Mô phỏng Tin học Trung học phổ thông

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Nửa trên là dây chuyền dữ liệu lớn: thu thập bản ghi thô, làm sạch (bỏ bản trùng, bản thiếu trường, bản sai định dạng) rồi mới phân tích; học sinh kéo số bản ghi và mức lọc để thấy số bản ghi dùng được và độ tin cậy của kết quả đổi theo. Nửa dưới là hệ đề xuất chạy từng vòng: máy luôn gợi ý chủ đề em hay xem nhất, mức quan tâm tăng lên, độ đa dạng tính bằng entropy tụt dần và bong bóng thông tin hình thành; kéo mức khám phá lên thì bong bóng vỡ ra.

Mỗi tình huống có vài hành vi để chọn; mỗi hành vi có mức độ vi phạm riêng và chương trình cộng thêm điểm theo số người tiếp cận (tính theo lôgarit), theo việc có tái phạm hay không, rồi đối chiếu với tuổi để đưa ra mức xử lí trên thang bốn bậc: nhắc nhở, buộc gỡ bỏ và xin lỗi, xử phạt vi phạm hành chính, truy cứu trách nhiệm hình sự. Kim chỉ trên thang dịch chuyển ngay khi kéo các thanh trượt, kèm tên văn bản pháp luật điều chỉnh hành vi đó.

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.

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.

Dữ liệu hai lớp trên mặt phẳng hai đặc trưng (thời tiết và việc đi chơi, táo hay chanh, kết quả bài kiểm tra). Máy dựng cây quyết định bằng cách chọn ở mỗi nút câu hỏi "đặc trưng ≤ ngưỡng?" làm giảm tạp chất Gini hoặc entropy nhiều nhất, hoặc học sinh tự bấm để cắt vùng và xem trước mức giảm tạp chất. Mặt phẳng được chia thành các hình chữ nhật, cây hiện bên dưới; đổi độ sâu tối đa để so độ chính xác trên dữ liệu huấn luyện và dữ liệu kiểm tra, thấy rõ hiện tượng quá khớp.

Lưới ô vuông có tường, một ô xuất phát và một ô đích. Học sinh chọn thuật toán tìm theo chiều rộng (BFS, dùng hàng đợi), theo chiều sâu (DFS, dùng ngăn xếp) hoặc A*, rồi xem từng bước: ô đang chờ xét được đánh số theo thứ tự sẽ lấy ra, ô đã xét tô màu theo khoảng cách, cuối cùng hiện đường tìm được. Vẽ hoặc xoá tường, kéo điểm xuất phát và đích, tạo mê cung mới và so sánh số ô đã xét, độ dài đường đi của từng thuật toán.

Mỗi giấy phép được mô tả bằng bốn quyền: xem và tải về, chia sẻ nguyên bản, sửa đổi tạo bản mới, dùng vào việc có thu tiền. Học sinh chọn loại nội dung, giấy phép và mục đích sử dụng, chương trình đối chiếu quyền mà mục đích đó đòi hỏi với quyền mà giấy phép cho, rồi kết luận được phép, được phép kèm điều kiện hay không được phép. Hai công tắc ghi nguồn và phát hành lại cùng giấy phép cho thấy điều kiện chưa thoả thì kết luận đổi ngay.

Đồ thị số bước theo kích thước dữ liệu n của các hàm log₂n, n, n·log₂n, n² kèm số phép so sánh đo thực tế của sắp xếp nổi bọt và sắp xếp nhanh. Học sinh kéo con trỏ n trên đồ thị để đọc giá trị, rồi bấm Chạy đua để xem hai thuật toán sắp xếp cùng một dãy với cùng tốc độ bước: sắp xếp nhanh (n log n) về đích trước nổi bọt (n²) và khoảng cách càng lớn khi n tăng.

Hai bảng HOC_SINH và LOP liên kết với nhau bằng khoá ngoài MaLop trỏ tới khoá chính MaLop của bảng LOP. Học sinh dựng truy vấn bằng các ô chọn: lấy bảng nào, có nối hai bảng không, điều kiện lọc là gì, sắp xếp theo cột nào, lấy bao nhiêu dòng. Chương trình sinh ra câu lệnh SQL tương ứng và chạy thật trên dữ liệu, nên đổi điều kiện là thấy bảng kết quả đổi theo; bấm một dòng để thấy dòng nào của bảng kia đã ghép vào.

Mỗi nghề công nghệ thông tin được mô tả bằng danh sách kĩ năng, mỗi kĩ năng cần một số giờ luyện tập nhất định. Học sinh chọn nghề rồi kéo số năm theo đuổi, số giờ học mỗi tuần và bật chế độ làm dự án thật; tổng giờ tích luỹ bằng số năm nhân 52 tuần nhân số giờ mỗi tuần, cộng thêm phần thưởng khi có dự án. Số giờ đó được rót lần lượt vào từng kĩ năng, thanh tiến trình đầy dần và bậc nghề trên trục thời gian dịch chuyển từ mới bắt đầu tới senior.