Bài giảng Tin học đại cương - Thông tin và biểu diễn thông tin

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG TIN HỌC ĐẠI CƢƠNG Bài 1: Thông tin và biểu diễn thông tin Nội dung 1.1. Các khái niệm cơ bản về thông tin và tin học 1.2. Máy tính điện tử và phân loại 1.3. Tin học và các ngành liên quan. Copyright by SOICT Nội dung 1.1. Các khái niệm cơ bản về thông tin và tin học 1.2. Máy tính điện tử và phân loại 1.3. Tin học và các ngành liên quan. Copyright by SOICT 1.1 Các khái niệm cơ bản • Thông tin • Dữ liệu • Tri thức • Hệ thống thông tin • Xử lý thông tin Copyright by SOICT Thông tin • Thông tin (information) là gì ? • Là khái niệm trừu tƣợng mô tả tất cả những gì đem lại cho con ngƣời sự hiểu biết, nhận thức tốt hơn về những đối tƣợng trong đời sống xã hội, trong thiên nhiên,... • Giúp cho con ngƣời thực hiện hợp lý công việc cần làm để đạt tới mục đích một cách tốt nhất. • Là ngữ cảnh trong đó dữ liệu đƣợc xem xét Copyright by SOICT Dữ liệu • Dữ liệu (data) là gì ? o Là biểu diễn của thông tin đƣợc thể hiện bằng các tín hiệu vật lý. • Thông tin chứa đựng ý nghĩa còn dữ liệu chỉ là các sự kiện không có cấu trúc và không có ý nghĩa nếu không đƣợc tổ chức và xử lý. • Là vật mang tin, dữ liệu sau khi đƣợc tập hợp và xử lý sẽ cho ta thông tin. Copyright by SOICT Dữ liệu  Dữ liệu trong thực tế có thể là: • Các số liệu thƣờng đƣợc mô tả bằng số nhƣ trong các bảng biểu. • Các ký hiệu qui ƣớc, ví dụ chữ viết… • Các tín hiệu vật lý ví dụ nhƣ ánh sáng, âm thanh, nhiệt độ, áp suất,… Copyright by SOICT Tri thức  Tri thức (Knowledge) là gì? • Tri thức theo nghĩa thƣờng là thông tin ở mức trừu tƣợng hơn  Tri thức khá đa dạng: • Có thể là sự kiện, là thông tin • Là cách mà một ngƣời thu thập đƣợc qua kinh nghiệm hoặc qua đào tạo. • Có thể là sự hiểu biết chung hay về một lĩnh vực cụ thể nào đó. Copyright by SOICT Hệ thống thông tin • Hệ thống thông tin (information system) là một hệ thống ghi nhận dữ liệu, xử lý chúng để tạo nên thông tin có ý nghĩa hoặc dữ liệu mới. Copyright by SOICT Xử lý thông tin  Mọi quá trình xử lý thông tin bằng máy tính hay bởi con ngƣời đều đƣợc thực hiện theo một qui trình sau: NHẬP DỮ LIỆU (INPUT) XỬ LÝ (PROCESSING) XUẤT DỮ LIỆU (OUTPUT) LƯU TRỮ (STORAGE) Copyright by SOICT Xử lý thông tin  Xử lý thông tin bằng máy tính điện tử Lợi ích: • Tiết kiệm rất nhiều thời gian, công sức • Tăng độ chính xác cao trong việc tự động hóa một phần hay toàn phần của quá trình xử lý dữ liệu hay thông tin. Copyright by SOICT Nội dung 1.1. Các khái niệm cơ bản về thông tin và tin học 1.2. Máy tính điện tử và phân loại 1.3. Tin học và các ngành liên quan. Copyright by SOICT Máy tính điện tử và phân loại  Khái niệm và định nghĩa máy tính  Lịch sử hình thành và phát triển  Phân loại máy tính • Phân loại truyền thống • Phân loại hiện đại Copyright by SOICT Máy tính là gì?  Máy tính (computer) là thiết bị điện tử thực hiện các công việc sau: • Nhận thông tin vào • Xử lý thông tin theo chƣơng trình đƣợc nhớ sẵn bên trong • Đƣa thông tin ra  Chƣơng trình (program) là một dãy các lệnh nằm trong bộ nhớ để yêu cầu máy tính thực hiện công việc cụ thể.  Máy tính hoạt động theo chƣơng trình. Copyright by SOICT Lịch sử phát triển máy tính • Máy tính điện tử thực sự bắt đầu hình thành từ thập niên 1950. • 5 thế hệ: – Thế hệ 1 (1950 - 1958): Von Neumann Machine • Sử dụng các bóng đèn điện tử chân không • Mạch riêng rẽ, vào số liệu bằng phiếu đục lỗ • Điều khiển bằng tay, kích thƣớc rất lớn • Tiêu thụ năng lƣợng nhiều, tốc độ tính chậm khoảng 300 - 3.000 phép tính/s. 15 Copyright by SOICT Bóng đèn chân không Máy tính đầu tiên: ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) 16 Copyright by SOICT Von Neumann với máy tính Institute đầu tiên năm 1952 17 Copyright by SOICT IBM 701 (1953 ) 18 Copyright by SOICT EDVAC (Mỹ) 19 Copyright by SOICT UNIVAC I 20 Copyright by SOICT UNIVAC II 21 Copyright by SOICT Lịch sử phát triển (tiếp) • Thế hệ 2 (1958 - 1964): Transistors – Sử dụng bộ xử lý bằng đèn bán dẫn, mạch in – Đã có chƣơng trình dịch nhƣ Cobol, Fortran và hệ điều hành đơn giản. – Kích thƣớc máy còn lớn – Tốc độ tính khoảng 10.000 - 100.000 phép tính/s – Điển hình: • IBM 7000 series (Mỹ) • MINSK (Liên Xô cũ) Copyright by SOICT IBM 7030 (1961) Copyright by SOICT MINSK (Liên Xô cũ) Copyright by SOICT Lịch sử phát triển (tiếp) • Thế hệ 3 (1965 - 1974): Integrated Circuits – Các bộ vi xử lý đƣợc gắn vi mạch điện tử cỡ nhỏ – Tốc độ tính khoảng 100.000 - 1 triệu phép tính/s. – Có các hệ điều hành đa chƣơng trình, nhiều ngƣời đồng thời hoặc theo kiểu phân chia thời gian. – Kết quả từ máy tính có thể in trực tiếp từ máy in. – Điển hình: • IBM-360 (Mỹ) • DEC PDP-8 25 Copyright by SOICT IBM-360 (Mỹ) Copyright by SOICT IBM-360 (Mỹ) Copyright by SOICT DEC PDP-1 (1960) Copyright by SOICT Lịch sử phát triển (tiếp) • Thế hệ 4 (1974 – 1990): LSI (Large Scale Integration), Multiprocessors – Có các vi mạch đa xử lý – Tốc độ tính hàng chục triệu đến hàng tỷ phép tính/s. – 2 loại máy tính chính: • Máy tính cá nhân để bàn (Personal Computer - PC) hoặc xách tay (Laptop hoặc Notebook computer) • Các loại máy tính chuyên nghiệp thực hiện đa chƣơng trình, đa xử lý,... • Hình thành các hệ thống mạng máy tính (Computer Networks). • Các ứng dụng phong phú đa phƣơng tiện 29 Copyright by SOICT Lịch sử phát triển (tiếp) • Intel – 4004 (1971): Bộ vi xử lý đầu tiên, tất cả các thành phần CPU đều nằm trên một chip đơn, 4 bit. – 8008 (1972): 8 bit. – 8080 (1974 ): Bộ vi xử lý đa năng đầu tiên của Intel, 8 bit, đƣợc sử dụng trong máy tính cá nhân đầu tiên – Altair. – 8086: Mạnh hơn rất nhiều, 16 bit – 8088: 8 bit external bus, đƣợc sử dụng trong IBM PC đầu tiên – 80286: 16 Mbyte memory addressable, up from 1Mb 30 Copyright by SOICT Lịch sử phát triển (tiếp) • Intel (tiếp) – 80386: 32 bit, hỗ trợ chế độ đa nhiệm – 80486: Sophisticated powerful cache and instruction pipelining, built in maths co-processor. – Pentium: Superscalar, multiple instructions executed in parallel – Pentium Pro: • Increased superscalar organization • Aggressive register renaming • Branch prediction • Data flow analysis • Speculative execution 31 Copyright by SOICT INTEL 4004INTEL 4004 Lịch sử phát triển (tiếp) 3208/09/2010 Copyright by SOICT INTEL 8008 Lịch sử phát triển (tiếp) 3308/09/2010 Copyright by SOICT INTEL 8080 Lịch sử phát triển (tiếp) 3408/09/2010 Copyright by SOICT INTEL 80286 Lịch sử phát triển (tiếp) 08/09/2010 Copyright by SOICT INTEL 80386 3608/09/2010 Lịch sử phát triển (tiếp) Copyright by SOICT INTEL 80486 Lịch sử phát triển (tiếp) 3708/09/2010 Copyright by SOICT Pentium Lịch sử phát triển (tiếp) Copyright by SOICT More Pentium Pro III IV Copyright by SOICT Itanium 64-bit Intel Microprocessors 40 Lịch sử phát triển (tiếp) Copyright by SOICT Lịch sử phát triển (tiếp) • Thế hệ 5 (1990 - nay): VLSI (Very Large Scale Integration), ULSI (Ultra), Artificial Intelligence (AI) – Microelectronic technologies with high computing speeds and parallel processing. – Mô phỏng các hoạt động của não bộ và hành vi con ngƣời – Có trí khôn nhân tạo với khả năng tự suy diễn phát triển các tình huống nhận đƣợc – Hệ quản lý kiến thức cơ bản để giải quyết các bài toán đa dạng. Copyright by SOICT Phân loại máy tính  Phân loại truyền thống: • Máy vi tính (Microcomputer) • Máy tính nhỏ (Minicomputer) • Máy tính lớn (Mainframe Computer) • Siêu máy tính (Supercomputer) Copyright by SOICT Phân loại máy tính (tiếp)  Phân loại hiện đại: • Máy tính "để bàn" (Desktop Computing) • Máy chủ (Server) • Máy tính nhúng (Embedded Computer) Copyright by SOICT Máy tính để bàn (Desktop) • Là loại máy tính phổ biến nhất • Thiết kế theo hƣớng tối ƣu cả về giá thành và hiệu năng • Một số loại: – Máy tính cá nhân (Personal Computer – PC) – Máy trạm làm việc (Workstation) • 1981: IBM giới thiệu máy tính IBM- PC sử dụng bộ vi xử lý Intel 8088 • 1984: Apple đƣa ra Macintosh sử dụng bộ xử lý Motorola 68000 • Giá thành: từ 500$ đến 10,000$ Copyright by SOICT Máy chủ (Server) • Thực chất là máy phục vụ • Dùng trong mạng máy tính theo mô hình Client/Server • Tốc độ và hiệu năng tính toán cao • Dung lƣợng bộ nhớ lớn • Độ tin cậy cao • Giá thành: từ hàng chục nghìn đến hàng triệu USD. Copyright by SOICT Máy tính nhúng (Embedded Computer) • Đƣợc đặt trong thiết bị khác để điều khiển thiết bị đó làm việc • Đƣợc thiết kế chuyên dụng • Ví dụ: – Điện thoại di động – Bộ điều khiển trong máy giặt, điều hòa nhiệt độ – Một số thiết bị mạng: Switch, Router, … • Giá thành: từ vài USD đến hàng trăm ngàn USD Copyright by SOICT Nội dung 1.1. Các khái niệm cơ bản về thông tin và tin học 1.2. Máy tính điện tử và phân loại 1.3. Tin học và các ngành liên quan. Copyright by SOICT Tin học và các ngành liên quan • Thuật ngữ tin học • Công nghệ thông tin • Công nghệ thông tin và truyền thông Copyright by SOICT Thuật ngữ tin học (Infomatic) • Thuật ngữ Tin học có nguồn gốc từ tiếng Đức vào năm 1957 do Karl Steinbuch đề xƣớng trong 1 bài báo Informatik: Automatische Informationsverarbeitung (i.e. "Informatics: automatic information processing"). • Sau đó vào năm 1962, Philippe Dreyfus ngƣời Pháp gọi là “informatique”, tiếp theo là Walter F.Bauer cũng sử dụng tên này. • Phần lớn các nƣớc Tây Âu, trừ Anh đều chấp nhận. Ở Anh ngƣời ta sử dụng thuật ngữ „computer science‟, hay „computing science‟, • Nga cũng chấp nhận tên informatika (1966). Copyright by SOICT Tin học (Infomatic)  Tin học đƣợc xem là ngành khoa học nghiên cứu các phƣơng pháp, công nghệ và kỹ thuật xử lý thông tin một cách tự động.  Công cụ chủ yếu sử dụng trong tin học là máy tính điện tử và một số thiết bị truyền tin khác.  Nội dung nghiên cứu của tin học chủ yếu gồm 2 phần: • Kỹ thuật phần cứng (Hardware engineering) • Kỹ thuật phần mềm (Software engineering) Copyright by SOICT Công nghệ thông tin (Information Technology - IT) • Thuật ngữ Công nghệ thông tin xuất hiện ở Việt nam vào những năm 90 của thế kỷ 20. • Công nghệ thông tin là ngành nghiên cứu các hệ thống thông tin dựa vào máy tính, đặc biệt là các phần mềm ứng dụng và phần cứng máy tính. • Nói một cách ngắn gọn, IT xử lý với các máy tính điện tử và các phần mềm máy tính nhằm chuyển đổi, lưu trữ, bảo vệ, truyền tin và trích rút thông tin một cách an toàn. (theo Information Technology Association of America (ITAA) Copyright by SOICT • Các ứng dụng ngày nay của IT: – Quản trị dữ liệu. – Thiết kế hệ thống cơ sở dữ liệu. – Quản lý hệ thống thông tin. – Quản lý hệ thống. – Các chƣơng trình giải trí: game, nghe nhạc, xem phim, đọc truyện, đọc báo….. ……… Công nghệ thông tin và truyền thông (Information and Comunication Technology - ICT) Copyright by SOICT Công nghệ thông tin và truyền thông (Information and Comunication Technology - ICT) • Ngày nay, khuynh hƣớng sử dụng "information" thay thế cho "data" và có xu thế mở rộng cho lĩnh vực truyền thông và trở thành ICT (Information and Communication Technology). • Thuần tuý theo cách nói thì hai thuật ngữ này là nhƣ nhau. Copyright by SOICT Công nghệ thông tin và truyền thông (Information and Comunication Technology - ICT) • Truyền thông máy tính, nói đơn giản là sự kết nối một số lƣợng máy tính với nhau trong một phạm vi địa lý nhỏ. • Tuy nhiên, nhiều máy tính có thể kết nối với nhau theo một phạm vi rộng hơn và việc trao đổi thực hiện qua một mạng viễn thông nào đó. • Internet - Mạng máy tính toàn cầu là một phát minh vĩ đại của nhân loại trong thế kỷ 20, đó cũng chính là sản phẩm của ngành Công nghệ thông tin và Truyền thông. Copyright by SOICT Thảo luận Copyright by SOICT