Đồ án Các nguyên tắc sáng tạo và áp dụng trong quá trình phát triển của máy tính di động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ––––––––––––––– ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO VÀ ÁP DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MÁY TÍNH DI ĐỘNG GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN GS. TSKH. HOÀNG KIẾM HỌC VIÊN THỰC HIỆN TRẦN DUY CƯƠNG TP. HỒ CHÍ MINH – 2012 MỤC LỤC 1 NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO ................................................................................. 1 1.1 Giới thiệu .......................................................................................................... 1 1.2 40 nguyên tắc sáng tạo ...................................................................................... 1 1.2.1 Nguyên tắc phân nhỏ .................................................................................. 1 1.2.2 Nguyên tắc tách khỏi đối tượng ................................................................. 1 1.2.3 Nguyên tắc phẩm chất cục bộ .................................................................... 1 1.2.4 Nguyên tắc phản đối xứng ......................................................................... 2 1.2.5 Nguyên tắc kết hợp .................................................................................... 2 1.2.6 Nguyên tắc vạn năng .................................................................................. 2 1.2.7 Nguyên tắc chứa trong ............................................................................... 2 1.2.8 Nguyên tắc phản trọng lực ......................................................................... 2 1.2.9 Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ .................................................................. 2 1.2.10 Nguyên tắc thực hiện trước sơ bộ ........................................................... 3 1.2.11 Nguyên tắc dự phòng .............................................................................. 3 1.2.12 Nguyên tắc đẳng thế ............................................................................... 3 1.2.13 Nguyên tắc đảo ngược ............................................................................ 3 1.2.14 Nguyên tắc cầu (tròn) hoá ....................................................................... 3 1.2.15 Nguyên tắc linh động .............................................................................. 3 1.2.16 Nguyên tắc giải “thiếu” hoặc “thừa” ...................................................... 4 1.2.17 Nguyên tắc chuyển sang chiều khác ....................................................... 4 1.2.18 Nguyên tắc sử dụng dao động cơ học ..................................................... 4 1.2.19 Nguyên tắc tác động theo chu kỳ ............................................................ 4 1.2.20 Nguyên tắc liên tục tác động có ích ........................................................ 5 i 1.2.21 Nguyên tắc “vượt nhanh” ....................................................................... 5 1.2.22 Nguyên tắc biến hại thành lợi ................................................................. 5 1.2.23 Nguyên tắc quan hệ phản hồi .................................................................. 5 1.2.24 Nguyên tắc sử dụng trung gian ............................................................... 5 1.2.25 Nguyên tắc tự phục vụ ............................................................................ 5 1.2.26 Nguyên tắc sao chép ............................................................................... 6 1.2.27 Nguyên tắc “rẻ” thay cho “đắt” .............................................................. 6 1.2.28 Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học ........................................................... 6 1.2.29 Nguyên tắc sử dụng các kết cấu khí và lỏng .......................................... 6 1.2.30 Nguyên tắc sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng ............................................ 6 1.2.31 Nguyên tắc sử dụng các vật liệu nhiều lỗ ............................................... 6 1.2.32 Nguyên tắc thay đổi màu sắc .................................................................. 7 1.2.33 Nguyên tắc đồng nhất ............................................................................. 7 1.2.34 Nguyên tắc phân hủy hoặc tái sinh các phần .......................................... 7 1.2.35 Nguyên tắc thay đổi các thông số hoá lý của đối tượng ......................... 7 1.2.36 Nguyên tắc sử dụng chuyển pha ............................................................. 7 1.2.37 Nguyên tắc sử dụng sự nở nhiệt ............................................................. 8 1.2.38 Nguyên tắc sử dụng các chất oxy hoá mạnh ........................................... 8 1.2.39 Nguyên tắc thay đổi độ trơ...................................................................... 8 1.2.40 Nguyên tắc sử dụng các vật liệu hợp thành ............................................ 8 2 NHỮNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MÁY TÍNH DI ĐỘNG ......................................................................................... 9 2.1 Những máy tính di động đầu tiên ..................................................................... 9 2.2 Máy tính di động tương thích với IBM ........................................................... 10 ii 2.3 Sự gia nhập của Apple .................................................................................... 12 2.4 Sự chuẩn hóa máy tính di động ....................................................................... 12 2.5 Sự phát triển của máy tính di động ................................................................. 13 2.6 Sự chuyển hướng phát triển của máy tính di động ......................................... 13 3 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 15 4 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 16 iii 1 NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO 1.1 Giới thiệu Khi đứng trước một vấn đề cần ra quyết định trong khoa học và đời sống, người ta thường rơi vào hai tình huống, hoặc là không biết cách đạt được mục đích, hoặc là không biết cách tối ưu để đạt được mục đích trong một số cách đã chọn. Vì thế, người ta thường chấp nhận thử và sai, mò mẫm tìm cách giải quyết. Bằng cách phân tích lượng lớn các thông tin patent, Genrick Saulovic Altshuller (1926-1998) đã tìm ra các nguyên tắc sáng tạo nhằm giúp ta nhanh chóng tìm ra con đường ngắn nhất để đạt được mục đích dựa trên các quy luật phát triển của tư duy và khoa học. 1.2 40 nguyên tắc sáng tạo 1.2.1 Nguyên tắc phân nhỏ • Chia các đối tượng thành các thành phần độc lập • Làm đối tượng thành các thành phần tháo ráp • Tăng mức độ phân nhỏ đối tượng 1.2.2 Nguyên tắc tách khỏi đối tượng • Tách phần “phiền phức” ra khỏi đối tượng • Tách phần duy nhất “cần thiết” của đối tượng 1.2.3 Nguyên tắc phẩm chất cục bộ • Chuyển đối tượng (hay môi trường bên ngoài, tác động bên ngoài) có cấu trúc đồng nhất thành không đồng nhất • Các phần khác nhau của đối tượng phải có các chức năng khác nhau • Mỗi phần của đối tượng phải ở trong những điều kiện thích hợp nhất của công việc 1 1.2.4 Nguyên tắc phản đối xứng • Chuyển đối tượng có hình dạng đối xứng thành không đối xứng • Nếu đối tượng đã bất đối xứng rồi thì tăng độ bất đối xứng 1.2.5 Nguyên tắc kết hợp • Kết hợp các đối tượng đồng nhất hoặc các đối tượng dùng cho các hoạt động kế cận • Kết hợp về mặt thời gian các hoạt động đồng nhất hoặc kế cận 1.2.6 Nguyên tắc vạn năng • Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó không cần sự tham gia của đối tượng khác 1.2.7 Nguyên tắc chứa trong • Một đối tượng được đặt bên trong đối tượng khác và bản thân nó lại chứa đối tượng thứ ba • Một đối tượng chuyển động xuyên suốt bên trong đối tượng khác 1.2.8 Nguyên tắc phản trọng lực • Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng cách gắn nó với các đối tượng khác, có lực nâng • Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng tương tác với môi trường như sử dụng các lực thủy động, khí động… 1.2.9 Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ • Gây ứng suất trước với đối tượng để chống lại ứng suất không cho phép hoặc không mong muốn khi đối tượng làm việc • Nếu đối tượng chịu áp lực thì cung cấp cung cấp một phản áp lực trước đó 2 1.2.10 Nguyên tắc thực hiện trước sơ bộ • Thực hiện trước sự thay đổi cần có, hoàn toàn hoặc từng phần, đối với đối tượng • Cần sắp xếp đối tượng trước, sao cho chúng có thể hoạt động từ vị trí thuận lợi nhất, không mất thời gian dịch chuyển 1.2.11 Nguyên tắc dự phòng • Bù đắp độ tin cậy không lớn của đối tượng bằng cách chuẩn bị trước các phương tiện báo động, ứng cứu, an toàn 1.2.12 Nguyên tắc đẳng thế • Thay đổi điều kiện làm việc để không phải nâng lên hay hạ xuống các đối tượng 1.2.13 Nguyên tắc đảo ngược • Thay vì hành động như yêu cầu bài toán, hãy hành động ngược lại (ví dụ: không làm nóng mà làm lạnh đối tượng). • Làm phần chuyển động của đối tượng (hay môi trường bên ngoài) thành đứng yên và ngược lại, phần đứng yên thành chuyển động. • Lật ngược đối tượng 1.2.14 Nguyên tắc cầu (tròn) hoá • Chuyển những phần thẳng của đối tượng thành cong, mặt phẳng thành mặt cầu, kết cấu hình hộp thành kết cấu hình cầu • Sử dụng các con lăn, viên bi, vòng xoắn • Chuyển sang chuyển động quay, sử dụng lực ly tâm. 1.2.15 Nguyên tắc linh động • Cần thay đổi các đặt trưng của đối tượng hay môi trường bên ngoài sao cho chúng tối ưu trong từng giai đoạn làm việc 3 • Phân chia đối tượng thành từng phần, có khả năng dịch chuyển với nhau • Nếu đối tượng bất động thì làm cho nó chuyển động và có thể trao đổi được 1.2.16 Nguyên tắc giải “thiếu” hoặc “thừa” • Nếu như khó nhận được 100% hiệu quả cần thiết, nên nhận ít hơn hoặc nhiều hơn “một chút”, lúc đó bài toán có thể trở nên đơn giản hơn và dễ giải hơn 1.2.17 Nguyên tắc chuyển sang chiều khác • Những khó khăn do chuyển động (hay sắp xếp) đối tượng theo đường (một chiều) sẽ được khắc phục nếu cho đối tượng khả năng di chuyển trên mặt phẳng (hai chiều). Tương tự, những bài toán liên quan đến chuyển động (hay sắp xếp) các đối tượng trên mặt phẳng sẽ được đơn giản hoá khi chuyển sang không gian (ba chiều). • Chuyển các đối tượng có kết cấu một tầng thành nhiều tầng • Đặt đối tượng nằm nghiêng • Sử dụng mặt sau của diện tích cho trước • Sử dụng các luồng ánh sáng tới diện tích bên cạnh hoặc tới mặt sau của diện tích cho trước 1.2.18 Nguyên tắc sử dụng dao động cơ học • Làm đối tượng dao động. Nếu đã có dao động, tăng tầng số dao động (đến tầng số siêu âm) • Sử dụng tầng số cộng hưởng • Thay vì dùng các bộ rung cơ học, dùng các bộ rung áp điện • Sử dụng siêu âm kết hợp với trường điện từ 1.2.19 Nguyên tắc tác động theo chu kỳ • Chuyển tác động liên tục thành tác động theo chu kỳ (xung) • Nếu đã có tác động theo chu kỳ, hãy thay đổi chu kỳ • Sử dụng khoảng thời gian giữa các xung để thực hiện tác động khác 4 1.2.20 Nguyên tắc liên tục tác động có ích • Thực hiện công việc một cách liên tục (tất cả các phần của đối tượng cần luôn luôn làm việc ở chế độ đủ tải) • Khắc phục vận hành không tải và trung gian • Chuyển chuyển động tịnh tiến qua lại thành chuyển động quay 1.2.21 Nguyên tắc “vượt nhanh” • Vượt qua các giai đoạn có hại hoặc nguy hiểm với vận tốc lớn • Vượt nhanh để có được hiệu ứng cần thiết 1.2.22 Nguyên tắc biến hại thành lợi • Sử dụng những tác nhân có hại (thí dụ tác động có hại của môi trường) để thu được hiệu ứng có lợi • Khắc phục tác nhân có hại bằng cách kết hợp nó với tác nhân có hại khác • Tăng cường tác nhân có hại đến mức nó không còn có hại nữa 1.2.23 Nguyên tắc quan hệ phản hồi • Thiết lập quan hệ phản hồi • Nếu đã có quan hệ phản hồi, hãy thay đổi nó 1.2.24 Nguyên tắc sử dụng trung gian • Sử dụng đối tượng trung gian, chuyển tiếp • Tạm thời nối một đối tượng với một đối tượng mà nó dễ dàng được tháo bỏ đi 1.2.25 Nguyên tắc tự phục vụ • Đối tượng phải tự phục vụ bằng cách thực hiện các thao tác phụ trợ, sửa chữa • Sử dụng phế liệu, chát thải, năng lượng dư 5 1.2.26 Nguyên tắc sao chép • Thay vì sử dụng những cái không được phép, phức tạp, đắt tiền, không tiện lợi hoặc dễ vỡ, sử dụng bản sao • Thay thế đối tượng hoặc hệ các đối tượng bằng bản sao quang học (ảnh, hình vẽ) với các tỷ lệ cần thiết • Nếu không thể sử dụng bản sao quang học ở vùng biểu kiến (vùng ánh sáng nhìn thấy được bằng mắt thường), chuyển sang sử dụng các bản sao hồng ngoại hoặc tử ngoại 1.2.27 Nguyên tắc “rẻ” thay cho “đắt” • Thay thế đối tượng đắt tiền bằng bộ các đối tượng rẻ có chất lượng kém hơn 1.2.28 Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học • Thay thế sơ đồ cơ học bằng điện, quang, nhiệt, âm hoặc mùi vị • Sử dụng điện trường, từ trường và điện từ trường trong tương tác với đối tượng • Chuyển các trường đứng yên sang chuyển động, các trường cố định sang thay đổi theo thời gian, các trường đồng nhất sang có cấu trúc nhất định • Sử dụng các trường kết hợp với các hạt sắt từ 1.2.29 Nguyên tắc sử dụng các kết cấu khí và lỏng • Thay cho các phần của đối tượng ở thể rắn, sử dụng các chất khí và lỏng: nạp khí, nạp chất lỏng, đệm không khí, thủy tĩnh, thủy phản lực 1.2.30 Nguyên tắc sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng • Sử dụng các vỏ dẻo và màng mỏng thay cho các kết cấu khối • Cách ly đối tượng với môi trường bên ngoài bằng các vỏ dẻo và màng mỏng 1.2.31 Nguyên tắc sử dụng các vật liệu nhiều lỗ • Làm đối tượng có nhiều lỗ hoặc sử dụng thêm những chi tiết có nhiều lỗ (miếng đệm, tấm phủ..) 6 • Nếu đối tượng đã có nhiều lỗ, sơ bộ tẩm nó bằng chất nào đó 1.2.32 Nguyên tắc thay đổi màu sắc • Thay đổi màu sắc của đối tượng hay môi trường bên ngoài • Thay đổi độ trong suốt của của đối tượng hay môi trường bên ngoài • Để có thể quan sát được những đối tượng hoặc những quá trình, sử dụng các chất phụ gia màu, huỳnh quang • Nếu các chất phụ gia đó đã được sử dụng, dùng các nguyên tử đánh dấu • Sử dụng các hình vẽ, ký hiệu thích hợp 1.2.33 Nguyên tắc đồng nhất • Những đối tượng, tương tác với đối tượng cho trước, phải được làm từ cùng một vật liệu (hoặc từ vật liệu gần về các tính chất) với vật liệu chế tạo đối tượng cho trước 1.2.34 Nguyên tắc phân hủy hoặc tái sinh các phần • Phần đối tượng đã hoàn thành nhiệm vụ hoặc trở nên không cần thiết phải tự phân hủy (hoà tan, bay hơi..) hoặc phải biến dạng • Các phần mất mát của đối tượng phải được phục hồi trực tiếp trong quá trình làm việc 1.2.35 Nguyên tắc thay đổi các thông số hoá lý của đối tượng • Thay đổi trạng thái đối tượng • Thay đổi nồng độ hay độ đậm đặc • Thay đổi độ dẻo • Thay đổi nhiệt độ, thể tích 1.2.36 Nguyên tắc sử dụng chuyển pha • Sử dụng các hiện tượng nảy sinh trong quá trình chuyển pha như: thay đổi thể tích, toả hay hấp thu nhiệt lượng 7 1.2.37 Nguyên tắc sử dụng sự nở nhiệt • Sử dụng sự nở (hay co) nhiệt của các vật liệu • Nếu đã dùng sự nở nhiệt, sử dụng với vật liệu có các hệ số nở nhiệt khác nhau 1.2.38 Nguyên tắc sử dụng các chất oxy hoá mạnh • Thay không khí thường bằng không khí giàu oxy • Thay không khí giàu oxy bằng chính oxy • Dùng các bức xạ ion hoá tác động lên không khí hoặc oxy • Thay oxy giàu ozon (hoặc oxy bị ion hoá) bằng chính ozon. 1.2.39 Nguyên tắc thay đổi độ trơ • Thay môi trường thông thường bằng môi trường trung hoà • Đưa thêm vào đối tượng các phần , các chất , phụ gia trung hoà • Thực hiện quá trình trong chân không 1.2.40 Nguyên tắc sử dụng các vật liệu hợp thành • Chuyển từ các vật liệu đồng nhất sang sử dụng những vật liệu hợp thành (composite). Hay nói chung, sử dụng các vật liệu mới 8 2 NHỮNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MÁY TÍNH DI ĐỘNG Ngày nay, công nghệ máy tính phát triển rất nhanh. Từ một cỗ máy khổng lồ chiếm diện tích bằng cả căn phòng, giờ đây máy tính rất gọn nhẹ và có thể xách đi một cách dễ dàng như những chiếc máy tính di động. Trước khi chiếc máy tính di động đầu tiên xuất hiện, một số ý tưởng tương tự đã được đề xuất, đáng chú ý nhất là khái niện Dynabook của Alan Kay, được phát triển bởi Xerox PARC vào đầu những năm 1970. Dynabook được dự định là một loại máy tính bảng sử dụng pin. Thật không may công nghệ trong những năm 1970 đã không đủ phát triển để hỗ trợ ý tưởng này. Sau đó, Xerox PARC cho ra những chiếc máy tính Xerox notetaker, có thể xem đây là những chiếc máy tính di động đầu tiên. Tuy nhiên chỉ có 10 chiếc nguyên mẫu được sản xuất. 2.1 Những máy tính di động đầu tiên Vào năm 1981, máy tính di động đầu tiên dựa trên bộ vi xử lý được đưa vào sản xuất hàng loạt là Osborne 1 với màn hình CRT chỉ 5" và yêu cầu phải cấm điện. Máy tính di động Osborne 1 được hình thành dựa trên nguyên tắc tách khỏi, loại bỏ đi tinh chất phiền phức như to lớn, nhiều bộ phận hợp thành để tạo ra một bộ máy duy nhất nhỏ hơn. Mặc dù máy tính Osborne có kích thước tương đương một chiếc máy may di động, nhưng nó mang tính cách mạng trong cộng nghệ và thương mại. Năm 1982, máy tính di động thật sự là GRiD Compass được thiết kế với màn hình phẳng và có thể gập xuống bàn phím và có khả năng hoạt động bằng pin. Nguyên tắc chuyển sang chiều khác được, thay vì nếu thiết kế cứng cho màn hình và bàn phím thì sẽ chiếm nhiều không gian, gây khó khăn khi mang theo, do đó thiết kế phần màn hình có thể gập xuống giúp cho máy tính gọn hơn. Ngoài ra để cho việc sử dụng máy tính được thuận tiện hơn, nguyên tắc đẳng thế được áp dụng, máy tính GRiD sử dụng 9 pin thay vì sử dụng nguồn điện trực tiếp như máy tính Osborne. Vì giá thành cao và không tương thích với IBM nên những chiếc máy tính này chủ yếu chỉ được NASA sử dụng. Hai máy tính di động được giới thiệu vào năm 1983 là bằng chứng cho sự thành công của máy tính di động trên thị trường thương mại. Compaq Portable và Epson HX-20 có những thay đổi mang tính cách mạng. Trong khi máy tính Compaq tương thích với hệ điều hành MS-DOS và phần mềm IBM, cho phép việc chuyển đổi dữ liệu với máy tính để bàn thì máy tính Epson được thiết kế đơn giản với giá thành rẻ. Nguyên tắc đồng nhất được áp dụng trong máy tính Compaq, thiết kế máy tính tương thích cao, thuận tiện cho người sử dụng máy tính. Người dùng không cần phải mất nhiều thời gian để làm quen hay có thể dễ dàng trao đổi dữ liệu giữa máy tính để bàn và máy tính di động. Trong khi đó, máy tính Epson áp dụng nguyên tắc “rẻ” thay cho “đắt”, sử dụng màn hình LCD nhỏ với chế độ hiển thị 4 dòng văn bản, mỗi dòng 20 ký tự, bộ thông dịch Microsoft BASIC, 16KB RAM, không có ổ mềm… Vì thế giá thành sẽ rẻ hơn, có thể bán được cho nhiều đối tượng sử dụng khác nhau. Đến cuối năm 1983, thị trường máy tính di động mở rộng, nổi bật là xuất hiện của Kyotronic 85 sử dụng pin AA, modern tích hợp và một vài chương trình được phát triển bởi Microsoft. Kích thước máy tính nhỏ gọn (30cm × 21.5cm × 4.5cm) cùng với giá thành rẻ ($300) đã giúp máy tính Kyotronic trở thành mẫu máy tính di động bán chạy nhất. Kyotronic 85 được xem như là sự kết hợp những đặc điểm nổi bật của Compaq Portable và Epson HX-20. 2.2 Máy tính di động tương thích với IBM Mặc dù có những thành công trong một số máy tính di động đầu tiên, các nhà sản xuất máy tính di động vẫn gặp phải những khó khăn khi phổ biến sản phẩm của họ vì không hoàn toàn tương thích với IBM. Do IBM là nền tảng chủ yếu trong hầu hết các máy tính để bàn nên việc tương thích với IBM như một sự tất yếu để có thể trao đổi dữ liệu giữa các máy tính. Để đáp ứng nhu cầu này, Toshiba T1100 và IBM PC Convertible ra mắt vào năm 1986 và năm 1987 đã thực sự gặt hái được thành công. 10 Hai máy tính của Toshiba và IBM