Bài giảng Tin học đại cương chương 1: Trần Quang Hải Bằng (ĐH Giao thông Vận tải)

TIN HỌC ðẠI CƯƠNG

Chương 1 Đại cương về máy tính điện tử (MTĐT)

bangtqh@utc2.edu.vn

Nội dung

1. Khái niệm về tin học. 2. Lịch sử phát triển máy tính. 3. Phân loại máy tính. 4. Cấu tạo chung của MTĐT. 5. Hệ ñếm. 6. Biểu diễn thông tin trong máy tính. 7. Đại số logic. 8. Bài tập.

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 2

Khái niệm Tin học

q Dữ liệu (Data): chưa mang lại hiểu biết về ñối tượng.

q Thông tin (Information): dữ liệu sau khi được xử lý, cho ta

hiểu biết về ñối tượng – Ví dụ

• Ảnh mây vệ tinh: Dữ liệu • Bản tin dự báo thời tiết: Thông tin

q Tin học

– Là ngành khoa học nghiên cứu các vấn đề thu thập và xử lý dữ liệu để có ñược thông tin mong muốn, sử dụng máy tính như một công cụ hỗ trợ chính.

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 3

Lịch sử phát triển của máy tính

q Máy tính thế hệ số 0 (Máy tính cơ khí)

– Năm 1642 Bailse Pascal (1623–1662) chế tạo chiếc

máy tính đặt tên là Pascaline. • Thực hiện được 2 phép toán cộng (+) và trừ (-).

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 4

Lịch sử phát triển của máy tính (tt)

q Máy tính thế hệ số 0 (tt)

– Năm 1671 Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) chế

tạo chiếc Stepped Reckone.

• Thực hiện đủ 4 phép tính cơ bản: cộng, trừ, nhân, chia

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 5

Lịch sử phát triển của máy tính (tt)

q Máy tính thế hệ số 0 (tt)

Charles Babbage (1791 – 1871) – 1822: Chế tạo máy sai phân (Difference Engine) – 1837 – 1871: Máy phân tích (Analytical Engine)

§ Có ñủ 3 thành phần như MTĐT § Lập trình được

ü Ada Lovelace : lập trình viên đầu tiên

§ In kết quả bằng cách đục lên

những lá ñồng à giống phương pháp ghi dữ liệu của đĩa quang trong MTĐT hiện đại

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 6

Lịch sử phát triển của máy tính (tt)

q 1937, A.Turing, khái niệm về các con số tính toán và máy Turing.

q 1943-1946, ENIAC

– Máy tính điện tử ña chức

năng đầu tiên.

ENIAC

– J.Mauchly & J.Presper Eckert.

q 1945, John Von Neumann

đưa ra khái niệm về chương trình được lưu trữ.

q 1952, Neumann IAS parallel-

bit machine.

Newman & IAS

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 7

Lịch sử phát triển của máy tính (tt)

q 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.

q 1955-1964, thế hệ số 2

– Transitor – Intel transitor processor

q 1965-1974, thế hệ số 3

– Mạch tích hợp (Intergrated Circuit – IC)

q 1975, Thế hệ 4

– LSI (Large Scale Integration), VLSI (Very LSI), ULSI (Ultra LSI).

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 8

Lịch sử phát triển của máy tính (tt)

q 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 ñọc 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.

– 1881: IBM giới thiệu máy vi tính PC.

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 9

Phân loại máy tính q Microcomputer/Personal

Computer (PC)

q Minicomputer

– Nhanh hơn PC 3-10 lần

q Mainframe

PC

Mini

– Nhanh hơn PC 10-40 lần

q Supercomputer

– Nhanh hơn PC 50-1.500 lần – Phục vụ nghiên cứu là

chính

Super

Mainframe

– VD:Earth Simulator (NEC, 5104 CPUs, 35.600 GF).

q Laptop Computer. q Handheld Computer: Pocket

Handheld

PC,Palm, Mobile devices.

Laptop

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 10

Nội dung

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 11

Cấu tạo chung của MTĐT

Screen

Floppy disk

Monitor

Optical Disk

Case

Mouse

Key board

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 12

Cấu tạo chung của MTĐT (tt)

q CPU q Bộ nhớ RAM q Card mở rộng – Sound Card – Modem Card – Video Card – NIC

q Cổng kết nối ngoại

vi

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 13

Cấu tạo chung của MTĐT (tt)

q CPU q Bộ nhớ RAM q Card mở rộng

– NIC – Video Card

q Cổng kết nối

ngoại vi

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 14

Cấu tạo chung của MTĐT (tt)

Khe cắm cáp dữ liệu

Lá tản nhiệt

Khe cắm Card mở rộng

Khe cắm RAM

Đế cắm CPU

Cổng ngoại vi nối tiếp

Cổng ngoại vi chuột, bàn phím

Jack cắm màn hình

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 15

Cấu tạo chung của MTĐT (tt)

q Bộ xử lý trung tâm (CPU)

– Đơn vị ñiều khiển (CU – Control Unit) – Bộ số học & Logic (ALU – Arithmetic Logic Unit) – Bộ nhớ (Memory)

q Input Devices (các thiết bị vào)

– Keyboard, Mouse, Scanner, Microphone…v.v.

q Output Devices (các thiết bị ra)

– Monitor, Printer, Speaker, Projector….v.v.

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 16

Cấu tạo chung của MTĐT (tt)

q 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

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 17

Cấu tạo chung của MTĐT (tt)

q Chu kỳ máy (Machine

Cycle) – Instruction time: (1) và (2) – Execution time: (3) và (4)

q Cách tính tốc độ CPU

– Tốc độ của CPU được tính

bằng số triệu lệnh xử lý ñược trong 1 giây

– Đơn vị ño tốc độ CPU là

MIPS (Millions of Instructions Per Second)

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 18

Cấu tạo chung của MTĐT (tt)

q CPU không sử dụng kỹ thuật Pipelining

q CPU sử dụng kỹ thuật Pipelining

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 19

Cấu tạo chung của MTĐT (tt) q Đồng hồ hệ thống (System Clock) – Đồng bộ mọi hoạt động của máy tính – Mỗi tick là một chu kỳ ñồng hồ – Đơn vị tính = Herzt (Hz)

q 1 MHz (Mega Herzt) = 1 triệu tick đồng hồ hệ thống.

q 1 GHz (Giga Herzt) = 1 tỉ tick ñồng hồ hệ thống.

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 20

Nội dung

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 21

Hệ ñếm

q Khái niệm q Hệ ñếm cơ số 10 q Hệ ñếm cơ số bất kỳ q Hệ ñếm cơ số 2 q Hệ ñếm cơ số 16

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 22

Khái niệm hệ ñếm

q Hệ ñếm

– Sử dụng để ñếm (biểu diễn độ lớn của một đại lượng

nào đó).

– Cơ số: Số lượng ký hiệu mà hệ ñếm cho phép sử

dụng khi biểu diễn giá trị.

q Ví dụ: hệ ñếm cơ số 10

– 10 ký hiệu (cơ số 10) : 0..9. – 123789 là một số trong hệ 10.

q Hệ ñếm cơ số a – Có a ký hiệu.

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 23

Khái niệm hệ ñếm (tt)

q Cơ số 10

– 10 ký hiệu: 0,1,2,…,9

q anan-1…a0 = an.10n + an-1.10n-1 +…+ a0.100

q 123 = 1.102 + 2.101 +3.100

q Viết: 2004 hoặc 200410

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 24

Khái niệm hệ ñếm

q Hệ ñếm cơ số a bất kỳ

– Sử dụng a ký hiệu để biểu diễn – Ký hiệu có giá trị nhỏ nhất là ‘0’ – Ký hiệu có giá trị lớn nhất là a-1 – Giá trị của chữ số thứ n bằng số ñó nhân với giá trị

của vị trí

• Giá trị của vị trí = an • n = vị trí, chữ số ñầu tiên có vị trí là n-1 • Phần thập phân được đánh số âm

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 25

Hệ ñếm cơ số 2 (nhị phân)

q Sử dụng 2 ký hiệu 0 và 1

q Binary (nhị phân).

q Biểu diễn thông tin trong máy tính

– Các linh kiện điện tử chỉ có hai trạng thái:

• Đóng hoặc mở (công tắc). • Có ñiện hoặc không có ñiện.

q Số nhị phân = BIT (BInary digiT).

q Viết: 10012 hoặc 1001B

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 26

Chuyển từ cơ số 2 sang cơ số 10

q (anan-1…a0)B = an.2n + an-1.2n-1 +…+ a0.20 q Ví dụ:

– 0B = 0; 10B = 2 – 1001B = 1.23 + 0.22 +0.21 + 1.20 = 9

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 27

Chuyển từ cơ số 10 sang cơ số 2

q D = số cần chuyển

q Chia D (chia nguyên) liên tục

cho 2 cho tới khi kết quả phép chia = 0

q Lấy phần dư các lần chia viết

theo thứ tự ngược lại

Kết quả: 1011

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 28

Chuyển từ cơ số 10 sang cơ số 2 (tt)

q Phần nguyên

– Chia liên tiếp cho 2. – Viết phần dư theo chiều ngược lại.

q Phần thập phân

– X = phần thập phân.

– Nhân X với 2 à kết quả: • Phần nguyên (0,1) • Phần thập phân

– Lặp lại từ bước đầu, ñến khi muốn

dừng hoặc kết quả=0.

– Viết các phần nguyên theo đúng thứ

tự ñược kết quả.

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 29

Các phép toán trên hệ Binary

q Phép cộng q Số âm (số bù hai) q Phép trừ q Phép nhân

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 30

Cộng hai số nhị phân

q Cộng có nhớ các cặp số cùng

vị trí từ phải sang trái

q Bảng cộng

q Ví dụ

– 1010 + 1111 = 11001

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 31

Số bù hai (số âm)

q Số bù một

– Đảo tất cả các bit của một số nhị phân ta ñược số bù

một của nó.

q Lấy số bù một cộng 1 ta được số bù hai của số

nhị phân ban ñầu.

q Ví dụ:

– B = 1001 – Bù một của B: 0110 – Bù hai của B: 0111

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 32

Trừ hai số nhị phân B1 – B2

q B2 + bù hai của B2 = 0 (lấy số chữ số = số chữ

số của B2).

q Có thể coi bù hai của B2 là số ñối của B2.

q B1 – B2 = B1 + bù hai của B2.

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 33

1010 - 0101

q Bù một của 0101: 1010

q Bù hai của 0101 = 1010 + 1 = 1011

q 1010 – 0101 = 1010 + 1011 = 0101

(chỉ lấy 4 bit kết quả !!!)

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 34

Nhân hai số nhị phân

q Nhân từ trái phải qua trái theo

cách thông thường

q Bảng nhân q Ví dụ

– 1011 x 101 = 110111

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 35

Chia hai số nhị phân

q Sau khi đã biết cách nhân, cộng, trừ các số nhị

phân, hãy thử tưởng tượng ra cách chia số nhị phân giống như số hệ 10.

q Ví dụ:11101/101=101, dư 100.

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 36

Hệ ñếm cơ số 16 (Hex)

q Sử dụng 16 ký hiệu:

– 0..9 – A,B,C,D,E,F

q Viết 1AFH hoặc 1AF16 hoặc 1AFH q AH = 10 q FH = 15 q 10H = 16

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 37

Chuyển đổi cơ số 16 và cơ số 10

q Từ hệ 10 àààà hệ 16

– Thực hiện chia liên tiếp cho 16. – Lấy phần dư viết ngược lại.

q Từ hệ 16 àààà hệ 10

– (anan-1…a0)H= an.16n + an-1.16n-1 +…+ a0.160

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 38

Chuyển đổi cơ số 16 và cơ số 2

q Một chữ số hệ 16 tương đương 4

BIT của hệ Nhị phân – 1H = 0001B – FH = 1111B

q Xem bảng chuyển đổi các hệ

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 39

Đổi hệ 16 àààà hệ 2 q Căn cứ vào bảng chuyển đổi, thay thế 1 chữ số của số hệ

16 bằng 4 bit nhị phân.

q Ví dụ:

C

– CH = 1100B – 7H = 0111B à C7H = 1100 0111B

C

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 40

Đổi hệ 2 àààà hệ 16 q 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.

q Ví dụ:

1111100B = 0111 1100B = 7CH

C

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 41

Biểu diễn thông tin trong máy tính

q Cách biểu diễn. q Đơn vị thông tin. q Mã hoá.

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 42

Cách biểu diễn thông tin trong MTĐT

q Thông tin trong máy tính được

biểu diễn dạng nhị phân

q Ví dụ:

– 5 bit biểu diễn được 32 trạng thái. – 5 bit có thể dùng để biểu diễn 26

chữ cái A..Z.

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 43

Đơn vị thông tin

q BIT (chỉ nhật giá trị 0 hoặc 1) q 1Byte = 8 BIT q Bảng dung lượng bộ nhớ

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 44

Mã hoá

q Dù thông tin lưu trữ ở ñâu cũng cần có quy luật để

hiểu nó à mã hoá.

q Ví dụ

– Mã SV: 20041021234

• 2004: Vào trường năm 2004 • 102: Mã ngành • 1234: Số hiệu sinh viên

– Phòng: B209 (Nhà B - Tầng 2 - Phòng 09) – Biển số xe,…

q Mã hoá phải “rõ ràng” và “đầy đủ”

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 45

Mã hoá trong máy tính

q Sử dụng số nhị phân q Độ lớn của mã = số bit sử dụng để mã hoá q Quy luật hiểu được mã nhị phân

q Ví dụ: Sử dụng 5 bit để mã hoá chữ cái hoa A..Z (26

chữ cái) – 00000 ß A – 00001 ß B – … – 11001 ß Z – 11001 – 11111: chưa sử dụng

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 46

ASCII

q ASCII (American Standard Code for Information

Interchange)

q Dùng 8 bit để mã hoá các chữ cái.

q Mỗi chữ cái được gọi là một ký tự.

q Mã hoá ñược 28 = 256 ký tự.

– 0à 31,127: Các ký tự ñiều khiển – 32à 126: Các ký tự thông thường – 128à 255: Các ký tự ñặc biệt

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 47

Unicode q Sử dụng nhiều hơn 8 bit (2,3,4,… Bytes) để mã hoá

ký tự.

q 2 Bytes mã hoá ñược 216 = 65536 ký tự.

q Hầu hết các chữ cái của các nước trên thế giới.

– Việt Nam – Trung Quốc – Nga,…

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 48

Đại số logic q Mệnh đề logic

q Biến logic

q Hằng, biểu thức, hàm logic

q Các toán tử logic

q Mạch logic

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 49

Mệnh đề logic q Khẳng định hay phủ ñịnh một sự kiện hay vấn đề.

q Chỉ ñúng hoặc sai – Đúng ~ TRUE (1) – Sai ~ FALSE (0)

q Ví dụ

– “Con voi to nặng hơn con kiến bé” là mệnh đề ñúng. – “Rửa bát đi!” không phải mệnh đề. – “Hổ là ñộng vật ăn cỏ” là mệnh đề sai.

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 50

7.2. Biến logic

q Là biến đại diện cho đại lượng logic. q Chỉ có thể nhận một trong hai giá trị:

– Đúng (TRUE), hoặc – Sai (FALSE)

q VD 1: X = “M là số âm.”

– Khi M là số âm: X = TRUE – Ngược lại, X = FALSE q VD2: Y=“Hôm nay trời đẹp.”

– Giá trị của Y thay đổi theo ngày.

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 51

Hằng, biểu thức và hàm logic

q Hằng logic

– Có giá trị xác định – Giá trị ñó là TRUE hoặc FALSE – Ví dụ: “2>3” là một hằng logic nhận giá trị FALSE

q Biểu thức, hàm logic

– Sự kết hợp của hằng, biến và toán tử – Toán tử: và, hoặc, … – Ví dụ: “m≥3” và “m≤5”

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 52

Toán tử logic

q Là các phép toán với các mệnh đề, hằng, biến logic.

q Các toán tử cơ bản:

– NOT – AND – OR – XOR

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 53

Toán tử “PHỦ ðỊNH”

q Ký hiệu: NOT – NOT X

q Gọi tên

– PHỦ ðỊNH

q Ví dụ

– NOT (“2>3”) = TRUE

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 54

Toán tử “VÀ”

q Ký hiệu: AND – X AND Y

q Gọi tên – VÀ – HỘI

q X AND Y chỉ ñúng khi cả X và Y

cùng đúng.

q Ví dụ

– “2>3” AND “3=4-1” nhận giá trị

FALSE

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 55

Toán tử “HOẶC”

q Ký hiệu: OR – X OR Y

q Gọi tên

– HOẶC – TUYỂN

q X OR Y chỉ sai khi cả X và Y cùng

sai. q Ví dụ

– “2>3” OR TRUE nhận giá trị

TRUE

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 56

Toán tử “HOẶC LOẠI TRỪ”

q Ký hiệu: XOR – X XOR Y

q X OR Y sai khi X = Y

q Ví dụ

– “2>3” XOR TRUE nhận giá trị

TRUE

– FALSE XOR “2>3” nhận giá trị

FALSE

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 57

Thứ tự ưu tiên các phép toán

1. Dấu ngoặc ( )

2. NOT, dấu trừ (-)

*, /, DIV, MOD, AND

4. +, -, OR, XOR

5. =, <>, >, >=, <, <=

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 58

Mạch logic q Mạch điện tử – Tín hiệu điện – TRUE: hiệu điện thế ≥ mức

q Đầu vào

– Hằng, biến logic

q Đầu ra

– Kết quả phép toán, hàm

q Các mạch cơ bản

– NOT – AND – OR – XOR

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 59

Bài tập

q Diễn giải vì sao có những kết quả chuyển đổi dưới

đây:

11910 à 011101112 à 77h 23110 à 111001112 à E7h 9910 à 011000112 à 63h 21310 à 110101012 à D5h 16810 à 101010002 à A8h 17310 à 101011012 à ADh 13710 à 100010012 à 89h

bangtqh@utc2.edu.vn Tin học đại cương - Chương 1 60