Tin học: Hình thành và phát triển

Trong vài thập kỷ gần đây, xã hội loài người chứng kiến sự bùng nổ thông tin chưa từng có. Quan điểm truyền thống về ba yếu tố cơ bản của nền kinh tế (điều kiện tự nhiên, nguồn lao động và vốn đầu tư) đã được bổ sung thêm một yếu tố quan trọng: thông tin, một dạng tài nguyên mới. Sự ra đời của máy tính điện tử đã thúc đẩy con người tập trung trí tuệ xây dựng ngành khoa học ứng dụng để khai thác tài nguyên thông tin này. Nhờ đó, ngành Tin học ra đời và phát triển thành một ngành khoa học riêng biệt, với nội dung, mục tiêu, phương pháp nghiên cứu độc đáo và ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực hoạt động của xã hội. Sự phát triển không ngừng của công cụ này nhằm đáp ứng nhu cầu lưu trữ, tìm kiếm và xử lý thông tin hiệu quả hơn. Quá trình “tin học hóa” đang diễn ra trên toàn thế giới, máy tính xuất hiện khắp nơi, trở thành một chỉ số quan trọng đánh giá sự phát triển của các quốc gia, tương tự như cuộc cách mạng công nghiệp, cách mạng thông tin đang thay đổi sâu sắc lối sống và tư duy của con người. Việc hiểu biết về máy tính và Tin học là điều cần thiết để hòa nhập vào cuộc sống hiện đại.

Mặc dù có nhiều định nghĩa khác nhau về Tin học trên thế giới, nhưng về nội dung cơ bản thì đều thống nhất. Tin học là một ngành khoa học có mục tiêu phát triển và sử dụng máy tính điện tử để nghiên cứu cấu trúc, tính chất của thông tin; phương pháp thu thập, lưu trữ, tìm kiếm, biến đổi, truyền thông tin và ứng dụng vào các lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội. Ví dụ, dãy ba byte 01010100 01001001 01001110 biểu diễn chuỗi ký tự “TIN”. Hiện nay, việc tìm cách biểu diễn hiệu quả các dạng thông tin phi số như âm thanh, hình ảnh đang được quan tâm rất lớn vì các loại thông tin này ngày càng phổ biến. Để xử lý âm thanh, hình ảnh, ta cũng phải mã hóa chúng thành các dãy bit. Thành tựu trong lĩnh vực này đã và đang nâng cao chất lượng cuộc sống (ví dụ, hai người ở xa nhau vẫn có thể trò chuyện, thậm chí nhìn thấy hình ảnh của nhau).

Hệ nhị phân và hệ hexa là hai hệ đếm thường dùng trong Tin học. Vì 16 là lũy thừa của 2 (16 = 2⁴), việc chuyển đổi biểu diễn số giữa hai hệ đếm này được thực hiện dễ dàng. Ngoài hai bộ phận chính (không được nêu rõ trong đoạn trích dẫn), CPU còn có thêm một số thành phần khác như thanh ghi (Register) và bộ nhớ truy cập nhanh (Cache). Thanh ghi là vùng nhớ đặc biệt được CPU sử dụng để lưu trữ tạm thời các lệnh và dữ liệu đang được xử lý, với tốc độ truy cập rất nhanh. Nguyên lý hoạt động của máy tính hiện đại vẫn dựa trên nguyên lý Von Neumann, mặc dù các đặc tính của máy tính thay đổi nhanh chóng và ưu việt hơn nhiều. Việc phát minh ra hệ đếm thập phân của người Ấn Độ vào thế kỷ thứ VI trước Công nguyên là một bước tiến quan trọng trong lịch sử tính toán nói riêng và lịch sử loài người nói chung. Từ bàn tính của người Trung Hoa cho đến máy tính cơ khí của Blaise Pascal năm 1642, con người đã không ngừng cải tiến công cụ tính toán cho đến khi máy tính điện tử ra đời.

Từ đầu thập niên 50 của thế kỷ XX, người ta đã xây dựng những ngôn ngữ lập trình bậc cao, trong đó các câu lệnh được viết gần với ngôn ngữ tự nhiên hơn, có tính độc lập cao, ít phụ thuộc vào các loại máy cụ thể. Mỗi ngôn ngữ lập trình bậc cao đều cần có một chương trình dịch để dịch các chương trình viết bằng ngôn ngữ này sang ngôn ngữ máy. Sau khi được viết xong, chương trình vẫn có thể có nhiều lỗi chưa phát hiện được nên có thể không cho kết quả đúng. Vì vậy, cần phải thử chương trình bằng cách thực hiện nó với một số bộ Input tiêu biểu, được gọi là các Test. Nếu có sai sót, ta phải sửa chương trình rồi thử lại. Quá trình này được gọi là hiệu chỉnh. Nếu kết quả hiệu chỉnh cho thấy ngôn ngữ lập trình hoặc thuật toán không phù hợp, thậm chí ta phải quay lại lựa chọn hoặc thiết kế thuật toán khác. Có nhiều phần mềm được thiết kế dựa trên nhu cầu chung của rất nhiều người, chứ không phải của một người hay một tổ chức cụ thể nào (ví dụ: phần mềm soạn thảo văn bản, phần mềm duyệt web, phần mềm thiết kế bản vẽ...). Để hỗ trợ việc làm ra các sản phẩm phần mềm, người ta lại dùng chính các phần mềm khác, được gọi là phần mềm công cụ (ví dụ: phần mềm hỗ trợ tổ chức dữ liệu, phát hiện lỗi lập trình và sửa lỗi – debugger). Có một loại phần mềm ứng dụng được gọi là các phần mềm tiện ích, giúp ta làm việc với máy tính thuận lợi hơn (ví dụ: các phần mềm sao chép dữ liệu, sửa chữa đĩa cứng, tìm và diệt virus).

Văn bản mô tả mô hình mạng khách-chủ, trong đó dữ liệu được quản lý tập trung tại máy chủ, đảm bảo tính bảo mật tốt, thích hợp cho các mạng trung bình và lớn. Một ví dụ được đưa ra là mạng máy tính trong một trường học: máy chủ có cấu hình mạnh, bộ nhớ lớn lưu trữ phần mềm ứng dụng, thông tin về học sinh, giáo viên, kết quả bài kiểm tra, bài thi, phần mềm học tập… Các máy khác khai thác thông tin từ máy chủ, đóng vai trò máy khách. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của máy chủ trong việc quản lý và phân phối thông tin hiệu quả trong một mạng lưới.

Internet được miêu tả là một hệ thống cho phép mọi người tiếp cận nhiều nguồn thông tin thường trực, cung cấp các chỉ dẫn hữu ích, dịch vụ mua bán, truyền tập, thư tín điện tử và nhiều khả năng khác nữa. Internet tạo ra một phương thức giao tiếp hoàn toàn mới giữa người với người, cho phép giao tiếp trực tuyến (nghe, nhìn) ngay cả khi ở cách xa nhau thông qua các dịch vụ Internet như Chat, Video chat, điện thoại Internet… Người dùng còn có thể nhận được lượng thông tin khổng lồ một cách thuận tiện với thời gian tính bằng giây và chi phí thấp. Hoạt động và trao đổi thông tin giữa các máy tính trong Internet là nhờ sử dụng giao thức truyền thông TCP/IP – một tập hợp các quy định về khuôn dạng dữ liệu và phương thức truyền dữ liệu giữa các thiết bị trên mạng. Giao thức này cho phép các thiết bị truyền thông kết nối và trao đổi dữ liệu hiệu quả.

Để tìm kiếm các trang web riêng lẻ, các tài nguyên trên Internet nói chung và đảm bảo việc truy cập đến chúng, người ta sử dụng hệ thống World Wide Web (WWW). Hệ thống WWW được cấu thành từ các trang web và được xây dựng trên giao thức truyền tin siêu văn bản HTTP (HyperText Transfer Protocol). Có hai loại trang web: trang web tĩnh (siêu văn bản được phát hành trên Internet với nội dung không thay đổi) và trang web động (mở ra khả năng tương tác giữa người dùng với máy chủ chứa trang web). Cơ chế hoạt động của các trang web động là mỗi khi có yêu cầu từ máy người dùng, máy chủ sẽ thực hiện tìm kiếm dữ liệu và tạo trang web có nội dung theo đúng yêu cầu rồi gửi về cho máy người dùng. Internet còn có các máy chủ DNS (Domain Name Server) chuyển đổi địa chỉ IP dạng số sang dạng ký tự (tên miền) để thuận tiện cho người dùng (ví dụ: laodong.com.vn). Mỗi tên miền có thể gồm nhiều trường phân cách nhau bởi dấu chấm (.), trường cuối cùng thường là viết tắt của tên nước hoặc tổ chức quản lý.

Dịch vụ thư điện tử được đề cập là một giải pháp thuận tiện và nhanh chóng cho việc trao đổi thông tin giữa các vùng miền trên thế giới, khắc phục sự bất tiện của việc trao đổi thông tin qua đường điện thoại do sự chênh lệch múi giờ. Thư điện tử cho phép gửi cùng lúc cho nhiều người ở nhiều địa điểm khác nhau trên thế giới với chi phí thấp. Tuy nhiên, việc sử dụng các dịch vụ Internet tiềm ẩn nguy cơ nhiễm virus. Khi tải về từ Internet các tập tài liệu, âm thanh hay một chương trình tiện ích…, tập đó có thể đã bị nhiễm virus. Ngay cả khi chỉ duyệt các trang web, thông tin cũng có thể bị mất hoặc bị nhiễm virus. Để tự bảo vệ máy tính, người dùng nên cài đặt phần mềm diệt virus (chẳng hạn, Norton Anti-Virus, BKAV…) và cập nhật thường xuyên để ngăn ngừa các loại virus mới xuất hiện.

Văn bản phân loại phần mềm thành ba loại chính: phần mềm ứng dụng, phần mềm công cụ và phần mềm tiện ích. Phần mềm ứng dụng bao gồm các phần mềm đáp ứng nhu cầu chung của nhiều người dùng như Microsoft Word (soạn thảo văn bản), Internet Explorer (duyệt web), AutoCAD (thiết kế bản vẽ), Jet Audio hay MPEG Player (nghe nhạc, xem phim). Phần mềm công cụ hỗ trợ quá trình phát triển phần mềm, ví dụ như các phần mềm hỗ trợ tổ chức dữ liệu, phát hiện và sửa lỗi (debugger). Cuối cùng, phần mềm tiện ích giúp người dùng làm việc với máy tính thuận tiện hơn, ví dụ như sao chép dữ liệu, sửa chữa đĩa cứng, tìm và diệt virus. Sự đa dạng về loại hình phần mềm phản ánh sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghệ thông tin và nhu cầu ngày càng phức tạp của người dùng.

Bài viết đề cập đến hai hệ điều hành tiêu biểu: Windows và Linux. Về Windows, văn bản nhấn mạnh vào cách thức thực hiện công việc đa dạng, tùy thuộc vào thói quen, sở thích và hoàn cảnh cụ thể của người dùng. Windows cho phép gán kết chương trình xử lý với từng loại tập tin dựa trên phần mở rộng, tạo điều kiện thuận tiện cho người dùng truy cập, xem, sửa đổi và in nội dung. Ví dụ, khi kích hoạt tập tin .DOC, Windows sẽ tự khởi động Microsoft Word. Về Linux, văn bản đề cập đến Linus Torvalds, người phát triển hệ điều hành Linux năm 1991. Điểm nổi bật của Linux là cung cấp mã nguồn mở, cho phép mọi người đọc, hiểu, sửa đổi, bổ sung, nâng cấp và sử dụng mà không vi phạm bản quyền. Sự ra đời của Linux cũng góp phần vào sự phát triển mạnh mẽ của hệ điều hành và tăng tính linh hoạt, mạnh mẽ hơn cho các hệ thống.

Văn bản đề cập đến sự phát triển của hệ điều hành qua các giai đoạn, bắt đầu từ giai đoạn 1955-1965 khi các ngôn ngữ lập trình được sử dụng rộng rãi, máy tính được trang bị các chương trình dịch, hệ thống phần mềm được bổ sung các chương trình phục vụ nạp, dịch và thực hiện chương trình ứng dụng, đồng thời hỗ trợ một phần các công việc liên quan tới thiết bị ngoại vi. Người làm việc với máy tính được phân thành hai lớp: thao tác viên và người lập trình. Ngôn ngữ vận hành hệ thống xuất hiện để thao tác viên đưa yêu cầu vào hệ thống và người lập trình báo cho thao tác viên biết các công việc cần thực hiện. Các hệ điều hành sau này như Windows 95, Windows 98, Windows 2000 Server được đề cập, nhấn mạnh vào các tính năng như khả năng đa nhiệm, giao diện đồ họa thân thiện, khả năng “cắm và chạy” (Plug and Play) và quản lý tài nguyên phân tán hiệu quả trong môi trường mạng.

Thành tựu của Tin học được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực hoạt động của xã hội, mang lại hiệu quả to lớn. Quan hệ tương tác giữa các nhu cầu xã hội ngày càng đa dạng và những tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã dẫn đến sự phát triển vượt bậc của Tin học. Ai không theo dõi thường xuyên các thông tin liên quan đến lĩnh vực này sẽ cảm thấy bị lạc hậu. Tuy nhiên, việc sử dụng rộng rãi thành tựu của Tin học không đồng nghĩa với việc nền tảng Tin học của một quốc gia đã phát triển. Một nền Tin học được xem là phát triển khi nó đóng góp đáng kể vào nền kinh tế quốc dân và kho tàng tri thức chung của thế giới. Sự phát triển của các phương tiện kỹ thuật hiện đại có hàm lượng Tin học ngày càng cao đã nâng cao năng suất lao động rất rõ rệt. Lao động chân tay sẽ bị giảm dần và con người sẽ tập trung chủ yếu vào lao động trí óc để không ngừng nâng cao hiệu quả trong mọi công việc. Robot và các hệ thống tự động hóa sẽ được sử dụng phổ biến, đặc biệt có thể thay thế con người trong những môi trường làm việc nguy hiểm.

Việt Nam, là một nước đang phát triển, đã có những văn bản pháp lý liên quan đến lĩnh vực Tin học, ví dụ như Luật Giao dịch Thương mại Điện tử được Quốc hội thông qua năm 2005. Trước đó, ngày 13/1/2000, Quốc hội đã ban hành một số điều luật chống tội phạm Tin học trong bộ luật hình sự. Chính phủ đã có những giải pháp thực tiễn để ngăn chặn các hành vi lợi dụng Internet xâm hại an ninh, kinh tế quốc gia và truyền bá văn hóa phẩm độc hại. Để phát triển Tin học, cần có hai điều kiện quan trọng: một xã hội có tổ chức trên cơ sở pháp lý chặt chẽ và một đội ngũ lao động có trí tuệ. Người Việt Nam có nhiều tố chất thích hợp với ngành khoa học này, vì thế chúng ta hi vọng có thể sớm hòa nhập với khu vực và thế giới. Việc đầu tư lớn vào giáo dục, nâng cao dân trí về Tin học và đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao là vô cùng quan trọng.