Bài giảng Nhập môn về lập trình - Chương 1: Giới thiệu về máy tính và lập trình

Giới thiệu về

máy tính và lập trình

Presenter:

Slide 1

Nhập môn về lập trình (C1)

Learning outcomes

Đây là môn học đầu tiên về lập trình, dành cho

sinh viên chưa có kiến thức nào về lập trình

trước đó.

 Môn học giúp sinh viên có kiến thức về máy

tính và rèn luyện kỷ năng lập trình thông qua

ngôn ngữ C.

Slide 2

Nhập môn về lập trình (C1)

Nội dung

Tổ chức máy tính.

Ngôn ngữ lập trình.

Các công việc trong lập trình.

Dữ liệu và giải thuật.

Slide 3

Nhập môn về lập trình (C1)

Tổ chức máy tính

Máy tính là gì?

Máy tính là thiết bị có khả năng thực hiện tính toán và ra quyết

định.

Máy tính hoạt động dựa trên nguyên lý là chạy các chương trình

đã được định sẳn.

Hiện nay, máy tính có thể được “nhúng” vào các thiết bị dân

dụng như xe hơi, đồng hồ, điện thoại, máy tính phổ thông, v.v.

Slide 4

Nhập môn về lập trình (C1)

Tổ chức máy tính

Phần cứng (hardware)

 Gồm các bộ phận dùng để lắp ráp thành bộ máy tính như :

• Hộp máy (case),

• Bo mạch chủ (mainboard, motherboard),

• Bàn phím (keyboard),

• Màn hình (display),

• Chuột (mouse),

• Thanh bộ nhớ (memory),

• Ổ đĩa cứng HDD (Hard Disk Drive),

• Bộ cấp nguồn (power supply),

• Dây nối (cables),

• . . .

Slide 5

Nhập môn về lập trình (C1)

Tổ chức máy tính

Phần mềm (software)

 Gồm các chương trình cài đặt sẳn giúp vận hành máy

tính theo nhiều mục đích khác nhau.

 Hệ điều hành (operating system) : cho phép quản lý

và khai thác tất cả phần cứng có trong máy tính.

 Công cụ lập trình (programming tools) : cho phép

người sử dụng tạo ra thêm phần mềm mới trên máy,

mở rộng phạm vi ứng dụng của máy tính.

 Phần mềm ứng dụng (applications) : cho phép khai

thác máy tính theo mục đích cụ thể.

Slide 6

Nhập môn về lập trình (C1)

Tổ chức máy tính

Thành phần cơ bản của máy tính

1. Khối nhập  Input Unit

. Gồm những thiết bị (devices) cho phép

người dùng đưa dữ liệu vào máy tính.

. Các thiết bị điển hình: bàn phím, chuột,

màn hình cảm ứng, v.v.

2. Khối xuất  Output Unit

. Là tập hợp các thiết bị giúp máy tính trình

bày kết quả với người dùng hay điều khiển

các thiết bị khác.

. Các thiết bị điển hình: màn hình, máy in,

các cổng điều khiển USB, ...

Slide 7

Nhập môn về lập trình (C1)

Tổ chức máy tính

Memory - ALU

3. Bộ nhớ chính  Main memory

. Là bộ phận giúp máy tính lưu trữ thông

tin (chương trình và dữ liệu) dùng trong

quá trình tính toán.

. Phân loại :

ROM (Read Only Memory)

RAM (Random Access Memory).

4. Bộ số học luận lý  Arithmetic and

Logic Unit (ALU)

. Là đơn vị đảm nhiệm chức năng tính

toán các phép số học (+, -, *, /, ...) và

luận lý (Not, And, Or, Xor).

Slide 8

Nhập môn về lập trình (C1)

Tổ chức máy tính

CPU - Storage

5. Bộ xử lý trung tâm - Central

Processing Unit (CPU)

. Giám sát và điều hành mọi hoạt động

trong máy tính.

6. Bộ nhớ thứ cấp - Secondary

memory/storage Unit

. Gồm những thiết bị giúp máy tính

lưu trữ lượng lớn dữ liệu lâu dài.

. Các thiết bị điển hình: Đĩa cứng

(HDD), SSD, USB drive, CD R/W,

...

Slide 9

Nhập môn về lập trình (C1)

Tổ chức máy tính

Sơ đồ khối của một máy tính

Để điều khiển các

thiết bị phần cứng

như hình bên, chúng

ta cần chương trình

máy tính.

Để tạo ra chương

trình máy tính,

chúng ta cần ngôn

ngữ lập trình.

Slide 10

Nhập môn về lập trình (C1)

Ngôn ngữ lập trình

Tổng quan

 Ngôn ngữ lập trình (Programming language)

• Là một ngôn ngữ hình thức (formal language), khác với ngôn

ngữ tự nhiên (natural language), như ngôn ngữ lập trình C sẽ

được học trong môn học này.

• Mục đích: cho phép con người (lập trình viên) tạo ra chương

trình máy tính.

 Ba cấp độ ngôn ngữ lập trình :

1.Ngôn ngữ máy (machine language).

2.Ngôn ngữ hợp ngữ (assembly language).

3.Ngôn ngữ cấp cao (high-level language).

Slide 11

Nhập môn về lập trình (C1)

Ngôn ngữ lập trình

Phân loại

 Ngôn ngữ máy

• Dạng thức là số, đặc tả các lệnh của máy tính.

• Mỗi kiểu CPU có tập lệnh riêng.

• Ngày nay, rất khó có thể ra lệnh trực tiếp kiểu này cho các

chương trình thực tế và lớn. Chuỗi lệnh số sẽ được sinh ra tự

động từ bộ chuyển ngữ (compiler) từ ngôn ngữ cấp cao sang.

• Ví dụ:

+1300042774

+1400593419

+1200274027

Slide 12

Nhập môn về lập trình (C1)

Ngôn ngữ lập trình

Các loại

 Ngôn ngữ Assembly (hợp ngữ)

• Sử dụng các từ viết tắc trong tiếng Anh để biểu diễn các tác

vụ tính toán cơ bản

• Bộ chuyển ngữ (sang mã máy) cho ngôn ngữ này là

“Assembler”.

• Ngày nay, ngôn ngữ này vẫn còn được sử dụng, và thường

kết hợp với ngôn ngữ cấp cao. Nó được dùng để tối ưu một

số khối xử lý trong toàn bộ chương trình.

• Ví dụ:

LOAD BASEPAY

ADD

OVERPAY

STORE GROSSPAY

Slide 13

Nhập môn về lập trình (C1)

Ngôn ngữ lập trình

Các loại

 Ngôn ngữ cấp cao

• Mã được viết ra gần với ngôn ngữ tự nhiên, so với mã của các loại ngôn

ngữ khác. Tên các biến, hằng, hàm, etc do người lập trình đặt có cú pháp

dễ đọc. Các cấu trúc điều khiển cũng dễ đọc hơn rất nhiều.

• Bộ chuyển ngữ (sang mã máy hay mã trung gian) cho loại ngôn ngữ này

là bộ biên dịch (compiler) hay thông dịch (interpreter).

• Ngày nay, ngôn ngữ loại là phổ thông nhất, như, C, C++, C#, Java, etc

• Ví dụ:

grossPay = basePay + overTimePay

Slide 14

Nhập môn về lập trình (C1)

Ngôn ngữ lập trình

Ngôn ngữ lập trình C

 Viết tắt trong môn học

• Ngôn ngữ C

• Hay ngắn gọn: C

 Lịch sử

• Tiến hóa từ ngôn ngữ lập trình trước đó là “B” và “BCPL”

• “Traditional C” là một tiến hóa của C vào khoảng gần 1970

• Có nhiều biến thể của C tồn tại và chúng không tương thích nhau, i.e., bộ

chuyển ngữ không hiểu mã nguồn C được viết cho bộ chuyển ngữ khác.

• “Standard C” xuất hiện vào khoảng 1989, cập lại vào khoảng 1999.

 Ứng dụng quan trọng

• Được dùng để phát triển các hệ điều hành nổi tiếng và hiện đại như UNIX

và Linux

• Được dùng để phát triển các chương trình chạy trên các thiết bị nhúng,

như, nhúng vào xe hơi, máy móc y tế, etc.

Slide 15

Nhập môn về lập trình (C1)

Ngôn ngữ lập trình

Ngôn ngữ lập trình C

 C trong cái nhìn của người lập trình

• Cung cấp ngôn ngữ, cú pháp đơn giản, cung cấp

Về điều khiển: chỉ gồm 3 kiểu cấu trúc điều khiển để chuyển hướng

thực thi

Về dữ liệu: cung cấp các kiểu cơ bản, mảng, con trỏ, tập tin. Cho

phép người dùng định nghĩa kiểu mới.

• Có bộ chuyển ngữ đi kèm

 Để chuyển mã C sang mã đích

• Có thu viện các hàm có sẵn để làm nhiều quan trọng.

 Sự thật là không có chương trình nào mà người dùng viết 100% các

dòng mã. Tất cả chúng điều dùng lại (gọi hàm) các hàm có sẵn trong

thư viện để làm nhiều việc.

Slide 16

Nhập môn về lập trình (C1)

Ngôn ngữ lập trình

Ngôn ngữ lập trình C

 C và ngôn ngữ mở rộng của nó (là C++)

• C là nền tảng của ngôn ngữ mở rộng của nó là C++, khá nổi

tiếng

• C++ bổ sung thêm vào C những khả năng mới giúp dễ dàng

tổ chức các chương trình lớn. Những tính năng khác, C++

dùng của C. Do đó, dùng được C là nền tảng để học C++

• Những tính năng mới

Tham khảo (reference): Một chức năng mới cho phép truy xuất một

vùng nhớ qua một tên gọi khác.

Hướng đối tượng (Object-Oriented): Đây là bổ sung quan trọng nhất,

hướng đến một triết lý lập trình khác. Ở đó, chương trình là tập các

đối tượng tương tác nhau để hoàn thành công việc.

Slide 17

Nhập môn về lập trình (C1)

Các công việc trong lập trình

Tạo lập chương trình

Soạn thảo mã nguồn

• Đối tượng thực hiện: Người lập trình

• Công cụ cần đến:

 Trình soạn thảo đơn giản như NOTEPAD. Nhưng ít khi được dùng

 Trình soạn thảo tích hợp trong IDE (Integrated Development

Environment)

• Đầu ra: tập tin mã nguồn, dạng văn bản đọc được

Tiền xử lý (Preprocess)

• Đối tượng thực hiện: Preprocessor (bộ tiền xử lý), thuộc IDE

• Công việc thực hiện: tiền xử lý chương trình, như, thay các “macro” trong

bởi phần định nghĩa của nó, chèn các tập tin khai báo thư viện (v.d.,

stdio.h)

Slide 18

Nhập môn về lập trình (C1)

Các công việc trong lập trình

Tạo lập chương trình

Biên dịch (Compile)

• Đối tượng thực hiện: Compiler (bộ biên dịch), thuộc IDE

• Công việc thực hiện: Chuyển mã, từ mã C sang mã đối tượng, cho từng

tập tin mã nguồn

Liên kết (Link)

• Đối tượng thực hiện: Linker (bộ liên kết), thuộc IDE

• Công việc thực hiện: Liên kết các tập tin mã đối tượng và thư viện của C

để tạo chương trình thực thi

• Đầu ra: tập tin thực thi (*.exe)

Slide 19

Nhập môn về lập trình (C1)

Dữ liệu và giải thuật

Quan niệm về chương trình

 Quan điểm:

• Chương trình là sự thể hiện giải thuật của bài toán bằng

ngôn ngữ lập trình.

• Do đó, chương trình là tập hợp các lệnh và dữ liệu được

viết đúng cú pháp của ngôn ngữ lập trình.

• Trình tự viết lệnh, sự kết hợp lệnh để tác động lên dữ liệu

phải tuân thủ theo giải thuật của bài toán.

 Do đó, hai yếu tố quan trọng tạo thành chương trình

1. Dữ liệu và cấu trúc để tổ chức dữ liệu.

2. Giải thuật xử lý : cách giải bài toán, cách biến đổi dữ liệu

từ dữ liệu ban đầu, dần dần đi đến kết quả.

Slide 20

Nhập môn về lập trình (C1)