Tiểu luận Phân tích các nguyên tắc sáng tạo trong tin học và liên hệ lịch sử phát triển của chuột máy tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------ TIỂU LUẬN Môn học: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài: PHÂN TÍCH CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRONG TIN HỌC VÀ LIÊN HỆ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CHUỘT MÁY TÍNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: GS. TSKH. HOÀNG KIẾM HỌC VIÊN THỰC HIỆN: VŨ SƠN LÂM MSHV: 12 12 020 LỚP: K22 – HTTT - KHTN TP. HỒ CHÍ MINH – 12/2012 i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………... ii LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là GS. TSKH Hoàng Kiếm, đã tạo điều kiện cho em tiếp xúc với một môn học rất thú vị và nhiều ý nghĩa, đó là môn “Phương pháp nghiên cứu khoa học”. Dưới sự giảng dạy nhiệt tình của thầy, em đã có cái nhìn mới hơn, rộng hơn, sâu hơn về những thành tựu hay những sản phẩm rất đỗi quen thuộc quanh ta. Để từ đó, em không chỉ dừng lại ở câu hỏi: “Nó hoạt động như thế nào?” mà còn tự đặt câu hỏi: “Vì sao người ta lại nghĩ được ra nó? Vì sao nó lại thế này, Trong tương lai, nó sẽ phát triển như thế nào?”, vân vân. Em tin rằng, những chuyển biến về tư tưởng như vậy, sẽ là một bước ngoặc lớn, để thúc đẩy sự sáng tạo, tìm tòi trong mỗi con người nói chung, và trong chính bản thân em nói riêng. Em xin kính chúc thầy nhiều sức khỏe, và tiếp tục đào tạo nên những thế hệ học sinh giỏi, góp phần cho sự nghiệp kiến thiết con người, kiến thiết đất nước. Học viên thực hiện Vũ Sơn Lâm Tp.HCM, Ngày 15 tháng 12 năm 2012 iii MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................. iii Chương 1 GIỚI THIỆU ........................................................................ 1 1.1 Dẫn nhập .................................................................................... 1 1.2 Nội dung tiểu luận ..................................................................... 2 Chương 2 CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRONG TIN HỌC ..... 3 2.1 Nguyên tắc phân nhỏ ................................................................. 3 2.2 Nguyên tắc tách khỏi đối tượng ................................................. 3 2.3 Nguyên tắc phẩm chất cục bộ .................................................... 4 2.4 Nguyên tắc phản đối xứng ......................................................... 5 2.5 Nguyên tắc kết hợp .................................................................... 5 2.6 Nguyên tắc vạn năng ................................................................. 6 2.7 Nguyên tắc chứa trong ............................................................... 7 2.8 Nguyên tắc phản trọng lượng .................................................... 8 2.9 Nguyên tắc gây ứng xuất sơ bộ ................................................. 8 2.10 Nguyên tắc thực hiện sơ bộ ....................................................... 8 2.11 Nguyên tắc dự phòng ................................................................. 9 2.12 Nguyên tắc đẳng thế ................................................................ 10 2.13 Nguyên tắc đảo ngược ............................................................. 11 2.14 Nguyên tắc cầu (tròn) hóa........................................................ 13 2.15 Nguyên tắc cầu linh động ........................................................ 14 2.16 Nguyên tắc giải “thiếu” hoặc “thừa” ....................................... 16 2.17 Nguyên tắc chuyển sang chiều khác ........................................ 16 2.18 Nguyên tắc sử dụng các dao động cơ học ............................... 17 iv 2.19 Nguyên tắc tác động theo chu kỳ ............................................. 17 2.20 Nguyên tắc liên tục tác động có ích ......................................... 18 2.21 Nguyên tắc “vượt nhanh” ........................................................ 18 2.22 Nguyên tắc biến hại thành lợi .................................................. 18 2.23 Nguyên tắc quan hệ phản hồi .................................................. 19 2.24 Nguyên tắc sử dụng trung gian ................................................ 19 2.25 Nguyên tắc tự phục vụ ............................................................. 20 2.26 Nguyên tắc sao chép (copy) ..................................................... 20 2.27 Nguyên tắc rẻ thay cho đắt ...................................................... 21 2.28 Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học ............................................ 21 2.29 Nguyên tắc kết cấu khí và lỏng ............................................... 22 2.30 Nguyên tắc sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng ............................. 22 2.31 Nguyên tắc sử dụng các vật liệu nhiều lỗ ................................ 23 2.32 Nguyên tắc thay đổi màu sắc ................................................... 23 2.33 Nguyên tắc đồng nhất .............................................................. 24 2.34 Nguyên tắc phân hủy hoặc tái sinh các phần ........................... 25 2.35 Nguyên tắc thay đổi các thông số hóa lý của đối tượng .......... 25 2.36 Nguyên tắc sử dụng chuyển pha .............................................. 26 2.37 Nguyên tắc sử dụng sự nở nhiệt .............................................. 26 2.38 Nguyên tắc sử dụng các chất oxy hóa mạnh ........................... 26 2.39 Nguyên tắc thay đổi độ trơ ...................................................... 26 2.40 Nguyên tắc sử dụng các vật liệu hợp thành (composite) ......... 27 Chương 3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CHUỘT MÁY TÍNH ................ 28 3.1 Trackball .................................................................................. 28 3.2 Con chuột đầu tiên ................................................................... 28 v 3.3 Chuột bi đầu tiên ...................................................................... 29 3.4 Chuột quang ............................................................................. 33 3.5 Chuột có phím cuộn ................................................................. 34 3.6 Chuột không dây đầu tiên ........................................................ 34 3.7 Chuột laser ............................................................................... 35 3.8 Chuột không cần bàn di đầu tiên ............................................. 36 3.9 Chuột 3D .................................................................................. 37 3.10 Mouseless ................................................................................ 38 Chương 4 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CHUỘT MÁY TÍNH DƯỚI GÓC NHÌN CỦA CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO ................................. 40 4.1 Nguyên tắc phân nhỏ ............................................................... 40 4.2 Nguyên tắc tách khỏi ............................................................... 40 4.3 Nguyên tắc phẩm chất cục bộ .................................................. 41 4.4 Nguyên tắc phản đối xứng ....................................................... 41 4.5 Nguyên tắc vạn năng ............................................................... 41 4.6 Nguyên tắc chứa trong ............................................................. 41 4.7 Nguyên tắc phản trọng lượng .................................................. 42 4.8 Nguyên tắc dự phòng ............................................................... 42 4.9 Nguyên tắc đẳng thế ................................................................ 42 4.10 Nguyên tắc đảo ngược ............................................................. 43 4.11 Nguyên tắc cầu (tròn) hóa........................................................ 44 4.12 Nguyên tắc linh động ............................................................... 44 4.13 Nguyên tắc chuyển sang chiều khác ........................................ 44 4.14 Nguyên tắc quan hệ phản hồi .................................................. 45 4.15 Nguyên tắc tự phục vụ ............................................................. 45 vi 4.16 Nguyên tắc rẻ thay cho đắt ...................................................... 45 4.17 Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học ............................................ 45 4.18 Nguyên tắc sử dụng vỏ dẻo màng mỏng ................................. 45 Chương 5 THẾ HỆ CHUỘT TƯƠNG LAI ........................................ 46 5.1 Chuột điều khiển bằng suy nghĩ .............................................. 46 5.2 Chuột y tế ................................................................................. 46 5.3 Chuột bong bóng ...................................................................... 47 Chương 6 KẾT LUẬN ........................................................................ 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 49 1 Chương 1 GIỚI THIỆU 1.1 Dẫn nhập Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ nói chung, và ngành công nghệ thông tin nói riêng, chúng ta cảm thấy tự hào và không khỏi ngạc nhiên trước những thành tựu mà khoa học mang lại. Chắc không ít người đã từng tự đặt câu hỏi, vì sao chiếc máy tính lại có thể hoạt động được như vậy? Con chuột máy tính hoạt động như thế nào? Nhìn vào chiếc laptop nhỏ gọn, chúng ta sẽ ngạc nhiên vì chiếc máy tính đầu tiên trên thế giới có kích thước rộng bằng cả một căn nhà. Rồi nhìn vào một con chuột máy tính hiện đại, chúng ta sẽ bất ngờ vì nguyên thủy, con chuột là một khối gỗ với hai bánh xe phía dưới, vân vân và vân vân. Tóm lại, những thành tựu khoa học ấy là cả một chặng đường nghiên cứu, sáng tạo không ngừng qua các thế hệ, sự sáng tạo lớn đến mức chúng ta không tưởng tượng được cái nguyên thủy của nó là như vậy. Sự sáng tạo là cực kỳ quan trọng, đóng vai trò then chốt cho sự tiến bộ loài người. “40 nguyên tắc sáng tạo” được GS. Phan Dũng dịch từ sách nguyên bản của giáo sư người Nga, Altshuller, những nguyên tắc ấy là kết quả của việc nghiên cứu các quy luật phát triển tư duy và khoa học. Hiểu rõ được ý nghĩa bên trong các nguyên tắc này, sẽ giúp chúng ta nhanh chóng tìm ra con đường ngắn nhất để sáng tạo, tìm cái mới, cũng như giải quyết vấn đề. Chính vì vậy, đề tài: “Phân tích các nguyên tắc sáng tạo trong tin học và liên hệ lịch sử phát triển của chuột máy tính” đã được chọn làm nội dung cho bài tiểu luận này. 2 1.2 Nội dung tiểu luận Nội dung bài tiểu luận này trình bày theo các chương như sau: Chương 2: Các nguyên tắc sáng tạo trong tin học. Chương này mô tả các nguyên tắc sáng tạo khoa học và lấy các ví dụ trong tin học để minh họa. Chương 3: Lịch sử phát triển của chuột máy tính. Chương này trình bày lịch sử phát triển của chuột máy tính, từ con chuột đầu tiên đến những phiên bản hiện đại. Chương 4: Lịch sử phát triển của chuột máy tính dưới góc nhìn của nguyên tắc sáng tạo khoa học. Chương 5: Thế hệ chuột tương lai. Áp dụng những nguyên tắc sáng tạo, dự đoán phiên bản chuột máy tính trong tương lai. Chương 6: Kết luận. 3 Chương 2 CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRONG TIN HỌC 2.1 Nguyên tắc phân nhỏ Nội dung: - Chia đối tượng thành các phần độc lập. - Làm đối tượng trở nên tháo lắp được. - Tăng mức độ phân nhỏ của đối tượng. Ví dụ trong tin học: a. Trong lập trình, một chương trình lớn thường được chia thành các module nhỏ hơn. Điều này không những làm cho chương trình được xây dựng dễ dàng, dễ kiểm tra, mà còn làm tăng tính khả chuyển của chương trình, ta có thể tái sử dụng các module cho các ứng dụng khác nhau. b. Kỹ thuật chia để trị c. Trong quản lý dự án CNTT, một Project manager trước khi bắt tay vào thực hiện dự án, cần phải phân nhỏ các công việc tới mức thích hợp để có thể định lượng (estimate) được thời gian (Bước này gọi là Work Breakdown) 2.2 Nguyên tắc tách khỏi đối tượng Nội dung: - Tách phần gây "phiền phức" (tính chất "phiền phức") hay ngược lại, tách phần duy nhất "cần thiết" (tính chất "cần thiết") ra khỏi đối tượng. Ví dụ trong tin học: a. Một bước tiền xử lý quan trọng trong xử lý ảnh là lọc nhiễu. b. Mạng wifi (wifi network), chuột không dây: loại bỏ phần dây nhợ rườm rà, làm tinh gọn. c. Giao diện của Google search là một ví dụ điển hình về một trang web có cách trình bày đơn giản, tinh gọn mà hiệu quả. 4 d. Lập trình trên ngôn ngữ Java, C#... các ngôn ngữ này có điểm đặc biệt là: đã tách phần giao tiếp với phần cứng ra thành một bộ phận riêng, gọi là máy ảo (Virtual machine). Nhờ vậy, người lập trình chỉ cần quan tâm đến phần quan trọng chính yếu của chương trình, đó là thiết kế chương trình với mã lệnh bằng ngôn ngữ cấp cao. Điều này cũng làm tăng tính khả chuyển của chương trình. 2.3 Nguyên tắc phẩm chất cục bộ Nội dung: - 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 có các chức năng khác nhau. - Mỗi phần của đối tượng phải ở trong những điều kiện thích hợp nhất của công việc. Ví dụ trong tin học: a. Trong thiết kế web, trên một trang web thì banner, header có màu sắc, kiểu dáng, kích thước thường khác so với các dòng chữ thông thường để tăng tính dễ đọc và hấp dẫn với người xem. b. Bộ nhớ cache của CPU được thiết kế để hoạt động với tốc độ cao hơn nhiều (so với bộ nhớ RAM, ổ cứng) nhằm làm giảm thời gian truy xuất dữ liệu, đồng thời tương ứng với tốc độ xử lý của CPU (tránh hiện tượng nghẽn cổ chai) c. Xét trong một hệ thống ứng dụng server-client thì các máy server cần phải được đầu tư với cấu hình mạnh, nhiều RAM hơn, tốc độ CPU cao hơn, đặt trong phòng máy lạnh để tản nhiệt tốt nhất… d. Một ví dụ khá thú vị và rất tự nhiên trong đời thường, đó là khi ta chọn mua một máy tính. Chẳng hạn ta có nhu cầu chơi game, thì ta cần chọn máy có card đồ họa mạnh, nếu ta chỉ có nhu cầu lập trình, thì ta chọn máy có CPU, RAM cấu hình tốt (không cần card đồ họa mạnh), hoặc ta 5 chỉ có nhu cầu đánh văn bản, soạn thảo hợp đồng và hay đi lại công tác, thì nên chọn máy cấu hình không cần cao nhưng phải nhỏ gọn, nhẹ. Như vậy, đối với cấu trúc của một máy tính, không nhất thiết mọi bộ phận phải có phẩm chất đồng đều. 2.4 Nguyên tắc phản đối xứng Nội dung: - Chuyển đối tượng có hình dạng đối xứng thành không đối xứng (nói chung làm giảm bậc đối xứng) Ví dụ trong tin học: a. Con chuột máy tính hiện nay (Mouse) thường có hình dạng không đối xứng. Nó không phải là một khối vuông, khối chữ nhật hay khối tròn cân đối mà lại có hình dạng cong cong, méo méo và uốn theo hình dạng của bàn tay. Điều này giúp cho người sử dụng thuận tiện hơn khi thao tác với chuột và tránh mỏi tay. 2.5 Nguyên tắc kết hợp Nội dung: - 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. Ví dụ trong tin học: a. Hệ thống nhiều máy Servers, giúp chia tải, đáp ứng nhanh các request từ phía client. b. Lập trình viên được trang bị nhiều màn hình, để thuận tiện cho việc lập trình và thiết kế. c. Môi trường phát triển tích hợp IDE (Integrated Development Environment) là sự kết hợp của trình soạn thảo mã lệnh (Code Editor), 6 trình gỡ bug (Debugger), trình biên dịch (Compiler) và có khi cả Server. Ví dụ như Visual Studio, Eclipse… d. Các gói lập trình, ví dụ như XAMPP, WAMPP, trong đó bao gồm PHP Engine, Apache server, Mail Server… Người phát triển chỉ cần tải về cài đặt bằng một gói duy nhất, là có thể bắt tay vào lập trình PHP. e. CPU 2 nhân, giúp tăng tốc độ xử lý 2.6 Nguyên tắc vạn năng Nội dung: - Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó không cần sự tham gia của đối tượng khác. Ví dụ trong tin học: a. Điện thoại có chức năng báo thức. b. Sự kết hợp của chức năng điện thoại và chức năng giải trí, đã cho ra đời các thế hệ Smartphone, như iPhone, Samsung Smartphone… c. Một trang web học tiếng Anh trực tiếp ở Việt Nam đang rất phát triển hiện nay, đó là trang www.hellochao.vn. Điểm đặc biệt ở trang này, là sự kết hợp của việc học, giải trí, tán gẫu (chat) và viết blog chia sẻ. d. Smart cover của iPad vừa có chức năng bảo vệ màn hình, vừa có thể dùng làm giá đỡ, kê iPad lên để sử dụng thuận tiện hơn. 7 Smart cover của iPad với chức năng bảo vệ màn hình Smart cover của iPad với chức năng làm giá đỡ 2.7 Nguyên tắc chứa trong Nội dung: - 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. Ví dụ trong tin học: a. Điện thoại nắp trượt: giấu bàn phím bên trong nó. 8 b. Các file cần gửi qua mạng thường được nén thành một file zip. 2.8 Nguyên tắc phản trọng lượng Nội dung: - 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... Ví dụ trong tin học: a. File ảnh nén thường chất lượng giảm so với ảnh gốc, nhưng bù lại có kích thước nhỏ hơn nhiều. 2.9 Nguyên tắc gây ứng xuất sơ bộ Nội dung: - Gây ứng suất trước với đối tượng để chống lại ứng suất không cho phép hoặc không mong muốn khi đối tượng làm việc (hoặc gây ứng suất trước để khi làm việc sẽ dùng ứng suất ngược lại) 2.10 Nguyên tắc thực hiện sơ bộ Nội dung: - 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 Ví dụ trong tin học: a. Các form đăng ký trên web, ví dụ đăng ký thành viên mới, đăng ký mua hàng… thường có các trường (field) như tên nước, tên tỉnh, năm sinh… Các trường này sẽ được đổ dữ liệu trước, người đăng ký chỉ cần chọn giá trị thích hợp từ dropdown list, checkbox list… 9 b. Trong quản lý dự án CNTT, trước khi bắt tay vào làm một dự án, cần có bước khảo sát sơ bộ dự án, lập kế hoạch, lập team… c. Trong tìm kiếm nhị phân, các phần tử được sắp xếp thứ tự trước. 2.11 Nguyên tắc dự phòng Nội dung: - Bù đắp độ tin cậy không lớn của đối tượng bằng cách chuẩn bị trước các phương tiện báo động, ứng cứu, an toàn. Ví dụ trong tin học: a. Dữ liệu là rất quan trọng, ở các công ty, dữ liệu thường phải được backup hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng… để đề phòng bất trắc. b. Chúng ta cũng thường upload dữ liệu của mình lên các Servers như Mediafire, Google drive, Mega upload… để phòng máy tính cá nhân của mình bị trục trặc hay mất mát. Thậm chí có khi không yên tâm, còn upload lên nhiều Server của các công ty khác nhau. c. Công nghệ RAID trong ổ cứng, dữ liệu được lưu trên nhiều ổ cùng một lúc, nhằm tăng độ an toàn của dữ liệu. RAID 1 có khả năng đảm bảo an toàn dữ liệu 10 d. Hiện nay (2012) Google có 8 trung tâm dữ liệu trên toàn thế giới (sáu ở Mỹ, một ở Phần Lan, một ở Bỉ) và sắp tới sẽ xây dựng thêm 5 trung tâm dữ liệu ở Chile, Hong Kong, Singapore và Đài Loan Trung tâm dữ liệu của Google 2.12 Nguyên tắc đẳng thế Nội d