BÀI GIẢNG TIN HỌC CƠ SỞ 1

BÀI GIẢNG TIN HỌC CƠ SỞ 1 Chƣơng này cung cấp cho sinh viên các kiến thức sau: Các khái niệm cơ bản về thông tin, các hệ đếm và mệnh đề logic trong lĩnh vực tin học. Tổng quan về quá trình xử lý thông tin, nhận diện kỹ thuật phần cứng và phần mềm đƣợc nghiên cứu trong tin học. Các khái niệm cơ bản về thuật toán và sơ đồ khối để giải quyết một bài toán cụ thể trên máy tính điện tử. Cấu trúc của một hệ thống máy tính, phần cứng, phần mềm, các thiết bị ngoại vi. Các khái niệm về mạng, kết nối mạng, các cấu trúc liên kết mạng, các thành phần thiết bị đấu nối mạng và các dịch vụ cơ bản của mạng máy tính.

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG  KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 1 BÀI GIẢNG TIN HỌC CƠ SỞ 1 Chủ biên: PHAN THỊ HÀ Hà Nội 2013 PTIT Phan Thị Hà-Khoa CNTT1-Học viện CNBCVT 1 CHƢƠNG 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN GIỚI THIỆU  -   -   -   -  -    1.1 THÔNG TIN VÀ XỬ LÝ THÔNG TIN 1.1.1 Khái quát 1.1.1.1 Khái niệm thông tin b/ Khái niệm i sng hàng ngày, chúng ta tip nhn và s dng nhiu thông ti li cho chúng ta s hiu bit, giúp chúng ta nhn thn v các hing t nhiên và xã h c nhng hp lý nhc nhng mc c sng. c s cn thit ca thông tin và cm nhc thông tin là gì.   thông tin thì hu hu lúng túng bi thông tin là mt khái nim khá trc th hii nhiu dng thc i ta có th t c hiu là ni dung cha trong thông báo nhng vào nhn thc ca mt s  c th hin bng nhiu hình thn, li nói, hình nh, c ch ; và các thông báo khác nhau có th mang cùng mt nc tin hc, thông tin có th c bii trong nhng vc bii bi các d liu và các d liu này có th c truyc x lý hoc b phá hy. Ta có thể lấy một vài ví dụ sau để minh họa PTIT Phan Thị Hà-Khoa CNTT1-Học viện CNBCVT 2 Thông báo th hii dn ví d  mt mng máy tính b nhi- Trong thông báo này, thành pht mang tin, còn s ki liu ca thông tin. Hoc ví d  c  bnh nhân là 41 o - Thông tin này có th c th hin dui dn hoc li nói. D liu   o C (nc thông báo bng li nói thì d liu chính là tín hiu) và thông tin thc thông qua d liu cho thy bnh nhân b st cao v.v b/ Phân loại thông tin Dm liên tn v thi gian ca các tín hiu th hin thông tin, ta có th chia thông tin làm hai lo + Thông tin liên tc: Là thông tin mà các tín hiu th hin loc tip nhn liên tc trong min thc biu din bng hàm s có bin s thi c lp, liên tc. Ví dụ : Thông tin v mc thu triu cc bin hay thông tin v các tia bc x t ánh sáng mt tr + Thông tin ri rc: Là thông tin mà các tín hiu th hin loc tip nhn có giá tr  tng thm ri rc biu dii dãy s. Ví dụ : Thông tin các v tai nn xng Nguyn Trãi c/ Đơn vị đo thông tin ng v ng h  chi ng hoá m m  Trong tin h  nht là Bit (vit tt ca Binary digit-s nh phân) - biu din vi 2 giá tr 0 và 1, vit tt là b.  lt nhóm 8 bit trong bng mã ASCII i ta còn dùng các bi s c Tên gọi Ký hiệu Giá trị Byte B 8 bit Word w  KiloByte KB 1024b=2 10 b MegaByte MB 1024Kb=2 10 Kb GigaByte GB 1024Mb=2 10 Mb PTIT Phan Thị Hà-Khoa CNTT1-Học viện CNBCVT 3 TeraByte TB 1024Gb=2 10 Gb d/ Mã hoá thông tin rời rạc Mã hóa thông tin là quá trình bii thông tin t dng biu ding sang mt dc nhnh. Quá trình bic li cc gi là phép gii mã. Ví dụ : Ta có 1 tp qun lý h u ta qun lý bng tên thì s xy ra rt nhiu ng hp tên b trùng nhau. Nu ta thêm các yu t a ch, ngày sinh, quê quán v.v thì vic qun lý tr nên rm rà, phc tp mà vn không loi tr c kh u ta gán cho mi mt sinh viên 1 mã s ID khác nhau thì vic qun lý h  tr nên thun tiu. T mã s ID, ta có th tìm ra s liu v  y, quá trình gán mã s ID cho mi h c gi là mã hóa; còn quá trình da trên mã s  nh thông tin v sinh viên gi là gii mã.                    g t Tín hiệu số PTIT Phan Thị Hà-Khoa CNTT1-Học viện CNBCVT 4   thông   trên phim khi   t  1.1.1.2 Xử lý thông tin a/ Sơ đồ tổng quát của một quá trình xử lý thông tin Quá trình x lý thông tin chính là s bii nhng d liu vào  dng ri rc thành u ra  dng chuyên bit phc v cho nhng mnh. Mi quá trình x lý thông tin cho dù thc hin bng máy tính hay bu phi tuân th theo chu trình sau:    Mô hình tổng quát quá trình xử lý thông tin b/ Xử lý thông tin bằng máy tính điện tử (MTĐT) in t là mt h thng x lý thông tin t ng da trên nguyên tc chung ca quá trình x lý thông tin. Mc dù kh t xa so vi kh  tính toán cn khác; tuy nhiên, máy tính s không t a quynh khi nào phi làm gì mà nó ch có th hoc nh s ch dn ca con i - ti phi cung c ngay t nh lnh, ch th  ng d ra. Tng quát quá trình x lý thông tin trê c tóm t c hn thc hii lp sn) vào b nh ca máy tính + Máy tính bu x lý, d liu nhp t ng ngoài vào b nh (thông qua thit b nhp).  (INPUT)  (PROCESSING)  (OUTPUT) L PTIT Phan Thị Hà-Khoa CNTT1-Học viện CNBCVT 5 + Máy tính thc hin thao tác d liu và ghi kt qu trong b nh. t qu t b nh ra bên ngoài nh các thit b xut (máy in, màn hình) n t có mt s  + T x  tin cy cao + Kh  rt ln + Tham s v t c tính bng s phép tính thc hin trong mt giây, còn kh  ng b nh ng Kb,Mb hay Gb. 1.1.1.3 Tin học và các lĩnh vực nghiên cứu của tin học a/ Tin học là gì ? Tin hc là mt ngành khoa hc công ngh nghiên c pháp x lý thông tin mt cách t ng dn k thut mà ch yu hin tn t. b/ Các lĩnh vực nghiên cứu của tin học : T y tin hc gm hai khía cnh nghiên cu: - Khía cnh khoa hc : nghiên cu v  lý thông tin t ng. - Khía cnh k thut : nhm vào 2 k thut phát trin song song -                    c/ Ứng dụng của tin học                 -  -  -  -  -  -  -  1.1.2 Biểu diễn thông tin trong máy tính 1.1.2.1 Hệ đếm và logic mệnh đề PTIT Phan Thị Hà-Khoa CNTT1-Học viện CNBCVT 6 a/ Hệ đếm       Hệ đếm Cơ số Ký số và trị tuyệt đối   hân  2 8 10 16 0, 1 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F */ Hệ đếm thập phân (decimal system)   0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9        5246 = 5 x 10 3 + 2 x 10 2 + 4 x 10 1 + 6 x 10 0 = 5 x 1000 + 2 x 100 + 4 x 10 + 6 x 1  Vì 5246 = 5000 + 200 + 40 + 6     10 0 = 1 10 1 = 10 10 2 = 100 10 3 = 1000 10 4 = 10000  value).  trong k PTIT Phan Thị Hà-Khoa CNTT1-Học viện CNBCVT 7  254.68 = 2x10 2 + 5x10 1 + 4x10 0 + 6x10 -1 + 8x10 -2 = 200+50+4+ 10 6 + 100 8  -1.  n  (b) = a n a n-1 a n-2  1 a 0 a -1 a -2  -m trong  N (b) = a n .b n + a n-1 .b n-1 + a n-2 .b n-2  1 b 1 + a 0 .b 0 + a -1 .b -1 + a -2. b -2  -m .b -m Hay */ Hệ đếm nhị phân (binary number system)   -        (2)   1 1 0 1 1 1  4 3 2 1 0 -1 -2  2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 2 -1 2 -2  16 8 4 2 1 0.5 0.25  11101.11 (2) = 1x16 + 1x8 + 1x4 + 0x2 + 1x1 + 1x0.5 + 1x0.25 = 29.75 (10)  10101 (2) = 1x2 4 + 0x2 3 + 1x2 2 + 0x2 1 + 1x2 0 = 8 + 0 + 4 + 0 + 1 = 13 (10) */ Hệ đếm La mã    N (b) = i n mi i ba   PTIT Phan Thị Hà-Khoa CNTT1-Học viện CNBCVT 8 I = 1 V = 5 X = 10 L = 50 C = 100 D = 500 M = 1000  -    III = 3 x 1 = 3; XX = 2 x 10 = 20; MMMM = 4000, -    IV = 5 -1 = 4; IX = 10 - 1 = 9; CD = 500 - 100 = 400; CM = 1000 - 100 = 900 -    XI = 10 + 1 = 11; DCC = 500 + 100 + 100 = 700  -    6 . Nh    */ Hệ đếm bát phân (octal number system)       235 . 64 (B) = 2x8 2 + 3x8 1 + 5x8 0 + 6x8 -1 + 4x8 -2 = 157.8125 (10) */ Hệ đếm thập lục phân (hexa-decimal number system)  4  -   Ví d 34F5C (16) = 3X16 4 + 4x16 3 + 15x16 2 + 5x16 1 + 12x16 0 = 216294 (10)     PTIT Phan Thị Hà-Khoa CNTT1-Học viện CNBCVT 9 Hệ 10 Hệ 2 Hệ 8 Hệ 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 00 01 02 03 04 05 06 07 10 11 12 13 14 15 16 17 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F * Chuyển đổi số giữa các hệ đếm Chuyn mt s t h  L=10 sang h  H:     Gi s ta có mt s có phn thp phân b=k+d trong h  n nguyên c du phy và d là phn thp phân sau du phy. Ta s chuyi riêng tng phn theo quy tc sau: - Vi phn nguyên: Ly k chia liên ti bng 0, phép chia th i có s  s trong h  -1 bn-2 b0 là phn nguyên ca s b trong h  H. - Vi phn thp phân: Ly phn thp phân ca d nhân liên tip vn khi kt qu phép nhân không còn phn thp phân ho chính xác ta cn, mi ln nhân ta ly phn nguyên ca kt qu là cj là ch s trong h  H, j = 1,2, ,m. Khi  . c1 c2 cm chính là phn thp phân ca s nh phân c PTIT [...]... 21 20 22 21 20 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 5 Chú ý: 6 5 = 1x22 + 0x 21 + 1x20 6 và 5 6 = 1x22 + 1x 21 + 0x20 Kết quả: 10 111 011 010 1(2) = 5x83 + 6x82 + 6x 81 + 5x80 = 5x 512 + 6x64 + 6x8 + 5x1 = 2997 (10 ) 11 Phan Thị Hà-Khoa CNTT1 -Học viện CNBCVT THÔNG QUA HỆ 16 : Chia số nhị phân thành bộ 4 số 16 16 16 2 1 0 23 22 21 20 23 22 21 20 23 22 21 20 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 11 11 5 11 = 1x23 + 0x22 + 1x 21 + 1x20 và 5... + 2 + 2 = 1x22 + 1x 21 + 0x20 = 11 0 (hệ 2) IT Vậy 5665(8) = 10 1 11 0 11 0 10 1(2) Bƣớc 2: Chia dãy số hệ 2 vừa có đƣợc thành các bộ 4 số và chuyển các bộ đó sang hệ 16 5665(8) = 10 1 11 0 11 0 10 1(2) = 10 11 1 011 010 1(2) PT Vì: 10 11( 2) = 1x23 + 0x22 + 1x 21 + 1x20 = 8 + 0 + 2 + 1 = 11 = B (16 ) 010 1(2) = 0x23 + 1x22 + 0x 21 + 1x20 = 0 + 4 + 0 + 1 = 5 (16 ) Nên: 10 11 1 011 10 10 B B 5 Vậy: 5665(8) = BB5 (16 ) Việc chuyển... 0x 21 + 1x20 = 10 1(2) Tƣơng tự: 6 (hệ 8) = 4+2 = 1x22 + 1x 21 + 0x20 = 11 0(2) Suy ra: 2997 (10 ) = 10 1 11 0 11 0 10 1(2) THÔNG QUA HỆ 16 : 5 6 5 5 8 0 2997 18 7 11 B 16 16 11 11 B 16 0 Số dƣ Ta có : 2997 (10 ) = BB5 (16 ) 12 Phan Thị Hà-Khoa CNTT1 -Học viện CNBCVT B (hệ 16 ) = 11 = 8 + 2 +1 = 1x23 + 0x22 + 1x 21 + 1x20 = 10 11 (hệ 2) 5 (hệ 16 ) = 4 + 1 = 0x23 + 1x22 + 0x 21 + 1x20 = 010 1 (hệ 2) Suy ra: 2997 (10 ) = BB6 (16 )... + 1x22 + 0x 21 + 1x20 Chú ý: Kết quả: 10 111 011 010 1(2) = 11 x162 + 11 x1 61 + 5x160 = 11 x256 + 11 x16 +5x1 = 2997 (10 ) Thông qua hệ 8 và hệ 16 để chuyển hệ 10 sang hệ 2 Ví dụ: 2997 (10 ) = ? (2) THÔNG QUA HỆ 8: 8 374 6 8 46 PT 2997 5 IT Cách làm tƣơng tự nhƣ trên, nhƣng thay phép nhân thành phép chia và lấy các số dƣ của phép chia ngƣợc từ dƣới lên trên để chuyển đổi Số dƣ 8 5 6 Ta có: 5 (hệ 8) = 4 + 1 = 1x22... -1 (viết 1 và mƣợn 1 ở hàng bên trái) Chia hai số 11 0 - 10 10 11 tƣơng đƣơng số 6 và trong hệ 10 tƣơng đƣơng số 3 trong hệ 10 010 -10 00 Qui tắc 1: Khi nhân một số nhị phân với 2n ta thêm n số 0 vào bên phải số nhị phân đó Ví dụ : 10 11x23 = 10 110 00 Qui tắc 2: Khi chia một số nguyên nhị phân cho 2n ta đặt dấu chấm ngăn ở vị trí n chữ số bên trái kể từ số cuối của số nguyên đó Ví dụ : 10 011 111 0:23 = 10 011 1 .11 0... 2 1 0 Phan Thị Hà-Khoa CNTT1 -Học viện CNBCVT Ta thấy, với chiều dài 16 bit : bit đầu là bit dấu và 15 bit sau là bit số Trị dƣơng lớn nhất của dãy 2 bytes sẽ là: 011 111 11 111 111 11 = 215 - 1 Trị âm lớn nhất trong dãy 2 bytes là - 215 Ðể thể hiện số âm trong hệ nhị phân ta có 2 khái niệm: - Số bù 1: Khi đảo ngƣợc tất cả các bit của dãy số nhị phân: 0 thành 1 và 1 thành 0, dãy số đảo đó gọi là số bù 1. .. 4 5 2 6 3 1 1 26 27 A = - 419 . 812 5 (10 ) = -11 010 0 011 .11 01( 2) = -0 .11 010 0 011 110 1 x 29 Ví dụ: Số mũ của A là 9, số đặc trị C là: PT C = 9 + 64 = 73 = 10 010 01( 2) Trong máy tính, số A sẽ đƣợc trữ theo vị trí nhớ 32 bit nhƣ sau : Dấu A Dấu A đặc trị C (7bit) định trị m (24 bit) Đặc trị C (7 bit) định trị m (24 bit) 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 … 0 0 c/ Biểu diễn ký tự Ðể có thể biễu diễn... phân Viết 10 có thể hiểu là viết 0 nhớ 1 Một cách tổng quát, khi cộng 2 hay nhiều chữ số nếu giá trị tổng lớn hơn cơ số b thì ta viết phần lẻ và nhớ phần lớn hơn sang bên trái cạnh nó Ví dụ: Cộng 2 số 010 1 + 11 00 = ? + 11 00 Ví dụ: tƣơng đƣơng số 5 trong hệ 10 tƣơng đƣơng số 12 trong hệ 10 -10 0 01 ` tƣơng đƣơng số 17 trong hệ 10 010 1 Nhân 2 số 011 0 x 10 11 = ? 011 0 (A) tƣơng đƣơng số 6 trong hệ 10 tƣơng... số 11 trong hệ 10 - 011 0 - nhân từng số của B với A 011 0 để đƣợc các tích cục bộ 0000 - cộng các tích cục bộ với nhau 011 0 -10 00 010 tƣơng đƣơng số 66 trong hệ 10 IT x 10 11 (B) Phép trừ và phép chia là các phép toán đặc biệt của phép cộng và phép nhân 10 1  011 010 Ghi chú: Ví dụ: Trừ hai số PT Ví dụ: tƣơng đƣơng số 5 trong hệ 10 tƣơng đƣơng số 3 trong hệ 10 tƣơng đƣơng số 2 trong hệ 10 0 – 1. .. phân) bắt đầu từ Bit ngoài cùng bên phải, tính giá trị số học học quy luật giá trị vị trí riêng cho từng nhóm 3 (hay 4) Bit, viết các giá trị này liền nhau Ví dụ cho số nhị phân 11 110 1 01 chuyển số này sang dạng bát phân và thập lục phân 10 Phan Thị Hà-Khoa CNTT1 -Học viện CNBCVT (11 11 0 10 1) -> 365 trong hệ bát phân là số 365 (11 11 010 1) -> 15 5 -> F5 trong hệ thập lục phân là số F5 Khi cần chuyển ngƣợc . CNTT1-Học viện CNBCVT 9 Hệ 10 Hệ 2 Hệ 8 Hệ 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0000 00 01 0 010 0 011 010 0 010 1 011 0 011 1 10 00 10 01 10 10 10 11 11 00 11 01 11 10. 0x2 3 + 1x2 2 + 0x2 1 + 1x2 0   10 111 011 010 1 (2) = 11 x16 2 + 11 x16 1 + 5x16 0 = 11 x256 + 11 x16 +5x1 = 2997 (10 ) Thông qua hệ 8 và hệ 16 để chuyển hệ 10 sang hệ 2  phép.  1 1 0 1 1 1  4 3 2 1 0 -1 -2  2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 2 -1 2 -2  16 8 4 2 1 0.5 0.25  11 1 01. 11 (2) = 1x16 + 1x8 + 1x4 + 0x2 + 1x1 + 1x0.5 + 1x0.25