MÁY VI TÍNH

Đôi khi, phát minh chỉ là vấn đề thời điểm. Một ý tưởng lớn sẽ xuất hiện vào đúng thời điểm có những công nghệ thích hợp để thực hiện nó. Chẳng hạn, ý tưởng đưa người lên mặt trăng được đề xuất ngay khi sự tiến bộ của vi mạch đạt tới trình độ có thể đưa các hệ thống điều khiển bằng máy vi tính vào trong chóp mũi của tên lửa. Tuy nhiên lại có những trường hợp khác, khi mà thời điểm không phù hợp. Charles Babbage xuất bản bài viết về một chiếc máy vi tính tinh vi vào năm 1837, thế nhưng phải đến 100 năm sau mới có đủ các tiến bộ công nghệ cần thiết để tạo ra nó.

Trong số đó, có những tiến bộ trông khá tầm thường, nhưng sự phát triển không chỉ đến từ những bước nhảy vọt mà còn từ hàng trăm các bước tiến nhỏ. Hãy lấy ví dụ về những tấm thẻ đục lỗ, giống như những tấm thẻ mà Babbage nhìn thấy trên chiếc máy dệt Jacquard và nảy ra ý tưởng ứng dụng chúng vào Máy Giải tích của mình. Việc ứng dụng những chiếc thẻ đục lỗ cho máy vi tính đã diễn ra nhờ Herman Hollerith, một nhân viên của Cục Thống kê Dân số Mỹ, quá kinh hoàng khi phát hiện ra rằng đã phải mất gần tám năm để lập bảng cho đợt điều tra dân số năm 1880 bằng phương pháp thủ công, ông quyết tâm tự động hóa quá trình tính toán của đợt điều tra năm 1890.

Dựa theo cách những người bán vé xe lửa bấm lỗ tại các vị trí khác nhau của một tấm vé để chỉ ra đặc điểm của từng hành khách (giới tính, chiều cao ước lượng, tuổi tác, màu tóc), Hollerith đã chế tạo những chiếc thẻ đục lỗ gồm 12 hàng và 24 cột ghi các dữ kiện nổi bật về từng người trong cuộc điều tra dân số. Những tấm thẻ sẽ trượt giữa một lưới các giọt thủy ngân và một bộ những chiếc kim được đẩy ra bởi lò xo, từ đó tạo ra một mạch dẫn điện ở bất cứ chỗ nào có lỗ hổng trên thẻ. Chiếc máy có thể lập bảng không chỉ tổng số thô đơn giản mà cả sự kết hợp của nhiều đặc điểm khác nhau, như số lượng nam giới đã kết hôn hay số lượng phụ nữ được sinh ra ở nước ngoài. Với các máy lập bảng của Hollerith, cuộc điều tra dân số năm 1890 đã được hoàn thành chỉ trong một năm thay vì tám năm như trước. Đó là ứng dụng lớn đầu tiên của các mạch điện trong việc xử lý thông tin. Hollerith đã thành lập công ty và sau nhiều lần sáp nhập rồi mua lại, năm 1924 nó trở thành tập đoàn International Business Machines, gọi tắt là IBM.

Có một cách nhìn nhận về sự sáng tạo là coi đó như sự tích lũy của hàng trăm tiến bộ nhỏ lẻ, chẳng hạn những chiếc máy đếm và máy đọc thẻ đục lỗ. Ở những nơi như IBM, vốn chuyên về sự cải tiến do các đội ngũ kỹ sư tạo ra hàng ngày, đây là cách thức ưa dùng để tìm hiểu bản chất của sáng tạo. Một số công nghệ quan trọng nhất trong thời đại chúng ta, như kỹ thuật khoan thủy lực đã và đang được phát triển trong sáu thập niên qua để khai thác khí đốt tự nhiên, vốn ra đời từ vô số các phát minh nhỏ cũng như từ một vài bước nhảy có tính đột phá.

Với trường hợp của máy vi tính, có rất nhiều sự cải tiến nhỏ như vậy được tạo ra bởi những kỹ sư vô danh ở những nơi như IBM. Nhưng điều đó vẫn chưa đủ. Mặc dù những chiếc máy do IBM sản xuất vào đầu thế kỷ XX có thể tổng hợp dữ liệu, nhưng chúng vẫn chưa được gọi là máy vi tính. Chúng thậm chí còn chưa phải là những chiếc máy tính toán đặc biệt thông minh. Chúng vẫn chưa hiệu quả. Ngoài hàng trăm tiến bộ nhỏ đó, sự ra đời của thời đại máy vi tính còn đòi hỏi những bước nhảy vọt lớn hơn nữa về trí tưởng tượng từ những con người sáng tạo có tầm nhìn xa trông rộng.

Kỹ thuật số đánh bại kỹ thuật tương tự

Các cỗ máy do Hollerith và Babbage thiết kế là máy kỹ thuật số, nghĩa là chúng tính toán bằng cách sử dụng các chữ số: các số nguyên rời rạc và riêng biệt như 0, 1, 2, 3. Trong các cỗ máy của họ, những số nguyên được thêm bớt bằng cách sử dụng các chốt và bánh xe có thể nhấn vào một chữ số ở một thời điểm, giống như những máy đếm. Một cách tính toán khác là xây dựng các thiết bị có thể bắt chước hay mô phỏng một hiện tượng vật lý và sau đó thực hiện các phép đo trên mô hình tương tự để tính toán các kết quả liên quan. Chúng được gọi là máy vi tính kỹ thuật tương tự vì xử lý bằng tín hiệu tương tự. Máy vi tính kỹ thuật tương tự không dựa trên các số nguyên riêng biệt để tính toán; thay vào đó, chúng sử dụng các hàm liên tục. Trong máy vi tính kỹ thuật tương tự, một đại lượng biến số như điện áp, vị trí của dây ròng rọc, áp suất thủy lực hoặc một phép đo khoảng cách được đại diện bởi một đại lượng tương tự cho những độ lớn tương ứng của bài toán cần được giải quyết. Một chiếc thước trượt là kỹ thuật tương tự; một chiếc bàn tính là kỹ thuật số. Những đồng hồ với các kim quay là kỹ thuật tương tự, còn những đồng hồ có các số hiển thị là kỹ thuật số.

Vào thời điểm Hollerith xây dựng máy lập bảng kỹ thuật số, hai trong số các nhà khoa học lỗi lạc nhất của nước Anh là Nam tước Kelvin và anh trai James Thomson cũng tạo ra một chiếc máy kỹ thuật tương tự. Nó được thiết kế để xử lý công việc giải những phương trình vi phân tẻ nhạt nhằm hỗ trợ quá trình xây dựng các biểu đồ thủy triều [10] và những bảng hiển thị các góc bắn để tạo ra những quỹ đạo khác nhau của đạn pháo. Bắt đầu từ những năm 1870, hai anh em Thomson đã tạo ra một hệ thống dựa trên diện tích kế, công cụ có thể đo diện tích của một hình dạng hai chiều, chẳng hạn như không gian trong một đường cong trên một mảnh giấy. Người dùng sẽ lấy thiết bị này vạch theo đường cong, thiết bị sẽ tính toán diện tích bằng cách sử dụng một quả cầu nhỏ được từ từ đẩy ngang trên bề mặt của một đĩa quay lớn. Bằng cách tính toán diện tích dưới đường cong, nó có thể giải các phương trình bằng cách tích phân – nói cách khác, nó có thể giải một bài toán giải tích cơ bản. Kelvin và anh trai có thể sử dụng phương pháp này để thiết kế nên một “bộ tổng hợp hài hòa”, có thể tạo ra một biểu đồ thủy triều thường niên trong vòng bốn giờ. Nhưng họ đã không khắc phục được những khó khăn về mặt cơ học để liên kết nhiều thiết bị cùng lúc nhằm giải các phương trình có rất nhiều biến số.

Phải đến năm 1931, thách thức liên kết nhiều máy tích phân với nhau mới được giải quyết khi một Giáo sư ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), Vannevar Bush – hãy nhớ cái tên này, vì đây sẽ là một nhân vật chính trong cuốn sách – tạo ra chiếc máy vi tính điện cơ kỹ thuật tương tự đầu tiên trên thế giới. Bush gọi chiếc máy của mình là Máy Phân tích Vi sai. Nó bao gồm sáu bộ tích phân dạng đĩa và bánh xe (không khác lắm máy của Nam tước Kelvin) được nối với nhau bởi một loạt các bánh răng, ròng rọc, và trục quay bằng động cơ điện. Thật may là Bush làm việc tại MIT, bởi ở đây có rất nhiều người có thể lắp ráp và hiệu chỉnh những cỗ máy phức tạp. Cỗ máy hoàn chỉnh cuối cùng có kích thước bằng một phòng ngủ nhỏ, có thể giải các phương trình lên tới 18 biến độc lập. Trong thập kỷ tiếp theo, các phiên bản Máy Phân tích Vi sai của Bush được nhân rộng tại khu thử nghiệm Aberdeen ở Maryland của quân đội Mỹ, trường Kỹ thuật Điện Moore tại Đại học Pennsylvania, các trường Đại học Manchester và Cambridge ở Anh. Những chiếc máy này tỏ ra đặc biệt hữu ích trong việc tạo ra các bảng bắn pháo [11] cũng như trong việc đào tạo và truyền cảm hứng cho thế hệ các nhà tiên phong tiếp theo trong lĩnh vực máy vi tính.

Tuy nhiên, chiếc máy của Bush lại không có cơ duyên được trở thành một bước tiến lớn trong lịch sử máy tính bởi nó là một thiết bị kỹ thuật tương tự. Thực ra, nó lại là hơi thở cuối cho điện toán kỹ thuật tương tự, ít nhất là trong nhiều thập kỷ.

Các phương pháp tiếp cận, những công nghệ và lý thuyết mới bắt đầu xuất hiện vào năm 1937, đúng 100 năm sau khi Babbage lần đầu công bố bài viết về Máy Giải tích. Năm 1937 trở thành một năm kỳ tích của thời đại máy vi tính, với thành tựu là sự lên ngôi của bốn khái niệm có mối tương quan tương đối với nhau, và cũng là những yếu tố sẽ định nghĩa nên ngành tin học hiện đại:

KỸ THUẬT SỐ. Một đặc điểm cơ bản của cuộc cách mạng máy vi tính là nó dựa trên các máy tính kỹ thuật số chứ không dựa trên máy tính kỹ thuật tương tự. Điều này bắt nguồn từ nhiều lý do mà chúng ta sẽ sớm được biết sau đây, trong đó bao gồm những tiến bộ đồng thời về lý thuyết logic học, các bảng mạch và những bộ chuyển mạch đóng-mở điện tử, tất cả đã góp phần giúp phương pháp kỹ thuật số gặt hái được nhiều thành quả hơn so với kỹ thuật tương tự. Phải đến tận những năm 2010, với mong muốn mô phỏng bộ não con người, các nhà khoa học máy vi tính mới bắt đầu nghiêm túc tìm cách hồi sinh điện toán kỹ thuật tương tự.

NHỊ PHÂN. Các máy vi tính hiện đại không chỉ sử dụng kỹ thuật số mà hệ thống kỹ thuật số của chúng còn sử dụng kỹ thuật nhị phân, hay hệ đếm cơ số 2, tức là hệ đếm này chỉ sử dụng hai số 0 và 1 chứ không phải tất cả mười chữ số trong hệ thập phân chúng ta vẫn dùng hằng ngày. Cũng như nhiều khái niệm toán học khác, lý thuyết nhị phân được Leibniz tiên phong vào cuối thế kỷ XVII. Trong thập niên 1940, người ta ngày càng nhận thấy rõ hệ nhị phân hoạt động tốt hơn so với các hệ số khác, kể cả hệ thập phân, trong việc thực hiện các phép tính logic sử dụng bảng mạch chứa các nút chuyển mạch đóng-mở.

ĐIỆN TỬ. Vào giữa thập niên 1930, kỹ sư người Anh Tommy Flowers là người đầu tiên sử dụng đèn chân không làm công tắc đóng-mở trong các mạch điện tử. Trước đó, các mạch hoạt động dựa vào những bộ chuyển mạch cơ và điện cơ, chẳng hạn như các rơ-le điện từ kêu lách cách được các công ty điện thoại sử dụng. Đèn chân không đến lúc đó được dùng chủ yếu để khuếch đại tín hiệu thay vì làm công tắc đóng-mở. Nhờ vào việc sử dụng các thành phần điện tử như đèn chân không, và sau này là bóng bán dẫn và vi mạch, máy vi tính có thể vận hành nhanh hơn gấp hàng nghìn lần so với những cỗ máy dùng các bộ chuyển mạch điện cơ có thành phần chuyển động.

ĐA CHỨC NĂNG: Cuối cùng, các cỗ máy cũng có thể được lập trình và tái lập trình, thậm chí tự tái lập trình cho nhiều mục đích khác nhau. Chúng sẽ có khả năng giải được không chỉ một dạng phép toán, chẳng hạn như các phương trình vi phân, mà còn có thể xử lý được vô số nhiệm vụ và các thao tác ký hiệu, bao gồm chữ viết, âm nhạc, hình ảnh, con số, và như vậy, chúng đã hiện thực hóa được những tiềm năng mà nữ Bá tước Lovelace từng ca tụng khi miêu tả Máy Phân tích của Babbage.

Sự sáng tạo xảy ra khi những hạt chín trên cây rơi xuống mặt đất màu mỡ. Những bước tiến vĩ đại của năm 1937 không xuất phát từ một nguyên nhân duy nhất mà từ sự kết hợp của những tiềm năng, ý tưởng và nhu cầu xuất hiện đồng thời ở nhiều nơi. Như vẫn thường xảy ra trong biên niên sử các phát minh, đặc biệt là phát minh trong lĩnh vực công nghệ thông tin, thời điểm thích hợp và bầu không khí đã chín muồi. Sự phát triển của đèn chân không dùng trong ngành công nghiệp vô tuyến đã mở đường cho việc tạo ra các mạch điện tử kỹ thuật số. Song song với đó là những tiến bộ trong lý thuyết logic giúp các mạch điện trở nên hữu dụng hơn. Cuộc hành quân này còn được giục giã tăng tốc bởi tiếng trống trận. Khi các quốc gia bắt đầu trang bị vũ khí cho cuộc xung đột đang tới gần thì người ta cũng nhận thấy rõ rằng sức mạnh của máy tính cũng quan trọng không kém hỏa lực. Tiến bộ trước làm nền cho tiến bộ sau, và chúng diễn ra gần như đồng thời và tự nhiên ở Đại học Harvard, MIT, Đại học Princeton, Bell Labs và một căn hộ ở Berlin, thậm chí là ở một nơi ít ai ngờ tới nhưng hết sức thú vị như một tầng hầm ở Ames, bang Iowa.

Nền tảng cho tất cả những tiến bộ này là một số bước nhảy tuyệt vời – mà hẳn Ada sẽ gọi là nên thơ – của toán học. Một trong số những bước nhảy này đã dẫn đến khái niệm chính thức về một chiếc “máy vi tính vạn năng”, một cỗ máy đa năng có thể được lập trình để thực hiện bất kỳ nhiệm vụ logic nào và mô phỏng hành vi của bất kỳ cỗ máy logic nào khác. Nó xuất hiện trong một thí nghiệm tưởng tượng của một nhà toán học tài năng người Anh, mà cuộc đời của ông là một câu chuyện vừa bi thương vừa đầy ắp cảm hứng.

Alan Turing

Xuất thân từ bộ phận nghèo túng trong tầng lớp quý tộc nhỏ [12] của Anh, Alan Turing đã trải qua một tuổi thơ thiếu thốn tình cảm. Dòng họ ông được phong nam tước từ năm 1638, và tước hiệu này đã được cha truyền con nối tới đời một trong những người cháu của ông. Nhưng với những người con trai thứ trong phả hệ như Turing, cha và ông nội của ông thì không được thừa kế đất đai và chỉ có rất ít tài sản. Hầu hết tham gia vào những lĩnh vực như giáo sĩ (như ông của Turing) và quan chức thuộc địa (như cha ông làm một viên chức hành chính nhỏ tại các khu vực xa xôi ở Ấn Độ). Mẹ ông mang thai ông khi ở Chhatrapur, Ấn Độ và hạ sinh ông vào ngày 23 tháng 6 năm 1912 tại London, khi cha mẹ ông đang về nhà nghỉ phép. Lúc ông mới được một tuổi, cha mẹ ông quay lại Ấn Độ trong vài năm nên gửi ông cùng người anh trai cho vợ chồng một viên đại tá quân đội đã nghỉ hưu nuôi dưỡng ở một thị trấn nhỏ cạnh bờ biển phía nam nước Anh. Sau này, John, anh trai ông đã viết: “Tuy không phải là nhà tâm lý học trẻ em, nhưng tôi chắc chắn rằng một đứa trẻ còn đang tuổi ẵm ngửa mà bị tách ra khỏi môi trường sống quen thuộc của nó và bị đặt vào một môi trường xa lạ thì thật tồi tệ.”

Khi mẹ quay trở lại, cậu bé Alan được sống cùng mẹ vài năm rồi sau đó, khi 13 tuổi, ông được gửi đến trường nội trú. Alan thường một mình đạp xe hai ngày trời vượt qua chặng đường hơn 96 km để đến trường. Điều đó đem lại cho ông một cảm xúc cô đơn, được phản ánh qua sở thích chạy và đạp xe đường trường của ông. Alan cũng có một đặc điểm vốn rất phổ biến trong các nhà sáng tạo và nó đã được người viết tiểu sử cho ông, Andrew Hodges, miêu tả lại một cách duyên dáng như sau: “Alan chậm chạp trong việc nhận ra cái ranh giới mơ hồ giữa sáng kiến và sự bất tuân.”

Trong một cuốn hồi ký đầy đau đớn, mẹ ông đã miêu tả về người con trai mà bà hết mực yêu quý như sau:

Alan có vóc người cao lớn, vạm vỡ với một cái cằm vuông vắn đầy cương nghị và mái tóc nâu ngang bướng. Nét nổi bật nhất ở nó là đôi mắt xanh, sâu và trong trẻo. Cái mũi ngắn hơi hếch và khuôn miệng hóm hỉnh khiến nó có vẻ ngoài trẻ trung, đôi khi như trẻ con vậy, đến nỗi khi gần 40 tuổi rồi mà đôi lúc nó vẫn bị nhầm là sinh viên. Về trang phục và thói quen, Alan thường khá xuề xòa. Mái tóc thường xuyên để quá dài với lọn tóc mái lòa xòa rủ xuống trán mà nó hay hất đầu đưa tóc ngược ra sau… Alan khá lơ đãng và mơ màng, dễ đắm chìm trong những suy nghĩ của riêng mình. Điều đó đôi khi khiến nó có vẻ khó gần… Thỉnh thoảng, sự nhút nhát biến nó thành người rất vụng về…. Thực ra, Alan cho rằng sự cô lập của một tu viện thời trung cổ sẽ phù hợp với mình hơn.

Ở trường nội trú Sherborne, ông nhận ra mình là người đồng tính. Ông phải lòng Christopher Morcom, một bạn học cùng trường có mái tóc vàng và vóc người mảnh khảnh mà ông học chung môn toán và thường cùng thảo luận về triết học. Nhưng vào mùa đông trước khi tốt nghiệp, Morcom đột ngột qua đời vì bệnh lao. Sau đó, Turing viết cho mẹ của Morcom: “Cháu tôn thờ mặt đất nơi cậu ấy bước chân qua – điều mà cháu đã không hề cố gắng che đậy, rất tiếc khi phải nói như vậy.” Trong một lá thư gửi mẹ mình, dường như Turing muốn tìm kiếm sự an ủi bằng niềm tin rằng: “Con cảm thấy mình sẽ được gặp lại Morcom ở một nơi nào đó, và ở đó sẽ có việc cho chúng con cùng làm với nhau, giống như con từng tin rằng có việc cho chúng con làm ở đây. Bây giờ, vì chỉ còn lại một mình con làm việc đó, con sẽ không để cho cậu ấy thất vọng. Nếu thành công, con sẽ xứng đáng được ở bên cậu ấy hơn là bây giờ.” Nhưng bi kịch này rốt cuộc đã hủy hoại đức tin tôn giáo của Turing. Nó cũng khiến ông càng sống hướng nội hơn, và ông không bao giờ còn cảm thấy dễ dàng xây dựng những mối quan hệ thân mật khác nữa. Vào lễ Phục sinh năm 1927, người phụ trách ký túc xá thông báo tình hình cho cha mẹ ông: “Phải thừa nhận rằng cậu ấy không phải là một chàng trai ‘bình thường’. Tuy không quá tệ, nhưng có lẽ cậu ấy sẽ vì thế mà kém hạnh phúc hơn.”

Trong năm học cuối tại Sherborne, Turing giành được học bổng của Đại học King ở Cambridge, và năm 1931, ông tới đây để theo học chuyên ngành toán học. Turing dùng một phần số tiền thưởng của mình để mua ba cuốn sách, trong đó có cuốn The Mathematical Foundations of Quantum Mechanics (Nền tảng toán học của cơ học lượng tử) của John von Neumann, một nhà toán học thú vị người Mỹ gốc Hungary, và trên cương vị một nhà tiên phong trong lĩnh vực thiết kế máy vi tính, là người sẽ có ảnh hưởng lâu dài trong cuộc đời Turing. Turing đặc biệt quan tâm tới phần toán trọng tâm của vật lý lượng tử, trong đó mô tả các sự kiện ở cấp độ hạ nguyên tử bị điều khiển bởi những xác suất thống kê thay vì những định luật chắc chắn. Ông đã tin (ít nhất là khi còn trẻ) rằng chính sự không chắc chắn và tính bất định ở cấp độ hạ nguyên tử này cho phép con người thực hiện được ý chí tự do [13] – một đặc điểm mà nếu đúng thì dường như sẽ có thể giúp phân biệt con người với máy móc. Nói cách khác, vì sự kiện ở cấp độ hạ nguyên tử là không được quyết định trước, nên điều đó mở đường cho việc những suy nghĩ và hành động của chúng ta cũng không được quyết định trước. Như ông đã giải thích trong một bức thư gửi cho mẹ của Morcom:

Trước đây, trong khoa học người ta tin rằng nếu biết mọi thứ về vũ trụ vào bất kỳ thời điểm cụ thể nào đó, thì khi đó chúng ta có thể dự đoán được vũ trụ trong tương lai. Thực ra, ý tưởng này xuất phát từ những thành công to lớn trong ngành dự báo thiên văn. Tuy nhiên, khoa học hiện đại đã đi đến kết luận rằng khi nghiên cứu các nguyên tử và electron, chúng ta hoàn toàn không thể biết được tình trạng chính xác của chúng, vì các công cụ của chúng ta cũng được cấu thành từ chính bản thân các nguyên tử và electron. Như vậy, quan niệm về việc có thể biết được tình trạng chính xác của vũ trụ cần phải giảm xuống ở quy mô nhỏ. Nghĩa là cũng cần phải giảm quy mô của lý thuyết cho rằng bởi vì thiên thực [14], v.v… được quyết định từ trước nên tất cả các hành động của chúng ta cũng vậy. Chúng ta có một ý chí có thể quyết định hành động của các nguyên tử trong một phần nhỏ của não bộ hay trên toàn thể bộ não.

Trong suốt phần đời còn lại của mình, Turing sẽ trăn trở với câu hỏi liệu tâm trí con người có khác một cách cơ bản với một cỗ máy tất định hay không, và ông sẽ dần đi tới kết luận rằng sự khác biệt ở đây không được rõ ràng như ông đã nghĩ.

Turing cũng có khuynh hướng tin rằng có nhiều vấn đề toán học cũng không thể được giải quyết bằng con đường cơ học và được ấn định là phải bị bao trùm dưới tấm áo choàng bất định, giống như việc tính không chắc chắn tồn tại khắp phạm trù hạ nguyên tử. Vào thời điểm này, các nhà toán học chủ yếu tập trung vào những vấn đề về tính hoàn chỉnh và thống nhất của các hệ thống logic, một phần do ảnh hưởng từ David Hilbert, một thiên tài ở Đại học Göttingen, Đức, người đã có nhiều thành tựu nổi bật, trong đó có công thức toán học của thuyết tương đối tổng quát được đưa ra cùng thời điểm với Einstein.

Trong một hội nghị năm 1928, Hilbert đã đặt ra ba câu hỏi cơ bản về bất kỳ hệ thống chính thức nào của toán học: (1) Tập hợp các định lý của nó có hoàn thiện không, sao cho chỉ cần sử dụng các định lý trong hệ thống là có thể chứng minh (hay bác bỏ) bất kỳ mệnh đề nào? (2) Nó có thống nhất không, sao cho không mệnh đề nào vừa có thể được chứng minh là đúng lại vừa có thể được chứng minh là sai? (3) Nó có quy trình nào để xác định liệu một mệnh đề cụ thể nào đó là khả chứng không, thay vì để ngỏ khả năng rằng một số mệnh đề (ví dụ, những bài toán đố bướng bỉnh như định lý cuối của Fermat [15], giả thuyết Goldbach [16], hay giả thuyết của Collatz [17]) được ấn định ở phạm trù không thể quyết định? Hilbert cho rằng câu trả lời cho hai câu hỏi đầu tiên là có, còn câu thứ ba cần tranh luận. Ông nói một cách đơn giản: “Không có cái gì gọi là vấn đề bất khả giải cả.”

Trong vòng ba năm, nhà logic học người Mỹ gốc Áo, Kurt Gödel, khi đó 25 tuổi và đang sống cùng mẹ ở thành phố Vienna, đã loại bỏ hai câu hỏi đầu tiên với hai câu trả lời bất ngờ: không và không. Trong “Định lý bất toàn” của mình, Gödel đã chứng minh rằng có tồn tại những mệnh đề không thể chứng minh được, cũng không thể bác bỏ được. Nói một cách đơn giản, trong số đó có những mệnh đề tương tự như những mệnh đề tự quy chiếu, chẳng hạn: “Mệnh đề này là không thể chứng minh.” Nếu mệnh đề này là đúng, thì nó quy định rằng ta không thể chứng minh nó là đúng; nếu nó sai, điều đó cũng sẽ dẫn đến một mâu thuẫn logic. Nó phần nào đó giống với “nghịch lý kẻ nói dối [18]” của người Hy Lạp cổ đại, trong đó tính đúng đắn của câu nói “Mệnh đề này là sai” là bất khả xác định (bởi nếu mệnh đề này đúng, thì nó cũng sai và ngược lại).

Bằng cách đưa ra những mệnh đề không thể chứng minh hay bác bỏ, Gödel chỉ ra rằng bất cứ hệ thống chính thức nào đủ mạnh để diễn đạt toán học thông dụng thì đều không hoàn thiện. Ông cũng có thể đưa ra một định lý đi kèm nữa để trả lời “không” một cách hiệu quả cho câu hỏi thứ hai của Hilbert.

Vậy là còn lại câu hỏi thứ ba của Hilbert, câu hỏi về khả năng quyết định hay theo cách gọi của Hilbert làEntscheidungsproblem (từ tiếng Đức có nghĩa là “Bài toán quyết định”). Mặc dù Gödel đã đưa ra những mệnh đề không thể chứng minh hay bác bỏ, song có lẽ bằng cách nào đó, tập mệnh đề này có thể được xác định và khoanh vùng, như vậy phần còn lại của hệ thống vẫn hoàn chỉnh và thống nhất. Điều đó đòi hỏi chúng ta phải tìm ra phương pháp để quyết định xem liệu một mệnh đề là có thể chứng minh được hay không. Khi Max Newman, Giáo sư toán học xuất chúng của Cambridge, dạy Turing về các câu hỏi của Hilbert, ông diễn giải về Entscheidungsproblem như sau: Liệu có một “quá trình cơ học” nào đó có thể được sử dụng để xác định xem một mệnh đề logic cụ thể là khả chứng hay không?

Turing rất thích khái niệm về “quá trình cơ học”. Vào một ngày mùa hè năm 1935, như thường lệ, ông ra ngoài chạy bộ một mình dọc theo sông Ely. Sau một vài dặm, ông dừng lại nằm xuống nghỉ dưới những cây táo ở đồng cỏ Grantchester để suy nghĩ về một ý tưởng. Có lẽ Turing đã nghĩ đến khái niệm về một “quá trình cơ học” theo đúng nghĩa đen của nó, hình dung trong đầu về một quá trình cơ học – một cỗ máy tưởng tượng – và đưa nó vào giải quyết vấn đề trên.

“Cỗ Máy tính Logic” mà Turing đã hình dung ra (đây chỉ là một thí nghiệm tưởng tượng, không phải là một cỗ máy thực sự được làm ra) thoạt nhìn khá đơn giản, nhưng về mặt lý thuyết, nó có thể xử lý bất kỳ phép tính toán học nào. Nó bao gồm một băng giấy có chiều dài vô hạn chứa các biểu tượng nằm trong các ô vuông; hình dung theo ví dụ nhị phân đơn giản nhất, các biểu tượng này có thể chỉ đơn thuần là một số 1 và một ô trống. Chiếc máy có thể đọc các ký hiệu trên băng giấy và thực hiện những hành vi cụ thể dựa trên “bảng các lệnh” mà nó được cung cấp.

Bảng lệnh sẽ cho cỗ máy biết cần phải làm gì dựa trên bất kỳ cấu hình nào mà nó xuất hiện và biểu tượng nào mà nó tìm thấy (nếu có) trong ô vuông. Ví dụ, bảng lệnh cho một tác vụ cụ thể quy định rằng nếu máy đang ở cấu hình 1 và thấy một số 1 trong ô vuông thì nó phải dịch chuyển một ô vuông sang bên phải và chuyển tới cấu hình 2. Điều ngạc nhiên đối với chúng ta (mà thậm chí có lẽ là đối với cả Turing nữa) là một cỗ máy như vậy, khi được cung cấp bảng lệnh phù hợp, có thể thực hiện bất kỳ nhiệm vụ toán học nào dù phức tạp đến mấy.

Cỗ máy tưởng tượng này có thể trả lời câu hỏi thứ ba của Hilbert – Bài toán quyết định – như thế nào? Turing tiếp cận vấn đề bằng cách tinh chỉnh lại khái niệm về “các số khả tính”. Bất kỳ số thực nào được định nghĩa theo một định lý toán học đều có thể được tính toán bằng cỗ Máy tính Logic. Thậm chí một số vô tỷ như số π cũng có thể được tính toán vô hạn bằng cách sử dụng một bảng lệnh hữu hạn. Điều đó cũng đúng với logarit của 7, căn bậc hai của 2 hay dãy số Bernoulli mà Ada Lovelace đã góp phần đưa ra giải thuật, hoặc bất kỳ số hay chuỗi số nào dù khó tính toán đến đâu, miễn là cách tính của nó được xác định bằng một tập hữu hạn các quy tắc. Tất cả những số này, theo cách nói của Turing, gọi là “các số khả tính”.

Tiếp theo, Turing chứng minh sự tồn tại của các số bất khả tính. Điều này có liên quan đến cái mà ông gọi là “bài toán dừng”. Ông chỉ ra rằng không có phương pháp nào để xác định trước liệu một bảng lệnh bất kỳ kết hợp với một tập dữ liệu đầu vào bất kỳ sẽ khiến cỗ máy đưa ra một câu trả lời hay sẽ sa vào một vòng lặp và cứ thế tiếp tục quay vòng một cách vô hạn, chẳng đi đến kết quả nào cả. Turing chỉ ra rằng, tính bất khả giải của bài toán dừng có nghĩa là bài toán quyết định (hay Entscheidungsproblem của Hilbert) cũng không thể giải được. Dù Hilbert có hy vọng gì đi chăng nữa thì cũng không có một quy trình cơ học nào có thể xác định tính khả chứng của mọi mệnh đề toán học. Lý thuyết bất toàn của Gödel, sự bất định của cơ học lượng tử và câu trả lời của Turing cho câu hỏi thứ ba của Hilbert – tất cả đã đặt dấu chấm hết cho một vũ trụ cơ học, tất định và có thể dự đoán được.

Bài viết của Turing được xuất bản năm 1937 với tiêu đề không mấy hấp dẫn: On Computable Numbers with an Application to the Entscheidungsproblem (Về các số khả tính và ứng dụng vào Bài toán quyết định). Câu trả lời của ông cho câu hỏi thứ ba của Hilbert rất hữu ích đối với sự phát triển của lý thuyết toán học. Nhưng quan trọng hơn là sản phẩm phụ trong chứng minh của Turing: khái niệm của ông về một Cỗ Máy Tính Logic mà không lâu sau đó sẽ được biết đến với cái tên Máy Turing. Ông tuyên bố trong bài viết trên: “Chúng ta có thể phát minh ra một chiếc máy độc lập để tính toán bất cứ chuỗi khả tính nào.” Một chiếc máy như vậy có thể đọc các lệnh của một cỗ máy bất kỳ khác và thực hiện mọi nhiệm vụ mà máy móc có thể làm. Về bản chất, nó là hiện thân cho ước mơ của Charles Babbage và Ada Lovelace về một cỗ máy phổ dụng thực sự vạn năng.

Đối với Entscheidungsproblem, có một cách giải khác, không hay bằng và cũng có cái tên vụng về hơn gọi là “phép tính lambda [19] chưa xác định” được Alonzo Church, một nhà toán học ở Princeton, công bố vào thời điểm trước đó trong cùng năm. Vì vậy, Max Newman, Giáo sư của Turing, cho rằng Turing nên tới Princeton để học với Church. Trong thư giới thiệu, Newman đã nói về tiềm năng lớn của Turing. Căn cứ vào tính cách của Turing, ông còn bổ sung một lời thỉnh cầu cá nhân: “Cậu ấy đã làm việc mà không cần đến bất kỳ sự giám sát hay phê bình của ai. Vì vậy phải để cậu ấy tiếp xúc càng sớm càng tốt với những chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực này, có như vậy thì cậu ấy mới không trở thành một kẻ cô độc kinh niên.”

Quả đúng là Turing có xu hướng sống cô độc. Thiên hướng đồng tính khiến ông đôi khi cảm thấy mình như kẻ đứng ngoài; ông sống một mình và tránh tất cả những mối quan hệ cá nhân gần gũi. Một lần, Turing cầu hôn với một đồng nghiệp nữ, nhưng sau đó, ông cảm thấy cần phải nói với cô rằng mình là người đồng tính; cô gái không hề bối rối và vẫn sẵn sàng kết hôn, nhưng ông cho đó là một sự giả tạo và quyết định không tiến thêm. Tuy nhiên, Turing đã không trở thành “một kẻ cô độc kinh niên”, ông học cách làm việc theo nhóm với các cộng tác viên, và đó là chìa khóa giúp các lý thuyết trừu tượng của ông được áp dụng trong những phát minh thực tế và hữu hình.

Vào tháng 9 năm 1936, trong khi chờ đăng tải bài viết nêu trên, ứng cử viên Tiến sĩ 24 tuổi sang Mỹ trên khoang hạng chót của chiếc tàu thủy già nua RMS Berengaria, mang theo một chiếc máy lục phân bằng đồng quý giá. Văn phòng của ông ở Princeton nằm trong tòa nhà khoa toán, khi đó cũng là cơ sở của Viện Nghiên cứu Cao cấp, nơi mà Einstein, Gödel và von Neumann thường đăng đàn. Von Neumann, một người rất lịch lãm và hòa đồng, tỏ ra đặc biệt quan tâm đến công trình của Turing, mặc dù tính cách họ rất khác nhau.

Những thay đổi lớn và những tiến bộ đồng thời trong năm 1937 không chịu sự ảnh hưởng trực tiếp từ luận án của Turing. Thực ra, ban đầu bài viết này còn ít được chú ý đến. Turing nhờ mẹ gửi các bản in lại của bài viết cho triết gia kiêm nhà toán học Bertrand Russell và hơn 10 học giả nổi tiếng khác, nhưng nhận xét quan trọng duy nhất là của Alonzo Church, người có đủ khả năng để ca ngợi Turing vì bản thân ông đã đi trước Turing trong việc giải bài toán quyết định của Hilbert. Church không chỉ tỏ ra hào phóng, ông còn chủ động đề xuất tên gọi “Máy Turing” cho cái mà Turing gọi là Cỗ Máy Tính Logic. Vậy là ở tuổi 24, tên của Turing đã được đóng dấu vĩnh viễn lên một trong những ý tưởng quan trọng nhất của thời đại kỹ thuật số.

Claude Shannon và George Stibitz tại Bell Labs

Trong năm 1937 còn có một bước đột phá khác về lý thuyết có ảnh hưởng sâu rộng và giống với bước đột phá của Turing ở chỗ, nó cũng thuần túy là một thí nghiệm tưởng tượng. Đó là công trình nghiên cứu của Claude Shannon, một sinh viên cao học ở MIT. Năm đó, Shannon đã nộp bản luận án Thạc sĩ có tầm ảnh hưởng nhất mọi thời đại mà sau này tạp chí Scientific American gọi là “Đại hiến chương của thời đại thông tin.”

Shannon lớn lên ở một thị trấn nhỏ của bang Michigan, tại đây, ông đã chế tạo những chiếc máy bay mô hình và các đài radio nghiệp dư. Sau đó, ông theo học chuyên ngành kỹ thuật điện và toán học ở Đại học Michigan. Trong năm học cuối, trên bảng tin của trường có mục tuyển trợ tá làm việc tại MIT dưới sự chỉ đạo của Vannevar Bush để hỗ trợ vận hành Máy Phân tích Vi sai, Shannon gửi đơn xin việc và được nhận. Shannon bị mê hoặc bởi cỗ máy này, nhưng ông không mấy để ý tới những cần quay, ròng rọc và bánh răng tạo nên các thành phần kỹ thuật tương tự, mà quan tâm nhiều hơn những công tắc rơ-le điện từ, một phần của mạch điều khiển trong cỗ máy. Khi tín hiệu điện khiến những công tắc này đóng hoặc mở, chúng tạo ra những mô hình mạch khác nhau.

Mùa hè năm 1937, Shannon tạm ngừng công việc ở MIT và đến làm việc tại Bell Labs, một cơ sở nghiên cứu do công ty viễn thông ATT điều hành, khi đó được đặt tại làng Greenwich, Manhattan, trên bờ sông Hudson. Nơi đây là thiên đường để biến các ý tưởng thành những phát minh. Tại đây, lý thuyết trừu tượng giao thoa với những vấn đề thực tiễn, và trong các hành lang, những quán cà phê, các nhà lý thuyết lập dị đứng ngồi xen lẫn cùng những kỹ sư tay nghề cao, những thợ cơ khí thô kệch và những chuyên gia giải quyết vấn đề chuyên nghiệp – bầu không khí này đã khích lệ sự giao hòa giữa lý thuyết và kỹ thuật. Điều đó đã biến Bell Labs trở thành hình mẫu lý tưởng của một trong những nền móng quan trọng nhất đối với sự sáng tạo của thời đại kỹ thuật số, nơi mà sử gia khoa học Peter Galison của Harvard gọi là một “khu trao đổi”. Khi những nhà thực hành và những nhà lý luận vốn khác nhau như mặt trăng với mặt trời xích lại gần nhau, họ học được cách tìm ra một thứ ngôn ngữ chung để trao đổi các ý tưởng và thông tin.

Ở Bell Labs, Shannon được tận mắt chứng kiến sức mạnh kỳ diệu của các mạch trong hệ thống điện thoại, vốn sử dụng những công tắc điện để điều hướng các cuộc gọi và cân bằng tải. Ông bắt đầu liên hệ cách thức vận hành của các mạch này với một đối tượng khác mà ông cảm thấy thích thú, đó là hệ thống logic đã được nhà toán học người Anh George Boole phát biểu cách đó 90 năm. Boole đã cách mạng hóa logic bằng việc tìm ra những phương pháp trình bày các mệnh đề logic bằng biểu tượng và phương trình. Ông gán cho các mệnh đề đúng giá trị 1 và mệnh đề sai giá trị 0. Khi đó, có thể dùng các mệnh đề này để biểu diễn các phép toán logic – như và, hoặc, không (đảo), hoặc/hoặc (loại trừ) và nếu/thì – như thể chúng là những phương trình toán học.

Shannon phát hiện ra rằng các mạch điện có thể thực hiện những phép toán logic này bằng cách sắp đặt các công tắc đóng-mở. Ví dụ, để thực hiện hàm và, có thể đặt hai công tắc liên tiếp sao cho cả hai phải đóng cho dòng điện chạy qua. Để thực hiện hàm hoặc, có thể đặt các công tắc song song với nhau để dòng điện sẽ chạy qua nếu một trong hai công tắc đóng. Những công tắc linh hoạt hơn một chút (được gọi là các cổng logic) có thể tổ chức cả quá trình. Hay nói cách khác, ta có thể thiết kế một mạch bao gồm nhiều rơ-le và cổng logic có khả năng thực hiện từng bước một chuỗi các tác vụ logic.

(“Rơ-le” đơn giản là một công tắc có thể được đóng và mở bằng điện, chẳng hạn như bằng cách sử dụng một nam châm điện. Những rơ-le đóng mở đôi khi được gọi là điện cơ vì chúng có các bộ phận chuyển động. Cũng có thể dùng các đèn chân không và bóng bán dẫn làm công tắc trong một mạch điện; chúng được gọi là điện tử vì chúng điều khiển dòng các electron mà không cần sự di chuyển của một bộ phận vật lý nào. “Cổng logic” là một công tắc có thể có một hay nhiều đầu vào. Ví dụ, trong trường hợp có hai đầu vào, một cổng logic và sẽ mở (ON) nếu cả hai dữ liệu đầu vào xuất hiện, còn một cổng logic hoặc sẽ mở (ON) nếu một trong hai dữ liệu vào xuất hiện. Phát hiện của Shannon là có thể nối những cổng logic này trong các mạch và có thể thực hiện được những tác vụ trong đại số logic của Boole.)

Khi Shannon trở lại MIT vào mùa thu, Bush rất thích thú với các ý tưởng của ông và thúc giục ông đưa chúng vào luận án Thạc sĩ của mình. Với tiêu đề A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits (Một phân tích tượng trưng về rơ-le và các mạch chuyển đổi), luận án đã chỉ ra từng hàm một trong rất nhiều hàm của đại số Bool có thể được thực hiện ra sao. Cuối cùng, ông kết luận: “Có thể thực hiện các phép toán phức tạp bằng các mạch rơ-le.” Điều này đã trở thành khái niệm nền tảng cho tất cả các máy vi tính kỹ thuật số.

Các ý tưởng của Shannon cũng thu hút Turing vì chúng vừa vặn liên quan đến ý tưởng mà ông vừa công bố về một cỗ máy vạn năng có thể dùng những lệnh đơn giản được biểu thị bằng mã nhị phân để giải quyết những vấn đề không chỉ trong toán học mà cả trong logic học. Ngoài ra, vì logic liên quan đến cách tư duy của não bộ con người nên về lý thuyết, một cỗ máy thực hiện được những nhiệm vụ logic có thể bắt chước cách tư duy của con người.

Cũng làm việc tại Bell Labs vào thời điểm đó có nhà toán học George Stibitz, công việc của ông là tìm ra các phương pháp xử lý những phép tính toán ngày càng phức tạp theo yêu cầu của các kỹ sư điện thoại. Công cụ duy nhất mà ông có là những chiếc máy cộng cơ học để bàn, vì thế ông quyết định phát minh một thiết bị tốt hơn dựa trên ý tưởng của Shannon rằng các mạch điện có thể thực hiện các tác vụ toán học và logic. Một đêm muộn vào tháng 11, ông vào nhà kho để lấy về nhà một số rơ-le điện từ và bóng đèn cũ. Ngay trên chiếc bàn ăn trong bếp, ông lắp các bộ phận này vào một hộp thiếc đựng thuốc lá và một số công tắc để tạo ra một mạch logic đơn giản có thể cộng các số nhị phân. Một bóng đèn sáng biểu thị số 1 và một bóng đèn không sáng biểu thị số 0. Vợ ông đặt tên cho mô hình này là “K-Model” (Mô hình K) theo tên của chiếc bàn ăn. Ngày hôm sau, ông mang nó đến phòng làm việc và thuyết phục các đồng nghiệp rằng nếu có đủ rơ-le thì ông có thể tạo ra một chiếc máy tính.

Một sứ mệnh quan trọng của Bell Labs là tìm ra phương pháp để khuếch đại tín hiệu thoại qua những khoảng cách dài, đồng thời lọc bỏ các tạp nhiễu tĩnh. Những kỹ sư có công thức để xử lý biên độ và pha của tín hiệu, và để giải các phương trình của họ, đôi khi cần đến những số phức (những số có một thành phần ảo đại diện cho căn bậc hai của một số âm). Người phụ trách của Stibitz hỏi ông rằng, liệu chiếc máy mà ông đề xuất có thể xử lý số phức hay không. Khi ông nói nó có thể, họ cử một nhóm đến giúp ông chế tạo chiếc máy. Máy tính Số phức, tên gọi của chiếc máy đó, đã được hoàn thành vào năm 1939. Chiếc máy có hơn 400 rơ-le, mỗi rơ-le có thể đóng mở 20 lần trong một giây. Điều đó khiến cho nó vừa rất nhanh so với các máy tính cơ, vừa trông rất kỳ quặc so với các mạch điện tử dùng đèn chân không vừa được sáng chế. Máy vi tính của Stibitz không lập trình được, nhưng nó cho thấy tiềm năng một mạch rơ-le có thể giải toán nhị phân, xử lý thông tin và các hàm logic.

Howard Aiken

Cũng trong năm 1937, Howard Aiken – một nghiên cứu sinh ở Harvard cũng chật vật xử lý các phép tính dài dòng và mệt mỏi bằng máy cộng để làm luận án vật lý. Khi ông thuyết phục nhà trường chế tạo một chiếc máy vi tính tinh vi hơn để làm công việc đó, vị trưởng khoa của ông nói rằng trên tầng gác mái trung tâm khoa học của Harvard có một số bánh xe bằng đồng từ một thiết bị 100 năm tuổi có vẻ gần giống như thứ mà ông cần. Khi tìm kiếm trên tầng gác mái, Aiken tìm thấy một trong sáu mô hình trình diễn Máy Sai phân của Charles Babbage được con trai ông là Henry sản xuất và phân phối. Phát hiện này khiến Aiken quan tâm tới Babbage và ông chuyển bộ bánh xe bằng đồng vào phòng làm việc của mình. Sau này, ông nhớ lại: “Chắc chắn là tôi đã có hai trong số những bánh xe của Babbage. Đây là những bánh xe mà sau này tôi đã lắp đặt vào thân máy vi tính.”

Mùa thu năm đó, trong khi Stibitz đang chế tạo mô hình ở bàn ăn trong nhà bếp, Aiken viết một bản ghi nhớ dài 22 trang gửi cho các lãnh đạo ở Harvard và IBM, đề xuất xin tài trợ để xây dựng một phiên bản hiện đại của cỗ máy kỹ thuật số Babbage. Bản ghi nhớ mở đầu như sau: “Mong muốn tiết kiệm thời gian và chất xám trong việc xử lý các phép tính số học và loại bỏ khả năng sai sót do con người có lẽ cũng lâu đời như bản thân ngành số học.”

Aiken lớn lên ở Indiana trong một hoàn cảnh khó khăn. Năm 12 tuổi, ông đã phải dùng que cời lửa để bảo vệ mẹ mình khỏi người cha vũ phu và thường xuyên say xỉn. Sau đó, cha ông đã bỏ bê gia đình và không chu cấp tiền bạc. Vì vậy, Aiken phải bỏ ngang việc học từ lớp chín, làm thợ lắp đặt điện thoại để phụ giúp gia đình. Sau đó, ông tìm được việc làm ban đêm ở một công ty điện địa phương để có thể đi học ở một trường công nghệ vào ban ngày. Aiken đã vươn đến thành công, nhưng trong quá trình đó, ông đã trở thành một người hay thúc ép người khác làm việc với tính tình nóng nảy, đến mức bị ví là “cơn bão”.

Harvard phân vân về việc nên chế tạo cỗ máy tính mà Aiken đề xuất, hay mời ông một vị trí chính thức trong trường để đảm trách một dự án thiên về thực tiễn hơn là hàn lâm (đâu đó trong câu lạc bộ giảng viên Harvard, việc gọi ai đó có xu hướng thực tiễn hơn là hàn lâm bị coi là một lời sỉ nhục). Trong số những người ủng hộ Aiken có Chủ tịch Đại học Harvard, James Bryant Conant; trên cương vị Chủ tịch Ủy ban Nghiên cứu Quốc phòng Quốc gia, Conant có thể dễ dàng đưa Harvard vào làm thành phần trong một tam giác gồm học thuật, công nghệ và quân đội. Tuy nhiên, Khoa Vật lý của Aiken lại cầu toàn hơn. Tháng 12 năm 1939, chủ nhiệm khoa này viết thư cho Conant nói rằng cỗ máy đó “nếu có nguồn tiền để làm thì tốt, nhưng chưa chắc sẽ đáng giá hơn bất kỳ thứ gì khác.” Một hội đồng giảng viên thì nói về Aiken như sau: “Đáng lẽ phải làm rõ cho ông ta hiểu rằng những hoạt động như thế này không giúp ông ta cải thiện cơ hội được trở thành một Giáo sư.” Nhưng cuối cùng, Conant đã thắng thế và ủy quyền cho Aiken chế tạo chiếc máy.

Tháng 4 năm 1941, trong khi IBM đang chế tạo chiếc máy Mark I tại phòng thí nghiệm ở Endicott, New York theo các thông số kỹ thuật do Aiken đưa ra thì Aiken rời Harvard để phục vụ trong hải quân Mỹ. Hai năm sau, ông trở thành giảng viên mang quân hàm thiếu tá tại Học viện Thủy lôi Virginia. Một đồng nghiệp miêu tả rằng ông “được trang bị đến tận răng bằng những công thức dài bằng cả căn phòng và những lý thuyết của Harvard phủ kín thường xuân, nhưng lại gặp phải một nhóm những kẻ ngốc miền nam mà không ai trong số họ phân biệt nổi đâu là phép tính, đâu là bánh ngô nướng.” Ông dành phần lớn thời gian để suy nghĩ về chiếc máy Mark I và thi thoảng mặc nguyên bộ lễ phục tới Endicott.

Thời gian phục vụ quân đội của Aiken có một lợi ích lớn: đầu năm 1944, khi IBM sẵn sàng vận chuyển cỗ máy Mark I đã hoàn thiện đến Harvard, Aiken đã thuyết phục hải quân tiếp quản nó và cử ông làm sĩ quan phụ trách. Điều này giúp ông tránh được bộ máy hàn lâm quan liêu của Harvard, vốn vẫn đang dùng dằng trong việc bổ nhiệm ông vào biên chế chính thức của trường. Vào thời điểm đó, Phòng Thí nghiệm Máy tính Harvard đang là một cơ sở của hải quân, và tất cả các nhân viên của Aiken đều là người của hải quân mặc quân phục đi làm. Ông gọi họ là “thủy thủ đoàn” và họ gọi ông là “chỉ huy”, còn Mark I được gọi là “cô ấy” như thể nó là một chiếc tàu thủy [20]

Chiếc máy Mark I của Harvard vay mượn rất nhiều ý tưởng của Babbage. Nó là máy tính kỹ thuật số, dù không dùng hệ nhị phân; những bánh xe của nó có 10 vị trí. Dọc theo trục máy dài 15 mét là 72 bộ đếm có thể lưu trữ lên tới 23 con số; và cỗ máy hoàn thiện nặng năm tấn với chiều dài 24 mét, chiều rộng 15 mét. Trục máy và những bộ phận chuyển động khác được vận hành bằng điện. Nhưng nó rất chậm. Thay vì các rơ-le điện từ, nó sử dụng những rơ-le cơ học được đóng-mở bằng các động cơ điện. Điều đó có nghĩa nó cần khoảng sáu giây để thực hiện một phép nhân, trong khi chiếc máy của Stibitz chỉ cần một giây. Tuy nhiên, nó sở hữu một đặc điểm ấn tượng mà sau này sẽ trở thành yếu tố chủ chốt của máy vi tính hiện đại: chiếc máy hoàn toàn tự động. Các chương trình và dữ liệu được nhập bằng băng giấy và nó có thể hoạt động trong vài ngày mà không cần sự can thiệp của con người. Điều này cho phép Aiken gọi nó là “giấc mơ đã thành hiện thực của Babbage”.

Konrad Zuse

Nhưng cũng vào năm 1937, tất cả những người tiên phong trên đều bị đánh bại mà không hề hay biết bởi một kỹ sư người Đức đang làm việc trong căn hộ của cha mẹ mình. Lúc này, Konrad Zuse đang hoàn thiện nguyên mẫu cho một máy tính nhị phân có khả năng đọc các lệnh từ băng đục lỗ. Tuy nhiên, ít nhất trong phiên bản đầu tiên mang tên Z1, nó vẫn là một chiếc máy cơ, không phải máy điện hay điện tử.

Cũng như nhiều người tiên phong khác trong thời đại kỹ thuật số, Zuse lớn lên với niềm yêu thích dành cho cả nghệ thuật và kỹ thuật. Sau khi tốt nghiệp trường đại học kỹ thuật, ông trở thành chuyên gia phân tích ứng lực cho một công ty chế tạo máy bay ở Berlin, giải những phương trình tuyến tính chứa mọi loại hệ số về tải trọng, sức bền và độ đàn hồi. Dù sử dụng các máy tính cơ, nhưng một người cũng không thể giải hệ nhiều hơn sáu phương trình tuyến tính với sáu ẩn số trong chưa đầy một ngày. Nếu có 25 biến số thì có thể mất tới một năm. Vì vậy, giống như nhiều người khác, Zuse mong muốn cơ giới hóa quy trình giải các phương trình toán học chán ngắt này. Ông đã biến phòng khách trong căn hộ gần sân bay Tempelhof, Berlin của cha mẹ mình thành một xưởng chế tạo.

Trong phiên bản đầu tiên của Zuse, những con số nhị phân được lưu trữ bằng việc sử dụng những tấm kim loại mỏng có các rãnh và ghim do ông và bạn bè dùng cưa tạo ra. Ban đầu, ông dùng băng giấy đục lỗ để nhập dữ liệu và chương trình, nhưng không lâu sau đó, ông chuyển sang dùng các băng phim 35 mm phế phẩm, và chúng không chỉ cứng hơn mà còn tình cờ rẻ hơn nữa. Chiếc máy Z1 của ông được hoàn thiện vào năm 1938. Nó có thể giải một số bài toán, tuy không mấy tin cậy. Tất cả các bộ phận của máy đều được làm thủ công, và chúng hay bị kẹt. Ông gặp bất lợi do không có một nơi làm việc như Bell Labs hay tham gia vào một dự án hợp tác như Harvard với IBM, bởi những môi trường như vậy sẽ cho ông cơ hội hợp tác với các kỹ sư, những người có thể hỗ trợ cho tài năng của ông.

Tuy nhiên, Z1 đã cho thấy rằng khái niệm logic mà Zuse đưa ra sẽ hoạt động trên lý thuyết. Helmut Schreyer, một người bạn đại học đã hỗ trợ Zuse, thuyết phục ông tạo ra một phiên bản sử dụng đèn chân không điện tử thay cho các công tắc cơ học. Nếu thực hiện điều đó, họ sẽ đi vào lịch sử với tư cách những nhà phát minh đầu tiên của chiếc máy vi tính hiện đại hoạt động được: nhị phân, điện tử và có thể lập trình. Nhưng Zuse cũng như những chuyên gia ở trường kỹ thuật mà ông hỏi ý kiến đều ngần ngại trước khoản chi phí của việc chế tạo một thiết bị với gần 2.000 đèn chân không.

Vì vậy đối với Z2, họ quyết định sử dụng các công tắc rơ-le điện từ cũ mua lại của một công ty điện thoại, chúng bền hơn, rẻ hơn nhưng lại chạy chậm hơn rất nhiều. Thành quả là một chiếc máy vi tính sử dụng rơ-le cho đơn vị số học. Tuy nhiên, đơn vị bộ nhớ vẫn là cơ học, sử dụng các ghim di chuyển trên một tấm kim loại.

Năm 1939, Zuse bắt đầu nghiên cứu mô hình thứ ba, chiếc máy Z3, sử dụng rơ-le điện cơ cho cả đơn vị số học, bộ nhớ và điều khiển. Khi Z3 được hoàn thành vào năm 1941, nó trở thành máy vi tính kỹ thuật số đầu tiên, đa năng, có thể lập trình và hoạt động với đầy đủ tính năng. Mặc dù không thể trực tiếp xử lý các lệnh nhảy và rẽ nhánh có điều kiện trong các chương trình, nhưng trên lý thuyết, nó có thể hoạt động như một cỗ máy Turing vạn năng. Điểm khác biệt chính của Z3 so với các máy vi tính sau này là nó sử dụng các rơ-le điện từ thô kệch thay vì các thiết bị điện tử như đèn chân không hay bóng bán dẫn.

Schreyer, bạn của Zuse, tiếp tục viết luận án Tiến sĩ với tiêu đề The Tube Relay and the Techniques of Its Switching (Rơ-le đèn và các kỹ thuật chuyển mạch) ủng hộ việc sử dụng đèn chân không cho một máy vi tính nhanh và mạnh. Nhưng khi ông và Zuse đề xuất ý tưởng này với quân đội Đức vào năm 1942, các chỉ huy Đức trả lời rằng họ chắc chắn sẽ giành thắng lợi trong cuộc chiến trước thời hạn hai năm cần thiết để tạo ra chiếc máy như thế. Họ quan tâm tới việc chế tạo vũ khí hơn là máy vi tính. Do đó, Zuse bị đẩy ra khỏi công trình nghiên cứu máy vi tính và bị đưa trở lại việc chế tạo máy bay. Năm 1943, những chiếc máy vi tính và bản thiết kế của ông bị phá hủy trong một vụ đánh bom Berlin của quân đồng minh.

Zuse và Stibitz làm việc độc lập, nhưng cả hai cùng nghĩ ra ý tưởng sử dụng công tắc rơ-le để tạo ra các mạch có thể xử lý những phép tính nhị phân. Làm thế nào mà họ đồng thời đưa ra ý tưởng này trong khi hai nhóm làm việc của họ bị chiến tranh cô lập? Lý do một phần là bởi những tiến bộ trong công nghệ và lý thuyết đã tạo ra thời cơ chín muồi. Cùng với nhiều nhà phát minh khác, Zuse và Stibitz đều đã quen với việc sử dụng rơ-le trong mạch điện thoại, và rõ ràng có thể liên hệ việc này với các phép tính nhị phân trong toán học và logic. Tương tự, Shannon, vốn cũng quen với các mạch điện thoại, đã thực hiện một bước nhảy tương ứng về mặt lý thuyết rằng các mạch điện tử có thể thực hiện những tác vụ logic của đại số Bool. Ý tưởng cho rằng mạch kỹ thuật số là chìa khóa để xây dựng máy tính đã nhanh chóng phổ biến trong giới nghiên cứu ở khắp mọi nơi, thậm chí là cả những vùng hẻo lánh như miền trung bang Iowa.

John Vincent Atanasoff

Cũng trong năm 1937, ở một nơi cách xa cả Zuse lẫn Stibitz, một nhà phát minh khác cũng đang làm thí nghiệm với các mạch kỹ thuật số. Ông làm việc miệt mài trong một tầng hầm ở Iowa, và thành quả của ông sẽ là một phát minh mang tính lịch sử tiếp theo: chế tạo một thiết bị tính toán có ít nhất một phần sử dụng đèn chân không. Xét ở vài khía cạnh, thiết bị của ông không tiên tiến bằng những thiết bị khác. Nó không lập trình được và cũng không đa năng; thay vì điện tử hóa hoàn toàn cỗ máy, ông lại sử dụng một số bộ phận cơ học di chuyển chậm chạp; và mặc dù đã xây dựng một mô hình có thể hoạt động về mặt lý thuyết, nhưng trên thực tế ông lại không thể khiến nó vận hành một cách chắc chắn. Tuy nhiên John Vincent Atanasoff, thường được vợ và bạn bè gọi là Vincent, xứng đáng được vinh danh là người đầu tiên nghĩ ra chiếc máy vi tính kỹ thuật số với một phần điện tử, và đó là ý tưởng nảy đến với ông trong một chuyến đi dài vào một đêm tháng 12 năm 1937.

Atanasoff sinh năm 1903, là con cả trong một gia đình có bảy người con. Cha ông là một người nhập cư gốc Bulgaria, còn mẹ ông thuộc dòng dõi một trong số những dòng họ lâu đời nhất ở New England. Cha ông từng làm kỹ sư ở một nhà máy điện tại New Jersey do Thomas Edison điều hành, sau đó ông chuyển cả gia đình đến một thị trấn ở vùng nông thôn bang Florida, miền nam Tampa. Khi lên chín, Vincent giúp cha mắc đường điện cho ngôi nhà của họ ở Florida và cha ông tặng cho ông một chiếc thước logarit Dietzgen. “Chiếc thước đó khiến tôi rất thích thú”, ông kể lại. Khi còn nhỏ, Vincent đã hăng say học logarit, một điều có vẻ hơi kỳ cục ngay cả khi ông thuật lại với giọng điệu nghiêm túc nhất: “Bạn có thể hình dung một cậu bé chín tuổi, tâm trí vẫn còn quanh quẩn với bóng chày, lại có thể thay đổi hoàn toàn bởi những tri thức này không? Bóng chày bị giảm xuống gần tới 0 để nhường chỗ cho một chương trình học tập nghiêm ngặt về logarit.” Trong suốt mùa hè, ông đã tính hàm logarit của 5 cho tới cơ số e, sau đó với sự giúp đỡ của mẹ (từng là một giáo viên dạy toán), ông đã học toán giải tích khi vẫn đang học cấp hai. Cha ông, một kỹ sư điện, đã đưa ông đến nhà máy phosphate nơi mình đang làm việc để chỉ cho con cách thức hoạt động của máy phát điện. Chàng trai Atanasoff rụt rè, thông minh và sáng tạo đã hoàn tất chương trình học cấp ba trong hai năm, giành được điểm A ở tất cả các môn trong chương trình học nặng gấp đôi.

Ở Đại học Florida, Vincent học chuyên ngành kỹ thuật điện và thể hiện xu hướng thực tế khi dành nhiều thời gian trong các xưởng đúc và xưởng máy của trường. Ông vẫn bị toán học cuốn hút và khi học năm thứ nhất, ông đã nghiên cứu một phép chứng minh liên quan đến số học nhị phân. Bằng khả năng sáng tạo và sự tự tin, ông tốt nghiệp với điểm trung bình cao nhất khóa. Vincent nhận học bổng Thạc sĩ về toán học và vật lý ở bang Iowa, tuy về sau được nhận vào Đại học Harvard, ông vẫn băn khoăn với quyết định muốn chuyển tới thị trấn nông nghiệp Ames.

Vincent theo học Tiến sĩ vật lý ở Đại học Wisconsin, và tại đây, ông cũng có những trải nghiệm giống như những người tiên phong khác trong lĩnh vực máy vi tính, trước tiên là Babbage. Công việc của ông là nghiên cứu cách dùng điện trường để phân cực khí heli, và công việc này liên quan đến những phép tính tẻ nhạt. Trong khi chật vật giải toán bằng chiếc máy cộng để bàn, ông mơ tưởng đến những cách để sáng chế ra một chiếc máy tính có thể làm được nhiều việc hơn. Sau khi trở lại bang Iowa vào năm 1930 với vai trò trợ giảng, ông cho rằng với những bằng cấp đã đạt được trong các lĩnh vực kỹ thuật điện, toán học và vật lý, ông có đủ khả năng để đảm trách nhiệm vụ trên.

Việc ông quyết định không ở lại Đại học Wisconsin, đến Đại học Harvard hoặc một trường đại học nghiên cứu lớn khác đã dẫn tới một hệ quả. Ở bang Iowa, Atanasoff đơn độc vì không có ai khác cũng đang nghiên cứu phương pháp chế tạo máy tính mới. Ông có thể nảy ra những ý tưởng mới mẻ nhưng xung quanh lại không có ai để trao đổi ý tưởng hoặc giúp ông vượt qua những khó khăn về lý thuyết hay kỹ thuật. Khác với phần lớn các nhà phát minh của thời đại kỹ thuật số, ông là một nhà phát minh cô độc, tự lấy cảm hứng qua những chuyến lái xe một mình, và chỉ thảo luận với một trợ lý là sinh viên cao học. Cuối cùng, điều đó đã được chứng minh là một bất lợi.

Ban đầu, Atanasoff định chế tạo một thiết bị kỹ thuật tương tự, với sự yêu thích thước logarit, ông định xây dựng một phiên bản máy khổng lồ sử dụng những băng phim dài. Nhưng rồi ông nhận thấy rằng để có thể giải những phương trình số học tuyến tính một cách chính xác theo yêu cầu của ông, băng phim phải dài hàng trăm mét. Ông cũng chế tạo ra một dụng cụ có thể tạo hình một ụ parafin nhỏ để tính toán một phương trình vi phân cục bộ. Những hạn chế của các thiết bị tương tự này đã buộc ông phải chuyển sang tập trung vào việc tạo ra một phiên bản kỹ thuật số.

Vấn đề đầu tiên Atanasoff xử lý là cách thức lưu trữ các con số trong một chiếc máy. Ông sử dụng thuật ngữ bộ nhớ để mô tả tính năng này: “Vào thời gian đó, tôi chỉ biết sơ qua về công trình của Babbage, và vì thế tôi không biết ông ấy gọi khái niệm đó là ‘lưu trữ’… Tôi thích cách gọi của ông ấy, và có lẽ nếu biết trước thì tôi cũng sẽ dùng nó; tôi cũng thích từ ‘bộ nhớ’ vì nó có nét tương đồng với não bộ con người.”

Atanasoff nghiên cứu một danh sách các thiết bị có thể làm bộ nhớ như ghim cơ học, rơ-le điện từ, một mẩu nhỏ nam châm có thể bị phân cực bởi điện tích, các đèn chân không và một tụ điện nhỏ. Thiết bị nhanh nhất có lẽ là đèn chân không, nhưng chúng lại quá đắt. Bởi thế, Atanasoff chuyển sang dùng thứ mà ông gọi là “tụ điện” (ngày nay chúng ta cũng gọi là tụ điện, nhưng là một từ khác trong tiếng Anh) – một thiết bị nhỏ, rẻ có thể lưu trữ điện tích, ít nhất là trong thời gian ngắn. Đó là một quyết định có thể hiểu được, nhưng đồng nghĩa với việc chiếc máy sẽ rất chậm chạp và bất tiện. Thậm chí, nếu các phép cộng và trừ được hoàn thành với tốc độ điện tử thì quá trình ghi vào và đọc ra các con số từ đơn vị bộ nhớ cũng sẽ làm máy chậm lại như tốc độ của bộ nhớ hình trống quay.

Sau khi chọn xong đơn vị bộ nhớ, Atanasoff chuyển sang xây dựng các đơn vị logic và số học mà ông gọi là “cơ chế tính toán”. Ông quyết định cơ chế này phải điện tử hóa hoàn toàn, điều đó có nghĩa là phải sử dụng đèn chân không dù chúng đắt. Các đèn này sẽ đóng vai trò làm công tắc đóng-mở để thực hiện chức năng của các cổng logic trong một mạch có thể cộng, trừ và thực hiện bất kỳ hàm Bool nào.

Điều đó đã đặt ra một vấn đề toán học lý thuyết thuộc loại ông rất yêu thích từ khi còn là một đứa trẻ: Liệu hệ thống kỹ thuật số của ông nên là hệ thập phân, nhị phân hay hệ số khác? Vì là một người say mê các hệ thống số nên Atanasoff đã khai thác rất nhiều lựa chọn. Ông viết trong một bài viết không đăng tải như sau: “Trong một thời gian ngắn, tôi nghĩ hệ số 100 là có tiềm năng. Cách tính toán này chỉ ra về mặt lý thuyết, hệ số cho tốc độ tính toán nhanh nhất là e – hệ số tự nhiên.” Nhưng sau khi cân bằng giữa lý thuyết và thực tế, cuối cùng ông chọn hệ số 2, tức hệ nhị phân. Đến cuối năm 1937, những ý tưởng này và nhiều ý tưởng khác luẩn quẩn trong đầu ông như một “mớ hổ lốn” những khái niệm không chịu định hình rõ ràng.

Geoge Stibitz (1904-1995) chụp vào khoảng năm 1945.

John Atanasoff (1903-1995) ở bang Iowa, chụp vào khoảng năm 1940.

<

Konrad Zuse (1910-1995) và máy vi tính Z4 năm 1944.

Bản khôi phục lại chiếc máy vi tính của Atanasoff."

Atanasoff rất thích ô tô (nếu có thể, ông thích mỗi năm mua một chiếc mới), và vào tháng 12 năm 1937, ông mua một chiếc Ford mới với động cơ V8 rất khỏe. Để thư giãn đầu óc, vào một buổi tối muộn, ông lái xe đi dạo và chuyến đi này sẽ trở thành một thời khắc quan trọng trong lịch sử tin học:

Vào một đêm mùa đông năm 1937, cơ thể tôi rã rời vì cố gắng giải quyết những vấn đề của chiếc máy. Tôi lên xe và lái với tốc độ cao trong thời gian dài để có thể kiểm soát những cảm xúc của mình. Tôi có thói quen lái xe vài dặm vì khi tập trung vào lái xe, tôi có thể kiểm soát được bản thân. Nhưng đêm hôm đó, tôi vô cùng bức bách và cứ tiếp tục đi cho tới khi vượt qua sông Mississippi đến tiểu bang Illinois, cách điểm xuất phát 304km [21].

Ông rẽ khỏi đường cao tốc và tấp vào một quán rượu bên đường. Không giống như ở Iowa, ở Illinois, ít nhất ông có thể mua đồ uống, và ông gọi một ly rượu bourbon pha soda, rồi một ly nữa. Ông nhớ lại: “Tôi nhận ra rằng tôi không còn lo lắng nữa và tâm trí tôi lại quay về với những chiếc máy tính. Tôi không biết tại sao đầu óc tôi có thể làm việc được lúc ấy, trong khi trước đó nó không thể hoạt động được, nhưng mọi thứ dường như rất tốt, dễ chịu và yên tĩnh.” Cô phục vụ khá lơ đãng, vì vậy, Atanasoff có thể xử lý các vấn đề của mình mà không bị quấy rầy.

Ông phác thảo các ý tưởng của mình lên một tờ giấy ăn rồi lọc ra một số vấn đề thiết thực. Điều quan trọng nhất là làm sao để bổ sung điện tích vào các tụ điện, bởi nếu không, chúng sẽ bị tiêu hao điện tích sau vài phút. Ông nghĩ ra ý tưởng đặt chúng vào những chiếc trống hình trụ xoay có kích thước tương đương với với kích cỡ của lon nước ép V8 nặng 1,3kg, như vậy chúng có thể tiếp xúc với những dây dẫn dạng chổi một lần một giây và điện tích sẽ được nạp lại. Ông bày tỏ: “Trong buổi tối ở quán rượu hôm đó, tôi đã nghĩ ra khả năng về một bộ nhớ có thể phục hồi. Lúc đó tôi gọi nó là hích điện.” Với mỗi vòng xoay của trống hình trụ, các dây dẫn sẽ kích bộ nhớ của các tụ điện, và khi cần thiết, nó sẽ đọc dữ liệu từ các tụ điện và lưu trữ dữ liệu mới. Ông cũng nghĩ ra một cấu trúc có thể đọc các con số từ hai trống hình trụ khác nhau với các tụ điện, rồi sau đó sử dụng mạch đèn chân không để cộng hoặc trừ các số và đưa kết quả vào bộ nhớ. “Sau vài giờ tính toán, tôi lên xe và lái về nhà với tốc độ chậm hơn”, ông kể lại.

Đến tháng 5 năm 1939, Atanasoff đã sẵn sàng bắt tay vào chế tạo mô hình mẫu. Ông cần một trợ lý, tốt nhất là một sinh viên cao học có kinh nghiệm về kỹ thuật. Một ngày nọ, một người bạn cùng khoa nói với ông: “Tôi có người anh cần.” Thế rồi, ông bắt đầu cộng tác với Clifford Berry, con trai của một kỹ sư điện tự học.

Chiếc máy được thiết kế và nối cứng với một mục đích duy nhất: giải các hệ phương trình tuyến tính. Nó có thể xử lý lên tới 29 biến số. Tại mỗi bước, chiếc máy của Atanasoff có thể xử lý hai phương trình và loại bỏ một biến số, và in kết quả thu được lên những tấm thẻ đục lỗ nhị phân kích cỡ 8x11. Sau đó, bộ thẻ chứa phương trình đơn giản hơn này sẽ được đưa lại vào trong máy để tiếp tục quá trình và loại bỏ thêm một biến số nữa. Quá trình này đòi hỏi một chút thời gian. Chiếc máy (nếu họ có thể làm cho nó vận hành hợp lý) mất gần một tuần để giải xong một hệ 29 phương trình. Trong khi đó, nếu con người thực hiện quá trình này bằng các bàn tính để bàn thì sẽ cần đến ít nhất mười tuần.

Cuối năm 1939, Atanasoff cho ra mắt mô hình mẫu với hy vọng nhận được tài trợ để chế tạo một chiếc máy hoàn thiện. Ông đánh máy một bản đề xuất dài 35 trang, sử dụng giấy than để tạo một số bản sao. Bản đề xuất bắt đầu như sau: “Mục đích chính của bản đề xuất này là cung cấp những mô tả và giải thích chi tiết về một chiếc máy tính được thiết kế chủ yếu nhằm giải các hệ phương trình đại số tuyến tính lớn.” Như để phản bác những lời chỉ trích rằng đây là một mục đích hạn chế để phải chế tạo một chiếc máy tính lớn, Atanasoff đã ghi rõ một danh sách dài những vấn đề cần thiết khi giải những phương trình này: “khớp đường cong… các vấn đề dao động… phân tích mạch điện… các cấu trúc đàn hồi.” Ông kết luận bằng một danh sách chi tiết những khoản chi phí dự kiến với tổng số lên tới 5.330 đô-la (cuối cùng, ông nhận được khoản tiền này từ một quỹ tư nhân). Sau đó, ông gửi một bản sao của đề xuất cho một luật sư sáng chế ở Chicago làm việc cho bang Iowa. Tuy nhiên, vì sự chểnh mảng mà sau này sẽ gây ra một cuộc tranh cãi pháp lý nổi tiếng trong lịch sử và kéo dài hàng thập kỷ, vị luật sư này đã không hề đệ đơn xin cấp bằng sáng chế.

Đến tháng 9 năm 1942, mẫu máy hoàn chỉnh của Atanasoff cơ bản được hoàn thiện. Nó có kích thước bằng một chiếc bàn và chứa gần 300 đèn chân không. Tuy nhiên có một vấn đề: cơ chế sử dụng tia lửa điện để đốt lỗ trong các thẻ đục lỗ không hoạt động hiệu quả, và ở bang Iowa không có đội ngũ thợ máy và kỹ sư nào để ông có thể kêu gọi sự trợ giúp.

Vào thời điểm đó, mọi việc bị dừng lại. Atanasoff bị gọi đi quân dịch và được cử tới làm việc tại phòng thí nghiệm quân nhu của hải quân ở Washington. Tại đây, ông nghiên cứu mìn âm thanh và sau đó là tham gia các cuộc thử bom nguyên tử ở Bikini Atoll. Mặc dù phải chuyển trọng tâm từ máy vi tính sang kỹ thuật quân nhu, Atanasoff vẫn là một nhà phát minh, và ông nhận được 30 bằng sáng chế bao gồm cả bằng sáng chế cho một thiết bị dò mìn. Nhưng vị luật sư ở Chicago thì lại không nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho chiếc máy vi tính của ông.

Chiếc máy vi tính của Atanasoff lẽ ra đã là một cột mốc quan trọng nhưng nó đã bị vứt vào thùng rác của lịch sử, xét cả về nghĩa đen và nghĩa bóng. Chiếc máy gần như có thể vận hành được này bị cất vào kho của tòa nhà vật lý ở bang Iowa, và một vài năm sau đó, dường như chẳng còn ai nhớ tới những gì mà nó làm được. Năm 1948, khi cần không gian cho những mục đích sử dụng khác, một sinh viên cao học đã tháo dỡ nó mà không hề nhận ra nó là cái gì, và vứt bỏ đi phần lớn các bộ phận của chiếc máy. Nhiều tài liệu lịch sử về thời đại máy vi tính thậm chí còn không hề đề cập đến Atanasoff.

Nhưng dẫu có hoạt động trơn tru đi nữa thì chiếc máy của Atanasoff vẫn còn những hạn chế. Mạch đèn chân không thực hiện các phép tính nhanh như chớp, song các đơn vị bộ nhớ dạng xoay cơ học lại làm quá trình này chậm đi rất nhiều. Hệ thống đốt lỗ cho các thẻ đục lỗ cũng vậy (nếu như nó hoạt động). Để có thể vận hành thực sự nhanh, những chiếc máy vi tính hiện đại cần phải được điện tử hóa hoàn toàn chứ không phải một phần. Mô hình của Atanasoff cũng không lập trình được. Chiếc máy được thiết kế chỉ để thực hiện một công việc duy nhất: giải các phương trình tuyến tính.

Điểm lý thú mang màu sắc lãng mạn của Atanasoff là ông là một thợ máy cô độc trong một căn tầng hầm, chỉ có chàng cộng sự trẻ tuổi Clifford Berry làm bầu bạn. Nhưng câu chuyện của ông là minh chứng cho thấy rằng trên thực tế, chúng ta không nên lãng mạn hóa những người cô độc như thế. Giống như Babbage, người miệt mài làm việc trong xưởng sản xuất nhỏ của mình với một trợ lý duy nhất, Atanasoff chưa bao giờ làm cho cỗ máy của mình vận hành được đầy đủ. Giá như ông ở Bell Labs, giữa rất nhiều kỹ thuật viên, kỹ sư, thợ sửa máy, hay ở một trường đại học nghiên cứu lớn thì có lẽ đã tìm ra được giải pháp khắc phục phần đọc thẻ cũng như những bộ phận bướng bỉnh khác trong cỗ máy của ông. Hơn nữa, khi Atanasoff được gọi vào hải quân năm 1942, lẽ ra sẽ có các thành viên trong nhóm ở lại để hoàn thiện nốt chiếc máy, hay ít nhất là để nhớ xem cái gì đang được xây dựng.

Thật mỉa mai, điều đã giúp Atanasoff thoát khỏi số phận một dấu vết lịch sử mờ nhạt, bị lãng quên lại là điều sau này khiến ông oán giận. Đó là một chuyến viếng thăm ông vào tháng 6 năm 1941 của một người thuộc tuýp không thích miệt mài làm việc trong sự cô lập mà thích du hí khắp nơi, thu thập các ý tưởng và làm việc theo nhóm. Sau này, chuyến đi của John Mauchly đến Iowa sẽ trở thành chủ đề của những lời cáo buộc gay gắt và những câu chuyện tranh chấp trong lịch sử. Nhưng nó lại cứu vớt Atanasoff thoát khỏi sự quên lãng và thúc đẩy lịch sử máy vi tính tiến về phía trước.

John Mauchly

Đầu thế kỷ XX, giống như ở Anh trước đó, ở Mỹ cũng hình thành một tầng lớp các nhà khoa học quý tộc thường hội họp trong những câu lạc bộ “sa-lông” và các viện mở rộng khác. Tại đó, họ thích thú chia sẻ các ý tưởng, lắng nghe những bài giảng và hợp tác trong các dự án. John Mauchly lớn lên trong môi trường đó. Cha ông là một nhà vật lý và là một trưởng nhóm nghiên cứu tại khoa Địa từ học của Học viện Carnegie ở Washington, tổ chức đi đầu của nước Mỹ trong việc thúc đẩy sự tiến bộ và chia sẻ các nghiên cứu. Chuyên môn của ông là theo dõi các hiện tượng điện trong khí quyển và liên hệ chúng với thời tiết. Đây là một nỗ lực tập thể, liên quan đến việc điều phối các nhà nghiên cứu từ Greenland cho đến Peru.

Lớn lên ở Chevy Chase thuộc vùng ngoại ô Washington, Maulchy được tiếp xúc với cộng đồng khoa học đang lớn mạnh trong vùng. Ông từng thốt lên đầy tự hào: “Dường như Chevy Chase là nơi tập hợp tất cả các nhà khoa học của Washington. Giám đốc Ban Đo lường của Cục Tiêu chuẩn cũng như Giám đốc Ban Vô tuyến đều sống gần chỗ chúng tôi.” Người đứng đầu Viện Smithsonian cũng là hàng xóm của gia đình ông. Maulchy dành các ngày cuối tuần giúp cha tính toán bằng một máy cộng để bàn, từ đó ông nuôi dưỡng niềm đam mê với khí tượng học sử dụng dữ liệu. Maulchy cũng yêu thích các mạch điện. Cùng với những người bạn trẻ tuổi trong vùng, ông đã lắp đặt đường dây liên lạc nội bộ để kết nối các ngôi nhà của họ với nhau và chế tạo thiết bị điều khiển từ xa để bắn pháo hoa phục vụ các bữa tiệc. “Khi tôi ấn nút, pháo hoa sẽ bắn đi cách xa 15 mét.” Năm 14 tuổi, ông đã kiếm tiền bằng cách giúp người dân trong vùng sửa chữa đường dây bị hỏng trong nhà họ.

Khi còn là sinh viên Đại học Johns Hopkins, Mauchly đã đăng ký tham gia một chương trình dành cho các sinh viên xuất sắc để được chuyển thẳng lên một chương trình Tiến sĩ về vật lý. Ông làm luận án về phổ ánh sáng vì nó kết hợp vẻ đẹp, những thí nghiệm và lý thuyết với nhau. Ông cho biết: “Bạn phải biết đôi chút lý thuyết để hiểu được dải quang phổ là gì, nhưng bạn không thể làm được điều này nếu không có những bức ảnh thí nghiệm về quang phổ đó, và ai sẽ làm việc đó giúp bạn? Không ai khác ngoài chính bạn. Vì vậy, tôi chăm chỉ luyện tập thổi thủy tinh, làm ra các bóng chân không, tìm kiếm các chỗ hở, v.v..”

Mauchly có tính cách lôi cuốn và một khả năng tuyệt vời (cũng là khát khao) để lý giải mọi thứ, vì vậy như một lẽ đương nhiên, ông trở thành một giảng viên đại học. Những công việc như thế hiếm khi xuất hiện trong thời kỳ suy thoái, nhưng ông đã xoay xở để có được một vị trí giảng dạy ở Đại học Ursinus, cách Philadelphia một giờ lái xe về hướng tây bắc. Ông kể rằng: “Tôi là người duy nhất dạy vật lý ở đó.”

Một đặc điểm quan trọng trong tính cách của Mauchly là ông thích chia sẻ các ý tưởng – thường là với một nụ cười tươi và một sự nhạy cảm tinh tế – điều này đã giúp ông trở thành một giảng viên rất được yêu quý. Một đồng nghiệp nhớ lại: “John thích nói chuyện và dường như nhiều ý tưởng của ông được phát triển trong các cuộc trao đổi. John thích các sự kiện xã hội, thích ăn các món ngon và uống loại rượu hảo hạng. Ông ấy cũng thích phụ nữ, các thanh niên quyến rũ, những người thông minh và cá tính.” Không nên đặt câu hỏi cho Mauchly, vì ông có thể nói một cách nghiêm túc và say sưa về hầu hết mọi thứ từ phim ảnh, văn học cho tới vật lý.

Khi đứng trên lớp, Mauchly như một nghệ sĩ biểu diễn. Để giải thích về động lượng, ông thường xoay tròn người, hai cánh tay giang rộng ra rồi thu lại; còn để mô tả khái niệm về tác động và phản tác động, ông đứng trên một chiếc ván trượt tự chế và lảo đảo tiến lên rồi lùi lại (vì động tác này mà vào một năm nọ, ông bị ngã và gãy tay). Rất nhiều người lái xe hàng dặm để đến nghe bài giảng cuối kỳ vào dịp trước Giáng sinh của ông; số lượng khán giả đông tới nỗi nhà trường phải sử dụng hội trường lớn nhất. Trong bài giảng, Mauchly giải thích cách sử dụng chụp ảnh quang phổ và những công cụ vật lý khác để xác định vật nằm bên trong gói đồ mà không cần mở nó. Vợ ông cho biết: “Ông ấy đã đo đạc, cân gói đồ, ngâm nó vào trong nước và chọc nó bằng một cái kim dài.”

Với niềm yêu thích khí tượng học từ thuở thiếu thời, đầu những năm 1930, nghiên cứu của Mauchly tập trung tìm hiểu xem liệu những mô hình thời tiết dài hạn có liên quan đến các cơn bão mặt trời, những vết đen trên bề mặt mặt trời và chu kỳ quay của mặt trời hay không. Các nhà khoa học ở Học viện Camegie và Cục Thời tiết Hoa Kỳ đã trao cho ông dữ liệu hằng ngày của 200 trạm thời tiết trong vòng 20 năm, và ông bắt đầu tính toán mối tương quan của chúng. Vì đang trong thời kỳ suy thoái nên ông có thể mua những chiếc máy vi tính để bàn cũ với giá rẻ từ các ngân hàng có nguy cơ phá sản, và thông qua Ủy ban Thanh niên Quốc gia thuộc tổ chức Chính sách Kinh tế mới Hoa Kỳ, ông thuê một nhóm thanh niên thực hiện các phép tính với giá 50 xu một giờ.

Cũng giống như những người làm việc với các phép tính tẻ nhạt khác, Mauchly muốn phát minh ra một cỗ máy để thực hiện chúng. Với phong cách quảng giao, ông bắt đầu tìm hiểu xem những người khác đang làm gì, và theo đúng truyền thống của các nhà phát minh vĩ đại, ông kết hợp nhiều ý tưởng với nhau. Tại gian hàng của IBM trong Hội chợ Thương mại Quốc tế năm 1939 tổ chức ở New York, ông nhìn thấy một chiếc máy tính điện sử dụng thẻ đục lỗ, nhưng ông cho rằng nếu chỉ dựa vào những tấm thẻ thì sẽ rất chậm do lượng dữ liệu ông cần xử lý quá lớn. Mauchly cũng nhìn thấy một cỗ máy mã hóa sử dụng đèn chân không để mã hóa thông tin. Liệu có thể sử dụng các đèn này cho những mạch logic khác không? Trong một chuyến đi thực tế, ông đưa các học trò của mình đến Đại học Swarthmore để quan sát các thiết bị đếm sử dụng những mạch được làm từ đèn chân không để đo các vụ nổ của sự i-on hóa tia vũ trụ. Ông cũng tham gia một khóa học buổi tối về điện tử và bắt đầu thí nghiệm với các mạch đèn chân không do chính ông tự lắp để tìm hiểu xem chúng có thể làm được gì nữa.

Tại một hội nghị ở Đại học Dartmouth vào tháng 9 năm 1940, Mauchly được xem một buổi trình diễn của George Stibitz về chiếc Máy tính Số phức mà ông chế tạo tại Bell Labs. Điều khiến buổi trình diễn thú vị là khi đó chiếc máy vi tính của Stibitz đang đặt tại tòa nhà Bell ở Manhattan và truyền dữ liệu thông qua dây điện báo. Nó là chiếc máy vi tính đầu tiên được sử dụng từ xa. Trong ba giờ, nó đã liên tục giải các bài toán mà khán giả đưa ra, mỗi bài toán mất chừng một phút. Trong số những người có mặt tại buổi trình diễn có Norbert Wiener, người tiên phong trong các hệ thống thông tin, ông đã cố thử thách chiếc máy của Stibitz bằng việc yêu cầu nó chia một số cho 0. Chiếc máy không mắc bẫy. Ngoài ra còn có John von Neumann, nhà bác học người Hungary không lâu sau sẽ đóng vai trò chủ đạo trong việc phát triển máy vi tính cùng với Mauchly.

Khi quyết định tự chế tạo một chiếc máy vi tính sử dụng đèn chân không, Mauchly đã làm một điều mà những nhà phát minh tài giỏi làm một cách đúng đắn: ông sử dụng tất cả những thông tin thu thập được từ các chuyến đi. Vì Đại học Ursinus không có ngân sách dành cho nghiên cứu nên Mauchly đã tự chi trả chi phí mua đèn chân không và tìm cách xin các nhà sản xuất. Ông viết thư cho tập đoàn Supreme Instruments để xin linh kiện và tuyên bố: “Tôi đang xây dựng một cỗ máy tính toán chạy bằng điện.” Trong chuyến tham quan tập đoàn điện tử RCA, ông phát hiện ra rằng đèn neon cũng có thể được dùng làm thiết bị chuyển mạch; mặc dù chậm hơn nhưng chúng lại rẻ hơn đèn chân không và ông đã mua một số với giá tám xu một chiếc. Sau này vợ ông cho biết: “Trước tháng 11 năm 1940, Mauchly đã thử nghiệm thành công một số bộ phận nhất định của chiếc máy vi tính mà ông ấy đề xuất và tự thuyết phục mình rằng có thể chế tạo ra một thiết bị kỹ thuật số rẻ, đáng tin cậy mà chỉ sử dụng các linh kiện điện tử.” Bà quả quyết việc này xảy ra trước khi ông biết đến Atanasoff.

Cuối năm 1940, Mauchly tâm sự với một vài người bạn rằng ông hy vọng có thể kết hợp tất cả những thông tin này để chế tạo một chiếc máy vi tính điện tử kỹ thuật số. Tháng 11 năm đó, ông viết thư cho một nhà khí tượng mà mình đã làm việc cùng rằng: “Hiện tại, chúng tôi đang xem xét việc chế tạo một cỗ máy tính toán chạy bằng điện. Cỗ máy có thể thực hiện các thao tác trong khoảng 1/200 giây, sử dụng các rơ-le đèn chân không.” Mặc dù có tinh thần cộng tác và thu thập thông tin từ rất nhiều người, nhưng ông cũng bắt đầu thể hiện ham muốn cạnh tranh để trở thành người đầu tiên chế tạo ra loại máy vi tính mới. Tháng 12, Mauchly viết thư cho một sinh viên cũ của mình rằng: “Nói riêng với em, thầy hy vọng là trong khoảng một năm nữa, khi đã có thể thu thập đầy đủ các vật liệu và lắp ráp chúng, thầy sẽ có được một cỗ máy tính toán điện tử… Hãy giữ bí mật điều này vì trong năm nay thầy vẫn chưa có đủ thiết bị để thực hiện và thầy muốn mình là ‘người đầu tiên’.”

Cũng trong tháng 12 năm 1940, Mauchly tình cờ gặp Atanasoff, và điều này đã dẫn tới một loạt các sự kiện, kéo theo đó là nhiều năm tranh cãi về xu hướng thu thập thông tin từ nhiều nguồn khác nhau và khát vọng là “người đầu tiên” của Mauchly. Lúc này, Atanasoff đang tham dự một cuộc họp tại Đại học Pennsylvania, và ông ghé vào tham dự một buổi họp mà tại đó, Mauchly chia sẻ niềm hy vọng của ông về việc chế tạo một chiếc máy để phân tích dữ liệu thời tiết. Sau đó, Atanasoff tiến lại gần và nói rằng ông cũng đang chế tạo một chiếc máy tính điện tử ở bang Iowa. Mauchly ghi lại vào chương trình hội nghị một ghi chú rằng Atanasoff khẳng định đã phát minh ra một chiếc máy có thể xử lý và lưu trữ dữ liệu với mức phí chỉ hai đô-la một chữ số (chiếc máy của Atanasoff có thể xử lý 3.000 chữ số và chi phí chế tạo là khoảng 6.000 đô-la). Mauchly đã rất ngạc nhiên. Ông ước tính chi phí xây dựng một chiếc máy vi tính sử dụng đèn chân không có thể lên tới gần 13 đô-la cho một chữ số. Ông bày tỏ rằng ông muốn xem chiếc máy đó được làm như thế nào và Atanasoff đã mời ông đến Iowa một chuyến.

Trong suốt sáu tháng đầu năm 1941, Mauchly trao đổi thư từ qua lại với Atanasoff và tiếp tục kinh ngạc trước mức chi phí ít ỏi mà Atanasoff tuyên bố. Ông viết: “Chưa đến hai đô-la cho một chữ số dường như là điều không tưởng, nhưng đó là những gì tôi biết qua lời anh nói. Lời mời đến thăm Iowa của anh thoạt nghe thì có vẻ là phi thực tế, nhưng càng lúc tôi lại càng thích ý tưởng đó.” Atanasoff giục Mauchly chấp thuận lời mời. Ông hứa: “Để thêm phần khuyến khích ông, tôi sẽ giải thích chuyện hai đô-la một chữ số.”

Chuyến thăm Atanosoff của Mauchly

Cuộc viếng thăm định mệnh ấy kéo dài bốn ngày trong tháng 6 năm 1941. Chiều muộn ngày 13 tháng 6, Mauchly lái xe từ Washington đến, mang theo cậu con trai Jimmy sáu tuổi. Vợ của Atanasoff là Lura rất đỗi ngạc nhiên vì bà chưa kịp chuẩn bị phòng cho khách. Sau này bà nhớ lại: “Tôi phải chạy đôn đáo khắp nơi, lên cả tầng gác mái, lấy thêm gối và mọi thứ.” Bà cũng chuẩn bị bữa ăn tối nhẹ cho họ vì hai cha con Mauchly đang rất đói. Mặc dù nhà Atanasoff có ba đứa con, dường như Mauchly cho rằng Laura sẽ chăm nom Jimmy khi họ ở đó, và dĩ nhiên bà đã làm vậy, một cách miễn cưỡng. Bà không thích Mauchly. Lúc đó, bà đã nói với chồng: “Em không nghĩ anh ta là một người thành thực.”

Atanasoff lại háo hức muốn khoe chiếc máy đang chế tạo dở dang của mình, mặc dù vợ ông lo rằng ông đang quá tin người. Bà dặn ông: “Anh phải thật thận trọng, cho tới khi nó được cấp bằng sáng chế.” Tuy nhiên, vào buổi sáng hôm sau, Atanasoff đã dẫn Mauchly, Lura và bọn trẻ xuống tầng hầm tòa nhà khoa vật lý, hãnh diện kéo tấm khăn phủ để lộ ra cỗ máy mà ông và Berry đang lắp đặt.

Mauchly đã bị ấn tượng bởi một số điểm. Việc sử dụng tụ điện trong đơn vị bộ nhớ là một ý tưởng thiên tài và tiết kiệm chi phí, cả phương pháp tái nạp điện cho chúng khoảng mỗi giây bằng cách đặt chúng vào các ống hình trụ quay cũng vậy. Mauchly cũng từng nghĩ tới việc dùng tụ điện thay cho các đèn chân không đắt đỏ hơn, và ông đánh giá cao phương pháp “hích điện” rất hiệu quả của Atanasoff. Đó là bí mật ẩn sau phương pháp chế tạo chiếc máy với hai đô-la cho mỗi chữ số. Sau khi đọc bản ghi nhớ dài 35 trang của Atanasoff giải thích chi tiết về chiếc máy và ghi chú lại, ông còn hỏi xin một bản sao đem về. Yêu cầu đó đã bị Atanasoff từ chối vì không còn thừa bản sao nào cả (thời đó, máy photocopy chưa được phát minh), và ông cũng e ngại rằng Mauchly đang lấy đi quá nhiều thông tin.

Tuy nhiên, xét một cách tổng thể, Mauchly không hề có hứng thú với những gì ông nhìn thấy ở Ames khi đó – hay ít nhất đó là điều ông khẳng định khi nhớ lại sự kiện này. Khiếm khuyết lớn nhất là chiếc máy của Atanasoff không hoàn toàn bằng điện tử mà nó phụ thuộc vào những chiếc trống cơ học chứa tụ điện làm bộ nhớ. Điều đó giúp giảm chi phí cho chiếc máy nhưng lại khiến nó vận hành chậm hơn. Mauchly nhớ lại: “Tôi nghĩ chiếc máy của ông ấy rất sáng tạo, nhưng vì nó có một phần cơ học, dùng các chuyển mạch xoay để đóng mở nên chắc chắn đó không phải là cái tôi đang nghĩ trong đầu. Tôi không còn quan tâm đến những chi tiết của nó nữa.” Sau này, trong biên bản lời khai tại phiên tòa về giá trị pháp lý trong các bằng sáng chế của mình, Mauchly đã gọi tính chất bán cơ học trong chiếc máy của Atanasoff là “một sự thất vọng lớn” và ông chỉ coi nó như “một phụ tùng cơ khí sử dụng một số đèn điện tử trong vận hành”.

Theo Mauchly, sự thất vọng thứ hai là chiếc máy của Atanasoff chỉ được thiết kế cho một mục đích duy nhất và không thể được lập trình hay thay đổi để thực hiện các nhiệm vụ khác: “Ông ấy không hề làm bất kỳ điều gì để lên kế hoạch cho chiếc máy trở thành một thứ gì đó ngoài việc giải các hệ phương trình tuyến tính.”

Vậy là Mauchly đã rời khỏi Iowa mà không tiếp thu được một khái niệm mang tính đột phá nào về cách chế tạo một chiếc máy vi tính. Ông chỉ khai thác được một chút kiến thức nho nhỏ để bổ sung cho kho ý tưởng mà ông đã và đang thu thập, một cách có chủ ý và vô thức trong các chuyến đi đến các hội nghị, trường đại học và hội chợ. Ông ghi trong biên bản lời khai: “Tâm thế của tôi khi đến Iowa cũng giống như khi đến Hội chợ Quốc tế hay những nơi khác. Liệu ở đây có cái gì đó hữu ích cho các tính toán của tôi hay của bất kỳ ai đó không?”

Giống như hầu hết những người khác, Mauchly lượm lặt các ý tưởng từ nhiều nguồn khác nhau, từ các kinh nghiệm, đối thoại cho tới các quan sát – trong trường hợp của ông là từ Swarthmore, Dartmouth, Bell Labs, RCA, Hội chợ Quốc tế, bang Iowa và những nơi khác – rồi sau đó kết hợp chúng lại thành những ý tưởng mà ông cho là của riêng mình. Einstein từng nói: “Một ý tưởng mới thường xuất hiện đột ngột và mang tính trực giác, nhưng trực giác không là gì khác ngoài kết quả của những trải nghiệm trí tuệ từ trước đó.” Khi người ta thu thập kiến thức từ nhiều nguồn và kết hợp chúng với nhau thì tự nhiên họ sẽ nghĩ rằng các ý tưởng sinh ra từ đó là của riêng họ – và sự thực đúng là của họ. Tất cả ý tưởng đều được sinh ra theo cách đó. Vì vậy, Mauchly đã coi các trực giác và suy nghĩ của ông về cách chế tạo một chiếc máy vi tính là của chính ông chứ không phải là những ý tưởng ông đã lấy trộm từ người khác. Và mặc cho những phát hiện sau này về mặt pháp lý, Mauchly phần nhiều vẫn đúng, nếu xét ở khía cạnh bất kỳ ai cũng có thể đúng khi nghĩ rằng những ý tưởng của họ là của chính họ. Đó chính là cách thức hoạt động của quá trình sáng tạo, nếu không muốn nói là quá trình cấp bằng sáng chế.

Không giống như Atanasoff, Mauchly có cơ hội (và cả sở thích) hợp tác với một nhóm hội tụ nhiều tài năng khác nhau. Kết quả là thay vì chế tạo ra một chiếc máy chưa thể vận hành đầy đủ và bị bỏ quên trong tầng hầm như Atanasoff, ông và nhóm của mình sẽ đi vào lịch sử trên cương vị những nhà phát minh ra chiếc máy vi tính điện tử đa năng đầu tiên.

Khi Mauchly chuẩn bị rời Iowa, ông nhận được một tin vui. Ông vừa được nhận vào một khóa học chuyên ngành điện tử ở Đại học Pennsylvania, một trong số nhiều trường khi đó đang được Bộ Chiến tranh tài trợ do tình trạng khẩn cấp. Đó là một cơ hội để tìm hiểu kỹ hơn về việc sử dụng đèn chân không trong các mạch điện tử, phương pháp mà lúc này ông tin chắc rằng là cách tốt nhất để chế tạo máy vi tính. Điều này cũng cho thấy tầm quan trọng của quân đội trong việc thúc đẩy sự sáng tạo trong thời đại kỹ thuật số.

Howard Aiken (1900-1973) tại Harvard năm 1945.

John Mauchly (1907-1980) khoảng năm 1945.

J. Presper Eckert (1919-1995) khoảng năm 1945.

Eckert (đang chạm tay vào máy), Mauchly (đứng cạnh cột), Jean Jennings (ở phía sau), và Herman Goldstine (đứng cạnh Jeanings) chụp cùng máy ENIAC năm 1946.

Trong suốt khóa học kéo dài 10 tuần vào mùa hè năm 1941, Mauchly đã có cơ hội nghiên cứu một phiên bản máy Phân tích Vi sai của MIT, chiếc máy vi tính kỹ thuật tương tự do Vannevar Bush chế tạo. Điều này càng thôi thúc ông chế tạo chiếc máy vi tính riêng của mình. Nó cũng giúp ông nhận ra rằng so với Ursinus, thì những nơi như Pennsylvania có nhiều nguồn lực để thực hiện giấc mơ đó hơn. Vì vậy, ông rất vui mừng đảm nhận vị trí giảng dạy ở trường này khi họ mời ông vào cuối mùa hè.

Mauchly đã báo tin vui này trong một bức thư gửi cho Atanasoff, đồng thời cũng nói bóng gió về một kế hoạch không khỏi khiến vị Giáo sư ở Iowa lo lắng. Mauchly đã viết rất chân thành: “Gần đây, một vài ý tưởng chợt đến với tôi liên quan đến các mạch tính toán – trong đó có những ý tưởng lai, kết hợp những phương pháp của anh với các ý tưởng khác, và có những ý tưởng hoàn toàn khác với chiếc máy của anh. Bây giờ trong đầu tôi có một băn khoăn là: Theo quan điểm của anh thì liệu có bất kỳ sự phản đối nào không nếu tôi xây dựng một loại máy vi tính sử dụng một số tính năng trong chiếc máy của anh?” Từ bức thư, hay từ những lời giải thích, bản cung khai và các bằng chứng trong nhiều năm sau đó, chúng ta khó có thể xác định được rằng giọng điệu vô tội của Mauchly là chân thành hay giả tạo.

Dẫu sao, bức thư cũng đã làm cho Atanasoff đứng ngồi không yên. Lúc này, ông vẫn chưa giục được luật sư của mình đệ trình bất kỳ bản hồ sơ nào để xin cấp bằng sáng chế. Một vài ngày sau, ông trả lời Mauchly một cách khá cộc cằn: “Luật sư của chúng tôi đã nhấn mạnh rằng cần cẩn trọng khi phổ biến các thông tin về thiết bị của chúng tôi trước khi đệ trình đơn xin cấp bằng sáng chế. Việc đó sẽ không kéo dài quá lâu. Và dĩ nhiên, tôi cũng không ngại cung cấp cho anh thông tin về thiết bị của chúng tôi, nhưng lúc này chúng tôi buộc phải hạn chế việc công khai bất kỳ thông tin chi tiết nào.” Thật ngạc nhiên, cuộc trao đổi này vẫn không thúc giục được Atanasoff hay luật sư của ông nộp đơn xin cấp bằng sáng chế.

Mùa thu năm 1941, Mauchly tiếp tục công trình thiết kế máy vi tính của riêng mình – chiếc máy mà ông tin tưởng (một cách đúng đắn) rằng, ông đã lấy ý tưởng từ nhiều nguồn và nó hết sức khác biệt so với máy mà Atanasoff đã chế tạo. Trong khóa học mùa hè, ông gặp được một người phù hợp để làm cộng sự trong dự án này: một sinh viên cao học với niềm đam mê của một người cầu toàn đối với kỹ thuật chính xác và am hiểu về điện tử đến mức được mời làm hướng dẫn ở phòng thí nghiệm của Mauchly, mặc dù ít hơn Mauchly 12 tuổi (tức 22 tuổi) và vẫn chưa có bằng Tiến sĩ.

J. Presper Eckert

John Adam Presper Eckert Jr., thường được gọi một cách trang trọng là J. Presper Eckert và gọi thân mật là Pres. Ông là con trai duy nhất của một triệu phú xây dựng bất động sản ở Philadelphia. Một ông cố của ông, Thomas Mills, là người phát minh ra những chiếc máy làm kẹo bơ ở thành phố Atlantic, và một điều cũng quan trọng không kém là ông còn tạo dựng được một doanh nghiệp sản xuất và bán chúng. Khi còn nhỏ, Eckert được tài xế riêng đưa đi học ở trường tư thục William Penn thành lập năm 1689. Tuy nhiên, thành công của Eckert không xuất phát từ những đặc quyền bẩm sinh mà từ tài năng của chính ông. Năm 12 tuổi, ông giành chiến thắng trong một cuộc triển lãm khoa học toàn thành phố bằng việc xây dựng một hệ thống hướng dẫn cho những chiếc thuyền mô hình sử dụng nam châm và biến trở. Năm 14 tuổi, ông nghĩ ra một phương pháp sáng tạo sử dụng dòng điện trong nhà để loại bỏ những ắc-quy cồng kềnh dùng cho hệ thống liên lạc nội bộ tại một trong những tòa nhà của cha ông.

Ở trường trung học, Eckert khiến các bạn cùng lớp ngạc nhiên với những phát minh của mình, và ông kiếm tiền bằng cách chế tạo đài, các bộ khuếch đại và những hệ thống âm thanh. Philadelphia, thành phố của Benjamin Franklin, khi đó là một trung tâm điện tử lớn, và Eckert dành thời gian tới phòng thí nghiệm nghiên cứu của Philo Farnsworth, một trong những nhà phát minh ra vô tuyến truyền hình. Mặc dù Eckert được trường MIT nhận và ông cũng mong được tới đó, nhưng cha mẹ lại không muốn ông đi. Họ giả vờ gia đình đang gặp khó khăn về tài chính do cuộc suy thoái để thuyết phục ông học ở Đại học Pennsylvania và sống ở nhà. Tuy vậy, ông cũng đi ngược lại mong muốn của cha mẹ là muốn ông học kinh doanh. Ông đăng ký vào Trường Kỹ thuật Điện Moore của Đại học Pennsylvania vì thấy chuyên ngành này thú vị hơn.

Thành tựu mang tính xã hội của Eckert ở Đại học Pennsylvania là sáng tạo ra một thiết bị mà ông gọi là “Osculometer”(xuất phát từ chữ Latin nghĩa là “miệng”), dùng để đo dòng điện đam mê và lãng mạn trong một nụ hôn. Một cặp tình nhân sẽ cầm vào tay nắm của thiết bị và sau đó hôn nhau, sự tiếp xúc giữa môi họ hoàn thiện một mạch điện, làm sáng một dãy bóng đèn. Mục tiêu ở đây là phải hôn thật nồng nhiệt để thắp sáng tất cả 10 bóng đèn và làm chiếc còi báo sương mù kêu lên một tiếng. Những người dự thi tinh ý thì hiểu rằng những nụ hôn ướt át và lòng bàn tay đẫm mồ hôi sẽ làm tăng độ dẫn điện của mạch. Eckert cũng sáng chế ra một thiết bị sử dụng phương pháp điều chế ánh sáng để thu thanh trong phim. Ông đã nhận được bằng sáng chế cho công trình này ở tuổi 21, khi còn là một sinh viên đại học.

Pres Eckert có những thói quen kỳ quặc. Vốn là người hay bị căng thẳng, ông thường đi đi lại lại trong phòng, cắn móng tay, nhảy vòng quanh, và đôi khi đứng cả trên mặt bàn khi đang nghĩ ngợi. Eckert đeo một sợi dây xích đồng hồ nhưng không nối với một cái đồng hồ nào, ông thường xoay nó trong tay như thể một tràng hạt. Eckert dễ nổi nóng nhưng sau đó lại dịu dần xuống thành một nét cuốn hút duyên dáng. Tính cầu toàn của Eckert được thừa hưởng từ cha. Cha ông thường đi lại xung quanh các công trường xây dựng, mang theo một hộp bút chì màu rất to để vẽ các hướng dẫn, sử dụng các màu sắc khác nhau để đánh dấu công nhân nào chịu trách nhiệm cho phần việc gì. Eckert nói về cha mình như sau: “Cha tôi là người cầu toàn và sẽ luôn kiểm tra để yên tâm rằng người khác làm đúng theo yêu cầu của mình. Tuy nhiên, thực sự thì ông có rất nhiều điểm cuốn hút. Ông hoàn thành mọi việc phần lớn là vì mọi người muốn làm chúng.” Là một kỹ sư yêu cầu sự chính xác, Eckert thấy rằng tuýp người như mình là sự bổ sung cần thiết cho các nhà vật lý như Mauchly. Sau này, ông nói: “Nhà vật lý là người quan tâm đến sự thật, còn kỹ sư là người quan tâm đến việc hoàn thành công việc.”

Eniac

Chiến tranh thúc đẩy khoa học. Trải qua nhiều thế kỷ, kể từ khi người Hy Lạp cổ đại tạo ra máy lăng đá và Leonardo da Vinci làm kỹ sư quân sự cho Cesare Borgia, các nhu cầu quân sự luôn là yếu tố thúc đẩy những tiến bộ trong công nghệ, và điều này đặc biệt đúng trong giai đoạn giữa thế kỷ XX. Nhiều kỳ công công nghệ quan trọng nhất của thời đại đó: máy vi tính, năng lượng nguyên tử, radar, và mạng Internet… đều do quân đội khai sinh.

Tháng 12 năm 1941, Mỹ tham gia Thế chiến II, từ đó phát sinh động lực tài trợ cho chiếc máy mà Mauchly và Eckert đang chế tạo. Đại học Pennsylvania và Cục Quân nhu tại khu thử nghiệm Aberdeen đã được giao nhiệm vụ sản xuất các cuốn sổ hướng dẫn thiết lập góc bắn cho pháo binh khi đó đang được đưa sang châu Âu. Để ngắm bắn chính xác, cần phải có những bảng tính toán bao gồm hàng trăm điều kiện như nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, độ cao và các loại thuốc súng khác nhau.

Để tạo một bảng chỉ cho một loại đạn pháo dùng cho một súng đại bác có thể sẽ phải tính toán 3.000 đường đạn từ một hệ phương trình vi phân. Thông thường, để thực hiện công việc này, người ta dùng một trong những cỗ máy Phân tích Vi sai mà Vannevar Bush đã phát minh ở MIT. Những tính toán của máy được kết hợp với sự lao động của hơn 170 người, phần lớn là phụ nữ, còn gọi là “người tính toán” (computer); những người này giải các phương trình bằng cách nhấn các phím và quay tay cầm của những chiếc máy cộng để bàn. Họ tuyển dụng phụ nữ theo học chuyên ngành toán từ khắp nơi trên nước Mỹ. Nhưng ngay cả với những nỗ lực như vậy, cũng phải mất hơn một tháng mới hoàn thành được một bảng bắn pháo. Tới mùa hè năm 1942, người ta nhận thấy rõ rằng việc sản xuất sổ hướng dẫn thiết lập góc bắn cứ mỗi tuần lại càng tụt xa hơn so với tiến độ, khiến một số bộ phận pháo binh của Mỹ hoạt động không hiệu quả.

Tháng 8 năm đó, Mauchly viết một bản ghi nhớ với tiêu đề “Sử dụng các thiết bị đèn chân không tốc độ cao để tính toán” nhằm đề xuất một phương pháp giúp quân đội giải quyết thách thức này. Phương pháp này sẽ thay đổi quá trình tính toán. Bản ghi nhớ kêu gọi tài trợ cho chiếc máy mà Mauchly và Eckert đang hy vọng có thể chế tạo: một chiếc máy vi tính điện tử kỹ thuật số, sử dụng các mạch điện với đèn chân không, có thể giải các phương trình vi phân và thực hiện các nhiệm vụ toán học khác. Ông lập luận: “Có thể gia tăng tốc độ tính toán nếu sử dụng phương tiện điện tử cho các thiết bị.” Ông còn ước tính rằng có thể tính toán được quỹ đạo đạn pháo trong vòng “100 giây”.

Bản ghi nhớ của Mauchly bị các lãnh đạo của Đại học Pennsylvania bỏ qua, nhưng nó đã thu hút sự chú ý của trung úy (không lâu sau sẽ trở thành đại úy) Herman Goldstine 29 tuổi, một sĩ quan quân đội được cử tới làm việc tại trường, đồng thời cũng từng là một Giáo sư toán ở Đại học Michigan. Nhiệm vụ của ông là đẩy nhanh tiến độ sản xuất các bảng bắn pháo, và ông đã cử vợ mình, bà Adele, cũng là một nhà toán học, thực hiện chuyến đi xuyên quốc gia để tuyển thêm phụ nữ gia nhập vào các tiểu đoàn “người tính toán” ở Pennsylvania. Bản ghi nhớ của Mauchly thuyết phục ông rằng có một phương pháp tốt hơn.

Ngày 9 tháng 4 năm 1943, Bộ Chiến tranh Hoa Kỳ quyết định tài trợ cho việc chế tạo chiếc máy vi tính điện tử trên. Mauchly và Eckert đã phải thức suốt đêm hôm trước để soạn đề xuất, nhưng tới lúc lên xe để thực hiện chuyến đi dài hai tiếng đồng hồ từ Pennsylvania tới khu thử nghiệm Aberdeen ở Maryland, nơi các quan chức của Cục Quân nhu tập trung, họ vẫn chưa kịp hoàn thiện nó. Trong lúc trung úy Goldstine lái xe, hai người ngồi ở ghế sau và viết những phần còn lại. Khi đến Aberdeen, họ tiếp tục làm việc tại một căn phòng nhỏ trong khi Goldstine chuẩn bị cho cuộc họp. Chủ trì cuộc họp là Oswald Veblen, Chủ tịch Viện Nghiên cứu Cao cấp ở Princeton, khi đó đang tham mưu cho quân đội về các dự án toán học. Tham gia cuộc họp còn có đại tá Leslie Simon, Giám đốc Phòng Thí nghiệm Nghiên cứu Đạn đạo. Goldstine thuật lại sự kiện này như sau: “Vừa ngồi đung đưa trên hai chân ghế sau vừa nghe bài thuyết trình của tôi được một lúc, Veblen đứng lên, đặt mạnh chiếc ghế xuống rồi nói: ‘Simon, hãy đưa tiền cho Goldstine.’ Ngay sau đó, ông rời khỏi phòng và cuộc họp kết thúc bằng ghi chú đầy hân hoan đó.”

Mauchly và Eckert đã đưa bản ghi nhớ của họ vào một báo cáo mà họ đặt tên là Report on an Electronic Diff. Analyzer (Báo cáo về Máy Phân tích Vi sai Điện tử). Sử dụng lối viết tắt diff. là một sự thận trọng; nó vừa là viết tắt của từ differences (những sự khác biệt) nhằm phản ánh bản chất kỹ thuật số của chiếc máy được đề xuất, lại vừa là viết tắt của từ differential (vi phân) nhằm mô tả về các phương trình mà nó có thể giải. Không lâu sau, chiếc máy được đặt một cái tên đáng nhớ hơn: ENIAC (viết tắt chữ cái đầu của “Electronic Numerical Integrator and Computer”, hay máy vi tính và máy tích phân số điện tử). Tuy ENIAC được chế tạo chủ yếu để giải các phương trình tích phân, là điểm then chốt cho việc tính toán quỹ đạo đạn pháo, nhưng Mauchly đã viết rằng chiếc máy có thể có một “thiết bị lập trình” cho phép nó thực hiện các nhiệm vụ khác, do đó khiến nó thiên về một chiếc máy vi tính đa năng hơn.

Tháng 6 năm 1943, công tác chế tạo ENIAC bắt đầu. Mauchly vẫn tiếp tục công việc giảng dạy và đóng vai trò cố vấn kiêm nhà hoạch định tầm nhìn. Với tư cách đại diện của quân đội, Goldstine giám sát quá trình thực hiện và ngân sách. Và Eckert, với niềm đam mê sự chi tiết và hoàn hảo, làm kỹ sư trưởng. Eckert tận tụy với dự án đến mức thỉnh thoảng ông ngủ ngay bên cạnh chiếc máy. Một lần để trêu ông, hai kỹ sư đã nâng giường của ông và nhẹ nhàng đưa tới một căn phòng giống hệt ở tầng trên. Khi tỉnh dậy, ông phát hoảng khi nghĩ rằng chiếc máy đã bị đánh cắp.

Biết rằng những ý tưởng vĩ đại cũng sẽ trở thành vô giá trị nếu không được thực hiện một cách chính xác (đây là bài học mà Atanasoff đã rút ra), Eckert không ngại ngần giám sát từng chi tiết nhỏ. Ông đứng bên cạnh các kỹ sư và chỉ cho họ chỗ nào cần hàn mối nối, chỗ nào cần xoắn một sợi dây. Ông khẳng định: “Tôi kiểm soát công việc của mọi kỹ sư và kiểm tra từng phép tính của từng điện trở trong chiếc máy để đảm bảo nó được thực hiện một cách chính xác.” Ông coi thường bất cứ người nào bỏ qua một vấn đề vì cho rằng nó nhỏ nhặt. Ông từng nói: “Cuộc sống được tạo nên từ một tập hợp những vấn đề tầm thường. Và dĩ nhiên, một chiếc máy vi tính cũng là một tập hợp khổng lồ của những thứ tầm thường.”

Eckert và Mauchly bù trừ cho nhau, điều này khiến họ trở thành bộ đôi điển hình trong rất nhiều bộ đôi dẫn đầu của thời đại kỹ thuật số. Eckert thúc đẩy mọi người bằng niềm đam mê dành cho sự chuẩn xác, còn Mauchly thường có xu hướng trấn an họ và khiến họ cảm thấy được yêu thương. Eckert nhớ lại: “Mauchly luôn luôn làm trò cười và trêu đùa với mọi người. Ông ấy rất dễ mến.” Eckert vốn là người có chuyên môn kỹ thuật nhưng lại hay lo lắng và khả năng tập trung kém nên rất cần một người để trao đổi các ý tưởng, và Mauchly rất thích đảm nhận vai trò đó. Mặc dù không phải là kỹ sư, nhưng Mauchly có khả năng kết nối các lý thuyết khoa học với thực tế kỹ thuật một cách rất lý thú. Sau này, Eckert thừa nhận: “Chúng tôi đã cùng nhau làm việc và thực hiện được điều đó. Tôi nghĩ không ai trong chúng tôi có thể làm việc đó một mình.”

ENIAC sử dụng kỹ thuật số, nhưng thay vì sử dụng hệ nhị phân gồm các số 0 và 1, nó sử dụng hệ thập phân với các bộ đếm 10 chữ số. Về điểm này, nó không giống với một chiếc máy vi tính hiện đại. Tuy nhiên, trên các phương diện khác, nó đã được cải tiến nhiều hơn so với những chiếc máy do Atanasoff, Zuse, Aiken và Stibitz chế tạo. Với tính năng rẽ nhánh có điều kiện (một tính năng mà Ada Lovelace đã mô tả từ một thế kỷ trước), chiếc máy có thể di chuyển rất nhanh trong một chương trình dựa trên những kết quả tạm thời mà nó đã tính toán, và nó cũng có thể lặp lại các khối mã lệnh (còn được gọi là các chương trình con), thực hiện các tác vụ chung. Eckert giải thích: “Chúng tôi có thể tạo ra các chương trình con và chương trình con của chương trình con.” Ông kể rằng khi Mauchly đề xuất tính năng này, “ngay lập tức tôi nhận ra rằng đó là ý tưởng then chốt cho toàn bộ cỗ máy.”

Sau một năm chế tạo, gần thời điểm ngày D-Day [22] của tháng 6 năm 1944, Mauchly và Eckert đã có thể thử nghiệm hai bộ phận đầu tiên, chiếm khoảng 1/6 cỗ máy dự kiến. Họ bắt đầu với một phép nhân cơ bản. Khi chiếc máy đưa ra kết quả chính xác, cả hai cùng reo lên sung sướng. Nhưng phải mất hơn một năm nữa, cho tới tận tháng 11 năm 1945, ENIAC mới có thể vận hành đầy đủ. Tại thời điểm đó, chiếc máy có thể thực hiện 5.000 phép cộng và trừ trong một giây, nhanh hơn 100 lần so với tất cả những chiếc máy trước đây. Chiếc máy dài 30,5 mét và cao 2,5 mét, bằng khoảng một căn hộ ba phòng ngủ loại vừa, nặng gần 30 tấn và chứa 17.468 đèn chân không. Trong khi đó, chiếc máy vi tính của Atanasoff và Berry, đang bị bỏ mặc trong căn tầng hầm ở Iowa, có kích cỡ bằng một cái bàn, chỉ có 300 đèn chân không và chỉ có thể thực hiện 30 phép cộng hoặc trừ trong một giây.

Trang viên Bletchley Park

Có một sự kiện mà khi đó ít người ngoài cuộc biết (và không ai biết trong hơn ba thập kỷ tiếp theo) là vào cuối năm 1943, một cỗ máy vi tính điện tử sử dụng đèn chân không khác cũng đã được bí mật chế tạo trong khuôn viên của một trang viên xây bằng gạch đỏ theo phong cách thời Victoria ở thị trấn Bletchley, cách London 87 km về hướng tây bắc. Nước Anh đã triệu tập một nhóm các thiên tài và kỹ sư tại đây để giải các mật mã thời chiến của Đức. Colossus, tên của chiếc máy vi tính trên, là chiếc máy vi tính đầu tiên được điện tử hóa hoàn toàn và có thể lập trình được một phần. Vì được chế tạo cho một nhiệm vụ đặc biệt nên nó không phải máy vi tính đa năng hay máy vi tính “đúng kiểu Turing”, nhưng nó vẫn có dấu ấn cá nhân của Alan Turing.

Từ mùa thu năm 1936, Turing đến Princeton sau khi viết bài Về các số khả tính, ông bắt đầu tập trung vào chuyên ngành mã hoá và mật mã học. Ông lý giải về sở thích này của mình trong một lá thư gửi mẹ vào tháng 10 cùng năm:

Con vừa mới phát hiện ra một ứng dụng khả thi cho thứ hiện nay con đang nghiên cứu. Nó trả lời được câu hỏi: “Đâu là đặc điểm tổng quan nhất có thể của mã hoá hay mật mã?”, đồng thời (một cách khá tự nhiên) nó cũng giúp con có thể tạo ra rất nhiều mã đặc biệt và thú vị, trong đó có một mã có thể mã hoá rất nhanh nhưng lại gần như không thể giải mã nếu không có khóa. Con nghĩ có thể bán chúng cho chính phủ Anh để lấy một khoản tiền đáng kể, nhưng con lại có chút băn khoăn về vấn đề đạo đức của những việc như thế này. Mẹ nghĩ sao?

Trong những năm tiếp theo, vì lo lắng về nguy cơ của cuộc chiến tranh với Đức nên Turing đã dành nhiều quan tâm hơn đối với mật mã chứ không mấy chú trọng tới việc kiếm tiền từ nó nữa. Trong thời gian làm việc tại một phân xưởng máy ở tòa nhà vật lý của Đại học Princeton vào cuối năm 1937, ông đã xây dựng những bước đầu tiên của một chiếc máy mã hóa có thể biến các chữ cái thành các số nhị phân và dùng các công tắc rơ-le điện cơ để nhân thông điệp được mã hóa với một con số bí mật lớn, khiến cho việc giải mã nó gần như là không thể.

Một trong số những cố vấn của Turing ở Princeton là John von Neumann, nhà vật lý kiêm nhà toán học xuất sắc đã chạy trốn khỏi quê hương Hungary và làm việc ở Viện Nghiên cứu Cao cấp, khi đó đang đặt trụ sở trong cùng một tòa nhà với khoa Toán của trường đại học. Mùa xuân năm 1938, khi Turing đang hoàn thiện luận án Tiến sĩ, von Neumann mời ông làm trợ lý. Trong bối cảnh nguy cơ chiến tranh đang ngày càng gia tăng ở châu Âu, lời đề nghị này tuy rất hấp dẫn song không khỏi có phần nào thiếu sự yêu nước. Turing quyết định quay lại chương trình nghiên cứu sinh tại Đại học Cambridge và không lâu sau đó, ông tham gia vào nỗ lực của nước Anh trong việc phá giải mật mã của quân đội Đức.

Vào thời điểm đó, trường Mã và Mật mã của chính phủ Anh nằm ở London và nhân viên chủ yếu là các học giả văn chương như Dillwyn “Dilly” Knox – một Giáo sư chuyên ngành cổ điển học của Cambridge, và Oliver Strachey – một người yêu thích nghệ thuật và là một nhân vật nổi bật trong xã hội, biết chơi đàn piano và thỉnh thoảng viết về Ấn Độ. Cho tới tận mùa thu năm 1938, khi Turing đến đây, trong số 80 nhân viên của trường không có một nhà toán học nào. Nhưng mùa hè năm sau đó, khi nước Anh đang chuẩn bị cho chiến tranh, nhà trường bắt đầu tích cực tuyển dụng các nhà toán học. Có thời điểm họ tuyển người bằng cách tổ chức một cuộc thi giải ô chữ trên tờ nhật báo Daily Telegrapth. Về sau, trường được dời về thị trấn gạch đỏ Bletchley buồn tẻ với điểm đặc trưng là nơi gặp gỡ giữa tuyến đường sắt Oxford-Cambridge với tuyến đường sắt London-Birmingham. Một nhóm thuộc Cục Tình báo Anh đóng giả làm “đội săn bắn của đại úy Ridley” đến trang viên Bletchley Park – một kiến trúc Gothic kỳ quái thời Victoria mà chủ nhân của nó từng muốn phá hủy, và bí mật mua lại nó. Các chuyên gia giải mật mã được bố trí ở trong các ngôi nhà nhỏ, chuồng ngựa và một số túp lều dựng sẵn quanh khuôn viên.

Turing được phân công vào một nhóm làm việc ở Lều số 8 với nhiệm vụ giải mã Enigma của Đức. Mật mã Enigma được tạo ra từ một chiếc máy cơ động có các rô-to bằng cơ và các mạch điện. Chiếc máy mã hóa các thông điệp quân sự bằng cách sử dụng một mật mã mà sau mỗi lần bấm vào bàn phím, máy lại thay đổi công thức cho các chữ cái thay thế. Điều đó khiến việc giải mã trở nên khó khăn đến mức người Anh không hy vọng họ sẽ có thể làm được. Tình thế đã thay đổi khi các sĩ quan tình báo Ba Lan chế tạo được một chiếc máy có thể phá một số mật mã Enigma dựa theo lời khai của một sĩ quan mật mã Đức bị họ bắt giữ. Tuy nhiên, khi Ba Lan cho Anh xem chiếc máy của họ thì chiếc máy này đã bị vô hiệu hóa vì Đức đã bổ sung thêm hai rô-to và hai bảng nối mạch cho các máy Enigma.

Turing và nhóm nghiên cứu của ông chuyển sang nghiên cứu cách chế tạo một chiếc máy phức tạp hơn, được gọi là “bombe”, để có thể giải mã các thông điệp Enigma đã được cải tiến, đặc biệt là các mệnh lệnh của hải quân bởi chúng có thể tiết lộ kế hoạch bố trí các tàu ngầm quân sự Đức (lúc này đang phá hủy nhiều tàu tiếp tế của Anh). Chiếc máy bombe đã lợi dụng nhiều điểm yếu khó thấy trong việc mã hóa, chẳng hạn như không thể mã hóa một chữ cái bằng chính nó và có những cụm từ mà quân đội Đức hay sử dụng. Đến tháng 8 năm 1940, nhóm của Turing đã có được hai máy bombe hoạt động, phá được 178 thông điệp mã hóa. Tính đến khi chiến tranh kết thúc, họ đã chế tạo được gần 200 máy.

Chiếc máy bombe do Turing chế tạo không phải là một tiến bộ đáng chú ý trong công nghệ máy vi tính. Nó là một thiết bị điện cơ với các công tắc rơ-le và rô-to chứ không phải các đèn chân không và mạch điện tử. Nhưng cỗ máy tiếp theo được chế tạo ở Bletchley Park và Colossus thực sự là một mốc quan trọng.

Nhu cầu cần phải có Colossus nảy sinh khi Đức bắt đầu mã hóa các thông điệp quan trọng, chẳng hạn như mệnh lệnh của Hitler và bộ chỉ huy cấp cao, bằng một chiếc máy kỹ thuật số điện tử sử dụng hệ nhị phân và 12 bánh xe mã hóa với kích cỡ không bằng nhau. Những chiếc máy bombe cơ điện do Turing thiết kế bất lực trong phá mã chiếc máy mới này vì nó đòi hỏi một cuộc tấn công bằng các mạch điện tử có tốc độ nhanh như chớp.

Nhóm phụ trách nhiệm vụ này được bố trí ở Lều số 11 và được gọi là “nhóm Newmanry” theo tên của trưởng nhóm Max Newman – vị Giáo sư toán học ở Cambridge, người đã giới thiệu các câu đố của Hilbert cho Turing gần một thập kỷ trước đó. Cộng sự kỹ thuật của Newman là phù thuỷ điện tử Tommy Flowers – một người tiên phong trong lĩnh vực đèn chân không, ông làm việc ở Trạm Nghiên cứu Bưu chính tại Dollis Hill thuộc ngoại ô London.

Turing không phải là thành viên trong nhóm của Newman, nhưng ông đã nghĩ ra một phương pháp thống kê, được gọi là phương pháp “Turingery”, nhằm phát hiện ra bất kỳ dấu hiệu chệch hướng nào trong sự phân bố đồng đều các ký tự trong một luồng văn bản mã hóa. Họ chế tạo một chiếc máy có thể quét hai vòng băng giấy đục lỗ bằng các đầu quang điện nhằm đối chiếu mọi hoán vị có thể giữa hai dãy số. Chiếc máy được gọi là “Heath Robinson” theo tên một họa sĩ biếm họa người Anh, giống như Rube Goldberg ở Mỹ, người chuyên vẽ những chiếc máy cơ khí phức tạp và kỳ cục.

Suốt gần một thập kỷ, Flowers bị cuốn hút bởi những mạch điện tử được chế tạo từ các đèn chân không mà ông và nhiều người Anh khác gọi là “van”. Là một kỹ sư ở bộ phận điện thoại của Cục Bưu chính, vào năm 1934, Flowers đã chế tạo một hệ thống thí nghiệm sử dụng hơn 3.000 đèn chân không để điều khiển kết nối giữa 1.000 đường dây điện thoại. Ông cũng đi tiên phong trong việc sử dụng đèn chân không để lưu trữ dữ liệu. Turing mời Flowers về hỗ trợ chế tạo máy bombe và sau đó giới thiệu ông với Newman.

Flowers nhận ra rằng cách duy nhất để phân tích đủ nhanh các luồng mã hóa của Đức là lưu trữ ít nhất một trong số chúng vào bộ nhớ trong bằng điện tử của một chiếc máy, thay vì cố gắng so sánh hai băng giấy đục lỗ. Việc này có thể cần tới 1.500 đèn chân không. Ban đầu, các nhà quản lý ở Bletchley Park còn hoài nghi, nhưng Flowers vẫn tiến hành, và đến tháng 12 năm 1943 (tức chỉ sau 11 tháng) ông đã cho ra đời cỗ máy Colossus đầu tiên. Tới ngày 1 tháng 6 năm 1944, một phiên bản còn lớn hơn với 2.400 đèn chân không cũng được hoàn thiện. Những đoạn giải mã đầu tiên của nó đã hỗ trợ cho các nguồn thông tin khác để thông báo cho tướng Dwight Eisenhower (lúc này đang chuẩn bị tiến hành cuộc đổ bộ vào ngày D-Day), rằng Hitler sẽ không đưa quân tiếp viện đến Normandy. Trong vòng một năm, tám chiếc máy Colossus nữa đã được sản xuất.

Điều này có nghĩa là trước cả ENIAC (vốn tới tận tháng 11 năm 1945 mới hoạt động được), những chuyên gia phá mật mã của Anh đã chế tạo được một chiếc máy vi tính kỹ thuật số (thực sự nhị phân) và điện tử hoàn toàn. Vào tháng 6 năm 1944, phiên bản thứ hai thậm chí còn có thể thực hiện vài rẽ nhánh có điều kiện. Nhưng không giống ENIAC, chiếc máy với số lượng đèn nhiều gấp 10 lần, Colossus là chiếc máy có mục đích đặc biệt, được chế tạo để giải mật mã chứ không phải chiếc máy đa năng. Với khả năng lập trình hạn chế, nó không thể thực hiện tất cả các tác vụ tính toán như ENIAC (trên lý thuyết).

Vậy, ai là người phát minh ra máy vi tính?

Để phân định công trạng trong quá trình tạo ra máy vi tính, chúng ta nên bắt đầu bằng cách chỉ rõ những thuộc tính nào định nghĩa nên bản chất của một chiếc máy vi tính. Theo định nghĩa chung nhất thì khái niệm máy vi tính có thể bao gồm tất cả mọi thứ, từ bàn tính thủ công cho tới iPhone. Nhưng khi viết biên niên sử về sự ra đời của cuộc Cách mạng Kỹ thuật số, có lẽ hợp lý hơn cả là tuân theo các định nghĩa đã được chấp nhận về những yếu tố, trong cách sử dụng hiện đại, tạo nên một chiếc máy vi tính. Dưới đây là một vài định nghĩa:

“Một thiết bị lập trình được, thường là điện tử, có thể lưu trữ, khôi phục và xử lý dữ liệu.” (Từ điển Merriam-Webster)

“Một thiết bị điện tử có khả năng tiếp nhận thông tin (dữ liệu) theo một dạng cụ thể và thực hiện một chuỗi các thao tác tuân theo tập các lệnh định sẵn nhưng đa dạng (gọi là chương trình) để tạo nên một kết quả.” (Từ điển Oxford English)

“Một thiết bị đa năng có thể được lập trình để tự động thực hiện một tập hợp các thao tác toán học và logic.” (Wikipedia, 2014)

Như vậy, máy vi tính lý tưởng là một cỗ máy điện tử, đa năng và lập trình được. Vậy thì cỗ máy nào xứng đáng nhất là chiếc máy vi tính đầu tiên?

Được khai sinh trên chiếc bàn trong phòng bếp vào tháng 11 năm 1937, chiếc “Mô hình K” của George Stibitz mở đường cho một mô hình đầy đủ ở Bell Labs vào tháng 1 năm 1940. Đó là một chiếc máy vi tính nhị phân và là thiết bị đầu tiên dạng này được sử dụng từ xa. Nhưng nó sử dụng rơ-le điện cơ và do đó không phải là điện tử hoàn toàn. Nó còn là một chiếc máy vi tính có chức năng xác định và không lập trình được.

Máy Z3 của Herman Zuse, được hoàn thành vào tháng 5 năm 1941, là máy đầu tiên dùng hệ nhị phân, sử dụng điện, lập trình được, và được điều khiển tự động. Nó được thiết kế để giải quyết các vấn đề kỹ thuật chứ không phải đa năng. Tuy nhiên sau này người ta thấy rằng, về mặt lý thuyết, có thể dùng nó như một chiếc đúng kiểu Máy Turing. Sự khác biệt chính của nó so với các máy vi tính hiện đại là: nó là máy điện cơ, phụ thuộc vào các công tắc rơ-le chậm chạp và ồn ào thay vì là thiết bị điện tử. Một nhược điểm khác là nó chưa bao giờ thực sự được đưa vào sử dụng hoàn toàn. Cỗ máy này đã bị phá hủy trong đợt ném bom Berlin của quân đồng minh vào năm 1943.

Chiếc máy vi tính do John Vincent Atanasoff chế tạo, vốn đã hoàn thiện nhưng chưa hoàn toàn hoạt động được vào thời điểm Atanasoff bỏ nó lại để gia nhập hải quân vào tháng 9 năm 1942, là chiếc máy vi tính kỹ thuật số điện tử đầu tiên trên thế giới, nhưng nó cũng chỉ có một phần bằng điện tử. Cơ chế cộng-trừ của nó sử dụng đèn chân không, nhưng bộ nhớ và việc khôi phục dữ liệu lại liên quan đến các trống quay cơ học. Nếu xét ở góc độ thỏa mãn điều kiện để trở thành chiếc máy vi tính hiện đại đầu tiên thì nó còn có một nhược điểm lớn nữa là: không lập trình được và cũng không đa năng. Nó được nối cứng cho một nhiệm vụ đặc biệt là giải các phương trình tuyến tính. Atanasoff cũng chưa bao giờ làm nó vận hành được hoàn toàn, và nó đã biến mất dưới một tầng hầm ở bang Iowa.

Cỗ máy Colossus I ở Bletchley Park do Max Newman và Tommy Flowers (với đóng góp của Alan Turing) hoàn thành vào tháng 12 năm 1943, là chiếc máy vi tính kỹ thuật số đầu tiên được điện tử hóa hoàn toàn, lập trình được và có thể hoạt động. Tuy nhiên, nó lại không phải là máy đa năng hay kiểu Máy Turing (tức là theo lý thuyết, nó có thể xử lý bất kỳ nhiệm vụ nào). Nó được chế tạo với một mục đích cụ thể là giải các mật mã của Đức trong thời kỳ chiến tranh.

Harvard Mark I, chiếc máy do Howard Aiken xây dựng cùng với IBM và được đưa vào hoạt động vào tháng 5 năm 1944, là cỗ máy lập trình được (như chúng ta sẽ thấy trong chương tiếp theo) nhưng nó lại không phải là máy điện tử mà là máy điện cơ.

ENIAC, được Presper Eckert và John Mauchly hoàn thành vào tháng 11 năm 1945, là cỗ máy đầu tiên kết hợp đầy đủ các đặc điểm của một máy vi tính hiện đại. Nó được điện tử hóa hoàn toàn, có tốc độ siêu nhanh và có thể được lập trình bằng cách cắm và rút những dây cáp kết nối các đơn vị khác nhau trong máy. Nó có khả năng thay đổi hướng đi dựa trên các kết quả tạm thời, và nó được xem là một chiếc máy đa năng, đúng kiểu Máy Turing. Điều quan trọng nhất là nó hoạt động được. “Đó là điều quan trọng đối với một phát minh,” Eckert nhận xét khi đối chiếu cỗ máy của họ với cỗ máy của Atanasoff, “phải có một hệ thống hoàn chỉnh hoạt động được.” Mauchly và Eckert đã khiến chiếc máy của họ thực hiện một số phép tính rất ấn tượng, và nó được sử dụng liên tục suốt 10 năm. Nó trở thành nền tảng cho hầu hết các máy vi tính sau này.

Thuộc tính cuối cùng rất quan trọng. Khi chúng ta phân định công trạng cho một phát minh, xác định xem ai là người xứng đáng được lịch sử ghi dấu nhất, có một tiêu chí là nhìn xem đóng góp của ai có tầm ảnh hưởng nhất. Phát minh có nghĩa là đóng góp vào dòng chảy của lịch sử và có tác động đến sự hình thành một sáng tạo khác. Nếu lấy chuẩn là tác động lịch sử thì Eckert và Mauchly là những nhà phát minh đáng chú ý nhất. Hầu hết các máy vi tính của thập niên 1950 đều khởi nguồn từ ENIAC. Việc đánh giá tầm ảnh hưởng của Flowers, Newman và Turing có phần phức tạp hơn. Các công trình của họ được giữ bí mật tuyệt đối, nhưng cả ba người đều liên quan đến những chiếc máy vi tính của Anh được chế tạo sau chiến tranh. Bị cô lập và sống dưới làn đạn ở Berlin, sự ảnh hưởng của Zuse đến quá trình phát triển máy vi tính ở những nơi khác thậm chí còn ít hơn nữa. Còn về Atanasoff, ảnh hưởng chính của ông trong lĩnh vực này (và có lẽ cũng là ảnh hưởng duy nhất) nằm ở chỗ ông đã truyền một vài cảm hứng cho Mauchly khi Mauchly tới thăm ông.

Những cảm hứng mà Mauchly lượm lặt được trong bốn ngày tới thăm Atanasoff ở bang Iowa vào tháng 6 năm 1941 đã biến thành một cuộc tranh cãi pháp lý kéo dài. Vấn đề này làm nảy sinh một tiêu chí nữa (thiên về tính pháp lý hơn là tính lịch sử) trong việc đánh giá công lao cho cho một phát minh: Ai là người giữ bằng sáng chế? Trong trường hợp những chiếc máy vi tính đầu tiên, không một ai có bằng sáng chế cả. Nhưng sở dĩ có chuyện này là do một cuộc chiến pháp lý gây tranh cãi đã dẫn tới việc bằng sáng chế của Eckert và Mauchly bị hủy bỏ.

Câu chuyện bắt đầu năm 1947, khi Eckert và Mauchly nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho chiếc máy ENIAC sau khi họ rời Pennsylvania. Cuối cùng, họ được cấp bằng vào năm 1964 (hệ thống cấp bằng sáng chế hồi đó khá chậm chạp). Tới thời điểm này, công ty Eckert-Mauchly cùng các quyền sở hữu sáng chế của nó đã được bán cho công ty Remington Rand, sau này đổi tên thành Sperry Rand. Công ty này bắt đầu gây sức ép với các công ty khác để buộc họ trả phí bản quyền. IBM và Bell Labs đã thỏa thuận xong, nhưng công ty Honeywell từ chối và bắt đầu tìm cách thách thức các bằng sáng chế. Họ tuyển dụng Charles Call, một luật sư trẻ có bằng kỹ sư và đã từng làm việc ở Bell Labs. Nhiệm vụ của Call là vô hiệu hóa bằng sáng chế của Eckert-Mauchly bằng cách chứng minh rằng các ý tưởng của họ không phải là ý tưởng gốc.

Theo gợi ý của một luật sư ở Honeywell từng đến bang Iowa và đọc thông tin về chiếc máy vi tính mà Atanasoff đã chế tạo ở đây, Call đến thăm Atanasoff tại nhà riêng ở Maryland. Bị ấn tượng trước những hiểu biết của Call về chiếc máy vi tính của mình, đồng thời vẫn còn bất mãn vì công lao của mình không được công nhận đầy đủ, Atanasoff đã đưa cho Call hàng trăm thư từ và tài liệu cho thấy Mauchly đã lấy một số ý tưởng của ông qua chuyến viếng thăm tới Iowa. Tối hôm đó, Call lái xe đến Washington và ngồi phía cuối phòng trong một lớp mà Mauchly đang giảng. Khi trả lời một câu hỏi về cỗ máy của Atanasoff, Mauchly khẳng định rằng ông mới chỉ nhìn thấy nó. Call nhận thấy nếu ông có thể khiến Mauchly nói điều này trong một buổi chất vấn thì anh sẽ có thể vô hiệu hóa công trạng của ông tại một phiên tòa bằng cách trưng ra các tài liệu của Atanasoff.

Một vài tháng sau, khi Mauchly phát hiện ra rằng Atanasoff có thể đang giúp Honeywell thách thức những bằng sáng chế của mình, ông đã đích thân đến Maryland gặp Atanasoff, đi cùng với ông là một luật sư của công ty Sperry Rand. Đó là một cuộc gặp khó xử. Mauchly khẳng định rằng trong chuyến viếng thăm tới Iowa, ông không đọc kỹ các tài liệu của Atanasoff hay xem xét chiếc máy vi tính của ông một cách cẩn thận, nhưng Atanasoff đã lạnh lùng chỉ ra rằng điều này là không đúng. Mauchly ở lại dùng bữa tối và cố gắng lấy lòng Atanasoff, nhưng vô ích.

Vào tháng 6 năm 1971, vụ việc được đưa ra tòa ở Minneapolis trước mặt thẩm phán liên bang Earl Larson. Mauchly đã tỏ ra là một nhân chứng có vấn đề. Viện lý do trí nhớ kém, ông trình bày khá lúng túng về những gì mình đã nhìn thấy trong chuyến thăm Iowa, và ông liên tục lặp lại những lời khẳng định đã đưa ra trong buổi chất vấn trước đó, trong đó có lời cam đoan rằng ông chỉ nhìn thấy chiếc máy vi tính của Atanasoff bị che phủ một phần và trong ánh sáng lờ mờ. Ngược lại, Atanasoff lại gây được ấn tượng mạnh. Ông mô tả chiếc máy mà mình đã chế tạo, trình bày một mô hình và chỉ ra đâu là những ý tưởng của ông mà Mauchly đã mượn. Tổng cộng, có 77 nhân chứng được triệu tập tới tòa, 80 người khác được lấy lời khai và 32.600 bằng chứng đã được ghi vào hồ sơ pháp lý. Phiên tòa kéo dài hơn chín tháng và trở thành phiên tòa liên bang dài nhất tính tới thời điểm đó.

Thẩm phán Larson mất thêm 19 tháng nữa để đưa ra kết luận cuối cùng được công bố vào tháng 10 năm 1973. Theo đó, ông phán quyết bằng sáng chế ENIAC của Eckert-Mauchly là không hợp lệ: “Eckert và Mauchly không phải là những người đầu tiên tự phát minh ra máy vi tính kỹ thuật số điện tử tự động, mà tiếp nối từ đề tài của Tiến sĩ John Vincent Atanasoff.” Thay vì kháng cáo, Sperry thu xếp với Honeywell [23].

Đánh giá của thẩm phán trong 248 trang giấy rất thấu đáo nhưng lại bỏ qua những khác biệt quan trọng giữa hai chiếc máy. Mauchly không lấy quá nhiều ý tưởng của Atanasoff như ngài thẩm phán nghĩ. Ví dụ, mạch điện tử của Atanasoff sử dụng logic nhị phân, trong khi Mauchly lại dùng bộ đếm thập phân. Nếu những tuyên bố về bằng sáng chế của Eckert-Mauchly hẹp bớt đi thì có lẽ họ sẽ qua được vụ kiện trên.

Ngay cả trên phương diện pháp lý, vụ kiện này cũng không xác định được rằng người nào nên nhận công trạng bao nhiêu trong việc phát minh ra máy vi tính hiện đại, tuy nhiên nó lại đưa đến hai kết quả quan trọng: nó kéo Atanasoff ra khỏi căn tầng hầm của lịch sử; và nó chỉ ra rất rõ ràng (tuy điều này nằm ngoài chủ ý của cả thẩm phán lẫn hai bên liên đới) rằng những phát minh vĩ đại thường là thành quả của những ý tưởng đến từ nhiều nguồn khác nhau. Một phát minh (nhất là phát minh phức tạp như máy vi tính) thường không xuất phát từ sự động não của riêng một cá nhân nào mà từ tấm thảm sáng tạo được nhiều người chung tay dệt nên. Mauchly đã đến thăm và trò chuyện với nhiều người. Có lẽ điều đó khiến cho phát minh của ông khó được cấp bằng sáng chế hơn, nhưng nó không làm giảm bớt tầm ảnh hưởng của ông.

Mauchly và Eckert xứng đáng đứng đầu danh sách những người được tôn vinh trong việc phát minh ra máy vi tính, không phải bởi vì toàn bộ các ý tưởng đều là của riêng họ mà bởi vì họ có khả năng tổng hợp ý tưởng từ nhiều nguồn khác nhau, bổ sung những sáng tạo riêng của mình, hiện thực hóa tầm nhìn của mình bằng cách tạo dựng một nhóm nghiên cứu có năng lực và có ảnh hưởng lớn nhất đối với các quá trình phát triển sau này. Chiếc máy họ chế tạo ra là chiếc máy tính vi điện tử đa năng đầu tiên. Sau này, Eckert đã chỉ ra rằng: “Atanasoff có thể thắng vụ kiện, nhưng sau đó ông ấy lại quay trở về với việc giảng dạy, còn chúng tôi thì tiếp tục chế tạo những chiếc máy vi tính điện tử lập trình được đầu tiên.”

Turing cũng xứng đáng được ghi công lớn vì đã phát triển khái niệm “máy vi tính vạn năng” và sau đó tham gia vào một nhóm thực hành ở Bletchley Park. Cách bạn xếp hạng những đóng góp của người khác trong lịch sử phụ thuộc phần nào vào các tiêu chí mà bạn cho là quan trọng. Nếu bạn thích thú với chất lãng mạn trong câu chuyện về những nhà phát minh đơn độc mà không mấy để tâm đến việc ai là người có ảnh hưởng nhất đến sự phát triển của lĩnh vực này, có lẽ bạn sẽ bầu chọn vị trí cao cho Atanasoff và Zuse. Nhưng bài học chính rút ra từ sự khai sinh của máy vi tính là: sáng tạo thường là một nỗ lực tập thể, liên quan đến sự cộng tác giữa những người có tầm nhìn xa trông rộng và các kỹ sư, và sáng tạo xuất phát từ việc thu thập ý tưởng từ nhiều nguồn khác nhau. Chỉ trong những cuốn tiểu thuyết thì các phát minh mới xuất hiện như một ánh chớp lóe lên trong đầu của một cá nhân đơn độc đang ngồi trong một tầng hầm, một căn gác xép hay một ga-ra nào đó.

Howard Aiken và Grace Hopper (1906-1992) với một phần chiếc Máy Vi sai Babbage ở Harvard năm 1946.

Jean Jennings (1924-2011), ảnh chụp năm 1945.

Jean Jennings và Frances Bilas chụp cùng máy tính ENIAC.

Betty Snyder (1917-2001), ảnh chụp năm 1944.