Tin học ứng dụng trong kỹ thuật địa chất dầu khí bài giảng điện tử

Những khái niệm về máy tính‰ Máy tính số là một thiết bị có thể thực hiện một số hữu hạn các chức năng cơ bản tập lệnh, cóthể thực hiện các lệnh tự động, bắt đầu từ lệnh được chỉ định nà

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ

TIN HỌC ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT & DẦU KHÍ

Tác giả : ThS Đỗ Quang Khánh

ThS Bùi Tử An

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

™ Ngành: Kỹ thuật địa chất & Dầu khí

™ Cán bộ giảng dạy: ThS Đỗ Quang Khánh

Thông tin chung

™ Môn học giúp sinh viên bước đầu nắm được các

kỹ năng cơ bản để khai thác các phần mềmthông dụng trong xử lý văn bản, đồ họa; tính toántrong địa chất, địa kỹ thuật, địa chất môi trường, thiết kế mỏ, công tác khoan và khai thác dầu khítiến tới lập trình các bài toán chuyên môn phục vụcho thiết kế đồ án môn học và luận văn tốtnghiệp

Nội dung môn học

™ Kiểm tra giữa kỳ: 20%

™ Thi cuối kỳ: 50%

™ Thực hành trên máy tính: 10%:

™ Báo cáo chuyên đề Tin học ứng dụng về lĩnh vựcquan tâm: 20%

Hình thức đánh giá môn học

Tài liệu tham khảo chính

™ The matlab 5 Handbook

Darren Redfer, Spinger-Verlag new Your, 1998.

™ Introduction to Engineering Programming in C, MATLAB and JAVA

Mark Austin, David Chancogn,, Wiley Pub 1999.

™ A Guide to Microsoft Excel 2002 for Scientists and Engineers

LIENGME, B V ELSEVIER 2002

™ Numerical Analysis Using MATLAB and EXCEL ®

Steven T Karris, Orchard Publications 2006.

™ MATLAB® Recipes for Earth Sciences

Martin H Trauth© Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006

™ 129 Bài tập EXCEL ứng dụng trong Khoa học kỹ thuật

Trần Phú Thành, NXB Thống kê, 2002.

Các chủ đề chính

MỘT SỐ BÀI TOÁN KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT &

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ

TIN HỌC ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT & DẦU KHÍ

Tác giả : ThS Đỗ Quang Khánh

ThS Bùi Tử An

Bộ môn : Khoan & Khai thác dầu khí

CÁC KHÁI NIỆM TRONG

KỸ THUẬT TÍNH TOÁN VỚI MÁY TÍNH

‰ Lập trình tính toán các phép tính bằng số

& ký hiệu giải quyết các bài toán kỹ thuật – kinh tế.

tin: phù hợp với tính đa dạng.

ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT

Những khái niệm về máy tính

‰ Máy tính số là một thiết bị có thể thực hiện một

số hữu hạn các chức năng cơ bản (tập lệnh), cóthể thực hiện các lệnh tự động, bắt đầu từ lệnh được chỉ định nào đó rồi tuần tự từng lệnh kếtiếp cho đến lệnh cuối cùng

‰ Mô hình máy tính số Von Neumann

Bộ nhớ (memory) Đơn vị xử lý (CPU) Các thiết bị vào ra (I/O)

Bus giao tiếp

Chứa code và data đang thực thi

Thực thi từng lênh của chương

trình

Giao tiếp với bên ngoài để nhập xuất tin

HÌNH DẠNG VẬT LÝ CỦA MÁY TÍNH

KHÁI NIỆM PHẦN CỨNG MÁY TÍNH

Đ ĩa mềm DVD

Dữ liệu Các chỉ dẫn

Dữ liệu Các chỉ dẫn

Dữ liệu Dữ liệu

RAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên)

NHẬP VÀ XUẤT NƠI LƯU GIỮ

‰ CPU là một bộ phận nhằm điều khiển các hoạt

động máy tính bằng cách thực thi các chỉ dẫn Trong một CPU qui ước, các chỉ dẫn được xuất phát từ bộ nhớ chính, được giải mã và được thực thi mỗi chỉ dẫn một lần

‰ Bên trong CPU, khối điều khiển sẽ điều khiển

việc cung cấp, giải mã và thực thi các chỉ dẫn được lưu trữ trong bộ nhớ

‰ Việc giao tiếp giữa CPU với các thiết bị I/O,

RAM, ROM nhờ vào Bus

‰ Tốc độ CPU phụ thuộc vào kích thước của chip trong

máy tính Chip càng nhiều transitor thì thông tin được xử

lý càng nhiều Công nghệ sản xuất năm 1997 đã cho ra đời các chip có chiều rộng rất nhỏ (1/290 chiều rộng của sợi tóc người)

‰ RAM (Ramdom Access Memory) - Bộ nhớ truy cập ngẫu

nhiên: lưu trữ dữ liệu và các chương trình cấp thấp làm bằng các chuỗi nhị phân.

‰ ROM (Read Only Memory) - Bộ nhớ chỉ đọc

‰ Bus: là một đường dẫn điện tử trong máy tính nhằm

cung cấp một đường dẫn giao tiếp dành cho dữ liệu đễ truyền giữa CPU và bộ nhớ của nó, giữa CPU và các thiết bị I/O (màn hình, bàn phím, chuột, giao diện mạng, máy in, …)

‰ Central Processing Unit - đơn vị xử lí trung tâm

được xem như não bộ, một trong những phần tửcốt lõi nhất của máy vi tính

‰ Nhiệm vụ chính: xử lý các chương trình vi tính và

dữ kiện

‰ Kiểu dáng:

ƒ Một con chip với vài chục chân, hoặc

ƒ Ráp sẵn trong các bộ mạch với hàng trăm con chip khác

‰ CPU là một mạch xử lý dữ liệu theo chương trình

được thiết lập trước, tích hợp phức tạp gồm

Bộ vi xử lý Intel 80486DX2 trong PGA bằng đồ gốm

KHÁI NIỆM VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH

‰ Hệ điều hành là một chương trình chạy trên máy

tính, dùng để điều hành, quản lý các thiết bị phần cứng và các tài nguyên phần mềm trên máy tính

‰ Hệ điều hành đóng vai trò trung gian trong việc

giao tiếp giữa người sử dụng và phần cứng máy tính, cung cấp một môi trường cho phép người

sử dụng phát triển và thực hiện các ứng dụngcủa họ một cách dễ dàng

WINDOWS

KHÁI NIỆM VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH (tt)

‰ HĐH UNIX:

ƒ Đa nhiệm, đa người sử dụng, phục vụ cho truyền thông tốt Nhược điểm của nó hiện nay là có nhiều Version khác nhau, không thống nhất gây khó khăn cho người dùng.

nó là được phát triển bởi một mô hình phát triển phần mềm nguồn mở hiệu quả.

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH

(network hay network system): một tập hợp các máy tính tự hoạt được kết nối nhau thông qua các phương tiện truyền dẫn để nhằm cho phép chia sẻ tài nguyên: máy in, máy fax, tập tin, dữliệu

‰ Một máy tính được gọi là tự hoạt (autonomous)

nếu nó có thể khởi động, vận hành các phần mềm đã cài đặt và tắt máy mà không cần phải có

sự điều khiển hay chi phối bởi một máy tính khác

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH

nhau tạo thành mạng, có thể là các máy tính hoặc các thiết bị khác Nói chung hiện nay ngày càng nhiều các loại thiết bị có khả năng kết nối vào mạng máy tính như điện thoại di động, PDA, tivi,

thông được thực hiện qua đó Môi trường truyền

có thể là các loại dây dẫn (dây cáp), sóng điện từ (đối với các mạng không dây)

quy định cách trao đổi dữ liệu giữa các thực thể

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH (tt)

ƒ Thông tin giữa các máy thường được chia sẻ cho nhau được thực thi dưới 2 hay nhiều chương trình chạy trên các máy riêng biệt

− Mỗi chương trình gọi là server cung cấp tài nguyên,

9 Một chương trình thứ hai, được gọi làclient sử dụng nguồn tài nguyên đó

9 Các server và client chạy trên các máy

ở những vị trí khác nhau, thậm chí ởnhiều quốc gia xa xôi

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH (tt)

ƒ Internet là một liên mạng, tức là mạng của các mạng con Các máy kết nối được với nhau khi hai mạng con phải hiểu được cả hai giao thức truyền tin được sử dụng trên hai mạng con này và các gói thông tin của hai mạng con sẽ được gởi qua nhau thông qua

đó Máy tính này gọi là internet hay router

3 mạng kết nối với nhau thông qua 2 router.

CƠ CỞ HẠ TẦNG VẬT LÝ CỦA INTERNET

TỐC ĐỘ TĂNG TRƯỞNG CỦA INTERNET

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH (tt)

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH (tt)

các tuyến điện thoại - tốc độ truy cập cao hoặc độ rộng băng (bandwidth), ở đó thông tin có thể được truyền 33,6KB/s Ngày nay, sự gia tăng bandwidth lên đến 64 hoặc 128 KB/s.

học đều được kết nối internet với một hoặc nhiều tuyến T1 có bandwidth 1,46MB/s Trong tương lai

có thể lên tới 10MB/s với modem khác.

thiết bị cuối (client) vào các Router?

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH (tt)

Từ nhà riêng!

Truy cập từ cơ quan

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH (tt)

chung sẽ kết nối host với router.

Mbps.

router của ISP thông qua mạng cellualar.

HÌNH DẠNH VẬT LÝ CỦA ROUTER

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH (tt)

‰ Giao thức TCP/IP là gì?

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH (tt)

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH (tt)

‰ Domain và địa chỉ của Internet

ƒ Các địa chỉ IP được chỉ thành 2 phần, một phần xác định mạng (Net ID) và một phần để xác định host (Host ID)

− Cấu trúc một địa chỉ IP: Class ID-Network ID-Host ID

− Có 5 lớp mạng A, B, C, D, E, trong đó 3 lớp đầu được dùng cho mục đích thông thường, còn lại lớp

D và E dành cho mục đích đặc biệt trong tương lai.

ƒ Domain: Địa chỉ IP được biểu diễn một số nguyên 32

bit hay dạng chấm thập phân rất khó nhớ với người sử dụng, do đó, trên internet người ta đã dựng một dịch vụ

để đổi tên một host sang địa chỉ IP Dịch vụ đó là dịch

vụ đánh tên vùng (Domain Name Sevice – DNS

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH (tt)

Domain và địa chỉ của internet

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH (tt)

‰ Domain và địa chỉ của internet

ƒ Thí dụ 1:

− Địa chỉ internet austin@isr.umd.edu có phần person ID là austin và tên domain là isr.umd.edu Phần số isr.umd.edu là 128.8.111.4 Như ví dụ trên đây, không bao giờ có các khoảng trống giữa thành phần địa chỉ của internet.

ƒ Thí dụ 2:

− Trong địa chỉ máy tính geopet.hcmut.edu.vn, thì tên submain báo cho chúng ta rằng máy tính này nằm tại Khoa Kỹ thuật địa chất và dầu khí (geopet), Trường ĐH Bách khoa Tp.HCM (hcmut), thuộc hệ thống giáo dục (edu) của Việt Nam (vn)

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH (tt)

‰ Domain và địa chỉ của internet (tt)

ƒ Bảng sau cho thấy 7 lớp cơ bản của hệ thống phân vùng.

Domai n

Net Một loại mạng không phụ thuộc các loại phân vùng khác.

org Các tổ chức không thuộc một trong các loại trên.

Tên vùng một số nước trên thế giới

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH (tt)

ƒ Bằng cách cung cấp cho hàng triệu người dùng ở nhà, ở trường học và các xí nghiệp với phương pháp truy cập vào một diện rộng các phương tiện truyền thông qua một giao diện người dùng đồ họa dễ sử dụng Web được xem là một phần hấp dẫn của internet

ƒ Việc phát trển Web bắt đầu vào 3/1989, lúc Tim Berners Lee của Phòng thí nghiệm Vật

lý Hạt Cơ bản ở Châu Âu (CERN) đưa ra đề

án làm một phương diện để chuyển giao nội dung khảo sát cũng như các ý tưởng qua toàn bộ cơ quan CERN

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH (tt)

ƒ Siêu văn bản về mặt cơ bản giống hệt như text bình thường ngoại trừ có một ngoại lệquan trọng đó là siêu văn bản có chứa các nối kết bên trong text để có thể truy cập đến các tài liệu khác

ƒ Siêu phương tiện là một siêu văn bản chứa các liên kết không chỉ đến các mảnh text mà còn đến các dạng media như âm thanh, hình ảnh, hoạt hình, phim ảnh …

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH (tt)

ƒ Phần mềm Web được thiết kế quanh cấu trúc Client/Server được phân bố Một web Client được gọi là một web browser (trình duyệt web) nếu nó được thiết kế nhằm mục đích sửdụng giao tiếp, đây là một chương trình có thểgởi các yêu cầu về tài liệu cho bất cứ web server nào

ƒ Một web server là một chương trình nhằm nhận một yêu cầu, gởi tài liệu yêu cầu trở lại cho client đang yêu cầu

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG MÁY TÍNH (tt)

‰ Web Search Engines và Robots

ƒ Một Web search engine đơn giản chỉ là một chương trình máy tính nhằm cho phép người dùng nêu ra các vấn tin nằm trong một cơ sở

CHU KỲ SỐNG CỦA PHẦN CỨNG – PHẦN MỀM

‰ Các ưu điểm về phần cứng và CT ứng dụng

¾Tính cạnh tranh trên thị trường

¾Nhu cầu được thiết kế, phân tích, sản xuất

¾Tính phức tạp của HTKT: kích thước, quan

DEVELOPMENT OF HARDWARE DEVELOPMENT OF SOFTWARE

CÁC VẤN ĐỀ VỀ THIẾT KẾ PHẦN MỂM KỸ THUẬT

CÁC NGUYÊN TẮC

‰ Liên quan đến việc thiết kế và thực thi chương

trình máy tính (CTMT) để hoạt động được đòi hỏi:

ƒ Viết đúng

ƒ Viết tốt

lớn

CÁC VẤN ĐỀ VỀ THIẾT KẾ PHẦN MỂM KỸ THUẬT

CÁC CHƯƠNG TRÌNH MÁY TÍNH

cấu trúc CT và tính hiệu quả phép tính trong thực thi CT

phần mềm: đặc trưng và thiết kế CT, cơ cấu, tạo

mã, thử nghiệm, bảo quản phần mềm, etc.

CÁC MÔ HÌNH (MH) PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM

‰ Mô hình suối nước Waterfall model:

ƒ Chuỗi các giai đoạn yêu cầu các đặc trưng, thiết kế & thử nghiệm, hội nhập, bảo quản

ƒ Mỗi giai đoạn phải hoàn thành thông qua việc xem xét lại cẩn thận trước khi bắt đầu giai đoạn tiếp theo

ƒ Tương đối phù hợp lúc gặp sự cố cũng như khi phương pháp giải quyết đã được hiểu khárõ

CÁC MÔ HÌNH (MH) PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM

Requirements Definition

System Design

Detailed Design

Integrating and Text

Operations and Maintenance

CÁC MÔ HÌNH (MH) PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM

‰ Mô hình xoắn ốc Spiral model

ƒ Chuỗi các MH thác nước với việc phân tích rủi ro và sự điều khiển được kết hợp ở các giai đoạn bình thường trong đề án.

ƒ Qui trình định hướng rủi ro nhằm lập lại các tùy chọn thực thi mà ở các giai đoạn đầu của đề án chưa được

rõ ràng.

ƒ Mỗi chu kỳ phát triển có các trạng thái sau:

− Nhận biết các kiểu đích và các lựa chọn khác

uncertainties & risks

− Chiến lược phát triển như mô phỏng, tạo mẫu gốc, tạo dấu mốc để giải quyết uncertainties & risks.

− Hoạch định các giai đoạn kế tiếp

‰ Có thể kết hợp hoặc biến đổi giữa hai mô hình cơ bản.

CÁC MÔ HÌNH (MH) PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM

Risk Analysis Risk Analysis Risk Analysis

Determine Object and Alternatives

Objectives and Alternatives

REVIEW Requirements Plan Life Cycle Plan Plan Next Phase

Plan Next Phase

Service

Testing of Components Requirements Validation

CÁC THÀNH PHẦN ĐỂ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM

ƒ Đối tượng là nhắm đến mục đích của CT, bao gồm

9 Các kết quả nhập xuất đáp ứng sự mong đợi (keyboard, file, table I/O)

9 Các hạn chế, các lỗi, độ chính xác, độ ổn định và các vấn đề liên quan khác

ƒ Tầm quan trọng do tính kinh tế của việc phát triển đề án ở đầu chu kỳ sống của phần mềm

CÁC THÀNH PHẦN ĐỂ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM

3. THIẾT KẾ

ƒ Việc Phát triển một mô hình thiết kế sẽ làm việc là giai đoạn quan trọng kế tiếp trong việc phát triển CT

ƒ Kết quả nghiên cứu: >50% lỗi trong giai đoạn thiết kế và còn lại là các lỗi lập trình và cúpháp

ƒ Các lỗi thiết kế trả giá rất đắt để sửa chữa chúng vì nhiều lỗi chỉ xuất hiện trong thời gian chạy và thường sau khi chuyển giao phần mềm cho khách hàng

9 Mã giả đơn giản là một phần mô tả bậc cao của mã hoặc trong thuật toán có thểthực thi mà ít bị hạn chế về ngôn ngữ lập trình

CÁC THÀNH PHẦN ĐỂ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM

ƒ Việc lập tài liệu cho mã nguồn đòi hỏi về sau chính bạn và những ngưới khác có thể hiểu, bao gồm:

9Việc ghi chi tiết nghiệm đặc biệt

9Phương cách mà giai đoạn phân tích sẽ được chuyển giao cho CT

9Các cấu trúc đặc biệt về ngôn ngữ được sửdụng

9Phương pháp ổn định sự cố được dùng

9Giới hạn quan trọng trong thiết kế phần mềm

ƒ Một CT được thực thi là kết quả của giai đoạn thực hiện

5. THỬ NGHIỆM VÀ KIỂM NGHIỆM

ƒ Độ tin cậy của phần mềm là thuộc tính quan trọng nhất trong nhiều ngành kỹ thuật

phần mềm phải được thực thi như mong muốn

và không có lỗi

ƒ Việc xây dựng PM thực thi được ở một cấp

độ tin tưởng cao đòi hỏi

• Thiết kế nhất quán

• Thử nghiệm cẩn thận

• Kiểm nghiệm nghiêm ngặt

CÁC THÀNH PHẦN ĐỂ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM

CÁC THÀNH PHẦN ĐỂ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM

6 BẢO TRÌ

ƒ Gần ¾ tổng thời gian của các nhà lập trình, bao gồm:

− Sửa chữa các lỗi mã (và lỗi thiết kế)

− Mô phỏng phần mềm để thay đổi theo môi trường

ƒ Minh họa tầm quan trọng khi viết mã nhằm có thể được sử dụng lại và dễ dàng chỉnh sửa phục vụ cho một mục đích khác.

CHƯƠNG TRÌNH MODULAR

hợp nhiều module độc lập nhẹ hơn

mà mỗi module được xem như một nguồn tài nguyên được quản lý một cách độc lập

→ Đơn giản hơn trong thiết kế, viết và

gỡ rối dễ hơn

ƒ Các công trình nghiên cứu về tâm lý: số người trung bình 7±2 → 8 module

CHƯƠNG TRÌNH MODULAR

‰ Các module sẽ tác động theo nguyên lý che dấu

thông tin, nghĩa là tất cả thông tin trong module là riêng tư trừ khi nó được khai báo rõ ràng:

ƒ Dữ liệu công cộng nên tránh

ƒ Điểm thuận tiện chính là có thể cập nhật chi tiết bên trong module mà không ảnh hưởng đến các module khác trong hệ thống

ƒ Coupling – Cohesion

CHIẾN LƯỢC THIẾT KẾ PHẦN MỀM

XUỐNG (Top-Down Software)

NEW PROBLEM

DECOMPOSITION

SUBPROBLEMS

CHIẾN LƯỢC THIẾT KẾ PHẦN MỀM

(Bottom-Up Software)

‰ Biểu đồ minh họa chiến lược phát triển phần mềm

Top-Down & Bottom-Up

COMPOSITION

INDEPENDENT MODULES

COUPLED MODULES

CHIẾN LƯỢC THIẾT KẾ PHẦN MỀM

‰ Việc phát triển thiết kế các phần mềm Top-Down

qua 3 giai đoạn

ƒ Thiết kế cấp cao: xác lập các hệ thống con quan trọng của mô hình thiết kế, mục đích và đặc điểm cũng như mối quan hệ giữa các hệthống con

ƒ Thiết kế cấp trung bình: ngắt hệ thống con thành nhiều module mà mỗi module nên cómột mục đích xác định, che dấu dữ liệu và liên kết tối thiểu với các module khác

ƒ Thiết kế cấp thấp: bao gồm các đặc trưng chi tiết của thuật toán và cấu trúc dữ liệu