THẾ HỆ MÁY TÍNH ĐẦU TIÊN: LỊCH SỬ, ĐẶC ĐIỂM, PHẦN MỀM, PHẦN CỨNG - LỊCH SỬ - 2026

Thế hệ máy tính đầu tiên là giai đoạn đầu mà các máy điện tử này được sử dụng, trong khoảng thời gian từ năm 1940 đến năm 1956. Máy tính sử dụng công nghệ ống chân không cho cả mục đích tính toán, lưu trữ và điều khiển.

Trong các máy tính thế hệ đầu tiên, khái niệm ống chân không đã được sử dụng. Chúng được làm bằng thủy tinh và chứa một dây tóc bên trong. Sự phát triển của máy tính bắt đầu từ thế kỷ 16 cho đến ngày nay. Tuy nhiên, máy tính ngày nay cũng đã trải qua sự thay đổi nhanh chóng trong năm mươi năm qua.

Máy tính ENIAC Nguồn: Ảnh Quân đội Hoa Kỳ (Miền công cộng) qua Wikimedia Commons

Thời kỳ này, trong quá trình phát triển của máy tính, có thể được chia thành nhiều giai đoạn khác nhau, tùy thuộc vào loại mạch chuyển mạch, được gọi là các thế hệ máy tính.

Do đó, các thế hệ máy tính là các giai đoạn khác nhau trong sự phát triển của mạch điện tử, phần cứng, phần mềm, ngôn ngữ lập trình và các phát triển công nghệ khác.

Tình hình ban đầu

Những chiếc máy tính điện tử đầu tiên được tạo ra trong những năm 1940. Kể từ đó, đã có một số tiến bộ triệt để trong lĩnh vực điện tử.

Những chiếc máy tính này khổng lồ đến nỗi chúng chiếm toàn bộ phòng. Để thực hiện các hoạt động, họ dựa vào việc sử dụng ngôn ngữ máy, là ngôn ngữ lập trình cấp thấp nhất mà máy tính hiểu được và họ chỉ có thể giải quyết một vấn đề tại một thời điểm.

Ống chân không là một thành phần điện tử có hiệu suất làm việc thấp hơn nhiều. Do đó, nó không thể hoạt động bình thường nếu không có hệ thống làm mát tuyệt vời để không bị hỏng.

Phương tiện đầu vào cho máy tính thế hệ đầu tiên dựa trên thẻ đục lỗ và đầu ra được hiển thị dưới dạng bản in. Các nhà khai thác đã mất nhiều ngày, thậm chí hàng tuần để sắp xếp hệ thống dây điện để giải quyết một vấn đề mới.

Nguồn gốc và lịch sử của thế hệ đầu tiên

Máy tính Atanasoff-Berry

Nhà toán học và vật lý học John Atanasoff, đang tìm cách giải các phương trình một cách tự động, bắt đầu làm sáng tỏ suy nghĩ của mình vào năm 1937, viết ra các đặc điểm cơ bản của một máy tính điện tử.

Máy này đã giải các phương trình, mặc dù nó không thể được lập trình. Nó được sản xuất với sự hỗ trợ của Clifford Berry.

Máy tính trở thành điện tử

Chiến tranh thế giới thứ hai đóng vai trò là bà đỡ cho sự ra đời của máy tính điện tử hiện đại. Nhu cầu quân sự về tính toán và ngân sách chiến tranh cũng cao đã kích thích sự đổi mới.

Máy tính điện tử đầu tiên là những cỗ máy được chế tạo cho những công việc cụ thể. Việc thiết lập chúng rất phức tạp và tốn thời gian.

Máy tính điện tử đầu tiên, được gọi là ENIAC, đã được giải mật vào cuối Thế chiến II, khiến các kỹ sư trên khắp thế giới thắc mắc về cách họ có thể chế tạo một chiếc tương đương hoặc tốt hơn.

Nhóm làm việc tại ENIAC là những người đầu tiên nhận ra tầm quan trọng của khái niệm lưu trữ chương trình bên trong máy tính.

Những cỗ máy ban đầu này thường được điều khiển bằng hệ thống dây dẫn được kết nối với bo mạch chủ hoặc bởi một loạt địa chỉ được mã hóa trên băng giấy.

Do đó, mặc dù các máy này được lập trình rõ ràng, nhưng các chương trình của chúng không được lưu trữ nội bộ trong máy tính.

John von Neumann

Nhà toán học này đã viết một báo cáo thiết lập khung khái niệm cho máy tính chương trình lưu trữ.

Ông khuyến khích IAS (Viện Nghiên cứu Cao cấp) không chỉ nghiên cứu lý thuyết, mà có thể đưa nó vào thực tế bằng cách tạo ra một máy tính thực sự.

Trường Moore

Ngôi trường này đã đáp lại vào năm 1946 bằng một loạt các bài giảng. Những người tham dự đã tìm hiểu về ENIAC, các kỹ thuật chung để xây dựng máy tính và cả ý tưởng mới về lưu trữ chương trình trong bộ nhớ mà chưa ai làm được.

Một trong những trợ lý, Maurice Wilkes, đã lãnh đạo nhóm người Anh xây dựng EDSAC ở Cambridge vào năm 1949.

Mặt khác, Richard Snyder dẫn đầu đội Mỹ đã hoàn thành EDVAC tại Trường Moore.

Máy tính lập trình lưu trữ do von Neumann phát triển bắt đầu hoạt động vào năm 1951. IAS đã cung cấp miễn phí thiết kế của ông. Điều này đã lan rộng những chiếc máy tương tự trên khắp thế giới.

Đặc điểm của thế hệ máy tính đầu tiên

Chỉ giải quyết một vấn đề tại một thời điểm

Máy tính thế hệ đầu tiên được định nghĩa bởi thực tế là các hướng dẫn vận hành được tạo ra đặc biệt để thực hiện nhiệm vụ mà máy tính sẽ được sử dụng.

Công nghệ được sử dụng

Những máy tính này sử dụng ống chân không cho mạch CPU và trống từ để lưu trữ dữ liệu, cũng như các thiết bị chuyển mạch điện.

Bộ nhớ lõi từ được sử dụng làm bộ nhớ chính. Thiết bị đầu vào là băng giấy hoặc thẻ đục lỗ.

Tốc độ xử lý

Tốc độ CPU rất thấp. Chúng có quá trình xử lý chậm, không hiệu quả và không đáng tin cậy do độ chính xác thấp. Chỉ có thể thực hiện các phép tính số đơn giản và trực tiếp.

Giá cả

Máy tính rất đắt để chạy. Máy tính thế hệ này có kích thước rất lớn, chiếm không gian bằng một căn phòng.

Ngoài ra, chúng còn sử dụng một lượng điện lớn, sinh ra nhiều nhiệt khiến chúng thường xuyên bị hỏng.

Ngôn ngữ lập trình

Máy tính thế hệ thứ nhất nhận được hướng dẫn bằng ngôn ngữ máy (0 và 1) hoặc thông qua tín hiệu bật / tắt điện. Không có ngôn ngữ lập trình.

Sau đó, hợp ngữ được phát triển để sử dụng trong các máy tính thế hệ đầu tiên.

Một khi thế giới thấy rằng một chương trình máy tính được lưu trữ trong nội bộ, những lợi thế là rõ ràng. Mỗi trường đại học, viện nghiên cứu và phòng thí nghiệm đều muốn có một cái của riêng mình.

Tuy nhiên, không có nhà sản xuất máy tính điện tử thương mại với các chương trình được lưu trữ. Nếu bạn muốn một cái, bạn phải xây dựng nó.

Nhiều chiếc máy ban đầu này dựa trên các thiết kế đã được công bố. Những người khác phát triển độc lập.

phần mềm

Để lập trình những chiếc máy tính điện tử đầu tiên, người ta đưa ra các hướng dẫn bằng ngôn ngữ mà họ có thể dễ hiểu. Đó là ngôn ngữ máy hoặc nhị phân.

Bất kỳ lệnh nào trong ngôn ngữ này được đưa ra dưới dạng chuỗi 1 và 0. Ký hiệu 1 biểu thị sự hiện diện của một xung điện và số 0 đại diện cho sự không có xung điện.

Chuỗi số 1 và số 0, chẳng hạn như 11101101, có ý nghĩa cụ thể đối với máy tính, mặc dù nó trông giống như một số nhị phân.

Việc viết chương trình bằng ngôn ngữ máy rất cồng kềnh nên chỉ do các chuyên gia thực hiện. Tất cả các hướng dẫn và dữ liệu đã được gửi đến máy tính ở dạng số nhị phân.

Lập trình cấp thấp

Những máy này được thiết kế cho các hoạt động cấp thấp. Các hệ thống chỉ có thể giải quyết một vấn đề tại một thời điểm. Không có hợp ngữ và không có phần mềm hệ điều hành.

Do đó, giao diện với máy tính thế hệ đầu tiên là thông qua bảng vá lỗi và ngôn ngữ máy. Các kỹ thuật viên nối dây các mạch điện bằng cách kết nối nhiều dây với ổ cắm.

Sau đó, chúng được đưa vào các thẻ đục lỗ cụ thể và một số loại tính toán đã được chờ đợi hàng giờ đồng thời tin tưởng rằng mỗi trong số hàng nghìn ống chân không sẽ không bị hỏng trong quá trình này, do đó chúng sẽ không phải trải qua quy trình này nữa.

Công việc máy tính được thực hiện theo lô, vì vậy vào những năm 1950 hệ điều hành này được gọi là hệ thống xử lý theo lô.

Chương trình được lưu trữ nội bộ

Các máy tính đầu tiên kết hợp các phép tính với tốc độ cao, nhưng chỉ sau một quá trình cấu hình chương trình cẩn thận.

Không ai biết ai đã nghĩ ra giải pháp sáng tạo lưu trữ các hướng dẫn cho bạn biết phải làm gì trong bộ nhớ máy tính của bạn. Đó là sự ra đời của phần mềm, được sử dụng bởi tất cả các máy tính kể từ đó.

Máy thí nghiệm Manchester là máy tính đầu tiên chạy chương trình từ bộ nhớ.

Năm mươi hai phút là thời gian máy tính này sử dụng để thực thi một chương trình gồm 17 lệnh. Vì vậy, năm 1948 máy tính chương trình lưu trữ ra đời.

Phần cứng

Ngoài việc có hàng nghìn điện trở và tụ điện, các máy tính thế hệ đầu tiên đã sử dụng tới hơn 18.000 ống chân không, có nghĩa là các thiết bị máy tính bao phủ toàn bộ các phòng.

Ống rỗng

Công nghệ chính của máy tính thế hệ đầu tiên là ống chân không. Từ năm 1940 đến năm 1956, ống chân không được sử dụng rộng rãi trong máy tính, kết quả là thế hệ máy tính đầu tiên.

Các máy tính này sử dụng ống chân không cho mục đích khuếch đại và chuyển mạch tín hiệu. Các ống này được làm bằng các ống thủy tinh đậy kín, có kích thước bằng bóng đèn.

Kính kín cho phép dòng điện chạy không dây từ các dây tóc đến các tấm kim loại.

Ống chân không được phát minh vào năm 1906 bởi Lee De Forest. Công nghệ này rất cần thiết trong nửa đầu thế kỷ 20, vì nó được sử dụng để chế tạo ti vi, radar, máy X-quang và nhiều loại thiết bị điện tử khác.

Các ống chân không bắt đầu và kết thúc mạch bằng cách bật và tắt khi kết nối hoặc ngắt kết nối.

Phương tiện ra vào

Ra vào được thực hiện bằng cách sử dụng thẻ đục lỗ, trống từ, máy đánh chữ và đầu đọc thẻ đục lỗ. Ban đầu, các kỹ thuật viên đục lỗ bằng tay trên thẻ. Điều này đã được thực hiện sau đó bằng cách sử dụng máy tính.

Máy đánh chữ điện tử, được lập trình để viết trên băng giấy hoặc đầu đọc thẻ đục lỗ, được sử dụng để in báo cáo.

Máy tính nổi bật của thế hệ này

ENIAC

Máy tính điện tử vận ​​hành đa năng đầu tiên, được gọi là ENIAC (Electronic Numerical Tích hợp và Máy tính), được chế tạo từ năm 1943 đến năm 1945. Nó sử dụng 18.000 ống chân không và 70.000 điện trở.

Đây là máy tính quy mô lớn đầu tiên hoạt động bằng điện tử, không bị hãm bởi bất kỳ bộ phận cơ khí nào.

Trọng lượng của nó là 30 tấn. Nó dài khoảng 30 mét và cần một không gian rộng để lắp đặt nó. Anh ta có thể tính toán với tốc độ 1.900 tổng mỗi giây. Nó được lập trình bằng một hệ thống dây cắm vào bo mạch chủ.

Nó nhanh hơn 1.000 lần so với các máy tính cơ điện trước đây, mặc dù hơi chậm khi cố gắng lập trình lại nó.

Nó được thiết kế và xây dựng tại Trường Kỹ thuật Moore thuộc Đại học Pennsylvania bởi các kỹ sư John Mauchly và Presper Eckert.

ENIAC được sử dụng để thực hiện các tính toán liên quan đến chiến tranh, chẳng hạn như tính toán để hỗ trợ chế tạo bom nguyên tử. Cũng để dự đoán thời tiết.

EDSAC

Máy tính này được phát triển ở Anh. Nó trở thành máy tính chương trình được lưu trữ phi thử nghiệm đầu tiên vào năm 1949.

Nó sử dụng bộ nhớ các đường trễ thủy ngân, cung cấp bộ nhớ cho nhiều máy tính thế hệ đầu tiên.

Mô hình thí điểm ACE

Chiếc máy này được hoàn thành bởi Alan Turing ở Anh vào năm 1950. Mặc dù được chế tạo như một máy tính thử nghiệm, nó vẫn hoạt động bình thường trong 5 năm.

UNIVAC

UNIVAC là máy tính đầu tiên được sử dụng cho mục đích thương mại. Nguồn ảnh: Wikimedia.org

UNIVAC (Máy tính tự động đa năng) là máy tính đầu tiên được thiết kế cho mục đích thương mại, phi quân sự. Được phát hành vào năm 1951 cho một khách hàng thương mại, Cục điều tra dân số Hoa Kỳ, để đếm dân số chung.

Nó có thể thực thi nhiều hơn mười lần tổng mỗi giây so với ENIAC. Tính theo đô la hiện tại, UNIVAC có giá là 4.996.000 đô la.

Sau đó nó được sử dụng để quản lý bảng lương, hồ sơ và thậm chí để dự đoán kết quả của cuộc bầu cử tổng thống năm 1952.

Không giống như 18.000 ống chân không ở ENIAC, UNIVAC tôi chỉ sử dụng hơn 5.000 ống chân không. Nó cũng chỉ bằng một nửa so với người tiền nhiệm, bán được gần 50 chiếc.

Ưu điểm và nhược điểm

Lợi thế

- Ưu điểm của công nghệ ống chân không là nó đã thực hiện được việc chế tạo máy tính điện tử kỹ thuật số. Ống chân không là thiết bị điện tử duy nhất có trong những ngày đó, giúp cho việc tính toán trở nên khả thi.

- Những máy tính này là thiết bị tính toán nhanh nhất vào thời của họ. Họ có khả năng tính toán dữ liệu trong mili giây.

- Họ có thể thực hiện các bài toán phức tạp một cách hiệu quả.

Nhược điểm

- Máy tính có kích thước rất lớn. Trọng lượng của nó khoảng 30 tấn. Do đó, chúng hoàn toàn không di động.

- Chúng hoạt động dựa trên các ống chân không nên nhanh chóng bị hỏng. Máy tính quá nóng rất nhanh do có hàng nghìn ống chân không. Do đó, một hệ thống làm mát lớn là cần thiết. Kim loại phát ra êlectron cháy dễ dàng trong ống chân không.

- Họ có thể lưu trữ một lượng nhỏ thông tin. Trống từ đã được sử dụng, cung cấp rất ít dữ liệu lưu trữ.

- Chúng bị hạn chế sử dụng cho mục đích thương mại, vì sản xuất thương mại của chúng rất đắt.

- Hiệu quả công việc thấp. Các tính toán được thực hiện với tốc độ rất thấp.

- Thẻ đục lỗ đã được sử dụng để nhập cảnh.

- Họ có khả năng lập trình rất hạn chế. Chỉ có thể sử dụng ngôn ngữ máy.

- Họ yêu cầu một lượng điện năng tiêu thụ lớn.

- Họ không đáng tin cậy lắm. Cần phải bảo trì liên tục và chúng hoạt động rất kém.

Người giới thiệu

1. Benjamin Musungu (2018). Các thế hệ máy tính từ năm 1940 đến nay. Kenyaplex. Lấy từ: kenyaplex.com.
2. Bách khoa toàn thư (2019). Thế hệ, Máy tính. Lấy từ: encyclopedia.com.
3. Lịch sử máy tính (2019). Thế hệ đầu tiên. Lấy từ: computerhistory.org.
4. Wikieducator (2019). Lịch sử phát triển máy tính và thế hệ máy tính. Lấy từ: wikieducator.org.
5. Prerana Jain (2018). Thế hệ máy tính. Bao gồm Trợ giúp. Lấy từ: includehelp.com.
6. Kullabs (2019). Thế hệ máy tính và các tính năng của chúng. Lấy từ: kullabs.com.
7. Byte-Notes (2019). Năm thế hệ máy tính. Lấy từ: byte-notes.com.
8. Alfred Amuno (2019). Lịch sử máy tính: Phân loại các thế hệ máy tính. Tương lai Turbo. Lấy từ: turbofuture.com.