Chương này nói về Đại cương về Kiến trúc máy tính; lịch sử phát triển của máy tính; thông tin và sự mã hoá thông tin.
Các thế hệ máy tính[edit]
Sự phát triển của máy tính được mô tả dựa trên sự tiến bộ của các công nghệ chế tạo các linh kiện cơ bản của máy tính như: bộ xử lý, bộ nhớ, các ngoại vi,... Ta có thể nói máy tính điện tử số trải qua bốn thế hệ liên tiếp. Việc chuyển từ thế hệ trước sang thế hệ sau được đặc trưng bằng một sự thay đổi cơ bản về công nghệ.
Thế hệ đầu tiên [1946–1957][edit]
[Electronic Numerical Integrator and Computer] là máy tính điện tử số đầu tiên do Giáo sư Mauchly và người học trò Eckert tại Đại học Pennsylvania thiết kế vào năm 1943 và được ENIAC hoàn thành vào năm 1946. Đây là một máy tính khổng lồ với thể tích dài 20 mét, cao 2,8 mét và rộng vài mét. ENIAC bao gồm: 18.000 đèn điện tử, 1.500 công tắc tự động, cân nặng 27 tấn, và tiêu thụ 140KW giờ. Nó có 2 Vào những năm đầu của thập niên 50, những máy tính thương mại đầu tiên được đưa ra thị trường: 48 hệ máy UNIVAC I và 19 hệ máy IBM 701 đã được bán ra.
Thế hệ thứ hai [1958–1964][edit]
Công ty Bell đã phát minh ra transistor vào năm 1947 và do đó thế hệ thứ hai của máy tính được đặc trưng bằng sự thay thế các đèn điện tử bằng các transistor lưỡng cực. Tuy nhiên, đến cuối thập niên 50, máy tính thương mại dùng transistor mới xuất hiện trên thị trường. Kích thước máy tính giảm, rẻ tiền hơn, tiêu tốn năng lượng ít hơn. Vào thời điểm này, mạch in và bộ nhớ bằng xuyến từ được dùng. Ngôn ngữ cấp cao xuất hiện [như FORTRAN năm 1956, COBOL năm 1959, ALGOL năm 1960] và hệ điều hành kiểu tuần tự [Batch Processing] được dùng. Trong hệ điều hành này, chương trình của người dùng thứ nhất được chạy, xong đến chương trình của người dùng thứ hai và cứ thế tiếp tục.
Thế hệ thứ ba [1965–1971][edit]
Thế hệ thứ ba được đánh dấu bằng sự xuất hiện của các mạch kết [mạch tích hợp – IC: Integrated Circuit]. Các mạch kết độ tích hợp mật độ thấp [SSI: Small Scale Integration] có thể chứa vài chục linh kiện và kết độ tích hợp mật độ trung bình [MSI: Medium Scale Integration] chứa hàng trăm linh kiện trên mạch tích hợp. Mạch in nhiều lớp xuất hiện, bộ nhớ bán dẫn bắt đầu thay thế bộ nhớ bằng xuyến từ. Máy tính đa chương trình và hệ điều hành chia thời gian được dùng.
Khuynh hướng hiện tại[edit]
Việc chuyển từ thế hệ thứ tư sang thế hệ thứ 5 còn chưa rõ ràng. Người Nhật đã và đang đi tiên phong trong các chương trình nghiên cứu để cho ra đời thế hệ thứ 5 của máy tính, thế hệ của những máy tính thông minh, dựa trên các ngôn ngữ trí tuệ nhân tạo như LISP và PROLOG,... và những giao diện người – máy thông minh. Đến thời điểm này, các nghiên cứu đã cho ra các sản phẩm bước đầu và gần đây nhất [2004] là sự ra mắt sản phẩm người máy thông minh gần giống với con người nhất: ASIMO [Advanced Step Innovative Mobility: Bước chân tiên tiến của đổi mới và chuyển động]. Với hàng trăm nghìn máy móc điện tử tối tân đặt trong cơ thể, ASIMO có thể lên/xuống cầu thang một cách uyển chuyển, nhận diện người, các cử chỉ hành động, giọng nói và đáp ứng một số mệnh lệnh của con người. Thậm chí, nó có thể bắt chước cử động, gọi tên người và cung cấp thông tin ngay sau khi bạn hỏi, rất gần gũi và thân thiện. Hiện nay có nhiều công ty, viện nghiên cứu của Nhật thuê Asimo tiếp khách và hướng dẫn khách tham quan như: Viện Bảo tàng Khoa học năng lượng và Đổi mới quốc gia, hãng IBM Nhật Bản, Công ty điện lực Tokyo. Hãng Honda bắt đầu nghiên cứu ASIMO từ năm 1986 dựa vào nguyên lý chuyển động bằng hai chân. Cho tới nay, hãng đã chế tạo được 50 robot ASIMO.
Các tiến bộ liên tục về mật độ tích hợp trong VLSI đã cho phép thực hiện các mạch vi xử lý ngày càng mạnh [8 bit, 16 bit, 32 bit và 64 bit với việc xuất hiện các bộ xử lý RISC năm 1986 và các bộ xử lý siêu vô hướng năm 1990]. Chính các bộ xử lý này giúp thực hiện các máy tính song song với từ vài bộ xử lý đến vài ngàn bộ xử lý. Điều này làm các chuyên gia về kiến trúc máy tính tiên đoán thế hệ thứ 5 là thế hệ các máy tính xử lý song song.
Phân loại máy tính[edit]
Thông thường máy tính được phân loại theo tính năng kỹ thuật và giá tiền.
- Các siêu máy tính [Super Computer]: là các máy tính đắt tiền nhất và tính năng kỹ thuật cao nhất. Giá bán một siêu máy tính từ vài triệu USD. Các siêu máy tính thường là các máy tính vectơ hay các máy tính dùng kỹ thuật vô hướng và được thiết kế để tính toán khoa học, mô phỏng các hiện tượng. Các siêu máy tính được thiết kế với kỹ thuật xử lý song song với rất nhiều bộ xử lý [hàng ngàn đến hàng trăm ngàn bộ xử lý trong một siêu máy tính].
- Các máy tính lớn [Mainframe] là loại máy tính đa dụng. Nó có thể dùng cho các ứng dụng quản lý cũng như các tính toán khoa học. Dùng kỹ thuật xử lý song song và có hệ thống vào ra mạnh. Giá một máy tính lớn có thể từ vài trăm ngàn USD đến hàng triệu USD.
- Máy tính mini [Minicomputer] là loại máy cở trung, giá một máy tính mini có thể từ vài chục USD đến vài trăm ngàn USD.
- Máy vi tính [Microcomputer] là loại máy tính dùng bộ vi xử lý, giá một máy vi tính có thể từ vài trăm USD đến vài ngàn USD.
Thành quả của máy tính[edit]
Định luật Moore về sự phát triển của máy tính. hihi
Mỗi cái năm thế hệ của máy tính được đặc trưng bởi một sự phát triển công nghệ quan trọng có sự thay đổi sáng tạo trong cách thức hoạt động của máy tính.
Máy tính đóng một vai trò quan trọng trong hầu hết mọi khía cạnh của cuộc sống con người, nhưng máy tính như chúng ta biết ngày nay rất khác so với các mô hình ban đầu.
Nhưng máy tính là gì? Một máy tính có thể được định nghĩa là một thiết bị điện tử thực hiện các phép toán số học và logic.
Một định nghĩa phổ biến khác có thể nói rằng máy tính là một thiết bị hoặc máy móc có thể xử lý một số tài liệu nhất định để biến nó thành thông tin.
Để hiểu hoạt động cơ bản của máy tính, cần xác định dữ liệu, xử lý và thông tin.
Dữ liệu là tập hợp các yếu tố cơ bản tồn tại nếu không có chuỗi; bởi bản thân họ không có ý nghĩa.
Xử lý là quá trình mà thông tin có thể được trích xuất từ dữ liệu. Và cuối cùng, thông tin là yếu tố cuối cùng của bất kỳ công việc xử lý nào.
Máy tính điện tử đầu tiên được phát minh vào năm 1833; nó là thiết bị đầu tiên có động cơ phân tích.
Thời gian trôi qua, thiết bị này đã được chuyển đổi thành một cỗ máy đáng tin cậy có thể thực hiện công việc nhanh hơn. Đây là cách thế hệ máy tính đầu tiên có máy ENIAC ra đời.
Thế hệ thứ nhất [1945-1956]
Các ống chân không được liên kết như là công nghệ chính của thế hệ máy tính đầu tiên; Chúng là những ống thủy tinh chứa điện cực.
Những ống này được sử dụng cho các mạch của các máy tính đầu tiên. Ngoài ra, các máy này sử dụng trống từ trong bộ nhớ của chúng.
Ống chân không được phát minh vào năm 1906 bởi một kỹ sư điện. Trong nửa đầu thế kỷ 20, đây là công nghệ chính được sử dụng để chế tạo radio, tivi, radar, máy X-quang và các thiết bị điện tử khác.
Các máy thế hệ đầu tiên thường được điều khiển bằng bảng điều khiển với hệ thống dây hoặc một loạt địa chỉ được mã hóa trên băng giấy.
Chúng rất đắt, chúng tiêu thụ điện lớn, chúng tạo ra rất nhiều nhiệt và chúng rất lớn [chúng thường chiếm phòng hoàn chỉnh].
Máy tính điện tử hoạt động đầu tiên được gọi là ENIAC và sử dụng 18.000 ống chân không. Nó được xây dựng ở Hoa Kỳ, tại Đại học Pennsylvania và dài khoảng 30,5 mét.
Nó được sử dụng để tính toán tạm thời; Nó chủ yếu được sử dụng trong các tính toán liên quan đến chiến tranh, chẳng hạn như các hoạt động liên quan đến việc chế tạo bom nguyên tử.
Mặt khác, cỗ máy Colossus cũng được chế tạo trong những năm này để giúp người Anh trong Thế chiến thứ hai. Nó được sử dụng để giải mã các tin nhắn bí mật từ kẻ thù và sử dụng 1.500 ống chân không.
Mặc dù các máy thế hệ đầu tiên này có thể lập trình được, các chương trình của chúng không được lưu trữ bên trong. Điều này sẽ thay đổi khi máy tính từ các chương trình được lưu trữ được phát triển.
Máy tính thế hệ thứ nhất phụ thuộc vào ngôn ngữ máy, ngôn ngữ lập trình thấp nhất được máy tính hiểu để thực hiện các thao tác [1GL].
Họ chỉ có thể giải quyết một vấn đề tại một thời điểm và các nhà khai thác có thể mất vài tuần để lên lịch cho một vấn đề mới.
Thế hệ thứ hai [1956-1963]
Thế hệ thứ hai của máy tính thay thế ống chân không bằng bóng bán dẫn. Các bóng bán dẫn cho phép máy tính nhỏ hơn, nhanh hơn, rẻ hơn và hiệu quả hơn ở mức năng lượng tiêu thụ. Đĩa và băng từ thường được sử dụng để lưu trữ dữ liệu.
Mặc dù các bóng bán dẫn tạo ra đủ nhiệt để gây ra một số thiệt hại cho máy tính, chúng là một cải tiến trên công nghệ trước đó.
Các máy tính thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ làm mát, sử dụng thương mại rộng hơn và chỉ được sử dụng cho các mục đích khoa học và kinh doanh cụ thể.
Các máy tính thế hệ thứ hai này đã bỏ lại ngôn ngữ máy mật mã nhị phân để sử dụng ngôn ngữ lắp ráp [2GL]. Thay đổi này cho phép lập trình viên chỉ định hướng dẫn bằng từ.
Trong thời gian này, các ngôn ngữ lập trình cấp cao cũng đang được phát triển. Các máy tính thế hệ thứ hai cũng là những máy đầu tiên lưu trữ các hướng dẫn trong bộ nhớ của chúng.
Vào thời điểm đó, yếu tố này đã phát triển từ trống từ thành công nghệ có lõi từ tính.
Thế hệ thứ ba [1964-1971]
Đặc trưng của thế hệ máy tính thứ ba là công nghệ mạch tích hợp. Một mạch tích hợp là một thiết bị đơn giản chứa nhiều bóng bán dẫn.
Các bóng bán dẫn trở nên nhỏ hơn và được đặt trên chip silicon, được gọi là chất bán dẫn. Nhờ sự thay đổi này, máy tính đã nhanh hơn và hiệu quả hơn so với thế hệ thứ hai.
Trong thời gian này, máy tính đã sử dụng ngôn ngữ thế hệ thứ ba [3GL] hoặc ngôn ngữ cấp cao. Một số ví dụ về các ngôn ngữ này bao gồm Java và JavaScript.
Các máy móc mới của thời kỳ này bắt nguồn một cách tiếp cận mới để thiết kế máy tính. Có thể nói rằng ông đã đưa ra khái niệm về một máy tính duy nhất trên một loạt các thiết bị khác; một chương trình được thiết kế để sử dụng trong máy gia đình có thể được sử dụng ở những người khác.
Một thay đổi khác của thời kỳ này là bây giờ việc tương tác với máy tính được thực hiện thông qua bàn phím, chuột và màn hình với giao diện và hệ điều hành.
Nhờ vậy, thiết bị có thể chạy các ứng dụng khác nhau cùng một lúc với một hệ thống trung tâm chịu trách nhiệm về bộ nhớ.
Công ty IBM là người tạo ra máy tính quan trọng nhất trong thời kỳ này: Hệ thống IBM / 360. Một mô hình khác của công ty này nhanh hơn 263 lần so với ENIAC, cho thấy sự đột phá trong lĩnh vực máy tính cho đến lúc đó..
Vì các máy này nhỏ hơn và rẻ hơn so với người tiền nhiệm của chúng, lần đầu tiên máy tính có thể truy cập được cho khán giả nói chung.
Trong thời gian này, máy tính phục vụ một mục đích chung. Điều này rất quan trọng vì trước đây máy được sử dụng cho các mục đích cụ thể trong các lĩnh vực chuyên ngành.
Thế hệ thứ tư [1971-nay]
Thế hệ thứ tư của máy tính được xác định bởi bộ vi xử lý. Công nghệ này cho phép hàng ngàn mạch tích hợp được xây dựng trên một chip silicon.
Sự tiến bộ này cho phép những gì trước đây chiếm toàn bộ căn phòng, giờ đây có thể nằm gọn trong lòng bàn tay.
Năm 1.971, chip Intel 4004 được phát triển đặt tất cả các thành phần của máy tính, từ bộ xử lý trung tâm và bộ nhớ đến các điều khiển đầu vào và đầu ra, trong một chip đơn. Điều này đánh dấu sự khởi đầu của thế hệ máy tính kéo dài cho đến ngày nay.
Năm 1981, IBM đã tạo ra một máy tính mới có khả năng chạy 240.000 khoản tiền mỗi giây. Năm 1996, Intel đã đi xa hơn và tạo ra một cỗ máy có khả năng chạy 400.000.000 tổng mỗi giây. Năm 1984, Apple giới thiệu Macintosh với một hệ điều hành khác ngoài Windows.
Máy tính thế hệ thứ tư trở nên mạnh mẽ hơn, nhỏ gọn hơn, đáng tin cậy hơn và dễ tiếp cận hơn. Kết quả là cuộc cách mạng của máy tính cá nhân [PC] đã ra đời.
Trong thế hệ này, các kênh thời gian thực, hệ điều hành phân tán và bảng thời gian được sử dụng. Trong thời kỳ này internet đã ra đời.
Công nghệ vi xử lý được tìm thấy trong tất cả các máy tính hiện đại. Điều này là do chip có thể được sản xuất với số lượng lớn mà không tốn nhiều tiền.
Chip xử lý được sử dụng làm bộ xử lý trung tâm và chip bộ nhớ được sử dụng cho bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên [RAM]. Cả hai chip sử dụng hàng triệu bóng bán dẫn được đặt trên bề mặt silicon của chúng.
Các máy tính này sử dụng ngôn ngữ thế hệ thứ tư [4GL]. Những ngôn ngữ này bao gồm các câu tương tự như các ngôn ngữ được tạo ra bằng ngôn ngữ của con người.
Thế hệ thứ năm [hiện tại-tương lai]
Các thiết bị thế hệ thứ năm dựa trên trí tuệ nhân tạo. Hầu hết các máy này vẫn đang được phát triển, nhưng có một số ứng dụng sử dụng công cụ trí tuệ nhân tạo. Một ví dụ về điều này là nhận dạng giọng nói.
Việc sử dụng các chất siêu dẫn và chất siêu dẫn song song làm cho trí tuệ nhân tạo trở thành hiện thực.
Ở thế hệ thứ năm, công nghệ dẫn đến việc sản xuất chip vi xử lý có 10 triệu linh kiện điện tử.
Thế hệ này dựa trên phần mềm xử lý song song phần cứng và trí tuệ nhân tạo. Trí tuệ nhân tạo là một lĩnh vực mới nổi trong khoa học máy tính, nó diễn giải các phương pháp cần thiết để khiến máy tính nghĩ giống con người
Người ta ước tính rằng điện toán lượng tử và công nghệ nano sẽ thay đổi hoàn toàn bộ mặt của máy tính trong tương lai.
Mục tiêu của điện toán thế hệ thứ năm là phát triển các thiết bị có thể đáp ứng đầu vào của ngôn ngữ tự nhiên và có khả năng tự học và tự tổ chức.
Ý tưởng là các máy tính thế hệ thứ năm trong tương lai có thể hiểu lời nói và chúng có thể bắt chước lý luận của con người. Lý tưởng nhất là các máy này sẽ có thể phản ứng với môi trường của chúng bằng các loại cảm biến khác nhau.
Các nhà khoa học đang làm việc để biến điều này thành hiện thực; Họ cố gắng tạo ra một máy tính có IQ thực tế với sự trợ giúp của các chương trình và công nghệ tiên tiến. Bước đột phá trong công nghệ hiện đại này sẽ cách mạng hóa các máy tính của tương lai.
Tài liệu tham khảo
- Ngôn ngữ thế hệ [2017]. Phục hồi từ computerhope.com
- Bốn thế hệ máy tính. Lấy từ open.edu
- Lịch sử phát triển máy tính và tạo ra máy tính. Lấy từ wikieducator.org
- Máy tính- thế hệ thứ tư. Lấy từ guidespoint.com
- Năm thế hệ máy tính [2010]. Lấy từ webopedia.com
- Thế hệ, máy tính [2002]. Phục hồi từ bách khoa toàn thư.com
- Máy tính- thế hệ thứ năm. Lấy từ guidesonpoint.com
- Năm thế hệ máy tính [2013]. Lấy từ bye-notes.com