Tài liệu Tin học cơ sở

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỐNG NGHÊ - ĐHQGHN ĐÀO-KIẾN QUỐC (Chủ biên) - BÙI THẾ DUY Tin hoc CCỈSỞ PHẦN I: CÁC KIẾN THỨC cơ BẢN PHẦN II: SỬ DỤNG MÁY TÍNH TT TT-TV * ĐHQCHN 004 ĐA-Q 2006 V-GO ĐÀO KIẾN QUỐC (Chủ biên) - BÙI THẾ DUY TIN HỌC Cơ SỞ Phần I : C ác kiến thức cơ bản Phần n : Sử dụng máy tính NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI MỤC LỤC LỜI TỰA................................................................................................... ...7 PHẢN 1. CÁC KIẾN THỨC c ơ s ở .......................................................... 9 1. Thông tin và xử lý thông tin................................................................ 9 1.1. Thông tin.............................................................................................................9 1.2. Mã hoá thông tin............................................................................................. 10 1.3. Mã hoá nhị phân và đcm vị đo thông tin...................................................... 11 1.4. Xử lý thông tin.................................................................................................12 1.5. Xử lý thông tin tự động bằng máy tính điện tử...........................................13 1.6. Tin học và Công nghệ Thông tin ..................................................................14 2. Cấu trúc của máy tính điện tử......................................................... 20 2.1. Kiến trúc chung của tnáy tính...................................................................... 20 2 .2 . B ộ n h ớ ................................................................................................................................ 21 2.3. Các thiết bị vào/ra........................................................................................... 31 2.4. Kết nổi máy tính và mở rộng ngoại v i........................................................ 36 3. Nguyên lý làm việc của máy tính điện tử ...................................... 43 3.1. Bộ xử l í ........... ................................................................................................ 43 3.2. Quá trình ửiực hiện lệnh............................................................................... 44 3.3. Nguyên lý Von Neumann............................................................................. 46 4. Các hệ đếm dùng trong tin h ọ c...................................................... 58 4.1. Hệ đếm ...................................... ....................................................................... 58 4.2. T ìm biểu diễn s ố ..................................................................................................... 60 4. 3 . Số h ọ c n hị p h â n .................................................................................................................6 5 5. Đại số logic và ứng dụng trong thiết kế mạch logic....................66 5.1. Các hàm đại số lo g i c .............................................................................................. 67 5.2. Biểu diễn các hàm đại số logic.................................................................... 69 5.3. Áp dụng đại số logic ừong việc thiết kế các mạch lo g ic ......................... 70 6. Biểu diễn thông tin trong máy tính.................................................73 6.1. Dữ liệ u ..............................................................................................................73 6.2. Dữ liệu kiểu s ố ................................................................................................... 75 6.3. Dữ liệu phi sổ ..................................................................................................... 78 6.4. Biểu diễn vật lý của thông tin frong máy tính...................................................81 6.5. Truyền tin giữa các máy tính.......................................................................... 82 7. T huật to á n x ử lý th ô n g tin ...........................................................................91 7.1. Khái niệm bài toán và ửiuật toán ....................................................................91 7.2. Một số đặc trưng của thuật toán......................................................................94 7.3. Các phương pháp điễn tả thuật toán............................................................... 95 7.4. Sơ lược về đánh giá thuật toán........................................................................99 í / s . P hàn m ề m ........................................................................................................... 100 8.1. Phần m ềm .......................................................................................................100 8.2. Phần mềm ứng dụng.................................................................................... 101 8.3. Phần mềm hệ thống.......................................................................................104 8.4. Quá trình xây dựng một phần m ềm .......................................................... 105 ^9. Ngôn ngữ lập trình và chương trình d ịc h ......................................110 9.1. Các mức khác nhau cùa ngôn ngữ lập trình............................................... 110 9.2. Quá ừình tììực hiện một chương ùìiửi với ngôn ngừ bậc cao...................... ỉ 14 J10. Hệ điều h àn h ...................................................................................... 122 10.1. Khái niệm và chức năng của hệ điều hành................................................122 10.2. Tiến triển của hệ điều hành..........................................................................123 ^11. Phần mềm mã nguồn m ở ................................................................ 137 11.1. Định nghĩa phần mềm mã nguồn m ờ........................................................ 137 11.2. Những ưu việt của PMNM.......................................................................... 139 11.3. Những hạn chế của PM N M .........................................................................141 ^ 12. Mạng máy tính....................................................................................149 12.1. Khái niệm về mạng máy tính......................................................................149 12.2. Môi trường truyền dẫn................................................................................. 150 12.3. Card giao tiếp mạng (Network Interface C ard)......................................153 12.5. Giao thức mạng..............................................................................................155 12.6. Mạng cục bộ................................................................................................... 156 12.7. Mạng rộng...............................*................................................................... 161 12.8. Các mô hình xử lý có cộng tác....................................................................161 ^13. Internet................................................................................................. 164 13.1. Internet là g ì ? .................................................................................................164 13.2. Các tài nguyên frên Internet.....................................................................165 13.3. Các địch vụ trên Internet.............................................................................165 13.4. Công nghệ Internet..................................................................................... 167 13.5. Cấu trúc một mạng điển hình có nối với Internet................................. 174 14. ứng dụng của công nghệ thông tin..............................................188 14.1. Các bài toán khoa học kỹ thuật............................................................... 189 14.2. Các bài toán quản l ý ...........................................................................................190 14.3. Tự động h oá .......................................................................................................... 191 14.4. C ông nghệ thông tin và công tác văn phòng.............................................193 14.5. Tin học và giáo dục.......................................................................................... 194 14.6. Thương mại điện tử ^ ......................................................................................195 14.7. Công nghệ thông tin và cuộc sống đờithường........................................ 195 15. Một số lĩnh vực nghiên cứu trong tin học...................................197 15.1. Cấu trúc dữ liệu và thuật toán................................................................... 198 15.2. Ngôn ngữ ỉập trình, phương pháp lậptrình và chương ừình đ ịch .... 198 15.3. Hệ điều hành........................................................................................... 198 15.4. C ơ sờ dữ liệu và các hệ quản ừị cơ sở dừ liệ u............................................ 198 15.5. Mạng máy tính và truyền thông................................................................199 15.6. Trí tuệ nhân tạo............................................................................................200 15.7. Tương tác người máy............................................................................... 201 15.8. Kỹ nghệ phần m ề m .............................................................................................201 16. Một sổ vấn đề về pháp luật và đạo đức nghề nghiệp............... 204 16.1. V irus..................................'............. .......................................'...................204 16.2. Các tội phạm lạm dụng Internet vì nhữiig mục đích xấu................... 208 16.3. Sở hữu trí tuệ và bản quyền...................................................................... 211 16.4. Luật liên quan đến tội phạm tin học của Việt N am .............................. 212 PHÀN II. S ừ DỤNG MÁY TỈNH..............................................................247 1. S ử dụng hệ điều hành...................................................................... 247 1 . 1. Hệ điều hành W I N D O W S X P .......................................................................... 247 1.2. Hệ điều hành L inu x...................................................................................... 273 2. Chương trình soạn thảo văn bản MS Word................................. 284 2.1. Bắt đầu với Microsoft Word......................................................................284 2.2. Một số khái niệm cơ b ản....................................................................................... 285 2.3. Sử dụng căn bản trong W o r d ...............................................................................289 2.4. Định dạng văn bản....................................................................................... 296 2.5. Bảng biểu (table) trong W o r d ..............................................................................300 3. Microsoft E x c e l.................................................................................... 305 3.1. Một sổ khái niệm Excel cơ bản........................................................................... 305 3.2. Di chuyển con trỏ trong E x c e l ............................................................................ 306 3.3. N h ậ p d ữ l i ệ u ..........................................................................................................................3 0 9 3.4. Thao tác với E x c e l....................................................................................... 313 3.5. Thao tác với hàng và cột............................................................................. 319 3.6. Sổ và các phép tính toán học.......................................................................322 3.7. T ạ o b i ể u đ ồ ........................................................................................................................... 3 2 3 4. ChiPơng trình trình diễn Microsoft Power Point..........................325 4.1. Tổng quan về PowerPoint........................................................................... 325 4.2. Tạo slide m ớ i ............................................................................................................ 326 4.3. Thay đổi slide................................................................................................327 4.4. Sử dụng một mẫu thiết k ế........................................................................... 327 4.5. Các nút V ie w ................................................................................................... 327 4.6. Sửa lỗi từ vựng (dành cho tiếng Anh)........................................................328 4.7. Chạy PowerPoint Slide Show .......................................................................328 4.8. In slide..........................................................................................................................329 5. P hần m ề m v ẽ ....................................................................................................... 3 2 9 5.1. Mờ và đóng chưcmg ừinh vẽ Paint.............................................................330 5.2. Đặt màu vẽ và màu nền............................................................................... 332 5.3. Vẽ tự do............................................................................................................. 333 5.4. Vẽ các hình hình học.......................................................................................335 5.5. K ỹ thuật tô màu, cẳt dán và sao chép........................................................ 336 5.6. Đưa văn bản vào ảnh....................................................................................339 6. Sử dụng Internet..................................................................................342 6.1. Trình duyệt Web Microsoft Internet Explorer.......................................... 342 6.2. Trình duyệt Mozilla Firefox........................................................................347 6.3. Chương trình quản lý ứiư điện tử Microsoft Outlook............................. 349 6.4. Chương trình soạn thảo Web Microsoft Frontpage................................. 358 Tài Uệu tham khảo..................................................... ....................................... 370' LỜI TựA Cuổn giáo trình Tin học cơ sở được viết dựa trên các bài giảng của chúng tôi tại trường Đại học Công nghệ (trước đáy là Khoa Công nghệ) thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội từ năm 200ỉ tới nay. Môn tin học cơ sở có mục đích trang bị những kiến thức cơ bản ban đầu về tin học cho sinh viên. Có ba mạch kiến thức cần được trang bị là: ■ Thông tin và xử lý thông tin ■ Phương tiện xử lý thông tin: máy tính, các thành phần của máy tính và nguyên lý làm việc cùa máy tỉnh ■ Phương pháp xử lý thông tin: thuật toán và lập trình Khung chương trĩnh gồm 3 phần • Phần đầu là kiến thức cơ sở với thời lượng 2 đơn vị học trình, tương đương với 30 tiết. Phần này do ThS. ĐÌÌO Kiến Quốc biên soạn. ■ P h ầ n thứ hai nhằm c u n g cấp kỹ năng sử dụng máy cho sinh viên, được giảng dạy và thực hành trực tiếp Irong các phòng thực hành mảy tinh với thời lượng 90 tiết. Sinh viên sẽ được học kỹ năng bàn phím, cách sử dụng hệ điều hành, cách sử dụng một số phần mềm văn phòng và sử dụng Internet. Phần này do TS.Bùi Thế Duy phụ trách. ■ Cuổi cùng là phần lập trình với thài lượng 30 tiểt lý thuyết trên lớp và 30 tiết thực hành tại phòng máy. Ngôn ngữ lập trình được sử dụng là ngôn ngữ c, C+ + hoặc Java. Phần này sẽ được xuất bán trong íhời gian tới. Kiến thức cơ bản được trải ra trong 16 mục, cỏ những phần đọc thêm (in nghiêng) có tỉnh tư liệu để mở rộng kiến thức. Do có một tỉ lệ lớn sình viên chưa được học tin học ở trường phổ thông, lại không có điểu kiện íiép xúc với máy tỉnh nên nhừng tư liệu này sẽ raí có ích với sình viên. Ciioi moi mục đều cỏ các cáu hỏi để hưởng dẫn ôn tập hoặc đào sâu thêm kiến thức. Phần cung cấp các kỹ năng sử dụng mảy tính được trình hày theo tùng phần mềm: sử dụng hệ điều hành (Windows và Linux), sử dụng Word, sử dụng Excel, sừ dụng PowerPoint, sử dụng email, tra cứu WEB và sử dụng công cụ tìm kiếm; Cuối cùng là sử dụng phần mềm làm WEB và phần mềm vẽ Paint. Mặc dù các tác đã cỏ nhiều năm kinh nghiệm giảng dạy môn học này và cũng đã đầu tư nhiều công sức để cập nhật tư liệu nhưng chắc chắn khó tránh khỏi những khiếm khuyết. Rất mong được các đồng nghiệp và sinh viên góp ỷ để giáo trình ngày càng được hoàn thiện. Các tác giả đặc biệt cảm ơn Giáo sư Viện sỹ Nguyễn Văn Hiệu, khi còn ở cương vị Chủ nhiệm Khoa Công nghệ, đã dành nhiều tám huyết cho việc nâng cao chất lượng đào tạo đã tin tưởng giao cho chúng tôi nhiệm vụ viết giáo trình này. CÁC TÁC GIẢ Phần I CÁC KIẾN THỨC C ơ SỞ 1. Thông tin và xử lý thông tin 1.1. Thông tin Ngày nay, thuật ngữ "thông tin" (information) được sử dụng khá phổ biến. Người ta có nhu cầu đọc báo, xem truyền hình, giao tiếp với người khác để có thông tin. Thông tin chính là tất cà những gì mang lại hiểu biết cho con người. Cần đặt thông tin trong mục đích hoạt động. Khi tiếp nhận thông tin, người ta phải "xử lý" để có những quyết định. Một công ty phải luôn luôn tìm hiểu thông tin về thị trường để có chiến lược kinh doanh thích hợp. Một người điều khiển xe máy phải luôn nhìn đường và các đối tượng tham gia giao thông khác để lái tới đích và không bị tai nạn. Thông tin làm tăng thêm hiểu biết của con người, là nguồn gốc của nhận ihức và là cơ sở của quyết định. Thông tin được chuyển tải qua các môi Irường vật lý khác nhau như ánh sáng, sóng âm, sóng điện từ. Thông tin được ghi trên các phương tiện hữu hình như các văn bản trên giấy, băng ghi âm hay phim ảnh hoặc vô hình như sóng điện từ. v ề nguyên tắc, bất kỳ cấu trúc vật chất nào hoặc bất kỳ dòng năng lượng nào cũng có thể mang thông tin. Các vật có thể mang được thông tin được gọi là giá mang tin (support/ Hình thức vật lý của thông tin được gọi là tín hiệu (signal). Thông tin và tín hiệu có một độ độc lập tương đối. Có thể chuyển tải một nội dung thông tin như nhau bằng những tín hiệu khác nhau. Trên sân cỏ, động tác phất cờ cùa trọng tài biên (hình ảnh), tiếng còi trọng tài chính (âm thanh) có thể c ù n g ma n g th ôn g tin báo lỗi. N g ư ợ c lại một tín hiệu như nhau trong những hoàn cảnh khác nhau lại c ó thể thể hiện nhừng thông tin khác nhau. N g ư ờ i nô n g dân ờ đ ồ n g bằng S ô n g Hồ ng mời khách uống rượu trước để tỏ lòng thành nhưng ở miền Tây Nam Bộ thì phải làm ngược lại - chù phải uổng trước. Thông tin có thể được phát sinh và được lưu lại trong một giá mang tin nào đấy. Thông tin có thể được truyền từ một giá mang này sang một giá mang khác. Như vậy thông tin có thể được nhân bản và khi nhân bản ý nghĩa của thông tin kh ô n g hề suy giảm. D ữ liệ u (data) là hình thức thể hiện của t h ô n g tin trong m ụ c đích lưu trừ và xử ỉý nhất định. Thuật ngữ "dừ liệu" chúng ta dùng hiện nay có nguồn gốc từ chữ Hán- Việt với ý nghĩa là "cái đã cho". T ừ tương ứng trong tiếng Anh (data) là số nhiều của từ datum trong tiếng Latin, tiếng Pháp (donneés), tiếng N g a (;ỉaHHbix) c ũ n g đều m an g nghĩa là "cái đã cho", v ề mặt lịch sử, khái niệm dữ liệu xuất hiện c ù n g với việ c x ử lý t h ô n g tin bằng m á y tính. Vì thế trong nhiều tài liệu người ta định nghĩa dữ liệu là đổi tượng x ử lý của máy tính. Thông tin luôn mang một ý nghĩa xác định nhưng hình thức thể hiện của thông tin rõ ràng m a n g tính quy ước. C h ẳ n g hạn kí hiệu "V" trong hệ đếm La Mã mang ý nghĩa là 5 đơn vị nhưng trong hệ thống chữ La tinh nó mang ý nghĩa là chữ cái V . Trong máy tính điện tử (M T Đ T ), nhóm 8 chữ số 0 1 0 0 0 0 0 1 , nếu là số sẽ thể hiện số 65, c ò n nếu là c h ữ sẽ là ch ữ "A". T ri th ứ c ( k n o w l e d g e ) c ỏ ý nghĩa khái quát hơ n th ông tin. N h ữ n g nhận thức thu nhận được từ nhiều thông tin trong một lĩnh vực cụ thể nào đó, có tính hướng m ụ c đích m ớ i trờ thành tri thức. N h ư v ậ y tri thức là m ụ c đích cùa nhận thức trên c ơ s ờ tiếp nhận thông tin. Quá trình xử lý thông tin chính là quá trình nhận thức để có tri thức. 1.2. M ã hoá thông tin C ó nhiều cách phân loại thông tin. Chún g ta quan tâm đến cách phân ỉoại dựa vào các đặc tính liên tục hay rời rạc của tín hiệu vật lý. T ư ơ n g ứng, thông tin được chia thành thông tin liên tục và t h ô n g tin rời rạc. T h ô n g tin liên tục đặc trưng cho các đại lư ợ n g mà số lượng các giá trị c ó thể tiếp nhận được là vô hạn như độ dài địch c h u y ể n c ơ học, điện áp... 10 Thông tin rời rạc đặc trưng cho các đại lượng mà số lượng các giá trị có thể kể ra được như sổ nhà trong dãy phố, số trang của một quyển sách, tên người Irong một lớp. Thông tin rời rạc có thể biểu diễn thông qua các bộ kí hiệu (các chữ số, các chữ cái...) mà ta gọi là bảng chữ. Già sử, ta có tập đối tượng X cần biểu diễn. Đe làm điều này, ta chọn một tập hữu hạn A các kí hiệu làm bảng chừ mà mỗi kí hiệu là một chữ. Chúng ta sẽ gọi mỗi dãy hữu hạn các chữ là một từ trên A. V í dụ nếu A là tập các chữ số ihì mỗi từ chính là một số (cho bằng một dày số). Mã hoá các thông tin rời rạc cùa một tập X trên một bảng chừ A chính là cách gán cho mỗi phần tử X e X một từ y trên A. Phép gán mã phải đảm bảo tính chất: mã của hai đối tượng khác nhau phải khác nhau. Tính chất này đảm bảo khi biết mã có thể tìm được đối tượng tương ứng. Quá trình gán mã được gọi là phép lập mã. Quá trình ngược được gọi là phép giải mã. V í dụ, nếu X là tập các thí sinh, chọn A là tập các chữ số thì mã của một thí sinh có thể lấy là số báo danh cùa thí sinh đó. sổ báo danh phải cho phép chỉ định duy nhất một thí sinh. Như đã biết dữ liệu là hình thức biểu diễn thông tin với mục đích )íử lý thông tin. Vậy mã hoá chính là con đường chuyển từ thông tin thành dữ liệu. Sau này ta sẽ thấy các thông tin dưới dạng số, văn bản, âm thanh, hình ảnh đều phải chuyển dưới dạng mã phù hợp đề máy tính có thể làm việc đươc. 1 3 . Mã hoá nhị phân và đơn vị đo thông tin Từ lâu người ta đã biết dùng mã Moorsc trong truyền tin. Với mã Moorsc, mỗi chữ được thể hiện bàng một dãy các kí hiệu chẩm và vạch. Khi truyền tin, các điện tín viên nhấn lên cần manip để đóng mạch điện. Đe truyền đi một đấu chấm người ta nhấn cần manip rồi nhả ngay. Còn để truyền một vạch người ta nhấn, giữ một chút rồi mới nhà. Tại máy nhận mỗi khi mạch điện được đóng, đầu in áp xuống băng giấy chạy. Mạch điện đóng lâu sẽ tạo ra vạch, đóng nhanh sẽ tạo ra chấm và được tái hiện trên băng giấy. Mà hoá trên bảng chừ hai kí hiệu được gọi là mã hoá nhị phân. Như vậy mã Moorse là một loại mã nhị phân. 11 Trong tin học, mã hoá nhị phân được sử dụng rất rộng rãi. Có nhiều lý do trong đó có íý do là máy tính điện tử xây đựng từ các linh kiện vật lý có hai trạng thái như các mạch đóng hoặc ngắt dòng điện. Bảng chừ nhị phân được sử dụng trong tin học chỉ gồm 2 “chữ” là chữ sổ 0 và chữ số 1. Chính các chữ số này cũng gọi là chữ số nhị phân (binary digit). Trong một tập hừu hạn đối tượng, để mã hoá nhị phân, cần gán cho mỗi đối tưẹmg một từ nhị phân (mã nhị phân). V í dụ đối với tập 8 đối tượng ta có thể gán cho mỗi đổi tượng một mã khác nhau trong tập mã 3 chữ số nhị phân sau: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Một cách tổng quát, nểu dùng các mã k chữ số nhị phân sẽ mã hoá được tập đối tượng có tới 2*^ đối tượng. Ngược lại, bất cứ một tập n đối tượng sẽ chi cần dùng không quá log2 n] +1 chữ số nhị phân để tạo ra các mã đủ phân biệt n đổi tượng. Như vậy, trong mã hoá nhị phân, mỗi một chữ số nhị phân mang một lượng tin nào đó về đối tượng và được xem là một đơn vị thông tin. Đơn vị thông tin đó được gọi là bit do viết tắt từ chính cụm từ “ 5/nary digir''. Ta cũng gọi các chữ số 0 hay 1 là một bit. Thông thưòng để chỉ các lượng tin ló^, người ta không đùng bit mà dùng một số đơn vị bội cùa bit sau đây: Bảng 1.1. Các đơn vj đo thông tin Tên gọi Viết tắt Giá tri Byte B 8 bit KiloByte KB 2^° byte (1024 byte) MegaByte MĐ 2 ’° KB GigaByte GB 2^° MB TeraByte TB 2 '° GB 1.4. Xử lý thông tin X ử lý thông tin là tìm ra những dạng thể hiện mới cùa thông tin phù hợp với mục đích sử dụng. V í dụ, khi cho phưcmg trình cầ n giải ( x ử lý) để t ì m ra h ai n g h i ệ m X] v à X 2- và c hoàn toàn tương đương với biết X| và X2- về + bx + c = 0 ta m ặ t t h ô n g tin, v i ệ c biết b Tuy nhiên ừong mục đích sử d ụ n g thì v i ệ c biế t Xi v à X2 k h á c hẳn v ớ i biết b và c. Như v ậ y x ử lý t h ô n g tin k h ô n g làm t ăn g lư ợ n g tin m à chi h ư ớ n g h iểu biết v à o n h ữ n g k h ía c ạ n h c ó lợi ữong hoạt động thực tiễn. Mục đích cùa xử Ịý thông tin là tri thức. 12 1.5. Xử lý thông tin tự động bằng máy tính điện tử Quá trình xử lí thông tin trên máy tính điện tử cũng có những bước tương tự như tính toán thủ công. Để mô tả cách thức xử ỉý dừ liệu, giừ các kết quả tính toán, con người cần phải sử dụng một số phương tiện ghi nhớ nhất định như giấy, bảng và chính trí nhớ cùa mình. Máy tính điện tử (M TĐT) cũng cần có phương tiện nhớ dữ liệu, kết quả và cách xử lý gọi là bộ nhớ. Con người cần sử dụng một số công cụ nào đó như bàn tính, hay chính bộ não để thực hiện các phép toán. M T Đ T cũng sử dụng một số mạch tính toán có khả năng xử lý dữ liệu. Đó chính là bộ số học và logic. Để xử lý một công việc phức tạp, người ta cần thực hiện nhiều phép xử lý nhò theo một trình tự nhất định. Với hiểu biết của mình, tuỳ theo những điều kiện cụ thể, con người tự xác định các phép tính cần thiết và trình tự thực hiện các phép tính. V í dụ khi giải một phương trình bậc 2, người giải chỉ có thể quyết định giải tiếp để tìm hai nghiệm thực sau khi tính và thấy biệt thức A > 0. M T Đ T thì không thể chù động như thế. Nó không thể tự quyết định được, khi nào thì phải làm gl, cộng hay trừ, nhân hay chia, các dữ liệu tham gia xử lí sẽ lấy ở đâu... Để làm được điều đó, người ta phải lập một kịch bản xử lý có đầy đủ mọi tình huống dưới dạng các mệnh lệnh để hướng dẫn M T Đ T xử lý công việc theo đúng yêu cầu mong muốn. Tập hợp các mệnh lệnh như vậy được con người soạn thảo bàng một ngôn ngữ mà máy "hiểu" được gọi là chương trình (program). Máy tính cần có phương tiện để lưu chương trình đưa vào và cần có một thiết bị có đảm bảo khả năng tự điều khiển theo chương trình. Ta có thể hình dung quá trình xử lí Ihông tin trên máy tính số bàng sơ đồ ờ hình dưới đây: Chương trình Kết q u à Dữ liệu Hình 1.2, Xử lý thông tin bẳng máy tính 13 Cụ thể hơn, giả sử ta cần xử lí các thông tin X . Bằng một công cụ tính toán nào đó, con người có thể thực hiện tính toán theo một quy trình t' để thu nhận được kết quả Y . Với M T Đ T , quá trình xử lí đó được tiến hàrh như sau: mã hóa X nhờ phép mã hoá c để thu được dữ liệu ban đầu X (sau này ta sẽ thấy ià máy tính chỉ xử lí trực tiếp với dữ liệu ở mã nhị phân gồm toàn các chữ số 0 và 1). Thay cho quy trình xử lý f, người ta phải lập một chương trình p nạp vào trong máy và giao cho máy tính thực hiện. Sau khi chương trình p thực hiện xong ta thu được kết quả y (trong dạng nhị phân). Nhờ phép giải mã c ' ta thu được kết quả phải tìm Y dưới dạng mà con người có thể sử dụng trực tiếp. Tương ứng giữa hai cách xử lí có thể mô tả như hình 1.3: Hình 1.3. S ơ đổ xử lý thông tin bằng máy tính 1.6. Tin học và Công nghệ Thông tin Bản thân thuật ngữ “tin học” dùng ở Việt Nam có nguồn gốc từ từ “ Informatique” trong tiếng Pháp (Xem bài đọc thêm). Informatique được Viện Hàn lâm Khoa học Pháp định nghĩa như sau: Tin học là ngành khoa học nghiên cứu các phương pháp và quá trình xử lý thông tin một cách tự động dựa trên các phương tiện kỹ thuật mà hiện nay phương tiện đó là M T Đ T , Như vậy, trong định nghĩa này ta thấy có hai khía cạnh: ■ Phần cứng (hardware) là toàn bộ các thiết bị vật lí cùa M T Đ T . Nâng cao tốc độ xử lý, tăng khả năng lưu trữ, tăng độ tin cậy, giảm năng lượng sử dụng, tăng khả năng ghép nối... là những mục tiêu mà công nghệ phần cứng hướng tới. 14 ■ Phần m ề m (s o f t w a r e ) là p h ư ơ n g ph áp xử lý th ông tin bao g ồ m các c hư ơ ng trình c ó c h ứ c năng điều khiển, khai thác phần c ứ n g và để thirc hiện các yêu cầu xử lý thông lin. Phần mềm còn nằm ở phương pháp tổ c h ứ c dữ liệu tư ơ n g ứng với chương trình x ử lý thông tin. Tìm ra các phương pháp xử lý thông tin có hiệu quả, tổ chức dữ liệu tốt và lập trình thể hiện các phương pháp xừ lý đó là vấn đề của phần mềm. Trước năm 1 97 5, vớ i m ộ t nội dung khá thô sơ (chủ yếu là ngu yên lý m á y và lập Irình) ở m i ề n B ắ c t h ư ờ n g dùng thuật ngữ "Máy tính điện tử" CÒII ờ miền Nam dùng thuật ngữ "Điện toán" với ý nghĩa của tin học. Tất nhiên các thuật ngữ trên đều không phản ánh đầy đủ nội dung của Tin học. Ngay ở Mỹ cho đến nay người ta vẫn dùng thuật ngữ “khoa học máy tính” (Computer Science), “xử lý dữ liệu” (Data Processing), “xử lý thông tin” (Information P r oc es s in g) , "tính toán bằng máy tính" (C om pu tin g) để chi những mặt nào đó trong tin học. Cũng nên biết rằng tên của Hội Tin học Việt Nam trong tiếng Anh được lấy là VA IP có nguồn gốc từ “Vietnam Association for Information Processing”. Đã từ lâu, nhiều chuyên gia muốn có một tên gọi mới cho ngành khoa học này. Năm 1962, một giáo sư người Pháp tên là Philippe Dreyfus đã đề nghị thuật ngữ informatique trên cơ sở hai từ “information” (thông tin) và “automatique” (tự động hoá). Thuật ngữ này được Viện Hàn lâm Khoa học Pháp chấp nhận chính thức và công bố ngày 6/4/1966 kèm theo giải thích với nội dung như định nghĩa tin học nêu trên. Trong các hội thảo và các ấn phẩm khoa học, thuật ngữ này được Anh hoá thành từ Informatics (chính tiếng Anh không có từ này). Thuật ngữ này (tirợc chấp nhận rộng rãi ỡ châu Âu nhưng ít được dùng ở Bắc M ỹ. Cuối những năm 70 của thế kỷ X X , một nhóm các nhà khoa học Việt kiều tại Pháp đã dùng thuật ngữ "Tin học" với ý nghĩa của từ "Informatique" và đã sử dụng trong một số hội thảo tại Hà Nội. Từ đó thuật ngữ “Tin học” được chính thức sử dụng tại Việt Nam. H iệ n nay n g a y cả trên thế g iớ i cũng có nhiều quan niệm khác nhau về một định nghĩa cho tin học. Sự khác nhau thực chất chỉ ở phạm vi các lĩnh vực được coi là tin học. Ngày nay tin học xâm nhập vào mọi lĩnh vực nên ở m ộ t s ố nơ i ranh g i ớ i g i ữ a tỉn h ọ c v à một số ngành k h á c k h ô n g c ò n rõ nét 15 nữa. V í dụ viễn thông (telecommunication) ngày nay đã chuyển dịch từ công nghệ tưorng tự (analog) sang công nghệ số (digital). Phần truyền dẫn ở những môi trường truyền thống còn là tương tự nhưng phần quản lý, chuyển mạch, xử lý dịch vụ... đều do máy tính đảm nhận. Tự động hoá ngày nay cũng thay đồi rất nhiều với những xử lý thông minh qua máy tính trước khi truyền tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành. Trong thời gian vừa qua nhiều nhà khoa học đề nghị sử dụng thuật ngữ "Công nghệ Thông tin" (Information Technology) với một nội dung đầy đủ hơn, bao hàm được những lĩnh vực, những nền tảng chủ yếu của khoa học và công nghệ xử lý thông tin dựa trên máy tính. K h i nói đến yếu tố công nghệ, người ta muốn nhấn mạnh đến tính quá trình, tính tổ chức và phương pháp xử lý thông tin hướng tới ứng dụng. Định nghĩa Công nghệ Thông tin đã được nhóm chuyên gia Việt Nam đứng đầu là Giáo sư Phan Đình Diệu (Hiện công tác tại Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội) nghiên cứu, tham khảo từ các định nghĩa của chuyên gia fren thế giới và đã được đưa vào Nghị quyết 49/CP của Chính phù về phát triển Công nghệ Thông tin của Việt Nam như sau: "Công nghệ Thông tin là tập hợp các phương pháp khoa học, các phương tiện và công cụ kỹ thuật hiện đại - chủ yếu là kỹ thuật máy tính và viễn thông - nhằm tổ chức và khai thác và sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên thông tin rất phong phú và tiềm tàng trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người và xã hội... Công nghệ thông tin được phát triển trên nền tảng phát triển của các công nghệ Tin học - Điện tử - Viễn thông và Tự động hoá". Như vậy Công nghệ Thông tin (C N T T ) mang một ý nghĩa rộng rãi hơn, nó vừa là khoa học, vừa là công nghệ, vừa là kỹ thuật, bao trùm cả tin học, viễn thông và tự động hoá. Lun ý ràng ở nhiều nơi người ta không xem viễn thông là một bộ phận của C N T T . Thay cho IT (Information Technology) người ta thường dùng IC T (Information - Communication Technology). 16 Câu hỏi và bài tập 1. Hãy làm rõ mối liên hệ giữa các khái niệm thông tin, tín hiệu, dữ liệu? 2. (Bài làm thêm nếu đã đọc tài liệu đọc thêm ở sau phần câu hỏi và bài tập này). Tìm một ví dụ minh hoạ có thông tin nghĩa là giảm độ bất định. 3. í Bài làm thêm nếu đã đọ c tài liệu dọc thêm) Một lớp c ó 48 sinh viên trong đó có 36 nam và 12 nữ. Trong một cuộc Ihi học sinh giỏi tin học cùa trường một sinh viên cùa lớp được giải nhất. Người ta muốn biểt người đó là ai. Sau đó người ta được thông báo thêm, người đoạt giải cũng đã tùng nhận giải nhì trong một cuộc thi cắm hoa của nCr sinh tổ chức nhân ngày 8/3. Tính lượng tin nhận được trong thông báo trên. 4. Đơn vị đo tin là bit. Nhưng bit chính lại là chữ viết tắt của cụm từ c h ữ s ố nhị phân "Binary Digit". H ã y lý giải mối liên hệ giữa hai điều này. 5. Tại sao nói xử lý thông tin không làm tăng lượng tin. 6. Hãy nêu vai trò của thông tin trong cuộc sống. Bài đọc thêm: Độ đo lượng thông tin N ếu hiểu có thông tin đ ồ n g nghĩa với thêm hiếu biết thì cũ n g có nghĩa là cỏ thông tin là g iả m bớt đư ợ c s ự thiểu hiểu biết (còn gọ i là độ "mù m ờ" hay độ bất định). Vì thế kh ả i niệm thông tin có m ối liên hệ m ang tính bản chất với khái niệm vể độ bất định. M ỗ i đ o i tư ợ ng chư a hoàn toàn rõ đều củ một độ bất định nào đó. X é t m ột vỉ dụ đ ể làm rô hơn đ iểu này. M ộ t khoa C ông nghệ Thông tin cỏ 128 cán hộ Irong đó Bộ m ôn C ông nghệ tri íhức có 8 người. Thông tin nói rằng "có ai đó đang nghiên cửu m ột đề tài khoa học" là rất m ù m ờ vì nó k h ô n g cho ta biết ai đang nghiên cứu. K hả n ă n g m ột người cụ thể nào đó thực hiện đ ể tài chia đểu cho mỗi người và hằng 1/Ỉ28. N ếu biết thêm thông tin đ ề tài đ a n g nghiên cứ u là "data m ining" (một lĩnh vực nghiên cứu về công nghệ tri thức) thì độ bát định đã giảm đi. M ặc dù vẫn chưa biết ai như ng đ ã biết thêm rằng cán bộ đỏ thuộc B ộ m ôn C ông nghệ tri thức và khả năng xác định bây g iờ là 1/8. Vậy thông tin về đề tài nghiên cứii trên đã ỉcim giảm độ bất định khi ta xác định ngư ờ i nghiên cứu. Đ ộ bất định có liên quan chặt c h ẽ với khái niệm xác suai - độ đo kh ả năng có thể x ả y ra của m ột s ự kiện. Xác su ấ t của m ột sự kiện cỏ giả trị nằm g iữ a 0 và 1. N ếu m ộ t s ự kiện không bao g iờ xả y ra, x á c suất cùa nó có 17 g iá trị bằng 0. N eu m ột s ự kiện chắc chắn xả y ra, xá c suất của nó bằng ỉ. Trong vi dụ trên, lúc đầu xác suất đ ế người nghiên cửu là m ột người cụ thể nào đó là ỉ / 128 Sau khi có thông tin xá c suất xác định là 1/8. Rõ ràng không gian sự kiện càng p h â n tản (nhiều khả rtăng với xác suất càng nhò) thì độ bất định càng lớn. Đ ộ bất định có thể đo được. N ăm ỉ 948, Shannon đ ã đưa ra độ đo cho độ hấi định như sau: G iả s ử s ự kiện A ch i có thể thuộc về 1 (rong n trạng thái riêng hiệt A I, A 2,.., A n với x á c x u ấ t tương ứng là Pt, P 2 ,. - Pn (pi'^ P2 Pn ^ i)- bắt định của s ự kiện A được tính bằng H = - Ẻ P , log,(p.) i= 1 vớ i b là m ội c ơ s ổ nào đó. K hi đó H được g ọ i ỉà entropi của sự kiện A. Ta thừ tính eníropi củ a m ột con xú c xắc 6 mặt. K hả n ă n g xu ấ t hiện của m ỗi m ặ t đ ểu n h ư nhau và bằng 1/6. N ếu chọn c ơ số là 2 thì entropỉ của hệ thống s ẽ lờ : 6 H = - ỵ | l / 6 íog 2 (1/6) « 2 . 5 8 5 1= 1 (vì tất cả c á c p i đ ều b à n g 1/6) Trong trường hợp x em x é t ai là nguời nghiên cứ u đ ề íài "Data M in in g " ở trên, lúc đầu ta có 128 (2^) khả năng với xá c suất m ỗi kh ả năng là 1/128. Ta tỉnh entropi 128 I Sau khi có thông tin, kh ô n g gian s ự kiện ch i còn 8 trạng thái với xác suất m o i trạng thải là 1/8. Tính íương tự n h ư trên, lần này ta nhận được entropi H 2 = 3. Vậy th ô n g tin đ ã làm giảm độ bẩí định từ 7 xu ống 3. H iệu sổ g iữ a độ bẩt định hai lần chinh là lượng tin nhận được. Vậy thông tin cũng có th ể đo được. Trong vỉ d ụ trên, lư ợ ng tin của thông tin "G iảo viên đó đ a n g nghiên cửu đề tài về data m ining" s ẽ là 7 -3 = 4. Trong p h ầ n trên ta đ ã thấy trong trường hợp đầu tập hợp đổi tượng là 128 người, ta cần 7 bỉt đ ể đ ủ m ã 18 Hình 1.4. J. Shannon (1937) hoá. Vậy có thế xem eníropi cùa m ột hệ thống là sồ hil cần thiết đ ể m ă hoả được m ọi trụng thải củ thế của hệ thong trong m ã hoả nhị phân. Thực tế với công thức cù a Shaniĩon, so bít ở đây đã dược hiểu theo nghía 'mở r ộ n g ”, kh ô n g nhai thiết p h ả i lả m ột số n^ỉ4yên. K hi biết rõ cán bộ thuộc hộ mân C ông n g h ệ tri thức, ch i cần 3 hít U) có thê m ã ỉìoá được. Vậy lượng tin nhận được chinh là số bit đ ã được làm rõ và loại trừ ra khỏi biếu diễn. Đơỉi vị thông (in nói trong m ục ỉ . 2. trên thực chất chính là đcm vị đo lượìig thông tin theo nghĩa cù a Shannon x ét vén c ơ sổ 2. Đó chinh là lư ợ ng thông tin đù đê nhận biết m ột trong hai trạng thải của m ột sự kiện cỏ xác suẩí xu ẩ l hiện như nhau. Ta h ã y tính lượ ng tin này. E n íro p i của không gian hai trạng thái với xác suất n h ư n h a u là - 2 x ( I / 2 x l o g 2( l / 2) ) = ỉ K h i cho biết m ột trạng thái thỉ sự kiện hoàn toàn xác định và entropi bằng 0. Đ iều đó có nghĩa là lượng tin nhận được khi biết một trong ha i trạng thải chính là 1 ~ 0 ^ ỉ (bít). Bản chất của đơn vị tin trong m ã hoả nhị p h â n chỉnh là lượng tin theo quan niệm m à Shannon đã đưa ra. C ũng cơn nói thêm là chỉnh Shannon, trong ỉuận văn c ừ n hân cùa m ình vào năm ỉ 930 đ ã đư a ra vấn đề dùng các m ạch điện đóng, m ờ đ ể th ể hiện các số ì và 0 và dùng các m ạch điện đ ể thực hiện các hiến đổi dữ liệu đư ợc m ã hoá dưới dạng nhị phân. C ác m áy tính ngày nay cũng được thiêt kê dựa trên ỷ tư ở ng này. Bài đọc thêm. Ai là ngưòi dạy tin học đầu tiên ở đại học Việt Nam và ai là người đưa ra thuật ngữ “tin học” lần đầu tiên K hoa Toán C ơ (sau này đôi tên là Toán - Cơ - Tin học) của trường Đ ại học Tong h ợ p H à N ội (Đ H T H H N) đã đư a vào chưm ĩg trình đảo tạo m ôn m ảy tỉnh và lập chưcm g trình khả sớm. Đỏ là vào các năm Ị 962-ỉ 963. Thầy N guyễn C ông Thủy là ngư ờ i đầ u tiên d ạ y m ôn học này. Lúc bẩy g iờ nội (ỉung của m ôn học rất đơn giản: m ộ t ít kiến thức về nguyên lý m ảy tỉnh và m ột íl kiên thức về lập trình írên m ột ngôn ngừ quy ước cỏ hình thức tưoTĩg tự như hợp ngữ (assembly). Vào khoáng năm Ị 968 íỉừiy N guyễn B á H ào (ỉà Tiến s ĩ đầu tiên của Việt Nam về khoa học m áy tỉnh) từ Liên X ô về bổ su n g thêm môn học về x ử lí d ữ ỉiệu - một chuyên đề cho sinh viên ngành p h ư ơ ỉĩg p h á p tính. Thời đỏ m ảy tỉnh chưa phát triên, Việt N am rất thiếu thông tin m à có được quyết định sớm như vậy thì đó thực s ự là m ột chủ trương có tam nhìn xa. Trường Đ H T H H N cũng chính là nơi tổ chức đ ào tạo sinh viền chuyên 19 ngành m ảy tính đầu tiên. N hiều n ^ư ờ ỉ tro n ^ sổ sinh viên càc khỏa đầu tiên đỏ (1(1 va đang cỏ nhiều đóng góp, năm g iữ các cương vị quan trọng trong nịịành C N T T Sinh thời, cố Bộ trư ởng Bộ Đ ại học và Trung học Chưvên nghiệp Tạ Qiumg B ừ u là người rất quan tâm đến nhừtĩg lĩnh vực m ới và thưcm ^ khuyển khich các cán hộ trẻ đi vào các lình vực đỏ. ô n g là người đề nghị thciy Thuỷ dịch ctiôn "Introduction à r in fo rm a iiq u e " vào năm ỉ 974. Đ áy là một cuon sách p h ô hiên khoa học của P háp viết rất hav và đơTĩ giản các vẩn đề vể rin học. Thời đó các thuật n g ữ khoa học dùng ở Đ ại học thường được chú ý Việt hóa. Thầy Thný có đổi với các đồng nghiệp và cho rằng nên dịch ”Inform aiique ” là “Tin học ỉrciG Sợ rằng nếu dịch là Tin học nhiều người không hiếu s ẽ không đọc nên thày Thuý quyết định đ ể nguyên từ ỉrt/ormaíique. C uốn "M ở đầu về ỉn/orm atique ” đã ra đời như vậy và được xu ấ t bản thành tài ỉiệu lưu hành nội bộ có trong thư viện của Đ ại học Tong hợp Hà N ội vào g iữ a nhừ ng năm 70. 2. Cấu trúc của máy tính điện tử 2.1. Kiến trúc chung của máy tính Hơn nửa thế kỷ qua, nhờ những tiến bộ khoa học kĩ thuật, tính năng của M T Đ T đã được hoàn thiện không ngừng. Mặc dầu vậy, các nguyên lí hoạt động, cũng như cấu trúc cơ bản của M T Đ T vẫn chưa có gì thay đổi đáng kể. Kiến trúc tổng quát của các hệ M T Đ T đều bao gồm các khối chức năng chủ yểu sau đây; ■ B ộ nhớ (memory): là nơi lưu trữ các dữ liệu. B ộ nhớ đư ợc phân cấp thành 2 loại. Bộ nhớ trong là bộ nhớ làm việc trong quá trình xử lý. Máy tính xử lý trực tiếp các thông tin trong bộ nhớ trong. Bộ nhớ n g o à i có tốc độ iàm việc chậm. Bù lại, thông tin trên bộ nhớ ngoài c ó thể lưu trừ lâu dài mà k h ôn g cần ngu ồn nuôi. T uy nhi ên m á y tính không thể xử lý trực tiếp các thông tin trên bộ nhớ ngoài mà trước khi xử lý phải chuyển chúng vào bộ nhớ trong. ■ B ộ số học và logic (Arithmetic Logic Unit - A L U ) là nơi thực hiện các xử lý như thực hiện các phép tính số học hay logic. ■ Bộ điều khiển (Control Unit) là đơn vị chức năng đảm bảo cho máy tính thực hiện đúng theo chương trình đă định. Bộ điều khiển phải 20