Bài giảng Nhập môn điện toán - Chương 1: Khái niệm cơ bản cung cấp cho người học các kiến thức: Định nghĩa sơ khởi về máy tính số, lịch sử phát triển máy tính số, hệ thống số đếm, biểu diễn dữ liệu, luận lý máy tính. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nhập Nh p mơn điiệnn tốn Đối tượng: Sinh viên năm thứ khoa Khoa Học & Kỹ thuật Máy Tính, trường Đại Học Bách Khoa TpHCM Thời lượng học: Phần lý thuyết: 16 buổi LT + buổi tiếp xúc doanh nghiệp, tập + thực hành C1 Khái niệm C2 Phần cứng máy tính C3 Hệ điều hành C4 Mạng máy tính C5 Cơ sở liệu C6 Lập trình với máy tính C7 Các ứng dụng Tài liệu tham khảo : [1] Computing, 3rd ed., Geoffrey Knott & Nick Waites, 2000 [2] Tập Slide giảng & thực hành môn học Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide Chương KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Định nghĩa sơ khởi máy tính số 1.2 Lịch sử phát triển máy tính số 1.3 Hệ thống số đếm 1.4 Biểu diễn liệu 1.5 Luận lý máy tính Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 1.1 Định nghĩa sơ khởi máy tính số Trong sống, người biết chế tạo ngày nhiều công cụ, thiết bị để hỗ trợ hoạt động Các cơng cụ, thiết bị chế tạo ngày tinh vi, phức tạp công cụ, thiết bị thường thực vài cơng việc cụ thể (ví dụ, chổi để quét, radio để bắt nghe đài audio ) Máy tính số (digital computer) thiết bị đặc biệt, thực số hữu hạn chức (tập lệnh) chế thực lệnh tự động danh sách lệnh thực gọi chương trình Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide Định nghĩa sơ khởi máy tính số (tt) Các lệnh mà máy hiểu thực được gọi lệnh máy Ngơn ngữ lập trình dùng để miêu tả lệnh, gồm yếu tố chính: cú pháp qui định trật tự kết hợp phần tử để cấu thành lệnh (câu), ngữ nghĩa cho biết ý nghĩa lệnh Để giải cơng việc (bài tốn), ta chia vấn đề thành trình tự nhiều cơng việc nhỏ gọi giải thuật Mỗi cơng việc nhỏ chia nhỏ cịn phức tạp, ⇒ giải pháp miêu tả trình tự lệnh máy (chương trình ngơn ngữ máy) Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide Định nghĩa sơ khởi máy tính số (tt) Q trình máy tính giải cơng việc ngồi đời gọi lập trình (qui trình xác định trình tự lệnh) Cho đến nay, lập trình cơng việc người (với trợ giúp ngày nhiều máy tính) Máy tính bao gồm tập lệnh máy sơ khai, lệnh máy thực cơng việc nhỏ đơn giản ⇒ giải pháp thực tế gồm trình tự lớn lệnh máy Lập trình ngơn ngữ máy phức tạp, tốn nhiều thời gian, cơng sức, kết khó bảo trì, phát triển Nhu cầu máy luận lý với tập lệnh (được đặc tả ngơn ngữ lập trình) cao cấp gần gủi với người Ta thường thực máy máy vật lý + chương trình dịch Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Toán - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide Định nghĩa sơ khởi máy tính số (tt) Có loại chương trình dịch : trình biên dịch (compiler) trình thơng dịch (interpreter) Gọi ngơn ngữ máy vật lý N0; trình biên dịch ngôn ngữ N1 sang ngôn ngữ N0 nhận đầu vào chương trình viết ngơn ngữ N1, phân tích lệnh N1 chuyển thành danh sách lệnh ngơn ngữ N0 có chức tương đương Để viết chương trình dịch từ ngơn ngữ N1 sang N0 dễ dàng, độ phức tạp lệnh ngôn ngữ N1 không cao so với lệnh ngơn ngữ N0 sau có máy luận lý hiểu ngơn ngữ luận lý N1, định nghĩa thực máy luận lý N2 theo cách …và tiếp tục đến có máy luận lý hiểu ngôn ngữ Nm gần gũi với người, dễ dàng miêu tả giải thuật tốn cần giải Tuy nhiên, qui trình chưa có điểm dừng ! Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Toán - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide Định nghĩa sơ khởi máy tính số (tt) Ngơn ngữ máy vật lý : ngơn ngữ cấp thấp mà lập trình loại ngơn ngữ mà máy vật lý hiểu trực tiếp, người gặp nhiều khó khăn việc viết bảo trì chương trình cấp Ngơn ngữ assembly gần với ngơn ngữ máy + "lệnh macro" để nâng sức mạnh miêu tả giải thuật lệnh tương ứng với lệnh máy, dạng gợi nhớ Ngôn ngữ cấp cao theo trường phái lập trình cấu trúc (Pascal, C, ) tập lệnh ngôn ngữ mạnh gần với tư người Ngôn ngữ hướng đối tượng (C++, Visual Basic, Java, C#, ) Cải tiến phương pháp lập trình cấu trúc cho sáng, ổn định, dễ phát triển thay linh kiện Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 1.2 Vài dịng lịch sử • Máy tính xuất từ lâu theo nhu cầu bn bán trao đổi tiền tệ • Bàn tính tay abacus dạng sơ khai máy tính đơn vị đơn vị Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Toán - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 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 Von Neumann (1945) Cơ PDP-1 (1961) Đèn điện tử IBM 360 (1965) 80x86 (1978) Transistors IC (1642 - 1945) Herman Hollerith lập IBM (International Business Machine) Mỹ - 1890 (1945 - 1955) Bộ nhớ dây trễ, tĩnh điện Giấy, phiếu đục lổ Băng từ Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com ? (1955 - 1965) (1965 - 1980) (1980 - ????) Bộ nhớ xuyến từ Băng từ, trống từ, đĩa từ Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 1.3 Hệ thống số đếm Hệ thống số (number system) công cụ để biểu thị đại lượng Một hệ thống số gồm thành phần : 1) số : số lượng ký số (ký hiệu để nhận dạng số bản) 2) qui luật kết hợp ký số để miêu tả đại lượng 3) phép tính số có thành phần khác hệ thống số, thành phần giống hệ thống số Ví dụ - hệ thập phân (decimal, denary) dùng 10 ký số : 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 - hệ nhị phân (binary) dùng ký số : 0,1 - hệ bát phân (octal) dùng ký số : 0,1,2,3,4,5,6,7 - hệ thập lục phân (hexadecimal) dùng 16 ký số : 9,A,B,C,D,E,F Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 10 Kiến trúc xử lý Kiến trúc CISC (Complex Instruction Set Computer) Các lệnh CPU có chiều dài khác Thời gian thi hành lệnh khác Kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer) Các lệnh dài Thời gian thi hành lệnh chu kỳ xung clock Cung cấp khả thi hành nhiều hoạt động lúc (Super scalar execution) Dùng chế đường ống (Pipelining) để giảm thời gian thi hành Vấn đề đoán trước rẽ nhánh (Branche prediction) Chương Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 78 Cơ chế đường ống - Pipelining P1 P2 P3 P4 P5 Lấy lệnh Phân tích lệnh Xác định toán hạng Thực lệnh Lưu kết thi hành xong lệnh P1: P2: P3: L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L1 L2 L3 L4 L5 P4: P5: Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 79 Máy tính song song lo i máy song song SISD : single Instruction stream, single data stream SIMD : single Instruction stream, multiple data stream MIMD : multiple Instruction stream, multiple data stream CPU CPU CPU Bộ nhớ dùng chung Bộ Bộ Bộ nhớ nhớ nhớ riêng riêng riêng Máy Von Neumann CPU CPU CPU Bộ nhớ dùng chung Máy Vector ALU Chương Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 80 Tuyến - Bus Tuyến nhóm dây dẫn song song mà đường có nhiệm vụ truyền tải bit thông tin Tuyến hệ thống tuyến kết nối CPU với phận mà muốn trao đổi thơng tin mà cụ thể nhớ khối xuất nhập (I/O) Trên tuyến truyền tải nhiều loại thơng tin khác Một số tuyến có khả truyền thơng tin theo chiều Tuy nhiên, thời điểm, luồng liệu chiều Độ rộng tuyến (số đường) xác định chiều dài từ (word) thông tin mà CPU trao đổi lần Ví dụ : CPU dùng bus 16 bit để truyền liệu 32 bit phải thực lần Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 81 Tuyến - Bus Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Toán - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 82 Kiến trúc tuyến • Tuyến chuNn (standard bus) : – MCA : micro channel architecture – ISA : industry standard architecture – IBM AT : advanced technology – PS/2 : personal system – EISA : extended industry standard architecture • Tuyến cục (local bus) : – VESA : video electronics standard association – PCI : Peripheral Component Interface – AGP : Accelerated Graphics Port Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 83 Thiết bị xuất nhập Màn hình ( xuất ) Điều khiển thiết bị Xuất / Nhập Bàn phím PCM Dạng tín hiệu ( Pulse Code Modulation ) Số bit trao đổi MFM RGB ( Red Green Blue ) ( Modified Frequency Modulation ) Song song Chuột CD ROM Máy in Không điều chế Nối tiếp ( bit ) Đồng Bất đồng Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Đĩa mềm Đĩa cứng Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 84 Màn hình card hình Card hình Màn hình LCD Màn hình CRT Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 85 Hiển thị chế độ văn (text) Chế độ văn Ma tr n i m 8 Kích thước Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com 8x8 14x8 16x8 Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 86 Hiển thị chế độ đồ họa (graphics) Card hình cung cấp chế độ hình (độ phân giải) số điểm ngang x số điểm dọc x số màu (số bit màu) dung lượng RAM hình Chế độ đồ họa 800 x 600 x 16bit = 960.000 byte ⇒ 1MB 1024 x 768 x 32bit = 3.145.728 byte ⇒ MB thể chế độ hình Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com kích thước điểm sáng: 31 mm, 29 mm, 22 mm tần số quét ngang (dòng) 40 KHz, 70 KHz, 90 KHz tần số quét dọc (mành) 50 Hz, 75 Hz, 100 Hz, Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 87 Tổ chức ma trận bàn phím (keyboard) Vcc phím nhấn nhả nhi u phím Vcc 1 Quét hàng (2→ →4) 1 Đọc FB 1 1 1 Nhấn Đệm cột đọc Hiện tượng rung phím (5 - 15 ms) Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Cứng Chống rung Mềm Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 88 Tổ chức thông tin đĩa cứng Cung (sector / record) R Trục đĩa quay 5400 rpm Chiều di chuyển đầu (head) Đầu (Head) CHR Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Trụ (Cylinder) Vết (Track) C H Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 89 CDROM Pit Land Chứa 330.000 khối liệu Dung lượng 650 MB / 74 Tốc độ x1 = 153.60 KByte/s Thơng tin ghi theo rãnh (track) hình xoắn ốc Dùng tia laser đục lổ µm rãnh gọi Pit Phần không bị đục lổ rãnh gọi Land Chương Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Toán - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 90 Máy in Máy in kim + Máy rẻ tiền + Băng mực rẻ tiền + Lâu + In chậm Máy in phun + Máy rẻ tiền + Mực lỏng, đắt tiền + Mau + In chậm Chương Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Máy in laser + Máy đắt tiền + Mực bột, đắt tiền + Lâu + In nhanh Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 91 Ma trận điểm máy in kim in nửa dot bề ngang 72 DPI 11 Đầu kim có kim Chương Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 92 ... 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 i hay ∑ vi × B i = -m Khoa KH & KT Máy Tính, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CuuDuongThanCong.com Nhập. .. 10 01 -0 0 11 -1 0 01 10 101 Nhập mơn Điện Tốn - Chương https://fb.com/tailieudientucntt Slide 29 Các phép tính đại số Boole Biểu thức Boole biểu thức toán hoc cấu thành từ phép toán Boole toán. .. 0000 0000 0000 1000 0000 0000 0001 … 1111 1111 1111 1111 Nhập môn Điện Toán - Chương https://fb.com/tailieudientucntt 32767 -3 2768 -3 2767 -1 Slide 35 Biểu diễn số ngun có dấu (tt) Vì nhớ máy tính