Nhập môn điện toán (chương i)

Giới thiệu môn học : Giảng viên : Đối tượng : Nhập môn điện toán Phạm Tường Hải, Nguyễn Xuân Minh, Phạm Hoàng Anh, Lê Ngọc Minh, Sinh viên năm thứ Đại học Bách khoa tpHCM Chương trình : C1 Khái niệm C2 Phần cứng máy tính C3 Hệ điều hành mạng máy tính C4 Cơ sở liệu C5 Ngôn ngữ lập trình C6 Phần mềm ứng dụng C7 Vấn đề ứng dụng xã hội Tài liệu tham khảo : [1] Computing, 3rd ed., Geoffrey Knott & Nick Waites, 2000 [2] Slide giảng Chương Khái niệm Vài dòng lịch sử o Máy tính xuất từ lâu theo nhu cầu buôn bán trao đổi tiền tệ o Bàn tính tay abacus dạng sơ khai máy tính đơn vị đơn vị Chương Nhập môn Công nghệ thông Tờ Các hệ máy tính số Blaise Pascal (Pháp-1642) Charles Babbage (Anh-1830) ENIAC (1946) 18.000 bóng đèn 1500 rờ le 30 140 KW Intel 8080 (1974) xem CPU tích hợp chip IBM 360 (1965) Von Neumann (1945) Cơ Đèn điện tử PDP-1 (1961) 80x86 (1978) Transistors IC (1642 - 1945) Herman Hollerith lập IBM (International Business Machine) Mỹ - 1890 Chương (1945 - 1955) Bộ nhớ dây trễ, tĩnh điện Giấy, phiếu đục lổ Băng từ ? (1955 - 1965) (1965 - 1980) (1980 - ????) Bộ nhớ xuyến từ Băng từ, trống từ, đĩa từ Nhập môn Công nghệ thông Tờ Hệ thống số đếm o Trước có máy tính, người dùng hệ số đếm thập phân (10) Thập phân (decimal) Ký số 01234 56789 Quy tắc đếm 0→ 1→ 2→ → 9→ 10 → 11 → 12 → → 19 → 20 → 21 → 22 → → 29 → → 90 → 91 → 92 → → 99 → 100 → 101 → → 109 → → 990 → 991 → → 999 → 1000 → 1001 → 1002 → → 1009 → → Chương Nhập môn Công nghệ thông Tờ Hệ thống số đếm (tt.1) o Sau máy tính số đời, hệ số hình thành Hệ nhị phân (Binary) Ký số 01 Quy tắc đếm 0→ 1→ 10 → 11 → 100 → 101 → 110 → 111 → 1000 → 1001 → → 1110 → 1111 → 10000 → 10001 → → Chương Nhập môn Công nghệ thông Tờ Hệ thống số đếm (tt.2) o Số hệ nhị phân dài, khó nhớ dùng cho máy o Con người dùng số hệ bát phân (8) thập lục phân (16) thay cho hệ nhị phân Hệ bát phân (Octal) Ký số Quy tắc đếm 0123 4567 0→ 1→ 2→ → 7→ 10 → 11 → 12 → → 17 → 20 → 21 → 22 → → 77 → 100 → 101 → 102 → → 107 → → 777 → 1000 → 1001 → 1002 → → 1007 → → Chương Nhập môn Công nghệ thông Tờ Hệ thống số đếm (tt.3) o Một ký số hệ ký số hệ o Một ký số hệ 16 ký số hệ Hệ thập lục phân (hexadecimal) Ký số Quy tắc đếm 01234567 89ABCDEF 0→ 1→ 2→ → 9→ A→ B→ → F→ 10 → 11 → 12 → → 19 → 1A → → 1F → 20 → → 9F → A0 → A1 → A2 → → AF → → F0 → F1 → F2 → → FF → 100 → 101 → 102 → → 10F → → FFF → 1000 → 1001 → 1002 → → 100F → → Chương Nhập môn Công nghệ thông Tờ Công thức tính trị số o Nếu B số, vi ký số hàng i (0 hàng đơn vị, hàng "chục", hàng "trăm", ) giá trị Q số tính hệ 10 theo công thức sau : vnvn-1 v0.v-1 v-m Chấm B phân Q = × Bn + vn-1 × Bn-1 + + v0 × B0 + v-1 × B-1 + + v-m × B-m n hay ∑ vi ´ B i i = -m Chương Nhập môn Công nghệ thông Tờ Ví dụ số nguyên 1011 173 1×23 + 0×22 + 1×21 + 1×20 = 8+0+2+1 = 11 10 1×82 + 7×81 + 3×80 = 64+56+3 = 12310 A4B5 16 A×163 + 4×162 + B×161 + 5×160 10×4096 + 4×256 + 11×16 + 5×1 = 40960+1024+176+5 = 42165 Chương Nhập môn Công nghệ thông Tờ 10 Phép And Ký hiệu dấu chấm phép nhân Bảng thật x y x.y 0 0 1 0 1 Chương Nhập môn Công nghệ thông Nhận xét y.0=0 y.1=y Tờ 36 Phép Or Ký hiệu dấu cộng phép cộng Bảng thật x y x+y 0 0 1 1 1 Chương Nhập môn Công nghệ thông Nhận xét y+0=y y+1=1 Tờ 37 Ví dụ phép luận lý Tính hàm f(x,y) = x y + x y x y x y x.y x.y f(x,y) 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 Chương Nhập môn Công nghệ thông Tờ 38 Phép Xor (Ex-Or) Ký hiệu dấu cộng vòng tròn phép modulo Bảng thật x y x⊕ y 0 0 1 1 1 Chương Nhập môn Công nghệ thông Nhận xét y⊕0=y y⊕1=y Tờ 39 Bảng tóm tắt Bảng thật NOT AND OR XOR x y not y x and y x or y x xor y 0 0 0 0 1 1 1 1 1 y and = y and = y Chương y or = y y or = Nhập môn Công nghệ thông y xor = y y xor = not y Tờ 40 Cổng luận lý NOT BUFFER AND NAND OR NOR XOR EX-NOR Chương Nhập môn Công nghệ thông Tờ 41 Chức đóng mở mức luận lý = 5V mức luận lý = 0V VCC R1 mức S1 mức y and = y Cổng AND = mở y and = 0 = đóng Chương Nhập môn Công nghệ thông Tờ 42 Chức đóng mở (tt.) mức luận lý = 5V mức luận lý = 0V VCC R1 y or = mức S1 mức 0 Cổng OR = đóng y or = y = mở Chương Nhập môn Công nghệ thông Tờ 43 Ứng dụng đơn giản cổng luận lý o Mạch cộng bán phần thực phép cộng hai bit, cho kết bit tổng S bit nhớ C o Mạch cộng toàn phần tương tự mạch cộng bán phần đầu vào có cộng thêm bit nhớ C0 o Mạch cộng toàn phần thiết kế dựa vào mạch cộng bán phần Chương Nhập môn Công nghệ thông Tờ 44 Mạch cộng bán phần x y S Mạch cộng C XOR x S y x y S C 0 0 1 1 1 Chương Nhập môn Công nghệ thông C AND Tờ 45 Mạch cộng toàn phần C0 x y Mạch cộng toàn phần S = x + y + C0 S C Cần cộng bán phần S = (x + y) + C0 Tính: S1 = x + y Tính: S2 = S1 + C0 Chương Cần cộng bán phần Nhập môn Công nghệ thông Tờ 46 Mạch cộng toàn phần (tt.) C0 x y Bán phần S1 Bán phần S C2 Cổng gì? C1 Nhớ (C = 1) trường hợp ? Chương Nhập môn Công nghệ thông C Tờ 47 Mạch cộng toàn phần (tt.) C0 x y S C C0 S1 C1 C2 C 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 C = C1 = C2 = Chương Nhập môn Công nghệ thông Tờ 48 Mạch cộng toàn phần (tt.) C0 x y Chương Mạch cộng bán phần S1 Mạch cộng bán phần S C2 C1 C Nhập môn Công nghệ thông Tờ 49 Mạch cộng nhiều bit x0 x1 x2 x3 y0 y1 y2 y3 Chương Cộng S0 + x3x2x1x0 y3y2y1y0 S4 S3S2S1S0 Cộng Cộng Cộng Nhập môn Công nghệ thông S1 S2 S3 C Tờ 50 [...]... 1 Nhập môn Công nghệ thông Tờ 32 4, Luận lý máy tính o Luận lý máy tính dựa trên nền tảng một nhánh của luận lý toán học được gọi là đại số Boole (George Boole) o Biến luận lý (boolean variable) có hai giá trị, thường được biểu diễn bằng 1 và 0 (bit) o Về mặt hiện thực, biến luận lý thể hiện trạng thái điện áp trên giây dẫn tín hiệu (1 = 5V; 0 = 0V) Chương 1 Nhập môn Công nghệ thông Tờ 33 Các phép toán. .. vào Ánh sáng Độ ẩm Số Âm thanh Hình ảnh Điện áp Nhiệt độ Thông tin Áp suất Chữ Mã hóa Dòng điện Tổ hợp bit Xử lý Chương 1 Nhập môn Công nghệ thông Tờ 20 Ví dụ : mã hóa chữ cái Chọn tổ hợp n bit sao cho ABCDE 5 FGHIJ 10 Z 26 2n vừa lớn hơn 26 KLMNO 15 n = 5 và 25 = 32 PQRST 20 UVWXY 25 A = 00000 B = 00001 C = 00010 D = 00011 Y = 11000 Chương 1 Z = 11001 Nhập môn Công nghệ thông Các tổ hợp 11010,11011... Chương 1 Nhập môn Công nghệ thông Tờ 13 Phương pháp chuyển đổi số Xxx2Dec Số hệ 10 Định nghĩa Chia cơ số Dec2Xxx Kết quả Chia cơ số Phương pháp Chia lấy số dư Kết quả Chia cơ số Kết quả Chia cơ số kq = 0 : dừng Chương 1 Số hệ Xxx Số dư Số dư Nhập môn Công nghệ thông Số dư Tờ 14 Số dư Ví dụ Dec2Bin Số hệ 10 35 2 17 2 8 2 4 2 2 2 1 2 =0 Số hệ 2 Số hệ 10 : Chương 1 35 = 1 0 0 0 1 1 32 0 0 0 2 1 Nhập môn. .. Ex-Nor (Not Xor) And Nor (Not Or) Nand Xor (Ex-Or) (Not And) Chương 1 Nhập môn Công nghệ thông Tờ 34 Phép Not Ký hiệu dấu gạch ngang trên đầu Bảng sự thật x x 0 1 1 0 x = 1011 ⇒ x = 0100 ⇒ x = 1011 = x Chương 1 Nhập môn Công nghệ thông Tờ 35 Phép And Ký hiệu dấu chấm như phép nhân Bảng sự thật x y x.y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Chương 1 Nhập môn Công nghệ thông Nhận xét y.0=0 y.1=y Tờ 36 ... ÷ +32767 Chương 1 Nhập môn Công nghệ thông Tờ 22 Số BCD (Binary Coded Decimal) Số BCD được dùng để tính toán trên số thập phân trong hệ nhị phân Phân loại BCD Số BCD là số viết theo hệ 16 nhưng giá trị tính theo hệ 10 Số 12BCD được viết trong hệ 2 là 0001 0010 nhưng có giá trị là 12 thay vì 18 (1216 = 1810) dồn 1 byte chứa 2 số BCD 13 không dồn 1 byte chứa 1 số BCD 08 Chương 1 Nhập môn Công nghệ thông... ở hàng đơn vị Chương 1 Nhập môn Công nghệ thông Tờ 24 Số thực - số chấm động Số chấm động (floating point) dùng để tính toán trên số thực ± m × B ±e m (mantissa) quyết định độ chính xác B (base) e (exponent) quyết định độ lớn/nhỏ Một giá trị có thể biểu diễn dưới nhiều dạng 0.9135512 × 103 9.135512 × 102 913.551 2 91.35512 × 101 9135.512 × 10-1 91355.12 × 10-2 Chương 1 Nhập môn Công nghệ thông Khó... biểu diễn được 2n giá trị Chương 1 Nhập môn Công nghệ thông Tờ 18 3 Biểu diễn dữ liệu o Máy tính làm việc trên số nhị phân o Con người không thể làm việc với số nhị phân vì dài, khó nhớ o Dữ liệu cần biểu diễn, xử lý, lưu trữ bằng máy tính gồm có đại lượng số và phi số o Dữ liệu đưa vào máy tính phải được mã hóa thành số nhị phân (code) rồi mới xử lý Chương 1 Nhập môn Công nghệ thông Tờ 19 Mã hóa thông... bit S E M 1 8 23 dài 64 bit S E M 1 11 52 Chương 1 Mũ thừa 127 Cơ số 2 1 ≤ (1.M) < 2 Nhập môn Công nghệ thông Tờ 26 Ví dụ số chấm động S=1 Số N = -1.5 E = 127 (-1)12127-127(1.1) M = 1.1 N = 10111111110000000000000000000000 Giới hạn (-1)02-126(1.0) ÷ 2+127(2-2-23) nghĩa là 1.18 × 10-38 ÷ 3.40 × 10+38 Chương 1 Nhập môn Công nghệ thông Tờ 27 Biểu diễn chữ A Chữ cái Chữ số Thông tin mã hóa đường truyền... tộc 16 bit = 65536 ký tự lưu trữ 2 byte/ký tự Chương 1 (Tiếng Việt trên máy tính chưa thống nhất) Nhập môn Công nghệ thông Tờ 30 Mã Gray - biểu diễn góc quay 90º (011) Ánh sáng xuyên qua 45º (001) 135º (010) Ánh sáng bị cản lại 0º (000) 180º (110) Chiều quay 315º (100) 225º (111) 270º (101) Chương 1 Nhập môn Công nghệ thông Tùy theo góc quay mà dữ liệu đọc được sẽ khác nhau Trị Gray Binary 0 000 000... 10.4 8 1×81 + 0×80 + 4×8-1 1×8 + 0×1 + 4×0.125 = 8.510 Chương 1 Nhập môn Công nghệ thông Tờ 11 Học thuộc lòng Số hệ 10 Số hệ 16 Số hệ 2 0 0 0000 1 1 0001 2 2 0010 3 3 0011 4 4 0100 5 5 0101 6 6 0110 7 7 0111 8 8 1000 9 9 1001 10 A 1010 11 B 1011 (8+0+2+1) 12 C 13 D 1100 1101 (8+4+0+1) 14 E 1110 15 F 1111 Chương 1 Mã 8421 (0+4+2+0) Nhập môn Công nghệ thông Tờ 12 Chuyển đổi hệ số 10 Dec2Bin Dec2Oct Bin2Dec ... lý Chương Nhập môn Công nghệ thông Tờ 19 Mã hóa thông tin đầu vào Ánh sáng Độ ẩm Số Âm Hình ảnh Điện áp Nhiệt độ Thông tin Áp suất Chữ Mã hóa Dòng điện Tổ hợp bit Xử lý Chương Nhập môn Công nghệ... (1 = 5V; = 0V) Chương Nhập môn Công nghệ thông Tờ 33 Các phép toán đại số Boole Not Phép luận lý Or Ex-Nor (Not Xor) And Nor (Not Or) Nand Xor (Ex-Or) (Not And) Chương Nhập môn Công nghệ thông... x 16 Nhập môn Công nghệ thông Tờ 16 Đổi hệ hệ 8, 16 Ghép nhóm + bảng thuộc lòng Bin2Oct Số hệ Mã 8421 Số hệ 1 0 1 bit bit bit (010) (100) (011) Bin2Hex Số hệ Mã 8421 Số hệ 16 Chương Nhập môn Công