Một đèn bán dẫn tự chứa, đơn lẻ thường được gọi là một thành phần rời rạc. Trong suốt những năm 50 và đầu những năm 60 của thế kỷ 20, các thiết bị điện tử phần lớn được kết hợp từ những thành phần rời rạc – đèn bán dẫn, điện trở, tụ điện, v.v... Các thành phần rời rạc được sản xuất riêng biệt, đóng gói trong các bộ chứa riêng, sau đó được dùng để nối lại với nhau trên những bảng mạch. Các bảng này lại được gắn vào trong máy tính, máy kiểm tra dao động, và các thiết bị điện tử khác nữa. Bất cứ khi nào một thiết bị điện tử cần đến một đèn bán dẫn, một ống kim loại nhỏ chứa một mẫu silicon sẽ phải được hàn vào một bảng mạch. Toàn bộ quá trình sản xuất, đi từ đèn bán dẫn đến bảng mạch, là một quá trình tốn kém và không hiệu quả. Những vấn đề như vậy đã làm nền tảng cho việc dẫn đến các bài toán mới trong công nghiệp máy tính. Các máy tính thế hệ thứ hai ban đầu chứa khoảng 10000 đèn bán dẫn. Con số này sau đó đã tăng lên nhanh chóng đến hàng trăm ngàn, làm cho việc sản xuất các máy mạnh hơn, mới hơn gặp rất nhiều khó khăn.

Sự phát minh ra mạch tích hợp vào năm 1958 đã cách mạng hóa điện tử và bắt đầu cho kỷ nguyên vi điện tử với nhiều thành tựu rực rỡ. Mạch tích hợp chính là yếu tố xác định thế hệ thứ ba của máy tính. Trong mục tiếp sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu một cách ngắn gọn về công nghệ mạch tích hợp. Sau đó, hai thành viên quan trọng nhất trong các máy tính thế hệ thứ ba, máy IBM System/360 và máy DEC PDP-8, sẽ được giới thiệu cùng với các tính năng nổi bật của chúng.

Kể từ buổi ban đầu của điện tử số và công nghiệp máy tính, mọi người đã có một khuynh hướng nhất quán và vững chắc trong việc thu nhỏ kích thước các mạch điện tử số. Trước khi xem xét những lợi ích do khuynh hướng này mang lại, chúng ta cần tìm hiểu đôi chút về bản chất của điện tử số.

Các phần tử cơ bản của một máy tính số, như chúng ta đã biết, phải thực hiện các chức năng lưu trữ, di chuyển, xử lý, và điều khiển. Chỉ có hai kiểu phần tử cơ sở cần thiết là cổng và ô nhớ, như được chỉ ra trong hình 2.6.

Bằng cách liên kết một lượng lớn những thiết bị cơ sở này, chúng ta có thể xây dựng được một máy tính. Chúng ta có thể liên hệ điều này với bốn chức năng cơ bản của máy tính như sau:

Do đó, một máy tính sẽ bao gồm các cổng, các ô nhớ, cũng như các thành phần liên kết chúng. Cổng và ô nhớ lại được tạo nên từ những thành phần điện tử số đơn giản.

Mặc dù công nghệ bán dẫn đã được giới thiệu trong các máy tính thế hệ thứ hai, nhiều bài toán vẫn còn tồn tại. Các đèn bán dẫn được đặt riêng lẻ trong các gói và được liên kết lại trên những bảng mạch in thông qua các dây rời rạc. Đây là một quá trình phức tạp, tốn thời gian và dễ có lỗi.

Công nghệ mạch tích hợp khai thác sự kiện là những thành phần như thế (đèn bán dẫn, điện trở, và chất dẫn điện) có thể làm hàng loạt từ một chất bán dẫn như silicon. Hàng trăm, thậm chí hàng ngàn đèn bán dẫn có thể được tạo ra cùng một lúc trên một vỉ silicon. Mỗi vỉ silicon mỏng được chia thành một ma trận các vùng con có kích thước độ vài milimet vuông. Một mẫu mạch đồng nhất sẽ được tạo ra trên từng vùng con này và sau đó vỉ được cắt ra thành các chip. Mỗi chip có nhiều cổng và một số điểm tiếp xúc nhập/xuất. Chip sẽ được đóng gói và gắn thêm chân để có thể gắn vào các thiết bị khác. Một số gói chip này sẽ được nối kết lại trên một bảng mạch in để sản xuất ra các mạch phức tạp hơn nữa.

Vào lúc ban đầu, chỉ có một số ít cổng hay ô nhớ có thể được sản xuất và đóng gói lại với nhau một cách đáng tin cậy. Những mạch tích hợp ban đầu này được đề cập đến với tên gọi tích hợp mức nhỏ. Dần dần người ta đã có thể đặt nhiều thành phần hơn trên cùng một chip. Bắt đầu ở mức đơn vị vào năm 1959, số thiết bị trên mỗi chip đã gia tăng gấp đôi hàng năm trong những năm 1960. Đến những năm 70, tốc độ này có giảm xuống, nhưng vẫn còn ở mức đáng lưu ý là tăng gấp 4 lần trong khoảng ba năm một. Mức phát triển này tồn tại cho đến đầu những năm 1990, khi tác động của những giới hạn về vật lý một lần nữa làm chậm mức độ tăng trưởng của các thành phần trên một chip. Tuy nhiên, theo các dự đoán lạc quan hơn, tích hợp ở mức giga (GSI) – một tỉ thành phần trên một chip – sẽ đạt được trong vòng một vài năm sắp đến.

Đối với nhà sản xuất máy tính, việc sử dụng nhiều IC được đóng gói mang lại nhiều điểm có ích như sau:

Máy IBM System/360 được IBM đưa ra vào năm 1964 là họ máy tính công nghiệp đầu tiên được sản xuất một cách có kế hoạch. Khái niệm họ máy tính bao gồm các máy tính tương thích nhau là một khái niệm mới và hết sức thành công. Các đặc điểm của một họ máy như vậy gồm:

Họ máy IBM System/360 không những đã quyết định tương lai về sau của IBM mà còn có một ảnh hưởng sâu sắc đến toàn bộ ngành công nghiệp máy tính. Nhiều đặc trưng của họ máy này đã trở thành tiêu chuẩn cho các máy tính lớn khác.

Trong lúc IBM giới thiệu máy System/360 thì DEC cho ra đời một hiện tượng khác trong ngành công nghiệp máy tính. Đó là máy PDP-8. Vào lúc một máy tính cỡ trung cũng đòi hỏi một phòng có điều hòa không khí, máy PDP-8 đủ nhỏ để có thể đặt trên một chiếc ghế dài vốn thường gặp trong phòng thí nghiệm hoặc để kết hợp vào trong các thiết bị khác. Nó có thể thực hiện mọi công việc của một máy tính lớn với giá chỉ có 16000 đô la Mỹ, so với số tiền lên đến hàng trăm ngàn đô la để mua được một chiếc máy System/360 của IBM. Tương phản với kiến trúc chuyển trung tâm được IBM sử dụng cho các hệ thống 700/7000 và 360, các kiểu sau này của máy PDP-8 đã sử dụng một cấu trúc rất phổ dụng hiện nay cho các máy mini và vi tính: cấu trúc đường truyền. Hình 2.7 minh họa cấu trúc này. Đường truyền PDP-8, được gọi là Omnibus, gồm 96 đường tín hiệu riêng biệt, được sử dụng để mang chuyển tín hiệu điều khiển, địa chỉ và dữ liệu. Do tất cả các thành phần hệ thống đều dùng chung một tập hợp các đường tín hiệu, việc sử dụng chúng phải được CPU điều khiển. Kiến trúc này có độ linh hoạt cao, cho phép các module được gắn vào đường truyền để tạo ra rất nhiều cấu hình khác nhau.