LỊCH sử máy TÍNH HIỆN đại dưới góc NHÌN của NGƯỜI SÁNG tạo KHOA học

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN KHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH BỘ MÔN: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC - - Bài tiểu luận LỊCH SỬ MÁY TÍNH HIỆN ĐẠI DƯỚI GĨC NHÌN CỦA NGƯỜI SÁNG TẠO KHOA HỌC GVHD: GS TS Hoàng Văn Kiếm Học viên: Nguyễn Vĩnh Kha MSHV: CH1101096 LỚP: CH06 KHĨA: 2011-2013 TP Hồ Chí Minh – 03/2012 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Mục lục Lời nói đầu Chương I.Konrad Zuse máy tính có khả lập trình tự Chương II.Atanasoff-Berry: Sự xuất máy tính điện tử Chương III.Howard Aiken Grace Hopper: Máy tính Havard MARK I 11 Chương IV.UNIVAC - Tiếng vang máy vi tính 13 Lời kết 16 Tài liệu tham khảo 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Lời nói đầu Trong lịch sử văn minh nhân loại, người chứng kiến phát minh, phát kiến có tầm vóc to lớn, thay đổi hoàn toàn diện mạo sống chúng ta: Công cụ đồ đá đầu tiên, việc sử dụng lửa, máy học, phát minh vĩ đại thời gian gần vệ tinh nhân tạo, nhà máy điện hạt nhân tiến lĩnh vực sinh học (nhân vơ tính, sơ đồ gen lồi người) Từng bước, người ngày cải thiện sống nhờ vào cơng cụ, thiết bị "hiện đại dần theo thời gian" Trong kỉ nguyên "công nghệ - thơng tin" nay, máy vi tính (computer) trở thành khái niệm phổ cập, mà tồn khơng thể tách rời với tiến người Bản thân hình thành phát triển máy tính q trình chứa đựng nhiều nỗ lực óc sáng tạo nhiều hệ người Trong tiểu luận này, ta điểm qua số cột mốc quan trọng lịch sử phát triển máy tính đưa phân tích góc nhìn người làm sáng tạo khoa học Trong giới hạn tiểu luận, người viết xin điểm qua năm cột mốc quan trọng máy vi tính từ năm 1936 (thời điểm máy tính học đời) đến 1952 (sự kiện máy tính UNIVAC dự đốn xác kết bầu cử tổng thống Mỹ vào lúc đó, kiện gây tiếng vang cho máy tính - khiến trở thành tên tiếng cộng đồng), tương ứng với chương: Chương I Konrad Zuse máy tính có khả lập trình tự Chương II Atanasoff-Berry: Sự xuất máy tính điện tử LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Chương III Howard Aiken Grace Hopper: Máy tính Havard MARK I Chương IV UNIVAC - Tiếng vang máy vi tính Cuối chương, ta đưa số nhận xét, đánh giá phát kiến, thay đổi máy tính góc nhìn người làm nghiên cứu khoa học Các luận điểm, phương pháp đề cập dựa “Các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo bản” tác giả Phan Dũng Trong trình soạn thảo tài liệu, người viết khơng thể tránh khỏi thiếu sót nhầm lẫn - mong nhận ý kiến đóng góp từ đọc giả, quý thầy cô TP.HCM - ngày 13 tháng 04 năm 2012 Học viên Nguyễn Vĩnh Kha LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Chương I Konrad Zuse máy tính có khả lập trình tự Konrad Zuse (1910-1995) kĩ sư xây dựng công ty Henschel Aircraft Berlin, Đức vào giai đoạn đầu chiến thứ II Ông gọi "người phát minh máy tính đại" nhờ vào chuỗi máy tính tự động mà ơng sáng chế Một vấn đề khó thực tính tốn lớn, chí với thước loga máy tính học theo dấu tất kết trung gian sử dụng chúng chỗ bước tính tốn Konrad Zuse muốn khắc phục khó khăn Ơng nhận thiết bị tính tốn tự động cần có ba thành phần bản: điều khiển, nhớ, thành phần đảm nhận tính tốn số học Vào 1936, Zuse tạo máy tính học với tên gọi Z1, xem máy tính sử dụng số Zuse sử dụng để thực khảo sát số công nghệ tảng việc phát triển máy tính: thuật tốn dấu chấm động, nhớ có trữ lượng lớn, modules rowle hoạt động nguyên tắc yes/no Các ý tưởng Zuse không cài đặt đầy đủ vào Z1, ngày hoàn thiện với mẫu máy tính Z Vào 1939, Zuse hồn tất Z2, máy tính cơ-điện đầy đủ chức LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Konrad Zuse hoàn thành Z3 vào 1941, sử dụng phụ kiện tái chế đồng nghiệp sinh viên qun góp Đây máy vi tính số có đầy khả lập trình hoạt động điện, máy dựa số chấm động nhị phân hệ thống chuyển mạch Zuse sử dụng cuộn phim cũ để lưu trữ chương trình liệu cho Z3, thay sử dụng băng giấy hay bìa đục lỗ Trong suốt thời gian chiến tranh, giấy vốn cung cấp hạn chế Đức Vào 1941, Z3 chứa đựng hầu hết thành phần máy tính đại, vốn John von Neumann cộng ơng thiết kế vào 1946 Thiếu sót khả lưu trữ chương trình nhớ với liệu Konrad Zuse không cài đặt thiết kế cho Z3, lý nhớ 64 từ nhỏ để hỗ trợ chế độ làm việc Dựa thực tế ông muốn thực hàng ngàn thị câu lệnh, ông sử dụng nhớ để lưu trữ biến số Cấu trúc khối Z3 tương đồng với máy tính đại Z3 bao gồm thành phần độc lập, chẳng hạn thiết bị đọc băng giấy, thành phần điều khiển, thành phần số học cho dấu chấm động thiết bị nhập/xuất Năm 1946, Konrad Zuse viết ngơn ngữ lập trình đặt tên 'Plankalkul', ngôn ngữ ông dùng để lập trình máy tính Sử dụng Plankalkul, Zuse viết chương trình chơi cờ vua giới Ngơn ngữ lập trình Plankalkul bao gồm mảng mẩu tin, sử dụng kiểu phép gán (lưu trữ giá trị biểu thức biến), giá trị nằm cột bên phải Mảng tập mục liệu loại phân biệt số Mảng phương pháp tốt cần truy xuất theo thứ tự Ngược lại với danh sách, vốn cách thức tốt truy cập LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Các mẫu từ Z1 đến Z3 bị phá hủy chiến tranh, với Zuse Apparatebau, công ty máy vi tính Zuse sáng lập vào 1940 Ông rời nước Đức đến Zurich để hoàn thành Z4.Ông phải đưa Z4 khỏi nước Đức xe tài qn Ơng hồn tất việc xây dựng cài đặt Z4 trụ sở khoa toán ứng dụng học viện bách khoa liên bang Zurich Chiếc máy sử dụng năm 1955 Z4 sỡ hữu nhớ học với dung lượng 1024 từ vài đầu đọc thẻ Zuse sử dụng băng ghi phim để lưu trữ chương trình mình; lúc ơng sử dụng bìa đục lỗ Chiếc máy có thành phần đục lỗ thiết bị khác tạo khả lập trình linh động bao gồm dịch địa phân nhánh có điều kiện Năm 1949, ông chuyển lại Đức để thành lập công ty thứ hai tên gọi Zuse KG để xây dựng quảng bá cho thiết kế Ơng làm lại mẫu Z3 vào 1960 Z1 vào 1984 Nhận định phân tích: Trong giai đoạn này, ta thấy hình thành chuỗi máy tính học ứng dụng phương pháp sáng tạo khoa học sau:  Nguyên tắc phân nhỏ: Việc Zuse tách máy tính ba thành phần riêng biệt - điều khiển, nhớ, thành phần đảm nhận tính tốn số học – rõ ràng sử dụng nguyên tắc phân nhỏ: Phân nhỏ tách rời máy tính thành phần bản, chun mơn hóa thành phần theo mục đích khác  Nguyên tắc sử dụng trung gian: Việc sử dụng hệ số cho máy tính biểu nguyên tắc sử dụng trung gian Cơ số thập phân – người vốn số dễ thao tác thân thiện – với máy tính lại khơng phải LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC giải pháp tối ưu Vậy nên, thay sử dụng trực tiếp số thập phân cho máy tính, ơng định cài đặt số nhị phân Đây sử dụng yếu tố trung gian để đạt hiệu suất cao  Nguyên tắc “rẻ” thay cho “đắt”: Do thời gian chiến tranh chi phí cho thiết bị máy tính tăng cao, việc sử dụng thẻ đục lỗ đắt đỏ, Zuse giải vấn đề cách sử dụng chất liệu thay Mặc dù không cho hiệu suất tốt thẻ đục lỗ, cuộn phim cũ lại có ưu mặt kinh tế, điều hồn tồn chấp nhận vào thời điểm Đây rõ ràng biểu nguyên tắc “rẻ” thay cho “đắt”  Nguyên tắc tách khỏi: Sự kiện không lưu trữ chương trình nhớ với liệu biểu nguyên tắc tách khỏi: tách thành phần không quan trọng khỏi giải pháp mong muốn Thật Zues hồn tồn thực theo thiết kế ban đầu, nhận thấy khơng tối ưu so với trạng lúc nên ông định cách cài đặt khác  Nguyên tắc sử dụng trung gian: Xét mặt mục đích, ngơn ngữ lập trình xem đối tượng trung gian, cho phép lập trình viên thao tác dễ dàng – với phần cứng máy tính Việc sử dụng ngơn ngữ lập trình thực biểu nguyên tắc sử dụng trung gian: Sử dụng đối tượng dễ thao tác làm cầu nối với đối tượng khó thao tác LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Chương II Atanasoff-Berry: Sự xuất máy tính điện tử Giáo sư John Atanasoff nghiên cứu sinh Clifford Berry chế tạo thành cơng máy tính điện tử kỹ thuật số giới Đại Học bang Iowa từ năm 1939 đến năm 1942 Các máy tính Atanasoff-Berry đại diện cho số đổi tính tốn, bao gồm hệ thống nhị phân số học, xử lý song song, nhớ tái sinh, tách biệt nhớ máy chức tính tốn “Đó vào buổi tối phóng xe 100 m/h với rượu Scotch” John Atanasoff nói với phóng viên, “khi khái niệm hình thành, cỗ máy vận hành điện sử dụng hệ nhị phân (hai số) thay hệ mười chữ số, nhớ ngưng, trình tái sinh để ngăn cản nhớ từ việc bị cúp điện” Vào cuối năm 1939, John Atanasoff hợp tác với Clifford Berry để xây dựng mẫu thử nghiệm Họ tạo máy tính sử dụng điện năng, ống chân khơng, số nhị phân tụ điện Các tụ điện nằm trụ quay hình ống tích điện trữ cho nhớ Một Berry thông minh sáng tạo, với kiến thức chuyên điện tử kỹ khí xây dựng, đối tác lý tưởng cho Atanasoff Mẫu thử nghiệm giành khoản trợ cấp 850 la để xây dựng hồn chỉnh Sản phẩm cuối có kích cỡ bàn làm việc, nặng 700 pounds, có 300 ống chân khơng, với dây dài dặm Nó LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC tính tốn phép tính 15 giây, máy tính ngày tính tốn 150 tỷ phép tính 15 giây John Atanasoff viết hầu hết khái miệm máy tính đại mặt sau khăn ăn cocktail Ơng thích lái xe nhanh uống scotch Nhận định phân tích: Trong giai đoạn mở đầu máy tính điện tử, ta thấy biểu phương pháp sáng tạo khoa học sau:  Nguyên tắc thay sơ đồ học: Máy tính, giai đoạn đầu thiết kế cài đặt hoàn toàn theo hướng học giai đoạn John Atanasoff định xây dựng máy tính điện tử kỹ thuật số Việc áp dụng công nghệ điện tử cho máy tính khơng tăng hiệu suất máy mà cịn giảm tải cồng kềnh chi phí vận hành Ta hồn tồn nói biểu nguyên tắc thay sơ đồ học  Nguyên tắc liên tục tác động có ích: Việc áp dụng phương thức xử lý song song cho Atanasoff-Berry hướng tiếp cận theo nguyên tắc liên tục tác động có ích: cỗ máy thiết kế hướng đến mục tiêu “tất thành phần phải hoạt động đồng thời – khơng nên có thành phần ngưng nghỉ trình hoạt động” Khả tăng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC suất tiết kiệm thời gian, chi phí vận hành phủ nhận ta áp dụng nguyên tắc Ngày hầu hết máy tính thiết kế để thực xử lý song song lúc nhiều tác vụ  Nguyên tắc tự phục vụ nguyên tắc dự phòng: Việc áp dụng tụ điện để tự nạp điện cho nhớ, phòng ngừa khả mát liệu cúp điện thực cải tiến thiết kế Atanasoff-Berry, từ sản sinh khái niệm nhớ tái sinh Với thiết kế này, máy có khả tự phục vụ thân ngăn ngừa bất trắc xảy – minh chứng cho việc áp dụng đồng thời hai nguyên tắc: nguyên tắc phục vụ nguyên tắc dự phòng  Nguyên tắc thay đổi độ trơ: Với cỗ máy mình, Atanasoff Berry sử dụng kỹ thuật phổ biến dùng ống chân không Khéo léo sử dụng tiến công nghệ đương thời sản phẩm mình, hai người cho máy có độ bền cao hiệu suất tốt Sử dụng chân không thiết bị cách thức tiếp cận theo nguyên tắc thay đổi độ trơ  Nguyên tắc sử dụng vật liệu hợp thành (composite): Về mặt kĩ thuật, tụ điện linh kiện điện tử thụ động tạo hai bề mặt dẫn điện ngăn cách điện môi Sử dụng đồng thời nhiều vật liệu đơn vị linh kiện rõ ràng ứng dụng nguyên tắc sử dụng vật liệu hợp thành 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Chương III Howard Aiken Grace Hopper: Máy tính Havard MARK I Howard Aiken Grace Hopper thiết kế chuỗi máy MARK đại học Havard Sê-ri MARK bắt đầu vào năm 1944 với mẫu MARK I Hãy tượng tượng phòng khổng lồ đầy tiếng ồn, thành phần kim loại va vào lách cách, phòng dài 55 feet cao tới feet Với trọng lượng tấn, thiết bị khổng lồ bao gồm gần 760 ngàn thành phần Chiếc máy hải quân Mỹ sử dụng cho việc chế tạo đại bác đạn đạo, MARK I sử dụng năm 1949 Cỗ máy điều khiển cuộn giấy đục lỗ trước, thực phép tốn cộng, trừ, nhân, chia tham chiếu đến kết tính tốn trước Nó có chương trình phục vụ cho tính tốn liên quan đến logarit, lượng giác sử dụng số thập phân dài 23 chữ số Dữ liệu lưu trữ tính tốn hồn tồn học thơng qua 3000 bánh nhớ thập phân, 1400 ngắt mạch vòng 500 dặm dây điện Các rờ le điện tử khiến xếp vào danh sách máy tính rờ le Tất đầu hiển thị máy đánh chữ hoạt động điện Theo tiêu chuẩn nay, MARK thực chậm, cần đến giây để thực phép nhân Vào 1949, Grace Hopper bắt đầu nghiên cứu cho cơng ty Máy tính Eckert-Mauchly, đây, bà thiết kế trình biên dịch cải tiến 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC trở thành thành viên đội ngũ phát triển Flow-Matic, xem trình biên dịch xử lý liệu tiếng anh Bà người phát minh ngôn ngữ APT thẩm định ngơn ngữ COBOL Nhận định phân tích: Trong giai đoạn Havard MARK I, phương pháp sáng tạo khoa học sau ứng dụng:  Nguyên tắc sử dụng trung gian: Sự kiện Grace Hopper thiết kế trình biên dịch cải tiến xem biểu nguyên tắc này: trình biên dịch thực thi chức diễn dịch lại mã lệnh lập trình viên nhập vào thành mã lệnh theo ngơn ngữ máy Sử dụng trình biên dịch làm thành phần giao tiếp trung gian ngôn ngữ lập trình ngơn ngữ máy khái niệm mà lập trình viên nắm rõ 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Chương IV UNIVAC - Tiếng vang máy vi tính Máy tính tự động vạn - (Universal Automatic Computer) hay UNIVAC cột mốc quan trọng lịch sử máy vi tính.Chiếc máy tạo tiến sĩ Presper Eckert John Mauchly, vốn team phát minh máy tính ENIAC John Presper Eckert John Mauchly, sau rời khỏi môi trường giáo dục trường kỹ thuật Moore để bắt đầu nghiệp kinh doanh riêng mình, tìm khách hàng cục dân số liên bang Mỹ Đơn vị cần máy tính để giải vấn đề bùng nổ dân số diễn toàn liên bang (bắt đầu với bom trẻ sơ sinh tiếng Mỹ vào thời điểm đó) Tháng năm 1946, khoản tiền trị giá 300 ngàn đô la giao cho Eckert Mauchly cho mục đích nghiên cứu máy tính - UNIVAC Cỗ máy thiết kế theo đặc tả đây: 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC  UNIVAC có khả thực phép cộng 120 micro giây, phép nhân 1800 micro giây phép chia 3600 micro giây  Đầu vào gồm băng ghi từ tính với tốc độ đọc 12800 ký tự giây - tương ứng với khả đọc dải băng dài 100 inch phút, với mật độ 20 ký tư/inch Nó cịn bao gồm thiết bị chuyển từ thẻ đục lỗ sang băng ghi với tốc độ 240 thẻ phút, cho phép thẻ đục lỗ 80 cột đưa vào 120 ký tự inch, cuối thiết bị cho phép chuyển dải giấy đục lỗ sang băng ghi từ tính với tốc độ 200 ký tự giây  UNIVAC hỗ trợ nhiều dạng thiết bị đầu ra:  Băng ghi từ tính: tốc độ ghi 12800 ký tự/giây  Uniprinter: tốc độ ghi 10-11 ký tự/giây  Máy in tốc độ cao: 600 dòng phút  Bộ chuyển từ băng ghi sang thẻ: 120 thẻ phút  Bộ nhớ đệm Rad Lab với tốc độ 60 từ phút Trong lần trình diễn, UNIVAC dùng để dự đoán kết chạy đua vào nhà Trắng hai ứng viên Eisenhower Stevenson Chiếc máy dự đoán Eisenhower đắc cử, quan truyền thông phủ nhận dự đốn UNIVAC khẳng định bị hỏng Đến bầu cử có kết thức, người nhận máy tính dự đốn điều mà nhà dự đốn trị khơng thể ngờ Cái tên UNIVAC nhanh chóng người người biết đến Chiếc máy UNIVAC nguyên giữ học viện Smithsonian Nhận định phân tích: Sự đời UNIVAC đánh dấu cột mốc quan trọng lịch sử máy tính đại, khơng hiệu suất làm việc tuyệt vời 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC so với đời máy trước mà cịn xem hình tượng quảng bá mẫu mực cho khả máy vi tính Về mặt sáng tạo, phương pháp sau ứng dụng trình xây dựng UNIVAC:  Nguyên tắc thay sơ đồ học: John Presper Eckert John Mauchly chuyển từ việc sử dụng thẻ đục lỗ sang băng ghi cho thiết bị nhập/xuất Việc thay nâng cao hiệu suất làm việc máy, cải thiện tuyệt vời tốc độ đọc/ghi mà cịn giúp cho kích thước máy trở nên tinh giản Đây thành công việc ứng dụng nguyên tắc thay sơ đồ học 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Lời kết Qua tiểu luận, ta điểm qua số cột mốc quan trọng máy tính, từ xuất máy tính học kiện tiên đốn UNIVAC Ta thấy, hình thành phát triển máy tính q trình lâu dài hàm chứa nhiều sáng tạo, đổi Dưới góc nhìn người làm khoa học tài liệu phân tích, đồng thời rõ phương pháp sáng tạo áp dụng cho máy tính, từ giúp người đọc hiểu rõ phương pháp sáng tạo khoa học linh hoạt, uyển chuyển áp dụng chúng TP.HCM - ngày 13 tháng 04 năm 2012 Học viên Nguyễn Vĩnh Kha 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Tài liệu tham khảo http://inventors.about.com http://vi.wikipedia.org 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... mốc quan trọng máy tính, từ xuất máy tính học kiện tiên đốn UNIVAC Ta thấy, hình thành phát triển máy tính trình lâu dài hàm chứa nhiều sáng tạo, đổi Dưới góc nhìn người làm khoa học tài liệu phân... triển máy tính q trình chứa đựng nhiều nỗ lực óc sáng tạo nhiều hệ người Trong tiểu luận này, ta điểm qua số cột mốc quan trọng lịch sử phát triển máy tính đưa phân tích góc nhìn người làm sáng tạo. .. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Chương IV UNIVAC - Tiếng vang máy vi tính Máy tính tự động vạn - (Universal Automatic Computer) hay UNIVAC cột mốc quan trọng lịch sử máy vi tính. Chiếc máy tạo tiến