30 năm tiến hóa của ngành công nghiệp PC: Từ những máy tính cồn cào đến công nghệ gần gũi trong cuộc sống hàng ngày

Ngành công nghiệp PC đã trải qua một hành trình dài để đạt được điều như ngày hôm nay.

Dù bạn là người trực tiếp sử dụng hoặc gián tiếp tận hưởng các dịch vụ từ máy tính, điều không thể phủ nhận là chiếc máy tính thân thuộc đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta.

Những biến đổi quan trọng nhất của máy tính đã diễn ra trong vòng 30 năm qua. Trong thời gian này, PC đã trải qua một sự thay đổi toàn diện về hình thức, khả năng và cách sử dụng.

Tăng trưởng theo cấp số nhân

Khi Gordon Moore, giám đốc R&D tại Fairchild Semiconductor, viết về xu hướng sản xuất chip vào năm 1965, ông đã dự đoán rằng một bộ xử lý trung bình có thể chứa hơn 60.000 linh kiện trong vòng một thập kỷ. Dự đoán của ông không chỉ chứng minh là chính xác mà còn trở thành một mô hình đúng đắn cho nhiều thập kỷ tiếp theo.

Đến năm 1993, một chiếc PC cao cấp đã tự hào sở hữu những con chip mà ba mươi năm trước đó không thể tưởng tượng. Pentium của Intel chứa đựng tới 3,1 triệu bóng bán dẫn bên trong một con chip có kích thước chỉ bằng nửa inch vuông (294 mm2).

Hiệu suất xử lý của máy tính này cũng rất ấn tượng, có khả năng thực hiện hơn 100 triệu lệnh mỗi giây nhờ vào thiết kế thông minh và tốc độ xung nhịp cao lên đến 60 MHz.

Vào giữa thập kỷ 1970, Định luật Moore vẫn không mất đi sức mạnh của nó, với sự tiến bộ không ngừng trong việc thiết kế và sản xuất các mạch tích hợp bán dẫn. Điều này khiến cho việc so sánh hiện tại với quá khứ trở nên khó khăn, vì dữ liệu trước đó không còn phù hợp với thời điểm hiện tại.

Pentium có thể thực hiện 2 lệnh trong mỗi chu kỳ xung nhịp (thời gian một chu kỳ của CPU) trong các điềukiện phù hợp, nhưng phải là từ cùng một luồng. Một CPU tương đương hiện nay nếu được kiểm tra theo cách tương tự, sẽ đạt kết quả từ 300.000 đến 800.000 lệnh mỗi giây.

Hầu hết những cải tiến này đến từ khả năng của các bộ xử lý hiện đại có thể thực hiện đồng thời trên nhiều luồng. Tuy nhiên, các chip đa nhân vẫn chỉ thực hiện một số lệnh trong mỗi chu kỳ. Hiệu suất thực tế được nâng cao đáng kể, chủ yếu là do những tiến bộ trong các lĩnh vực khác như bộ nhớ của PC.

Ba mươi năm trước, để trang bị cho máy tính mới của bạn một bộ nhớ 8 MB Fast Page Mode (FPM) hoặc Extended Data Out (EDO) DRAM cũng là một chi phí không nhỏ. Tốc độ thì ít được quan tâm, vì nó chỉ là một yếu tố nhỏ so với dung lượng bộ nhớ.

Hiện nay, thậm chí cả những chiếc laptop cơ bản cũng có bộ nhớ RAM lớn hơn 1.000 lần so với các thiết bị tiền nhiệm xa xôi của chúng, cung cấp tốc độ truy cập dữ liệu nhanh hơn đáng kể.

Khả năng làm cho các thành phần bán dẫn nhỏ hơn bao giờ hết cũng dẫn đến việc các CPU ngày nay có nhiều bộ nhớ trong hơn, được gọi là bộ nhớ đệm, hoạt động ở tốc độ cao hơn. Thiết kế P5 của Intel có 8 kB để lưu trữ lệnh và 8 kB khác để lưu trữ dữ liệu, với chip SRAM lên tới 256 kB được hàn vào bo mạch chủ.

Mặc dù Core i9-13900K gần đây không có nhiều cải tiến từ bên ngoài, nhưng các lõi P của nó có dung lượng lần lượt là 32 kB và 48 kB, trong khi các lõi E có 64 kB và 32 kB. Chúng được hỗ trợ bởi 2 MB bộ nhớ đệm bổ sung và 36 MB chia sẻ trên tất cả các lõi, tất cả nằm sâu bên trong CPU.

Có rất nhiều cải tiến khác, nhưng có lẽ các bước tiến quan trọng nhất về mặt công nghệ của bộ xử lý kể từ đầu những năm 1990 đã được thể hiện thông qua các thiết bị di động.

Các laptop từ thời điểm đó thường sử dụng CPU phiên bản điện áp thấp, xung nhịp thấp hơn so với các máy tính để bàn, trong khi các thiết bị PDA dựa trên bộ xử lý 8 bit từ thập kỷ trước.

Hiện nay, bạn có thể mua smartwatch có CPU mạnh hơn các chip Pentium ban đầu. Ví dụ, Galaxy Watch 5 của Samsung có lõi kép Arm Cortex-A55 với tốc độ 1.18 GHz – một con chip có khả năng thực hiện các lệnh nhanh hơn Pentium từ 20 đến 100 lần.

Tất nhiên, kỳ vọng của chúng ta đối với các thiết bị này ngày nay cao hơn đáng kể (duyệt internet, phát video, xử lý hình ảnh, chơi game, v.v.), điều này khiến việc so sánh trực tiếp trở nên không công bằng, vì PC di động ngày đó đơn giản là không có công nghệ hỗ trợ để xử lý các công việc này.

Có thể nói rằng hiện nay, các bộ xử lý hiện đại quá mạnh so với hầu hết các tình huống sử dụng. Dù AMD và Intel đầu tư hàng tỷ đô la vào nghiên cứu và phát triển, các thế hệ chip tiếp theo chỉ mang lại những cải tiến nhỏ.

Ngay cả trong lĩnh vực đồ họa 3D (GPU), mặc dù trước đây gần như không tồn tại trên thị trường tiêu dùng vào năm 1993, nhưng hiện nay vẫn có những dấu hiệu cho thấy sự tiến bộ đang giảm dần.

Ba mươi năm trước, bộ xử lý chưa bao giờ đủ nhanh. Nhưng hiện nay, để thực sự đưa chúng đến giới hạn, cần có các ứng dụng chuyên dụng.

Phần mềm và trải nghiệm thân thiện

Mặc dù PC ngày nay mạnh mẽ hơn rất nhiều so với những chiếc PC từ những năm 90, nhưng khả năng sử dụng máy tính của chúng ta đã phát triển đến mức không thể nhận ra so với trước đây. Một trong những tiến bộ quan trọng nhất trong lịch sử điện toán là sự ra đời của giao diện đồ họa người dùng (GUI). Thay vì phải sử dụng hàng loạt lệnh, bạn có thể đạt được kết quả tương tự thông qua tương tác đơn giản với các biểu tượng được thiết kế một cách hợp lý để hiển thị chính xác các tệp, thư mục và chương trình.

Windows 3.0 (1990) và Windows 95 (1995) của Microsoft, cùng với System 7 (1991) của Apple đã đóng vai trò quan trọng trong việc làm cho PC trở nên thân thiện hơn với người dùng. Kết quả là, máy tính trở nên phổ biến hơn với người dùng bình thường vì yêu cầu ít kiến thức và đào tạo về kỹ thuật hơn. Tuy nhiên, việc quản lý máy tính gia đình vẫn có thể hơi phức tạp, đặc biệt là khi kết nối với các thiết bị ngoại vi và thẻ mở rộng.

Nhờ vào sức mạnh xử lý được cải thiện cùng với sự xuất hiện của các tiêu chuẩn chung, những khó khăn này dần dần nhường chỗ cho thế hệ được gọi là 'cắm và chạy' - khả năng gắn thiết bị vào máy tính và để hệ điều hành xử lý tất cả các thiết lập và cấu hình.

Các hệ thống kết nối như USB (1996) và PCI Express (2003) đã mở rộng sự tiện lợi này đến mức đầu vào duy nhất mà người dùng cần thực hiện là nhấp vào nút 'OK' trên một vài lời nhắc.

Các tiêu chuẩn không dây, như Bluetooth và Wi-Fi, cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đưa PC đến với đại chúng. Việc tích hợp các tiêu chuẩn này vào hệ điều hành đã cải thiện đáng kể trải nghiệm người dùng. Việc thiết lập và kết nối với mạng hoặc một thiết bị cụ thể, từng là ví dụ kinh điển về các vấn đề khó khăn khi dùng máy tính, giờ đây có thể đạt được chỉ bằng một vài cú nhấp chuột.

Bo mạch chủ trước đây phải được trang bị các công tắc DIP nhỏ cần được điều chỉnh chính xác cho các bộ phận bên trong chúng. Bây giờ, người ta chỉ cần gắn bộ phận vào và phần mềm sẽ xử lý phần còn lại của cấu hình. Mặc dù nhiều người dùng PC cảm thấy thoải mái khi tự cài đặt driver, nhưng các hệ điều hành như Windows và macOS có thể dễ dàng làm điều đó cho bạn.

Một điều không thể tránh khỏi là phần mềm cơ bản cần thiết để chạy máy tính đã tăng rất nhiều. Trong khi Windows 95 yêu cầu khoảng 50MB dung lượng thì phiên bản hệ điều hành mới nhất của Microsoft yêu cầu ít nhất 64 GB. Dung lượng lưu trữ lớn hơn 1.000 lần và tương tự đối với các driver phần cứng như card đồ họa.

Sự gia tăng này cũng đồng nghĩa với việc tăng nguy cơ xảy ra sự cố trong mã khi nhà sản xuất cập nhật phần mềm, dẫn đến việc cần có các bản vá lỗi thường xuyên để khắc phục những vấn đề đó. Tuy nhiên, sự gia tăng này chủ yếu được bù đắp bởi giảm chi phí lưu trữ số và sự phổ biến của máy tính kết nối Internet, cho phép cập nhật phần mềm tự động.

Máy tính ngày nay trở thành một hệ thống vô cùng phức tạp, nhưng cũng trở nên dễ sử dụng đến mức hàng triệu người trên khắp thế giới có thể sử dụng chúng mà không cần nhiều huấn luyện.

Đa dạng trong hình thức

Các hệ thống PC trước đây thường có cùng kích thước, hình dạng và màu sắc.

Bất kể thương hiệu nào, hầu hết các công ty đều sao chép thiết kế gốc từ IBM và làm cho thị trường bão hòa bằng những hộp màu beige lớn.

Hầu hết các thiết bị ngoại vi đều được làm bằng cùng loại nhựa, cùng màu sắc. Tuy nhiên, một số nhà sản xuất đã dám thử nghiệm và đưa ra những thiết kế khác biệt về hình thức, như một số mẫu Compaq Presario cụ thể. Mặc dù vẫn tuân theo màu sắc beige phổ biến của thời đại, nhưng ít nhất chúng đã được thiết kế với nhiều chi tiết hơn.

Nói một cách công bằng, đối với các nhà sản xuất máy tính trước đây, ít có kỳ vọng và cơ hội để thiết kế hình thức của một chiếc PC sẽ khác biệt với hình dáng do IBM định đạt vào những năm 1980. Các thiết bị có thể được thêm vào máy tính của bạn cũng bị hạn chế về hình thức, vì ổ đĩa mềm và CD là thành phần bắt buộc của bất kỳ máy tính nào và chúng bắt buộc phải tuân theo định dạng tiêu chuẩn.

Mặc dù một số hạn chế này vẫn còn tồn tại cho đến ngày nay, nhưng vô số hình dạng PC hiện có đã thay đổi rất nhiều. Màu đen đã trở thành màu được ưa chuộng cho hầu hết các thiết bị điện tử, chủ yếu vì lý do thẩm mỹ (nó giúp che giấu bụi và các khuyết điểm khác tốt hơn so với màu be), trong khi màu trắng, bạc và các màu nhạt khác đang trở nên ngày càng phổ biến vì tính thời trang.

Tuy nhiên, kích thước và hình dạng của PC đã thay đổi đáng kể nhất - từ những hệ thống nhỏ gọn, kín đáo, đến những cỗ máy khổng lồ, không có nhiều giới hạn về việc máy tính gia đình hiện đại sẽ nhỏ hay lớn thế nào.

Các nhà sản xuất thùng máy tính trước đây đã thường quảng cáo về khả năng chứa được nhiều thiết bị 5,25' hoặc 3,25' nhất có thể của sản phẩm của họ; nhưng ngày nay, các yếu tố quan trọng hơn là số lượng quạt/làm mát, diện tích chiếm chỗ của nó nhỏ như thế nào hoặc độ im lặng của nó ra sao.

Và trong khi các máy tính ngày nay thường có vẻ bề ngoài đơn giản, thì việc sử dụng hệ thống đèn LED để tạo ra màu sắc và họa tiết bên trong giờ đây đã trở thành một tính năng tiêu chuẩn của bất kỳ PC nào được gắn mác 'gaming'. Tất nhiên, các máy văn phòng và máy trạm sẽ không quan tâm đến những điều như vậy và vẫn giữ vẻ ngoài không quá khác biệt so với các máy tính của thập kỷ 90, nhưng hiếm khi thấy bất kỳ mẫu máy nào đi kèm ổ đĩa DVD chẳng hạn.

Vậy sự thay đổi này đã diễn ra như thế nào? Một số người cho rằng sự đổi mới bắt nguồn từ Apple khi họ tung ra chiếc iMac đầu tiên vào năm 1998. Sự phổ biến của nó, với lớp vỏ trong suốt, nhiều màu sắc, chứng tỏ rằng người tiêu dùng thấy hấp dẫn với những thiết kế như vậy. Và mặc dù các máy tính ngày nay đã khác biệt so với thế hệ IBM, nhưng những yếu tố cơ bản vẫn được duy trì.

Không có lý do cụ thể nào cho tất cả những thay đổi này, nhưng với sự giảm giá và sự thân thiện hơn với người dùng, các thị trường mới đã mở ra để khai thác mọi cơ hội có thể. Sự phổ biến của quạt tản nhiệt RGB và vỏ ốp kính có thể là do những người đam mê PC muốn tùy chỉnh hệ thống của họ thêm nhiều hơn.

Các nhà sản xuất phần cứng đang theo dõi xu hướng trên các diễn đàn thảo luận và điều chỉnh sản phẩm của họ để người dùng có thể dễ dàng lắp ráp máy một cách gọn gàng hơn - những chiếc PC cồng kềnh, rối loạn về dây điện bên trong đã nhường chỗ cho những thiết kế kim loại và kính chắc chắn hơn, trưng bày các bộ phận với kết nối ẩn đi.

Máy tính SFF, Apple Mac Mini, Intel NUC và Raspberry Pi,... ngày nay bạn có thể có một chiếc máy tính gia đình không lớn hơn một cuốn tiểu thuyết và có thể đặt chúng ở bất kỳ nơi nào mà bạn muốn mà không làm xấu hổ.

Laptop vẫn giữ những ràng buộc về thiết kế từ quá khứ, nhưng những tiến bộ đáng kể về chất lượng lắp ráp, công nghệ màn hình và pin, cùng với sự phát triển của flash NAND để lưu trữ, đã khiến chúng trở nên chắc chắn hơn và dễ sử dụng hơn, mặc dù hình thức của chúng hầu như không thay đổi. Ngay cả những sản phẩm 2 trong 1, xuất phát từ sự phổ biến của máy tính bảng (được thúc đẩy bởi iPad của Apple), về cơ bản vẫn là máy tính xách tay.

Điều này không có nghĩa là mọi thứ bây giờ đã tốt hơn. Nỗ lực không ngừng để duy trì vị thế trên thị trường đã khiến laptop trở nên quá mỏng và nhẹ, giới hạn số lượng cổng kết nối.

Tuy nhiên, ít nhất chúng ta vẫn có vô số lựa chọn, mọi cách sử dụng và cấu hình mà chúng ta muốn.

Mở rộng khả năng

Với những ứng dụng thích hợp, bạn có thể sử dụng PC để thực hiện nghiên cứu sâu rộng; tạo tài liệu; quản lý và xử lý dữ liệu phức tạp; tạo ra âm nhạc, video và đồ họa 3D. Tuy nhiên, nhiều người chỉ sử dụng một phần của các khả năng này trên thiết bị của họ và phần lớn máy tính là trong ngành công nghiệp giải trí hàng tỷ đô la.

Nhưng khi nhìn vào một tạp chí máy tính điển hình từ những năm 90, bạn sẽ nhận ra một câu chuyện khác - mọi thứ đều có hơi hướng về 'năng suất', chỉ có một chút liên quan đến giải trí.

Điều này không có nghĩa là máy tính gia đình không được sử dụng cho giải trí; thực tế, đã có một ngành công nghiệp game PC phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, người ta tập trung nhiều hơn vào game console vì doanh số bán hàng tổng hợp của SNES của Nintendo và Sega Genesis vượt xa đáng kể so với toàn bộ thị trường PC.

Trong tất cả, PC đã từng là một thứ cực kỳ đắt tiền, đặc biệt là các mẫu máy cao cấp. Vào năm 1993, nếu bạn làm việc trong ngành thiết kế đồ họa và muốn một chiếc máy được trang bị CPU Pentium mới của Intel, RAM 32 MB, ổ cứng 500 MB, card đồ họa 2 MB và màn hình 20 inch độ phân giải cao, bạn sẽ phải trả hơn 9.000 USD cho một chiếc máy như vậy.

Một số người có thể sẵn lòng chi 9.000 USD cho một chiếc máy tính ngày nay, nhưng vào thời điểm đó, thu nhập trung bình của một hộ gia đình ở Mỹ chỉ khoảng 30.000 USD - nói cách khác, một gia đình thông thường sẽ phải dành khoảng 1/3 tổng thu nhập hàng năm của họ để mua chiếc máy tính đó. Những thông số kỹ thuật đó là hàng đầu vào thời điểm đó, nhưng để đạt được điều tương tự ngày nay, có thể bạn chỉ cần một nửa số tiền đó và thu nhập trung bình đã tăng gấp đôi kể từ đầu những năm 1990.

Hơn nữa, bạn thực sự không cần phần cứng tốt nhất để thực hiện bất kỳ nhiệm vụ nào ngay bây giờ. Ngay cả những công việc có độ phức tạp cao như xử lý AI và đồ họa cũng có thể được thực hiện trên các cấu hình với ngân sách hợp lý hơn. Đúng vậy, hệ thống có thể mất nhiều thời gian hơn để hoàn thành công việc, nhưng nó vẫn có thể thực hiện được; phần cứng được xem là chuyên dụng vào những năm 90 hiện đã trở nên phổ biến trong tất cả các PC.

Máy tính gia đình hiện nay không chỉ mang lại sự sáng tạo - chúng ta có thể dễ dàng làm việc và giải trí cùng nhau, tất cả diễn ra trong thời gian thực, với hàng chục người được kết nối một cách liền mạch trong cùng một nhiệm vụ hoặc trò chơi. Internet giá rẻ, tốc độ cao xứng đáng được khen ngợi cho điều này, cũng như những tiến bộ trong công nghệ màn hình và camera.

Connectix QuickCam, một trong những webcam dành cho người tiêu dùng đầu tiên, ra mắt vào năm 1994, nhưng chỉ cung cấp chất lượng 320 x 240 đơn sắc, tốc độ 15 khung hình mỗi giây. Ban đầu chỉ có sẵn cho Apple Mac, nó được bán lẻ với giá 100 USD - tương đương 210 USD ngày nay. Nhưng với khoản tiền gấp ba lần đó, ngày nay bạn có thể có cả một máy tính xách tay, tích hợp webcam có chất lượng hình ảnh và video sắc nét hơn 12 lần, với tốc độ khung hình gấp đôi.

Và với phần cứng thích hợp, hình ảnh và video có thể được ghi lại hoặc phát trực tiếp ở mọi nơi trên thế giới.

Bất kỳ ai cũng có thể trích xuất dữ liệu này, chỉnh sửa và nâng cao chúng, tạo ra phương tiện truyền thông mới cho giáo dục và giải trí. Thời kỳ khi máy tính rất đắt tiền và đòi hỏi kiến thức chuyên môn để làm việc với chúng đã qua rồi.

Khả năng của một chiếc máy tính hiện đại và các thiết bị ngoại vi liên quan dễ dàng kết nối đã biến tất cả những điều này thành hiện thực.

Tương lai của máy tính

Việc dự đoán cấu hình máy tính trong tương lai - thậm chí chỉ vài năm tới chứ đừng nói đến 30 năm - vẫn là điều đầy thách thức. Nhiều khía cạnh cơ bản vẫn không thay đổi kể từ ba thập kỷ trước, như bộ xử lý dựa trên kiến trúc x64, cũng như thiết lập cơ bản về RAM, bộ lưu trữ, đồ họa và các tùy chọn kết nối.

Máy tính trong tương lai có thể sẽ tuân theo cấu trúc đơn giản này, nhưng thiết kế cơ bản của các bộ phận khác nhau có thể sẽ khác biệt đáng kể.

Chúng ta có thể thấy dây cáp bị loại bỏ, ngoại trừ cáp nguồn được kết nối với mặt sau của máy tính. Hiện nay, dây dẫn vẫn rất cần thiết để cung cấp dòng điện cho các bộ phận bên trong và truyền dữ liệu đến một số thiết bị. Tuy nhiên, chúng có thể được thay thế bằng các khe cắm tiêu chuẩn cung cấp cả hai chức năng.

Thậm chí hiện nay chúng ta đã có điều này, các khe cắm PCI Express và M.2 được sử dụng cho card đồ họa và ổ SSD, và trong khi PCI Express vẫn cần những dây cáp lớn để cấp nguồn cho chúng, một số nhà cung cấp đã cố gắng giảm thiểu số lượng cáp cần thiết.

Khó có thể dự đoán được sức mạnh của các PC năm 2053 sẽ tăng lên bao nhiêu. Chúng ta đang tiến dần đến giới hạn của các quy trình xử lý bán dẫn có thể đạt được trong quá trình sản xuất bộ xử lý quy mô lớn. Mặc dù CPU của máy tính bàn trong tương lai có thể không hoạt động ở tốc độ 50 GHz hoặc xử lý hàng nghìn luồng mỗi chu kỳ, nhưng chúng sẽ có khả năng xử lý tốt hơn các tác vụ bạn mong đợi.

Máy tính đã đạt đến các kích thước và hình dạng mà chúng ta có thể tưởng tượng được, vì vậy việc dự đoán chúng sẽ trông như thế nào trong tương lai là rất khó, tuy nhiên, chúng ta có thể thấy sự tăng cường ngày càng lớn vào việc tái chế và sử dụng lại các bộ phận khác nhau do lượng rác thải điện tử ngày càng tăng cao.

Cũng có thể nói tương tự về xu hướng tiêu thụ năng lượng. CPU cao cấp tiêu thụ nhiều năng lượng hơn từ 10 đến 20 lần so với những CPU từ những năm 90 và card đồ họa lớn nhất trong PC gia đình sử dụng năng lượng nhiều hơn tới 100 lần. Mối quan tâm về môi trường có thể sẽ ảnh hưởng nhiều hơn đến thiết kế của PC trong tương lai hơn là nhu cầu sử dụng hoặc tiến bộ công nghệ.

Trong hơn 30 năm qua, chúng ta đã chứng kiến sự phát triển phi thường của máy tính cá nhân. Những thiết bị này đã làm thay đổi cách chúng ta sống, làm việc, giải trí và giao tiếp với bạn bè và người thân. Những máy tính cồng kềnh và không hấp dẫn đã phát triển thành những thiết bị đẹp mắt, mạnh mẽ và ấn tượng nhất có thể.