Lược sử Máy tính điện tử - Khoa học máy tính.

Lược sử của máy tính điện tử là một hành trình ấn tượng qua thời gian, bắt đầu từ những bước đầu tiên vào thế kỷ 20 và tiến triển vượt bậc đến ngày nay. Từ sự xuất hiện của các máy tính cơ học ban đầu, như máy tính phân tích Harvard Mark I của Howard Aiken vào năm 1944, đến sự ra đời của máy tính transistor và máy tính cá nhân vào những năm 1960 và 1970, cuộc cách mạng này đã thay đổi cách chúng ta làm việc, học tập và giao tiếp.

Lược sử Máy tính điện tử - Khoa học máy tính.

Mục Lục

Bài viết trước đã đưa chúng ta đến đầu thế kỷ 20, thời điểm mà các thiết bị tính toán với mục đích đặc biệt như Tabulating Machinem, đã mang đến lợi ích to lớn cho chính phủ và doanh nghiệp. Tabulating Machine đã hỗ trợ và đôi khi thay thế những việc làm bằng tay lặp đi lặp lại. Nhưng quy mô của loài người vẫn tiếp tục gia tăng với tốc độ chưa từng thấy. Nửa đầu của thế kỷ 20 đã chứng kiến dân số thế giới tăng gần gấp đôi. Chiến tranh Thế giới thứ nhất đã huy động 70 triệu người và Chiến tranh Thế giới thứ hai huy động hơn 100 triệu người.

Tham khảo bài viết: Sự khởi đầu của kỷ nguyên số | Khoa học máy tính là gì?

Bùng nổ khoa học kỹ thuật giữa thế kỷ 20

Mạng lưới thương mại và vận chuyển toàn cầu đã liên kết với nhau hơn bao giờ hết. Nỗ lực phát triển về kỹ thuật và khoa học của chúng ta đã đạt đến những đỉnh cao mới, chúng ta thậm chí đã bắt đầu xem xét nghiêm túc đến việc viếng thăm các hành tinh khác. Chính sự bùng nổ của quy mô, sự phức tạp, và nhu cầu cao về dữ liệu, đã thúc đẩy sự gia tăng nhu cầu cho tự động hóa và tính toán.

máy tính điện tử Harvard Mark I

Chẳng bao lâu sau đó, các máy tính cơ điện có kích thước bằng một cabin, đã phát triển thành những cỗ máy khổng lồ như một căn phòng. Những gã khổng lồ này, vừa tốn kém để duy trì hoạt động và vừa dễ bị lỗi. Nhưng nó chính là những chiếc máy sẽ thiết lập nền tảng cho sự đổi mới trong tương lai. Một trong những máy tính cơ điện lớn nhất đã được xây dựng là Harvard Mark I, được hoàn thành vào năm 1944 bởi IBM cho phe Đồng minh trong Thế chiến thứ 2. Nó đã chứa 765.000 linh kiện, ba triệu kết nối, và hơn 800 km dây dẫn. Để đồng bộ hóa hệ thống cơ học bên trong, nó sử dụng một trục 15 mét chạy xuyên qua máy được điều khiển bởi một động cơ năm mã lực.

Công tắc đổi mạch Rơ le là gì?

Một trong những ứng dụng sớm nhất của công nghệ này là chạy mô phỏng cho dự án Manhattan. Bộ não của những cỗ máy cơ điện tử khổng lồ này chỉ đơn giản là những Rơle. Rơle chỉ là công tắc cơ được điều khiển bằng điện. Trong mỗi Rơle có một cuộn dây điều khiển cho rơle mở hoặc đóng. Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, trường điện từ được tạo ra. Trường điện từ này tác động lên thanh kim loại bên trong rơle và khiến cho nó đóng lại. Bạn có thể liên tưởng rơle hoạt động giống như một cái van nước. Khi rơle đóng, sẽ có dòng điện chạy qua công tắc bên trong rơle. Tương tự như khi van nước được Mở thì sẽ có nước chảy ra. Ngược lại, khi Rơle hở, thì không có dòng điện chạy qua công tắc.

Công tắc đổi mạch relay rơ le

Tương tự như khi van nước đóng lại thì sẽ không có nước chảy ra. Mạch điện điều khiển có thể được kết nối với các mạch điều khiển khác, hoặc được kết nối với một thiết bị điện nào đó chẳng hạn như một động cơ dùng để tăng số lượng đếm bằng các bánh răng, giống như trong máy tabulating machine của Hollerith mà chúng ta đã nói đến ở tập phim trước. Thật không may, công tắc cơ khí bên trong rơle, khá cồng kềnh. Vì vậy, nó không thể di chuyển nhanh để chuyển đổi qua lại giữa hai trạng thái mở và đóng.

Một rơle tốt trong những năm 1940, có thể bật và tắt năm mươi lần trong một giây. Điều đó nghe có vẻ khá nhanh
nhưng thực chất là không đủ nhanh để có thể trở nên hữu ích trong việc giải quyết các vấn đề lớn và phức tạp. Harvard Mark I có thể làm 3 phép cộng hoặc phép trừ mỗi giây, phép nhân thì mất 6 giây, và phép chia thì mất 15 giây. Còn đối với các hoạt động phức tạp hơn, như hàm lượng giác thì có thể mất hơn một phút. Ngoài tốc độ đóng / mở chậm, một hạn chế nữa đối với rơle, đó là sự hao mòn. Bất cứ chuyển động cơ học nào cũng sẽ bị hao mòn theo thời gian. Khi đó, một vài rơle sẽ bị hỏng hoàn toàn, một vài rơle khác có thể bắt đầu bị dính, chậm, và không còn đáng tin cậy.

Khi số lượng rơle tăng, xác suất hư hỏng của cả cỗ máy cũng tăng theo. Harvard Mark I có khoảng 3.500 rơle. Ngay cả khi bạn cho rằng một rơle có một thể hoạt động tốt trong 10 năm, điều này có nghĩa là bạn phải thay thế trung bình một rơle bị hư hỏng mỗi ngày. Đó là một vấn đề lớn khi cỗ máy này đang chạy để xử lý một vấn đề quan trọng, một phép tính mất nhiều ngày. Và đó chưa phải là tất cả những thứ rắc rối mà các kỹ sư phải chiến đấu với. Những cỗ máy khổng lồ, u tối và ấm nóng này cũng rất thu hút côn trùng. Tháng 9 năm 1947, các nhà vận hành trên Harvard Mark II đã bắt được một con bướm chết từ một rơ le hỏng hóc.

Lược sử của "Bug" Vai trò và tầm ảnh hưởng của "Bug" đối với thế giới lập trình.

Grace Hopper, người chúng ta sẽ nói chuyện nhiều hơn trong bài viết sau, đã ghi chú. Từ đó trở đi, khi bất cứ điều gì đã xảy ra với máy tính, chúng ta nói rằng nó có “bug” trong đó. “Bug” có nghĩa là con bọ. Bug là thuật ngữ được dùng rất nhiều trong khoa học máy tính. Và đó cũng là lúc thuật ngữ “computer bug” ra đời. Rõ ràng là để khoa học máy tính có thể tiến xa hơn, chúng ta cần phải có giải pháp cho vấn đề này. Nhu cầu về 1 thứ gì đó đáng tin cậy hơn để thay thế cho rơle điện cơ là điều đã làm đau đầu các nhà khoa học vào thời điểm đó.

Bug máy tính

May mắn thay, giải pháp thay thế đã tồn tại!. Năm 1904, nhà vật lý người Anh, John Ambrose Fleming đã phát minh một linh kiện điện mới được gọi là van nhiệt điện. Van này có hai điện cực bên trong một cái bóng đèn thủy tinh được hút chân không. Và đây cũng là ống chân không đầu tiên trong lịch sử. Van nhiệt điện có 2 điện cực chính là Cathode và Anode. Khi có một dòng điện chạy qua Cathode, nó sẽ nóng lên và bắt đầu giải phóng electron. Quá trình này được gọi là phát xạ nhiệt.

Cathode, Anode và Grid

Vì trong bóng đèn là môi trường chân không nên các electron này sẽ gặp rất ít sự cản trở khi di chuyển. Vì vậy, nó sẽ bị hút về phía Anode đã được tích điện dương. Khi đó, mạch điện được xem như là đã khép kín nên sẽ có dòng điện chạy qua. Hoạt động của van nhiệt điện cũng tương tự như hoạt động của linh kiện điện tử có tên là Diode. Nó cũng chỉ cho dòng điện chạy qua theo 1 chiều cố định. Vấn đề hóc búa mà các nhà khoa học phải đối mặt tại thời điểm đó là làm sao để có thể điều khiển tắt hoặc mở dòng điện chạy qua van nhiệt điện. Thử thách này chỉ được giải quyết sau 2 năm.

Cathode, Anode và Grid

Vào năm 1906, nhà phát minh người Mỹ, Lee de Forest đã thêm một điện cực "điều khiển" thứ ba có tên là Grid, nằm giữa hai điện cực trong thiết kế của Fleming. Bằng cách cung cấp điện tích dương cho Grid, nó sẽ cho phép dòng chảy của các electron đi qua. Nhưng nếu Grid được cung cấp điện tích âm, nó sẽ ngăn chặn dòng chảy của các electron. Vì vậy, bằng cách điều khiển điện áp tại Grid, các nhà khoa học đã có thể mở hoặc tắt mạch điện
Nó hoạt động khá giống như một rơ le nhưng điều quan trọng là ống chân không, không có bất kỳ bộ phận cơ khí nào chuyển động. Điều này có nghĩa là nó sẽ có ít bị hao mòn và quan trọng hơn cả là nó có thể chuyển đổi trạng thái tắt hoặc mở hàng ngàn lần mỗi giây.

Những ống chân không ba cực này đã trở thành nền tảng của đài phát thanh, điện thoại đường dài, và nhiều thiết bị điện tử khác cho gần một nửa thế kỷ. Tuy nhiên, ống chân không không hoàn hảo chúng khá cồng kềnh, mỏng manh dễ vỡ, và có thể cháy sáng như bóng đèn. Nó là một cải tiến lớn từ rơle cơ học. Lúc mới xuất hiện, ống chân không rất đắt tiền, một bộ radio thường chỉ được sử dụng một cái ống chân không thôi. Nhưng một cái máy tính có thể cần tới hàng trăm hoặc hàng ngàn công tắc điện. Phải chờ đến những năm 1940, chi phí và độ tin cậy của chúng mới được cải thiện đến mức để chúng trở nên khả thi khi được sử dụng vào trong máy vi tính, ít nhất là được sử dụng bởi những người có nhiều tiền, như các chính phủ.

Lược sử máy tính điện tử.

Thập kỷ 1980 đánh dấu sự bùng nổ của máy tính cá nhân, với sự xuất hiện của máy tính Apple Macintosh và IBM Personal Computer, mở ra cánh cửa cho sự phổ biến hóa của công nghệ thông tin. Đến thập kỷ 1990, Internet đã trở thành một phần không thể thiếu của cuộc sống hàng ngày, thúc đẩy sự kết nối toàn cầu và sự phát triển của thương mại điện tử.

Từ đó, sự tiến bộ trong lĩnh vực chip vi xử lý, hệ điều hành và phần mềm đã làm cho máy tính trở nên nhỏ gọn, mạnh mẽ và thông minh hơn. Cùng với sự phát triển của trí tuệ nhân tạo và học máy, máy tính điện tử đã và đang thay đổi cách chúng ta làm việc, giải quyết các vấn đề phức tạp và tạo ra một tương lai kỳ diệu cho cuộc sống.

Máy tính điện tử quy mô lớn đầu tiên Collosus Mk1

Thời khắc này đã đánh dấu sự chuyển đổi từ tính toán cơ điện sang điện toán điện tử. Ứng dụng quy mô lớn đầu tiên của các ống chân không cho máy tính là Colossus Mark 1, được thiết kế bởi kỹ sư Tommy Flowers và hoàn thành trong Tháng 12 năm 1943. Colossus Mk 1 đã được cài đặt tại Công viên Bletchley, ở Anh và đã giúp giải mã thông tin liên lạc của Đức quốc xã. Colossus Mk 1 chứa 1.600 ống chân không và tổng cộng đã có mười cái Colossus Mk 1 được xây dựng để phục vụ cho công việc giải mã.

Colossus Mk 1 được coi là máy tính điện tử đầu tiên có thể lập trình được. Tuy nhiên, việc lập trình khi đó đã được thực hiện bằng cách cắm hàng trăm sợi dây điện vào bảng điều khiển, để thiết lập cho máy tính thực hiện các hoạt động mong muốn. Vì vậy, mặc dù được ghi nhận là có thể "lập trình được", nhưng nó vẫn cần được thiết lập cấu hình về phần cứng để có thể thực hiện được một tính toán cụ thể. Nhưng cũng không phải chờ quá lâu, chỉ vài năm sau đó, vào năm 1946, tại trường đại học của Pennsylvania.

Máy tính điện tử quy mô lớn đầu tiên Collosus Mk1

Máy tính đa chức năng đầu tiên ENIAC

ENIAC, được thiết kế bởi John Mauchly và J. Presper Eckert, đã được hoàn tất. Đây là cái máy tính đa chức năng có thể lập trình được theo đúng nghĩa đen đầu tiên trên thế giới. ENIAC có thể thực hiện 5.000 phép cộng hoặc phép trừ mười chữ số nhanh hơn rất, rất nhiều bất kỳ chiếc máy nào đã có trước đó. Nó đã được hoạt động trong mười năm và được ước tính là đã tính toán số học nhiều hơn toàn bộ những gì loài người đã từng làm đến điểm đó.

Nhưng cũng tại thời điểm đó, nhiều ống chân không bị hư hỏng là chuyện bình thường. ENIAC nói chung chỉ hoạt động được khoảng nửa ngày cho mỗi lần trước khi lại bị sự cố. Chính vì vậy, máy tính dựa trên các ống chân không cũng đã không xưng hùng xưng bá được quá lâu. Vào những năm 1950, nó đã đạt đến giới hạn của công nghệ này.

Máy tính đa chức năng đầu tiên ENIAC

Máy tính AN/FSQ-7

Trong bài viết sau, chúng ta sẽ nói thêm một chút về Máy tính AN/FSQ-7 của Không lực Hoa Kỳ, đã được hoàn thành vào năm 1955, và là một phần của Hệ thống máy tính phòng không "SAGE". Quay trở lại với công nghệ ống chân không, cùng với những nút thắt cần phải được tháo gỡ để có thể nâng cấp cho máy tính vào thời gian đó
để giảm chi phí và kích cỡ, cũng như cải thiện về độ tin cậy và tốc độ, một công tắc điện tử mới cấp tiến hơn là thực sự cần thiết.

Máy tính AN/FSQ-7

Sự ra đời của Transistor một phát minh lớn của nhân loại trong thế kỷ XX

Năm 1947, các nhà khoa học gồm John Bardeen, Walter Brattain và William Shockley của phòng thí nghiệm Bell
đã phát minh ra transistor, và cùng với nó, một kỷ nguyên mới của máy tính đã được sinh ra. Những lý thuyết về vật lý liên quan tới Transistor khá phức tạp. Nó dựa vào cơ học lượng tử. Vì vậy chúng ta sẽ chỉ đề cập đến những điều cơ bản trong bài viết này.

linh kiện máy tính điện tử transistor

Tham khảo bài viết: Transistor hoạt động như thế nào: .......

Một Transistor có chức năng giống như ống chân không đã được trình bày ở phía trên. Nó cũng là một công tắc có thể được mở hoặc tắt bằng cách cung cấp điện áp phù hợp cho cực điều khiển. Thông thường, Transistor có hai điện cực được phân cách bởi một loại vật liệu mà vừa có thể dẫn điện và lại vừa có thể cách điện. Đó là vật liệu bán dẫn. Trong trường hợp này, dây điều khiển được gắn vào điện cực “Gate". Bằng cách thay đổi điện áp đặt vào "Gate", các nhà khoa học có thể cho phép hoặc ngăn chặn dòng điện chạy qua 2 điện cực còn lại của Transistor.

Điều này cũng tương tự như ví dụ về cái van nước đã được trình bày ở phần trên. Một ưu điểm đáng chú ý nhất đối với Transistor phiên bản đầu tiên đó là nó có thể chuyển đổi giữa trạng thái bật và tắt 10.000 lần mỗi giây. Điều này đã cho thấy linh kiện điện tử này có một tiềm năng rất lớn. Hơn nữa, không giống như các ống chân không cồng kềnh được làm bằng thủy tinh và những thành phần mỏng manh dễ vỡ.

Transistor được làm từ vật liệu cứng và có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với rơle và ống chân không. Điều này đã dẫn đến các máy tính có thể được làm nhỏ hơn và rẻ hơn đáng kể, chẳng hạn như mẫu IBM 608, được phát hành vào năm 1957. Đây là cái máy tính đầu tiên được điều khiển hoàn toàn bằng transistor và được bán rộng rãi trên thị trường. Nó chứa 3.000 Transistor và có thể thực hiện 4.500 phép cộng hoặc khoảng 80 phép nhân hoặc chia, mỗi giây. IBM đã sớm chuyển đổi tất cả các sản phẩm dùng để tính toán của mình qua sử dụng Transistor và đưa máy tính dựa trên Transistor vào những văn phòng, và thậm chí, là các hộ gia đình.

Ngày nay, máy tính sử dụng Transistor có kích thước nhỏ hơn 50 nanomet. Để bạn có thể hình dung rõ hơn, một tờ giấy dày khoảng 100.000 nanomet. Transistor không chỉ nhỏ một cách khó tin, mà còn cực kỳ nhanh. Chúng có thể chuyển đổi trạng thái tắt hoặc mở hàng triệu lần mỗi giây, và có thể hoạt động trong nhiều thập kỷ. Có rất nhiều sự nghiên cứu và phát triển về chất bán dẫn và Transistor đã và đang diễn ra ở Thung lũng Santa Clara, nằm giữa San Francisco và San Jose, California.

Vật liệu phổ biến nhất được sử dụng để tạo ra chất bán dẫn là silic. Đó là lý do tại sao người ta còn gọi khu vực này thung lũng Silicon. Như vậy, chúng ta đã đi từ rơle sang ống chân không, rồi đến transistor. Chúng ta có thể điều khiển tắt và mở điện một cách rất, rất nhanh. Câu hỏi được đặt ra lúc này là, làm thế nào mà transistor có thể thực sự tính toán một thứ gì đó trong khi chúng ta không có động cơ và bánh răng?. Đó là những gì chúng ta sẽ đề cập đến trong những bìa viết tiếp theo, và vẫn chưa bao giờ được xây dựng một cách đầy đủ. Tuy nhiên, ý tưởng về một "máy tính tự động", thứ mà có thể tự hướng dẫn chính nó thông qua một chuỗi các hoạt động tự động là một bước tiến lớn, và cũng là một dự báo trước cho các chương trình máy tính sau này.

Tham khảo:

  1. Transistor – Wikipedia tiếng Việt
  2. Đèn điện tử chân không – Wikipedia tiếng Việt
  3. Relay – Wikipedia tiếng Việt

Bài viết nổi bật

Backlink là gì? Khái niệm về Backlink và 11 yếu tố quan trọng để lựa chọn những liên kết chất lượng nhất.

Backlink là gì? Khái niệm về Backlink và 11 yếu tố quan trọng để lựa chọn những liên kết chất lượng nhất.

Backlink là gì? - những link quan trọng để kết nối trang web và tạo sự uy tín. Tìm hiểu cách backlink ảnh hưởng đến SEO và thăng hạng trang web trong kết quả tìm kiếm. Đọc ngay để nắm bắt cách tối ưu hóa chiến lược liên kết của bạn.

Search volume: Tìm hiểu về từ khóa và khối lượng tìm kiếm

Search volume: Tìm hiểu về từ khóa và khối lượng tìm kiếm

Search volume giúp tìm hiểu về từ khóa và khối lượng tìm kiếm. Xác định từ khóa phù hợp và tối ưu hóa nội dung dựa trên khối lượng tìm kiếm để cải thiện SEO và đáp ứng nhu cầu người dùng.

Công Cụ AI Viết Content: Tính Năng và Ưu Điểm | Đánh Giá Chi Tiết [SEO]

Công Cụ AI Viết Content: Tính Năng và Ưu Điểm | Đánh Giá Chi Tiết [SEO]

Công cụ AI viết content giúp tạo nội dung tự động, gợi ý từ khóa và tối ưu SEO. Tiết kiệm thời gian, tạo nội dung chất lượng và tăng khả năng tiếp cận khách hàng.

Sự khởi đầu của kỷ nguyên số | Khoa học máy tính là gì?

Sự khởi đầu của kỷ nguyên số | Khoa học máy tính là gì?

Khám phá thế giới kỳ diệu của khoa học máy tính - lĩnh vực đang dẫn đầu trong cuộc cách mạng công nghệ. Từ trí tuệ nhân tạo đến phân tích dữ liệu, từ lập trình đến an toàn mạng, khoa học máy tính là hành trình vượt qua giới hạn tư duy để tạo nên tương lai số hóa. Hãy cùng chúng tôi khám phá vô số khả năng và cơ hội mà khoa học máy tính mang lại, và sẵn sàng để đánh bại thách thức của thế kỷ 21!

Cách tạo liên kết chất lượng từ blog comment một cách chi tiết

Cách tạo liên kết chất lượng từ blog comment một cách chi tiết

Xây dựng Backlink chất lượng từ việc bình luận trên blog comment không phải là điều mọi người đều nắm rõ. Qua bài viết này, tôi sẽ hướng dẫn bạn từng bước một một cách cụ thể!

Bài viết mới nhất

Cách viết content thu hút đọc giả cho người mới bắt đầu: Bí quyết tạo nội dung hấp dẫn cho website

Cách viết content thu hút đọc giả cho người mới bắt đầu: Bí quyết tạo nội dung hấp dẫn cho website

Bí quyết tạo nội dung hấp dẫn cho website giúp thu hút đọc giả mới bắt đầu. Học cách viết content SEO để tăng tương tác và tối ưu hóa trang web.

Google - Công cụ tìm kiếm hàng đầu và công ty công nghệ hàng đầu thế giới

Google - Công cụ tìm kiếm hàng đầu và công ty công nghệ hàng đầu thế giới

Google là công cụ tìm kiếm hàng đầu và công ty công nghệ hàng đầu thế giới. Khám phá internet nhanh chóng với Google - công cụ đáng tin cậy và tiện ích cho từ khoá Google.

Microsoft – Công ty công nghệ đa quốc gia hàng đầu thế giới

Microsoft – Công ty công nghệ đa quốc gia hàng đầu thế giới

Microsoft là công ty công nghệ đa quốc gia hàng đầu thế giới, với sự phát triển đa dạng trong các lĩnh vực như phần mềm, phần cứng và dịch vụ. Explore những giải pháp công nghệ tiên tiến từ Microsoft để đạt được mục tiêu kinh doanh của bạn.

Open AI: Đánh giá, ứng dụng và tiềm năng của công nghệ trí tuệ nhân tạo tiên tiến

Open AI: Đánh giá, ứng dụng và tiềm năng của công nghệ trí tuệ nhân tạo tiên tiến

Open AI đã có một bước tiến đáng kể trong trí tuệ nhân tạo, với đánh giá tích cực và ứng dụng rộng rãi. Điều này đem lại tiềm năng lớn cho các lĩnh vực khác nhau và tạo ra những đột phá mới.

Chat Bot AI: Công nghệ trí tuệ nhân tạo đột phá trong cuộc trò chuyện

Chat Bot AI: Công nghệ trí tuệ nhân tạo đột phá trong cuộc trò chuyện

Chat Bot AI - công nghệ trí tuệ nhân tạo đột phá trong cuộc trò chuyện. Mang đến trải nghiệm tương tác thông minh và tự động hóa, giúp giảm thời gian giao tiếp và nâng cao hiệu suất làm việc.

Chia sẻ