PPNCKH Ứng Dụng Các Nguyên Tắc Sáng Tạo Trong Quá Trình Hình Thành Và Phát Triển Máy Tính

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 DANH MỤC HÌNH Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học I. CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO KHOA HỌC CƠ BẢN 1. Nguyên tắc phân nhỏ II. 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. III. Ví dụ IV. 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 V. Nội dung VI. 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 VII. 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 VIII. 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). 5. Nguyên tắc kết hợp Trang 4 Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học IX. 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. X. 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. XI. XII. Hình 1.1 – PadFone năm 2012. XIII. 6. Nguyên tắc vạn năng XIV. Nội dung Trang 5 Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học XV. Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó không cần sự tham gia của đối tượng khác. XVI. Ví dụ XVII. 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. XVIII. XIX. Hình 1.2 – Samsung Galaxy Beam 7. Nguyên tắc “chứa trong” XX. 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 XXI. Nội dung - Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng cách gắn nó với các đối tượng khác, có lực nâng. - Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng tương tác với môi trường như sử dụng các lực thủy động, khí động. Trang 6 Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học 9. Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ XXII. 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 XXIII. 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. XXIV. Nội dung XXV. Bù đắp độ tin cậy không lớn của đối tượng bằng cách chuẩn bị trước các phương tiện báo động, ứng cứu, an toàn. XXVI. Ví dụ XXVII. 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 XXVIII. Nội dung XXIX. Thay đổi điều kiện làm việc để không phải nâng lên hay hạ xuống các đối tượng Giải thích XXX. 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 Trang 7 Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học XXXI. 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 XXXII. 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 XXXIII. 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” XXXIV. Nội dung XXXV. 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. 17. Nguyên tắc chuyển sang chiều khác XXXVI. Nội dung - Những khó khăn do chuyển động (hay sắp xếp) đối tượng theo đường (một chiều) sẽ được khắc phục nếu cho đối tượng khả năng di chuyển trên mặt phẳng (hai chiều). Trang 8 Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học Tương tự, những bài toán liên quan đến chuyển động (hay sắp xếp) các đối tượng trên mặt phẳng sẽ được đơn giản hoá khi chuyển sang không gian (ba chiều). - Chuyển các đối tượng có kết cấu một tầng thành nhiều tầng. - Đặt đối tượng nằm nghiêng. - Sử dụng mặt sau của diện tích cho trước. - Sử dụng các luồng ánh sáng tới diện tích bên cạnh hoặc tới mặt sau của diện tích cho trước. XXXVII. Ví dụ XXXVIII. Ở các dòng điện thoại, máy tính bảng cảm ứng, màn hình có thể xoay cả 4 hướng, tùy vào mục đích, ý muốn của người sử dụng. 18. Sử dụng các dao động cơ học XXXIX. Nội dung - Làm đối tượng dao động. Nếu đã có dao động, tăng tầng số dao động ( đến tầng số siêu âm). - Sử dụng tầng số cộng hưởng. - Thay vì dùng các bộ rung cơ học, dùng các bộ rung áp điện. - Sử dụng siêu âm kết hợp với trường điện từ. 19. Nguyên tắc tác động theo chu kỳ XL. Nội dung - Chuyển tác động liên tục thành tác động theo chu kỳ (xung) - Nếu đã có tác động theo chu kỳ, hãy thay đổi chu kỳ. - Sử dụng khoảng thời gian giữa các xung để thực hiện tác động khác. XLI. XLII. XLIII. Ví dụ XLIV. Trong lập trình, lập trình viên thường sử dụng bộ định thời (timer) để thực hiện các thao tác lập đi lập lại theo chu kỳ. 20. Nguyên tắc liên tục tác động có ích XLV. Nội dung - Thực hiện công việc một cách liên tục (tất cả các phần của đối tượng cần luôn luôn làm việc ở chế độ đủ tải). Trang 9 Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học - Khắc phục vận hành không tải và trung gian. - Chuyển chuyển động tịnh tiến qua lại thành chuyển động quay. 21. Nguyên tắc “vượt nhanh” XLVI. Nội dung - Vượt qua các giai đoạn có hại hoặc nguy hiểm với vận tốc lớn. - Vượt nhanh để có được hiệu ứng cần thiết. 22. Nguyên tắc biến hại thành lợi XLVII. Nội dung - Sử dụng những tác nhân có hại (Ví dụ: tác động có hại của môi trường) để thu được hiệu ứng có lợi. - Khắc phục tác nhân có hại bằng cách kết hợp nó với tác nhân có hại khác. - Thay đổi tác nhân có hại đến mức nó không còn có hại nữa. 23. Nguyên tắc quan hệ phản hồi XLVIII. Nội dung - Thiết lập quan hệ phản hồi - Nếu đã có quan hệ phản hồi, hãy thay đổi (hoàn thiện) nó. XLIX. Ví dụ - Trong kỹ thuật dò tìm và định vị bằng sóng vô tuyến ra đa, người ta truyền đi một chùm xung vô tuyến có cường độ lớn và thu sóng phản xạ lại bằng máy thu. Bằng cách phân tích sóng phản xạ, vật phản xạ được định vị, và đôi khi được xác định hình dạng. - Động cơ turbin phản lực thường được dùng làm động cơ đẩy cho máy bay. Không khí được đưa vào bên trong những máy nén quay thông qua cửa hút khí và được nén tới áp suất cao trước khi đi vào buồng đốt. Ở đây không khí trộn với nhiên liệu và được đốt cháy. Quá trình cháy này khiến nhiệt độ khí tăng lên rất nhiều. Các sản phẩm cháy nhiệt độ cao thoát ra khỏi buồng đốt và chạy qua turbin để làm quay máy nén. Luồng khí bên trong turbin thoát ra ngoài thông qua ống thoát khí, tạo ra một lực đẩy phản lực ngược chiều. Nếu tốc độ phản lực vượt quá tốc độ bay, máy bay sẽ có được lực đẩy tiến về phía trước. 24. Nguyên tắc sử dụng trung gian Trang 10 [...]... 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 XCVII XCVIII Hình 2.1 – Các giai đoạn phát triển máy tính XCIX 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 các vật liệu đồng nhất sang sử dụng những vật liệu hợp thành XCII (composite) Hay nói chung, sử dụng các vật liệu có tính hệ thống mới XCIII 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 XCIV 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 mà có thể biểu diễn... 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 song song 4 Sự vận dụng các nguyên tắc sáng tạo khoa học trong các giai đoạn phát triển của máy tính - Nguyên tắc sao chép: • Trước... thống Trong trường hợp này, khi được cung cấp một bộ dữ liệu thích hợp nó có thể tự động giải quyết vấn đề hay dự đoán trước sự thay đổi của hệ thống 2 Các giai đoạn phát triển của máy tính XCVI 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. .. trong vài giây CXVIII.1 Thế hệ thứ 3 – Máy tính dùng vi mạch tích hợp SSI, MSI và LSI (1966-1980) CXIX Sự bùng nổ của máy tính và nhu cầu sử dụng máy tính bắt đầu từ các máy tính thế hệ thứ ba Những chiếc máy tính này dựa trên các phát minh độc lập về mạch tích hợp (IC hay microchip) của Jack St Clair Kilby và Robert Noyce, từ đó dẫn đến việc phát minh ra vi xử lý của Ted Hoff, Federico Faggin, và Stanley... hay quy luật logic XCV 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 Trang 18 Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học khía cạnh... dụng - Nguyên tắc thực hiện sơ bộ: CLXVII iPhone khi bán ra được cài sẵn hệ điều hành và những ứng dụng cơ bản Tùy vào mục đích sử dụng, người dùng có thể cài thêm các ứng dụng khác cho riêng mình - Nguyên tắc phẩm chất cục bộ: CLXVIII Trên bàn phím máy vi tính, phím cách (spacebar) thường được sử dụng nhất Ngoài chức năng tạo khoảng trắng khi gõ văn bản, trong một số trường hợp, nó còn được sử dụng. .. gian, các trường đồng nhất sang có cấu trúc nhất định Sử dụng các trường kết hợp với các hạt sắt từ 29 Sử dụng các kết cấu khí và lỏng LXVI LXVII 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 LXVIII Nội dung - Sử dụng các vỏ dẻo và màng mỏng thay cho các kết cấu khối Cách... đề bằng cách để các bóng đèn dưới giới hạn của chúng và thiết kế hệ thống để có thể hoạt động dưới “những điều kiện xấu nhất của xấu nhất” CLIII CLIV - Nguyên tắc dự phòng: CLV Các bóng đèn chân không dự phòng trong trường hợp bóng đèn chân không đang hoạt động trong máy ENIAC bị hỏng - Nguyên tắc phân nhỏ: • Máy tính ENIAC được chế tạo từ những bóng chân không Do trong quá trình vận hành, các dao... 1960 • Các thiết bị ngoại vi như màn hình, bàn phím, máy in… được thiết kế tách rời khỏi máy tính - Nguyên tắc chứa trong: • Trong mẫu thiết kế EDVAC của John von Neumann, cả chương trình và dữ liệu tính toán đều được lưu trữ trong một bộ lưu trữ duy nhất • Bộ vi xử lý (microprocessor) chứa cả phần thực hiện và phần điều khiển của một bộ xử lý Từ đó thúc đẩy sự phát triển của công nghệ bán dẫn các máy . sử dụng những vật liệu hợp thành (composite). Hay nói chung, sử dụng các vật liệu có tính hệ thống mới. XCIII. ỨNG DỤNG CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO KHOA HỌC TRONG TIN HỌC – MÁY TÍNH VÀ LỊCH SỬ HÌNH. VLSI XCVII. XCVIII. Hình 2.1 – Các giai đoạn phát triển máy tính. XCIX. 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. 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