Bài giảng Tin học đại cương - Chương 1: Các khái niệm cơ bản về tin học - Trần Thị Dung

TIN HỌC ĐẠI CƯƠNG GV: Trần Thị Dung BM. Công nghệ thông tin Email: ttdung@utc2.edu.vn CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TIN HỌC ttdung@utc2.edu.vn 1 Nội dung 1. Khái niệm 2. Lịch sử phát triển của máy tính 3. Phân loại máy tính 4. Cấu tạo chung của MTĐT 5. Hệ đếm 6. Biểu diễn thông tin trong máy tính 7. Đại số logic 8. Bài tập ttdung@utc2.edu.vn 2 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). Phần cứng (hardware) – Là những thiết bị vật lý về mặt cơ khí, điện tử (như vi mạch, dây nối, bộ nhớv.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. ttdung@utc2.edu.vn 3 1.2. Lịch sử phát triển của máy tính • Các thế hệ máy tính – 1945 – 1954, Thế hệ số 1 (first generation) • 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). ttdung@utc2.edu.vn 4 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. ttdung@utc2.edu.vn 5 1.3. Phân loại máy tính Microcomputer/Personal Computer (PC) Minicomputer – Nhanh hơn PC 3-10 lần Mainframe – Nhanh hơn PC 10-40 lần Supercomputer – Nhanh hơn PC 50-1.500 lần – Phục vụ nghiên cứu là chính – VD:Earth Simulator (NEC, 5104 CPUs, 35.600 GF). Laptop Computer. Handheld Computer: Pocket PC,Palm, Mobile devices. PC Mini Super Mainframe Laptop Handheld ttdung@utc2.edu.vn 6 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT Mouse Case Optical Disk Floppy disk Key board Monitor Screen ttdung@utc2.edu.vn 7 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT (tt) 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) ttdung@utc2.edu.vn 8 1 2 4 3 5 6 7 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT (tt) 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 ttdung@utc2.edu.vn 9 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT (tt) 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. ttdung@utc2.edu.vn 10 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT (tt) 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 ttdung@utc2.edu.vn 11 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT (tt) 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) ttdung@utc2.edu.vn 12 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT (tt) CPU không sử dụng kỹ thuật Pipelining CPU sử dụng kỹ thuật Pipelining ttdung@utc2.edu.vn 13 1.4. Cấu tạo chung của MTĐT (tt) Đồng hồ hệ thống (System Clock) – Đồng bộ mọi hoạt động của máy tính – Mỗi tick là một chu kỳ đồng hồ – Đơn vị tính = Herzt (Hz) 1 MHz (Mega Herzt) = 1 triệu tick đồng hồ hệ thống. 1 GHz (Giga Herzt) = 1 tỉ tick đồng hồ hệ thống. ttdung@utc2.edu.vn 14 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) ttdung@utc2.edu.vn 15 1.5. Chuyển từ cơ số 2 sang cơ số 10 (anan-1a0)2 = an.2n + an-1.2n-1 ++ a0.20 Ví dụ: • 0B = 0; 10B = 2 • 1001B = 1.23 + 0.22 +0.21 + 1.20 = 9 ttdung@utc2.edu.vn 16 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 ttdung@utc2.edu.vn 17 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. ttdung@utc2.edu.vn 18 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 ttdung@utc2.edu.vn 19 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 ttdung@utc2.edu.vn 20 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 ttdung@utc2.edu.vn 21 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 ttdung@utc2.edu.vn 22 1.6. Thông tin – Biểu diễn và xử lý thông tin 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 ttdung@utc2.edu.vn 23 1.6. Thông tin – Biểu diễn và xử lý thông tin (tt) 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. ttdung@utc2.edu.vn 24 1.7. Đại số logic Mệnh đề logic Biến logic Hằng, biểu thức, hàm logic Các toán tử logic Mạch logic ttdung@utc2.edu.vn 25 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. ttdung@utc2.edu.vn 26 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. ttdung@utc2.edu.vn 27 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” ttdung@utc2.edu.vn 28 Toán tử logic Là các phép toán với các mệnh đề, hằng, biến logic. Các toán tử cơ bản: –NOT –AND –OR –XOR ttdung@utc2.edu.vn 29 Toán tử “PHỦ ĐỊNH” Ký hiệu: NOT –NOT X Gọi tên –PHỦ ĐỊNH Ví dụ • – NOT (“2>3”) = TRUE ttdung@utc2.edu.vn 30 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 ttdung@utc2.edu.vn 31 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 ttdung@utc2.edu.vn 32 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 ttdung@utc2.edu.vn 33 Thứ tự ưu tiên các phép toán 1. Dấu ngoặc ( ) 2. NOT, dấu trừ (-) 3. *, /, DIV, MOD, AND 4. +, -, OR, XOR 5. =, , >, >=, <, <= ttdung@utc2.edu.vn 34 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 ttdung@utc2.edu.vn 35 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 ttdung@utc2.edu.vn 36 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 ttdung@utc2.edu.vn 37