Bài giảng Tin học đại cương - Chương 1: Máy tính và lịch sử phát triển của máy tính - Trần Phước Tuấn

1CHƯƠNG 1: MÁY TÍNH VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY TÍNH GV: Trần Phước Tuấn EMAIL: tranphuoctuan.khoatoan.dhsp@gmail.com 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 2 Nội dung bài học 1. Máy tính là gì ? 2. Thông tin là gì? 3. Sự cần thiết phải biết sử dụng MVT 4. Tin học là gì? Các lĩnh vực chính của tin học 5. Phần cứng, phần mềm là gì? 6. Quy trình xử lý thông tin trong máy tính 7. Các thành phần trong máy tính 8. Lịch sử phát triển của máy tính điện tử 9. Hệ đếm 10. Biểu diễn thông tin trong máy tính 11. Đơn vị đo thông tin trong máy tính 26/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 3 1. Máy tính là gì? Nghe nhạc Xem phim Thiết kế đồ họa Quản lý học sinh Quản lý nhân viên Quản lý tài chính, kế toán Lưu trữ văn bản, sách ............. Chơi game Soạn thảo văn bản Soạn giáo án, lưu trữ giáo án Máy tính là gì? 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 4 1. Máy tính là gì? • Trong thời đại tin học, máy tính được dùng rộng rãi trong các lĩnh vực nghề nghiệp như giáo dục, thông tin, giải trí, ngân hàng, kinh doanh, y tế, dự báo thời tiết, và nghiên cứu khoa học. Tại nhà, chúng ta dùng máy tính để liên lạc với người khác, giải trí, thực hiện việc tìm kiếm, viết và soạn bài tập, tạo ảnh, theo dõi tài chính cá nhân và rất nhiều việc khác. Máy tính (xem Hình) có thể được mô tả là một thiết bị điện tử thực hiện các thao tác toán học, logic học và đồ hoạ. Để thực hiện các thao tác này và các nhiệm vụ của người sử dụng, máy tính cần được trang bị một hệ điều hành và các chương trình phần mềm. 36/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 5 1. Máy tính là gì? • Máy tính là công cụ dùng để lưu trữ và xử lý thông tin. Như vậy Thông tin là gì? 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 6 2. Thông tin là gì? Tiếp nhận thông tin 46/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 7 2. Thông tin là gì? • Thông tin là một khái niệm trừu tượng, chỉ những gì đem lại hiểu biết cho con người. • Khái niệm trừu tượng có nghĩa là chúng ta chỉ có thể cảm nhận được mà không thể mô tả được. 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 8 3. Sự cần thiết phải biết sử dụng MVT Soạn thảo văn bản Tính toán Tìm kiếm thông tin Văn bản giấy, chỉnh sửa khó khăn, lưu trữ, trao đổi không thuận lợi Chậm chạp đối với những phép toán phức tạp. Tốn nhiều thời gian khi dữ liệu quá nhiều Văn bản dạng số, dễ dàng chỉnh sửa, lưu trữ cũng như trao đổi Tốc độ tính toán cực kỳ nhanh. Tìm kiếm hiệu quả nếu dữ liệu được tổ chức tốt Thử so sánh khả năng làm việc giữa MT và con người trong một số lĩnh vực 56/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 9 3. Sự cần thiết phải sử dụng biết MVT • Tăng hiệu quả công việc của con người: thu nhận và xử lý thông tin nhanh giúp người quản lý đưa ra những quyết định kịp thời, đúng đắn • Giảm thời gian lao động của con người nhưng vẫn đảm bảo năng suất • Tăng khả năng trao đổi thông tin • Phát triển kinh tế • Lưu trữ thông tin gọn gàn, ít tốn không gian • Tìm kiếm thông tin dễ dàng, trích xuất • Giải phóng con người ra khỏi môi trường làm việc độc hại, nặng nhọc, nâng cao đời sống tin thần • Giải trí dễ dàng thuận lợi • Tạo điều kiện cho mọi người có điều kiện tham gia học tập suốt đời (thông qua internet) • ... Khi sử dụng máy vi tính ta được gì? 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 10 4. Tin học • Tin học là một nghành khoa học chuyên nghiên cứu việc thu thập và xử lý thông tin dựa trên công cụ là máy tính điện tử. (MTĐT được hiểu như là một công cụ) Khái niệm 66/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 11 4. Tin học • Phần cứng: Bao gồm các kỹ thuật để sản xuất ra các thiết bị của MTĐT. • Phần mềm: là hệ thống các chương trình giải quyết các bài toán ứng dụng. – Phần mềm hệ thống: là hệ thống các chương trình đảm bảo cho máy hoạt động tốt – Phần mềm ứng dụng: bao gồm các chương trình giải quyết các bài toán ứng dụng (từ lớn đến nhỏ). Lĩnh vực chính của Tin học 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 12 5. Phần cứng, phần mềm là gì? • Phần cứng (Hardware) • Phần mềm (Software) 3. 4. 7. 2. 9. 10.5. 6. 1. 8. 76/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 13 5. Phần cứng, phần mềm là gì? • Thiết bị nhập – Chuột (3) (Mouse) – Bàn phím (4) (Keyboard) – Microphone (7) • Thiết bị xuất – Màn hình (2) (Monitor) – Loa (9) (Speaker) – Máy in (10) (Printer) • Thiết bị lưu trữ – Ổ đĩa mềm (5) (Floppy disk drive) – Ổ đĩa CD hoặc DVD (6) – Ổ cứng di động (Pen drive) • Thiết bị xử lý – Máy chính (1) – Modem (8) Phần cứng: Những thiết bị vật lý, có thể sờ mó được, bao gồm: 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 14 5. Phần cứng, phần mềm là gì? Phần mềm: Những chương trình lập trình sẵn làm nhiệm vụ điều khiển hoạt động của máy tính hay phục vụ một công việc nào đó, người ta chia phần mềm làm hai nhóm chính: • Phần mềm hệ thống (System Software) – Hệ điều hành (Operating System – OS) – Tiện ích hệ thống (System Utilities) • Phần mềm ứng dụng (Application Software) – Phần mềm văn phòng – Phần mềm đồ họa, multimedia – Các phần mềm khác 86/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 15 6. Quy trình xử lý thông tin trong máy tính • John Von Neumann (1903 - 1957) là nhà toán học Mỹ. • Năm 1946 ông đã đề ra một nguyên lý máy tính hoạt động theo một chương trình được lưu trữ và truy nhập theo địa chỉ. Nguyên lý này được trình bày ở một bài báo nổi tiếng nhan đề: Thảo luận sơ bộ về thiết kế logic của máy tính điện tử Nguyên lý Von Neumann 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 16 6. Quy trình xử lý thông tin trong máy tính • Máy tính hoạt động theo chương trình đã được lưu trữ – Máy thi hành theo một chương trình được thiết kế và coi đó như một tập dữ liệu – Dữ liệu (chương trình) được cài vào trong máy và được truyền bằng xung điện  Cải thiện tốc độ rất lớn so với trước đó • Bộ nhớ được địa chỉ hóa – Mỗi dữ liệu đều có một địa chỉ của vùng nhớ chứa số liệu đó – Để truy nhập dữ liệu ta chỉ cần xác định địa chỉ của nó trên bộ nhớ. • Bộ đếm của chương trình – Máy được gắn một thanh ghi để chỉ ra vị trí của lệnh tiếp theo cần được thực hiện và nội dung của nó tự động được tăng lên mỗi lần lệnh được truy cập – Muốn đổi thứ tự lệnh ta chỉ cần thay đổi nội dung thanh ghi bằng một địa chỉ của lệnh cần được thực hiện tiếp. Nội dung nguyên lý Von Neumann 96/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 17 6. Quy trình xử lý thông tin trong máy tính • Quy trình đơn giản: NHẬN  XỬ LÝ  XUẤT 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 18 6. Quy trình xử lý thông tin trong máy tính • Quy trình đầy đủ: NHẬN XỬ LÝ LƯU TRỮ (lâu dài) LƯU TRỮ (tạm thời) XUẤT 10 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 19 6. Quy trình xử lý thông tin trong máy tính • Quy trình đầy đủ: Nhập dữ liệu Xử lý Lưu trữ Xuất thông tin Esc F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 ~ ` ! 1 @ 2 $ 4 % 5 ^ 6 & 7 * 8 ( 9 ) 0 + = # 3 Q W E R T Y A S D F G H Z X C V B U I O P J K L N M { [ } ] : ; " ' < , > . ? / Tab Shift Ctrl Alt Caps Lock Alt Ctrl Shift Enter Backspace Insert Home Page Up Delete End Page Down | \ 7 8 9 4 5 6 1 2 3 0 . Num Lock Home PgUp End PgDn Ins Del Enter / * + Print Screen Scroll Lock Pause Scroll Lock Caps Lock Num Lock Chu kỳ Xử lý Thông tin (Information Processing Cycle). 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 20 7. Các thành phần bên trong máy tính • CPU – Ðơn vị xử lý trung tâm (Central Processing Unit) • ROM – Bộ nhớ chỉ đọc (Read Only Memory) • RAM – Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (Random Access Memory) • Mainboard – Bo mạch chính 11 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 21 7. Các thành phần trong máy tính • CPU – Ðơn vị xử lý trung tâm (Central Processing Unit) 933 Mhz, 1Ghz, 2Ghz (Tốc độ xử lý) 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 22 7. Các thành phần trong máy tính • ROM – Bộ nhớ chỉ đọc (Read Only Memory) 12 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 23 7. Các thành phần trong máy tính • RAM – Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (Random Access Memory) 128 MB, 256 MB, 512 MB, 1GB (Dung lượng bộ nhớ) 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 24 7. Các thành phần trong máy tính • Mainboard – Bo mạch chính 13 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 25 7. Các thành phần trong máy tính • Mainboard – Bo mạch chính 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 26 7. Các thành phần trong máy tính M A IN B O A R D 14 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 27 7. Các thành phần trong máy tính HARD DISK 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 28 7. Các thành phần trong máy tính KẾT HỢP LẠI 15 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 29 7. Các thành phần trong máy tính KẾT HỢP LẠI 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 30 8. Lịch sử phát triển của máy tính điện tử. • Thế hệ thứ I – Thời gian: Thế hệ này kéo dài từ khoảng giữa năm 1940 đến năm 1955 – Đặc trưng: máy tính thế hệ thứ nhất là sự sử dụng đèn điện tử làm phần cơ bản , cùng với việc sử dụng bộ nhớ làm bằng dây trễ và bộ nhớ tĩnh điện. Phần lớn các máy tính ở thế hệ này đều hiện thực khái niệm chương trình lưu trữ, vào/ra dữ liệu bằng băng giấy đục lỗ , phiếu đục lỗ, băng từ. Các máy tính thế hệ này giải quyết được nhiều bài toán khoa học kĩ thuật và các bài toán phức tạp về dự báo thời tiết và năng lượng hạt nhân 16 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 31 8. Lịch sử phát triển của máy tính điện tử. • Thế hệ thứ I 1946 1948 Manchester Mark-I EDVAC EDSAC 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 32 8. Lịch sử phát triển của máy tính điện tử. • Thế hệ thứ II – Thời gian: Thế hệ này kéo dài từ khoảng năm 1955 đến năm 1960 – Đặc trưng: máy tính thế hệ thứ hai là sự sử dụng Transistor cùng với đèn điện tử . Bộ nhớ trong làm bằng xuyến từ. Cùng làm việc với băng từ xuất hiện thêm trống từ và đĩa từ. Những ý định về lập trình bằng ngôn ngữ cấp cao đã dẫn đến sự ra đời của các ngôn ngữ BO, Comercial Translator, Fact, Fortran, Mathmatic 17 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 33 8. Lịch sử phát triển của máy tính điện tử. • Thế hệ thứ II "Setun" computer 1958 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 34 8. Lịch sử phát triển của máy tính điện tử. • Thế hệ thứ III – Thời gian: Thế hệ này kéo dài từ khoảng năm 1960 đến năm 1970. Do quá trình chế tạo các máy tính số phát triển không ngừng, nên khó xác định được thế hệ này bắt đầu và kết thúc khi nào – Đặc trưng: Nhưng có lẽ tiêu chuẩn quan trọng nhất để phân biệt máy tính thứ hai và máy tính thế hệ thứ ba là các tiêu chuẩn dựa trên khái niệm kiến trúc máy tính. Kiến trúc máy tính là hệ thống tính toán ở cấp tổng thể, bao gồm hệ thống lệnh , tổ chức bộ nhớ, hoạt động vào/ra,phương tiện lập trình cho người sử dụng .... Những thành tựu trong lĩnh vực điện tử, đã cho phép các nhà thiết kế máy tính xây dựng một kiến trúc máy tính thỏa mãn yêu cầu của bài toán cần giải quyết, cũng như của người lập trình. Hệ Điều Hành trở thành một bộ phận của máy tính, điều khiển mọi hoạt động của máy tính, khả năng đa lập trình đã ló dạng. Nhiều vấn đề về quản lý bộ nhớ, quản lý các thiết xuất/ nhập và các tài nguyên khác đã được đãm nhận bởi Hệ Điều Hành hoặc trực tiếp bằng phần cứng của máy tính 18 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 35 8. Lịch sử phát triển của máy tính điện tử. • Thế hệ thứ IV – Thời gian: tức gồm các máy tính chúng ta đang dùng. Được thiết kế nhằm sử dụng hiệu quả các ngôn ngữ lập trình cấp cao và giảm nhẹ quá trình lập trình cho người sử dụng. Đặc trưng cho máy tính thế hệ thứ tư là việc sử dụng các mạch tích hợp làm pnần tử cơ bản, và sự xuất hiện bộ nhớ làm bằng MOS (Metal Oxide Semiconductor) có tốc độ truy xuất nhanh và dung lượng bộ nhớ tăng lên, được tính bằng Mega Bytes 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 36 9. Hệ đếm Khái niệm hệ đếm: • 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 là 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. – Hệ nhị phân có các chữ số cơ bản là 0, 1. 19 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 37 9. Hệ đếm Khái niệm hệ đếm: • Hệ cơ số 10: • Hệ cơ số 2: • Trong phép đếm của hai hệ cơ số trên ta nhận ra có một sự tương ứng. 00,01,02,03, , 09,10,11, ... 00,01,10,11, Quy luật của sự tương ứng trên là gì? 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 38 9. Hệ đếm X = an an-1 ... a1 a0 = anbn + an-1bn-1 +... + a1b + a0 (*) Với 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. X=73241=73241(10)=7*104+3*103+2*102+4*10+1 X=10110(2)=1*24+0*23+1*22+1*2+0=22(10) Biểu diễn số trong hệ đếm: • 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: Ví dụ: +/(2) +/(10) 20 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 39 9. Hệ đếm Quy tắc chuyển đổi số giữa các hệ đếm: • Quy tắc I: chuyển từ 10  b (b bất kỳ) • Quy tắc II: chuyển b  10 (b bất kỳ) • Quy tắc III: chuyển 2  16 • Quy tắc IV: chuyển 16  2 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 40 9. Hệ đếm • Từ công thức tổng quát trên ta có Quy tắc I đổi một số ở hệ cơ số 10  một số ở hệ cơ số b như dưới đây. • Quy tắc I: 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: 6(10)=110(2) (ở đây b=2) Chuyển đổi giữa các hệ đếm: 21 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 41 9. Hệ đếm • Quy tắc II: Chuyển đổi từ hệ cơ số b sang hệ cơ số 10 sử dụng công thức (*) • Ví dụ: X = 1102 thì X= 1*22 + 1*21 + 0 = 6(10). (ở đây b=2) Chuyển đổi giữa các hệ đếm: F1111 15 E1110 14 D1101 13 C1100 12 B1011 11 A1010 10 91001 9 81000 8 7111 7 6110 6 5101 5 4100 4 311 3 210 2 11 1 00 0 Thập lục phânNhị phânThập phân 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 42 9. Hệ đếm • Quy tắc III: Ðể chuyển số từ hệ nhị phân(2) về hệ thập lục phân(16) 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 = 11’1011(2) = 3B(16) Chuyển đổi giữa các hệ đếm: F1111 15 E1110 14 D1101 13 C1100 12 B1011 11 A1010 10 91001 9 81000 8 7111 7 6110 6 5101 5 4100 4 311 3 210 2 11 1 00 0 Thập lục phânNhị phânThập phân 22 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 43 9. Hệ đếm • Quy tắc IV: Ðể chuyển số từ hệ thập lục phân(16) sang hệ nhị phân(2) ta thực hiện như sau: ứng với mỗi chữ số sẽ được biểu diễn dưới dạng 4 bit • Ví dụ: X = 3B(16) = 0011’1011(2) = 11’1011(2) Chuyển đổi giữa các hệ đếm: F1111 15 E1110 14 D1101 13 C1100 12 B1011 11 A1010 10 91001 9 81000 8 7111 7 6110 6 5101 5 4100 4 311 3 210 2 11 1 00 0 Thập lục phânNhị phânThập phân 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 44 10.Biểu diễn thông tin trong máy tính • Máy tính điện tử được cấu tạo từ các thiết bị điện tử. Các thiết bị này chỉ có thể thể hiện được hai trạng thái đó là có (có điện - 1) hoặc không (không có điện – 0). • Máy tính sử dụng hệ cơ số 2(gồm hai chữ số 0, 1) để biểu diễn thông tin. Hệ cơ số được sử dụng trong máy tính 23 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 45 10.Biểu diễn thông tin trong máy tính • Viện Chuẩn Hóa Hoa Kỳ (American National Standards Institute) đã đưa ra bộ mã chuẩn trong giao tiếp thông tin trên máy tính gọi là bộ mã ASCII (American Standard Code for Information Interchage). Bộ mã này dùng 7 bit để biểu diễn các ký tự, tuy vậy mỗi ký tự trong bảng mã ASCII vẫn chiếm hết một byte khi thực hiện trong bộ nhớ máy tính, bit dư ra sẽ bị bỏ qua hoặc được dùng cho biểu diễn một cho ký tự đặc biệt. • Ví dụ: dãy bit sau là biểu diễn của chuỗi ký tự "Hi Sue " Biểu diễn các ký tự 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 46 B ẢN G M Ã A S C II 24 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 47 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 48 10.Biểu diễn thông tin trong máy tính • Ví dụ: 6(10)=110(2) (ở đây b=2) Biểu giá trị các con số an an-1 ... a1 a0=anbn+an-1bn-1+...+a1b+a0 (*) 25 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 49 10.Biểu diễn thông tin trong máy tính Biểu diễn thông tin dạng hình ảnh        6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 50 11.Đơn vị đo thông tin • bit • Byte (1 byte = 8 bit) • KB (1KB=210=1024 Byte) • MB (1MB=210=1024 KB) • GB (1GB=210=1024 MB) • TB (1TB=210=1024 GB) 10100101 1 0 26 6/9/2008T.P.Tuấn-TIN HỌC ĐẠI CƯƠNGPage 51