Bài giảng Nhập môn về lập trình (C1) - Giới thiệu về máy tính và lập trình

Nội dung text: Bài giảng Nhập môn về lập trình (C1) - Giới thiệu về máy tính và lập trình

1. Giới thiệu về máy tính và lập trình Presenter: Nhập môn về lập trình (C1) Slide 1
2. 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. Nhập môn về lập trình (C1) Slide 2
3. Nội dung Tổ chức máy tính. Ngôn ngữ lập trình. Các công việc trong lập trình. Dữ liệu và giải thuật. Nhập môn về lập trình (C1) Slide 3
4. 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 lýlà 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. Nhập môn về lập trình (C1) Slide 4
5. 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), • . . . Nhập môn về lập trình (C1) Slide 5
6. 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. Nhập môn về lập trình (C1) Slide 6
7. 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, Nhập môn về lập trình (C1) Slide 7
8. 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). Nhập môn về lập trình (C1) Slide 8
9. 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, Nhập môn về lập trình (C1) Slide 9
10. 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. Nhập môn về lập trình (C1) Slide 10
11. 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 độngôn ngữ lập trình : 1.Ngôn ngữ máy (machine language). 2.Ngôn ngữ hợp ngữ (assembly language). 3.Ngôn ngữ cấp cao (high-level language). Nhập môn về lập trình (C1) Slide 11
12. 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 Nhập môn về lập trình (C1) Slide 12
13. 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 Nhập môn về lập trình (C1) Slide 13
14. 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 Nhập môn về lập trình (C1) Slide 14
15. 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 khoảng1989 , cập lại vào khoảng1999 .  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. Nhập môn về lập trình (C1) Slide 15
16. 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 gồm3 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. Nhập môn về lập trình (C1) Slide 16
17. 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. Nhập môn về lập trình (C1) Slide 17
18. 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) Nhập môn về lập trình (C1) Slide 18
19. 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) Nhập môn về lập trình (C1) Slide 19
20. Dữ liệu và giải thuật Quan niệm về chương trình  Quan điểm: • Chương trình là những chuỗi lệnh, được chọn lựa bởi các cấu trúc điều khiển, để xử lý dữ liệu  Do đó, hai yếu tố quan trọng tạo thành chương trình 1. Dữ liệuvà cấu trúc để tổ chức dữ liệu 2. Giải thuật xử lý, nghĩa là, các chuỗi của những lệnh nào và chọn lựa thực thi ra sao Nhập môn về lập trình (C1) Slide 20
21. Dữ liệu và giải thuật Dữ liệu  Kiểu dữ liệu cơ bản Kiểu số • Số nguyên: int • Số thực chấm động: float, double Kiểu ký tự/ chuỗi : char Kiểu void: void Kiểu luận lý: bool (bổ sung bởi C++) Kiểu enum Kiểu dữ liệu do người lập trình định nghĩa: struct Kiểu dẫn xuất: array, pointer Xem thêm: Nhập môn về lập trình (C1) Slide 21
22. Dữ liệu và giải thuật Giải thuật  Giải thuật là gì? • Là các bước để giải quyết một bài toán  Bằng cách nào mô tả giải thuật • Dùng mã giả (pseudocode) • Dùng lưu đồ (flowchart) • Dùng chính mã lập trình Nhập môn về lập trình (C1) Slide 22
23. Dữ liệu và giải thuật Mã giả  Mã giả là ngôn ngữ nháy (bắt chước) theo một ngôn ngữ lập trình nào đó nhưng không bị ràng buộc bởi quy định nào của cú pháp.  Ví dụ : Nhập biến n cho đến khi n không nhỏ hơn 0 Gọi hàm n giai thừa Hiện kết quả ra màn hình Nhập môn về lập trình (C1) Slide 23
24. Dữ liệu và giải thuật Mã giả Pseudocode = English/Vietnamese + Code Cú pháp không còn chặt chẽ Lệnh điều khiển thực thi Để hổ trợ việc dễ đọc 1.Tuần tự 2.Rẽ nhánh 3.Lặp Nhập môn về lập trình (C1) Slide 24
25. Dữ liệu và giải thuật Mã giả Phần đầu của giải thuật Phần thân của giải thuật Nhập môn về lập trình (C1) Slide 25
26. Dữ liệu và giải thuật Mã giả  Phần đầu của giải thuật  Phần thân của giải thuật . Tên giải thuật . Các phát biểu . Thông số và kiểu của nó . Chỉ số phát biểu . Mục đích của giải thuật . Các biến . Điều kiện cần thỏa trước . Chú thích khi giải thuật thực thi . Các cấu trúc điều khiển . Điều kiện cần thỏa sau khi giải thuật thực thi . Giá trị trả về Nhập môn về lập trình (C1) Slide 26
27. Dữ liệu và giải thuật Mã giả Algorithm average( N là số nguyên) Preconsition: N lớn hơn hay bằng 0 Postcondition: các số được đọc và giá trị trung bình của chúng được in ra màn hình sum = 0 for i = 1 to N do number = đọc một giá trị từ bàn phím sum = sum + number end-for averaged = sum / N xuất averaged ra màn hình return End average Nhập môn về lập trình (C1) Slide 27
28. Dữ liệu và giải thuật Các phần tử dùng trong lưu đồ Bắt đầu Xuất / Nhập Luồng Kết thúc điều khiển Xử lý Quyết định S 1 Đ Sang trang Nhập môn về lập trình (C1) Slide 28
29. Xác định sốnguyên tố a c Bắt đầu b Nhập n đếm = đếm + 1 đếm = 2 S đếm > n / 2 ? Đ n MOD đếm = 0 ? Đ Nguyên tố S Không nguyên tố b a c Kết thúc Nhập môn về lập trình (C1) Slide 29
30. Dữ liệu và giải thuật Mã lập trình Mục tiêu: • Mã được viết bởi ngôn ngữ lập trình như C • Chỉ dùng để trao đổi giữa những người có chuyên môn với nhau. • Có thể chuyển ngữ dễ dàng và có chương trình thực thi ngay. Không nên dùng mã này để trình bày cho các đối tượng người dùng không chuyên nghiệp. Nhập môn về lập trình (C1) Slide 30