Tài liệu tin học đại cương

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN Khái niệm công nghệ thông tin Công nghệ thông tin ngành khoa học công nghệ nghiên cứu phương pháp xử lý thông tin cách tự động dựa phương tiện kỹ thuật mà chủ yếu máy tính điện tử Các lĩnh vực nghiên cứu cơng nghệ thơng tin: Khía cạnh khoa học: nghiên cứu phương pháp xử lý thơng tin tự động Khía cạnh kỹ thuật: nhằm vào kỹ thuật phát triển song song - là: Kỹ thuật phần cứng (hardware engineering): nghiên cứu chế tạo thiết bị, linh kiện điện tử, công nghệ vật liệu hỗ trợ cho máy tính mạng máy tính đẩy mạnh khả xử lý tốn học truyền thông thông tin Kỹ thuật phần mềm (software engineering): nghiên cứu phát triển hệ điều hành, ngơn ngữ lập trình cho tốn khoa học kỹ thuật, mô phỏng, điều khiển tự động, tổ chức liệu quản lý hệ thống thông tin Ứng dụng công nghệ thông tin Công nghệ thông tin ứng dụng rộng rãi tất ngành nghề khác xã hội từ khoa học kỹ thuật, y học, kinh tế, công nghệ sản xuất đến khoa học xã hội, nghệ thuật, như: Tự động hóa văn phòng Quản trị kinh doanh Thống kê An ninh, quốc phòng Cơng nghệ thiết kế, Cơng nghệ in Giáo dục đào tạo Y học Nông nghiệp Nghệ thuật, giải trí, v.v Lịch sử đời phát triển hệ thống máy tính Do nhu cầu cần tăng độ xác giảm thời gian tính tốn, người 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 tốn học Ðức Gottfried Wilhelmvon Leibniz (1646 - 1716), máy sai phân để tính đa thức tốn học, máy phân giải điều khiển phiếu đục lỗ Charles Babbage (1792 1871) Tuy nhiên, máy tính điện tử thực hình thành bắt đầu vào thập niên 1950 đến trải qua hệ phân loại theo tiến công nghệ điện tử vi điện tử cải tiến ngun lý, tính loại hình Thế hệ (1950 - 1958): Máy tính sử dụng bóng đèn điện tử chân khơng, mạch riêng rẽ, vào số liệu 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 giây Loại máy tính điển hình hệ EDVAC (Mỹ) hay BESM (Liên xô cũ), Thế hệ (1958 - 1964): Máy tính dùng xử lý đèn bán dẫn, mạch in Máy có chương trình dịch Cobol, Fortran hệ điều hành đơn giản Kích thước máy lớn, tốc độ tính khoảng 10.000 đến 100.000 phép/s Ðiển loại IBM-1070 (Mỹ) hay MINSK (Liên Xô cũ), Thế hệ (1965 - 1974): Máy tính gắn xử lý vi mạch điện tử cỡ nhỏ có tốc độ tính khoảng 100.000 đến triệu phép/s Máy có hệ điều hành đa chương trình, nhiều người dùng đồng thời theo kiểu chia thời gian Kết từ máy tính in trực tiếp máy in Ðiển loại IBM 360 (Mỹ) hay EC (Liên Xô cũ), Thế hệ (1974 đến nay): Máy tính bắt đầu có vi mạch đa xử lý có tốc độ tính hàng chục triệu đến hàng tỷ phép/giây 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 chuyên nghiệp thực đa chương trình, đa vi xử lý hình thành hệ thống mạng máy tính (Computer Networks), ứng dụng phong phú đa phương tiện Thế hệ (1990 - nay): Bắt đầu có nghiên cứu tạo máy tính mơ hoạt động não hành vi người, có trí khơn nhân tạo với khả tự suy diễn phát triển tình nhận hệ quản lý kiến thức sở để giải toán đa dạng Giới thiệu phận chức máy tính 1.3.1 Cấu trúc tổng quát máy tính điện tử Mỗi loại máy tính có hình dạng cấu trúc khác tùy theo mục đích sử dụng Tuy nhiên, máy tính muốn hoạt động phải hội tụ đủ yếu tố sau Phần cứng: bao gồm thiết bị vật lý mà người dùng quan sát Đó bảng mạch điện tử lắp ghép lại với cung cấp điện để hoạt động Phần cứng máy tính thường chia làm ba phần - là: Thiết bị nhập, thiết bị xử lý thiết bị xuất Phần mềm: bao gồm chương trình viết nhà lập trình nhằm mục đích điều khiển mạch điện tử thực phép tính tốn Phần mềm thường chia làm ba loại - là: Hệ điều hành, phần mềm ứng dụng phần mềm tiện ích 1.3.2 Phần cứng (Hardware) Phần cứng hiểu đơn giản tất phần hệ máy tính mà thấy sờ Phần cứng gồm thiết bị máy thực chứa sau: • Nhập kiện vào máy (input) • Xử lý kiện (processing) • Xuất kiện/ thông tin (output) Sơ đồ cấu trúc phần cứng: 1.3.2.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU - Central Processing Unit) CPU đơn vị xử lý trung tâm, hay gọi vi xử lý - phận đầu não máy tính, thực lệnh, tính tốn điều khiển phần cứng CPU vi mạch làm Silicon có kích cỡ khơng đầu ngón tay Được bọc lớp vỏ màu đen, CPU gắn vào bảng mạch thơng qua giao diện SOCKET SLOT1 Vi mạch tích hợp chứa đựng Transistor (các công tắc bán dẫn mini), điện trở chỉnh lưu dòng điện tụ điện lưu dòng điện Bộ CPU thực Intel 4004 sản xuất năm 1971 Hãng Intel thành lập năm 1968 hãng chuyên sản xuất chíp nhớ Sau vi xử lý 8088 họ chọn sử dụng cho máy IBM-PC doanh thu hãng tăng cao Năm 1993 hãng Intel đưa chip Pentium với triệu transistor đường truyền liệu 64 bit Giống với 80486, Pentium có nhớ đệm Cache dùng để chứa liệu liệu xử lý chíp đồng xử lý tốn học Thêm vào đó, Pentium chứa đường dẫn lệnh cho phép xử lý lệnh chương trình lúc với khoảng thời gian gần thời gian xử lý lệnh Một số chương trình - đặc biệt chương trình video đồ họa chạy máy Pentium nhanh gấp lần so với chạy 80486 Tốc độ xử lý CPU thường đo Megahertz (= triệu chu kỳ/giây) CPU có phận chính: khối điều khiển, khối tính tốn số học logic, số ghi Khối điều khiển (CU: Control Unit) trung tâm điều hành máy tính Nó có nhiệm vụ giải mã lệnh, tạo tín hiệu điều khiển cơng việc phận khác máy tính theo yêu cầu người sử dụng theo chương trình cài đặt Khối tính toán số học logic (ALU: Arithmetic-Logic Unit) bao gồm thiết bị thực phép tính số học (cộng, trừ, nhân, chia, ), phép tính logic (AND, OR, NOT, XOR) phép tính quan hệ (so sánh lớn hơn, nhỏ hơn, nhau, ) Các ghi (registers) gắn chặt vào CPU mạch điện tử làm nhiệm vụ nhớ trung gian Các ghi mang chức chuyên dụng giúp tăng tốc độ trao đổi thơng tin máy tính Đồng hồ (clock) hay gọi tạo xung nhịp Tần số đồng hồ cao tốc độ xử lý thơng tin nhanh Thường đồng hồ gắn tương xứng với cấu hình máy có tần số dao động (cho máy PC 386 DX trở lên) 33 MHz, 66 MHz, 100 MHz, 120 MHz, 133 MHz, cao Các thông số quan trọng CPU: Tốc độ: Tốc độ CPU tính tần số xung điện lõi CPU Tần số xung điện tính theo đơn vị MHz Đây tốc độ tính toán CPU dựa vào phép toán +/- Ví dụ: CPU có tốc độ 100 MHz 100.000.000 Phép tính/giây Dung lượng nhớ đệm (Cache Size): Quyết định tốc độ xử lý lệnh nhanh hay chậm Đây loại RAM tốc độ nhanh tích hợp sẵn CPU Dung lượng Cache thường có là: 32 KB, 64 KB, 128 KB, 256 KB, 512 KB Tốc độ BUS (Đường truyền liệu): Tính MHz Đây tốc độ tính tốn thích hợp để CPU Mainboard giao tiếp với Tốc độ BUS thường gọi CLOCK đồng thời BUS giao tiếp Mainboard CPU Các số CLOCK thường là: 50/ 60/ 66/ 75/ 83/ 100/ 133/ 150/ 200/ 253/ 400/ 800 Điện áp lõi CPU: Điện áp sử dụng cho linh kiện bên CPU Đây điện áp có độ ổn định cao để CPU hoạt động ổn định Hiện mức điện áp thường từ 1.27 2.9 v Tuỳ thuộc vào thời gian đời loại CPU, nhà sản xuất Mainboard thiết kế bảng mạch cho phép người dùng lựa chọn CPU có tốc độ thích hợp với nhu cầu cơng việc, thích hợp với khả tài Để xác định loại CPU mà Mainboard cho phép cắm, ta phải biết số thông số : đế khe cắm (SOCKET/SLOT1), tốc độ CPU, tần số BUS Mainboard (Clock), tần số BUS giao diện CPU, qui định thiết lập hệ số nhân xung (Radio, Jumper, Switch),… Thông thường, đặc tính Mainboard hướng dẫn kỹ sách hướng dẫn kèm theo loại Mainboard, ta nên cố gắng tham khảo thông tin Mainboard trước lắp đặt máy tính nâng cấp thiết bị CPU, RAM 1.3.2.2 Bo mạch chủ nhớ (Mainboard and Memory) Mainboard (MotherBoard, System Board) Bảng mạch (MainBoard) hay gọi bảng mạch mẹ (MotherBoard) chứa IC quan trọng hệ thống máy tính cá nhân bao gồm: CPU, RAM, ROM số IC mạch phụ trợ khác khe cắm cho vĩ mạch điều khiển ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, modem, âm thanh, video Trong thành phần Mainboard: Khe cắm RAM (RAM Slot) SIMMs RAM Slot: Khe cắm màu trắng có 30, 72 chân Loại RAM khơng thị trường Khả nâng cấp dung lượng nhớ tuỳ thuộc vào loại MAIN Thường tối đa (4 khe x 16 MB) DIMMs RAM Slot: Khe cắm màu đen có 168 chân Khả nâng cấp nhớ tuỳ thuộc vào loại Mainboard khác (số lượng khe cắm) dung lượng tối đa thường khoảng 1GB Các khe cắm mở rộng: ISA (Industrial Standard Architecture):Độ rộng đường truyền 16 bits, sử dụng cho loại thiết bị tốc độ chậm loại thẻ mạch (Card) hình, sound, modem 38k Hiện loại Mainboard theo tiêu chuẩn PC 99 loại khe cắm bị loại bỏ Rất loại Mainboard hỗ trợ cho loại khe cắm VESA Local Bus: Bị loại bỏ hồn tồn thiết kế cồng kềnh PCI (Peripheral Component Interconnect): Độ rộng đường truyền 32 bits Hiên thông dụng thị trường Sử dụng cho thiết bị tốc độ nhanh AGP (Accelerate Graphic Port): Độ rộng đường truyền 64 bits Sử dụng cho loại thẻ mạch hình hỗ trợ đồ hoạ chiều Chipset: Mỗi hãng sản xuất đưa loại Main với chipset riêng Chipsets định khả tích hợp, nâng cấp thiết bị CPU, RAM Thẻ mạch mở rộng Các khả mô tả chi tiết sách hướng dẫn nhà sản xuất kèm theo Mainboard Các loại Chipset thông dụng là: VIA, INTEL, SIS Chân kết nối nhớ ngoài: Chân kết nối ổ đĩa mềm: chân tích hợp thẻ mạch vào (I/O Card Đối với hệ thống cũ), tích hợp Main (Đối với hệ thống mới) 34 chân/bộ cho phép tích hợp ổ đĩa mềm đồng thời Chân kết nối ổ đĩa cứng: Tích hợp thẻ mạch vào ( I/O Card ) hệ thống máy cũ Trên hệ thống máy mới, kết nối gọi IDE/ EIDE 40 chân/ cho phép kết nối tối đa ổ đĩa cứng/ CD ROM Chân kết nối cổng vào ra: Cổng bàn phím: kết nối bàn phím DIN (AT), MiniDIN (ATX) Cổng truyền thông, (COM): gồm cổng COM chân sử dụng cho việc kết nối chuột Modem Cổng song song (LPT, PRN): dành cho kết nối máy in Cổng đa (USB): dành cho kết nối loại thiết bị hỗ trợ kiểu kết nối Cổng chuột PS2: Dành riêng cho chuột PS2 Chân kết nối nguồn: 12 chân dành cho chuẩn AT, 20 chân dành cho chuẩn ATX BIOS, CMOS RAM Pin CMOS Thường kèm theo main Là thiết bị lưu trữ lệnh khởi động điều khiển ngắt cứng hệ thống Khả nâng cấp tuỳ thuộc vào loại phần cứng (Thay chip BIOS) phần mềm (FLASH BIOS) Cầu nối (Jumper) Dành cho người sử dụng để nâng cấp hệ thống Xác định điện áp, tốc độ cho CPU, RAM, cấp nguồn cho CMOS RAM số cơng dụng khác Thường có hướng dẫn chi tiết kèm theo sách hướng dẫn Mainboard Tốc độ BUS (BUS Speed): Tần số xung điện Main định tính tương thích cho loại thiết bị, tốc độ truyền liệu Tốc độ xung Mainboard thường là: 50MHz, 60Mhz, 66MHz, 75MHz(Cyrix), 83MHz, 100MHz, 133MHz, 150MHz, 200MHz (AMD K7), 400MHz, 800MHz Một số loại Main thông dụng thị trường: INTEL: Sử dụng chipsets Intel GIGABYTE: Sử dụng chipset Intel VIA MSI: Sử dụng chipset Intel VIA TOMATO: Phần lớn sử dụng chipset VIA 1.3.2.3 Bộ nhớ (Memory) Bộ nhớ thiết bị lưu trữ thơng tin q trình máy tính xử lý Bộ nhớ bao gồm nhớ nhớ Bộ nhớ gồm ROM RAM ROM (Read Only Memory): nhớ đọc Thực chất Chip IC có khả nhớ liệu Có hai loại ROM chính: ROM EPROM Đối với ROM, chương trình nhà sản xuất ghi vào Chip khơng xố được; EPROM chương trình ghi vào dùng thiết bị đặc biệt để ghi xoá với chế độ điện áp truy nhập khác Về phía người dùng, chương trình ghi ROM đọc để dùng thường gọi nhớ đọc Xét góc độ khác, ROM linh kiện IC thuộc phần cứng lại ghi chương trình điều khiển nên lại coi phần mềm Và quan điểm đó, nhà tin học xếp ROM vào loại trung gian gọi phần sụn (hay phần nhão)! 10 Yêu cầu: Sinh viên viết lại chương trình trên, chạy thử rút kết luận cho thân 5.4.3.3 Cấu trúc lặp xác định for Một số lệnh lặp lặp lại với số lần xác định dùng cấu trúc lặp xác định Cú pháp for ([phần khởi tạo];[phần điều kiện];[bước lặp]) { statements; } Trong đó: - phần khởi tạo: tạo biến gán giá trị ban đầu - phần điều kiện: xác định điều kiện để thực thi vòng lặp - bước lặp: xác định giá trị tăng, giảm cho biến sau vòng lặp - statements: khối lệnh lặp Sơ đồ thuật toán cấu trúc for Ví dụ minh họa #include using namespace std; int main(int argc, char *argv[]) { for(int i=1;i