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)



Nội dung
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

Khái niệm về tin học.
Lịch sử phát triển máy tính.
Phân loại máy tính.
Cấu tạo chung của MTĐT.
Hệ đếm.
Biểu diễn thơng tin trong máy tính.
Đại số logic.
Bài tập.



Tin học đại cương - Chương 1

2

Khái niệm Tin học
q Dữ liệu (Data): chưa mang lại hiểu biết về đối tượng.
q Thơng 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 được thơng tin mong muốn, sử dụng máy tính như
một cơng cụ hỗ trợ chính.



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 (-).



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



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 đủ 3 thành phần như MTĐT
§ Lập trình được
Ada Lovelace : lập trình viên đầu tiên

§ In kết quả bằng cách đục lên
giống phương
những lá ñồng
pháp ghi dữ liệu của đĩa quang
trong MTĐT hiện đại

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 tốn và máy
Turing.
q 1943-1946, ENIAC
– Máy tính điện tử đa chức
năng đầu tiên.
– J.Mauchly & J.Presper Eckert.

ENIAC

q 1945, John Von Neumann
đưa ra khái niệm về chương
trình được lưu trữ.
q 1952, Neumann IAS parallelbit machine.
Newman & IAS


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 khơng (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).


Tin học đại cương - Chương 1

8


Lịch sử phát triển của máy tính (tt)
q Một số mốc lịch sử quan trọng.
– Trước cơng ngun: Bàn tính gảy ở Trung Quốc.
– 1642: Bàn tính cơ của Pascal (phép + và - ).
– 1670: Bàn tính cơ học của Leibniz (các phép tính thơng dụng)
– 1842: Máy tính có thể lập trình được của Charles Babbage.
– 1890: Herman Hollerith thiết kế hệ thống có thể lưu thơng 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 cơng 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.


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
– Nhanh hơn PC 10-40 lần

PC

Mini

q Supercomputer
– Nhanh hơn PC 50-1.500 lần
– Phục vụ nghiên cứu là
chính
– VD:Earth Simulator

(NEC, 5104 CPUs,
35.600 GF).

Super

q Laptop Computer.
q Handheld Computer: Pocket
PC,Palm, Mobile devices.


Laptop
Tin học đại cương - Chương 1

Mainframe

Handheld
10


Nội dung
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

Khái niệm về tin học.

Lịch sử phát triển máy tính.
Phân loại máy tính.
Cấu tạo chung của MTĐT.
Hệ đếm.
Biểu diễn thơng tin trong máy tính.
Đại số logic.
Bài tập.



Tin học đại cương - Chương 1

11

Cấu tạo chung của MTĐT
Screen
Floppy disk

Monitor

Optical Disk
Case

Mouse

Key board



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


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



Tin học đại cương - Chương 1

14


Cấu tạo chung của MTĐT (tt)
Lá tản nhiệt

Khe cắm cáp dữ liệu

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


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.



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 tốn số học: + - x ữ
ã Phộp toỏn so sỏnh: < > =
ã Phộp toán luận lý: and, or, not



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 được

trong 1 giây
– Đơn vị ño tốc độ CPU là
MIPS (Millions of Instructions
Per Second)



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



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.



Tin học đại cương - Chương 1

20


Nội dung
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

Khái niệm về tin học.
Lịch sử phát triển máy tính.
Phân loại máy tính.
Cấu tạo chung của MTĐT.
Hệ đếm.
Biểu diễn thơng tin trong máy tính.
Đại số logic.
Bài tập.

Tin học đại cương - Chương 1

21

Tin học đại cương - Chương 1

22

Hệ ñếm
q
q
q
q
q

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




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 đếm 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.



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



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 đó nhân với giá trị
của vị trí
• Giá trị của vị trí = an
• n = vị trí, chữ số đầu tiên có vị trí là n-1
• Phần thập phân được đánh số âm



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 thơng tin trong máy tính
– Các linh kiện điện tử chỉ có hai trạng thái:
• Đóng hoặc mở (cơng tắc).
• Có điện hoặc khơng có điện.

q Số nhị phân = BIT (BInary digiT).

q Viết: 10012 hoặc 1001B


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



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

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
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.



Tin học đại cương - Chương 1

29

Các phép toán trên hệ Binary

q
q
q
q

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



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



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


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.



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 !!!)



Tin học đại cương - Chương 1

34


Nhân hai số nhị phân
q Nhân từ trái phải qua trái theo
cách thơng thường
q Bảng nhân
q Ví dụ
– 1011 x 101 = 110111



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.



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
q
q
q

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



Tin học đại cương - Chương 1

37

Chuyển đổi cơ số 16 và cơ số 10
q Từ hệ 10

hệ 16

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

q Từ hệ 16

hệ 10

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



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

Đổi hệ 16

Tin học đại cương - Chương 1

39

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

C
C



Tin học đại cương - Chương 1

40


Đổi hệ 2

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



Tin học đại cương - Chương 1

41

Biểu diễn thơng tin trong máy tính
q Cách biểu diễn.
q Đơn vị thơng tin.
q Mã hố.



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.



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



Tin học đại cương - Chương 1

44


Mã hố
q Dù thơng tin lưu trữ ở đâu cũng cần có quy luật để
hiểu nó
mã hố.
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 - Phịng 09)
– Biển số xe,…

q Mã hố phải “rõ ràng” và “đầy đủ”


Tin học đại cương - Chương 1

45

Mã hố 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 hố chữ cái hoa A..Z (26
chữ cái)
–
–
–
–
–

00000
A
00001
B
…
11001

Z
11001 – 11111: chưa sử dụng



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 hố được 28 = 256 ký tự.
– 0 31,127: Các ký tự ñiều khiển
– 32 126: Các ký tự thông thường
– 128 255: Các ký tự ñặc biệt


Tin học đại cương - Chương 1

47

Unicode
q Sử dụng nhiều hơn 8 bit (2,3,4,… Bytes) để mã hố
ký tự.
q 2 Bytes mã hố được 216 = 65536 ký tự.
q Hầu hết các chữ cái của các nước trên thế giới.

– Việt Nam
– Trung Quốc
– Nga,…



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



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 đúng.
– “Rửa bát đi!” khơng phải mệnh đề.
– “Hổ là ñộng vật ăn cỏ” là mệnh đề sai.



Tin học đại cương - Chương 1

50