KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ MÁY TÍNH VÀ MẠNG MÁY TÍNH
Thông tin và biểu diễn thông tin trong máy tính điện tử
tính điện tử 1.1.1 Thông tin
Khái niệm về thông tin
Dữ liệu có thể là các kí tự, văn bản, chữ, số, hình ảnh, âm thanh, hoặc video chưa được tổ chức, xử lý và chưa có ý nghĩa.
Thông tin là dữ liệu được xử lý và tổ chức một cách có cấu trúc, nhằm tạo ra ý nghĩa trong một bối cảnh cụ thể, từ đó trở nên hữu ích cho người sử dụng.
TP Đà Nẵng, Khu II, P Thạc Gián, đường 3/2, Q Hải Châu cung cấp dữ liệu địa lý cụ thể Trong khi đó, thông tin về Khoa CNTT&TT được xác định rõ ràng là Khu II, đường 3/2, P Thạc Gián, Q Hải Châu, TP Đà Nẵng, giúp người đọc dễ dàng nhận diện vị trí.
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 (hình 1.1)
Hinh 1.1: Hệ thống thông tin
Đơn vị cơ sở để đo thông tin là BIT (BInary digiT) Một BIT đại diện cho một chỉ thị hoặc thông báo về sự kiện với hai trạng thái: Tắt (Off) hoặc Mở (On), hay Đúng (True) hoặc Sai (False).
Số học nhị phân, sử dụng hai chữ số 0 và 1, biểu diễn trạng thái của một BIT Trong lĩnh vực tin học, các đơn vị đo thông tin lớn hơn thường được áp dụng để thể hiện dữ liệu.
Tên gọi Ký hiệu Giá trị
Quá trình xử lý thông tin Ứng dụng CNTT Cơ bản
Mọi quá trình xử lý thông tin, bất kể bằng máy tính hay con người, đều diễn ra theo ba bước chính: nhập dữ liệu (Input), xử lý thông tin và xuất kết quả (Output) Dữ liệu được nhập vào sẽ trải qua quá trình xử lý để tạo ra thông tin đầu ra Ngoài ra, các giai đoạn nhập dữ liệu, xử lý và xuất thông tin đều có thể được lưu trữ Hình 1.2 minh họa tổng quát quy trình xử lý thông tin này.
Hình 1.2: Mô hình tổng quát quá trình xử lý thông tin
Xử lý thông tin bằng máy tính điện tử
Bốn chức năng cơ bản của máy tính cũng được biết đến như là chu trình xử lý thông tin:
-Nhập dữ liệu: máy tính tập hợp dữ liệu hoặc cho phép người dùng nhập dữ liệu
-Xử lý: dữ liệu được chuyển thành thông tin
-Xuất dữ liệu: Kết quả xử lý được xuất ra từ máy tính
-Lưu trữ: dữ liệu hoặc thông tin được lưu trữ để sử dụng trong tương lai
Biểu diễn thông tin trong máy tính điện tử
Dữ liệu số trong máy tính gồm có số nguyên và số thực
Số nguyên bao gồm hai loại: số nguyên không dấu và số nguyên có dấu Số nguyên không dấu, với 1 byte tương đương 8 bit, có khả năng biểu diễn 256 số nguyên dương, từ 0 (0000 0000) đến 255 (1111 1111) Ngược lại, số nguyên có dấu được biểu diễn trong máy tính bằng cách sử dụng 1 bit làm bit dấu, trong đó bit ở hàng đầu tiên bên trái xác định dấu của số: 0 biểu thị số dương và 1 biểu thị số âm.
Để biểu diễn các ký tự như chữ cái in hoa, chữ thường, chữ số và các ký hiệu trên máy tính và các phương tiện trao đổi thông tin khác, cần thiết lập các bộ mã (Code System) qui ước khác nhau Mỗi bộ mã này dựa vào số lượng bit được chọn để diễn tả một ký tự tương ứng Một số hệ mã phổ biến hiện nay bao gồm ASCII và Unicode.
Hệ thập phân mã nhị phân BCD (Binary Coded Decimal) dùng 4 bit
Hệ thập phân mã nhị phân mở rộng EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) dùng 8 bit tương đương 1 byte để biễu diễn 1 ký tự
Hệ chuyển đổi thông tin theo mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) là hệ mã phổ biến nhất trong ngành tin học hiện nay ASCII sử dụng 7 hoặc 8 bit để biểu diễn tối đa 128 hoặc 256 ký tự khác nhau, mã hóa các ký tự theo cơ số 16.
Hệ mã ASCII 7 bit, mã hóa 128 ký tự liện tục như sau: Ứng dụng CNTT Cơ bản
Hệ mã ASCII 8 bit, hay còn gọi là ASCII mở rộng, bao gồm thêm 128 ký tự so với hệ mã ASCII cơ bản, bao gồm các chữ cái có dấu, hình vẽ, đường kẻ khung đơn và khung đôi, cùng với một số ký hiệu đặc biệt.
1.1.2 Biểudiễn thông tin trong máy tính điện tử
Biểu diễn số trong các hệ đếm
Hệ đếm là tập hợp ký hiệu và quy tắc để biểu diễn và xác định giá trị số Mỗi hệ đếm có số ký số hữu hạn, được gọi là cơ số (base hay radix), ký hiệu là b.
Hệ đếm cơ số b (b >= 2, b là số nguyên dương) mang tính chất sau :
Trong hệ đếm có cơ số b, các ký số thể hiện giá trị số với ký số nhỏ nhất là 0 và lớn nhất là b-1 Giá trị của vị trí thứ n trong một số được tính bằng b lũy thừa n, tức là bn.
Số N(b) trong hệ đếm cơ số b được biểu diễn dưới dạng N(b) = a n an-1 an-2… a1 a0 a-1 a-2… a-n, trong đó n+1 ký số đại diện cho phần nguyên và m ký số đại diện cho phần thập phân.
Trong ngành toán - tin học hiện nay phổ biến 4 hệ đếm là hệ thập phân, hệ nhị phân, hệ bát phân và hệ thập lục phân
Hệ đếm thập phân hay hệ đếm cơ số 10 (b) là một trong các phát minh của người Ả rập cổ, bao gồm 10 ký số theo ký hiệu sau: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
Hệ đếm nhị phân, hay còn gọi là hệ đếm cơ số 2 (b=2), là hệ thống số đơn giản nhất với hai chữ số là 0 và 1 Mỗi chữ số trong hệ này được gọi là BIT (BInary digiT) Để biểu diễn các số lớn hơn, cần kết hợp nhiều BIT lại với nhau.
Hệ đếm bát phân Ứng dụng CNTT Cơ bản
Hệ bát phân hay hệ đếm cơ số 8 (b=8) Hệ đếm này có 8 chữ số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
Hệ đếm thập lục phân
Hệ đếm thập lục phân, hay còn gọi là hệ đếm cơ số 16, sử dụng 16 ký tự: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F để biểu diễn giá trị số Trong đó, các chữ cái A, B, C, D, E, F tương ứng với các giá trị 10, 11, 12, 13, 14, 15 trong hệ đếm thập phân Bảng 1.1 trình bày sự tương đương của 16 chữ số đầu tiên trong bốn hệ đếm khác nhau.
Bảng 1.1: Qui đổi tương đương 16 chữ số đầu tiên của 4 hệ đếm
Mệnh đề logic chỉ có hai giá trị là Đúng (TRUE) và Sai (FALSE), tương ứng với 1 và 0 Phép toán phủ định NOT biến đổi giá trị như sau: NOT TRUE = FALSE và NOT FALSE = TRUE Các phép toán logic bao gồm tổ hợp AND (và) và OR (hoặc) áp dụng cho hai giá trị TRUE và FALSE.
Cấu trúc tổng quát của máy tính điện tử
Mạng máy tính và truyền thông
1.2.1 Khái niệm mạng máy tính
Mạng máy tính là hệ thống kết nối nhiều máy tính để chia sẻ thông tin và tài nguyên Khi các máy tính liên kết, người dùng có thể chia sẻ tập tin và thiết bị ngoại vi như modem, máy in, băng đĩa sao lưu, và ổ đĩa CD-ROM Khi mạng kết nối với Internet, người dùng có khả năng gửi email, thực hiện hội nghị video thời gian thực với người dùng từ xa, và chia sẻ các chương trình phần mềm hoặc hệ điều hành trên hệ thống từ xa.
Mạng có thể được cấu hình theo nhiều cách Có hai loại chính: Mạng ngang hàng (peer to peer - P2P) và mạng máy khách - máy chủ (client - server)
Mạng ngang hàng, thường được sử dụng trong các cơ quan và doanh nghiệp nhỏ, cho phép mỗi nút (node) giao tiếp với tất cả các nút khác trong mạng Các nút này có thể là máy tính, máy in, máy quét, modem hoặc bất kỳ thiết bị ngoại vi nào kết nối với máy tính Mặc dù việc thiết lập mạng ngang hàng khá đơn giản, nhưng nó thường có quy mô nhỏ.
Mang Máy khách – Máy chủ bao gồm hai loại máy tính khác nhau: máy chủ và máy khách Máy chủ là những máy tính cung cấp tài nguyên, được lập trình để chờ đợi yêu cầu từ người dùng Ngược lại, máy khách là những máy tính sử dụng các tài nguyên này và gửi yêu cầu đến máy chủ đang chờ.
Máy khách (client) là những máy tính được sử dụng như máy trạm (workstation) để thực hiện các nhiệm vụ như viết thư, gửi email và quản lý hóa đơn Đây là thiết bị mà hầu hết người dùng tương tác trực tiếp, đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng CNTT cơ bản.
Máy tính server thường được đặt ở nơi an toàn để quản lý tài nguyên mạng Khi một máy chủ được chỉ định cho nhiệm vụ cụ thể, nó được gọi là máy chủ chuyên dụng, chẳng hạn như máy chủ Web phục vụ trang web, máy chủ tập tin lưu trữ dữ liệu và máy chủ in quản lý tài nguyên in ấn Mô hình mạng client-server thường được áp dụng khi số lượng nút kết nối vượt quá 10.
1.2.2 Mạng cục bộ (LAN) và mạng diện rộng (WAN)
Mạng cục bộ (LAN) là một mạng thường giới hạn trong một khu vực địa lý cụ thể, như một tòa nhà hoặc một trường đại học Mạng LAN có khả năng phục vụ từ vài người dùng trong một văn phòng nhỏ đến hàng trăm người dùng trong các văn phòng lớn hơn Cấu trúc của mạng LAN bao gồm cáp, switch, router và các thành phần khác, cho phép người dùng kết nối với các máy chủ nội bộ, truy cập các trang web và liên lạc với các mạng LAN khác thông qua mạng diện rộng (WAN).
Mạng diện rộng (WAN) là loại mạng hoạt động trên một khu vực địa lý lớn, từ vài trăm đến vài ngàn km, thường bao gồm các quốc gia hoặc lục địa WAN kết nối các mạng LAN khác nhau, phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu qua những khoảng cách rộng lớn Tương tự như một hệ thống ngân hàng, mạng WAN kết nối hàng trăm chi nhánh ở các thành phố và quốc gia khác nhau, cho phép chia sẻ dữ liệu hiệu quả.
Hình 1.18: Mạng WAN Ứng dụng CNTT Cơ bản
Internet là mạng lưới kết nối toàn cầu, đóng vai trò là xa lộ thông tin cho hàng triệu người dùng Ban đầu chỉ dành cho quân sự và học thuật, giờ đây Internet đã phát triển với hàng tỷ trang web và hàng ngàn dịch vụ tiện ích Một trong những dịch vụ nổi bật là ngân hàng trực tuyến, cho phép người dùng quản lý và theo dõi tài khoản của mình một cách dễ dàng.
Mạng nội bộ (Intranet) là một hệ thống mạng riêng biệt trong doanh nghiệp hoặc tổ chức, bao gồm nhiều mạng cục bộ liên kết với nhau Thông thường, mạng nội bộ kết nối với Internet thông qua các cổng máy tính (gateway) Mục đích chính của mạng nội bộ là chia sẻ thông tin và tài nguyên máy tính giữa các nhân viên, đồng thời hỗ trợ làm việc nhóm và tổ chức hội nghị từ xa.
Mạng extranet là một phiên bản mở rộng của mạng nội bộ, cho phép truy cập có kiểm soát từ bên ngoài cho khách hàng, nhà cung cấp và đối tác Nó giúp doanh nghiệp chia sẻ thông tin và thực hiện thương mại điện tử hiệu quả hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hợp tác và giao tiếp giữa các bên liên quan.
Phương tiện truyền thông là các phương thức cung cấp và nhận thông tin trong mạng máy tính, bao gồm hai loại: có dây và không dây Phương tiện truyền thông có dây sử dụng các loại cáp như cáp xoắn đôi, cáp đồng trục và cáp quang để kết nối máy tính Trong khi đó, phương thức không dây sử dụng sóng vô tuyến, sóng vi ba và vệ tinh để truyền dẫn dữ liệu Khi nói về kết nối dữ liệu, băng thông, tốc độ truyền thông hay tốc độ kết nối là chỉ tổng tốc độ truyền tối đa của cáp mạng hoặc thiết bị, thường được đo bằng bit trên giây (bps), phản ánh khả năng gửi dữ liệu qua kết nối có dây hoặc không dây.
Các phương tiện truyền dẫn có dây
Cáp xoắn đôi là loại cáp phổ biến nhất trong mạng máy tính, được biết đến với độ tin cậy, tính linh hoạt và hiệu quả chi phí Cáp này bao gồm nhiều cặp dây đồng xoắn lại nhằm giảm thiểu nhiễu điện từ Trong mạng LAN, hai loại cáp xoắn đôi thường được sử dụng là cáp có vỏ bọc chống nhiễu (Shielded Twisted Pair - STP) và cáp không có vỏ bọc chống nhiễu (Unshielded Twisted Pair - UTP).
Cáp xoắn đôi có vỏ bọc chống nhiễu STP (Shielded Twisted Pair) bao gồm nhiều cặp dây xoắn được bọc bên ngoài bằng lớp vỏ dây đồng bện Lớp vỏ này giúp chống nhiễu cảm ứng từ (EMI) từ môi trường bên ngoài và ngăn chặn sự phát tán nhiễu bên trong Mặc dù cáp STP có chi phí cao hơn so với cáp không có vỏ bọc, nhưng nó cung cấp tốc độ truyền dữ liệu lên đến 500Mbps.
Cáp xoắn đôi không có vỏ bọc chống nhiễu (Unshielded Twisted Pair - UTP) là loại cáp mạng phổ biến với nhiều cặp xoắn, nhưng không có lớp vỏ bảo vệ chống nhiễu Với giá thành rẻ, UTP nhanh chóng trở thành sự lựa chọn ưa chuộng cho các hệ thống mạng Tuy nhiên, do không có lớp vỏ chống nhiễu, loại cáp này dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ các thiết bị và cáp khác, nên thường được sử dụng trong môi trường trong nhà Tốc độ truyền dữ liệu của UTP có thể đạt tới 100 Mbps, tùy thuộc vào loại cáp.
Cáp xoắn đôi, đặc biệt là cáp Ethernet, là thành phần quan trọng trong các mạng có dây, kết nối các thiết bị như máy tính, router và switch Tốc độ truyền dữ liệu của cáp Ethernet thay đổi tùy theo loại, với cáp loại 5 (Cat 5) hỗ trợ tốc độ 100 Mbps, cáp Gigabit Ethernet đạt 1000 Mbps, và cáp loại 6 (Cat 6) có khả năng truyền tải lên đến 10 Gbps Bảng dưới đây tóm tắt các chuẩn mạng Ethernet theo tiêu chuẩn IEEE 802.3 và tính tương thích của cáp xoắn đôi.
IEEE Tốc độ Các loại truyền tải
Ethernet 802.3 10 Mbps Cáp: UTP cat 3;
Cáp: UTP cat 5/5e/6; 1000Base-T 1000Base-SX 1000Base-LX
10GBase-SR 10GBase-LX4 10GBase-LR/ER 10GBase-
10km/40km 300m/10km/40km Ứng dụng CNTT Cơ bản
