Bài giảng Tin học cơ sở - Chương 1: Các kiến thức cơ bản về tin học (Phần 1)

Nội dung chính Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật2 1.1. Máy tính điện tử 1.2. Thông tin và xử lý thông tin 1.3. Hệ đếm 1.4. Biểu diễn thông tin trong máy tính 1.5. Cấu trúc cơ bản của máy tính 1.6. Phần mềm máy tính 1.7. Mạng và internet Máy tính điện tử là một thiết bị điện tử có khả năng xử lý dữ liệu dưới sự điều khiển của các chỉ thị được được lưu trữ trong bộ nhớ của máy một cách tạm thời hay vĩnh viễn. 1.1 Máy tính điện tử Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật3 Phân loại máy tính Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật4 Máy tính Siêu máy tính Máy tính lớn Máy tính mini Máy vi tính Desktop Laptop Thiết bị cầm tay Máy tính nhúng Siêu may tính (Supercomputer) Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật5 Là loại mạnh nhất, nhanh nhất và đắt nhất. Được sử dụng cho các lĩnh vực quan trọng để giải những bài toán cần xử lý dữ liệu lớn và tính toán phức tạp (nghiên cứu năng lượng hạt nhân, khai thác dầu khí, thiết kế tên lửa, thiết kế máy bay). Titan - Siêu máy tính nhanh nhất thế giới có khả năng thực hiện 20 triệu tỷ phép tính/giây. Titan gồm 18.688 nút. Mỗi nút đều được tích hợp bộ vi xử lý AMD 16 lõi 6274 Opteron và chip xử lý đồ họa Tesla K20 GPU cùng bộ nhớ 700 Terabyte. Máy tính lớn (Mainframe) Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật6 Là loại máy tính có kích thước lớn được sử dụng chủ yếu bởi các công ty lớn như các ngân hàng, các hãng bảo hiểm... Máy tính lớn dùng để chạy các ứng dụng lớn xử lý khối lượng lớn dữ liệu như kết quả điều tra dân số, thống kê khách hàng và doanh nghiệp, và xử lý các giao tác thương mại Máy tính lớn IBM System z9 Máy tính mini Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật7 Là máy tính với kích cỡ, tốc độ và khả năng tầm trung. Nó thuộc lớp máy tính đa người dùng, nằm trong khoảng giữa máy tính lớn và máy tính cá nhân. Máy tính mini thường được dùng trong các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Máy vi tính (PC – Personal Computer ) Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật8 Có kích thước nhỏ, phù hợp cho cá nhân sử dụng. PC được sử dụng rộng rãi ở khắp mọi nơi. Có nhiều loại máy vi tính khác nhau: Desktop, Laptop, máy tính bảng, thiết bị cầm tay và hệ thống nhúng. 1.2 Thông tin và xử lý thông tin Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật9 Dữ liệu - Là tập hợp những thứ mà chúng ta thu thập được chưa qua xử lý hay tổ chức theo một chủ đích rõ ràng. Thông tin - Là dữ liệu đã được xử lý, được tổ chức, có ý nghĩa và hữu dụng đối với con người hoặc với một đối tượng nào khác. Dữ liệu (đầu vào) được máy tính xử lý thành thông tin (đầu ra). Chúng được lưu trữ trong bộ nhớ để sử dụng trong tương lai. Dữ liệu Thông tinXử lý Đơn vị đo lường thông tin Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật10 Đơn vị nhỏ nhất để biểu diễn thông tin gọi là bit. Một bit tương ứng với một sự kiện có 1 trong 2 trạng thái của các bóng bán dẫn trong bộ nhớ máy tính là đóng (0) hoặc mở (1). Bit là chữ viết tắt của Binary digital và được ký hiệu là b. Ngoài ra người ta còn sử dụng byte (ký hiệu là B và 1B=8b) và bội của byte để đo thông tin, trong đó: Kilobyte (KB) 1 KB = 1024 B = 2 B Megabyte (MB) 1 MB = 1024 KB Gigabyte (GB) 1 GB = 1024 MB Terabyte (TB) 1 TB = 1024 GB Petabyte (PB) 1 PB = 1024 TB Exabyte (EB) 1 EB = 1024 PB Zettabyte (ZB) 1 ZB = 1024 EB Yottabyte (YB) 1 YB = 1024 ZB 1.3 Hệ đếm Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật11 Hệ đếm xác định phương pháp biểu diễn các con số sử dụng những ký hiệu khác nhau . 1.3.1 Hệ đếm La Mã Số La Mã là một hệ thống chữ số có nguồn gốc từ Roma (tức La Mã) cổ đại. Hệ thống chữ số La Mã dùng trong thời cổ đại đã được người ta chỉnh sửa sơ vào thời Trung Cổ để biến nó thành dạng mà chúng ta sử dụng ngày nay. Hệ đếm La Mã sử dụng các ký hiệu ứng với các giá trị như sau: I = 1 ; V = 5 ; X = 10 ; L = 50 ;C = 100 ; D = 500 ; M = 1000 Một số quy tắc biểu diễn trong số La Mã Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật12 - Các chữ số I, X, C được lặp liên tục tối đa 3 lần. Chữ M được tối đa 4 lần. Các chữ số V, L, D không lặp liên tục quá một lần. Ví dụ: III = 3*1 = 3, MMMM = 4*1000 = 4000  - Hai ký hiệu đứng cạnh nhau, nếu ký hiệu nhỏ đứng sau thì giá trị của chúng sẽ là tổng số của 2 giá trị ký hiệu. Ngược lại sẽ là số lớn hơn trừ số bé hơn. Ví dụ: Số 700 biểu diễn là DCC Số 3986 được biểu diễn là: MMMCMLXXXVI  - Để biểu thị những số lớn hơn 4999 ( MMMMCMXCIX), hệ La Mã dùng những vạch ngang đặt trên đầu ký tự. Một vạch ngang tương đương với việc nhân giá trị của ký tự đó lên 1000 lần. Ví dụ: = 1000*1000 = 1000000 = 10 1.3.2 Hệ đếm cơ số b Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật13 Một số N trong hệ đếm cơ số b được biễu diễn tổng quát là : N = dnd n-1 d n-2... d 1 d 0. d -1 d -2... d -m Khi đó giá trị của N được tính theo công thức : N = dn b n + dn-1 b n-1 +...+ d0 b 0 + d-1 b -1 +... + d-m b -m Trong các trường hợp cần thiết, để phân biệt số được biểu diễn ở hệ đếm nào người ta viết cơ số làm chỉ số cho số đó. Ví dụ: 10011.1012 = 1*2 4+0*23+0*22+1*21+1*20+1*2-1+0*2-2+1*2-3 = 16+0+0+2+1+0.5+0+0.125 = 19.62510 1.3.2 Hệ đếm cơ số b Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật14 - Hệ thập phân (Decimal System) – Là hệ đếm cơ số 10 được phát minh bởi người Ả Rập cổ. Nó sử dụng 10 ký số 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 để biểu diễn các số. - Hệ nhị phân (Binary Number System) – Là hệ đếm cơ số 2 và sử dụng 2 chữ số là 0 và 1 để biểu diễn các giá trị. - Hệ bát phân (Octal Number System) – Là hệ đếm cơ số 8 và sử dụng các chữ số 0,1,2,3,4,5,6,7 để biểu diễn các giá trị. - Hệ thập lục phân ( Hexa-decimal Number System) - Là hệ đếm cơ số 16 sử dụng các chữ số 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 và các chữ cái A, B, C, D, E, F để biểu diễn các giá trị trong đó: A = 10, B = 11, C = 12, D = 13, E = 14, F = 15. Bảng 16 giá trị đầu của một số hệ đếm cơ bản Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật15 Hệ thập phân Hệ nhị phân Hệ bát phân Hệ thập lục phân 0 0000 00 0 1 0001 01 1 2 0010 02 2 3 0011 03 3 4 0100 04 4 5 0101 05 5 6 0110 06 6 7 0111 07 7 8 1000 10 8 9 1001 11 9 10 1010 12 A 11 1011 13 B 12 1100 14 C 13 1101 15 D 14 1110 16 E 15 1111 17 F 1.3.3 Chuyển đổi các hệ đếm sang hệ thập phân Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật16 Để chuyển đổi các số từ 1 hệ đếm bất kỳ sang hệ thập phân ta sử dụng cách tính như đã trình bày ở đầu mục (trang 13). Ví dụ 1: Chuyển đổi số 12B sang hệ thập phân: 1*16 + 2*16 + 11*16 = 256 + 32 +11 = 299 Vậy 12B = 299 Ví dụ 2: Chuyển đổi số nhị phân 110.11 sang hệ thập phân: 1*2 + 1*2 + 0*2 + 1*2 + 1*2 = 4+2+0+0.5+0.25 = 6.75 1.3.4 Chuyển đổi từ hệ thập phân sang hệ đếm khác Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật17 A. Đối với số nguyên Để chuyển một số nguyên thập phân N sang hệ b, ta lấy N chia cho b sau đó tiếp tục lần lượt chia các kết quả thu được cho b cho đến khi nào kết quả nhỏ hơn b thì mới dừng lại. Sau đó ta viết kết quả và các số dư của các phép chia trên theo chiều ngược lại, kết quả thu được chính là số hệ b cần chuyển đổi. 299 16 1816 139 128 11 16 116 2 Ví dụ : Đổi số thập phân 299 sang hệ 16. Ta thực hiện các phép chia như hình bên, các số dư thu được theo thứ tự là 11, 2, 1 (ở hệ 16 là B) vì vậy số 299 viết ở hệ 16 là 12B 1.3.4 Chuyển đổi từ hệ thập phân sang hệ đếm khác Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật18 B. Đối với số thực Để chuyển một số thực từ hệ thập phân sang hệ cơ số b ta sẽ chuyển đổi riêng phần nguyên và phần thập phân của nó. Để chuyển đổi phần thập phân 0.F của số N, ta lấy 0.F nhân với cơ số b, tích nhận được có dạng D1.F1, lưu lại phần nguyên D1. Sau đó, lại tiếp tục lấy 0.F1 nhân với cơ số b, tích nhận được có dạng D2.F2, lưu lại phần nguyên D2. Cứ tiếp tục quá trình này cho đến khi phần thập phân Fn bằng 0 thì dừng. Nếu trường hợp lặp vô hạn thì ta lấy kết quả gần đúng tùy theo yêu cầu. Kết quả thu được ở hệ đếm cơ số b có dạng là: 0.D1D2D3...Dn 1.3.4 Chuyển đổi từ hệ thập phân sang hệ đếm khác Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật19 Ví dụ: Chuyển đổi số thập phân 26.625 sang hệ nhị phân. 26 2 1326 0 2 12 6 1 2 36 0 2 12 1 Đổi phần nguyên Đổi phần thập phân 0.625 *2 1.0 1.25 0.25 *2 0.5 *2 Vậy số thập phân 26.625 biểu diễn ở hệ nhị phân là: 11010.101 1.3.5 Tính toán trên số nhị phân Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật20 - Cộng : - Trừ : 1.3.5 Tính toán trên số nhị phân Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật21 - Nhân : - Chia : 1.4 Biểu diễn thông tin trong máy tính Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật22 Máy tính sử dụng hệ đếm nhị phân để biểu diễn tất cả các loại thông tin. Biểu diễn số nguyên Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật23 A. Số nguyên không dấu Để biểu diễn ta đổi số nguyên sang hệ nhị phân. Nếu số lượng bit của nó nhỏ hơn N (N thường là 4, 8, 16, 32, 64) thì cần thêm vào các bit trái của nó các bit 0 cho đủ N bits. Ví dụ : Biểu diễn số 7 trong máy tính sử dụng 8 bits như sau: B. Số nguyên có dấu Có nhiều cách được sử dụng để biểu diễn số nguyên trong máy tính: Phương pháp dấu lượng, bù 1, bù 2 Các máy tính hiện nay hầu hết đều sử dụng phương pháp biểu diễn số bù 2. Tuy nhiên, trong vài tình huống, các phương pháp khác vẫn có thể được sử dụng. 0 0 0 0 0 1 1 1 Phương pháp dấu lượng Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật24 Dùng 1 bit ngoài cùng bên trái làm bit dấu (sign bit) theo quy ước: Nếu bit dấu là 1 thì số là số âm, còn bit dấu là 0 thì số là số dương. Các bit còn lại được dùng để biểu diễn độ lớn của số. Ví dụ : Biểu diễn số +7 và số -7 trong máy tính sử dụng 8 bits: +7 -7 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 Phương pháp bù 1 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật25 Phương pháp bù 1 biểu diễn số theo cách sau:  Bit dấu là 0 nếu số là số dương, và 1 nếu số là số âm.  Số dương được biểu diễn như số nguyên không dấu.  Để biểu diễn số âm ta sử dụng toán tử thao tác bit là NOT để đảo tất cả các bit của số nhị phân dương để biểu diễn số âm tương ứng. Ví dụ: Biểu diễn số +7 và -7 theo phương pháp bù 1 như sau: 7 +7 -7 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 Phương pháp bù 2 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật26 Trong phương pháp bù 2, các số âm được biểu diễn giống như phương pháp bù 1, tuy nhiên, phải cộng thêm 1 vào kết quả (ở hệ nhị phân). Ví dụ: Biểu diễn số +7 và -7 theo phương pháp bù 2 như sau: Bù 1: +7 -7 Bù 2: +7 -7 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 So sánh các cách biểu diễn Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật27 Biểu diễn số thực Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật28 A. Biểu diễn dạng dấu phẩy tĩnh Trong N bits dùng để biểu diễn thì bit đầu tiên bên trái dùng làm bit dấu, còn lại một số bit để biểu diễn phần nguyên và số khác biểu diễn phần thập phân. B. Biểu diễn dạng dấu phẩy động Mỗi số thực sẽ được đưa về dạng như sau: N = M*R Trong đó:  M - Phần định trị;  R – Là cơ số của hệ đếm hiện thời;  E – Phần số mũ. Ví dụ: 101001000000000000000000000000.00 = 1.01001*2 Biểu diễn kí tự Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật29 Người ta sử dụng một bảng mã để biểu diễn kí tự. Mỗi kí tự sẽ được gán với một mã nhị phân duy nhất. Có nhiều loại bảng mã khác nhau:  BCD - Sử dụng 6 bits và biểu diễn được 2 = 64 kí tự;  ASCII – Ban đầu sử dụng 7 bits, về sau mở rộng ra 8 bits;  UNICODE – Là bảng mã toàn cầu chứa tất cả các kí tự của các nước trên thế giới. Nó sử dụng 16 bits và biểu diễn được 2 = 65536 kí tự. 1.5 Cấu trúc cơ bản của máy tính Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật30 Hệ thống nhớ Bộ vi xử lýThiết bị nhập Thiết bị xuất Thiết bị nhập Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật31 Bàn phím Track ball Track pad Bút cảm ứng Cần điều khiển game Webcam Thiết bị đọc mã vạch Microphone Thiết bị xuất Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật32 Màn hình Máy chiếu LoaMáy in Máy vẽ (Plotter) Thiết bị nhập/xuất Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật33 Màn hình cảm ứng Máy Fax Modem Hệ thống nhớ Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật34 Bộ nhớ máy tính dùng để lưu trữ các dữ liệu và các chỉ thị được đưa vào máy. Bộ nhớ được chia làm hai loại :  Bộ nhớ trong : • Bộ nhớ đệm (Cache Memory); • Bộ nhớ chính (Main Memory) bao gồm : − RAM (Random access memory); − ROM (Read Only Memory).  Bộ nhớ ngoài : Ổ cứng, thẻ nhớ, đĩa CD, DVD Bộ vi xử lý trung tâm (CPU) Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật35 CPU (Central Processing Unit) – Thực thi các chương trình và điều khiển mọi hoạt động của máy tính. Các thành phần của CPU bao gồm:  Khối điều khiển CU (Control Unit);  Khối tính toán ALU (Arithmetic Logic Unit);  Các thanh ghi (Registers). 1.6 Phần mềm máy tính Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật36 Phần mềm máy tính (Software) - Là một chương trình tập hợp các chỉ thị được sắp xếp theo một trình tự có logic để chỉ dẫn cho máy tính giải quyết các vấn đề cụ thể nào đó. Phần mềm được chia thành 2 loại :  Phần mềm hệ thống - Dùng để vận hành máy tính và các phần cứng máy tính (hệ điều hành, driver, firmware, bios  Phần mềm ứng dụng - Để người sử dụng có thể hoàn thành một hay nhiều công việc nào đó. Một số phần mềm ứng dụng phổ biến. Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật37  Bộ phần mềm văn phòng Microsoft Office: Gồm có Word, Excel, PowerPoint, Access, Visio,...  Phần mềm hỗ trợ học tập : Matlab, MathType, các phần mềm từ điển,...  Phần mềm thiết kế đồ họa: AutoCAD, Photoshop, Paint...  Phần mềm hỗ trợ trao đổi thông tin: Trình duyệt web (IE, Firefox, Chrome, Safari, Opera), Yahoo Messenger, Skype,...  Phần mềm giải trí: Game, Windows media player, JetVideo...  Phần mềm thiết kế, xử lý audio và video : XMediaRecode, Proshow Producer, Adobe After Effect,... 1.7 Mạng máy tính. Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật38 Mạng máy tính (Computer network) là sự kết hợp các máy tính lại với nhau thông qua các thiết bị nối kết mạng và phương tiện truyền thông (giao thức mạng, môi trường truyền dẫn) theo một cấu trúc nào đó và các máy tính này trao đổi thông tin qua lại với nhau. Mạng máy tính gồm các loại sau : LAN (Local Area Network) còn gọi là mạng cục bộ - Là mạng tư nhân trong một toà nhà, một khu vực có cỡ chừng vài mét đến 1km.  MAN (Metropolitan Area Network) hay mạng đô thị - Là mạng có cỡ lớn hơn LAN, phạm vi vài km. WAN (Wide Area Network) còn gọi là mạng diện rộng – Là mạng dùng trong vùng địa lý lớn thường cho quốc gia hay cả lục địa. Internet Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật39 Internet là một hệ thống thông tin toàn cầu có thể được truy nhập công cộng gồm các mạng máy tính được liên kết với nhau thông qua giao thức liên mạng đã được chuẩn hóa TCP/IP. Bài tập Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật40 Bài 1: Hãy kể tên các loại máy tính ? Bài 2: Phân biệt hai khái niệm thông tin và dữ liệu ? Bài 3: Thực hiện chuyển đổi sau: 15GB = ?MB = ?KB . Bài 4: Giả sử mỗi bài hát MP3 có dung lượng 3.5MB. Hỏi một ổ đĩa cứng có dung lượng 500GB chứa được khoảng bao nhiêu bài hát trên ? Bài 5: Biểu diễn các số sau ở hệ La Mã: 2014; 97666190; 7952. Bài 6: Chuyển đổi các số sau sang hệ chỉ định: 1. 110101 => Hệ 10 và hệ 16. 2. 2014 => Hệ 2, hệ 8 và hệ 16. 3. 5FA.5 => Hệ 10. 4. 52.125 => Hệ 2. 5. - 28 => Hệ 2 theo phương pháp bù 2 sử dụng 8 bits. Bài tập Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật41 Bài 7: Kể tên các thiết bị nhập, thiết bị xuất, thiết bị nhập xuất ? Bài 8: Bộ nhớ là gì ? Có bao nhiêu loại bộ nhớ ? Bài 9: Các thành phần chính của CPU là gì? Bài 10: Phân biệt phần mềm hệ thống và phần mềm ứng dụng ? Bài 11: Nêu một số tiện ích của internet đối với cuộc sống và học tập ?