Bài giảng Tin học đại cương Bài 1 - ĐH Bách khoa Hà Nội
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.89 MB, 33 trang )
1
TIN HỌC ĐẠI CƯƠNG
Phần 1. Tin học căn bản
Bài 1: Thông tin và biểu diễn thông tin
Nội dung
1.1.
1.2
1.3
2
Copyright by SOICT
Nội dung
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.2
1.3
3
Copyright by SOICT
Nội dung
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.2
1.3
4
Copyright by SOICT
2
a. Thông tin (Information)
5
g
sang khác
Thông tin
Copyright by SOICT
b. Dữ liệu (Data)
6
Tín
là
lý.
Copyright by SOICT
c. Xử lý dữ liệu (Data processing)
• n i u
thu c thông tin n t, u ch c cho con
i
• nh u
NHẬP
(INPUT)
XỬ LÝ
(PROCESSING)
XUẤT
(OUTPUT)
LƯU TRỮ (STORAGE)
Copyright by SOICT
7
• Khi u ít, có
làm công
• Khi u lên,
các công
???
máy tính
cho
và lý u.
8
c. Xử lý dữ liệu (2)
Copyright by SOICT
8
3
Nội dung
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.2
1.3
9
Copyright by SOICT
1.1.2. Máy tính điện tử
• y nh n
(Computer)
10
•
Copyright by SOICT
10
Máy tính điện tử có mặt ở khắp nơi
11
Copyright by SOICT
Phân loại MTĐT
• T
– Máy tính Siêu y nh
(Super Computer)
–
– Máy vi tính ( Micro Computer)
12
Copyright by SOICT
4
i. Máy tính lớn/Siêu máy tính
c p, c t nhanh
/n nghiên u
G, c p
().
u i ng ng i (100 500)
13
Copyright by SOICT
S
u
p
e
r
C
o
m
p
u
t
e
r
Copyright by SOICT
14
ii. Máy tính tầm trung (Mini computer)
•
•
– 10 100)
– )
15
Copyright by SOICT
iii. Máy vi tính (Micro computer)
•
•
•
– y nh nhân Personal Computer (PC)
– Embedded Computer
– c t n i di ng, y nh i
–
16
Copyright by SOICT
5
Máy tính cá nhân (Personal Computer – PC)
• Desktop Computer
• Máy tính di ng Portable Computer
– y nh ch tay (Laptop Computer)
– - Personal Digital Assistant)
• y nh ng Tablet Computer
Máy tính để bàn
Laptop
Máy tính bảng
PDA
Copyright by SOICT
17
Máy tính nhúng (Embedded computer)
y nh chuyên ng
(special-purpose computer)
Giúp con
18
Copyright by SOICT
Lịch sử phát triển của máy tính
•
19
Vacuum tubes
Transistor
Intergrated Circuit
Copyright by SOICT
i. Thế hệ đầu (1950 – 1958)
• 1930’s: Bóng đèn chân không được sử dụng làm các
bảng mạch tín hiệu điều khiển (electric circuits or
switches)
• Điều khiển bằng tay, kích thước rất lớn
20
(vacumm tube)
Copyright by SOICT
6
ENIAC
• Máy nh n đầu tiên (1946) với công nghệ bóng chân
không:
– Decimal (not binary)
– 18,000 vacuum tubes, 30 tons, 15,000 square feet
– 140 kW power consumption
– 5,000 additions per second
21
ENIAC -
Electronic
Numerical
Integrator
and Calculator
Copyright by SOICT
UNIVAC I (1947), UNIVAC II (1950s)
• Là máy tính thương mại đầu tiên
• Thực hiện 30000 phép toán / 1 giây
22
UNIVAC I -
UNIVersal
Automatic
Computer
Copyright by SOICT
ii. Thế hệ thứ hai (1958 – 1964)
• 1947: Bóng bán dẫn (Transistors) được phát minh tại
Bell Laboratories
• Vật liệu Silicon (từ cát)
• Bóng bán dẫn được sử dụng thay bóng đèn chân không
• Nhỏ hơn, rẻ hơn
23
(diodes, transistors)
Copyright by SOICT
Máy tính sử dụng transistor
24
• Máy tính đầu tiên sử dụng
hoàn toàn bóng bán dẫn:
• 8000 transistors
• Nhanh hơn
• Nhỏ hơn
• Rẻ hơn.
TRADIC - TRAnsistorized
Airborne DIgital Computer
Máy tính thế hệ thứ 2
Copyright by SOICT
7
Máy tính sử dụng transistor
25
IBM 7030 (Mỹ, 1961)
MINSK (Liên Xô, 1961)
Copyright by SOICT
iii. Thế hệ thứ ba (1965 – 1974)
26
• 1959 – thiết kế ra vi mạch đầu tiên dựa trên công nghệ
silicon (silicon chip or microchip)
• Trên 1 vi mạch tích hợp hàng triệu transitor
(IC integrated circuit)
Copyright by SOICT
Vi mạch – Integrated Circuit
27
• Nhỏ hơn,
• Rẻ hơn,
• Hiệu quả hơn
Copyright by SOICT
IBM 360 System
28
• Máy mainframe
của IBM (1964)
•Thiết kế trên công
nghệ mạch tích hợp
(IC)
•Tốc độ tính toán
cao (cỡ MIPS)
Copyright by SOICT
8
iv. Thế hệ thứ tư (1974 – nay)
29
• Microprocessor = Central Processing Unit (CPU) thiết kế
trong 1 vi mạch đơn
• 1971 : Intel 4004
Copyright by SOICT
Vi xử lý (Microprocessor)
30
Copyright by SOICT
1975 – Altair 8800
31
Máy tính cá nhân đầu
tiên – Altair 8800
Copyright by SOICT
1981 – IBM PC
32
Thế hệ máy tính cá
nhân mới với kiến trúc
mở IBM
Copyright by SOICT
9
1984 – Apple Macintosh
33
Copyright by SOICT
1990 - … Personal Computers
34
• Tốc độ vi xử lý tăng nhanh:
• CPU 1 lõi,
• CPU đa lõi
Kiến trúc ít thay đổi
Copyright by SOICT
Thế hệ thứ tư (tiếp)
L
a
p
t
o
p
y
nh
n
Copyright by SOICT
35
Pentium
Thế hệ thứ tư (tiếp)
36
Copyright by SOICT
10
More Pentium
Pro
III
IV
37
Copyright by SOICT
Itanium
64-bit Intel
Microprocessors
38
Thế hệ thứ tư (tiếp)
38
Copyright by SOICT
Thế hệ thứ tư (tiếp)
N
e
t
w
o
r
k
Copyright by SOICT
39
v. Thế hệ 5 (1990 - nay)
• Artificial Intelligence (AI)
•
lý song song.
•
•
Copyright by SOICT
40
11
Xu hướng ngày nay
•
•
•
•
41
Copyright by SOICT
Nội dung
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.2
1.3
42
Copyright by SOICT
1.1.3. Tin học và các ngành liên quan
• cs)
• - IT)
•
and Communication Technology ICT).
Copyright by SOICT
43
• 1957,
trong 1 Informatik "
• 1962
•
• 1966informatika
44
a. Tin học (Informatics)
Copyright by SOICT
12
a. Tin học (2)
•
•
• 2
–
–
45
Copyright by SOICT
• Information Technology (IT)
• 90
20.
• CNTT xử lý với các máy tính điện tử và các phần
mềm máy tính nhằm chuyển đổi, lưu trữ, bảo vệ,
truyền tin và trích rút thông tin một cách an toàn.
(Information Technology Association of America)
46
b. Công nghệ thông tin
Copyright by SOICT
• t nh ng ng c t y
nh, bao m n ng n m cung
p t i p thông tin cho c nhân,
c yêu u
• nh ng c ng ng trong u
nh c nhau a i
•
–
–
–
–
47
b. Công nghệ thông tin (2)
Copyright by SOICT
• Information and Communication Technology
–
• L
• Internet - Mạng máy tính toàn cầu
48
c. Công nghệ thông tin và truyền thông (ICT)
Copyright by SOICT
13
Nội dung
1.1
1.2
1.2.1
1.2.2
1.3
49
Copyright by SOICT
Nội dung
1.1
1.2
1.2.1
1.2.2
1.3
50
Copyright by SOICT
51
•
•
là cơ số
• 10, dùng 10
0 9.
1.2.1. Hệ đếm
Copyright by SOICT
52
• 1
•
–
–
– )
–
1.2.1. Hệ đếm (2)
Copyright by SOICT
14
53
• 10 bao
10
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
•
10
n
• 00 000 = 0
•
• 99 999 = 10
n
-1
a. Hệ đếm thập phân (Decimal System)
Copyright by SOICT
54
•
A = a
n
a
n-1
1
a
0
. a
-1
a
-2
-m
1 1 0 1
1 1 0 1
10 10 10 10 10 10
10
n n m
n n m
n
i
i
im
A a a a a a a
Aa
a. Hệ đếm thập phân (2)
55
• 5246
5246 = 5 x 10
3
+ 2 x 10
2
+ 4 x 10
1
+ 6 x 10
0
• 254.68
sau:
254.68 = 2 x 10
2
+ 5 x 10
1
+ 4 x 10
0
+ 6 x 10
-1
+ 8 x
10
-2
a. Hệ đếm thập phân (3)
Copyright by SOICT
56
•
0 b-1.
• A
(b)
A
(b)
=a
n
a
n-1
a
n-2
a
1
a
0
.a
-1
a
-2
-m
• 10) là:
+ …
+
+ … +
=
b. Hệ đếm cơ số b (với b ≥ 2, nguyên)
Copyright by SOICT
15
57
• 2 0,1 (b=2)
• bit (binary digit)
0, bit 1
•
c. Hệ đếm nhị phân (Binary System)
Copyright by SOICT
58
•
A = a
n
a
n-1
1
a
0
. a
-1
a
-2
-m
•
i
1 1 0 1 2
1 1 0 1 2
2 2 2 2 2 2 2
2
n n m
n n m
n
i
i
im
A a a a a a a a
Aa
c. Hệ đếm nhị phân (3)
59
• Ví 1: 11101.11
(2)
c. Hệ đếm nhị phân (4)
Copyright by SOICT
60
• Ví 2:
phân 1101001.1011 có giá :
1101001.1011
(2)
= 2
6
+ 2
5
+ 2
3
+ 2
0
+ 2
-1
+
2
-3
+ 2
-4
= 64 + 32 + 8 + 1 + 0.5 + 0.125 + 0.0625 =
105.6875
(10)
c. Hệ đếm nhị phân (4)
Copyright by SOICT
16
61
• 0,1,2,3,4,5,6,7
•
A = a
n
a
n-1
1
a
0
. a
-1
a
-2
-m
•
i
d. Hệ đếm bát phân (2)
1 1 0 1 2
1 1 0 1 2
8 8 8 8 8 8 8
8
n n m
n n m
n
i
i
im
A a a a a a a a
Aa
62
•
235 . 64
(8)
235 . 64
(8)
= 2x8
2
+ 3x8
1
+ 5x8
0
+ 6x8
-1
+ 4x8
-2
= 157. 8125
(10)
d. Hệ đếm bát phân (3)
Copyright by SOICT
63
• 16
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,
B,C,D,E,F
•
A, B, C, D, E, F
10) là 10, 11, 12,
13, 14, 15
e. Hệ đếm 16, Hexadecimal, b=16
64
•
A = a
n
a
n-1
1
a
0
. a
-1
a
-2
-m
i
1 1 0 1 2
1 1 0 1 2
16 16 16 16 16 16 16
16
n n m
n n m
n
i
i
im
A a a a a a a a
Aa
e. Hệ đếm 16 (2)
17
65
• 34F5C.12D
(16)
34F5C.12D
(16)
= 3x16
4
+ 4x16
3
+ 15x16
2
+ 5x16
1
+ 12x16
0
+?
= 216294
(10)
+ ?
e. Hệ đếm 16 (3)
Copyright by SOICT
Nội dung
1.1
1.2
1.2.1
1.2.2
1.3
66
Copyright by SOICT
67
1.2.2. Chuyển đổi cơ số
•
(10)
• 1 1
2
– nguyên phân
sang b
– phân phân
sang b
Copyright by SOICT
68
a. Chuyển đổi phần nguyên
• Bước 1:
(10)
1
dư d
1.
• Bước 2:
1
khác 0
1
2
dư là d
2
(Cứ làm như vậy cho tới bước thứ n, khi ta được T
n
=0)
• Bước n:
n-1
khác 0
n-1
n
=0, số dư là d
n
•
(b)
được
viết theo thứ tự ngược lại
(10)
= d
n
d
n-1
1 (b)
Copyright by SOICT
18
69
a. Chuyển đổi phần nguyên (2)
•
12.6875
(10)
– Dùng phép chia cho 2
Copyright by SOICT
70
b. Chuyển đổi phần thập phân
• 1: phân N
(10)
nhân
b, ta có x
1
.y
1
(x là
nguyên, y là phân)
• 2: y
1
khác 0, 0.y
1
nhân
b, ta có x
2
.y
2
(cứ làm như vậy cho đến khi y
n
=0)
•
n-1
khác 0, nhân 0.y
n-1
n
.0
•
Phần thập phân của N
(10)
= 0.x
1
x
2
…x
n (b)
Copyright by SOICT
71
b. Chuyển đổi phần thập phân (2)
•
12.6875
(10)
Copyright by SOICT
72
Ví dụ: Chuyển từ thập phân sang nhị phân
• 12.6875
(10)
= 1100.1011
(2)
• 69.25
(10)
= ?
(2)
Copyright by SOICT
19
Cách 2: Tính nhẩm
• Phân tích thành các
2, sau vào các xác
phân
Nhanh .
• Ví : 69.25
(10)
= 64 + 4 + 1+ ¼
= 2
6
+ 2
2
+ 2
0
+ 2
-2
= 1000101.01
(2)
73
Copyright by SOICT
74
Một số ví dụ
• Hexa: 11 1011 1110 0110
(2)
= ?
– 11 1011 1110 0110
(2)
= 3BE6
(16)
• Hexa AB7
(16)
= ?
– AB7
(16)
= 1010 1011 0111
(2)
• Hexa 3A8C ?
3A8C
(16)
= 3 x 16
3
+ 10 x 16
2
+ 8 x 16
1
+12 x 16
0
= 12288 + 2560 + 128 + 12
= 14988
(10)
Copyright by SOICT
75
Một số ví dụ (tiếp)
• Hexa: 14988 ?
14988 : 16 = 936 12
936 : 16 = 58 8
58 : 16 = 3 10
3 : 16 = 0 3
14988
(10)
= 3A8C
(16)
Copyright by SOICT
Bài tập
•
– 124.75
– 65.125
76
Copyright by SOICT
20
Nội dung
1.1
1.2
1.3
1.3.1. Nguyên lý chung
1.3.2
1.3.3
1.3.4
77
Copyright by SOICT
Nội dung
1.1
1.2
1.3
1.3.1. Nguyên lý chung
1.3.2
1.3.3
1.3.4
78
Copyright by SOICT
79
1.3.1. Nguyên lý chung
• khi vào máy tính
mã hóa thành phân
• Các :
– nhân : Do con quy
– nhiên:
• khách quan con .
• là các tín lý âm thanh, hình
Copyright by SOICT
80
a. Nguyên tắc mã hóa dữ liệu
• Mã hóa nhân :
– : Mã hóa theo các quy
– ký : Mã hóa theo mã ký
• Mã hóa nhiên:
– Các hóa khi vào
máy tính
– Theo mã hóa và tái tín lý
Copyright by SOICT
21
81
Sơ đồ mã hóa và tái tạo tín hiệu vật lý
• Ví : MODEM: MOdulator and DEModulator
và
Copyright by SOICT
82
b. Các dạng dữ liệu trong máy tính
•
– nguyên: Mã phân thông (không
và mã bù hai (có
– :
– Ký : mã ký
• có trúc
– Là các
thành theo cách nào .
– Ví : xâu ký
ghi,
Copyright by SOICT
c. Đơn vị thông tin
83
•
BIT (Binary DigIT)
•
Tên gọi Ký hiệu Giá trị
Byte
KiloByte
MegaByte
GigaByte
TeraByte
Petabyte
Exabyte
B
KB
MB
GB
TB
PB
EB
8 bit
2
10
B = 1024 Byte
2
20
B = 1024 KB
2
30
B = 1024 MB
2
40
B = 1024 GB
2
50
B = 1024 TB
2
60
B = 1024 PB
Copyright by SOICT
Nội dung
1.1
1.2
1.3
1.3.1. Nguyên lý chung
1.3.2
1.3.3
1.3.4
84
Copyright by SOICT
22
85
1.3.2. Biểu diễn số nguyên
• Dùng 1
• 2 :
– nguyên không
– nguyên có
Copyright by SOICT
86
a. Số nguyên không dấu
•
a
n-1
a
n-2
a
3
a
2
a
1
a
0
•
• [0, 2
n
-1]
1 2 1 0
1 2 1 0
1
0
2 2 2 2
2
nn
nn
n
i
i
i
A a a a a
Aa
Ví dụ 1
•
8 bit:
A = 45 B = 156
A = 45 = 32 + 8 + 4 + 1 = 2
5
+ 2
3
+ 2
2
+ 2
0
A = 0010 1101
(2)
B = 156 = 128 + 16 + 8 + 4 = 2
7
+ 2
4
+ 2
3
+ 2
2
B = 1001 1100
(2)
87
Copyright by SOICT
Ví dụ 2
•
8
X = 0010 1011
Y = 1001 0110
X = 0010 1011 = 2
5
+ 2
3
+ 2
1
+ 2
0
= 32 + 8 + 2 + 1 = 43
Y = 1001 0110 = 2
7
+ 2
4
+ 2
2
+ 2
1
= 128 + 16 + 4 + 2 = 150
88
Copyright by SOICT
23
89
Trường hợp cụ thể: với n = 8 bit
• 0, 255]
0000 0000 = 0
0000 0001 = 1
0000 0010 = 2
0000 0011 = 3
1111 1111 = 255
•
0
1
2
3
255
254
0 1 2 255
Copyright by SOICT
Với n = 16 bit, 32 bit, 64 bit
• n = 16 bit:
– 0, 65535]
• n = 32 bit:
– 0, 2
32
-1]
• n = 64 bit:
– 0, 2
64
-1]
90
Copyright by SOICT
91
b. Biểu diễn số nguyên có dấu
•
•
– 0
– 1
• 2
Copyright by SOICT
i. Số bù một và số bù hai (hệ nhị phân)
• 1
– 2
n
- 1) A
– 2
n
A
– 1
•
– Xét n = 4 bit, A = 0110
– 2
4
- 1) - 0110 = 1001
– 2
4
- 0110 = 1010
92
Copyright by SOICT
24
93
Nhận xét
•
– Xét n = 4 bit, A = 0110
– 2
4
- 1) - 0110 = 1001
– 2
4
- 0110 = 1010
1
0
Copyright by SOICT
94
ii. Biểu diễn số nguyên có dấu
• 2
• 8
bit): A = - 70
(10)
70 = 0100 0110
Bù 1: 1011 1001
+ 1
Bù 2: 1011 1010
1011 1010
(2)
Copyright by SOICT
95
•
A = a
n-1
a
n-2
a
2
a
1
a
0
•
• -2
n-1
, 2
n-1
-1]
10000000
01111111
•
2
1
1
0
22
n
ni
ni
i
A a a
ii. Biểu diễn số nguyên có dấu (tiếp)
96
Ví dụ
• 8
A = 0101 0110
B = 1101 0010
A = 2
6
+ 2
4
+ 2
2
+ 2
1
= 64 + 16 + 4 + 2 = +86
B = -2
7
+ 2
6
+ 2
4
+ 2
1
=
= -128 + 64 + 16 + 2 = -46
Copyright by SOICT
25
Trường hợp cụ thể: với n = 8 bit
• -128, 127]
0000 0000 = 0
0000 0001 = +1
0000 0010 = +2
01111111 = +127
10000000 = -128
10000001 = -127
1111 1110 = -2
1111 1111 = -1
•
Copyright by SOICT
97
c. Tính toán số học với số nguyên
•
•
98
Copyright by SOICT
99
•
1+0=0+1=1;
0+0=0;
1+1=10;
•
0-1=1; (vay 1)
1-1=0;
0-0=0;
1-0=1
Tính toán trong hệ nhị phân
110
+ 111
1101
1101
- 111
110
Copyright by SOICT
100
c. Tính toán số học với số nguyên (2)
•
–
qua trái.
–
• 2
n-1
•
Copyright by SOICT
