ประวัติความเป็นมาของคอมพิวเตอร์

เรื่อง ประวัติความเป็นมาของระบบคอมพิวเตอร์

 

ความหมายของคอมพิวเตอร์

                คำว่า "คอมพิวเตอร์" แปลว่า ผู้คำนวณ ซึ่งหมายถึง อุปกรณ์ที่ใช้ในการคำนวณ เช่น การบวก ลบ คูณ หาร ถ้าจะยึดความหมายนี้คอมพิวเตอร์ก็ไม่ต่างไปจากเครื่องคิดเลขธรรมดา ความจริงแล้ว เครื่องคอมพิวเตอร์มีคุณลักษณะและความสามารถที่ดีกว่าเครื่องคิดเลขหลายเท่า ดังนั้นการให้ความหมายของคอมพิวเตอร์ จึงเป็น

                คอมพิวเตอร์ คือ เครื่องคำนวณอิเล็กทรอนิกส์ที่มีการทำงานแบบอัตโนมัติ ทำหน้าที่เหมือนสมองกล สามารถแก้ปัญหาต่าง ๆ ทั้งที่ง่ายและซับซ้อนตามคำสั่งของโปรแกรม ขั้นตอนการทำงานจะประกอบด้วย การรับโปรแกรมและข้อมูลในรูปแบบที่เครื่องสามารถรับได้ แล้วทำการคำนวณ เคลื่อนย้ายข้อมูล เปรียบเทียบ จนกระทั่งได้ผลลัพธ์ตามที่ต้องการ

                จากความหมายนี้ จะเห็นว่าเครื่องคอมพิวเตอร์มีขั้นตอนการทำงาน 3 ขั้นตอน คือ
                1. รับโปรแกรมและข้อมูล โปรแกรมในที่นี้หมายถึงชุดของคำสั่งที่จะให้คอมพิวเตอร์ทำงาน
                2. ทำการประมวลผล หมายถึง การจัดระเบียบแบบแผนของข้อมูล เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ ตามที่ต้องการ ซึ่งทำได้โดยการคำนวณ เปรียบเทียบ วิเคราะห์โดยใช้สูตรทาง วิทยาศาสตร์ หรือคณิตศาสตร์วิธีการต่างๆ เหล่านี้ทำได้โดยอาศัยคำสั่งหรือโปรแกรมที่เขียนขึ้น
                3. แสดงผลลัพธ์ คือ การนำผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผลเสร็จเรียบร้อยแสดงออกใน รูปแบบต่างๆ ที่ผู้ใช้เข้าใจและนำไปใช้ประโยชน์ได้
 

ประวัติของคอมพิวเตอร์

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

                ลูกคิด (Abacus) ลูกคิด เป็นเครื่องคำนวณเครื่องแรก ที่มนุษย์ได้ประดิษฐ์คิดค้นขึ้นมา โดยชาวตะวันออก (ชาวจีน) และยังมีใช้งานอยู่ในปัจจุบัน มีลักษณะต่างๆ ออกไป เช่นลักษณะลูกคิดของจีน ซึ่งมีตัวนับรางบน สองแถว   ขณะที่ลูกคิดของญี่ปุ่นมีตัวนับรางบนเพียงแถวเดียว แม้เป็นอุปกรณ์สมัยเก่า แต่ก็มีความสามารถในการคำนวณเลขได้ทุกระบบ ส่วนประกอบของลูกคิด การใช้นิ้วดีดลูกคิด เพื่อคำนวณค่าต่างๆ ในปัจจุบันการคำนวณบางอย่างยังใช้ลูกคิดอยู่ถึงแม้นจะมีคอมพิวเตอร์

                แท่งเนเปียร์ (Napier's rod) แท่งเนเปียร์ อุปกรณ์คำนวณที่ช่วยคูณเลข คิดค้นโดย จอห์น เนเปียร์ (John Napier : 1550 - 1617) นักคณิตศาสตร์ชาวสก๊อต มีลักษณะเป็นแท่งไม้ที่ตีเป็นตาราง และช่องสามเหลี่ยม มีเลขเขียนอยู่บนตารางเหล่านี้ 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

                เครื่องคำนวณของปาสกาล (Pascal's Pascalin Calculator)  ประดิษฐ์ในปี 1642 โดย เบลส ปาสกาล (Blaise Pascal :1623 - 1662) นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส โดยเครื่องคำนวณนี้มีลักษณะเป็นกล่องสี่เหลี่ยม มีฟันเฟืองสำหรับตั้งและหมุนตัวเลขอยู่ด้านบน ถือได้ว่าเป็น "เครื่องคำนวณใช้เฟืองเครื่องแรก"

        

                นาฬิกาคำนวณ (Calculating Clock) นาฬิกาคำนวณ เป็นเครื่องคำนวณที่รับอิทธิพลจากแท่งเนเปียร์ โดยใช้ตัวเลขของแท่งเนเปียร์บรรจุบนทรงกระบอกหกชุด แล้วใช้ฟันเฟืองเป็นตัวหมุนทดเวลาคูณเลข ประดิษฐ์โดย วิลเฮล์ม ชิคการ์ด (1592 - 1635) ซึ่งถือได้ว่าเป็นผู้ที่ประดิษฐ์เครื่องกลไกสำหรับคำนวณได้เป็นคนแรก

                เครื่องคำนวณของไลปนิซ (The Leibniz Wheel) กอดฟรีด ไลปนิซ (Gottfried Wilhelm Leibniz: 1646 - 1716) นักคณิตศาสตร์ นักปรัชญา นักการฑูต ชาวเยอรมัน ทำการปรับปรุงเครื่องคำนวณของปาสกาลให้สามารถคูณ และหารได้ ในปี 1673 โดยการปรับฟันเฟืองให้ดีขึ้นกว่าของปาสกาล Gottfried Wilhelm Leibniz The Leibniz Wheel

                ชารลส์ แบบเบจ (Charles Babbage: 1792 - 1871) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้ประดิษฐ์เครื่องผลต่าง (Difference Engine) ขึ้นมาในปี 1832 เป็นเครื่องคำนวณที่ประกอบด้วยฟันเฟืองจำนวนมาก สามารถคำนวณค่าของตารางได้โดยอัตโนมัติ แล้วส่งผลลัพธ์ไปตอกลงบนแผ่นพิมพ์สำหรับนำไปพิมพ์ได้ทัน แบบเบจได้พัฒนาเครื่องผลต่างอีกครั้งในปี 1852 โดยได้รับเงินอุดหนุนจากรัฐสภาอังกฤษ แต่ก็ต้องยุติลงเมื่อผลการดำเนินการไม่ได้ดังที่หวังไว้ หลังจากนั้นแบบเบจก็หันมาออกแบบเครื่องวิเคราะห์ (Babbage's Analytical Engine) โดยเครื่องนี้ประกอบด้วย "หน่วยความจำ" ซึ่งก็คือ ฟันเฟืองสำหรับนับ "หน่วยคำนวณ" ที่สามารถบวกลบคูณหารได้ "บัตรปฏิบัติ" คล้ายๆ บัตรเจาะรูใช้เป็นตัวเลือกว่าจะคำนวณอะไร "บัตรตัวแปร" ใช้เลือกว่าจะใช้ข้อมูลจากหน่วยความจำใด และ "ส่วนแสดงผล" ซึ่งก็คือ "เครื่องพิมพ์ หรือเครื่องเจาะบัตร" แต่บุคคลที่นำแนวคิดของแบบเบจมาสร้างเครื่องวิเคราะห์ (Analytical Engine) ก็คือ ลูกชายของแบบเบจชื่อ เฮนรี่ (Henry) ในปี 1910 อย่างไรก็ตามความคิดของแบบเบจ เกี่ยวกับเครื่องผลต่าง และเครื่องวิเคราะห์ เป็นประโยชน์ต่อวงการคอมพิวเตอร์ในยุคต่อมามาก จึงได้รับสมญาว่า "บิดาแห่งคอมพิวเตอร์"

   

 

ปี 1940 จอห์น วินเซนต์ อาตานาซอฟ (John V. Atanasoff) และลูกศิษย์ชื่อ 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 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 โดยใช้คำนวณตารางการยิงปืนใหญ่ 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
UNIVAC เครื่องคอมพิวเตอร์สำหรับใช้ในงานธุรกิจเครื่องแรกของโลก

มอชลีย์ และเอคเกิรต ในนามบริษัทเรมิงตัน แรนด์ (Remington Rand) ได้สร้างเครื่องคอมพิวเตอร์อีกเครื่องหนึ่งในเวลาต่อมา คือ UNIVAC (Universal Automatic Computer) เพื่อใช้งานสำมะโนประชากรของสหรัฐอเมริกา เป็นเครื่องที่ทำงานในระบบเลขฐานสิบเหมือนเดิม อย่างไรก็ตาม UNIVAC ก็ยังมีขนาดใหญ่มาก ยาว 14 ฟุต กว้าง 7 ฟุตครึ่ง สูง 9 ฟุต มีหลอดสุญญากาศ 5,000 หลอด แต่มีความเร็วในการทำงานสูง สามารถเก็บตัวเลข หรือตัวอักษรไว้ในหน่วยความจำได้ถึง 12,000 ตัว

 

วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์

1.ยุคหลอดสูญญากาศเริ่มจากปี 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

  

2.ยุคทรานซิสเตอร์ปี ค.ศ. 1959 - 1964 ใช้ทรานซิสเตอร์ (Transistor) เป็นวงจรสำคัญ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่พัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำสามคนจากห้องปฏิบัติการเบลล์ (Bell Lab.) ได้แก่
วิลเลียม ชอคลีย์ (W. Shock), จอห์น บาร์ดีน (J. Bardeen), วอลเตอร์ แบรทเตน (H. W. Brattain) โดยทรานซิสเตอร์เป็นแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดเล็กกว่าหลอดสูญญากาศมาก แต่มีความจำที่สูงกว่า ไม่ต้องเวลาในการวอร์มอัพ ใช้พลังงานต่ำ ทำงานด้วยความเร็วที่สูงกว่า นอกจากเทคโนโลยีเรื่องวงจร ยังมีเทคโนโลยีอื่นมาร่วมด้วย เช่น เกิดภาษาคอมพิวเตอร์ขึ้นมา คือ ภาษาแอสเซมบลี (Assembly Language) และภาษาระดับสูงต่างๆ เช่น ภาษา FORTRAN, COBOL สำหรับหน่วยบันทึกข้อมูลก็มีการนำเทปแม่เหล็กมาใช้งาน Transistor

 

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

  

4.ยุควีแอลเอสไอปี ค.ศ. 1971 ถึงปัจจุบัน เป็นยุคของวงจร VLSI (Very Large Scale Integration) ในรูปของไมโครโพรเซสเซอร์ (Microprocessor) เปลี่ยนระบบหน่วยความจำจากวงแหวนแม่เหล็กเป็นหน่วยความจำสารกึ่งตัวนำที่เรียกว่า RAM (Random Access Memory) ส่งผลให้เกิดคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (PC : Personal Computer) Microprocessor - VLSI (Very Large Scale Integration) Apple I Apple II

           

5.ยุคเครือข่ายหลังจากที่มีการคิดค้นวงจรวีแอลเอสไอขึ้น เพื่อใช้เป็นหน่วยประมวลผลกลางและหน่วยความจำหลักในคอมพิวเตอร์แล้ว การพัฒนาวงจรวีแอลเอสไอ ก็ยังคงมีอย่างต่อเนื่องและรวดเร็ว จนในปัจจุบันสามารถบรรจุทรานซิสเตอร์ลงบนแผ่นซิลิคอนขนาดเล็กเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่า ทุก ๆ 18 เดือน เป็นผลให้คอมพิวเตอร์มีขัดความสามารถเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่อคอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้เร็วขึ้น ประมวลผลข้อมูลได้ทีละมากๆ ทำงานได้หลายงานพร้อมกัน รวมทั้งสามารถแสดงผลในรูปของสื่อประสมได้ ความนิยมนำคอมพิวเตอร์มาช่วยงานจึงขยายวงกว้างขวางอย่างรวดเร็วในทุกวงการ ยุคนี้จะมีความพยายามในการประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์กับงานหลายประเภท