Ít phát minh nào thay đổi thế giới nhanh và sâu như máy tính điện tử. Năm 1946, chiếc máy tính điện tử đa năng đầu tiên nặng tới 30 tấn, chiếm trọn một căn phòng lớn và ngốn điện như một nhà máy nhỏ. Ngày nay, một chiếc laptop mỏng chưa đầy 2 kg đặt vừa trong ba lô lại mạnh hơn cỗ máy khổng lồ ấy hàng triệu lần. Hành trình 80 năm từ căn phòng đầy bóng đèn điện tử đến con chip nhỏ hơn móng tay là câu chuyện về việc nhân loại học cách "nhốt" tư duy vào trong máy móc.

Trước ENIAC: giấc mơ chế tạo cỗ máy biết tính toán

Ý tưởng về máy tính xuất hiện từ rất lâu trước khi có điện tử. Vào thập niên 1830, nhà toán học người Anh Charles Babbage đã phác thảo "Máy phân tích" (Analytical Engine) — một cỗ máy cơ khí chạy bằng bánh răng, có thể lập trình bằng thẻ đục lỗ và có cả bộ nhớ lẫn bộ xử lý như máy tính ngày nay. Babbage không bao giờ hoàn thành được nó vì công nghệ chế tạo thời ấy chưa đủ tinh xảo, nhưng nữ bá tước Ada Lovelace, người viết các ghi chú cho thiết kế này, đã được coi là lập trình viên đầu tiên trong lịch sử.

Đầu thế kỷ 20, nhu cầu tính toán tăng vọt: tính bảng đạn pháo cho quân đội, tính toán thiên văn, thống kê dân số. Các máy tính cơ điện dùng rơ-le ra đời, và trong Thế chiến II, cuộc đua càng tăng tốc. Konrad Zuse ở Đức chế tạo máy Z3 năm 1941, còn người Anh xây dựng Colossus năm 1943 để giải mật mã của Đức — nhưng Colossus bị giữ bí mật quân sự suốt nhiều thập kỷ, nên vinh quang "đầu tiên" sau này thuộc về một cỗ máy khác ở Mỹ.

ENIAC và nguyên lý của máy tính điện tử

Năm 1945, tại Đại học Pennsylvania, hai kỹ sư J. Presper Eckert và John Mauchly hoàn thành ENIAC theo đơn đặt hàng của quân đội Mỹ để tính bảng đạn pháo. ENIAC dùng khoảng 18.000 bóng đèn điện tử, nặng 30 tấn, tiêu thụ tới 150 kilowatt điện và thực hiện được khoảng 5.000 phép cộng mỗi giây — nhanh gấp hàng nghìn lần máy cơ điện. Điểm yếu của nó là muốn đổi bài toán phải cắm lại dây và gạt công tắc bằng tay, mất hàng ngày trời, công việc do sáu nữ lập trình viên đầu tiên đảm nhiệm.

Nguyên lý cốt lõi của máy tính điện tử thực ra rất đơn giản: mọi thông tin — số, chữ, hình ảnh — đều được mã hóa thành hai trạng thái 0 và 1. Bóng đèn điện tử, và sau này là transistor, đóng vai trò như những công tắc siêu nhanh: bật là 1, tắt là 0. Hàng triệu phép bật tắt mỗi giây ghép lại thành các phép tính phức tạp. Bước tiến quyết định tiếp theo là ý tưởng "chương trình lưu trữ" gắn với tên tuổi John von Neumann: thay vì cắm lại dây, hãy lưu cả lệnh điều khiển vào bộ nhớ như dữ liệu, để máy tự đổi việc trong tích tắc. Năm 1948, cỗ máy Manchester Baby ở Anh là chiếc đầu tiên chạy được chương trình lưu trong bộ nhớ, và kiến trúc đó vẫn là nền của mọi máy tính ngày nay.

Thu nhỏ không ngừng và thay đổi mọi thứ

Sau chiến tranh, máy tính lần lượt bước ra khỏi phòng thí nghiệm nhờ ba cuộc cách mạng thu nhỏ. Bóng đèn điện tử được thay bằng transistor năm 1947: nhỏ hơn, bền hơn, ít tốn điện hơn. Năm 1958, mạch tích hợp gom nhiều transistor lên một miếng silicon. Đến năm 1971, Intel cho ra đời chip 4004 — cả một bộ xử lý chứa 2.300 transistor trên miếng silicon nhỏ bằng móng tay. Từ đây, máy tính rời khỏi các tập đoàn và trường đại học để bước vào gia đình: Altair 8800 năm 1975 cho người đam mê tự lắp ráp, Apple II năm 1977, IBM PC năm 1981, rồi laptop từ chiếc Osborne nặng 11 kg năm 1981 đến những máy mỏng nhẹ ngày nay với hàng chục tỷ transistor trong một con chip.

Tác động của máy tính thì khó mà kể hết. Nó đưa con người lên Mặt Trăng, dự báo thời tiết, thiết kế thuốc mới, vận hành ngân hàng, nhà máy và toàn bộ Internet. Điều trớ trêu là chiếc điện thoại trong túi mỗi người ngày nay, xét về sức mạnh tính toán, đã là một siêu máy tính so với chuẩn của nửa thế kỷ trước — và nó vẫn đang tiếp tục mạnh lên.

Sự thật thú vị ít người biết

  • Thuật ngữ "bug" (lỗi phần mềm) gắn với một sự kiện có thật năm 1947: một con bướm đêm bay vào trong máy Harvard Mark II gây chập mạch, và nhóm kỹ sư của Grace Hopper đã dán nó vào sổ nhật ký máy. Từ đó việc gỡ lỗi được gọi là "debug".
  • ENIAC tiêu thụ lượng điện khổng lồ đến mức tương truyền mỗi khi nó khởi động, đèn điện ở một khu vực thành phố Philadelphia lại mờ đi.
  • Máy tính dẫn đường trên tàu Apollo đưa người lên Mặt Trăng năm 1969 có tốc độ xử lý chậm hơn cả một chiếc máy tính bỏ túi học sinh ngày nay.

Hiểu lầm thường gặp

Hiểu lầm: "ENIAC là chiếc máy tính đầu tiên của nhân loại." Câu trả lời phụ thuộc vào định nghĩa. Z3 của Zuse (1941) và Colossus của Anh (1943) đều ra đời trước ENIAC nhưng là máy chuyên dụng hoặc bị giữ bí mật, còn Babbage đã thiết kế máy tính lập trình được trước đó cả thế kỷ. ENIAC chính xác là máy tính điện tử đa năng công khai đầu tiên — một danh hiệu hẹp hơn nhiều so với cách người ta thường nhớ.

Hiểu lầm: "Máy tính ngày càng mạnh là nhờ ngày càng to." Hoàn toàn ngược lại. Sức mạnh của máy tính đến từ việc thu nhỏ: linh kiện càng nhỏ thì càng nhét được nhiều hơn vào một con chip, tín hiệu đi quãng đường ngắn hơn nên nhanh hơn, và giá thành rẻ hơn. Lịch sử máy tính là lịch sử của sự thu nhỏ, từ căn phòng 30 tấn xuống còn vài milimét vuông silicon.

Nguồn tham khảo