ĐoànHN: STGT TL điện tử học

Tin học đại cương và ứng dụng
Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
Đặng Xuân Hà
Department of Computer Science
Hanoi Agricultural University
Office location: 3rd floor, Administrative building
Office phone: 8276346, Ext: 132
Email: [email protected]
Website: http://www.hau1.edu.vn/cs/dxha
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
2 / 44
16/02/2011
Ch1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
Thông tin và tin học
Lịch sử máy tính
Phân loại máy tính
Các hệ đếm
Biểu diễn thông tin trong máy tính
Đại số logic
Bài tập
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
3 / 44
16/02/2011
1. Thông tin và tin học
Dữ liệu: chưa mang lại hiểu biết về đối tượng
Thông tin: dữ liệu sau khi được xử lý, cho ta hiểu biết về đối tượng
Ví dụ
Ảnh mây vệ tinh: Dữ liệu
Bản tin dự báo thời tiết: Thông tin
Tin học
Ngành khoa học nghiên cứu các vấn đề thu thập và xử lý dữ liệu để có được thông tin mong muốn, sử dụng máy tính như một công cụ hỗ trợ chính.
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
4 / 44
16/02/2011
2. Lịch sử máy tính {1}
1937, Turing, khái niệm về các con số tính toán và máy Turing.
1943-1946, ENIAC
Máy tính điện tử đa chức năng đầu tiên.
J.Mauchly & J.Presper Eckert.
1945, John Von Neumann đưa ra khái niệm về chương trình được lưu trữ.
1952, Neumann IAS parallel-bit machine.
ENIAC
Newman & IAS
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
5 / 44
16/02/2011
2. Lịch sử máy tính {2}
1945 – 1954, thế hệ 1 (first generation)
Bóng đèn chân không (vacuum tube)
Bìa đục lỗ
ENIAC: 30 tấn, 18.000 bóng đèn, 100.000 phép tính/giây.
1955-1964, thế hệ 2
Transitor
Intel transitor processor
1965-1974, thế hệ 3
Mạch tích hợp (Intergrated Circuit – IC)
1975, Thế hệ 4
LSI (Large Scale Integration), VLSI (Very LSI), ULSI (Ultra LSI).
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
6 / 44
16/02/2011
3. Phân loại máy tính
Personal Computer (PC)/Microcomputer
Minicomputer
Nhanh hơn PC 3-10 lần
Mainframe
Nhanh hơn PC 10-40 lần
Supercomputer
Nhanh hơn PC 50-1.500 lần
Phục vụ nghiên cứu là chính
VD:Earth Simulator (NEC, 5104 CPUs, 35.600 GF).
Laptop Computer
Handheld Computer: Pocket PC,Palm, Mobile devices.
PC
Mini
Super
Mainframe
Laptop
Handheld
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
7 / 44
16/02/2011
4. Hệ đếm
Khái niệm
Hệ đếm cơ số 10
Hệ đếm cơ số bất kỳ
Hệ đếm cơ số 2
Hệ đếm cơ số 16
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
8 / 44
16/02/2011
4.1. Khái niệm
Hệ đếm
Sử dụng để đếm (biểu diễn thông tin số)
Cơ số: Số lượng ký hiệu
Ví dụ: hệ đếm cơ số 10
10 ký hiệu (cơ số 10) : 0..9.
123789 là một số trong hệ 10.
Hệ đếm cơ số a
Có a ký hiệu.
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
9 / 44
16/02/2011
4.2. Hệ đếm cơ số 10
Cơ số 10
10 ký hiệu: 0,1,2,…,9
anan-1…a0 = an.10n + an-1.10n-1 +…+ a0.100
123 = 1.102 + 2.101 +3.100
Viết: 2004 hoặc 200410
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
10 / 44
16/02/2011
4.3. Hệ đếm cơ số a bất kỳ
Sử dụng a ký hiệu để biểu diễn
Ký hiệu có giá trị nhỏ nhất là ‘0’
Ký hiệu có giá trị lớn nhất là a-1
Giá trị của chữ số thứ n bằng số đó nhân với giá trị của vị trí
Giá trị của vị trí = an
n = vị trí, chữ số đầu tiên có vị trí là n-1
Phần thập phân được đánh số âm
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
11 / 44
16/02/2011
4.4. Hệ đếm cơ số 2
Sử dụng 2 ký hiệu 0 và 1
Binary (nhị phân)
Biểu diễn thông tin trong máy tính
Các linh kiện điện tử chỉ có hai trạng thái:
Đóng hoặc mở (công tắc).
Có điện hoặc không có điện.
Số nhị phân = BIT (BInary digiT).
Viết: 10012 hoặc 1001B
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
12 / 44
16/02/2011
4.4.1. Chuyển từ hệ 2 sang hệ 10
(anan-1…a0)B = an.2n + an-1.2n-1 +…+ a0.20
Ví dụ:
0B = 0; 10B = 2
1001B = 1.23 + 0.22 +0.21 + 1.20 = 9
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
13 / 44
16/02/2011
4.4.2. Chuyển từ hệ 10 sang hệ 2
D = số cần chuyển
Chia D (chia nguyên) liên tục cho 2 cho tới khi kết quả phép chia = 0
Lấy phần dư các lần chia viết theo thứ tự ngược lại
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
14 / 44
16/02/2011
4.4.3. Chuyển đổi số lẻ từ hệ 10 sang hệ 2
Phần nguyên
Chia liên tiếp cho 2.
Viết phần dư theo chiều ngược lại.
Phần phân
X = phần phân.
Nhân X với 2  kết quả:
Phần nguyên (0,1)
Phần phân
Lặp lại từ bước đầu, đến khi muốn dừng hoặc kết quả=0.
Viết các phần nguyên theo đúng thứ tự được kết quả.
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
15 / 44
16/02/2011
4.4.4. Các phép toán trên hệ 2
Phép cộng
Số âm (số bù hai)
Phép trừ
Phép nhân
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
16 / 44
16/02/2011
Cộng hai số nhị phân
Cộng có nhớ các cặp số cùng vị trí từ phải sang trái
Bảng cộng
Ví dụ
1010 + 1111 = 11001
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
17 / 44
16/02/2011
Số bù hai (số âm)
Số bù một
Đảo tất cả các bit của một số nhị phân ta được số bù một của nó.
Lấy số bù một cộng 1 ta được số bù hai của số nhị phân ban đầu.
Ví dụ:
B = 1001
Bù một của B: 0110
Bù hai của B: 0111
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
18 / 44
16/02/2011
Trừ hai số nhị phân B1 – B2
B2 + bù hai của B2 = 0 (lấy số chữ số = số chữ số của B2).
Có thể coi bù hai của B2 là số đối của B2.
B1 – B2 = B1 + bù hai của B2.
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
19 / 44
16/02/2011
1010 - 0101
Bù một của 0101: 1010
Bù hai của 0101 = 1010 + 1 = 1011
1010 – 0101 = 1010 + 1011 = 0101
(chỉ lấy 4 bit kết quả !!!)
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
20 / 44
16/02/2011
Nhân hai số nhị phân
Nhân từ trái phải qua trái theo cách thông thường
Bảng nhân
Ví dụ
1011 x 101 = 110111
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
21 / 44
16/02/2011
Chia hai số nhị phân
Sau khi đã biết cách nhân, cộng, trừ các số nhị phân, hãy thử tưởng tượng ra cách chia số nhị phân giống như số hệ 10.
Ví dụ:11101/101=101, dư 100.
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
22 / 44
16/02/2011
4.5. Hệ đếm cơ số 16 (Hexa)
Sử dụng 16 ký hiệu:
0..9
A,B,C,D,E,F
Viết 1AFH hoặc 1AF16 hoặc 1AFH
AH = 10
FH = 15
10H = 16
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
23 / 44
16/02/2011
4.5.1. Chuyển đổi hệ 16 và hệ 10
Từ hệ 10  hệ 16
Thực hiện chia liên tiếp cho 16
Lấy phần dư viết ngược lại
Từ hệ 16  hệ 10
(anan-1…a0)H= an.16n + an-1.16n-1 +…+ a0.160
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
24 / 44
16/02/2011
4.5.2. Chuyển đổi hệ 16 và hệ 2
Một chữ số hệ 16 tương đương 4 BIT của hệ hai
1H = 0001B
FH = 1111B
Xem bảng chuyển đổi các hệ
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
25 / 44
16/02/2011
Hệ 16  hệ 2
Căn cứ vào bảng chuyển đổi, thay thế 1 chữ số của số hệ 16 bằng 4 bit nhị phân.
Ví dụ:
AH = 1100B
7H = 0111B
 A7H = 1100 0111B
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
26 / 44
16/02/2011
Hệ 2  hệ 16
Nhóm 4 bit một từ phải sang trái rồi căn cứ vào bảng chuyển đổi, thay thế bằng chữ số tương ứng trong hệ 16.
Ví dụ:
1111100B
= 0111 1100B
= 7AH
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
27 / 44
16/02/2011
5. Biểu diễn thông tin trong máy tính
Cách biểu diễn
Đơn vị thông tin
Mã hoá
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
28 / 44
16/02/2011
5.1. Cách biểu diễn
Thông tin trong máy tính được biểu diễn dạng nhị phân
Ví dụ:
5 bit biểu diễn được 32 trạng thái.
5 bit có thể dùng để biểu diễn 26 chữ cái A..Z.
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
29 / 44
16/02/2011
5.2. Đơn vị thông tin
BIT
Chỉ nhận giá trị 0 hoặc 1
1Byte = 8 BIT
1KB = 210 Bytes
= 1024 Bytes
1MB = 1024 KB
1GB = 1024 MB
…
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
30 / 44
16/02/2011
5.3. Mã hoá
Dù thông tin lưu trữ ở đâu cũng cần có quy luật để hiểu nó  mã hoá.
Ví dụ
Mã SV: 20041021234
2004: Vào trường năm 2004
102: Mã ngành
1234: Số hiệu sinh viên
Phòng: B209 (Nhà B - Tầng 2 - Phòng 09)
Biển số xe,…
Mã hoá phải “rõ ràng” và “đầy đủ”
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
31 / 44
16/02/2011
Mã hoá trong máy tính
Sử dụng số nhị phân
Độ lớn của mã = số bit sử dụng để mã hoá
Quy luật hiểu được mã nhị phân
Ví dụ: Sử dụng 5 bit để mã hoá chữ cái hoa A..Z (26 chữ cái)
00000  A
00001  B
…
11001  Z
11001 – 11111: chưa sử dụng
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
32 / 44
16/02/2011
ASCII
ASCII (American Standard Code for Information Interchange)
Dùng 8 bit để mã hoá các chữ cái.
Mỗi chữ cái được gọi là một ký tự.
Mã hoá được 28 = 256 ký tự.
031,127: Các ký tự điều khiển
32126: Các ký tự thông thường
128255: Các ký tự đặc biệt
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
33 / 44
16/02/2011
Unicode
Sử dụng nhiều hơn 8 bit (2,3,4,… Bytes) để mã hoá ký tự.
2 Bytes mã hoá được 216 = 65536 ký tự.
Hầu hết các chữ cái của các nước trên thế giới
Việt Nam
Trung Quốc
Nga,…
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
34 / 44
16/02/2011
6. Đại số logic
Mệnh đề logic
Biến logic
Hằng, biểu thức, hàm logic
Các toán tử logic
Mạch logic
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
35 / 44
16/02/2011
6.1. Mệnh đề logic
Khẳng định hay phủ định một sự kiện hay vấn đề
Chỉ đúng hoặc sai
Đúng – TRUE (1)
Sai – FALSE (0)
Ví dụ
“Con voi to nặng hơn con kiến bé” là mệnh đề đúng.
“Rửa bát đi!” không phải mệnh đề.
“Hổ là động vật ăn cỏ” là mệnh đề sai.
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
36 / 44
16/02/2011
6.2. Biến logic
Là biến đại diện cho đại lượng logic.
Chỉ có thể nhận một trong hai giá trị:
Đúng (TRUE), hoặc
Sai (FALSE)
VD 1: X = “M là số âm.”
Khi M là số âm: X = TRUE
Ngược lại, X = FALSE
VD2: Y=“Hôm nay trời đẹp.”
Giá trị của Y thay đổi theo ngày.
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
37 / 44
16/02/2011
6.3. Hằng, biểu thức và hàm logic
Hằng logic
Có giá trị xác định
Giá trị đó là TRUE hoặc FALSE
Ví dụ: “2>3” là một hằng logic nhận giá trị FALSE
Biểu thức, hàm logic
Sự kết hợp của hằng, biến và toán tử
Toán tử: và, hoặc, …
Ví dụ: “m≥3” và “m≤5”
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
38 / 44
16/02/2011
6.4. Toán tử logic
Là các phép toán với các mệnh đề, hằng, biến logic.
Các toán tử cơ bản:
NOT
AND
OR
XOR
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
39 / 44
16/02/2011
6.4.1. Toán tử “PHỦ ĐỊNH”
Ký hiệu: NOT
NOT X
Gọi tên
PHỦ ĐỊNH
Ví dụ
NOT (“2>3”) = TRUE
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
40 / 44
16/02/2011
6.4.2. Toán tử “VÀ”
Ký hiệu: AND
X AND Y
Gọi tên
VÀ
HỘI
X AND Y chỉ đúng khi cả X và Y cùng đúng.
Ví dụ
“2>3” AND “3=4-1” nhận giá trị FALSE
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
41 / 44
16/02/2011
6.4.3. Toán tử “HOẶC”
Ký hiệu: OR
X OR Y
Gọi tên
HOẶC
TUYỂN
X OR Y chỉ sai khi cả X và Y cùng sai.
Ví dụ
“2>3” OR TRUE nhận giá trị TRUE
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
42 / 44
16/02/2011
6.4.4. Toán tử “HOẶC LOẠI TRỪ”
Ký hiệu: XOR
X XOR Y
X OR Y sai khi X = Y
Ví dụ
“2>3” XOR TRUE nhận giá trị TRUE
FALSE XOR “2>3” nhận giá trị FALSE
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
43 / 44
16/02/2011
Thứ tự ưu tiên các phép toán
Dấu ngoặc ( ).
NOT, dấu trừ (-).
*, /, DIV, MOD, AND.
+, -, OR, XOR.
=, <>, >, >=, <, <=.
Chương 1. Máy tính và biểu diễn thông tin trong máy tính
44 / 44
16/02/2011
6.5. Mạch logic
Mạch điện tử
Tín hiệu điện
TRUE: hiệu điện thế ≥ mức
Đầu vào
Hằng, biến logic
Đầu ra
Kết quả phép toán, hàm
Các mạch cơ bản
NOT
AND
OR
XOR