Giáo trình Tin học đại cương A1: Phần 1

Chia sẻ: Hoa La Hoa | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:53

Thêm vào BST

Báo xấu

175
lượt xem 41
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Tin học đại cương A1 được chia thành hai phần. Phần 1 giới thiệu đến bạn đọc nội dung chương 1 và chương 2. Chương 1 giới thiệu tổng quan về máy tính với các nội dung như: Giới thiệu, thông tin - biểu diễn và xử lý thông tin, các hệ đếm và các phép tính, cấu trúc của máy tính và các thiết bị ngoại vi,.... Chương 2 giới thiệu tổng quan về giải quyết vấn đề bài toán trên máy tính, cụ thể: Các bước giải quyết vấn đề bài toán bằng máy tính, thuật toán và thuật giải, các phương pháp biểu diễn thuật toán.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Tin học đại cương A1: Phần 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY TÍNH 1. GIỚI THIỆU Máy tính là công cụ xử lý thông tin. Về cơ bản, quá trình xử lý thông tin trên máy tính - cũng như quá trình xử lý thông tin của con người - có bốn giai đoạn chính: Nhận thông tin (Receive input): thu nhận thông tin từ thế giới bên ngoài vào máy tính. Thực chất đây là quá trình chuyển đổi các thông tin ở thế giới thực sang dạng biểu diễn thông tin trong máy tính thông qua các thiết bị đầu vào. Xử lý thông tin (process information): biến đổi, phân tích, tổng hợp, tra cứu... những thông tin ban đầu để có được những thông tin mong muốn. Xuất thông tin (produce output): đưa các thông tin kết quả (đã qua xử lý) ra trở lại thế giới bên ngoài. Ðây là quá trình ngược lại với quá trình ban đầu, máy tính sẽ chuyển đổi các thông tin trong máy tính sang dạng thông tin ở thế giới thực thông qua các thiết bị đầu ra. Lưu trữ thông tin (store information): ghi nhớ lại các thông tin đã được ghi nhận để có thể đem ra sử dụng trong những lần xử lý về sau. Ðể đáp ứng bốn thao tác đó thì một máy tính thông thường cũng gồm bốn bộ phận hợp thành, mỗi bộ phận có một chức năng riêng: Thiếp bị nhập (input device): thực hiện thao tác đưa dữ liệu từ thế giới bên ngoài vào, thường là bàn phím và con chuột, nhưng cũng có thể là các loại thiết bị khác mà ta sẽ nói rõ hơn ở những phần sau. 5
Thiết bị xử lý (đơn vị xử lý trung tâm - CPU )thực hiện thao tác xử lý, tính toán các kết quả, điều hành hoạt động tính toán của máy vi tính. Có thể xem CPU như bộ não của con người. Thiết bị xuất (output): thực hiện thao tác gởi thông tin ra ngoài máy vi tính, thường dùng màn hình máy tính làm thiết bị xuất chuẩn, có thể thêm một số khác như máy in… Thiết bị lưu trữ (storage devices): được dùng để lưu giữ thông tin. Lưu trữ sơ cấp (primary memory) là bộ nhớ trong của máy tính dùng để lưu các tập lệnh của chương trình, các thông tin dữ liệu sẵn sàng làm việc tùy theo yêu cầu của CPU. Lưu trữ thứ cấp (secondary storage) là cách lưu trữ đơn thuần với mục đích lưu giữ dữ liệu, cách này dùng các thiết bị lưu trữ như đĩa cứng, đĩa mềm, băng từ, CD. 2. THÔNG TIN - BIỂU DIỄN VÀ XỬ LÝ THÔNG TIN Khái niệm thông tin (information) được sử dụng thường ngày. Con người có nhu cầu đọc báo, nghe đài, xem phim, video, đi tham quan, du lịch, tham khảo ý kiến người khác, ... để nhận được thêm thông tin mới. Thông tin mang lại cho con người sự hiểu biết, nhận thức tốt hơn về những đối tượng trong đời sống xã hội, trong thiên nhiên, ... giúp cho họ thực hiện hợp lý công việc cần làm để đạt tới mục đích một cách tốt nhất. Những đám mây đen đùn lên ở chân trời phía Ðông chứa đựng thông tin báo hiệu về trận mưa lớn sắp xảy ra. Màu đen của mây, tốc độ chuyển động của mây chứa các thông tin về khí tượng. Biểu đồ thống kê sản phẩm hàng tháng của từng phân xưởng bánh kẹo chứa đựng các thông tin về năng suất lao động, về mức độ thực hiện kế hoạch sản xuất của phân xưởng đó. Nốt nhạc trong bản Sonata ánh trăng của Beethoven làm cho người nghe cảm thấy được sự tươi mát, êm dịu của đêm trăng. Những thông tin về cảm xúc của tác giả đã được truyền đạt lại. 6
Khi tiếp nhận được thông tin, con người thường phải xử lý nó để tạo ra những thông tin mới, có ích hơn, từ đó có những phản ứng nhất định. Người tài xế chăm chú quan sát người, xe cộ đi lại trên đường, độ tốt xấu mặt đường, tính năng kỹ thuật cũng như vị trí của chiếc xe để quyết định, cần tăng tốc độ hay hãm phanh, cần bẻ lái sang trái hay sang phải... nhằm đảm bảo an toàn tối đa cho chuyến xe đi. Thông tin có thể được phát sinh, được lưu trữ, được truyền, được tìm kiếm, được sao chép, được xử lý, nhân bản. Thông tin cũng có thể biến dạng, sai lệch hoặc bị phá hủy. Mỗi tế bào sinh dục của những cá thể sinh vật mang thông tin di truyền quyết định những đặc trưng phát triển của cá thể đó. Gặp môi trường không thuận lợi, các thông tin di truyền đó có thể bị biến dạng, sai lệch dẫn đến sự hình thành những cá thể dị dạng. Ngược lại, bằng những tác động tốt của di truyền học chọn giống, ta có thể cấy hoặc làm thay đổi các thông tin di truyền theo hướng có lợi cho con người. Thông tin được thể hiện dưới nhiều dạng thức khác nhau như sóng ánh sáng, sóng âm, điện từ, các ký hiệu viết trên giấy hoặc khắc trên gỗ, trên đá, trên các tấm kim loại ... Về nguyên tắc, bất kỳ cấu trúc vật chất nào hoặc bất kỳ dòng năng lượng nào cũng có thể mang thông tin. Chúng được gọi là những vật (giá) mang tin. Dữ liệu (data) là biểu diễn của thông tin và được thể hiện bằng các tín hiệu (signal) vật lý. Thông tin chứa đựng ý nghĩa, còn dữ liệu là các dữ kiện không có cấu trúc và không có ý nghĩa rõ ràng nếu nó không được tổ chức và xử lý. Cùng một thông tin, có thể được biểu diễn bằng những dữ liệu khác nhau. Cùng biểu diễn một đơn vị, nhưng trong chữ số thập phân ta cùng ký hiệu 1, còn trong hệ đếm La Mã lại dùng ký hiệu I. Mỗi dữ liệu lại có thể được thể hiện bằng những ký hiệu vật lý khác nhau. Cùng là ký hiệu I nhưng trong tiếng Anh có nghĩa là đại từ nhân xưng ngôi thứ nhất (tôi) còn trong toán học lại là chữ số La Mã có giá trị là 1. 7
Mỗi tín hiệu có thể dùng để thể hiện các thông tin khác nhau. Uống một chén rượu để mừng ngày gặp mặt, cũng có thể uống chén rượu để giải sầu, để tiễn đưa người thân lên đường đi xa. Thông tin là một khái niệm trừu tượng, tồn tại khách quan, có thể nhớ trong đối tượng, biến đổi trong đối tượng và áp dụng để điều khiển đối tượng. Thông tin làm tăng thêm hiểu biết của con người, là nguồn gốc của nhận thức. Thông tin về một đối tượng chính là một dữ kiện về đối tượng đó, chúng giúp ta nhận biết và hiểu được đối tượng. Thông tin có liên quan chặt chẽ đến khái niệm về độ bất định. Mỗi đối tượng chưa xác định hoàn toàn đều có một độ bất định nào đó. Tính bất định này chưa cho biết một cách chính xác và đầy đủ về đối tượng đó. Ðộ bất định có liên quan chặt chẽ đến khái niệm xác suất - độ đo khả năng có thể xảy ra của sự kiện (biến cố). Nếu một biến cố không bao giờ xảy ra, xác suất của nó có giá trị bằng 0. Nếu có một biến cố chắc chắn xảy ra, xác suất của nó bằng 1. Ðại lượng xác suất có giá trị trong đoạn [0,1]. Xác suất đối tượng A trú ngụ ở đâu trong 9 địa bàn (4 quận và 5 huyện) của Hà Nội trước khi có thông tin bổ sung là 1/9, còn sau đó là 1/5. Xác suất càng nhỏ thì độ bất định càng lớn. Thông tin có thể đo được. Giả sử sự kiện có thể tồn tại ở một trong số n trạng thái được đánh số 1, 2,..., n trong đó trạng thái i xuất hiện với xác suất là Pi (0 < Pi < 1). C. Shannon, vào năm 1948, đã đưa ra công thức sau nhằm xác định độ bất định của sự kiện: Khi được cung cấp thêm thông tin, số trạng thái và xác suất xảy ra của mỗi trạng thái sẽ khác đi và ta sẽ nhận được một độ bất định mới l2 nào đó (bé hơn l1). Như vậy, thông tin bổ sung đã làm giảm độ bất định và hiệu số (l1 - l2) được xem là lượng tin của thông tin mới bổ sung. Thực ra, trước đó vào năm 1928, R. Hartley đã xét trường hợp riêng khi p1 = p2 =...= pn = 1/n. Khi đó độ bất định sẽ là log2. Có thể ứng dụng công thức Hartley để tính lượng tin trong trường hợp đơn giản khi khả năng tồn tại ở một trong hai trạng 8
thái của sự kiện là như nhau (đồng xác suất: p1 = p2 = 1/2). Ðộ bất định trong trường hợp này sẽ là log22-1. Trong máy tính, các thông tin được biểu diễn bằng hệ đếm nhị phân. Tuy chỉ dùng hai ký số là 0 và 1 mà ta gọi là bit nhưng hệ nhị phân đã giúp máy tính biểu diễn - xử lý được trên hầu hết các loại thông tin mà con người hiện đang sử dụng như văn bản, hình ảnh, âm thanh, video, ... 3. CÁC HỆ ĐẾM VÀ CÁC PHÉP TÍNH 3.1. Khái niệm hệ đếm & hệ đếm nhị phân Các chữ số cơ bản của một hệ đếm là các chữ số tối thiểu để biểu diễn mọi số trong hệ đếm ấy. Ví dụ Hệ thập phân có các chữ số cơ bản: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Hệ nhị phân có các chữ số cơ bản: 0, 1. Ðặc biệt hệ thập lục phân có các chữ số cơ bản được ký hiệu là 0,…, 9, A, B, C, D, E, F. Nếu một số có giá trị lớn hơn các số cơ bản thì nó sẽ được biểu diễn bằng cách tổ hợp các chữ số cơ bản theo công thức sau: X = an an-1 ... a1 a0 = anbn + an-1bn-1 +... + a1b + a0 (*) trong đó: b là cơ số hệ đếm, a0, a1, a2,...., an là các chữ số cơ bản X là số ở hệ đếm cơ số b. Ví dụ Hệ thập phân: X = 123 thì X = 1 * 102 + 2 * 101 + 3 với b=10 Hệ nhị phân: X = 110 thì X = 1 * 22 + 1 * 21 + 0 với b=2 9
3.2. Chuyển đổi giữa các hệ đếm  Qui tắc 1 Ðể chuyển đổi một số từ hệ thập phân sang hệ có cơ số b (b  10) ta áp dụng cách làm sau: Lấy số thập phân chia cho cơ số b cho đến khi phần thương của phép chia bằng 0, số đổi được chính là các phần dư của phép chia theo thứ tự ngược lại. Ví dụ Cho X = 610 nghĩa là X = 6 trong hệ thập phân thì X sẽ được đổi thành 1102 trong hệ nhị phân. Cách đổi như hình sau  Qui tắc 2 Ðể chuyển đổi một số từ hệ cơ số b về hệ thập phân ta sử sụng công thức (*) Ví dụ Cho X = 1102 thì X= 1 * 22 + 1 * 21 + 0 = 6. Bảng chuyển đổi giữa hệ nhị phân, thập lục phân và thập phân như sau Thập phân Nhị phân Thập lục phân 0 0 0 1 1 1 10
2 10 2 3 11 3 4 100 4 5 101 5 6 110 6 7 111 7 8 1000 8 9 1001 9 10 1010 A 11 1011 B 12 1100 C 13 1101 D 14 1110 E 15 1111 F  Qui tắc 3 Ðể chuyển số từ hệ nhị phân về hệ thập lục phân ta thực hiện như sau: Nhóm lần lượt 4 bit từ phải sang trái, sau đó thay thế các nhóm 4 bit bằng giá trị tương ứng với hệ thập lục phân (tra theo bảng chuyển đổi trên). Ví dụ: X = 11’10112 = 3B16  Qui tắc 4 Ðể chuyển số từ hệ thập lục phân sang hệ nhị phân ta thực hiện như sau: ứng với mỗi chữ số sẽ được biểu diễn dưới dạng 4 bit. 11
Ví dụ: X = 3B16 = 0011’10112= 11’10112 4. TỔNG QUAN CẤU TRÚC CỦA MÁY TÍNH VÀ CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI 4.1. Đơn vị xử lý trung tâm - CPU và bộ nhớ 4.1.1. Cách làm việc của CPU Ðơn vị xử lý trung tâm (Central Processing Unit) - CPU là một mạch xử lý dữ liệu theo chương trình được thiết lập trước. Nó là một mạch tích hợp phức tạp gồm hàng triệu transitor trên một bảng mạch nhỏ. Phần lớn người dùng không biết và cũng không cần biết đến cái gì trên CPU. Một CPU có thể thi hành hàng triệu lệnh mỗi giây, để như vậy, trong một CPU tiêu biểu phải có nhiều thành phần phức tạp với các chức năng khác nhau hoạt động nhịp nhàng với nhau để hoàn thành các tập lệnh chương trình. Ở đây chúng ta sẽ xem qua các thành phần căn bản bên trong của một CPU. Arithmetic Logic Unit (ALU) - đơn vị số học luận lý: bao gồm một số thanh ghi - register, thường là 32 hay 64 bit. Nó thực hiện các lệnh của đơn vị điều khiển và xử lý tín hiệu. Theo tên gọi, đơn vị này dùng để thực hiện các phép tính số học đơn giản (cộng, trừ, nhân, chia số nguyên) hay phép tính luận lý đối với dữ liệu (so sánh lớn hơn, nhỏ hơn, ...). Tập lệnh chương trình được lưu giữ tại bộ nhớ chính - thông thường thì trên các chip nằm ngoài CPU - CPU đọc lệnh từ bộ nhớ qua đơn vị truyền tin - bus unit giữa bộ nhớ nguyên thủy và CPU. Ðơn vị nạp lệnh - Prefetch unit: ra chỉ thị cho đường truyền đọc các lệnh được lưu giữ tại một địa chỉ bộ nhớ riêng biệt. Ðơn vị này không chỉ định vị và nạp lệnh được thi hành kế tiếp mà còn nạp cả các lệnh lần lượt sau nữa vào hàng chờ sẵn sàng hoạt động. 12
Ðơn vị giải mã - Decode unit: ra chỉ thị cho đường truyền đọc các lệnh được lưu giữ tại một địa chỉ bộ nhớ riêng biệt. Ðơn vị này không chỉ định vị và nạp lệnh được thi hành kế tiếp mà còn nạp cả các lệnh lần lượt sau nữa vào hàng chờ sẵn sàng hoạt động. Ðơn vị nối ghép đường truyền - Bus Interface Unit: bộ phận dẫn truyền điều phối các thông tin. Những nhà sản xuất vi xử lý luôn phát triển các kỹ thuật nhằm tăng tốc độ xử lý cho CPU. Và như vậy, bộ nhớ ẩn - cache memory là một bộ nhớ nhỏ tốc độ cao đặt ngay bên trong bộ xử lý và nối trực tiếp với mạch xử lý để lưu trữ các lệnh chuẩn bị được thực hiện, hay các lệnh thường xuyên được dùng để sẵn sàng cho CPU. Bộ nhớ này chỉ do bộ xử lý kiểm soát, người sử dụng không thể thâm nhập được, nhằm phục vụ cho việc tăng tốc độ tính toán của bộ xử lý. Loại cache memory nằm ngay trong bản thân bộ xử lý thường được gọi là cache nội hay cache sơ cấp - primary, hay còn gọi là cache L1 (cache level 1). Loại cache memory nằm ngoài bộ xử lý thường được gọi là cache ngoại hay cache thứ cấp - secondary cache, hay còn gọi là cache L2 (cache level 2). Ðơn vị điều khiển - control unit: có nhiệm vụ thông dịch các lệnh của chương trình và điều khiển hoạt động xử lý, được điều tiết chính xác bởi xung nhịp đồng hồ hệ thống. Mạch xung nhịp hệ thống - system clock: dùng để đồng bộ các thao tác xử lý trong và ngoài CPU theo các khoảng thời gian không đổi, khoảng thời gian chờ giữa hai xung gọi là chu kỳ xung nhịp. Tốc độ theo đó xung nhịp hệ thống tạo ra các xung tín hiệu chuẩn thời gian gọi là tốc độ xung nhịp - tốc độ đồng hồ tính bằng triệu đơn vị mỗi giây - Mhz. Thanh ghi – register: là phần tử nhớ tạm trong bộ vi xử lý dùng lưu dữ liệu và địa chỉ nhớ trong máy đang thực hiện tác vụ với chúng. 13
4.1.2. Lưu trữ sơ cấp: Bộ nhớ máy tính Công việc chính của CPU là thi hành các mã lệnh của chương trình, nhưng trong cùng thì CPU chỉ có khả năng giải quyết một ít trong phần dữ liệu. Như vậy phần còn lại của dữ liệu được đọc vào phải cần một chỗ nào đó để lưu giữ lại sẵn sàng cho CPU xử lý, và RAM hay bộ nhớ chính sẽ nhận nhiệm vụ này. Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên - Random Access Memory (RAM): là loại thiết bị lưu trữ sơ cấp. Chip RAM gồm nhiều mạch điện tử có chức năng lưu trữ các lệnh và dữ liệu chương trình một cách tạm thời. Chính thuật ngữ truy cập ngẫu nhiên cũng cho thấy tính chất của loại bộ nhớ này. Mỗi vị trí lưu trữ trong RAM đều có thể truy cập trực tiếp, nhờ đó các thao tác truy tìm và cất trữ có thể thực hiện rất nhanh. Nội dung lưu trữ trong RAM không cố định - volatile memory, có nghĩa phải luôn có nguồn nuôi để lưu trữ nội dung thông tin đó - mất điện là mất tất cả. Bộ nhớ cố định - nonvolatile memory: được gọi bộ nhớ chỉ đọc - Read Only Memory - ROM. Chính là vì loại cố định nên nó vẫn duy trì nội dung nhớ khi không có điện, nhờ đó người ta dùng ROM để chứa chương trình BIOS không thay đổi. Không phải lúc nào loại này cũng ẩn trong vỏ CPU. Nhiều thiết bị trò chơi điện tử cũng dùng hộp, có khả năng tháo lắp, dựng một mạch ROM lưu trữ thường xuyên trò chơi các chương trình . Ngoài ra còn một số loại bộ nhớ khác nữa trong máy tính. EPROM - Erasable Programable ROM - bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình lại. Loại này thường dùng để lưu giữ các thông tin cần thiết cho việc khởi động máy tính. RAM còn có loại SRAM - RAM tĩnh, DRAM - RAM động, Video RAM - RAM cho màn hình chuyên phục vụ hình ảnh. 14
4.1.3. Cách làm việc của bộ nhớ Bộ nhớ (Memory): là một mạch tích hợp phức tạp gồm hàng triệu tế bào nhớ (storage cell) - các tế bào nhớ này chính là đơn vị lưu dữ kiện. Các thông tin trong bộ nhớ có thể là tập lệnh chương trình hay là dữ liệu của hình ảnh, các con số của phép tính số học hay luận lý và cũng có khi là các ký tự chữ cái. Mỗi byte bộ nhớ đều có địa chỉ riêng để CPU có thể truy cập đến dữ liệu trong đó. Bộ nhớ có nhiều loại với đặc điểm cấu trúc tính năng sử dụng khác nhau, nhưng về căn bản đều dùng để lưu dữ kiện nhằm phục vụ cho việc xử lý thông tin của CPU, và nó có thể là loại nằm ngay trên CPU hay nằm ngoài CPU. Một máy tính cá nhân bình thường ngày nay thường lắp từ 64 đến 256 megabytes bộ nhớ - bộ nhớ được nói đến trong câu này có nghĩa là loại bộ nhớ ngoài CPU mà ta thường gọi là các thanh RAM. Các vi mạch DRAM được kết nối với nhau trên một bản mạch nhỏ được gọi là RAM, có khi là SIMM (single in - line memory module) - module nhớ hàng chân kép. Tùy lượng vi mạch nhớ và cấu trúc, các SIMM hay DIMM có thể có dung lượng từ 1 MB đến 32 MB hoặc hơn; các thế hệ cũ thì có 30 chân (thường dùng từ các máy 486DX trở về trước), thế hệ thông dụng hiện nay dùng loại 72 chân (từ 486DX cho tới các máy hiện đại nhất). Đã xuất hiện loại DIMM - SDRAM có tốc độ lý thuyết 10ns (so với RAM EDO là 60ns), có số chân là 168 chân cũng được dùng rộng rãi với một số bo mạch chọn lọc. Các RAM này được cắm vào các khe quy định sẵn trên mạch hệ thống chính. Xét về chi tiết thì nơi nhớ - tế bào nhớ giống như một cái hộp thư. Một hộp thư hiện đại cho một địa chỉ có thể lưu giữ một byte thông tin. Ðĩa khởi động có thể là đĩa cứng, đĩa mềm hay đĩa CD. Ðĩa này có chứa các tập lệnh giúp cho hệ thống khởi động và biết cách nạp hệ điều hành từ đĩa vào bộ nhớ. 15
Khi khởi động máy, CPU tự động (đã qui định trước) đọc thông tin lưu trong bộ nhớ chỉ đọc - ROM và thi hành. Hầu hết các hệ thống máy tính đều có ROM để lưu dữ kiện để điều khiển hệ thống. Các chương trình trên ROM thường được gọi là BIOS - hệ thống xuất nhập cơ sở. Các lệnh cần thực hiện nào đã nạp vào bộ nhớ thì CPU có khả năng thực hiện chúng. Như vậy, khi bật máy, CPU đọc thông tin trên bộ nhớ ROM - thi hành nó, sau đó đọc đến thông tin trên đĩa khởi động và nạp các thông tin hệ điều hành trên đĩa vào bộ nhớ RAM. Các thông tin lưu trên RAM ở các tế bào nhớ, tức là nằm sẵn trong RAM - và CPU có thể thực hiện các tác vụ. 4.2. Thiết bị nhập 4.2.1. Bàn phím Ðể thể hiện những lá thư, những con số, hay các ký tự đặc biệt bằng máy tính, người ta dùng bàn phím nối với máy tính, kích hoạt ứng dụng thích hợp rồi gõ các phím nào cần gõ cho ra các từ, câu muốn có. Khi bạn gõ - nhấn một ký tự nào trên bàn phím, trên màn hình sẽ hiện ra chữ ấy (giả định đang trong trình ứng dụng thích hợp). Các phím mũi tên, Alt, Ctrl, Enter… không gửi một chữ nào cho máy mà là các lệnh đặc biệt nào đó. Cũng liên quan đến bộ mã ký tự ta đã nêu ở trên, bàn phím được thiết kế sao cho tiện dụng nhất đối với từng khu vực ngôn ngữ. Loại cấu trúc bàn phím thông dụng và được chấp nhận nhiều nhất trên thế giới là loại bàn phím QWERT. Tên QWERT thoạt đầu nghe có vẻ xa lạ lắm, nhưng đơn giản rằng đó là tên các phím chữ hàng đầu tiên bên trái theo thứ tự. Tên này để phân biệt với một số loại bàn phím ít được dùng khác có trật tự sắp xếp các phím không giống loại này. Có thể bạn sẽ thắc mắc vì sao không chọn theo thứ tự ABC cho dễ nhớ? Không đơn giản như ta thường nghĩ, các nhà khoa học đã nghiên cứu kỹ 16
lưỡng về mặt ngôn ngữ học về tần suất xuất hiện của các chữ cái, dựa vào đó đưa ra một thứ tự sao cho những chữ cái hay dùng nhất ở vị trí phím dễ dùng nhất. 4.2.2. Thiết bị chỉ điểm - Pointing Device Hàng triệu người dùng máy tính hiện nay dùng bàn phím để gõ các chữ cái và con số, nhưng để ra lệnh cho máy, định vị con trỏ, họ không chỉ dùng bàn phím mà còn dùng một thiết bị đặc biệt thông dụng khác gọi là: con chuột - mouse. Con chuột dùng để chuyển dịch một ký hiệu hay một đối tượng được chọn từ nơi này sang nơi khác trên màn hình. Con chuột thường được thể hiện thông qua con trỏ trên màn hình. Khi người sử dụng di chuyển con chuột trên mặt bàn thì con trỏ cũng di chuyển trên màn hình. Một con chuột có một, hai, hay ba nút nhấn có thể dùng để gởi các tín hiệu đến máy tính. Nhiều người dùng không quan tâm đến con chuột - cũng chẳng sao, nhưng ngày càng nhiều các chương trình ứng dụng đặt con chuột vào vị trí quan trọng để điều khiển chương trình. Cũng như nhiều linh kiện khác, chuột cũng có nhiều chủng loại với cấu tạo và điểm mạnh yếu khác nhau nhưng cùng có chung nhiệm vụ. Con chuột chuẩn: gồm các nút nhấn ở trên và một hòn bi ở dưới, nó có cấu tạo nhỏ gọn nối máy tính bởi một sợi dây, có thể dịch chuyển dễ dàng và đó cũng là nhiệm vụ của nó. Con chuột bóng - Trackball: nó cũng gồm các thành phần như trên, nhưng viên bi lại hướng lên trên. Thường được chế tạo to lớn khó di chuyển chuột được, tác vụ di chuyển chuột thực hiện trực tiếp bằng chính người sử dụng dùng tay lăn viên bi, nút nhấn vẫn không thay đổi chức năng. Phiến nhấn - touch pad: là một phiến nhỏ nhạy cảm với những áp lực nhấn lên nó dù nhỏ, người dùng di chuyển con trỏ bằng cách rê ngón tay trên phiến đó. 17
Một vài thiết bị đặc biệt khác cũng được xem là các thiết bị chỉ điểm, ví dụ như: Cần điền khiển - Joystick: cũng được xem là thiết bị tính năng chỉ điểm đặc biệt, nó giống như cần điều khiển trong máy trò chơi điện tử. Màn hình cảm ứng - Touch Screen: màn hình thiết kế đặc biệt để có thể cảm nhận được sự chỉ điểm của ngón tay hoặc vật gì đó đối với màn hình. Bàn vẽ - Graphic table: là một thiết bị đặc dụng dành cho những nhà thiết kế hay họa sỹ, bàn vẽ càng tốt thì độ nhạy cảm về áp lực trên nó càng cao. Bàn vẽ sẽ chuyển trực tiếp những hình ảnh được vẽ trên bàn vẽ thành các hình ảnh trên máy tính. 4.2.3. Thiết bị đọc Một số các thiết bị đọc bị giới hạn bởi khả năng đưa dữ liệu - văn bản trực tiếp trên giấy, hay chuyển các thông tin đã được in ra cho máy tính xử lý. Một số thiết bị nhập khác (được gọi là thiết bị đọc) đã được chế tạo nhằm đáp ứng cho những nhu cầu thực tế này: Thiết bị đọc đánh dấu quang học - Optical-mark readder: dùng ánh sáng phản xạ để xác định vị trí đã được đánh dấu viết chì trong công tác kiểm tra sản phẩm sản xuất dây chuyền để trả lời trên một cái thẻ theo hình thức quy định trước. Thiết bị đọc mã vạch - Barcode reader: dùng ánh sáng để đọc mã sản phẩm (UPC), mã kiểm tra hay một số loại mã vạch khác. Thiết bị đọc chữ in từ tính - magnetic-ink character reader: để đọc các con số theo mẫu được in bằng một loại mực đặc biệt có từ tính dùng trong việc kiểm tra. Cây đũa thần - wand reader: là tên thiết bị dùng tia sáng để đọc các ký tự chữ và số được viết bằng một thiết bị đánh dấu 18
đặc biệt trên vùng dành riêng cho chúng, thường dùng cho các thẻ bán hàng hay thẻ tín dụng. Người ta dùng các thiết bị này rất nhiều trong các cửa hàng, các nơi thanh toán chuyển đổi tiền, nối với một thiết bị đầu cuối POS (điểm bán - point of sale). Thiết bị đầu cuối (Terminal) này sẽ gửi thông tin nhận từ cây đũa thần đến một máy tính (có thể là một mainframe), máy tính này sẽ xác định cơ sở dữ liệu cần thiết phù hợp (giá cả, cước thuế, số tiền phải trả cho món hàng…) và gởi lại thông tin ấy cho POS. Ðó là một trong các trường hợp ứng dụng, nguyên tắc làm việc cũng tương tự với thẻ tín dụng. Cây viết máy tính - pen-based computer: như phần trước có nói đến, trong các loại máy hệ xách tay có loại nhỏ gọn nhất có thể bỏ vào áo khoác - loại trợ lý kỹ thuật số hay còn gọi là Máy thông tin cá nhân (personal digital assistant - personal comunicatior) nó dùng một cây viết để đưa dữ liệu vào máy tính, thiết bị này là Cây viết máy tính - pen-based computer. Ðể nhập liệu, người ta viết trực tiếp lên màn hình phẳng của máy tính. Xét về trường hợp nhập liệu trực tiếp từ giấy tờ văn bản đã nói ở trên còn phương pháp dùng chương trình nhận dạng chữ. Chương trình này chuyển các hình ảnh của văn bản đưa vào máy tính bằng máy quét ảnh thành các ký tự chữ cái, độ chính xác của các chương trình này khoảng hơn 99% với ngôn ngữ chỉ có các ký tự Latin. 4.2.4. Các thiết bị số hóa thế giới thực Các máy tính hiện đại đều là dạng số hóa, nó làm việc và lưu trữ thông tin dưới dạng các con số nhị phân. Ðể lưu thông tin dạng analog - tín hiệu tuần tự - thì thông tin đó trước hết phải được chuyển thành dạng được số hóa từ đó phát sinh nhu cầu cần các thiết bị số hóa. Ðể số hóa hình ảnh thì dùng máy quét - scanner, số hóa âm thanh thì cần mạch âm thanh - sound card, số hóa hình ảnh thật thì dùng máy quay phim hay máy ảnh 19
kỹ thuật số, thể hiện hình ảnh số thì dùng màn hình máy tính, thể hiện ảnh ra giấy thì dùng máy in… và nhiều nhu cầu khoa học khác dùng các thiết bị số hóa đặc biệt khác nữa. Nói chung "cả thế giới thực của chúng ta đều có thể được số hóa". Máy quét ảnh - scanner: là một thiết bị nhập liệu có thể biến những hình ảnh thành những thông tin số hóa đại diện cho nó. Máy quét ảnh hiện nay có nhiều chủng loại và kích cỡ khác nhau, thông dụng nhất là loại máy quét phẳng - flatbed scanner. Còn loại máy quét cầm tay - handheld scanner, nhưng thay vì viên bi định vị là bóng đèn chân không. Còn một loại khác gọn nhẹ thường được đặt giữa màn hình và bàn phím gọi là máy quét phụ trợ – shet-fed scanner. Máy ảnh số – digital camera: cũng bằng phương pháp tương tự như scanner, máy ảnh số dùng để chụp hình ảnh bên ngoài, thay vì lưu hình ảnh lên phim thì nó lưu ảnh dưới dạng thông tin số hóa. Khác với máy quét ảnh, máy ảnh số không bị giới hạn bởi mặt phẳng hình ảnh, nó hoàn toàn có thể chụp được những hình ảnh mà máy ảnh thông thường chụp được. Ảnh chụp từ máy ảnh số có thể được lưu trên đĩa hay loại thiết bị lưu trữ nào đó tùy mỗi loại máy. Loại máy ảnh kỹ thuật số này ngày càng trở nên rộng rãi hơn, nó đặc biệt hữu dụng trong việc chụp những hình ảnh ở những nơi mang tính tôn nghiêm vì hầu như nó không gây ra một tiếng động đáng kể nào. Máy quay phim số – digital video camera: hoạt động với phương thức tương tự máy ảnh số nhưng là lưu giữ những hình ảnh động thay vì hình ảnh tĩnh, ngoài ra nó còn thu được âm thanh nữa. Loại máy quay phim số này rất đắc dụng trong lĩnh vực truyền thông đa phương tiện hay hội đàm qua màn ảnh. Thiết bị âm thanh số hóa – Audio digitalizer: là micro, loa, CD, các nhạc cụ điện tử. Với thiết bị khác nhau, âm thanh có thể được đưa vào dưới nhiều dạng khác nhau và đều được chuyển thành dạng số hóa. Ứng dụng của nó trong việc chế tạo 20
các hệ máy mới là vô cùng phong phú, ngày nay hầu như bạn có thể bắt gặp dòng chữ âm thanh kỹ thuật số – digital audio trên hầu hết các thiết bị âm thanh hiện đại như máy đĩa CD nhạc, CD video... Thiết bị cảm ứng: Trong các ứng dụng khoa học, các thiết bị cảm ứng được dùng rất nhiều để đưa dữ kiện bên ngoài vào máy tính dưới dạng số hóa. Ðó là điều hiển nhiên bởi máy tính chỉ xử lý được những thông tin dạng số. Ứng dụng thông thường nhất là các thiết bị đong, đo như nhiệt kế điện tử, máy dự báo thời tiết, thiết bị kiểm soát môi trường, thiết bị kiểm soát mức độ ô nhiễm về âm thanh lẫn ô nhiễm về không khí và nhiều ứng dụng khác nữa. 4.3. Thiết bị xuất Máy tính nhận thông tin, xử lý và phải xuất thông tin. Như vậy nơi để nhận dữ liệu xuất ra sau khi xử lý gọi là bộ phận xuất hay thiết bị xuất. Hiện nay người ta thường dùng hai thiết bị xuất chủ yếu là màn hình và máy in. 4.3.1. Xuất ra màn hình Màn hình máy tính (tạm dịch từ Video Monitor) hay thiết bị đầu cuối hiển thị hình ảnh (video display terminal - VDT) sẽ cho ta thấy những ký tự mà ta gõ trên bàn phím hoặc các thông điệp từ máy tính. Những thế hệ màn hình mới có thể thể hiện chi tiết các hình ảnh cũng như chữ, số và các ký hiệu với đủ loại màu sắc khác nhau, thường gọi là màn hình màu, tên gọi như vậy để phân biệt loại màn hình đơn sắc dùng cho các hệ máy cũ (loại máy XT). Có hai chữ monitor và display mà người ta hay dùng lẫn lộn, dù đó là hai khái niệm khác nhau. Display - Màn hiển thị: là thiết bị hiển thị tạo ra hình ảnh từ tín hiệu video, như ống phóng điện tử hay màn hình tinh thể lỏng hay bất kỳ thiết bị hiện hình nào khác. Còn monitor là toàn bộ các mạch phụ trợ và 21
cả màn hiển thị, tất cả lắp trong vỏ máy, người ta thường gọi monitor là màn hình. Màn hình có hai loại chính là: màn hình kiểu thiết kế giống như tivi dùng các bóng đèn tia điện tử cathode CRT (cathode ray tube) và màn hình tinh thể lỏng LCD (liquid crystal display). Tuy rằng LCD là loại màn hình phẳng nhỏ gọn hơn CRT nhiều, nhưng giá của LCD lại quá cao so với CRT. Các màn hình CRT ngày nay cho chất lượng hình ảnh tốt hơn màn hình LCD. Thông thường người ta chỉ dùng LCD cho các máy tính dạng xách tay. Màn hình CRT này về cơ bản gồm một bóng đèn hình lớn chứa ba ống phóng điện tử cho ba màu đỏ, xanh lá cây và xanh dương. Ba màu cơ bản này sẽ tạo ra được mọi màu khác cần hiển thị. Mỗi điểm ảnh sẽ do ba yếu tố RGB hợp thành tạo ra màu sắc cần thiết. Màn hình được nối kết với máy tính thông qua bộ điều hợp hiển thị - video adapter hay display adapter. Nó còn có tên gọi là cạc màn hình - display card, video card. Bộ điều hợp hiển thị là một bảng mạch điện tử được cắm trong máy tính ở khe cắm mở rộng. Hình ảnh là thông tin được lưu ở bộ nhớ màn hình - VRAM. Khả năng của bộ điều hợp hiển thị sẽ quyết định tốc độ làm tươi hình ảnh, tốc độ hiện hình, độ phân giải, mức độ màu có thể hiển thị. Bộ điều hợp hiển thị được phân loại theo độ rộng bus dữ liệu của nó: Bộ điều hợp hiển thị 32 bit: có đường dẫn dữ liệu nội bộ 32 bit - có thể xử lý 4 byte dữ liệu cùng lúc. Bộ điều hợp hiển thị: có đường dẫn dữ liệu nội bộ 64 bit - có thể xử lý 8 byte dữ liệu cùng lúc. Bộ điều hợp hiển thị 128 bit: có đường dẫn dữ liệu nội bộ 128 bit - có thể xử lý 16 byte dữ liệu cùng lúc. Ðường dẫn dữ liệu càng rộng thì khả năng của bộ điều hợp càng cao. Do đó, loại 32 bit xem ra đã lỗi thời, mức chuẩn hiện nay là loại 64 bit để có thể hiển thị phân giải cao, lên đến 1280x1024 dpi. Còn loại 128 bit có tốc độ cao thích hợp với yêu cầu công tác nhiều hình vẽ như thiết kế đồ họa chẳng hạn. 22
Kích thước của màn hình cũng gần như một cái tivi. Thông số dùng để phân loại màn hình máy tính và tivi được quy định giống nhau - là độ dài đo được của đường chéo màn hiển thị. Một máy tính để bàn thông thường có màn hình thừ 14 đến 15 inch. Hình ảnh hiện trên màn hiển thị là sự kết hợp của nhiều chấm nhỏ - gọi là điểm ảnh - pixel. Ðộ phân giải của màn hiển thị thông thường là 72 điểm trong một inch cho mỗi chiều ngang và dọc. (Ðơn vị tính độ phân giải viết tắt là dpi - điểm trong một inch: dots per inch) Ðộ phân giải càng cao, các điểm ảnh càng sít lại với nhau, hình ảnh càng mịn hơn và đẹp hơn. Còn một cách nói khác về kích thước màn hình, thay vì nói về độ dài đường chéo thực sự của màn hiển thị, người ta nói về mức độ phân giải có thể của màn hiển thị. Nếu nói màn hình 800 x 600 tức là chiều ngang gồm 800 điểm, chiều dọc gồm 600 điểm. Yếu tố khác nói về khả năng card màn hình là độ sâu màu có thể hiển thị - color depth. Ví dụ như, màn hình đơn sắc thì thể hiện 2 bit cho mỗi điểm, mỗi bit có thể hiển thị 2 màu hoặc màu này hoặc màu kia (các màn hình đơn sắc ban đầu thường có màu xám, xanh hay nâu). Nếu mỗi điểm có 8 bit màu thì có khả năng thể hiện 256 màu - 28 - đây là khả năng thông thường mà hầu hết tất cả các máy tính hiện nay đều thể hiện được. Loại cao cấp hơn có thể chấp nhận 24 bit màu, tức khoảng hơn 16 triệu màu (16777216 màu - 224), hiện nay trên máy vi tính đã có thể thể hiện 32 bit màu - chấp nhận 4.294.967.296 màu. Số màu có thể hiển thị càng nhiều thì hình ảnh càng trung thực sắc nét và sống động - và chắc chắn là đẹp hơn hình ảnh trên tivi nhiều lần. 4.3.2. Xuất ra giấy Việc kết xuất dữ liệu ra màn hình là nhanh chóng nhưng là một sự sao chép không mang tính lưu trữ mà thiên về tính thông báo. Máy in được gắn với máy tính sẽ là thiết bị xuất có giá trị 23