Bài giảng Kiến trúc máy tính (Phần 1) - Chương 1: Các kiến thức cơ bản về tin học - Nguyễn Văn Huy

4 Opteron và chip
 xử lý đồ họa Tesla K20
 GPU cùng bộ nhớ 700
 Terabyte.
 5 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Máy tính lớn (Mainframe)
 Là loại máy tính có kích thước lớn được sử dụng chủ yếu bởi
các công ty lớn như các ngân hàng, các hãng bảo hiểm...
 Máy tính lớn dùng để chạy các ứng dụng lớn xử lý khối
lượng lớn dữ liệu như kết quả điều tra dân số, thống kê khách
hàng và doanh nghiệp, và xử lý các giao tác thương mại
 Máy tính lớn IBM System z9
 6 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Máy tính mini
 Là máy tính với kích cỡ, tốc độ và khả năng tầm trung. Nó
thuộc lớp máy tính đa người dùng, nằm trong khoảng giữa máy 
tính lớn và máy tính cá nhân.
 Máy tính mini thường được dùng trong các doanh nghiệp 
vừa và nhỏ.
 7 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Máy vi tính (PC – Personal Computer )
 Có kích thước nhỏ, phù hợp cho cá nhân sử dụng. PC được
sử dụng rộng rãi ở khắp mọi nơi.
 Có nhiều loại máy vi tính khác nhau: Desktop, Laptop, máy
tính bảng, thiết bị cầm tay và hệ thống nhúng.
 8 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
1.2 Thông tin và xử lý thông tin
 Dữ liệu - Là tập hợp những thứ mà chúng ta thu thập được
chưa qua xử lý hay tổ chức theo một chủ đích rõ ràng.
 Thông tin - Là dữ liệu đã được xử lý, được tổ chức, có ý
nghĩa và hữu dụng đối với con người hoặc với một đối tượng
nào khác.
 Dữ liệu (đầu vào) được máy tính xử lý thành thông tin (đầu
ra). Chúng được lưu trữ trong bộ nhớ để sử dụng trong tương lai.
 Dữ liệu Xử lý Thông tin
 9 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Đơn vị đo lường thông tin
 Đơn vị nhỏ nhất để biểu diễn thông tin gọi là bit. Một bit
tương ứng với một sự kiện có 1 trong 2 trạng thái của các bóng
bán dẫn trong bộ nhớ máy tính là đóng (0) hoặc mở (1).
 Bit là chữ viết tắt của Binary digital và được ký hiệu là b.
 Ngoài ra người ta còn sử dụng byte (ký hiệu là B và 1B=8b)
và bội của byte để đo thông tin, trong đó:
 Kilobyte (KB) 1 KB = 1024 B = 2 B
 Megabyte (MB) 1 MB = 1024 KB
 Gigabyte (GB) 1 GB = 1024 MB
 Terabyte (TB) 1 TB = 1024 GB
 Petabyte (PB) 1 PB = 1024 TB
 Exabyte (EB) 1 EB = 1024 PB
 Zettabyte (ZB) 1 ZB = 1024 EB
 Yottabyte (YB) 1 YB = 1024 ZB
 10 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
1.3 Hệ đếm
 Hệ đếm xác định phương pháp biểu diễn các con số sử dụng
những ký hiệu khác nhau .
1.3.1 Hệ đếm La Mã
 Số La Mã là một hệ thống chữ số có nguồn gốc từ Roma
(tức La Mã) cổ đại.
 Hệ thống chữ số La Mã dùng trong thời cổ đại đã được
người ta chỉnh sửa sơ vào thời Trung Cổ để biến nó thành dạng
mà chúng ta sử dụng ngày nay.
 Hệ đếm La Mã sử dụng các ký hiệu ứng với các giá trị như
sau:
 I = 1 ; V = 5 ; X = 10 ; L = 50 ;C = 100 ; D = 500 ; M = 1000
 11 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Một số quy tắc biểu diễn trong số La Mã
- Các chữ số I, X, C được lặp liên tục tối đa 3 lần. Chữ M được
tối đa 4 lần. Các chữ số V, L, D không lặp liên tục quá một lần.
 Ví dụ: III = 3*1 = 3, MMMM = 4*1000 = 4000
 - Hai ký hiệu đứng cạnh nhau, nếu ký hiệu nhỏ đứng sau thì
giá trị của chúng sẽ là tổng số của 2 giá trị ký hiệu. Ngược lại sẽ
là số lớn hơn trừ số bé hơn.
Ví dụ: Số 700 biểu diễn là DCC
 Số 3986 được biểu diễn là: MMMCMLXXXVI
 - Để biểu thị những số lớn hơn 4999 ( MMMMCMXCIX),
hệ La Mã dùng những vạch ngang đặt trên đầu ký tự. Một vạch
ngang tương đương với việc nhân giá trị của ký tự đó lên 1000
lần. Ví dụ: = 1000*1000 = 1000000 = 10
 12 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
1.3.2 Hệ đếm cơ số b
 Một số N trong hệ đếm cơ số b được biễu diễn tổng quát là :
 N = dnd n-1 d n-2... d 1 d 0. d -1 d -2... d -m
 Khi đó giá trị của N được tính theo công thức :
 n n-1 0 -1 -m
 N = dn b + dn-1 b +...+ d0 b + d-1 b +... + d-m b
 Trong các trường hợp cần thiết, để phân biệt số được biểu
diễn ở hệ đếm nào người ta viết cơ số làm chỉ số cho số đó.
Ví dụ:
 4 3 2 1 0 -1 -2 -3
10011.1012 = 1*2 +0*2 +0*2 +1*2 +1*2 +1*2 +0*2 +1*2
 = 16+0+0+2+1+0.5+0+0.125 = 19.62510
 13 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
1.3.2 Hệ đếm cơ số b
 - Hệ thập phân (Decimal System) – Là hệ đếm cơ số 10
được phát minh bởi người Ả Rập cổ. Nó sử dụng 10 ký số
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 để biểu diễn các số.
 - Hệ nhị phân (Binary Number System) – Là hệ đếm cơ số
2 và sử dụng 2 chữ số là 0 và 1 để biểu diễn các giá trị.
 - Hệ bát phân (Octal Number System) – Là hệ đếm cơ số 8
và sử dụng các chữ số 0,1,2,3,4,5,6,7 để biểu diễn các giá trị.
 - Hệ thập lục phân ( Hexa-decimal Number System) - Là
hệ đếm cơ số 16 sử dụng các chữ số 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 và các
chữ cái A, B, C, D, E, F để biểu diễn các giá trị trong đó: A = 10,
B = 11, C = 12, D = 13, E = 14, F = 15.
 14 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Bảng 16 giá trị đầu của một số hệ đếm cơ bản
 Hệ thập phân Hệ nhị phân Hệ bát phân Hệ thập lục phân
 0 0000 00 0
 1 0001 01 1
 2 0010 02 2
 3 0011 03 3
 4 0100 04 4
 5 0101 05 5
 6 0110 06 6
 7 0111 07 7
 8 1000 10 8
 9 1001 11 9
 10 1010 12 A
 11 1011 13 B
 12 1100 14 C
 13 1101 15 D
 14 1110 16 E
 15 1111 17 F
 15 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
1.3.3 Chuyển đổi các hệ đếm sang hệ thập phân
 Để chuyển đổi các số từ 1 hệ đếm bất kỳ sang hệ thập phân
ta sử dụng cách tính như đã trình bày ở đầu mục (trang 13).
Ví dụ 1: Chuyển đổi số 12B sang hệ thập phân:
1*16 + 2*16 + 11*16 = 256 + 32 +11 = 299
Vậy 12B = 299
Ví dụ 2: Chuyển đổi số nhị phân 110.11 sang hệ thập phân:
1*2 + 1*2 + 0*2 + 1*2 + 1*2 = 4+2+0+0.5+0.25 = 6.75
 16 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
1.3.4 Chuyển đổi từ hệ thập phân sang hệ đếm khác
 A. Đối với số nguyên
 Để chuyển một số nguyên thập phân N sang hệ b, ta lấy N
chia cho b sau đó tiếp tục lần lượt chia các kết quả thu được cho
b cho đến khi nào kết quả nhỏ hơn b thì mới dừng lại. Sau đó ta
viết kết quả và các số dư của các phép chia trên theo chiều
ngược lại, kết quả thu được chính là số hệ b cần chuyển đổi.
Ví dụ : Đổi số thập phân 299 sang hệ 16. 299 16
 Ta thực hiện các phép chia như hình bên, các 16 18 16
 139 16 1
số dư thu được theo thứ tự là 11, 2, 1 (ở hệ 16 là 128 2
 11
B) vì vậy số 299 viết ở hệ 16 là 12B
 17 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
1.3.4 Chuyển đổi từ hệ thập phân sang hệ đếm khác
 B. Đối với số thực
 Để chuyển một số thực từ hệ thập phân sang hệ cơ số b ta sẽ
chuyển đổi riêng phần nguyên và phần thập phân của nó.
 Để chuyển đổi phần thập phân 0.F của số N, ta lấy 0.F nhân 
với cơ số b, tích nhận được có dạng D1.F1, lưu lại phần nguyên
D1. Sau đó, lại tiếp tục lấy 0.F1 nhân với cơ số b, tích nhận được 
có dạng D2.F2, lưu lại phần nguyên D2. Cứ tiếp tục quá trình 
này cho đến khi phần thập phân Fn bằng 0 thì dừng. Nếu trường 
hợp lặp vô hạn thì ta lấy kết quả gần đúng tùy theo yêu cầu. Kết 
quả thu được ở hệ đếm cơ số b có dạng là: 0.D1D2D3...Dn
 18 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
1.3.4 Chuyển đổi từ hệ thập phân sang hệ đếm khác
Ví dụ: Chuyển đổi số thập phân 26.625 sang hệ nhị phân.
Đổi phần nguyên Đổi phần thập phân
 26 2 0.625
 26 13 2
 *2
 0 12 6 2
 1.25
 1 6 3 2
 0 2 1 0.25
 1 *2
 0.5
 *2
 1.0
 Vậy số thập phân 26.625 biểu diễn ở hệ nhị phân là: 11010.101
 19 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
1.3.5 Tính toán trên số nhị phân
- Cộng :
- Trừ :
 20 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
1.3.5 Tính toán trên số nhị phân
- Nhân :
- Chia :
 21 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
1.4 Biểu diễn thông tin trong máy tính
 Máy tính sử dụng hệ đếm nhị phân để biểu diễn tất cả các loại
thông tin.
 22 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Biểu diễn số nguyên
A. Số nguyên không dấu
 Để biểu diễn ta đổi số nguyên sang hệ nhị phân. Nếu số
lượng bit của nó nhỏ hơn N (N thường là 4, 8, 16, 32, 64) thì
cần thêm vào các bit trái của nó các bit 0 cho đủ N bits.
Ví dụ : Biểu diễn số 7 trong máy tính sử dụng 8 bits như sau:
 0 0 0 0 0 1 1 1
B. Số nguyên có dấu
 Có nhiều cách được sử dụng để biểu diễn số nguyên trong
máy tính: Phương pháp dấu lượng, bù 1, bù 2 
 Các máy tính hiện nay hầu hết đều sử dụng phương pháp
biểu diễn số bù 2. Tuy nhiên, trong vài tình huống, các phương
pháp khác vẫn có thể được sử dụng.
 23 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Phương pháp dấu lượng
 Dùng 1 bit ngoài cùng bên trái làm bit dấu (sign bit) theo quy
ước: Nếu bit dấu là 1 thì số là số âm, còn bit dấu là 0 thì số là số
dương. Các bit còn lại được dùng để biểu diễn độ lớn của số.
Ví dụ : Biểu diễn số +7 và số -7 trong máy tính sử dụng 8 bits:
 +7 0 0 0 0 0 1 1 1
 -7 1 0 0 0 0 1 1 1
 24 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Phương pháp bù 1
Phương pháp bù 1 biểu diễn số theo cách sau:
 Bit dấu là 0 nếu số là số dương, và 1 nếu số là số âm.
 Số dương được biểu diễn như số nguyên không dấu.
 Để biểu diễn số âm ta sử dụng toán tử thao tác bit là NOT để
 đảo tất cả các bit của số nhị phân dương để biểu diễn số âm
 tương ứng.
Ví dụ: Biểu diễn số +7 và -7 theo phương pháp bù 1 như sau:
 7 0 0 0 0 0 1 1 1
 +7 0 0 0 0 0 1 1 1
 -7 1 1 1 1 1 0 0 0
 25 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Phương pháp bù 2
 Trong phương pháp bù 2, các số âm được biểu diễn giống
như phương pháp bù 1, tuy nhiên, phải cộng thêm 1 vào kết quả
(ở hệ nhị phân).
Ví dụ: Biểu diễn số +7 và -7 theo phương pháp bù 2 như sau:
Bù 1: +7 0 0 0 0 0 1 1 1
 -7 1 1 1 1 1 0 0 0
Bù 2: +7 0 0 0 0 0 1 1 1
 -7 1 1 1 1 1 0 0 1
 26 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
So sánh các cách biểu diễn
 27 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Biểu diễn số thực
A. Biểu diễn dạng dấu phẩy tĩnh
 Trong N bits dùng để biểu diễn thì bit đầu tiên bên trái dùng
làm bit dấu, còn lại một số bit để biểu diễn phần nguyên và số
khác biểu diễn phần thập phân.
B. Biểu diễn dạng dấu phẩy động
 Mỗi số thực sẽ được đưa về dạng như sau: N = M*R
Trong đó:
  M - Phần định trị;
  R – Là cơ số của hệ đếm hiện thời;
  E – Phần số mũ.
 
Ví dụ: 101001000000000000000000000000.00 = 1.01001*2
 28 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Biểu diễn kí tự
 Người ta sử dụng một bảng mã để biểu diễn kí tự. Mỗi kí tự
sẽ được gán với một mã nhị phân duy nhất. Có nhiều loại bảng
mã khác nhau:
 BCD - Sử dụng 6 bits và biểu diễn được 2 = 64 kí tự;
 ASCII – Ban đầu sử dụng 7 bits, về sau mở rộng ra 8 bits;
 UNICODE – Là bảng mã toàn cầu chứa tất cả các kí tự của
 các nước trên thế giới. Nó sử dụng 16 bits và biểu diễn được
 2 = 65536 kí tự.
 29 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
1.5 Cấu trúc cơ bản của máy tính
 Hệ thống nhớ
 Thiết bị nhập Bộ vi xử lý Thiết bị xuất
 30 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Thiết bị nhập
 Bàn phím Thiết bị đọc mã vạch Microphone
 Track ball Cần điều khiển game Webcam
 Track pad Bút cảm ứng
 31 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Thiết bị xuất
 Máy in Máy chiếu Loa
 Màn hình Máy vẽ (Plotter)
 32 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Thiết bị nhập/xuất
 Màn hình cảm ứng Máy Fax Modem
 33 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
 Hệ thống nhớ
 Bộ nhớ máy tính dùng để lưu trữ các dữ liệu và các chỉ thị 
được đưa vào máy. Bộ nhớ được chia làm hai loại :
  Bộ nhớ trong :
 • Bộ nhớ đệm (Cache Memory);
 • Bộ nhớ chính (Main Memory) bao gồm :
 − RAM (Random access memory);
 − ROM (Read Only Memory).
  Bộ nhớ ngoài : Ổ cứng, thẻ nhớ, đĩa CD, DVD
 34 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Bộ vi xử lý trung tâm (CPU)
 CPU (Central Processing Unit) – Thực thi các chương trình
và điều khiển mọi hoạt động của máy tính.
 Các thành phần của CPU bao gồm:
  Khối điều khiển CU (Control Unit);
  Khối tính toán ALU (Arithmetic Logic Unit);
  Các thanh ghi (Registers).
 35 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
1.6 Phần mềm máy tính
 Phần mềm máy tính (Software) - Là một chương trình tập hợp 
các chỉ thị được sắp xếp theo một trình tự có logic để chỉ dẫn cho 
máy tính giải quyết các vấn đề cụ thể nào đó.
 Phần mềm được chia thành 2 loại :
  Phần mềm hệ thống - Dùng để vận hành máy tính và các
 phần cứng máy tính (hệ điều hành, driver, firmware, bios 
  Phần mềm ứng dụng - Để người sử dụng có thể hoàn
 thành một hay nhiều công việc nào đó.
 36 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
 Một số phần mềm ứng dụng phổ biến.
 Bộ phần mềm văn phòng Microsoft Office: Gồm có Word,
 Excel, PowerPoint, Access, Visio,...
 Phần mềm hỗ trợ học tập : Matlab, MathType, các phần mềm 
 từ điển,...
 Phần mềm thiết kế đồ họa: AutoCAD, Photoshop, Paint...
 Phần mềm hỗ trợ trao đổi thông tin: Trình duyệt web (IE,
 Firefox, Chrome, Safari, Opera), Yahoo Messenger, Skype,...
 Phần mềm giải trí: Game, Windows media player, JetVideo...
 Phần mềm thiết kế, xử lý audio và video : XMediaRecode,
 Proshow Producer, Adobe After Effect,...
 37 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
 1.7 Mạng máy tính.
 Mạng máy tính (Computer network) là sự kết hợp các máy
tính lại với nhau thông qua các thiết bị nối kết mạng và phương tiện
truyền thông (giao thức mạng, môi trường truyền dẫn) theo một cấu
trúc nào đó và các máy tính này trao đổi thông tin qua lại với nhau.
 Mạng máy tính gồm các loại sau :
  LAN (Local Area Network) còn gọi là mạng cục bộ - Là
 mạng tư nhân trong một toà nhà, một khu vực có cỡ chừng
 vài mét đến 1km.
  MAN (Metropolitan Area Network) hay mạng đô thị -
 Là mạng có cỡ lớn hơn LAN, phạm vi vài km.
  WAN (Wide Area Network) còn gọi là mạng diện rộng –
 Là mạng dùng trong vùng địa lý lớn thường cho quốc gia
 hay cả lục địa.
 38 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Internet
 Internet là một hệ thống thông tin toàn cầu có thể được truy
nhập công cộng gồm các mạng máy tính được liên kết với nhau
thông qua giao thức liên mạng đã được chuẩn hóa TCP/IP.
 39 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Bài tập 
Bài 1: Hãy kể tên các loại máy tính ?
Bài 2: Phân biệt hai khái niệm thông tin và dữ liệu ?
Bài 3: Thực hiện chuyển đổi sau: 15GB = ?MB = ?KB .
Bài 4: Giả sử mỗi bài hát MP3 có dung lượng 3.5MB. Hỏi một ổ 
đĩa cứng có dung lượng 500GB chứa được khoảng bao nhiêu bài 
hát trên ?
Bài 5: Biểu diễn các số sau ở hệ La Mã: 2014; 97666190; 7952.
Bài 6: Chuyển đổi các số sau sang hệ chỉ định:
1. 110101 => Hệ 10 và hệ 16.
2. 2014 => Hệ 2, hệ 8 và hệ 16.
3. 5FA.5 => Hệ 10.
4. 52.125 => Hệ 2.
5. - 28 => Hệ 2 theo phương pháp bù 2 sử dụng 8 bits.
 40 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Bài tập 
Bài 7: Kể tên các thiết bị nhập, thiết bị xuất, thiết bị nhập xuất ?
Bài 8: Bộ nhớ là gì ? Có bao nhiêu loại bộ nhớ ?
Bài 9: Các thành phần chính của CPU là gì?
Bài 10: Phân biệt phần mềm hệ thống và phần mềm ứng dụng ?
Bài 11: Nêu một số tiện ích của internet đối với cuộc sống và học
tập ?
 41 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật