Bài giảng Các vấn đề cơ sở của khoa học máy tính - Chương 1: Giới thiệu về khoa học máy tính trình bày các nội dung: Khoa học máy tính là gì, giải thuật, phần cứng, ngôn ngữ máy (ngôn ngữ cấp thấp), ngôn ngữ cấp cao, lập trình, phần mềm, mạng máy tính, công nghệ cơ sở dữ liệu, internet, World Wide Web. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Trang 1Lý thuyết: 60 tiết Thực hành: 0 tiết
CÁC VẤN ĐỀ CƠ SỞ CỦA KHOA HỌC MÁY TÍNH ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Trang 2dữ liệu, …
• Sau khi học xong môn này, sinh viên đạt được những kiến thức cơ bản về giải thuật, phần cứng, phần mềm, ngôn ngữ lập trình,
kỹ thuật lập trình, mạng máy tính, cơ sở dữ liệu, Internet và nâng cao kỹ năng lập trình thông qua các bài tập
Trang 3Tài Liệu
• Tài liệu chính:
Computer Science, Mc Graw-Hill, 2008
• Tài liệu tham khảo:
An overview, 11th edition, Pearson-Addison
Wesley, 2012
Trang 4Phương Pháp Đánh Giá
• Thi lý thuyết giữa kỳ: 30%
• Thi lý thuyết cuối kỳ: 70%
Trang 5Ch ương 1:
GIỚI THIỆU VỀ KHOA HỌC MÁY TÍNH
Trang 69 Công nghệ cơ sở dữ liệu
10 Internet, World Wide Web
Trang 7Khoa Học Máy Tính Là Gì?
• Khoa học máy tính là gì? Khoa học máy tính
(computer science) được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau Sau đây là vài định nghĩa:
• “Khoa học máy tính là tập của các phương thức có liên quan đến tính toán, gồm cả lý thuyết và thực tiễn: lý thuyết về thông tin và tính toán, lý thuyết ngôn ngữ, phân tích giải thuật, sự thực thi của các hệ thống tính toán,
đồ hoạ máy tính, cơ sở dữ liệu, truyền thông, …”
• “Sự nghiên cứu về máy tính và xử lý giải
thuật, bao gồm những nguyên lý, thiết kế
Trang 8Khoa Học Máy Tính Là Gì?
Phần cứng và phần mềm, ứng dụng và ảnh hưởng của nó đối với xã hội”
và giải quyết vấn đề thực tiễn
Trang 9Giải Thuật
• Giải thuật là gì? Giải thuật (algorithm) định
nghĩa chi tiết và rõ ràng một chuỗi các hành động nối tiếp nhau để giải quyết một vấn đề
cụ thể hoặc thực thi một tác vụ nào đó
• Cho ví dụ, cần xác định ước số chung lớn
nhất (greatest common divisor – GCD) của 2
số nguyên
• Theo định nghĩa, thì GCD của 2 số nguyên dương là số nguyên lớn nhất mà nó là ước
số của cả 2 số đó Ví dụ: GCD(42, 30) = 6 Chúng ta có thể sử dụng giải thuật sau để tìm GCD của 2 số nguyên a và b:
- Nếu b = 0 thì GCD(a, b) = a
Trang 10Giải Thuật
- Gán r là phần dư của a và b
- Lặp lại các bước trên và dùng b và r
• Giải thuật là nền tảng để máy tính xử lý
thông tin Bởi vì chương trình máy tính thể hiện giải thuật và ra lệnh cho máy tính thực hiện các bước cụ thể được chỉ định trong
giải thuật
• Giải thuật được biểu diễn bằng lưu đồ hay
mã giả để chúng ta có thể dễ dàng đọc Trong ví dụ trên, giải thuật được thể hiện bằng mã giả
• Để thực hiện các bước của giải thuật bằng
máy tính, chúng ta cũng cần hiểu về thuật ngữ “phần cứng”
Trang 11Phần Cứng
• Bản chất của giải thuật là cách mà máy tính
xử lý thông tin, bởi vì thực chất thì chương trình máy tính là một hình thái khác của giải thuật Nó báo cho máy tính biết các bước cụ thể để thực thi tác vụ được chỉ định trong giải thuật Để nguyên cứu về giải thuật, nhà khoa học máy tính cũng phải hiểu về máy tính vì nó là công cụ được sử dụng để thực hiện giải thuật
• Thuật ngữ phần cứng (hardware) dùng để
mô tả những thành phần vật lý, hữu hình của máy tính Bàn phím, chuột, bo mạch chủ, card đồ hoạ, bộ vi xử lý là tất cả những ví dụ
Trang 12Phần Cứng
về phần cứng máy tính
• Cũng cần lưu ý rằng, một giải thuật thì được
cho là tốt đối với một nền phần cứng nào đó
và có thể sẽ là không đối với nền phần cứng khác
Trang 13Chương Trình - Ngôn Ngữ Máy
• Con người có thể dễ dàng đọc và hiểu được giải thuật Cho ví dụ, giải thuật GCD của hai
số nguyên trước đây được viết bằng ngôn ngữ Anh Nhưng chỉ có ngôn ngữ mà máy tính hiểu được đó là ngôn ngữ máy (machine
language)
• Ngôn ngữ máy là một hệ thống các mã lệnh dạng nhị phân mà máy tính được thiết kế để thực thi chúng Mỗi từ trong ngôn ngữ máy thể hiện cho một hành động đơn và có thể được máy tính thực hiện
• Một tập các chỉ thị/lệnh mô tả từng bước của
một giải thuật được gọi là chương trình
Trang 14Ngôn Ngữ Cấp Cao
• Người lập trình khó có thể làm việc trực tiếp
với ngôn ngữ máy Các từ lệnh của ngôn ngữ máy gồm một dãy các số 0 và 1, chiều dài tiêu biểu là 8, 16, 32, hay 64 bit và đôi khi cũng thay đổi
• Vì lý do này, nhiều ngôn ngữ lập trình ra đời
để người lập trình dễ dàng chuyển giải thuật thành chương trình và thực thi trên máy tính Chúng ta xem các ngôn ngữ này như là ngôn
ngữ cấp cao hơn (higher-level language), bởi
vì chúng được thiết kế để người lập trình làm việc ở “mức cao hơn” hơn là ở mức ngôn ngữ máy
Trang 15Ngôn Ngữ Cấp Cao
• Ngôn ngữ máy được xem là ngôn ngữ cấp
thấp (low-level language) Các ngôn ngữ như
Java, FORTRAN, Basic, ADA, … là các ngôn
ngữ cấp cao (high-level language) Chúng
được những nhà khoa học máy tính dùng để biểu diễn giải thuật
Trang 16• Phần mềm làm cho các chức năng cơ bản
của máy tính có thể sử dụng được thì được
gọi là phần mềm hệ thống (system software)
Phần mềm hệ thống chịu trách nhiệm điều khiển và quản lý phần cứng của hệ thống
Trang 17Phần Mềm
máy tính Nó còn làm cho máy tính dễ sử dụng đối với các nhà phát triển chương trình cũng như là những người sử dụng nói chung
• Cho ví dụ, phần mềm hệ thống gồm hệ điều hành , quản lý màn hình, chương trình chống virus, chương trình xử lý ngôn ngữ (trình
biên dịch – compiler hay trình thông dịch –
thiết bị
• Những chương trình như xử lý văn bản,
bảng tính được gọi là phần mềm ứng dụng
(application software) Phần mềm ứng dụng
Trang 18Phần Mềm
dùng để thực hiện các tác vụ cụ thể Phần mềm ứng dụng có thể là một chương trình đơn hay một tập các chương trình làm việc với nhau để thực hiện các yêu cầu của người sử dụng máy tính
• Hệ điều hành (operating system) là phần
mềm hệ thống đặc biệt quan trọng và phức tạp Quan trọng bởi vì hệ điều hành tác động đến toàn bộ hệ thống máy tính
• Hệ điều hành làm cho người sử dụng dễ
dàng truy cập các thiết bị ngoại vi; lưu trữ thông tin như dữ liệu, văn bản, chương trình; tạo giao diện người dùng để dễ thực
Trang 20Mạng Máy Tính
• Cả khi vào thập niên 1980, hầu hết các máy
tính không kết nối mạng Trong khoảng từ năm 1970 đến 1980 các nhà khoa học máy tính đã khám phá ra những ưu điểm của mạng máy tính và đưa ra một số kết nối vật
lý khác nhau giữa các máy tính, như là các giao thức mạng (networking protocol)
• Vào thời điểm này, mỗi nhà cung cấp máy tính đưa ra một chuẩn giao thức khác nhau với hy vọng là sẽ bán được cho khách hàng IBM đưa ra giao thức System Networking
Trang 21Mạng Máy Tính
Xerox Networking Systems (XNS) Các giao
thức này không tương thích nhau Tuy nhiên, chúng là cầu nối đến giữa các hệ thống với nhau
• Ngày nay, vấn đề mạng thì khác Hầu hết trên thế giới chấp nhận các chuẩn IEEE 801 và các giao thức TCP/IP cho Internet
• Vấn đề bây giờ cần quan tâm là:
- Mở rộng số lượng địa chỉ Internet
- Tăng tốc độ kết nối vật lý như dùng cáp quang
- Tăng tốc độ kết nối không dây, cho phép truyền tải dữ liệu lớn hơn như phim ảnh
- Năng lượng tiêu thụ và giá thành thấp
Trang 22Công Nghệ Cơ Sở Dữ Liệu
• Hỗ trợ cho hầu hết các ứng dụng ngày nay là
công nghệ CSDL (database technology) Mô
hình CSDL vượt trội là CSDL quan hệ, nó ra đời vào thập niên 1980 Các nhà khoa học máy tính đã phát triển các giải thuật lưu trữ
và truy cập thông tin nhanh chóng từ kho dữ liệu khổng lồ Cho ví dụ, Google có thể tìm kiếm ngay tức khắc hơn 400.000 bức ảnh từ hơn 1.5 tỷ bức ảnh trong CSDL của nó
• Có nhiều điều cần biết về việc tạo một CSDL tốt, truy xuất CSDL từ chương trình, phát triển và quản lý CSDL Những người lập trình ứng dụng và quản trị CSDL cần hiểu
Trang 23Công Nghệ Cơ Sở Dữ Liệu
CSDL ở mức này để sử dụng chúng một cách hiệu quả
• Một số hệ điều hành mới sử dụng công nghệ
CSDL trong các hệ thống tập tin của nó để lưu trữ tất cả thông tin Điều này làm cho hệ điều hành cải thiện về tốc độ, không gian lưu trữ và bảo mật dữ liệu
Trang 24Internet – World Wide Web
• Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy rằng máy tính đã thay đổi đột ngột đời sống của con người
• Những công nghệ như Internet, World Wide
Web đã đặt khối lượng thông tin khổng lồ trên đầu ngón tay của chúng ta Ví dụ, những phần mềm như Messenger, thư điện tử, điện thoại di động đã cách mạng hoá cách thức
mà con người trao đổi thông tin