Mô phỏng Tin học

Gõ một dòng chữ để thấy mỗi kí tự có một điểm mã Unicode và được UTF-8 ghi thành 1 đến 4 byte. Chạm vào một kí tự để xem các bit của điểm mã được chia vào từng byte, vì sao é, €, emoji cần 2, 3, 4 byte. Khung Giải mã đọc ngược một dãy byte hex hoặc nhị phân ra chữ và chỉ ra byte lỗi; khung Mojibake cho thấy chữ bị vỡ khi đọc byte UTF-8 bằng bảng mã cũ 1 byte.

Nhóm phần mềm chạy một sprint Agile để làm ứng dụng câu lạc bộ cho trường: chọn user story từ backlog sao cho vừa năng lực nhóm, rồi mô phỏng từng ngày làm việc. Thẻ công việc đi qua các cột Cần làm, Đang làm, Kiểm thử, Xong; biểu đồ burndown cho thấy số điểm còn lại; lỗi sinh ra khi viết mã được kiểm thử phát hiện hoặc lọt tới người dùng. Cuối sprint là buổi review chấm mức hài lòng của khách hàng.

Một nhóm công nghệ nhận dự án (ứng dụng cho trường, trang web thư viện hoặc nâng cấp phòng máy) gồm bảy việc cần các kĩ năng khác nhau: thiết kế giao diện, cơ sở dữ liệu, mạng và máy chủ, lập trình phía máy chủ, phân tích dữ liệu, kiểm tra bảo mật, hỗ trợ người dùng. Giao từng việc cho các thành viên có vai trò khác nhau và xem biểu đồ tiến độ: thời gian bằng khối lượng chia tốc độ theo mức kĩ năng, chất lượng phụ thuộc người làm, việc sau phải chờ việc trước. Mỗi vai trò có thẻ nghề: làm gì, kĩ năng chính và con đường học tập.

Một CPU thu nhỏ gồm PC, MAR, MDR, CIR, ACC, ALU và bộ điều khiển, nối với bộ nhớ 16 hoặc 32 ô qua bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus điều khiển. Nạp chương trình mẫu viết bằng hợp ngữ đơn giản (LDA, ADD, SUB, STA, BRZ, BRP, BRA, OUT, HLT), đi từng nhịp xung để thấy dữ liệu chạy trên bus qua ba giai đoạn nạp, giải mã, thực hiện; đổi tốc độ xung nhịp và đếm số chu kì.

Nhiều máy khách liên tục gửi yêu cầu HTTP tới một máy chủ. Yêu cầu nào trúng bộ nhớ đệm thì được trả lời ngay, còn lại phải xếp hàng chờ máy chủ xử lí lần lượt với thời gian phụ thuộc kích thước trang và băng thông. Học sinh tăng số người dùng để thấy hàng đợi dài ra và thời gian phản hồi tăng vọt khi vượt khả năng phục vụ, rồi tăng tỉ lệ đệm hoặc băng thông để hệ thống trở lại bình thường.

Xoay bánh xe Caesar để mã hoá và giải mã một câu với độ dịch k. Phá một bản mã bằng phân tích tần suất: so biểu đồ tần suất chữ cái của bản mã với tần suất chuẩn của ngôn ngữ, với cả mã dịch vòng lẫn mã thay thế. Cuối cùng xem độ dài khoá tính bằng bit quyết định số khoá và thời gian dò vét cạn ra sao, và vì sao HTTPS mã hoá dữ liệu trên đường truyền.

Dựng mạng 4–8 máy theo kiểu hình sao, đường trục, vòng, lưới đầy đủ hoặc lưới một phần rồi gửi gói tin giữa các máy. Cắt một cáp hoặc làm hỏng một máy, switch để xem máy nào mất kết nối; đếm số cáp cần dùng (lưới đầy đủ n(n − 1)/2), so sánh chi phí và độ bền trong bảng, và quan sát va chạm khi nhiều máy cùng phát trên đường trục chung.

Ba khung làm việc với ảnh bitmap. Vẽ trên lưới điểm ảnh rồi xem mã bit của từng điểm và độ dài ảnh sau khi nén bằng mã hoá loạt dài (RLE). Kéo ba thanh R, G, B để pha màu bằng ánh sáng, đọc mã hex và dạng nhị phân của từng kênh. Đổi độ sâu màu 1, 2, 4, 8, 24 bit và độ phân giải để thấy bảng màu thu hẹp, ảnh mẫu bị giảm màu và dung lượng tính theo bit, byte, kB, KiB.

Một mạng máy tính của trường học gồm nhiều phòng và một máy chủ tệp. Mã độc lọt vào qua tệp đính kèm thư điện tử, USB hoặc lỗ hổng chưa vá rồi lây từ máy này sang máy khác. Bật tắt cập nhật bản vá, phần mềm diệt virus, tường lửa, tập huấn người dùng và sao lưu để xem số máy nhiễm và dữ liệu mất theo từng ngày, thử kịch bản mã độc tống tiền (ransomware) và so sánh các chiến lược phòng vệ.

Cây thư mục bấm để mở/đóng và chọn như trong File Explorer. Học sinh chọn một tệp rồi đọc đường dẫn tuyệt đối (tính từ ổ đĩa) và đường dẫn tương đối (tính từ thư mục hiện hành, có “..” để lùi một cấp), tạo tệp mới, di chuyển tệp sang thư mục khác và gõ tên để tìm tệp trong toàn bộ cây. Mục tiêu là thấy rõ cấu trúc phân cấp của hệ thống tệp.

Dữ liệu huấn luyện gồm hai lớp điểm trên mặt phẳng hai đặc trưng. Học sinh kéo điểm mới (ngôi sao) đến vị trí bất kì: máy tính tìm k điểm gần nhất, đếm phiếu của từng lớp và gán nhãn cho điểm mới; vùng màu nền cho thấy ranh giới quyết định của mô hình. Thêm điểm huấn luyện bằng cách bấm, đổi k để thấy mô hình nhạy hay mượt hơn.

Bảng số liệu sửa được ngay trên trang: gõ lại một số thì biểu đồ bên cạnh vẽ lại lập tức. Học sinh chọn loại biểu đồ cột, đoạn thẳng hay hình quạt để thấy mỗi loại hợp với mục đích nào, bấm tiêu đề cột để sắp xếp tăng hay giảm, đặt ngưỡng lọc để bỏ bớt dòng nhỏ, và bấm vào một cột trong biểu đồ để làm nổi dòng tương ứng trong bảng.

Sơ đồ khối một máy tính gồm thiết bị vào, CPU (bộ điều khiển và bộ số học – lôgic), bộ nhớ trong RAM, bộ nhớ ngoài và thiết bị ra. Bấm vào từng khối để xem chức năng và ví dụ thiết bị. Chọn một việc quen thuộc (mở tệp, tính toán, lưu tệp, in) rồi bấm Chạy để xem dữ liệu chạy từng bước qua các khối, kèm câu mô tả bước đang diễn ra.

Học sinh tự chấm năm năng lực của mình bằng thanh trượt: tư duy lôgic, làm việc với số liệu, giao tiếp và làm việc nhóm, sáng tạo thẩm mĩ, kiên trì xử lí sự cố. Mỗi nhóm nghề tin học có một bộ trọng số riêng, chương trình tính điểm phù hợp bằng tổng trọng số nhân mức năng lực rồi chia cho điểm tối đa, xếp hạng các nghề trên biểu đồ cột. Bấm vào một nghề để xem công việc hằng ngày, kĩ năng cần rèn và môn học liên quan.

Dãy số vẽ thành các cột; chọn thuật toán sắp xếp nổi bọt, sắp xếp chọn hoặc sắp xếp chèn rồi bấm Từng bước hoặc Chạy. Mỗi bước tô màu cặp đang so sánh, cặp đổi chỗ và phần đã sắp xếp, đồng thời đếm số lần so sánh và số lần đổi chỗ; dòng mã giả tương ứng được tô sáng. Học sinh có thể kéo cột để đổi giá trị trước khi chạy và so sánh chi phí giữa các thuật toán.

Bốn thế hệ máy tính được đặt trên cùng một trục thời gian 1945–2025 với máy tiêu biểu của từng thế hệ: ENIAC, IBM 1401, IBM System/360 và máy tính cá nhân hiện nay. Học sinh chọn chỉ tiêu so sánh (tốc độ tính toán, số linh kiện chuyển mạch, khối lượng, công suất) và biểu đồ vẽ lại theo thang lôgarit vì các giá trị chênh nhau hàng tỉ lần. Kéo thanh năm và chu kì gấp đôi để xem định luật Moore dự đoán số transistor trên một vi mạch, rồi so với các vi xử lí có thật từ Intel 4004 đến Apple M1.

Một dòng thời gian dựng phim với nhiều cảnh: học sinh bấm chọn cảnh, kéo mép phải để cắt ngắn, cắt đôi, xoá, đổi thứ tự và chèn hiệu ứng chuyển cảnh, rồi bấm Phát để đầu đọc chạy qua các cảnh. Tổng thời lượng, dung lượng tệp và thời gian kết xuất được tính lại theo công thức dung lượng bằng tốc độ bit nhân thời lượng chia 8, với tốc độ bit lấy theo độ phân giải thực tế của video H.264.

Một bản tin hiện trên màn hình như trên mạng xã hội. Học sinh bấm lần lượt các bước kiểm chứng (nguồn đăng, ngày đăng, tác giả, ảnh minh hoạ, số liệu – trích dẫn, đối chiếu nguồn khác); mỗi bước cho biết phát hiện được gì và cộng hoặc trừ điểm tin cậy, cuối cùng ra kết luận tin thật hay tin giả. Bên cạnh là mô phỏng lan truyền: bấm Chia sẻ để thấy một tin sai lan tới bao nhiêu người chỉ sau vài lượt chia sẻ.

Một ứng dụng xin các quyền quen thuộc: vị trí, danh bạ, thư viện ảnh, micrô, lịch sử duyệt web, danh sách ứng dụng đã cài. Học sinh bật hoặc tắt từng quyền và kéo số ngày sử dụng, chương trình tính số điểm dữ liệu thu được theo tần suất lấy mẫu thật (vị trí nền lấy 96 lần mỗi ngày, tức 15 phút một lần) rồi vẽ vết di chuyển trên bản đồ và điền dần hồ sơ cá nhân mà bên thu thập suy ra được. Thanh trượt chia sẻ với bên thứ ba cho thấy dữ liệu đi tiếp tới bao nhiêu công ty khác.

Bốn loại dữ liệu quen thuộc được đưa hết về dãy bit. Gõ một số nguyên để xem dạng nhị phân và số byte cần dùng; gõ một dòng chữ để xem mã của từng kí tự; kéo thanh độ sâu màu và độ phân giải để thấy ảnh xấu dần nhưng tệp nhẹ đi; kéo tần số lấy mẫu và độ sâu bit để thấy sóng âm bị bẻ thành các bậc thang. Mỗi chế độ đều hiện công thức tính dung lượng đang dùng.

Gõ một tên miền, máy chủ DNS tra bảng và trả về địa chỉ IP tương ứng. Sau đó chương trình lấy địa chỉ IP của máy em AND với mặt nạ mạng để tính địa chỉ mạng, làm tương tự với máy đích rồi so sánh: cùng địa chỉ mạng thì hai máy nói chuyện trực tiếp, khác thì gói tin phải đi qua bộ định tuyến qua nhiều chặng. Có thể xem toàn bộ phép AND ở dạng nhị phân và xem gói tin chạy trên sơ đồ.

Cùng một hình vẽ được dựng hai cách: ảnh vector lưu công thức của từng hình nên vẽ lại ở mọi độ phóng đều nét, ảnh bitmap lưu lưới điểm ảnh nên phóng to là thấy răng cưa từng ô vuông. Học sinh kéo thanh phóng, kéo chuột để di chuyển khung nhìn, đổi độ phân giải lưới và số hình. Dung lượng được tính ngay: bitmap bằng rộng nhân cao nhân độ sâu màu chia 8, còn vector chỉ phụ thuộc số hình chứ không phụ thuộc độ phóng.

Năm nhóm nghề công nghệ thông tin được mô hình hoá bằng hai đường: nhu cầu tuyển mới mỗi năm tăng theo cấp số nhân với tốc độ riêng của nhóm, còn nguồn cung là số người tốt nghiệp nhân với tỉ lệ đáp ứng được yêu cầu doanh nghiệp ngay. Kéo thanh năm, tốc độ tăng nhu cầu và tỉ lệ đáp ứng để thấy khoảng thiếu hụt rộng ra hay hẹp lại, và mức lương tham khảo thay đổi theo áp lực thiếu người. Bấm vào một nhóm nghề để xem kĩ năng tuyển dụng đòi hỏi.

Một bộ phân lớp đơn giản học từ các mẫu có nhãn: máy tính điểm trung tâm của mỗi lớp rồi lấy đường trung trực của hai điểm đó làm ranh giới quyết định. Học sinh kéo số mẫu huấn luyện, mức nhiễu nhãn và mức lệch của dữ liệu, chương trình huấn luyện lại và đo độ chính xác trên 400 mẫu kiểm tra cố định. Khi dữ liệu huấn luyện chỉ lấy từ một nhóm, độ chính xác chung vẫn cao nhưng độ chính xác ở nhóm ít dữ liệu tụt hẳn — đó chính là thiên lệch do dữ liệu.