ứng dụng các nguyên tắc sáng tạo trong quá trình hình thành và phát triển máy tính

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG  PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Đề tài: Ứng Dụng Các Nguyên Tắc Sáng Tạo Trong Quá Trình Hình Thành Và Phát Triển Máy Tính Giảng viên: GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM Học viên thực hiện: NGUYỄN VŨ HUY Mã số học viên: CH1101094 Lớp: Cao học khóa 6 TP. Hồ Chí Minh 04 / 2012 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 I. CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO KHOA HỌC CƠ BẢN 1 1. Nguyên tắc phân nhỏ 1 2. Nguyên tắc tách khỏi đối tượng 1 3. Nguyên tắc phẩm chất cục bộ 1 4. Nguyên tắc phản (bất) đối xứng 1 5. Nguyên tắc kết hợp 2 6. Nguyên tắc vạn năng 3 7. Nguyên tắc “chứa trong” 3 8. Nguyên tắc phản trọng lượng 3 9. Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ 4 10. Nguyên tắc thực hiện sơ bộ 4 11. Nguyên tắc dự phòng. 4 12. Nguyên tắc đẳng thế 4 13. Nguyên tắc đảo ngược 5 14. Nguyên tắc cầu (tròn) hoá 5 15. Nguyên tắc linh động 5 16. Nguyên tắc giải (tác động) “thiếu” hoặc “thừa” 5 17. Nguyên tắc chuyển sang chiều khác 6 18. Sử dụng các dao động cơ học 6 19. Nguyên tắc tác động theo chu kỳ 6 20. Nguyên tắc liên tục tác động có ích 7 21. Nguyên tắc “vượt nhanh” 7 22. Nguyên tắc biến hại thành lợi 7 23. Nguyên tắc quan hệ phản hồi 7 24. Nguyên tắc sử dụng trung gian 8 25. Nguyên tắc tự phục vụ 9 26. Nguyên tắc sao chép (copy) 10 27. Nguyên tắc “rẻ” thay cho “đắt” 11 28. Thay thế sơ đồ (kết cấu) cơ học 11 29. Sử dụng các kết cấu khí và lỏng 11 30. Sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng 11 31. Sử dụng các vật liệu nhiều lỗ 12 32. Nguyên tắc thay đổi màu sắc 12 33. Nguyên tắc đồng nhất 12 34. Nguyên tắc phân hủy hoặc tái sinh các phần 13 35. Thay đổi các thông số hoá lý của đối tượng 13 36. Sử dụng chuyển pha 14 37. Sử dụng sự nở nhiệt 14 38. Sử dụng các chất ôxy hoá mạnh 14 39. Thay đổi độ trơ 14 40. Sử dụng các vật liệu hợp thành (composite) 14 II. ỨNG DỤNG CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO KHOA HỌC TRONG TIN HỌC – MÁY TÍNH VÀ LỊCH SỬ HÌNH THÀNH MÁY TÍNH 15 1. Sơ lược về máy tính 15 2. Các giai đoạn phát triển của máy tính 15 2.1. Thế hệ thứ nhất – Máy tính dùng đèn điện tử chân không (1946 - 1955) 16 2.2. Thế hệ thứ 2 – Máy tính dùng bóng bán dẫn transistor (1956 – 1965) 19 2.3. Thế hệ thứ 3 – Máy tính dùng vi mạch tích hợp SSI, MSI và LSI (1966-1980) 20 2.4. Thế hệ thứ 4 – Máy tính dùng vi mạch VLSI (1981 – nay) 23 3. Xu hướng phát triển trong tương lai 26 4. Sự vận dụng các nguyên tắc sáng tạo khoa học trong các giai đoạn phát triển của máy tính 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 – PadFone năm 2012. 2 Hình 1.2 – Samsung Galaxy Beam 3 Hình 1.3 – Giao diện Profile mạng xã hội facebook năm 2007. 9 Hình 1.4 – Một cảnh trong bộ phim 2012. 10 Hình 1.5 – Công nghệ nhận dạng giọng nói Siri trong iPhone 4S. 13 Hình 2.1 – Các giai đoạn phát triển máy tính 15 Hình 2.2 – Máy tính ENIAC - 1946 16 Hình 2.3 – Máy Von Neumann thế hệ đầu tiên 18 Hình 2.4 – Máy IBM 1401 20 Hình 2.5 – IBM System/360 – Năm 1964 22 Hình 2.6 – Máy Apple 1 năm 1976. 22 Hình 2.7 – Một mạch tích hợp VLSI 23 Hình 2.8 – Máy tính cá nhân của IBM năm 1981. 24 Hình 2.9 – HP 150 năm 1983. 24 Hình 2.10 – Máy tính Deep Blue năm 1997 25 Hình 2.11 – iPhone 2007 của Apple 25 Hình 2.12 – iPad 2010 của Apple 26 Hình 2.13 – Máy PDI-1 năm 1960 31 Hình 2.14 – IC vi điều khiển 8-bit 8742 của Intel 31 Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học Trang 1 I. CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO KHOA HỌC CƠ BẢN 1. Nguyên tắc phân nhỏ 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. Ví dụ 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 Nội dung 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 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 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). Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học Trang 2 5. Nguyên tắc kết hợp 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. 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. Hình 1.1 – PadFone năm 2012. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học Trang 3 6. Nguyên tắc vạn năng Nội dung Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó không cần sự tham gia của đối tượng khác. Ví dụ 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. Hình 1.2 – Samsung Galaxy Beam 7. Nguyên tắc “chứa trong” 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 Nội dung - Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng cách gắn nó với các đối tượng khác, có lực nâng. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học Trang 4 - Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng tương tác với môi trường như sử dụng các lực thủy động, khí động. 9. Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ 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 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. Nội dung Bù đắp độ tin cậy không lớn của đối tượng bằng cách chuẩn bị trước các phương tiện báo động, ứng cứu, an toàn. Ví dụ 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 Nội dung Thay đổi điều kiện làm việc để không phải nâng lên hay hạ xuống các đối tượng Giải thích Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học Trang 5 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 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 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 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” Nội dung 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. [...]... nhất sang sử dụng những vật liệu hợp thành (composite) Hay nói chung, sử dụng các vật liệu có tính hệ thống mới Trang 14 Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học II 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 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... 2 Các giai đoạn phát triển của máy tính 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 Hình. .. VLSI Hình 2.1 – Các giai đoạn phát triển máy tính Trang 15 Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học 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... vận dụng các nguyên tắc sáng tạo khoa học trong các giai đoạn phát triển của máy tính - Nguyên tắc sao chép: Trước Chiến tranh thế giới thứ II, máy tính tương tự, cơ khí và điện tử được xem là “thời thượng”, và nhiều người cho rằng chúng là tương lai của ngành tính toán Những máy tính tương tự tận dụng sự tương tự chặt chẽ giữa toán học ở tỷ lệ nhỏ – vị trí và chuyển động của bánh xe hay điện thế và. .. hay quy luật logic 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 khía cạnh của một vấn đề hay của một hệ thống Trong trường hợp này,... 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... định - Sử dụng các trường kết hợp với các hạt sắt từ 29 Sử dụng các kết cấu khí và lỏng Nội dung 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 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... thế và dòng điện của các thành phần điện tử – và toán học về các hiện tượng vật lý khác, như đường đạn, quán tính, cộng hưởng, truyền tải năng lượng, mô men… Trên cơ sở đó mô hình hóa các hiện tượng vật lý bằng điện thế và dòng điện điện tử thành các số lượng tương tự Ở thế hệ máy tính thứ 3, các vi máy tính được dùng làm trung tâm máy tính giá thấp cho ngành công nghiệp, kinh doanh và trường đại học... sử dụng các phần mềm, ứng dụng được phát triển từ phía thứ 3, chơi game, xem video và truy cập internet (tương tự như iPhone) Hình 2.12 – iPad 2010 của Apple 3 Xu hướng phát triển trong tương lai Việc chuyển từ thế hệ thứ tư sang thế hệ thứ năm 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... 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 (Reduced Instructions Set Computer) 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 năm là thế hệ các máy tính xử lý . học trong tin học Trang 15 II. 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 Máy. 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