Lịch sử phần cứng máy tính ( phần III)
Máy von Neumann thế hệ đầu tiên
Bài chi tiết: giải thuật
Xem thêm thông tin: máy tính trạm
Thậm chí trước khi hoàn thành máy ENIAC, Eckert và Mauchly đã nhận
thấy được những hạn chế của nó và bắt tay vào việc thiết kế một chiếc
máy tính lưu chương trình, EDVAC. John von Neumann đã được ghi
danh trong bản báo cáo được biết đến rộng rãi mô tả mẫu thiết kế
EDVAC trong đó cả chương trình và dữ liệu tính toán đều được lưu trữ
trong một bộ lưu trữ duy nhất. Thiết kế cơ bản này, được biểu thị trong
kiến trúc von Neumann, sẽ đóng vai trò làm nền móng cho sự phát triển
các thế hệ tiếp sau của ENIAC trên toàn cầu
[55]
.


Băng từ chín rãnh.


Bộ nhớ lõi từ. Mỗi lõi là một bit.
Trong thế hệ thiết bị này, bộ nhớ tạm hoặc đang tính toán được các đường
trễ âm cung cấp, những đường này sử dụng thời gian truyền âm qua một
chất trung gian như thủy ngân lỏng (hoặc qua một sợi dây) để lưu dữ liệu
ngắn. Khi những chuỗi xung âm thanh được gửi qua một cái ống; sau một
thời gian, khi xung đi đến cuối ống, mạch điện sẽ dò xem xung đó đại
diện cho 1 hay 0 và làm cho máy tạo dao dộng gửi lại xung. Những máy
khác sử dụng các ống Williams, trong đó tận dụng khả năng của ống phát
hình ti vi để lưu trữ và truy xuất dữ liệu. Đến trước năm 1954, bộ nhớ lõi
từ
[56]
nhanh chóng thay thế phần lớn các dạng lưu trữ tạm thời khác, và

thống trị trong lĩnh vực này cho đến giữa thập niên 1970.
Chiếc máy von Neumann hoạt động được đầu tiên là Manchester "Baby"
hay Máy thí nghiệm thu nhỏ (Small-Scale Experimental Machine), được
Frederic C. Williams và Tom Kilburn phát triển tại Đại học Manchester
vào năm 1948
[57]
; sau nó là chiếc máy tính Manchester Mark I vào năm
1949, một hệ thống hoàn chỉnh, sử dụng ống Williams và bộ nhớ trống từ
(magnetic drum), và cũng ra mắt thanh ghi chỉ mục (index register)
[58]
.
Đối thủ khác cho danh hiệu "chiếc máy tính lưu trữ chương trình bằng kỹ
thuật số đầu tiên" là EDSAC, được thiết kế và chế tạo tại Đại học
Cambridge. Được đưa vào hoạt động chưa đầy một năm sau Manchester
"Baby", nó cũng có thể giải quyết được những bài toán thật sự. Thật ra
EDSAC lấy cảm hứng từ những kế hoạch của EDVAC (Electronic
Discrete Variable Automatic Computer - Máy tính tự động biến rời rạc
điện tử), chiếc máy nối tiếp của ENIAC; những kế hoạch này đã được
hoàn thiện trước khi ENIAC hoạt động tốt. Không giống như ENIAC, sử
dụng xử lý song song, EDVAC sử dụng một một đơn vị xử lý đơn. Kiểu
thiết kế này đơn giản hơn và là kiểu đầu tiên được hiện thực trong làn
sóng mini hóa, và tăng độ tin cậy về sau này. Một số người xem
Manchester Mark I / EDSAC / EDVAC là "nàng Eva" để từ đó tất cả các
máy tính hiện nay đều kế thừa kiểu kiến trúc của chúng. Chiếc máy của
Đại học Manchester trở thành bản mẫu đầu tiên cho Ferranti Mark I.
Chiếc máy Ferranti Mark I đầu tiên được gửi đến trường Đại học vào
tháng 2, 1951 và ít nhất chín cái khác đã được bán trong năm 1951 đến
1957.
Chiếc máy tính lập trình được phổ thông đầu tiên ở Liên Xô được một
nhóm các nhà bác học chế tạo dưới sự chỉ đạo của Sergei Alekseyevich

Lebedev đến từ Viện Công nghệ điện Kiev, Liên Xô (Ukraina ngày nay).
Chiếc máy tính MESM (МЭСМ, Máy tính toán điện tử nhỏ) bắt đầu vận
hành vào năm 1950. Nó có khoảng 6.000 ống chân không và tiêu thụ 25
kW năng lượng. Nó có thể thực hiện xấp xỉ 3.000 phép tính một
giây
[cần dẫn nguồn]
. Một chiếc máy đời đầu khác là CSIRAC, thiết kế của
người Úc được đưa vào chạy thử nghiệm đầu tiên vào năm 1949.
CSIRAC là chiếc máy tính cũ nhất vẫn còn tồn tại và là chiếc đầu tiên
được dùng để chơi nhạc kỹ thuật số
[59]
.
Vào tháng 10 năm 1947, các giám đốc của J. Lyons & Company, một
công ty phục vụ ăn uống nổi tiếng nhờ những cửa hàng trà nhưng cực kỳ
quan tâm tới các kỹ thuật quản lý văn phòng mới, đã quyết định đóng một
vai trò quan trọng trong việc quảng bá sự phát triển thương mại của máy
tính. Đến năm 1951, máy tính LEO I đã hoạt động được và thực hiện
những thao tác máy tính văn phòng thường ngày đầu tiên trên thế giới.
Vào tháng 11 năm 1951, công ty J. Lyons bắt đầu thực hiện công việc
đánh giá bánh mì trên LEO (Lyons Electronic Office - Văn phòng Điện tử
Lyons). Đó là ứng dụng kinh doanh đầu tiên được thực hiện trên một
chiếc máy tính lưu trữ chương trình.
Xác định đặc tính của các máy tính kỹ thuật số thuở sơ khai vào thập ni
ên
1940 (Xem Lịch sử phần cứng máy tính)
Tên
Hoạt
động
lần
đầu

Hệ
thống
số học

Cơ
chế
tính
toán

Lập trình
Turing
đầy đủ

Zuse Z3 (Đức)

Tháng
5, 1941

Nhị
phân
Cơ
điện
Điều khiển chương trình
bằng cuộn phim đục lỗ
Có
(1998)
Máy tính
Atanasoff–
Berry (Mỹ)
Mùa

hè,
1941
Nhị
phân
Điện
tử
Mục đích đơn không lập
trình
Không
Colossus (UK)

Tháng
1, 1944

Nhị
phân
Điện
tử
Điều khiển chương trình
bằng cáp nối tạm và
chuyển mạch
Không
Harvard Mark
I – IBM ASCC

(Mỹ)
1944
Thập
phân
Cơ

điện
Điều khiển chương trình
bằng băng giấy đục lỗ
24 kênh (nhưng không
có lệnh rẽ nhánh)
Có
(1998)
ENIAC (Mỹ)
Tháng
11,
Thập
phân
Điện
tử
Điều khiển chương trình
bằng cáp nối tạm và
Có
1945 chuyển mạch
Máy thí
nghiệm tỷ lệ
nhỏ
Manchester
(UK)
Tháng
6, 1948

Nhị
phân
Điện
tử

Lưu trữ chương trình
trong Bộ nhớ ống tia ca-
tốt Williams
Có
ENIAC cải
tiến (Mỹ)
Tháng
9, 1948

Thập
phân
Điện
tử
Điều khiển chương trình
bằng cáp nối tạm và
chuyển mạch cộng với
một cơ chế lập trình lưu
trữ chỉ đọc sơ khai sử
dụng Bảng chức năng
như ROM chương trình
Có
EDSAC (UK)
Tháng
5, 1949

Nhị
phân
Điện
tử
Lưu trữ chương trình

trong bộ nhớ mạch trễ
bằng thủy ngân
Có
Manchester
Mark I (UK)
Tháng
10,
1949
Nhị
phân
Điện
tử
Lưu trữ chương trình
trong Bộ nhớ ống tia ca-
tốt Williams và bộ nhớ
trống từ
Có
CSIRAC (Úc)
Tháng
11,
1949
Nhị
phân
Điện
tử
Lưu trữ chương trình
trong bộ nhớ mạch trễ
bằng thủy ngân
Có


Vào tháng 6 năm 1951, UNIVAC I (Máy tính tự động phổ thông) được
gửi đến Cục Điều tra dân số Hoa Kỳ. Remington Rand đã bán được 46
chiếc máy với trị giá mỗi chiếc hơn 1 triệu USD. UNIVAC là chiếc máy
tính được 'sản xuất hàng loạt' đầu tiên; tất cả các máy tính trước đó đều
thuộc loại 'chế tạo từng cái một'. Máy này sử dụng 5.200 ống chân không
và tiêu thụ 125 kW năng lượng. Nó sử dụng một đường dây trễ (delay
line) bằng thủy ngân có thể chứa 1.000 word của 11 chữ số thập phân
cùng với dấu (word 72-bit) dùng làm bộ nhớ. Không giống như các máy
IBM, nó không được trang bị bộ đọc thẻ đục lỗ mà sử dụng ngõ nhập là
băng từ kim loại theo kiểu những năm 1930, khiến cho nó không tương
thích với một số bộ lưu trữ dữ liệu hiện có bán vào thời gian đó. Băng
giấy đục lỗ tốc độ cao và băng từ được dùng làm ngõ nhập/xuất cho
những máy tính khác vào thời kỳ này
[60]
.
Vào năm 1952, IBM công bố chiếc Máy xử lý dữ liệu điện tử IBM 701,
chiếc máy đầu tiên trong dòng máy 700/7000 thành công và là máy tính
trạm IBM đầu tiên của hãng. Chiếc IBM 704, được công bố vào năm
1954, sử dụng bộ nhớ lõi từ, đã trở thành tiêu chuẩn cho những chiếc máy
cỡ lớn. Ngôn ngữ lập trình cấp cao đa mục đích đầu tiên, Fortran, cũng
được phát triển tại IBM để dùng cho 704 trong năm 1955 và 1956 và phát
hành vào đầu năm 1957. (Mẫu thiết kế ngôn ngữ cấp cao Plankalkül năm
1945 của Konrad Zuse chưa được hiện thực vào thời điểm đó). Một nhóm
người dùng tình nguyện được thành lập năm 1955 để chia sẻ phần mềm
và kinh nghiệm của họ với IBM 701; nhóm này, vẫn còn tồn tại đến ngày
nay, là tiền bối của mã nguồn mở sau này.


Dây nhợ tại mặt trước của IBM 650.
IBM đã giới thiệu chiếc máy tính nhỏ và rẻ hơn vào năm 1954 mà thực tế

đã cho thấy nó rất được ưa thích. Chiếc IBM 650 nặng trên 900 kg, bộ
cung cấp điện đi kèm nặng khoảng 1350 kg và cả hai được đựng trong
những tủ rời nhau với kích thước 1,5 x 0,9 x 1,8 mét. Nó trị giá 500.000
USD hoặc cho thuê với giá 3.500 USD một tháng. Bộ nhớ trống (drum
memory) của nó nguyên thủy chỉ có 2000 word 10 chữ số, và cần phải lập
trình rất phức tạp thì mới tính toán được hiệu quả. Những giới hạn về bộ
nhớ như vậy vẫn là vấn đề đối với ngành lập trình cho đến nhiều thập kỷ
về sau, cho đến khi có một cuộc cách mạng về khả năng của phần cứng
và một mô hình lập trình phù hợp với sự phát triển của phần mềm.
Vào năm 1955, Maurice Wilkes đã sáng chế ra vi lập trình
[61]
, sau đó
được sử dụng rộng rãi trong các CPU và các đơn vị dấu chấm động của
máy trạm và những máy tính khác, như dòng IBM 360. Vi lập trình cho
phép tập lệnh nền được định nghĩa hoặc mở rộng bằng các chương trình
tích hợp sẵn (ngày nay gọi là phần dẻo (firmware) hoặc vi mã
(microcode)
[62][63]
).
Vào năm 1956, IBM đã bán hệ thống đĩa từ đầu tiên, RAMAC (Random
Access Method of Accounting and Control - Phương pháp truy cập ngẫu
nhiên của Tính toán và điều khiển). Nó sử dụng 50 đĩa kim loại 24 inch
(610 mm), với 100 rãnh mỗi mặt. Nó có thể lưu trữ 5 megabyte dữ liệu và
có giá là 10.000 USD mỗi megabyte (vào năm 2008, bộ lưu trữ từ tính, ở
dạng đĩa cứng, có giá dưới 1 phần 50 cent mỗi megabyte).