1. Khởi động (Engagement)
Chào mừng các em đến với thế giới của Tin học! 🚀
Hãy bắt đầu bài học bằng một tình huống thực tế: Tình huống: Em nhìn thấy biển báo giao thông hình tam giác, viền đỏ, nền vàng, ở giữa có hình người đi bộ.
- Em nhìn thấy gì? (Dữ liệu)
- Em hiểu điều gì từ đó? (Thông tin)
- Em sẽ làm gì? (Xử lí thông tin)
Tin học chính là khoa học nghiên cứu cách chúng ta tự động hóa quá trình này bằng máy tính.
2. Hình thành kiến thức (Knowledge)
1. Thông tin và dữ liệu
Tin học được định nghĩa là khoa học nghiên cứu các phương pháp và quá trình xử lí thông tin tự động bằng các phương tiện kĩ thuật, chủ yếu bằng máy tính.
Chúng ta đã biết ở lớp dưới, thông tin được biểu diễn trong máy tính bằng các dãy bit (gồm các kí hiệu 0, 1), máy tính xử lí dữ liệu là các dãy bit trong bộ nhớ.
a) Quá trình xử lí thông tin
Thông tin là tất cả những gì mang lại cho chúng ta hiểu biết. Như vậy thông tin gắn với quá trình nhận thức. Máy tính không tự nhận thức được mà chỉ là công cụ hỗ trợ cho con người trong quá trình nhận thức.
Quá trình xử lí thông tin của máy tính gồm các bước sau:
Bước 1: Tiếp nhận dữ liệu. Máy tính tiếp nhận dữ liệu theo hai cách thường gặp là:
- Từ các thiết bị, ví dụ tập hình ảnh từ máy quét là dữ liệu.
- Từ bản phim do con người nhập, ví dụ khi soạn một văn bản, thông tin của người nhập chuyển thành dữ liệu.
Bước 2: Xử lí dữ liệu. Biến đổi dữ liệu trong bộ nhớ máy tính để tạo ra dữ liệu mới. Ví dụ, từ nhiệt độ trung bình của nhiều năm gần đây, các phần mềm chuyên dụng có thể cho chúng ta biết khuynh hướng Trái Đất đang nóng dần lên.
Bước 3: Đưa ra kết quả. Máy tính có thể đưa ra kết quả theo hai cách:
- Dữ liệu được thể hiện dưới dạng văn bản, âm thanh, hình ảnh,... mà con người có thể hiểu được. Như vậy dữ liệu đã được chuyển thành thông tin.
- Lưu dữ liệu lên một vật mang tin như thế nhớ hoặc chuyển thành dữ liệu đầu vào cho một hoạt động xử lí khác.
Trong tin học, dữ liệu là thông tin (âm thanh, hình ảnh, văn bản, số,...) đã được đưa vào máy tính để máy tính có thể nhận biết và xử lí được. Trong máy tính, xử lí thông tin chính là xử lí dữ liệu.
b) Phân biệt dữ liệu và thông tin
Thông tin và dữ liệu độc lập tương đối với nhau:
Có thể có nhiều loại dữ liệu khác nhau của một thông tin:
- Bài ghi trong vở của em là dữ liệu
- Tệp bài soạn bằng Word của cô giáo là dữ liệu
- Tệp video ghi lại tiết giảng của cô giáo là dữ liệu → Đều là dữ liệu của cùng một bài giảng
Nếu dữ liệu không đầy đủ thì không xác định được chính xác thông tin:
- Ví dụ, dữ liệu "39°C" trong bộ dữ liệu về thời tiết mang thông tin "trời rất nóng"
- Nhưng dữ liệu "39°C" trong bộ dữ liệu của bệnh án lại mang thông tin "sốt cao"
Với cùng một bộ dữ liệu, cách xử lí khác nhau có thể đem lại những thông tin khác nhau:
- Ví dụ dữ liệu thời tiết một ngày nào đó có thể được tổng hợp theo vùng để biết phân bố lượng mưa trong ngày
- Nhưng cũng có thể xử lí để cho dự báo thời tiết ngày hôm sau
Việc xử lí các bộ dữ liệu khác nhau cũng có thể đưa đến cùng một thông tin:
- Ví dụ, xử lí dữ liệu về băng tan ở Bắc Cực hay cường độ bão ở vùng nhiệt đới đều có thể dẫn đến kết luận về sự nóng lên của Trái Đất
Kết luận:
- Trong tin học, dữ liệu là thông tin đã được đưa vào máy tính để máy tính có thể nhận biết và xử lí được
- Thông tin là ý nghĩa của dữ liệu. Dữ liệu là các yếu tố thể hiện, xác định thông tin
- Thông tin và dữ liệu có tính độc lập tương đối
- Cũng một thông tin có thể được thể hiện bởi nhiều loại dữ liệu khác nhau
- Ngược lại, một dữ liệu có thể mang nhiều thông tin khác nhau
- Với vai trò là ý nghĩa, thông tin có tính toàn vẹn. Dữ liệu không đầy đủ có thể làm thông tin sai lệch, thậm chí không xác định được
2. Đơn vị lưu trữ dữ liệu
Máy tính tổ chức lưu trữ và truy cập dữ liệu không theo từng bit mà theo nhóm bit. Byte là đơn vị dữ liệu nhỏ nhất mà máy tính truy cập được. Một byte gồm 8 bit.
Các máy tính ngày nay đều tổ chức bộ nhớ trong thành những đơn vị lưu trữ có độ dài bằng bội của byte như 2, 4 hay 8 byte. Cách tổ chức như vậy rất tiện cho lưu trữ và truy cập dữ liệu. Chẳng hạn, một đơn vị nhớ 4 byte có thể biểu diễn một số thực, hoặc hai số nguyên 16 bit hoặc vừa đúng 4 kí tự La tinh. Chính vì vậy có thể lấy byte, vốn là đơn vị tổ chức dữ liệu, làm đơn vị đo lượng lưu trữ dữ liệu (thường được gọi là đơn vị lưu trữ dữ liệu hoặc đơn vị lưu trữ thông tin).
Các đơn vị đo dữ liệu hơn kém nhau 2¹⁰ = 1024 lần.
Bảng các đơn vị lưu trữ dữ liệu:
| Đơn vị | Kí hiệu | Lượng dữ liệu |
|---|---|---|
| bit | bit | 1 bit |
| Byte | B | 8 bit |
| Kilobyte | KB | 2¹⁰ B |
| Megabyte | MB | 2¹⁰ KB |
| Gigabyte | GB | 2¹⁰ MB |
| Terabyte | TB | 2¹⁰ GB |
| Petabyte | PB | 2¹⁰ TB |
| Exabyte | EB | 2¹⁰ PB |
| Zettabyte | ZB | 2¹⁰ EB |
| Yottabyte | YB | 2¹⁰ ZB |
Quy tắc 1024
Các đơn vị đo dữ liệu hơn kém nhau 1024 (2¹⁰) lần thay vì 1000 như các đơn vị thông thường.
- 1 Byte (B) = 8 bit.
- 1 KB = 1024 B.
- 1 MB = 1024 KB.
- 1 GB = 1024 MB.
- 1 TB = 1024 GB.
3. Lưu trữ, xử lí và truyền thông bằng thiết bị số
Các thiết bị làm việc với thông tin số như lưu trữ, truyền dữ liệu hay xử lí thông tin số đều được gọi là thiết bị số.
Thiết bị số bao gồm: Thẻ nhớ, bộ thu phát wifi, máy tính xách tay Thiết bị không phải số: Đồng hồ cơ, đĩa hát ghi các bài hát
Ưu điểm của thiết bị số:
Về lưu trữ:
- Có thể lưu trữ một lượng thông tin rất lớn trong một thiết bị nhớ gọn nhẹ với chi phí thấp
- Một đĩa cứng khoảng 2 TB có thể chứa một khối lượng thông tin ngang với một thư viện sách của một trường đại học
- Internet kết nối rất nhiều thiết bị số tạo thành những kho lưu trữ thông tin khổng lồ
- Trên Internet, có thể tìm được hầu hết mọi thông tin bằng các công cụ tìm kiếm
- Lưu trữ thông tin trên thiết bị số còn giúp cho việc tìm kiếm thông tin dễ dàng và nhanh chóng
Về xử lí:
- Máy tính xử lí thông tin với tốc độ nhanh và chính xác
- Tốc độ xử lí ngày càng được nâng cao
- Một máy tính cỡ trung bình ngày nay có thể thực hiện vài chục tỉ phép tính một giây
- Thậm chí, một số siêu máy tính đã đạt tốc độ tính toán lên tới hàng trăm triệu tỉ phép tính số học mỗi giây
- Để dự báo thời tiết một tuần, các máy tính phải xử lí các dữ liệu lưu trữ từ nhiều năm trước và các thông tin nhiệt độ, khí áp, độ ẩm, hướng và tốc độ gió từ hàng trăm trạm khí tượng chuyển về với hàng trăm tỉ phép tính cần thực hiện
- Siêu máy tính là công cụ hỗ trợ hiệu quả để giải quyết các bài toán có khối lượng tính toán lớn như vậy
- Bên cạnh đó, máy tính có thể thực hiện các lệnh một cách chính xác, không sai sót
- Các máy chủ có thể làm việc nhiều tháng, nhiều năm cung cấp dịch vụ liên tục cho người dùng
Về truyền thông:
- Trước đây, tốc độ truyền tin bằng telex chỉ đạt 60 từ một phút
- Nhờ tin học và thiết bị số, công nghệ truyền thông đã có những bước tiến dài
- Tốc độ và độ tin cậy truyền thông tin được cải thiện nhanh chóng
- Ngày nay chúng ta đã có thể xem phim qua Internet, có thể tương tác với nhau trên mạng xã hội "một cách tức thời"
- Các gia đình có thể sở hữu các đường cáp quang với tốc độ vài chục Mb/s, tương đương với vài triệu ki tự một giây
Tóm lại, thiết bị số có các ưu điểm:
- Giúp xử lí thông tin rất nhanh với độ chính xác cao và có thể làm việc liên tục
- Có khả năng lưu trữ dữ liệu với dung lượng lớn, giá thành rẻ, tìm kiếm nhanh và dễ dàng
- Có khả năng truyền tin với tốc độ rất lớn
- Giúp thực hiện tự động nhiều công việc một cách chính xác, chi phí thấp và tiện lợi
3. Luyện tập (Practice)
Bài tập thực hành
Bài tập 1: Phân biệt thông tin và dữ liệu
Câu hỏi 1: Em hãy cho ví dụ về một thông tin nhưng có nhiều cách thể hiện dữ liệu khác nhau.
Gợi ý: Thông tin "Nhiệt độ hôm nay là 25°C" có thể được thể hiện bằng:
- Dữ liệu số: "25"
- Dữ liệu văn bản: "Nhiệt độ: 25 độ C"
- Dữ liệu hình ảnh: hình ảnh nhiệt kế hiển thị 25°C
- Dữ liệu âm thanh: giọng nói "hai mươi lăm độ"
Câu hỏi 2: Em hãy cho ví dụ về một dữ liệu có trong nhiều thông tin khác nhau. Tính toàn vẹn của thông tin được thể hiện như thế nào trong ví dụ này?
Gợi ý: Dữ liệu "100" có thể mang nhiều thông tin khác nhau:
- Trong bảng điểm: "Điểm 100 - Điểm tuyệt đối"
- Trong tốc độ: "100 km/h - Tốc độ rất nhanh"
- Trong nhiệt độ: "100°C - Nước sôi"
- Trong tiền tệ: "100 đồng - Số tiền nhỏ"
Tính toàn vẹn: Cần có thêm dữ liệu ngữ cảnh (đơn vị, chủ đề) để xác định chính xác thông tin.
Bài tập 2: Quy đổi đơn vị lưu trữ
Quy đổi các lượng tin sau ra KB:
a) 3 MB = 3 × 1024 KB = 3072 KB
b) 2 GB = 2 × 1024 MB = 2 × 1024 × 1024 KB = 2097152 KB
c) 2048 B = 2048 ÷ 1024 KB = 2 KB
Bài tập 3: Tính toán dung lượng
Một chiếc USB có dung lượng 32 GB.
- Nếu mỗi bài hát MP3 nặng khoảng 8 MB, USB này chứa được bao nhiêu bài?
Giải: 32 GB = 32 × 1024 MB = 32768 MB Số bài hát = 32768 ÷ 8 = 4096 bài hát
- Nếu mỗi trang văn bản nặng 2 KB, USB này chứa được bao nhiêu trang?
Giải: 32 GB = 32 × 1024 × 1024 KB = 33554432 KB Số trang văn bản = 33554432 ÷ 2 = 16777216 trang
Mẹo: Đổi hết về cùng một đơn vị (ví dụ MB hoặc KB) trước khi tính toán.
4. Vận dụng (Application)
Thử thách: Công dân số
Em hãy quan sát chiếc Căn cước công dân (CCCD) gắn chip:
- Tại sao trên thẻ vừa có chữ viết tiếng Việt, vừa có mã QR, vừa có Chip điện tử?
- Chip điện tử trên thẻ lưu trữ những dữ liệu gì mà chữ viết không thể hiện được? (Gợi ý: Vân tay, nhận diện khuôn mặt).
Tìm tòi mở rộng:
Hãy tìm hiểu về thuật ngữ "Rác thải số" (Digital Waste). Việc lưu trữ quá nhiều dữ liệu không cần thiết trên Cloud ảnh hưởng thế nào đến môi trường?
Ghi chú sư phạm (Tóm tắt 5512)
- Phát triển năng lực: Năng lực giải quyết vấn đề với sự hỗ trợ của công nghệ (NLa).
- Trọng tâm: Sự chuyển hóa từ Dữ liệu -> Thông tin thông qua quá trình Xử lí.
- Lưu ý: Tránh sa đà vào các phép tính chia 1024 quá phức tạp, tập trung vào tư duy hệ thống đơn vị.