Bài giảng Tin học đại cương Bài 1 - ĐH Bách khoa Hà Nội

1   TIN HỌC ĐẠI CƯƠNG Phần 1. Tin học căn bản Bài 1: Thông tin và biểu diễn thông tin Nội dung 1.1.  1.2 1.3 2 Copyright by SOICT Nội dung 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 1.3 3 Copyright by SOICT Nội dung 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 1.3 4 Copyright by SOICT 2 a. Thông tin (Information) 5  g    sang khác Thông tin    Copyright by SOICT b. Dữ liệu (Data) 6   Tín    là   lý. Copyright by SOICT c. Xử lý dữ liệu (Data processing) •  n i   u  thu  c thông tin n t,  u ch c cho con  i • nh   u NHẬP (INPUT) XỬ LÝ (PROCESSING) XUẤT (OUTPUT) LƯU TRỮ (STORAGE) Copyright by SOICT 7 • Khi   u ít, có  làm  công • Khi   u  lên, các công       ???    máy tính      cho      và  lý  u. 8 c. Xử lý dữ liệu (2) Copyright by SOICT 8 3 Nội dung 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 1.3 9 Copyright by SOICT 1.1.2. Máy tính điện tử • y nh n   (Computer)    10 •    Copyright by SOICT 10 Máy tính điện tử có mặt ở khắp nơi 11 Copyright by SOICT Phân loại MTĐT • T – Máy tính Siêu y nh (Super Computer) –  – Máy vi tính ( Micro Computer) 12 Copyright by SOICT 4 i. Máy tính lớn/Siêu máy tính   c p, c  t nhanh  /n nghiên  u  G,  c p   ().  u  i ng  ng  i (100  500) 13 Copyright by SOICT S u p e r C o m p u t e r Copyright by SOICT 14 ii. Máy tính tầm trung (Mini computer) •  •  – 10  100) – ) 15 Copyright by SOICT iii. Máy vi tính (Micro computer) •  •  •   – y nh  nhân  Personal Computer (PC) –  Embedded Computer – c t n  i di ng,  y nh i – 16 Copyright by SOICT 5 Máy tính cá nhân (Personal Computer – PC) •  Desktop Computer • Máy tính di ng  Portable Computer – y nh  ch tay (Laptop Computer) – - Personal Digital Assistant) • y nh ng  Tablet Computer Máy tính để bàn Laptop Máy tính bảng PDA Copyright by SOICT 17 Máy tính nhúng (Embedded computer)  y nh chuyên ng (special-purpose computer)     Giúp con   18 Copyright by SOICT Lịch sử phát triển của máy tính •    19 Vacuum tubes Transistor Intergrated Circuit Copyright by SOICT i. Thế hệ đầu (1950 – 1958) • 1930’s: Bóng đèn chân không được sử dụng làm các bảng mạch tín hiệu điều khiển (electric circuits or switches) • Điều khiển bằng tay, kích thước rất lớn 20  (vacumm tube) Copyright by SOICT 6 ENIAC • Máy nh n  đầu tiên (1946) với công nghệ bóng chân không: – Decimal (not binary) – 18,000 vacuum tubes, 30 tons, 15,000 square feet – 140 kW power consumption – 5,000 additions per second 21 ENIAC - Electronic Numerical Integrator and Calculator Copyright by SOICT UNIVAC I (1947), UNIVAC II (1950s) • Là máy tính thương mại đầu tiên • Thực hiện 30000 phép toán / 1 giây 22 UNIVAC I - UNIVersal Automatic Computer Copyright by SOICT ii. Thế hệ thứ hai (1958 – 1964) • 1947: Bóng bán dẫn (Transistors) được phát minh tại Bell Laboratories • Vật liệu Silicon (từ cát) • Bóng bán dẫn được sử dụng thay bóng đèn chân không • Nhỏ hơn, rẻ hơn 23  (diodes, transistors) Copyright by SOICT Máy tính sử dụng transistor 24 • Máy tính đầu tiên sử dụng hoàn toàn bóng bán dẫn: • 8000 transistors • Nhanh hơn • Nhỏ hơn • Rẻ hơn. TRADIC - TRAnsistorized Airborne DIgital Computer Máy tính thế hệ thứ 2 Copyright by SOICT 7 Máy tính sử dụng transistor 25 IBM 7030 (Mỹ, 1961) MINSK (Liên Xô, 1961) Copyright by SOICT iii. Thế hệ thứ ba (1965 – 1974) 26 • 1959 – thiết kế ra vi mạch đầu tiên dựa trên công nghệ silicon (silicon chip or microchip) • Trên 1 vi mạch tích hợp hàng triệu transitor  (IC  integrated circuit) Copyright by SOICT Vi mạch – Integrated Circuit 27 • Nhỏ hơn, • Rẻ hơn, • Hiệu quả hơn Copyright by SOICT IBM 360 System 28 • Máy mainframe của IBM (1964) •Thiết kế trên công nghệ mạch tích hợp (IC) •Tốc độ tính toán cao (cỡ MIPS) Copyright by SOICT 8 iv. Thế hệ thứ tư (1974 – nay) 29 • Microprocessor = Central Processing Unit (CPU) thiết kế trong 1 vi mạch đơn • 1971 : Intel 4004  Copyright by SOICT Vi xử lý (Microprocessor) 30 Copyright by SOICT 1975 – Altair 8800 31 Máy tính cá nhân đầu tiên – Altair 8800 Copyright by SOICT 1981 – IBM PC 32 Thế hệ máy tính cá nhân mới với kiến trúc mở IBM Copyright by SOICT 9 1984 – Apple Macintosh 33 Copyright by SOICT 1990 - … Personal Computers 34 • Tốc độ vi xử lý tăng nhanh: • CPU 1 lõi, • CPU đa lõi  Kiến trúc ít thay đổi Copyright by SOICT Thế hệ thứ tư (tiếp) L a p t o p y nh  n Pocket Copyright by SOICT 35 Pentium Thế hệ thứ tư (tiếp) 36 Copyright by SOICT 10 More Pentium Pro III IV 37 Copyright by SOICT Itanium 64-bit Intel Microprocessors 38 Thế hệ thứ tư (tiếp) 38 Copyright by SOICT Thế hệ thứ tư (tiếp) N e t w o r k Copyright by SOICT 39 v. Thế hệ 5 (1990 - nay) • Artificial Intelligence (AI) •   lý song song. •    •     Copyright by SOICT 40 [...]... l{ [ -1 2 8, 12 7] 0000 0000 = 0 0000 00 01 = +1 0000 0 010 = +2 011 111 11 = +12 7 10 000000 = -1 2 8 10 0000 01 = -1 2 7 11 11 111 0 = -2 11 11 111 1 = -1 c Tính toán số học với số nguyên • Phép cộng/trừ số nguyên (không dấu/có dấu) • Ph}n nh}n, phép chia số nguyên • Trục số học m|y tính Copyright by SOICT 97 Copyright by SOICT Tính toán trong hệ nhị phân c Tính toán số học với số nguyên (2) • Phép cộng: 1+ 0=0 +1= 1;... 011 0 0000 0000 0000 0000 X|c định gi| trị thập ph}n của số thực đó • Giải: – S = 1  X l{ số }m – e = 10 00 0 010 = 13 0 – m = 10 1 011 00 00 – Vậy X = ( -1 ) 1 x 1. 1 010 110 0 00 x 213 0 -1 2 7 = -1 . 1 010 11 x 23 = -1 1 01. 011 = -1 3 .375 • X|c định gi| trị thập ph}n của số thực X có dạng biểu diễn theo chuẩn IEEE 754 dạng 32 bit như sau: 0 011 11 11 1000 0000 0000 0000 0000 0000 • Giải: – S = 0  X l{ số dương – e = 011 1... có dấu 8 bit sau đ}y: A = 010 1 011 0 B = 11 01 0 010 Giải: A = 26 + 24 + 22 + 21 = 64 + 16 + 4 + 2 = +86 B = -2 7 + 26 + 24 + 21 = = -1 2 8 + 64 + 16 + 2 = -4 6 n2 a i 0 94 Ví dụ • Dạng tổng qu|t của số nguyên có dấu A: A = an-1an-2 a2a1a0 • Gi| trị của A được x|c định như sau: A   an 1 2n 1  Copyright by SOICT i 2i • Dải biểu diễn: [-2 n -1 , 2n -1 - 1] 10 000…000 ……… 011 11 11 1 • Nhận xét: Với số dương,... 12 .6875 (10 ) = 11 00 .10 11 (2) • 69.25 (10 ) = ?(2) Copyright by SOICT 71 Copyright by SOICT 72 18 Cách 2: Tính nhẩm Một số ví dụ • Phân tích số đó thành tổng các lũy thừa của 2, sau đó dựa vào các số mũ để xác định dạng biểu diễn nhị phân  Nhanh hơn • Ví dụ: 69.25 (10 ) = 64 + 4 + 1+ ¼ = 26 + 22 + 20 + 2-2 = 10 0 010 1. 01( 2) • Nhị ph}n  Hexa: 11 10 11 111 0 011 0(2) = ? – 11 10 11 111 0 011 0(2) = 3BE6 (16 ) • Hexa... bù 2 – Xét n = 4 bit, A = 011 0 – Số bù một của A = (24 - 1) - 011 0 = 10 01 – Số bù hai của A = 24 - 011 0 = 10 10 • Ví dụ: Biểu diễn số nguyên có dấu sau đ}y (bằng 8 bit): A = - 70 (10 ) Biểu diễn 70 = 010 0 011 0 Bù 1: 10 11 10 01 (nghịch đảo c|c bit) + 1 Bù 2: 10 11 1 010 Vậy: A = 10 11 1 010 (2) Có thể tìm số bù một của A bằng c|ch đảo ngược tất cả c|c bit Số bù hai = Số bù một + 1 A + Số bù hai của A = 0... SOICT -0 +0 overflow a b  • Dạng 32 bit: a = 2 -1 2 7 ≈ 10 -3 8 b = 2 +12 7 ≈ 10 +38 • Dạng 64 bit: a = 2 -1 0 23 ≈ 10 -3 08 b = 2 +10 23 ≈ 10 +308 • Dạng 80 bit: a = 2 -1 6 383 ≈ 10 -4 932 b = 2 +16 383 ≈ 10 +4932 1. 1 Thông tin v{ Tin học 1. 2 Biểu diễn số trong hệ đếm 1. 3 Biểu diễn dữ liệu trong m|y tính 1. 3 .1 Nguyên lý chung 1. 3.2 Biểu diễn số nguyên 1. 3.3 Biểu diễn số thực 1. 3.4 Biểu diễn ký tự X = ( -1 ) S x 1. m x 2e -1 2 7 12 3... 011 1 11 11= 12 7 – m = 000000 00 – Vậy X = ( -1 ) 0 x 1. 0000 00 x 212 7 -1 2 7 = 1. 0 x 20 = 1 Copyright by SOICT 11 9 Copyright by SOICT 12 0 30 Ví dụ 3 Các quy ước đặc biệt • Biểu diễn số thực X = 9.6875 về dạng số dấu chấm động theo chuẩn IEEE 754 dạng 32 bit • Giải: X = 9.6875 (10 ) = 10 01. 1 011 (2) = 1. 0 011 011 x 23 Ta có: – S = 0 vì đ}y l{ số dương – E = e – 12 7 nên e = 12 7 + 3 = 13 0 (10 ) = 10 00 0 010 (2) – m = 0 011 011 00... Hexa  Nhị ph}n: AB7 (16 ) = ? – AB7 (16 ) = 10 10 10 11 011 1(2) • Hexa  Thập ph}n: 3A8C  ? 3A8C (16 ) = 3 x 16 3 + 10 x 16 2 + 8 x 16 1 +12 x 16 0 = 12 288 + 2560 + 12 8 + 12 = 14 988 (10 ) Copyright by SOICT 73 Một số ví dụ (tiếp) • 74 Bài tập Thập ph}n  Hexa: 14 988  ? 14 988 : 16 = 936 dư 12 tức l{ C 936 : 16 = 58 dư 8 58 : 16 = 3 dư 10 tức l{ A 3 : 16 = 0 dư 3 Như vậy, ta có: 14 988 (10 ) = 3A8C (16 ) Copyright by SOICT... X + (-Y) – Cộng lần lượt c|c cặp bit từ phải qua tr|i, bỏ qua bit nhớ (nếu có) – Ví dụ: Copyright by SOICT – C|c bước thực hiện như trong hệ 10 – VD: Phép nhân 10 11 (11 cơ số 10 ) x 11 01 10 11 0000 10 11 1 011 -1 0 0 011 11 105 (13 cơ số 10 ) Nhận xét (14 3 cơ số 10 ) Copyright by SOICT c Tính toán số học với số nguyên (5) c Tính toán số học với số nguyên (6) • Phép chia số nguyên không dấu 10 6 •... dụ 1: Số 11 1 01. 11( 2) sẽ tương đương với gi| trị thập ph}n l{ : • Ví dụ 2: Số nhị phân 11 010 01. 1 011 có giá trị: 11 010 01. 1 011 (2) = 26 + 25 + 23 + 20 + 2 -1 + 2-3 + 2-4 = 64 + 32 + 8 + 1 + 0.5 + 0 .12 5 + 0.0625 = 10 5.6875 (10 ) Copyright by SOICT 59 Copyright by SOICT 60 15 d Hệ đếm bát phân (2) d Hệ đếm bát phân (3) • Ví dụ: 235 64 (8) có gi| trị như sau: 235 64 (8) = 2x82 + 3x 81 + 5x80 + 6x8 -1 + 4x 8-2 . 2 0 + 2 -2 = 10 0 010 1. 01 (2) 73 Copyright by SOICT 74 Một số ví dụ •  Hexa: 11 10 11 111 0 011 0 (2) = ? – 11 10 11 111 0 011 0 (2) = 3BE6 (16 ) • Hexa   AB7 (16 ) =. AB7 (16 ) = ? – AB7 (16 ) = 10 10 10 11 011 1 (2) • Hexa   3A8C  ? 3A8C (16 ) = 3 x 16 3 + 10 x 16 2 + 8 x 16 1 +12 x 16 0 = 12 288 + 2560 + 12 8 + 12 = 14 988 (10 ) Copyright. • Ví  1:  11 1 01. 11 (2)   c. Hệ đếm nhị phân (4) Copyright by SOICT 60 • Ví 2:  phân 11 010 01. 1 011 có giá : 11 010 01. 1 011 (2)