Giáo trình môn khoa học máy tính

ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

CÁC VẤN ĐỀ CƠ SỞ CỦA
KHOA HỌC MÁY TÍNH
Lý thuyết: 60 tiết
Thực hành: 0 tiết


•

•

Mục Tiêu Mơn Học
Mơn học này trình bày các ngun lý tính
tốn về mặt lý thuyết và thực tiễn: những cơ
sở lý thuyết thơng tin và tính tốn, lý thuyết
ngơn ngữ, phân tích giải thuật, thực hiện
các hệ thống tính toán, cơ sở dữ liệu, truyền
dữ liệu, …
Sau khi học xong môn này, sinh viên đạt
được những kiến thức cơ bản về giải thuật,
phần cứng, phần mềm, ngôn ngữ lập trình,
kỹ thuật lập trình, mạng máy tính, cơ sở dữ
liệu, Internet và nâng cao kỹ năng lập trình
thơng qua các bài tập.
2

Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng

Tài Liệu

• Tài liệu chính:
- Carl Raynolds, Paul Tymann, Principles of
Computer Science, Mc. Graw-Hill, 2008.

• Tài liệu tham khảo:
- J. Glenn Bookshear, Computer Science –
An overview, 11th edition, Pearson-Addison
Wesley, 2012 .

3
Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng


Phương Pháp Đánh Giá

• Thi lý thuyết giữa kỳ: 30%.
• Thi lý thuyết cuối kỳ: 70%.

4
Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng

Chương 1:

GIỚI THIỆU VỀ
KHOA HỌC MÁY TÍNH


Nội Dung
Khoa học Máy tính là gì?
Giải thuật .
Phần cứng.
Ngơn ngữ máy (ngôn ngữ cấp thấp) .
Ngôn ngữ cấp cao.
Lập trình.
Phần mềm: phần mềm hệ thống, phần mềm
ứng dụng.
8. Mạng máy tính.
9. Cơng nghệ cơ sở dữ liệu.
10. Internet, World Wide Web.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

6
Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng

•
•

•

Khoa Học Máy Tính Là Gì?
Khoa học máy tính là gì? Khoa học máy tính
(computer science) được định nghĩa theo
nhiều cách khác nhau. Sau đây là vài định
nghĩa:
“Khoa học máy tính là tập của các phương
thức có liên quan đến tính tốn, gồm cả lý
thuyết và thực tiễn: lý thuyết về thơng tin và
tính tốn, lý thuyết ngơn ngữ, phân tích giải
thuật, sự thực thi của các hệ thống tính tốn,
đồ hoạ máy tính, cơ sở dữ liệu, truyền
thơng, …”
“Sự nghiên cứu về máy tính và xử lý giải
thuật, bao gồm những nguyên lý, thiết kế
7

Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng


Khoa Học Máy Tính Là Gì?

•
•

Phần cứng và phần mềm, ứng dụng và ảnh
hưởng của nó đối với xã hội”.
Định nghĩa sau cùng nhấn mạnh sự phát
triển và phân tích giải thuật là trọng tâm của
khoa học máy tính.
Mặc dù các định nghĩa trên có khác nhau,
nhưng tất cả đều nhằm nhấn mạnh đến sự
nghiên cứu giải thuật. Khoa học máy tính kết
hợp các khái niệm lý thuyết của thiết kế và
phân tích giải thuật với thực tiễn là xem xét
thế nào để hiện thực giải thuật trên máy tính
và giải quyết vấn đề thực tiễn.
8

Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng


•
•
•

Giải Thuật

Giải thuật là gì? Giải thuật (algorithm) định
nghĩa chi tiết và rõ ràng một chuỗi các hành

động nối tiếp nhau để giải quyết một vấn đề
cụ thể hoặc thực thi một tác vụ nào đó.
Cho ví dụ, cần xác định ước số chung lớn
nhất (greatest common divisor – GCD) của 2
số nguyên.
Theo định nghĩa, thì GCD của 2 số nguyên
dương là số nguyên lớn nhất mà nó là ước
số của cả 2 số đó. Ví dụ: GCD(42, 30) = 6.
Chúng ta có thể sử dụng giải thuật sau để
tìm GCD của 2 số nguyên a và b:
- Nếu b = 0 thì GCD(a, b) = a.
9

Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng


Giải Thuật

Gán r là phần dư của a và b.
Lặp lại các bước trên và dùng b và r.
• Giải thuật là nền tảng để máy tính xử lý
thơng tin. Bởi vì chương trình máy tính thể
hiện giải thuật và ra lệnh cho máy tính thực
hiện các bước cụ thể được chỉ định trong
giải thuật.
• Giải thuật được biểu diễn bằng lưu đồ hay
mã giả để chúng ta có thể dễ dàng đọc.
Trong ví dụ trên, giải thuật được thể hiện

bằng mã giả.
• Để thực hiện các bước của giải thuật bằng
máy tính, chúng ta cũng cần hiểu về thuật
ngữ “phần cứng”.

-

10

Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng


•

•

Phần Cứng
Bản chất của giải thuật là cách mà máy tính
xử lý thơng tin, bởi vì thực chất thì chương
trình máy tính là một hình thái khác của giải
thuật. Nó báo cho máy tính biết các bước cụ
thể để thực thi tác vụ được chỉ định trong
giải thuật. Để nguyên cứu về giải thuật, nhà
khoa học máy tính cũng phải hiểu về máy
tính vì nó là cơng cụ được sử dụng để thực
hiện giải thuật.
Thuật ngữ phần cứng (hardware) dùng để
mơ tả những thành phần vật lý, hữu hình của

máy tính. Bàn phím, chuột, bo mạch chủ,
card đồ hoạ, bộ vi xử lý là tất cả những ví dụ
11

Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng


Phần Cứng

•

về phần cứng máy tính.
Cũng cần lưu ý rằng, một giải thuật thì được
cho là tốt đối với một nền phần cứng nào đó
và có thể sẽ là khơng đối với nền phần cứng
khác.

12
Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng


•

•

•

Chương Trình - Ngơn Ngữ Máy

Con người có thể dễ dàng đọc và hiểu được
giải thuật. Cho ví dụ, giải thuật GCD của hai
số nguyên trước đây được viết bằng ngơn
ngữ Anh. Nhưng chỉ có ngơn ngữ mà máy
tính hiểu được đó là ngơn ngữ máy (machine
language).
Ngơn ngữ máy là một hệ thống các mã lệnh
dạng nhị phân mà máy tính được thiết kế để
thực thi chúng. Mỗi từ trong ngôn ngữ máy
thể hiện cho một hành động đơn và có thể
được máy tính thực hiện.
Một tập các chỉ thị/lệnh mô tả từng bước của
một giải thuật được gọi là chương trình
(program).
13

Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tơ Oai Hùng


•

•

Ngơn Ngữ Cấp Cao
Người lập trình khó có thể làm việc trực tiếp

với ngôn ngữ máy. Các từ lệnh của ngôn
ngữ máy gồm một dãy các số 0 và 1, chiều
dài tiêu biểu là 8, 16, 32, hay 64 bit và đơi khi
cũng thay đổi.
Vì lý do này, nhiều ngơn ngữ lập trình ra đời
để người lập trình dễ dàng chuyển giải thuật
thành chương trình và thực thi trên máy tính.
Chúng ta xem các ngơn ngữ này như là ngơn
ngữ cấp cao hơn (higher-level language), bởi
vì chúng được thiết kế để người lập trình
làm việc ở “mức cao hơn” hơn là ở mức
ngôn ngữ máy.
14

Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng


•

Ngôn Ngữ Cấp Cao
Ngôn ngữ máy được xem là ngôn ngữ cấp
thấp (low-level language). Các ngôn ngữ như
Java, FORTRAN, Basic, ADA, … là các ngôn
ngữ cấp cao (high-level language). Chúng
được những nhà khoa học máy tính dùng để
biểu diễn giải thuật.

15

Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng


•
•

•

Lập Trình – Phần Mềm
Hành động biểu diễn giải thuật sử dụng
ngôn ngữ cấp thấp hay cấp cao được gọi là
lập trình (programming).
Thuật ngữ phần mềm (software) dùng để mơ
tả một tập các lệnh hay chương trình mà
máy tính dùng để thực hiện một giải thuật.
Phần mềm chứa các lệnh trực tiếp thao tác
với phần cứng.
Phần mềm làm cho các chức năng cơ bản
của máy tính có thể sử dụng được thì được
gọi là phần mềm hệ thống (system software).
Phần mềm hệ thống chịu trách nhiệm điều
khiển và quản lý phần cứng của hệ thống
16

Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng

Phần Mềm

•

•

máy tính. Nó cịn làm cho máy tính dễ sử
dụng đối với các nhà phát triển chương trình
cũng như là những người sử dụng nói
chung.
Cho ví dụ, phần mềm hệ thống gồm hệ điều
hành, quản lý màn hình, chương trình chống
virus, chương trình xử lý ngơn ngữ (trình
biên dịch – compiler hay trình thơng dịch –
interpreter) và các chương trình điều khiển
thiết bị.
Những chương trình như xử lý văn bản,
bảng tính được gọi là phần mềm ứng dụng
(application software). Phần mềm ứng dụng
17

Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng


Phần Mềm

•

•

dùng để thực hiện các tác vụ cụ thể. Phần
mềm ứng dụng có thể là một chương trình
đơn hay một tập các chương trình làm việc
với nhau để thực hiện các yêu cầu của
người sử dụng máy tính.
Hệ điều hành (operating system) là phần
mềm hệ thống đặc biệt quan trọng và phức
tạp. Quan trọng bởi vì hệ điều hành tác động
đến tồn bộ hệ thống máy tính.
Hệ điều hành làm cho người sử dụng dễ
dàng truy cập các thiết bị ngoại vi; lưu trữ
thông tin như dữ liệu, văn bản, chương
trình; tạo giao diện người dùng để dễ thực
18

Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng


Phần Mềm

•

thi chương trình ứng dụng; xem ngày giờ hệ
thống; kết nối Internet; quản lý và cấp phát
bộ nhớ; chia sẻ tài nguyên cho chương
trình; cho phép truy cập đồng thời.

Các hệ điều hành thông dụng hiện nay như
Microsoft Windows, Mac OS, Unix, Linux và
MVS của IBM.

19
Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng


•

•

Mạng Máy Tính
Cả khi vào thập niên 1980, hầu hết các máy
tính khơng kết nối mạng. Trong khoảng từ
năm 1970 đến 1980 các nhà khoa học máy
tính đã khám phá ra những ưu điểm của
mạng máy tính và đưa ra một số kết nối vật
lý khác nhau giữa các máy tính, như là các
giao thức mạng (networking protocol).
Vào thời điểm này, mỗi nhà cung cấp máy
tính đưa ra một chuẩn giao thức khác nhau
với hy vọng là sẽ bán được cho khách hàng.
IBM đưa ra giao thức System Networking
Architecture (SNA), Hewlett Packard đưa ra
Distributed Systems (DS) và Xerox đưa ra
20

Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng


Mạng Máy Tính

•
•

Xerox Networking Systems (XNS). Các giao
thức này khơng tương thích nhau. Tuy
nhiên, chúng là cầu nối đến giữa các hệ
thống với nhau.
Ngày nay, vấn đề mạng thì khác. Hầu hết trên
thế giới chấp nhận các chuẩn IEEE 801 và
các giao thức TCP/IP cho Internet.
Vấn đề bây giờ cần quan tâm là:
- Mở rộng số lượng địa chỉ Internet.
- Tăng tốc độ kết nối vật lý như dùng cáp
quang.
- Tăng tốc độ kết nối không dây, cho phép
truyền tải dữ liệu lớn hơn như phim ảnh.
- Năng lượng tiêu thụ và giá thành thấp.
21

Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng

•

•

Công Nghệ Cơ Sở Dữ Liệu
Hỗ trợ cho hầu hết các ứng dụng ngày nay là
công nghệ CSDL (database technology). Mơ
hình CSDL vượt trội là CSDL quan hệ, nó ra
đời vào thập niên 1980. Các nhà khoa học
máy tính đã phát triển các giải thuật lưu trữ
và truy cập thông tin nhanh chóng từ kho dữ
liệu khổng lồ. Cho ví dụ, Google có thể tìm
kiếm ngay tức khắc hơn 400.000 bức ảnh từ
hơn 1.5 tỷ bức ảnh trong CSDL của nó.
Có nhiều điều cần biết về việc tạo một CSDL
tốt, truy xuất CSDL từ chương trình, phát
triển và quản lý CSDL. Những người lập
trình ứng dụng và quản trị CSDL cần hiểu
22

Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng


Cơng Nghệ Cơ Sở Dữ Liệu

•

CSDL ở mức này để sử dụng chúng một
cách hiệu quả.
Một số hệ điều hành mới sử dụng công nghệ
CSDL trong các hệ thống tập tin của nó để
lưu trữ tất cả thơng tin. Điều này làm cho hệ
điều hành cải thiện về tốc độ, không gian lưu
trữ và bảo mật dữ liệu.

23
Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng


•
•

Internet – World Wide Web
Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy rằng máy
tính đã thay đổi đột ngột đời sống của con
người.
Những công nghệ như Internet, World Wide
Web đã đặt khối lượng thơng tin khổng lồ
trên đầu ngón tay của chúng ta. Ví dụ, những
phần mềm như Messenger, thư điện tử, điện
thoại di động đã cách mạng hoá cách thức
mà con người trao đổi thông tin.

24
Các Vấn Đề Cơ Sở của KHMT

ThS. GVC Tô Oai Hùng


Chương 2:

GIẢI THUẬT