Các cột mốc phát minh quan trọng của máy tính (P1)

Từ UNIVAC cho đến những máy tính để bàn mới nhất, quá trình tiến triển máy tính đã đi rất nhanh từ những bước chân ban đầu.

Những máy tính thế hệ đầu được biết sử dụng những đèn chân không trong kiến trúc của chúng. Thế hệ theo sau dùng bóng bán dẫn nhỏ hơn và có hiệu suất cao hơn rất nhiêu.

Từ đèn chân không đến bóng bán dẫn

Bất kỳ máy tính kỹ thuật số hiện đại nào cũng là bộ tập hợp các mạch chuyển điện tử. Những mạch này được sử dụng để thể hiện và kiếm soát đường dẫn thành phần dữ liệu gọi là các số nhị phân (binary digit) hay bit. Do bản chất bật/tắt của thông tin nhị phân và sự truyền tín hiệu mà máy tính sử dụng đòi hỏi một mạch điện tử hiệu quả. Máy tính điện tử đầu tiên sử dụng đèn chân không như các mạch điện tử và mặc dù chúng hoạt động nhưng lại gặp nhiều sự cố.

Sự ra đời của đèn chân không

Lee De Forest đã phát minh ra đèn ba cực (Triode) năm 1906. đây là loại đèn chân không dùng trong máy tính ban đầu. Nó gồm một âm cực (cathode) và một dương cực (Plate), được cách nhau bởi một lưới điều khiển (Grid), được treo trong một đèn chân không bằng thủy tinh. Âm cực được đốt nóng bởi một sợi tóc điện nóng đỏ, làm nó tỏa ra các electron bị thu hút về cực dương. Lưới điều khiển ở giữa có thể điều khiển dòng chạy electron. Bằng cách làm cho nó âm, các electron bị đẩy lại phía âm cực. Làm cho nó dương, các electron bị hút về phía dương cực. Do vậy bằng cách điều khiển dòng điện của lưới mà có thể điều khiển đầu ra đóng/mở của dương cực.

Đèn chân không không hiệu quả bằng mạch chuyển (switch). Nó tiêu thụ nhiều điện và cũng toả ra nhiều nhiệt, một vấn đề mấu chốt trong các hệ thống đầu tiên. Và bởi nhiệt mà chúng tạo ra mà đèn chân không không được tin cậy trong những hệ thống lớn hơn, nó bị hỏng khoảng sau vài giờ.

Phát minh chất bán dẫn

Đây là một trong những phát triển quan trọng nhất dẫn đến cuộc cách mạng máy tính cá nhân. Chất bán dẫn được phát minh đầu tiên năm 1947 và công bố năm 1984 bởi các kỹ sư phòng nghiên cứu Bell là John Bardeen và Walter Brattain. Sau đó vài tháng Bell kết hợp với William Shockley phát minh ra chất bán dẫn nối, và cả ba cùng được nhận giải Nobel vật lý năm 1956 về phát minh ra bóng bán dẫn. Bóng bán dẫn cơ bản có chức năng như mạch điện tử trạng thái rắn. Bóng bán dẫn nhỏ hơn và tiêu thụ năng lượng ít hơn. Một hệ thống máy tính được tạo bởi các bóng bán dẫn sẽ nhỏ hơn, nhanh hơn và hiệu quả hơn nhiều so với máy tính tạo bởi đèn chân không.

Sự chuyển đổi từ đèn chân không sang bóng bán dẫn mở ra hướng thu nhỏ kích thước và tiếp tục đến ngày hôm nay. Những máy tính laptop nhỏ (hay palmtop) và thậm chí những hệ thống máy tính Tablet, đều chạy bằng pin, có nguồn sử dụng máy tính hơn hắn những hệ thống cũ kồng kềnh và tiêu thụ lượng điện khổng lồ. Mặc dù có nhiều thiết kế khác nhau cho các bóng bán dẫn qua nhiều năm, các bóng bán dẫn dùng trong các máy tính hiện đại đều là Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) thông thường. Chủ đề này chúng ta sẽ tìm hiểu trong bài viết sau.