Nó cũng đã làm giảm sự cần thiếtcủa con người để thực hiện một số tác vụ thủ công tẻ nhạt hoặc nguy hiểm hơn, vìnhiều tác vụ trong số này hiện có thể được máy tính tự động hóa.. Chúng đắ
Thời kì sơ khai: Máy tính cơ học (công nghệ thẻ đục lỗ)
Từ năm 1725, Basile Bouchon đã sáng chế ra một cuộn giấy đục lỗ trong máy dệt, cho phép tạo ra những kiểu mẫu vải có thể tái sử dụng Năm 1726, đồng nghiệp của ông, Jean-Baptiste Falcon, đã cải tiến thiết kế bằng cách sử dụng các thẻ giấy đục lỗ liên kết với nhau, giúp việc tra lắp và thay đổi chương trình trở nên dễ dàng hơn Máy dệt Bouchon-Falcon là một thiết bị bán tự động, yêu cầu người sử dụng nhập chương trình vào máy.
Vào năm 1801, Joseph-Marie Jacquard đã phát minh ra máy dệt sử dụng thẻ gỗ đục lỗ nhằm tối đa hóa tốc độ và tối ưu nguồn nhân công Máy dệt này cho phép thay đổi một loạt các thẻ mà không cần thay đổi thiết kế cơ khí, đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong khả năng lập trình Ý tưởng này cũng chính là nền tảng cho sự phát triển của chiếc máy tính đầu tiên.
HÌnh 1.1 Chiếc máy dệt tự động của Joseph Marie Jacquard
Năm 1822, Charles Babbage, một nhà toán học người Anh, đã thiết kế chiếc máy tính đầu tiên trên thế giới mang tên Difference Engine, với mục tiêu tạo ra một máy tính lập trình đa mục đích sử dụng thẻ đục lỗ và máy hơi nước Ý tưởng ban đầu của ông là phát triển một thiết bị có khả năng tính toán và in ra bảng logarit với độ chính xác cao Mặc dù dự án được chính phủ Anh tài trợ, nhưng nó không thành công trong suốt cuộc đời của Babbage Tuy nhiên, những bản thiết kế hoàn chỉnh của ông vẫn được bảo tồn cho đến ngày nay.
2002, thế giới mới chế tạo ra được chiếc máy tính dự trên bản thiết kế này với ý nghĩa tưởng nhớ người cha khai sinh của máy tính.
Chiếc máy tính cơ học đầu tiên, mặc dù khác biệt với các máy tính hiện đại, đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong lịch sử phát triển công nghệ máy tính.
Hình 1.2 Difference Engine, bản mô phỏng thiết kế đầu tiên của Babbage tại Bảo tàng khoa học Luân Đôn
Vào năm 1890, Cục điều tra dân số Hoa Kỳ đã áp dụng hệ thống thẻ đục lỗ do Herman Hollerith thiết kế để xử lý dữ liệu từ cuộc điều tra dân số 10 năm một lần, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí cho chính phủ Thành công này đã dẫn đến việc Herman Hollerith thành lập công ty, tiền thân của tập đoàn IBM ngày nay.
Năm 1936, bài báo của Alan Turing đã có ảnh hưởng sâu sắc đến ngành máy tính và khoa học máy tính, với mục tiêu chứng minh rằng tồn tại những vấn đề, được gọi là bài toán dừng, không thể giải quyết bằng bất kỳ quy trình tuần tự nào Để thực hiện điều này, Turing đã đưa ra định nghĩa về một máy tính phổ quát có khả năng xử lý chương trình được lưu trên băng giấy, và cách xây dựng này được biết đến với tên gọi máy Turing.
Alan Turing đã phát triển ý tưởng về cỗ máy vạn năng, được gọi là cỗ máy Turing, có khả năng tính toán mọi thứ có thể tính được Những khái niệm cốt lõi của máy tính hiện đại hiện nay đều dựa trên ý tưởng tiên phong của ông.
Hình 1.3 Nhà toán học Alan Turing
Thế hệ máy tính thứ nhất: Đèn ống chân không (vacuum tubes)
Máy tính Z3
Z3, được thiết kế bởi Konrad Zuse vào năm 1938 và hoàn thành vào năm 1941, là máy tính cơ khí điện tử dựa trên rơ-le đầu tiên trên thế giới Nó không chỉ là máy tính kỹ thuật số đa năng đầu tiên mà còn là máy tính lập trình được, hoạt động hoàn toàn tự động Một trong những thành công lớn của Z3 là việc sử dụng hệ thống số nhị phân, điều này đã trở thành một phần cốt lõi trong thiết kế của mọi máy tính hiện đại Chương trình được nạp vào Z3 thông qua các tấm phim đục lỗ.
Z3 sử dụng hệ thống rơ-le có tốc độ chuyển đổi trạng thái chậm, điều này khiến nó không đủ nhanh để giải quyết các vấn đề phức tạp Hơn nữa, khi số lượng rơ-le gia tăng, xác suất hỏng hóc cũng tăng theo.
Cần thiết phải có giải pháp thay thế nhanh hơn và đáng tin cậy hơn cho rơ-le điện cơ, và các van chân không (vacuum tubes) chính là lựa chọn phù hợp Sự chuyển dịch này đánh dấu bước ngoặt quan trọng từ máy tính cơ điện sang máy tính điện tử.
HÌnh 2.2 Bản sao máy tính Zuse Z3
Máy tính Colossus
Máy tính Colossus Mark 1, được thiết kế và hoàn thành bởi kỹ sư Tommy Flowers vào tháng, là thiết bị đầu tiên sử dụng ống chân không cho các phép tính quy mô lớn.
Vào năm 1943, Colossus được lắp đặt tại Anh để giúp giải mã thông tin liên lạc của Đức Quốc xã Với khoảng 1600 ống chân không, tổng cộng có 10 Colossi được chế tạo để thực hiện nhiệm vụ phá mã Colossus được công nhận là máy tính điện tử lập trình được đầu tiên trên thế giới, với việc lập trình được thực hiện thông qua các công tắc và phích cắm, cho phép thiết lập các thao tác mà không cần sử dụng chương trình lưu trữ.
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)
ENIAC là máy tính điện tử số đa năng đầu tiên trên thế giới, được thiết kế bởi giáo sư John Mauchly và sinh viên John Eckert tại Đại học Pennsylvania Dự án này nhằm xây dựng một máy tính sử dụng đèn ống chân không để đáp ứng nhu cầu tính toán quỹ đạo cho các đơn vị pháo binh trong Thế chiến II.
Máy ENIAC rất to, nặng tới 30 tấn, chiếm hơn 450m2 mặt sàn và chứa hơn
ENIAC, với 18.000 ống chân không, tiêu thụ 140 kW điện khi hoạt động, mang lại tốc độ tính toán vượt trội so với máy tính cơ điện, có khả năng thực hiện 5.000 phép cộng mỗi giây Đặc biệt, ENIAC sử dụng hệ thống số thập phân thay vì nhị phân, cho phép các số được biểu diễn và các phép tính số học được thực hiện trong hệ thập phân.
Bộ nhớ của thiết bị bao gồm 20 bộ tích luỹ, mỗi bộ có khả năng lưu trữ một số thập phân gồm 10 chữ số Mỗi chữ số được thể hiện bằng một vòng 10 đèn ống chân không, trong đó chỉ một đèn ống chân không ở trạng thái ON tại một thời điểm, biểu thị cho một trong 10 chữ số.
Hạn chế lớn nhất của ENIAC là nó phải được lập trình thủ công bằng cách thiết lập các công tắc chuyển mạch và cắm rút dây cáp.
ENIAC, hoàn thành vào cuối năm 1945, đã không kịp phục vụ cho mục đích chiến tranh mà thay vào đó được sử dụng để thực hiện các phép tính phức tạp liên quan đến tính khả thi của bom Hydro, từ đó chứng minh tính đa năng của nó.
Hình 2.5 ENIAC thực hiện phép tính toán quỹ đạo đường đạn với năng lượng
Máy tính Von Neumann
Một trong những hạn chế của ENIAC là việc nhập và thay đổi chương trình phải thực hiện thủ công Nhận thấy những hạn chế này, các nhà phát triển ENIAC đã bắt đầu thiết kế một máy tính có khả năng lưu trữ chương trình, cho phép chương trình và dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ Điều này giúp máy tính có thể đọc lệnh từ bộ nhớ và thay đổi chương trình bằng cách điều chỉnh giá trị trong bộ nhớ Ý tưởng này lần đầu tiên được công bố bởi Von Neumann vào năm 1945 với máy tính EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer).
Hình 2.6 Máy tính EDVAC tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu đạn đạo Quân đội (BRL)
Năm 1946, Von Neumann và các cộng sự bắt đầu thiết kế máy tính IAS tại Viện Nghiên cứu cao cấp Princeton Máy tính này sử dụng chương trình lưu trữ trong bộ nhớ, với khối điều khiển (CU) lấy lệnh và biến đổi dữ liệu, trong khi khối số học và logic (ALU) xử lý dữ liệu nhị phân, từ đó điều khiển các thiết bị vào ra.
Kiến trúc Von Neumann, được minh họa trong Hình 2.7, là nền tảng cho thiết kế của hầu hết các máy tính hiện đại Các máy tính ngày nay thường có cấu trúc và chức năng tương tự như mô hình này, do đó chúng được gọi là máy Von Neumann.
Máy tính thương mại
Những năm 1950 đã chứng kiến sự ra đời của ngành công nghiệp máy tính với hai công ty lớn là Sperry và IBM chiếm lĩnh thị trường
Vào năm 1947, Eckert và Mauchly đã thành lập Công ty Máy tính Eckert-Mauchly với mục tiêu sản xuất máy tính thương mại Sản phẩm thành công đầu tiên của họ là UNIVAC I, và sau đó, công ty trở thành một nhánh UNIVAC thuộc tập đoàn Sperry-Rand.
UNIVAC I là máy tính thương mại thành công được sản xuất hàng loạt đầu tiên, ra đời năm 1951 Nó được dùng cho cả các ứng dụng khoa học và thương mại.
Nó có khả năng thực hiện các phép toán đại số ma trận, xử lý các vấn đề thống kê, quản lý hóa đơn bảo hiểm cho công ty bảo hiểm nhân thọ, cùng với việc giải quyết các vấn đề hậu cần khác.
UNIVAC II ra mắt năm 1958, có dung lượng lưu trữ lớn hơn và hiệu năng cao hơn UNIVAC I và cho thấy một số xu hướng của ngành công nghiệp máy tính:
Thứ nhất, những tiến bộ trong công nghệ cho phép các công ty tiếp tục chế tạo các máy tính lớn hơn, mạnh hơn
Các công ty luôn nỗ lực để đảm bảo máy mới tương thích ngược với các máy cũ, cho phép các chương trình viết cho máy cũ vẫn hoạt động trên máy mới Chiến lược này nhằm duy trì nền tảng khách hàng, khi khách hàng có xu hướng chọn mua máy tính mới từ cùng một công ty để bảo vệ khoản đầu tư vào các chương trình đã có.
Chi nhánh UNIVAC đã phát triển dòng máy tính 1100, với mẫu sản phẩm đầu tiên là UNIVAC 1103, chủ yếu phục vụ cho các ứng dụng khoa học và tính toán phức tạp Các mẫu máy tính sau đó tập trung vào ứng dụng kinh doanh, đặc biệt trong việc xử lý dữ liệu văn bản Tuy nhiên, hiện nay, sự phân biệt chức năng giữa các dòng máy này đã gần như không còn.
Hình 2.8 UNIVAC I Hình 2.9 UNIVAC II tại U.S Navy
Vào năm 1952, IBM đã giới thiệu máy xử lý dữ liệu điện tử IBM 701, đánh dấu bước khởi đầu cho dòng máy 700/7000 thành công và là máy tính trạm đầu tiên của hãng Năm 1954, IBM công bố IBM 704, với bộ nhớ lõi từ, đã trở thành tiêu chuẩn cho các máy tính cỡ lớn Những sản phẩm này đã giúp IBM khẳng định vị thế là nhà sản xuất máy tính hàng đầu.
Hình 2.10 Máy tính UBM 704 tại NACA năm 1957
Thế hệ máy tính thứ hai: Bóng bán dẫn (transistor)
Bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất máy tính điện tử là việc áp dụng bóng bán dẫn transistor thay thế cho đèn ống chân không Transistor có kích thước nhỏ hơn, giá thành rẻ hơn và tỏa nhiệt ít hơn, đồng thời vẫn có thể được sử dụng để chế tạo máy tính giống như đèn ống chân không Trong khi đèn ống chân không yêu cầu nhiều linh kiện như dây dẫn, tấm kim loại, bóng thủy tinh và chân không, transistor là một thiết bị bán dẫn nhỏ gọn, được chế tạo từ silic.
Hình 3.1 Đèn ống chân không Hình 3.2 Transistor
Transistor, được phát minh tại Bell Labs vào năm 1947, đã tạo ra một cuộc cách mạng trong ngành điện tử vào những năm 1950 Đến cuối thập niên 1950, máy tính bán dẫn mới chính thức có mặt trên thị trường, mặc dù IBM không phải là công ty tiên phong trong công nghệ này NCR và RCA đã dẫn đầu với một số mẫu máy tính transistor nhỏ, trong khi IBM theo sau với dòng sản phẩm 7000.
Việc áp dụng transistor đã đánh dấu sự ra đời của thế hệ thứ hai trong lịch sử máy tính Các thế hệ máy tính được phân loại dựa trên công nghệ phần cứng cơ bản, với mỗi thế hệ mới mang lại hiệu suất xử lý cao hơn, dung lượng bộ nhớ lớn hơn và kích thước nhỏ hơn so với các thế hệ trước.
Thế hệ Thời gian Công nghệ
Tốc độ điển hình (hành động trên giây)
3 1965-1971 Mạch tích hợp cỡ nhỏ và vừa 1,000,000
4 1972-1977 Mạch tích hợp cỡ lớn 10,000,000
5 1978-1991 Mạch tích hợp cỡ rất lớn 100,000,000
6 1991 trở đi Mạch tích hợp cỡ cực kỳ lớn 1,000,000,000
Thế hệ thứ hai của máy tính đánh dấu sự phát triển vượt bậc với khối số học và logic phức tạp hơn, cùng với việc sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao Sự ra đời của phần mềm hệ thống đã cung cấp khả năng tải chương trình, di chuyển dữ liệu tới các thiết bị ngoại vi, và cung cấp các thư viện cho các phép tính phổ biến, tương tự như các hệ điều hành hiện đại như Windows và Linux.
Thế hệ thứ hai trong lịch sử máy tính chứng kiến sự ra đời của Tập đoàn Thiết bị Số (DEC), được thành lập vào năm 1957 DEC đã cho ra mắt máy tính đầu tiên, PDP-1, đánh dấu sự khởi đầu của hiện tượng máy tính mini PDP-1 không chỉ nổi bật trong thế hệ thứ hai mà còn trở thành một biểu tượng quan trọng trong thế hệ thứ ba của công nghệ máy tính.
Hình 3.3 Máy tính PDP-1 của DEC
4 Thế hệ máy tính thứ ba: Mạch tích hợp (scale integration)
Một transistor được đóng gói riêng lẻ được gọi là linh kiện rời Trong thập niên 1950 và đầu 1960, linh kiện điện tử chủ yếu được sản xuất dưới dạng linh kiện rời.
Các linh kiện rời được sản xuất và đóng gói riêng biệt, sau đó được hàn hoặc nối dây để tạo thành các bảng mạch điện Những bảng mạch này được lắp đặt vào máy tính, máy hiện sóng oscilloscope, và các thiết bị điện tử khác Toàn bộ quy trình sản xuất, từ transistor đến bảng mạch điện, đòi hỏi chi phí cao và độ phức tạp lớn.
Năm 1958, mạch tích hợp ra đời Mạch tích hợp là linh kiện xác định thế hệ máy tính thứ ba
Trong phần này, chúng ta sẽ khám phá tổng quan về công nghệ mạch tích hợp và sau đó phân tích hai thành viên quan trọng nhất của thế hệ thứ ba, đó là IBM System/360 và DEC PDP-8.
Thế hệ máy tính thứ ba (1946-1957): Mạch tích hợp (scale integration)
Vi điện tử
Vi điện tử, hay còn gọi là "thiết bị điện tử nhỏ", đang trở thành xu hướng chủ đạo trong ngành điện tử số và công nghiệp máy tính Kích thước của các mạch điện tử số ngày càng nhỏ hơn, điều này không chỉ phản ánh sự tiến bộ công nghệ mà còn mang lại nhiều lợi ích cho người tiêu dùng Trước khi phân tích tác động của xu hướng này, chúng ta cần hiểu rõ về bản chất của điện tử số.
Máy tính số thực hiện bốn chức năng cơ bản: lưu trữ, di chuyển, xử lý và điều khiển Để thực hiện những chức năng này, cần hai loại linh kiện chính là cổng logic và phần tử nhớ.
Hình 4.1 Các linh kiện máy tính cơ bản
Cổng logic là linh kiện thực hiện một hàm Boolean đơn giản, chẳng hạn như
Cổng AND là một thành phần logic trong điện tử, hoạt động theo nguyên tắc: nếu A và B đều đúng, thì C sẽ đúng Những linh kiện này được gọi là cổng vì chúng kiểm soát lưu lượng dữ liệu tương tự như cách mà cổng kênh điều phối lưu lượng nước.
Phần tử nhớ là linh kiện có khả năng lưu trữ một bit dữ liệu, cho phép nó ở trong một trong hai trạng thái ổn định bất kỳ lúc nào Bằng cách kết nối nhiều linh kiện cơ bản này, chúng ta có thể xây dựng một chiếc máy tính, liên hệ với bốn chức năng cơ bản của máy tính.
+ Lưu trữ dữ liệu: Thực hiện bởi phần tử nhớ
+ Xử lý dữ liệu: Thực hiện bởi cổng logic.
Di chuyển dữ liệu là quá trình sử dụng đường nối giữa các bộ phận của máy tính để truyền tải thông tin vào và ra khỏi bộ nhớ, cũng như từ bộ nhớ qua cổng logic.
Đường nối giữa các bộ phận của máy tính có khả năng truyền tín hiệu điều khiển, như cổng logic với đầu vào dữ liệu và tín hiệu điều khiển kích hoạt Khi tín hiệu điều khiển được bật (ON), cổng thực hiện chức năng trên đầu vào dữ liệu và tạo ra đầu ra dữ liệu Tương tự, phần tử nhớ lưu trữ bit thông tin khi tín hiệu điều khiển WRITE được bật và xuất bit đã lưu ra đầu ra khi tín hiệu READ được bật.
Máy tính được cấu thành từ các cổng logic, phần tử nhớ và các kết nối giữa các bộ phận, tất cả đều được chế tạo từ linh kiện điện tử số đơn giản như điện trở, transistor và dây dẫn, thường sử dụng chất bán dẫn như silic Việc này cho phép tạo ra một mạch điện hoàn chỉnh trong một miếng silic nhỏ, thay vì phải lắp ráp các linh kiện riêng lẻ Nhiều transistor có thể được sản xuất đồng thời trên một tấm silic, và chúng có thể được kết nối với nhau để hình thành các mạch điện phức tạp.
Hình 4.2 Các khái niệm chính trong mạch tích hợp.
Một tấm khuôn silic mỏng, hay còn gọi là wafer, được chia thành nhiều ô vuông nhỏ, mỗi ô chứa các mẫu mạch giống nhau Sau đó, wafer được cắt thành các chip, mỗi chip bao gồm nhiều cổng logic và phần tử nhớ, cùng với các điểm đầu vào và đầu ra Các chip này được đóng gói kín và gắn chân để lắp vào thiết bị bên ngoài Nhiều chip đã đóng gói có thể kết nối với nhau trên bảng mạch in, tạo ra các mạch điện lớn hơn và phức tạp hơn.
Ban đầu, việc sản xuất và đóng gói các cổng logic và phần tử nhớ chỉ có thể thực hiện trên quy mô nhỏ, được gọi là tích hợp cỡ nhỏ (SSI) Tuy nhiên, số lượng linh kiện trên cùng một chip đã tăng lên đáng kể theo thời gian Sự gia tăng mật độ tích hợp này minh họa cho định luật Moore, do Gordon Moore, đồng sáng lập Intel, đưa ra vào năm 1965, khi ông nhận thấy số lượng transistor trên một chip đã tăng gấp đôi mỗi năm Dự đoán của ông về tốc độ này đã chính xác trong nhiều thập kỷ, mặc dù tốc độ tăng trưởng đã chậm lại vào những năm 1970, với sự gia tăng gấp đôi sau mỗi 18 tháng, và xu hướng này vẫn được duy trì cho đến ngày nay.
Hệ quả của quy luật Moore được đưa ra như sau:
1 Giá của một con chip hầu như không thay đổi trong giai đoạn mật độ tăng trưởng nhanh chóng này Điều này có nghĩa là giá của logic máy tính và mạch nhớ đã giảm rất mạnh
2 Do các bộ phận logic và nhớ được đặt gần nhau hơn trên con chip mật độ cao hơn, chiều dài đường dẫn điện được rút ngắn, tăng tốc độ hoạt động
3 Máy tính trở nên nhỏ gọn hơn và phù hợp để sử dụng ở nhiều môi trường khác nhau
4 Giảm yêu cầu về điện năng tiêu thụ và bộ làm mát.
5 Các kết nối trên mạch tích hợp đáng tin cậy hơn nhiều so với các mối hàn Mạch điện trên mỗi chip càng nhiều, kết nối giữa các con chip càng ít.
IBM System/360
Đến năm 1964, IBM đã chiếm lĩnh thị trường máy tính với dòng máy 7000 và ra mắt sản phẩm System/360, một bước đi táo bạo nhưng không tương thích với các máy trước đó, gây khó khăn cho khách hàng hiện tại Mặc dù vậy, IBM đã quyết định vượt qua những thách thức của kiến trúc 7000 để phát triển một hệ thống tương thích với công nghệ mạch tích hợp mới Chiến lược này đã mang lại thành công cả về tài chính lẫn kỹ thuật, giúp System/360 trở thành sản phẩm thành công nhất thập kỷ, củng cố vị thế dẫn đầu của IBM với hơn 70% thị phần Kiến trúc của System/360, qua một số sửa đổi và mở rộng, vẫn được duy trì cho đến ngày nay trong hệ thống máy mainframe của IBM.
Hình 4.4 IBM System/360 Model 30 central processor unit (CPU)
System/360 là dòng máy tính đầu tiên được lập kế hoạch trong ngành công nghiệp máy tính, bao gồm nhiều mức hiệu năng và chi phí khác nhau Các mẫu máy trong dòng này tương thích với nhau, cho phép chương trình viết cho một mẫu có thể chạy trên mẫu khác với sự khác biệt về thời gian thực hiện Sự ra đời của System/360 không chỉ định hình tương lai của IBM mà còn tạo ra ảnh hưởng lớn đến toàn bộ ngành công nghiệp máy tính, với nhiều tính năng của nó trở thành tiêu chuẩn cho các sản phẩm máy tính lớn khác.
DEC PDP-8
Hình 4.5 Máy tính DEC PDP-8
Năm 1964, cùng thời điểm IBM ra mắt System/360, Digital Equipment Corporation (DEC) giới thiệu máy tính PDP-8, một chiếc minicomputer nhỏ gọn có thể đặt trên bàn hoặc tích hợp vào thiết bị khác Mặc dù PDP-8 không thể thực hiện tất cả chức năng như máy mainframe, nhưng với giá 16.000 USD, nó trở thành lựa chọn hợp lý cho các kỹ thuật viên phòng thí nghiệm, trong khi System/360 có giá lên tới hàng trăm nghìn đô la.
Giá thành hợp lý và kích thước nhỏ gọn của PDP-8 đã tạo cơ hội cho các nhà sản xuất khác tích hợp thiết bị này vào hệ thống tổng thể để bán lại Những nhà sản xuất này được gọi là nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM), và thị trường OEM đã trở thành một phân khúc quan trọng trong ngành công nghiệp máy tính.
PDP-8 đã nhanh chóng trở thành một hiện tượng và mang lại lợi nhuận lớn cho DEC, với khoảng 50.000 máy được bán ra chỉ trong vài năm DEC khẳng định rằng PDP-8 đã "thiết lập khái niệm máy tính mini", mở ra một ngành công nghiệp trị giá nhiều tỷ đô la Sự thành công của PDP-8 đã giúp DEC trở thành nhà cung cấp máy tính mini hàng đầu và duy trì vị trí là nhà sản xuất máy tính số hai, chỉ sau IBM, cho đến khi PDP-8 hết thời.
Kích thước bộ nhớ tối đa (byte) 64K 256K 256K 512K 512K
Tốc độ dữ liệu từ bộ nhớ (Mbyte/s) 0.5 0.8 2.0 8.0 16.0
Chu kỳ xử lý (ps) 1.0 0.625 0.5 0.25 0.2
Số kênh dữ liệu tối đa 3 3 4 6 6
Tốc độ dữ liệu tối đa trên một kênh (Kbyte/s) 250 400 800 1250 1250
Bảng 2 Các đặc điểm chính của họ System/360
Trái ngược với kiến trúc chuyển mạch trung tâm của IBM trên hệ thống 700/7000 và 360, PDP-8 sử dụng kiến trúc bus, được gọi là Omnibus, với 96 đường dẫn tín hiệu riêng biệt cho việc truyền tín hiệu điều khiển, địa chỉ và dữ liệu Kiến trúc này cho phép tất cả các thành phần hệ thống chia sẻ một nhóm đường dẫn tín hiệu chung, giúp CPU kiểm soát việc sử dụng đường dẫn Sự linh hoạt của kiến trúc bus cho phép cắm các mô đun để tạo ra nhiều cấu hình khác nhau.
Giá của bộ xử lý + Bộ nhớ 4K từ 12 bit ($1000)
Tốc độ dữ liệu từ Bộ nhớ (từ/ps)
Thể tích (feet3) Cải tiến
PDP-8 1965 16.2 1.26 8.0 Sản xuất dây chuyền tự động
PDP-8/5 1966 8.79 0.08 3.2 Thực hiện lệnh nối tiếp
PDP-8/1 1968 11.6 1.34 8.0 Mạch tích hợp cỡ vừa
PDP-8/L 1968 7.0 1.26 2.0 Tủ chứa nhỏ hơn
M 1972 3.69 1.52 1.8 Tủ chứa nhỏ bằng nửa 8/E
Bộ nhớ bán dẫn; bộ xử lý dấu chấm động
Bảng 3 Sự phát triển của PDP-8
Thế hệ máy tính thứ tư
Bộ nhớ bán dẫn
Công nghệ mạch tích hợp đã được ứng dụng đầu tiên trong việc phát triển bộ xử lý cho máy tính, bao gồm khối điều khiển và khối xử lý số học và logic từ chip tích hợp Ngoài ra, công nghệ này còn có khả năng xây dựng bộ nhớ cho các thiết bị điện tử.
Trong những năm 1950 và 1960, bộ nhớ máy tính chủ yếu được chế tạo từ các vòng kim loại nhỏ có đường kính khoảng 2 mm, được xâu vào lưới dây trên một tấm màn bên trong máy tính Mỗi vòng kim loại, hay còn gọi là lõi, biểu diễn bit 1 khi từ hóa theo một chiều và bit 0 khi từ hóa theo chiều khác Bộ nhớ lõi từ có tốc độ đọc nhanh, chỉ mất một phần triệu giây để truy xuất một bit, nhưng lại đắt tiền và cồng kềnh Đặc biệt, mỗi lần đọc dữ liệu sẽ làm mất thông tin đã lưu trữ, do đó cần thêm mạch điện để khôi phục dữ liệu ngay khi được truy xuất.
Vào năm 1970, Fairchild đã cho ra mắt bộ nhớ bán dẫn đầu tiên với dung lượng tương đối lớn, chip này có kích thước gần bằng một lõi đơn và khả năng chứa dữ liệu ấn tượng.
Bộ nhớ 256 bit không chỉ nhanh hơn lõi mà còn không làm mất dữ liệu, với thời gian đọc chỉ 1/70 tỷ giây cho mỗi bit Tuy nhiên, chi phí cho mỗi bit của bộ nhớ này cao hơn so với bộ nhớ lõi Đến năm 1974, chi phí cho mỗi bit bộ nhớ bán dẫn đã giảm xuống thấp hơn so với bộ nhớ lõi từ, và giá bộ nhớ tiếp tục giảm mạnh nhờ vào sự gia tăng mật độ bộ nhớ vật lý Điều này đã tạo ra những máy tính nhỏ hơn, nhanh hơn với dung lượng bộ nhớ lớn hơn, mặc dù giá thành cao hơn Sự phát triển của công nghệ bộ nhớ và công nghệ xử lý đã làm thay đổi bản chất của máy tính chỉ trong vòng chưa đầy một thập kỷ.
Kể từ năm 1970, bộ nhớ bán dẫn đã trải qua 13 thế hệ, bao gồm 1K, 4K, 16K, 64K, 256K, 1M, 4M, 16M, 64M, 256M, 1G, 4G và 16GB trên một con chip Mỗi thế hệ mới cung cấp mật độ lưu trữ gấp bốn lần so với thế hệ trước, đồng thời giảm chi phí cho mỗi bit và thời gian truy cập.
Vi xử lý
Mật độ linh kiện trên chip xử lý đang tăng liên tục, tương tự như mật độ linh kiện trên chip nhớ Sự gia tăng này cho phép nhiều linh kiện được tích hợp trên một con chip, giúp giảm số lượng chip cần thiết để xây dựng một bộ xử lý máy tính.
Trước khi có sự ra đời của các bộ vi xử lý hiện đại, CPU được tạo ra từ những mạch tích hợp nhỏ lẻ, mỗi mạch chỉ chứa vài chục transistor Điều này dẫn đến việc một CPU có thể bao gồm hàng ngàn hoặc triệu vi mạch tích hợp Ngày nay, công nghệ tích hợp đã tiến bộ, cho phép một CPU tích hợp trên một hoặc vài vi mạch lớn, mỗi vi mạch chứa hàng ngàn hoặc triệu transistor Nhờ vào sự phát triển này, công suất tiêu thụ và chi phí của bộ vi xử lý đã giảm đáng kể.
Với sự phát triển của công nghệ, vi xử lý đã ra đời và tiến hóa theo thời gian Ba hãng sản xuất chip nổi tiếng là Intel, Texas Instruments (TI) và Garrett AiResearch đã đồng thời giới thiệu ba bộ vi xử lý đầu tiên, bao gồm Intel 4004, TMS 1000 và Central Air Data Computer Đây là những dự án tiên phong trong việc phát triển các bộ vi xử lý hoàn chỉnh.
Năm 1971 đã chứng kiến một bước tiến đột phá, khi Intel phát triển sản phầm
4004 4004 là chip đầu tiên chứa tất cả các thành phần của CPU trên một con chip đơn: Vi xử lý ra đời
Hình 5.1 Intel 4004, vi xử lý 4 bit thương mại đầu tiên năm 1971.
Vi xử lý 4004 có khả năng cộng hai số 4 bit và thực hiện phép nhân thông qua việc lặp lại phép cộng Dù được coi là thô sơ theo tiêu chuẩn hiện đại, 4004 đánh dấu sự khởi đầu quan trọng trong sự phát triển liên tục về khả năng và hiệu suất của vi xử lý.
Sự phát triển của bộ xử lý có thể được đánh giá qua số lượng bit mà nó xử lý cùng lúc, với chiều rộng của bus dữ liệu là tham số quan trọng nhất, cho biết số bit dữ liệu có thể truyền vào hoặc ra khỏi bộ xử lý tại một thời điểm Thêm vào đó, số bit trong thanh ghi tích luỹ và thanh ghi đa năng cũng là yếu tố cần xem xét Mặc dù các tham số này thường trùng nhau, nhưng cũng có trường hợp khác biệt, như một số vi xử lý chỉ có thể đọc và ghi 8 bit mặc dù được thiết kế để xử lý các số 16 bit trong thanh ghi.
Sự ra đời của vi xử lý Intel 8008 vào năm 1972 đánh dấu bước tiến lớn trong sự phát triển của vi xử lý, với thiết kế 8 bit đầu tiên và độ phức tạp gần gấp đôi so với vi xử lý 4004.
Sự kiện quan trọng nhất trong lịch sử vi xử lý là sự ra đời của Intel 8080 vào năm 1974, đánh dấu bước ngoặt với việc ra mắt vi xử lý đa năng đầu tiên Khác với các vi xử lý 4004 và 8008 được thiết kế cho các ứng dụng cụ thể, Intel 8080 được phát triển với mục tiêu trở thành một vi xử lý linh hoạt, có khả năng đáp ứng nhiều nhu cầu khác nhau trong ngành công nghệ.
CPU của máy vi tính đa năng, như 8008, 8080 là vi xử lý 8 bit Tuy nhiên, 8080 vượt trội hơn với tốc độ nhanh hơn, tập lệnh phong phú hơn và khả năng định địa chỉ lớn.
Vào cuối thập kỷ 1970, vi xử lý 16 bit đa năng, như 8086, bắt đầu xuất hiện sau khi được phát triển Năm 1981, Bell Labs và Hewlett-Packard cùng nghiên cứu bộ vi xử lý 32 bit, và Intel đã ra mắt vi xử lý 32 bit 80386 vào năm 1985.
8086 (còn được gọi là iAPX 86) là một chip vi xử lý 16-bit được thiết kế bởi
Vào ngày 8 tháng 6 năm 1978, Intel chính thức phát hành bộ vi xử lý 8086, một vi xử lý 16 bit 8086 sử dụng kiến trúc vi mô tương tự như các bộ vi xử lý 8 bit trước đó của Intel, bao gồm 8008, 8080 và 8085 Điều này cho phép các chương trình ngôn ngữ được viết cho vi xử lý 8 bit có thể chuyển đổi một cách liền mạch sang môi trường 16 bit.
Bộ vi xử lý Intel 8088, hay còn gọi là iAPX 88, là một biến thể của Intel 8086, được giới thiệu vào ngày 1 tháng 6 năm 1979 8088 có bus dữ liệu bên ngoài tám bit, khác với bus 16 bit của 8086, nhưng vẫn giữ nguyên các thanh ghi 16 bit và phạm vi địa chỉ một megabyte Theo tài liệu của Intel, 8086 và 8088 có cùng một đơn vị thực thi (EU), chỉ khác nhau ở đơn vị giao diện bus (BIU) IBM PC ban đầu và các bản sao của nó đều dựa trên bộ vi xử lý 8088.
Intel 80386 (còn có các tên gọi là 80386,
Bộ vi xử lý 80386DX, hay còn gọi là 386DX, là sản phẩm 32-bit của Intel ra mắt năm 1985, được sử dụng trong máy IBM PS/2 và các phiên bản sao của máy IBM PC Đối với lập trình viên, nó được biết đến với kiến trúc i386 hay x86_32, và Intel gọi nó là IA-32 Chip này sở hữu thanh ghi và bus dữ liệu 32-bit, cho phép địa chỉ hóa lên đến 32-bit Tương tự như 80286, 80386DX hoạt động trong hai chế độ: chế độ thực (compatible với MS-DOS) với dung lượng địa chỉ tối đa 1 MB và chế độ bảo toàn (protected mode) với khả năng địa chỉ hóa lên đến 4 GB Ngoài ra, nó còn hỗ trợ chế độ 8086 ảo (virtual 8086 mode), cho phép hệ điều hành chia chip thành nhiều phần tương đương với nhiều bộ vi xử lý.
8086, chúng có riêng 1 MB không gian nhớ và cho phép các 8086 này chạy chương trình riêng của nó.
Tốc độ đồng hồ 108 kHz 108 kHz 2 MHz
5 MHz, 8 MHz Độ rộng bus 4 bit 8 bit 8 bit 16 bit 8 bit
Bộ nhớ 640 byte 16 kB 64 kB 1 MB 1 MB
Bộ vi xử lí những năm 1970
80286 386TM DX 386TM SM 486TM DX CPU
MHz 16 - 33 MHz 16 - 33 MHz 25 - 50 MHz Độ rộng bus 16 bit 32 bit 16 bit 32 bit
Bộ nhớ 16 MB 4 GB 16 MB 4 GB
Bộ nhớ ảo 1 GB 64 TB 64 TB 64 TB
Bộ xử lý những năm 1980
486TM SX Pentium Pentium Pro Pentium II
Tốc độ đồng hồ 16 - 33 MHz 60 - 166
150 - 200 MHz 200 - 300 MHz Độ rộng bus 32 bit 32 bit 64 bit 64 bit
Số transistor 1.185 tỷ 3.1 tỷ 5.5 tỷ 7.5 tỷ
Bộ nhớ 4 GB 4 GB 64 GB 64 GB
Bộ nhớ ảo 64 TB 64 TB 64 TB 64 TB
Cache 8 kB 8 kB 512 kB L1 và
Bộ xử lý những năm 1990
Pentium III Pentium 4 Pentium 2 Duo Pentium EE
Tốc độ đồng hồ 450 - 660 MHz 1.3 - 1.8 GHz 1.06 - 1.2 GHz 3.5 GHz Độ rộng bus 64 bit 64 bit 64 bit 64 bit
Số transistor 9.5 tỷ 42 tỷ 167 tỷ 1170 tỷ
Bộ nhớ 64 GB 64 GB 64 GB 64 GB
Bộ nhớ ảo 64 TB 64 TB 64 TB 64 TB
Cache 512 kB L2 256 kB L2 2 MB L2 1.5 MB L2/
Bộ xử lý hiện tại
Bảng 4 Quá trình phát triển của vi xử lí hiện đại
Home Computer
Altair 8080 là máy tính gia đình thương mại đầu tiên thành công, được phát triển bởi Ed Roberts tại MITS Nó đã xuất hiện trên bìa tạp chí Popular Electronics vào tháng 1 năm 1975 Bộ lắp ráp máy có giá 439 USD và được mua và lắp ráp chủ yếu bởi những người đam mê máy tính Altair 8080 bao gồm bảng điều khiển phía trước, bo mạch CPU với vi xử lý Intel 8080, RAM 256 byte, mặt phẳng lưng 4 khe cắm và nguồn điện 8 amp Đến tháng 1 năm 1975, MITS đã bán được hơn 5.000 máy Altair 8080.
Bill Gates và Paul Allen đã xem tạp chí và bắt đầu viết phần mềm cho máy.
Cuối năm đó, họ đã hợp tác với MITS để thành lập Microsoft, và sản phẩm đầu tiên của công ty là trình thông dịch Altair BASIC.
Máy tính Apple được sáng lập bởi Steve Jobs và Steve Wozniak vào ngày 1 tháng 4 năm 1976 Vào cuối năm đó, máy tính Apple I được giới thiệu với 4 K RAM (có thể mở rộng lên 8 K) và 256 byte ROM, nhắm đến những người đam mê công nghệ Sản phẩm này không đi kèm với vỏ, nguồn điện, bàn phím hay màn hình, mà người dùng phải tự cung cấp.
Máy tính Apple II, ra mắt vào năm 1977, là một bước tiến vượt bậc so với Apple I, nổi bật với thiết kế 8-bit và màn hình màu, trở thành một trong những máy tính gia đình đầu tiên Với ngôn ngữ lập trình BASIC tích hợp và 4 K RAM (có thể mở rộng lên 48 K), Apple II đã tạo điều kiện cho sự phát triển của các ứng dụng như VisiCalc, biến nó thành một công cụ kinh doanh đáng tin cậy Sự thành công của Apple II cùng với các phiên bản kế nhiệm đã khẳng định vị thế của nó trong lịch sử công nghệ.
Commodore PET, hay còn gọi là Bộ chuyển đổi điện tử cá nhân, là máy tính gia đình đầu tiên được Commodore International giới thiệu vào đầu năm 1977 Đây là sản phẩm đầu tiên của Commodore, một công ty trước đó chỉ bán thiết bị điện tử Nhận thấy tương lai của công nghệ nằm ở máy tính, Commodore đã mua lại Mos Technology vào năm 1976 để phát triển một máy tính gia đình MOS đã thiết kế một sản phẩm đơn giản dựa trên bộ vi xử lý 6502 mới, đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong lịch sử máy tính cá nhân.
Commodore PET là một máy tính thành công, nổi bật trong các trường học và được mệnh danh là 'Thú cưng của giáo viên' Với thiết kế máy tính bảng độc đáo trong vỏ kim loại, Commodore PET đã ghi dấu ấn trong giáo dục Tuy nhiên, do hạn chế về khả năng âm thanh và đồ họa, nó không trở thành lựa chọn phổ biến cho gia đình Những vấn đề này đã được cải thiện trong các mô hình sau, như VIC-20, với doanh số bán ra vượt qua 2,5 triệu chiếc.
Bàn phím nhỏ gọn của máy không được ưa chuộng, sử dụng bộ vi xử lý 6502 cùng với RAM 4 K hoặc 8 K Màn hình đơn sắc nhỏ hiển thị đồ họa với độ phân giải 40 x 25.
Bo mạch chính của máy tính có bốn cổng mở rộng, bộ nhớ bổ sung và một cổng song song Commodore 64, ra mắt vào đầu những năm 1980, là một trong những máy tính gia đình phổ biến nhất với doanh số bán hơn 22 triệu chiếc, nổi bật với âm thanh và đồ họa tuyệt vời.
Máy tính cá nhân
IBM đã ra mắt IBM Personal Computer (PC) vào năm 1981, nhắm đến thị trường doanh nghiệp nhỏ và người dùng cá nhân Chiến lược của IBM là gia nhập thị trường máy tính gia đình, nơi đang bị chiếm lĩnh bởi Commodore, Atari và Apple Với giá 1,565 đô la, đây là máy tính rẻ nhất thời bấy giờ, cung cấp bộ nhớ 16 kB (có thể mở rộng đến 256 kB), một đĩa mềm và một màn hình IBM PC nhanh chóng trở thành một thành công lớn và thiết lập tiêu chuẩn công nghiệp.
IBM đã nhanh chóng đưa máy tính cá nhân ra thị trường bằng cách tập hợp một nhóm mười hai người do Don Estridge dẫn đầu Trong vòng một năm, nhóm đã thiết kế và phát triển IBM PC, tập trung vào việc sử dụng các bộ phận 'có sẵn' từ nhiều nhà sản xuất thiết bị để rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường Họ dự định sử dụng bộ xử lý của IBM cho sản phẩm này.
IBM 801 được phát triển tại Trung tâm nghiên cứu IBM ở Yorktown Heights, nhưng cuối cùng công ty đã quyết định sử dụng bộ vi xử lý Intel 8088 thay vì IBM 801 Họ cũng đã chọn hệ điều hành PC-DOS của Microsoft thay vì phát triển một hệ điều hành riêng cho mình.
Các yếu tố độc đáo của IBM trong máy tính cá nhân chủ yếu tập trung vào đơn vị hệ thống và bàn phím Nhóm nghiên cứu đã chọn kiến trúc mở, cho phép các nhà sản xuất khác sản xuất và bán các thành phần cũng như phần mềm ngoại vi mà không cần phải mua giấy phép Họ đã phát hành Hướng dẫn tham khảo kỹ thuật IBM PC, bao gồm sơ đồ mạch hoàn chỉnh, mã nguồn BIOS ROM của IBM và các thông tin kỹ thuật, lập trình khác.
Kiến trúc mở đã tạo ra một ngành công nghiệp máy tính tương thích với IBM, cung cấp các tính năng thiết yếu của IBM PC với mức giá rẻ hơn Các điều khoản cấp phép hệ điều hành PC-DOS đã cho phép Microsoft phát triển hệ điều hành MS-DOS cho các thiết bị tương thích với IBM, góp phần vào sự phát triển của Tập đoàn Microsoft Năm 1983, IBM giới thiệu Máy tính cá nhân XT với bộ nhớ lớn hơn, ổ đĩa mềm hai mặt và ổ đĩa cố định hiệu suất cao, tiếp theo là Máy tính cá nhân/AT ra mắt vào năm 1984.
Sự phát triển của IBM PC đã làm cho máy tính trở nên giá cả phải chăng đối với người dùng thông thường, mở ra một thị trường tiêu dùng lớn cho máy tính cá nhân và phần mềm Điều này đã thúc đẩy sự phát triển của phần mềm kinh doanh như bảng tính, gói kế toán và gói ngân hàng, cũng như các công cụ cho lập trình viên như trình biên dịch và trình chỉnh sửa chuyên dụng, cùng với sự bùng nổ của trò chơi máy tính.
Apple Macintosh được giới thiệu qua một quảng cáo nổi bật trong Super Bowl năm 1984, nổi bật với giao diện người dùng đồ họa thân thiện và trực quan, giúp máy tính dễ sử dụng hơn so với IBM PC tiêu chuẩn Trong khi IBM PC yêu cầu người dùng làm quen với các lệnh điều khiển, sự ra đời của GUI Mac đánh dấu một cột mốc quan trọng trong ngành công nghiệp máy tính.
Apple Macintosh có giá cao hơn so với IBM PC, và chi phí là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quyết định mua sắm của người tiêu dùng Do đó, IBM PC cùng với các máy tính tương thích vẫn giữ vị thế dẫn đầu trên thị trường.
Sự ra đời của máy tính cá nhân đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong ngành công nghệ thông tin, mang lại một sự thay đổi cơ bản trong phương thức làm việc của con người.
Điện thoại di động
Hình 5.4 Martin Cooper mô phỏng cách sử dụng DynaTAC call
Cuộc cách mạng điện thoại di động bắt nguồn từ nghiên cứu công nghệ vô tuyến vào những năm 1940 Năm 1947, Bell Labs đã đề xuất ý tưởng về một hệ thống di động, và các nhà nghiên cứu tại Bell Labs cùng Motorola đã hiện thực hóa ý tưởng này Điện thoại di động thương mại đầu tiên trên thế giới đã được bán ra vào năm
Motorola DynaTAC 8000X, ra mắt năm 1983, được biết đến với biệt danh 'viên gạch' nhờ kích thước và hình dạng cồng kềnh của nó Với trọng lượng 28 ounce, chiều dài 13.500 và chiều rộng 3.500, thiết bị này sở hữu màn hình LED, khả năng lưu trữ 30 số điện thoại, thời gian đàm thoại 30 phút và 8 giờ ở chế độ chờ Giá bán lên tới 3,995 đô la khiến nó trở thành sản phẩm chỉ dành cho những người tiêu dùng giàu có.
Nhóm nghiên cứu của Motorola, dưới sự lãnh đạo của Martin Cooper, đã phát triển DynaTAC8000X, chiếc điện thoại di động đầu tiên mà ông đã sử dụng để thực hiện cuộc gọi Hiện nay, DynaTAC trở thành món đồ sưu tập quý giá do hầu hết các mạng analog đã lỗi thời.
Hệ thống điện thoại di động analogue (AMPS) là tiêu chuẩn đầu tiên cho điện thoại di động, được phát triển bởi Bell Labs và ra mắt tại Bắc Mỹ vào đầu những năm 1980 Hệ thống này chỉ hỗ trợ giao tiếp bằng giọng nói, nhưng dễ bị ảnh hưởng bởi tĩnh và tiếng ồn, đồng thời không có biện pháp bảo vệ chống nghe lén AMPS sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia tần số (FDMA), với mỗi cuộc trò chuyện được thực hiện trên một tần số hoặc kênh riêng biệt.
Thế hệ thứ hai (2G) của công nghệ di động là một bước tiến quan trọng từ công nghệ tương tự sang kỹ thuật số, sử dụng tiêu chuẩn Global Systems Mobile (GSM) do Viện Tiêu chuẩn Viễn thông (ETSI) phát triển Mạng di động này cho phép điện thoại di động kết nối bằng cách tìm kiếm các tế bào trong khu vực lân cận Cuộc gọi GSM đầu tiên được thực hiện vào năm 1991 bởi thủ tướng Phần Lan, và dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS) đầu tiên được gửi vào năm 1992, đánh dấu sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới trong giao tiếp di động.
Một trong những tính năng nổi bật của GSM là thẻ SIM (Mô-đun nhận dạng thuê bao), một thẻ thông minh có thể tháo rời chứa thông tin đăng ký và danh bạ điện thoại của người dùng Thẻ SIM có thể dễ dàng chuyển đổi giữa các điện thoại GSM khác, mang lại sự tiện lợi khi người dùng thay đổi thiết bị Hệ thống GSM cũng đảm bảo an toàn hơn với việc mã hóa giao tiếp giữa thuê bao và trạm gốc.
Mạng GSM đã phát triển mạnh mẽ, với GPRS (2.5G) ra mắt vào năm 2000, đánh dấu bước tiến quan trọng trong công nghệ di động UMTS, công nghệ di động thế hệ thứ ba (3G), mang đến khả năng giao tiếp đa phương tiện băng thông rộng, làm thay đổi cách thức giao tiếp từ trước đây giữa các địa điểm thành giao tiếp trực tiếp giữa mọi người.
Sự ra đời của World Wide Web
Vào năm 1990, Tim Berners-Lee đã phát minh ra World Wide Web tại CERN, Thụy Sĩ, đánh dấu một cột mốc cách mạng trong lĩnh vực máy tính Sự kiện này đã biến Internet từ một công cụ chủ yếu phục vụ học thuật thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của con người Nhờ có siêu liên kết, người dùng có thể dễ dàng lướt web và truy cập thông tin từ hàng triệu máy tính trên toàn cầu.
Vào cuối những năm 1980, Tim Berners-Lee đã giải quyết một vấn đề quan trọng tại CERN liên quan đến việc theo dõi nhân viên, máy tính, tài liệu và cơ sở dữ liệu Với đội ngũ lớn và nhiều nhà khoa học đến thăm, việc chia sẻ thông tin giữa các nhà nghiên cứu trở thành một thách thức Giải pháp của Berners-Lee là phát minh ra World Wide Web, ban đầu nhằm mục đích giải quyết vấn đề cụ thể này, nhưng sau đó đã trở thành một ứng dụng toàn cầu.
Berners-Lee đã thực hiện một bước nhảy vọt lớn bằng cách kết hợp các công nghệ Internet hiện có, siêu văn bản và con chuột để tạo ra World Wide Web Ông đã phát triển hệ thống cung cấp địa chỉ tiêu chuẩn cho mỗi trang web, gọi là bộ định vị tài nguyên phổ quát (URL) Mỗi trang có thể được truy cập thông qua giao thức truyền siêu văn bản (HTTP) và được định dạng bằng ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản (HTML), hiển thị trên trình duyệt web.
Các trình duyệt ban đầu như Gopher, phát triển tại Đại học Minnesota, và Mosaic, từ Đại học Illinois, đã được Netscape thay thế và thống trị thị trường trong nhiều năm Tuy nhiên, sự ra đời của Internet Explorer từ Microsoft, được phát hành miễn phí và tích hợp trong hệ điều hành Windows, đã dẫn đến sự thống trị của trình duyệt này.
Sự phát triển của trình duyệt đồ họa đã thúc đẩy thương mại hóa World Wide Web, với nhiều lựa chọn như Mozilla Firefox, Google Chrome và Safari Hầu hết các trình duyệt này đều miễn phí, khiến người dùng không có động lực để mua trình duyệt, đặc biệt khi có các lựa chọn mã nguồn mở chất lượng cao như Firefox.
Khuynh hướng phát triển của máy tính hiện đại
Hướng thứ nhất: Máy tính lượng tử (quantum computer)
Ngành khoa học máy tính lượng tử dựa trên nguyên lý chồng chập và vướng víu lượng tử, sử dụng phương pháp tính toán khác biệt so với truyền thống Trong khi máy tính điện tử hiện tại sử dụng bit và đã đạt nhiều thành tựu, chúng vẫn gặp hạn chế trong việc giải quyết các bài toán phức tạp trong các lĩnh vực như thiên văn, dự báo thời tiết và y học Ngay cả siêu máy tính mạnh nhất cũng không thể so sánh với tiềm năng của máy tính lượng tử Máy tính lượng tử sử dụng Qubit để xử lý thông tin, cho phép tốc độ xử lý nhanh chóng và tạo ra nhiều hướng kết quả, từ đó cung cấp thông tin chính xác hơn cho các giả thuyết và tính toán, giúp con người hiểu sâu hơn về thế giới tự nhiên trong các nghiên cứu như vũ trụ và sinh học.
Hình 6.1 Máy tính lượng tử Q System One của IBM đặt tại Đức
Nhiều nhà khoa học hàng đầu cho rằng loại máy tính này có khả năng tính toán ấn tượng, cho ra kết quả chỉ trong thời gian ngắn, trong khi siêu máy tính mạnh nhất hiện nay sẽ mất hàng triệu năm mới đạt được kết quả tương tự.
Hướng thứ 2 : Máy tính sinh học
Máy tính mới này hoạt động dựa trên thông tin từ các phân tử hữu cơ có khả năng xử lý và hiểu thông tin đầu vào, cho phép chúng học hỏi như con người Điều này sẽ loại bỏ nhu cầu lập trình truyền thống, vì máy tính có khả năng tự xử lý thông tin và đưa ra kết quả dựa trên "kinh nghiệm" mà chúng đã tích lũy Gần đây, các nhà khoa học ở châu Âu đã phát triển thế hệ đầu tiên của loại máy tính này.
Hướng thứ 3: Mạng lưới vạn vật kết nối Internet
Internet vạn vật (IoT) là một mạng lưới kết nối, trong đó các thiết bị, phương tiện vận tải, phòng ốc và trang thiết bị khác được trang bị điện tử, phần mềm, cảm biến và cơ cấu chấp hành Nhờ khả năng kết nối mạng máy tính, các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả.
IoT, hay Internet vạn vật, là một hệ sinh thái nơi mỗi đối tượng và con người đều có định danh riêng, cho phép truyền tải và trao đổi thông tin qua một mạng duy nhất mà không cần tương tác trực tiếp Sự phát triển của IoT bắt nguồn từ sự hội tụ của công nghệ không dây, vi cơ điện tử và Internet, tạo nên một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau và với thế giới bên ngoài để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.
IoT, hay Internet of Things, là khái niệm chỉ tất cả các thiết bị có khả năng kết nối và tương tác với nhau Kết nối này thường được thực hiện thông qua mạng Wi-Fi, cho phép các thiết bị trao đổi dữ liệu và hoạt động một cách đồng bộ.
Mạng Internet of Things (IoT) đang phát triển mạnh mẽ với sự kết nối của hàng tỷ thiết bị như điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, và bóng đèn thông minh thông qua các công nghệ như 4G, 5G, Bluetooth và hồng ngoại Dự báo của Cisco cho thấy đến năm 2020 sẽ có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, và con số này có thể còn tăng cao hơn nữa IoT sẽ tạo ra một mạng lưới khổng lồ kết nối mọi thứ, từ mối quan hệ giữa con người với nhau đến mối quan hệ giữa con người và thiết bị, cũng như giữa các thiết bị với nhau Mạng lưới này có khả năng theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng với quy mô lên đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối.
IoT được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như quản lý chất thải, quy hoạch đô thị, quản lý môi trường, và phản hồi khẩn cấp Nó còn hỗ trợ mua sắm thông minh, quản lý thiết bị cá nhân, đồng hồ đo thông minh, tự động hóa ngôi nhà, phát triển thành phố thông minh, y tế, xây dựng, tự động hóa và giao thông.
Trong lĩnh vực y tế, thiết bị IoT đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi sức khỏe từ xa, cung cấp hệ thống thông báo khẩn cấp, quản lý vật liệu và thiết bị y tế, cũng như số hóa thông tin y tế Các thiết bị theo dõi sức khỏe hiện đại có khả năng giám sát huyết áp, nhịp tim và các cấy ghép đặc biệt như máy điều hòa nhịp và trợ thính tiên tiến, giúp nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe.
Hướng thứ 4: Trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence - AI)
Trí tuệ nhân tạo (AI) là một lĩnh vực của khoa học máy tính, được phát triển nhằm giúp máy tính tự động hóa các hành vi thông minh giống như con người Khác với lập trình logic truyền thống, AI sử dụng các hệ thống học máy để mô phỏng trí tuệ con người trong những tác vụ mà máy tính thường gặp khó khăn Nhờ vào trí tuệ nhân tạo, máy tính có khả năng suy nghĩ, lập luận để giải quyết vấn đề, giao tiếp bằng cách hiểu ngôn ngữ và tiếng nói, cũng như học hỏi và tự thích nghi với môi trường xung quanh.
Trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0, trí tuệ nhân tạo (AI) đóng vai trò quan trọng và ngày càng trở nên gần gũi với cuộc sống Khái niệm AI, từng được coi là xa vời, giờ đây đang hiện thực hóa giấc mơ về những cỗ máy có khả năng tư duy giống như con người.
Trong lĩnh vực an ninh, cảnh sát Anh đã ứng dụng trí tuệ nhân tạo để phát triển công cụ đánh giá khả năng phạm tội của nghi phạm, với độ chính xác lên tới 88% theo TechCrunch Họ cũng xây dựng chương trình phân tích hiện trường vụ án và hồ sơ tội phạm Tại Trung Quốc, cảnh sát thành phố Trịnh Châu sử dụng kính đặc biệt với phần mềm nhận diện khuôn mặt để phát hiện tội phạm tại các nhà ga đông người, giúp phát hiện bảy tội phạm gây tai nạn và bỏ chạy, cùng với 26 trường hợp lừa đảo chỉ trong vài ngày triển khai.
Trong lĩnh vực kinh tế và tài chính, Sentient Technologies đã dành hơn 10 năm phát triển chương trình phân tích để dự báo xu hướng thị trường Công ty cũng đã phát minh ra phanh tự động và xe tự lái, ứng dụng AI giúp cứu sống nhiều sinh mạng Ước tính 90% tai nạn giao thông do lỗi con người, nhưng xe tự lái có thể giảm thiểu tỷ lệ này Theo Elon Musk, CEO của Tesla, xe tự lái không chỉ an toàn hơn mà còn có khả năng thay thế con người trong các dịch vụ vận chuyển và logistics.
Trong lĩnh vực y tế, Robot tự động khâu chỉ thông minh (STAR) tại Đại học Johns Hopkins, Mỹ, đã chứng minh khả năng phẫu thuật vượt trội khi khâu ruột lợn với độ chính xác cao hơn bác sĩ STAR bao gồm cánh tay robot với dụng cụ khâu và hệ thống chụp ảnh 3D, cùng cảm biến cận hồng ngoại theo dõi đường đánh dấu huỳnh quang Ngoài ra, AI cũng được ứng dụng trong chẩn đoán hình ảnh, hỗ trợ phát hiện ung thư nhanh chóng Ông Wang Rui, Phó Chủ tịch Công ty kỹ thuật y học Huiying, cho biết AI có thể đánh giá bản chụp cắt lớp vi tính chỉ trong vài giây, trong khi bác sĩ X-quang cần từ 10 đến 30 phút.
Hình 6.3 STAR tiến hành ca mổ
Năm 2004, ASIMO (Advanced Step Innovative Mobility) ra mắt như một trong những robot thông minh nhất, với khả năng lên/xuống cầu thang, nhận diện khuôn mặt, cử chỉ và giọng nói, đồng thời đáp ứng mệnh lệnh của con người ASIMO được trang bị hàng trăm nghìn máy móc điện tử hiện đại, giúp nó trở nên gần gũi và thân thiện khi tương tác Hiện nay, nhiều công ty và viện nghiên cứu tại Nhật Bản đã thuê ASIMO để tiếp khách và hướng dẫn tham quan Đặc biệt, robot Sophia, phát triển bởi Hanson Robotics, ra mắt vào ngày 19 tháng 4 năm 2015, đã thu hút sự chú ý khi xuất hiện lần đầu tại Liên hoan South By Southwest.
Vào giữa tháng 3 tại Austin, Texas, diễn ra nhiều sự kiện lớn liên quan đến công nghệ, âm nhạc và điện ảnh Sophia, một robot được thiết kế với khả năng cử động giống con người và trí tuệ nhân tạo tiên tiến, nhằm mục đích phát minh ra một thực thể có ý thức và sáng tạo Sophia có khả năng hỗ trợ con người trong các lĩnh vực như chăm sóc sức khỏe, điều trị, giáo dục và dịch vụ khách hàng, góp phần giải quyết các vấn đề trong cuộc sống hàng ngày.