Về cơ bản, máy tính là thiết bị nhập – xuất, tiếp nhận lệnh, thực thi chương trình, tự động thực hiện các phép tính và tạo ra kết quả.
Theo cách hiểu này, Hiệp hội Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (CAST) cho rằng “ti hua ji”, hay còn gọi là khung cửi dệt hoa văn với niên đại hơn 2.000 năm từ thời Tây Hán, có thể được xem là máy tính đầu tiên trong lịch sử thế giới.
Khung cửi từ thời Tây Hán của Trung Quốc có thể là máy tính đầu tiên trên thế giới. (Ảnh: SCMP)
Cỗ máy dệt trên được khai quật năm 2012 từ một ngôi mộ có niên đại vào khoảng năm 150 trước Công nguyên tại Thành Đô. Các nhà nghiên cứu cho biết khung cửi vận hành dựa trên nguyên lý tính toán có thể lập trình.
“Chương trình” của khung cửi không tồn tại dưới dạng mã số, mà là các thẻ hoa văn vật lý (tương đương với phần mềm ngày nay), dùng để điều khiển việc nâng từng sợi dọc theo thiết kế định sẵn.
“Đây là phần cứng máy tính lâu đời nhất thế giới từng được biết đến, đồng thời sở hữu phần mềm riêng, chính là hệ thống lập trình hoa văn của khung cửi” , CAST nhận định trong một video đăng trên mạng xã hội.
CAST là cơ quan khoa học chính thức lớn nhất của Trung Quốc. Việc cơ quan này tham gia vào cuộc tranh luận toàn cầu về người phát minh ra máy tính đầu tiên, đồng thời công khai ủng hộ máy dệt Thành Đô như một thiết bị phần cứng tiền thân của máy tính, cho thấy xu hướng ngày càng rõ rệt trong việc xem xét lại lịch sử công nghệ từ góc nhìn ngoài phương Tây.
Trong nhiều thế hệ, lịch sử khoa học và máy tính thường được cho là khởi nguồn từ châu Âu. Tuy nhiên, khi Trung Quốc dần khẳng định vị thế trong các lĩnh vực công nghệ mũi nhọn như mạng 5G, trí tuệ nhân tạo và robot, nước này cũng đồng thời nhấn mạnh các nghệ nhân cổ đại đã nắm vững những nguyên lý cốt lõi của lập trình, tự động hóa và mã hóa thông tin từ hơn 2.000 năm trước.
Theo nghiên cứu, khung cửi Thành Đô sử dụng 10.470 sợi dọc, được điều khiển bởi 86 thẻ “lập trình” màu nâu, điều chỉnh hơn 9,6 triệu điểm giao nhau với các sợi ngang. Khi đã được lập trình, hệ thống có thể vận hành đồng thời trên 100 thiết bị, tạo ra các hoa văn lụa phức tạp với độ chính xác hoàn hảo.
Trước khi khung cửi dệt hoa văn ra đời, việc tạo họa tiết trên vải hoàn toàn dựa vào thao tác thủ công. Các loại vải lụa đều được dệt từ sợi dọc và sợi ngang. Dựa trên mẫu thiết kế có sẵn, người thợ phải nâng chính xác từng sợi dọc tại đúng vị trí để con thoi đi qua với các sợi ngang có màu khác nhau.
Quá trình này đòi hỏi nhiều công sức và thời gian. Trung Quốc sớm giải quyết bài toán này bằng cơ giới hóa, qua đó trở thành trung tâm sản xuất lụa của thế giới. Tuy nhiên, suốt nhiều thế kỷ, thời điểm chính xác của bước đột phá này vẫn chưa được xác định.
Bước ngoặt đến vào tháng 12/2012, khi một ngôi mộ thời Tây Hán được phát hiện tại khu vực núi Laoguna trong quá trình xây dựng tuyến metro số 3 ở Thành Đô. Trong mộ số 2, các nhà khảo cổ tìm thấy bốn mô hình khung cửi được bảo quản tốt, có cấu trúc phức tạp và còn lưu dấu sợi lụa, thuốc nhuộm.
Giới chuyên gia xác định đây là những khung cửi dệt hoa văn hoàn chỉnh lâu đời nhất từng được biết đến, không chỉ tại Trung Quốc mà trên toàn thế giới. Phát hiện này được bình chọn là một trong 10 phát hiện khảo cổ tiêu biểu của Trung Quốc năm 2013.
Chiếc khung cửi 2.000 năm tuổi được phục dựng tại Bảo tàng Tơ lụa ở Trung Quốc. (Ảnh: CGTN)
Nguyên lý lập trình đầu tiên
Từ các bằng chứng khảo cổ, Trung Quốc phục dựng thành công khung cửi tự động và làm rõ nguyên lý vận hành của nó.
Khung cửi hoạt động dựa trên một “sách mẫu”, tương tự như thẻ đục lỗ trong công nghệ hiện đại. Người thợ trước tiên chuyển mẫu thiết kế hoa văn thành chuỗi các thao tác vật lý bằng sợi hoặc que tre, quá trình tương đương với việc lập trình khung dệt.
Trong khi dệt, thợ dệt hoặc cơ cấu máy thực hiện chu trình thiết kế. Mỗi điểm trong chuỗi đóng vai trò như một lệnh, điều khiển chính xác sợi dọc cần nâng lên, từ đó tạo ra hoa văn thiết kế thông qua sự đan xen của sợi dọc và sợi ngang.
Điều đáng chú ý không chỉ nằm ở những hoa văn tinh xảo, mà còn ở tư duy khoa học ẩn chứa trong cỗ máy. Nếu mô tả hoạt động của khung cửi dưới dạng mã hóa, trong đó sợi dọc nổi lên biểu thị số 1 và sợi hạ xuống biểu thị số 0, toàn bộ hoa văn vải có thể được xem như một chuỗi các giá trị nhị phân. Nguyên lý này tương đồng với nền tảng của máy tính hiện đại.
Hơn nữa, khung cửi trong mộ Tây Hán không chỉ sử dụng một phương thức lập trình, mà có ít nhất hai kỹ thuật khác nhau, gồm khung trượt và thanh nối, mỗi kỹ thuật tạo ra các kiểu hoa văn riêng biệt.
Công nghệ khung cửi dệt hoa văn sau đó lan truyền về phía tây dọc theo Con đường Tơ lụa. Thương nhân Ba Tư giới thiệu kỹ thuật này tới châu Âu vào thế kỷ VI. Đến thế kỷ XII, các xưởng dệt sử dụng khung cửi kiểu Trung Quốc xuất hiện tại Lucca và Venice (Italy).
Năm 1805, nghệ nhân người Pháp Joseph Marie Jacquard phát triển khung cửi tự động điều khiển bằng thẻ đục lỗ và kim, về sau được biết đến với tên gọi khung cửi Jacquard. Karl Marx từng nhận xét trong tác phẩm Tư bản rằng trước khi động cơ hơi nước ra đời, khung cửi Jacquard là cỗ máy phức tạp nhất, đồng thời các nguyên lý tự động hóa của nó đã góp phần quan trọng cho Cách mạng Công nghiệp châu Âu.
Sang thế kỷ XIX, thẻ đục lỗ của khung cửi dệt hoa văn tiếp tục trở thành nguồn cảm hứng cho phương pháp lập trình của những máy tính sơ khai.
Ông Wang Yusheng, cựu Giám đốc Bảo tàng Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, cho rằng khung cửi dệt hoa văn không chỉ là công cụ dệt may mà còn là sự kết tinh của tư duy lập trình cổ đại và trí tuệ cơ khí.
“Cỗ máy đưa lụa Trung Hoa trở thành mặt hàng xa xỉ toàn cầu, định hình bản sắc văn hóa của ‘quốc gia tơ lụa’. Đồng thời, logic công nghệ của cỗ máy ảnh hưởng sâu sắc đến các nguyên lý nền tảng của công nghệ thông tin hiện đại” , ông Wang nói.
Năm 1946, lĩnh vực máy tính đạt cột mốc quan trọng với sự ra đời của ENIAC, máy tính điện tử đa dụng đầu tiên trên thế giới, do nhóm nghiên cứu tại Đại học Pennsylvania phát triển.
Một thành viên chủ chốt của nhóm là ông Zhu Chuanji, người tham gia thiết kế cấu trúc logic của máy. Công trình của ông áp dụng các khái niệm nhị phân và lập trình, những tư duy mà một số học giả cho rằng có thể truy nguyên về các sáng tạo cổ đại của Trung Quốc, trong đó có khung cửi dệt hoa văn và triết lý nhị phân của Kinh Dịch.
