Đề tài Chọn một sản phẩm tin học, vận dụng nguyên lí sáng tạo phát hiện sự thay đổi và phát triển của sản phẩm đó

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG KHÓA VI - NĂM HỌC 2012 ******************* BÀI THU HOẠCH PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Tên đề tài CHỌN MỘT SẢN PHẨM TIN HỌC, VẬN DỤNG NGUYÊN LÍ SÁNG TẠO PHÁT HIỆN SỰ THAY ĐỔI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA SẢN PHẨM ĐÓ. GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: GS.TSKH HOÀNG KIẾM HỌC VIÊN THỰC HIỆN: TRẦN THỊ KIỀU DIỄM MSHV: CH1101074 MỤC LỤC I. KHÁI NIỆM KHOA HỌC VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC .......................................... 3 1.Khái niệm khoa học: .......................................................................................................... 3 2.Nghiên cứu khoa học ......................................................................................................... 4 II. VẤN ĐỀ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT .................................. 6 1.Vấn đề khoa học ................................................................................................................ 6 2.Phương pháp giải quyết vấn đề-bài toán phát minh, sáng chế. ............................................ 8 3.Phương pháp giải quyết vấn đề-bài toán tổng quát. .......................................................... 15 4.Phương pháp giải quyết vấn đề - bài toán tin học. ............................................................ 16 5.Một số ví dụ áp dụng nguyên lí sáng tạo trong tin học...................................................... 18 III. ỨNG DỤNG NGUYÊN LÍ SÁNG TẠO TRONG PHÁT TRIỂN HỆ ĐIỀU HÀNH .... 19 1.Sự ra đời và phát triển của Hệ Điều Hành ........................................................................ 19 2.Sự phát triển Hệ điều hành Windows ............................................................................... 21 3.Những nguyên lí sáng tạo được ứng dụng trong sự phát triển của Hệ Điều Hành ............. 22 Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 2 LỜI NÓI ĐẦU Từ thời xa xưa, con người đã biết giải thích các sự vật, hiện tượng thông qua những kinh nghiệm được rút kết từ đời này sang đời khác mà chưa có kiểm chứng hay thực nghiệm để chứng minh tính vững chắc của những quan niệm, tư tưởng, học thuyết mà họ đưa ra. Đó chưa thể gọi là khoa học. Nói đến khoa học là nói đến thành tựu của một quá trình nghiên cứu bản chất của một sự vật hiện tượng với những thực nghiệm đảm bảo tính đúng đắn của vấn đề đưa ra, thành tựu đó đem đến cho con người những phát minh, những kết luận hoàn toàn mới và chính xác về bản chất của sự vật, hiện tượng mà con người muốn khám phá. Quá trình nghiên cứu đó là nghiên cứu khoa học. Câu hỏi đặt ra là nghiên cứu khoa học là nghiên cứu cái gì, nghiên cứu như thế nào, cách thức để phát hiện ra vấn đề nghiên cứu là gì. Bài tiểu luận này sẽ trình bày những vấn đề cốt lõi nhất để trả lời cho câu hỏi trên, thông qua đó chúng ta biết thế nào là khoa học và cách thức để nghiên cứu khoa học đồng thời tìm hiểu xem ứng dụng nguyên lí sáng tạo trong sự phát triển hệ điều hành như thế nào. Để hoàn thành bài tiểu luận này, em xin gởi lời cảm ơn đến GS.TSKH. Thầy Hoàng Kiếm đã giúp em hoàn thành tốt môn học và biết quan tâm hơn những thông tin khoa học của thời đại, em mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cho bài tiểu luận này. Người thực hiện Trần Thị Kiều Diễm Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 3 I. KHÁI NIỆM KHOA HỌC VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 1. Khái niệm khoa học: - Khoa học là hệ thống tri thức về mọi loại quy luật của tự nhiên, xã hội và tư duy (Pierre Auger UNESCO-PARIS). Hệ thống trí thức ở đây là kết quả của hàng loạt kiểm nghiệm, kiểm chứng các phát minh mới, ý tưởng mới theo một định hướng được vạch sẵn và được hệ thống lại một cách chặt chẽ logic đảm bảo tính đúng đắn của vấn đề. - Các tiêu chí nhận biết một bộ môn khoa học. o Đối tượng nghiên cứu. o Hệ thống lý thuyết. o Hệ thống phương pháp luận. o Mục đích sử dụng.  Ví dụ: bộ môn khoa học máy tính thì đối tượng nghiên cứu là máy tính và những phần mềm cho máy; hệ thống lí thuyết là những kiến thức về cấu trúc máy tính và ngôn ngữ lập trình cho máy tính; hệ thống phương pháp luận là dựa vào nhu cầu từ thực tế hay ý tưởng mới ngẫu nhiên, kết hợp với vốn kiến thức sẵn có để lập trình chạy thực nghiệm và kiểm chứng; mục đích sử dụng là khai thác thông tin một cách hiệu quả và tối ưu từ máy tính. - Sự phân loại các khoa học o Nguồn gốc hình thành khoa học:  Khoa học lý thuyết (sciences théorique).  Khoa học thuần túy (scieces pures, sciences de pure érudition).  Khoa học thực nghiệm (sciences empiricales, sciences expérimentales).  Khoa học thực chứng (sciences positives).  Khoa học quy nạp (sciences inductives).  Khoa học diễn dịch (sciences déductives). o Mục đích ứng dụng của khoa học  Khoa học mô tả (sciences descriptives).  Khoa học phân tích (sciences analytiques).  Khoa học tổng hợp (sciences synthétiques).  Khoa học ứng dụng (sciences appliquées).  Khoa học hành động (sciences de l’action).  Khoa học sáng tạo (sciences créatrices). o Mức độ khái quát hóa của khoa học  Khoa học cụ thể (sciences concrètes).  Khoa học trừu tượng (sciences abstraites).  Khoa học tổng quát (sciences générales).  Khoa học đặc thù (sciences particulières). Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 4 o Tính tương liên giữa các khoa học  Khoa học liên bộ môn (sciences inter-disciplinaires)  Khoa học đa bộ môn (sciences multi-disciplinaires) o Kết quả họat động chủ quan của con nguời  Khoa học ký ức (sciences de la mémoire).  Khoa học tư duy (sciences de la pensée).  Khoa học suy luận (sciences de la raison).  Khoa học tưởng tượng (sciences de l’imagination). o Hệ thống tri thức hoặc chương trình đào tạo  Khoa học cơ bản (sciences de base).  Khoa học cơ sở (sciences fondamentales).  Khoa học chuyên môn (sciences de spécialisation). o Đối tượng nghiên cứu của khoa học  Khoa học tự nhiên (sciences naturelles, sciences de la nature).  Khoa học kỹ thuật (sciences techniques).  Khoa học công nghệ (sciences technologiques, sciences d’engineering).  Khoa học xã hội (sciences sociales).  Khoa học nhân văn (sciences humaines).  Khoa học nông nghiệp (sciences agricoles).  Khoa học cơ bản (sciences de la santée). 2. Nghiên cứu khoa học - Nghiên cứu khoa học xuất phát từ nhu cầu nhận thức để tìm kiếm những điều mà khoa học chưa có hoặc chưa phát hiện ra nhằm cải tạo thế giới. - Chức năng: o Mô tả: là trình bày bằng ngôn ngữ hình ảnh chung nhất của sự vật, cấu trúc, trạng thái, sự vận động của sự vật. Sự mô tả bao gồm định tính và định lượng.  Ví dụ: mô tả cấu trúc của máy tính chung nhất gồm 4 thành phần: bộ xử lí trung tâm (CPU), bộ nhớ trong, bộ nhớ ngoài, thiết bị vào/ra. o Giải thích: là làm rõ nguyên nhân sự hình thành và qui luật chi phối quá trình vận động của sự vật nhằm đưa ra những thông tin về thuộc tính bản chất của sự vật.  Ví dụ: nguồn gốc ra đời của máy tính là do nhu cầu khai thác thông tin của con người, do nhu cầu đặt ra ngày càng cao nên những nghiên cứu về máy tính luôn luôn phát triển không ngừng. o Dự đoán: là nhìn trước quá trình hình thành, sự tiêu vong, sự vận động và những biểu hiện của sự vật trong tương lai.  Ví dụ: những máy tính mới ra đời kích thước lớn và khả năng xử lí thông tin chậm sẽ dần được thay thế bằng những máy tính kích thước nhỏ, gọn (laptop) và xử lí nhanh. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 5 o Sáng tạo: là làm ra sự vật mới chưa từng tồn tại. Khoa học không bao giờ dừng lại ở ở chức năng mô tả, giải thích và dự đóan. Sứ mệnh lớn lao của khoa học là sáng tạo các giải pháp cải tạo thế giới.  Ví dụ: trong tương lai người ta sẽ tạo ra chiếc máy tính thực thi yêu cầu con người không phải thông qua câu lệnh nhập từ bàn phím mà thông qua giọng nói. - Đặc điểm: o Tính mới: nghiên cứu khoa học là quá trình thâm nhập vào thế giới của sự vật mà con người chưa biết, hướng tới những phát hiện mới hoặc những sáng tạo. Đây là đặc điểm quan trọng nhất. o Tính tin cậy: Kết quả nghiên cứu phải có khả năng kiểm chứng lại nhiều lần do nhiều người khác nhau trong điều kiện giống nhau. Do đó, một nguyên tắc mang tính phương pháp luận của nghiên cứu khoa học là khi trình bày một kết quả nghiên cứu, người nghiên cứu cần chỉ rõ điều kiện, những nhân tố và phương tiện thực hiện. o Tính thông tin: là những thông tin về qui luật vận động của sự vật hoặc hiện tượng, thông tin về qui trình công nghệ và các tham số đi kèm qui trình đó. o Tính khách quan: vừa là một đặc điểm của nghiên cứu khoa học vừa là tiêu chuẩn của người nghiên cứu khoa học. Để đảm bảo tính khách quan, người nghiên cứu khoa học cần phải tự trắc nghiệm lại những kết luận tưởng như đã hoàn toàn được xác nhận. o Tính rủi ro: Một nghiên cứu có thể thành công, có thể thất bại. Thất bại có thể do nhiều nguyên nhân nhưng trong khoa học thất bại cũng được xem là một kết quả và mang ý nghĩa về một kết luận của nghiên cứu khoa học và được lưu giữ, tổng kết lại như một tài liệu khoa học nghiêm túc để tránh cho người đi sau không dẫm chân lên lối mòn, tránh lãng phí các nguồn lực nghiên cứu. o Tính thừa kế: Có ý nghĩa quan trọng về mặt phương pháp luận nghiên cứu. Ngày nay không có một nghiên cứu khoa học nào bắt đầu từ chỗ hoàn toàn trống không về kiến thức, phải kế thừa các kết quả nghiên cứu của các lĩnh vực khoa học khác nhau. o Tính cá nhân: vai trò của cá nhân trong sáng tạo mang tính quyết định, thể hiện trong tư duy cá nhân và chủ kiến riêng của các nhân. o Tính phi kinh tế: Lao động nghiên cứu khoa học hầu như không thể định mức, thiết bị chuyên dụng dùng trong nghiên cứu khoa học hầu như không thể khấu hao, hiệu quả kinh tế của nghiên cứu khoa học hầu như không thể xác định. - Các loại hình nghiên cứu khoa học: o Nghiên cứu cơ bản: nhằm phát hiện bản chất, qui luật của sự vật hoặc hiện tượng trong tự nhiên, xã hội, con người, có thể thực hiện trên cơ sở những nghiên cứu thuần túy lý thuyết hoặc trên cơ sở những quan sát, thí nghiệm. Sản phẩm là các phát kiến, công thức, phát minh. Chia làm 2 lọai: Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 6 o Nghiên cứu cơ bản thuần túy và định hướng: UNESCO chia nghiên cứu cơ bản định hướng thành nghiên cứu nền tảng và chuyên đề. o Nghiên cứu ứng dụng: là sự vận dụng các qui luật từ nghiên cứu cơ bản để đưa ra nguyên lý về các giải pháp có thể bao gồm công nghệ, sản phẩm, vật liệu,...Sáng chế là giải pháp kỹ thuật có tính mới và áp dụng được. o Nghiên cứu triển khai (R & D): là sự vận dụng các qui luật, các nguyên lý để đưa ra các hình mẫu với những tham số có tính khả thi về kỹ thuật, có thể chia làm các lọai hình: triển khai trong phòng, bán đại trà,.. - Các bước nghiên cứu khoa học: o Xác lập vấn đề nghiên cứu: Vấn đề nghiên cứu là những điều chưa biết hoặc chưa biết thấu đáo về bản chất sự vật hoặc hiện tượng, cần được làm rõ trong quá trình nghiên cứu. Khi vấn đề nghiên cứu được chọn và cụ thể hóa thành 1 đề tài nghiên cứu, người nghiên cứu cần xác định cơ sở lý thuyết cho nghiên cứu và tìm hiểu lịch sử vấn đề. o Chuẩn bị nghiên cứu: Xây dựng đề cương nghiên cứu (lý do chọn đề tài, xác định đối tượng và phạm vi nghiên cứu, xác định mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, đặt tên đề tài,..), xây dựng kế hoạch nghiên cứu (tiến độ, nhân lực, dự toán,…), chuẩn bị phương tiện nghiên cứu, lập danh mục tư liệu,.... o Lựa chọn và nghiên cứu thông tin: thu thập và xử lý thông tin, nghiên cứu tư liệu, thâm nhập thực tế, tiếp xúc cá nhân, xử lý thông tin,.. o Nghiên cứu: xây dựng giả thuyết, lựa chọn phương pháp nghiên cứu, nghiên cứu và kiểm chứng giả thuyết. o Hoàn tất nghiên cứu: đề xuất và xử lý thông tin, xây dựng kết luận và kiến nghị, viết báo cáo hoàn tất, hoàn tất và áp dụng kết quả. II. VẤN ĐỀ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 1. Vấn đề khoa học - Khái niệm Vấn đề khoa học (scientific problem) cũng được gọi là vấn đề nghiên cứu (research problem) hoặc câu hỏi nghiên cứu là câu hỏi được đặt ra khi người nghiên cứu đứng trước mâu thuẫn giữa tính hạn chế của tri thức khoa học hiện có với yêu cầu phát triển tri thức đó ở trình độ cao hơn. Ví dụ: Khi tạo ra được chiếc xe đạp điều khiển tốc độ bằng suy nghĩ của người chạy thì còn hạn chế là trong môi trường có sóng của điện thoại di động thi không thực hiện được, vậy vấn đề đặt ra là làm thế nào để khắc phục hạn chế đó, đây là một vấn đề khoa học. - Phân loại: Nghiên cứu khoa học luôn tồn tại hai vấn đề:  Vấn đề về bản chất sự vật đang tìm kiếm  Vấn đề về phương pháp nghiên cứu để làm sáng tỏ về lý thuyết và thực tiễn những vấn đề thuộc lớp thứ nhất. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 7 Ví dụ: nghiên cứu sự rơi của vật trong môi trường chân không, vậy thì bản chất vấn đề là trọng lực tác động lên vật đó trong chân không như thế nào, để làm sáng tỏ vấn đề này người ta cho hai vật có trọng lượng khác nhau rơi trong môi trường chân không quan sát thấy hai vật rơi xuống đất cùng lúc, kết luận cuối cùng là trọng lực tác động lên các vật có trọng lượng khác nhau trong môi trường chân không là như nhau. - Các tình huống vấn đề Có ba tình huống: Có vấn đề , không có vấn đề, giả vấn đề được cho trong hình dưới đây: - Các phương pháp phát hiện vấn đề khoa học a. Tìm những kẻ hở, phát hiện những vấn đề mới. Ví dụ: Trong quá trình hoạt động của máy tính, nếu máy hoạt động liên tục sẽ bị nóng, nếu tình trạng này kéo dài sẽ có thể làm nóng chảy dây nguồn hoặc hở chân chip làm tắt màn hình, vậy vấn đề đặt ra là cần một thiết bị phụ giúp tỏa nhiệt ra ngoài hoặc thay thế thiết bị dễ bị nóng chảy bằng thiết bị khác chịu nhiệt tốt hơn. b. Tìm những bất đồng của vấn đề c. Nghĩ ngược lại quan niệm thông thường. Ví dụ: đáy chai phải lớn hơn đầu chai nhưng không phải lúc nào cũng vậy. d. Quan sát những vướng mắc trong thực tiễn. Ví dụ: khi tạo ra đoạn đường cao tốc, thực tế người đi trên đoạn đường này chỉ tiết kiệm 1% chi phí cho xăng nhưng bù lại phải đóng phí đi đường, vậy thì hiệu quả của đoạn đường này chỉ là tiết kiệm thời gian. Có vấn đề không có vấn đề Giả vấn đề Có nghiên cứu Không có nghiên cứu Không có vấn đề Nảy sinh vấn đề khác Không có Nghiên cứu Nghiên cứu theo một hướng khác Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 8 e. Lắng nghe lời kêu ca phàn nàn. Ví dụ: khi nghe nói vật chứa này giữ nhiệt kém quá thì nhà khoa học sẽ phải tìm cách nào đó để nó giữ nhiệt tốt hơn. f. Cảm hứng: những câu hỏi bất chợt xuất hiện khi quan sát sự kiện nào đó. 2. Phương pháp giải quyết vấn đề - bài toán phát minh, sáng chế.  Theo Vepol “Bất cứ hệ thống kỹ thuật nào ít nhất cũng phải có hai thành phần vật chất tác động tương hổ và một loại trường hay năng lượng”.  Từ đó có một thuật ngữ về tam giác kỹ thuật gọi là tam giác Vepol. Vepol là mô hình hệ thống kỹ thuật. Vepol được quy ước đưa ra cốt chỉ để phản ánh một tính chất vật chất của hệ thống nhưng là chủ yếu nhất với bài toán đã cho.  Việc phân loại các chuẩn để giải quyết các bài toán sáng chế dựa vào phân tích Vepol. Mô hình Vepol gồm 3 yếu tố: một Trường T và trong T có hai vật chất V1, V2.  Ta mô phỏng như sau:  Ví dụ: khi chế tạo ra một phương tiện đi lại trên sông người ta phải xem xét sự cân bằng của các yếu tố là trọng lực của nó và lực đẩy Archimedes.  Có 5 phương pháp: o Dựng Vepol đầy đủ o Chuyển sang Fepol o Phá vở Vepol o Xích Vepol o Liên trường  Theo nhà khoa học Atshuler trong suốt quá trình làm việc của mình đã đưa ra một hệ thống gồm 40 nguyên tắc sáng tạo cho bài toán phát minh sáng chế như sau: 1. Nguyên tắc phân nhỏ:  Chia đối tượng thành các phần độc lập.  Làm đối tượng trở nên tháo lắp được.  Tăng mức độ phân nhỏ đối tượng.  Ví dụ: nếu ta chứa toàn bộ dữ liệu trong một ổ đĩa thì thật khó khăn cho quá trình tìm kiếm dữ liệu do vậy ta thường phân nhỏ ổ đĩa thành các ổ đĩa nhỏ hơn. 2. Nguyên tắc “tách khỏi”: T V1 V2 Tuy nhiên, một hệ thống ban đầu chưa hẳn đã có một chuẩn Vepol đủ 3 yếu tố trên, hoặc đã đủ thì có thể phát triển gì thêm trên Vepol đó. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 9  Tách phần gây “phiền phức” hay ngược lại tách phần duy nhất “cần thiết” ra khỏi đối tượng.  Ví dụ: Nay đã có phần mềm ứng dụng có tên là Remove (Tẩy xóa) dùng cho điện thoại thông minh, giúp loại bỏ những gì không mong muốn ra khỏi ảnh một cách dễ dàng. 3. Nguyên tắc phẩm chất cục bộ:  Chuyển đối tượng (hay môi trường bên ngoài, tác động bên ngoài) có cấu trúc đồng nhất thành không đồng nhất.  Các phần khác nhau của đối tượng phải có các chức năng khác nhau.  Mỗi phần của đối tượng phải ở trong những điều kiện thích hợp nhất đối với công việc.  Ví dụ: khi tạo ra một sản phẩm tiêu dùng thì nhà sản xuất sẽ hướng tới đối tượng tiêu dùng để tăng khả năng tiêu thụ, ví dụ tạo ra sản phẩm sữa cho lứa tuổi tiểu học thì hình ảnh bao bì phải ngộ nghĩnh và bắt mắt. 4. Nguyên tắc phản đối xứng:  Chuyển đối tượng có hình dạng đối xứng thành không đối xứng (nói chung giảm bậc đối xứng).  Ví dụ: để cất được nhiều vỏ lon bia trong một chiếc bọc, người ta làm cho nó dẹp đi để chứa được nhiều hơn. 5. Nguyên tắc kết hợp:  Kết hợp các đối tượng đồng nhất hoặc các đối tượng dùng cho các hoạt động kế cận.  Kết hợp về mặt thời gian các hoạt động đồng nhất hoặc kế cận.  Ví dụ: Một chương trình diệt Virus thì có thể không diệt hết tất cả các loại virus do vậy ta có thể cài thêm chương trình khác để hỗ trợ tốt hơn 6. Nguyên tắc vạn năng:  Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó không cần sự tham gia của các đối tượng khác.  Ví dụ: tích hợp chức năng quay phim, chụp hình, nghe nhạc trong một chiếc điện thoại di động. 7. Nguyên tắc “chứa trong”:  Môt đối tượng được đặt bên trong đối tượng khác và bản thân nó lại chứa đối tượng thứ ba…  Một đối tượng chuyển động xuyên suốt bên trong đối tượng khác.  Ví dụ: phân cấp cây thư mục trong việc quản lí dữ liệu trong máy tính, theo đó ta có thư mục gốc, thư mục mẹ, thư mục con,... 8. Nguyên tắc phản trọng lượng:  Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng cách gắn nó với các đối tượng khác, có lực nâng.  Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng cách tương tác với môi trường như sử dụng các lực thủy động, khí động … Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 10  Ví dụ: vận dụng nguyên tắc này để tạo ra các phương tiện di chuyển trên sông như tàu, thuyền. 9. Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ:  Gây ứng suất trước đối với đối tượng để chống lại ứng suất không cho phép hoặc không mong muốn khi đối tượng làm việc (hoặc gây ứng súât trước để khi làm việc sẽ dùng ứng súât ngược lại).  Ví dụ: được ứng dụng trong việc tạo ra các văcxin ngừa bệnh. 10. Nguyên tắc thực hiện sơ bộ:  Thực hiện trước sự thay đổi cần có, hoàn toàn hoặc từng phần, đối với đối tượng.  Cần sắp xếp đối tượng trước, sao cho chúng có thể hoạt động từ vị trí thuận lợi nhất, không mất thời gian dịch chuyển.  Ví dụ: trong quá trình lập trình, người lập trình sắp xếp biểu thức tính toán cũng như các câu lệnh sao cho độ phức tạp của chương trình là thấp nhất. 11. Nguyên tắc dự phòng:  Bù đắp độ tin cậy không lớn của đối tượng bằng cách chuẩn bị trước các phương tiện báo động, ứng cứu, an toàn.  Ví dụ: trong quá trình lập trình thì người lập trình phải dự đoán giá trị tối đa mà biến có thể nhận được để khai báo các biến cho phù hợp. Giả sử nhập số a có kiểu dữ liệu là byte thì bình phương của a phải là word hoặc longint. 12. Nguyên tắc đẳng thế:  Thay đổi điều kiện làm việc để không phải nâng lên hay hạ xuống các đối tượng.  Ví dụ: để kiểm tra hệ thống điện trên các trụ điện người ta tạo ra một thiết bị đưa những người thợ lên cao thay vì không thề hạ trụ điện xuống. 13. Nguyên tắc đảo ngược:  Thay vì hành động như yêu cầu bài toán, hành động ngược lại (ví dụ: không làm nóng mà làm lạnh đối tượng).  Làm phần chuyển động của đối tượng (hay môi trường bên ngoài) thành đứng yên và ngược lại phần đứng yên thành chuyển động.  Ví dụ: để chứng minh tính liên thông của một đồ thị thì ta giả sử đồ thị không liên thông sau đó chứng minh điều này vô lí từ đó rút ra kết luận đồ thị liên thông. 14. Nguyên tắc cầu (tròn) hoá:  Chuyển những phần thẳng của đối tượng thành cong, mặt phẳng thành mặt cầu, kết cấu hình hộp thành kết cấu hình cầu.  Sử dụng các con lăn, viên bi, vòng xoắn.  Chuyển sang chuyển động quay, sử dụng lực ly tâm.  Ví dụ: để giảm ma sát trong quá trình chuyển động của vật chất người ta thuờng cấu tạo vật chất đó ở dạng hình tròn vì lực ma sát tỉ lệ thuận với bề mặt tiếp xúc. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 11 15. Nguyên tắc linh động:  Cần thay đổi các đặc trưng của đối tượng hay môi trường bên ngoài sao cho chúng tối ưu trong từng giai đoạn làm việc.  Phân chia đối tượng thành từng phần, có khả năng dịch chuyển với nhau.  Ví dụ: giao thức TCP/IP có chức năng tự chia nhỏ gói tin thành các mẫu nhỏ để truyền nhanh hơn sau đó tự động tổng hợp lại. 16. Nguyên tắc giải “thiếu” hoặc “thừa”:  Nếu như khó nhận được 100% hiệu quả cần thiết, nên nhận ít hơn hoặc nhiều hơn “một chút”. Lúc đó bài toán có thể trở nên đơn giản hơn và dễ giải hơn.  Ví dụ: kiểu dữ liệu số thực (real) cho phép kết quả một bài toán có sai số. 17. Nguyên tắc chuyển sang chiều khác:  Những khó khăn do chuyển động (hay sắp xếp) đối tượng theo đường (một chiều) sẽ được khắc phục nếu cho đối tượng khả năng di chuyển trên mặt phẳng (hai chiều), tương tự những bài toán liên quan đến chuyển động (hay sắp xếp) các đối tượng trên mặt phẳng sẽ được đơn giản hóa khi chuyển sang không gian (ba chiều).  Chuyển các đối tượng có kết cấu một tầng thành nhiều tầng.  Đặt đối tượng nằm nghiêng.  Sử dụng mặt sau của diện tích cho trước.  Sử dụng các luồng ánh sáng tới diện tích bên cạnh hoặc tới mặt sau của diện tích cho trước.  Ví dụ: khi đưa ra mô hình tham khảo người ta thường trình chiếu ở không gian 3D để quan sát được các mặt của nó. 18. Nguyên tắc sử dụng các dao động cơ học:  Làm đối tượng dao động.  Nếu đã có dao động, tăng tần số dao động.  Sử dụng tần số cộng hưởng.  Thay vì dùng các bộ rung cơ học. dùng các bộ rung áp điện.  Sử dụng siêu âm kết hợp với trường điện từ. 19. Nguyên tắc tác động theo chu kỳ:  Chuyển tác động liên tục thành tác động theo chu kỳ (xung).  Nếu đã có tác động theo chu kỳ, hãy thay đổi chu kỳ.  Sử dụng các khoảng thời gian giữa các xung để thực hiên tác động khác.  Ví dụ: làm thay đổi tần số các sóng âm để tạo ra những âm thanh khác nhau từ nền âm thanh sẵn có nhờ đó cùng một bài hát ta có thể nghe trên nền nhạc Rock hoặc Pop. 20. Nguyên tắc liên tục tác động có ích: Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 12  Thực hiện công việc một cách liên tục (tất cả các phần của đối tượng cần luôn luôn làm việc ở chế độ đủ tải).  Khắc phục vận hành không tải và trung gian.  Chuyển chuyển động tịnh tiến qua lại thành chuyển động quay.  Ví dụ: trong nông nghiệp khi gặt lúa xong người ta không để trống đất mà trồng xen canh loại cây khác. 21. Nguyên tắc “vượt nhanh”:  Vượt qua các giai đoạn có hại hoặc nguy hiểm với vận tốc lớn.  Vượt nhanh để có được hiệu ứng cần thiết.  Ví dụ: ứng dụng nguyên lí này để tạo ra các sản phẩm như máy giặt, tủ lạnh với chế độ giặt nhanh hay làm lạnh nhanh. 22. Nguyên tắc biến hại thành lợi:  Sử dụng những tác nhân có hại (ví dụ tác động có hại của môi trường) để thu được hiệu ứng có lợi.  Khắc phục tác nhân có hại bằng cách kết hợp nó với tác nhân có hại khác.  Tăng cường tác nhân có hại đến mức nó không còn có hại nữa.  Ví dụ: người ta phát hiện ra một loài vi khuẩn tồn tại hầu như bất diện và nhờ vào đặc tính này nghiên cứu gen của nó để có thể chế tạo ra kháng sinh cho con người. 23. Nguyên tắc quan hệ phản hồi:  Thiết lập quan hệ phản hồi.  Nếu đã có quan hệ phản hồi, hãy thay đổi nó.  Ví dụ: sản phẩm diệt virus BKAV luôn có mục dành cho phản hồi từ phía khách hàng để có thể hoàn thiện những sai sót từ những phản hồi đó. 24. Nguyên tắc sử dụng trung gian:  Sử dụng đối tượng trung gian, chuyển tiếp.  Ví dụ: thông qua người này để có thể có thông tin từ người khách là một cách tiếp cận trung gian. 25. Nguyên tắc tự phục vụ:  Đối tượng phải tự phục vụ bằng cách thực hiện các thao tác phụ trợ, sửa chữa.  Sử dụng phế liệu, chất thải, năng lương dư.  Ví dụ: khi cài đặt một phần mềm diệt virut nếu có phiên bản mới sẽ tự động cập nhật. 26. Nguyên tắc sao chép (copy):  Thay vì sử dụng những cái không được phép, phức tạp, đắt tiền, không tiện lợi hoặc dễ vỡ, sử dụng bản sao.  Thay thế đối tượng hay hệ các đối tượng bằng bản sao quang học (ảnh, hình vẽ với các tỷ lệ cần thiết). Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 13  Nếu không thể sử dụng bản sao quang học ở vùng biểu kiến (vùng ánh sáng nhìn thấy được bằng mắt thường), chuyển sang sử dụng các bản sao hồng ngoại hoặc tử ngoại.  Ví dụ: tạo ra mô hình vật chất thu nhỏ để trưng bày thay thế cho việc tạo ra sản phẩm thật khá tốn kém. 27. Nguyên tắc “rẻ” thay cho “đắt”:  Thay đối tượng đắt tiền bằng bộ các đối tượng rẻ có chất lượng kém hơn.  Ví dụ: thay thế các hộp đựng bánh từ kim loại như sắt thành hộp bằng giấy để hạ giá thành sản phẩm. 28. Thay thế sơ đồ cơ học:  Thay thế sơ đồ cơ học bằng điện, quang, nhiệt, âm hoặc mùi vị.  Sử dụng điện trường, từ trường và điện từ trường trong tương tác với đối tượng.  Chuyển các trường đứng yên sang chuyển động, các trường cố định sang thay đổi theo thời gian, các trường đồng nhất sang có cấu trúc nhất định.  Sử dụng các trường kết hợp với các hạt sắt từ. 29. Sử dụng các kết cấu khí và lỏng:  Thay cho các phần của đối tượng ở thể rắn, sử dụng các chất khí và lỏng; nạp khí, nạp chất lỏng, đệm không khí, thủy tĩnh, thủy phản lực.  Ví dụ: trong việc sản xuất bột giặt cho máy giặt người ta thay thế bột giặt dạng hạt thành dạng nước dễ hòa tan. 30. Sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng:  Sử dụng các vỏ dẽo và mành mỏng thay cho các kết cấu khối.  Cách ly đối tượng với môi trường bên ngoài bằng các vỏ dẻo và màng mỏng.  Ví dụ: khi di chuyển vật dụng dễ vỡ người ta dùng các miếng xốp để tránh va chạm mạnh. 31. Sử dụng các vật liệu nhiều lỗ:  Làm đối tượng có nhiều lỗ hoặc sử dụng thêm những chi tiết nhiều lỗ (miếng đệm, tấm phủ,…).  Nếu đối tượng đã có nhiều lỗ, sơ bộ tẩm nó bằng chất nào đó.  Ví dụ: để tránh cho trái cây bị úng người ta bao bằng các lưới mềm để thoát nhiệt 32. Nguyên tắc thay đổi màu sắc:  Thay đổi màu sắc của đối tượng hay môi trường bên ngoài.  Thay đổi độ trong suốt của đối tượng hay mội trường bên ngoài.  Để có thể quan sát được những đối tượng hoặc những quá trình, sử dụng các chất phụ gia màu, huỳnh quang.  Nếu các chất phụ gia đó đã được sử dụng, dùng các nguyên tử đánh dấu. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 14  Sử dụng các hình vẽ, ký hiệu thích hợp.  Ví dụ: người ta dùng các tín hiệu đèn xanh, đỏ, vàng để điều khiển người đi đường. 33. Nguyên tắc đồng nhất:  Những đối tượng tương tác với đối tượng cho trước, phải được làm từ cùng một vật liệu (hoặc từ vật liệu gần về các tính chất) với vật liệu chế tạo đối tượng cho trước.  Ví dụ: khi gắn hai thanh Ram vào Main cùng Bus thì sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng tránh trường hợp bị “sốc”. 34. Nguyên tắc phân hủy hoặc tái sinh các phần:  Phần đối tượng đã hoàn thành nhiêm vụ hoặc trở nên không cần thiết phải tự phân hủy (hòa tan, bay hơi,…) hoặc phải biến dạng.  Các phần mất mát của đối tượng phải được phục hồi trực tiếp trong quá trình làm việc.  Ví dụ: trong khi lập trình, người ta khuyến khích dùng các biến cục bộ thay cho biến toàn cục để khi kết thúc thủ tục hay hàm thì biến cục bộ đó sẽ tự động mất đi nhằm làm giảm bộ nhớ dành cho chương trình. Hay khi chế tạo vệ tinh thăm dò phóng vào vũ trụ thì sau đó nó sẽ tự động phân hủy thành các mãnh vụn và rơi xuống những vùng an toàn. 35. Thay đổi các thông số hoá lý của đối tượng:  Thay đổi trạng thái đối tượng.  Thay đổi nồng độ hay độ đậm đặc.  Thay đổi dộ dẻo.  Thay đổi nhiệt độ, thể tích.  Ví dụ: trong các phản ứng hóa học người ta thường cho chất xúc tác là axit có nồng độ đậm đặc hay loãng để cho ra các sản phẩm khác nhau của quá trình phản ứng. 36. Sử dụng chuyển pha:  Sử dụng các hiện tượng nảy sinh, trong các quá trình chuyển pha như thay đổi thể tích, tỏa hay hấp thu nhiệt lượng … 37. Sử dụng sự nở nhiệt:  Sử dụng sự nở (hay co) nhiệt của các vật liệu.  Nếu đã dùng sự nở nhiệt, sử dụng với vật liệu có các hệ số nở nhiệt khác nhau.  Ví dụ: khi tạo các đường ray bằng sắt, người ta phải tính đến hệ số nở nhiệt để tạo khe hở cần thiết. Hoặc khi đóng nước các chai thủy tinh người ta không đong đầy vì hệ số nở nhiệt của nước cao hơn thủy tinh. 38. Sử dụng các chất ôxy hóa mạnh:  Thay không khí thường bằng không khí giàu ôxy.  Thay không khí giàu ôxy bằng chính ôxy.  Dùng các bức xạ iôn hóa tác động lên không khí hoặc ôxy. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 15  Thay ôxy giàu iôn (hoặc ôxy bị iôn hóa) bằng chính ôxy. 39. Thay đổi độ trơ:  Thay môi trường thông thường bằng môi trường trung hòa.  Đưa thêm vào đối tượng các phần, các chất, phụ gia trung hòa.  Thực hiện quá trình trong chân không.  Ví dụ: đưa các chất hóa học có tính trơ ở môi trường thông thường vào môi trường có xúc tác hoặc nhiệt độ cao để thay đổi tính trơ. 40. Sử dụng các vật liệu hợp thành (composite):  Chuyển từ các vật liệu đồng nhất sang sử dụng những vật liệu hợp thành (composite), Hay nói chung sử dụng các loại vật liệu mới.  Ví dụ: tạo ra những vật liệu từ nhựa tổng hợp. 3. Phương pháp giải quyết vấn đề-bài toán tổng quát. a. Mô hình thông tin ban đầu : b. Các phương pháp phân tích vấn đề : - Phân chia vấn đề : o Có những vấn đề cần giải quyết trong một môi trường nào đó nếu ta biết phân chia thành từng vùng nhỏ để xem xét sẽ giúp cho cho việc giải quyết nhanh hơn và triệt để hơn. - Phân loại vấn đề : o Trong các bài toán để có thể rút ngắn việc giải quyết các vấn đề bằng cách xác định chính xác các loại vấn đề và tập trung giải quyết triệt để. Các vấn đề có cùng loại sẽ được nhận biết và chuyển sang giải quyết chung. - Phân công vấn đề : o Trong khoa học đôi khi để tìm ra một phương pháp chung để giải quyết cùng một lúc nhiều yêu cầu khác nhau là việc làm hết sức khó khăn do đó phải biết phân chia nhỏ vấn đề để có hướng giải quyết từng phần. o Ví dụ : vật liệu mới trong xây dựng là các tấm lợp vừa có công dụng che chắn, chống nóng, cách âm đồng thời chịu lực do đó cấu tạo của nó có nhiều lớp, lớp trên cúng là lớp thép mạ kẽm, lớp dưới là vật cách nhiệt, cách âm, lớp chịu lực,… Phân tích Phân chia Phân loại Phân cấp Phân tích Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 16 - Phân cấp bài toán : o Mọi vấn đề - bài toán đều có thể giải quyết bằng cách phân chia thành những vấn đề - bài toán nhỏ hơn. - Phân tích : o Mọi việc đều bắt đầu từ thao tác phân tích, có phân tích đầy đủ, chính xác, có nhận định mọi vấn đề một cách chặt chẻ thì những vấn đề - bài toán đều có thể được giải quyết một cách triệt để và thuận lợi. 4. Phương pháp giải quyết vấn đề - bài toán tin học. a. Phương pháp trực tiếp Đặc điểm của cách giải quyết vấn đề này là: - Xác định trực tiếp được lời giải qua một thủ tục tính toán (công thức, hệ thức, định luật,…) hoặc qua các bước căn bản để có được lời giải. - Việc giải quyết vấn đề trên máy tính chỉ là thao tác lập trình hay là sự chuyển đổi lời giải từ ngôn ngữ bên ngoài sang các ngôn ngữ được sử dụng trong máy tính. - Các nguyên lý áp dụng trong phương pháp trực tiếp : o Nguyên lý 1: Chuyển đổi dữ liệu bài toán thành dữ liệu của chương trình, có nghĩa là “Dữ liệu của bài tóan sẽ được biểu diễn lại dưới dạng các biến của chương trình thông qua các quy tắc xác định của ngôn ngữ lập trình cụ thể” o Nguyên lý 2 : Chuyển đổi quá trình tính toán của bài toán thành các cấu trúc của chương trình, có nghĩa là “Mọi quá trình tính toán đều có thể mô tả và thực hiện dựa trên ba cấu trúc cơ bản : Cấu trúc tuần tự, cấu trúc rẽ nhánh và cấu trúc lặp”. o Nguyên lý 3 : Biểu diễn các tính toán chính xác, có nghĩa là “Chương trình tính toán theo các biểu thức chính xác không đồng nhất với quá trình tính toán chính xác về mặt hình thức”. o Nguyên lý 4 : Biểu diễn các tính toán gần đúng bằng cấu trúc lặp, có nghĩa là “Mọi quá trình tính toán gần đúng đều dựa trên các cấu trúc lặp với tham số xác định”. o Nguyên lý 5 : Phân chia bài toán ban đầu thành những bài toán nhỏ hơn, có nghĩa là “Mọi vấn đề-bài toán đều có thể giải quyết bằng cách phân chia thành những vấn đề-bài toán nhỏ hơn”. o - Nguyên lý 6 : Biểu diễn các tính toán không tường minh bằng đệ quy, có nghĩa là “Quá trình đệ quy trong máy tính không đơn giản như các biểu thức quy nạp trong toán học”. b. Phương pháp gián tiếp - Phương pháp này được sử dụng khi chưa tìm ra lời giải chính xác của vần đề. - Đây cũng chính là cách tiếp cận chủ yếu của loài người từ xưa đến nay. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 17 - Đưa ra những giải pháp mang đặc trưng của máy tính, dựa vào sức mạnh tính toán của máy tính. - Một lời giải trực tiếp bao giờ cũng tốt hơn, nhưng không phải lúc nào cũng có. - Các phương pháp gián tiếp o Phương pháp thử – sai: Khi xây dựng lời giải bài toán theo phương pháp thử–sai, người ta thường dựa vào 3 nguyên lý sau :  Nguyên lý vét cạn : Đây là nguyên lý đơn giản nhất, liệt kê tất cả các trường hợp có thể xảy ra.  Nguyên lý ngẫu nhiên : Dựa vào việc thử một số khả năng được chọn một cách ngẫu nhiên. Khả năng tìm ra lời giải đúng phụ thuộc rất nhiều vào chiến lược chọn ngẫu nhiên.  Nguyên lý mê cung : Nguyên lý này được áp dụng khi chúng ta không thể biết được chính xác “hình dạng” lời giải mà phải xây dựng dần lời giải qua từng bước một giống như tìm đường đi trong mê cung. Để thực hiện tốt phương pháp thử - sai, chúng ta nên áp dụng các nguyên lý sau:  Nguyên lý vét cạn toàn bộ: Muốn tìm được cây kim trong đống rơm, hãy lần lượt rút ra từng cọng rơm cho đến khi rút được cây kim  Nguyên lý mắt lưới : Lưới bắt cá chỉ bắt được những con cá có kích thước lớn hơn kích thước mắt lưới. c. Phương pháp Heuristic - Phương pháp Heuristic có đặc điểm là đơn giản và gần gũi với cách suy nghĩ của con người, cho ra được những lời giải đúng trong đa số các trường hợp áp dụng. - Các thuật giải Heuristic được xây dựng dựa trên một số nguyên lý rất đơn giản như: o Vét cạn thông minh o Tối ưu cục bộ (Greedy) o Hướng đích” o Sắp thứ tự … - Để thực hiện tốt phương pháp Heuristic, chúng ta nên áp dụng các nguyên lý sau: o Nguyên lý leo núi: Muốn leo lên đến đỉnh thì bước sau phải “cao hơn” bước trước. o Nguyên lý chung: Chọn hướng đi triển vọng nhất trong số những hướng đi đã biết. d. Phương pháp trí tuệ nhân tạo - Phương pháp trí tuệ nhân tạo dựa trên trí thông minh của máy tính. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 18 - Phương pháp này, người ta sẽ đưa vào máy trí thông minh nhân tạo giúp máy tính bắt chước một phần khả năng suy luận như con người, máy tính dựa trên những điều đã được “học“ để tự đưa ra phương án giải quyết vấn đề. - Trong lĩnh vực “máy học” , các hình thức học có thể phân chia như sau : o Học vẹt. o Học bằng cách chỉ dẫn. o Học bằng qui nạp. o Học bằng tương tự. o Học dựa trên giải thích. o Học dựa trên tình huống. o Khám phá hay học không giám sát. - Các kỹ thuật thường được áp dụng trong “máy học” là : o Khai khoáng dữ liệu. o Mạng nơ ron. o Thuật giải di truyền. 5. MỘT SỐ VÍ DỤ ÁP DỤNG NGUYÊN LÍ SÁNG TẠO TRONG TIN HỌC a. Nguyên tắc phân nhỏ:  Khi lập trình người ta chia nhỏ chương trình lớn thành các chương trình con là Procedure và Function để dễ quản lí. Ví dụ để giải bài toán: “nhập mảng các số nguyên, tính căn bậc hai của các số nguyên dương” thì ta dùng thủ tục nhập mảng, hàm kiểm tra số nguyên dương và hàm tính căn bậc hai của số nguyên dương.  Trong quá trình cài đặt máy tính, ta phân nhỏ ổ cứng thành các ổ đĩa để quản lí dữ liệu rõ ràng hơn. b. Nguyên tắc “tách khỏi”:  Trong quá trình thiết kế Cơ sở dữ liệu, để tránh trùng lắp dữ liệu nhà thiết kế luôn tách dữ liệu có khả năng bị lặp lại ra một bảng khác. c. Nguyên tắc phẩm chất cục bộ:  Để giải quyết bài toán “nhập một xâu kí tự bất kì và cho chạy dòng chữ ở giữa màn hình” thì phần chính của yêu cầu là chạy dòng chữ chứ không phải nhập xâu kí tự d. Nguyên tắc phản đối xứng:  Khi khai báo kiểu dữ liệu cho những biến chỉ có thể nhận giá trị dương thì ta khai báo là Byte hoặc Word tránh dùng Integer. e. Nguyên tắc kết hợp:  Ta có thể gắn cùng lúc hai thanh Ram để tăng tốc độ làm việc của máy tính. f. Nguyên tắc “chứa trong”:  Khi viết một phần mềm ứng dụng người ta lại dùng những phần mềm khác goi là phần mềm công cụ để thực hiện ứng dụng đó. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 19 g. Nguyên tắc dự phòng:  Hệ thống thiết đặt thời gian sao lưu dự phòng của hệ điều hành giúp ta có thể phục hồi lại dữ liệu khi bị ngắt điện đột ngột. h. Nguyên tắc linh động:  Sự thay đổi linh hoạt cơ cấu máy tính để bàn cho ra máy tính xách tay là một bước tiến vượt bậc. i. Nguyên tắc giải “thiếu” hoặc “thừa”:  Để tìm ra đáp số của một bài toán người ta chấp nhận giá trị gần đúng của bài toán chẳng hạn như kiểu dữ liệu real cho giá trị gần đúng của một biến. j. Nguyên tắc “vượt nhanh”:  Trong quá trình khởi động máy ta có thể nhấn phím ESC để bỏ qua phần kiểm tra lỗi hệ thống. k. Nguyên tắc sử dụng trung gian:  Để tránh lặp lại một biểu thức toán học nhiều lần ta dùng một biến trung gian để lưu giá trị biểu thức đó nhằm giảm độ phức tạp cho chương trình. l. Nguyên tắc sao chép (copy):  Cài đặt mạng trên máy chủ ảo giúp người dùng thực hành thao tác cài đặt mạng trên một máy tính thay vì phài dùng hai máy để thực hiện thao tác. m. Nguyên tắc “rẻ” thay cho “đắt”:  Nguyên tắc này cho ra nhiều loại máy tính với giá thành khác nhau có cấu hình phù hợp với đối tượng sử dụng, chẳng hạn như chỉ làm công việc văn phòng thì người dùng chỉ cần chọn những máy tính có cấu hình thấp để không bị lãng phí. n. Nguyên tắc thay đổi màu sắc:  Màu sắc của các biểu tượng trong các phần mềm máy tính cho các ý nghĩa khác nhau chẳng hạn như màu đỏ thì kết thúc một thao tác, màu vàng là một cảnh báo. o. Nguyên tắc cầu (tròn) hoá:  Tạo ra các đĩa CD, VCD để lưu dữ liệu vì dữ liệu được lưu trên các Track. III. ỨNG DỤNG NGUYÊN LÍ SÁNG TẠO TRONG SỰ PHÁT TRIỂN HỆ ĐIỀU HÀNH 1. Sự ra đời và phát triển của Hệ Điều Hành - Cùng với sự ra đời của máy tính điện tử, hệ điều hành (OS: Oprerating System) là một phần mềm bắt buộc phải có để quản lý các thiết bị máy tính và giúp cho người ta có thể truy xuất các tài nguyên của hệ thống. - Vào đầu thập niên 80 máy tính cá nhân đã trở nên phổ biến, chúng xuất hiện tại các gia đình và công sở giúp đỡ con người trong các công việc soạn thảo, tính toán… Tuy nhiên vào thời điểm này hệ điều hành máy tính mang tính chất riêng lẻ, Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 20 các máy tính cá nhân chỉ chấp nhận cho một người truy xuất vào tài nguyên của một hệ thống trong một thời điểm và không có khả năng chia xẻ tài nguyên cho máy khác. Hệ điều hành được gọi là hệ điều hành đơn nhiệm một người dùng, phổ biến là MS – DOS. - Sau đó để đáp ứng yêu cầu chia sẻ tài nguyên giữa các máy tính với nhau như các tập tin, máy in…người ta đã phát triển việc kết nối các máy tính lại với nhau trong môi trường mạng cục bộ. Từ đó phát sinh vấn đề phải cho nhiều người truy xuất vào cùng làm việc trên một máy tính trong cùng thời điểm và cũng từ đó việc phát triển một kiểu hệ điều hành mới đã ra đời đó là hệ điều hành mạng (Network Operating System - NOS). Đây là hệ điều hành đa nhiệm nhiều người dùng. Từ đây Microsoft, Novell, HP, SUN đã phát triển hệ điều hành của mình theo các hướng khác nhau nhưng nhìn chung vẫn dựa trên cơ sở phát triển theo hướng đa người dùng, tiến tới liên kết toàn cầu. - Các điểm cơ bản về hệ điều hành máy tính: Dù là hệ điều hành máy tính cá nhân hay đã được phát triển phục vụ cho môi trường mạng mỗi hệ điều hành đều bao gồm 3 phần chính: o Phần lõi (Kernel) o Phần giao diện với người sử dụng (User interface) o Hệ thống tập tin (file system).  Phần kernel là phần cốt lõi của hệ điều hành, nó là một đoạn chương trình nhỏ được nạp vào bộ nhớ máy tính khi khởi động. Chính đoạn chương trình nhỏ bé này chứa các lệnh hướng dẫn cho phép kernel quản lý các thiết bị phần cứng, quản lý việc định vị trong bộ nhớ, truy cập hệ thống và các chương trình khác. Các chương trình ứng dụng và các phần khác của hệ điều hành đều dựa trên kernel để phân hoạch việc truy cập vào tài nguyên hệ thống, truy xuất phần cứng và các thiết bị ngoại vi của máy tính.  Trong Linux và Unix có thể tồn tại tập tin kernel và đôi khi tập tin này có thể được chỉnh sửa và biên dịch lại theo yêu cầu, tuy nhiên khi tập tin này bị lỗi thì toàn bộ hệ thống sẽ không hoạt động. Trong windows vẫn tồn tại tập tin này dưới dạng tập tin như kernel32.dll, đây là các tập tin cực kỳ quan trọng được sử dụng bởi phần lõi của hệ điều hành.  Phần giao diện với người sử dụng là cầu nối giữa người sử dụng và phần kernel có thể ở một trong hai dạng sau:  Dạng giao diện dòng lệnh (Command Line Interface -CLI): Các máy tính thế hệ cũ đều chỉ cung cấp cho người sử dụng dạng giao diện dòng lệnh. Người sử dụng phải nhập vào các lệnh cần thiết để thực hiện một thao tác nào đó trên máy tính thông qua bàn phím.  Dạng giao diện đồ hoạ (Graphic User Interface -GUI): Ngày nay với giao diện đồ hoạ người ta không cần phải nhớ các câu lệnh phức tạp mà thay vào đó là các biểu tượng gợi nhớ giúp cho người sử dụng có thể thao tác trên máy tính một cách dễ dàng thậm chí là không cần biết đọc….! Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 21 Tuy nhiên việc phát triển giao diện theo hướng đồ họa cũng đòi hỏi nhiều tài nguyên của hệ thống hơn như dung lượng cần thiết để lưu trữ hệ điều hành này, bộ nhớ và khả năng của bộ xử lý. Do đó hầu hết ngày nay đối với các hệ điều hành dành cho máy tính cá nhân đều phải có giao diện đồ họa nhưng đối với các máy chủ sử dụng hệ điều hành mạng thì giao diện đồ họa thật ra cũng không cần thiết.  Hệ thống tập tin thành phần xác định việc đặt tên các tập tin và lưu trữ các tập tin này như thế nào và ở đâu trên thiết bị lưu trữ. Unix và Linux lưu trữ tập tin dưới dạng một cấu trúc hình cây với gốc là root. Một dạng file system thông dụng khác là FAT( File Allocation Table), FAT được quản lý bởi hệ điều hành, nó lưu trữ thông tin về tên và vị trí các file được lưu trữ trên thiết bị lưu trữ. Có hai lọai bảng FAT là FAT16 và FAT32. Windows NT thường sử dụng hệ thống file riêng là NTFS (New Technology File System). Windows 2000 có thể sử dụng cả 3 hệ thống file này. 2. Sự phát triển Hệ điều hành Windows - Windows 95: ra đời tháng 9 – 1995. đây là hệ điều hành thế hệ mới trong các hệ điều hành mà hãng Microsoft cung cấp cho thị trường thế giới. Nó được phát triển từ phần mềm Windows 3.11 trước đó. Chế độ đa nhiệm được định hướng cho một người dùng. Các chương trình được thực hiện trong Windows 95 có thể sử dụng chung các tài nguyên của hệ thống. Người dùng cũng có thể làm việc trong môi trường mạng, giao diện đồ họa thuận tiện cho người sử dụng, có chế độ bảo vệ cho hệ thống khỏi virus và lỗi trong quá trình thực thi ứng dụng. - Windows NT (NT – New Technology): là một hệ điều hành được trang bị nhiều công cụ quản trị mạng, có một hệ thống quản lí tệp hiệu quả và có thể làm việc với đĩa có dung lượng cực lớn, hệ thống cho phép khai thác máy tính hiệu quả trong môi trường mạng cục bộ. - Windows 98: được trang bị chương trình duyệt Internet Explore cho phép làm việc thuận tiện hơn với các trang web. Việc kết nối hệ thống với Internet cũng thuận tiện và đơn giản hơn nhiều, Windows 98 còn được cài đặt cho máy tính xách tay đã phổ biến trong thời kì này. - Windows 2000/Windows XP: chế độ đa nhiệm nhiều người dùng, khi đăng nhập vào hệ thống, người dùng có thể cung cấp tài nguyên của mình cho các hệ thống khác trong mạng và sử dụng tài nguyên của hệ thống khác, vì vậy hệ điều hành của một máy trạm (Client) không khác gì hệ điều hành quản trị mạng (Server). Windows Server được trang bị nhiều công cụ để quản trị mạng, cung cấp nhiều dịch vụ kết nối mạng Internet cho mạng cục bộ. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 22 3. Những nguyên lí sáng tạo được ứng dụng trong sự phát triển của Hệ Điều Hành - Nguyên tắc phân nhỏ: Khi xây dựng một hệ thống phần mềm cho hệ điều hành, các nhà khoa học đã phân tách ra thành nhiều thành phần module, chẳng hạn module cho giao diện, module quản lí tệp,… Hệ điều hành Windows ngày nay được sử dụng rộng rãi cũng nhờ cách sử dụng đơn giản thông qua giao diện chứ không phải thông qua câu lệnh như MS – DOS. - Nguyên tắc kết hợp: sản phẩm hệ điều hành là sự kết hợp của nhiều loại ngôn ngữ lập trình khác nhau. - Nguyên tắc vạn năng: từ hệ điều hành đơn nhiệm một người dùng như MS DOS thành hệ điều hành đa nhiệm đa nhiệm một người dùng như Windows 95, rồi phát triển tiếp thành hệ điều hành đa nhiệm nhiều người dùng như Windows 2000 trở đi có thể cùng một lúc cho nhiều người đăng nhập vào hệ thống và thực hiện nhiều tác vụ cùng một thời điểm. - Nguyên tắc chứa trong: hệ điều hành là một tập hợp các module, trong mỗi module lại có những module nhỏ hơn. - Nguyên tắc "vượt nhanh": cho phép bỏ qua thao tác kiểm tra đĩa khởi động bằng phím ESC. - Nguyên tắc tự phục vụ: khi hệ điều hành được nạp vào máy, nếu có yêu cầu từ phía người dùng thì hệ điều hành sẽ cho kết quả thực thi chương trình hoặc các bước thực hiện, các lỗi thường gặp khi thực hiện,...chẳng hạn trong Windows, khi kích hoạt một tệp có phần mở rộng .XSL thì Wondows sẽ khởi động Microsoft Excel để làm việc với nó. - Nguyên tắc dự phòng: từ Windows NT đã cho khả năng làm việc với đĩa có dung lượng cực lớn tránh việc tràn bộ nhớ khi dữ liệu phát sinh. - Nguyên tắc phân hủy hoặc tái sinh: Hệ điều hành Windows ra đời sau luôn dựa trên nền hệ điều hành đã có và chỉ hoàn thiện hoặc thêm, bớt những phần mềm cần thiết. Như vậy ta thấy bất kì một sản phẩm khoa học nào ra đời cũng đều dựa trên một trong bốn mươi nguyên tắc sáng tạo của Atshuler. --------------------------HẾT-----------------------------