Bài 11. Tự động hóa: máy tự làm theo trình tự định sẵn

Nhắc lại thật nhanh

• Ở Bài 6, thuật toán là những bước rõ ràng, có thứ tự, có điểm kết thúc, để ai làm theo cũng ra đúng.
• Ở Bài 7, vòng lặp là làm đi làm lại một việc cho tới khi gặp điều kiện dừng.
• Bài này hỏi: nếu không có người, liệu một cỗ máy có tự làm theo các bước ấy được không?

1. Tự động hóa là gì?

Tự động hóa là để máy tự làm một việc theo một trình tự đã sắp đặt từ trước, không cần người điều khiển từng bước.

Buổi sáng của bạn có rất nhiều cỗ máy tự động:

Người chỉ ra lệnh một lần. Sau đó máy tự đi hết các bước, đúng thứ tự.

2. Đồng hồ nước: cỗ máy tự báo giờ

• Đồng hồ mặt trời chỉ dùng được khi có nắng. Ban đêm hay trời nhiều mây thì đành chịu.
• Người Ai Cập và Hy Lạp dùng đồng hồ nước: nước nhỏ giọt từ một cái bình, nhìn mực nước là biết thời gian đã trôi qua bao lâu.
• Khoảng năm 270 trước Công nguyên, ở A-lếch-xan-đri-a (Alexandria, Ai Cập), Tê-xi-bi-út (Ctesibius) làm cho nước chảy đều:
  • Nước rót vào một bình đo, một chiếc phao nổi lên từ từ.
  • Phao đẩy một hình người nhỏ chỉ vào vạch giờ.
• Không cần ai đứng canh, đồng hồ tự báo giờ.

3. Tháp đồng hồ của Tô Tụng: từng nấc, đều đặn

• Năm 1088, ở Khai Phong (Trung Quốc), quan đại thần Tô Tụng dựng một tháp đồng hồ cao khoảng 12 mét.
• Bên trong có một bánh xe nước gắn nhiều gầu:
  1. Nước chảy vào một gầu.
  2. Gầu đầy thì nặng xuống, bánh xe nhích đúng một nấc.
  3. Bánh xe dừng lại, chờ gầu sau đầy.
  4. Lặp lại suốt ngày đêm.
• Nhờ bánh xe nhích từng nấc đều đặn, năm tầng hình nhân bằng gỗ lần lượt ra cửa đúng giờ: người rung chuông, người đánh chiêng, người gõ trống, người giơ bảng báo giờ.

Đây vừa là vòng lặp (gầu đầy → nhích → chờ → gầu đầy…), vừa là tự động hóa: không ai giật dây cả.

4. Trục chốt của An Gia-da-ri: trình tự nằm trên máy

• Năm 1206, kỹ sư An Gia-da-ri (al-Jazari) viết một cuốn sách vẽ 50 cỗ máy.
• Nổi tiếng nhất là chiếc thuyền ban nhạc: bốn nhạc công bằng máy chơi nhạc cho khách.
• Bí mật nằm ở tay trống: một trục quay cắm nhiều chốt. Mỗi khi một chốt quay tới, nó gạt cần gỗ, dùi trống liền gõ xuống.

Hãy đọc một trục chốt có 8 nhịp. Dấu ● là chỗ cắm chốt, dấu · là chỗ trống:

• Trục quay một vòng: trống gõ ở nhịp 1 và 5, phách gõ ở nhịp 2, 4, 6, 8.
• Chốt cắm ở đâu, tiếng trống vang ở đó. Muốn đổi điệu nhạc thì cắm lại chốt.
• Trình tự không nằm trong đầu người chơi nhạc mà nằm ngay trên chiếc trục. Người ta kể rằng ban nhạc có thể chơi nhiều điệu khác nhau nhờ cắm lại chốt.

5. Tiếng tích tắc: chặn lại rồi thả ra

• Khoảng năm 1300, ở châu Âu, đồng hồ chạy bằng quả nặng treo trên sợi dây.
• Nếu để quả nặng rơi tự do, nó tuột xuống một mạch. Vì thế có một bộ phận nhỏ cứ chặn lại rồi thả ra, mỗi lần chỉ cho bánh răng nhích một răng.
• Tiếng tích tắc của đồng hồ chính là tiếng chặn và thả ấy.
• Năm 1354, đồng hồ trong nhà thờ lớn Xtrát-xbua (Strasbourg, nay thuộc Pháp) có một gà trống máy: đến giờ, nó tự vỗ cánh và gáy. Chú gà ấy nay vẫn được giữ trong bảo tàng.

6. Cậu bé viết chữ: trình tự đổi được

• Khoảng năm 1774, ở Thụy Sĩ, ông Pi-e Gia-kê Đrô (Pierre Jaquet-Droz), con trai và một người học trò làm ra Cậu bé viết chữ.
• Đó là một búp bê có khoảng 6.000 chi tiết. Lên dây cót xong, cậu chấm bút vào lọ mực, rảy bớt mực rồi viết từng chữ. Mắt cậu nhìn theo ngòi bút.
• Bên trong có một bánh xe xếp được 40 miếng kim loại nhỏ, mỗi miếng ứng với một chữ cái.
• Thay thứ tự các miếng là cậu viết ra một câu khác, dài tới 40 ký tự.

So sánh hai cỗ máy:

7. Ba phần của mọi cỗ máy tự động

Ví dụ, ở Cậu bé viết chữ: nguồn sức là dây cót, bộ nhớ trình tự là bánh xe 40 miếng, bộ phận làm việc là bàn tay cầm bút.

8. Thuật toán và tự động hóa

Thuật toán là bản hướng dẫn. Tự động hóa là khi cỗ máy tự làm theo bản hướng dẫn đó.

9. Máy tự động không "hiểu" việc mình làm

• Cậu bé viết chữ không biết mình đang viết gì. Nếu rút tờ giấy đi, cậu vẫn khua bút viết vào không khí.
• Máy tự động chỉ làm đúng những gì đã sắp đặt. Nó không tự nhận ra có chuyện gì thay đổi.

10. Hôm nay: cảm biến và "nếu… thì…"

• Máy giặt đời cũ có một núm vặn, bên trong là đĩa quay có rãnh. Đây là bộ nhớ trình tự, giống bánh xe của Cậu bé viết chữ.
• Đèn giao thông tự đổi xanh, vàng, đỏ theo thời gian đã cài.
• Trong nhà máy ô tô, cánh tay robot lặp đi lặp lại một chuỗi động tác hàn và lắp ráp.
• Máy hiện đại còn có cảm biến. Máy giặt của Lan cân xem quần áo nặng bao nhiêu:

Nếu đồ nhiều  → lấy nhiều nước
Nếu đồ ít     → lấy ít nước

• Máy chọn trình tự phù hợp tùy theo điều kiện. Những câu "nếu… thì…" như vậy bắt nguồn từ cách con người suy luận đúng sai. Các bài tiếp theo của khóa sẽ kể về nhà hiền triết A-rít-xtốt (Aristotle) và cách suy luận ấy.

Ghi nhớ

• Tự động hóa: máy tự làm một việc theo trình tự định sẵn, không cần người điều khiển từng bước.
• Ba phần của cỗ máy tự động: nguồn sức, bộ nhớ trình tự, bộ phận làm việc.
• Trục chốt của An Gia-da-ri và bánh xe 40 miếng của Cậu bé viết chữ cho thấy: đổi chốt, đổi miếng là đổi trình tự.
• Thuật toán là các bước. Tự động hóa là máy tự làm theo các bước.
• Máy tự động cơ học không hiểu việc mình làm. Máy hiện đại thêm cảm biến để chọn trình tự theo điều kiện.