Tin học và lịch sử máy tính

Tin học (Informatics) là một lĩnh vực liên ngành nghiên cứu về cách các hệ thống xử lý, lưu trữ, và sử dụng thông tin. Với sự kết hợp giữa khoa học máy tính, công nghệ thông tin và kiến thức chuyên môn, tin học không chỉ tạo ra các công cụ hiện đại mà còn tối ưu hóa quá trình quản lý dữ liệu, cải thiện hiệu suất, và thúc đẩy đổi mới sáng tạo trong xã hội.

Định nghĩa Tin học

Tin học (kết hợp của hai từ “information” – thông tin và “automatic” – tự động) là ngành nghiên cứu về các hệ thống tính toán. Theo Hội đồng ACM Europe và tổ chức Informatics Europe, tin học được coi là đồng nghĩa với khoa học máy tính và ngành nghề liên quan đến máy tính, trong đó khái niệm trọng tâm là sự chuyển đổi thông tin.[1]

Đây là ngành nghiên cứu về hành vi và cấu trúc của bất kỳ hệ thống nào tạo ra, lưu trữ, xử lý và sau đó trình bày thông tin; về cơ bản, đây là khoa học về thông tin.

• Tin học trong y tế.
• Tin sinh học.
• Khoa học dữ liệu và phân tích.
• Tương tác người – máy tính.
• Tin học xã hội.
• Tin học giáo dục.
• Tin học địa lý.
• Tin học kinh doanh.
• Tin học nhân thức.
• Tin học môi trường.
• Khoa học thư viện và thông tin.
• Tin học pháp lý và đạo đức.

Các lĩnh vực nghiên cứu chính

Lĩnh vực này xem xét sự tương tác giữa các hệ thống thông tin và người dùng, cũng như việc xây dựng các giao diện kết nối giữa hai bên, chẳng hạn như giao diện người dùng. Cụ thể các lĩnh vực nghiên cứu chính như sau:

Công cụ chủ yếu của tin học chính là máy tính điện tử và các thiết bị truyền tin nên việc hiểu biết về tin học cũng bao gồm hiểu khai khái niệm kỹ thuật phần cứng và kỹ thuật phần mềm.

• Kỹ thuật phần cứng (hardware engineering) là một nhánh của kỹ thuật điện tử tập trung vào thiết kế, phát triển, kiểm tra và sản xuất các thành phần vật lý của hệ thống và thiết bị điện tử. Kỹ thuật này bao gồm việc tạo ra và cải tiến các thành phần phần cứng như mạch điện, bộ xử lý, thiết bị nhớ, hệ thống mạng và các bộ phận vật lý khác của máy tính và hệ thống điện tử.
• Kỹ thuật phần mềm (software engineering) là một nhánh của khoa học máy tính và kỹ thuật, tập trung vào việc thiết kế, phát triển, kiểm thử, triển khai và bảo trì các ứng dụng và hệ thống phần mềm một cách có hệ thống. Lĩnh vực này áp dụng các nguyên tắc, thực tiễn và phương pháp luận của kỹ thuật để đảm bảo tạo ra các phần mềm đáng tin cậy, hiệu quả và dễ bảo trì, đáp ứng được nhu cầu.

Ứng dụng của tin học

Tin học có một loạt các ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực khác nhau, tác động đến cách chúng ta sống, làm việc và tương tác với thế giới. Dưới đây là một số lĩnh vực chính mà tin học đóng một vai trò quan trọng:

• Y tế và sức khỏe
• Kinh doanh và tài chính
• Giáo dục
• Khoa học và nghiên cứu
• Chính phủ và hành động công
• Truyền thông và truyền thông số
• Kỹ thuật và công nghệ
• Nông nghiệp
• Giải trí và trò chơi
• An ninh và quốc phòng

Với sự mở rộng của các ứng dụng của trí tuệ nhân tạo A.I cũng như sự số hóa các thông tin cá nhân thì ứng dụng của Tin học càng ngày càng mở rộng. Do vậy việc hiểu biết về Tin học lại trở nên càng quan trọng, nội dung bài học không chỉ cung cấp cho bạn kiến thức tổng quan về các ứng dụng cơ bản sử dụng hằng ngày mà còn là về sự hiểu biết sâu hơn về tin học, để có thể áp dụng hiệu quả kiến thức cho đời sống.

Lịch sử phát triển của máy tính điện tử

Với việc sự gia tăng của khối lượng công việc, thì một công cụ tính toán là điều cần thiết để giúp con người tiếp kiệm thời gian và gia tăng tốc độ tính toán. Theo đó, lịch sử hình thành và phát triển máy tính được chia thành công cụ tính toán (trước năm 1950) và máy tính điện tử vi xử lý (từ năm 1950 đến nay).

Thời kỳ tiền cơ học (từ 1600 trở về trước)

• Bàn tính – Abacus (xuất hiện tại Trung Quốc, Lưỡng Hà, Ba Tư và La Mã): đây là một công cụ hỗ trợ tính toán sớm nhất, được cho là đã được sử dụng ở Babylon và Trung Quốc cổ đại để thực hiện các phép tính số học.
• Thiết bị tính toán Napier’s Bones: được sử dụng tại thế kỷ 17, đây là dụng cụ tính toán được phát minh bởi John Napier vào thế kỷ 17, đây là một công cụ tính toán cơ học giúp thực hiện phép nhân và chia bằng cách sử dụng các thanh số.
• Thước tính (slide relue): được phát minh vào thế kỷ 17, đây là một công cụ tính toán để tính toán và giải các bài toán đặc biệt thường được sử dụng rộng rãi trong các ngành kỹ thuật và khoa học.

Thời kỳ cơ học (từ 1600 đến 1800)

• Pascaline (1642) [1]: Được phát minh bởi nhà khoa học Blaise Pascal [2], máy tính cơ học Pascal có thể thực hiện được phép tính cộng và trừ.
• Stepped Reckoner (1672) [3]: Được phát minh bởi nhà khoa học Gottfried Wilhelm Leibniz [4], máy tính cơ học này có thể thực hiện được nhiều phép tính hơn bao gồm phép cộng, phép trừ, phép nhân, phép chia và phép căn bậc hai.
• Analytical Engine (1822-1837) [5]: Được thiết kế bởi Charles Babbage, thiết kế này chưa bao giờ được hoàn thiện nhưng nó là nền tảng cho máy tính hiện hiện đại khi khái niệm Analytical Engine, máy tính đa năng có thể lập trình được là cơ sở của việc xây dựng công cụ tính toán này.

Thời kỳ cơ điện (từ 1900 đến 1940)

• Máy tính Atanasoff–Berry (ABC) (1937-1942): Được phát triển bởi John Vincent Atanasoff và Clifford Berry, đây được xem là máy tính điện tử kỹ thuật số đầu tiên.
• Zuse Z3 (1941): Máy tính cơ điện lập trình đầu tiên, do Konrad Zuse tạo ra.
• Colossus (1943): Máy tính kỹ thuật số lập trình đầu tiên, được các chuyên gia giải mã người Anh sử dụng trong Thế chiến thứ II.
• ENIAC (1946): Viết tắt của Electronic Numerical Integrator and Computer, là một trong những máy tính điện tử kỹ thuật số đa năng đầu tiên.

Máy tính hiện đại 

Với sự phát triển của các kỹ thuật điện tử, cũng như nhu cầu về việc tính toán với khối lượng cực kỳ lớn cho các bài toán về kỹ thuật, khoa học và kinh tế đã thúc đẩy sự tiến bộ để tạo ra máy tính hiện đại. Máy tính hiện đại có các đặc điểm nổi bật hơn các thiết bị tính toán thế hệ trước như sau: tốc độ xử lý cao, độ chính xác vượt trội và khả năng đa nhiệm, cho phép chạy nhiều chương trình cùng lúc.

Với dung lượng lưu trữ lớn và khả năng kết nối mạng, chúng dễ dàng lưu trữ, chia sẻ dữ liệu và truy cập internet. Giao diện thân thiện, khả năng mở rộng phần cứng. Lịch sử phát triển của máy tính hiện đại trải qua 5 thế hệ gồm

1. Thế hệ thứ nhất (1940 – 1950): máy tính sử dụng bóng đèn chân không, kích thước lớn, tiêu thụ điện năng cao, tốc độ xử lý chậm, và thường được sử dụng cho mục đích quân sự và khoa học. Đại diện cho máy tính điện tử của giai đoạn này ENIAC (Hoa Kỳ), MESM (Liên Xô), UNIVAC I (Hoa Kỳ) – máy tính thương mại đầu tiên.
2. Thế hệ thứ hai (1950 – 1960): máy tính điện tử được thay thế bóng đèn chân không bằng transistor, làm giảm kích thước và tăng hiệu suất của máy tính. Bắt đầu sử dụng ngôn ngữ lập trình cấp cao dựa trên các chương trình dịch như Cobol, Forban. Đại diện cho máy tính điện tử cho giai đoạn này IBM 7094 (Hoa Kỳ), MINSK (Liên Xô).
3. Thế hệ thứ ba (1960 – 1970): Sử dụng mạch tích hợp (IC) cho phép nhiều transistor trên một con chip, giúp giảm kích thước, tăng độ tin cậy và hiệu suất của máy tính. Xuất hiện các hệ điều hành đầu tiên và có thêm máy tính mini giúp máy tính tiếp cận các tổ chức nhỏ hơn. Đại diện cho máy tính điện tử cho giai đoạn này là IBM System/360 (Hoa Kỳ), EC (Liên Xô).
4. Thế hệ thứ tư (1970 – nay): sử dụng các vi mạch (microprocessor) dẫn đến sự ra đời của các bộ xử lý trung tâm Center Processing Unit) và các thế hệ máy tính Presonal Computer (PC) với các đại diện như Apple I (1976), IBM PC (1981) (Hoa Kỳ) và Elektronika BK0010-01 (Liên Xô).
5. Thế hệ thứ năm (từ 1980 đến tương lai): Việc phát triển của máy tính điện tử tập trung vào trí tuệ nhân tạo (AI), học máy (machine learning), xử lý ngôn ngữ tự nhiên (NLP), và các công nghệ tiên tiến khác. Xuất hiện các dòng thiết bị máy tính đặc biệt chuyên biệt để đáp ứng nhu cầu ngày một gia tăng của con người như máy tính lượng tử, máy tính di động, các siêu máy tính.

Từ sự phát triển của công nghệ máy tính điện tử, con người không ngừng nâng cao đời sống của chính mình. Như việc mua sắm hay thanh toán và các ứng dụng số khác. Có thể nói máy tính điện tử vừa là động lực cho sự tiến bộ của con người và con người cũng là động lực thúc đẩy cho các cuộc cách mạng tiến bộ trong công nghệ máy tính điện tử.

Bạn đã kết thúc bài học số 2 trong phần lý thuyết về Tin học ứng dụng