Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Các vấn đề cơ sở của khoa học máy tính - Chương 1: Giới thiệu về khoa học máy tính trình bày các nội dung: Khoa học máy tính là gì, giải thuật, phần cứng, ngôn ngữ máy (ngôn ngữ cấp thấp), ngôn ngữ cấp cao, lập trình, phần mềm, mạng máy tính, công nghệ cơ sở dữ liệu, internet, World Wide Web. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN CÁC VẤN ĐỀ CƠ SỞ CỦA KHOA HỌC MÁY TÍNH Lý thuyết: 60 tiết Thực hành: tiết • • Mục Tiêu Mơn Học Mơn học trình bày ngun lý tính tốn mặt lý thuyết thực tiễn: sở lý thuyết thơng tin tính tốn, lý thuyết ngơn ngữ, phân tích giải thuật, thực hệ thống tính tốn, sở liệu, truyền liệu, … Sau học xong môn này, sinh viên đạt kiến thức giải thuật, phần cứng, phần mềm, ngơn ngữ lập trình, kỹ thuật lập trình, mạng máy tính, sở liệu, Internet nâng cao kỹ lập trình thơng qua tập Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tơ Oai Hùng Tài Liệu • Tài liệu chính: - Carl Raynolds, Paul Tymann, Principles of Computer Science, Mc Graw-Hill, 2008 • Tài liệu tham khảo: - J Glenn Bookshear, Computer Science – An overview, 11th edition, Pearson-Addison Wesley, 2012 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tô Oai Hùng Phương Pháp Đánh Giá • Thi lý thuyết kỳ: 30% • Thi lý thuyết cuối kỳ: 70% Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tô Oai Hùng Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ KHOA HỌC MÁY TÍNH Nội Dung Khoa học Máy tính gì? Giải thuật Phần cứng Ngôn ngữ máy (ngôn ngữ cấp thấp) Ngôn ngữ cấp cao Lập trình Phần mềm: phần mềm hệ thống, phần mềm ứng dụng Mạng máy tính Cơng nghệ sở liệu 10 Internet, World Wide Web Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tô Oai Hùng • • • Khoa Học Máy Tính Là Gì? Khoa học máy tính gì? Khoa học máy tính (computer science) định nghĩa theo nhiều cách khác Sau vài định nghĩa: “Khoa học máy tính tập phương thức có liên quan đến tính toán, gồm lý thuyết thực tiễn: lý thuyết thơng tin tính tốn, lý thuyết ngơn ngữ, phân tích giải thuật, thực thi hệ thống tính tốn, đồ hoạ máy tính, sở liệu, truyền thơng, …” “Sự nghiên cứu máy tính xử lý giải thuật, bao gồm nguyên lý, thiết kế Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tơ Oai Hùng Khoa Học Máy Tính Là Gì? • • Phần cứng phần mềm, ứng dụng ảnh hưởng xã hội” Định nghĩa sau nhấn mạnh phát triển phân tích giải thuật trọng tâm khoa học máy tính Mặc dù định nghĩa có khác nhau, tất nhằm nhấn mạnh đến nghiên cứu giải thuật Khoa học máy tính kết hợp khái niệm lý thuyết thiết kế phân tích giải thuật với thực tiễn xem xét để thực giải thuật máy tính giải vấn đề thực tiễn Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tơ Oai Hùng • • • Giải Thuật Giải thuật gì? Giải thuật (algorithm) định nghĩa chi tiết rõ ràng chuỗi hành động nối tiếp để giải vấn đề cụ thể thực thi tác vụ Cho ví dụ, cần xác định ước số chung lớn (greatest common divisor – GCD) số nguyên Theo định nghĩa, GCD số nguyên dương số nguyên lớn mà ước số số Ví dụ: GCD(42, 30) = Chúng ta sử dụng giải thuật sau để tìm GCD số nguyên a b: - Nếu b = GCD(a, b) = a Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tô Oai Hùng Giải Thuật Gán r phần dư a b Lặp lại bước dùng b r • Giải thuật tảng để máy tính xử lý thơng tin Bởi chương trình máy tính thể giải thuật lệnh cho máy tính thực bước cụ thể định giải thuật • Giải thuật biểu diễn lưu đồ hay mã giả để dễ dàng đọc Trong ví dụ trên, giải thuật thể mã giả • Để thực bước giải thuật máy tính, cần hiểu thuật ngữ “phần cứng” - 10 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tơ Oai Hùng • • Phần Cứng Bản chất giải thuật cách mà máy tính xử lý thơng tin, thực chất chương trình máy tính hình thái khác giải thuật Nó báo cho máy tính biết bước cụ thể để thực thi tác vụ định giải thuật Để nguyên cứu giải thuật, nhà khoa học máy tính phải hiểu máy tính công cụ sử dụng để thực giải thuật Thuật ngữ phần cứng (hardware) dùng để mô tả thành phần vật lý, hữu hình máy tính Bàn phím, chuột, bo mạch chủ, card đồ hoạ, vi xử lý tất ví dụ 11 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tô Oai Hùng Phần Cứng • phần cứng máy tính Cũng cần lưu ý rằng, giải thuật cho tốt phần cứng khơng phần cứng khác 12 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tơ Oai Hùng • • • Chương Trình - Ngơn Ngữ Máy Con người dễ dàng đọc hiểu giải thuật Cho ví dụ, giải thuật GCD hai số nguyên trước viết ngơn ngữ Anh Nhưng có ngơn ngữ mà máy tính hiểu ngơn ngữ máy (machine language) Ngôn ngữ máy hệ thống mã lệnh dạng nhị phân mà máy tính thiết kế để thực thi chúng Mỗi từ ngôn ngữ máy thể cho hành động đơn máy tính thực Một tập thị/lệnh mô tả bước giải thuật gọi chương trình (program) 13 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tơ Oai Hùng • • Ngơn Ngữ Cấp Cao Người lập trình khó làm việc trực tiếp với ngôn ngữ máy Các từ lệnh ngôn ngữ máy gồm dãy số 1, chiều dài tiêu biểu 8, 16, 32, hay 64 bit đơi thay đổi Vì lý này, nhiều ngơn ngữ lập trình đời để người lập trình dễ dàng chuyển giải thuật thành chương trình thực thi máy tính Chúng ta xem ngôn ngữ ngôn ngữ cấp cao (higher-level language), chúng thiết kế để người lập trình làm việc “mức cao hơn” mức ngôn ngữ máy 14 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tô Oai Hùng • Ngôn Ngữ Cấp Cao Ngôn ngữ máy xem ngôn ngữ cấp thấp (low-level language) Các ngôn ngữ Java, FORTRAN, Basic, ADA, … ngôn ngữ cấp cao (high-level language) Chúng nhà khoa học máy tính dùng để biểu diễn giải thuật 15 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tô Oai Hùng • • • Lập Trình – Phần Mềm Hành động biểu diễn giải thuật sử dụng ngôn ngữ cấp thấp hay cấp cao gọi lập trình (programming) Thuật ngữ phần mềm (software) dùng để mô tả tập lệnh hay chương trình mà máy tính dùng để thực giải thuật Phần mềm chứa lệnh trực tiếp thao tác với phần cứng Phần mềm làm cho chức máy tính sử dụng gọi phần mềm hệ thống (system software) Phần mềm hệ thống chịu trách nhiệm điều khiển quản lý phần cứng hệ thống 16 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tơ Oai Hùng Phần Mềm • • máy tính Nó cịn làm cho máy tính dễ sử dụng nhà phát triển chương trình người sử dụng nói chung Cho ví dụ, phần mềm hệ thống gồm hệ điều hành, quản lý hình, chương trình chống virus, chương trình xử lý ngơn ngữ (trình biên dịch – compiler hay trình thơng dịch – interpreter) chương trình điều khiển thiết bị Những chương trình xử lý văn bản, bảng tính gọi phần mềm ứng dụng (application software) Phần mềm ứng dụng 17 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tơ Oai Hùng Phần Mềm • • dùng để thực tác vụ cụ thể Phần mềm ứng dụng chương trình đơn hay tập chương trình làm việc với để thực yêu cầu người sử dụng máy tính Hệ điều hành (operating system) phần mềm hệ thống đặc biệt quan trọng phức tạp Quan trọng hệ điều hành tác động đến tồn hệ thống máy tính Hệ điều hành làm cho người sử dụng dễ dàng truy cập thiết bị ngoại vi; lưu trữ thông tin liệu, văn bản, chương trình; tạo giao diện người dùng để dễ thực 18 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tơ Oai Hùng Phần Mềm • thi chương trình ứng dụng; xem ngày hệ thống; kết nối Internet; quản lý cấp phát nhớ; chia sẻ tài nguyên cho chương trình; cho phép truy cập đồng thời Các hệ điều hành thông dụng Microsoft Windows, Mac OS, Unix, Linux MVS IBM 19 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tơ Oai Hùng • • Mạng Máy Tính Cả vào thập niên 1980, hầu hết máy tính khơng kết nối mạng Trong khoảng từ năm 1970 đến 1980 nhà khoa học máy tính khám phá ưu điểm mạng máy tính đưa số kết nối vật lý khác máy tính, giao thức mạng (networking protocol) Vào thời điểm này, nhà cung cấp máy tính đưa chuẩn giao thức khác với hy vọng bán cho khách hàng IBM đưa giao thức System Networking Architecture (SNA), Hewlett Packard đưa Distributed Systems (DS) Xerox đưa 20 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tô Oai Hùng Mạng Máy Tính • • Xerox Networking Systems (XNS) Các giao thức khơng tương thích Tuy nhiên, chúng cầu nối đến hệ thống với Ngày nay, vấn đề mạng khác Hầu hết giới chấp nhận chuẩn IEEE 801 giao thức TCP/IP cho Internet Vấn đề cần quan tâm là: - Mở rộng số lượng địa Internet - Tăng tốc độ kết nối vật lý dùng cáp quang - Tăng tốc độ kết nối không dây, cho phép truyền tải liệu lớn phim ảnh - Năng lượng tiêu thụ giá thành thấp 21 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tơ Oai Hùng • • Cơng Nghệ Cơ Sở Dữ Liệu Hỗ trợ cho hầu hết ứng dụng ngày công nghệ CSDL (database technology) Mô hình CSDL vượt trội CSDL quan hệ, đời vào thập niên 1980 Các nhà khoa học máy tính phát triển giải thuật lưu trữ truy cập thơng tin nhanh chóng từ kho liệu khổng lồ Cho ví dụ, Google tìm kiếm tức khắc 400.000 ảnh từ 1.5 tỷ ảnh CSDL Có nhiều điều cần biết việc tạo CSDL tốt, truy xuất CSDL từ chương trình, phát triển quản lý CSDL Những người lập trình ứng dụng quản trị CSDL cần hiểu 22 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tô Oai Hùng Công Nghệ Cơ Sở Dữ Liệu • CSDL mức để sử dụng chúng cách hiệu Một số hệ điều hành sử dụng công nghệ CSDL hệ thống tập tin để lưu trữ tất thơng tin Điều làm cho hệ điều hành cải thiện tốc độ, không gian lưu trữ bảo mật liệu 23 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tơ Oai Hùng • • Internet – World Wide Web Chúng ta dễ dàng nhận thấy máy tính thay đổi đột ngột đời sống người Những công nghệ Internet, World Wide Web đặt khối lượng thông tin khổng lồ đầu ngón tay Ví dụ, phần mềm Messenger, thư điện tử, điện thoại di động cách mạng hoá cách thức mà người trao đổi thông tin 24 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tô Oai Hùng ... mềm ứng dụng Mạng máy tính Cơng nghệ sở liệu 10 Internet, World Wide Web Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tơ Oai Hùng • • • Khoa Học Máy Tính Là Gì? Khoa học máy tính gì? Khoa học máy tính (computer... 11 th edition, Pearson-Addison Wesley, 2 012 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tô Oai Hùng Phương Pháp Đánh Giá • Thi lý thuyết kỳ: 30% • Thi lý thuyết cuối kỳ: 70% Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tô. .. dụ 11 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tơ Oai Hùng Phần Cứng • phần cứng máy tính Cũng cần lưu ý rằng, giải thuật cho tốt phần cứng khơng phần cứng khác 12 Các Vấn Đề Cơ Sở KHMT ThS GVC Tơ Oai Hùng