Lịch sử có thể được viết lại khi chiếc máy tính đầu tiên không loại trừ khả năng chính là khung cửi xuất hiện tại Trung Quốc cổ đại.

Chiếc khung cửi có niên đại 2.000 năm ở Trung Quốc được cho là vận hành theo nguyên lý lập trình, từ đó làm bùng lên những tranh luận mới về lịch sử máy tính.

Xét về bản chất, máy tính là thiết bị nhập – xuất, có khả năng tiếp nhận lệnh, thực thi chương trình, tự động xử lý các phép tính và đưa ra kết quả.

Dựa trên cách hiểu này, Hiệp hội Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (CAST) nhận định rằng “ti hua ji”, còn gọi là khung cửi dệt hoa văn có niên đại hơn 2.000 năm từ thời Tây Hán, hoàn toàn có thể được xem là chiếc máy tính đầu tiên trong lịch sử nhân loại.

Cỗ máy dệt này được khai quật vào năm 2012 từ một ngôi mộ có niên đại khoảng năm 150 trước Công nguyên tại Thành Đô. Các nhà nghiên cứu cho biết khung cửi hoạt động dựa trên nguyên lý tính toán có thể lập trình.

“Chương trình” của khung cửi không tồn tại dưới dạng mã số, mà được thể hiện thông qua các thẻ hoa văn vật lý (tương đương với phần mềm hiện nay), dùng để điều khiển việc nâng từng sợi dọc theo thiết kế đã được định sẵn.

"Đây được xem là phần cứng máy tính cổ xưa nhất từng được biết đến trên thế giới, đồng thời cũng sở hữu phần mềm riêng, chính là hệ thống lập trình hoa văn của khung cửi", CAST nêu quan điểm trong một video được đăng tải trên mạng xã hội.

CAST là cơ quan khoa học chính thức lớn nhất của Trung Quốc. Việc tổ chức này trực tiếp tham gia cuộc tranh luận toàn cầu về ai là người phát minh ra máy tính đầu tiên, đồng thời công khai ủng hộ máy dệt Thành Đô như một dạng phần cứng tiền thân của máy tính, phản ánh xu hướng ngày càng rõ nét trong việc nhìn lại lịch sử công nghệ từ góc độ ngoài phương Tây.

Trong suốt nhiều thế hệ, lịch sử khoa học và máy tính thường được mặc định là bắt nguồn từ châu Âu. Tuy vậy, khi Trung Quốc ngày càng khẳng định vai trò trong các lĩnh vực công nghệ mũi nhọn như mạng 5G, trí tuệ nhân tạo và robot, quốc gia này cũng đồng thời nhấn mạnh rằng các nghệ nhân cổ đại đã nắm bắt những nguyên lý nền tảng của lập trình, tự động hóa và mã hóa thông tin từ hơn 2.000 năm trước.

Theo các nghiên cứu, khung cửi Thành Đô sử dụng tới 10.470 sợi dọc, được điều khiển bằng 86 thẻ “lập trình” màu nâu, qua đó kiểm soát hơn 9,6 triệu điểm giao nhau với các sợi ngang. Khi đã được lập trình hoàn chỉnh, hệ thống có thể vận hành đồng thời trên hơn 100 thiết bị, tạo ra những hoa văn lụa phức tạp với độ chính xác gần như tuyệt đối.

Trước khi khung cửi dệt hoa văn xuất hiện, việc tạo họa tiết trên vải hoàn toàn dựa vào lao động thủ công. Vải lụa được dệt từ sự đan xen giữa sợi dọc và sợi ngang. Dựa trên mẫu thiết kế có sẵn, người thợ phải nâng chính xác từng sợi dọc tại đúng vị trí để con thoi mang sợi ngang màu khác nhau đi qua.

Cách làm này tiêu tốn rất nhiều thời gian và công sức. Trung Quốc đã sớm tìm ra lời giải bằng việc cơ giới hóa quy trình, qua đó vươn lên trở thành trung tâm sản xuất lụa của thế giới. Dẫu vậy, trong suốt nhiều thế kỷ, thời điểm chính xác của bước đột phá này vẫn là dấu hỏi lớn.

Bước ngoặt xuất hiện vào tháng 12/2012, khi một ngôi mộ thời Tây Hán được phát hiện tại khu vực núi Laoguna trong quá trình xây dựng tuyến metro số 3 ở Thành Đô. Tại mộ số 2, các nhà khảo cổ đã tìm thấy bốn mô hình khung cửi được bảo quản nguyên vẹn, có cấu trúc phức tạp và vẫn còn lưu lại dấu vết của sợi lụa cùng thuốc nhuộm.

Các chuyên gia xác nhận đây là những khung cửi dệt hoa văn hoàn chỉnh cổ xưa nhất từng được phát hiện, không chỉ ở Trung Quốc mà còn trên phạm vi toàn cầu. Phát hiện này đã được bình chọn là một trong 10 phát hiện khảo cổ tiêu biểu của Trung Quốc năm 2013.

Nguyên lý lập trình đầu tiên

Dựa trên các bằng chứng khảo cổ, Trung Quốc đã phục dựng thành công khung cửi tự động, đồng thời làm sáng tỏ cơ chế vận hành của cỗ máy này.

Khung cửi vận hành dựa trên một “sách mẫu”, có vai trò tương tự thẻ đục lỗ trong công nghệ hiện đại. Người thợ trước hết chuyển mẫu hoa văn thành một chuỗi thao tác vật lý bằng sợi hoặc que tre, quá trình này tương đương với việc lập trình cho khung dệt.

Trong quá trình dệt, người thợ hoặc cơ cấu máy sẽ thực hiện tuần tự chu trình thiết kế. Mỗi điểm trong chuỗi được xem như một lệnh, điều khiển chính xác sợi dọc cần được nâng lên, từ đó hình thành hoa văn thông qua sự đan xen giữa sợi dọc và sợi ngang.

Điều đáng chú ý không chỉ nằm ở những hoa văn tinh xảo, mà còn ở tư duy khoa học ẩn chứa trong cỗ máy. Nếu mô tả hoạt động của khung cửi dưới dạng mã hóa, trong đó sợi dọc được nâng lên biểu thị số 1 và sợi hạ xuống biểu thị số 0, thì toàn bộ hoa văn trên vải có thể được xem như một chuỗi giá trị nhị phân. Nguyên lý này tương đồng với nền tảng của máy tính hiện đại.

Không dừng lại ở đó, các khung cửi được phát hiện trong mộ thời Tây Hán không chỉ áp dụng một cách lập trình duy nhất, mà còn sử dụng ít nhất hai kỹ thuật khác nhau, gồm khung trượt và thanh nối, mỗi phương thức tạo nên những kiểu hoa văn riêng biệt.

Công nghệ khung cửi dệt hoa văn sau này lan tỏa dần về phương Tây dọc theo Con đường Tơ lụa. Các thương nhân Ba Tư đã mang kỹ thuật này tới châu Âu vào thế kỷ VI. Đến thế kỷ XII, những xưởng dệt vận hành khung cửi theo kiểu Trung Quốc đã xuất hiện tại Lucca và Venice (Italy).

Năm 1805, nghệ nhân người Pháp Joseph Marie Jacquard phát triển khung cửi tự động sử dụng thẻ đục lỗ và kim để điều khiển, về sau được biết đến với tên gọi khung cửi Jacquard. Karl Marx từng nhận định trong tác phẩm Tư bản rằng, trước khi động cơ hơi nước ra đời, khung cửi Jacquard là cỗ máy phức tạp nhất, đồng thời các nguyên lý tự động hóa của nó đã đóng vai trò quan trọng trong Cách mạng Công nghiệp châu Âu.

Bước sang thế kỷ XIX, thẻ đục lỗ của khung cửi dệt hoa văn tiếp tục trở thành nguồn cảm hứng then chốt cho phương pháp lập trình của những chiếc máy tính sơ khai.

Ông Wang Yusheng, cựu Giám đốc Bảo tàng Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, cho rằng khung cửi dệt hoa văn không chỉ đơn thuần là công cụ phục vụ dệt may, mà còn là kết tinh của tư duy lập trình cổ đại và trí tuệ cơ khí.

"Cỗ máy đã đưa lụa Trung Hoa trở thành mặt hàng xa xỉ trên toàn cầu, góp phần định hình bản sắc văn hóa của 'quốc gia tơ lụa'. Đồng thời, logic công nghệ của cỗ máy này cũng ảnh hưởng sâu sắc đến những nguyên lý nền tảng của công nghệ thông tin hiện đại", ông Wang chia sẻ.

Đến năm 1946, lĩnh vực máy tính ghi nhận cột mốc quan trọng với sự ra đời của ENIAC, máy tính điện tử đa dụng đầu tiên trên thế giới, do một nhóm nghiên cứu tại Đại học Pennsylvania phát triển.

Một thành viên nòng cốt của nhóm là ông Zhu Chuanji, người trực tiếp tham gia thiết kế cấu trúc logic của cỗ máy. Công trình của ông vận dụng các khái niệm về nhị phân và lập trình, những tư duy mà một số học giả cho rằng có thể lần ngược về các sáng tạo cổ đại của Trung Quốc, bao gồm khung cửi dệt hoa văn và triết lý nhị phân của Kinh Dịch.