PPNCKH Ứng Dụng Các Nguyên Tắc Sáng Tạo Trong Quá Trình Hình Thành Và Phát Triển Máy Tính

LỜI NÓI ĐẦU
Chúng ta đang sống trong một kỉ nguyên của khoa học công nghệ với sự bùng nổ
thông tin. Khoa học công nghệ đã trở thành động lực và công cụ thúc đẩy sự tiến bộ
của nhân loại. Thông qua hoạt động nghiên cứu, con người không ngừng tìm tòi, sáng
tạo ra những sản phẩm mới đáp ứng nhu cầu của xã hội. Phương pháp luận sáng tạo
khoa học đóng vai trò định hướng hoạt động sáng tạo của con người cũng vì thế mà trở
nên quan trọng.
Phương pháp luận sáng tạo khoa học là phần ứng dụng của Khoa học về sáng tạo,
bao gồm hệ thống các phương pháp và kỹ năng cụ thể giúp nâng cao năng suất và hiệu
quả, qua đó tiến tới điều khiển tư duy sáng tạo của con người.
Trong phạm vi bài tiểu luận, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu nội dung cùng một vài
dẫn chứng minh họa về những nguyên tắc sáng tạo khoa học cơ bản. Sự vận dụng
những nguyên tắc sáng tạo khoa học trong tin học được trình bày chi tiết qua một ví dụ
sáng tạo điển hình – Máy tính và lịch sử hình thành máy tính.
Em xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Hoàng Kiếm, người đã tận tâm truyền đạt
những kiến thức nền tảng cho chúng em trong môn học “Phương nghiên cứu khoa học
trong tin học”. Xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô của trường ĐH CNTT cùng các bạn
trong lớp đã đóng góp những ý kiến bổ ích, tạo điều kiện để em hoàn thành bài tiểu
luận.
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
I. CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO KHOA HỌC CƠ BẢN
1. Nguyên tắc phân nhỏ
II. Nội dung
- Chia đối tượng thành các phần độc lập.
- Làm đối tượng trở nên tháo lắp được.
- Tăng mức độ phân nhỏ của đối tượng.
III. Ví dụ
IV. Trong quá trình truyền nhận file giữa các máy tính trên mạng internet, file được
phân nhỏ thành các gói (packages) để gửi đi. Tương tự, khi upload một file có dung

lượng lớn lên internet, file cũng được phân nhỏ, upload từng phần để tiện trong upload
và download.
2. Nguyên tắc tách khỏi đối tượng
V. Nội dung
VI. Tách phần gây “phiền phức” (tính chất “phiền phức”) hay ngược lại, tách phần
duy nhất “cần thiết” (tính chất “cần thiết”) ra khỏi đối tượng.
3. Nguyên tắc phẩm chất cục bộ
VII. Nội dung
- Chuyển đối tượng (hay môi trường bên ngoài, tác động bên ngoài) có cấu trúc đồng
nhất thành không đồng nhất.
- Các phần khác nhau của đối tượng phải có các chức năng khác nhau.
- Mỗi phần của đối tượng phải ở trong những điều kiện thích hợp nhất của công việc.
4. Nguyên tắc phản (bất) đối xứng
VIII. Nội dung
- Chuyển đối tượng có hình dạng đối xứng thành không đối xứng (nói chung làm giảm
bậc đối xứng).
- Nếu đối tượng phản đối xứng, tăng mức độ phản đối xứng (giảm bậc đối xứng).
5. Nguyên tắc kết hợp
Trang 4
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
IX. Nội dung
- Kết hợp các đối tượng đồng nhất hoặc các đối tượng dùng cho các hoạt động kế cận.
- Kết hợp về mặt thời gian các hoạt động đồng nhất hoặc kế cận.
X. Ví dụ
- Apple store, kho ứng dụng tập hợp các ứng dụng cho các dòng sản phẩm của Apple
như iPhone, iPad.
- PadFone - Máy tính bảng “ba trong một”: Asus PadFone vừa có màn ra mắt chính thức
tại MWC 2012 và nổi bật bởi thiết kế độc đáo “phá vỡ mọi quy luật” của mình. Về cơ
bản, PadFone là một chiếc máy tính bảng “lai” điện thoại nhưng 2 thiết bị chính của
máy có thể hoạt động độc lập. Khi được kết hợp với nhau, chiếc điện thoại 4,3 inch sẽ

đóng vai trò là trung tâm xử lý cho chiếc máy tính bảng 10,1 inch. Smartphone sẽ bổ
sung kết nối 3G, camera chụp ảnh 8 megapixel cho tablet, ngược lại tablet sẽ có nhiệm
vụ sạc pin cho smartphone. Ngoài ra, Asus sẽ bán kèm bàn phím PadFone Station
Dock cho những ai muốn biến PadFone thành một chiếc máy tính xách tay đích thực.
XI.
XII. Hình 1.1 – PadFone năm 2012.
XIII.
6. Nguyên tắc vạn năng
XIV. Nội dung
Trang 5
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
XV. Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó không cần sự
tham gia của đối tượng khác.
XVI. Ví dụ
XVII. Samsung Galaxy Beam - Smartphone được tích hợp máy chiếu dạng
LED, cho phép chiếu nội dung lên màn chiếu rộng đến 50 inch. Máy chiếu
này sẽ trình diễn tất cả các nội dung đang hiển thị trên màn hình smartphone,
với độ sáng và chất lượng ấn tượng.
XVIII.
XIX. Hình 1.2 – Samsung Galaxy Beam
7. Nguyên tắc “chứa trong”
XX. Nội dung
- Một đối tượng được đặt bên trong đối tượng khác và đối tượng khác đó lại chứa đối
tượng thứ ba
- Một đối tượng chuyển động xuyên suốt bên trong đối tượng khác.
8. Nguyên tắc phản trọng lượng
XXI. Nội dung
- Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng cách gắn nó với các đối tượng khác, có lực
nâng.
- Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng tương tác với môi trường như sử dụng các lực

thủy động, khí động.
Trang 6
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
9. Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ
XXII. Nội dung
- Gây ứng suất trước với đối tượng để chống lại ứng suất không cho phép hoặc không
mong muốn khi đối tượng làm việc (hoặc gây ứng suất trước để khi làm việc sẽ dùng
ứng suất ngược lại).
- Nếu theo điều kiện bài toán cần thực hiện tác động nào đó, cần thực hiện phản tác động
trước.
10. Nguyên tắc thực hiện sơ bộ
XXIII. Nội dung
- Thực hiện trước sự thay đổi cần có, hoàn toàn hoặc từng phần, đối với đối tượng.
- Cần sắp xếp đối tượng trước, sao cho chúng có thể hoạt động từ vị trí thuận lợi nhất,
không mất thời gian dịch chuyển.
11. Nguyên tắc dự phòng.
XXIV. Nội dung
XXV. Bù đắp độ tin cậy không lớn của đối tượng bằng cách chuẩn bị trước các
phương tiện báo động, ứng cứu, an toàn.
XXVI. Ví dụ
XXVII. Chức năng đồng hồ báo thức trong các loại điện thoại thường có chế độ
lặp đi lặp lại để dự phòng trường hợp người sử dụng ngủ quên.
12. Nguyên tắc đẳng thế
XXVIII. Nội dung
XXIX. Thay đổi điều kiện làm việc để không phải nâng lên hay hạ xuống các đối
tượng
Giải thích
XXX. Quỹ tích của những điểm có cùng một thế năng, gọi là mặt đẳng thế.
Trong vật lý người ta đã chứng minh được rằng, một vật chuyển động trên
mặt đẳng thế thì không sinh công.

13. Nguyên tắc đảo ngược
Trang 7
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
XXXI. Nội dung
- Thay vì hành động như yêu cầu bài toán, hãy hành động ngược lại (ví dụ: không làm
nóng mà làm lạnh đối tượng).
- Làm phần chuyển động của đối tượng (hay môi trường bên ngoài) thành đứng yên và
ngược lại, phần đứng yên thành chuyển động.
- Lật ngược đối tượng (chân thành đầu, đầu thành chân), lộn trái đối tượng (trong thành
ngoài, ngoài thành trong).
14. Nguyên tắc cầu (tròn) hoá
XXXII. Nội dung
- Chuyển những phần thẳng của đối tượng thành cong, mặt phẳng thành mặt cầu, kết cấu
hình hộp thành kết cấu hình cầu.
- Sử dụng các con lăn, viên bi, vòng xoắn.
- Chuyển sang chuyển động quay, sử dụng lực ly tâm.
15. Nguyên tắc linh động
XXXIII. Nội dung
- Cần thay đổi các đặt trưng của đối tượng hay môi trường bên ngoài sao cho chúng tối
ưu trong từng giai đoạn làm việc.
- Phân chia đối tượng thành từng phần, có khả năng dịch chuyển đối với nhau.
- Nếu đối tượng nhìn chung bất động, làm nó di động được.
16. Nguyên tắc giải (tác động) “thiếu” hoặc “thừa”
XXXIV. Nội dung
XXXV. Nếu khó nhận được 100% hiệu quả cần thiết, nên nhận ít hơn hoặc nhiều
hơn “một chút”. Lúc đó bài toán có thể trở nên đơn giản hơn và dễ giải hơn
một cách đáng kể.
17. Nguyên tắc chuyển sang chiều khác
XXXVI. Nội dung
- Những khó khăn do chuyển động (hay sắp xếp) đối tượng theo đường (một chiều) sẽ

được khắc phục nếu cho đối tượng khả năng di chuyển trên mặt phẳng (hai chiều).
Trang 8
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
Tương tự, những bài toán liên quan đến chuyển động (hay sắp xếp) các đối tượng trên
mặt phẳng sẽ được đơn giản hoá khi chuyển sang không gian (ba chiều).
- Chuyển các đối tượng có kết cấu một tầng thành nhiều tầng.
- Đặt đối tượng nằm nghiêng.
- Sử dụng mặt sau của diện tích cho trước.
- Sử dụng các luồng ánh sáng tới diện tích bên cạnh hoặc tới mặt sau của diện tích cho
trước.
XXXVII. Ví dụ
XXXVIII. Ở các dòng điện thoại, máy tính bảng cảm ứng, màn hình có thể
xoay cả 4 hướng, tùy vào mục đích, ý muốn của người sử dụng.
18. Sử dụng các dao động cơ học
XXXIX. Nội dung
- Làm đối tượng dao động. Nếu đã có dao động, tăng tầng số dao động ( đến tầng số siêu
âm).
- Sử dụng tầng số cộng hưởng.
- Thay vì dùng các bộ rung cơ học, dùng các bộ rung áp điện.
- Sử dụng siêu âm kết hợp với trường điện từ.
19. Nguyên tắc tác động theo chu kỳ
XL. Nội dung
- Chuyển tác động liên tục thành tác động theo chu kỳ (xung)
- Nếu đã có tác động theo chu kỳ, hãy thay đổi chu kỳ.
- Sử dụng khoảng thời gian giữa các xung để thực hiện tác động khác.
XLI.
XLII.
XLIII. Ví dụ
XLIV. Trong lập trình, lập trình viên thường sử dụng bộ định thời (timer) để
thực hiện các thao tác lập đi lập lại theo chu kỳ.

20. Nguyên tắc liên tục tác động có ích
XLV. Nội dung
- Thực hiện công việc một cách liên tục (tất cả các phần của đối tượng cần luôn luôn làm
việc ở chế độ đủ tải).
Trang 9
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
- Khắc phục vận hành không tải và trung gian.
- Chuyển chuyển động tịnh tiến qua lại thành chuyển động quay.
21. Nguyên tắc “vượt nhanh”
XLVI. Nội dung
- Vượt qua các giai đoạn có hại hoặc nguy hiểm với vận tốc lớn.
- Vượt nhanh để có được hiệu ứng cần thiết.
22. Nguyên tắc biến hại thành lợi
XLVII. Nội dung
- Sử dụng những tác nhân có hại (Ví dụ: tác động có hại của môi trường) để thu được
hiệu ứng có lợi.
- Khắc phục tác nhân có hại bằng cách kết hợp nó với tác nhân có hại khác.
- Thay đổi tác nhân có hại đến mức nó không còn có hại nữa.
23. Nguyên tắc quan hệ phản hồi
XLVIII. Nội dung
- Thiết lập quan hệ phản hồi
- Nếu đã có quan hệ phản hồi, hãy thay đổi (hoàn thiện) nó.
XLIX. Ví dụ
- Trong kỹ thuật dò tìm và định vị bằng sóng vô tuyến ra đa, người ta truyền đi một
chùm xung vô tuyến có cường độ lớn và thu sóng phản xạ lại bằng máy thu. Bằng cách
phân tích sóng phản xạ, vật phản xạ được định vị, và đôi khi được xác định hình dạng.
- Động cơ turbin phản lực thường được dùng làm động cơ đẩy cho máy bay. Không khí
được đưa vào bên trong những máy nén quay thông qua cửa hút khí và được nén tới áp
suất cao trước khi đi vào buồng đốt. Ở đây không khí trộn với nhiên liệu và được đốt
cháy. Quá trình cháy này khiến nhiệt độ khí tăng lên rất nhiều. Các sản phẩm cháy

nhiệt độ cao thoát ra khỏi buồng đốt và chạy qua turbin để làm quay máy nén. Luồng
khí bên trong turbin thoát ra ngoài thông qua ống thoát khí, tạo ra một lực đẩy phản lực
ngược chiều. Nếu tốc độ phản lực vượt quá tốc độ bay, máy bay sẽ có được lực
đẩy tiến về phía trước.
24. Nguyên tắc sử dụng trung gian
Trang 10
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
L. Nội dung
- Sử dụng đối tượng trung gian, chuyển tiếp để mang, truyền tác động
- Tạm thời gắn đối tượng cho trước với đối tượng khác, dễ tách rời sau đó.
LI. Ví dụ
- Ở một số dòng điện thoại, dây kết nối với máy tính và dây sạc pin là một. Khi sạc pin,
người ta dùng thêm một bộ phận sạc, một đầu kết nối với dây sạc, một đầu được cắm
vào nguồn điện.
- Cùng với sự phát triển của đời sống, nhu cầu kết bạn, giao lưu của con người ngày
càng cao. Do đó, mạng xã hội ra đời. Mạng xã hội (Facebook, Twitter…) là dịch vụ nối
kết các thành viên cùng sở thích trên Internet lại với nhau với nhiều mục đích khác
nhau không phân biệt không gian và thời gian.
Trang 11
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
LII.
Trang 12
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
LIII. Hình 1.3 – Giao diện Profile mạng xã hội facebook năm 2007.
25. Nguyên tắc tự phục vụ
LIV. Nội dung
- Đối tượng phải tự phục vụ bằng cách thực hiện các thao tác phụ trợ, sửa chữa.
- Sử dụng phế liệu, chát thải, năng lượng dư.
LV. Ví dụ
LVI. Để tiết kiệm điện năng, điện thoại tự động tắt đèn màn hình sau một

khoảng thời gian không sử dụng.
26. Nguyên tắc sao chép (copy)
LVII. Nội dung
- Thay vì sử dụng những cái không được phép, phức tạp, đắt tiền, không tiện lợi hoặc dễ
vỡ, sử dụng bản sao.
- Thay thế đối tượng hoặc hệ các đối tượng bằng bản sao quang học (ảnh, hình vẽ) với
các tỷ lệ cần thiết.
- Nếu không thể sử dụng bản sao quang học ở vùng biểu kiến (vùng ánh sáng nhìn thấy
được bằng mắt thường), chuyển sang sử dụng các bản sao hồng ngoại hoặc tử ngoại.
LVIII. Ví dụ
LIX. Trong các bộ phim đòi hỏi những cảnh quay hoành tráng về chiến tranh,
thảm họa thiên nhiên… việc có được một cảnh quay thực tế là hầu như
không thể. Do đó, người ta sử dụng công nghệ để dựng nên những cảnh
quay này. Một trong những ví dụ điển hình là bộ phim 2012. 2012 đã làm
được những điều mà các bộ phim về thảm họa trước đây chưa thể làm được,
từ cảnh Tòa thánh Vatican bị đổ nhào, Nhà Trắng bị phá hủy hay cảnh nước
biển quét sạch dãy Himalaya.
Trang 13
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
LX.
LXI. Hình 1.4 – Một cảnh trong bộ phim 2012.
LXII.
27. Nguyên tắc “rẻ” thay cho “đắt”
LXIII. Nội dung
LXIV. Thay thế đối tượng đắt tiền bằng bộ các đối tượng rẻ có chất lượng kém
hơn (Ví dụ: như về tuổi thọ).
28. Thay thế sơ đồ (kết cấu) cơ học
LXV. Nội dung
- Thay thế sơ đồ cơ học bằng điện, quang, nhiệt, âm hoặc mùi vị.
- Sử dụng điện trường, từ trường và điện từ trường trong tương tác với đối tượng.

Trang 14
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
- Chuyển các trường đứng yên sang chuyển động, các trường cố định sang thay đổi theo
thời gian, các trường đồng nhất sang có cấu trúc nhất định.
- Sử dụng các trường kết hợp với các hạt sắt từ.
29. Sử dụng các kết cấu khí và lỏng
LXVI. Nội dung
LXVII. Thay cho các phần của đối tượng ở thể rắn, sử dụng các chất khí và lỏng:
nạp khí, nạp chất lỏng, đệm không khí, thủy tĩnh, thủy phản lực.
30. Sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng
LXVIII. Nội dung
- Sử dụng các vỏ dẻo và màng mỏng thay cho các kết cấu khối.
- Cách ly đối tượng với môi trường bên ngoài bằng các vỏ dẻo và màng mỏng.
LXIX. Ví dụ
LXX. Công nghệ silicon đã, đang và sẽ tiếp tục mang lại những đột phá mới về
hiệu suất hoạt động trong một kỷ nguyên điện toán có hiệu quả tiết kiệm
điện năng cao. Intel là công ty đầu tiên triển khai công nghệ sản xuất silicon
65nanomet (nm) tiên tiến trong năm 2005, tích hợp các tính năng tiết kiệm
điện năng tiêu thụ trong một chu trình vốn là yếu tố thiết yếu để mang lại
hiệu quả tiết kiệm điện năng tại cấp độ bóng bán dẫn.
LXXI.
LXXII.
31. Sử dụng các vật liệu nhiều lỗ
LXXIII. Nội dung
- Làm đối tượng có nhiều lỗ hoặc sử dụng thêm những chi tiết có nhiều lỗ (miếng đệm,
tấm phủ).
- Nếu đối tượng đã có nhiều lỗ, sơ bộ tẩm nó bằng chất nào đó.
LXXIV. Ví dụ
LXXV. In lụa là một dạng trong kỹ thuật in ấn. In lụa là tên thông dụng do giới
thợ đặt ra xuất phát từ lúc bản lưới của khuôn in làm bằng tơ lụa. Sau đó, khi

Trang 15
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
mà bản lưới lụa có thể thay thế bởi các vật liệu khác như vải bông, vải sợi
hóa học, lưới kim loại để làm thì tên gọi được mở rộng như là in lưới.
32. Nguyên tắc thay đổi màu sắc
LXXVI. Nội dung
- Thay đổi màu sắc của đối tượng hay môi trường bên ngoài
- Thay đổi độ trong suốt của của đối tượng hay môi trường bên ngoài.
- Để có thể quan sát được những đối tượng hoặc những quá trình, sử dụng các chất phụ
gia màu, hùynh quang.
- Nếu các chất phụ gia đó đã được sử dụng, hãy dùng các nguyên tử đánh dấu.
- Sử dụng các hình vẽ, ký hiệu thích hợp.
LXXVII. Ví dụ
- Ở các hình định dạng png, những phần nền không cần thiết nhìn thấy được làm cho
trong suốt.
- Khi định dạng một văn bản, phần tiêu đề, những mục quan trọng thường được in đậm,
in nghiêng đối với những phần chú thích.
33. Nguyên tắc đồng nhất
LXXVIII. Nội dung
LXXIX. Những đối tượng, tương tác với đối tượng cho trước, phải được làm từ
cùng một vật liệu (hoặc từ vật liệu gần về các tính chất) với vật liệu chế tạo
đối tượng cho trước.
LXXX.
LXXXI. Ví dụ
- Công nghệ nhận dạng giọng nói không phải là thứ gì đó quá mới mẻ, nhưng khi công
nghệ nhận dạng giọng nói Siri được tích hợp trong một thiết bị như iPhone 4S lập tức
thu hút sự quan tâm đặc biệt của người dùng.
Trang 16
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
LXXXII.

LXXXIII. Hình 1.5 – Công nghệ nhận dạng giọng nói Siri trong iPhone 4S.
34. Nguyên tắc phân hủy hoặc tái sinh các phần
LXXXIV.Nội dung
- Phần đối tượng đã hoàn thành nhiệm vụ hoặc trở nên không cần thiết phải tự phân hủy
(hoà tan, bay hơi ) hoặc phải biến dạng.
- Các phần mất mát của đối tượng phải được phục hồi trực tiếp trong quá trình làm việc.
35. Thay đổi các thông số hoá lý của đối tượng
LXXXV. Nội dung
- Thay đổi trạng thái đối tượng.
- Thay đổi nồng độ hay độ đậm đặc.
- Thay đổi độ dẻo
- Thay đổi nhiệt độ, thể tích.
36. Sử dụng chuyển pha
LXXXVI.Nội dung
LXXXVII. Sử dụng các hiện tượng nảy sinh trong quá trình chuyển pha như:
thay đổi thể tích, toả hay hấp thu nhiệt lượng.
37. Sử dụng sự nở nhiệt
LXXXVIII. Nội dung
Trang 17
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
- Sử dụng sự nở (hay co) nhiệt của các vật liệu.
- Nếu đã dùng sự nở nhiệt, sử dụng với vật liệu có các hệ số nở nhiệt khác nhau.
38. Sử dụng các chất ôxy hoá mạnh
LXXXIX. Nội dung
- Thay không khí thường bằng không khí giàu ôxy.
- Thay không khí giàu ôxy bằng chính ôxy.
- Dùng các bức xạ ion hoá tác động lên không khí hoặc ôxy.
- Sử dụng ôxy bị ôzôn hóa.
- Thay ôxy giàu ôzôn (hoặc ôxy bị ion hoá) bằng chính ôzôn.
39. Thay đổi độ trơ

XC. Nội dung
- Thay môi trường thông thường bằng môi trường trung hoà.
- Đưa thêm vào đối tượng các phần, các chất, phụ gia trung hoà.
- Thực hiện quá trình trong chân không.
40. Sử dụng các vật liệu hợp thành (composite)
XCI. Nội dung
XCII. Chuyển từ các vật liệu đồng nhất sang sử dụng những vật liệu hợp thành
(composite). Hay nói chung, sử dụng các vật liệu có tính hệ thống mới.
XCIII. ỨNG DỤNG CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
– MÁY TÍNH VÀ LỊCH SỬ HÌNH THÀNH MÁY TÍNH
1. Sơ lược về máy tính
XCIV. Máy tính, hay còn gọi là máy vi tính, là những thiết bị hay hệ thống
dùng để tính toán hay kiểm soát các hoạt động mà có thể biểu diễn dưới dạng số hay
quy luật logic.
XCV. Máy tính được lắp ghép bởi các thành phần có thể thực hiện các chức
năng đơn giản đã định nghĩa trước. Quá trình tác động tương hỗ phức tạp của các thành
phần này tạo cho máy tính một khả năng xử lý thông tin. Nếu được thiết lập chính xác
(thông thường bởi các chương trình máy tính) máy tính có thể mô phỏng lại một số
Trang 18
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
khía cạnh của một vấn đề hay của một hệ thống. Trong trường hợp này, khi được cung
cấp một bộ dữ liệu thích hợp nó có thể tự động giải quyết vấn đề hay dự đoán trước sự
thay đổi của hệ thống.
2. Các giai đoạn phát triển của máy tính
XCVI. Có nhiều cách phân loại các giai đoạn phát triển củamáy tính. Một cách
phân loại ít mơ hồ là theo sự hoàn thiện của công nghệ. Theo đó, lịch sử phát triển của
máy tính có thể chia thành các giai đoạn:
- Máy tính cơ khí
- Máy tính dùng đèn điện tử chân không
- Máy tính dùng transistor

- Máy tính dùng vi mạch tích hợp SSI, MSI, LSI
- Máy tính dùng vi mạch VLSI
XCVII.
XCVIII. Hình 2.1 – Các giai đoạn phát triển máy tính.
XCIX. Những chiếc máy tính có mặt sớm nhất thuần túy là máy cơ khí. Đây là
giai đoạn sơ khai của quá trình hình thành máy vi tính. Trong thập niên 1930, các thành
phần relay cơ – điện đã được giới thiệu vào máy tính từ ngành công nghiệp liên lạc
viễn thông. Từ đó đến nay, lịch sử phát triển máy tính trải qua 4 thế hệ.
XCIX.1. Thế hệ thứ nhất – Máy tính dùng đèn điện tử chân không (1946 - 1955)
C. Trong thập niên 1940, những chiếc máy tính thuần túy điện tử đã được chế tạo
từ những bóng điện tử.
CI. Năm 1946, J. Presper Eckert và John Mauchly cho ra mắt hệ thống điện toán
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) với khả năng xử lý 5.000
phép tính một giây, nhanh hơn bất cứ thiết bị nào trước đó. Được xem là thế hệ đầu tiên
Trang 19
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
của máy tính điện tử, ENIAC ban đầu được xây dựng để phục vụ cho cuộc chiến tranh
thế giới thứ 2, nhưng hoàn thành muộn hơn 1 năm sau khi cuộc chiến đã kết thúc.
CII.
CIII. Hình 2.2 – Máy tính ENIAC - 1946
CIV. Chỉ vài năm sau, hệ thống này xuất hiện tại các trường đại học, văn
phòng chính phủ, ngân hàng và công ty bảo hiểm. ENIAC hoạt động dựa trên hệ thập
phân 10 số. ENIAC đã góp phần giải quyết các vấn đề điện toán liên quan đến quá
trình phát triển bom khinh khí (bom hydro) và nhiều dự án quân sự khác.
CV. Trung tâm của ENIAC là một thiết bị có tên là bộ đếm vòng, bao gồm 10
bóng chân không trong một vòng tròn. Mười bộ đếm vòng được đặt trong mỗi thanh
ghi, và có thể lưu trữ các số lên tới 10 tỷ trừ 1 (9,999,999,999) hoặc xuống tới âm 10 tỷ
trừ 1. Khi một thanh ghi đạt mức tối đa của nó, một xung sẽ được gửi qua dây dẫn tới
một vòng tiếp theo, tiếp tục quá trình. ENIAC chứa tổng cộng 20 thanh ghi trải khắp 40
máng được nối mạng với nhau qua một bảng phích cắm. Dữ liệu được lưu theo các

xung trong các ống thủy ngân 5 chân.
CVI. ENIAC được coi là một thiết bị Turing đầy đủ. Tuy nhiên, một chương
trình trên ENIAC được định nghĩa bởi những trạng thái của cáp nối tạm và chuyển
mạch, một khoảng cách xa so với những máy điện tử chương trình lưu trữ sử dụng kỹ
thuật này. Lập trình nó có nghĩa là lắp lại dây cho nó. Sự phát triển hoàn tất vào năm
Trang 20
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
1948 đã giúp cho nó có thể xử lý các tập chương trình lưu trữ trong bảng bộ nhớ chức
năng, khiến cho việc lập trình bớt khó khăn hơn. Nó có thể được nối dây thực hiện
nhiều bộ cộng tích lũy cùng lúc để thực hiện những phép tính song song.
CVII. Máy von Neumann thế hệ đầu tiên:
CVIII. Để một máy tính toán trở thành máy tính đa năng, phải có một cơ chế đọc
– ghi thuận tiện. Dựa trên những kiến thức mang tính lý thuyết về “máy tính phổ quát”
của Alan Turing, John von Neumann đã định nghĩa một kiến trúc sử dụng cùng một bộ
nhớ cho việc lưu trữ chương trình lẫn dữ liệu, mà hầu như tất cả các máy tính ngày nay
đều sử dụng kiến trúc này (hoặc một biến thể nào đó của nó). John von Neumann đã
được ghi danh trong bản báo cáo được biết đến rộng rãi mô tả mẫu thiết kế EDVAC
trong đó cả chương trình và dữ liệu tính toán đều được lưu trữ trong một bộ lưu trữ duy
nhất. Thiết kế cơ bản này, được biểu thị trong kiến trúc von Neumann, sẽ đóng vai trò
làm nền tảng cho sự phát triển các thế hệ tiếp sau của ENIAC trên toàn cầu.
CIX.
CX. Hình 2.3 – Máy Von Neumann thế hệ đầu tiên.
CXI. Trong thế hệ thiết bị này, bộ nhớ tạm hoặc vùng nhớ đang tính toán được
các đường trễ âm cung cấp. Những đường này sử dụng thời gian truyền âm qua một
Trang 21
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
chất trung gian như thủy ngân lỏng hoặc qua một sợi dây để lưu dữ liệu ngắn. Những
chuỗi xung âm thanh được gửi qua một cái ống. Khi xung đi đến cuối ống, mạch điện
sẽ kiểm tra xem xung đó đại diện cho 1 hay 0 và làm cho máy tạo dao dộng gửi lại
xung. Những máy khác sử dụng các ống Williams, trong đó tận dụng khả năng của ống

phát hình ti vi để lưu trữ và truy xuất dữ liệu. Đến trước năm 1954, bộ nhớ lõi từ nhanh
chóng thay thế phần lớn các dạng lưu trữ tạm thời khác, và thống trị trong lĩnh vực này
cho đến giữa thập niên 1970.
CXII. Chiếc máy von Neumann hoạt động được đầu tiên là Manchester “Baby”
hay Máy thí nghiệm thu nhỏ (Small – Scale Experimental Machine), được Frederic C.
Williams và Tom Kilburn phát triển tại Đại học Manchester vào năm 1948. Một năm
sau đó, chiếc máy tính Manchester Mark I ra đời. Đây là một hệ thống hoàn chỉnh, sử
dụng ống Williams và bộ nhớ trống từ (magnetic drum), và cũng ra mắt thanh ghi chỉ
mục (index register). Đối thủ khác cho danh hiệu “chiếc máy tính lưu trữ chương trình
bằng kỹ thuật số đầu tiên” là EDSAC, được thiết kế và chế tạo tại Đại học Cambridge.
Được đưa vào hoạt động chưa đầy một năm sau Manchester “Baby”, EDSAC cũng có
thể giải quyết được những bài toán thật sự. EDSAC lấy cảm hứng từ những kế hoạch
của EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer – Máy tính tự động
biến rời rạc điện tử), chiếc máy nối tiếp của ENIAC. Tuy nhiên, không giống như
ENIAC sử dụng xử lý song song, EDVAC sử dụng một một đơn vị xử lý đơn. Kiểu
thiết kế này đơn giản hơn và là kiểu đầu tiên được hiện thực trong làn sóng mini hóa,
và tăng độ tin cậy về sau này.
CXII.1. Thế hệ thứ 2 – Máy tính dùng bóng bán dẫn transistor (1956 – 1965)
CXIII. Vào nửa sau thập niên 1950 transistor lưỡng cực (Bipolar Junction
Transistor – BJT) đã thay thế ống chân không, từ đó dẫn đến những chiếc máy tính
thuộc thế hệ thứ hai.
CXIV. Transistor lưỡng cực được phát minh vào năm 1947. So với ống chân
không, transistor mang lại nhiều lợi điểm. Thứ nhất, chi phí sản xuất ra chúng rẻ hơn
mà nhanh hơn gấp 10 lần, biến thiên từ điều kiện 1 đến 0 chỉ mất có một phần triệu
hoặc một phần tỷ giây. Thứ hai, dung tích transistor được giảm xuống đáng kể, đo bằng
Trang 22
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
milimét vuông so với centimét vuông của ống chân không. Bên cạnh đó, nhiệt độ vận
hành thấp hơn của transistor đã làm tăng độ tin cậy của chúng so với ống chân không.
Các máy tính được trang bị transistor có thể chứa mười ngàn mạch luận lý nhị phân

trong một không gian rất nhỏ hẹp.
CXV. Thông thường, các máy tính thế hệ thứ hai bao gồm rất nhiều mạch
in như IBM Standard Modular System, mỗi mạch có chứa một đến bốn cổng luận
lý hoặc flip-flop. Một máy tính thế hệ thứ hai, IBM 1401, đã giành được đến khoảng
một phần ba thị phần thế giới.
CXVI.
CXVII. Hình 2.4 – Máy IBM 1401
CXVIII. Các thiết bị điện tử được transistor hóa không chỉ phát triển CPU, mà còn
được sử dụng trong việc phát triển các thiết bị ngoại vi. Chiếc RAMAC IBM 350 được
ra mắt vào năm 1956 là máy tính có ổ đĩa đầu tiên trên thế giới. Đơn vị lưu trữ dữ liệu
dạng đĩa thế hệ thứ hai có thể lưu trữ hàng chục triệu ký tự và chữ số. Nhiều thiết bị
ngoại vi khác nhau có thể kết nối với CPU, giúp tăng tổng dung lượng bộ nhớ đến hàng
trăm triệu ký tự và chữ số. Tiếp sau đơn vị lưu trữ bằng đĩa cố định được kết nối với
Trang 23
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
CPU thông qua băng truyền dữ liệu tốc độ cao, là đơn vị lưu trữ dữ liệu dạng đĩa tháo
lắp. Một chồng đĩa tháo lắp có thể thay bằng một chồng khác chỉ trong vài giây.
CXVIII.1. Thế hệ thứ 3 – Máy tính dùng vi mạch tích hợp SSI, MSI và LSI (1966-1980)
CXIX. Sự bùng nổ của máy tính và nhu cầu sử dụng máy tính bắt đầu từ các
máy tính thế hệ thứ ba. Những chiếc máy tính này dựa trên các phát minh độc lập về
mạch tích hợp (IC hay microchip) của Jack St. Clair Kilby và Robert Noyce, từ đó dẫn
đến việc phát minh ra vi xử lý của Ted Hoff, Federico Faggin, và Stanley Mazor
tại Intel.
CXX. Việc phát minh ra mạch tích hợp giúp cho nhiều transitor và các phần tử
khác được tích hợp trên một chip bán dẫn. Các mạch tích hợp được phát minh trong
giai đoạn này là các mạch tích hợp cỡ nhỏ SSI (Small Scale Integration), mạch tích hợp
cỡ trung bình MSI (Medium Scale Integration) và mạch tích hợp cỡ lớn LSI (Large
Scale Integration). Trên mạch tích hợp cỡ nhỏ chỉ có thể chứa từ 1 đến 10 cổng logic
(AND, OR, …). Mạch tích hợp cỡ trung bình ngoài việc tích hợp các cổng logic, các
mạch còn được mở rộng tích hợp thêm các bộ đếm và các chức năng logic tương

đương. Mạch tích hợp cỡ lớn được tích hợp nhiều chức năng logic hơn, có thể có cả bộ
vi xử lý hoàn chỉnh trong một chip.
CXXI. Trong suốt thập niên 1960 có một khoảng cách đáng kể về công nghệ
giữa thế hệ thứ hai và thứ ba. IBM đã hiện thực các mô đun công nghệ logic rắn
IBM trong mạch lai dành cho hệ thống IBM/360 vào năm 1964. Đến cuối năm 1975,
Sperry Univac vẫn tiếp tục sản xuất các máy thế hệ thứ hai như UNIVAC 494. Các hệ
thống lớn Burroughs như B5000 là các máy xếp chồng cho phép lập trình đơn giản
hơn. Những máy tự động ngăn xếp này cũng được hiện thực trong vi máy tính và vi xử
lý về sau, những thứ đã ảnh hưởng đến thiết kế ngôn ngữ lập trình. Vi xử lý dẫn đến sự
phát triển của vi máy tính. Đó là những máy tính nhỏ, giá thành thấp mà những cá nhân
và doanh nghiệp nhỏ có thể sở hữu. Các vi máy tính xuất hiện lần đầu vào thập niên
1970, dần dần có mặt ở khắp mọi nơi vào thập niên 1980 về sau.
Trang 24
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học
CXXII.
CXXIII. Hình 2.5 – IBM System/360 – Năm 1964
CXXIV. Steve Wozniak, đồng sáng lập viên Apple Computer, là người được vinh
danh trong quá trình phát triển chiếc máy tính gia đình dành cho thị trường đại chúng
đầu tiên. Chiếc máy tính đầu tiên của ông, Apple I, lần đầu tiên được công bố tại
Homebrew Computer Club và được bán vào năm 1976.
CXXV.
Trang 25