Giáo trình Bài 1: Lịch sử máy tính môn Kiến trúc máy tính | Trường Đại học Cần Thơ

BÀI 1 LỊCH SỬ MÁY TÍNH
 M ục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, người học có thể:
- Mô tả tóm tắt lịch sử phát triển của máy tính qua tên các thế hệ.
- Trình bày các đặc trưng cơ bản cho từng thế hệ máy tính.
- Mô tả tính năng từng loại máy tính.
- Mô tả các chức năng các thành phần cơ bản của một hệ thống máy tính.
- Mô tả xu hướng phát triển máy tính ngày nay.
1. Các thế hệ máy tính
Trong quá trình phát triển của công nghệ máy tính, con người đã chế tạo ra hàng ngàn loại máy
tính khác nhau.Rất nhiều trong số những máy tính này đã bị quên lãng đi, chỉ một số ít còn được nhắc
lại cho đến ngày nay. Đó là các máy tính với những ý tưởng thiết kế và nguyên lý hoạt động độc đáo
tạo nên một tầm ảnh hưởng lớn đến các máy tính thế hệ sau nó. Để giúp sinh viên có được những khái
niệm cơ bản về máy tính và hiểu rõ hơn bằng cách nào mà con người đã phát minh ra những máy tính
hiện đại, dễ sử dụng như ngày nay, trong phần này sẽ trình bày những chi tiết quan trọng về lịch sử quá
trình phát triển của máy tính.
Máy tính thường được phân loại thành các thế hệ dựa trên nền tảng công nghệ phần cứng được
sử dụng trong quá trình chế tạo. Lịch sử phát triển máy tính có thể được chia thành các thế hệ máy tính sau:
1.1.Thế hệ zero –máy tính cơ học (1642-1945)
Sự ra đời của bàn tính gỗ (Hình 1.1) trong việc tính toán là khi những hạt này di chuyển xung
quanh, theo quy trình ghi nhớ bởi người sử dụng, tất cả các vấn đề số học thông thường có thể được
thực hiện đã hình thành nên lịch sử máy tính.
Hình 1.1 Bàn tính gỗ
Mốc lịch sử máy tính phải nhắc đến đầu tiên là vào năm 1642, khi nhà bác học người Pháp Blez
Pascal (1626-1662) đã phát minh ra máy tính toán đầu tiên – máy tính cơ học với 6 bánh quay và bộ
dẫn động bằng tay (Hình 1.2). Máy của ông chỉ cho phép thực hiện các phép tính cộng và trừ.
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ........................................................... 1
Hình 1.2 Máy tính đầu tiên – máy tính cơ học với 6 bánh quay - Blez Pascal
Vào năm 1672, nhà bác học Gotfrid Vilgelm Leibniz đã chế tạo ra máy tính với 4 phép tính cơ
bản (+, -,*, /) sử dụng 12 bánh quay (Hình 1.3). Từ khi còn là sinh viên cho đến hết cuộc đời, ông đã
nghiên cứu các tính chất của hệ nhị phân và đã đưa ra các nguyên lý cũng như khái niệm cơ bản nhất
cho hệ nhịphân được dùng ngày nay trong máy tính điện tử.
Hình 1.3 Máy tính với bốn phép tính (+, - , *, /) - Gotfrid Vilgelm Leibniz
Các phát minh do Pascal và Leibniz đã không được sử dụng ở nhiều nơi, và được coi là kỳ lạ
cho khi Thomas de Colmar (Hình 1.4) tạo ra các máy tính cơ học đầu tiên thành công mà có thể cộng, trừ, nhân, và chia.
Hình 1.4 Máy tính cơ học đầu tiên – Charles Xavier Thomas
Năm 1834, giáo sư toán học trường Đại Học Cambridge (Anh), Charles Babbage (người phát
minh ra đồng hồ công tơ mét) đã thiết kế ra máy tính với chỉ 2 phép tính + và – (Hình 1.5), nhưng có
một cấu trúc đáng để ý thời bấy giờ. Máy tính có 4 bộ phận:  Bộ nhớ.
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ........................................................... 2  Bộ tính toán.
 Thiết bị nhập để đọc các phiếu đục lỗ.
 Thiết bị xuất để khoan lỗ lên các tấm đồng.
Chính ý tưởng của ông là tiền đề cho các máy tính hiện đại sau này.
Để máy tính hoạt động nó cần phải có chương trình, và ông đã thuê côAda làm chương trình
cho máy tính này. Cô Ada chính là lập trình viên đầu tiên và để tưởng nhớ tới cô ta sau này Ada được
đặt tên cho một ngôn ngữ lập trình. Tuy nhiên máy tính đã không hoạt động được vì đòi hỏi quá phức
tạp vì thời bấy giờ con người và kỹ thuật chưa cho phép.
Hình 1.5 Máy tính kỹ thuật số cơ học của Charles Babbage
Năm 1936 К.Zus (người Đức) đã thiết kế một vài máy đếm tự động trên cơ sở rơle (relay). Tuy
nhiên ông không biết gì về máy tính của Babbage và máy tính của ông đã bị phá hủy trong một trận
bom vào Berlin khi chiến tranh thế giới lần thứ 2 (năm 1944). Vì vậy, những phát minh của ông ta đã
không ảnh hưởng đến sự phát triển của kỹ thuật máy tính sau này.
Hình 1.6 Máy tính Mark I nặng 5 tấn, cao 2.4m, dài 15m
Năm 1944 G.Iken (thuộc Đại Học Havard, Mỹ) đã đọc về công trình của Babbage và ông đã
cho ra đời Mark I sau đó là Mark II. Máy Mark I (Hình 1.6) ra đời với mục đích chính là phục vụ chiến
tranh. Nó nặng 5 tấn, cao 2.4 m, dài 15 m, chứa 800 km dây điện. Tuy nhiên vào thời điểm đó máy tính
relay đã lỗi thời và đã bắt đầu kỷ nguyên của máy tính điện tử.
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ........................................................... 3
1.2.Thế hệ I – Máy tính với công nghệ “bóng đèn chân không” (VACUUM TUBE) (1945-1955)
Chiến tranh thế giới thứ 2 bắt đầu, tàu của quân đội Anh đã bị tàu ngầm của Đức phá hủy, do
quân đội Anh đã không thể giải mã được những tín hiệu được truyền đi bởi thiết bị ENIGMA. Để giải
mã đòi hỏi một số lượng tính toán rất lớn và mất nhiều thời gian, trong khi chiến tranh thì không cho
phép chờ đợi. Vì vậy, chính phủ Anh đã cho thành lập một phòng thí nghiệm bí mật nhằm chế tạo ra
một máy tính điện phục vụ cho việc giải mã những thông tin này. Năm 1943, máy tính COLOSSUS
(Hình 1.7) ra đời với số lượng linh kiện 2.000 “đèn chân không” (Hình 1.8) và được giữ bí mật suốt
30 năm và nó đã không thể trở thành cơ sở cho sự phát triển của máy tính. Một trong những người sáng
lập ra COLOSSUS là nhà toán học nổi tiếng Alain Turing.
Hình 1.7 Máy tính COLOSSUS (VACUUM TUBE)
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ........................................................... 4
Hình 1.8 Bóng đèn chân không (VACUUM TUBE)
Chiến tranh thế giới đã có ảnh hưởng lớn đến phát triển kỹ thuật máy tính ở Mỹ. Quân đội Mỹ
cần các bảng tính toán cho pháo binh và hàng trăm phụ nữ đã được thuê cho việc tính toán này trên các
máy tính tay (người ta cho rằng phụ nữ trong tính toán cẩn thận hơn nam giới). Tuy nhiên, quá trình
tính toán này vẫn đòi hỏi thời gian khá lâu và nhằm đáp ứng yêu cầu của BRL (Ballistics Research
Laboratory – Phòng nghiên cứu đạn đạo quân đội Mỹ) trong việc tính toán chính xác và nhanh chóng
các bảng số liệu đạn đạo cho từng loại vũ khí mới, dự án chế tạo máy ENIAC đã được bắt đầu vào năm
1943. Máy ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), do John Mauchly và John Presper
Eckert (đại học Pensylvania, Mỹ) thiết kế và chế tạo, là chiếc máy số hoá điện tử đa năng đầu tiên trên
thế giới (Hình 1.9). Số liệu kỹ thuật của ENIAC là một chiếc máy khổng lồ với hơn 18.000 bóng đèn
chân không, nặng hơn 30 tấn, tiêu thụ một lượng điện năng vào khoảng 140kw và chiếm một diện tích
xấp xỉ 1.393 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 5.000 phép cộng trong một giây đồng hồ.
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ........................................................... 5
Hình 1.9 Máy tính ENIAC - 1943
Điểm khác biệt giữa ENIAC & các máy tính khác: ENIAC sử dụng hệ đếm thập phân chứ không
phải nhị phân như ở tất cả các máy tính khác. Với ENIAC, các con số được biểu diễn dưới dạng thập
phân và việc tính toán cũng được thực hiện trên hệ thập phân. Bộ nhớ của máy gồm 20 “bộ tích lũy”,
mỗi bộ có khả năng lưu giữ một số thập phân có mười chữ số. Mỗi chữ số được thể hiện bằng một
vòng gồm mười đèn chân không, trong đó tại mỗi thời điểm, chỉ có một đèn ở trạng thái bật để thể hiện
một trong mười chữ số từ 0 đến 9 của hệ thập phân. Việc lập trình trên ENIAC là một công việc vất vả
vì phải thực hiện nối dây bằng tay qua việc đóng/mở các công tắc cũng như cắm vào hoặc rút ra các
dây cáp điện. Hoạt động thực tế: máy ENIAC bắt đầu hoạt động vào tháng 11/1945 với nhiệm vụ đầu
tiên không phải là tính toán đạn đạo (vì chiến tranh thế giới lần thứ hai đã kết thúc) mà để thực hiện
các tính toán phức tạp dùng trong việc xác định tính khả thi của bom H (bom H là loại bom làm bằng
hydro, còn được gọi là bom nhiệt hạch). Việc có thể sử dụng máy vào mục đích khác với mục đích chế
tạo ban đầu cho thấy tính đa năng của ENIAC. Máy tiếp tục hoạt động dưới sự quản lý của BRL cho
đến khi được tháo rời ra vào năm 1955.
Với sự ra đời và thành công của máy ENIAC, năm 1946 được xem như năm mở đầu cho kỷ
nguyên máy tính điện tử, kết thúc sự nỗ lực nghiên cứu của các nhà khoa học đã kéo dài trong nhiều
năm liền trước đó. Giáo sư toán học John Von Neumann đã đưa ra ý tưởng thiết kế máy tính IAS
(Princeton Institute for Advanced Studies) với chương trình được lưu trong bộ nhớ, bộ điều khiển sẽ
lấy lệnh và biến đổi giá trị của dữ liệu trong phần bộ nhớ, bộ tính toán số học và luận lý (ALU:
Arithmetic And Logic Unit) được điều khiển để tính toán trên dữ liệu nhị phân, điều khiển hoạt động
của các thiết bị vào ra (Hình 1.10, Hình 1.11, Hình 1.12).
Đây là một ý tưởng nền tảng cho các máy tính hiện đại ngày nay.
Máy tính này còn được gọi là máy tính Von Neumann (với các Williams cathode-ray memory
tubes, mỗi tubes lưu trữ 1.024 bits, tổng cộng 40.960 bits)
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ........................................................... 6
Hình 1.10John Von Neumann trước máy tính IAS
Hình 1.11 Lược đồ cho dự án máy tính IAS (ngày 15 tháng 2 năm 1955)
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ........................................................... 7 Bộ Tính toán – luận lý Bộ Bộ ALU Nhớ Nhớ Chính Chính Bộ điều khiển CU
Hình 1.12 Cấu trúc của máy IAS
1.3. Thế hệ II – máy tính công nghệ bán dẫn (Transistor) (1955-1965)
Sự thay đổi đầu tiên trong lĩnh vực máy tính điện tử xuất hiện khi có sự thay thế đèn chân không
bằng transistor. Transistor nhỏ hơn, rẻ hơn, tỏa nhiệt ít hơn trong khi vẫn có thể được sử dụng theo
cùng cách thức của đèn chân không để tạo nên máy tính. Không như đèn chân không vốn đòi hỏi phải
có dây, có bảng kim loại, có bao thủy tinh và chân không, transistor là một thiết bị ở trạng thái rắn được
chế tạo từ silicon có nhiều trong cát tự nhiên.
Hình 1.13 Transistor đầu tiên của phòng thí nghiệm Bell Labs
Transistor (Hình 1.13) là phát minh lớn của phòng thí nghiệm Bell Labs (Trung tâm nghiên cứu
khoa học và kỹ thuật, Mỹ) trong năm 1947 bởi Bardeen, Brattain và Shockley. Nó đã tạo ra một cuộc
cách mạng điện tử trong những năm 50 của thế kỷ 20.Dù vậy, mãi đến cuối những năm 50, các máy
tính bán dẫn hóa hoàn toàn mới bắt đầu xuất hiện trên thị trường máy tính.
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ........................................................... 8
Hình 1.14 Hình ảnh các Transistor hiện nay
Việc sử dụng transistor(Hình 1.14) trong chế tạo máy tính đã xácđịnh thế hệ máy tính thứ hai,
với đại diện tiêu biểu là máy tính PDP-1(Hình 1.15) của công ty DEC (Digital Equipment Corporation)
và IBM7094 (Hình 1.16) có chu kỳ thời gian là 2 microsecond, bộ nhớ 32K word 16 bit của công ty
IBM (International Business Machines Corporation)G
Công ty DEC được thành lập vào năm 1957 và sau đó 4 năm chora đời sản phẩm đầu tiên của
mình là máy PDP-1 như đã đề cập ởtrên. Đây là chiếc máy mở đầu cho dòng máy tính mini của DEC,
vốn rất phổ biến trong các máy tính thế hệ thứ ba.
Hình 1.15 Máy tính PDP-1
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ........................................................... 9
Hình 1.16 Máy tính IBM 7094
1.4. Thế hệ III – máy tính công nghệ mạch tích hợp IC (Integrated Circuit ) (1965-1980)
Một transistor đơn lẻ thường được gọi là một thành phần rời rạc. Trong suốt những năm 50 và
đầu những năm 60 của thế kỷ 20, các thiết bị điện tử phần lớn được kết hợp từ những thành phần rời
rạc như:transistor, điện trở, tụ điện, v.v... Các thành phần rời rạc được sản xuất riêng biệt, đóng gói
trong các bộ chứa riêng, sau đó được dùng để nối lại với nhau trên những bảng mạch.Các bảng này lại
được gắn vào trong máy tính, máy kiểm tra dao động, và các thiết bị điện tử khác nữa.
Bất cứ khi nào một thiết bị điện tử cần đến một transistor, một ống kim loại nhỏ chứa một mẫu
silicon sẽ phải được hàn vào một bảng mạch. Toàn bộ quá trình sản xuất, đi từ transistorđến bảng mạch,
là một quá trình tốn kém và không hiệu quả. Các máy tính thế hệ thứ hai ban đầu chứa khoảng 10,000
transistor. Con số này sau đó đã tăng lên nhanh chóng đến hàng trăm ngàn, làm cho việc sản xuất các
máy mạnh hơn, mới hơn gặp rất nhiều khó khăn. Để giải quyết những vấn đề khó khăn này, năm 1958
Jack Kilby và Robert Noyce đã cho ra đời một công nghệ mới, công nghệ mạch tích hợp (Integrated
circuit - IC hay vi mạch - CHIP), (Hình 1.17)
Hình 1.17 Mạch tích hợp (IC) năm 1958
Sự phát minh ra mạch tích hợp vào năm 1958 đã cách mạng hóa điện tử và bắt đầu cho kỷ
nguyên vi điện tử với nhiều thành tựu rực rỡ. Mạch tích hợp chính là yếu tố xác định thế hệ thứ ba của
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ......................................................... 10
máy tính. Với công nghệ này nhiều transistorđược cho vào trong một chip nhỏ. Đối với nhà sản xuất
máy tính, việc sử dụng nhiều IC (Hình 1.18) được đóng gói mang lại nhiều điểm có ích như sau:
 Giá chip gần như không thay đổi trong quá trình phát triển nhanh chóng về mật độ của các
thành phần trên chip. Điều này có nghĩa là giá cả cho các mạch nhớ vàluận lý giảm một cách đáng kể.
 Vì những thành phần luận lý và ô nhớ được đặt gần nhau hơn trên các chip nên khoảng
cách giữa các nguyên tử ngắn hơn dẫn đến việc gia tăng tốc độ chung cho toàn bộ.
 Máy tính sẽ trở nên nhỏ hơn,tiện lợi hơn để bố trí vàocác loại môi trường khác nhau.
 Có sự giảm thiểu trong những yêu cầu về bộ nguồn và thiết bị làm mát hệ thống.
 Sự liên kết trên mạch tích hợp đáng tin cậy hơn trên các nối kết hàn. Với nhiều mạch trên
mỗi chip, sẽ có ít sự nối kết liên chip hơn.
Hình 1.18 Các kiểu IC cho các thế hệ sau phát minh đầu tiên
Năm 1975, máy tính cá nhân đầu tiên (Portable computer IBM 5100, Hình 1.19) ra đời, với
thông số chính của nó như sau:
 Tốc độ xử lý (CPU): IBM PALM processor clocked at 1.9 MHz
 Bộ nhớ: 16–64 KB RAM, 32–64 KB ROM
 Bộ lưu trữ dùng băng từ Standard DC300 lưu trữ 204 KB( Hình 1.20)  Bộ nhập: bàn phím.  Nặng 24 Kg.
 Giá từ 8,000$ (với cấu hình cơ bản, 16 KB)
 Khả năng lập trình trên Basic.
 Màn hình CRT 5” với 16 dòng, 64 ký tự.
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ......................................................... 11
Hình 1.19 Máy tính cá nhân đầu tiên (Portable computer IBM 5100)
Hình 1.20 Bộ lưu trữ DC 300 của IBM 5100
Năm 1976, Apple I bán với giá 666.66$ (Hình 1.21), với cấu hình cơ bản như sau:
 Tốc độ xử lý (CPU):MOS 6502@1 MHz.
 Bộ nhớ: 4KB cơ bản và mở rộng từ 8KB đến 48 KB.
 Đồ họa: 40 dòng, 24 ký tự.
Hình 1.21Máy tính cá nhân Apple I
Năm 1977, với Apple II (Hình 1.22)với cấu hình thay đổi đem lại sự thành công trong kinh
doanh, với thông số như sau:
 Tốc độ xử lý (CPU): MOS Technology 6502,1 MHz
 Bộ nhớ: 4KB cơ bản và mở rộng từ 8KB đến 64 KB.
 Bộ lưu trữ dùng băng từ Audio cassetteDisk II (5.25”, 140KB, Apple) (hình 1.23)
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ......................................................... 12
 Bộ nhập: bàn phím 52 ký tự.
 Giá từ 1,298$ (với cấu hình cơ bản, 4KB) đến 2,638$ (với cấu hình cơ bản, 64KB)
 Khả năng lập trình trên Basic.
 Đồ họa với độ phân giải: 40 dòng, 48 ký tự, 16 màu, nâng cấp 280 dòng, 192 ký tự, 6 màu.
 Màn hình: với tín hiệu hình theo chuẩn NTSC, với kết nối RCA (còn gọi A/V: Audio/Video).
 Hệ thống âm thanh: loa, micro.
 Cổng ngoại vi : Parallel port, Serial port, SCSI.
Hình 1.22 Máy tính cá nhân Apple II
1.5. Thế hệ IV – máy tính cá nhân (1980-đến nay)
Sự xuất hiện của mạch tích hợp VLSI (Very Large Scale Integrated) vào những năm 80 cho
phép ghép hàng triệu transistor trên một bản mạch. Điều đó dẫn đến khả năng thiếtkế những máy tính
cỡ nhỏ, nhưng với tốc độ cao. Trong đó,phải kể đến hai thành tựu tiêu biểu về công nghệ của máy tính
thế hệ thứ tư như sau:
 Bộ nhớ bán dẫn (RAM: Random Access Memory): vào thập niên 50 đến 60, hầu hết bộ nhớ
máy tính đều được chế tạo từ những vòng nhỏ làm bằng vật liệu sắt từ, mỗi vòng có đường
kính khoảng 1/16 inches. Các vòng này được treo trên các lưới ở trên những màn nhỏ bên
trong máy tính. Khi được từ hóa theo một chiều, một vòng (gọi là một lõi) biểu thị giá trị 1,
còn khi được từ hóa theo chiều ngược lại, lõi sẽ đại diện cho giá trị 0. Bộ nhớ lõi từ kiểu
này làm việc khá nhanh. Nó chỉ cần một phần triệu giây để đọc một bit lưu trong bộ nhớ.
Nhưng nó rất đắt tiền, cồng kềnh, và sử dụng cơ chế hoạt động loại trừ: một thao tác đơn
giản như đọc một lõi sẽ xóa dữ liệu lưu trong lõi đó. Do vậy, cần phải cài đặt các mạch phục
hồi dữ liệu ngay khi nó được lấy ra ngoài. Năm 1970, Fairchild chế tạo ra bộ nhớ bán dẫn
có dung lượng tương đối đầu tiên. Chip này có dung lượng bằng một lõi đơn, có thể lưu 256
bit nhớ, hoạt động không theo cơ chế loại trừ và nhanh hơn bộ nhớ lõi từ. Nó chỉ cần 70
phần tỉ giây để đọc ra một bit dữ liệu trong bộ nhớ. Tuy nhiên, giá thành cho mỗi bit cao
hơn so với lõi từ. Kể từ năm 1970, bộ nhớ bán dẫn đã đi qua 11 thế hệ: 1K, 4K, 16K, 64K,
256K, 1M, 4M, 16M, 64M, 256M và giờ đây là 1G bit trên một chip đơn (1K=210, 1M=220).
Mỗi thế hệ cung cấp khả năng lưu trữ nhiều gấp bốn lần so với thế hệ trước, cùng với sự
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ......................................................... 13
giảm thiểu giá thành trên mỗi bit và thời gian truy cập.
 Bộvi xử lý (CPU: Central Processor Unit): Năm 1971, hãng Intel cho ra đời chip 4004, chip
đầu tiên có chứa tất cả mọi thành phần của một CPU trên một chip đơn. Kỷ nguyên bộ vi
xử lý đã được khai sinh từ đó. Đến năm 1974, Intel đưa ra chip 8080, bộ vi xử lý đa dụng
đầu tiênđược thiết kế để trở thành CPU của một máy vi tínhđa dụng. Cũng trong cùng thời
gian đó, các bộ vi xử lý 16 bit đã bắt đầu được phát triển. Mặc dù vậy, mãi đến cuối những
năm 70, các bộ vi xử lý 16 bit đa dụng mới xuất hiện trên thị trường. Sau đó đến năm 1981,
cả Bell Lab và Hewlett-Packard (Tập đoàn công nghệ thông tin, Mỹ) đều đã phát triển các
bộ vi xử lý đơn chip 32 bit. Trong khi đó, Intel giới thiệu bộ vi xử lý32 bit của riêng mình
là chip 80386 vào năm 1985. Đáng lưu ý nhất trong giai đoạn này là sự ra đời máy IBM PC
(năm 1981) trên cơ sở CPU Intel 8088 và dùng hệ điều hành MS-DOS (Microsoft Disk
Operating System) của Microsoft (Hình 1.23)
b. Máy tính IBMcá nhân (năm 1981) dùng hệ điều hành MS-DOS
b. Giao diện hệ điều hành MS-DOS
Hình 1.23 Máy tính cá nhân IBM với giao diện hệ điều hành MS-DOS
1.6. Khuynh hướng hiện tại và tương lai
Việc chuyển từ thế hệ thứ tư sang thế hệ thứ 5 còn chưa rõ ràng. Người Nhật đã và đang đi tiên
phong trong các chương trình nghiên cứu để cho ra đời thế hệ thứ 5 của máy tính, thế hệ của những
máy tính thông minh, dựa trên các ngôn ngữ trí tuệ nhân tạo như LISP và PROLOG và những giao
diện người – máy thông minh. Hãng Honda nghiên cứu người máy thông minh từ năm 1986 cho đến
thời điểm này, đã cho ra các sản phẩm bước đầu và gần đây nhất là sự ra mắt sản phẩm người máy
thông minh gần giống với con người nhất như ASIMO (Advanced Step Innovative Mobility) Hình
1.24, với hàng trăm nghìn máy móc điện tử tối tân đặt trong cơ thể ASIMO có thể lên, xuống cầu thang
một cách uyển chuyển, nhận diện người, các cử chỉ hành động, giọng nói và đáp ứng mộtsố mệnh lệnh
của con người.Thậm chí, nó có thể bắt chước cử động, gọi tên người và cung cấp thông tin ngay sau
khi bạn hỏi, rất gần gũi và thân thiện.
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ......................................................... 14
Hình 1.24 Hình ảnh robot ASIMO qua các thế hệ
Tìm hiểu thêm thông tin robot ASIMOthông qua video clip tại https://www.youtube.com
 Clip 1: với từ khóa:“ ASIMO and Beyond: The history of Honda's robotics program”,
đăng bởi Honda, năm 2014. (cập nhật ngày 1/7/2015)
 Clip 2: với từ khóa:“Honda's Asimo: the penalty-taking, bar-tending robot”, đăng bởi
Auto Express, năm 2014. (cập nhật ngày 1/7/2015)
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ......................................................... 15
2. Phân loại máy tính
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.
Máy tính thông thường phân loại dựa vào kích thước vật lý, hiệu suất, giá tiền và lĩnh vực sử
dụng, có thể phân làm các loại sau:
2.1. Siêu máy tính (Super Computer)
Máy tính đắt tiền nhất và tính năng kỹ thuật cao nhất. Các siêu máy tính 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).
Hình 1.25 Siêu máy tính Titan
Ví dụ như siêu máy tính Titan công bố vào năm 2013, tại Mỹ (Hình 1.25). Với cấu trúc gồm:
18.688 CPUAMD Opteron 6274 có 16 nhân (core), dung lượng bộ nhớ là 693.5TB, bộ lưu trữ là 40PB,
diện tích khoảng 404m2 và tiêu thụ năng lượng 8.2 MW.
Hiện tại, có sáu lĩnh vực chủ yếu được nhắm tới để khai thác sức mạnh Titan phục vụ công tác nghiên cứu:
 Khoa học vật liệu: Chủ yếu để tìm kiếm vật liệu ở cấp độ nguyên tử, hiểu các thuộc tính
của nó. Nó cũng liên quan đến việc tìm ra cách để xây dựng các vật liệu mới có các đặc tính vượt trội.
 Biến đổi khí hậu: Các nhà nghiên cứu muốn trả lời các câu hỏi về những gì đang xảy ra,
làm thế nào để thay đổi và thích ứng với biến đổi khí hậu.
 Nhiên liệu sinh học: Điều này liên quan đến việc tìm kiếm các loại thực vật, chẳng hạn
như biến một loại cỏ thành ethanol nhờ chất xúc tác enzym (chất xúc tác sinh học đặc
biệt có thành phần cơ bản là protein).
 Năng lượng hạt nhân: Công nghệ này có thể được sử dụng để kích thích lượng nơtron
trong phản ứng tổng hợp và phản ứng phân hạch. Nó cũng bao gồm những dạng năng
lượng an toàn hơn và sạch hơn, cũng như nhiên liệu mới sẽ đốt cháy lâu hơn và sạch hơn.
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ......................................................... 16
 Chất đốt: Titan có thể cho phép mô phỏng các quá trình đốt cháy giúp các nhà nghiên
cứu tối ưu hóa nhiên liệu, quy trình và thiết kế động cơ để có được nhiên liệu cháy sạch hơn.  Vật lý thiên văn.
2.2. Máy tính lớn (Mainframe)
Là loại máy tính có khả năng xử lý dữ liệu của doanh nghiệp phục vụ cho mục đích kinh doanh,
từ dòng máy tính nhỏ cho đến lớn mà không tốn thêm chi phí để viết lại các phần mềm quan trọng. Tất
cả các máy tính có thể tương thích với nhau từ bộ vi xử lý cho đến các thiết bị ngoại vi như áy in, thiết
bị thông tin liên lạc, lưu trữ, và các thiết bị đầu vào - đầu ra.
Ví dụ: Vào năm 1964, IBM đã công bố máy tính lớn mainframe - System/360, thiết bị mang
tính đột phá về khả năng tương thích giữa các hệ thống.System/360 đóng vai trò rất quan trọng trong
sứ mệnh Apollo của NASA (National Aeronautics and Space Administration).Chuyến bay Apollo có
rất nhiều dữ liệu cần đến khả năng xử lý của hệ thống máy tính mạnh. Những thông tin được mã hóa
cần phải được xử lý nhanh chóng tương tự với việc truyền dữ liệu một cuốn tiểu thuyết trong vòng 1
phút từ tàu vũ trụ tới trung tâm NASA - Manned Spacecraft Center.Máy tính IBM System/360 tiếp
nhận thông tin, biên dịch, tính toán, đánh giá và chuyển tiếp đến màn hình hiển thị. System/360 đã xử
lý dữ liệu cho cuộc đổ bộ mặt trăng từ khoảng cách 384,403 km và cũng chính hệ thống này đã tính
toán các phương thức để cho 2 phi hành gia Neil Armstrong và Edwin Buzz Aldrin thực hiện chuyến
bay quay trở lại trái đất.
Hình 1.26 Máy tính lớn IBM System z10
Thế hệ mainframe mới nhất của IBM có tên gọi là “System z”.Mainframe “System z10” (Hình
1.26) vẫn duy trì khả năng tương thích ngược tất cả với System/360. Chương trình cho hệ thống ban
đầu System/360 vẫn có thể chạy tốt trên máy tính lớn IBM ngày nay.
2.3. Máy tính cá nhân (Personal Computer)
Là loại máy tính thiết kế phù hợp cho công việc, cũng như giá thành của người dùng. Máy tính
cá nhân ngày nay có nhiều tính năng đa dạng như: công việc văn phòng, lập trình, giải trí, và các ứng
dụng theo yêu cầu. Ngoài ra, nó còn kết nối mạng (có dây/không dây) cục bộ, mạng Internet.Máy tính
cá nhân được chia làm các loại sau:
 Desktop Computer: là dạng máy tính cá nhân đặt lên bàn, có 2 dạng vỏ hệ thống: dạng
nằm (desktop) và dạng thẳng đứng (tower).
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ......................................................... 17
 Nettop: là dạng máy tính để bàn loại nhỏ, tiêu` thụ điện ích hơn máy bàn, thông thường
hạn chế các cổng ngoại vi, các ổ đĩa mềm, đĩa quang(Hình 1.27).
Hình 1.27 Nettop của hãng Acer Aspire Revo nettop
 Home theather PC: máy tính hỗ trợ hình ảnh, âm thanh như một phòng kỹ thuật hình
ảnh: thu, phát hình ảnh, xử lý hình ảnh, âm thanh(Hình 1.28).
Hình 1.28 Máy tính Antec Fusion V2
 Laptop: máy tính xách tay, thiết kế nhỏ gọn, sử dụng năng lượng bằng pin, hỗ trợ cho
việc di động. Do tiết kiệm năng lượng, vì thế thiết kế laptop thường cấu hình phần cứng thấp hơn Desktop.
 Tablet: máy tính bảng, được thiết kế bộ nhập (chuột, bàn phím) được tích hợp lên màn
hình. Kích cở màn hình từ 7”-11”(Hình 1.29).
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ......................................................... 18
Hình 1.29 Máy tính bảng của Hãng HP
 PC-pocket (máy tính bỏ túi), còn gọi PDA ( Personal Digital Assistant) hoặc Palm: máy
tính bỏ túi, còn gọi là máy tính hỗ trợ kỹ thuật cá nhân(Hình 1.30; Hình 1.31).
Hình 1.30 Máy tính hỗ trợ kỹ thuật cá nhân Palm (PDA)
Hình 1.31 Máy tính Palm hỗ trợ kỹ thuật cá nhân O2
 Smartphone: với điện thoại thông minh hiện nay, có cấu hình cho máy tính rất mạnh
như: Iphone 6, Samsung, …có kích cở màn hình từ 3”- 6”(Hình 1.32)
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ......................................................... 19
Hình 1.32 Điện thoại thông minh hãng Apple
 Phablet: “Phone-tablet” tạm dịch là điện thoại máy tính bảng, là sự kết hợp của máy
tính bảng và điện thoại thông minh. Kích cở của Phablet(Hình 1.33) lớn hơn điện thoại
thông minh một chút và nhỏ hơn máy tính bảng một chút (nhất là so với iPad). Mục tiêu
mà phaplet hướng tới là đem lại sự hài lòng nhất định nào đó cho người dùng công nghệ
sành sỏi cần duy nhất một thiết bị có thể làm được mọi chuyện.
Hình 1.33 Phablet Sony Xperia Z Ultra 6.4"
Tài liệu giảng dạy học phần Kiến Trúc Máy tính (110079) ......................................................... 20