Chiếc máy tính bỏ túi là dụng cụ học tập quen thuộc đối với nhiều thế hệ học sinh - sinh viên. Ngoài một công cụ hỗ trợ đắc lực trong việc học tập và thi cử, máy tính còn được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác như kinh doanh, tài chính và trong nhiều lĩnh vực chuyên môn khác. Một thiết bị đơn giản có thể thay thế bạn tính toán những phép tính đơn giản mà không cần dùng phương pháp truyền thống là viết ra giấy hay tính nhẩm. Máy tính giúp con người thực hiện được các phép tính chính xác và nhanh chóng hơn. Đằng sau thiết bị hữu ích và đơn giản này là cả một quá trình nghiên cứu, cải tiến và chế tạo từ đơn giản đến phức tạp của nhiều nhà phát minh. Chuyên mục "mỗi tuần 1 phát minh" tuần này mời các bạn ngược thời gian về 2000 năm về trước và cùng nhìn lại lịch sử phát triển của thiết bị hữu ích này từ chiếc bàn tính sơ khai ban đầu đến chiếc máy tính khoa học chuyên dụng nhé.

Máy tính cơ học - Tiền thân của máy tính điện tử

Công cụ tính toán số học đầu tiên được biết đến là chiếc bàn tính (Abucus) được sử dụng bởi những người Sumer, người và người Ai Cập vào 2000 năm trước công nguyên. Sau đó, bàn tính được sử dụng rộng rãi ở các nước Châu Á, châu Phi và nhiều vùng lãnh thổ khác chủ yếu bởi các thương nhân.

Đến thời kỳ Phục Hưng, năm 1642, thiên tài toán học Blaise Pascal (1623-1662) phát minh ra máy tính cơ học, thiết bị đầu tiên có thể thực hiện các phép tính cơ bản mà không cần sử dụng trí tuệ của con người. Thiết bị có thể thực hiện trực tiếp phép tính cộng và trừ, phép nhân và chia được thực hiện theo phương pháp lặp lại nhiều lần phép cộng.

Theo sau Pascal là Gottfried Leibniz (1646-1716), nhà toán học người Đức đã dành 40 năm để thiết kế máy tính cơ học có thể thực hiện được 4 phép tính cơ bản cộng, trừ, nhân, chia một cách trực tiếp. Công trình của ông chỉ dừng lại ở bánh xe Leibniz mà chưa đưa ra được một cỗ máy tính toán hoàn thiện. Bánh xe Leibniz là một ống hình trụ với các rãnh bên ngoài có độ dài tăng dần được dùng để đếm số lần quay của bánh răng. Bánh xe Leibniz nổi tiếng này được tiếp tục sử dụng rộng rãi trong các máy tính cơ khí cho đến khi máy tính điện tử ra đời.

Đến thế kỷ 18, thế giới chứng kiến được nhiều cải tiến thú vị từ chiếc máy tính cơ ban đầu. Đặc biệt phải kể đến là chiếc đồng hồ tính toán có khả năng thực hiện được 4 phép tính của Giovanni Poleni (1683-1761), một nhà vật lý và toán học người Ý, nhưng đây chỉ là một đóng góp cho sự phát triển của máy tính chứ chưa phải là một thiết bị hoàn chỉnh. Mãi cho đến thế kỷ 19 với cuộc các mạng công nghiệp mới là thời kỳ máy tính cơ được phổ biến rộng rãi. Thời gian này, những chiếc máy tính cơ trong quá khứ được đưa vào sản xuất công nghiệp với số lượng lớn và mẫu mã hiện đại hơn.

Đến năm 1820, máy đếm còn gọi là máy cộng dồn tích (Arithmometer hoặc Arithmomètre) được phát minh bởi nhà nhà phát minh người Pháp Thomas de Colmar (1785-1870). Đây là chiếc máy tính cơ đầu tiên đủ mạnh và độ tin cậy để sử dụng trong công việc hàng ngày tại các văn phòng. Thiết bị được cấp bằng sáng chế vào 1820 và sản xuất thương mại từ năm 1851. Arithmometer có thể thực hiện được chuỗi các phép cộng và trừ một cách trực tiếp, thực hiện phép nhân số lớn và cho ra kết quả được dồn tích và ghi trên một dải ruy băng. 40 năm sau, tính đến năm 1890 đã có khoảng 2500 chiếc máy đếm được sản xuất thương mại và bán ra thị trường. Đây là bước tiến quan trọng trong quá trình chuyển tính toán bằng trí tuệ con người sang sử dụng máy móc vào nửa sau thế kỷ 19.

Năm 1902, chiếc máy tính đầu tiên có sử dụng phím bấm mang tên Máy cộng Dalton được phát minh bởi nhà phát minh người Mỹ James L. Dalton (1833-1887).

Năm 1948, Curt Herzstark (1902-1988), một kỹ sư người Australia đã phát minh ra máy tính cơ Curtas có khả năng thực hiện được 4 phép tính cơ bản, đồng thời có thể thực hiện được phép rút căn bậc 2 và một số phép toán khác dù khá khó khăn. Máy tính cơ Curtas kế thừa bánh xe đếm nổi tiếng của Leibniz kết hợp với máy đếm của Thomas để tạo nên một thiết bị tính hình trụ nhỏ gọn trong lòng bàn tay được vận hành bằng một tay quay phía trên. Dù giá thành sản xuất khá đắt tiền, Curtas được xem là máy tính cơ xách tay tốt nhất mãi cho đến sự ra đời của máy tính điện tử sau này.

Sự ra đời của máy tính điện tử:

Các máy tính cỡ lớn đầu tiên có sử dụng ống chân không và sau đó là các transistor để giải các thuật toán logic xuất hiện vào những năm 1940 đến 1950. Công nghệ này là bước tiến vĩ đại cho sự hình thành của máy tính điện tử.

Vào năm 1957, công ty máy tính điện tử Casio, Nhật Bản cho ra đời máy tính Model 14-A. Đây là máy tính điện tử toàn phần với thiết kế nhỏ gọn đầu tiên trên thế giới. 14-A không sử dụng logic điện tử mà dựa trên công nghệ chuyển tiếp được tích hợp vào bàn điều khiển để giải quyết các phép tính.

Đến tháng 11 năm 1961, ANITA (A New Inspiration To Arithmetic/Accounting) máy tính giao diện điện tử toàn phần đầu tiên trên thế giới được công bố bởi công ty máy tính thương mại Anh Bell Punch. Cỗ máy này sử dụng các ống chân không, ống ca-tôt lạnh và Dekatron (ống khí đếm 3 giai đoạn) để giải quyết các phép toán. Màn hình hiển thị được chế tạo từ 12 ống ca-tôt lạnh tạo thành đèn Nexie. 2 Model của ANITA là MK VII và MK VIII được phổ biến rộng rãi khắp châu Âu và nhiều nơi trên thế giới vào đầu năm 1962. MK VII có thiết kế nhẹ và thực hiện được các phép nhân phức tạp. Sau đó MK VIII ra đời với thiết kế và cách vận hành đơn giản hơn. Tuy ANITA có đầy đủ bàn phím và áp dụng các thiết bị điện tử để thực hiện phép tính, nhưng vẫn hoạt động dựa trên nguyên lý đếm của các máy tính cơ đương thời. Chính vì lẽ đó, đến khi máy tính điện tử sử dụng thuật toán logic ra đời, ANITA nhanh chóng bị chìm vào quên lãng.

Đến năm 1963, công nghệ ống ca-tôt chân không của công ty Bell Punch được nhà sản xuất Friden của Mỹ thay thế bằng phương pháp sử dụng các transistor. Nhà sản xuất Friden cho ra đời mẫu máy tính EC-13 với màn hình CRT 13 cm hiển thị được 13 ký tự. EC-13 được giới thiệu đến thị trường với các ký pháp RPN (reverse Polish notation - Ký pháp toán học Ba Lan ngược) với giá 2200 USD, đắt hơn gấp 3 lần so với các máy tính cơ đương thời.

Năm 1964, máy tính CS-10A sử dụng số lượng transistor lớn hơn được công ty Sharp giới thiệu. CS-10A nặng 25 kg và được bán ra thị trường với giá 500.000 Yên (khoảng 2500 USD). Cùng thời gian đó, công ty sản xuất máy công nghiệp Elttroniche của Ý giới thiệu máy tính IME 84 với bàn phím được bổ sung thêm và trang bị màn hình rộng hơn.

Tiếp theo đó là hàng loạt các mô hình máy tính điện tử đến từ các nhà sản xuất như Canon, Mathatronics, Olivetti, SCM (Smith-Corona-Marchant), Sony, Toshiba, và Wang. Các mẫu máy tính thời gian này đều sử dụng các transistor germanium (có giá rẻ hơn transistor silicon) gắn trên các bảng mạch điện tử. Các loại màn hình được sử dụng bao gồm màn hình CRT, ống ca-tôt lạnh và đèn filament. Máy tính thường sử dụng bộ nhớ trễ hoặc lõi từ tính. Bên cạnh đó, Toshiba cho ra đời máy tính Toscal BC-1411 sử dụng thành phần bộ nhớ hoạt động tương tự như một hệ thống RAM được ghép từ các linh kiện rời rạc. BC-1411 có thiết kế nhỏ gọn hơn và tiêu thụ năng lượng ít hơn.

Năm 1965, công ty Olivetti giới thiệu Olivetti Programma 101, một máy tính chứa chứa chương trình được soạn sẵn cho phép đọc và ghi lên một thẻ từ đồng thời in kết quả thông qua một máy in được tích hợp bên trong. Programma được trang bị bộ nhớ, dây trễ âm có khả năng thực hiện thuật toán được lập trình sẵn qua từng bước, tích hợp sẵn các hàm số và có khả năng ghi dữ liệu. Programma 101 còn có khả năng đọc và ghi dữ liệu lên một thẻ từ. Đây chính là chiếc máy tính cá nhân đầu tiên (máy tính được lập trình sẵn cho những người dùng không biết lập trình) và đã được trao tặng nhiều giải thưởng công nghiệp.

Một mẫu máy tính khác được giới thiệu vào năm 1965 là Bulgaria's ELKA 6521 được phát triển bởi Học viện công nghệ máy tính và được chế tạo tại nhà máy Elektronika, Sofia. ELK 6521 nặng 8 kg và là máy tính đầu tiên trên thế giới có thể thực hiện chính xác phép rút căn bậc 2. Cuối năm 1965, ELKA 22 ra đời với màn hình huỳnh quang và tiếp theo đó là ELKA 25 với máy in kết quả được tích hợp sẵn. Một số mẫu thiết kế sau đó với các cải tiến cũng được sản xuất cho đến khi ELKA 101 ra đời vào năm 1974 dù trọng lượng máy vẫn còn khá nặng.

Cuối cùng, vào năm 1967, công ty máy tính vẫn còn nổi tiếng cho đến ngày nay là Texas Instrument đã phát triển máy tính mang tên Cal Tech có khả năng thực hiện 4 phép tính cơ bản và ghi kết quả hiển thị trên một băng giấy. Cal Tech chính là chiếc máy tính cầm tay đầu tiên trên thế giới với khả năng tính toán chính xác và đáng tin cậy.

Giai đoạn thập niên 1970 đến 1980: Máy tính đã có thể bỏ túi!

Nếu các máy tính ở những năm 1960 với kích thướt lớn, sử dụng hàng trăm bóng bán dẫn trên nhiều bảng mạch, sử dụng nguồn điện 1 chiều, tiêu thụ lượng điện năng lớn thì trong giai đoạn 1970, sự ra đời của vi mạch và các chip điện tử là một giải pháp vô cùng đáng giá. Các nhà sản xuất đã nỗ lực tạo nên các bảng vi mạch với các bóng bán dẫn kích thướt nhỏ được tich hợp sẵn bên trong cho phép tạo nên các máy tính với kích thước nhỏ gọn hơn. Từ đó đã hình thành nên các liên minh công nghệ giữa Nhật và Mỹ bao gồm: Canon Inc. với Texas Instruments, Hayakawa Electric (sau này là tập đoàn điện tử Sharp) với Công ty vi điện tử Bắc Mỹ Rockwell, Busicom với Mostek và Intel, và General Instrument với Sanyo. Các liên minh công nghẹ đã tạo nên máy tính có kích thướt nhỏ và tiêu thụ điện năng ít hơn, có thể sạc được.

Tiếp theo thành công của Texas Instruments là các máy tính cầm tay có khả năng sạc đến từ Nhật Bản. Đó là "máy tính mini" ICC-0081 của Sanyo, Pocketronic của Canon và "Micro Compet" QT-8B của Sharp. Trong số các máy tính nêu trên, Pocketronic không có màn hình hiển thị. Thay vào đó, kết quả tính toán được in trực tiếp lên giấy nhiệt.

Bằng nỗ lực rất lớn trong việc tạo nên máy tính kích thước nhỏ và tiêu thụ ít điện năng, năm 1971, Sharp cho ra đời máy tính Sharp EL-8 (còn có tên gọi khác là Facit 1111) với kích thướt nhỏ gọn, chỉ nặng 155 gram, trang bị màn hình huỳnh quang chân không và sử dụng pin NiCad có thể sạc được. EL-8 được bán ra thị trường với giá 395 USD.

Tiếp theo, vào năm 1971, Pico Electronic và General Instrument cho ra đời máy tính sử dụng IC được tích hợp chỉ một chip xử lý duy nhất mang tên Monroe Royal Digital III. Đây chính là thành công vượt bậc trong việc chế tạo các máy tính nhỏ gọn có thể bỏ túi.

Cuối cùng, chiếc máy tính có thể thật sự có thể bỏ túi đã ra đời vào năm 1971. Đó là mẫu máy tính LE-120A do công ty Busicom của Nhật sản xuất. LE-120A "HANDY" là máy tính đầu tiên được trang bị màn hình LED hiển thị kết quả. Đây cũng là máy tính cầm tay đầu tiên sử dụng 1 vi xử lý duy nhất để giải quyết các thuật toán.

Tiếp theo thành công của LE-120A là mẫu máy tính Mostek MK-6010, máy tính đầu tiên sử dụng pin 4 pin AA có thể thay thế được. MK6010 có kích thướt 124x72x24 mm, kích thướt nhỏ gọn nhất thời bấy giờ.

Trong khi đó, năm 1972, Hewlett packard (HP) cho ra đời mẫu máy tính bỏ túi HP-35 với giá 395 USD. HP-35 không sử dụng phương pháp nhập liệu đầu vào thông thường, đây là mẫu máy tính điện tử bỏ túi đầu tiên sử dụng ký pháp RPN (còn gọi là ký hiệu tiền tố) để thực hiện các phép tính khoa học. Đây là phương pháp theo chuẩn tính toán của người Do Thái, nếu muốn thực hiện phép tính "8 cộng 5", theo phương pháp thường, người ta gõ các phím theo thứ tự [8], [+], [5], [=]. Nhưng theo hệ RPN, ta gõ [8], [Enter|], [5], [+] và kết quả sẽ được hiển thị.

Năm 1973, Sinclair Cambridge, chiếc máy tính giá rẻ đầu tiên được bán ra với giá chỉ có 29,95 Bảng Anh. Tuy nhiên, do được sản xuất với giá thành rẻ nên Sinclair vấp phải vấn đề về tính chính xác của kết quả, đặc biệt là khi tính toán các hàm số siêu việt. Cũng trong thời gian này, Texas Instrument cho ra đời máy tính khoa học SR-10 được bổ sung thêm khả năng tính toán theo biến "n" và sau đó là mẫu SR-50 với khả năng tính toán hàm số logarit và lượng giác để cạnh tranh với HP-35. Cả 2 mẫu máy tính khoa học của Texas Instruments và HP đều được tiếp tục phát triển và sản xuất cho đến ngày nay.

Năm 1978, một công ty mới là Calculated Industries nhảy vào thị trường sản xuất máy tính khoa học với các mẫu máy dành riêng cho từng lĩnh vực cụ thể. CI đã cho ra đời các mẫu máy Loan Arranger dành cho các hàm tài chính, Construction Master dùng để tính toán các thông số tiêu chuẩn chuyên ngành xây dựng.

Giai đoạn giữa những năm 1980 đến nay

Sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ cho phép các nhà sản xuất chế tạo máy tính khoa học giá rẻ. Các máy tính thông thường với các chức năng tính toán cơ bản chỉ có giá vào khoảng vài USD nhưng vẫn cho phép thực hiện các phép tính một cách chính xác và đáng tin cậy.

Năm 1987, máy tính HP-28C ra đời. Đây là máy tính đầu tiên sử các ký hiệu toán học để tính toán và giải phương trình bậc 2. Năm 1985, máy tính đầu tiên có khả năng vẽ đồ thị theo một hàm số cho trước là Casio FX-7000G được ra mắt.

Hai nhà sản xuất máy tính tiên phong là HP và TI liên tục cho ra mắt các máy tính khoa học được cải tiến, bổ sung thêm chức năng từ năm 1980 đến những năm 1990.

Bước sang thế kỷ 21, ranh giới giữa máy tính đồ họa và một máy vi tính xách tay ngày càng mong manh hơn. Các máy tính khoa học hiên đại như TI-89, Voyage 200 và HP-49G đều có thể tính toán được các hàm vi phân và tích phân, giải được các phương trình vi phân, xử lý các chuỗi ký tự và chạy phần mềm quản lý dữ liệu cá nhân. Các máy tính còn được trang bị kết nối không dây và cổng hồng ngoại để giao tiếp với máy vi tính hay các máy tính khoa học khác.

Máy tính tài chính HP-12C ra đời vào năm 1981 với nhiều nhiều chức năng hữu ích vẫn còn được tiếp tục sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay. HP-12C vẫn trung thành với phương pháp nhập liệu tiền tố RPN. Cho đến năm 2003, hàng loạt các phiên bản cải tiến của HP-12C được sản xuất. Nổi bật nhất là phiên bản "HP-12C platinum edition" được trang bị nhiều bộ nhớ hơn, tích hợp sẵn nhiều hàm tài chính và thêm vào đó là chế độ nhập dữ liệu đại số.

HP-12C là máy tính cực kỳ nổi tiếng và được người dùng trong lĩnh vực tài chính ưa chuộng do được tích hợp sẵn các hàm số tài chính hiện đại như "I", "PV", "FV" và dễ dàng tính được các chỉ số lãi, lãi ròng, giá trị của dòng tiền theo thời gian,… Tuy nhiên do vẫn sử dụng phương pháp nhập liệu theo chuẩn Do Thái nên gây sự khó khăn trong quá trình sử dụng cho những người không có kiến thức chuyên môn.

Từ những năm 1990 đến nay, các máy tính bỏ túi luôn được các nhà sản xuất hiện đại hóa và cho ra đời những mẫu sản phẩm có tính chuyên môn hóa cao hơn để phù hợp với nhiều lĩnh vực.

Kết

Vậy là qua hơn 400 năm, từ chiếc máy đếm cơ học sơ khai của Pascal, trải qua chiếc bánh xe huyền thoại của Leibniz, cho đến chiếc máy tính CS-10A của Sharp nặng 25 kg, qua bao nỗ lực đến ELK 6521 giảm xuống còn 8 kg, rồi LE-120A "HANDY" của Busicom đã có thể bỏ túi, cuối cùng qua hàng loạt cải tiến và nâng cấp về chương trình cũng như phần cứng, chúng ta đã có chiếc máy tính bỏ túi chỉ chiếm một ngăn nhỏ trong chiếc cặp của học sinh mà trong lượng chưa đến 200 gram. Vẫn là câu nói khi viết về các phát minh, thật thán phục trước nỗ lực và khả năng sáng tạo của con người đặc biệt là các nhà phát minh: "Biến cái không thể thành có thể" để cuộc sống của con người trở nên đơn giản và dễ dàng hơn.

ndminhduc - Tinh tế