Bài giảng Tin học đại cương - Chương 1: Các khái niệm cơ bản về tin học - Nguyễn Lê Minh

TIN HỌC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TIN HỌC GV: Nguyễn Lê Minh Bộ môn: Công nghệ thông tin 3/6/2020 Nội dung 1. Khái niệm 2. Lịch sử phát triển máy tính 3. Phân loại máy tính 4. Cấu tạo chung máy tính điện tử 5. Hệ đếm 6. Hệ điều hành 7. Biểu diễn thông tin trong máy tính 8. Đại số Logic 9. Bài tập 3/6/2020 Nội dung 1. Khái niệm 2. Lịch sử phát triển máy tính 3. Phân loại máy tính 4. Cấu tạo chung máy tính điện tử 5. Hệ đếm 6. Hệ điều hành 7. Biểu diễn thông tin trong máy tính 8. Đại số Logic 9. Bài tập 3/6/2020 1.1. Khái niệm Tin học: –Là một ngành khoa học chuyên nghiên cứu các phương pháp, các quá trình xử lý thông tin một cách tự động trên các phương tiện kỹ thuật (chủ yếu là máy tính điện tử). Nền tảng của tin học là : 3/6/2020 Toán học Vật lý 1.1. Khái niệm 3/6/2020 1.1. Khái niệm Phần cứng (Hardware) • Là những thiết bị vật lý về mặt cơ khí, điện tử (như vi mạch, dây nối, bộ nhớ v.v) cấu tạo lên máy tính. • Phần cứng xử lý thông tin ở mức cơ bản nhất là mức tín hiệu nhị phân (0 | 1) Phần mềm (Software) • Là các chương trình điều khiển hoạt động của phần cứng máy vi tính. • Phần mềm chỉ đạo việc xử lý dữ liệu. 3/6/2020 Nội dung 1. Khái niệm 2. Lịch sử phát triển máy tính 3. Phân loại máy tính 4. Cấu tạo chung máy tính điện tử 5. Hệ đếm 6. Hệ điều hành 7. Biểu diễn thông tin trong máy tính 8. Đại số Logic 9. Bài tập 3/6/2020 1.2. Lịch sử phát triển của máy tính 3/6/2020 1.2. Lịch sử phát triển của máy tính ■ Các thế hệ máy tính – 1945 – 1954, Thế hệ số 1 –Bóng đèn chân không (vacuum tube) –Bìa đục lỗ –ENIAC: 30 tấn, 18.000 bóng đèn, 100.000 phép tính/giây. – 1955-1964, Thế hệ số 2 –Transitor –Intel transitor processor – 1965-1974, Thế hệ số 3 –Mạch tích hợp (Intergrated Circuit – IC) – 1975 - nay, Thế hệ 4 –LSI (Large Scale Integration), VLSI (Very LSI), ULSI (Ultra LSI). 3/6/2020 1.2. Lịch sử phát triển của máy tính Một số mốc lịch sử quan trọng – Trước công nguyên: Bàn tính gảy ở Trung Quốc. – 1642: Bàn tính cơ của Pascal (phép + và - ). – 1670: Bàn tính cơ học của Leibniz (các phép tính thông dụng) – 1842: Máy tính có thể lập trình được của Charles Babbage. – 1890: Herman Hollerith thiết kế hệ thống có thể lưu thông tin trên bìa đục lỗ đọc ra bằng tế bào quang điện, thành lập công ty IBM. – 1946: Máy ENIAC của Mỹ giá 500.000$ với 18000 bóng đèn điện tử. – 1958: Máy tính đầu tiên sử dụng công nghệ bóng bán dẫn transistor (IBM 7090). – 1964: Máy tính đầu tiên sử dụng IC (IBM 360). – 1976: Hãng DEC giới thiệu máy VAX 11/780. – 1981: IBM giới thiệu máy vi tính PC. 3/6/2020 Nội dung 1. Khái niệm 2. Lịch sử phát triển máy tính 3. Phân loại máy tính 4. Cấu tạo chung máy tính điện tử 5. Hệ đếm 6. Hệ điều hành 7. Biểu diễn thông tin trong máy tính 8. Đại số Logic 9. Bài tập 3/6/2020 1.3. Phân loại máy tính 3/6/2020 1.3. Phân loại máy tính 3/6/2020 1.3. Phân loại máy tính ■ Máy tính cá nhân PC  Là loại máy tính phổ biến nhất  Các loại máy tính để bàn + Máy tính cá nhân (Personal Computer – PC) + Máy tính trạm làm việc ( Workstation Computer) ■ 1981: IBM giới thiệu máy tính IBM-PC sử dụng bộ xử lý Intel 8088 ■ 1984: Apple đưa ra máy tính Macintosh sử dụng bộ xử lý Motorola 68000 ■ Giá thành: 300USD đến 10.000USD 3/6/2020 1.3. Phân loại máy tính ■ Máy chủ Server  Thực chất là máy phục vụ  Dùng trong mạng theo mô hình Client/Server (Khách hàng/Người phục vụ)  Tốc độ và hiệu năng tính toán cao  Dung lượng bộ nhớ lớn  Độ tin cậy cao  Giá thành: hàng chục nghìn đến hàng chục triệu USD 3/6/2020 1.3. Phân loại máy tính ■ Máy tính nhúng (Embedded Computer)  Được đặt trong thiết bị khác để điều khiển thiết bị đó làm việc  Được thiết kế chuyên dụng - Điện thoại di động - Điều khiển điều hòa, tivi ... Giá thành: Vài USD đến hàng trăm nghìn USD 3/6/2020 Nội dung 1. Khái niệm 2. Lịch sử phát triển máy tính 3. Phân loại máy tính 4. Cấu tạo chung máy tính điện tử 5. Hệ đếm 6. Hệ điều hành 7. Biểu diễn thông tin trong máy tính 8. Đại số Logic 9. Bài tập 3/6/2020 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT 3/6/2020 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT Mouse Case Optical Disk Floppy disk Key board Monitor Screen 3/6/2020 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT CPU (1) Bộ nhớ RAM (2) Card mở rộng – Sound Card (3) – Modem Card (4) – Video Card (5) – NIC (6) Cổng kết nối ngoại vi (7) 1 2 4 3 5 6 7 3/6/2020 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT Khe cắm RAM Khe cắm Card mở rộng Đế cắm CPU Khe cắm cáp dữ liệu Cổng ngoại vi chuột, bàn phím Cổng ngoại vi nối tiếp Jack cắm màn hình Lá tản nhiệt 3/6/2020 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT Bộ xử lý trung tâm (CPU) – Đơn vị điều khiển (CU – Control Unit) – Bộ số học & Logic (ALU – Arithmetic Logic Unit) – Bộ nhớ (Memory) Input Devices (các thiết bị vào) – Keyboard, Mouse, Scanner, Microphonev.v. Output Devices (các thiết bị ra) – Monitor, Printer, Speaker, Projector.v.v. 3/6/2020 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT CPU – Central Processing Unit – Control Unit : Thực hiện 4 thao tác cơ bản. ■Fetch: Nạp chỉ thị (Instruction) hoặc dữ liệu từ bộ nhớ. ■Decode: Giải mã chỉ thị thành lệnh. ■Execute: Thực thi lệnh. ■Store: Lưu kết quả của lệnh vừa thực thi vào bộ nhớ. – Arithmetic Logic Unit ■Phép toán số học: + - x ÷ ■Phép toán so sánh: = ■Phép toán luận lý: and, or, not 3/6/2020 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT Chu kỳ máy (Machine Cycle) – Instruction time: (1) và (2) – Execution time: (3) và (4) Cách tính tốc độ CPU – Tốc độ của CPU được tính bằng số triệu lệnh xử lý được trong 1 giây – Đơn vị đo tốc độ CPU là MIPS (Millions of Instructions Per Second) 3/6/2020 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT Bo mạch chủ: là trung gian giao tiếp giữa các thiết bị với nhau. Có rất nhiều các thiết bị gắn trên bo mạch chủ theo cách trực tiếp có mặt trên nó hay thông qua các kết nối cắm vào hoặc dây dẫn liên kết. 3/6/2020 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT  Bộ nhớ trong  RAM (Random Access Memory): bộ nhớ có thể ghi vào đọc dữ liệu, bị xóa khi mất nguồn điện.  ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chỉ đọc, khi mất điện dữ liệu vẫn tồn tại, dùng để lưu các chương trình cơ sở của máy tính. 3/6/2020 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT  Bộ nhớ ngoài  Hard disk: đĩa cứng  Optical disk: đĩa quang  Flopy disk: đĩa mềm  Flash disk (USB) ... 3/6/2020 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT o Thiết bị nhập 3/6/2020 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT ■ Thiết bị nhập (tt) 3/6/2020 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT ■ Thiết bị xuất 3/6/2020 Nội dung 1. Khái niệm 2. Lịch sử phát triển máy tính 3. Phân loại máy tính 4. Cấu tạo chung máy tính điện tử 5. Hệ đếm 6. Hệ điều hành 7. Biểu diễn thông tin trong máy tính 8. Đại số Logic 9. Bài tập 3/6/2020 1.5. Các hệ đếm ■ Hệ đếm là tập hợp các ký hiệu (các chữ số cơ bản) để biểu diễn các số và xác định giá trị của các biểu diễn số. ■ Ví dụ: – Hệ thập phân (cơ số 10, decimal) – Hệ nhị phân (cơ số 2, binary) – Hệ bát phân (cơ số 8, octal) – Hệ thập lục phân (cơ số 16, hexadecimal) 3/6/2020 1.5. Các hệ đếm  Cơ số:  Số lượng ký hiệu mà hệ đếm đó cho phép sử dụng khi biểu diễn giá trị.  Hệ đếm cơ số a  có a ký hiệu.  Giá trị của số chuyển về cơ số 10:  xnxn-1xn-2 ....x1x0= xn*an + xn-1*an-1 + .. + x1*a1 +x0*a0  Ví dụ:  Hệ đếm số cơ số 10: Có 10 ký hiệu: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 Một số trong hệ cơ số 10: 762512123312  234 = 2*102 + 3*101 + 4*100 = 200 + 30 +4 3/6/2020 1.5. Các hệ đếm  Biểu diễn thông tin trong máy tính: Thông tin máy tính được biểu diễn thông qua những tín hiệu điện: có hoặc không có điện  Hệ đếm tương ứng được sử dụng: Hệ đếm cơ số 2 3/6/2020 1.5. Các hệ đếm  Sử dụng 2 ký hiệu: 0 và 1  Số nhị phân: BIT (BInary degiT)  Biểu diễn các thông tin trong máy:  Đóng mở công tắt.  Có điện hoặc không có điện.  Ký hiệu: XB hoặc X2 ■ Ví dụ: 1001B 1010112 3/6/2020 1.5. Chuyển từ cơ số 2 sang cơ số 10 Ví dụ: ■ 0B = 0; 10B = 2 ■ 1001B = 1.23 + 0.22 +0.21 + 1.20 = 9 3/6/2020 1.5. Chuyển từ cơ số 10 sang cơ số 2 D = số cần chuyển Chia D (chia nguyên) liên tục cho 2 cho tới khi kết quả phép chia = 0. Lấy phần dư các lần chia viết theo thứ tự ngược lại. – Kết quả: 1011 3/6/2020 1.5. Chuyển từ cơ số 10 sang cơ số 2 (tt) Phần nguyên – Chia liên tiếp cho 2. – Viết phần dư theo chiều ngược lại. Phần thập phân – X = phần thập phân. – Nhân X với 2 → kết quả: ■Phần nguyên (0,1) ■Phần thập phân – Lặp lại từ bước đầu, đến khi muốn dừng hoặc kết quả=0. – Viết các phần nguyên theo đúng thứ tự được kết quả. 3/6/2020 1.5. Chuyển từ cơ số 10 sang cơ số 2 (tt) 3/6/2020 1.5. Chuyển đổi cơ số 16 và cơ số 10 Từ hệ 10 → hệ 16 – Thực hiện chia liên tiếp cho 16. – Lấy phần dư viết ngược lại. Từ hệ 16 → hệ 10 ■ (anan-1a0)H= an.16n + an-1.16n-1 ++ a0.160 3/6/2020 1.5. Chuyển đổi cơ số 16 và cơ số 2 Một chữ số hệ 16 tương đương 4 BIT của hệ Nhị phân – 1H = 0001B – FH = 1111B Xem bảng chuyển đổi các hệ 3/6/2020 1.5. Đổi hệ 16 sang hệ 2 ■ Căn cứ vào bảng chuyển đổi, thay thế 1 chữ số của số hệ 16 bằng 4 bit nhị phân. Ví dụ: – CH = 1100B – 7H = 0111B →C7H = 1100 0 111B 3/6/2020 1.5. Đổi hệ 2 sang hệ 16 Nhóm 4 bit một từ phải sang trái rồi căn cứ vào bảng chuyển đổi, thay thế bằng chữ số tương ứng trong hệ 16. Ví dụ: 1111100B = 0111 1100B = 7CH 3/6/2020 Nội dung 1. Khái niệm 2. Lịch sử phát triển máy tính 3. Phân loại máy tính 4. Cấu tạo chung máy tính điện tử 5. Hệ đếm 6. Hệ điều hành 7. Biểu diễn thông tin trong máy tính 8. Đại số Logic 9. Bài tập 3/6/2020 1.6. Hệ điều hành ■ Giới thiệu hệ điều hành  Hệ điều hành là một phần mềm chạy trên máy tính, dùng để điều hành, quản lý các thiết bị phần cứng và các tài nguyên phần mềm trên máy tính. 3/6/2020 1.6. Hệ điều hành ■ 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 dụng của họ một cách dễ dàng. 3/6/2020 1.6. Hệ điều hành ■ Chức năng hệ điều hành  Quản lý chia sẽ tài nguyên máy tính  Giả lập máy tính mở rộng ■ Nhiệm vụ chính hệ điều hành  Điều khiển trực tiếp phần cứng  Thực hiện đọc/ghi, quản lý tập tin  Cung ứng một hệ thống giao diện sơ khai cho các ứng dụng  Cung ứng một hệ thống lệnh cơ bản để điều hành máy (system command)  Cũng cung cấp các dịch vụ cơ bản cho các phần mềm ứng dụng. 3/6/2020 1.6. Hệ điều hành ■ Phân loại hệ điều hành dưới góc độ loại máy tính  Hệ điều hành dành cho máy MainFrame  Hệ điều hành dành cho máy Server  Hệ điều hành dành cho máy nhiều CPU  Hệ điều hành dành cho máy tính cá nhân (PC)  Hệ điều hành dành cho máy PDA (Embedded OS - hệ điều hành nhúng)  Hệ điều hành dành cho máy chuyên biệt  Hệ điều hành dành cho thẻ chíp (SmartCard) 3/6/2020 1.6. Hệ điều hành ■ Phân loại hệ điều hành dưới góc độ chương trình sử dụng  Hệ điều hành đơn nhiệm một người dùng  Hệ điều hành đa nhiệm một người dùng  Hệ điều hành đa nhiệm nhiều người dùng ■ Phân loại hệ điều hành dưới góc độ người dùng  Một người dùng  Nhiều người dùng o Mạng ngang hàng o Mạng có máy chủ: LAN, WAN, ... 3/6/2020 1.6. Hệ điều hành Windows 3/6/2020 1.6. Hệ điều hành Windows 3/6/2020 1.6. Hệ điều hành Windows ■ Giới thiệu  Microsoft Windows là tên của các dòng phần mềm hệ điều hành độc quyền của hãng Microsoft.  Ra đời tháng 11 năm 1985.  Có giao diện đồ họa 3/6/2020 1.6. Hệ điều hành Windows 3/6/2020 1.6. Hệ điều hành Windows ■ Đặc tính  Một hệ điều hành đa nhiệm (multi tasking).  Có các biểu tượng (icon).  Một trình tổng hợp của những trình ứng dụng, như trình thảo văn bản, trình đồ họa và các ứng dụng hữu ích như lịch, đồng hồ, máy tính, bản tính, phần mềm lướt mạng, soạn thảo văn bản, trò chơi. 3/6/2020 1.6. Hệ điều hành Windows ■ Giao diện 3/6/2020 Nội dung 1. Khái niệm 2. Lịch sử phát triển máy tính 3. Phân loại máy tính 4. Cấu tạo chung máy tính điện tử 5. Hệ đếm 6. Hệ điều hành 7. Biểu diễn thông tin trong máy tính 8. Đại số Logic 9. Bài tập 3/6/2020 1.7. Biểu diễn thông tin trong máy tính Thông tin (Information): – Là một khái niệm trừu tượng, bao gồm những dữ kiện về đối tượng tại một thời điểm cụ thể. Thông tin giúp con người nhận biết, hiểu và có sự đánh giá của bản thân về đối tượng. Dữ liệu (Data): – Là thông tin đã được mã hoá theo một quy tắc nào đó. Máy tính chỉ xử lý được dữ liệu đã mã hoá ở dạng nhị phân (các bit 0, 1). – Đơn vị đo dữ liệu: ■Bit ■Byte: 1 Byte=8 Bits ■KB: 1 KB= 1024 Bytes ■MB: 1 MB= 1024 KB ■GB: 1GB= 1024 MB ■TB: 1MB= 1024 GB ■PB: 1PB = 1024 TB 3/6/2020 1.7. Biểu diễn thông tin trong máy tính Mã hoá thông tin trong máy tính – Muốn máy tính lưu trữ, xử lý được thông tin, thông tin phải được biến đổi thành các tín hiệu điện, các tín hiệu điện này tương ứng với 2 trạng thái 0 và 1 (đóng mạch/hở mạch). Các biến đổi như vậy gọi là mã hoá thông tin. – Mã hóa thông tin ở dạng văn bản đơn giản (các ký tự) người ta dùng bảng mã ASCII gồm 256 (= 28) ký tự đánh số từ 0 – 255. Mỗi ký tự theo bảng mã ASCII tương ứng với 1 Byte trong bộ nhớ máy tính. – Trong bộ mã Unicode người ta dùng 2 hoặc 3 byte để mã hoá 1 ký tự → Bộ mã Unicode có thể biểu được các ký tự của mọi ngôn ngữ trên thế giới. 3/6/2020 1.8. Đại số logic Mệnh đề logic Biến logic Hằng, biểu thức, hàm logic Các toán tử logic Mạch logic 3/6/2020 Mệnh đề logic Khẳng định hay phủ định một sự kiện hay vấn đề. Chỉ đúng hoặc sai – Đúng ~ TRUE (1) – Sai ~ FALSE (0) Ví dụ – “Con voi to nặng hơn con kiến bé” là mệnh đề đúng. – “Rửa bát đi!” không phải mệnh đề. – “Hổ là động vật ăn cỏ” là mệnh đề sai. 3/6/2020 Biến logic Là biến đại diện cho đại lượng logic. Chỉ có thể nhận một trong hai giá trị: – Đúng (TRUE), hoặc – Sai (FALSE) VD 1: X = “M là số âm.” – Khi M là số âm: X = TRUE – Ngược lại, X = FALSE VD2: Y=“Hôm nay trời đẹp.” – Giá trị của Y thay đổi theo ngày. 3/6/2020 Hằng, biểu thức và hàm logic Hằng logic – Có giá trị xác định – Giá trị đó là TRUE hoặc FALSE – Ví dụ: “2>3” là một hằng logic nhận giá trị FALSE Biểu thức, hàm logic – Sự kết hợp của hằng, biến và toán tử – Toán tử: và, hoặc, ■ – Ví dụ: “m≥3” và “m≤5” 3/6/2020 Toán tử logic Là các phép toán với các mệnh đề, hằng, biến logic. Các toán tử cơ bản: – NOT – AND – OR – XOR 3/6/2020 Toán tử “PHỦ ĐỊNH” Ký hiệu: NOT – NOT X Gọi tên – PHỦ ĐỊNH Ví dụ ■ – NOT (“2>3”) = TRUE 3/6/2020 Toán tử “VÀ” Ký hiệu: AND – X AND Y Gọi tên – VÀ – HỘI X AND Y chỉ đúng khi cả X và Y cùng đúng. Ví dụ – “2>3” AND “3=4-1” nhận giá trị FALSE 3/6/2020 Toán tử “HOẶC” Ký hiệu: OR – X OR Y Gọi tên – HOẶC – TUYỂN X OR Y chỉ sai khi cả X và Y cùng sai. Ví dụ – “2>3” OR TRUE nhận giá trị TRUE 3/6/2020 Toán tử “HOẶC LOẠI TRỪ” Ký hiệu: XOR – X XOR Y X OR Y sai khi X = Y Ví dụ – “2>3” XOR TRUE nhận giá trị TRUE – FALSE XOR “2>3” nhận giá trị FALSE 3/6/2020 Thứ tự ưu tiên các phép toán 1. Dấu ngoặc ( ) 2. NOT, dấu trừ (-) 3. *, /, DIV, MOD, AND 4. +, -, OR, XOR 5. =, , >, >=, <, <= 3/6/2020 Mạch logic Mạch điện tử –Tín hiệu điện –TRUE: hiệu điện thế ≥ mức Đầu vào –Hằng, biến logic Đầu ra –Kết quả phép toán, hàm Các mạch cơ bản –NOT –AND –OR –XOR 3/6/2020 1.8. Bài tập Diễn giải vì sao có những kết quả chuyển đổi dưới đây: 11910→ 011101112→ 77h 23110→ 111001112→ E7h 9910→ 011000112→ 63h 21310→ 110101012→ D5h 16810→ 101010002→ A8h 17310→ 101011012→ ADh 13710→ 100010012→ 89h 3/6/2020 1.8. Bài tập (tt) Hãy đổi các số sau sang hệ nhị phân và hệ hex –245.687510 –321.123510 –426.37510 Hãy đổi các số sau sang hệ thập phân –216.3516 –A2.616 –4F6A.1E16 –101110110.1010112 3/6/2020