Xem lẹ

Trang nhà > Sáng tạo > Khám phá > Từ vi xử lý đến máy vi tính

Từ vi xử lý đến máy vi tính

Thứ Ba 24, Tháng Bảy 2007

Chip vi xử lý Intel 4004, xuất hiện ngày 16/11/1971, đã làm nên một cuộc cách mạng công nghệ bởi nó là sản phẩm đầu tiên gắn kết các bộ phận cần thiết cho hoạt động của máy tính vào trong một chip đơn. Dần dần từ đó, công nghệ vi xử lý cho phép các nhà sản xuất tích hợp trí thông minh vào máy vi tính, thang máy, máy ảnh số, điện thoại di động và vô vàn thiết bị khác...

JPEG - 32.8 kb
Máy mini và micro thời kỳ 1980

1971: nền tảng công nghệ hình thành

Công nghệ vi xử lý (microprocessing) đã vô tình được phát triển khi Intel - một hãng nhỏ làm mạch tích hợp điện tử (Integrated Electronics, viết tắt thành Intel) vừa ra đời năm 1968 - đã dám nhận chế tạo 12 chip khác nhau cho dòng máy tính bán hàng Busicom của hãng Nhật NCMC vào tháng 4/1969.

Thực ra người đi đầu là Masatoshi Shima, một kỹ sư của NCMC, sau chuyển sang làm cho Intel. Khi NCMC phá sản, Intel đã khôn ngoan mua lại bản quyền chip 4004 với giá 60,000 USD và đăng ký bằng sáng chế U.S. Patent #3,821,715 cho 3 kỹ sư Mỹ: Ted Hoff, Stan Mazor và Federico Faggin.

Tại thời điểm đó, Intel không có đủ nguồn nhân lực để phát triển cả 12 chip cho Busicom. Hoff và Mazor muốn nhét tất cả vào một vài chip đơn để tiết kiệm chi phí và do đó cần giảm số lượng các bóng bán dẫn tức là phải thiết kế lại để có thể chứa chúng trong loại vỏ chip 16 chân nhỏ xíu (DIL16, xem ảnh) mà Intel sử dụng hồi ấy.

“Chúng tôi phải tiến hành dự án rất thận trọng vì các nhà quản lý không hứng thú lắm với 4004”, Mazor cho hay. Sau khi ông và Hoff hoàn thành phần kiến trúc mô phỏng, Intel mời Faggin từ hãng Fairchild về công ty vào tháng 4/1970. Cũng như Hoff, Faggin đã tạo được tiếng tăm nhất định trong ngành công nghiệp. Ông là người phát triển công nghệ cổng silicon giúp thay thế cổng germanium nhậy nhiệt và khó kiểm soát.

Ngày thứ hai sau khi Faggin đến Intel, Shima đã kiểm tra tiến độ công việc và tỏ ra bực mình vì mọi thứ vẫn giậm chân tại chỗ kể từ tháng 12/1969. Rất may NCMC chấp nhận gia hạn hợp đồng, Faggin cùng các cộng sự phải làm việc tới 14 tiếng mỗi ngày nhưng chính sự chậm trễ ấy lại là cơ hội cho Intel thay đổi số phận của họ.

Cuối năm 1971, bộ sản phẩm hoàn thiện và bao gồm: chip ROM lưu trữ phần mềm 4001, chip RAM lưu trữ dữ liệu 4002, chip nhập/xuất dữ liệu 4003 và chip vi xử lý 4 bit 4004, chứa 2300 bóng bán dẫn. Gordon Moore, Giám đốc điều hành của Intel thời đó, coi đây là “một trong những phát minh mang tính cách mạng của lịch sử nhân loại”.

Electronic News là tờ báo đầu tiên viết về sự ra đời của Intel 4004, cho biết chip vi xử lý 4 bit này chạy ở tốc độ 100KHz và có thể thực hiện các phép toán cơ bản. Giá bán của nó chỉ ở mức dưới 100 USD.

Trong khi đó, một số người khác lại không mấy quan tâm lắm. “Đó là một vấn đề thực sự hấp dẫn nhưng nó sẽ khó có thể được xem như là sản phẩm của tương lai,” Nathan Brookwood – chuyên gia phân tích của Digital Equipment (DEC) tại thời điểm đó - nhận định.

Rất nhiều năm sau đó, chip 4004 cũng vẫn chưa nhận được sự ủng hộ của số đông. Năm 1975, một kỹ sư cao cấp của DEC một lần nữa tuyên bố chip 4004 không thể là “người mở đường cho tương lai của Intel”. Nhưng về sau, việc đánh giá không mấy mặn mà với 4004 chỉ là sự nhận thức mang tính truyền thống của ngành kinh doanh máy tính mini kéo dài từ những năm đầu đến cuối thập niên 1970.

Thiết bị điều khiển và máy vi tính

“Tôi cho rằng chip vi xử lý đã mang đến tương lai cho Intel. Nhưng 15 năm trước đây chúng tôi đâu có nhận ra được điều đó,” cựu Chủ tịch Intel Andy Grove cho biết. “Chip vi xử lý đã trở thành một ngành kinh doanh chủ chốt của Intel. Nhưng khoảng 10 năm trước đây chúng tôi lại chỉ xem đó là một lĩnh vực kinh doanh nhất thời.”

Tháng 4/1972, Intel tung ra chip 8-bit 8008. Chip 8008 là sản phẩm được thiết kế riêng cho Datapoint, tuy nhiên hãng này đã không thể đủ sức thanh toán hợp đồng thiết kế sản xuất với Intel. Thay vào đó Datapoint quyết định cấp quyền cho Intel được phép sử dụng con chip 8008, bao gồm cả những lệnh điều khiển tích hợp trong chip vốn là sản phẩm của Datapoint. Chính tập lệnh điều khiển đó đã trở thành nền tảng của kiến trúc x86 sau này.

Bước đột phá trong việc sản xuất vi xử lý đến vào năm 1974 với sự ra mắt của chip 8080. Chip này có tập lệnh điều khiển phức tạp hơn và đóng gói trong một vỏ mạch 40 chân (DIL40). Đây là hai sáng chế thực sự quan trọng làm gia tăng đáng kể sức mạnh của vi xử lý.

Hãng nghiên cứu Mercury Research cho biết từ khoảng cuối thập kỷ 1970 các chip vi xử lý và chip vi điều khiển (microcontroler, sự kết hợp của chip vi xử lý với vài chip khác chuyên dùng trong các thiết bị điều khiển) đã xâm nhập dần vào hầu khắp mọi lĩnh vực. Sau này chỉ tính riêng trong năm 2000, toàn thế giới đã tiêu thụ tổng cộng 385 triệu chip vi xử lý và 6,4 tỉ chip vi điều khiển.

Ngay sau Intel, nhiều công ty cạnh tranh như RCA, Motorola, NS, Texas, Honeywell và Fairchild v.v. cũng giới thiệu các chip tương tự, trong đó có dòng vi xử lý của Motorola với khả năng dùng trong điều khiển công nghiệp. Tuy nhiên, Intel lại trở thành người chiến thắng trong phần lớn các máy vi tính [1]. Các đối thủ đã tính toán sai nhu cầu của người sử dụng, chẳng hạn hãng NS vội vàng cho ra mắt dòng chip 16 bit mạnh hơn nhưng không tương hợp với các chip 8 bit phổ biến trước.

Quan trọng hơn cả, hãng máy tính số 1 thế giới là IBM đã (ngẫu nhiên?) chọn chip Intel 8088, BIOS mã mở và hệ điều hành Microsoft DOS cho chiếc máy tính cá nhân IBM PC lịch sử, sau khi thất bại về tiếp thị với chip và hệ điều hành riêng của mình trong loạt máy vi tính IBM 5120 năm 1980, có giá từ 9340 USD trở lên nên cao quá tầm tay hầu hết cá nhân.

1981 đến nay: thời đại máy tính cá nhân

Tháng 11/1981 chiếc IBM PC (Personal Computer: máy tính cá nhân) hay IBM 5150 đã đánh dấu một bước ngoặt cơ bản trong ngành công nghiệp máy tính. Giờ đây, người ta khó có thể thấy được tất cả những tác động mà một phần tư thế kỷ phát triển của máy tính cá nhân đã mang lại cho cuộc sống hàng ngày. Nhưng có một điều chắc chắn rằng nhiều người không thể hình dung thế giới sẽ ra sao nếu không có máy tính cá nhân tại gia đình hay công sở.

IBM PC chỉ được trang bị màn hình trắng đen, không có ổ cứng, sử dụng Intel 8088 chứa 29.000 bóng bán dẫn với tốc độ 4,77 MHz, ổ đĩa mềm 5,25 inch 160 KB, bộ nhớ RAM 64 KB và có khả năng mở rộng lên 256 KB. Chiếc PC chậm chạp và phức tạp này có giá tới 3.000 USD nhưng hồi ấy nó thuộc loại khá rẻ. Phần mềm cho nó chỉ dùng kiểu nhập dữ liệu dạng text (không phải dạng đồ hoạ), bao gồm hệ điều hành PC-DOS hoặc CP/M-86, trình dịch ngôn ngữ MBASIC hoặc UCSD Pascal, bảng tính VisiCalc và trình soạn thảo Easywriter.

25 năm sau, người sử dụng có thể sắm một PC với cấu hình cơ bản gồm Intel Celeron D, ổ cứng 160 GB, RAM 256 MB và màn hình phẳng với giá chưa đến 500 USD. Hoặc họ có thể sở hữu máy tính hiệu suất hoạt động cực cao với Intel Core 2 Duo, RAM 4 GB, ổ cứng 500 GB theo nhiều mức giá khác nhau tùy từng nhà sản xuất.

Còn tương lai?

Jeffrey Rayport, giáo sư Đại học Harvard, đã so sánh giữa tốc độ phát triển của bộ vi xử lý với 2 ngành sản xuất xe hơi và máy bay: Nếu hai ngành công nghiệp này phát triển với tốc độ tương đương ngành công nghiệp bán dẫn thì một chiếc Rolls-Royce sẽ có giá 2,75 USD và đi được 4,8 triệu km mà chỉ tốn 4 lít xăng. Trong khi đó, chiếc máy bay Boeing 767 chỉ còn 500 USD và bay vòng quanh trái đất trong 20 phút với 20 lít nhiên liệu (theo Semiconductor Industry & Business Survey, 12/18/95).

Hiện nay, vi xử lý hướng tới người tiêu dùng, khác với trước đây chính phủ Mỹ sử dụng để đưa con người lên mặt trăng. Gordon Moore năm 1965 đã cho rằng khả năng của bộ vi xử lý sẽ tăng xấp xỉ gấp đôi trong vòng 18 tháng, tạo ra sự tăng trưởng cấp số mũ về sức mạnh điện toán trong khoảng thời gian tương đối ngắn. Được biết đến với tên gọi Định luật Moore, xu hướng này vẫn tồn tại cho tới ngày nay.

“Những tác động theo cấp số nhân của máy tính, Internet và giáo dục sẽ nhân đôi tầm ảnh hưởng của những lợi ích mà công nghệ mang lại trên phạm vi toàn thế giới trong 5 năm nữa”, tân Giám đốc điều hành Intel Paul Otellini nhận xét. “Chúng ta đang tiến gần tới mốc 1 tỷ máy tính nối mạng và những thành quả kinh tế, xã hội, cá nhân sẽ đi kèm với con số này”.

Nguồn: IBM, Intel, VE, VNN (ĐT)


[1microcomputers, xem thêm các máy vi tính MicralVT80