NHNHẬẬP MÔN TIN HP MÔN TIN HỌỌCC

Chương 1

GIỚI THIỆU VỀ TIN HỌC

2

NNộội dung chương i dung chương 11

I. Máy tính ñiện tử

II. Phân loại máy tính

III. Ngành Tin Học

3

I. Máy tính ñiện tử (Computer)

1. ðịnh nghĩa máy tính ñiện tử

2. Tổ chức máy tính ñiện tử

4

1. ðịnh nghĩa máy tính ñiện tử

�Máy tính là thiết bị:• Thực hiện các tính toán• Thực hiện các quyết ñịnh luận lý

�Máy tính thực hiện các thao tác với tốc ñộ rất nhanh so với con người• Các máy tính hiện ñại có thể thực hiện hàng tỷ phép cộng trong 1 giây

�Máy tính thực hiện các thao tác dưới sự ñiều khiển của chương trình (program)

5

ðịnh nghĩa máy tính ñiện tử (tt)

�Chương trình (program):• Là tập hợp các lệnh/chỉ thị (instructions)

• Do người lập trình (programmer) tạo ra

�Máy tính ñiện tử là thiết bị xử lý dữ liệu dưới sự ñiều khiển của chương trình

6

2. Tổ chức máy tính ñiện tử

�Máy tính bao gồm các thành phần:• Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit, CPU)�ðơn vị xử lý

�ðơn vị ñiều khiển

• Bộ nhớ (memory)

• Bộ nhớ ngoài (secondary storage)

• Thiết bị nhập (input device)

• Thiết bị xuất (output device)

7

Tổ chức máy tính ñiện tử (tt)

Mô hình máy tính Von-Neumann

8

Tổ chức máy tính ñiện tử (tt)

� Bus: ñường dẫn tín hiệu

Dòng dữ liệu trong máy tính Von Neumann

9

Bộ xử lý trung tâm

� ðiều khiển mọi hoạt ñộng của máy tính

� Thực hiện các thao tác xử lý• Tính toán (cộng, trừ, …)

• So sánh, quyết ñịnh, …

� Thực hiện các thao tác ñiều khiển• Lấy lệnh từ bộ nhớ

• Giải mã lệnh: xác ñịnh thao tác cần thực hiện

� Hoạt ñộng của CPU• Lấy lệnh – Giải mã lệnh – Thực hiện lệnh

10

Chu kỳ Lấy lệnh – Giải mã – Thực hiện lệnh

(1) Lấy lệnh (2) Giải mã lệnh

(3) Lấy dữ liệu (4) Thực hiện lệnh

11

Bộ nhớ

� Là nơi máy tính làm việc

�Bao gồm các ô nhớ:• Mỗi ô nhớ có ñịa chỉ (address) và nội dung (content) dạng nhị phân

12

Ví dụ: ñịa chỉ và nội dung các ô nhớ

13

Bộ nhớ ngoài

� Là nơi lưu trữ dữ liệu lâu dài

�Các dạng thông dụng:• ðĩa từ

• ðĩa quang (ñĩa CD/VCD/DVD)

14

Thiết bị nhập

� Là nơi nhập dữ liệu, chương trình

�Các dạng thông dụng:• Bàn phím (keyboard)

• Con chuột (mouse)

• Máy quét (scanner)

15

Thiết bị xuất

� Là nơi lưu kết quả xử lý

�Các dạng thông dụng:• Màn hình (monitor)

• Máy in (printer)

16

II. Phân loại máy tính

1. Phân loại theo thứ tự xuất hiện

� Lịch sử máy tính

2. Phân loại theo khả năng hoạt ñộng

17

1. Phân loại theo thứ tự xuất hiện

Thế hệ máy tính

�Công nghệ phần cứng

�Nguyên lý hoạt ñộng phần mềm

18

Sơ lược lịch sử máy tính

Thế hệ 1 ðèn ñiện tử (1945-1953)

Tuần tự; ngôn ngữ máy

Thế hệ 2 Transistor (1954-1965)

Dạng batch; ngôn ngữ cấp cao

Thế hệ 3 Mạch tích hợp (IC) (1965-1980)

Dạng ña chương

Thế hệ 4 Mạch tích hợp mật ñộ cao (1980-…)

Dạng ña chương hiện ñại

19

Các linh kiện chế tạo phần cứng máy tính

20

Sự phát triển của ngôn ngữ lập trình

�Ngôn ngữ máy (machine language)• Dạng nhị phân của tập lệnh CPU

�Hợp ngữ (assembly language)• Dạng gợi nhớ (văn bản) của tập lệnh CPU

�Ngôn ngữ cấp cao (high-level language)• Ví dụ: C++, C#, Java, …

21

2. Phân loại theo khả năng hoạt ñộng

Máy vi tính – Microcomputer

Personal Computer (PC)

Máy tính nhỏ – Minicomputer

Máy tính lớn – Mainframe

Siêu máy tính – Supercomputer

22

III. Ngành Tin Học

� Computing, Computer Science, Information Technology

� Tin học, Công nghệ thông tin

1. Tin học là công cụ

2. Tin học là ngành khoa học

23

1. Tin học là công cụ

Programmer / User

Applications Programmer(uses tools)

User with No Computer Background

Systems Programmer(builds tools)

Domain-Specific Programs

24

Tin học là công cụ (tt)

Người lập trình

Người lập trình ứng dụng(sử dụng công cụ)

Người sử dụng ñầu cuối

Người lập trình hệ thống(xây dựng công cụ)

Chương trình ứng dụng

25

2. Tin học là ngành khoa học

a. Các lãnh vực nghiên cứu

b.Các chuyên ngành ñào tạo

26

a. Các lãnh vực nghiên cứu

�Các lãnh vực hệ thống

�Các lãnh vực ứng dụng

27

Các lãnh vực nghiên cứu hệ thống

� Cấu trúc dữ liệu và thuật giải

(Algorithms and Data Structures)� Ngôn ngữ lập trình (Programming languages)� Kiến trúc máy tính (Computer Architecture)� Hệ ñiều hành (Operating Systems)� Kỹ thuật phần mềm (Software Engineering)� Truyền thông giữa người và máy(Human-Computer Communication)

� ……

28

Các lãnh vực nghiên cứu ứng dụng

� Tính toán số và ký hiệu

(Numerical and Symbolic Computation)

� Cơ sở dữ liệu và xử lý thông tin

(Databases and Information Retrieval)

� ðồ họa (Graphics)

� Trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence)

� Truyền thông (Communication)

� Tin học trong Sinh học (Bioinformatics)

� ……

29

b. Các chuyên ngành ñào tạo

� Theo Dự Thảo Chương Trình Khung Giáo Dục ðại Học – Nhóm ngành Công Nghệ Thông Tin của Bộ Giáo Dục và ðào Tạo

• Khoa học máy tính

• Kỹ thuật máy tính

• Kỹ thuật phần mềm

• Hệ thống thông tin

• Mạng máy tính và truyền thông

30

Các chuyên ngành ñào tạo (tt)

� Theo Computing Curricula 2005 (CC 2005), là dự án chung của các tổ chức:• The Association for Computing Machinery

(ACM)

• The Association for Information Systems (AIS)

• The Computer Society (IEEE-CS)

31

Các chuyên ngành ñào tạo theo CC2005

Tin học/Công nghệ Thông tin gồm các chuyên ngành ñào tạo:

• Khoa học máy tính (Computer Science)

• Kỹ thuật máy tính (Computer Engineering)

• Kỹ thuật phần mềm (Software Engineering)

• Hệ thống thông tin (Information Systems)

• Công nghệ thông tin (Information Technology)

32

Vị trí các chuyên ngành ñào tạo

EE: Electrical Engineering

33

Ngành Khoa học máy tính

Bao gồm các vấn ñề từ nền tảng lý thuyết ñến phát triển các ứng dụng hiện ñại

� Thiết kế và hiện thực phần mềm

� Phát triển các kỹ thuật mới trong ứng dụng máy tính

� Phát triển các phương pháp hiệu quả hơn trong ứng dụng máy tính

34

Ngành Khoa học máy tính (tt)

35

Ngành Kỹ thuật máy tính

Bao gồm các vấn ñề về thiết kế và hiện thực máy tính, các hệ thống dựa trên máy tính (computer-based systems)

� Thiết kế phần cứng hệ thống kỹ thuật số(máy tính, hệ thống truyền thông, …)

� Phát triển phần mềm ñiều khiển thiết bị, phần giao tiếp với thiết bị

� Phát triển phần cứng, phần mềm các dạng thiết bị nhúng (embedded systems)

36

Ngành Kỹ thuật máy tính (tt)

37

Ngành Kỹ thuật phần mềm

Phát triển và bảo trì các hệ thống phần mềm tin cậy, hiệu quả, ñáp ứng các yêu cầu của người sử dụng

�Các kỹ thuật phát triển, bảo trì phần mềm

�ðánh giá các yêu cầu của người sử dụng và ñáp ứng các yêu cầu này

38

Ngành Kỹ thuật phần mềm (tt)

39

Ngành Hệ thống thông tin

Tích hợp các giải pháp công nghệ thông tin vào hoạt ñộng của cơ quan, doanh nghiệp

� Tập trung vào “thông tin”, với “công nghệ” là phương tiện ñể tạo, xử lý, phân phối thông tin theo yêu cầu

�Yêu cầu nắm vững về quản lý, thực hiện ñặc tả, thiết kế, hiện thực các hệ thống thông tin

40

Ngành Hệ thống thông tin (tt)

41

Ngành Công nghệ thông tin

Tích hợp các giải pháp công nghệ thông tin và hoạt ñộng của cơ quan, doanh nghiệp

� Tập trung vào “công nghệ”, ñể phát triển và bảo trì các hạ tầng công nghệ thông tin cho cơ quan, doanh nghiệp

� Thiết kế, cài ñặt, ñiều chỉnh, bảo trì hệthống thông tin

42

Ngành Công nghệ thông tin (tt)

43

Ngành Mạng máy tính và Truyền thông

Thiết kế, bảo trì, quản lý các hệ thống mạng máy tính và truyền thông

�Các vấn ñề nguyên lý về xử lý số tín hiệu, truyền dữ liệu, truyền thông ña phương tiện, mạng máy tính

� Thiết kế, quản lý, lập trình, bảo mật các mạng máy tính

44

Môn học NHẬP MÔN TIN HỌC

� Phần LÝ THUYẾT• Chương 1 – Giới thiệu về Tin Học

• Chương 2 – Tổ chức máy vi tính

• Chương 3 – Biểu diễn dữ liệu

• Chương 4 – Giới thiệu Hệ ðiều Hành

• Chương 5 – Giới thiệu Mạng Máy Tính

45

Môn học NHẬP MÔN TIN HỌC

� Phần THỰC HÀNH• Phần A – Hệ ðiều hành Windows

• Phần B – Microsoft Word

• Phần C – Microsoft Excel

• Phần D – Truy cập mạng Internet

NHNHẬẬP MÔN TIN HP MÔN TIN HỌỌCC

Chương 2

TỔ CHỨC MÁY VI TÍNH

2

Nội dung chương 2

I. Cấu trúc máy vi tính

II. Hoạt ñộng máy vi tính

III.Một số thiết bị xuất nhập

IV.Các khái niệm cơ bản về phần mềm

3

I. Cấu trúc máy vi tính

1. Cấu trúc vật lý

2. Cấu trúc luận lý

4

1. Cấu trúc vật lý

• System Unit:

ðơn vị hệthống (CPU)

• Monitor:

màn hình

• Keyboard:

bàn phím

• Mouse: chuột

• Speakers: loa

5

Các ñầu nối (connectors)

6

Bên trong system unit

7

Ví dụ: mainboard

8

Sơ ñồ khối Intel Chipset 945G

9

Các loại CPU Intel

10

Một số loại CPU Core 2 Duo

11

Một số loại CPU Pentium D

12

Các ñơn vị bộ nhớ

Viết tắt: B , KB, MB, GB, TB

13

2. Cấu trúc luận lý

� 1 CPU hay nhiều CPU

(SMP, Symmetric MultiProcessor)

�Bộ nhớ

�Các thiết bị I/O• Mạch ñiều khiển (Controller)

• Thiết bị (Device)

�Các loại bus

14

Cấu trúc tiêu biểu máy vi tính

15

Cấu trúc tiêu biểu máy vi tính

16

PCI bus

�Do Intel thiết kế, ñộc lập với CPU

�Băng thông rộng

�Hỗ trợ Plug-and-Play

(thiết lập cấu hình tự ñộng)

� PCI 1.0, 2.0, 2.1, 2.2

17

PCI bus (tt)

�Bus dữ liệu: 32 bit, 64 bit

�Xung nhịp: 33 MHz, 66 MHz

�Băng thông (bandwidth) ~ 133MB/sec

~ 528MB/sec

18

PCI Express bus

� Phát triển kiến trúc PCI

� tương thích với PCI

�Băng thông rộng

Bắt ñầu từ 200 MB/sec, có thể x2, ..,x32

�Hỗ trợ tốt hơn cho truyền thông,

ña phương tiện (audio, video)

� Thêm bớt thiết bị khi máy hoạt ñộng

(Hot plugging)

19

USB (Universal Serial Bus)

�Kết nối các thiết bị ñặt ngoài (external)

�ðặc ñiểm:• Thống nhất ñầu nối

• Cấp nguồn

• Thêm bớt khi máy hoạt ñộng (Hot-plugging)

• Tự ñộng thiết lập cấu hình (Plug-and-Play)

� Tốc ñộ: 12 Mbps(1.0), 450 Mbps(2.0)

� 7 thiết bị, có thể ñến 127 thiết bị với Hub

20

Các tài nguyên hệ thống (phần cứng)

� I/O address

ðịa chỉ I/O

� IRQ i (Interrupt ReQuest)

Yêu cầu ngắt

�DMA channel

Kênh DMA

21

II. Hoạt ñộng máy vi tính

1. Quá trình khởi ñộng

2. Thực thi chương trình ứng dụng

3. Xử lý lỗi

22

Hệ thống máy tính với phần cứng, phần mềm

23

1. Quá trình khởi ñộng

� Power Supply – Nguồn cấp ñiện

�ROM BIOS

trên mainboard

�ROM extensions – ROM mở rộng

Ví dụ: ROM trên card màn hình, …

�Boot Drive – ðĩa khởi ñộng

Boot record – Mẩu tin khởi ñộng

�Operating system – Hệ ñiều hành

24

2. Thực thi chương trình ứng dụng

Giả sử hệ ñiều hành ñang hoạt ñộng� User yêu cầu thực thi một chương trình

• Click trên icon; chọn menu; dòng lệnh …

� Hệ ñiều hành xác ñịnh vị trí chương trình (vàdữ liệu) trên thiết bị nhớ ngoài

� Hệ ñiều hành tìm khoảng trống phù hợp trên bộ nhớ

� Hệ ñiều hành nạp chương trình vào bộ nhớ• Chương trình trên ñĩa không thay ñổi, trên bộ nhớchỉ là bản sao

25

Thực thi chương trình ứng dụng (tt)

�Hệ ñiều hành cung cấp các tài nguyên hệthống cho chương trình

�Hệ ñiều hành khởi ñộng (cho thực thi) chương trình• Khi chương trình ñược thực thi, hệ ñiều hành hoạt ñộng bên dưới (background) ñểcung cấp tài nguyên, thực hiện xuất nhập

Khi chương trình kết thúc thì có ñược ghi trở lại bộ nhớ ngoài?

26

3. Xử lý lỗi

Máy tính không sử dụng ñược khi:

�Các thành phần có lỗi� không hoạt ñộng bình thường

�Cấu hình hệ thống không ñáp ứng ñược yêu cầu của phần mềm• Theo system requirements

�Có hệ thống mới với các tính chất tốt hơn thay thế

27

Xử lý lỗi phần cứng

1) Xác ñịnh lỗi

2) Thu thập dữ liệu

3) Chọn giải pháp

4) Thực hiện giải pháp

5) Nếu vấn ñề chưa ñược giải quyết thì lặp lại các bước từ 1 ñến 4

6) Nếu vấn ñề ñã ñược giải quyết thì ghi nhận lại (văn bản) lỗi và cách giải quyết

28

Xử lý lỗi phần mềm

� Thu thập thông tin từ end-user:• ðã sử dụng chương trình nào?

• ðã thực hiện thao tác gì?

• Có cài ñặt (install) thêm hay gỡ bỏ(uninstall) phần cứng, phần mềm?

� Lập lại các triệu chứng của lỗi• Xác ñịnh vị trí xảy ra lỗi

• Ví dụ: khởi ñộng lại

29

Xử lý lỗi phần mềm (tt)

�Xác ñịnh các thay ñổi trên môi trường • ðã cài ñặt chương trình không tương thích?

• ðã gỡ bỏ chương trình? Xóa files?

�Xác ñịnh lỗi phần cứng hay lỗi phần mềm

�Xử lý lỗi:• Copy lại các file ñã xóa

• ðiều chỉnh lại các thông số (ñường dẫn, …)

• Cài ñặt lại phần mềm

30

III. Một số thiết bị xuất nhập

1. ðĩa từ

2. Màn hình

3. Máy in

31

1. ðĩa từ

ðĩa cứng với 4 ñĩa

32

Cấu trúc một mặt ñĩa

33

ðĩa từ (tt)

� Track, Sector, Cylinder�ðơn vị truy xuất: sector�Các bước truy xuất sector:

• Di chuyển hệ thống ñầu từ ñến cylinder chứa sector – Seek time (mili sec)

• Chờ sector xoay ñến vị trí ñầu từ -Rotational latency (rpm)

• Truy xuất sector

� Thông số tổng quát: tốc ñộ truy xuất(Data Transfer Rate) theo MB/sec

34

2. Màn hình

Hai dạng thông dụng:

�Dùng ñèn hình CRT

�Dùng tinh thể lỏng LCD

35

Màn hình dạng CRT (Cathod Ray Tube)

a. CRT b. Quét tia ñiện tử

36

Màn hình LCD (Liquid Crystal Display)

37

Thông số màn hình

�Dot pitch – Kích thước ñiểm ảnh, ví dụ0.22mm

�Refresh rate – Tốc ñộ làm tươi (hz)

�Resolution – ðộ phân giải

�Monitor screen size – Kích thước màn hình, ví dụ 17”

�Display colors – Số màu

38

3. Máy in

Các loại máy in:

� In kim – Dot-matrix printer

� In phun – InkJet

� In laser – Laser printer

Thông số chính:

�ðộ phân giải – dots per inch (dpi)

� Tốc ñộ in – pages per minute (ppm)

39

Máy in Laser

40

IV. Các khái niệm cơ bản về phần mềm

1. Phần mềm ứng dụng

2. Phần mềm hệ thống

3. Giải quyết vấn ñề dùng máy tính

4. Giới hạn của máy tính

41

1. Phần mềm ứng dụng

�Xử lý văn bản – Word ProcessorMicrosoft Word, Corel WordPerfect

�Bảng tính – SpreadsheetExcel, Lotus 1-2-3

�Quản trị cơ sở dữ liệu – DatabaseAccess

�ðồ hoạ – GraphicsMultimedia, Games, CAD (Computer-Aided Design)

42

Phần mềm ứng dụng mạng

�Web BrowserInternet Explorer, Netscape

Web-based Applications

� E-MailMicrosoft Outlook, Web-Mail

�…

43

2. Phần mềm hệ thống

a. Hệ ñiều hành

(Operating System)

b. Chương trình công cụ, tiện ích

(Tools, Utilities)

c. Công cụ lập trình

(Programming Tools)

44

a. Hệ ðiều Hành

Với người sử dụng

�ðược nạp vào bộ nhớ ñầu tiên

�Quản lý các chu kỳ nhập-xử lý-xuất

Với chương trình/người lập trình

�Mở rộng phần cứng máy tính

�Quản lý tài nguyên hệ thống

Ví dụ: Microsoft Windows, Linux, UNIX, MAC OS, ….

45

b. Chương trình công cụ, tiện ích

�Hỗ trợ quản lý hệ thống

Ví dụ: Norton Ghost/Antivirus

Speeddisk

Disk Defragmentation

�Hỗ trợ sử dụng hệ thống hiệu quả hơn

Ví dụ: Download Accelerater

46

c. Công cụ lập trình

Ngôn ngữ lập trình

�Ngôn ngữ máy – Machine language

dạng nhị phân của tập lệnh CPU

�Ngôn ngữ dùng ký hiệu / Hợp ngữSymbolic language / Assembly language

dạng ký hiệu/gợi nhớ của tập lệnh CPU

�Ngôn ngữ cấp cao – High-level language

47

Thực thi chương trình hợp ngữ

�Viết chương trình nguồn dùng hợp ngữ

�Dùng chương trình dịch hợp ngữ(Assembler) chuyển ñổi chương trình nguồn thành chương trình thực thi (trên ngôn ngữ máy tương ứng với một hệ ñiều hành).

� Thực hiện chương trình trên ngôn ngữmáy

48

Thực thi chương trình hợp ngữ (tt)

49

Thực thi chương trình ngôn ngữ cấp cao

�Viết chương trình nguồn dùng ngôn ngữcấp cao

�Có hai phương pháp thực thi:• Biên dịch

• Thông dịch/Phiên dịch

50

Biên dịch (compilation)

�Dùng chương trình biên dịch (Compiler) chuyển chương trình nguồn thành chương trình trên ngôn ngữ máy

� Thực thi chương trình trên ngôn ngữ máy

� Thực thi nhanh

�Cần biên dịch lại khi có thay ñổi

�Ví dụ: ngôn ngữ C,C++, …

51

Quá trình biên dịch

52

Thông dịch (Interpretation)

�Dùng chương trình thông dịch (Interpreter) ñọc và thực thi từng phát biểu trên chương trình nguồn

� Luôn cần chương trình nguồn

� Thực thi chậm hơn

�Ví dụ: Basic, Scripting language, …

53

Quá trình thông dịch

54

JAVA

Có thể thực thi trên mọi môi trường

Thực thi chương trình Java:

�Quá trình biên dịch

�Quá trình thông dịch trên JVM

(Java Virtual Machine)

55

Môi trường lập trình Java

II

56

Thực thi chương trình Java

57

Chương trình Java trên các môi trường

58

3. Giải quyết vấn ñề dùng máy tính

�Chia vấn ñề lớn thành các vấn ñề nhỏ hơn• Divide and conquer

• Thực hiện nhiếu lần cho ñến khi các vấn ñềnhỏ có thể giải quyết trọn vẹn

• Áp dụng với các kỹ thuật khác nhau

� Thuật giải (algorithm)• Tập hợp các bước (hay lệnh) ñể giải quyết một vấn ñề trong thới gian hữu hạn với dữliệu hữu hạn

59

Các giai ñoạn giải quyết vấn ñề

�Giai ñoạn phát triển thuật giải:• Phân tích (analyze)

ðịnh nghĩa, phân tích vấn ñề

• ðề xuất thuật giải (propose algorithm)

Xác ñịnh các bước giải quyết vấn ñề

• Kiểm tra thuật giải (test algorithm)

Thực hiện các bước trong thuật giải ñể kiểm tra kết quả của việc giải quyết vấn ñề

60

Các giai ñoạn giải quyết vấn ñề (tt)

�Giai ñoạn hiện thực thuật giải:• Mã hóa (code)

Chuyển thuật giải sang một ngôn ngữ lập trình

• Kiểm tra (test)

Thực hiện chương trình trên máy tính ñểkiểm tra kết quả của việc giải quyết vấn ñề

61

Các giai ñoạn giải quyết vấn ñề (tt)

�Giai ñoạn bảo trì:• Sử dụng (use)

Sử dụng chương trình

• Bảo trì (maintain)

ðiều chỉnh chương trình ñể sửa lỗi (nếu có) hay ñáp ứng các yêu cầu tiếp theo của việc giải quyết vấn ñề

62

Tương tác giữa các giai ñoạn giải quyết vấn ñề

63

4. Giới hạn của máy tính

Máy tính với phần mềm có thể không giải quyết ñược một vấn ñề vì:

�Giới hạn số học (limits of arithmetic)

�Giới hạn truyền thông (limits on communication)

� Sự phức tạp của phần mềm (complexity of software)

64

Giới hạn số học

�Có các giới hạn của phần cứng trong biểu diễn số nguyên và số thực• Ví dụ: số integer 32 bit chỉ biểu diễn ñược từ -2,147,483,648 ñến +2,147,483,647

�Có thể dùng phần mềm ñể vượt qua giới hạn này• Ví dụ: biểu diễn số rất lớn như danh sách liên kết các số nhỏ

65

Ví dụ: biểu diễn số rất lớn

66

Giới hạn truyền thông

�Có các giới hạn trên băng thông (bandwidth) của các ñường truyền• Có thể không thể ñáp ứng yêu cầu của phần mềm

�Các ñường truyền có thể có lỗi• Có thể dùng các dạng mã sửa sai (error-correcting code)

67

Sự phức tạp của phần mềm

� Phần mềm có lỗi do:• Sự phức tạp của vấn ñề

• Trung bình: 25 lỗi(bug)/1000 dòng chương trình

�Có các vấn ñề không có giải thuật

�Có các giải thuật với thời gian thực thi quá lớn

NHNHẬẬP MÔN TIN HP MÔN TIN HỌỌCC

Chương 3

BIỂU DIỄN DỮ LIỆU

2

Nội dung chương 3

I. Khái niệm về biểu diễn dữ liệu

II. Biểu diễn số nguyên

III.Biểu diễn số thực

IV.Biểu diễn ký tự

V. Dữ liệu âm thanh, hình ảnh

3

I. Khái niệm về biểu diễn dữ liệu

1. Dữ liệu trên máy tính

2. Hệ ñếm theo vị trí

3. Các hệ ñếm thông dụng

4. Chuyển ñổi giữa các hệ ñếm

4

1. Dữ liệu trên máy tính

�Máy tính là thiết bị ña phương tiện(multimedia device)

�Máy tính lưu trữ, xử lý, hiển thị các dạngdữ liệu:• Giá trị số (numbers)• Văn bản (text)• Hình ảnh (images, graphics)• Âm thanh (audio)• Hình ảnh ñộng (video)

5

Nén dữ liệu (Data Compression)

�Mục tiêu: giảm kích thước lưu trữ dữ liệu• Tỉ số nén (Compression ratio)

�Có hai kỹ thuật chính:• Nén không mất dữ liệu (lossless): dữ liệu cóthể ñược phục hồi nguyên vẹn từ dữ liệu nén

• Nén có mất dữ liệu (lossly): có một phần dữliệu bị mất khi nén

6

Dữ liệu dạng nhị phân

�Máy tính ñược thiết kế ñể sử dụng dữ liệudạng nhị phân:• Giá thành thấp

• ðộ tin cậy cao

�BIT (Binary digiT): chữ số nhị phân

7

2. Hệ ñếm theo vị trí

Xét ví dụ642 trong hệ ñếm theo vị trí cơ số 10:

6 x 102 = 6 x 100 = 600+ 4 x 101 = 4 x 10 = 40+ 2 x 10º = 2 x 1 = 2

= 64210(642 trong hệ ñếm 10)

Hệ ñếm cơ số 10

Số mũ thể hiệnvị trí của chữ số

8

Biểu thức tổng quát hệ ñếm theo vị trí

dn-1 * Rn-1 + dn-2 * R

n-2 + ... + d1 * R1 + d0

X = dn-1dn-2…d1d0

642 = 6 * 102 + 4 * 10 + 2

R là cơ sốcủa hệ ñếm

n là số chữ sốtrong giá trị X

di là chữ sốtại vị trí thứ i trong giá trị X

9

Ví dụ: 642 trong hệ ñếm 12 (64212)

64212= 6*122 + 4*12 + 2

= 864 + 48 + 2

= 91410

10

3. Các hệ ñếm thông dụng

�Hệ thập phân (decimal) dùng 10 chữ số:• 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

�Hệ nhị phân (binary) dùng 2 chữ số:• 0, 1

�Hệ bát phân (octal) dùng 8 chữ số:• 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

�Hệ thập lục phân (hexadecimal) dùng 16 chữ số:• 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F

11

Một số giá trị cần nhớ

771117

661106

551015

441004

33113

22102

1111

0000

HexOctBinDec

F17111115

E16111014

D15110113

C14110012

B13101111

A12101010

91110019

81010008

HexOctBinDec

12

Một số giá trị cần nhớ (tt)

322516248234222211200.52-10.252-2Dec

10485762204096212204821110242105122925628128276426Dec

13

4. Chuyển ñổi giữa các hệ ñếm

�Chuyển từ hệ 2, hệ 8, hệ 16 sang hệ 10

�Chuyển ñổi giữa hệ 2 và hệ 8

�Chuyển ñổi giữa hệ 2 và hệ 16

�Chuyển từ hệ 10 sang hệ 2

�Chuyển từ hệ 10 sang hệ ñếm cơ số K

14

Chuyển từ hệ 2, hệ 8, hệ 16 sang hệ 10

�Dùng ñịnh nghĩa hệ ñếm theo vị trí

�Ví dụ• 101012 = 24 + 22 + 1 = 2110• 3458 = 3*82 + 4*8 + 5 = 22910• AB116 = 10*162 + 11*16 + 1 = 273710

15

Chuyển ñổi giữa hệ 2 và hệ 8

�Ba bit (nhị phân) tương ñương 1 chữ sốhệ 8

�Ví dụ:• 101001110 = 101 001 110 = 5168• 10101 = 10 101 = 258• 1758 = 001 111 101 = 11111012

16

Chuyển ñổi giữa hệ 2 và hệ 16

�Bốn bit (nhị phân) tương ñương 1 chữ sốhệ 16

�Ví dụ:• 10100111 = 1010 0111 = A716• 110110 = 11 0110 = 3616• 17516 = 0001 0111 0101 = 1011101012

17

Chuyển từ hệ 10 sang hệ 2

Hai phương pháp thông dụng:

� Phân tích thành tổng các lũy thừa của 2

� Thực hiện các phép chia cho 2

18

Phân tích thành tổng các lũy thừa của 2

�Ví dụ: 4510� ?2

� 45 = 32 + 8 + 4 + 1

= 25 + 23 + 22 + 20

= 1011012

19

Thực hiện các phép chia cho 2

�Ví dụ: 4510� ?2 4522 1

11 0

5 1

2 1

1 0

0 1

1 0 1 1 0 1

20

Chuyển từ hệ 10 sang hệ ñếm cơ số K

Giá trị thập phân X

� Thực hiện các phép chia X và các thươngsố có ñược cho K, cho ñến khi thương sốlà 0

�Kết quả là các dư số ñược lấy theo chiềungược lại (từ ñáy lên ñỉnh.)

21

Ví dụ: 4510� ?3

45

15 0

5 0

1 2

0 1

1 2 0 0 3

22

Bài tập 1

�ðổi các số thập phân sau ñây sang hệ 2, hệ 8, hệ 16:• 50, 129, 200, 257, 300

�ðổi các số thập phân sau sang hệ 3, hệ 7:• 50, 150

23

II. Biểu diễn số nguyên

1. Các khái niệm

2. Số nguyên không dấu

3. Số nguyên có dấu

24

1. Các khái niệm

�Giá trị X ñược biểu diễn trên n bit• X: giá trị cần biểu diễn

• n: kích thước biểu diễn

• Với n bit chỉ biểu diễn ñược các giá trị X trong một khoảng biểu diễn

� Số nguyên không dấu (unsigned integer)

� Số nguyên có dấu (signed integer)

25

2. Số nguyên không dấu

�Dùng biểu diễn nhị phân của giá trị X

�Ví dụ:

• X = 1010, n = 4 � X = 10102• X = 1010, n = 8 � X = 000010102• X = 10010, n = 8 � X = 011001002�Khoảng biểu diễn: 0 � 2n-1

• n = 8 : 0 � 255

• n = 16 : 0 � 65535

26

Bài tập 2

� Tìm biểu diễn nhị phân, bát phân, thậplục phân của các số thập phân không dấusau ñây:• 81, 102, 250 với n = 8

• 1000, 2050 với n = 16

27

3. Số nguyên có dấu

a. ðộ lớn có dấu (signed magnitude)

b. Mã bù 1 (one’s complement)

c. Mã bù 2 (two’s complement)

d. Mã quá N (excess N, biased)

28

a. ðộ lớn có dấu

�Dùng 1 bit thể hiện dấu:• 0: số dương (+)

• 1: số âm (-)

� (n-1) bit còn lại là biểu diễn nhị phân củañộ lớn X (trị tuyệt ñối của X)

�Ví dụ:• X = 5, n = 4 � X = 0101

• X = -10, n = 8 � X = 10001010

29

ðộ lớn có dấu (tt)

�Khoảng biểu diễn:- (2n-1 – 1) ���� +(2n-1 – 1)

• n = 8: -12710� +12710• n = 16: -3276710� +3276710

�Nhận xét: với n = 8• 00000000 = +0• 10000000 = -0

�ðược sử dụng trên các máy tính thế hệñầu, ví dụ IBM 7090

30

b. Mã bù 1

� Dùng phép toán bitwise NOT (ñổi bit 1 thànhbit 0, bit 0 thành bit 1) ñể tạo số âm.

� Ví dụ: với n = 4• 0101 = +5• 1010 = -5 � mã bù 1 của -5 là 1010

� Nhận xét: có 1 bit dấu (0:dương, 1:âm)� Khoảng biểu diễn:

- (2n-1 – 1) ���� +(2n-1 – 1)• n = 8: -12710� +12710• n = 16: -3276710� +3276710

31

Mã bù 1 (tt)

�Nhận xét: với n = 8• 00000000 = +0

• 11111111 = -0

�ðược sử dụng trên các máy tính thế hệñầu, ví dụ PDP-1, UNIVAC 1100

32

c. Mã bù 2

�Mã bù 2 của một số âm bằng mã bù 1 cộng thêm 1

�Ví dụ: với n = 4• 0101 = +5

• 1010 = -5 (mã bù 1 của -5 là 1010)

1011 (mã bù 2 của -5 là 1011)

�Nhận xét: có 1 bit dấu (0:dương, 1:âm)

33

Mã bù 2 (tt)

�Khoảng biểu diễn:

- 2n-1 ���� +(2n-1 – 1)• n = 8: -12810� +12710• n = 16: -3276810� +3276710

�ðược sử dụng trên các máy tính hiện ñại(trong CPU, ngôn ngữ lập trình)

34

Tìm mã bù 2

X: giá trị cần biểu diễn, n: số bit dùng biểu diễn

�X dương: mã bù 2 là biểu diễn nhị phândùng n bit của X

• X=5, n=8, mã bù 2 của 5 là 00000101

�X âm:• Biểu diễn trị tuyệt ñối X dùng n bit

• ðổi bit 1 thành bit 0 và bit 0 thành bit 1

• Cộng thêm 1

35

Tìm mã bù 2 (tt)

�Ví dụ: X = -10, n = 8• 5 = 00001010

• ðổi 1�0, 0�1: 11110101

• Cộng thêm 1: mã bù 2 của -10 là 11110110

36

Tìm mã bù 2 (tt)

� Phương pháp ñơn giản cho X âm• Biểu diễn trị tuyệt ñối của X dùng n bit• Tìm bit 1 ñầu tiên từ bên phải• ðổi 1�0, 0�1 tất cả các bit bên trái bit 1 ñã tìm

�Ví dụ: X = -10, n = 8• 10 = 00001010

• Tìm bit 1 ñầu tiên từ bên phải 00001010• Mã bù 2 của -10 là 11110110

37

Cộng số bù 2

� Ví dụ 1:1 1 1 1 1 1 1 carries

0 0 0 1 0 1 1 1 (23)+ 1 1 1 1 0 1 1 1 +(-9)

0 0 0 0 1 1 1 0 14

� Ví dụ 2: hiện tượng tràn (overflow)0 1 1 1 1 carries

0 1 1 1 1 1 1 0 (126)+ 0 0 0 0 1 0 0 0 +(8)

1 0 0 0 0 1 1 0 ??? (-122)

38

Xác ñịnh kết quả phép cộng số bù 2

�Nếu số nhớ vào (carry in) bằng với sốnhớ ra (carry out) trong phép cộng bit dấuthì không có hiện tượng tràn

�Nếu số nhớ vào (carry in) khác với sốnhớ ra (carry out) trong phép cộng bit dấuthì có hiện tượng tràn

• Overflow: kết quả phép toán vượt rangoài khoảng biểu diễn

39

d. Mã quá N

� Còn gọi là phương pháp di chuyển (biased)

�Một giá trị nguyên có dấu X ñược biểudiễn thành một số nguyên không dấu cógiá trị là X+N

�Ví dụ: N=7 � mã quá 7, n=4• Mã quá 7 của -5 là 0010

• Mã quá 7 của 5 là 1100

40

Mã quá N (tt)

�Khoảng biểu diễn

- N ���� +(2n – 1 - N)• n = 8, N = 127: -12710� +12810

�Mã quá N dùng trong biểu diễn số dấuchấm ñộng theo tiêu chuẩn IEEE 754

41

Các dạng mã hoá số nguyên với n = 4

42

Bài tập 3

�Cho n = 8, tìm mã ñộ lớn có dấu, mã bù1, mã bù 2, mã quá 127 của các số thậpphân sau ñây:• 10, 61, 102

• -22, -55, -100

43

III. Biểu diễn số thực

1. Khái niệm về số thực

2. Số dấu chấm tĩnh

3. Số dấu chấm ñộng

4. Tiêu chuẩn số dấu chấm ñộng IEEE 754

44

1. Khái niệm về số thực

� Trục số thực: chia làm 7 vùng

� Trong khoảng biểu diễn có vô số số thực• Ví dụ: 20/3 = 6.666…

• Có thể có sai số khi biểu diễn số thực

Số âm

quá lớn

Số dương

quá lớn

Số

âm

quá

nhỏ

Số

dương

quá

nhỏ

KHOẢNG

BIỂU DIỄN

KHOẢNG

BIỂU DIỄN

SỐ 0

45

2. Số dấu chấm tĩnh

�Ví dụ:• +3.2510 , -11.012

�Dùng n+m+1 bit ñể biểu diễn:• 1 bit dấu (0: dương, 1: âm)

• n bit: phần nguyên

• m bit: phần phân số ñúng

Bit dấu Phần nguyên Phần phân số ñúng

1 bit n bit m bit

46

Số dấu chấm tĩnh (tt)

� Sai số tuyệt ñối:

� Số dương lớn nhất:

� Số dương nhỏ nhất:

47

Ví dụ số dấu chấm tĩnh

�X = 3.37510, n = 7, m = 8• 00000011.011000002 = 03.6016

�X = -7.2510, n = 7, m = 8• 10000111.010000002 = 87.4016

48

Ứng dụng số dấu chấm tĩnh

�Dùng trong các chương trình tính toánthương mại (các ứng dụng spreadsheet), và ñược hỗ trợ trên một số ngôn ngữ lậptrình

49

Bài tập 4

�Cho n=7, m=8, tìm biểu diễn số dấu chấmtĩnh của các số thập phân sau ñây:• 100.625, -70.3125, -120.4375

50

3. Số dấu chấm ñộng

�X là số bất kỳ, có thể phân tích dướidạng:

X = m*ae (1)

trong ñó:

a gọi là cơ số (radix)

m gọi là phần ñịnh trị (mantissa)

e gọi là phần bậc (exponent)

51

Số dấu chấm ñộng (tt)

� Ví dụ:• a = 10, X = 3.14X = 3.14 = 0.314*101 = 31.4*10-1

• a = 2, X = 11.101X = (11.101)2 =(1.1101*101)2 =(0.11101*10

10)2

� Với cơ số a cho trước, có nhiều cách phân tíchX theo dạng (1)

� Vị trí ngăn cách giữa phần nguyên và phầnphân số phụ thuộc phần bậc e không cố ñịnhnhư trong biểu diễn số dấu chấm tĩnh � biểudiễn số dấu chấm ñộng

52

Số dấu chấm ñộng (tt)

�Nếu ñặt thêm ñiều kiện a-1 ≤ | m | < 1 thìcách phân tích là duy nhất: dạng chuẩn

�Xét lại ví dụ trên:a = 10, X = 3.1410 = 0.314*10

1

a = 2, X = (11.101)2 = (0.11101*1010)2

53

Khái niệm FLOPS

�Dùng trong ñánh giá hiệu suất máy tính� FLoating-point Operations Per Second

• Số tính toán số dấu chấm ñộng trong 1 giây

�Khái niệm tương tự MIPS• Million Instructions Per SecondSố lệnh thực hiện trong một giây,trong ñó lệnh có thể là tính toán số nguyên, tính toán số dấu chấm ñộng, tính toán luậnlý, …

54

4. Tiêu chuẩn số dấu chấm ñộng IEEE 754

�Do tổ chức IEEE (Institude of Electrical and Electronic Engineers)• Mở rộng thành tiêu chuẩn IEEE 854

�ðược sử dụng phổ biến trên các ñơn vị sốdấu chấm ñộng (FPU, Floating-Point Unit) trong các bộ xử lý, và trên các ngônngữ lập trình

55

Tiêu chuẩn IEEE754 (tt)

� Tiêu chuẩn IEEE 754 gồm các dạng số chấmñộng tiêu chuẩn (normalized):• Số chính xác ñơn – Single-precision 32 bit

(Số single)

• Số chính xác kép – Double-precision 64 bit

(Số double)

• Số chính xác kép mở rộng –

Double-Extended precision 80 bit (Số extended)

� Số extended dùng ñể giảm các lỗi khi làm trònsố và chỉ dùng bên trong các FPU

56

Tiêu chuẩn IEEE754 (tt)

� Các số dấu chấm ñộng IEEE 754 có dạng:

X = S*2e

trong ñó: S là phần ñịnh trị (significand)

e là phần bậc (exponent)

với 1.0 ≤ | S | < 2

S có thể viết thành S = 1.f

trong ñó f là phần phân số (fraction)

X = ± 1.f * 2e

57

Số chính xác ñơn (số single)

� Số chính xác ñơn có 32 bit:• 1 bit dấu (0:dương, 1:âm)

• 8 bit phần bậc dùng mã quá 127

• 23 bit phần phân số (thuộc phần ñịnh trị)

Bit dấu Phần bậc Phần phân số

1 bit 8 bit 23 bit

58

Ví dụ số single

� X = 0.510• 0.5 = 1.0 * 2-1

• Bit dấu: 0

• Phần bậc: -1

mã quá 127 của -1 là -1+127 = 126

12610 = 011111102• Phần ñịnh trị S = 1.0, phần phân số = 0

� Biểu diễn dang số chính xác ñơn của 0.5:• 0 01111110 00..002 = 3F00000016

23 BIT 0

59

Ví dụ số single (tt)

� X = -2010• -20 = -1.25 * 24

• Bit dấu: 1• Phần bậc: 4mã quá 127 của 4 là 4+127 = 13113110 = 100000112

• Phần ñịnh trị S = 1.25, phần phân số = 0.250.2510 = 0.012

� Biểu diễn dang số chính xác ñơn của 0.5:• 1 10000011 010..002 = C1A0000016

21 BIT 0

60

Số chính xác kép (số double)

� Số chính xác kép có 64 bit:• 1 bit dấu (0:dương, 1:âm)

• 11 bit phần bậc dùng mã quá 1023

• 52 bit phần phân số (thuộc phần ñịnh trị)

Bit dấu Phần bậc Phần phân số

1 bit 11 bit 52 bit

61

Các ñặc ñiểm chính của số single, số double

-1022 � 1023-126 � +127Khoảng phần bậc

Mã quá 1023Mã quá 127Biểu diễn phần bậc

6432Tổng số bit

5223Số bit phần ñịnh trị

118Số bit phần bậc

11Số bit dấu

Số doubleSố single

62

Các ñặc ñiểm chính của số single, số double (tt)

≈ 10-324≈ 10-45 Giá trị nhỏ nhất (dạng số ñặc biệt)

≈ 10-308 �10+308≈ 10-38 ���� 10+38Khoảng biểu diễn (theo thập phân)

≈ 2+1024≈ 2+128Giá trị lớn nhất

2-10222-126Giá trị nhỏ nhất

Số doubleSố single

63

Các dạng số ñặc biệt

Tùy ý khác 0

11…11+/-NaN

(Not a Number)

011…11+/-Vô cực / Vô cùng

(Infinity)

00+/-Zero

Tùy ý khác 0

0+/-Số không chuẩn

(Denornalized)

Tùy ý0<exponent<max

+/-Số tiêu chuẩn

(Normalized)

64

Các dạng số ñặc biệt (tt)

� Số dạng denormalized dùng ñể biểu diễnsố rất nhỏ• Số nhỏ nhất là 2-23 * 2-127 = 2-150

�Có thể biểu diễn 2 số 0 (+0, -0)� Số vô cực có thể dùng làm toán hạng tuântheo các quy tắc toán học cho số vô cực

�Khi kết quả phép toán không xác ñịnh, vídụ ∞/∞ thì dùng dạng NaN (Not a Number)

65

Làm tròn số (rounding)

� Tiêu chuẩn IEEE 754 có các dạng làmtròn số:• Unbiased: round to nearest

Làm tròn về số gần nhất

Nếu số cần làm tròn ở giữa 2 giá trị thì làmtròn về số có bit cuối bên phải là 0

• Toward zero: làm tròn về zero

• Toward positive infinity: làm tròn về +∞

• Toward negative infinity: làm tròn về -∞

66

Bài tập 5

�ðổi các giá trị thập phân sau ñây sang dạng số single (IEEE 754), trình bày kếtquả ở dạng hệ 16:• -15.5, 20.5, -34

�ðổi các số dạng single sau ñây về dạngthập phân:• 42E48000H, 3F880000H

67

IV. Biểu diễn ký tự

1. Các khái niệm

2. ASCII

3. Unicode

4. Tiếng Việt trên máy tính

68

1. Các khái niệm

�Ký tự trên máy tính (computer character) là ñơn vị thông tin tương ứng với:• Một ký hiệu âm tiết (syllabary) trong dạngviết của ngôn ngữ tự nhiên

• Ký tự ñiều khiển trong xử lý văn bản

�Mỗi ký tự ñược mã hoá bằng một chuỗibit và ñược liệt kê trong bảng mã(character encoding scheme) hay bộ ký tự(character set)• Ví dụ: ASCII, Unicode

69

Lưu trữ, xử lý và hiển thị ký tự

�Mỗi ký tự ñược lưu trữ và xử lý theo vịtrí ký tự trên bảng mã (mã ký tự)• Ví dụ: ‘A’ có giá trị 41H trong mã ASCII

�Các ký tự có biểu diễn ñồ họa (glyph) trên các thiết bị xuất (màn hình, máy in)

� Font chữ (computer font) là file dữ liệubao gồm tập hợp các biểu diễn ñồ họa củacác ký tự, ký hiệu theo một dạng(typeface)

70

Các thông số chính của font chữ

�Dạng chữ (typeface)• Ví dụ: Time New Roman

� Loại chữ (style)• Ví dụ: Normal, Bold, Italic, Bold Italic

�Kích thước (cỡ) chữ• Ví dụ: 12 points, 24 points với point là ñơnvị trong kỹ thuật in (1 point = 1/72 inch)

71

Ví dụ font chữ

�Time New Roman – Bold – 36 point

�Arial – Bold Italic – 36 point

�French Script French Script French Script French Script –––– Bold Bold Bold Bold –––– 48 point48 point48 point48 point� Courier New – Normal – 32 point

72

Các ñịnh dạng chính của dữ liệu font chữ

�Bitmap font• Bao gồm một chuỗi các ñiểm ảnh (pixel) biểu diễn ảnh của ký tự theo một dạng chữtrên một cỡ chữ

�Outline font• Bao gồm các ñường cong dạng Bézier, cáclệnh vẽ, các biểu thức toán, cho phép thểhiện một dạng chữ theo kích thước tùy ý (scalable)

73

True Type font

� Là dạng Outline font ñược sử dụng phổbiến trên các hệ ñiều hành hiện ñại

�Ví dụ: Windows 2K/XP sử dụng True Type font dạng OpenType

74

2. ASCII

American Standard Code for Information Interchange

�Do ANSI (American National Standards Institude) công bố năm 1967, cập nhậtnăm 1986

�Bảng mã ASCII dùng biểu diễn ký tự trênmáy tính và các thiết bị truyền thông

75

Mã ASCII (tt)

�Mã ASCII chuẩn dùng 7 bit, biểu diễnñược 128 ký tự, bao gồm:• Các ký tự ñiều khiển (control characters) cógiá trị (mã) từ 0 ñến 1Fh

• Các ký tự in ñược (printable characters) cógiá trị (mã) từ 20h ñến 7Fh

�Mã ASCII mở rộng dùng 8 bit, bao gồm:• Phần ASCII chuẩn• Các ký tự ñặc biệt có giá trị (mã) từ 80h ñếnFFh

76

Mã ASCII chuẩn

77

Mã ASCII mở rộng

78

3. Unicode

a. Giới thiệu Unicode

b. Các ñặc ñiểm chính

79

a. Giới thiệu Unicode

�Unicode là tiêu chuẩn mã hóa ký tự củaHiệp hội Unicode (Unicode Consortium) bao gồm các nhà sản xuất IBM, Apple, HP, MicroSoft, Adobe, …

�Unicode là một hiện thực của chuẩn ISO 10646 UCS 2 (Universal Character Set)

�Unicode ñược hỗ trợ trên các hệ ñiềuhành, trình duyệt web, các tiêu chuẩnphần mềm hiện ñại như XML, Java, LDAP, CORBA, …

80

Giới thiệu Unicode (tt)

�Mục tiêu của Unicode là cung cấp mã(code point) duy nhất cho ký tự, ký hiệutrên tất cả các ngôn ngữ, hệ thống chữviết (writing systems)• Việc hiển thị ký tự (font) do chương trìnhứng dụng (web, word processor, … ) thựchiện

�Unicode là mã 16 bit biểu diễn ñược65536 ký tự, và có thể mở rộng ñến trên 1 triệu ký tự

81

b. Các ñặc ñiểm chính

�Có các phiên bản Unicode: 1.0, 1.1, 2.0, …, 5.0

�Cách thể hiện mã ký tự theo Unicode: U+xxxx, với x là 1 chữ số hệ 16, ví dụ:• Latin -1 {U+0080..U+00FF}• Latin Extended A, B {U+0100..U+024F}• Combining Diacritical Marks {U+0300.. U+036F}

• Latin Extended Additional {U+1E00..U+1EFF}

• ðơn vị tiền tệ Việt Nam (ðồng): c U+20AB

82

Mã tổ hợp, mã dựng sẵn (dự tác)

Ví dụ: chữ Ở, từ việt� Mã tổ hợp (combining)

• Gồm chữ Ơ (U+01A0) và dấu hỏi (U+0309)• việt = v + i + e + ^ + . + t• việt = v + i + ê + . + t

� Mã dựng sẵn (precomposed)• Mã U+1EDE• việt = v + i + ệ + t

Có chuẩn ñể chuyển ñổi giữa hai dạng trên� NFC (Normalization Form C)� NFD (Normalization Form D)

83

Các sơ ñồ mã hóa chính

UTF (Unicode Transformation Format)

� UTF – 16:• Dạng mã hóa chuẩn, dùng 1 hay 2 số nguyên 16 bit

• ðược dùng trong Windows API, .NET, Java

� UTF – 8:• Gồm 1 ñến 4 byte

• ðược thiết kế ñể tương thích với mã ASCII và cácgiao thức trên byte

• Dùng trên Web Browsers, E-Mail

84

Ví dụ UTF-8

E1 BB A9U+1EE9ứ

C6 B0U+01B0ư

C6 A1U+01A1ơ

E1 BB 9CU+1EDCỜ

E1 BB 93U+1ED3ồ

E1 BB 92U+1ED2Ồ

Mã UTF-8Mã Unicode 16 bitChữ Việt

85

4. Tiếng Việt trên máy tính

a. Bảng mã tiếng Việt

b. Các font chữ Việt

c. Chương trình bàn phím tiếng Việt

86

a. Bảng mã tiếng Việt

Các nhóm bảng mã tiếng Việt:

�Dựa trên mã ASCII• Mã 1 byte

• Mã 2 byte

�Mã Unicode

87

Mã tiếng Việt 1 byte

�Dùng phần mã ASCII mở rộng ñể biểudiễn các ký tự tiếng Việt• Không ñủ vì cần 134 mã (Ââ, ðñ, …)

�Giải quyết bằng việc dùng chung mã chochữ thường và chữ hoa (cần 67 mã), phânbiệt bằng font chữ hoa, chữ thường hoặcsử dụng 6 mã trong vùng ASCII chuẩn

�Ví dụ:TCVN-5712 (font ABC), BKHCM 1 byte, VPS, …

88

Mã tiếng Việt 2 byte

�Các nguyên âm có dấu ñược mã hóa bằng2 byte

�Chữ Việt có dấu chữ hoa, chữ thườngtrong cùng 1 font

�Ví dụ: VNI, BKHCM 2 byte,

89

Tiếng Việt trên mã Unicode

� Chính phủ Việt Nam qui ñịnh dùng tiêu chuẩnTCVN 6909:2001 dùng mã Unicode 16 bit (theo Unicode 3.1) làm chuẩn mã tiếng Việttrong trao ñổi thông tin ñiện tử

� Unicode dạng dựng sẵn• Latin Extended Additional {U+1E00..U+1EFF}

� Unicode dạng tổ hợp• Latin -1 {U+0080..U+00FF}

• Latin Extended A, B {U+0100..U+024F}

• Combining Diacritical Marks {U+0300.. U+036F}

90

b. Các font chữ Việt

�Các dạng mã 1 byte và 2 byte cần có cácfont chữ tương ứng. Ví dụ:• ABC, BKHCM 2 byte, VNI, …

�Mã Unicode dùng các font chữ do hệ ñiềuhành và các phần mềm hỗ trợ

91

c. Chương trình bàn phím tiếng Việt

�Keyboard driver• Chương trình ñiều khiển bàn phím

• Chương trình bàn phím

• Bộ gõ

�Nhận chuỗi phím theo quy ñịnh cáchnhập (input method) tiếng Việt, chuyểnñổi thành mã ký tự Việt theo bảng mã xácñịnh

92

Chương trình bàn phím tiếng Việt (tt)

�Windows• Unikey, VietKey, WinVNkey, …

� Linux• X- Unikey, xvnkb

�MAC OS• TCVN/VNI/Telex keyboard layouts

93

Các cách nhập tiếng Việt thông dụng

�VNI• Vie65t Nam d9a61t nu7o7c1 to6i o7i

� Telex• Vieetj Nam ddaats nwowcs tooi owi

�VIQR• Vie^.t Nam dda^’t nu+o+’c to^i o+i

94

V. Dữ liệu âm thanh, hình ảnh

1. Dữ liệu âm thanh (audio)

2. Dữ liệu hình ảnh (images, graphics)

3. Dữ liệu hình ảnh ñộng (video)

95

1. Dữ liệu âm thanh

�Con người cảm nhận âm thanh do sóngâm tác ñộng trên tai, và tai truyền tín hiệulên não

� Thiết bị loa tạo âm thanh do các tín hiệuñiện dạng tương tự (analog)

�Khi số hóa dữ liệu âm thanh thì sẽ ñịnhkỳ ño ñiện áp tín hiệu và lưu lại trên cácgiá trị số thích hợp• Sampling: Quá trình lấy mẫu

96

Lấy mẫu âm thanh

97

Lấy mẫu âm thanh (tt)

�Âm thanh nghe ñược• 20Hz � 20000Hz

�Về nguyên tắc, tốc ñộ lấy mẫu khoảng40000 lần/giây là có thể lưu trữ, phục hồiâm thanh với chất lượng tốt

98

Các ñịnh dạng file âm thanh thông dụng

�Dạng không nén (uncompressed)• PCM (Pulse Code Modulation)• Dạng file .wav

�Dạng nén mất dữ liệu (lossy compression)• MPEG-1 layer 3 (MP3), Vorbis, lossyWindows Media Audio (WMA)

�Dạng nén không mất dữ liệu (lossless compression)• Apple lossless, lossless WMA

99

2. Dữ liệu hình ảnh

�Mắt người phân biệt màu sắc dựa trên tầnsố ánh sáng tác ñộng trên võng mạc

�Võng mạc có các tế bào nhận màu sắctheo ba nhóm chính: Red, Green, Blue

�Màu sắc biểu diễn trên máy tính thườngdựa trên các giá trị R,G,B thể hiện thànhphần của các màu cơ bản

100

Ví dụ màu theo RGB

101

Biểu diễn màu sắc

�Color depth: số lượng dữ liệu dùng ñểbiểu diễn màu• Hi Color: 16 bit, True Color: 32 bit

�Một chương trình ứng dụng có thể chỉ thểhiện một số lượng màu hạn chế theo color palette (bảng màu)

102

Dữ liệu hình ảnh

�Bao gồm tập hợp các ñiểm ảnh (pixel)

�Resolution (ñộ phân giải): số ñiểm ảnhthể hiện một hình ảnh• 800x600

• 1024x800

103

Raster graphic format

� Dữ liệu hình ảnh ñược lưu dựa trên thông tin các ñiểm ảnh: raster graphic format

� Các ñịnh dạng file thông dụng:• BMP (BitMaP), dạng uncompressed

• GIF (Graphic Interchange Format)

dạng lossless data compression

• PNG (Portable Network Graphics)

dạng lossless data compression, thay thế dạng GIF

• JPEG (Joint Photographic Experts Group)

dạng lossy data compression

104

Vector graphic format

�Dữ liệu hình ảnh ñược lưu theo các dạnghình học (ñiểm, ñường thẳng, ñườngcong, …) và màu sắc: vector graphic format

�Hình ảnh dạng vector graphic có thể thayñổi kích thước theo toán học

�Không phù hợp cho hình ảnh thực

105

Vector graphic format (tt)

�Các ñịnh dạng file thông dụng• swf (Small Web Format/ShockWave Flash)

• ps (PostScript)

• wmf (Windows Metafile)

• pdf (Portable Document Format)

106

3. Dữ liệu hình ảnh ñộng

�Hình ảnh ñộng (video) bao gồm các hìnhảnh liên tục

� Thông số chính: frames per second• Phim: 24 frames/sec

�Video Codec (COmpressor/DECompressor): là phươngpháp chuyển hình ảnh ñộng thành dữ liệutrên máy tính

107

Dữ liệu hình ảnh ñộng (tt)

�Hầu hết các video codec ñều là dạng nénmất dữ liệu (lossless compression)

�Có 2 dạng nén chính• Temporal: dựa trên sự khác nhau giữa cácframe liên tục

• Spatial: dựa trên dữ liệu có trên từng frame (tương tự nén ảnh tĩnh)

108

Các ñịnh dạng file thông dụng

� Container format: ñịnh dạng file nén theo cáccodec

� Các ñịnh dạng container thông dụng:• avi (chuẩn trên Windows)

• asf (dùng cho WMA, WMV)

• mov (Quicktime container)

• Mpeg-2, Mpeg4 (Moving Picture Experts Group)

• RealMedia (dùng cho Real Video, Real audio)

• DivX media format

NHNHẬẬP MÔN TIN HP MÔN TIN HỌỌCC

Chương 4

GIỚI THIỆU

HỆ ðIỀU HÀNH

2

Nội dung chương 4

I. Khái niệm về hệ ñiều hành

II. Tập tin và thư mục

III.Ví dụ hệ ñiều hành

3

I. KhI. Kháái nii niệệm vm vềề hhệệ ñi ñiềều hu hàànhnh

1. ðịnh nghĩa hệ ñiều hành

2. Phân loại hệ ñiều hành

3. Các khái niệm cơ bản

4

1. ðịnh nghĩa hệ ñiều hành

� Với người sử dụng (users):• HDH là chương trình nạp vào máy ñầu tiên• HDH quản lý tương tác người máy

� Với người lập trình (programmers):• HDH là máy tính mở rộng• HDH quản lý tài nguyên, quản lý hoạt ñộng của các chương trình ứng dụng

Mục tiêu:• Tiện lợi, hiệu quả• Dễ phát triển

5

Các lớp hoạt ñộng của máy tính

6

2. Phân loại hệ ñiều hành

� Phân loại theo thứ tự xuất hiện� Lịch sử hệ ñiều hành

� Phân loại theo hoạt ñộng

7

Phân loại theo thứ tự xuất hiện

� Thế hệ 1 1945 - 1955• ðèn ñiện tử chân không – tuần tự

� Thế hệ 2 1955 - 1965• Transistors – batch systems

� Thế hệ 3 1965 - 1980• Mạch tích hợp (ICs) – ña chương

� Thế hệ 4 1980 - nay• Máy vi tính – ña chương hiện ñại

8

Ví dụ: batch system

9

Các loại hệ ñiều hành hiện ñại

� Hệ ñiều hành máy tính lớn (mainframe)

� Hệ ñiều hành server

� Hệ ñiều hành ña xử lý (multiprocessor)

� Hệ ñiều hành máy vi tính

� Hệ ñiều hành thời gian thực (real-time)

� Hệ ñiều hành nhúng (embeded)

10

Hệ thống máy tính lớn

11

PDA (Personal Digital Assistant)

12

3. Các khái niệm cơ bản

a. Process (tiến trình) và Thread (luồng)

b. File

c. System Calls – Lệnh gọi hệ thống

d. Shell – Giao diện với người sử dụng

13

a. Process và thread

� Process: chương trình ñược cho thực thi• ðược nạp vào bộ nhớ

• Có các thông tin trạng thái

� Hệ thống ña chương: tập hợp các process tồn tại ñồng thời• Các process của hệ ñiều hành

Kernel mode

• Các process ứng dụng

User mode

14

Thread

� Process có 2 ñặc trưng:• ðơn vị ñược cấp phát tài nguyên

• ðơn vị ñược thực thi

� Thread là sự trừu tượng hoá ñặc trưng thực thi của process• Control path

• Lightweight process

• Context of execution

15

Mô hình thread

a. Dạng 1-1 b. Dạng n-1

16

Ví dụ ứng dụng thread

Một word processor với 3 thread

17

2. File

� File: ñơn vị lưu trữ trên thiết bị nhớ ngoài

� Là sự trừu tượng hoá dữ liệu (che dấu phần cứng)

� Các thiết bị xuất nhập có thể trừu tượng hoá như file

� Hệ ñiều hành tổ chức và quản lý theo hệ thống file (file system), ví dụ: FAT, NTFS, …

18

3. Lệnh gọi hệ thống

� Chương trình ứng dụng (user program) truyền thông và yêu cầu dịch vụ của hệ ñiều hành thông qua lệnh gọi hệ thống (system calls)

� System call:• Hàm thư viện của hệ ñiều hành

• Phụ thuộc từng loại hệ ñiều hành

19

Ví dụ:

UNIX/Win32 API (Application Programming Interface)

20

Ví dụ: các bước gọi read(fd, buffer, nbytes)

21

4. Giao diện với người sử dụng

� Các dạng cơ bản:• Dòng lệnh (command line)

• ðồ hoạ (Graphical User Interface, GUI)

22

II. Tập tin và thư mục

1. Tập tin (File)

2. Thư mục (Folder/Directory)

3. Khái niệm hệ thống file (File system)

23

1. File

a. Tên file

b. Cấu trúc file

c. Loại file

d. Thuộc tính file

e. Các thao tác trên file

24

a. Tên file

�Mỗi file có tên (filename) theo quy ñịnh của hệ ñiều hành, ví dụ:• DOS � 8.3

• Windows � long filename (<=255)

� Tên file có phần mở rộng (extensions) xác ñịnh loại file• Có thể có nhiều phần mở rộng

25

b. Cấu trúc file

�Các dạng chính (cấp thấp):• Chuỗi byte (byte sequence)

• Chuỗi record (record sequence)

• Cây record (record tree)

�Cấu trúc luận lý (cấp cao) do chương trình ứng dụng qui ñịnh• Ví dụ: field, record, file, database, …

26

Cấu trúc file (tt)

a. Chuỗi byte b. Chuỗi record c. Cây record

27

c. Loại file

� File thường (regular files)• Dạng nhị phân (binary)

• Dạng văn bản (text)

� Thư mục (folder, directory): file hệ thống

� File ñặc biệt (special files): trừu tượng hoá thiết bị I/O• Dạng ký tự� card mạng

• Dạng khối � ñĩa

28

d. Thuộc tính file

� File có tên, dữ liệu khi ñược tạo ra

�Hệ ñiều hành thêm các thuộc tính (attributes) cần thiết như date, time, …• Các thuộc tính phụ thuộc hệ thống file

29

Các thuộc tính thông dụng

�Name – Tên file

� Identifier – Danh hiệu (Id)

� Type – loại file

� Location – Vị trí

� Size – Kích thước

� Protection – Dùng trong bảo vệ

�Date, Time – Các thông tin về thời gian

�…

30

e. Các thao tác trên file

�Các hệ ñiều hành cung cấp các thao tác trên file khác nhau• Dùng cho user � các thao tác trên File Manager

• Dùng cho programmer � các lệnh gọi hệthống (system calls)

31

Một số thao tác cơ bản trên file

Ghi dữ liệu vào file tại vị trí hiện hànhWrite

ðọc file tại vị trí hiện hànhRead

Cần ñóng file sau khi sử dụngClose

Cần mở file trước khi truy xuấtOpen

Xoá file. Có thể xoá tự ñộng, phục hồiDelete

Tạo file rỗng và ñặt 1 số thuộc tínhCreate

Ý nghĩaThao tác

32

Một số thao tác cơ bản trên file (tt)

……

ðổi tên fileRename

ðặt các thuộc tính của fileSet Attributes

Lấy thuộc tính của fileGet Attributes

Xác ñịnh nơi truy xuất fileSeek

Ghi vào cuối fileAppend

Ý nghĩaThao tác

33

2. Thư mục

a. Tổ chức thứ bậc của thư mục

b. Tên ñường dẫn

c. Các thao tác trên thư mục

34

a. Tổ chức thứ bậc của thư mục

� Thư mục (directory, folder) là file hệthống dùng ñể quản lý hệ thống file

� Thư mục bao gồm các phần tử (entry), tương ứng với các file trong thư mục, lưu các thông tin:• Tên file

• Các thuộc tính

• …

35

Tổ chức thứ bậc của thư mục (tt)

� Tổ chức thông dụng của thư mục: dạng hình cây, với thư mục gốc (root)

�Ví dụ• Windows: cây thư mục cho từng ñĩa luận lý, hệ thống file trên mạng, …

• Linux chỉ có 1 cây thư mục trên hệ thống• Cần phải mount các ñĩa luận lý, hệ thống file trên mạng vào cây thư mục

36

Ví dụ: cây thư mục

37

Ví dụ: ñồ thị thư mục

38

b. Tên ñường dẫn

�Khi có tổ chức thư mục thì cần thông tin về vị trí file trên cây thư mục � tên ñường dẫn (pathname)• Pathname = path + filename

�Ví dụ:• c:\windows\explorer.exe

• /etc/samba/samba.conf

39

c. Các thao tác trên thư mục

� Tương tự thao tác trên file, các thao tác trên thư mục khác nhau trên các hệ thống file

40

Một số thao tác cơ bản trên thư mục

Cho phép file xuất hiện trong nhiều thư mục

Link

Trả lại phần tử tiếp theo trong thư mụcReaddir

Cần ñóng thư mục sau khi sử dụngClosedir

Cần mở thư mục trước khi truy xuất, tương ñương liệt kê file trong thư mục

Opendir

Xoá thư mục rỗngDelete

Tạo thư mục rỗng với . và ..Create

Ý nghĩaThao tác

41

3. Khái niệm hệ thống file

�Mỗi partition bao gồm các khối (block/cluster) gồm các sector liên tục: ñơn vị cấp phát cho file• Mỗi khối có ñịa chỉ

�Hiện thực hệ thống file:• Quản lý các khối thuộc về file

• Quản lý khối chưa sử dụng (free blocks)

• Quản lý khối không sử dụng ñược (bad blocks)

42

Ví dụ

43

Các dạng partition, logical drives

44

Các hệ thống file thông dụng

� FAT• Windows 9x, Windows 2K/XP/2K3

�NTFS• Windows 2K/XP/2K3

� I-node• UNIX

• Linux � i-node extensions (Ext2, Ext3)

45

III. Ví dụ hệ ñiều hành

1. Hệ ñiều hành Windows

2. Hệ ñiều hành Unix, Linux

46

1. Hệ ñiều hành Windows

a. Các hệ ñiều hành Windows

b. Giới thiệu Windows XP

47

a. Các hệ ñiều hành Windows

Các hệ ñiều hành Windows 9x

48

Các hệ ñiều hành Windows (tt)

Các hệ ñiều hành Windows NT

49

b. Giới thiệu Windows XP

�Hệ ñiều hành dạng preemptive multitasking trên Intel CPU

�Dùng kiến trúc micro-kernel

�Các phiên bản:• XP Home 32 bit

• XP Professional 32 bit

• XP 64 bit

50

Các ñặc trưng

�Khả năng mở rộng (Extensibility)• Kiến trúc nhiều lớp

�Khả năng di chuyển (Portability)• Viết trên C, C++

� Tin cậy• Dùng bộ nhớ ảo và cơ chế bảo vệ tài nguyên

� Tương thích với chuẩn POSIX (IEEE 1003.1)

51

Các ñặc trưng (tt)

�Hiệu suất cao• Ngưng (preemption) các thread ñộ ưu tiên thấp � hệ thống ñáp ứng nhanh

�Hỗ trợ nhiều loại ngôn ngữ

52

Kiến trúc hệ thống Windows XP

� Tổ chức theo lớp các khối chức năng

� Protected mode• HAL, kernel, executive

�User mode – tập hợp các subsystem• Environment: giả lập các hệ ñiều hành

• Protection: cung cấp các chức năng bảo mật

53

Kiến trúc Windows XP (tt)

54

2. Hệ ñiều hành Unix, Linux

a. Giới thiệu hệ ñiều hành Unix

b. Giới thiệu hệ ñiều hành Linux

55

a. Giới thiệu hệ ñiều hành Unix

�UNIX xuất phát từ dự án MULTICS• AT&T Bell và MIT

�Ken Thompson, Dennis Ritchie phát triển thành UNIX• Chương trình nguồn trên C

56

Cấu trúc UNIX

57

Các họ /dòng UNIX hiện ñại

� System V• AT&T và SUN

� Solaris• Sun

�BSD• Berkeley Software Distribution

• Mô hình socket trên TCP/IP

58

b. Giới thiệu hệ ñiều hành Linux

� Do Linus Torvard phát triển từ hệ ñiều hành Minix• Dùng cho máy IBM PC 80386 (năm 1991, kernel 0.01)

• Hiện nay (kernel 2.4, 2.6) thực thi trên IA32/64, PowerPC, Sun SPARC, …• Dự án Beowulf với Linux Cluster

� Linux có dạng mã nguồn mở, miễn phí theo GNU FSF• Dự án Gnu Not Unix

• Các công cụ gcc, make, …• Free Software Foundation

• GPL – GNU Public License

59

Một số bản phát hành Linux

�Red Hat Linux www.redhat.com• Fedora fedora.redhat.com

�OpenLinux www.calderasystems.com

� SuSE www.suse.com

�Debian www.debian.org

� Slackware www.slackware.com

� TurboLinux www.turbolinux.com

�…

60

Kiến trúc hệ thống Linux

� Linux là hệ ñiều hành dạng multiuser, multitasking

�Mục tiêu thiết kế: tốc ñộ, hiệu quả, tiêu chuẩn hóa

� Tương thích với chuẩn POSIX

�Giao diện lập trình theo SVR4 UNIX

�Kernel dùng cấu trúc khối (modular structure)

61

Các thành phần trên Linux

62

Các thành phần trên Linux (tt)

�Gồm 3 thành phần theo UNIX�Kernel

• Thực hiện trên kernel mode, trong một không gian ñịa chỉ

� System libraries• Các hàm chức năng cung cấp cho chương trình ứng dụng

� System utilities• Thực hiện các công việc quản trị xác ñịnh

63

Linux kernel

� Tập hợp các module• Có thể nạp/xóa ñộc lập

• Device driver/file system/network protocol

�Các ñặc trưng:• Dynamic linking

• Stackable module

64

Các thành phần trên Linux kernel

NHNHẬẬP MÔN TIN HP MÔN TIN HỌỌCC

Chương 5

GIỚI THIỆU

MẠNG MÁY TÍNH

2

NNộội dung chương i dung chương 55

I. ðịnh nghĩa mạng máy tính

II. Các mô hình mạng máy tính

III. Kiến trúc mạng máy tínhIV. Môi trường truyền vật lý mạng cục bộ

V. Các kỹ thuật kết nối mạng miền rộng

3

I.I. ð ðịịnh nghnh nghĩĩa ma mạạng mng mááy ty tíínhnh

Mạng máy tính:

�bao gồm các máy tính ñộc lập,

�ñược kết nối với nhau trên mạng

�nhằm chia sẻ tài nguyên

và trao ñổi dữ liệu

Host: máy tính trên mạng

4

Ví dụ 1: mô hình client-server

Mạng máy tính với 2 Client và 1 Server

5

Mô hình ứng dụng mạng Client-Server

6

Ví dụ 2: mô hình peer-to-peer

Mạng ngang hàng (peer-to-peer network)

7

Các ứng dụng của mạng máy tính

� Ứng dụng trong cơ quan, doanh nghiệp

� Ứng dụng trong gia ñình, cá nhân

� Ứng dụng trên thiết bị di ñộng

8

Ví dụ: e-commerce – thương mại ñiện tử

Chia sẻ filePeer-to-peerP2P

ðấu giá trên mạngConsumer-to-consumerC2C

Chính phủ phát hành biểu mẫuGovernment-to-consumerG2C

Nhà sản xuất ñặt hàngBusiness-to-businessB2B

ðặt mua hàng trên mạngBusiness-to-consumerB2C

Ví dụDạng ñầy ñủ

Một số dạng thương mại ñiện tử

9

II. CII. Cáác mô hc mô hìình mnh mạạng mng mááy ty tíínhnh

1. Các kỹ thuật truyền dữ liệu

2. Phân loại mạng máy tính

3. Phần cứng mạng máy tính

4. Phần mềm mạng máy tính

10

1. Các kỹ thuật truyền dữ liệu

� Broadcast

� Point-to-point

11

Truyền dữ liệu dạng broadcast

� Dùng 1 kênh truyền chung cho tất cả các máy trên mạng

� Dữ liệu (packet) gởi từ 1 máy sẽ ñến tất cả các máy khác

� Có ñịa chỉ máy nhận cùng với dữ liệu

Multicast: 1 máy gởi dữ liệu và một nhóm máy nhận

12

Truyền dữ liệu dạng point-to-point

� Tồn tại một kênh truyền riêng giữa hai máy

� Kênh truyền này có thể qua các máy trung gian khác trên mạng

� Còn ñược gọi là dạng unicast

13

2. Phân loại mạng máy tính

Phân loại mạng máy tính theo khoảng cách

Internet10.000km

Wide Area Network (WAN)100km-1.000km

Metropolitan Area Network (MAN)10km-100km

Local Area Network (LAN)10m – 1km

Loại mạngKhoảng cách

14

3. Phần cứng mạng máy tính

� Local Area Network

Mạng cục bộ

� Wide Area Network

Mạng miền rộng/Mạng diện rộng

� Wireless Network

Mạng không dây

15

Mạng cục bộ - LAN

Hai dạng mạng cục bộ

a. Bus b. Ring

16

Các thành phần kết nối LAN

� Card mạng – Network Interface Card (NIC)

� Dây mạng – Cable

� Các thiết bị kết nối: Hub, Switch, …

17

Mạng miền rộng - WAN

WAN gồm các LANs và phần kết nối (subnet)

18

Subnet

Phần kết nối mạng miền rộng gồm 2 phần:

� Các ñường truyền (transmission lines)

dây ñồng, cáp quang, sóng ñiện từ, …

� Các phần tử chuyển mạch (switching elements), thường ñược gọi là router• Kết nối với nhiều ñường truyền

• Nhận dữ liệu và chọn ñường truyền ñểchuyển sang mạng khác

19

Mạng không dây –Wireless LAN

Hai dạng kết nối mạng không dâya. Có dùng base station, còn gọi là access point

b. Các máy gởi nhận trực tiếp, ad hoc networking

20

Mạng Internet

Tổng quan mạng Internet

21

Các thành phần chính trên mạng Internet

� Trục chính – Backbone

� Các nhà cung cấp dịch vụ - ISPs

(Internet Service Provider)• POP (Point of Presence):nơi nhận tín hiệu từ

mạng ñiện thoại và ñưa vào mạng của ISP

� NAP (Network Access Point)

� Các server

� Client từ máy lẻ, các LANs

22

4. Phần mềm mạng máy tính

� Hệ ñiều hành mạng

� Phần mềm phía server

� Phần mềm phía client

23

III. KiIII. Kiếến trn trúúc mc mạạng mng mááy ty tíínhnh

1. Tổ chức thứ bậc của các giao thức

2. Các tiêu chuẩn mạng • ISO OSI

• TCP/IP

24

1. Tổ chức thứ bậc của các giao thức

� Tổ chức luận lý mạng máy tính: gồm các lớp (layers/levels)• Số lớp, chức năng mỗi lớp phụ thuộc loại

mạng.

� Giao thức (protocol): tập hợp các luật vàthủ tục thực hiện việc truyền thông giữa hai bên truyền thông.

� Giao diện (Interface): ñịnh nghĩa các thao tác cơ sở của lớp dưới cung cấp cho lớp trên

25

Ví dụ: tổ chức mạng có 5 lớp

26

Mục ñích của tổ chức mạng theo lớp

� Giảm sự phức tạp khi thiết kế

� Mô tả chi tiết quá trình truyền dữ liệu từmột máy ñến một máy khác

27

Ví dụ: truyền dữ liệu M giữa 2 máy

H: Header, T: Trailer

28

Kiến trúc mạng máy tính

� Kiến trúc mạng máy tính:

Tập hợp các lớp và giao thức.

� Bộ giao thức (protocol stack / protocol suite): Danh sách các giao thức ñược sửdụng cho từng lớp trên một hệ thống xác ñịnh.

29

2. Các tiêu chuẩn mạng

� Hai mô hình kiến trúc mạng quan trọng:OSI (Open Systems Interconnection)

TCP/IP (Transmission Control Protocol/

Internet Protocol)

� Các bộ giao thức khác:• IPX/SPX (Internetwork Packet Exchange/

Sequenced Packet Exchange)

• NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface)

• AppleTalk

30

OSI

a. Mô hình OSI b. Truyền thông giữa 2 máy

31

Sơ lược chức năng các lớp mô hình OSI

Lớp vật lý - Physical

• Truyền chuỗi bít trên kênh truyền

• Quy ñịnh về môi trường truyền vật lý, tín hiệu ñiện, cơ khí.

Lớp liên kết dữ liệu – Data Link

• Truyền dữ liệu có cấu trúc (frame) tin cậy giữa hai máy trên môi trường vật lý.

• Quy ñịnh về ñịa chỉ thiết bị, kiểm soát lỗi

32

Sơ lược chức năng các lớp mô hình OSI (tt)

Lớp mạng – Network

• Xác ñịnh con ñường (route) từ máy gởi ñến máy nhận, quản lý các vấn ñề lưu thông trên mạng

• Quy ñịnh về ñịa chỉ mạng

Lớp giao vận - Transport

• Chia dữ liệu thành các ñơn vị nhỏ hơn nếu cần và ghép lại tại nơi nhận.

• Thực hiện kiểm soát lỗi

33

Sơ lược chức năng các lớp mô hình OSI (tt)

Lớp phiên – Session

• Thiết lập, quản lý, kết thúc các phiên làm việc giữa các ứng dụng

Lớp trình diễn – Presentation

• Quy ñịnh về khuôn dạng, cú pháp, ngữnghĩa của dữ liệu khi truyền thông

� data representation

Lớp ứng dụng – Application

• Bao gồm các giao thức của các dịch vụmạng

34

OSI và TCP/IP

35

TCP/IP

Có 4 lớp, so với mô hình OSI:� Lớp ứng dụng (application) bao gồm lớp

presentation và lớp session của mô hình OSI� Lớp giao vận giải quyết vấn ñề chất lượng dịch

vụ (quality of service) như ñộ tin cậy, kiểm soát lỗi, kiểm soát lưu lượng

� Lớp internet chia dữ liệu từ lớp transport thành các gói (packet)

� Lớp host-to-network thực hiện tạo kết nối vật lý, bao gồm các lớp Physical và Data Link của mô hình OSI

36

Một phần của bộ giao thức TCP/IP

37

IV. MIV. Môi trưôi trườờng truyng truyềền vn vậật lý mt lý mạạng cng cụục bc bộộ

1. Card mạng

2. Dây mạng

3. Một số thiết bị kết nối

38

1. Card mạng

II

39

Các thành phần trên card mạng

II

40

Card mạng không dây

II

41

2. Dây mạng

� Cáp ñồng trục – Coaxial cable

� Các ñôi dây xoắn – Twisted pairs• UTP – Unshielded Twisted - Pair

• STP – Shielded Twisted - Pair

� Cáp quang – Fiber optic

42

Cáp ñồng trục

II

43

UTP – Unshielded Twisted-Pair

II

44

Dạng nối thẳng – Straight-Through

45

Dạng nối chéo – Crossover

46

Cáp quang

47

Nguyên tắc phản xạ toàn phần trong cáp quang

48

ðầu nối cáp quang

II

49

3. Các thiết bị kết nối

� Phụ thuộc loại mạng, sơ ñồ kết nối

� Ví dụ:• Hub: ñiểm nối dây trên mạng cục bộ dạng

Ethernet

• Access Point trên mạng không dây

50

Ví dụ: Hub / Switch

51

Kết nối mạng dùng dây UTP

II

52

Ví dụ: Access point

53

Kết nối mạng không dây

54

V. CV. Cáác kc kỹỹ thuthuậật kt kếết nt nốối mi mạạng ming miềền rn rộộngng

� Dùng ñường dây ñiện thoại

� Kết nối trực tiếp dùng cable

� ISDN

(Integrated Services Digital Network)

� Kết nối không dây

� Kết nối qua vệ tinh

55

Kết nối dùng ñường dây ñiện thoại

� Dạng quay số (Dial-up)

� DSL (Digital Subcriber Line)

56

Dạng quay số

Thiết bị:

� Người sử dụng: modem

� Nhà cung cấp dịch vụ: modem

Giao thức thông dụng: PPP

(Point-to-Point Protocol)

Phần mềm: tích hợp trên các hệ ñiều hành

57

Modem

Modem thực hiện ñiều chế (MOdulation) khi gởivà giải ñiều chế (DEModulation) khi nhận

58

Modem (tt)

Các dạng modem:� Internal – mạch ñiều khiển gắn trong máy

• Kết nối với I/O bus, ví dụ PCI• Tích hợp trên mainboard

� External – Thiết bị ñặt ngoài kết nối qua cổng COM hay USB

Một số tiêu chuẩn modem theo ITU:V34 – tốc ñộ 28.800 bps (bits per second)V90 – tốc ñộ 56.600 bps

59

Digital Subcriber Line - DSL

� Dùng chung kết nối mạng trên ñường dây ñiện thoại

� Không có quay số � kết nối thường trực

� Tốc ñộ cao hơn so với dùng modem

60

DSL (tt)

Có các dạng:� ADSL-Asymmetric DSL: thông dụng

Tốc ñộ download: 384Kbps � 8MbpsTốc ñộ upload: 64Kbps � 1 MbpsCó giới hạn về khoảng cách ~ 5.500 mét

� SDSL-Symmetric DSLTốc ñộ download và upload ñến 3Mbps

� VDSL-Very High Data Rate DSLTốc ñộ download và upload ñến 52Mbps

61

ADSL

Thiết bị� Người sử dụng:

ADSL modem/ ADSL router� Nhà cung cấp dịch vụ: Access MultiplexerPhần mềm: � Người sử dụng dùng phần mềm do nhà sản

xuất thiết bị cung cấp� Nhà cung cấp dịch vụ thường dùng kỹ thuật

ATM (Asynchronous Transfer Mode)ADSL là tiêu chuẩn của lớp vật lý

62

ADSL (tt)

Cấu hình cơ bản dùng ADSL