วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์

มนุษย์พยายามสร้างเครื่องมือเพื่อช่วยการคำนวณมาตั้งแต่สมัยโบราณแล้ว จึงได้พยายามพัฒนาเครื่องมือต่าง ๆ ให้สามารถใช้งานได้ง่ายเพิ่มขึ้นตามลำดับ ในระยะ 5,000 ปี ที่ผ่านมา มนุษย์เริ่มรู้จักการใช้นิ้วมือและนิ้วเท้าของตน เพื่อช่วยในการคำนวณ และพัฒนาเป็นอุปกรณ์อื่น ๆ

วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์ เริ่มต้นจากวิวัฒนาการของการคำนวณ อุปกรณ์ที่ใช้ในการคำนวณ หรือเครื่องคำนวณต่างๆ เนื่องจากถือได้ว่า "คอมพิวเตอร์" เป็นเครื่องคำนวณรูปแบบหนึ่งนั่นเอง โดยอาจจะเริ่มได้จากการนับจำนวนด้วยก้อนหิน, เศษไม้, กิ่งไม้, การใช้ถ่านขีดเป็นสัญลักษณ์ตามฝาผนัง ทั้งนี้เครื่องคำนวณที่นับเป็นต้นแบบของคอมพิวเตอร์ที่งานในปัจจุบันได้แก่ ลูกคิด (Abacus) นั่นเอง

ลูกคิด (Abacus)

ลูกคิด เป็นเครื่องคำนวณเครื่องแรก ที่มนุษย์ได้

ประดิษฐ์คิดค้นขึ้นมา โดยชาวตะวันออก (ชาวจีน)

และยังมีใช้งานอยู่ในปัจจุบัน มีลักษณะต่างๆ ออกไป

เช่นลักษณะลูกคิดของจีน ซึ่งมีตัวนับรางบน สองแถว

ขณะที่ลูกคิดของญี่ปุ่นมีตัวนับรางบนเพียงแถวเดียว

แม้เป็นอุปกรณ์สมัยเก่า แต่ก็มีความสามารถในการคำนวณเลขได้ทุกระบบ

ส่วนประกอบของลูกคิด

การใช้นิ้วดีดลูกคิด เพื่อคำนวณค่าต่างๆ

ในปัจจุบันการคำนวณบางอย่าง ยังใช้ลูกคิดอยู่ถึงแม้นจะมีคอมพิวเตอร์

แท่งเนเปียร์ (Napier's rod)

แท่งเนเปียร์ อุปกรณ์คำนวณที่ช่วยคูณเลข

คิดค้นโดย จอห์น เนเปียร์ (John Napier : 1550 - 1617)

นักคณิตศาสตร์ชาวสก๊อต มีลักษณะเป็นแท่งไม้ที่ตี

เป็นตาราง และช่องสามเหลี่ยม มีเลขเขียนอยู่บน

ตารางเหล่านี้ เมื่อต้องการคูณเลขจำนวนใด

ก็หยิบแท่งที่ใช้ระบุเลขแต่ละหลักมาเรียงกัน

แล้วจึงอ่านตัวเลขบนแท่งนั้น ตรงแถวที่ตรงกับเลขตัวคูณ ก็จะได้คำตอบที่ต้องการ โดยก่อนหน้านี้เนเปียร์ ได้ทำตารางลอการิทึม เพื่อช่วยในการคูณและหารเลข โดยอาศัยหลักการบวก และลบเลขมาช่วยในการคำนวณ

ไม้บรรทัดคำนวณ (Slide Rule)

วิลเลี่ยม ออทเตรด (1574 - 1660) ได้นำหลักการลอการิทึมของเนเปียร์มาพัฒนาเป็น ไม้บรรทัดคำนวณ หรือสไลด์รูล โดยการนำค่าลอการิทึม มาเขียนเป็นสเกลบนแท่งไม้สองอัน เมื่อนำมาเลื่อนต่อกัน ก็จะอ่านค่าเป็นผลคูณหรือผลหารได้ โดยอาศัยการคาดคะเนผลลัพธ์

นาฬิกาคำนวณ (Calculating Clock)

นาฬิกาคำนวณ เป็นเครื่องคำนวณ

ที่รับอิทธิพลจากแท่งเนเปียร์ โดยใช้ตัวเลขของ

แท่งเนเปียร์บรรจุบนทรงกระบอกหกชุด แล้ว

ใช้ฟันเฟืองเป็นตัวหมุนทดเวลาคูณเลข ประดิษฐ์

โดย วิลเฮล์ม ชิคการ์ด (1592 - 1635) ซึ่งถือได้ว่า

เป็นผู้ที่ประดิษฐ์เครื่องกลไกสำหรับคำนวณได้เป็นคนแรก

เครื่องคำนวณของปาสกาล (Pascal's Pascaline Calculator)

Blaise Pascal

เครื่องคำนวณของปาสกาล ประดิษฐ์ในปี 1642 โดย เบลส ปาสกาล (Blaise Pascal :1623 - 1662) นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศษ โดยเครื่องคำนวณนี้มีลักษณะเป็นกล่องสี่เหลี่ยม มีฟันเฟืองสำหรับตั้งและหมุนตัวเลขอยู่ด้านบน ถือได้ว่าเป็น "เครื่องคำนวณใช้เฟืองเครื่องแรก"

Pascal's Pascaline Calculator

การคำนวณใช้หลักการหมุนของฟันเฟืองหนึ่งอัน ถูกหมุนครบ 1 รอบ ฟันเฟืองอีกอันหนึ่งทางด้านซ้ายจะ

ถูกหมุนไปด้วยในเศษ 1 ส่วน 10 รอบ เช่นเดียวกับการทดเลข

สำหรับผลการคำนวณจะดูได้ที่ช่องบน และ ได้ถูกเผยแพร่ออกสู่

สาธารณชนเมื่อ พ.ศ. 2188 แต่ไม่ประสบผลสำเร็จเท่าที่ควร

เครื่องมือนี้สามารถใช้ได้ดี ในการคำนวณบวกและลบ เท่านั้น

ส่วนการคูณและหารยังไม่ดีเท่าไร

เครื่องคำนวณของไลปนิซ (The Leibniz Wheel)

กอดฟรีด ไลปนิซ (Gottfried Wilhelm Leibniz: 1646 - 1716)

นักคณิตศาสตร์ นักปรัชญา นักการฑูต ชาวเยอรมัน ทำการปรับปรุงเครื่องคำนวณของปาสกาลให้สามารถคูณ และหารได้ ในปี 1673 โดยการปรับฟันเฟืองให้ดีขึ้นกว่าของปาสกาล ใช้การบวกซ้ำ ๆ กัน

แทนการคูณเลข จึงทำให้สามารถทำการคูณและหารได้โดยตรง ซึ่งอาศัยการหมุนวงล้อของเครื่องเอง ยังค้นพบเลขฐานสอง (Binary Number) คือ เลข 0 และเลข 1 ซึ่งเป็นระบบเลขที่เหมาะในการคำนวณ

The Leibniz Wheel

เครื่องผลต่างของแบบเบจ

(Babbage's Difference Engine)

เครื่องวิเคราะห์ของแบบเบจ

(Babbage's Analytical Engine)

ชารลส์ แบบเบจ (Charles Babbage: 1792 - 1871)

นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้ประดิษฐ์เครื่องผลต่าง

(Difference Engine) ขึ้นมาในปี 1832 เป็นเครื่องคำนวณ

ที่ประกอบด้วยฟันเฟืองจำนวนมาก สามารถคำนวณ

ค่าของตารางได้โดยอัตโนมัติ แล้วส่งผลลัพธ์ไปตอกลงบนแผ่นพิมพ์สำหรับนำไปพิมพ์ได้ทัน แบบเบจได้พัฒนาเครื่องผลต่างอีกครั้งในปี 1852 โดยได้รับเงินอุดหนุนจากรัฐสภาอังกฤษ แต่ก็ต้องยุติลงเมื่อผลการดำเนินการไม่ได้ดังที่หวังไว้ อย่างไรก็ตามความคิดของแบบเบจ เกี่ยวกับเครื่องผลต่าง และเครื่องวิเคราะห์

เป็นประโยชน์ต่อวงการคอมพิวเตอร์ในยุคต่อมามาก จึงได้รับสมญาว่า "บิดาแห่งคอมพิวเตอร์"

เนื่องจากประกอบด้วยส่วนสำคัญ 4 ส่วน คือ

1. ส่วนเก็บข้อมูล เป็นส่วนที่ใช้ในการเก็บข้อมูลนำเข้าและผลลัพธ์ที่ได้จากการคำนวณ
2. ส่วนประมวลผล เป็นส่วนที่ใช้ในการประมวลผลทางคณิตศาสตร์
3. ส่วนควบคุม เป็นส่วนที่ใช้ในการเคลื่อนย้ายข้อมูลระ

หว่างส่วนเก็บข้อมูลและส่วนประมวลผล
4. ส่วนรับข้อมูลเข้าและแสดงผลลัพธ์

เป็นส่วนที่ใช้รับข้อมูลจากภายนอกเครื่องเข้าสู่ส่วนเก็บข้อมูล

และแสดงผลลัพธ์ที่ได้จากการคำนวณทำให้เครื่องวิเคราะห์นี้

มีลักษณะใกล้เคียงกับส่วนประกอบของระบบคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน

ABC เครื่องคำนวณขนาดเล็กที่ใช้หลอดสูญญากาศ

ปี 1940 จอห์น วินเซนต์ อาตานาซอฟ (John V. Atanasoff) และลูกศิษฐ์ชื่อ คลิฟฟอร์ด เบอรี (Clifford Berry) แห่งมหาวิทยาลัยไอโอวา ร่วมกันประดิษฐ์เครื่องคำนวณขนาดเล็กที่ใช้หลอดสูญญากาศ ซึ่งนับว่าเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ระบบดิจิตอลเครื่องแรก เรียกเครื่องนี้ว่า ABC หรือ Atanasoff Berry Computer

John V. Atanasoff Clifford Berry Atanasoff Berry Computer

Mark I เครื่องคำนวณอิเล็กทรอนิกส์ของไอบีเอ็ม

ในปี 1943 บริษัทไอบีเอ็ม (IBM: International Business Machines Co.,) โดยโธมัส เจ. วัตสัน (Thomas J. Watson) ได้พัฒนาเครื่องคำนวณที่มีความสามารถเทียบเท่ากับคอมพิวเตอร์ ซึ่งก็คือ เครื่องคิดเลขที่ใช้เครื่องกลไฟฟ้าเป็นตัวทำงาน ประกอบด้วยฟันเฟืองในการทำงาน อันเป็นการนำเอาเทคโนโลยีเครื่องวิเคราะห์แบบแบบเบจมาปรับปรุงนั่นเอง เครื่องนี้ยังไม่สามารถบันทึกคำสั่งไว้ในเครื่องได้ มีความสูง 8 ฟุต ยาว 55 ฟุต ซึ่งก็คือ เครื่อง Mark I หรือชื่อทางการว่า Automatic Sequence Controlled Calculator

Mark I - Automatic Sequence Controlled Calculator

ENIAC เครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องแรกของโลก

ENIAC - Electronics Numerical Integrator

and Computer

จอห์น ดับลิว มอชลีย์ (John W. Mauchly) และ เจ เพรสเพอร์ เอคเกิรต (J. Prespern Eckert) ได้รับทุนอุดหนุนจากกองทัพสหรัฐอเมริกา ในการสร้างเครื่องคำนวณ ENIAC เมื่อปี 1946 นับว่าเป็น "เครื่องคำนวณอิเล็กทรอนิกส์เครื่องแรกของโลก หรือคอมพิวเตอร์เครื่องแรกของโลก" ENIAC เป็นคำย่อของ Electronics Numerical Integrator and Computer เป็นเครื่องคำนวณที่มีจุดประสงค์เพื่อใช้งานในกองทัพ โดยใช้คำนวณ ตารางการยิงปืนใหญ่ วิถีกระสุนปืนใหญ่ อาศัยหลอดสุญญากาศจำนวน 18,000 หลอด มีน้ำหนัก 30 ตัน ใช้เนื้อที่ห้อง 15,000 ตารางฟุต เวลาทำงานต้องใช้เวลาถึง 140 กิโลวัตต์ คำนวณในระบบเลขฐานสิบ เครื่อง ENIAC นี้มอชลีย์ ได้แนวคิดมาจากเครื่อง ABC ของอาตานาซอฟ

EDVAC กับสถาปัตยกรรมฟอนนอยมานน์

EDVAC หรือ Electronics Discrete Variable Automatic Computer นับเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องแรก ที่สามารถเก็บคำสั่งเอาไว้ทำงาน ในหน่วยความจำ พัฒนาโดย จอห์น ฟอน นอยมานน์ (Dr. John Von Neumann) นักคณิตศาสตร์ชาวฮังการี ร่วมกับทีมมอชลีย์ และเอคเกิรต โดยฟอน นอยมานน์ แนวคิดที่น่าสนใจเกี่ยวกับการทำงานของคอมพิวเตอร์ จนได้รับการขนานนามว่า "สถาปัตยกรรมฟอนนอนมานน์" ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้

§ มีหน่วยความจำสำหรับใช้เก็บคำสั่ง และข้อมูลรวมกัน (The stored program concept)

§ การดำเนินการ กระทำโดยการอ่านคำสั่งจากหน่วยความจำ มาแปลความหมาย แล้วทำตามทีละคำสั่ง

§ มีการแบ่งส่วนการทำงาน ระหว่างหน่วยประมวลผล หน่วยความจำ หน่วยควบคุม และหน่วยดำเนินการรับ และส่งข้อมูล

หลอดสุญญากาศ

UNIVAC เครื่องคอมพิวเตอร์สำหรับใช้ในงานธุรกิจเครื่องแรกของโลก

มอชลีย์ และเอคเกิรต ในนามบริษัทเรมิงตัน แรนด์ (Remington Rand)

ได้สร้างเครื่องคอมพิวเตอร์อีกเครื่องหนึ่งในเวลาต่อมา คือ

UNIVAC (Universal Automatic Computer)

เพื่อใช้งานสำมะโนประชากรของสหรัฐอเมริกา

เป็นเครื่องที่ทำงานในระบบเลขฐานสิบเหมือนเดิม

อย่างไรก็ตาม UNIVAC ก็ยังมีขนาดใหญ่มาก

UNIVAC (Universal Automatic Computer)

ยาว 14 ฟุต กว้าง 7 ฟุตครึ่ง สูง 9 ฟุต

มีหลอดสุญญากาศ 5,000 หลอด แต่มีความเร็วในการทำงานสูง สามารถเก็บตัวเลข หรือตัวอักษรไว้ ในหน่วยความจำได้ถึง 12,000 ตัว

คอมพิวเตอร์ยุคที่หนึ่ง

เริ่มจากปี ค.ศ. 1951 - 1958 ใช้หลอดสูญญากาศ (Vacuum Tube) เป็นวงจรสำคัญในการทำงาน นับเป็นยุคเริ่มต้นที่ความรู้เกี่ยวกับเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์พึ่งก่อเกิด คอมพิวเตอร์ในยุคนี้ได้แก่ UNIVAC, ENIAC

Vacuum Tube หรือหลอดสูญญากาศ

คอมพิวเตอร์ในยุคนี้ มักจะใช้กับงานธุรกิจ เช่น งานเงินเดือน บัญชี หรือควบคุมสินค้าคงคลัง

ลักษณะเฉพาะของคอมพิวเตอร์ยุคที่ 1

· ใช้หลอดสูญญากาศ เป็นส่วนประกอบหลัก

· ตัวเครื่องมีขนาดใหญ่ ใช้กำลังไฟฟ้าสูง เกิดความร้อนสูง

· ทำงานด้วยภาษาเครื่อง (Machine Language)

· มีการพัฒนาภาษาสัญลักษณ์ เช่น Symbolic Language และ Assembly

Transistor

คอมพิวเตอร์ยุคที่สอง

ปี ค.ศ. 1959 - 1964 ใช้ทรานซิสเตอร์ (Transistor)

เป็นวงจรสำคัญ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่พัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำ

สามคนจากห้องปฏิบัติการเบลล์ (Bell Lab.) ได้แก่

วิลเลียม ชอคลีย์ (W. Shock), จอห์น บาร์ดีน (J. Bardeen),

วอลเตอร์ แบรทเตน (H. W. Brattain)

โดยทรานซิสเตอร์เป็นแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดเล็ก

กว่าหลอดสูญญากาศมาก แต่มีความจำที่สูงกว่า ไม่ต้องเวลาใน

การวอร์มอัพ ใช้พลังงานต่ำ ทำงานด้วยความเร็วที่สูงกว่า นอกจากเทคโนโลยีเรื่องวงจร ยังมีเทคโนโลยีอื่นมาร่วมด้วย เช่น เกิดภาษาคอมพิวเตอร์ขึ้นมา คือ ภาษาแอสเซมบลี (Assembly Language) และภาษาระดับสูงต่างๆ เช่น ภาษา FORTRAN, COBOL สำหรับหน่วยบันทึกข้อมูลก็มีการนำเทปแม่เหล็กมาใช้งาน

คอมพิวเตอร์ยุคที่สาม

IC : Integrated Circuit

ปี ค.ศ. 1965 - 1670 เป็นยุคที่คอมพิวเตอร์เริ่มปรับเปลี่ยนมาก เนื่องจากมีการพัฒนาแผงวงจรรวม (IC : Integrated Circuit) อันเป็นผลงานของบริษัทเท็กซัส อินสตรูเมนต์ (Texas Instruments Co.,) ทำให้เกิดคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กลงมา ระดับมินิคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์ยุคที่สี่

ปี ค.ศ. 1971 ถึงปัจจุบัน เป็นยุคของวงจร VLSI (Very Large Scale Integration)

ในรูปของ ไมโครโพรเซสเซอร์ (Microprocessor) เปลี่ยนระบบหน่วยความจำจากวงแหวนแม่เหล็กเป็นหน่วยความจำสารกึ่งตัวนำที่เรียกว่า RAM (Random Access Memory) ส่งผลให้เกิดคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (PC : Personal Computer)

	Apple II
Apple I

Microprocessor - VLSI (Very Large Scale Integration)