Máy tính điện tử đầu tiên nào sử dụng công nghệ transitor

Máy tính có vai trò vô cùng quan trọng so với trái đất. Vậy máy tính điện tử đầu tiên ra đời năm nào ? Hãy cùng GiaiNgo khám phá ngay nhé !

Xã hội ngày nay đang ngày càng phát triển hơn và máy tính là một trong những phát minh đột phá. Vậy thì máy tính điện tử đầu tiên ra đời năm nào? Các bạn hãy mau chóng lướt ngay xuống bài viết dưới đây để cùng GiaiNgo khám phá ngay thôi!

Bạn đang đọc: Máy tính điện tử đầu tiên ra đời năm nào? Nguồn gốc từ đâu?

Máy tính điện tử đầu tiên ra đời năm nào?

Đầu tiên, tất cả chúng ta hãy đi vào khám phá máy tính điện tử đầu tiên ra đời năm nào nhé !

Máy tính điện tử đầu tiên ra đời năm nào?

Máy tính điện tử đầu tiên ra đời năm 1943 – 1944. Đây là ý tưởng của hai vị giáo sư ở trường ĐH Pennsylvania, Mỹ .Điều mê hoặc không phải ai cũng biết, chiếc máy tính điện tử đầu tiên phải thực thi một thử nghiệm. Đó chính là thiết kế xây dựng quy mô toán học của một vụ nổ nhiệt hạch khi kích hoạt “ siêu bom ” .Vào năm 1950, bằng kỹ thuật số, ý tưởng này đã thành công xuất sắc trong việc triển khai dự báo thời tiết. Đặc biệt, tại thời gian đó, những thông số kỹ thuật kỹ thuật của ENIAC khá ấn tượng .Cụ thể, nó gồm có 17468 ống chân không, 70000 điện trở, 1500 rơ-le, 10000 tụ điện và 5 triệu mối nối hàn. Đáng quan tâm là toàn bộ đều được triển khai trọn vẹn bằng tay .Thêm đó, chiếc máy có khối lượng 27 tấn, kích cỡ 2.4 m x 0.9 m x 30 m, chiếm diện tích quy hoạnh mặt sàn 167 mét vuông .Ngoài ra, sức mạnh giải quyết và xử lý là 385 phép nhân mỗi giây và mức tiêu thụ điện lên tới 150 KW. Bên cạnh đó, Open một vài thông tin cho rằng mọi đèn đóm tại Philadelphia đều bị chập chờn khi chiếc máy này bật lên .

Máy tính điện tử đầu tiên ra đời ở đâu?

Máy tính điện tử đầu tiên được ra đời ở trường Đại học Pennsylvania, Mỹ. Chiếc máy này được ra đời đơn cử vào ngày 15 tháng 2 năm 1946. Được biết nó đã được triển khai xong vào năm 1945 và lần đầu tiên được đưa ra sử dụng vào ngày 10 tháng 12 năm 1945 .Tuy nhiên đến năm 1946 thì mới được đặt tại trường Đại học Pennsylvania. Chiếc máy tính còn được báo chí truyền thông gọi với cái tên là “ Bộ não khổng lồ ” .

Ai là người phát minh ra máy tính điện tử đầu tiên?

Người đã phát minh ra máy tính điện tử đầu tiên là hai vị giáo sư của trường Đại học Pennsylvania của Mỹ. Đó là John Mauchly và J. Presper Eckert là hai vị giáo sư đã hợp tác với nhau để tạo ra thiết bị tích phân và tính toán số học điện tử.

Xem thêm: Năm 2021 mệnh gì, tuổi con gì? Mệnh Bích Thượng Thổ là gì?

Chiếc máy tính điện tử đầu tiên có tên gọi là gì?

Chiếc máy tính điện tử đầu tiên có tên gọi là ENIAC. Đây là từ viết tắt của Electronic Numerical Integrator and Calculator. Đặc biệt, ENIAC đã có những góp phần rất quan trọng cho khoa học của Mỹ và quốc tế .Nhờ có chiếc máy tính điện tử đầu tiên này mà những nhà khoa học đã tăng trưởng được những công nghệ tiên tiến mới, Giao hàng cho những mục tiêu mới. Một trong số thành tựu tiêu biểu vượt trội là chương trình Apollo và đổ xô lên Mặt Trăng của NASA .

Lịch sử ra đời của máy tính

Lịch sử ra đời của máy tính được bắt nguồn từ năm 1981. Vào năm 1801, nhà ý tưởng Joseph Marie Jacquard ở Pháp đã sáng tạo ra máy dệt gỗ tự động hóa và sử dụng những thẻ gỗ đục lỗ. Đây là nền tảng quan trọng cho quy mô máy tính đầu tiên .Đến năm 1822, nhà Toán học người Anh Charles Babbage đã lên sáng tạo độc đáo cho dự án Bất Động Sản về một thiết bị thống kê giám sát chạy bằng hơi nước. Mặc dù được sự hỗ trợ vốn của cơ quan chính phủ Anh nhưng dự án Bất Động Sản của ông vẫn thất bại .Năm 1890, kỹ sư người Mỹ Herman Hollerith đã phong cách thiết kế mạng lưới hệ thống thẻ có năng lực thống kê dân số năm 1880. Hệ thống này mang lại rất nhiều quyền lợi và sau đó Herman Hollerith đã lập ra công ty tiền thân của IBM .Tiếp đó vào năm 1936, nhà toán học người Anh Alan Turing đã lên sáng tạo độc đáo cho một cỗ máy vạn năng. Cỗ máy này có năng lực thống kê giám sát bất kỳ thứ gì. Và tại đây, sáng tạo độc đáo độc lạ này đã góp thêm phần vào công cuộc ý tưởng máy tính văn minh .Năm 1937, giáo sư vật lý và toán học người Mỹ J.V Atanasoff đã sản xuất máy tính không cần dây đai, bánh răng và trục xoay. Sau đó, những ý tưởng sáng tạo độc lạ lần lượt được đưa ra .Đặc biệt năm 1941, Antanasoff đã cùng với sinh viên của mình là Clifford Berry, tạo ra máy tính hoàn toàn có thể giải liên tục 29 phương trình. Đây cũng là lần đầu tiên một máy tính hoàn toàn có thể tàng trữ được tài liệu trong bộ nhớ .Năm 1943 – 1944, John Mauchly và J. Presper Eckert, hai vị giáo sư đến từ ĐH Pennsylvania đã hợp tác tạo ra thiết bị nghiên cứu và phân tích và tính toán số học điện tử. Nó còn có tên gọi là ENIAC [ Electronic Numerical Integrator and Calculator ] .

Đây được xem là máy tính điện tử đầu tiên và là ông tổ của máy tính hiện đại. Phát minh này có kích thước khá lớn, chiếm hết căn phòng 6x12m và cần đến 18,000 ống hút chân không.

Xem thêm: Liều lượng dầu cá: Bạn nên dùng bao nhiêu mỗi ngày?

Như vậy, trải qua bài viết trên, chắn hẳn những bạn cũng đã biết máy tính điện tử đầu tiên ra đời năm nào rồi phải không nào ? Các bạn hãy ấn theo dõi GiaiNgo ngay để update thêm nhiều thông tin mê hoặc và có ích hơn nữa nhé !

Quay trở lại những dấu mốc lịch sử của công nghệ tưởng chừng đơn giản nhưng lại là khởi thủy của những bước tiến vĩ đại của nền CNTT sau này. Đó là ngày 16/12/1947, chiếc bóng bán dẫn đầu tiên trên thế giới đã ra đời tại phòng thí nghiệm Bell.

Trước khi transistor ra đời, việc thể hiện 2 trạng thái on, off hay hệ thống số nhị phân 0 và 1 được thực hiện nhờ các ống chân không. Công nghệ này không có hiệu quả cao và đòi hỏi rất nhiều ống và bóng đèn, nhiệt lượng để thực hiện các phép tính toán đơn giản. Chính vì thế sự ra đời của transistor chính là đáp ứng đòi hỏi bức thiết của công nghệ. Nó được thiết kế dựa trên các bộ ngắt mạch [switch]. Khi các bộ chuyển mạch này ở trạng thái on hay off thì các mạch khác cũng tự chuyển trạng thái chạy hoặc dừng. Ngày nay các transitor có thể tự chuyển trạng thái on hay off 300 tỉ lần trong một giây!

Cùng với sự xuất hiện của transitor - một linh kiện đảo trạng thái và khuyếch đại, dùng thay thế cho các đèn điện tử cồng kềnh, tốn điện và không tin cậy đã kéo theo sự ra đời của con chip điện tử. Đây là loại mạch điện tử siêu nhỏ được sản xuất trên cơ sở một mảnh silic nhỏ.

Trình độ kỹ thuật thời đó đã không giải quyết được một vấn đề khó khăn lớn, mà bất kỳ hãng công nghệ nào cũng gặp, là việc mắc nối tất cả các linh kiện vào với nhau ở bên trong. Người ta đã xây dựng nhiều quy trình tự động khác nhau, nhưng cuối cùng cũng có một vài dây nối và mối hàn phải làm bằng tay, nên các linh kiện điện tử phức hợp rất đắt tiền. Trong những năm cuối của thập kỷ 50, Jack Kilby [một kỹ sư của hãng Texas Instruments] và Robert Noyce [một kỹ sư của hãng Fairchild Semiconductor] đã chế tạo được mạch tích hợp, một chip sản xuất từ các vật liệu bán dẫn, có thể sao đúng chức năng của một số transistor và các linh kiện điện tử khác. Các mạch tích hợp đầu tiên chỉ chứa dăm ba phần tử mạch, vào cuối những năm 1960, mỗi mạch tích hợp có thể chứa hàng trăm transistor, nhưng đến cuối những năm 1980, số lượng bóng bán dẫn đã lên tới hàng trăm nghìn đối với mỗi vi mạch. Còn ngày này đã có thể chế tạo được hàng trăm triệu, thậm chỉ hàng tỷ transistor trên một chip nhỏ đến mức có thể đặt trên đầu ngón tay. Intel, nhà chế tạo vi mạch hàng đầu thế giới, mới đây đã cho ra mắt một bộ vi xử lí có ký hiệu Tukwila với hơn 2 tỷ transistor siêu nhỏ.

Bí quyết cho sự thành công của ngành công nghiệp sản xuất mạch tích hợp chính là giá thành sản xuất của nó vẫn ở mức thấp, bởi vì bản mạch và các thành phần của nó được in như một thực thể hoàn chỉnh. Cùng với đó là hiệu suất của chúng luôn ở mức cao vì các thành phần chuyển đổi tín hiệu cho nhau ở một tốc độ cực nhanh, mà lại tiêu thụ năng lượng ở mức cực thấp.

Bộ vi xử lý máy tính của Intel hiện nay là một ví dụ, bán với giá vài chục đến vài trăm USD nhưng về mặt điện tử nó tương đương với một máy tính lớn giá vài triệu đôla mới chỉ cách 20 năm trước. Những thành quả của công nghệ chế tạo chip đã tạo khả năng cho kỹ thuật máy tính thâm nhập sâu rộng vào xã hội. Bây giờ thì mọi công việc của máy tính, chính phủ, tài chính, sản xuất... đều phụ thuộc vào nó.

Khi nhắc đến transistor, người ta luôn nhớ đến định luật Moore nổi tiếng do Gordon Moore đưa ra: Cứ sau 2 năm thì số lượng transistor trên 1 con chip sẽ tăng lên gấp đôi - đồng nghĩa với sự gia tăng của các chức năng và khả năng xử lý của con chip điện tử.

Như chip thế hệ sau 45 nm với 820.000.000 transistor thì so với kỹ thuật 65 nm trước đây, công nghệ này cho phép gần như tăng gấp đôi số bóng bán dẫn trên cùng một diện tích bề mặt. Nhờ đó, nhà sản xuất có thể lựa chọn giữa việc tăng tổng số bóng bán dẫn hoặc làm chip nhỏ hơn. Transistor 45 nm nhỏ hơn so với thế hệ trước nên đòi hỏi mức năng lượng ít hơn 30% để bật và tắt. Kết quả là thế hệ chip 45 nm mới của Intel không chỉ lập kỷ lục mới về hiệu năng mà còn biểu thị một sự đột phá về tiêu thụ năng lượng.

Theo kế hoạch cuối năm 2009, Intel sẽ cho xuất xưởng chip công nghệ xử lý 32 nm. Đây là chu trình thu nhỏ các mạch trong chip xuống 32 nm với số lượng bóng bán dẫn sẽ lên đến con số hàng tỷ trên mỗi con chip nhỏ hơn chiếc đồng xu. Theo dự báo, trong khoảng 10-15 năm nữa, các công ty bán dẫn có thể sẽ thiết kế được từ 10 đến 15 tỉ transitor trên 1 con chip đơn!

Những công nghệ vi mạch mới 

Theo năm tháng, vi mạch ngày càng được chế tạo với kích thước nhỏ hơn, nhưng cuộc cách mạng thực sự diễn ra đối với con số bóng bán dẫn tranzito đặt trong một vi mạch. Một khi các nhà sản xuất chip không thể tăng thêm nhiều transistor vào cùng một diện tích silicon nữa, phương trình hiệu suất tăng nhưng giá giảm mà ngành điện toán đạt được bấy lâu nay ngay lập tức sẽ bị phá vỡ. Ngay cả Gordon Moore, đồng sáng lập ra Intel - người nổi tiếng với lời tiên đoán năm 1965 rằng số lượng transistor trên mỗi con chip sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 2 năm, cũng cho rằng hồi kết cho Định luật của mình đang cận kề. Nhiều tổ chức tính rằng trong vòng 10 đến 15 năm tới, thế giới sẽ tiến tới giới hạn mấu chốt của transistor silicon trong công nghiệp, đó là giới hạn về kích thước và hiệu suất.

Để duy trì sự tăng trưởng theo hàm mũ như nội dung định luật Moore, các bóng bán dẫn cần phải thu nhỏ đi một nửa sau xấp xỉ 24 tháng. Cuộc đua thu nhỏ này trong suốt nhiều năm qua đã đẩy một bộ phận quan trọng của bóng bán dẫn đến giới hạn của mình: đó là phần dioxide silic [SiO2] đóng vai trò của lớp cách điện giữa cực cổng và cực máng nơi dòng điện chảy qua khi bóng bán dẫn được bật lên. Với mỗi một thế hệ chip mới, lớp cách điện này lại trở nên mỏng hơn. So với 1-2 thế hệ trước, nó chỉ còn có 1,2 nm [1 nanomet bằng 1 phần tỷ của 1 mét] hay có độ dày là 5 nguyên tử. Các kỹ sư của Intel không còn có thể bào mỏng thêm bất kỳ một nguyên tử nào nữa.

Khi lớp cách điện trở nên mỏng hơn thì dòng điện bắt đầu bị rò rỉ vào trong bóng bán dẫn, giống như là vòi nước bị nhỏ giọt. Điều này làm cho transistor phản ứng hoàn toàn khác, tiêu tán ra một lượng năng lượng lớn hơn. Kết quả là chip tiêu thụ nhiều điện năng hơn, phát ra lượng nhiệt lớn trong khi hoạt động.

Để duy trì tốc độ phát triển công nghệ vi mạch, rất  nhiều công nghệ mới đã được các nhà sản xuất chip nghiên cứu cách cải tiến transistor hiện hành, khiến chúng vận hành theo những cách thức khác. Những công nghệ thay thế như điện toán lượng tử, transistor quang.... sẽ giúp thế giới tiếp tục duy trì định luật Moore.

Trong quá trình thu nhỏ liên tục kích cỡ transistor, ngành công nghiệp chip đã vấp phải vô số bài toán kỹ thuật hóc búa. Một trong số này là lượng nhiệt thất thoát quá lớn từ các thiết bị, khiến cho hiệu suất giảm mà tuổi thọ hệ thống cũng bị ảnh hưởng.

Để vượt qua rào cản này, các hãng chip buộc phải tìm kiếm những vật liệu mới hoặc cách thức mới để giảm thiểu mức nhiệt năng hao phí từ transistor

Vấn đề cần tìm là các vật liệu và công nghệ mới mà có thể vượt qua giới hạn của silicon. Ở Mỹ, các chất bán dẫn có tên hợp chất bán dẫn III-V đã được nghiên cứu để thay thế silicon. Vì không giống với silicon, những hợp chất bán dẫn này là vật liệu phức hợp. Một hợp chất có khả năng thành công nhất là indium gallium arsenide, hoặc InGaAs, một vật liệu mà electron có thể di chuyển trong vật liệu đó nhanh hơn rất nhiều lần so với trong silicon. Do đó, nhà sản xuất có thể làm các transistor rất nhỏ nhưng vẫn có thể truyền và xử lý thông tin rất nhanh.

Trên thực tế các transistor InGaAs có khả năng mang dòng điện nhiều gấp 2,5 lần so với các thiết bị bằng silicon hiện đại nhất đã được chế tạo trong phòng thí nghiệm. Nhiều dòng điện hơn chính là phương thức để hoạt động nhanh hơn. Thêm vào đó, mỗi transistor InGaAs chỉ dài 60 nano mét hay một phần tỉ mét, tương đương với các transistor dài 65 nano mét được chế tạo bởi công nghệ silicon tiên tiến bậc nhất trên thế giới hiện nay.

Tuy nhiên, công nghệ transistor InGaAs vẫn còn ở mức sơ khai. Có một vài thách thức khi sản xuất transistor với số lượng lớn bởi vì InGaAs có xu hướng dễ bị phá hủy hơn silicon. Nhưng người ta vẫn tin rằng với nghiên cứu sâu hơn, công nghệ bán dẫn này có thể vượt trội hơn hẳn silicon và cho phép chúng ta tiếp tục cuộc các mạng vi điện tử trong nhiều năm tới.

Một nghiên cứu ở Canada về phát minh ra loại bóng bán dẫn mà trong đó dòng điện chạy qua một phân tử cũng được xem là một công nghệ vi mạch mới. Các chuyên gia tuyên bố đây có thể là bước tiến lớn nhất trong công nghệ nano từ trước đến nay, theo hướng mini hóa máy tính và các thiết bị điện tử. Vì trước đây chưa ai dám khẳng định một phân tử có thể trở thành công cụ tạo dựng khối dữ liệu, nhung bây giờ, đó không còn là chuyện khoa học viễn tưởng nữa. Phân tử chắc chắn có thể được dùng như các linh kiện điện tử.

Transistor thông thường là những mạch tích hợp [IC] trên chip silicon, bộ não của các thiết bị điện tử, có vai trò điều tiết luồng điện. Phát minh của nhóm nghiên cứu Canada - bao gồm từ 1 đến 20 phân tử, được “gắn” vào tấm wafer silicon - nhỏ hơn gần một nghìn lần và tiêu tốn năng lượng chỉ bằng 1 phần triệu so với các bóng bán dẫn truyền thống.

Tất nhiên, thành công trên mới chỉ là hình mẫu thử nghiệm và còn rất nhiều khiếm khuyết. Để áp dụng vào máy tính, phải làm sao thực hiện được việc chuyển mạch diễn ra trong khoảng 1 micro giây [1 phần triệu giây].

Hãng IBM cũng đã thử nghiệm thành công một kỹ thuật sử dụng nguyên tố germanium để cải thiện hiệu suất của bóng bán dẫn, cho phép chế tạo các bộ vi xử lý nhỏ hơn nhưng mạnh hơn trong thập niên tới.

Kỹ thuật này sử dụng một lớp màng germanium mỏng, ép trực tiếp lên kênh của transistor - khu vực mà dòng điện đi qua - nhằm mở thêm không gian cho các hạt điện tử trong kênh. Kết quả là transistor sử dụng màng germanium có hiệu suất lớn gấp 3 lần so với các loại bóng bán dẫn hiện hành. Germanium đã từng được một số công ty sử dụng với tỷ lệ thấp trong một kỹ thuật chế tạo có tên gọi strained silicon [silicon kéo căng]. Trong kỹ thuật này, một hỗn hợp germanium và silicon được đặt cạnh một lớp silicon nguyên chất, khiến các nguyên tử silicon tự xếp thẳng hàng với các phân tử của lớp silicon - germanium, mở ra một “lối đi” rộng hơn, cho phép nhiều hạt điện tử hơn đi qua mạch điện.

Thành công này trao cho các nhà sản xuất chip một nguồn tài nguyên nữa để tăng cường năng lực xử lý khi việc thu nhỏ kích thước bóng bán dẫn trở nên khó khăn hơn. Mặc dù vẫn còn ở giai đoạn nghiên cứu, IBM tin rằng họ có thể sử dụng kỹ thuật này cho chip 32 nm, dự kiến sẽ ra mắt vào năm 2013.

Một giải pháp làm cho lớp cách điện mỏng hơn và bằng một loại vật liệu khác, có chứa số lượng nguyên tử nhiều hơn khi sản xuất vi mạch cũng đã được Intel đưa ra. Đó là lần đầu tiên sau 40 năm, lớp cách điện sẽ không còn được chế tạo từ dioxide silic nữa mà là bằng Hafnium, một kim loại màu xám bạc có những đặc tính điện tốt hơn và cắt giảm được sự rò rỉ tới 10 lần.

Nhưng đó mới chỉ là một nửa của giải pháp. Loại vật liệu mới cho thấy nó không tương thích với một bộ phận quan trọng khác của bóng bán dẫn là cực cổng. Hơn nữa, những bóng bán dẫn đầu tiên sử dụng loại vật liệu cách điện mới còn hoạt động kém hiệu quả hơn cả những bóng bán dẫn cũ. Vấn đề đặt ra là cần nghiên cúu tiếp để hạn chế những trở ngại trên.

Mới đây, một công nghệ mới do HP công bố cũng có thể được xem là một giải pháp duy trì tốc độ ngành công nghệ điện toán. Đó là loại chip lai đầu tiên giữa memristor và transistor. Trong khi ngành công nghiệp điện toán có xu hướng thu nhỏ các bộ phận để tích hợp nhiều hơn vào trong một mạch thì HP lại loại bỏ một phần bóng bán dẫn [transistor] và thay bằng những bộ nhớ thông minh [memristor].

Các transistor [vàng và xanh] trên chip silicon được thay thế bằng memristor [nâu đậm] đòi hỏi ít năng lượng và diện tích. Và đây được xem là cuộc cách mạng của mạch tích hợp và công nghệ chip nhớ.

Trên thực tế, memristor được đề cập đến từ năm 1971. Nó là thành phần thứ tư của mạch điện ngoài 3 bộ phận đã quen thuộc với con người là điện trở [resistor], điện dung [capacitor] và cảm điện [inductor].

Memristor hoạt động giống resistor nhưng điều khác biệt lớn nhất là nó có thể thay đổi điện trở tùy thuộc vào điện áp và có thể ghi nhớ những biến đổi đó ngay cả khi ngắt điện. Đặc tính lạ thường này khiến memristor trở nên hấp dẫn cả về mặt khoa học lẫn kỹ thuật: một memristor có thể thực hiện chức năng của nhiều transistor, đồng thời có kích thước nhỏ, tốc độ cao, tiết kiệm điện và chi phí thấp hơn hẳn so với công nghệ lưu trữ flash.

Tuy vậy, công nghệ trên cũng mới chỉ dừng lại ở trong phòng thí nghiệm, để thực sự tìm ra công nghệ vi mạch mới thay thế được công nghệ transistor hiện thời, cả thế giới sẽ phải đợi hàng thập kỷ nữa.

[Nguyễn Thu]