Hồ Chí Minh, 10/2006 Lê Đức Long Email: longld@math.hcmup.edu.vn; ldlongdhsp@yahoo.com TIN HỌC TRONG TRƯỜNG PT THỰC HÀNH SƯ PHẠM THẢO LUẬN NHÓM NỘI DUNG MÔN TIN HỌC Vấn đề 1: Khái niệ
Trang 1PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC TIN
HỌC PHẦN 1 – 5 ĐVHT (75 TIẾT) PHẦN CƠ BẢN
Tp Hồ Chí Minh, 10/2006
Lê Đức Long
Email: longld@math.hcmup.edu.vn;
ldlongdhsp@yahoo.com
TIN HỌC TRONG TRƯỜNG PT
THỰC HÀNH SƯ PHẠM THẢO LUẬN NHÓM
NỘI DUNG MÔN TIN HỌC
Vấn đề 1: Khái niệm về Tin học
Vấn đề 2: Dữ liệu và thông tin
Vấn đề 3: Biểu diễn thông tin trong MT
Vấn đề 4: Các thành phần của PC
CUNG CẤP KHÁI NIỆM CƠ BẢN
VỀ TIN HỌC
NỘI DUNG MÔN TIN HỌC GÓP PHẦN PHÁT TRIỂN TƯ DUY
THUẬT TOÁN
Vấn đề 1: Vấn đề - bài toán
Vấn đề 2: Giải quyết bài toán trên máy tính
Vấn đề 3: Thuật toán - biểu diễn thuật toán
Trang 2NỘI DUNG MÔN TIN HỌC
RÈN LUYỆN KỸ NĂNG LẬP TRÌNH
MÁY TÍNH VỚI NNLT BẬC CAO
Vấn đề 1: Mô hình hóa bài toán
Vấn đề 2: Rèn luyện khả năng phân tích bài toán
Vấn đề 3: Kỹ năng lập trình máy tính
NỘI DUNG MÔN TIN HỌC DẠY HỌC HĐH VÀ MỘT SỐ ỨNG
DỤNG
Vấn đề 1: Hệ điều hành - chức năng của HĐH
Vấn đề 2: Soạn thảo văn bản bằng Word
Vấn đề 3: Mạng máy tính - Internet
Vấn đề 4: Một số ứng dụng khác
NỘI DUNG MÔN TIN HỌC
DẠY HỌC CƠ SỞ DỮ LIỆU - HỆ
DBMS ACCESS
Vấn đề 1: CSDL và hệ CSDL
Vấn đề 2: Cơ sở dữ liệu quan hệ
Vấn đề 3: Hệ quản trị CSDL MS Access
NỘI DUNG MÔN TIN HỌC Các điểm lưu ý - đề xuất …
Trang 3NỘI DUNG MÔN TIN HỌC
Vấn đề 1: Khái niệm về Tin học
Vấn đề 2: Dữ liệu và thông tin
Vấn đề 3: Biểu diễn dữ liệu trong MT
Vấn đề 4: Các thành phần của PC
CUNG CẤP KHÁI NIỆM CƠ BẢN
VỀ TIN HỌC
Thông tin - Dữ liệu – Tin học
DỮ LIỆU • Thu nhận phân loại, lưu trữ THÔNG TIN
• Tính toán, thống kê
• Hỏi đáp, cập nhật, truy tìm
• Dự báo
Tin học là một ngành khoa học chuyên xử lý dữ liệu và xuất ra thông tin một cách tự động, dựa trên công cụ là máy tính điện tử.
1970 - cuối 70: Computer Science
1980 - cuối 80: Informatique
1990 - cuối 90: Information Technology (IT)
2000 – nay: Information and Communication Technology (ICT)
Phân loại máy tính điện tử
Personal Computer
o (PC)/Microcomputer
Minicomputer
o Nhanh hơn PC 3-10 lần
Mainframe
o Nhanh hơn PC 10-40 lần
Supercomputer
Supercomputer
o Nhanh hơn PC 50-1.500 lần
o Phục vụ nghiên cứu là chính
o VD:Earth Simulator (NEC,
5104 CPUs, 35.600 GF)
Laptop Computer
Handheld Computer
o Pocket PC,Palm, Mobile
devices
CPU
Tb Xuất
Tb Nhập
Reg ALU CU
Gồm 4 thành phần chính:
1.Bộ xử lý trung tâm – CPU (Central processing unit) 2.Bộ nhớ (Main Memory)
3.Các thiết bị nhập/ xuất (I/O devices)
_ Màn hình (monitor) _ Bàn phím (keyboard)
Má i ( i t )
CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN
CỦA MÁY TÍNH PC
Bnhớ chính
Tb Xuất
Tb Nhập
BNHỚ PHỤ
Cấu trúc của máy PC
_ Máy in (printer) _ Con chuột (mouse) _ Máy quét (scanner) _ Máy đọc thẻ từ, đọc mã vạch, … _
4.Thiết bị lưu trữ (Backing Storages)
_ Đĩa từ : đĩa cứng, đĩa mềm (hard disk, floppy disk) _ Đĩa quang: CD ROM, CD-R, DVDs,…
Trang 4Các dòng CPU i386SX,
486DX4, Pentium IV của
CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN
CỦA MÁY TÍNH PC
Intel
Hình dáng của RAM
Bàn phím và
Con chuột chuẩn
Màn hình màu SVGA
MỘT SỐ THIẾT BỊ NGOẠI VI
Camera
Printer
Modem
NIC Light pen
Dung lượng
Đĩa mềm 3 ½ inch: 1.44 MB
Đĩa cứng: 10 - 80GB …
Đĩa CDROM: 200 - 700MB
Đĩa DVD: 2GB – 15GB
(ROM RAM)
(Thiết bị ngoại vi)
(Thiết bị nhập/xuất)
(Thiết bị nhớ phụ) (Thiết bị ngoại vi khác)
(Bus hệ thống)
Trang 5 Bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ
chương trình, dữ liệu.
o Bộ nhớ đệm (cache)
o Bộ nhớ chính (main memory)
o Bộ nhớ ngoài (auxiliary or external
Computer memory
RAM
FDD, HDD, FLASH DRIVE
memory)
tốc độ và giá thành chế tạo càng
cao
RAM
Bộ nhớ đệm (cache)
thông tin giữa CPU và RAM
o Cache L1 (Level 1)
o Cache L2
o Càng gần CPU thì tốc độ càng cao
Kiểm tra bộ nhớ của máy tính
• Peak/128 = M
• M * 128 = Y
• So sánh Total với Y
bằng cách Total – Y
Æ Dung lượng bộ nhớ
còn thiếu (nếu cần)
Lượng bộ nhớ lớn
nhất đã sử dụng
Tổng dung lượng bộ nhớ hiện có
Bật chế độ truy xuất bộ nhớ
trực tiếp
-Chọn Control Panel,
Trình System, chọn
tab Hardware, Device
Manager.
Bật chế độ DMA (Direct Memory Access) tăng tốc toàn hệ thống
-Nhấp kép chuột ở mục IDE ATA/ATAPI
controllers, và chọn
mục Advance
Settings.
-Thiết lập chế độ
DMA if available
Trang 6Tổng kết bộ nhớ máy tính
Electronic disk
Cache Main memory (RAM+ROM)
Magnetic Disk Optical Disk ect o c d s
Magnetic Tape
Hãy thử tìm hiểu …
Đưa Mouse pointer
đến vị trí cần thiết
và nhấp 1 lần
-Point Mouse
(Trỏ chuột)
Đưa chỉ điểm chuột đến vị trí nào
đó
-Click mouse
(Nhấp chuột)
CÁC THAO TÁC CƠ BẢN VỚI
CHUỘT
-Drag Mouse
(Rê chuột)
Đưa Mouse pointer
đến vị trí cần thiết
và nhấp liên tiếp 2
lần (nhấp kép)
Nhấn và giữ nút chuột trái, rê chuột từ vị trí này
sang vị trí khác
-Double click
(Nhấp kép chuột)
CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MÁY TÍNH PC
Màn hình (Output) Chuột (Input)
CPU
Đĩa cứng (Backing storage)
Đĩa mềm
•CPU
•Bộ nhớ chính
•Thiết bị vào/ra
•Thiết bị lưu trữ
Phần cứng
Bàn phím (Input)
Đĩa mềm storage)
HT Tin học Phần mềm
Người sử dụng
Các chương trình PM hệ thống
PM ứng dụng
Quản lý và điều khiển Ngôn ngữ lập trình
Hệ thống thông tin thủ công (manual information systems)
Hệ thống thông tin được máy tính hoá (computerised information systems)
Trang 7THÔNG TIN VÀ DỮ LIỆU
Dữ liệu gốc
Dữ liệu mã hoá
Mã hoá
‘a’
0110 0001 (97)
Mã hoá Bảng mã ASCII
• Biểu diễn số nguyên
• Biểu diễn số thực
• Biểu diễn văn bản
Thông tin mã hoá
Thông tin kết quả
Dữ liệu cần xử lý
Thông tin đã xử lý
Giải mã
MÁY TÍNH
XỬ LÝ
0100 0001 (65)
‘A’
Giải mã
MÁY TÍNH XỬ LÝ đổi ‘a’ thành ‘A’
Bảng mã ASCII
Mã hoá thông tin trong máy tính
Dãy bit (Mã nhị phân)
NGUYÊN LÝ MÃ HOÁ NHỊ PHÂN
Nguyên tắc hoạt động của
máy tính PC
Nguyên lý điều khiển bằng chương trình Nguyên lý lưu trữ chương trình dưới dạng mã nhị phân Nguyên lý truy cập theo địa chỉ
NGUYÊN LÝ J VON NEUMANN
Sơ đồ hoạt động của máy tính khi thực hiện một lệnh từ thiết bị nhập
NỘI DUNG MÔN TIN HỌC
GÓP PHẦN PHÁT TRIỂN TƯ DUY
THUẬT TOÁN
Vấn đề 1: Vấn đề - bài toán
Vấn đề 2: Giải quyết bài toán trên máy tính
Vấn đề 3: Thuật toán - biểu diễn thuật toán
TRIỂN TƯ DUY THUẬT TOÁN
Thể hiện một phương pháp suy nghĩ, làm việc với các khả năng sau:
-Có thể mô tả chính xác quá trình tiến hành một công việc, một hoạt động nhằm đạt một mục đích nào đó, nói vắn tắt là biết lập quy trình tiến hành công việc
-Biết cách phân tích một hoạt động thành những thao tác, sắp xếp
hú th ột t ì h t hặt hẽ để iải ết đí h đã đặt chúng theo một trình tự chặt chẽ để giải quyết mục đích đã đặt ra cho hoạt động đó
-Biết cách thực hiện các thao tác theo trình tự đã nêu -Có thể khái quát trên cơ sở thực hiện một hoạt động cụ thể thành
ra môt quy trình (một thuật toán) để giải quyết một lớp bài toán tương tự
Với các phân tích đó, ta thấy tư duy thuật toán không những cần cho các học sinh đang còn học trong các nhà trường, mà còn là một yếu tố quan trọng giúp cho họ thành đạt khi ra đời, dù cho họ làm công việc gì, từ sản xuất đến kinh doanh hay quản lý
Trang 8Vấn đề và bài toán ?
Ví dụ :
1.Chứng minh hằng đẳng thức : (a+b)2= a2+ 2ab+ b2
2.Chứng minh rằng gia tốc của chuyển động tròn đều là gia tốc
hướng tâm
3.Chỉ ra các bước dựng một tam giác với chiều dài các cạnh là
a, b, c cho trước
4 Với số vốn 1 3 tỉ đồng cần đầu tư vào lãnh vực sản xuất nào
4.Với số vốn 1,3 tỉ đồng, cần đầu tư vào lãnh vực sản xuất nào
để có tiền lời cao nhất ?
-Việc giải quyết vấn đề – bài toán có thể diễn đạt bằng sơ đồ
chung như sau : A B
Trong đó :
A là giả thiết hoặc điều kiện ban đầu
B là kết luận hoặc mục tiêu cần đạt
là suy luận, giải pháp cần xác định
Bài toán trong tin học ?
Ví dụ :
Là việc nào đó ta muốn máy tính thực hiện để
từ dữ liệu đưa vào (Input) tìm được kết quả đầu ra – thông tin (Output).
• Tìm ước số chung lớn nhất của hai số nguyên dương
Input : Hai số nguyên dương M và N.
Output : Ước số chung lớn nhất của M và N.
• Bài toán xếp loại học tập của một lớp
Input : Bảng điểm của học sinh trong lớp.
Output : Bảng xếp loại học lực của học sinh
Từ Input
làm thế nào
để tìm ra
Output ?
Các bạn cần tìm
ra cách giải của bài toán.
Trang 9 Máy tính
tháng – hàng năm
Chậm hay rất chậm
Liên tục trong vài ngày
-giảm dần theo tgian
Có
Máy tính và GQVĐ– bài toán
yếu tố khách quan: ít
vấn đề: Không
trước các tình huống
bất ngờ: Không
Có
Tốt
Tốt
Ppháp GQVĐ – bài toán trên
máy tính
Thuật toán ?
một bài toán đơn giản
tiên: S = 1+ 2 + 3 + 4 + … + n
B1 Hỏi giá trị của n
(số phép cộng chưa bằng n-1) thì sang B.3.1
Ngược lại sang B4 g ợ ạ g
o 3.1 Cộng kết quả S đã nhớ với i và nhớ kết quả mới
o 3.2 Tăng số i lên 1 đơn vị
o 3.3 Trở về B3
Trang 10Thuật toán ?
Từ thuật toán (Algorithm) xuất phát từ tên một nhà toán
học người Trung Á là Muhammad ibn Musa
al-Khwarizmi, thường gọi là al’Khwarizmi Ông là tác giả một
cuốn sách về số học, trong đó ông đã dùng phương pháp
mô tả rất rõ ràng, mạch lạc cách giải những bài toán Sau
này, phương pháp mô tả cách giải toán của ông đã được
xem là một chuẩn mực và được nhiều nhà toán học khác
tuân theo Từ algorithm ra đời dựa theo cách phiên âm tên
ủ
của ông.
Muḥammad ibn Mūsā al-Khwārizmī (Arabic: ىسوم نب دمحم يمزراوخلا) was a Persian mathematician, astronomer, astrologer and geographer He was born around 780, in either Khwarizm or Baghdad, and died around 850
He was the author of al-Kitāb al-mukhtaṣar fī ḥisāb al-jabr
wa-l-muqābala, the first book on the systematic solution of linear and
quadratic equations Consequently he is considered to be the father of
algebra, a title he shares with Diophantus The word algebra is derived
from al-jabr, one of the two operations used to solve quadratic
equations, as described in his book Algoritmi de numero Indorum,
the Latin translation of his other major work on the Indian numerals,
introduced the positional number system and the number zero to the
Western world in the 12th century The words algorism and algorithm
stem from Algoritmi, the Latinization of his name.His name is also the
origin of the Spanish word guarismo, meaning digit.
Tính chất cơ bản thuật toán
Xác định: rõ ràng, không mập mờ và các bước
giải khả thi có thể thực thi được
o Mập mờ: thiếu thông tin hoặc có nhiều chọn lựa nhưng
không đủ điều kiện để quyết định
o Thực thi được: xét trong điều kiện hiện tại của bài toán
Hữu hạn: số bước là hữu hạn và có tính chất
dừng Æ dễ bị vi phạm nhất
o Sau một thời gian thi hành hữu hạn thì phải cho kết quả
mong muốn
Đúng: đúng với mọi trường hợp của bài toán
o Tính chất khó đạt nhất
Tính xác định
Giả sử khi nhận một lớp học mới, Ban Giám hiệu yêu cầu giáo viên chủ nhiệm chọn
lớp trưởng mới theo các bước sau :
1 Lập danh sách tất các học sinh trong lớp.
2 Sắp thứ tự danh sách học sinh.
3 Chọn học sinh đứng đầu danh sách để làm lớp trưởng.
Khi nhận được thông báo này, giáo viên chắc chắn sẽ rất bối rối vì không hiểu
là trong danh sách học sinh cần có những thông tin gì? Danh sách chỉ cần họ
tên, hay cần thêm ngày tháng năm sinh? Có cần thêm điểm trung bình không?
Yêu cầu 2 lại càng gây nhiều thắc mắc Cần phải sắp xếp danh sách theo chiều
tăng dần hoặc giảm dần ? Sắp theo chỉ tiêu gì ? Theo tên, theo ngày tháng năm
sinh hay theo điểm trung bình chung, Giả sử sắp theo điểm trung bình thì nếu
có hai học sinh cùng điểm trung bình thì học sinh nào sẽ sắp trước, học sinh nào
sẽ sắp sau ?
Hướng dẫn ở trên vi phạm tính chất "không mập mờ" của thuật toán Nghĩa là,
có quá nhiều thông tin còn thiếu để làm cho các bước 1,2 được hiểu đúng và
hiểu theo một nghĩa duy nhất
Thuật toán chọn lớp trưởng !!!
1 Lập danh sách tất các học sinh trong lớp theo hai thông tin: Họ và Tên;
Ðiểm trung bình cuối năm.
2 Sắp hạng học sinh theo điểm trung bình theo thứ tự giảm dần (từ điểm cao đến điểm thấp) Hai học sinh có cùng điểm trung bình sẽ có cùng hạng.
3 Nếu chỉ có một học sinh có hạng nhất thì chọn học sinh đó làm lớp trưởng.
Trường hợp có nhiều học sinh đồng hạng nhất thì chọn học sinh có điểm môn Toán cao nhất làm lớp trưởng.
Nếu vẫn còn nhiều hơn một học sinh đồng hạng nhất và có cùng điểm môn Toán cao nhất thì tiến hành bốc thăm.
Ở đây chúng ta cần phân biệt mập mờ và sự chọn lựa có quyết định Mập mờ
là thiếu thông tin hoặc có nhiều chọn lựa nhưng không đủ điều kiện để quyết
định Còn chọn lựa có quyết định là hoàn toàn xác định duy nhất trong điều
kiện cụ thể của vấn đề Chẳng hạn trong vấn đề chọn lớp trưởng ở trên, bước
3 thể hiện một sự lựa chọn có quyết định Tất nhiên, khi chưa lập danh sách, chưa xếp hạng theo điểm trung bình thì giáo viên không thể biết được sẽ chọn lớp trưởng theo cách nào Nhưng khi đã sắp xong danh sách thì chỉ có một phương án chọn duy nhất.
Trang 11Xác định = không mập mờ +
thực thi được
Tính "thực thi được" cũng là một tính chất khá hiển nhiên Rõ
ràng nếu trong "thuật toán" tồn tại một bước không thể thực thi
được thì làm sao ta có được kết quả đúng như ý muốn?
Æ Chú ý đến tính chất này khi giải quyết bài toán trên máy tính - vấn đề
cần giải quyết máy tính phải thực thi được ≠ cách giải quyết bình thường
của con người
Tuy nhiên cần phải hiểu là "thực thi được" xét trong điều kiện
hiện tại của bài toán Chẳng hạn, khi nói "lấy căn bậc hai của một
số âm" là không thể thực thi được nếu miền xác định của bài
toán là số thực, nhưng trong miền số phức thì thao tác "lấy căn
bậc hai của một số âm" là hoàn toàn thực thi được Tương tự,
nếu ta chỉ đường cho một người đi xe máy đến một bưu điện
nhưng con đường ta chỉ là đường cụt, đường cấm hoặc đường
ngược chiều thì người đi không thể đi đến bưu điện được
Tính "dừng" là tính chất dễ bị vi phạm nhất, thường là do sai sót khi trình bày thuật
toán Mọi thuật toán đều nhằm thực hiện một công việc nào đó nên sau một thời gian thi
hành hữu hạn thì thuật toán phải cho chúng ta kết quả mong muốn Khi không thỏa tính
chất này, ta nói rằng "thuật toán" bị lặp vô tận hoặc bị quẩn Ðể tính tổng các số
nguyên dương lẻ trong khoảng từ 1 đến n ta có thuật toán sau :
B1 Hỏi giá trị của n
B2 Đặt S = 0, i = 1 B3 Nếu i = n+1 thì sang bước B7, ngược lại sang bước B4 B4 Cộng thêm i vào S
B5 Cộng thêm 2 vào i B6 Quay lại bước B3.
B7 Tổng cần tìm chính là S Kết thúc
Ta chú ý đến bước B3 Ở đây ta muốn kết thúc thuật toán khi giá trị của i vượt quá n
Thay vì viết là "nếu i lớn hơn n" thì ta thay bằng điều kiện "nếu i bằng n+1" vì theo toán học "i = n+1" thì suy ra "i lớn hơn n" Nhưng điều kiện "i=n+1" không phải lúc nào cũng
đạt được Vì ban đầu i = 1 là số lẻ, sau mỗi bước, i được tăng thêm 2 nên i luôn là số lẻ
Nếu n là số chẵn thì n+1 là một số lẻ nên sau một số bước nhất định, i sẽ bằng n+1
Tuy nhiên, nếu n là một số lẻ thì n+1 là một số chẵn, do i là số lẻ nên dù có qua bao nhiêu bước đi chăng nữa, i vẫn khác n+1 Trong trường hợp đó, thuật toán trên sẽ bị
quẩn.
Tính "đúng" là một tính chất khá hiển nhiên nhưng là tính chất
khó đạt tới nhất Thực vậy, khi giải quyết một vấn đề-bài toán,
ta luôn luôn mong muốn lời giải của mình sẽ cho kết quả đúng
nhưng không phải lúc nào cũng đạt được
Mọi học sinh khi làm bài kiểm tra đều muốn bài làm của mình
có đáp số đúng nhưng trên thực tế, trong lớp học chỉ có một
số học sinh nhất định là có khả năng đưa ra lời giải đúng!
Các tính chất của thuật toán rất chặt chẽ và cứng nhắc Nhưng điều đó cũng có
nghĩa là khả năng giải quyết vấn đề theo kiểu thuật toán cũng bị giới hạn Sau này,
người ta đã "làm mềm" đi hai tính chất quan trọng của thuật toán là tính xác định và
tính đúng để giải quyết những vấn đề phức tạp hơn mà với các tính chất chặt chẽ của
thuật toán thì không thể giải quyết được Ðó là thuật giải
3 tính chất cơ bản của Thuật Toán
Các đặc trưng khác của
thuật toán
Đầu vào và đầu ra (Input/Output) : mọi
thuật toán đều nhận dữ liệu đầu vào, xử
lý nó và cho ra kết quả cuối cùng.
Tính hiệu quả (Effectiveness) : dựa trên
khối lượng tính toán, không gian và thời gian khi thuật toán được thi hành Là yếu
tố quyết định để đánh giá, chọn lựa cách giải quyết vấn đề – bài toán trên thực tế.
Tính tổng quát (Generalliness): áp dụng
được cho mọi trường hợp của bài toán.
