Con đường phía trước [2]
Vào đầu thập liên 60, transistor đã thay thế đèn chân không trong ngành điện tử dân dụng. điều đó xảy ra khoảng hơn 10 năm sau vụ phát hiện tại Bell Labs rằng hạt silicon màu bạc tí hon có thể thực hiện các công việc giống như đèn chân không. Các transistor, giống như đèn chân không, cũng hoạt động như các công tắc điện, nhưng chúng chỉ cần một lượng năng lượng rất nhỏ để hoạt động, và nhờ vậy toả rất ít nhiệt và chiếm rất ít chỗ. Bộ transistor đa mạch có thể kết hợp vào trong một chip đơn để tạo ra một mạch tổ hợp. Những chip của máy điện toán chúng ta sử dụng hiện nay là những mạch tổ hợp chứa một lượng tương đương hàng triệu transistor được nén lại thành một khối silicon và kích thước nhỏ hơn một inch vuông.
Trong một bài báo đăng trên Scientific American năm 1977, Bob Noyce một trong những người sáng lập ra hãng Intel, đã chỉ ra sự giống nhau giữa bộ vi xử lý trị giá 300 Mỹ cương với máy ENIAC, một chiếc máy khổng lồ bị mối mờt phá hoại ra đời từ buổi bình minh của thời đại máy điện toán. Bộ vi sử ký nhỏ xíu chẳng những mạnh hơn, mà như Bob Noyce nhận xét, “nó nhanh hơn gấp hai mươi lần, có bộ nhớ lớn hơn, đáng tin cậy gấp ngàn lần, tiêu thụ một nguồn năng lượng chỉ bằng một bóng đèn chứ không phải bằng một đầu máy xe lửa, chỉ chiếm 1/30.000 thể tích và giá thành thấp hơn 1/10.000 lần. Bạn có thể đặt mua qua đường bưu điện hoặc tại các cửa hàng nơi bạn ở.
Tất nhiên, bộ vi xử lý của năm 1977 so với hiện nay chỉ là thứ đồ chơi của trẻ con. Và, thực ra,có nhiều loại đồ chơi rẻ tiền có chứa các chip của máy điện toán còn mạnh hơn nhiều so với các chip của thập liên 70, những con bỏ điện tử đã mở đầu cho cuộc cách mạng máy vi tính. Nhưng tất cả các máy điện toán hiện nay, dù kích thước và công suất có khác nhau, chúng đều xử lý thông tin và trữ liệu bằng các con số nhị phân.
Số nhị phân được sử dụng để lưu trữ văn bản trong máy điện toán cá nhân, nhạc trong đĩa nhạc, tiền trong hệ thống máy giữ tiền của giân hàng. Trước khi thông tin đi vào máy điện toán, nó phải được đổi ra thành những số nhị phân. Rồi máy móc, các thiết bị dạng số, lại chuyển thông tin về dạng nguyên thuỷ của nó. Bạn có thể hình dung mỗi một thiết bị đó là các dây chuyển mạch, khống chế các dòng điện tử. Nhưng các mạch liên quan, thường được làm bằng silicon, hết sức nhờ và chỉ có thể phóng được bằng các nguồn điện cực nhanh – để tạo lại văn bản trên màn hình của máy điện toán cá nhân, nhạc và đĩa CD, và các lệnh từ các máy đổi tiền để phân phối.
Những công tắc đèn chẳng hạn, minh hoạ cách các số có thể đại diện dưới dạng nhị phân. Sau đây ld cách máy thể hiện văn bản dưới dạng nhị phân. Theo quy ước, con số 65 đại diện cho chữ A hoa, con số 66 đại diện cho chữ B hoa, vv…
Trên máy điện toán mỗi một số trên được biểu thị dưới dạng mã nhị phân: chữ A hoa của con số 65 sẽ trở thành 01000001. Chữ B hoa chỉ con số 66 sẽ trở thành 01000010. Một khoảng trống được đại diện bởi con số 32, hoặc 00100000.
Vì vậy câu “Socrates is a man” sẽ trở thành chuỗi 136 các số 1và 0:
01010011 01101111 01100011 01110010 01100001 01110100 01100101 01110011 00100000 01101001 01110011 00100000 01100001 01100001 01101101 01100001 01101110
Qua ví dụ trên chúng ta có thể hiểu được một cách dễ dàng cách một dòng văn bản trở thành một dãy số nhị phân như thế nào. Để hiểu được cách các loại thông tin khác được số hoá ra sao, chúng ta hãy xét một ví dụ khác của dạng thông tin tương tự. Một đĩa hát cổ điển làm bằng nhựa vinyl là một đại diện tương tự của giao động âm thanh. Nó lưu trữ thông tin âm thanh trong những ký hiệu vi mô chạy dọc theo các đường rãnh theo hình xoắn ốc của đĩa hát. Nếu bản nhạc có một đoạn âm thanh lớn thì các ký hiệu được khắc sâu vào đường rãnh, và nếu có một nốt nhạc có âm thanh cao thì các ký hiệu được nén chặt lại với nhau. Các ký hiệu trong đường rãnh là dạng tương tự của âm thanh nguyên thuỷ – các sóng âm được micro thu lại. Khi chiếc kim máy hát chạy trong các đường rãnh, nó giao động trong sự cộng hưởng với những ký hiệu li ti kia. Sự giao động đó, vẫn còn ở dạng tương tự của âm thanh ban đầu, được khuyếch đại lên và truyền ra hệ thống loa phát ra bản nhạc.
Giống như bất cứ một phương tiện tự dùng để lưu trữ thông tin, đĩa hát có những nhược điểm của nó. Khi mặt đĩa hát bị trầy sước, bị bụi bám, hoặc bị hằn dấu tay, những vết này có thể làm cho kim giao động không chính xác, gây tiếng ồn khi nghe nhạc. Nếu đĩa hát quay không đúng tốc độ thì âm thanh của bản nhạc sẽ không chính xác. Mỗi lần máy chạy, kim của máy hát bào mòn các ký hiệu li ti trong dãnh làm cho việc tái tạo âm thanh không hoàn hảo của đĩa hát cũng sẽ chuyển sang băng cát-xét thì tất cả những âm thanh không hoàn hảo của đĩa hát sẽ chuyển sang băng một cách vĩnh viễn, và các tạp âm khác lại được thêm vào vì chính bản thân máy cát-xét thông thường cũng là dạng tương tự và thông tin sẽ bị mất dần chất lượng qua mỗi lần thu.
Trên đĩa Compact, nhạc được lưu trữ dưới dạng một chuỗi số nhị phân, mỗi một bit (giống như một công tắc) được đại diện bằng một pit vi mô trên bề mặt của đĩa. Đĩa CD hiện nay chứa khoảng 5 tỷ pit. Tia la-de phản chiếu trong đĩa CD- một dạng tương tự – lần lượt đọc các pit để xác định vị trí 1 hoặc 0 nó phải chuyển tới, và sau đó tập hợp lại và chuyển thông tin về dạng bản nhạc ban đầu bằng cách tạo ra các dấu hiệu điện tử định trước và chúng sẽ được hệ thống loa chuyển thành sóng âm. Mỗi lần cho đĩa hoạt động, âm thanh được tạo ra hoàn toàn chính xác như nhau.
Ngày nay, việc chuyển mọi thế thành dạng số hoá rất thuận tiện, nhưng việc hình thành số lượng bit diễn ra rất nhanh. Khi nhập quá nhiều lượng âm thông tin có thể khiến cho bộ nhớ của máy bị quá tải hoặc tốn khá nhiều thời gian khi muốn truyền từ máy này sang máy khác. Vì thế cho nên, khả năng của một máy điện toán để nén dữ liệu số, lưu trữ hoặc phát ra, rồi chuyển dữ kiện về dạng ban đầu là điều rất quan trọng và trong tương lai sẽ có nhiều loại máy như thế ra đời.
Dưới đây, chúng tôi xin trình bày vì sao máy điện toán hoàn toàn được các chiến tích đó. Chúng ta phải quay trở về thời Ông Claude Shannon. Một nhà toán học, vào thập liên 30, đã nghĩ ra được phương pháp trình bày thông tin dưới dạng nhị phân. Trong cuộc chiến tranh thế giới thế hai, ông bắt đầu nghiên cứu cách trình bày toán học về thông tin và hình thành một lĩnh vực mà sau này người ta gọi là lý thuyết thông tin. Shannon định nghĩa thông tin là sự giảm bớt tính không chắc chắn. Theo định nghĩa đó thì giả dụ bạn đã biết đó là ngày thứ bảy, và có ai đó bảo bạn rằng là ngày thứ bảy, như vậy bạn không nhận được thông tin nào cả. Nhưng, nếu bạn không biết ngày đó là ngày gì, và có ai đó bảo bạn rằng đó là ngày thứ bảy, như vậy bạn có nhận được thông tin, bởi vì sự không chắc chắn của bạn sẽ được giảm đi,
Lý thuyết thông tin của Shannon, trên thực tế, đã dẫn tới đột phá khác. Một trong những đột phá đó là nén dữ kiện. Sự nén dữ kiện đó rất quan trọng đối với cả hai lĩnh vực điện toán lẫn thông tin liên lạc. Những gì ông nói rất rõ ràng: Những phần dữ liệu nào không cung cấp được thông tin duy nhất đều là thừa và có thể loại bỏ. Các nhà báo chuyên viết mục tóm tin thường loại bỏ những từ vô nghĩa, những người gửi điện tín, viết quảng cáo đều như vậy. Những nguyên lý đó của Shannon đang được áp dụng trong lĩnh vực nén âm thanh và hình ảnh. Người ta có thể nén thông tin từ 27 triệu bit xuống 1 triệu bit để truyền đi như thế vẫn giữ được ý nghĩa và người xem vẫn thích thú.
Tuy nhiên, trong kỹ thuật nén còn đang có những hạn chế và trong tương lai không xa, chúng ta cũng sẽ chuyển một số lượng bit từ nơi này sang nơi khác. Các bit sẽ di chuyển theo dây cáp đồng, trong không khí, trong cấu trúc của xa lộ thông tin, mà phần lớn sẽ là cáp quang. Cáp quang là loại cáp được làm bằng thuỷ tinh hay chất dẻo hết sức trơn làng và trong suốt đến mức bạn có thể nhìn thấy một đèn cầy đang cháy ở phía bên kia một bức tường dày 70 dặm làm bằng loại cáp quang đó. Các tín hiệu nhị phân, dưới dạng ánh sáng đã được biến điệu, lan truyền qua các khoảng cách rất dài bằng cáp quang. Một tín hiệu di chuyển trong cáp quang không nhanh hơn trong dây cáp đồng; cả hai cùng di chuyển với tốc độ ánh sáng. Nhưng lợi thế vô cùng to lớn của cáp quang so với cáp đồng là cả dải thông mà nó mang theo. Dải thông là thước đo số lượng bit di chuyển trong mạch trong thời gian 1 giây. Nó thực hiện giống như một xa lộ.Một đường lộ liên tỉnh có tám làn xe dĩ nhiên là xe cộ lưu thông dễ dàng hơn một con đường nhỏ hẹp. Dải thông càng lớn thì xe cộ càng nhiều, nhờ vậy mà nhiều xe, hoặc nhiều bit thông tin, có thể di chuyển trong một giây. Những cáp có dải thông giới hạn, dùng để chuyển tải văn bản và giọng nói, gọi là mạch băng hẹp. Những cáp có nhiều khả năng hơn, dùng để chuyển tải hình ảnh và phim hoạt hình giới hạn, gọi là “băng trung”. Những cáp có dải thông cao, dùng để chuyển tải tín hiệu nghe nhìn, được gọi là dải băng rộng.
