Đang tải... (xem toàn văn)
Mặc dù thực tế rằng transistor được cải thiện một cách rõ ràng trên các ống chân không, nhưng chúng vẫn tạo ra rất nhiều nhiệt, việc này gây hư hỏng những bộ phận nhạy cảm của máy vi tính. Đá thạch anh đã giải quyết được vấn đề này. Jack Kilby, một kỹ sư với Texas Instruments, phát triển các mạch tích hợp (IC) vào năm 1958 vi mạch điện tử kết hợp ba thành phần vào một đĩa silic nhỏ, được làm từ thạch anh. Các nhà khoa học đã giải quyết được việc đưa nhiều thành phần vào 1 con chip duy nhất, gọi là semiconductor. Kết quả là, các máy tính đã trở thành nhỏ hơn bao giờ hết và các thành phần khác đã được tích hợp lên chip và tiêu thụ năng lượng ít hơn, tốc độ xử lý đạt khoảng vài trăm ngàn phép tính trên giây.
ISAS Report Computer generation Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 1 Sinh viên : NGUYỄN MINH KHÁNH Lớp : NSE8 Email : khanhkt72@gmail.com Ngày thực hiện : 30/06/2009 H H Ọ Ọ C C V V I I Ệ Ệ N N C C Ô Ô N N G G N N G G H H Ệ Ệ T T H H Ô Ô N N G G T T I I N N Q Q U U Ố Ố C C T T Ế Ế T T R R U U N N G G T T Â Â M M N N I I I I T T i i N N E E T T H H C C M M I I S S A A S S R R E E P P O O R R T T ISAS Report Computer generation Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 2 M M Ụ Ụ C C L L Ụ Ụ C C : : L L ờ ờ i i n n g g ỏ ỏ t t r r a a n n g g 3 3 N N ề ề n n t t ả ả n n g g m m á á y y t t í í n n h h v v à à l l ị ị c c h h s s ử ử h h ì ì n n h h t t h h à à n n h h t t r r a a n n g g 4 4 M M á á y y t t í í n n h h t t h h ế ế h h ệ ệ t t h h ứ ứ n n h h ấ ấ t t t t r r a a n n g g 5 5 M M á á y y t t í í n n h h t t h h ế ế h h ệ ệ t t h h ứ ứ h h a a i i t t r r a a n n g g 1 1 1 1 M M á á y y t t í í n n h h t t h h ế ế h h ệ ệ t t h h ứ ứ b b a a t t r r a a n n g g 1 1 5 5 M M á á y y t t í í n n h h t t h h ế ế h h ệ ệ t t h h ứ ứ t t ư ư t t r r a a n n g g 1 1 7 7 M M á á y y t t í í n n h h t t h h ế ế h h ệ ệ t t h h ứ ứ n n ă ă m m t t r r a a n n g g 1 1 9 9 K K ế ế t t l l u u ậ ậ n n t t r r a a n n g g 2 2 1 1 ISAS Report Computer generation Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 3 L L Ờ Ờ I I N N G G Ỏ Ỏ Công nghệ tin học nói chung và khoa học máy tính nói riêng là một lĩnh vực mới và nhạy cảm của thời đại. Quá trình hình thành và phát triển chưa đầy một thế kỷ nhưng nó đã chứng kiến nhiều sự chuyển biến, nhiều sự bức phá về kỹ thuật cũng như công nghệ. Do đó, việc nghiên cứu một ngành khá mới như Khoa học máy tính là một điều không phải dễ dàng. Hiện nay, chưa có một tài liệu nào chính xác về quá trình phát triển của khoa học máy tính. Vì vậy, với tôi, một sinh viên ngành Công nghệ thông tin việc tìm kiếm và sắp xếp thông tin về ngành học này cũng còn rất nhiều bỡ ngỡ và khó khăn. Nhất là trong việc tìm kiếm, lục tìm tư liệu về các thời đại và sự phát triển của chiếc máy tính. Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn những người đồng nghiệp, những cư dân mạng cùng bạn bè trên các diễn đàn về CNTT và các thầy dạy bộ môn Tin học trên địa bàn thành phố đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. Trong quá trình hoàn thành đề tài, tôi sử dụng nhiều tư liệu từ các nguồn khác nhau: sách báo, tư liệu, mạng internet và kể cả việc tham khảo ý kiến các Kỹ sư, các nhà khoa học nghiên cứu về khoa học máy tính và công nghệ thông tin. Trong báo cáo này, tôi sử dụng thông tin từ các diễn đàn CNTT hiện nay của cư dân mạng như http://www.khoahocphothong.net, http://www.diendantinhoc.com, http://www.windowsvn.net, http://conghung.com, http://manguonmo.com … và một số địa chỉ của nước ngoài như http://www.generationcomputer.com, http://www.microsoft.com, … Bên cạnh đó, tôi sử dụng nhiều tư liệu từ cuốn “Structured Computer Organization” của tác giả Andrew S.Tanenbaum (ấn bản lần thứ 3), một số tài liệu khác của máy tính như PC hardware design guide, v.v… và cuốn “ Tổ chức máy tính có cấu trúc” của thầy Tống Văn On (chủ biên), cuốn ebook “Kiến trúc máy tính” của các thầy cô giảng viên khoa CNTT trường Đại học Cần Thơ… Mặc dù đã rất cố gắng tìm kiếm, sắp xếp lại các thông tin thu thập được nhưng chắc chắn sẽ còn gặp rất nhiều vấn đề về lịch sử như hiện nay cũng có rất nhiều tư liệu cho rằng máy tính chỉ mới nằm trong giai đoạn phát triển thứ tư, chưa có sự đột phá gì về công nghệ để tách nó ra một thế hệ mới, …. Rất mong nhận được nhiều nhận xét đánh giá từ phía thầy và các bạn! ISAS Report Computer generation Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 4 L L L Ị Ị Ị C C C H H H S S S Ử Ử Ử C C C Ủ Ủ Ủ A A A M M M Á Á Á Y Y Y T T T Í Í Í N N N H H H Đ Đ Đ I I I Ệ Ệ Ệ N N N T T T Ử Ử Ử & & & N N N Ề Ề Ề N N N T T T Ả Ả Ả N N N G G G H H H Ì Ì Ì N N N H H H T T T H H H À À À N N N H H H Hàng trăm loại máy tính khác nhau đã được thiết kế và chế tạo trong suốt quá trình phát triển của máy tính số. Đa số các loại máy này đã bị bỏ quên từ lâu, nhưng một vài loại đã tác động một cách có ý nghĩa đến các ý tưởng hiện nay. Người đầu tiên xây dựng một máy thực hiện công việc tính toán (working calculating machine) là khoa học người Pháp Blaise Pascal (1623-1662), tên của ông đã được dùng để đặt tên cho một ngôn ngữ lập trình. Và ông được xem là ông tổ của ngành máy tính điện tử hiện nay. Một số mốc quan trọng trong phát triển máy tính số: Năm Tên Chế tạo bởi Chú thích 1834 Analytic Babbage Cố gắng đầu tiên của máy tính số 1936 Z1 Zuse Máy tính dùng ro-le đầu tiên 1943 COLOSSUS British gov’t Máy tính điện tử đầu tiên 1944 Mark-1 Aiken Máy tính đa năng của Mỹ đầu tiên 1948 ENIAC 1 Eckert/Mauchley Lịch sử máy tính hiện đại bắt đầu 1949 EDSAC Wilkes Máy tính lưu trữ chương trình đầu tiên 1951 Whirlwind-1 M.I.T Máy tính thời gian thực đầu tiên 1951 UNIVAC 1 Eckert/Mauchley Máy tính đầu tiên bán trên thị trường 1952 IAS Von Neumann Thiết kế cho đa số máy tính hiện nay 1960 PDP-1 DEC Máy tính mini đầu tiên 1961 1401 IBM Máy tính dùng trong kinh doanh 1962 7094 IBM Thống trị việc tính toán khoa học 1963 B5000 Burroughs Máy tính dùng ngôn ngữ cấp cao đầu tiên 1964 360 IBM Sản phẩm đầu tiên thiết kế theo họ ISAS Report Computer generation Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 5 1964 6600 CDC Máy tính đầu tiên có cơ chế song nội 1965 PDP-8 DEC Máy tính mini bán chạy nhất đầu tiên 1970 PDP-11 DEC Thống trị các máy tính mini 1974 8080 Intel CPU đa năng đơn CHIP đầu tiên 1974 CRAY-1 Cray Siêu máy tính đầu tiên 1978 VAX DEC Siêu máy tính 32-bit đầu tiên 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. ISAS Report Computer generation Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 6 I. T T h h ế ế h h ệ ệ m m á á y y t t í í n n h h t t h h ứ ứ n n h h ấ ấ t t ( ( 1 1 9 9 4 4 0 0 - - 1 1 9 9 5 5 6 6 ) ) : : Công nghệ ống chân không Hình - Ống chân không Tác nhân của máy tính đèn điện tử là thế chiến thứ hai. Trong suốt thời gian đầu của thế chiến, các tàu ngầm của Đức đã đánh phá dữ dội các chiến hạm của Anh. Các lệnh được gửi từ các đô đốc của Đức ở Berlin đến các tàu ngầm bằng vô tuyến, người Anh có thể và đã chặn được lệnh này. Vấn đề là các thông điệp này được mật mã hóa bằng một thiết bị gọi là ENIGMA, thiết bị này được thiết kế một cách tình cờ bởi một nhà phát minh tài tử và là nguyên tổng thống Hoa Kỳ Thomas Jefferson. Cơ quan tình báo Anh đã xoay sở tìm được máy ENIGMA từ cơ quan tình báo Ba Lan, cơ quan này đánh cắp máy từ những người Đức. Tuy nhiên, để bẻ được một thông điệp đã được mã hóa phải cần một lượng tính toán khổng lồ và việc giải mã cần được thực hiện ngay sau khi nhận được thông điệp. Để giải mã các thông điệp này, chính phủ Anh thiết lập một phòng thí nghiệm tuyệt mật để xây dựng một máy tính điện tử gọi là COLOSSUS. Nhà toán học nỗi tiếng người Anh Alan Turing đã giúp thiết kế máy này. COLOSSUS hoạt động vào năm 1943, nhưng vì Chính phủ Anh thực tế đã xếp loại mọi khía cạnh của dự án là bí mật quân sự trong suốt 30 năm, dòng dõi COLOSSUS về cơ bản đã kết thúc. Máy tính này chỉ có giá trị ghi nhớ như là máy tính điện tử đầu tiên trên thế giới. Thêm vào việc phá hủy các máy của Zuse và sự khuyến khích xây dựng COLOSSUS, chiến tranh cũng tác động đến sự tính toán ở Hoa Kỳ. Quân đội cần sắp đặt các bàn máy cho việc ngắm bắn các trọng pháo và thấy rằng việc tính toán chúng bằng tay sẽ mất nhiều thời gian và có nhiều sai sót. John Mauchley, người biết công việc của Atanasoff cũng như của Stibbits, biết rằng quân đội quan tâm đến các máy tính cơ khí (mechanical calculator). Cũng như những nhà khoa học ISAS Report Computer generation Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 7 máy tính sau này, Mauchley đưa ra đề nghị trợ cấp yêu cầu quân đội tài trợ cho việc xây dựng một máy tính điện tử. Đề nghị được chấp thuận và cuối năm 1943, Mauchley và sinh viên của ông ta, J.Presper Eckert, tiến hành xây dựng một máy tính điện tử gọi là ENIAC (electronic numerical integrator and computer). Máy này bao gồm 18000 đèn điện tử và 1500 ro-le. ENIAC cân nặng 30 tấn và tiêu thụ công suất 140kW và chiếm 1 diện tích khoảng 1393 m2. Mặc dù vậy nó làm việc nhanh hơn nhiều so với các loại máy tính điện cơ cùng thời với khả năng thực hiện 5000 phép tính cộng trong 1 giây đồng hồ. Về mặt cấu trúc, máy có 20 thanh ghi, mỗi thanh ghi có một khả năng lưu giữ một số thập phân 10 chữ số. Máy được lập trình bằng cách thiết lập 6000 chuyển mạch vị trí và kết nối vô số đế cắm (socket) với một rừng cáp nối. Hình - Máy tính ENIAC Máy đã không hoàn tất cho đến năm 1946 khi đã quá trễ cho các mục đích ban đầu. Tuy nhiên, vì chiến tranh đã qua, Mauchley và Eckert được phép tổ chức một khóa học mùa hè để mô tả các công việc cua họ cho những bạn đồng nghiệp. Khóa học mùa hè là khởi đầu cho sự phát triển ồ ạt trong công việc thiết kế các máy tính số lớn. Sau khóa học mùa hè lịch sử, nhiều nhà nghiên cứu khác bắt đầu thiết kế các máy tính điện tử. Máy đầu tiên hoạt động là EDSAC(1949), được thiết kế tại Đại học Cambridge ở Anh bởi Mauries Wilkers. Các máy khác bao gồm: JOHNIAC ở Rand Corporation, ILLIAC ở Đại học Illinois, MANIAC ở Los Alamos Laboratory và WEIZAC tại viện Weizmann ở Israel. ISAS Report Computer generation Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 8 Eckert và Mauchley bắt đầu làm việc trên máy tiếp theo của họ, ADVAC (electronic discrete variable automatic computer), nhưng dự án này đã bị tổn hại khi học rời bỏ Penn để lập một công ty khởi đầu (start-up company), công ty máy tính Eckert-Mauchley ở Philadelphia. Sau nhiều lần sát nhập, công ty này trở thành công ty Unisys. Hình - Máy tính ADVAC Trong lúc ấy, một người trong nhóm dự án ENIAC, John Von Neumann đến Priceton’s Institute ò Advanced Studies để thiết kế một phiên bản EDVAC của chính ông ta, máy ISA. Von Neumann là một thiên tài, ông nói được nhiều ngôn ngữ và là chuyên gia về khoa học vật lý và toán học. Vào thời điểm bắt đầu quan tâm đến máy tính, ông đã là một nhà toán học xuất sắc của thế giới. Với ông, một trong những điều không thể chối cãi là các máy tính lập trình được với một lượng lớn chuyển mạch và cáp sẽ chậm, buồn tẻ và không linh hoạt. Von Neumann đi đến một nhận thức rằng chương trình có thể được biểu diễn dưới dạng số trong bộ nhớ của máy tính cùng với dữ liệu. Ông cũng nhận thấy số thập phân nối tiếp được dùng trong ENIAC không gọn, mỗi số được biểu diễn bởi 10 đèn điện tử (1 mở 9 đóng) có thể thay thế bằng cách dùng số nhị phân song song. Thiết kế cơ bản của ông, hiện nay được gọi là máy Von Neumann, được thiết kế trong EDSAC, máy tính có khả năng lưu trữ chương trình đầu tiên, vẫn còn là cơ sở cho hầu hết các ISAS Report Computer generation Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 9 máy tính số thậm chí cho đến hiện nay, sau hơn nữa thế kỷ. Thiết kế này và máy IAS, được xây dựng với sự cộng tác của Herman Goldtine. Một phát thảo đơn giản của cấu trúc như sau: Accumulator Hình - Máy Von Neumann ban đầu Máy Von Neumann có 5 phần cơ bản: bộ nhớ (memory), đơn vị số học logic (arithmetic logic unit), đơn vị điều khiển chương trình (program control unit), thiết bị nhập, thiết bị xuất. Bộ nhớ có 4096 từ, mỗi từ lưu trữ 40-bit (0 hoặc 1). Mỗi một từ chứa hoặc 2 chỉ thị 20-bit hoặc 1 số nguyên có dấu 39-bit. Mỗi chỉ thị có 8-bit cho biết loại chỉ thị và 12-bit dùng để xác định 1 trong 4096 từ nhớ. Trong đơn vị số học logic, tiền đề của một đơn vị xử lý trung tâm CPU (central processing unit) sau này, có một thanh ghi nội 49-bit đặc biệt gọi là thanh chứa (accumulator). Một chỉ thị điển hình cọng 1 từ nhớ với thanh chứa hoặc lưu thanh chứa vào bộ nhớ. Máy không có số dấu chấm động vì Von Neumann cho rằng bất kỳ nhà toán học thông thạo nào cũng phải có khả năng theo dõi dấu chấm thập phân (thực tế là dấu chấm nhị phân) trong đầu. Vào cùng thời gian Von Neumann đang xây dựng máy IAS, các nhà nghiên cứu ở M.I.T cũng xây dựng một máy tính. Không giống như IAS, ENIAC và các máy khác cùng loại có chiều dài của từ khá dài, máy của M.I.T, Whirlwind1, có từ dài 16-bit và được thiết kế để điều khiển thời gian thực. Dự án này dẫn đến phát minh ra bộ nhớ lõi bởi Jay Forrester và cuối cùng dẫn đến máy tính mini thương mai đầu tiên. MEMORY Control unit Arithmetic Logical unit Input Output Memory: bộ nhớ Control unit: đơn vị điều khiển Arithmetic logical unit: đơn vị số học và logic Input: thiết bị nhập Output: thiết bị xuất ISAS Report Computer generation Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 10 Hình - Máy tính IAS cùng nhà thiết kế KS. Von Neumann Hình - Máy tính Whirlwind_năm 1951 Trong khi tất cả điều này đang diễn ra, IBM, một công ty nhỏ làm thương mại sản xuất các máy đục lỗ cho các thẻ và các máy sắp xếp thẻ bằng cơ khí. Mặc dù IBM cung cấp một phần [...]... 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 Trải qua giai đoạn phát triển của mình, hiện nay máy tính được phân loại qua các dạng sau: a 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. .. 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 Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 25 ISAS Report Computer generation KẾT LUẬN 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,... song và có hệ thống vào ra mạnh Giá một máy tính lớn có thể từ vài trăm ngàn USD đến hàng triệu USD c 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 d 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 Các thành quả đã đạt được của ngành Công nghệ máy tính: Nguyễn... dấu chấm động Vào năm 1958, IBM bắt đầu sản xuất máy tính đèn điện tử cuối cùng, 709, tăng cường khả năng của 704 Hình – Máy tính IBM 701 Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 11 ISAS Report Computer generation Hình – Máy tính IBM 704 Hình – Máy tính IBM 709 Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 12 ISAS Report II Computer generation Thế hệ máy tính thứ hai (1956-1963): Máy tính Transistor Hình – Các Transistor Transistor... NSE8 26 ISAS Report Computer generation Hình - Thành quả phát triển của máy tính Sự phát triển của công nghệ máy tính và đặc biệt là sự phát triển của bộ vi xử lý của các máy vi tính làm cho các máy vi tính có tốc độ vượt qua tốc độ bộ xử lý của các máy tính lớn hơn Máy tính dùng thật nhiều bộ xử lý song song rất thích hợp khi phải làm tính thật nhiều Sự tăng trưởng theo hàm số mũ của công nghệ chế... v.v… Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 21 ISAS Report Computer generation Loại Máy tính cá nhân Máy tính mini Siêu máy tính mini Mainframe Siêu máy tính MIPS 1 2 10 30 125 Megabyte 1 4 32 128 1024 Máy IBM PS/2 PDP-11/84 SUN-4 IBM 3090/300 Cray 2 Sử dụng Xử lý từ Điều khiển thời gian thực Máy chủ trên mạng Ngân hàng Dự báo thời tiết Hình - 5 loại máy tính tổng quát Các máy tính mini được sử dụng rộng rãi trong... 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) b 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... các máy tính nhỏ hơn và nhanh hơn Trước PDP-1, các máy tính lớn và đắt đến nỗi các công ty và các trường Đại học phải có các bộ phận đặc biệt gọi là các trung tâm để chạy chúng Với sự ra đời của máy tính mini, một bộ phận như vậy có thể mua máy tính cho chính họ Vào năm 1980, giả cả giảm xuống thấp đến nỗi một cá nhân có thể sở hữu một máy tính cá nhân Thời đại máy tính cá nhân đã bắt đầu Các máy tính. .. trong một CHIP đơn Việc đóng gói này giúp cho các máy tính được xây dựng trên IC nhỏ hơn, nhanh hơn và rẻ hơn các máy tính transistor Một số máy tính có ý nghĩa quan trọng trong thế hệ này được mô tả dưới đây Vào năm 1964, IBM, một công ty máy tính hàng đầu, có một vấn đề với 2 loại máy thành công đáng kể là 7094 và 1401 Hai máy này không tương thích, một máy có bộ xử lý các con số với tốc độ nhanh sử... bán máy tính hiện nay chỉ có 32-bit địa chỉ, bởi vì trong vài năm tất cả các máy tính cá nhân sẽ cần nhiều hơn 4GB (1GB=109-Byte) và các địa chỉ 32-bit trở nên quá nhỏ Thế giới máy tính mini cũng đã có một bước cải tiến lớn trong thế hệ máy tính vi mạch khi DEC giới thiệu PDP-11, một kế thừa 16-bit của PDP-8 Về nhiều mặt, PDP-11 giống như một người em nhỏ của họ 360 cũng như PDP-8 đối với 7094 Cả 2 máy . 704. Hình – Máy tính IBM 701 ISAS Report Computer generation Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 12 Hình – Máy tính IBM 704 Hình – Máy tính IBM 709 ISAS Report Computer generation Nguyễn. H H C C M M I I S S A A S S R R E E P P O O R R T T ISAS Report Computer generation Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 2 M M Ụ Ụ C C L L Ụ Ụ C C : : . 1 1 9 9 K K ế ế t t l l u u ậ ậ n n t t r r a a n n g g 2 2 1 1 ISAS Report Computer generation Nguyễn Minh Khánh _ Lớp NSE8 3 L L Ờ Ờ I I N N G G Ỏ Ỏ