Bài giảng môn Tin học đại cương

Chương INhững khái niệm cơ bản của tin học 1. Tin học, các lĩnh vực nghiên cứu của tin học 2. Thông tin và dữ liệu, vai trò của thông tin trong quản lý 3. Hệ thống thông tin 5. Hệ đếm 6. Biểu diễn thông tin trong máy tính điện tử, đơn vị đo thông tin, dữ liệu 1. Định nghĩa tin học, các lĩnh vực nghiên cứu của tin học Tin học (Informatics) là ngành khoa học nghiên cứu về thông tin và các quá trình xử lý thông tin tự động bằng máy tính điện tử . Tin học là môn khoa học nghiên cứu về thông tin, kỹ năng xử lý thông tin và kỹ nghệ phát triển các hệ thống thông tin có khả năng cung cấp các thông tin đúng loại, theo đúng dạng, đến đúng các đối tượng, đúng nơi, đúng lúc được cần đến. Các lĩnh vực nghiên cứu của tin học(cách phân loại 1) Thiết kế và chế tạo máy tính Lĩnh vực cổ điển nhất của tin học. Mục đích là thiết kế và chế tạo các máy tính điện tử có tốc độ tính toán ngày càng cao,xử lý các bài toán phức tạp. Xây dựng các hệ điều hành Là phần mềm cơ bản nhất. Các hệ điều hành thông dụng nhất hiện nay gồm MS DOS, WINDOWS, UNIX... Hệ điều hành mở LINUS đang được nhiều nước khai thác. Ngôn ngữ lập trình và chương trình dịch Dịch từ ngôn ngữ thuật toán thành ngôn ngữ máy mà máy tính có thể hiểu được. Các ngôn ngữ lập trình thông dụng nhất đã được thiết kế và đưa vào sử dụng rộng rãi như ALGOL, FORTRAN, COBOL, BASIC, PASCAL, C++. Cấu trúc dữ liệu và giải thuật Nghiên cứu các loại cấu trúc dữ liệu cơ bản và các thuật toán xử lý những cấu trúc dữ liệu ấy như cấu trúc dữ liệu kiểu mảng (Array), cấu trúc dữ liệu kiểu danh sách (List), cấu trúc dữ liệu kiểu ngăn xếp (Stack), cấu trúc dữ liệu kiểu hàng đợi (Queue). Các lĩnh vực nghiên cứu của tin học(cách phân loại 2) Kỹ nghệ máy tính Nghiên cứu thiết kế và chế tạo các máy tính và các hệ thống dựa trên máy tính. Khoa học máy tính Nghiên cứu lý thuyết, các thuật toán phát triển robots, các hệ thống thông minh, tin sinh học và một số lĩnh vực khác. Hệ thống thông tin Nghiên cứu tích hợp các giải pháp công nghệ thông tin với các tiến trình nghiệp vụ đáp ứng nhu cầu thông tin của các tổ chức, doanh nghiệp. Công nghệ thông tin Kỹ nghệ phần mềm Nghiên cứu phát triển và bảo trì các hệ thống phần mềm 2.Thông tin và dữ liệu, vai trò của thông tin trong quản lý Thông tin (Information): Đó là các thông báo nhằm mang lại một sự hiểu biết nào đó cho đối tượng nhận tin. Dữ liệu (Data) là các số liệu hoặc tài liệu cho trước chưa được xử lý Vai trò của thông tin Chủ thểphản ánh Đối tượng tiếp nhận Hai phương pháp phân loại thông tin Phương pháp thứ nhất là phân loại theo lĩnh vực hoạt động của thông tin. Ví dụ: thông tin kinh tế trong sản xuất, thông tin kinh tế trong lĩnh vực quản lý... Phương pháp thứ hai là phân loại theo nội dung mà nó phản ánh. Ví dụ: thông tin kế hoạch, thông tin đầu tư, thông tin về lao động tiền lương, thông tin về lợi nhuận của doanh nghiệp... Mỗi dòng thông tin kinh tế này phản ánh một lĩnh vực hoạt động của doanh nghiệp hay một tổ chức kinh tế. Thông tin kinh tế và qui trình xử lý thông tin Nguồn 1.Thu thập thông tin 2.Xử lý thông tin 3.Lưu trữ thông tin 4.Truyền đạt thông tin Đích bênngoài Đích nội bộ Thông tin kinh tế là Thông tin tồn tại và vận động trong các thiết chế kinh tế, các tổ chức và các doanh nghiệp nhằm phản ánh tình trạng kinh tế của các chủ thể đó. Các giai đoạn của qui trình Xử lý thông tin Giai đoạn 1-Thu thập thông tin Đây là công đoạn đầu tiên và có vai trò rất quan trọng trong qui trình xử lý thông tin kinh tế vì chỉ có thu thập được đầy đủ các thông tin cần thiết mới đảm bảo cho ta những số liệu chính xác, phản ánh toàn diện các mặt hoạt động của một hiện tượng kinh tế xã hội đang khảo sát. Mục tiêu thu thập thông tin phải được phải được đặt ra rõ ràng và cụ thể (bao nhiêu phiếu điều tra, bao nhiêu chỉ tiêu cần thu thập, bao nhiêu chỉ tiêu cần xử lý... ). Trên cơ sở đó người ta mới quyết định nên thu thập các thông tin loại nào, khối lượng là bao nhiêu, thời gian thu thập là bao lâu. Các giai đoạn của Xử lý thông tin kinh tế Giai đoạn 2-Xử lý thông tin Đây là công đoạn trung tâm và có vai trò quyết định của qui trình xử lý thông tin kinh tế. Xử lý thông tin là qui trình bao gồm tất cả các công việc như sắp xếp thông tin, tập hợp hoặc phân chia thông tin thành nhóm, tiến hành tính toán theo các chỉ tiêu. Kết quả của quá trình xử lý thông tin kinh tế cho ra các bảng biểu số liệu, biểu đồ, các con số đánh giá các hiện trạng và quá trình kinh tế. Các giai đoạn của Xử lý thông tin kinh tế Giai đoạn 3-Lưu trữ thông tin Kết quả của qui trình xử lý thông tin kinh tế được lưu trữ để sử dụng lâu dài. Người ta thường tổ chức lưu trữ thông tin kinh tế trên thiết bị nhớ như băng từ, trống từ, đĩa từ, ổ USB, đĩa CD, đĩa DVD ... Các giai đoạn của Xử lý thông tin kinh tế Giai đoạn 4-Truyền đạt thông tin Các kết quả xử lý thông tin kinh tế được truyền đạt đến các tổ chức có nhu cầu sử dụng thông tin. Thông tin kết quả được truyền đạt nội bộ đến các bộ phận bên trong của hệ thống quản lý để hướng dẫn thực hiện. Thông tin kết quả của qui trình xử lý thông tin còn được gửi đến các cơ quan và tổ chức bên ngoài hệ thống quản lý để thông báo. 3. Hệ thống thông tin Dữ liệu Thôngtin Thu thậpXử lý Lưu trữ Truyền đạt .... Môi trường Môi trường Môi trường Môi trường Information System – IS: Là một tập hợp các yếu tố có liên quan với nhau cùng làm nhiệm vụ thu thập, xử lý, lưu trữ và truyền đạt thông tin để hỗ trợ việc ra quyết định, phân tích tình hình, lập kế hoạch, điều phối và kiểm soát các hoạt động trong một cơ quan Tổ chức Các thành phần của hệ thống thông tin Phần cứng (Hardware) Phần mềm (Software) Dữ liệu Mạng viễn thông Con người 4. Hệ đếm và việc biểu diễn thông tin trong máy tính điện tử Hệ đếm thập phân: Hệ cơ số 10 (hệ 10) là hệ thống gồm ghi và đọc các con số biểu diễn bằng mười chữ số 0, 1, 2,... 9 (và có thể có thêm dấu cộng, dấu trừ hay dấu phảy thập phân) Hệ đếm nhị phân: Hệ cơ số 2 ( hệ 2) là hệ thống ghi và đọc các con số biểu diễn bằng hai chữ số 0, 1. Mỗi linh kiện điện tử hay mỗi phần tử vật chất mang thông tin người ta đều tìm thấy hai trạng thái trái ngược nhau, hai trạng thái ấy để biểu thị hai chữ số 0, 1. Mỗi số nhị phân là một dãy các chữ số 0,1 (có thể có dấu cộng, trừ và dấu phảy). Tuỳ theo vị trí trong dãy, mỗi chữ số biểu thị số đơn vị, số chục, số trăm, nghìn..., số phần chục, phần trăm, phần nghìn... Ví dụ: ở số 1011,11 có: 1 nghìn + 0 trăm + 1 chục + 1 đơn vị + 1 phần chục + 1 phần trăm. Như các số thập phân, các số nhị phân một chục, một trăm, một nghìn... cũng hơn kém nhau một chục lần và cũng được viết là 10, 100, 1000,....Một chục cũng được gọi là 10. ở hệ thập phân khi đếm đến 9 thì sang 10 nhưng, ở hệ nhị phân, vì chỉ có 0 và 1 nên khi đếm đến 1 thì sang 10. Nghĩa là: 10nhị phân = 2 thập phân Các phép toán ở hệ đếm nhị phân 1001100,100110 + 1001011,111010 ----------------------------- 0000 Đổi số thập phân thành nhị phân Đổi số nguyên: S thành số nguyên nhị phân x Chia S cho 2, … Thương cuối cùng là chữ số đầu tiên của x, phần dư cuối cùng là chữ số thứ hai của x, ….. 9110 = 10110112 Đổi số thập phân thành nhị phân Đổi số chỉ có phần lẻ (phần phân) S X 2, ….. phần phân bằng 0 hoặc đã đạt được độ chính xác cần thiết. Phần nguyên của tích nhận được đầu tiên là chữ số đầu tiên sau dấu phảy của x, phần nguyên của tích thứ hai sẽ là chữ số thứ hai của x... Ví dụ: Đổi số 0,9375 và số 0,927 0,937510= 0,11112 và 0,92710  0,111012 Đổi số nhị phân thành thập phân Cũng có quy tắc "chia liên tiếp" hay "nhân liên tiếp" tương tự như trên; tránh việc nhân chia trong hệ nhị phân ta làm theo cách sau: Giả sử X2 = bn-1bn-2..b1b0,b-1b-2..b-m X10 = bn-1*2n-1+bn-2*2n-2+..+b1*21+b0*20+b-1*2-1+..+b-m*2-m Trong đó bi=0 hoặc 1 và i=[n-1,-m] Ví dụ: 101,12 = (1 x 102 + 0 x 10 + 1 + 1 x 1/10)2 = (1 x 22 + 0 x 2 + 1 + 1 x 1/2)10 = 4 + 1 + 0,5 = 5,510 Hệ đếm bát phân Hệ đếm bát phân (còn gọi là hệ 8) là hệ thống ghi đọc các con số số biểu diễn bằng 8 chữ số: 0, 1, 2,3, 4, 5, 6,7. Luật đếm và quy tắc làm tính cũng tương tự như hệ 10 nhưng dùng các bảng cộng, trừ và nhân của hệ 8. Ví dụ: Đếm: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 20, 21,22 ... Làm tính: 6 + 3 = 11 (vì 910 = 118); 2 x 6 = 14 (vì 1210 = 148);... - Đổi số từ hệ 10 sang hệ 8: Dùng quy tắc tương tự như đổi từ hệ 10 sang hệ 2 nhưng chia cho 8 hoặc nhân với 8. Ví dụ: 199910 = ?8 Hệ đếm thập lục phân Hệ đếm thập lục phân (còn gọi là hệ 16) là hệ thống ghi đọc các con số số biểu diễn bằng 16 chữ số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Như vậy chữ cái A lại được coi như một chữ số của hệ 16 có giá trị bằng 10 ở hệ thập phân. Tương tự, chữ B có giá trị là 11, chữ C có giá trị là 12..., chữ F có giá trị là 15. Tuỳ theo ngữ cảnh mà có thể phân biệt lúc nào các ký tự này là chữ cái, lúc nào là chữ số của hệ 16. Luật đếm và quy tắc làm tính cũng tương tự như hệ 10 nhưng dùng các bảng cộng, trừ và nhân của hệ 16. Ví dụ: Đếm: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18,19, 1A, 1B, 1C, 1E, 1F, 20, 21,22 ... Làm tính: 6 + 5 = B (vì 1110 = B16); 3 x 5 = F (vì 1510 = F16)... Đổi số nhị phân thành bát phân Ví dụ: Đổi số 001110101,01010110112 = ? 8 001-110-101,010-101-101-100 = 165,2554 Đổi số 01110101011,10110110112 = ? 8 001-110-101-011,101-101-101-100 = 1653,5554 Đổi số 67021,370248 = ? 2 110111000010001,011111000010100 Đổi số nhị phân thành thập lục phân Ví dụ: Đổi số 001110101,01010110112 = ? 16 0000-0111-0101,0101-0110-1100 = 075,56C Đổi số 01110101011,10110110112 = ? 16 0011-1010-1011,1011-0110-1100 = 2AB,B6C Đổi số 702,370216 = ? 2 111100000010,0011111100000010 111111100101010,010101010110000111 111-111-100-101-010,010-101-010-110-000-111 77452,252607 0111-1111-0010-1010,0101-0101-0110-0001-1100 7F2A,5561C Đơn vị đo độ dài bản tin Ở hầu hết các bộ phận trong MTĐT người ta chỉ dùng hai chữ số 0, 1 để ghi thông tin. Mỗi chữ số 0, 1 được gọi là một bit (binary digit). Mã của một ký tự được ghi bằng 8 bit, 8 bit là byte. Ki-lô-bai (Kilobyte), K hay KB. 1 KB = 210 bai = 1024 byte Mê-ga-bai (Megabyte), M hay MB. 1 MB = 210 KB = 1024 KB Ghi-ga-bai (Gigabyte), G hay GB. 1 GB = 210 MB = 1024 MB Tê-ra-bai (Terabyte), T hay TB. 1 TB = 210 GB= 1024 GB. Chương IITổng quan về Công nghệ thông tin 1. Tổng quan về sự hình thành phát triển của CNTT 2. Phần cứng của máy tính điện tử 3. Phần mềm của máy tính điện tử 4. Truyền thông Công nghệ thông tin là sự kết hợp của công nghệ máy tính với công nghệ liên lạc viễn thông được thực hiện trên cơ sở công nghệ vi điện tử 2. Phần cứng máy tính điện tử Khái niệm máy tính điện tử Máy tính điện tử là một thiết bị điện tử có khả năng tổ chức và lưu trữ thông tin với khối lượng lớn, xử lý dữ liệu với tốc độ nhanh, chính xác, tự động thành thông tin có ích cho người dùng. Phân loại theo thông tin biểu diễn trong máy a.Máy tính tương tự (Analog Computer) Máy tính tương tự (Analog Computer) thực hiện các phép toán trên các số được biểu diễn bằng các đại lượng biến thiên liên tục như chiều dài, góc quay, điện áp, sóng điện từ... Thước tính lô-ga-rit là loại máy tính tương tự đơn giản nhất trong đó chiều dài của các đoạn trên thước thể hiện các con số. Trong các máy tính tương tự hiện đại, các thành phần phép toán thường được biểu diễn dưới dạng điện áp. Phân loại theo thông tin biểu diễn trong máy b.Máy tính số (Digital Computer) Máy tính số (Digital Computer) thực hiện các phép toán trên các số được biểu diễn bằng các đại lượng biến thiên rời rạc gồm các chữ số 0, 1 tương ứng với hai trạng thái trái ngược nhau của một phần tử vật lý như điện thế thấp hay cao, đèn sáng hay tối, công tắc đóng hay mở... Máy tính số được dùng nhiều hơn máy tính tương tự vì nó giải được nhiều loại bài toán, tính toán nhanh và chính xác hơn. Phân loại theo khả năng thực hiện các bài toán a.Máy tính chuyên dụng (Specialized Computer) Máy tính chuyên dụng (Specialized Computer) được thiết kế để thực hiện một nhiệm vụ xử lý thông tin riêng biệt nào đó. Ví dụ, chúng được dùng trong những con tàu vũ trụ, những người máy, dùng để điều khiển máy bay, tên lửa hay điều khiển những quy trình sản xuất. Máy tính chuyên dụng Phân loại theo khả năng thực hiện các bài toán b.Máy tính vạn năng (Computer) Máy tính vạn năng (Computer) giải được hầu như tất cả các loại bài toán bởi vì nó làm việc theo nguyên tắc "điều khiển bằng chương trình". Do tính hơn hẳn của máy tính vạn năng so với các loại máy tính khác nên máy tính điện tử vạn năng được sử dụng rất rộng rãi và đã trở thành phương tiện kỹ thuật chủ chốt của các hệ thống thông tin. Máy tính vạn năng cũng là mối quan tâm hàng đầu của các nhà quản lý muốn sử dụng các hệ thống thông tin trong công việc của mình. Máy tính vạn năng Máy tính vạn năng Phân loại theo tốc độ tính toán a.Máy tính điện tử siêu hạng (Super Computer) Là máy cực kỳ tinh vi, có khả năng tính toán rất lớn, cần để tiến hành những nhiệm vụ đòi hỏi hoàn thành việc tính toán rất phức tạp trong khoảng thời gian ngắn, chẳng hạn, giải những hệ phương trình với hàng trăm nghìn ẩn số. Từ trước đến nay các máy tính điện tử siêu hạng vẫn được dùng trong nghiên cứu khoa học, dự báo thời tiết và trong quân sự nhưng gần đây chúng bắt đầu được dùng cả trong kinh doanh. Máy tính điện tử siêu hạng Phân loại theo tốc độ tính toán b.Máy tính điện tử cỡ lớn (Mainframe Computer) Máy tính điện tử cỡ lớn được dùng cho những ứng dụng quy mô lớn về thương mại, khoa học và quân sự trong đó cần xử lý những khối dữ liệu khổng lồ với các quy trình xử lý phức tạp. Máy tính điện tử cỡ lớn Phân loại theo tốc độ tính toán c.Máy tính điện tử cỡ vừa và nhỏ (Mini Computer) Máy tính điện tử cỡ vừa và nhỏ thường được dùng trong các trường đại học, nhà máy hay trong các phòng thí nghiệm. Máy tính điện tử cỡ vừa và nhỏ Máy tính điện tử cỡ vừa và nhỏ Phân loại theo tốc độ tính toán d.Máy vi tính (Micro Computer) Máy vi tính có nhiều kích cỡ: Desktop (đặt vừa trên bàn làm việc), Portable, Laptop, Notebook (bé như quyển vở, có thể sách tay) và Palmtop (đặt vừa trên lòng bàn tay). Máy vi tính còn được gọi là máy tính cá nhân (Personal Computer) vì nó được thiết kế cho một người dùng trong khi mỗi máy cỡ vừa và nhỏ, mỗi máy cỡ lớn hay máy siêu hạng đều có nhiều bàn phím, màn hình... nối vào máy để nhiều người dùng cùng sử dụng. Máy vi tính tiện dùng trong các gia đình và doanh nghiệp nhỏ. Máy vi tính Máy vi tính Các thế hệ máy tính điện tử Thế hệ thứ nhất - bóng đèn điện tử 1950 – 1956: rơ-le điện từ và các đèn điện tử chân không Các thế hệ máy tính điện tử Thế hệ thứ hai - bóng bán dẫn 1957-1963:bóng bán dẫn (Transistor) Các thế hệ máy tính điện tử Thế hệ thứ ba - mạch tích hợp 1964–1979: mạch tích hợp IC (Integrated Circuit) vi điện tử (vi mạch) Các thế hệ máy tính điện tử Thế hệ thứ tư - mạch tích hợp cỡ lớn và rất lớn 1980: mạch tích hợp cỡ lớn LSIC (Large-Scale Integrated Circuit) và những mạch cỡ rất lớn VLSIC Các bộ phận của máy tính điện tử Bộ vào (Input Devices) Nạp chương trình và dữ liệu vào bộ nhớ trong của máy: Máy đọc băng hay bìa đục lỗ; Bàn phím; Máy đọc mã vạch, Máy quét ảnh... Ngoài ra còn có chuột, Máy ảnh số, Camera số, Microphone, Ổ đĩa từ, Ổ đĩa quang... Bộ ra (Output Devices) Đưa thông tin từ bộ nhớ trong ra ngoài như hình ảnh, chữ viết, âm thanh: Máy in, Máy vẽ, Màn hình, Loa, Ổ đĩa từ, Ổ đĩa quang... Bộ nhớ (Memory hay Storage) Bộ nhớ dùng để lưu trữ thông tin, cụ thể là lưu trữ các chương trình, dữ liệu, kết quả trung gian hay kết quả cuối cùng của bài toán.... Bộ nhớ: thành hai phần, là bộ nhớ trong (Internal Storage)- bộ nhớ ngoài (External Storage). Bộ làm tính (Bộ số học và lô-gic - Arithmetic-Logic Unit-ALU) Thực hiện các phép tính số học và lô-gíc. Các thành phần (toán hạng) tham gia vào phép tính được lấy ra từ bộ nhớ trong, kết quả cũng được ghi vào bộ nhớ trong. Các phép tính lô-gic thực chất là các phép kiểm tra những điều kiện xem có thoả mãn hay không, chẳng hạn so sánh xem đại lượng này có nhỏ hơn đại lượng kia hay không. Bộ điều khiển (Control Unit) Điều khiển và phối hợp sự hoạt động của mọi bộ phận trong máy nhằm thực hiện các lệnh trong chương trình Máy cuốn băng từ Bộ nhớ ngoài Máy in Máy đọc bìa Máy vi tính (Micro - computer) 1.Màn hình 2.Bản mạch chính 3.Chip set 4.Khe cắm card điều khiển 5.RAM 6.Khe cắm Card ngoại vi 7.Nguồn 8.Ổ CD, DVD 9.Ổ Cứng 10.Bàn Phím 11.Chuột Bộ vi xử lý: Đồng hồ nhịp : ra các xung nhịp theo thời gian để đồng bộ hoá quá trình làm việc. Bộ số học - logic (Arithmetic - Logic Unit ALU): Thực hiện các phép toán số học và lô gíc;, bộ đếm các thanh ghi phục vụ cho việc trỏ địa chỉ ô nhớ vi xử lý cần đọc-ghi, đếm số lần xử lý Bộ nhớ trong: Bao gồm ROM và RAM, Bus Card ngoại vi và ghép nối (Interfacer) Bàn phím Màn hình Ổ đĩa và đĩa từ Đĩa từ Đĩa quang Máy in Các thiết bị ngoại vi khác 3. Phần mềm của máy tính điện tử Phần mềm (Software) Phần mềm của máy tính là các chương trình, các cấu trúc dữ liệu làm cho chương trình xử lý được những thông tin thích hợp và các tài liệu mô tả phương thức sử dụng các chương trình ấy. Phần mềm luôn luôn được bổ sung, sửa đổi thường xuyên. Phần mềm hệ thống (System Software). Hệ điều hành (Operating System). Các chương trình tiện ích (Utilities). Các chương trình điều khiển thiết bị (Device Drivers). Các chương trình dịch. Phần mềm của máy tính điện tử Phần mềm ứng dụng (Application Software) Phần mềm năng suất (Productivity Software). Phần mềm kinh doanh. Phần mềm giải trí. Phần mềm giáo dục và tham khảo. Phần mềm của máy tính điện tử 4. Truyền thông Khái niệm: Truyền thông là hoạt động truyền tải thông tin có ý nghĩa, là quá trình chia sẻ thông tin