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 TP Hồ Chí Minh 04 / 2012 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI NÓI ĐẦU Chúng ta sống kỉ nguyên khoa học công nghệ với bùng nổ thông tin Khoa học công nghệ trở thành động lực công cụ thúc đẩy tiến nhân loại Thông qua hoạt động nghiên cứu, người khơng ngừng tìm tịi, sáng tạo sản phẩm đáp ứng nhu cầu xã hội Phương pháp luận sáng tạo khoa học đóng vai trị định hướng hoạt động sáng tạo người mà trở nên quan trọng Phương pháp luận sáng tạo khoa học phần ứng dụng Khoa học sáng tạo, bao gồm hệ thống phương pháp kỹ cụ thể giúp nâng cao suất hiệu quả, qua tiến tới điều khiển tư sáng tạo người Trong phạm vi tiểu luận, tìm hiểu nội dung vài dẫn chứng minh họa nguyên tắc sáng tạo khoa học Sự vận dụng nguyên tắc sáng tạo khoa học tin học trình bày chi tiết qua ví dụ sáng tạo điển hình – Máy tính lịch sử hình thành máy tính Em xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Hoàng Kiếm, người tận tâm truyền đạt kiến thức tảng cho chúng em môn học “Phương nghiên cứu khoa học tin học” Xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô trường ĐH CNTT bạn lớp đóng góp ý kiến bổ ích, tạo điều kiện để em hoàn thành tiểu luận LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC I CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO KHOA HỌC CƠ BẢN 1 Nguyên tắc phân nhỏ Nguyên tắc tách khỏi đối tượng Nguyên tắc phẩm chất cục Nguyên tắc phản (bất) đối xứng Nguyên tắc kết hợp Nguyên tắc vạn Nguyên tắc “chứa trong” Nguyên tắc phản trọng lượng Nguyên tắc gây ứng suất sơ 10 Nguyên tắc thực sơ 11 Nguyên tắc dự phòng 12 Nguyên tắc đẳng 13 Nguyên tắc đảo ngược 14 Ngun tắc cầu (trịn) hố 15 Nguyên tắc linh động 16 Nguyên tắc giải (tác động) “thiếu” “thừa” 17 Nguyên tắc chuyển sang chiều khác 18 Sử dụng dao động học 19 Nguyên tắc tác động theo chu kỳ 20 Nguyên tắc liên tục tác động có ích 21 Nguyên tắc “vượt nhanh” 22 Nguyên tắc biến hại thành lợi 23 Nguyên tắc quan hệ phản hồi 24 Nguyên tắc sử dụng trung gian 25 Nguyên tắc tự phục vụ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 26 Nguyên tắc chép (copy) 10 27 Nguyên tắc “rẻ” thay cho “đắt” 11 28 Thay sơ đồ (kết cấu) học 11 29 Sử dụng kết cấu khí lỏng 11 30 Sử dụng vỏ dẻo màng mỏng 11 31 Sử dụng vật liệu nhiều lỗ 12 32 Nguyên tắc thay đổi màu sắc 12 33 Nguyên tắc đồng 12 34 Nguyên tắc phân hủy tái sinh phần 13 35 Thay đổi thơng số hố lý đối tượng 13 36 Sử dụng chuyển pha 14 37 Sử dụng nở nhiệt 14 38 Sử dụng chất ôxy hoá mạnh 14 39 Thay đổi độ trơ 14 40 Sử dụng 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 Sơ lược máy tính 15 Các giai đoạn phát triển máy tính 15 2.1 Thế hệ thứ – Máy tính dùng đèn điện tử chân không (1946 - 1955) 16 2.2 Thế hệ thứ – Máy tính dùng bóng bán dẫn transistor (1956 – 1965) 19 2.3 Thế hệ thứ – Máy tính dùng vi mạch tích hợp SSI, MSI LSI (1966-1980) 20 2.4 Thế hệ thứ – Máy tính dùng vi mạch VLSI (1981 – nay) 23 Xu hướng phát triển tương lai 26 Sự vận dụng nguyên tắc sáng tạo khoa học giai đoạn phát triển máy tính 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 – PadFone năm 2012 Hình 1.2 – Samsung Galaxy Beam Hình 1.3 – Giao diện Profile mạng xã hội facebook năm 2007 Hình 1.4 – Một cảnh phim 2012 10 Hình 1.5 – Cơng nghệ nhận dạng giọng nói Siri 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 hệ 18 Hình 2.4 – Máy IBM 1401 20 Hình 2.5 – IBM System/360 – Năm 1964 22 Hình 2.6 – Máy Apple năm 1976 22 Hình 2.7 – Một mạch tích hợp VLSI 23 Hình 2.8 – Máy tính cá nhân 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 Apple 25 Hình 2.12 – iPad 2010 Apple 26 Hình 2.13 – Máy PDI-1 năm 1960 31 Hình 2.14 – IC vi điều khiển 8-bit 8742 Intel 31 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học I CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO KHOA HỌC CƠ BẢN Nguyên tắc phân nhỏ Nội dung - Chia đối tượng thành phần độc lập - Làm đối tượng trở nên tháo lắp - Tăng mức độ phân nhỏ đối tượng Ví dụ Trong q trình truyền nhận file máy tính mạng internet, file phân nhỏ thành gói (packages) để gửi Tương tự, upload file có dung lượng lớn lên internet, file phân nhỏ, upload phần để tiện upload download Nguyên tắc tách khỏi đối tượng Nội dung Tách phần gây “phiền phức” (tính chất “phiền phức”) hay ngược lại, tách phần “cần thiết” (tính chất “cần thiết”) khỏi đối tượng Nguyên tắc phẩm chất cục Nội dung - Chuyển đối tượng (hay mơi trường bên ngồi, tác động bên ngồi) có cấu trúc đồng thành khơng đồng - Các phần khác đối tượng phải có chức khác - Mỗi phần đối tượng phải điều kiện thích hợp công việc Nguyên tắc phản (bất) đối xứng Nội dung - Chuyển đối tượng có hình dạng đối xứng thành khơng 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) Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học Nguyên tắc kết hợp Nội dung - Kết hợp đối tượng đồng đối tượng dùng cho hoạt động kế cận - Kết hợp mặt thời gian hoạt động đồng kế cận Ví dụ - Apple store, kho ứng dụng tập hợp ứng dụng cho dòng sản phẩm Apple iPhone, iPad - PadFone - Máy tính bảng “ba một”: Asus PadFone vừa có mắt thức MWC 2012 bật thiết kế độc đáo “phá vỡ quy luật” Về bản, PadFone máy tính bảng “lai” điện thoại thiết bị máy hoạt động độc lập Khi kết hợp với nhau, điện thoại 4,3 inch đóng vai trị trung tâm xử lý cho máy tính bảng 10,1 inch Smartphone bổ sung kết nối 3G, camera chụp ảnh megapixel cho tablet, ngược lại tablet có nhiệm vụ sạc pin cho smartphone Ngoài ra, Asus bán kèm bàn phím PadFone Station Dock cho muốn biến PadFone thành máy tính xách tay đích thực Hình 1.1 – PadFone năm 2012 Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học Nguyên tắc vạn Nội dung Đối tượng thực số chức khác nhau, khơng cần tham gia đối tượng khác Ví dụ Samsung Galaxy Beam - Smartphone tích hợp máy chiếu dạng LED, cho phép chiếu nội dung lên chiếu rộng đến 50 inch Máy chiếu trình diễn tất nội dung hiển thị hình smartphone, với độ sáng chất lượng ấn tượng Hình 1.2 – Samsung Galaxy Beam Nguyên tắc “chứa trong” Nội dung - Một đối tượng đặt bên đối tượng khác đối tượng khác lại chứa đối tượng thứ ba - Một đối tượng chuyển động xuyên suốt bên đối tượng khác Nguyên tắc phản trọng lượng Nội dung - Bù trừ trọng lượng đối tượng cách gắn với đối tượng khác, có lực nâng Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học - Bù trừ trọng lượng đối tượng tương tác với môi trường sử dụng lực thủy động, khí động Nguyên tắc gây ứng suất sơ Nội dung - Gây ứng suất trước với đối tượng để chống lại ứng suất không cho phép không mong muốn đối tượng làm việc (hoặc gây ứng suất trước để làm việc dùng ứng suất ngược lại) - Nếu theo điều kiện tốn cần thực tác động đó, cần thực phản tác động trước 10 Nguyên tắc thực sơ Nội dung - Thực trước thay đổi cần có, hồn tồn phần, đối tượng - Cần xếp đối tượng trước, cho chúng hoạt động từ vị trí thuận lợi nhất, không thời gian dịch chuyển 11 Nguyên tắc dự phòng Nội dung Bù đắp độ tin cậy không lớn đối tượng cách chuẩn bị trước phương tiện báo động, ứng cứu, an toàn Ví dụ Chức đồng hồ báo thức loại điện thoại thường có chế độ lặp lặp lại để dự phòng trường hợp người sử dụng ngủ quên 12 Nguyên tắc đẳng Nội dung Thay đổi điều kiện làm việc để nâng lên hay hạ xuống đối tượng Giải thích Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học Quỹ tích điểm có năng, gọi mặt đẳng Trong vật lý người ta chứng minh rằng, vật chuyển động mặt đẳng không sinh công 13 Nguyên tắc đảo ngược Nội dung - Thay hành động u cầu tốn, hành động ngược lại (ví dụ: khơng làm nóng mà làm lạnh đối tượng) - Làm phần chuyển động đối tượng (hay mơi trường bên ngồi) thành đứng yên 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, thành trong) 14 Ngun tắc cầu (trịn) hố Nội dung - Chuyển phần thẳng đối tượng thành cong, mặt phẳng thành mặt cầu, kết cấu hình hộp thành kết cấu hình cầu - Sử dụng 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 đặt trưng đối tượng hay mơi trường bên ngồi cho chúng tối ưu giai đoạn làm việc - Phân chia đối tượng thành phần, có khả dịch chuyển - Nếu đối tượng nhìn chung bất động, làm di động 16 Nguyên tắc giải (tác động) “thiếu” “thừa” Nội dung Nếu khó nhận 100% hiệu cần thiết, nên nhận nhiều “một chút” Lúc tốn trở nên đơn giản dễ giải cách đáng kể Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học Hình 2.4 – Máy IBM 1401 Các thiết bị điện tử transistor hóa khơng phát triển CPU, mà sử dụng việc phát triển thiết bị ngoại vi Chiếc RAMAC IBM 350 mắt vào năm 1956 máy tính có ổ đĩa giới Đơn vị lưu trữ liệu dạng đĩa hệ thứ hai lưu trữ hàng chục triệu ký tự chữ số Nhiều thiết bị ngoại vi khác kết nối với CPU, giúp tăng tổng dung lượng nhớ đến hàng trăm triệu ký tự chữ số Tiếp sau đơn vị lưu trữ đĩa cố định kết nối với CPU thông qua băng truyền liệu tốc độ cao, đơn vị lưu trữ liệu dạng đĩa tháo lắp Một chồng đĩa tháo lắp thay chồng khác vài giây 2.3 Thế hệ thứ – Máy tính dùng vi mạch tích hợp SSI, MSI LSI (1966-1980) Sự bùng nổ máy tính nhu cầu sử dụng máy tính máy tính hệ thứ ba Những máy tính dựa phát minh độc lập mạch tích hợp (IC hay microchip) Jack St Clair Kilby Robert Noyce, từ dẫn đến việc phát minh vi xử lý Ted Hoff, Federico Faggin, Stanley Mazor Intel Trang 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học Việc phát minh mạch tích hợp giúp cho nhiều transitor phần tử khác tích hợp chip bán dẫn Các mạch tích hợp phát minh giai đoạn mạch tích hợp cỡ nhỏ SSI (Small Scale Integration), mạch tích hợp cỡ trung bình MSI (Medium Scale Integration) mạch tích hợp cỡ lớn LSI (Large Scale Integration) Trên mạch tích hợp cỡ nhỏ chứa từ đến 10 cổng logic (AND, OR, …) Mạch tích hợp cỡ trung bình ngồi việc tích hợp cổng logic, mạch cịn mở rộng tích hợp thêm đếm chức logic tương đương Mạch tích hợp cỡ lớn tích hợp nhiều chức logic hơn, có vi xử lý hồn chỉnh chip Trong suốt thập niên 1960 có khoảng cách đáng kể công nghệ hệ thứ hai thứ ba IBM thực mô đun công nghệ logic rắn IBM mạch lai dành cho hệ thống IBM/360 vào năm 1964 Đến cuối năm 1975, Sperry Univac tiếp tục sản xuất máy hệ thứ hai UNIVAC 494 Các hệ thống lớn Burroughs B5000 máy xếp chồng cho phép lập trình đơn giản Những máy tự động ngăn xếp thực vi máy tính vi xử lý sau, thứ ảnh hưởng đến thiết kế ngơn ngữ lập trình Vi xử lý dẫn đến phát triển vi máy tính Đó máy tính nhỏ, giá thành thấp mà cá nhân doanh nghiệp nhỏ sở hữu Các vi máy tính xuất lần đầu vào thập niên 1970, có mặt khắp nơi vào thập niên 1980 sau Trang 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học Hình 2.5 – IBM System/360 – Năm 1964 Steve Wozniak, đồng sáng lập viên Apple Computer, người vinh danh trình phát triển máy tính gia đình dành cho thị trường đại chúng Chiếc máy tính ông, Apple I, lần công bố Homebrew Computer Club bán vào năm 1976 Hình 2.6 – Máy Apple năm 1976 Trang 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học 2.4 Thế hệ thứ – Máy tính dùng vi mạch VLSI (1981 – nay) Thế hệ thứ tư đánh dấu IC có mật độ tích hợp cao Cũng với cơng nghệ vi mạch tích hợp IC VLSI (Very Large Scale Integration) thiết kế nhỏ gọn mà tốc độ tính tốn lại cao nhờ công nghệ ép vi mạch tiên tiến Với cơng nghệ này, hàng triệu transitor tích hợp chip bán dẫn Hình 2.7 – Một mạch tích hợp VLSI Với xuất vi xử lý (microprocessor) chứa phần thực phần điều khiển xử lý, phát triển cơng nghệ bán dẫn máy vi tính chế tạo khởi đầu cho hệ máy tính cá nhân Cùng với đời vi mạch điều khiển tổng hợp (chipset), giúp cho một vài vi mạch thực nhiều chức điều khiển nối ghép Các nhớ bán dẫn, nhớ cache, nhớ ảo sử dụng rộng rãi Các kỹ thuật cải tiến tốc độ xử lý máy tính khơng ngừng phát triển: kỹ thuật ống dẫn, kỹ thuật vô hướng, xử lý song song mức độ cao… Năm 1981, máy tính cá nhân IBM đời Được trang bị hình, bàn phím, máy in Máy tính cá nhân IBM thực giúp cho người trở nên thuận tiện dễ dàng việc sử dụng IBM đặt dấu mốc cho phát triển máy tính cá nhân đại dành nhiều thành công tiêu thụ sản phẩm Trang 23 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học Hình 2.8 – Máy tính cá nhân IBM năm 1981 Năm 1983, Hewlett – Packard (HP) 150 đời đánh dấu bước chuyển to lớn cơng nghệ có vai trị ảnh hưởng đến ngày HP 150 lần đầu giới thiệu đến giới máy tính với cơng nghệ hình cảm ứng (tourch screen) Màn hình với độ rộng inch bao quanh tia hồng ngồi, giúp truyền nhận tín hiệu để phát vị trí ngón tay người dùng Hình 2.9 – HP 150 năm 1983 Trang 24 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học Năm 1997, dự án bắt đầu IBM vào cuối năm 1980 hoàn thành với đời máy tính Deep Blue Deep Blue máy tính sử dụng cách thức xử lý song song để giải vấn đề khó Deep Blue thực tiếng giới biết đến sau đánh bại kỳ thủ số giới, Garry Kasparov Hình 2.10 – Máy tính Deep Blue năm 1997 Năm 2007, Apple cho đời iPhone Không mang đến chức truy cập internet, gọi điện thoại, chụp ảnh hay chơi nhạc, iPhone hỗ trợ số lượng lớn phần mềm ứng dụng Khơng thực máy tính, iPhone xứng đáng cột mốc đánh dấu phát triển lịch sử máy tính Hình 2.11 – iPhone 2007 Apple Trang 25 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học Sau thành công vang dội iPhone, Apple tiếp tục cho mắt hệ máy tính bảng với tên gọi iPad năm 2010, với bề dày khoảng 1.2 inch, trọng lượng 1.5 pounds (khoảng 0.68 kg) hình 9.7 inch Thiết bị có thời lượng pin chờ lên đến 10 người dùng sử dụng phần mềm, ứng dụng phát triển từ phía thứ 3, chơi game, xem video truy cập internet (tương tự iPhone) Hình 2.12 – iPad 2010 Apple Xu hướng phát triển tương lai Việc chuyển từ hệ thứ tư sang hệ thứ năm chưa rõ ràng Người Nhật tiên phong chương trình nghiên cứu đời hệ thứ máy tính, hệ máy tính thơng minh, dựa ngơn ngữ trí tuệ nhân tạo LISP PROLOG giao diện người – máy thông minh Những nghiên cứu bước đầu mang lại thành công, tạo sản phẩm Gần mắt sản phẩm người máy thông minh gần giống với người nhất: ASIMO (Advanced Step Innovative Mobility – Bước chân tiên tiến đổi chuyển động) năm 2004 Với hàng trăm nghìn thiết bị điện tử tối tân đặt thể, ASIMO lên xuống cầu thang cách uyển chuyển, nhận diện người, cử hành động, giọng nói đáp ứng số mệnh lệnh người Thậm chí, bắt chước cử động, gọi tên người cung cấp thông tin sau hỏi, gần gũi thân thiện Trang 26 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học Các tiến liên tục mật độ tích hợp VLSI cho phép thực mạch vi xử lý ngày mạnh (8 bit, 16 bit, 32 bit 64 bit với việc xuất xử lý RISC (Reduced Instructions Set Computer) năm 1986 xử lý siêu vô hướng năm 1990) Chính xử lý giúp thực máy tính song song với từ vài xử lý đến vài ngàn xử lý Điều làm chuyên gia kiến trúc máy tính tiên đoán hệ thứ năm hệ máy tính xử lý song song Sự vận dụng nguyên tắc sáng tạo khoa học giai đoạn phát triển máy tính - Nguyên tắc chép:  Trước Chiến tranh giới thứ II, máy tính tương tự, khí điện tử xem “thời thượng”, nhiều người cho chúng tương lai ngành tính tốn Những máy tính tương tự tận dụng tương tự chặt chẽ toán học tỷ lệ nhỏ – vị trí chuyển động bánh xe hay điện dòng điện thành phần điện tử – toán học tượng vật lý khác, đường đạn, quán tính, cộng hưởng, truyền tải lượng, mơ men… Trên sở mơ hình hóa tượng vật lý điện dòng điện điện tử thành số lượng tương tự  Ở hệ máy tính thứ 3, vi máy tính dùng làm trung tâm máy tính giá thấp cho ngành cơng nghiệp, kinh doanh trường đại học Nó mơ mạch tương tự chương trình mơ tập trung vào mạch tích hợp (simulation program with integrated circuit emphasis), hay SPICE (1971) vi máy tính, chương trình dành cho máy tự động thiết kế điện tử (electronic design automation - EDA) - Thay đổi độ trơ: Trong thập niên 1940, máy tính túy điện tử chế tạo từ bóng chân khơng Máy tính ENIAC sử dụng đếm vịng, bao gồm 10 bóng chân khơng vịng tròn Trang 27 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học - Nguyên tắc thay đổi màu sắc: Khi Presper Eckert John Mauchly cho đời ENIAC, hai nhà khoa học Mỹ hiểu họ tạo hệ thống thay đổi lịch sử Tuy nhiên, họ lại khơng biết giới thiệu phát minh đột phá với người Do vậy, họ sơn số lên bóng đèn từ đó, ánh sáng động, rực rỡ thường công chúng liên tưởng đến máy điện toán - Sử dụng dao động học:  Ở dịng máy tính tương tự phổ biến thập niên 1960, dòng chuyển động điện tử sử dụng để mơ hình hóa chuyển động nước đập  Trung tâm máy tính ENIAC đếm vịng, bao gồm 10 bóng chân khơng vịng tròn Một số “5” thể dao động bóng số Nếu người cộng thêm “9” vào, dao động chuyển sang bóng số 4, bóng vịng tròn thứ hai, thể số “10”, nhận dao động - Ngun tắc cẩu (trịn) hóa: Trung tâm máy tính ENIAC đếm vịng, bao gồm 10 bóng chân khơng vịng trịn - Nguyên tắc gây ứng suất (phản tác động) sơ bộ: Khi máy ENIAC hoạt động, thách thức lớn để ngăn ngừa không để bóng chân khơng bị nổ Do bóng phải dao động tới 100.000 lần/giây máy có vơ số bóng đèn nên nguy bóng đèn nổ diễn liên tục Giáo sư Eckert giải vấn đề cách để bóng đèn giới hạn chúng thiết kế hệ thống để hoạt động “những điều kiện xấu xấu nhất” Trang 28 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học - Nguyên tắc dự phịng: Các bóng đèn chân khơng dự phịng trường hợp bóng đèn chân khơng hoạt động máy ENIAC bị hỏng - Nguyên tắc phân nhỏ:  Máy tính ENIAC chế tạo từ bóng chân khơng Do q trình vận hành, dao động làm cho bóng chân khơng dễ bị nổ Do đó, bóng chân khơng thiết kế dễ tháo lắp, đảm bảo thay bóng chân khơng mà khơng phải tắt tồn hệ thống  Trong hệ máy tính thứ 2, với việc phát minh transistor, đơn vị lưu trữ liệu dạng đĩa tháo lắp đời Một chồng đĩa tháo lắp thay chồng khác vài giây Thậm chí dù dung lượng đĩa tháo lắp nhỏ đĩa cố định, khả sử dụng thay lẫn đảm bảo cho khả lưu trữ liệu khơng có giới hạn trở nên tầm tay - Nguyên tắc liên tục tác động có ích: Máy ENIAC sau phát triển hồn thiện vào năm 1948 thực phép tính song song, nối dây để thực nhiều cộng tích lũy lúc - Sử dụng kết cấu khí lỏng: Trong hệ máy tính von Neumann, nhớ tạm tính tốn đường trễ âm cung cấp, đường sử dụng thời gian truyền âm qua chất trung gian thủy ngân lỏng để lưu liệu ngắn - Nguyên tắc kết hợp:  Chiếc RAMAC IBM 350 năm 1956 máy tính có ổ đĩa giới Đơn vị lưu trữ liệu dạng đĩa hệ thứ hai lưu trữ hàng chục triệu ký tự chữ số Nhiều thiết bị ngoại vi khác kết nối với CPU, giúp tăng tổng dung lượng nhớ đến hàng trăm triệu ký tự chữ số  Việc phát minh mạch tích hợp IC giúp cho nhiều transitor phần tử khác tích hợp chip bán dẫn Trang 29 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học - Nguyên tắc tự phục vụ: Transistor lưỡng cực phát minh vào năm 1947 Nếu khơng có dịng điện chạy qua đường cực base-emitter transistor lưỡng cực, đường cực collector-emitter transistor chặn dịng điện (transistor gọi “tắt hồn tồn”) Nếu có dịng điện đủ lớn qua đường cực base-emitter transistor, đường cực collector-emitter transistor cho dịng điện qua (và transistor gọi “mở hồn tồn”) Việc cho dịng điện qua ngăn dòng điện cách biểu diễn cho số nhị phân (true) hay (false) - Nguyên tắc thay rẻ cho đắt: Việc phát minh sử dụng bóng bán dẫn transistor lưỡng cực hệ thứ làm giảm đáng kể kích thước, giá thành ban đầu chi phí vận hành máy tính So với ống chân khơng, transistor có nhiều lợi điểm: sản xuất chúng rẻ mà nhanh gấp 10 lần, biến thiên từ điều kiện đến có phần triệu phần tỷ giây - Nguyên tắc tách khỏi:  Nhiều CPU hệ thứ hai giao phó việc giao tiếp với thiết bị ngoại vi cho vi xử lý thứ hai Ví dụ, vi xử lý giao tiếp điều khiển việc đọc đục lỗ thẻ, CPU xử lý việc tính tốn lệnh rẽ nhánh Một băng liệu trì liệu CPU nhớ lõi theo tỷ lệ chu kỳ nạp – xử lý, băng liệu khác phục vụ cho thiết bị ngoại vi Trên PDP-1 (Programmed Data Processor-1), chu kỳ nhớ lõi miligiây; đa số lệnh số học khoảng 10 microgiây (100.000 phép tốn giây) phần lớn phép tốn phải thực hai chu kỳ nhớ; cho lệnh, để nạp liệu toán hạng Trang 30 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học Hình 2.13 – Máy PDI-1 năm 1960  Các thiết bị ngoại vi hình, bàn phím, máy in… thiết kế tách rời khỏi máy tính - Nguyên tắc chứa trong:  Trong mẫu thiết kế EDVAC John von Neumann, chương trình liệu tính tốn lưu trữ lưu trữ  Bộ vi xử lý (microprocessor) chứa phần thực phần điều khiển xử lý Từ thúc đẩy phát triển công nghệ bán dẫn máy vi tính khởi đầu cho hệ máy tính cá nhân  Mạch tích hợp Intel 8742, vi điều khiển bit bao gồm CPU chạy với tốc độ 12 MHz, RAM128 byte, EPROM 2048 byte, I/O chip Hình 2.14 – IC vi điều khiển 8-bit 8742 Intel Trang 31 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học - Nguyên tắc tác động theo chu kỳ: Bộ điều kiển CPU máy tính vi xử lí có nhiệm vụ thơng dịch lệnh chương trình điều khiển hoạt động xử lí, điều tiết xác xung nhịp đồng hồ hệ thống Mạch xung nhịp đồng hồ hệ thống dùng để đồng thao tác xử lí ngồi CPU theo khoảng thời gian không đổi Khoảng thời gian chờ hai xung gọi chu kỳ xung nhịp - Thay thê sơ đồ (kết cấu) học:  Máy tính hệ thứ ENIAC hoạt động dựa hệ thập phân 10 số Khi transistor đời, máy tính hoạt động dựa hệ nhị phân Các máy tính trang bị transistor chứa mười ngàn mạch luận lý nhị phân không gian nhỏ hẹp  HP 150 năm 1983 dòng máy tính với cơng nghệ hình cảm ứng (tourch screen) Màn hình bao quanh tia hồng ngồi, giúp truyền nhận tín hiệu để phát vị trí ngón tay người dùng - Nguyên tắc sử dụng trung gian: Khi máy tính kết thúc tính tốn vấn đề, kết hiển thị cho người sử dụng thấy thơng qua thiết bị xuất như: bóng đèn, hình, máy in Các thiết bị xuất đóng vai trị đối tượng trung gian truyền tải thông tin cho người dùng - Nguyên tắc vạn năng: Năm 2007, iPhone đời tích hợp nhiều chức truy cập internet, gọi điện thoại, chụp ảnh, chơi nhạc… Nó cịn hỗ trợ số lượng lớn phần mềm ứng dụng - Nguyên tắc thực sơ bộ: iPhone bán cài sẵn hệ điều hành ứng dụng Tùy vào mục đích sử dụng, người dùng cài thêm ứng dụng khác cho riêng - Nguyên tắc phẩm chất cục bộ: Trang 32 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học Trên bàn phím máy vi tính, phím cách (spacebar) thường sử dụng Ngoài chức tạo khoảng trắng gõ văn bản, số trường hợp, cịn sử dụng thay phím enter, thay nút cuộn mouse phím mũi tên hướng xuống/lên, xố nhanh định dạng văn bản… Do đó, phím cách thiết kế phím dài bàn phím - Sử dụng vỏ dẻo màng mỏng: Bộ xử lý ngày nhanh hơn, thêm vào việc phải xử lý tình trạng overclock việc quan tâm đến vấn đề giải nhiệt điều cần thiết Thiết bị để làm giảm nhiệt độ vi xử lý gọi giải nhiệt hay tản nhiệt Bề mặt tiếp xúc vi xử lý tản nhiệt hai mặt phẳng Giữa chúng cịn có khe hở việc giải nhiệt trực tiếp khơng hồn hảo 100% Khơng khí khơng phải mơi trường tốt cho việc “giải nhiệt” dẫn đến nhiệt Để giải vấn đề này, giải pháp đưa dùng keo giải nhiệt Thoa lớp keo giải nhiệt mỏng vào khe hở bề mặt, keo giải nhiệt lấp đầy khoảng trống nhiệt độ chuyển giao dễ dàng từ vi xử lý sang tản nhiệt Trang 33 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nghiên cứu khoa học tin học TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Dũng, Phương pháp luận sáng tạo khoa học kỹ thuật, Nhà xuất TP.HCM – 1998 [2] Vũ Cao Dàm, Phương pháp luận nghiên cứu khoa học, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội – 2001 [3] Hồng kiếm, Giải tóan máy tính I, II, III, Nhà xuất Giáo dục – 2001, 2002, 2004 [4] Atshuler, Giải toán phát minh sáng chế, Nhà xuất thống kê – 1991 [5] http://vi.wikipedia.org/wiki/Lịch_sử_phần_cứng_máy_tính [6] http://vi.wikipedia.org/wiki/Máy_tính_cá_nhân Trang 34 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... học II ỨNG DỤNG CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO KHOA HỌC TRONG TIN HỌC – MÁY TÍNH VÀ LỊCH SỬ HÌNH THÀNH MÁY TÍNH Sơ lược máy tính Máy tính, hay cịn gọi máy vi tính, thiết bị hay hệ thống dùng để tính tốn... Sử dụng 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 Sơ lược máy tính 15 Các. .. tư sáng tạo người Trong phạm vi tiểu luận, tìm hiểu nội dung vài dẫn chứng minh họa nguyên tắc sáng tạo khoa học Sự vận dụng nguyên tắc sáng tạo khoa học tin học trình bày chi tiết qua ví dụ sáng