TỔNG QUAN VỀ TIN HỌC

TÀI LIỆU THAM KHẢO: TỔNG QUAN VỀ TIN HỌC MỤC LỤC Chương 1. Tin Học đã ra đời và phát triển như thế nào?  Khái niệm về Tin Học 1  Quá trình lịch sử phát triển 5 Chương 2. Vai trò của Tin Học  Vai trò đối với xã hội loài người 17  Vai trò đối với Việt Nam 19  Vai trò đối với ngành Công an 21 Chương 3. Mặt trái của Tin Học  Virus 23  Hacker và tội phạm máy tính 27  Chiến tranh thông tin 33  Ảnh hưởng tiêu cực của Tin học đối với con người 37 Bùi Danh Hường – Giáo viên Bộ môn Toán – Tin Học 2010 TÀI LIỆU THAM KHẢO: TỔNG QUAN VỀ TIN HỌC Chương 1. Tin Học đã ra đời và phát triển như thế nào?  Khái niệm về Tin Học Tin học là một ngành khoa học mới mẻ, lịch sử phát triển thực sự của nó chỉ mới vài chục năm, thế nhưng sự phát triển như vũ bão của nó, đặc biệt từ những năm thập niên 90 thế kỷ 20 cho đến nay, đã khiến cho Tin học trở thành một khoa học có phạm vi rất rộng lớn, có liên quan đến rất nhiều lĩnh vực khoa học - kỹ thuật khác. Sự phát triển nhanh chóng đó đã khiến cho mọi cố gắng nắm bắt, khái quát về ngành khoa học này đều tỏ ra thiếu chính xác hoặc lạc hậu rất nhanh. Chỉ riêng về tên gọi chỉ khái niệm đã liên tục thay đổi trong những khoảng thời gian ngắn. Vào thời kỳ đầu tiên, người ta gọi nó là Điện toán, ám chỉ sự kết hợp giữa toán học và điện tử, khi mà máy tính chủ yếu được sử dụng để thực hiện các phép tính toán. Sau đó, vào khoảng những năm 60, người ta dùng tên gọi là Khoa học máy tính, tức là khoa học nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng máy tính. Lúc này đã thừa nhận nó như một ngành khoa học độc lập, mà đối tượng tác động chính là máy tính. Vào những năm 80, tên gọi Tin học xuất hiện, nguyên gốc tiếng Anh của từ “Tin học” là Informatic, bắt nguồn từ Information, nghĩa là “thông tin”. Đối tượng tác động lúc này được xác định không phải là máy tính nữa mà là thông tin. Những tên gọi hiện đại hơn xuất hiện vào thời gian gần đây như CNTT, đề cập đến những ứng dụng công nghệ vào thực tiễn cuộc sống; hay CNTT & truyền thông để nhấn mạnh vai trò của viễn thông và thông tin liên lạc, trong đó Internet là điển hình. Như vậy là cho đến nay vẫn chưa có một sự thống nhất về tên gọi, về định nghĩa, về khái niệm của ngành khoa học này. Trong sách báo, tài liệu, trên các phương tiện thông tin đại chúng, 5 tên gọi trên vẫn đang được sử dụng đan xen. Người ta sử dụng tên gọi này hay tên gọi khác tùy thuộc vào hoàn cảnh cụ thể. Tóm lại chúng ta có thể hiểu Tin học là “Ngành khoa học về xử lý thông tin tự động bằng máy tính điện tử”. Tin học là một ngành khoa học, cũng tương đương như các khoa học khác, như Toán học, Vật lý học, Hóa học hay Sinh học. Nó nghiên cứu về thông tin và xử lý thông tin, trong đó xử lý thông tin là nội dung cơ bản quan trọng xuyên suốt. Chức năng xử lý thông tin trong Tin học bao gồm 5 quá trình: - Thu thận thông tin: lấy thông tin từ thế giới thực và biểu diễn thông tin đó dưới các dạng dữ liệu mà máy tính hiểu được. - Lưu trữ thông tin: ghi nhớ thông tin lên các thiết bị lưu trữ để có thể đem ra sử dụng trong những lần xử lý về sau. Trang 1 TÀI LIỆU THAM KHẢO: TỔNG QUAN VỀ TIN HỌC - Xử lý thông tin: tác động lên các thông tin đã có thông qua các phép biến đổi, phân tích, tổng hợp, tra cứu,… để tạo ra các thông tin mới. - Xuất thông tin: hiển thị thông tin ra ngoài thế giới thực dưới các dạng mà con người có thể nhận biết được. - Truyền thông tin: gửi thông tin từ máy này sang máy khác, từ điểm này sang điểm khác. Lưu trữ tin Thu nhận tin Dữ liệu Xử lý tin Dữ liệu mới Xuất thông tin Truyền tin Văn bản Âm thanh Hình ảnh Văn bản Âm thanh Hình ảnh Hình 1: Lưu đồ về các quá trình xử lý thông tin Đầu tiên, thông tin trong thế giới thực như văn bản, âm thanh, hình ảnh, tín hiệu,… được thu nhận và biến đổi thành các dạng dữ liệu ở trong máy tính. Từ các dữ liệu đã có này thông qua tác động, biến đổi, phân tích, tổng hợp, tra cứu để tạo ra các dữ liệu mới. Đây là giai đoạn rất quan trọng, vì một lý do rất đơn giản, điều mà người sử dụng cần đến, quan tâm nhất chính là nội dung của các dữ liệu mới này. Dữ liệu mới tạo ra càng chất lượng thì càng phục vụ tốt cho lợi ích của con người. Dữ liệu sau khi thu nhận hoặc xử lý được ghi nhớ lại trên các thiết bị lưu trữ như các dạng đĩa từ hay đĩa quang để có thể đem ra sử dụng lại. Chúng cũng có thể được truyền tới máy khác, nơi khác bằng sao chép thủ công hoặc thông qua hệ thống mạng. Và cuối cùng, dữ liệu sau khi xử lý được hiển thị trở lại thế giới thực để con người nhận biết được kết quả cần thiết. Trang 2 TÀI LIỆU THAM KHẢO: TỔNG QUAN VỀ TIN HỌC Trong Tin học, toàn bộ các quá trình xử lý thông tin trên đây được thực hiện chủ yếu thông qua máy tính điện tử. Máy tính điện tử không chỉ là công cụ, phương tiện, mà còn như một bộ phận hữu cơ không thể tách rời của Tin học. Nói đến Tin học là phải có mặt máy tính. Máy tính có những tính năng rất đặc biệt tạo nên lợi thế cho Tin học so với các ngành khoa học khác. Các tính năng đó là: Tính năng thứ nhất: Tốc độ xử lý cao. Máy tính có tốc độ xử lý rất cao. Các máy tính cá nhân bình thường hiện nay có tốc độ xử lý vào khoảng vài chục triệu phép tính/s. Còn như chiếc máy tính chơi cờ Deep Blue từng đánh bại vua cờ Gary Gasparop có khả năng tính được 200 triệu phép tính/s. Chiếc máy tính mạnh nhất thế giới hiện nay là siêu máy tính Blue Gene L của hãng IBM có tốc độ tính toán là 70,72 nghìn tỷ phép tính/s. Chúng ta hãy tưởng tượng thế này, trên trái đất có khoảng 7 tỷ người, nếu mỗi người có khả năng tính được 10.000 phép tính/s thì cộng lại cũng mới chỉ xấp xỉ khả năng tính toán của siêu máy tính Blue GeneL. Nhờ có tốc độ xử lý cao như vậy mà máy tính có khả năng thực hiện mọi công việc rất nhanh chóng, gần như là tức thời. Đó chính là ưu thế thứ nhất của Tin học. Deep Blue 200 triệu phép tính/s Blue Gene/L (IBM) 70,72 nghìn tỷ phép tính/s Hình 2: Các máy tính có tốc độ xử lý cao Tính năng thứ hai: Khả năng lưu trữ thông tin lớn: Máy tính điện tử có khả năng lưu trữ thông tin rất lớn chỉ trong những thiết bị lưu trữ rất nhỏ. Các bạn hãy thử tự tìm một vài ví dụ về khả năng lưu trữ thông tin của máy tính. Tôi có một ví dụ thế này, một đĩa mềm 1,4MB có thể lưu được nội dung của 1 cuốn Trang 3 TÀI LIỆU THAM KHẢO: TỔNG QUAN VỀ TIN HỌC sách dày 300 trang, mỗi trang có trung bình 50 dòng, mỗi dòng 80 chữ cái. Những ổ đĩa cứng cho máy tính cá nhân hiện bán trên thị trường có dung lượng tới 200Gb. Mà 1Gb=1000Mb. Tính ra một đĩa cứng như vậy có thể lưư trữ được 140.000 quyển sách như trên. Một đĩa cứng có thể lưu trữ được cả một thư viện sách. Chúng ta có thể thấy được khả năng lưu trữ rất lớn của máy tính điện tử, và điều đó tạo nên lợi thế thứ hai của Tin học. Lưu trữ Ổ cứng laptop 100Gb 100.000 cuốn sách Hình 3: Khả năng lưu trữ của máy tính Tính năng thứ ba: Xử lý tự động: đó là khả năng xử lý thông tin bằng các chương trình một cách tự động mà không cần đến sự can thiệp từng bước của con người. Đây là một khả năng quan trọng của máy tính, nhờ nó mà máy tính có thể hoạt động độc lập, hay ở mức độ cao hơn là có thể “suy nghĩ” để quyết định hành động tiếp theo. Tất nhiên, suy nghĩ ở đây phải được đặt trong ngoặc kép. Hiện tại, máy tính không có khả năng suy nghĩ như con người, đó là điều chắc chắn; còn trong tương lai thì không ai có thể khẳng định trước một điều gì cả. Một trong những cách suy nghĩ đơn giản nhất của máy tính là liệt kê tất cả các phương án có thể xảy ra và lựa chọn phương án tốt nhất. Đó chính là cách mà máy tính chơi cờ Deep Blue dùng để đánh bại vua cờ Hình 4: Robot ASIMO (Honda) Trang 4 TÀI LIỆU THAM KHẢO: TỔNG QUAN VỀ TIN HỌC Gary Gasparop, cứ mỗi nước đi của nó đã được tính trước hàng trăm, hàng nghìn khả năng có thể xảy ra tiếp theo, điều mà ông vua cờ không làm được. Ba tính năng trên của máy tính điện tử cũng chính là các lợi thế của Tin học. Chính nhờ những lợi thế này mà Tin học đã phát triển rất mạnh mẽ và hiện tại đã xâm nhập vào hầu như mọi lĩnh vực trong cuộc sống.  Quá trình lịch sử phát triển Lịch sử phát triển của Tin học có rất nhiều vấn đề và sự kiện, ở đây chúng ta sẽ cùng điểm qua các cột mốc quan trọng trong sự phát triển của các công cụ tính toán và các lĩnh vực khoa học kỹ thuật có liên quan. Nguyên nhân là tại vì lịch sử Tin học gắn liền rất chặt chẽ với sự phát triển của các công cụ tính toán; sự hình thành, ra đời và phát triển của Tin học đều xuất phát từ các nỗ lực của con người để chế tạo các công cụ tính toán mới có thể tính toán nhanh hơn, nhiều hơn, chính xác hơn. Nhìn vào lịch sử Tin học theo khía cạnh này, chúng ta có thể chia làm 2 giai đoạn: Giai đoạn thứ nhất - Các công cụ tính toán sử dụng hệ thập phân Hệ thập phân là hệ số gồm mười chữ số từ 0 -> 9 mà con người sử dụng để tính toán hàng ngày. Đây là thời kỳ sơ khai của Tin học, khi mà các công cụ tính toán còn rất đơn giản, được chế tạo trên cơ sở bắt chước các phép tính toán thập phân của con người. Các công cụ tính toán giai đoạn này chủ yếu chỉ thực hiện được bốn phép tính cơ bản: cộng, trừ, nhân, chia. Tuy nhiên cũng chính trong giai đoạn này, đã xuất hiện những nền tảng lý thuyết và kỹ thuật làm tiền đề cho sự ra đời của Tin học hiện đại. Công cụ tính toán đầu tiên mà con người nghĩ ra là bàn tính tay. Các bàn tính tay đầu tiên xuất hiện ở Trung Quốc và Ấn Độ khoảng 300 năm TCN. Các bàn tính khung gỗ này khá hoàn thiện về mặt cấu tạo cũng như quy tắc, luật tính toán. Chúng có thể thực hiện được các phép tính cộng, trừ, nhân, chia một cách khá nhanh chóng với những con số lớn đến trên 10 chữ số. Và chúng ta hay Hình 5: Các dạng bàn tính tay Trung Quốc Trang 5 TÀI LIỆU THAM KHẢO: TỔNG QUAN VỀ TIN HỌC gọi với tên gọi với tên gọi quen thuộc là “ Bàn tính Trung Quốc”. Việc tính toán trên các bàn tính Trung Quốc đòi hỏi phải học thuộc các quy tắc, luật riêng, đặc biệt là đối với phép nhân và phép chia. Bàn tính chủ yếu được các thương nhân sử dụng để phục vụ cho việc kinh doanh buôn bán. Những kỹ năng sử dụng bàn tính được xem là bắt buộc đối với những người hành nghề kinh doanh, buôn bán. Và ở phương Đông, mãi cho đến thế kỷ 19, bán tính vẫn là công cụ tính toán phổ biến trong xã hội. Còn ở phương Tây thì từ năm 1642 đã xuất hiện những chiếc máy tính cơ học hoạt động bằng các bánh xe răng cưa. Chiếc máy tính cơ học đầu tiên được phát minh bởi nhà toán học người Pháp là ông Blaise Pascal. Vào năm 1642, Pascal đã thiết kế và chế tạo một chiếc máy tính cơ học hoạt động bằng các bánh xe răng cưa, chiếc máy được đặt tên là máy Pascaline. Chúng ta hãy quan sát hình ảnh và cấu tạo bên trong của chiếc máy Pascaline. Chiếc máy được cấu tạo từ nhiều bánh xe răng cưa được sắp xếp liền nhau. Khi bánh xe đơn vị quay 10 vòng sẽ kéo theo bánh xe hàng chục quay 1 vòng, bánh xe hàng chục quay 10 vòng sẽ kéo bánh xe hằng trăm quay 1 vòng,… cứ thế, đó là nguyên tắc hoạt động của máy Pascaline. Máy Pascaline có thể thực hiện được 4 phép tính cơ bản: cộng, trừ, nhân, chia tương đương như một máy tính bỏ túi 4 chức năng ngày nay. Mô hình của chiếc máy tính cơ thời đó vẫn còn xuất hiện trong một số dụng cụ máy móc hiện đại ngày nay như đồng hồ đo điện, đồng hồ đo nước, công tơ mét ôtô, xe máy. Blaise Pascal (1623 - 1662) Hình 6: Máy tính cơ Pascaline (1642) Sự ra đời của máy Pascaline đánh dấu một cột mốc quan trọng trong nỗ lực chế tạo các công cụ tính toán của con người, và thực sự là nó có các ưu điểm vượt trội so với bàn tính tay như tính toán nhanh hơn, sử dụng tiện lợi hơn. Tuy nhiên, khả năng của nó vẫn chỉ mới dừng lại ở mức độ thực hiện được 4 phép cộng, trừ, nhân, chia và vẫn cần đến các tao tác của người sử dụng. Trang 6 TÀI LIỆU THAM KHẢO: TỔNG QUAN VỀ TIN HỌC Charles Babbage (1792 – 1871) Chương trình hoạt độn g Kết quả out i n Hình 7: Máy phân tích (1823) Bước tiến tiếp theo trong lịch sử chế tạo máy tính đến từ nước Anh. Năm 1823, một giáo sư ở đại học Cambrigde tên là Charles Babbage đã nhận được tài trợ của chính phủ Anh để nghiên cứu và thiết kế chiếc máy phân tích (Analytical Engine) có thể lập trình được bằng các thẻ đục lỗ để thực hiện bất kỳ phép tính nào với độ chính xác trên 20 chữ số. Khả năng lập trình được của máy phân tích là điều mà những công cụ tính toán trước đây không có. Ở máy phân tích, các chương trình hoạt động được mã hóa trên các bìa giấy cứng đục lỗ gọi là thẻ đục lỗ, máy sẽ đọc các thẻ đục lỗ này và tự động hoạt động theo chương trình đã được mã hóa trên đó, sau đó cho ra kết quả. Như vậy máy phân tích có khả năng hoạt động một cách độc lập và thực hiện được nhiều phép tính khác nhau tuy theo chương trình đã vạch sẵn từ trước của người sử dụng. Những chương trình được mã hóa trên các thẻ đục lỗ này chính là những phần mềm đầu tiên trên thế giới. Bản thiết kế máy phân tích của Charles Babbage bao gồm 4 thành phần: - Phần nhập: bộ phận đọc các thẻ đục lỗ - Nhà máy: nơi thực hiện các phép tính toán, chế tạo từ các bánh xe răng cưa và chạy bằng động cơ hơi nước. - Kho: nơi lưu trữ các toán tử và kết quả. - Phần xuất: nơi cho ra kết quả dưới dạng các bản đục lỗ hay các bản in. Trang 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO: TỔNG QUAN VỀ TIN HỌC Các máy tính hiện đại ngày nay cũng có cấu trúc cơ bản gồm 4 phần giống như máy phân tích suốt 40 năm. Lúc đầu chí trọng tiếp theo, đánh dấu lần đầu tiên có một công cụ tính toá Được khích lệ bởi thành côn cấu trúc của máy phân tích ở trên. Charles Babbage đã theo đuổi dự án nh phủ Anh tài trợ cho dự án, nhưng sau đó họ cắt tài trợ vì chi phí quá cao mà triển vọng áp dụng vào thực tế trong thời gian gần là không có. Thế là Charles Babbage bỏ tiền túi ra để tiếp tục nghiên cứu, nhưng đáng tiếc là ông đã không hoàn thiện được chiếc máy phân tích của mình. Vấn đề ông gặp phải là cần phải có hàng ngàn bánh răng mới có thể đạt đến mức độ chính xác mà công nghệ của thế kỷ 19 không đáp ứng được. Lúc này mới chỉ trong thời đại động cơ hơi nước. Một trong những mẫu thiết kế của Charles Babbage bao gồm tới 50.000 chi tiết, hoạt động trong một cỗ máy hoạt động bằng động cơ hơi nước, có kích thước bằng cả một đầu máy xe lửa. Tuy nhiên, ý tưởng của Charles Babbage đã đi trước thời đại và đặt nền móng cho những nhà phát minh thiết kế máy tính sau này. Cột mốc quan n được đem vào áp dụng trong thực tiễn đưa lại những hiệu quả to lớn, đó là chiếc máy sắp xếp (Tabulating Machine), do một nhà phát minh người Mỹ là ông Herman Hollerith chế tạo vào năm 1890. Chiếc máy được sử dụng để sắp xếp những thông tin về thống kê cho việc điều tra dân số ở Hoa Kỳ, và nó nhanh chóng chứng minh sự hiệu quả của mình. Những cuộc điều tra dân số trước đó mất gần 7 năm rưỡi để thống kê bằng tay, nhưng khi sử dụng máy sắp xếp, cuộc thống kê cơ bản năm 1890 chỉ mất 6 tuần, và chỉ mất hai năm rưỡi để phân tích tỉ mỉ tất cả dữ liệu đó. g, năm 1896, Herman Hollerith thành lập Công ty máy tính thống kê (Tabulating Machine Company) sản xuất hàng loạt những chiếc máy tương tự cung cấp cho các hệ thống thông tin kinh tế. Năm 1924, công ty đổi tên là Công ty kinh doanh máy tính quốc tế (International Business Machines Coporation), viết tắt là IBM: một nhãn hiệu máy tính nổi tiếng ngày nay. Herman Hollerith Hình 8: Máy sắp xếp (1890) Trang 8 TÀI LIỆU THAM KHẢO: TỔNG QUAN VỀ TIN HỌC Trên đây, chúng ta vừa tìm hiểu về các công cụ tính toán cơ học. Mặc dù đạt được một số thành công nhất định, nhưng các công cụ tính toán cơ học gặp phải rất nhiều hạn chế do cố gắng bắt chước cách tính toán thường ngày của con người. Tuy nhiên, các nỗ lực chế tạo ra các công cụ tính toán trong giai đoạn này đã tạo ra những nền tảng lý thuyết và kỹ thuật làm tiền đề cho sự ra đời của Tin học hiện đại sau này. Với bàn tính tay, việc sử dụng bàn tính tay đã khiến cho con người nghĩ đến những quy tắc, luật tính toán và tìm cách ghi nhớ chúng dưới dạng các bài thơ, bài vè. Tiếp theo là máy tính cơ Pascaline, đánh dấu việc sử dụng các kết cấu máy móc cơ học để áp dụng vào tính toán, nhằm nâng cao mức độ chính xác, tốc độ tính toán và sự tự động. Rồi đến máy phân tích, người ta bắt đầu suy nghĩ đến việc tạo ra các chương trình hoạt động lập sẵn cho máy tính mà ngày nay ta gọi là phần mềm, cũng như hoàn thiện mô hình cấu trúc máy tính gồm 4 phần cơ bản. Rồi đến máy sắp xếp, con người bắt đầu có ý thức tận dụng khả năng tính toán của máy tính, ứng dụng vào các công việc thực tế để đạt được hiệu quả cao hơn. Với những nền tảng lý thuyết và kỹ thuật đó, khi kỷ nguyên điện tử ra đời, các nhà phát minh, nghiên cứu chuyển sang một hướng đi mới: chế tạo các công cụ tính toán hoạt động dựa trên các nguyên lý điện tử. Giai đoạn thứ hai - Công cụ tính toán điện tử và các kỹ thuật liên quan: Đây là giai đoạn Tin học hiện đại ra đời và phát triển trên nền tảng của các nguyên lý điện tử và lý thuyết nhị phân. Mọi việc xuất phát từ năm 1848, khi nhà toán học George Boole hoàn thiện lý thuyết Đại số nhị phân. Nội dung cơ bản của Đại số nhị phân là biểu diễn mọi thông tin chỉ bằng hai ý nghĩa ĐÚNG và SAI. Nghĩa là, với 2 giá trị cơ bản là ĐÚNG và SAI, đại số nhị phân có thể biểu diễn được tất cả mọi dạng thông tin. Nền tảng lý thuyết của Đại số nhị phân chính là cơ sở để chế tạo các máy tính điện tử hoạt động theo nguyên lý nhị phân, dựa trên hai trạng thái của dòng điện: - Ngắt mạch: biểu diễn ý nghĩa KHÔNG (0) - Đóng mạch: biểu diễn ý nghĩa CÓ (1) Và từ đây các nhà nghiên cứu bắt đầu bắt tay vào chế tạo máy tính làm từ những bóng đèn điện tử. Chiếc máy tính điện tử đầu tiên, đó là chiếc máy tính Colossus do nhà toán học người Anh là Alan Turing chế tạo năm 1943. Chiếc máy Colossus được Trang 9 . Học 2010 TÀI LIỆU THAM KHẢO: TỔNG QUAN VỀ TIN HỌC Chương 1. Tin Học đã ra đời và phát triển như thế nào?  Khái niệm về Tin Học Tin học là một ngành khoa học mới mẻ, lịch sử phát triển thực. THAM KHẢO: TỔNG QUAN VỀ TIN HỌC MỤC LỤC Chương 1. Tin Học đã ra đời và phát triển như thế nào?  Khái niệm về Tin Học 1  Quá trình lịch sử phát triển 5 Chương 2. Vai trò của Tin Học  Vai. “Ngành khoa học về xử lý thông tin tự động bằng máy tính điện tử”. Tin học là một ngành khoa học, cũng tương đương như các khoa học khác, như Toán học, Vật lý học, Hóa học hay Sinh học. Nó nghiên