Hình II.7 CPU, bộ nhớ, thiết bị vàora và khả năng sử dụng ngắt
3. Biểu diễn thông tin trong máy tính
Các máy tính xử lý các thông tin số và chữ. Các thông tin được biểu diễn dưới dạng mã nhất định. Bản chất vật lý của việc biểu diễn thông tin là điện áp (“0” ứng với không có điện áp, “1” ứng với điện áp ở mức quy chuẩn trong mạch điện tử) và việc mã hoá các thông tin số và chữ được tuân
theo chuẩn quốc tế. Mã hiệu để mã hoá các thông tin cho máy tính xử lý là
các giá trị của biến nhị phân "0" hoặc "1", tương ứng với biến logic "False" hoặc "True". Một biến chỉ nhận một trong hai giá trị duy nhất là “0” hoặc “1” được gọi là một bit (Binary Digit). Hai trạng thái này của bit, thực chất là các giá trị tương ứng với "False" hoặc "True", hay trạng thái "tắt" hoăc "đóng" của một công tắc điện, được sử dụng để mã hoá cho tất cả các ký tự (gồm số, chữ và các ký tự đặc biệt khác). Các bit được ghép lại thành các đơn vị mang thông tin đầy đủ - các mã tự - cho các ký tự biểu diễn các số, các ký tự chữ và các ký tự đặc biệt khác.
Bit (BInary digiT) là đơn vị cơ bản mang thông tin trong hệ đếm nhị phân. Các mạch điện tử trong máy tính phát hiện sự khác nhau giữa hai trạng thái (điện áp mức “1” và điện áp mức “0”) và biểu diễn hai trạng thái đó dưới dạng một trong hai số nhị phân “1” hoặc “0”.
Nhóm 8 bit ghép kề liền nhau, tạo thành đơn vị dữ liệu cơ sở của máy tính được gọi là 1 Byte. Do được lưu giữ tương đương với một ký tự (số, chữ hoặc ký tự đặc biệt) nên Byte cũng là đơn vị cơ sở để đo các khả năng lưu giữ, xử lý của các máy tính. Các thuật ngữ như KiloByte, MegaByte hay GigaByte thường được dùng làm bội số trong việc đếm Byte, dĩ nhiên theo hệ đếm nhị phân, nghĩa là:
1KiloByte = 1024 Bytes, 1MegaByte = 1024 KiloBytes, 1GigaByte = 1024 MegaBytes.
Các đơn vị này được viết tắt tương ứng là KB, MB và GB.
3.1. Mã hoá các thông tin không số
Có hai loại mã phổ cập nhất được sử dụng là mã ASCII và EBCDIC.
Mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange)
Mã EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) dùng cả 8 bits (1 Byte) để mã hoá thông tin
Loại mã trước đây được dùng nhiều trong ngành bưu điện, trong các
máy teletype là mã BAUDOT, chỉ sử dụng 5 bits để mã hoá thông tin.
Tồn tại nhiều loại mã khác nhau, nhưng hầu như không được sử dụng
trong các máy tính thông dụng…
3.2. Hệ đếm thập phân
Từ xa xưa con người đã sử dụng công cụ tự nhiên và sẵn có nhất của mình để đếm các vật, đó là các ngón tay trên hai bàn tay của mình. Vì hai
bàn tay chỉ có 10 ngón nên hệ đếm thập phân mà chúng ta sử dụng ngày nay
là kết quả tự nhiên của cách đếm đó.
Hệ đếm thập phân sử dụng 10 kí hiệu khác nhau để biểu diễn các số: 0, 1, 2, ..., 9. Để biểu diễn các số lớn hơn 10, hệ đếm thập phân sử dụng kí
pháp vị trí. Theo kí pháp này giá trị mà kí hiệu biểu diễn phụ thuộc vào vị trí
của nó trong dãy kí hiệu. Ví dụ 2 trong số 29 biểu diễn số 20, nhưng trong 92 biểu diễn số 2. Cũng cần nhắc lại rằng: tất cả các hệ đếm đều tuân thủ ký pháp vị trí.
Với các số 0, 1, 2, ..., 9 và kí pháp vị trí chúng ta có thể biễu diễn mọi số tự nhiên lớn tùy ý. Quy tắc biểu diễn tổng quát một số tự nhiên trong hệ thập phân là 1 1... 1 0 10n 1 10n ... 1 10 0 n n n n a a a a a a a a Ví dụ 3 2 2158 2 10 1 10 5 10 8
Với các số thập phân chúng ta sử dụng lũy thừa âm của 10 với quy tắc tương tự: 1 2 1 1 2 1 1 2 1 1 0.a a ...a an n a 10 a 10 ... an 10n a 10n 1 2 3 4 0.2158 2 10 1 10 5 10 8 10 2 1 126.5 1 10 2 10 6 5 10
Ở đây 10 được gọi là cơ số của hệ đếm và các số 10-n, ..., 10-1,101, 102, ..., 10n được gọi là các trọng số.
Lưu ý rằng thay cho 10 chúng ta có thể sử dụng số tự nhiên a bất kỳ và kí pháp vị trí để biểu diễn mọi số cũng với quy tắc trên. Khi đó hệ đếm
Nguyễn Trung Đồng – Tel 0983 410 866
được gọi là hệ đếm cơ số a. Ví dụ như hệ đếm cơ số 12 dùng để biểu diễn
thời gian.
3.3. Hệ đếm nhị phân
Máy tính số được xây dựng từ các mạch điện tử. Các mạch điện tử trong máy tính phân biệt được sự khác nhau giữa hai trạng thái (có dòng điện hay không, điệp áp cao hay thấp, v.v.) và biểu diễn các trạng thái đó dưới dạng một trong hai số 1 hoặc 0. Vì vậy các số 0 và 1 rất thích hợp và đủ để biểu diễn các số tùy ý trong máy tính. Việc chế tạo một mạch điện tin cậy có thể phân biệt được sự khác nhau giữa 1 và 0 tương đối dễ và rẻ, hơn nữa máy tính có khả năng xử lý nội bộ các số 0 và 1 rất chính xác.
Các số 0 và 1 được gọi là các số nhị phân. Hệ đếm nhị phân là hệ đếm chỉ dùng các số 0 và 1 và kí pháp vị trí để biểu diễn các số. Trong hệ đếm này 2 là cơ số, các số ..., 2-2, 2-1, 20, 21, 22, v.v. là trọng số. Ví dụ số thập phân 126.5 được biểu diễn trong hệ nhị phân với dạng:
4 3 2 1 0 1
10 2
26.5 11010.1 1 2 1 2 0 2 1 2 0 2 1 2 (chỉ số dưới biểu diễn cơ số của hệ đếm).