Giáo trình Tin học đại cương - Chương 1: Đại cương về máy tính điện tử (MTĐT)

Nội dung text: Giáo trình Tin học đại cương - Chương 1: Đại cương về máy tính điện tử (MTĐT)

1. TIN HC ðI CƯƠNG Ch ươ ng 1 Đi c ươ ng v máy tính đi n t ( MTĐT) bangtqh@utc2.edu.vn Ni dung 1. Khái ni m v tin h c. 2. Lch s phát tri n máy tính. 3. Phân lo i máy tính. 4. Cu t o chung c a MTĐT. 5. H đm. 6. Bi u di n thơng tin trong máy tính. 7. Đi s logic. 8. Bài t p. bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c đ i c ươ ng - Chương 1 2
2. Khái ni m Tin h c q D li u ( Data ): chưa mang l i hi u bi t v đi t ưng. q Thơng tin ( Information ): d li u sau khi đ ưc x lý, cho ta hi u bi t v đi t ưng – Ví d • nh mây v tinh: D li u •Bn tin d báo th i ti t: Thơng tin q Tin h c – Là ngành khoa h c nghiên c u các v n đ thu th p và x lý d li u đ cĩ đưc thơng tin mong mu n, s dng máy tính nh ư mt cơng c h tr chính. bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c đ i c ươ ng - Chương 1 3 Lch s phát tri n c a máy tính q Máy tính th h s 0 (Máy tính c ơ khí) – N ă m 1642 Bailse Pascal (1623–1662) ch to chi c máy tính đ t tên là Pascaline. • Th c hi n đ ưc 2 phép tốn cng (+) và tr (-). bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c đ i c ươ ng - Chương 1 4
3. Lch s phát tri n c a máy tính (tt) q Máy tính th h s 0 (tt) – N ă m 1671 Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) ch to chi c Stepped Reckone. • Th c hi n đ 4 phép tính c ơ b n: cng, tr , nhân, chia đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 5 Lch s phát tri n c a máy tính (tt) q Máy tính th h s 0 (tt) Charles Babbage (1791 – 1871) – 1822: Ch to máy sai phân ( Difference Engine ) – 1837 – 1871: Máy phân tích ( Analytical Engine ) § Cĩ đ 3 thành ph n nh ư MT Đ T § Lp trình đ ưc Ada Lovelace : l p trình viên đ u tiên § In k t qu bng cách đ c lên nh ng lá đng gi ng ph ươ ng pháp ghi d li u c a đ ĩa quang trong MT Đ T hi n đ i đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 6
4. Lch s phát tri n c a máy tính (tt) q 1937, A.Turing, khái ni m v các con s tính tốn và máy Turing. q 1943-1946, ENIAC – Máy tính đ i n t đa chc n ă ng đ u tiên. ENIAC – J.Mauchly & J.Presper Eckert. q 1945, John Von Neumann đưa ra khái ni m v chương trình đ ưc l ưu tr . q 1952, Neumann IAS parallel- bit machine. Newman & IAS đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 7 Lch s phát tri n c a máy tính (tt) q 1945 – 1954, Th h s 1 (first generation) – Bĩng đ èn chân khơng (vacuum tube) – Bìa đ c l – ENIAC: 30 t n, 18.000 bĩng đ èn, 100.000 phép tính/giây. q 1955-1964, th h s 2 – Transitor – Intel transitor processor q 1965-1974, th h s 3 –Mch tích h p (Intergrated Circuit – IC) q 1975, Th h 4 – LSI (Large Scale Integration), VLSI (Very LSI), ULSI (Ultra LSI). đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 8
5. Lch s phát tri n c a máy tính (tt) q Mt s mc l ch s quan tr ng. – Tr ưc cơng nguyên : Bàn tính g y Trung Qu c. – 1642 : Bàn tính c ơ c a Pascal ( phép + và - ). – 1670 : Bàn tính c ơ h c c a Leibniz ( các phép tính thơng d ng ) – 1842 : Máy tính cĩ th lp trình đ ưc c a Charles Babbage. – 1890 : Herman Hollerith thi t k h th ng cĩ th lưu thơng tin trên b ìa đc l đc ra b ng t bào quang đ i n, thành l p cơng ty IBM. – 1946 : Máy ENIAC c a M giá 500.000$ vi 18000 bĩng đ èn đ i n t . – 1958 : Máy tính đ u tiên s dng cơng ngh bĩng bán d n transistor (IBM 7090). – 1964 : Máy tính đ u tiên s dng IC (IBM 360). – 1976 : Hãng DEC gi i thi u máy VAX 11/780. – 1881 : IBM gi i thi u máy vi tính PC. đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 9 Phân lo i máy tính q Microcomputer/Personal Computer (PC) q Minicomputer – Nhanh h ơn PC 3-10 l n q Mainframe PC Mini – Nhanh h ơn PC 10-40 l n q Supercomputer – Nhanh h ơn PC 50-1.500 l n – Ph c v nghiên c u là chính – VD:E arth Simulator Super Mainframe (NEC, 5104 CPUs, 35.600 GF). q Laptop Computer. q Handheld Computer: Pocket Handheld PC, Palm, Mobile devices. Laptop đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 10
6. Ni dung 1. Khái ni m v tin h c. 2. Lch s phát tri n máy tính. 3. Phân lo i máy tính. 4. Cu t o chung c a MT Đ T. 5. H đm. 6. Bi u di n thơng tin trong máy tính. 7. Đi s logic. 8. Bài t p. đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 11 Cu t o chung c a MTĐT Screen Monitor Floppy disk Optical Disk Case Key board Mouse đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 12
7. Cu t o chung c a MTĐT (tt) q CPU q B nh RAM q Card m rng – Sound Card – Modem Card – Video Card – NIC q Cng k t n i ngo i vi đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 13 Cu t o chung c a MTĐT (tt) q CPU q B nh RAM q Card m rng – NIC – Video Card q Cng k t n i ngo i vi đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 14
8. Cu t o chung c a MTĐT (tt) Khe c m Card Lá tn nhi t Khe c m cáp d li u m rng Khe c m RAM Đ cm CPU Cng ngo i vi n i ti p Cng ngo i vi chu t, bàn phím Jack c m màn hình đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 15 Cu t o chung c a MTĐT (tt) q B x lý trung tâm (CPU) – Đơn v điu khi n (CU – Control Unit) –B s hc & Logic (ALU – Arithmetic Logic Unit) –B nh (Memory) q Input Devices (các thi t b vào) – Keyboard, Mouse, Scanner, Microphone v.v. q Output Devices (các thi t b ra) – Monitor, Printer, Speaker, Projector .v.v. đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 16
9. Cu t o chung c a MTĐT (tt) q CPU – Central Processing Unit – Control Unit : Th c hi n 4 thao tác c ơ b n. • Fetch : N p ch th (Instruction) ho c d li u t b nh . • Decode : Gi i mã ch th thành l nh. • Execute : Th c thi l nh. • Store : Lưu k t qu ca l nh v a th c thi vào b nh . – Arithmetic Logic Unit • Phép tốn s hc: + - x ÷ • Phép tốn so sánh: = • Phép tốn lu n lý: and, or, not đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 17 Cu t o chung c a MTĐT (tt) q Chu k ỳ máy (Machine Cycle) – Instruction time: (1) và (2) – Execution time: (3) và (4) q Cách tính t c đ CPU –Tc đ ca CPU đ ưc tính bng s tri u l nh x lý đưc trong 1 giây – Đơn v đo tc đ CPU là MIPS (Millions of Instructions Per Second) đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 18
10. Cu t o chung c a MT Đ T (tt) q CPU khơng s dng k thu t Pipelining q CPU s dng k thu t Pipelining đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 19 Cu t o chung c a MT Đ T (tt) q Đng h h th ng (System Clock) – Đng b mi ho t đ ng c a máy tính –Mi tick là mt chu k ỳ đng h – Đơn v tính = Herzt (Hz) q 1 MHz (Mega Herzt) = 1 tri u tick đ ng h h th ng. q 1 GHz (Giga Herzt) = 1 t tick đng h h th ng. đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 20
11. Ni dung 1. Khái ni m v tin h c. 2. Lch s phát tri n máy tính. 3. Phân lo i máy tính. 4. Cu t o chung c a MT Đ T. 5. H đm. 6. Bi u di n thơng tin trong máy tính. 7. Đi s logic. 8. Bài t p. đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 21 H đm q Khái ni m q H đm c ơ s 10 q H đm c ơ s bt k ỳ q H đm c ơ s 2 q H đm c ơ s 16 đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 22
12. Khái ni m h đm q H đm –S dng đ đm (bi u di n đ ln c a m t đ i l ưng nào đ ĩ). –Cơ s : S lưng ký hi u mà h đm cho phép s dng khi bi u di n giá tr . q Ví d: h đm c ơ s 10 – 10 ký hi u (cơ s 10) : 0 9. – 123789 là mt s trong h 10. q H đm c ơ s a – Cĩ a ký hi u. đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 23 Khái ni m h đm (tt) q Cơ s 10 – 10 ký hi u: 0,1,2, ,9 n n-1 0 q anan-1 a0 = a n.10 + an-1.10 + + a 0.10 q 123 = 1.10 2 + 2.10 1 +3.10 0 q Vi t: 2004 ho c 2004 10 đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 24
13. Khái ni m h đm q H đm c ơ s a b t k ỳ –S dng a ký hi u đ bi u di n – Ký hi u cĩ giá tr nh nh t là ‘0’ – Ký hi u cĩ giá tr ln nh t là a-1 – Giá tr ca ch s th n b ng s đ ĩ nhân v i giá tr ca v trí • Giá tr ca v trí = a n • n = v trí, ch s đu tiên cĩ v trí là n-1 • Ph n th p phân đ ưc đ ánh s âm đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 25 H đm c ơ s 2 (nh phân) q S dng 2 ký hi u 0 và 1 q Binary (nh phân). q Bi u di n thơng tin trong máy tính – Các linh ki n đ i n t ch cĩ hai tr ng thái: • Đĩng ho c m (cơng t c). • Cĩ đin ho c khơng cĩ đin. q S nh phân = BIT (BInary digiT ). q Vi t: 1001 2 ho c 1001 B đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 26
14. Chuy n t cơ s 2 sang c ơ s 10 n n-1 0 q (a nan-1 a0)B = a n.2 + an-1.2 + + a 0.2 q Ví d: – 0B = 0; 10 B = 2 3 2 1 0 – 1001 B = 1.2 + 0.2 +0.2 + 1.2 = 9 đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 27 Chuy n t cơ s 10 sang c ơ s 2 q D = s cn chuy n q Chia D (chia nguyên) liên t c cho 2 cho t i khi k t qu phép chia = 0 q Ly ph n d ư các l n chia vi t theo th t ngưc l i Kết qu ả: 1011 đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 28
15. Chuy n t cơ s 10 sang c ơ s 2 (tt) q Ph n nguyên – Chia liên ti p cho 2. – Vi t ph n d ư theo chi u ng ưc l i. q Ph n th p phân – X = ph n th p phân. – Nhân X v i 2 kt qu : • Ph n nguyên (0,1) • Ph n th p phân –Lp l i t bưc đ u, đn khi mu n dng ho c k t qu =0. – Vi t các ph n nguyên theo đ úng th t đưc k t qu . đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 29 Các phép tốn trên h Binary q Phép c ng q S âm (s bù hai) q Phép tr q Phép nhân đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 30
16. Cng hai s nh phân q Cng cĩ nh các c p s cùng v trí t ph i sang trái q Bng c ng q Ví d – 1010 + 1111 = 11001 đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 31 S bù hai (s âm) q S bù mt – Đo t t c các bit c a m t s nh phân ta đưc s bù mt c a nĩ. q Ly s bù mt c ng 1 ta đ ưc s bù hai c a s nh phân ban đu. q Ví d: – B = 1001 – Bù mt c a B: 0110 – Bù hai c a B: 0111 đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 32
17. Tr hai s nh phân B1 – B2 q B2 + bù hai c a B2 = 0 (l y s ch s = s ch s ca B2). q Cĩ th coi bù hai c a B2 là s đi c a B2. q B1 – B2 = B1 + bù hai c a B2. đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 33 1010 - 0101 q Bù mt c a 0101: 1010 q Bù hai c a 0101 = 1010 + 1 = 1011 q 1010 – 0101 = 1010 + 1011 = 0101 (ch ly 4 bit k t qu !!!) đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 34
18. Nhân hai s nh phân q Nhân t trái ph i qua trái theo cách thơng th ưng q Bng nhân q Ví d – 1011 x 101 = 110111 đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 35 Chia hai s nh phân q Sau khi đ ã bi t cách nhân, c ng, tr các s nh phân, hãy th tưng t ưng ra cách chia s nh phân gi ng nh ư s h 10. q Ví d:11101/101=101, dư 100. đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 36
19. H đm c ơ s 16 (Hex) q S dng 16 ký hi u: – 0 9 – A,B,C,D,E,F q Vi t 1AF H ho c 1AF 16 ho c 1AFH q AH = 10 q FH = 15 q 10 H = 16 đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 37 Chuy n đ i c ơ s 16 và cơ s 10 q T h 10 h 16 – Th c hi n chia liên ti p cho 16. –Ly ph n d ư vi t ng ưc l i. q T h 16 h 10 n n-1 0 – (a nan-1 a0)H= an.16 + an-1.16 + + a 0.16 đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 38
20. Chuy n đ i c ơ s 16 và cơ s 2 q Mt ch s h 16 tươ ng đ ươ ng 4 BIT c a h Nh phân – 1H = 0001 B –FH = 1111 B q Xem b ng chuy n đ i các h đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 39 Đi h 16 h 2 q C ă n c vào b ng chuy n đ i, thay th 1 ch s ca s h 16 b ng 4 bit nh phân. q Ví d: –C = 1100 H B C – 7H = 0111 B C7 H = 1100 0111 B C đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 40
21. Đi h 2 h 16 q Nhĩm 4 bit m t t ph i sang trái r i c ă n c vào b ng chuy n đi, thay th bng ch s tương ng trong h 16. q Ví d: 1111100 B = 0111 1100 B = 7C H C đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 41 Bi u di n thơng tin trong máy tính q Cách bi u di n. q Đơn v thơng tin. q Mã hố. đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 42
22. Cách bi u di n thơng tin trong MT Đ T q Thơng tin trong máy tính đ ưc bi u di n d ng nh phân q Ví d: – 5 bit bi u di n đ ưc 32 tr ng thái. – 5 bit cĩ th dùng đ bi u di n 26 ch cái A Z. đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 43 Đơn v thơng tin q BIT (ch nh t giá tr 0 ho c 1) q 1Byte = 8 BIT q Bng dung l ưng b nh đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 44
23. Mã hố q Dù thơng tin lưu tr đâu cũng c n cĩ quy lu t đ hi u nĩ mã hố. q Ví d – Mã SV: 20041021234 • 2004 : Vào tr ưng n ă m 2004 • 102 : Mã ngành • 1234 : S hi u sinh viên – Phịng: B209 (Nhà B - Tng 2 - Phịng 09) – Bi n s xe, q Mã hố ph i “rõ ràng” và “đy đ ” đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 45 Mã hố trong máy tính q S dng s nh phân q Đ ln c a mã = s bit s dng đ mã hố q Quy lu t hi u đ ưc mã nh phân q Ví d: S dng 5 bit đ mã hố ch cái hoa A Z (26 ch cái) – 00000 A – 00001 B – – 11001 Z – 11001 – 11111 : chưa s dng đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 46
24. ASCII q ASCII ( American Standard Code for Information Interchange ) q Dùng 8 bit đ mã hố các ch cái. q Mi ch cái đ ưc g i là mt ký t . q Mã hố đưc 2 8 = 256 ký t . – 0 31,127: Các ký t điu khi n – 32 126: Các ký t thơng thưng – 128 255: Các ký t đc bi t đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 47 Unicode q S dng nhi u h ơn 8 bit (2,3,4, Bytes ) đ mã hố ký t . q 2 Bytes mã hố đưc 216 = 65536 ký t . q Hu h t các ch cái c a các n ưc trên th gi i. – Vi t Nam – Trung Qu c – Nga, đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 48
25. Đi s logic q Mnh đ logic q Bi n logic q Hng, bi u th c, hàm logic q Các tốn t logic q Mch logic đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 49 Mnh đ logic q Kh ng đ nh hay ph đnh m t s ki n hay v n đ . q Ch đ úng ho c sai – Đúng ~ TRUE (1) – Sai ~ FALSE (0) q Ví d – “Con voi to n ng h ơn con ki n bé” là mnh đ đ úng. – “Ra bát đ i!” khơng ph i m nh đ . – “H là đng v t ă n c ” là mnh đ sai. đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 50
26. 7.2. Bi n logic q Là bi n đ i di n cho đ i l ưng logic. q Ch cĩ th nh n m t trong hai giá tr : – Đúng (TRUE), ho c – Sai (FALSE) q VD 1: X = “M là s âm.” – Khi M là s âm : X = TRUE – Ng ưc l i, X = FALSE q VD2: Y=“Hơm nay tr i đ p.” – Giá tr ca Y thay đ i theo ngày. đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 51 Hng, bi u th c và hàm logic q Hng logic – Cĩ giá tr xác đ nh – Giá tr đ ĩ là TRUE ho c FALSE – Ví d: “2>3” là mt h ng logic nh n giá tr FALSE q Bi u th c, hàm logic –S kt h p c a h ng, bi n và tốn t – Tốn t : và, ho c, – Ví d: “m≥3” và “m≤5” đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 52
27. Tốn t logic q Là các phép tốn v i các m nh đ , h ng, bi n logic. q Các tốn t cơ bn: – NOT – AND – OR – XOR đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 53 Tốn t “PH ðNH” q Ký hi u: NOT – NOT X q Gi tên – PH ðNH q Ví d – NOT (“2>3”) = TRUE đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 54
28. Tốn t “VÀ” q Ký hi u: AND – X AND Y q Gi tên – VÀ –HI q X AND Y ch đ úng khi c X và Y cùng đ úng. q Ví d – “2>3” AND “3=4-1” nh n giá tr FALSE đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 55 Tốn t “HO C” q Ký hi u: OR – X OR Y q Gi tên – HO C – TUY N q X OR Y ch sai khi c X và Y cùng sai. q Ví d – “2>3” OR TRUE nh n giá tr TRUE đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 56
29. Tốn t “HO C LO I TR ” q Ký hi u: XOR – X XOR Y q X OR Y sai khi X = Y q Ví d – “2>3” XOR TRUE nh n giá tr TRUE – FALSE XOR “2>3” nh n giá tr FALSE đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 57 Th t ưu tiên c ác phép tốn 1. Du ngo c ( ) 2. NOT, d u tr (-) 3. *, /, DIV, MOD, AND 4. +, -, OR, XOR 5. =, , >=, <, <= đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 58
30. Mch logic q Mch đ i n t – Tín hi u đ i n – TRUE : hi u đ i n th ≥ mc q Đu vào –Hng, bi n logic q Đu ra –Kt qu phép tốn, hàm q Các m ch c ơ b n – NOT – AND – OR – XOR đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 59 Bài t p q Di n gi i vì sao cĩ nh ng k t qu chuy n đ i d ưi đ ây: 119 10 01110111 2 77 h 231 10 11100111 2 E7 h 99 10 01100011 2 63 h 213 10 11010101 2 D5 h 168 10 10101000 2 A8 h 173 10 10101101 2 AD h 137 10 10001001 2 89 h đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 60
31. Bài t p (tt) q Hãy đi các s sau sang h nh phân và h hex • 245.6875 10 • 321.1235 8 • 426.375 10 q Hãy đi các s sau sang h th p phân • 216.35 16 • A2.6 16 • 4F6A.1E 16 • 101110110.101011 2 đ bangtqh@utc2.edu.vn Tin h c i c ươ ng - Chương 1 61