|
Dữ
liệu (data) là các sự kiện không có cấu
trúc, không có ư nghĩa rơ ràng, cho
đến khi chúng được tổ chức
theo một tiến tŕnh tính toán nào đó. Thông
tin (Information) là một khái niệm trừu tượng
được thể hiện qua các
thông báo, các biểu hiện ... đem lại
một nhận thức chủ quan cho một đối
tượng nhận tin. Thông tin là dữ liệu
đă được xử lư xong, mang ư nghĩa
rơ ràng. Thông tin cũng có thể bị diễn
đạt sai lệch, xuyên tạc do tác động
cố ư hay vô ư của con người hay sinh
vật khác. Một
hệ thống thông tin (information system) là một
tiến tŕnh ghi nhận dữ liệu, xử lư nó
và cung cấp tạo nên dữ liệu mới có
ư nghĩa thông tin, liên quan một phần đến
một tổ chức, để trợ giúp các
hoạt động liên quan đến tổ
chức.
Đơn
vị dùng để đo thông tin gọi là bit.
Một bit tương ứng với một
chỉ thị hoặc một thông báo nào đó
về 1 sự kiện có trong 2 trạng thái có
số đo khả năng xuất hiện động
thời là Tắt(Off) / Mở(On) hay Đúng(True) /
Sai(False). Ví
dụ 1. Một mạch đèn có 2 trạng thái là: -
Tắt (Off) khi mạch điện qua công tắc là
hở -
Mở (On) khi mạch điện qua công tắc là
đóng Số
học nhị phân (sẽ giới thiệu ở
chương 3) sử dụng hai số hạng 0 và
1. V́ khả năng sử dụng hai số 0 và 1
là như nhau nên một chỉ thị chỉ
gồm 1 chữ số nhị phân có thể xem như
là chứa đơn vị thông tin nhỏ
nhất. Bit
là chữ viết tắt của BInary digiT. Trong tin
học, người ta thường sử dụng
các đơn vị đo thông tin lớn hơn
sau: Bảng
1. Bảng đơn vị đo thông tin
trong
đó :
n là số sự kiện lớn nhất có
khả năng xuất hiện Ví
dụ 2. Gieo ngẫu nhiên 1 đồng xu, có
thể xảy ra 1 trong 2 sự kiện trong mỗi
lần gieo là khả năng xuất hiện
mặt sấp hoặc mặt ngữa. V́ đồng
xu xem như đồng chất, nên xác suất
xuất hiện của mỗi sự kiện là p
= 1/2 . Vậy lượng tin sẽ là :
Ví
dụ 3. Tương tự như trên nếu ta
gieo 1 con súc sắc, th́ n = 6 và p = 1/6 Lượng
tin H sẽ là :
Ví
dụ 4. Một trạm khí tượng X bằng
việc phân tích nhiều số liệu khác nhau
đă đưa ra dự đoán khả năng có
mưa rơi một vùng nào đó vào ngày mai là
75%. Suy
ra khả năng không có mưa sẽ là 100% - 75% =
25%. Như vậy thông báo trên có lượng tin
theo Shannon là :
So
sánh 3 ví dụ trên, ta thấy xác suất xuất
hiện một tin càng thấp th́ lượng tin
càng cao v́ mức độ bất ngờ
của nó càng lớn và ngược lại. Tuy
nhiên, không phải lúc nào ta cũng xác định
được xác suất xuất hiện sự
kiện nên việc áp dụng công thức Shannon
bị hạn chế.
Tất
cả các thông tin ở dạng văn bản
(text), chữ (character), số (number), kư hiệu
(symbol), đồ họa (graphic), h́nh ảnh (image)
hoặc âm thanh (sound) ... đều được
gọi là các tín hiệu (signals). Tín hiệu có
thể là liên tục hay rời rạc. Máy tính tương
tự (Analog Computer) là máy tính chuyên dụng
xử lư môt số các tín hiệu liên tục như
tín hiệu điện, âm thanh... Trong khi đó,
hầu hết các dữ liệu mà chúng ta có
được thường ở dạng các tín
hiệu rời rạc để diễn tả các
tín hiệu liên tục qua các số đo hữu
hạn. Khi đưa các tín hiệu này vào máy tính,
chúng được mă hóa theo các tín hiệu
số (digital signal) nhằm giúp máy tính có thể
hiểu được thông tin đưa vào. Đây
là cơ sở thực tiễn của nguyên lư mă
hoá thông tin rời rạc. Nguyên lư này tập
trung các điểm chủ yếu sau :
- Tín hiệu liên tục có thể xem như
một chuỗi xấp xỉ các tín hiệu
rời rạc với chu kỳ lấy mẫu
nhỏ ở mức độ chấp nhận
được (H́nh 1.).
- Tín hiệu rời rạc có thể được
đặc trưng qua các bộ kư hiệu hữu
hạn (chữ cái, chữ số, dấu, ...)
gọi là phép mă hóa (encode) (H́nh 2.). Mọi phép mă
hóa đều có thể xây dựng trên bộ kư
hiệu các chữ số, đặc biệt
chỉ cần bộ kư hiệu gồm 2 chữ
số là 0 và 1. Ngược với phép mă hoá
gọi là phép giải mă (decode).
Tín
hiệu rời rạc là tín hiệu có trục
thời gian bị rời rạc hoá với chu
kỳ lấy mẫu là Ts = 1/Fs , với Fs là
tần số lấy mẫu. Tiếng nói con người
thường có tần số Fs = 10 kHz. Một ví
dụ về thông tin rời rạc là h́nh trên
phim khi được chiếu lên màn ảnh là các
ảnh rời rạc xuất hiện với
tốc độ 25 ảnh/giây. Mắt người
không phân biệt sự rời rạc này nên có
cảm tưởng h́nh ảnh là liên tục. Mă
hoá thông tin rời rạc là một khái niệm
rất căn bản trong kỹ thuật máy tính.
Mọi
quá tŕnh xử lư thông tin bằng máy tính hay
bằng con người đều được
thực hiện theo một qui tŕnh sau : Dữ
liệu (data) được nhập ở đầu
vào (input). Máy tính hay con người sẽ
thực hiện quá tŕnh xử lư nào đó để
nhận được thông tin ở đầu ra
(output). Quá tŕnh nhập dữ liệu, xử lư và
xuất thông tin đều có thể được
lưu trữ (H́nh 3.).
H́nh
1.3 Mô h́nh tổng quát quá tŕnh xử lư thông tin 2.
Xử lư thông tin bằng máy tính điện
tử Thông
tin là kết quả bao gồm nhiều quá tŕnh
xử lư các dữ liệu và thông tin có thể
trở thành dữ liệu mới để theo
một quá tŕnh xử lư khác tạo ra thông tin
mới hơn theo ư đồ của con người. Con
người có nhiều cách để có dữ
liệu và thông tin. Người ta có thể lưu
trữ thông tin qua tranh vẽ, giấy, sách báo, h́nh
ảnh trong phim, băng từ, ... Trong thời
đại hiện nay, khi lượng thông tin
đến với chúng ta càng lúc càng nhiều th́
con người có thể dùng một công cụ
hỗ trợ cho việc lưu trữ, chọn
lọc và xử lư lại thông tin gọi là máy
tính điện tử (computer). Máy tính điện
tử giúp con người tiết kiệm rất
nhiều thời gian, công sức và tăng
độ chính xác cao trong việc tự động
hoá một phần hay toàn phần của quá tŕnh
xử lư dữ liệu hay thông tin.
Tin
học (Informatics) được định nghĩa
là ngành khoa học nghiên cứu các phương
pháp, công nghệ và kỹ thuật xử lư thông
tin tự động. Công cụ chủ yếu
của tin học là máy tính điện tử và
các thiết bị truyền tin khác. Việc nghiên
cứu chính của tin học nhắm vào 2 kỹ
thuật phát triển song song : -
Kỹ thuật phần cứng (hardware engineering):
nghiên cứu chế tạo các thiết bị,
linh kiện điện tử, công nghệ vật
liệu mớ1... hỗ trợ cho máy tính và
mạng máy tính đẩy mạnh khả năng
xử lư toán học và truyền thông thông tin. -
Kỹ thuật phần mềm (software engineering):
nghiên cứu phát triển các hệ điều hành,
ngôn ngữ lập tŕnh cho các bài toán khoa học
kỹ thuật, mô phỏng, điều khiển
tự động, tổ chức dữ liệu và
quản lư hệ thống thông tin. Tin
học hiện đang được ứng
dụng rộng răi trong tất cả các ngành
nghề khác nhau của xă hội từ khoa
học kỹ thuật, y học, kinh tế, công
nghệ sản xuất đến khoa học xă
hội, nghệ thuật,... như: -
Tự động hóa văn pḥng - Quản trị
kinh doanh -
Thống kê - An ninh, quốc pḥng - Công
nghệ thiết kế - Giáo dục - Y
học - Công nghệ in - Nông
nghiệp - Nghệ thuật, giải trí, v.v....
Do
nhu cầu cần tăng độ chính xác và
giảm thời gian tính toán, con người đă
quan tâm chế tạo các công cụ tính toán
từ xưa: bàn tính tay của người Trung
quốc, máy cộng cơ học của nhà toán
học Pháp Blaise Pascal (1623 - 1662), máy tính cơ
học có thể cộng trừ nhân chia của nhà
toán học Đức Gottfried Wilhelmvon Leibniz (1646 -
1716), máy sai phân để tính các đa thức toán
học, máy phân giải điều khiển
bằng phiếu đục lỗ của Charles
Babbage (1792 - 1871) ... Tuy
nhiên, máy tính điện tử thực sự h́nh
thành bắt đầu vào thập niên 1950 và
đến nay đă trải qua 5 thế hệ
được phân loại theo sự tiến
bộ về công nghệ điện tử và vi
điện tử cũng như các cải
tiến về nguyên lư, tính năng và loại h́nh
của nó. *
Thế hệ 1 (1950 - 1958): máy tính sử dụng các
bóng đèn điện tử chân không, mạch riêng
rẽ, vào số liệu bằng phiếu đục
lỗ, điều khiển bằng tay. Máy có kích
thước rất lớn, tiêu thụ năng lượng
nhiều, tốc độ tính chậm khoảng
300 - 3.000 phép tính mỗi giây. Loại máy tính
điển h́nh thế hệ 1 như EDVAC (Mỹ)
hay BESM (Liên xô cũ), ... *
Thế hệ 2 (1958 - 1964): máy tính dùng bộ
xử lư bằng đèn bán dẫn, mạch in. Máy
đă có chương tŕnh dịch như Cobol,
Fortran và hệ điều hành đơn giản.
Kích thước máy c̣n lớn, tốc độ
tính khoảng 10.000 đến 100.000 phép/s. Điển
h́nh như loại IBM-1070 (Mỹ) hay MINSK (Liên xô cũ),
... *
Thế hệ 3 (1965 - 1974): máy tính được
gắn các bộ xử lư bằng vi mạch điện
tử cỡ nhỏ có thể có được
tốc độ tính khoảng 100.000 đến 1
triệu phép/s. Máy đă có các hệ điều
hành đa chương tŕnh, nhiều người
dùng đồng thời hoặc theo kiểu chia
thời gian. Kết quả từ máy tính có
thể in ra trực tiếp ở máy in. Điển h́nh
như loại IBM 360 (Mỹ) hay EC (Liên Xô cũ),
... *
Thế hệ 4 (1974 đến nay): máy tính bắt
đầu có các vi mạch đa xử lư có
tốc độ tính hàng chục triệu đến
hàng tỷ phép/giây. Giai đoạn này h́nh thành 2
loại máy tính chính : máy tính cá nhân để bàn
(Personal Computer - PC) hoặc xách tay (Laptop hoặc
Notebook computer) và các loại máy tính chuyên
nghiệp thực hiện đa chương tŕnh,
đa vi xử lư ... h́nh thành các hệ thống
mạng máy tính (Computer Networks), và các ứng
dụng phong phú đa phương tiện. *
Thế hệ 5 (1990 - nay): bắt đầu có các
nghiên cứu tạo ra các máy tính mô phỏng các
hoạt động của năo bộ và hành vi con
người, có trí khôn nhân tạo với khả
năng tự suy diễn phát triển các t́nh
huống nhận được và những hệ
quản lư kiến thức cơ sở để
giải quyết các bài toán đa dạng. |
