Những điều thú vị về máy tính có thể bạn chưa biết

Đây có lẽ là điều dự đoán sai lầm nhất trong lịch sử. Trong những năm 1940, Thomas Watson - Chủ tịch tập đoàn công nghệ máy tính đa quốc gia có trụ sở tại Armonk, New York, Mỹ, có dự đoán rằng: Thế giới sẽ không cần nhiều hơn "năm cái máy tính". Sáu mươi năm sau, số người sử dụng máy tính trên thế giới tăng lên đến một tỷ máy!

Rõ ràng, máy tính đã làm thay đổi rất nhiều thứ trong thời gian đó. Ở những năm 1940, máy tính là một hiện tượng khoa học kỳ lạ và hỗ trợ lớn cho quân sự được ủy quyền bởi chính phủ, mỗi chiếc trị giá lên đến hàng triệu đô la. Thậm chí, ngày nay hầu hết máy tính còn được dùng trong các thiết bị hàng ngày từ lò vi sóng đến điện thoại di động và radio kỹ thuật số. Điều gì làm cho máy tính trở nên linh hoạt để có thể hoạt động trong nhiều thiết bị khác? Làm thế nào chúng có thể trở nên hữu ích phi thường như vậy? Và làm thế nào để có thể hoạt động chính xác như thế? Hãy đọc phần thông tin phía dưới nhé!

Ảnh: Hệ thống siêu máy tính IBM Blue Gene / P tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne - một trong những nơi nghiên cứu về máy tính lớn trên thế giới - nhưng thực tế nó chỉ là một phiên bản máy tính lớn hơn máy tính bạn sử dụng. Hình ảnh được chụp tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne được đăng trên Flickr năm 2009, bản quyền giấy phép Creative Commons.

1. Máy tính là gì?

Ảnh: Microchip trên đầu ngón tay

Máy tính là thiết bị điện tử dùng để xử lý thông tin - nói một cách khác là bộ xử lý thông tin. Máy tính mang thông tin cứng (hoặc dữ liệu) ở một đầu, lưu giữ thông tin cho đến khi sẵn sàng hoạt động, đánh máy và xử lý thông tin, sau đó nhanh chóng đưa kết quả ra đầu kia. Tất cả những quá trình xử lý này đều có một tên gọi riêng: nơi lấy thông tin gọi là đầu vào (input), lưu trữ thông tin là bộ nhớ (hay lưu trữ), chế biến thông tin là xử lý thông tin và đưa kết quả ra ngoài được gọi là đầu ra (output).

Hãy tưởng tượng máy tính là con người thì bạn sẽ có một người bạn học rất giỏi toán. Người bạn đó rất tốt bụng và mọi người đều hỏi bạn ấy những vấn đề về toán học. Mỗi sáng, máy tính lại vào kiểm tra hòm thư của mình và nhận được hàng loạt những câu hỏi về toán học cần được giải quyết. Máy tính xếp chúng lên bàn để lần lượt xem. Đến chiều, máy tính lấy từng bức thư ra đọc, xem xét các vấn đề, tiến hành xử lý và phác thảo những câu trả lời. Sau đó, máy tính đặt lại chúng vào phong bì rồi gửi đến cho người mà đã gửi những vấn đề đó và xếp gọn chúng vào trong khay, sẵn sàng giải quyết vấn đề khác. Máy tính tiếp tục chuyển đến đọc những bức thư tiếp theo. Bạn sẽ thấy người bạn của mình hoạt động giống như một chiếc máy tính. Hòm thư của máy tính chính là đầu vào, tài liệu đặt trên bàn là bộ nhớ, não là bộ xử lý tiến hành giải quyết các vấn đề và khay để trên bàn là đầu ra.

Ảnh minh họa: Máy tính hoạt động bằng sự kết hợp các đầu vào, bộ lưu trữ, bộ xử lý và đầu ra. Tất cả các bộ phận chính của máy tính gồm một trong bốn sự kết hợp trên.

Bạn hiểu rằng máy tính có đầu vào, bộ nhớ, bộ xử lý và đầu ra, tất cả những phần đó đều có tác dụng riêng:

Đầu vào (input): Ví dụ, bàn phím và chuột là đơn vị đầu vào - nơi tiếp nhận thông tin vào máy tính cần phải xử lý. Nếu bạn dùng micrô và phần mềm nhận dạng giọng nói thì đó lại là một dạng khác của đầu vào.

Bộ nhớ lưu trữ: Máy tính có thể lưu trữ tất cả tài liệu và các tập tin của bạn vào một ổ cứng: bộ nhớ lưu trữ rất lớn. Những thiết bị nhỏ hơn giống với máy tính như máy ảnh kỹ thuật số và điện thoại di động có sử dụng các loại lưu trữ khác như thẻ nhớ.

Bộ xử lý: Bộ vi xử lý máy tính (được biết đến như một mạch xử lý dữ liệu theo chương trình được thiết lập trước) là một vi mạch được lắp sâu bên trong. Nó hoạt động vô cùng mạnh mẽ và nóng lên trong quá trình xử lý. Đó là lý do tại sao bên trong máy tính cần phải có quạt tản nhiệt - để máy tính không trở nên quá nóng!

Đầu ra (output): Máy tính có màn hình LCD hiển thị những hình ảnh độ phân giải cao (chi tiết) và loa để phát ra âm thanh. Bạn cũng có thể trang bị thêm máy in phun màu ở trên bàn để in ra những tài liệu lưu trữ cố định.

2. Chương trình máy tính là gì?

Bạn có thể đọc thêm bài viết về lịch sử ra đời của máy tính, chiếc máy tính đầu tiên chỉ là một cỗ máy tính toán khổng lồ nhưng chúng xử lý nhanh gọn "những con số": giải quyết được hết các vấn đề toán học dài dòng, khó hiểu và tẻ nhạt. Ngày nay, máy tính có thể giải quyết được nhiều vấn đề hơn thế - nhưng cơ bản vẫn chỉ dùng tính toán. Máy tính có thể làm mọi thứ từ việc chỉnh những hình ảnh mà được chụp bằng máy ảnh kỹ thuật số hiển thị trên trang web đến thao tác tính toán những con số theo một cách hay nhiều cách khác nhau.

Ảnh: Máy tính và máy tính bỏ túi giống nhau bởi vì chúng đều thực hiện xử lý các con số. Tuy nhiên, máy tính bỏ túi thường chỉ đưa ra kết quả của các phép tính và đó là tất cả những gì máy tính bỏ túi có thể làm được. Còn máy tính có thể lưu trữ được những chương trình phức tạp được gọi là các chương trình và sử dụng chúng để làm những điều thú vị hơn.

Giả sử bạn đang muốn tìm kiếm một bức ảnh kỹ thuật số hay một bức ảnh phản chiếu (nói cách khác là lật nó từ trái sang phải) thì bạn chỉ cần vào phần mềm sơn hoặc chỉnh ảnh. Có thể những bức ảnh đó được tạo nên từ hàng triệu pixel (ô vuông màu) được sắp xếp trong kiểu khung lưới. Máy tính lưu trữ mỗi pixel bằng một con số, do đó để có được bức ảnh kỹ thuật số cũng giống như một bài luyện tập sắp xếp nhanh chóng bằng cách viết những con số. Để lật một bức ảnh kỹ thuật số, đơn giản máy tính chỉ cần đảo ngược lại dãy số chạy từ phải sang trái thay vì chạy từ trái sang phải. Hoặc bạn muốn tăng độ sáng cho bức ảnh, bạn chỉ cần trượt nhẹ vào biểu tượng "ánh sáng". Sau đó, máy tính sẽ dựa vào các pixel của ảnh để tăng dần độ sáng, tăng thêm 10% để làm cho bức ảnh sáng hơn. Vì vậy, nó lại liên quan tới các con số và tính toán.

Điều khác biệt giữa máy tính và máy tính bỏ túi chính là cách hoạt động của chúng. Bạn chỉ cần đưa ra cách hướng dẫn (gọi là chương trình), tắt nó đi và tự thực hiện một loại những thao tác vừa dài vừa phức tạp. Trở lại những năm 1970 và 1980, nếu bạn muốn có một máy tính ở nhà để làm mọi thứ, bạn phải tự viết các chương trình nhỏ thì mới có thể làm được. Ví dụ, trước khi đánh chữ trên máy tính, bạn phải viết một chương trình có thể đọc được các chữ mà bạn gõ trên bàn phím, lưu trữ chúng vào bộ nhớ và hiển thị chúng trên màn mình. Viết chương trình thường mất nhiều thời gian hơn bất cứ điều gì bạn muốn làm lúc đầu (viết thư). Ngay sau đó, mọi người đã bắt đầu bán những phần mềm như xử lý văn bản để lưu những thứ mà bạn tự viết ra.

Ngày nay, hầu hết những người sử dụng máy tính đều dựa trên các chương trình được viết sẵn như Microsoft Word và Excel hay các ứng dụng tải về cho máy tính bảng và điện thoại mà không cần phải làm nhiều thứ như trước. Hiện nay, gần như không còn ai viết các chương trình như vậy nữa, đó là một điều đáng tiếc, bởi vì nó thực sự rất thú vị và hữu ích. Mọi người đều coi máy tính như một công cụ giúp họ làm việc chứ không phải chỉ là những máy móc điện tử phức tạp cần phải cài sẵn chương trình từ trước. Một số người sẽ thấy nó hữu ích hơn bởi chúng ta có thể làm ra nhiều thứ tốt hơn là các chương trình máy tính. Lại một lần nữa, nếu tất cả chúng ta đều dựa vào những chương trình máy tính và các ứng dụng có sẵn thì sẽ phải có người viết ra chúng và kỹ năng đó cần lưu giữ lại. May mắn rằng, gần đây cũng có nhiều người quan tâm đến các chương trình trên máy tính. "Mã hóa" (tên chính thức của một chương trình, thỉnh thoảng chúng được gọi là "mật mã") được dùng để giảng dạy tại ở các trường học như những ngôn ngữ lập trình dễ sử dụng như Scratch. Sự phát triển thay đổi theo sở thích có liên quan đến những tiện ích cá nhân như Pi Raspberry và Arduino. Và câu lạc bộ Code Clubs là nơi mà các tình nguyện viên dạy cho trẻ em cách lập trình, đang có mặt ở khắp nơi trên thế giới.

3. Sự khác biệt giữa phần cứng và phần mềm là gì?

Máy tính tốt có thể khởi động chương trình xử lý văn bản chỉ trong vòng một phút và mở chương trình chỉnh sửa ảnh sau 5 giây. Nói cách khác, mặc dù chúng ta không thực sự nghĩ như vậy nhưng máy tính có thể lập trình lại bao nhiêu lần tùy bạn. Đây là lý do tại sao những chương trình này được gọi là phần mềm. "Mềm" được hiểu theo nghĩa là không cố định: có thể dễ dàng thay đổi. Ngược lại, phần cứng của máy tính - những mẩu ghép và mảnh nhỏ tạo thành (các thiết bị ngoại vi như chuột và máy in cũng có thể cắm vào chúng) - khá cố định khi bạn mua chúng từ cửa hàng. Phần cứng là những thứ giúp cho máy tính của bạn chạy khỏe hơn, khả năng chạy các phần mềm khác nhau là những thứ giúp máy tính linh hoạt hơn. Máy tính có thể làm được nhiều việc hữu ích khác nhau và đó là lý do tại sao hàng triệu người trong chúng ta không thể sống thiếu nó!

4. Hệ điều hành là gì?

Hãy tưởng tượng bạn đang sống ở cuối những năm 1970, trước khi những chương trình máy tính sẵn có được phát minh. Muốn máy tính có thể xử lý được văn bản, đánh máy được tiểu thuyết đầu tiên của bạn - việc này khá dễ dàng nhưng bạn sẽ phải mất nhiều thời gian để làm việc này. Vài tuần sau, bạn muốn viết thêm vài thứ và quyết định lập trình lại máy, do đó nó sẽ như chơi một ván cờ. Sau đó, bạn quyết định viết chương trình để lưu trữ bộ sưu tập ảnh. Mỗi chương trình làm việc khác nhau lại có một số điều tương tự. Ví dụ, tất cả các chương trình đều cần đọc được các phím bạn bấm xuống bàn phím, lưu trữ vào bộ nhớ rồi tìm lại, và hiển thị các ký tự (hoặc hình ảnh) trên màn hình. Nếu bạn viết nhiều chương trình khác nhau, bạn sẽ nhận ra các chương trình đó giống nhau ở một số những hoạt động cơ bản. Đó là một chút trong việc lập trình, vì vậy tại sao không chỉ đơn giản là thu thập tất cả chương trình đó lại để chạy những chức năng cơ bản và sử dụng lại chúng vài lần?

Lịch sử hệ điều hành Windows của Microsoft xuyên suốt qua các thời kỳ

5. Cấu tạo điển hình của máy tính

Đó là cấu trúc cơ bản đằng sau một hệ điều hành: phần mềm chính trong máy tính (cần thiết) kiểm soát các công việc cơ bản ở đầu vào, đầu ra, bộ lưu trữ và bộ xử lý. Bạn có thể nghĩ hệ điều hành như "cơ sở" của phần mềm trong máy tính mà những chương trình khác (gọi là ứng dụng) được xây dựng trên đó. Vì vậy, phần mềm xử lý văn bản và trò chơi cờ là hai ứng dụng khác nhau nhưng cả hai đều phải dựa trên hệ điều hành để thực hiện các bước đầu vào, đầu ra và hơn thế nữa. Hệ điều hành dựa trên các phần chương trình cơ bản trên máy tính được gọi là hệ thống Đầu vào/Đầu ra cơ bản (Basic Input Output System, BIOS), liên quan giữa hệ điều hành phần mềm và hệ điều hành phần cứng. Khác với hệ điều hành, hệ thống Đầu vào/ Đầu ra cơ bản thường giống nhau, BIOS không thay đổi từ máy này đến máy khác theo cấu hình phần cứng và nó thường được viết bởi các nhà sản xuất phần cứng. BIOS không phải phần cứng mà là phần mềm: nó là một chương trình bán cố định được lưu trữ vào một trong những con chip chính của máy tính - được biết đến với tên gọi là phần sụn (firmware) (thường được thiết kế để có thể cập nhật thường xuyên).

Các hệ điều hành có một lợi ích lớn khác. Những năm 1970 (và đầu những năm 1980), hầu như tất cả máy tính đều khác nhau. Chúng đều tự chạy bằng những thuộc tính riêng của mình với phần cứng độc đáo (các con chip xử lý khác nhau, địa chỉ bộ nhớ, kích thước màn hình và các phần còn lại). Các chương trình được viết dành riêng cho một máy (như Apple) thường không chạy được ở các máy khác (như IBM) nếu không sử dụng bộ chuyển đổi. Đó là một vấn đề lớn đối với các lập trình viên bởi có nghĩa là họ phải viết lại tất cả các chương trình mỗi khi mà họ muốn sử dụng một máy tính nào khác. Các hệ điều hành đã hỗ trợ như nào? Nếu đã có một hệ điều hành chuẩn và chỉnh sửa nó để có thể chạy ở bất kỳ máy nào, tất cả điều bạn cần phải làm là viết ra những ứng dụng có thể hoạt động trên các hệ điều hành. Và bất kỳ ứng dụng nào cũng có thể chạy được trên máy tính. Dĩ nhiên, hệ điều hành mang tính đột phá này là Microsoft Windows do Bill Gates viết ra. (Điều quan trọng cần lưu ý là ở trong đó vẫn còn tồn tại các hệ điều hành trước).

Xem thêm: Học sử dụng máy tính cơ bản bài 1 - Giới thiệu về máy tính