Giáo trình nhập môn tin học lương mạnh bá, đỗ văn uy

3 HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI T H Ố N G T IN V À T R U Y È N T H Ô N G VII K.0000071353 LƯƠNG M Ạ N H BÁ, Đ Ỏ VĂ N UY (Chủ biên) C A O T U Ấ N D Ũ N G , BÙI T H Ị HÒA N G U Y Ễ N N G Ọ C DƯ Ơ NG, Đ IN H H Ù N G nHẠP môn (IN T R O D U C T IO N T O IN F O R M A T IC ) T R Ư Ờ N N C G Đ /Ạ I H Ọ C I B Á C H K H O A H À r ộ l 1ỆN CỐNGGỈ NGÌHỆ THƠDNG TIN VÀ TRUVẾJ THƠÍ L Ư Ơ N G ; M Ạ iN H B Á - £ Đ Ỗ V Ă N U Y (C hủ n a) C A Í U O T IU Ấ N D Ũ N N G - B Ù I T H Ị H Ò A N G U Y líY Ễ N n g ọ c D l'Ư Ơ N G - Đ IN H HÙDG m Ậ H P M Ơ ÌX T I VT H Ọ C (IN T R O D ỈD U IC T IO N ÍT O INFORMATIC) (D ù n g cho t Simth viên c c c trư ờng Đ ại học, Catđing) i m N H À X Ư I U Â T BẢ N K H C O A H Ọ C VÀ K Ỹ H IẬ T H ÀÀ N Ộ I Tập thể tác giả Lương Mạnh Bá - Đỗ Văn Uy (C h ủ b iê n ) Bùi Thị Hòa - Đinh Hùng Phần Tin học sỏ Cao Tuấn Dũng - Nguyễn Ngọc Dương Phần Lương Mạnh Bá Phần Bài tập c L i m đầu Tin đại cương hay Nhập môn Tin học liay Nhập mịn Cơng ngliệ thơng tin môn học b buộc cho Sinh viên trường Đại liọc hay Cao đẳng từ năm buớc vìo học Mơn học nhằm cung cấp cho Sinh viên khái niệm bán véT in học như: Tltơng tin, liệu, qui trìnli xử lý Tin M áy tínli điện lử, Kiến trúc chức lũng cùa m áy tính, Ngồi ra, nhằm giúp sinh viên hiểu việc lập trình giải tài tốn trẽn máy tính, mơn học thường lựa chọn giới thiệu ngơn ngữ lập trùih tiơng dụng, có cấu trúc đê’ đua vào học Tiếp sau, với kiến thức thu lừ môn hạ: tùy theo đặc thù ngành học mà sinli viên tiếp tục học thêm nhiều lĩnh vục chiyên sáu khác với sinh viên tliuộc chuyên ngành Công nglĩệ thông tin )/hận thức tầm quan trọng cùa môn học mà hầu hết trường đại liọc hcy cco dẳng c ố gắng biên soạn cho lài liệu học cách hợp lý nhít 7uy nhiên, đặc thù ngành Công nghệ thông tin biến cliuyển nhanh nên viêc chọn đ ể cung cấp cho bước ban đầu biêh động Khoa Cịng Iglìệ thơng tin trước Viện Công ngliệ thông tin Truyền thông ngày Iiay đ i nhv.u Idn tổ chức biên soạn nliằm cho dời tài liệu phù hợp song IIliệm vụ klió khăn "áp th ể tác giả cùa sách vào năm 2007 dược Ban Chủ nhiệm ÍCìoa Cơng nghệ thịng tin giao cho biên soạn giùng môn Nhập môn Tin học Cuốn scch ỉà \ hình thành chủ yêu dựa tài liệu dó theo đ ề cương cùa Khoa Cơng Ighệ thơng tin cliủ trì GS, TS Nguyền Thúc Hải kê tlìừa tài liệu tiày c/ dã dạy mơn này: TS Nguyễn Kim Klưính nhiều tliày khác Khoa Nhóm tác giả qua thực t ế giảng dạy ĐHBK muốn cung cấp tài liệu tiíơnơng đối pliù hợp cho sinh viên hình đào tạo khác ngành Cơng ngliệ lliơnơng tin hay ngồi ngành Do vậy, bô'cục cùa sácli gồm hai pliàn bản: Tin học cãcăn Lập trình với Ngơn ngữC Pliàn Tin học cản cung cấp Iihững kliái niệm Cì sở có m rộng cho phù liợp với nay, nhấn mạnli vào kiến trúc cliứn Iiânăng máy tính, hệ điều lìànlì, mạng m áy tính, Phần thứ hai trình bày vê ngơn Hìgngữ lập trình c , ngơn ngũ phơ’ dụng liiện Trước đủy, ngơn ngữ lập trình dược chọhọn Turbo Pascal, song khơng cịn p hổ biến Việc trình bày Ngõn n g ữ ’ữ C theo quan điểm minh họa cách lập Irìnli máy tính cliứ kliơng dơn lủ việc Ịgiigiới thiệu ngơn ngữ Ngồi ra, nliằm giúp sinh viên có th ể tìm tliấy ví dụ minh họa, Cí tác giả cung cấp thêm phần 3: Chương trình viết TC2 gom kliá nhiều thí diụ iụ từ đơn gián đến phức tạp M ục đích cùa sách làm tài liệu tham khảo hay tài liệu học clníihính cùa sinh viên Tuy nhiên, giáo viên có th ể tham kháo, cliọn lọc cho phù lựrp mhnhấl s ố thí dụ phán minh họa Các tác giả chân thành cám ơn dần thày Ban Cliù nhúậùệm Klioa, tài liệu cung cấp GS, TS Nguyễn Thúc Hải, TS Nguyễn Kim Khiáhánli nhiều tltày cô khác Các tác già cám ơn đồng nghiệp, thày cô Đ ại học phía Nam thơng qua giảng điện tử đ ã cung cấp cho lư liệu tham Uuảaáo Đ ể tài liệu ngày hoàn thiện hơn, mong nhận ý kiến cu cùa em sinh viền, thày cô, đồng nghiệp xa gần M ọi ý kiến đóng góp xin quà ủi vê địa chỉ: balm(ã>soict.liut.edu.vn u\dv(a)soict.hut.edu.vn C c tá c g iả PHẦN TIN HỌC CĂN BÀN ■ B À 11: CÁC KHÁI NIỆM VÊ THÔNG TIN - DỮ LIỆU VÀ TIN HỌC 1.1 T h ô n g tin v x lý th ô n g tin 1.1.1 Thông tin - D ữ liệu - Tri thức Thơng tin - Inform ation • Thơng tin - lnformation Khái niệm thông tin (information) sử dụng thường ngày Thông tin mang lại cho người hiểu biết, nhận thức tốt đối tượng đời sống xã hội, trcng thiên nhiên, giúp cho họ thực hợp lý công việc cần làm để đạt tới mục đích cách tốt Người ta quan niệm rằng, thông tin kết xử lý, điều khiển tổ chức liệu theo cách mà bổ sung thêm tri thức cho người nhận Nói cách khác, thơng tin ngữ cảnh liệu xem xét • Dữ liệu - Data Dữ liệu (data) biểu diễn thông tin thể tín hiệu vật lý Thơng tin chứa đựng ý nghĩa liệu kiện khơng có cấu trúc khơng có ý nghĩí chúng khơng tổ chức xử lý Dữ liệu thực tế là: - Các số liệu thường mô tả sổ bảng biểu - Các ký hiệu qui ước, ví dụ chữ viết Các tín hiệu vật lý ví dụ ánh sáng, âm thanh, nhiệt độ, áp suất, Theo quan niệm chung cùa người làm công nghệ thơng tin thơng tin hiểu biết cùa ehing ta lĩnh vực đấy, liệu thông tin biểu diễn xử lý náy tính • Tri thức - Knovvledge Tri thức theo nghĩa thường lả thông tin mức trừu tượng Tri thức I đa dạng, kiện, thông tin cách mà người thu thập qưa ki;inh nghiệm qua đào tạo Nó hiểu biết chung hay lĩnhvực cụ I thề Thuật ngữ tri thức sử dụng theo nghĩa “hiểu” chù thể với túiềm cho mục đích chun dụng Hệ thống thơng tin (iníormation system) hệ thống ghi nhận liệu, xửử lý chúng để tạo nên thơng tin có ý nghĩa liệu ??? D ữ liệu — -> x ù lý T h ô n g tin -> x lý T ri thức ỉ 1.2 Q ui trình x lý thơng tin Mọi q trình xử lý thơng tin bàng máy tính hay bời người tlthực theo qui trình sau: Dữ liệu (data) nhập đầu vào (Input), qua trình xử lý để nhậm đtiược thơng tiu đầu (Output) Dữ liệu trình nhập, xử lý xuất có í thẻ lưu trữ NHẬP D ữ LIỆU (INPUT) XỬ LÝ (PROCESSING) XUÂT DỮ LIỆU (OUTPUT) LUU TRŨ (STORAGE) Hình 1.1 Mơ hình tổng qt q trình xử lý thõng tin Thơng tin thu thập lưu trữ, qua q trình xử lý trờ thành díữ r liệu để theo q trình xừ lý liệu khác tạo thơng tin theo ý đíồ > người t Con người có nhiều cách để có liệu thơng tin Người ta lưu trĩữ Ithhơng tin qua tranh vẽ, giấy, sách báo, hình ảnh phim, băng từ Trong thời đại hiiệin t lượng thông tin đến với lúc nhiều COI1 ngưịi có thiẻ ildủng cơng cụ hỗ trợ cho việc lưu trữ, chọn lọc xử lý thơng tin gọi máy tính điiệiện tu (Computer) Máy tính điện từ giúp người tiết kiệm nhiều thời gian, cơng; Siứức tăng độ xác cao việc tự động hố phần hay tồn phần cùa q tirìmhh xù lý thơng tin 1.2 Máy tín h p h â n loại m áy tín h điện tử 1.2.1 Lịch s p h t triển m áy tinh điện tử Do nhu cầu cần tăng độ xác tính tốn giảm thời gian tính tốn, Iigưừi quan tâm chế tạo cơng cụ tính tốn từ xưa: bàn tính tay người Trung Quốc, máy cộng học nhà toán học Pháp Blaise Pascal (1623 - 1662), máy tính học cộng, trừ, nhân, chia nhà toán học Đức Gottfried Wilhelmvon Leibniz(1646 - 1716), máy sai phân để tính đa thức tốn học Tuy nhiên, máy tính điện tử thực bẳt đầu hình thành vào thập niên 1950 đến trải qua hệ dựa vào tiến công nghệ điện từ vi điện tử cải tiến nguyên lý, tính loại hình cùa - Thế hệ (1950 - 1958): máy tính sử dụng bóng đèn điện tử chân không, mạch riêng rẽ, vào số liệu bàng phiếu đục lỗ, điều khiển tay Máy có kích thước lớn, tiêu thụ lượng nhiều, tốc độ tính chậm khoảng 300 3.000 phép tính/s Loại máy tính điển hình hệ EDVAC (Mỹ) hay BESEM (Liên Xô cũ), - Thế hệ (1958 - 1964): máy tính dùng xừ lý đèn bán dẫn, mạch in Máy tính có chương trình dịch Cobol, Fortran hệ điều hành đơn giản Kích thước máy cịn lớn, tốc độ tính khoảng 10.000 -100.000 phép tính/giây Điển loại IBM-1070 (M ỹ) hay MINSK (Liên Xô cũ), - Thế hệ (1965 - 1974): máy tính gắn vi xử lý bàng vi mạch điện tử cỡ nhị có tốc độ tính khoảng 100.000 - triệu phép tính/giây Máy có hệ điều hành đa chương trinh, nhiều người đồng thời theo kiểu phân chia , thời gian Kết từ máy tính in trực tiếp máy in Điển loại IBM360 (Mỹ) hay EC (Liên Xơ cũ), - Thế hệ (1974 - nay): máy tính bẳt đầu có vi mạch đa xử lý có tốc độ tính hàng chục triệu đến hàng tỷ phép tính/s Giai đoạn hình thành loại máy tính chính: máy tính cá nhân để bàn (Personal Computer - PC) xách tay (Laptop Notebook Computer) loại máy tính chun nghiệp thực đa chương trình, đa xử lj, hình thành hệ thống mạng máy tính (Computer Netvvorks), ứng dụng phong phú đa phương tiện - Thế hệ (1990 - nay): bẩt đầu nghiên cứu tạo máy tính mơ phòng hoạt động não hành vi người, có trí khơn nhân tạo với khả tự suv diễn phát triển tình nhặn hệ quản lý kiến thức đề giải quyế' toán đa dạng 1.2.2 Phăn loại máy tính điện tử Trẽn thực tế tồn nhiều cách phân loại máy tính khác Theo hiệu nàăng tính tốn, phân loại máy tính sau: - M áy Vi tính (M icro co m p u ter o r PC): Loại thường thiết kế icho người dùng, giá thành rẻ Hiện máy vi tính phồ dụng xuiất hhiện nhiều dạng: máy đề bàn (Destop), máy trạm (W orkstation), máy xách tay (Notebook) máy tính bỏ túi - M áy tính tầm tru n g (M ini C om puter): Là loại máy tính có tốc dộ -và hhiệu tính tốn mạnh máy vi tính Chúng thường thiết kế để sử dụing ( cho ứng dụng phức tạp Giá máy cỡ hàng vài chục nghìn USD • Máy tính lớn (Mainfram e Computer) Siêu máy tính (SuperComputer) máy tính có tổ chức bên phức tạp, có) tốoc độ siêu nhanh hiệu tính tốn cao, cỡ hàng tỷ phép tính/giây Các máy tính mày I cho phép nhiều người dùng đồng thời sử dụng Trung tâm tính tốm/ VViện nghiên cứu để giải toán phức tạp, yêu cầu cao tốc độ ChiúinỊig có giá thành đắt, cỡ hàng trăm ngàn, chí hàng triệu USD Theo phương pháp xử lí tin phân loại máy tính : máy tính tưcnig ttụt, I máy tính số, máy tính lượng tử Một cách phân loại khác theo phương thức sừ dụng máy chủ máy tpạnm 1.3 T in h ọ c v n g n h c ô n g n g h ệ liên q u a n 1.3.1 Tin học Thuật ngữ Tin học có nguồn gốc từ tiếng Đức vào năm 1957 d o Karl Sueiinhhnch đề xư ớng m ột báo Informatik: A utom atische lnform ationsverarbeiiuinỊg ' (i.e "Iníbrmatics: automatic information Processing") Sau vào năm 1962, PMnililippe Drevfus người Pháp gọi “ inform atique”, Walter F.Bauer Sỉừr ddụng tên Phần lớn nước Tây Âu, trừ Anh chấp nhận Ở Anh người ta ssửr ddụng thuật ngữ ‘Computer Science’, hay ‘computing Science’ thuật ngữ dịch, N g I chấp nhận tên inỊormatika ( 1966) Tin học xem ngành khoa học nghiên cứu phương pháp, công tn g h h ệ kỹ thuật xử lý thông tin cách tự động Công cụ chủ yếu sử dụng tim lhạọc máy tính điện tử thiết bị truyền tin khác Nội dung nghiên cứu cùa tin Ihcọcc chù yếu gồm hai phần: