SỰ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ LƯU TRỮ DỮ LIỆU TRONG LỊCH SỬ VÀ HIỆN TẠI CÙNG CÁC PHƯƠNG PHÁP SÁNG TẠO

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌCĐỀ TÀI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ LƯU TRỮ DỮ LIỆU TRONG LỊCH SỬ VÀ HIỆN TẠI CÙNG CÁC PHƯƠNG PHÁP SÁNG TẠO S.C.A.M.P.E.R.. Chương 1: Sự phát triển của công

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỀ TÀI

SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ LƯU TRỮ DỮ LIỆU

TRONG LỊCH SỬ VÀ HIỆN TẠI CÙNG CÁC PHƯƠNG PHÁP SÁNG TẠO S.C.A.M.P.E.R.

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: GS TSKH HOÀNG KIẾM

HỌC VIÊN THỰC HIỆN: LÊ MINH TRIẾT

MÃ SỐ HỌC VIÊN: CH1201076

LỚP: CH07

TP.HỒ CHÍ MINH Tháng 4/2013

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

-LỜI NÓI ĐẦU

Sau khi tham dự môn học về “Phương pháp nghiên cứu khoa học” tại trườngĐại học Công nghệ Thông tin do thầy GS.TSKH Hoàng Kiếm giảng dạy,tôi đã có cái nhìn rõ hơn về các nguyên lí sáng tạo Việc vận dụng các nguyên lísáng tạo vào nghiên cứu khoa học là rất quan trọng Nó giúp chúng ta ứng dụngsáng tạo, linh hoạt, hiệu quả trong công việc, trong nghiên cứu, mang lại những kếtquả tốt nhất; đồng thời chống lại thói quen suy nghĩ theo lối mòn

Trong phạm vi đề tài này, tôi muốn chia sẽ những thông tin, hiểu biết, đánh giácủa bản thân về nội dung tôi đã tìm hiểu, cùng các phương pháp lí luận sáng tạo màtôi nhận thấy trong quá trình nghiên cứu, sáng tạo và phát triển ra các công nghệlưu trữ dữ liệu từ trước đến nay Mong rằng sẽ được sự đóng góp ý của thầy và cácbạn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Với sự giảng dạy của thầy, em đã có cái nhìnmới, rộng và sâu hơn về những thành tựu khoa học hay những sản phẩm rất quenthuộc quanh ta Nó sẽ là tiền đề cho em nói riêng và các bạn cùng học nói chungbước đầu vào các hướng nghiên cứu mới

Em kính chúc thầy nhiều sức khỏe, để tiếp tục đào tạo nên những thế hệ mới,góp phần cho sự nghiệp kiến thiết con người, kiến thiết đất nuớc

Tp.HCM, ngày 24 tháng 4 năm 2013 Học viên thực hiện: LÊ MINH TRIẾT

Mã số học viên: CH1201076 Lớp: CH07 Email: trietlm@hcmup.edu.vn

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

Chương 1: Sự phát triển của công nghệ lưu trữ dữ liệu trong lịch sử và hiện tại 4

I Phương thức lưu trữ dữ liệu trong lịch sử 5

1 Bảng chữ tượng hình 5

2 Giấy 5

3 "Máy in" Gutenberg 6

II Phương thức và công nghệ lưu trữ dữ liệu ngày nay 7

1 Ống Selectron 7

2 Bộ nhớ mạch trễ bằng thủy ngân 7

3 Bảng đục lỗ 8

4 Cuộn băng giấy 9

5 Băng từ, đĩa mềm 10

6 Trống từ 11

7 Ổ đĩa cứng 11

8 Bộ nhớ flash 12

9 Hệ thống lưu trữ đám mây và các dịch vụ điện toán đám mây 13

Chương 2: Phân tích quá trình sáng tạo công nghệ lưu trữ theo nguyên tắc S.C.A.M.P.E.R 14

I Nguyên tắc của phép thay thế - SUBSTITUTE 15

II Nguyên tắc của phép kết hợp - COMBINE 16

III Nguyên tắc của phép thích ứng - ADAPT 16

IV Nguyên tắc của phép điều chỉnh - MODIFY 17

V Nguyên tắc của phép dùng vào việc khác - PUT 18

VI Nguyên tắc của phép hạn chế /loại bỏ - ELIMINATE 19

VII Nguyên tắc của phép tái cấu trúc /đảo ngược - REARRANGE /REVERSE 20

Chương 3: Dự đoán công nghệ lưu trữ dữ liệu trong tương lai 21

Chương 4: Kết luận 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

Chương 1: Sự phát triển của công nghệ lưu trữ dữ liệu

trong lịch sử và hiện tại

“CNTT phải là hạ tầng để các ngành khác phát triển đột phá”, đó là kết luận tạiHội thảo “CNTT và tương lai phát triển đất nuớc” được Ban Tuyên giáo trungương, Bộ Thông tin Truyền thông và Hiệp hội doanh nghiệp phần mềm VN tổchức sáng 23/4/2011 tại Hà Nội [1] Trong công nghệ thông tin việc lưu trữ dữ liệuđóng vai trò cực kỳ quan trọng và không thể thiếu

Ngay từ thuở ban đầu của loài người, việc ghi chú bằng những hình vẽ đơn giảntrong các hang động, hoặc trên miếng đá vô cùng bất tiện vì không dễ dàng mangtheo được Để viết một bản tin hoặc thông điệp ngắn, người ta phải tốn nhiều giờ

để khắc lên phiến đất sét nặng nề, rồi cứ thế mà mang vác theo suốt cả quãngđường dài để đến tay người nhận Đó chính là cách người Sumer (sống ở vùng

Lưỡng Hà [Mesopotamia], thuộc Iraq và Syria ngày nay) sử dụng để truyền đạt

thông tin bằng chữ viết khoảng 4.000 năm trước Công nguyên (tức cách đâykhoảng 6,000 năm) Sau đó hàng trăm năm, con người vẫn miệt mài tìm kiếmnhững dạng vật chất tốt và tiện lợi hơn để làm bề mặt ghi lại chữ viết Hầu như mọithứ có sẵn trong thiên nhiên mà con người tìm thấy đều được sử dụng vào mụcđích này: phiến gỗ, đá, đất nung, vỏ cây, kim loại (lúc này là đồng thau), tơ tằm, tre

trúc, lá cây, thậm chí cả da động vật (“da dê” [parchment] được nhắc đến rất nhiều

lần trong các bộ truyện kiếm hiệp của Trung Hoa) Điều này cho thấy nhu cầu vàkhát khao được ghi lại thông tin của con người cao đến như thế nào

Từ các phương thức lưu trữ thô sơ tới công nghệ lưu trữ ngày nay, con người đãtrải qua những bước tiến dài trong lịch sử phát triển công nghệ Hơn 5.000 năm

qua, sự nhảy vọt về văn hóa, khoa học kỹ thuật thường gắn liền với kỹ thuật vàphương tiện lưu trữ dữ liệu kiểu mới.

I Phương thức lưu trữ dữ liệu trong lịch sử

1 Bảng chữ tượng hình

Bảng chữ tượng hình - phát minh quan

trọng trong lịch sử nhân loại

Đây là hệ thống lưu trữ dữ liệu đầu tiên

của loài người, có mặt cách đây đã 3.400 năm

trước Công nguyên Mặc dù chỉ gồm hệ thống

chữ cái thuần túy, bảng ghi này còn được xem

là phương thức để tính toán và xếp loại các

sản phẩm nông nghiệp cho mục đích đánh

thuế

2 Giấy

Trung Hoa, 2.000 năm trước khoảng

năm 105 sau Công nguyên, một quan Thái

thú thời nhà Hán tên là T’sai Lun (Thái

Luân) sử dụng những vật liệu như: cây dâu

tằm (mulberry), lưới đánh cá, vải cũ, cây

gai dầu (hemp)… đồng thời phát minh ra

phương pháp sản xuất giấy mà nguyên lý

được áp dụng đến nay

Kỹ thuật mà Thái Luân sử dụng là: ông

tách phần vỏ trong của các loại cây (dâu

tằm, gai dầu, tre trúc…) rồi trộn chung với

thớ vải buồm cũ trong nước nóng, đem nghiền tất cả thành loại bột đồng nhất.Sau đó, ông cho đổ hỗn hợp chứa xơ sợi lên một tấm vải dệt rộng và phẳng, để

tách phần nước, giữ lại xơ sợi trên tấm vải Cuối cùng, ông đem hỗn hợp xơ sợitrên tấm vải đi phơi nắng, và thu được loại vật liệu phù hợp để viết mà lại nhẹ, đóchính là tờ giấy đúng nghĩa đầu tiên được làm ra.

Người ta còn cho rằng việc phát minh ra giấy của Thái Luân là một trong bốn

phát minh vĩ đại của Trung Hoa cổ đại Ba phát minh còn lại là: La bàn (compass),

thuốc súng (gunpowder), và một việc cũng liên quan đến giấy, đó là in ấn (printing).

3 "Máy in" Gutenberg

Phát minh của Gutenberg xếp ông vào

hàng thiên tài, có đóng góp to lớn cho lịch

sử văn minh nhân loại

Chưa phải là một chiếc máy in đúng

nghĩa nhưng đây vẫn là cỗ máy rất nổi

tiếng trong lịch sử nhân loại Phương

pháp in dấu của Gutenberg được xem là

hệ thống lưu trữ dữ liệu đầu tiên trên thế

giới có khả năng sao chép hiệu quả, một

sáng tạo tuyệt vời của Johannes

Gutenberg

Mặc dù sản phẩm xuất bản từ hệ thống in dấu của nhà khoa học này thuở sơ khaichất lượng không thật sự vượt trội so với kiểu in khối trước đó, nhưng nhờ tốc độnhanh chóng, phát minh này đã trở thành một trong số nền tảng mở ra thời đại ánhsáng, một bước tiến trong lịch sử văn hóa và khoa học công nghệ của nhân loại.Phát minh của Gutenberg đã dẫn đến cuộc cách mạng về báo chí và văn chương

II Phương thức và công nghệ lưu trữ dữ liệu ngày nay

Một phát minh trong thời chiến.

Đây là phương pháp lưu trữ dữ liệu ra

đời trong Thế chiến thứ 2, sử dụng

trong các hệ thống rađa và các máy

tính thuở sơ khai

Bộ nhớ lưu trữ thông tin thành các

dãy xung siêu âm, chuyển từ điểm

cuối của một cột thủy ngân này tới cột

thủy ngân khác Chúng cho phép lưu

trữ khoảng 500 bit dữ liệu

5 Bảng đục lỗ

Thẻ

đục lỗ một chương trình Fortran Z(1)=Y+W

Trước khi máy tính ra đời, đây từng là công cụ giúp thống kê dân số nước Mỹthế kỷ 19 Đây là biểu tượng của ngành điện toán thời đầu Tuy có nhiều hạn chếnhưng dễ dùng Tận dụng hệ thống lưu trữ này từ mô hình các cỗ máy dệt tự động

từ giữa thế kỷ 18, IBM đã có những sáng tạo đáng kể Một trong số các sản phẩmcủa hãng này được Herman Hollerith phát triển sử dụng để điều tra dân số nước

Mỹ năm 1890 Về sau, bảng đục lỗ còn được gọi bằng tên của nhà phát minh này.IBM cũng ra đời từ nền tảng Công ty Tabulating Machine do Hollerith làm chủ.Kích cỡ thông thường của hầu hết các bảng loại này lưu trữ được 160 ký tự.

6 Cuộn băng giấy

Bộ xử lý thời tiền vi xử lý, cùng với

bảng đục lỗ, cuộn băng giấy được coi

là biểu tượng của ngành điện toán thế

kỷ trước Phát triển với tư cách là một

phương tiện lưu trữ cho các máy đánh

chữ, cuộn băng giấy có độ dài khác

nhau với khả năng lưu trữ dữ liệu riêng

biệt

Các lỗ có trên dải băng có thể kích hoạt các cảm biến quang và biến các biểutượng, mẫu trên giấy hoặc nhựa thành tín hiệu số với mức 5 bit mỗi lần

Trường hợp nổi tiếng nhất sử dụng phương thức lưu trữ này là chiếc máy điệntoán có khả năng tự lập trình có tên Colossus, do quân Đức sử dụng trongThế chiến thứ 2 Chiếc máy này có khả năng tiêu thụ băng giấy với tốc độ 5.000

Băng từ lần đầu tiên được sử dụng để lưu trữ dữ liệu trong năm 1951 Các thiết

bị băng được gọi là UNISERVO và là thiết bị chính I/O trên máy tính UNIVAC.Tốc độ truyền tải hiệu quả cho các UNISERVO là khoảng 7.200 ký tự mỗi giây.Ban đầu băng làm bằng kim loại và dài 1.200 feet (365 mét) và do đó rất nặng

Băng từ được cải tiến và từng một thời mang điện ảnh đến với nhân loại.Khi kỹ thuật điện tử phát triển, người ta bắt đầu dùng tới băng từ Đây là côngnghệ lưu trữ thuộc dạng cổ điển vẫn còn được sử dụng.

Đến những năm 1980, khi đĩa mềm (floppy disk) trở nên phổ biến với giá rẻ, cókhả năng lưu trữ tương đương nên băng từ mất chỗ đứng

từ

Một kỹ thuật lưu trữ khá nổi tiếng, đây là một phát minh đột phá trong côngnghệ lưu trữ, được sử dụng trong máy tính IBM 650 năm 1954, có thể lưu trữ10.000 ký tự và trở thành bộ nhớ chính của máy tính Bộ nhớ hình trống có chiềudài 16 inch

9 Ổ đĩa cứng

Ổ đĩa cứng vẫn là kỹ thuật lưu

trữ phổ biến nhất hiện nay

Phát minh nổi tiếng của IBM

năm 1956 vẫn đang tiếp tục được

cải tiến và phục vụ con người

Kích cỡ ổ đĩa cứng ngày càng

được thu gọn, từ 8 xuống 1 inch

Ngày trước, ổ cứng 8 inch chỉ có

khả năng lưu trữ 5-30 MB, trong khi

ổ đĩa cứng phổ thông 3,5 inch ngày

nay có thể lưu trữ tới 6 TB Tốc độ

phát triển của ổ đĩa cứng còn vượt cả

định luật Moore

Vận chuyển một đĩa cứng

IBM 5MB Model 350

10.Bộ nhớ flash

Được Toshiba phát minh vào năm 1980,

ngày nay bộ nhớ flash có mặt trên các thiết bị

xách tay, laptop, máy tính bảng và là tương

lai của công nghệ lưu trữ

Kỹ thuật lưu trữ mới có khả năng biến

những thiết bị nhỏ gọn thành bộ nhớ lưu trữ với dung lượng lớn như SSD, ổ đĩaUSB Flash, thẻ nhớ… Các máy tính cá nhân với tiêu chí mỏng, nhẹ và nhanh như:netbook, ultrabook, tablet… sử dụng bộ nhớ flash cũng đã góp phần trong việc làm

giảm mức độ thông dụng của công nghệ lưu trữ bằng đĩa quang và ổ đĩa quang.

11.Hệ thống lưu trữ đám mây và các dịch vụ điện toán đám mây

Sơ đồ hợp nhất của các nhà sản xuất đĩa cứng.

Nhờ sự phát triển nhanh chóng của internet, công nghệ lưu trữ đám mây đangdần trở nên phổ biến Nó được sử dụng trong các thiết bị số hàng ngày và là mộtmắt xích quan trọng trong hệ sinh thái của những hãng phần mềm lớn nhưAmazon, Apple, Google, Dropbox hay Microsoft

Không chỉ dành để lưu trữ dữ liệu, điện toán đám mây còn giúp ích cho chúng tarất nhiều: triển khai các dịch vụ tiện ích, kinh doanh, hỗ trợ người dùng cá nhân,doanh nghiệp tiết kiệm chi phí,…đáp ứng nhiều nhu cầu đa dạng

Google tại Hamina, Phần Lan.

Chương 2: Phân tích quá trình sáng tạo

công nghệ lưu trữ theo nguyên tắc S.C.A.M.P.E.R.

I Nguyên tắc của phép thay thế - SUBSTITUTE.

- Trong quá trình nghiên cứu và

phát triển thiết bị lưu trữ dữ liệu,

với nhu cầu nâng cao tốc độ khởi

Eliminate

Reverse /Rearrage

thay thế đĩa cứng (HDD) truyền thống bằng bảng mạch nhớ (SSD) với tốc

độ rất cao để tăng tốc hệ thống và giảm thời gian truy xuất dữ liệu

- Ngày nay nhu cầu sử dụng máy tính để phục vụ cho công việc, học tập, giảitrí ngày càng nhiều Máy tính để bàn, laptop, smartphone, máy tính bảng,SmartTivi… và nhiều sản phẩm hỗ trợ khác cũng lần lượt xuất hiện.Với nhiều thiết bị và nhu cầu như vậy, việc chia sẻ dữ liệu của mỗi cá nhân

và cá nhân với cộng đồng trên những thiết bị lưu trữ cục bộ sẽ bộc lộ nhiềunhược điểm Từ đó hệ thống lưu trữ đám mây và điện toán đám mây phát

triển để thay thế và khắc phục những nhược điểm đang tồn tại ở hình thức

lưu trữ truyền thống

II Nguyên tắc của phép kết hợp - COMBINE.

- Công nghệ lưu trữ trên bộ nhớ (SSD) với những ưu điểm nổi bật nhưng cũngbộc lộ những nhược điểm chưa được khắc phục như: số lần đọc ghi có giớihạn, dung lượng trên một đơn vị thể tích tương đương với đĩa từ (HDD)không nhiều bằng, và nhược điểm lớn nhất là giá thành còn đắt

- Hãng Seagate đã kết hợp ổ cứng truyền thống với lượng chip nhớ tương đối

đủ cho nhu cầu cơ bản để cải thiện tốc độ và hạ giá thành sản phẩm nhằmđáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng

III Nguyên tắc của phép thích ứng - ADAPT.

- Công nghệ tích hợp bộ nhớ vào ổ cứng để đáp ứng và thích ứng với hai nhu

cầu quan trọng của người sử dụng: thời gian khởi động và truy xuất các ứngdụng nhanh và lưu trữ dữ liệu lớn với chi phí thấp

IV Nguyên tắc của phép điều chỉnh - MODIFY.

- Hiện nay, việc lưu trữ dữ liệu rất cần thiết trong rất nhiều lĩnh vực từ tin học,viễn thông, y tế, nhiếp ảnh, điện ảnh… với nhiều nhu cầu như vậy việc

điều chỉnh để thích ứng là rất cần thiết.

- Từ việc lưu trữ bằng băng từ sang đĩa từ (floppy disk, hard disk), đĩa quangrồi đến bộ nhớ SSD và lưu trữ đám mây Các nhà khoa học, các tập đoànluôn tìm cách nghiên cứu và sáng tạo ra những hình thức lưu trữ khác nhau

đề đáp ứng nhu cầu phong phú của con người trong mọi lĩnh vực

Ổ cứng được cải tiến qua thời gian để đáp ứng nhu cầu lưu trữ dữ liệu của con người tạo ra

V Nguyên tắc của phép dùng vào việc khác - PUT.

- Thiết bị lưu trữ tồn tại trong rất nhiều sản phẩm với nhu cầu và đối tượng phục vụ rất đa dạng và phong phú.

- Cùng một sản phẩm thẻ nhớ, nếu tích hợp vào máy đo huyết áp, nó có côngdụng lưu trữ thông tin của người bệnh, cung cấp thông tin cho bác sỹ điều trị.Nhưng nếu tích hợp vào máy tính bảng, nó phục vụ cho người dùng lưu trữ

dữ liệu, khai thác thông tin để phục vụ công việc, học tập, vui chơi - giảitrí…

VI Nguyên tắc của phép hạn chế /loại bỏ - ELIMINATE.

- Trong quá trình nghiên cứu và phát triển thiết bị lưu trữ dữ liệu, các thành phần

bên trong ổ đĩa cứng được cải tiến và thay đổi rất nhiều Các nhà sản xuất đã thu nhỏ kích thước của ổ đĩa, loại bỏ bớt tấm đĩa, tăng mật độ lưu trữ lên các bề mặt

để tăng khả năng lưu trữ, giảm kích thước, trọng lượng và độ tiêu hao năng

lượng nhằm cho ra những sản phẩm tốt hơn, dung lượng lớn hơn và tiết kiệm hơn

- Một ví dụ khác trong quá trình phát triển công nghệ lưu

trữ thể hiện nguyên tắc Eliminate là ổ đĩa quang Ổ

quang được thiết kế nhằm tăng tính cơ động nên đã

tách thành hai phần: phần ổ đĩa và tấm đĩa rời để dễ

dàng di chuyển, phân phối

VII Nguyên tắc của phép tái cấu trúc /đảo ngược

- REARRANGE /REVERSE

- Hệ thống lưu trữ đám mây phát triển để khắc phục những nhược điểm đang tồntại ở những hình thức lưu trữ cục bộ, truyền thống

- Bằng việc sắp xếp có hệ thống những thiết bị lưu trữ chuyên dùng, các công ty

như Amazon, Google, Microsoft, Dropbox… cung cấp cho người dùng các dịch

vụ lưu trữ - điện toán đám mây cùng các phương tiện để khai thác các dịch vụ đóvới chi phí thấp, nhanh, tiện dụng và an toàn

- Đối tượng phục vụ rất đa dạng, từ người dùng cá nhân đến doanh nghiệp đều cóthể khai thác những tính năng và ưu điểm nổi bật của hệ thống

- Hệ thống lưu trữ đám mây và điện toán phát triển kéo theo nhiều sản phẩm sángtạo được tạo ra để khai thác dịch vụ hiện có như máy tính của Google với hệ điềuhành ChromeOS, Game thực tế ảo, hệ thống giám sát thông minh…