{ rẻ hơn (v{i chục nghìn USD)

iii Máy vi tính (Micro computer)

• Sử dụng bộ vi xử lý

• Nhỏ, rẻ, hiệu năng cao,…

• Phù hợp cho nhiều đối tượng người dùng, sử dụng nhiều trong công nghiệp v{ giải trí:

– Máy tính cá nhân – Personal Computer (PC) – M|y tính “nhúng” – Embedded Computer – Các thiét bị càm tay như đie ̣n thoại di do ̣ng, máy tính bỏ túi –

Trang 5

Máy tính cá nhân (Personal Computer – PC)

• M|y tính để b{n – Desktop Computer

• Máy tính di đo ̣ng – Portable Computer

– Máy tính xách tay (Laptop Computer)

– M|y tính bỏ túi (PDA - Personal Digital Assistant)

• Máy tính bảng – Tablet Computer

Máy tính nhúng (Embedded computer)

• Là máy tính chuyên dụng (special-purpose computer)

• Gắn trong c|c thiết bị gia dụng, m|y công nghiệp

• Giúp con người dùng sử dụng thiết bị hiệu quả hơn

18

Copyright by SOICT

Lịch sử phát triển của máy tính

• Sự ph|t triển về công nghệ  Sự ph|t triển

• Điều khiển bằng tay, kích thước rất lớn 20

Bóng đèn ch}n không (vacumm tube)

Copyright by SOICT

Trang 6

ENIAC

• Máy tính đie ̣n tử đầu tiên (1946) với công nghệ bóng chân

không:

– Decimal (not binary)

– 18,000 vacuum tubes, 30 tons, 15,000 square feet

• Là máy tính thương mại đầu tiên

• Thực hiện 30000 phép toán / 1 giây

22

UNIVAC I UNIVersal Automatic Computer

Trang 7

•Thiết kế trên công nghệ mạch tích hợp (IC)

•Tốc độ tính toán cao (cỡ MIPS)

Copyright by SOICT

Trang 8

iv Thế hệ thứ tư (1974 – nay)

mở IBM

Copyright by SOICT

Trang 9

• CPU đa lõi

• Kiến trúc ít thay đổi

bàn Pocket

Trang 10

• Artificial Intelligence (AI)

• Công nghệ vi điện tử với tốc độ tính to|n cao v{ xử

lý song song

• Mô phỏng c|c hoạt động của n~o bộ v{ h{nh vi con người

• Có trí khôn nh}n tạo với khả năng tự suy diễn ph|t triển c|c tình huống nhận được

Trang 11

Xu hướng ngày nay

• Nhanh hơn

• Nhỏ hơn

• Rẻ hơn

• Dễ sử dụng hơn

Nội dung

1.1 Thông tin v{ Tin học 1.1.1 Thông tin v{ xử lý thông tin 1.1.2 M|y tính điện tử (MTĐT) v{ ph}n loại 1.1.3 Tin học v{ c|c ng{nh liên quan

1.2 Biểu diễn số trong hệ đếm 1.3 Biểu diễn dữ liệu trong m|y tính

1.1.3 Tin học và các ngành liên quan

• Tin học (Computer Science/Informatics)

• Công nghệ thông tin (Information Technology - IT)

• Công nghệ thông tin v{ truyền thông (Information

and Communication Technology – ICT)

• 1957, Karl Steinbuch người Đức đề xướng

trong 1 b{i b|o có thuật ngữ "Informatik "

• 1962, Philippe Dreyfus người Ph|p gọi l{

“informatique "

• Phần lớn c|c nước T}y ]u, trừ Anh đều chấp nhận Ở Anh người ta sử dụng thuật ngữ

‘computer science’, hay ‘computing science’,

• 1966, Nga cũng sử dụng tên informatika

44

a Tin học (Informatics)

Copyright by SOICT

Trang 12

a Tin học (2)

• Tin học được xem l{ ng{nh khoa học nghiên

cứu c|c phương ph|p, công nghệ v{ kỹ thuật xử

lý thông tin một c|ch tự động

• Công cụ chủ yếu sử dụng trong tin học l{ m|y

tính điện tử v{ một số thiết bị truyền tin kh|c

• Nội dung nghiên cứu của tin học chủ yếu gồm 2

phần:

– Kỹ thuật phần cứng (Hardware engineering)

– Kỹ thuật phần mềm (Software engineering)

• Information Technology (IT)

• Xuất hiện ở Việt nam v{o những năm 90 của thế kỷ 20

• CNTT 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

46

b Công nghệ thông tin

Copyright by SOICT

• Mo ̣t ngành sử dụng he ̣ thóng các thiét bị và máy

tính, bao gòm phàn cứng và phàn mèm đẻ cung

cáp mo ̣t giải pháp xử lý thông tin cho các cá nhân,

tỏ chức có yêu càu

• Có ảnh hưởng và được ứng dụng trong nhièu

ngành nghè khác nhau của xã ho ̣i

• C|c ứng dụng ng{y nay của IT:

• Information and Communication Technology

– Truyền thông m|y tính l{ sự kết nối một số lượng m|y tính với nhau

• L{ thuật ngữ mới, nhấn mạnh sự không thể t|ch rời hiện nay của CNTT với công nghệ truyền thông trong thời đại “tất cả đều nối mạng”

• Internet - Mạng máy tính toàn cầu

48

c Công nghệ thông tin và truyền thông (ICT)

Copyright by SOICT

Trang 13

Nội dung

1.2.1 Hệ đếm

1.2.2 Chuyển đổi cơ số

Nội dung

1.1 Thông tin v{ Tin học 1.2 Biểu diễn số trong hệ đếm 1.2.1 Hệ đếm

1.2.2 Chuyển đổi cơ số 1.3 Biểu diễn dữ liệu trong m|y tính

51

• L{ tập hợp c|c ký hiệu v{ qui tắc để biểu

diễn v{ x|c định gi| trị c|c số

• Mỗi hệ đếm có một số ký tự/số (ký số) hữu

hạn Tổng số ký số của mỗi hệ đếm được gọi

là cơ số (base hay radix), ký hiệu l{ b

1.2.1 Hệ đếm (2)

Copyright by SOICT

Trang 14

53

• Hệ đếm thập ph}n hay hệ đếm cơ số 10 bao

gồm 10 ký số theo ký hiệu sau:

Trang 15

57

• Sử dụng 2 chữ số: 0,1 (b=2)

• Chữ số nhị ph}n gọi l{ bit (binary digit)

Ví dụ: Bit 0, bit 1

• Bit l{ đơn vị thông tin nhỏ nhất

c Hệ đếm nhị phân (Binary System)

c Hệ đếm nhị phân (4)

Copyright by SOICT

Trang 17

1.2.2 Chuyển đổi cơ số 1.3 Biểu diễn dữ liệu trong m|y tính

67

1.2.2 Chuyển đổi cơ số

• Trường hợp tổng qu|t, một số N trong hệ

a Chuyển đổi phần nguyên

• Bước 1:Lấy phần nguyên của N(10) chia cho b, ta được thương l{ T1 số dư d 1.

• Bước 2: Nếu T1 khác 0, Lấy T1 chia tiếp cho b, ta được thương số l{ T2 , số dư là d 2

(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 l{ Tn =0, số dư là d n

• Kết quả ta được số N(b) l{ số tạo bởi c|c số dư (được

viết theo thứ tự ngược lại) trong c|c bước trên

Phần nguyên của N(10) = dndn-1…d1 (b)

Copyright by SOICT

Trang 18

69

a Chuyển đổi phần nguyên (2)

• Ví dụ: C|ch chuyển phần nguyên của số

12.6875(10) sang số trong hệ nhị ph}n:

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

c|c số dư như sau

b Chuyển đổi phần thập phân

• Bước1: Lấy phần thập phân của N(10) nhân với b, ta được một số có dạng x1.y1 (x là phần nguyên, y là phần thập phân)

• Bước 2: Nếu y1 khác 0, tiếp tục lấy 0.y1 nhân với b, ta được một số có dạng x2.y2

…(cứ làm như vậy cho đến khi y n =0)

• Bước n: Nếu yn-1 khác 0, nhân 0.yn-1 với b, ta được xn.0

• Kết quả ta được số sau khi chuyển đổi l{:

Trang 19

Cách 2: Tính nhẩm

• Phân tích số đó thành tổng các lũy thừa của

2, sau đó dựa vào các số mũ để xác định

dạng biểu diễn nhị phân

• Hexa  Nhị ph}n: AB7(16) = ? – AB7(16) = 1010 1011 0111(2)

• Hexa  Thập ph}n: 3A8C  ? 3A8C (16) = 3 x 16 3 + 10 x 16 2 + 8 x 16 1 +12 x 16 0

= 12288 + 2560 + 128 + 12 = 14988(10)

– 65.125

Trang 20

Nội dung

1.1 Thông tin v{ Tin học 1.2 Biểu diễn số trong hệ đếm 1.3 Biểu diễn dữ liệu trong m|y tính 1.3.1 Nguyên lý chung

1.3.2 Biểu diễn số nguyên 1.3.3 Biểu diễn số thực 1.3.4 Biểu diễn ký tự

79

1.3.1 Nguyên lý chung

• 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,…

a 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

– Theo sơ đồ mã hóa và tái tạo tín hiệu vật lý

Copyright by SOICT

Trang 21

81

Sơ đồ mã hóa và tái tạo tín hiệu vật lý

• Ví dụ: MODEM: MOdulator and DEModulator

(Điều chế và Giải điều chế) Copyright by SOICT 82

b Các dạng dữ liệu trong máy tính

• Dạng cơ bản

– Số nguyên: Mã nhị phân thông thường (không dấu) và mã bù hai (có dấu)

– Số thực: Số dấu chấm động – Ký tự: Bộ mã ký tự

• Đơn vị nhỏ nhất để biểu diễn thông tin l{

BIT (Binary DigIT)

• C|c đơn vị biểu diễn lớn hơn

Tên gọi Ký hiệu Giá trị

Nội dung

1.1 Thông tin v{ Tin học 1.2 Biểu diễn số trong hệ đếm 1.3 Biểu diễn dữ liệu trong m|y tính 1.3.1 Nguyên lý chung

Trang 22

85

1.3.2 Biểu diễn số nguyên

• Dùng 1 chuỗi bit để biểu diễn

• 2 trường hợp:

– Số nguyên không dấu

– Số nguyên có dấu

a Số nguyên không dấu

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

an-1an-2 a3a2a1a0

• Gi| trị của A được tính như sau:

• Dải biểu diễn của A: [0, 2n-1]

Trang 23

89

Trường hợp cụ thể: với n = 8 bit

• Dải biểu diễn l{ [0, 255]

255 254

• Ví dụ

– Xét n = 4 bit, A = 0110 – Số bù một của A = (2 4 - 1) - 0110 = 1001 – Số bù hai của A = 2 4 - 0110 = 1010

Trang 24

A + Số bù hai của A = 0 nếu bỏ qua bit nhớ

ra khỏi bit cao nhất

Bù 2: 1011 1010 Vậy: A = 1011 1010(2)

Copyright by SOICT

95

• Dạng tổng qu|t của số nguyên có dấu A:

A = an-1an-2 a2a1a0

• Gi| trị của A được x|c định như sau:

• Dải biểu diễn: [-2 n-1 , 2 n-1 -1]

A = 2 6 + 2 4 + 2 2 + 2 1 = 64 + 16 + 4 + 2 = +86

B = -2 7 + 2 6 + 2 4 + 2 1 = = -128 + 64 + 16 + 2 = -46

Copyright by SOICT

Trang 25

Trường hợp cụ thể: với n = 8 bit

• Dải biểu diễn l{ [-128, 127]

c Tính toán số học với số nguyên

• Phép cộng/trừ số nguyên (không dấu/có dấu)

• Ph}n nh}n, phép chia số nguyên

1101

- 111 -

110

c Tính toán số học với số nguyên (2)

• Cộng/ trừ số nguyên không dấu:

– Tiến h{nh cộng/trừ lần lượt từng bít từ phải qua trái

– Khi cộng/trừ hai số nguyên không dấu n bit ta thu được một số nguyên không dấu n bit

• Nếu tổng của hai số đó lớn hơn 2 n-1 thì khi đó sẽ tr{n

số v{ kết quả sẽ l{ sai

• Trừ số không dấu thì ta chỉ trừ được số lớn cho số nhỏ Trường hợp ngược lại sẽ sai

Copyright by SOICT

Trang 26

101

Ví dụ: Cộng trừ số nguyên không dấu

• Dùng 8 bit để biểu diễn số nguyên không

– (KQ sai = 23 + 21 + 20 = 11) Copyright by SOICT 102

• Cộng số nguyên có dấu

• Cộng lần lượt c|c cặp bit từ phải qua tr|i,

bỏ qua bit nhớ (nếu có)

• Cộng hai số kh|c dấu: kết quả luôn đúng

• Cộng hai số cùng dấu:

• Nếu tổng nhận được cùng dấu với 2 số hạng thì kết quả l{ đúng

• Nếu tổng nhận được kh|c dấu với 2 số hạng

thì đ~ xảy ra hiện tượng tràn số học

(overflow) v{ kết quả nhận được l{ sai

Trang 27

• Trừ số nguyên có dấu

– Để trừ hai số nguyên có dấu X v{ Y, cần lấy bù

hai của Y tức –Y, sau đó cộng X với –Y tức l{: X –

Y = X + (-Y)

– Cộng lần lượt c|c cặp bit từ phải qua tr|i, bỏ qua

bit nhớ (nếu có)

– Ví dụ:

105

• Nh}n/chia số nguyên không dấu

– C|c bước thực hiện như trong hệ 10 – VD: Phép nhân

1011 (11 cơ số 10)

x

1101 (13 cơ số 10)

-

1011

0000

1011

-

10001111 (143 cơ số 10)

Nhận xét

Copyright by SOICT

• Phép chia số nguyên không dấu

107

Copyright by SOICT

• Nhân/chia số nguyên có dấu:

– Bước 1: Chuyển đổi th{nh số dương tương ứng – Bước 2: Thực hiện nh}n/chia với số nguyên – Bước 3: Hiệu chỉnh dấu của kết quả

Trang 28

Nội dung

• Một số thực X được biểu diễn theo kiểu số

dấu chấm động như sau:

– M1 = -15 và E1 = +12 – M2 = +314 và E2 = -9 – Có nghĩa l{

N1 = M1 x 10 E1 = -15x10 12 = -15 000 000 000 000

và N2 = M2 x 10 E2 = 314 x 10 -9

= 0.000 000 314

Copyright by SOICT

Trang 29

113

b Phép toán với số thực

• Khi thực hiện phép to|n với số dấu chấm

động sẽ được tiến h{nh trên cơ sở c|c gi| trị

– N1 x N2 = (M1x M2) x R E1+E2 – N1 /N2 = (M1 / M2) x R E1-E2

Trang 30

0 011 1111 1000 0000 0000 0000 0000 0000

• Giải:

– S = 0  X l{ số dương – e = 0111 1111= 127 – m = 000000 00 – Vậy X = (-1) 0 x 1.00 00 00 x 2 127-127 = 1.0 x 2 0 = 1

Copyright by SOICT

Trang 31

121

Ví dụ 3

• Biểu diễn số thực X = 9.6875 về dạng số dấu chấm

động theo chuẩn IEEE 754 dạng 32 bit

Các quy ước đặc biệt

• Nếu tất cả c|c bit của e đều bằng 0, các bit của m đều bằng 0, thì X =  0

• Nếu tất cả c|c bit của e đều bằng 1, các bit của m đều bằng 0, thì X = 

• Nếu tất cả c|c bit của e đều bằng 1, m có ít nhất một bit bằng 1, thì X không phải l{ số (not a number - NaN)

Trang 32

125

a Nguyên tắc chung

• C|c ký tự cũng cần được chuyển đổi th{nh

chuỗi bit nhị ph}n gọi l{ mã ký tự

• Số bit dùng cho mỗi ký tự theo c|c m~ kh|c

• ASCII l{ bộ m~ được dùng để trao đổi thông

tin chuẩn của Mỹ Lúc đầu chỉ dùng 7 bit

(128 ký tự) sau đó mở rộng cho 8 bit và có thể biểu diễn 256 ký tự kh|c nhau trong máy tính

• Bộ m~ 8 bit  m~ hóa được cho 28 = 256 kí

tự, có m~ từ 00(16) FF(16), bao gồm:

– 128 kí tự chuẩn có m~ từ 00 (16)  7F(16) – 128 kí tự mở rộng có m~ từ 80(16) FF(16)

Copyright by SOICT

127

i Ký tự chuẩn – Bộ mã ASCII

• 95 kí tự hiển thị được: Có m~ từ 20(16) ÷ 7E(16)

– 26 chữ c|i hoa Latin 'A' ÷ 'Z' có m~ từ 41(16) ÷ 5A(16)

– 26 chữ c|i thường Latin 'a' ÷ 'z' có m~ từ 61(16) ÷ 7A(16)

để m~ hóa cho c|c chức năng điều khiển

Định dạng
Số trang	33
Dung lượng	2,89 MB