Ngày 16-11-1971, bộ vi xử lý Intel 4004 chính thức xuất hiện. Tiếp theo, hàng loạt bộ vi xử lý khác và máy tính cá nhân đã ra đời. Đó là một cuộc cách mạng công nghệ dẫn đến việc phổ cập xử lý thông tin cho tất cả loài người và thay đổi mọi mặt xã hội trên thế giới theo cách sâu sắc nhất.

Năm 1968, Robert Noyce và Gordon Moore thành lập công ty Intel. Sản phẩm hái ra tiền đầu tiên của họ là chip nhớ RAM tĩnh có dung lượng 64 bit. Tháng 4-1969, Intel ký hợp đồng chế tạo 12 chip khác nhau cho dòng máy tính bán hàng Busicom của hãng Nhật NCMC. Người đầu tiên có ý tưởng làm ra CPU chỉ trong một chip thay vì 12 con là Masatoshi Shima, một kỹ sư 26 tuổi do NCMC cử đến Mỹ để thực tập, theo dõi và phối hợp cùng Intel thực hiện hợp đồng.

Bộ vi xử lý 4-bit Intel 4004

Nhưng tại thời điểm 1969, Intel không có đủ nguồn nhân lực để phát triển cho Busicom đủ cả 12 chip. Shima, Hoff và Mazor bèn thử nhét tất cả vào một vài chip đơn để tiết kiệm chi phí và do đó giảm số lượng các linh kiện bán dẫn, tức là phải thiết kế lại để có thể chứa chúng trong loại vỏ chip 16 chân nhỏ xíu (DIL16, xem ảnh trên) mà Intel sử dụng hồi ấy.

Không may hãng NCMC bị phá sản trước khi hợp đồng hoàn thành, Shima ở lại Mỹ và chuyển sang làm cho Intel. Hãng này đã khôn ngoan mua lại bản quyền chip 4004 với giá 60 nghìn USD và đăng ký bằng sáng chế U.S. Patent #3,821,715 cho 3 kỹ sư Mỹ: Ted Hoff, Stan Mazor (người viết phần mềm cho chip mới) và Federico Faggin (người phát triển cổng logic bằng silicon thay cho germanium quá nhậy cảm với nhiệt độ và khó kiểm soát). Còn Shima sau này được vinh danh khá muộn màng ở quê hương mình.

Chín tháng sau, bộ sản phẩm hoàn thiện và bao gồm: chip ROM lưu trữ phần mềm 4001, chip RAM lưu trữ dữ liệu 4002, chip nhập-xuất dữ liệu 4003 và chip vi xử lý 4004 xử lý 4 bit dữ liệu. Chip 4004 chứa 2300 bóng bán dẫn, chạy ở tốc độ 100kHz và có thể thực hiện các phép toán số học và logic cơ bản. Giá bán của nó chỉ ở mức dưới 100 USD.

Bộ vi xử lý 8-bit Intel 8008

Không ít nhận thức mang tính bảo thủ của giới kinh doanh máy tính mini trong những năm 1970. Một chuyên gia của công ty DEC nói: “Đó là một vấn đề hấp dẫn nhưng nó sẽ khó có thể được xem như sản phẩm của tương lai”. Khá lâu sau đó, chip 4004 cũng vẫn chưa nhận được sự ủng hộ của số đông. Năm 1975, một kỹ sư cao cấp của DEC tuyên bố chip 4004 không thể là “người mở đường cho tương lai của Intel”.

Tháng 4-1972, Intel tung ra chip i8008 là bộ vi xử lý 8-bit được thiết kế riêng cho công ty Datapoint. Tuy nhiên Datapoint đã không thể thanh toán hợp đồng nên quyết định cấp quyền cho Intel được phép sử dụng con chip 8008, gồm cả sản phẩm của Datapoint là tập lệnh điều khiển. Chính tập lệnh đó đã trở thành nền tảng của kiến trúc x86 sau này.

Bước đột phá trong việc sản xuất vi xử lý đến vào năm 1974 với sự ra mắt của chip 8080 có tập lệnh điều khiển phức tạp hơn và đóng gói trong một vỏ mạch 40 chân (DIL40, xem ảnh dưới). Đây là hai sáng chế thực sự quan trọng làm gia tăng đáng kể sức mạnh của vi xử lý.

Bộ vi xử lý 8-bit Intel 8080

Từ khoảng cuối thập niên 1970 các chip vi xử lý và chip vi điều khiển đã xâm nhập dần vào hầu khắp mọi lĩnh vực. Sau này chỉ tính riêng trong năm 2000, toàn thế giới đã tiêu thụ tổng cộng 385 triệu chip vi xử lý và 6,4 tỉ chip vi điều khiển.

Ngay sau Intel, những công ty cạnh tranh như RCA, Motorola, NS, Texas, Honeywell và Fairchild v.v. cũng giới thiệu các chip tương tự, trong đó có dòng vi xử lý của Motorola với khả năng dùng trong điều khiển công nghiệp. Tuy nhiên, Intel lại trở thành người chiến thắng trong phần lớn các máy vi tính vì các đối thủ đã tính toán sai nhu cầu của người sử dụng, chẳng hạn hãng NS vội vàng cho ra mắt dòng chip xử lý 16 bit mạnh hơn nhưng không tương hợp với các chip 8 bit đã phổ biến từ trước.

Quan trọng hơn cả, hãng máy tính số 1 thế giới là IBM đã (ngẫu nhiên?) chọn bộ ba sản phẩm gồm chip Intel 8088, chương trình BIOS mã mở và hệ điều hành Microsoft DOS cho chiếc máy tính cá nhân IBM PC lịch sử, sau khi bị thất bại về tiếp thị với con chip và hệ điều hành riêng của mình trong loạt máy vi tính IBM 5120, năm 1980 nó có giá từ 9340 USD trở lên nên cao quá tầm tay của hầu hết cá nhân.

Bộ vi xử lý 16-bit Intel 8088

Tháng 11-1981 chiếc IBM 5150 hay PC (Personal Computer: máy tính cá nhân) đã đánh dấu một bước ngoặt cơ bản trong ngành máy tính. Giờ đây, người ta khó có thể thấy được tất cả những tác động mà một phần tư thế kỷ phát triển của máy tính cá nhân đã mang lại cho cuộc sống hàng ngày. Nhưng có một điều chắc chắn rằng nhiều người không thể hình dung thế giới sẽ ra sao nếu không có máy tính cá nhân tại gia đình hay công sở.

IBM PC chỉ được trang bị màn hình trắng đen, không có ổ cứng, sử dụng Intel 8088 chứa 29.000 bóng bán dẫn với tốc độ 4,77 MHz, ổ đĩa mềm 5,25 inch 160 KB, bộ nhớ RAM 64 KB và có khả năng mở rộng lên 256 KB. Chiếc PC chậm chạp và phức tạp này có giá tới 3.000 USD nhưng hồi ấy nó thuộc loại khá rẻ. Phần mềm cho nó chỉ dùng kiểu nhập dữ liệu dạng text (không phải dạng đồ hoạ), bao gồm hệ điều hành PC-DOS hoặc CP/M-86, trình dịch ngôn ngữ MBASIC hoặc UCSD Pascal, bảng tính VisiCalc và trình soạn thảo Easywriter.

25 năm sau, người sử dụng có thể sắm một PC với cấu hình cơ bản gồm Intel Celeron D, ổ cứng 160 GB, RAM 256 MB và màn hình phẳng với giá chưa đến 500 USD. Hoặc họ có thể sở hữu máy tính hiệu suất hoạt động cực cao với Intel Core 2 Duo, RAM 4 GB, ổ cứng 500 GB theo nhiều mức giá khác nhau tùy từng nhà sản xuất.

Máy tính cá nhân

Báo chí thường so sánh giữa tốc độ phát triển của bộ vi xử lý với 2 ngành sản xuất xe hơi và máy bay. Nếu hai ngành công nghiệp này phát triển với tốc độ tương đương ngành công nghiệp bán dẫn thì một chiếc Rolls-Royce sẽ có giá 2,75 USD và đi được 4,8 triệu km mà chỉ tốn 4 lít xăng. Trong khi đó, chiếc máy bay Boeing 767 chỉ còn 500 USD và bay vòng quanh trái đất trong 20 phút với 20 lít nhiên liệu.

Hiện nay, kỹ thuật vi xử lý hướng tới người tiêu dùng, khác với trước đây chính phủ Mỹ sử dụng kỹ thuật vi mạch chủ yếu vì mục đích chính trị trong cuộc đua "chinh phục vũ trụ" với Liên Xô. Cựu đồng chủ tịch Intel Gordon Moore năm 1965 đã cho rằng khả năng của bộ vi xử lý sẽ tăng xấp xỉ gấp đôi trong vòng 18 tháng, tạo ra sự tăng trưởng cấp số mũ về sức mạnh tính toán trong khoảng thời gian tương đối ngắn. Được biết đến với tên gọi Định luật Moore, xu hướng này vẫn đúng cho tới ngày nay.

#NgChiCong ©2007-2019, Bảo tàng CNTT

“Thung lũng Silicon” là cái tên mà báo chí đặt cho Santa Clara từ những năm 1970. Thực ra nó chỉ là nửa thung lũng với vịnh San Francisco ở phía đông và các dãy đồi rừng ở phía tây. Trước đó, nơi đây vốn yên tĩnh, vắng vẻ với nhiều vườn cây và chỉ mới có một trung tâm lớn là Đại học Stanford.

Cũng theo báo chí, hình như công ty nào ở Thung lũng Silicon càng ra đời muộn càng giàu nhanh. Hewlett-Packard ra đời năm 1939 và phải mất 47 năm để có tài sản 1 tỷ USD. Để giàu được bằng mức ấy, Yahoo thành lập năm 1995 đã mất 2 năm, còn Netzero (sinh năm 1998) chỉ mất có 6 tháng, v.v..

Một vị khai lập Thung lũng Silicon là Frederick Terman nhận được học vị tiến sỹ kỹ thuật điện ở Viện MIT, về sau cũng trở thành giáo sư ĐH Stanford như cha mình. Giáo trình Bài giảng kỹ thuật vô tuyến của ông cuốn hút được nhiều sinh viên tài năng, trong đó có David Packard và Bill Hewlett. Năm 1938, do ông khuyến khích, hai chàng đã phát triển thành công một loại mạch dao động mới. Một năm sau, với số vốn ban đầu 538 USD, hai người này thành lập công ty khởi nghiệp công nghệ cao đầu tiên. Hiện nay, Hewlett-Packard là một tên tuổi hàng đầu.

Năm 1953, Frederick Terman phát động chương trình hợp tác để các kỹ thuật viên làm việc tại các công ty trong thung lũng có thể học thêm và cập nhật kiến thức mới, đồng thời các thành viên trong trường ĐH Stanford có dịp tiếp xúc thực tiễn công nghệ.

Terman còn thành lập "Công viên Nghiên cứu Stanford" của trường này. Đến năm 2000, đã có khoảng 50 công ty với 23.000 nhân viên và 50 trung tâm nghiên cứu. Việc đào tạo nâng cao chuyên môn cho các cán bộ trẻ được vận hành thông qua mạng lưới xã hội được thiết lập giữa các công ty và các giáo sư đại học. Các giám đốc của các trung tâm nghiên cứu là những người vừa có chuyên môn như các giảng viên đại học lại vừa có năng lực và kinh nghiệm trong hoạt động kinh doanh.

Frederick Terman năm 1926

Vào thập kỷ 1950, Terman đã mời William Shockley về Santa Clara. Năm 1947, tại Bell Lab, Shockley cùng với Bardeen và Brittain chế tạo thành công chiếc transistor đầu tiên. Ba người được nhận Giải Nobel vào năm 1956. Shockley thành lập cơ sở riêng ở Palo Alto để sản xuất transistor và các link kiện chất rắn khác nhưng có 8 nhân viên sau một năm đã rời bỏ. Ông gọi họ là "Tám kẻ phản bội", gồm: Sheldon Roberts, Eugene Kleiner, Jean Hoerni, Robert Noyce, Gordon Moore, Jay Last, Victor Grenich, Julius Blank.

Họ từng đề xuất ý tưởng về một công nghệ mới nhưng Shockley từ chối không cho nghiên cứu nó. Họ tìm đến một ngân hàng đầu tư ở New York và được giới thiệu với Sherman Fairchild, chủ một nhà máy thiết bị quân sự ở Long Island. Vốn là kỹ sư nên Fairchild phần nào hiểu được ý tưởng của tám người và cho họ vay 1,5 triệu USD. Năm 1957, Tập đoàn Bán dẫn Fairchild được thành lập tại thành phố Mountain View. Công nghệ “transistor silicon khuếch tán kép” nhận được sự chấp thuận của Không lực Mỹ. Điều đó đã khích lệ nhóm vượt qua khó khăn để chế tạo thành công loại transistor mà chỉ sau một năm rưỡi đã là sản phẩm độc quyền của Tập đoàn. Năm 1958, vi mạch do Robert Noyce phát triển cũng đi vào sản xuất, trở thành yếu tố quyết định cho Tập đoàn cất cánh.

"Tám kẻ phản bội"

Năm 1959, Sherman Fairchild mua lại toàn bộ Tập đoàn. Mỗi vị trong tám người được nhận 250.000 USD, nhưng họ dần dần rời bỏ Tập đoàn, Noyce và Moore ra đi vào năm 1968. Tháng 7 năm đó, vẫn tại Mountain View, hai vị này thành lập công ty “Integrated Electronics”, gọi tắt là Intel. Họ không đơn giản chỉ lặp lại những việc đã làm ở Fairchild mà còn vạch ra một hướng chiến lược hoàn toàn mới là tối tiểu hoá các vi mạch. Năm 1969, bộ nhớ Intel đầu tiên ra đời và đến năm 1971 là bộ vi xử lý đầu tiên i4004.

Thời kỳ đầu, Intel chủ yếu cung cấp các sản phẩm phục vụ quân sự. So với đối thủ chính là hãng Texas Instruments, Intel đã thay đổi đến tận gốc rễ phương thức sản xuất và đặt ra những chuẩn mực cao hơn về độ tin cậy. Hai năm sau khi bộ vi điều khiển đầu tiên của Texas Instruments là TMS1600 ra đời, Intel đã đuổi kịp với sản phẩm i8748.

Các bộ vi xử lý tạo điều kiện cho sự xuất hiện của các máy vi tính. Năm 1976, hai chàng Steve Wozniak 26 tuổi và Steve Jobs 21 tuổi đã ráp được máy vi tính Apple I gồm cả bàn phím và màn hình. Với sự giúp đỡ về vốn của Arthur Rock, hai chàng thành lập hãng Máy tính Apple và nhanh chóng tung ra sản phẩm Apple II. Đến năm 1978, Apple thu được lợi nhuận hơn 2 triệu USD.

Marc Andreesen

Năm 1993 là bước ngoặt tiếp theo của Thung lũng Silicon với việc khai thác thương mại trên Internet và sự ra đời của “web”. Internet bắt đầu được truy cập rộng rãi nhờ phần mềm “Mosaic” của chàng sinh viên 21 tuổi Marc Andreesen ở ĐH Illinois. Nó vốn miễn phí và tính đến cuối năm 1993 đã có đến 1 triệu người sử dụng. Andreesen sau khi tốt nghiệp đã đến Thung lũng Silicon và gặp Jim Clark, nhà sáng lập Silicon Graphic. Tháng 4-1994, họ cùng nhau thành lập Mosaic Communications, ít lâu sau đổi thành Netscape.

Tháng 10-1994, Netscape tung ra trình duyệt web Navigator và nó còn thành công hơn cả Mosaic. Ngược với ý định ban đầu của Andreesen, Netscape lập tức đòi người dùng phải trả tiền. Ngay sau đó, Bill Gates tung ra Window 95 kèm trình duyệt miễn phí Internet Explorer. Đến năm 1998, Netscape đành phải để Navigator cũng miễn phí. Netscape được tiếp quản bởi American Online (AOL) vào tháng 11-1998. Tuy bị mất thị trường trình duyệt nhưng nó vẫn là một đại cao thủ Internet.

Trong thời gian đó, hai nghiên cứu sinh ở ĐH Stanford là Jerry Chih-Yang và David Filo đã thiết lập một máy tìm kiếm, về sau đổi tên thành "Yahoo". Đến cuối năm 1994, Yahoo đã có 100.000 người truy cập mỗi ngày. Ban đầu, mục đích của Chih-Yang và Filo chỉ là chơi cho vui. Sau đó họ đã biến Yahoo thành công cụ kiếm tiền bằng cách cung cấp các dịch vụ và cho đăng quảng cáo.

Năm 1995, cùng với sự tham gia của Mike Moritz và nguồn vốn đầu tư mạo hiểm Sequoia, Yahoo trở thành một công ty trách nhiệm hữu hạn với trụ sở ở Mountain View. Cũng giống như nhiều công ty khác trong Thung lũng Silicon, bí quyết thành công của Yahoo là có ý tưởng hay, đúng nơi và đúng lúc. Để chiếm lĩnh niềm tin của khách hàng, Yahoo đã sớm cung cấp cho cư dân mạng những địa chỉ Email miễn phí và thường xuyên duy trì liên kết với các website khác. Từ vốn ban đầu 1 triệu USD, sau 4 năm tài sản của Yahoo đã tăng lên 8 tỷ USD tính đến 1999.

Cũng không thể không kể đến các anh tài về công nghệ phần mềm tại Thung lũng Silicon. Nổi bật trong đó là Oracle, hãng phần mềm lớn thứ hai thế giới sau Microsoft. Xuất phát với 2000 USD vào năm 1977, tài sản của hãng này đã lên tới 50 tỷ USD tính đến 1999. Cùng với Oracle là nhiều cái tên quen thuộc khác có trụ sở làm việc ở Thung lũng Silicon như: 3D Graphics, Sun Micro Systems, Silicon Graphics, tất cả đều phát triển xung quanh Đại học Stanford.

#NgChiCong ©2007-2019, Bảo tàng CNTT

Thẻ lỗ vốn là một mảnh gỗ (sau này được thay bằng bìa giấy thì gọi là bìa lỗ) quy định môi vị trí giao nhau của hàng và cột là nơi mã hoá thông tin bằng một bit nhị phân với giá trị cho vị trí có lỗ là 1 và không có lỗ là 0.

Tại Pháp năm 1801, nhà phát minh Joseph Marie Jacquard đã sáng chế ra loại máy dệt sử dụng thẻ lỗ bằng gỗ để tự động dệt vải theo các mẫu thiết kế.

Tại Mỹ vào cuối những năm 1880, kỹ sư Herman Hollerith đã nhìn thấy một loại thẻ lỗ dùng cho đường sắt khi ông đi tìm cách tổng hợp thông tin thống kê cho Uỷ ban Điều tra Dân số. Thẻ đầu tiên của ông giống như thẻ đường sắt, chỉ có các lỗ dọc theo các cạnh. Ý nghĩa của mỗi lỗ được ghi trên thẻ. Vào thời điểm máy lập bảng Hollerith được sử dụng trong Điều tra dân số Mỹ năm 1890, các lỗ nằm rải rác trên thẻ, mặc dù ý nghĩa của chúng không được chỉ ra trên đó. Ông còn thay gỗ bằng bìa, từ đó thẻ lỗ được gọi là bìa lỗ hoặc bìa Hollerith.

Những chiếc máy tính sử dụng bìa lỗ đầu tiên đã xuất hiện vào đầu năm 1952. Thuật ngữ "file" (tập giấy) đã sinh ra từ hình ảnh hàng chồng (tệp) bìa lỗ dùng để lưu trữ dữ liệu cho máy tính thời đó xử lý. Chúng được đưa vào một máy đọc bìa lỗ có kết nối với máy tính để chuyển đổi chuỗi lỗ thành thông tin. Vào thời đó, lập trình viên thoạt tiên phải viết chương trình bằng tay, rồi công nhân dùng máy đục lỗ chuyển đổi chương trình thành nhiều bìa lỗ. Sau đó sẽ đưa chồng bìa vào máy đọc để nhập chương trình.

Ngày nay thẻ lỗ nói chung đã lỗi thời do dung lượng dữ liệu quá nhỏ trong khi kích thước lại quá lớn so với các bộ nhớ bán dẫn. Tuy nhiên chúng vẫn phù hợp ở những nơi không cần nhiều dữ liệu mà cần sự bền vững, ví dụ ở một số máy chơi nhạc, dệt vải, bầu cử, hộp phiếu thư viện, kiểm kê, tính giờ công, tính điểm, chấm thi, hoặc để trực tiếp điều khiển vũ khí và máy móc tự động, v.v.. Máy bỏ phiếu dùng màn hình cảm ứng đã thất bại khi được đưa vào để thay thế máy bỏ phiếu dùng bìa lỗ tại các trung tâm bầu cử tổng thống Mỹ năm 2000.

Bìa lỗ được sử dụng rộng rãi trong thế kỷ 20. Các công ty, tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc gia và quốc tế đã quy định chi tiết cho những loại bìa lỗ khác nhau, tiêu biểu là:

• Chuẩn ISO 1681-1973: Tiêu chuẩn Quốc tế ISO về công nghệ thông tin.
• Chuẩn ISO 6586-1980: Tiêu chuẩn Quốc tế ISO về công nghệ thông tin.
• Chuẩn X 3.11–1990: Tiêu chuẩn Quốc gia Mỹ về công nghệ thông tin.
• Chuẩn X 3.26–1980/R1991: Tiêu chuẩn Quốc gia Mỹ về công nghệ thông tin.
• Chuẩn INCITS 21-1967[S2007]: Uỷ ban Tiêu chuẩn Liên Quốc gia về công nghệ thông tin.

Ng.Chi Cong ©2019 Bảo tàng CNTT

Cỗ máy nổi tiếng với cái tên "machine Antikythera" do một nhà khảo cổ học phát hiện vào năm 1902 trong đống đồ cổ được vớt trước đó 2 năm cùng các bức tượng đẹp từ xác một con tàu đắm tại đảo Antikythera thuộc Hy Lạp. Con tàu được cho là bị chìm vào khoảng 80-60 năm trước CN trên đường chở đồ quý của Hy Lạp dâng lên Tổng tài La Mã Julius Cesar, sau khi xuất phát từ đảo Rhodes, một trung tâm kỹ thuật thiên văn và cơ khí thời đó. Nhóm thám hiểm hải dương của viện sĩ Pháp Jacques-Yves Cousteau đã đến thăm nơi tàu đắm gần đảo Antikythera lần cuối vào năm 1978 nhưng không tìm thêm được gì đáng giá.

"Máy Antikythera" hiện trưng bày tại Viện Bảo tàng Khảo cổ học Quốc gia ở Athens, cùng với một mẫu tặng của sử gia khoa học Anh Derek de Solla Price dựng lại cách đây hơn nửa thế kỷ. Các mẫu dựng lại khác được trưng bày tại Viện Bảo tàng Máy tính của Mỹ ở Bozeman, Montana và Viện Bảo tàng Trẻ em ở Manhattan, New York.Gần đây, GS Michael Edmunds cùng một nhóm nghiên cứu khoa học Mỹ, Hy Lạp và các đồng nghiệp của ông thuộc Đại học Cardiff (Anh) đã khám phá thêm nhiều bí mật của chiếc máy kỳ lạ này, được chế tạo vào khoảng 150-200 năm trước CN, từ đó có thể thay đổi cách chúng ta nghĩ về thế giới cổ đại.

"Máy Antikythera" khá nhỏ: cao 33 cm, rộng 17 cm và dày 9 cm, làm bằng đồng, lúc đầu gắn trên một khung gỗ, có khắc hơn 3000 chữ Hy Lạp và Ai Cập cổ đã mờ mà phần lớn đến mãi gần đây mới được giải mã là một phần tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị đo đạc thiên văn. Lạ nữa là những máy móc có độ phức tạp tinh vi tương tự chỉ bắt đầu được làm ra sau nó hàng chục thế kỷ và sự thụt lùi công nghệ này trong hơn nghìn năm đó thật khó giải thích.

Sau khi phân tích 3 bộ phận chính cùng hàng chục mảnh vỡ còn lại, các nhà nghiên cứu phát hiện hơn 30 bánh răng trong chiếc máy nói trên cho phép theo dõi chuyển động của các hành tinh như sao Hoá (Mars), sao Kim (Venus), sao Thuỷ (Mercury), với độ chính xác của một máy tính cơ khí analog. Nó cũng có thể tính đúng chuyển động của mặt trăng và mặt trời thông qua cung hoàng đạo (Zodiac), dự đoán được các hiện tượng nhật thực và chu kỳ của mặt trăng. Nhóm nghiên cứu còn cho rằng nó có thể dự đoán được vị trí của các hành tinh khác như sao Thổ...

"Máy Antikythera" sử dụng lịch Ai Cập với năm 365 ngày và biết tính đến cả năm nhuận trước Tây lịch Julius gần một thế kỷ. Theo BBC máy còn tính được cả thời điểm của 4 cuộc thi đấu thể thao lớn nhất thời cổ Hy Lạp, trong đó có đại hội Olympic. Người thiết kế ra nó có thể là nhà thiên văn Hipparchus, vốn từng sống khá lâu ở đảo Rhodes. Theo một số ý kiến, máy được thiết kế theo thuyết nhật tâm do bác học Aristarchus xứ Samos (310-230 trước CN) đề xuất, mặc dù thời đó thì thuyết địa tâm của Aristotle ngự trị.

Phát hiện này cho thấy kỹ thuật Ai Cập-Hy Lạp cổ đại tiên tiến hơn nhiều so với chúng ta thường nghĩ. Chưa nền văn minh nào có thể tạo ra một thiết bị phức tạp như thế suốt một nghìn năm sau. Những kết quả nghiên cứu mới nhất vừa được đăng trên tạp chí khoa học danh tiếng Nature xuất bản ngày 30-7-2008 cho biết nguyên lý của "máy Antikythera" có nguồn gốc từ đảo Sicily và có thể liên quan đến nhà bác học Archimedes...

Ng.Chi Cong ©2019 Bảo tàng CNTT
(source: Scientec 2008)

Năm 2007, một bảo tàng của Vương quốc Anh mang tên “Niềm tin” (Trust) đã được thành lập tại công viên Bletchley Park, nơi trong chiến tranh Thế giới thứ II từng có nhà khoa học lẫy lừng Alain Turing làm việc ngày đêm trên tiền thân của những chiếc máy tính ngày nay. Đươc giới thiệu là "nơi lưu giữ bộ sưu tập lớn nhất thế giới của những máy tính cổ vẫn còn hoạt động và một trong 100 “địa điểm không thể thay thế” hàng đầu của nước Anh, bảo tàng lưu giữ sự phát triển của ngành máy tính từ những nỗ lực tiên phong tuyệt mật của những năm 1940, qua các hệ thống lớn và máy tính chủ của những năm 1950-70, đến sự trỗi dậy của máy tính cá nhân vào những năm 1980 và sau đó.

Colossus Mark 2

Tên viết tắt của bảo tàng là TNMOC (The National Museum of Computing) và TNMOC. Toà nhà trung tâm là nơi đặt máy tính Colossus Mark 2. Trong suốt thời kỳ Thế chiến thứ II nó từng đánh bại tất cả những phương tiện thông tin mật mã do nước Đức quốc xã chế tạo mà có lẽ đứng đầu là chiếc máy mã Enigma lừng danh của quân đội phát xít cũng có trưng bầy tại đây. Hiện nay bảo tàng đã cho sửa chữa chiếc máy Colossus để nó hoạt động trở lại.

Máy mã Enigma

Bảo tàng được xây dựng để tưởng nhớ vai trò quan trọng của nước Anh trong thời kỳ đầu tiên của kỷ nguyên số. Andy Clark, một trong những sáng lập viên của bảo tàng, đã rất băn khoăn về việc không lẽ bảo tàng sẽ chỉ trưng bày toàn máy móc được đặt bên trong những chiếc tủ kính. Khi mở cửa bảo tàng cho khách thăm quan ông vui mừng thông báo rằng: "TNMOC không chỉ là bảo tàng của những chiếc máy tính mà còn là nơi sử dụng máy tính. Tại đây, khách thăm quan còn có thể "lướt" trên một hệ thống mạng được sử dụng vào năm 1976".

Đến với Bảo tàng TNMOC, khách tham quan có thể chiêm ngưỡng nhiều chiếc máy tính từ thời kỳ đầu. Được trưng bày tại đây ngoài chiếc Colossus Mark 2 còn có máy tính mini DEC PDP 8, một chiếc máy tính Elliott 803, một số màn hình ICL, đầu cuối (terminal) điều khiển hàng không và những màn hình cũ khác.

Theo lời ông Clark, để đảm bảo cho việc bộ sưu tập nêu trên hoạt động đều đặn phải có một khoản tiền đảm bảo là 250.000 bảng Anh. Tổng cộng phải chi một khoản tiền là 6 triệu bảng để thành lập và hợp pháp hoá việc đưa bảo tàng vào hoạt động. TNMOC đã mở cửa không chính thức vào ngày 12/7/2007.

Những người có sáng kiến thành lập Bảo tàng TNMOC hiện nay đang tìm kiếm sự ủng hộ từ các quỹ thiện nguyện và cá nhân hảo tâm để có thể gây dựng một bộ sưu tập phong phú và đa dạng hơn.

Ng.Chi Cong ©2019 Bảo tàng CNTT

Trước khi transistor xuất hiện, linh kiện điện tử chủ yếu là ống chân không có dòng điện chạy qua giữa các điện cực. Ống hoạt động dựa trên nguyên lý bức xạ ion do nhiệt: cực âm được nung nóng phát ra các ion âm hay electron (điện tử) và chúng bị hút về cực dương.

LƯỢC SỬ

Thomas Edison năm 1883 đã dùng điện đốt nóng sợi dây tóc trong ống chân không, ông thấy có các điện tử phát ra và chúng có thể thu lại bằng một tấm kim loại. Hiện tượng này được gọi là bức xạ ion do nhiệt và tạo nên nguyên lý cơ bản cho hoạt động của các ống chân không.

John Ambrose Fleming năm 1904 đã tạo ra diode, gồm một cực âm (cathode) và một cực dương (anode), có khả năng tạo ra dòng điện một chiều từ dòng điện xoay chiều. Đây là thành phần cơ bản của máy phát sóng vô tuyến và thiết bị chỉnh lưu điện.

Lee de Forest năm 1906-1908 đã đặt thêm một lưới tản nhiệt đặc biệt giữa cực âm và cực dương của diode, tạo ra triode. Sự đổi mới này cho phép sản xuất thiết bị khuếch đại và chuyển mạch điện tử, cơ sở của ngành điện tử hiện đại.

Trong các máy tính điện tử đời đầu, ống chân không chủ yếu được sử dụng để xử lý thông tin, bao gồm thực hiện các phép toán logic và đồng bộ hóa tín hiệu điều khiển máy.

Trước khi có ống chân không, các máy tính đã sử dụng các thiết bị cơ khí hoặc rơle điện cơ, vốn bền vững nhưng chậm và gây tiếng ồn. Ống chân không cho phép tạo ra các mạch hoàn toàn là điện tử, chạy nhanh hơn và có khả năng hỗ trợ các thiết kế với kiến ​​trúc phức tạp.

Các ống chân không có thể thực hiện ba chức năng cơ bản:

• Chuyển mạch (BẬT/TẮT): ống được kết nối thành bộ đóng-mở nhanh, một thành phần cơ bản trong các cổng logic.
• Khuếch đại: các tín hiệu không bị suy giảm mà ngược lại được tăng cường mạnh lên sau khi đi qua mạch.
• Đồng bộ hoá: tạo ra các xung ổn định, đồng bộ về thời gian giữa các dữ liệu và tín hiệu điều khiển.

Các máy tính điện tử đời đầu thường dùng nhiều Triode là một ống chân không có ba điện cực:

• Cathode: cực âm, nguồn nhiệt phát ra dòng điện tử.
• Anode: cực dương, bộ phận thu nhận dòng điện tử.
• Lưới điều khiển: cực trung gian để kiểm soát dòng điện tử.

Việc điều chỉnh linh hoạt điện thế trên lưới trung gian cho phép kiểm soát dòng điện tử đi từ cực âm tới cực dương. Nguyên lý này tạo nên nền tảng của mạch điện tử trong khuếch đại và chuyển mạch.

Trong máy tính sử dụng ống chân không, 4 thành phần sau đây xuất hiện khắp nơi trong bộ xử lý trung tâm:

• Cổng logic: các hàm AND, OR, NOT, được thực hiện bằng cách sử dụng ống chân không và các linh kiện thụ động (điện trở, tụ điện, cuộn cảm).:
• Flip-flop: mạch có 2 trạng thái ổn định được sử dụng để lưu trữ bit dữ liệu trong các thanh ghi và bộ đếm.
• Mạch điều khiển: quy định trình tự lệnh và quản lý tín hiệu nội bộ.
• Khuếch đại và điều chỉnh tín hiệu: điều chỉnh tín hiệu từ các thiết bị điện tử nội bộ hoặc thiết bị ngoại vi bên ngoài.

Lưu ý: bộ nhớ chính trong các máy tính điện tử đời đầu thường không chỉ dùng ống chân không. Tuỳ từng loại máy tính và thời kỳ, các công nghệ bộ nhớ khác nhau đã ra đời và cùng tồn tại như: dây trễ, trống từ, xuyến ferrite hoặc ống Williams.

GIỚI HẠN CỦA ỐNG CHÂN KHÔNG

Các ống chân không đã được ứng dụng trong chế tạo máy tính điện tử, mặc dù chúng có những hạn chế lớn sau đây:

• Tiêu thụ năng lượng và toả nhiệt lớn: nhiệt lượng tỏa ra liên tục ở các cực âm là một điểm trừ về kỹ thuật và kinh tế.
• Độ tin cậy: Các máy tính điện tử có hàng nghìn ống chân không và thường xuyên gặp sự cố hỏng hóc.
• Sự cồng kềnh: các ống chân không, thiết bị làm mát và hệ thống cấp điện chiếm nhiều diện tích trong phòng làm việc.
• Thời gian khởi động lâu: cần có thời gian làm nóng trước khi hoạt động ổn định.

Điều này giải thích hoàn toàn dễ hiểu vì sao mà trong ngành công nghiệp máy tính việc ứng dụng các transistor và mạch tích hợp đã diễn ra rất nhanh chóng.

Ng.Chi Cong ©2019 Bảo tàng CNTT

Năm 1947 transistor ra đời rồi dần dần thay thế đèn điện tử (ống chân không). Nó có thể được chế tạo ở kích thước cực nhỏ và thực hiện cực nhanh hiệu ứng đóng mở hoặc khuếch đại dòng điện, nhờ vậy đã thay đổi cả thế giới bằng sự có mặt ở mọi nơi, từ những thiết bị cá nhân gần gũi như máy tính, điện thoại v.v. cho đến những con tàu vũ trụ đang lặng lẽ bay đến các hành tinh xa xôi ...

Những máy tính điện tử đầu tiên đã sử dụng rất nhiều ống chân không (còn gọi là đèn điện tử) để thực hiện hiệu ứng đóng mở. Khi vận hành đèn nóng rực nên phải đặt máy tính trong một căn phòng lớn với máy lạnh và một nhóm chuyên viên làm việc tại chỗ rất tốn kém mà vẫn hỏng hóc thường xuyên.

Ống chân không sau đó dần dần được thay thế bằng transistor, còn gọi là bóng bán dẫn. Đó là một loại linh kiện điện tử được chế tạo trên nền tảng công nghệ khuếch đại bán dẫn do ba nhà khoa học William Shockley, John Bardeen và Walter Brattain phát minh vào năm 1947 tại Phòng thí nghiệm Bell nổi tiếng của Mỹ.

Chiếc transistor đầu tiên làm bằng chất bán dẫn germanium được giới thiệu ngay trước lễ Giáng sinh năm 1947 rồi 6 tháng sau đó có công bố rộng rãi cho toàn thế giới biết. Và ba tác giả nói trên đã vinh dự nhận giải thưởng Nobel vật lý năm 1956. Nhưng đó chưa phải là tất cả câu chuyện mà chỉ mới bắt đầu.

Ngành công nghiệp và người tiêu dùng không phải chờ đợi lâu mới biết tới các ứng dụng liên quan. Sản phẩm thương mại đầu tiên có chứa một bộ khuếch đại bán dẫn là máy trợ thính Sonotone 1010 được bán ra thị trường vào năm 1952, tức là chỉ 5 năm sau phát minh về transistor.

Phát minh đó quả thật đã trực tiếp tạo nên cuộc cách mạng công nghiệp mới với các linh kiện và công cụ giúp loài người chuyển sang một thời kỳ phát triển xã hội vượt bậc, được gọi là thời đại thông tin. Năm 1957, tại công ty Texas Instruments nhà khoa học J.Kilby đã sáng chế mạch tích hợp germanium - tiền thân của các vi mạch (còn gọi là chip hay con bọ) được làm bằng chất bán dẫn silicon sau này.

Kỹ sư Gordon Moore 39 tuổi khi sáng lập hãng Intel cùng tiến sĩ Robert Noyce (người sáng chế mạch tích hợp - tức IC hay vii mạch - độc lập với Kilby). Trong một bài báo đăng ngày 19.4.1965 của tạp chí Electronics ông Moore dự đoán mật độ transistor trên chip sẽ tăng gấp đôi trong khoảng từ 18 tháng đến 2 năm. Định luật Moore từ đó đến nay vẫn đúng dù trong thực tế đã sắp chạm đến giới hạn vật lý của thế giới vi mô, nơi có những định luật cơ học lượng tử làm chủ.

Sự tăng trưởng đều đặn mật độ transistor trên một chip bán dẫn đã cho phép hãng Intel và các hãng tiếp theo làm ra được các bộ nhớ, bộ vi xử lý và các chip khác vừa nhỏ xíu vừa tiêu thụ rất ít điện. Những linh kiện này mở ra một con đường mới cho các hãng chế tạo máy tính và sự ra đời của máy tính cá nhân (PC), cũng như của các công ty khởi nghiệp (start-up) gần như đi từ số không mà sau này trở thành khổng lồ như MicroSoft, Apple v.v..

Trong thập niên 1980 mỗi chip silicon đã có thể phức tạp đến mức bao gồm hàng triệu transistor. Chúng có mặt trong cực nhiều ứng dụng và ở khắp mọi nơi, từ những thiết bị cá nhân gần gũi như máy tính, điện thoại v.v. cho đến những con tàu vũ trụ đang lặng lẽ bay đến các hành tinh xa xôi.... Transistor ngày nay càng nhỏ hơn và nằm gần nhau hơn ở mức nanomét (1 phần tỷ mét), cho phép các thiết bị mạnh lên gấp bội và thúc đẩy sự phát triển của xã hội với những bước ngoặt bất ngờ.

Ng.Chi Cong ©2019 Bảo tàng CNTT