ประวัติและวิวัฒนาการคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์ เป็นเครื่องอิเล็กทรอนิกส์แบบอัตโนมัติ ทำหน้าที่เสมือนสมองกล ใช้สำหรับแก้ปัญหาต่าง ๆ ทั้งที่ง่ายและซับซ้อนโดยวิธีทางคณิตศาสตร์ (พจนานุกรมฉบับราชบัณฑิตยสถาน พุทธศักราช 2525

คอมพิวเตอร์ในยุคเริ่มแรก จะเป็นลักษณะเครื่องจักรกลหรือสิ่งประดิษฐ์ขึ้นเพื่อช่วยในการคำนวณ โดยที่ยังไม่มีการนำวงจรอิเล็กทรอนิกส์เข้ามาใช้ประโยชน์ร่วมด้วย เมื่อ 5,000 ปีที่ผ่านมามนุษย์ได้พยายามคิดค้นเครื่องมือที่ใช้ทำงาน และผ่อนแรง ตลอดจนให้ความสะดวกแก่ตนเองและผู้อื่่น เช่น ในการนับจำนวนเลข มนุษยในสมัยโบราณรูจัก ใช้นิ้วมือ ในการนับ และใช้วิธีตา่ง ๆ เช่น ใช้รอยขีด ก้อนหิน หรือแท่งไม้ เพื่อนับจำนวนสมาชิกในครอบครัวหรือนับจำนวนสัตว์ที่ล่ามาได้

ต่อมาประมาณ 2,600 ปีก่อนคริสตกาล ชาวจีนได้ประดิษฐ์เครื่องมือเพื่อใช้ในการ คำนวณขึ้นมาชนิดหนึ่ง เรียกว่า ลูกคิด ซึ่งถือได้ว่า เป็นอุปกรณ์ใช้ช่วยการคำนวณที่เก่าแก่ที่สุดในโลกและคงยังใช้งานมาจนถึงปัจจุบัน

ลูกคิด ซึ่งถือว่าเป็นต้นกำเนิดของเครื่องมือคำนวณ

พ.ศ. 2158 John Napier นักคณิตศาสตร์ชาวสก็อตแลนด์ได้ประดิษฐ์อุปกรณ์เพื่อช่วยการคำนวณขึ้นมา เรียกว่า Napier's Bones เป็นอุปกรณ์ที่ลักษณะคล้ายกับตารางสูตรคูณ เครื่องมือชนิดนี้ช่วยให้สามารถทำการคูณและหารได้ง่ายเหมือนกับทำการบวก หรือลบโดยตรง

Napier's Bones

พ.ศ. 2185 นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสชื่อ Blaise Pascal ซึ่งในขณะนั้นมีอายุเพียง 19 ปี ได้ออกแบบ เครื่องมือในการคำนวณโดย ใช้หลักการหมุนของฟันเฟืองหนึ่งอันถูกหมุนครบ 1 รอบ ฟันเฟืองอีกอันหนึ่งซึ่งอยู่ ทางด้านซ้ายจะถูกหมุนไปด้วยในเศษ 1 ส่วน 10 รอบ เครื่องมือของปาสคาลนี้ถูกเผยแพร่ออกสู่สาธารณะชน เมื่อ พ.ศ. 2188 แต่ไม่ประสบความสำเร็จเท่าที่ควรเนื่องจากราคาแพง และเมื่อใช้งานจริงจะเกิดเหตุการณ์ที่ฟันเฟืองติดขัดบ่อยๆ ทำให้ผลลัพธ์ที่ได้ไม่ค่อยถูกต้องตรงความเป็นจริง

เครื่องมือในการคำนวณของ Pascal

พ.ศ. 2216 นักปราชญ์ชาวเยอรมันชื่อGottfriend von Leibnitz ได้ปรับปรุงเครื่องคำนวณของ ปาสคาลให้สามารถหารคูณและหารได้โดยตรง โดยที่การคูณใช้หลักการบวกกันหลายๆ ครั้ง และการหารก็คือการลบกันหลายๆ ครั้ง แต่เครื่องมือของ Leibnitz ยังคงอาศัยการหมุนวงล้อ ของเครื่องเองอัตโนมัติ นับว่า เป็นเครื่องมือที่ช่วยให้การคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ดูยุ่งยากกลับเป็นเรื่องที่ง่ายขึ้น

เครื่องมือคำนวณของ Leibnitz

พ.ศ. 2344 นักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศสชื่อ Joseph Marie Jacquard ได้พยายามพัฒนาเครื่องทอผ้าโดยใช้ บัตรเจาะรูในการบันทึกคำสั่ง ควบคุมเครื่องทอผ้าให้ทำตามแบบที่กำหนดไว้ และแบบดังกล่าวสามารถนำมา สร้างซ้ำๆ ได้อีกหลายครั้ง ความพยายามของ Jacquard สำเร็จลงใน พ.ศ. 2348 เครื่องทอผ้านี้ถือว่าเป็น เครื่องทำงานตามโปรแกรมคำสั่งเป็นเครื่องแรก

เครื่องทอผ้าใช้บัตรเจาะรู

พ.ศ. 2373 Chales Babbage ถือกำเนิดที่ประเทศอังกฤษ เมื่อ พ.ศ. 2334 จบการศึกษาทางด้านคณิตศาสตร์ จากมหาวิทยาลัยแคมบริดจ์ และได้รับตำแหน่ง Lucasian Professor ซึ่งเป็นตำแหน่งที่ Isaac Newton เคยได้รับมาก่อน ในขณะที่กำลังศึกษาอยู่นั้น Babbage ได้สร้างเครื่อง หาผลต่าง (Difference Engine) ซึ่งเป็นเครื่องที่ใช้คำนวณ และพิมพ์ตารางทางคณิตศาสตร์อย่างอัตโนมัติ จนกระทั่งปี พ.ศ. 2373 เขาได้รับความช่วยเหลือจากรัฐบาลอังกฤษเพื่อสร้างเครื่อง Difference Engine ขึ้นมาจริงๆ แต่ในขณะที่ Babbage ทำการสร้างเครื่อง Difference Engine อยู่นั้น ได้พัฒนาความคิดไปถึง เครื่องมือในการคำนวณที่มีความสามารถสูงกว่านี้ ซึ่งก็คือเครื่องที่เรียกว่าเครื่องวิเคราะห์ (Analytical Engine) และได้ยกเลิกโครงการสร้างเครื่อง Difference Engine ลงแล้วเริ่มต้นงานใหม่ คือ งานสร้างเครื่องวิเคราะห์ ในความคิดของเขา โดยที่เครื่องดังกล่าวประกอบไปด้วยชิ้นส่วนที่สำคัญ 4 ส่วน คือ

1.ส่วนเก็บข้อมูล เป็นส่วนที่ใช้ในการเก็บข้อมูลนำเข้าและผลลัพธ์ที่ได้จากการคำนวณ

2.ส่วนประมวลผล เป็นส่วนที่ใช้ในการประมวลผลทางคณิตศาสตร์

3.ส่วนควบคุม เป็นส่วนที่ใช้ในการเคลื่อนย้ายข้อมูลระหว่างส่วนเก็บข้อมูล และส่วนประมวลผล

4.ส่วนรับข้อมูลเข้าและแสดงผลลัพธ์ เป็นส่วนที่ใช้รับทราบข้อมูลจากภายนอกเครื่องเข้าสู่ส่วนเก็บ และแสดงผลลัพธ์ที่ได้จากการคำนวณให้ผู้ใช้ได้รับทราบ

เครื่อง Alaytical Engine

เป็นที่น่าสังเกตว่าส่วนประกอบต่างๆของเครื่อง Alaytical Engineมีลักษณะใกล้เคียงกับส่วนประกอบ ของระบบคอมพิวเตอร์ ในปัจจุบัน แต่น่าเสียดายที่เครื่อง Alalytical Engine ของ Babbage นั้นไม่สามารถสร้างให้สำเร็จขึ้นมาได้ เนื่องจากเทคโนโลยีสมัยนั้นไม่สามารถสร้างส่วนประกอบต่างๆ ดังกล่าว

อีกประการหนึ่งก็คือ สมัยนั้นไม่มีความจำเป็น ต้องใช้เครื่องที่มีความสามารถสูงขนาดนั้น ดังนั้นรัฐบาล อังกฤษจึงหยุดให้ความสนับสนุนโครงการของ Babbage ในปีพ.ศ. 2385 ทำให้ไม่มีทุนที่จะทำการวิจัยต่อไป สืบเนื่องจากมาจากแนวความคิดของ Analytical Engine เช่นนี้จึงทำให้ Charles Babbage ได้รับการยกย่อง ให้เป็นบิดาของเครื่องคอมพิวเตอร์

Charles Babbageบิดาแห่งเครื่องคอมพิวเตอร์

พ.ศ. 2397 นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ George Boole ได้ใช้หลักพีชคณิตเผยแพร่กฎของ Boolean Algebra ซึ่งเป็นคณิตศาสตร์ที่ใช้อธิบายเหตุผลของตรรกวิทยาที่ตัวแปรมีค่าได้เพียง "จริง" หรือ "เท็จ" เท่านั้น (ใช้สภาวะเพียงสองอย่างคือ 0 กับ 1 ร่วมกับเครื่องหมายในเชิงตรรกพื้นฐาน คือ AND,ORและNOT)

สิ่งที่ George Boole คิดค้นขึ้น นับว่ามีประโยชน์ต่อระบบคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันอย่างยิ่ง เนื่องจากเป็น การยากที่จะใช้กระแสไฟฟ้า ซึ่งมีเพียง 2 สภาวะ คือ เปิด กับ ปิด ในการแทน เลขฐานสิบซึ่งมีอยู่ถึง 10 ตัว คือ 0 ถึง 9 แต่เป็นการง่ายกว่าเราแทนด้วยเลขฐานสอง คือ 0 กับ 1 จึงถือว่าสิ่งนี้เป็นรากฐานที่สำคัญของการออกแบบวงจรระบบคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน

George Boole

การพัฒนาคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันมีการแบ่งออกเป็นยุคต่าง ๆ เป็น 5 ยุค ดังนี้

คอมพิวเตอร์ยุคแรก : หลอดสูญญากาศ (ค.ศ. 1945-1958)

อยู่ระหว่างปี พ.ศ.. 2488 ถึง พ.ศ. 2501 เป็นคอมพิวเตอร์ที่ใช้หลอดสุญญากาศซึ่งใช้กำลังไฟฟ้าสูง จึงมีปัญหาเรื่องความร้อนและไส้หลอดขาดบ่อย ถึงแม้จะมีระบบระบายความร้อนที่ดีมาก การสั่งงานใช้ภาษาเครื่องซึ่งเป็นรหัสตัวเลขที่ยุ่งยากซับซ้อน เครื่องคอมพิวเตอร์ของยุคนี้ขนาดใหญ่โต

คอมพิวเตอร์ยุคที่สอง : ทรานซิสเตอร์(ค.ศ. 1959 - 1964)

เป็นคอมพิวเตอร์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์ โดยมีแกนเฟอร์ไรท์เป็นหน่วยความจำ มีอุปกรณ์เก็บข้อมูลสำรองในรูปของสื่อบันทึกแม่เหล็ก เช่น จานแม่เหล็ก ส่วนทางด้านซอฟต์แวร์ก็มีการพัฒนาดีขึ้น โดยสามารถเขียนโปรแกรมด้วยภาษาระดับสูงซึ่งเป็นภาษาที่เขียนเป็นประโยคที่คนสามารถเข้าใจได้ เช่น ภาษาฟอร์แทน ภาษาโคบอล เป็นต้น ภาษาระดับสูงนี้ได้มีการพัฒนาและใช้งานมาจนถึงปัจจุบัน

ทรานซิสเตอร์

รายละเอียดเพิ่มเติม

-ใช้อุปกรณ์ ทรานซิสเตอร์ (Transistor) ซึ่งสร้างจากสารกึ่งตัวนำ (Semi-Conductor) เป็นอุปกรณ์หลัก แทนหลอดสุญญากาศ เนื่องจากทรานซิสเตอร์เพียงตัวเดียว มีประสิทธิภาพในการทำงานเทียบเท่าหลอดสุญญากาศได้นับร้อยหลอด ทำให้เครื่องคอมพิวเตอร์ในยุคนี้มีขนาดเล็ก ใช้พลังงานไฟฟ้าน้อย ความร้อนต่ำ ทำงานเร็ว และได้รับความน่าเชื่อถือมากยิ่งขึ้น

-เก็บข้อมูลได้ โดยใช้ส่วนความจำวงแหวนแม่เหล็ก (Magnetic Core)

- มีความเร็วในการประมวลผลในหนึ่งคำสั่ง ประมาณหนึ่งในพันของวินาที (Millisecond : mS)

- สั่งงานได้สะดวกมากขึ้น เนื่องจากทำงานด้วยภาษาสัญลักษณ์ (Assembly Language)

- เริ่มพัฒนาภาษาระดับสูง (High Level Language) ขึ้นใช้งานในยุคนี้

คอมพิวเตอร์ยุคที่ 3 : Integrated Circuit(ค.ศ. 1965 – 1970)

การปฏิบัติอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สำหรับคอมพิวเตอร์ครั้งแรกและครั้งสำคัญ ซึ่งนำไปสู่คอมพิวเตอร์ยุคที่สาม ได้แก่ การคิดค้น “วงจรเบ็ดเสร็จ” (Integrated Circuit) หรือ IC ซึ่งได้แก่ สารกึ่งตัวนำ (Semiconductor) ชิ้นเล็กๆ ที่สามารถบรรจุวงจรทางตรรกะ (Losic circuit) ไว้ได้หลายวงจร วงจรเหล่านี้จะถูกพิมพ์ลงบนซิลิกอน (Silicon) และเราเรียกมันว่า “ชิป” (Chip)

                                                                          ชิป

ค.ศ. 1964 IBM system/360 คือจุดเริ่มต้นของยุคที่ 3 วงจรไอซี (IC: integrated circuits) เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่นำมาใช้แทนวงจรทรานซิสเตอร์ ลักษณะของ IC เป็นแผ่นซิลิกอนขนาดเล็กหรือเรียกว่า ชิป (chip) เป็นวงจรไมโครอิเล็กทรอนิกส์ มีขนาดเล็กกว่า น่าเชื่อถือมากกว่า ความเร็วสูงขึ้น และ ขนาดของคอมพิวเตอร์เล็กลง

เริ่มใช้วิธีการแบบ Time-sharing และการสื่อสารข้อมูล ความสามารถในการประมวลผลหลาย ๆ โปรแกรมพร้อม ๆ กันเรียกว่า multi-programming ระบบปฏิบัติการ (Operating system) ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อควบคุมการประมวลผลคอมพิวเตอร์ ภาษาระดับสูงสำหรับเขียนโปรแกรม เช่น FORTRAN, COBOL เป็นต้น โปรแกรมสำเร็จรูปแพร่หลายมากขึ้น เครื่องขนาด มินิคอมพิวเตอร์เครื่องแรก คือ PDP-8 ของ the Digital Equipment Corporation ในปี ค.ศ. 1969

เครื่องอ่านเทปแม่เหล็ก

ในปี ค.ศ. 1965 บริษัท Digital Equipment Corporation (DIC) ได้เปิดตัวมินิคอมพิวเตอร์เครื่องแรกออกมาด้วยขนาดและราคาที่ย่อมเยากว่าเครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องใหญ่ เพื่อมุ่งหวังจะให้เป็นรุ่นที่ใช้ในธุรกิจขนาดเล็ก อย่างไรก็ดีแนวการออกแบบมินิคอมพิวเตอร์ ได้แก่ การที่ผู้ใช้สามารถทำงานโต้ตอบกับระบบได้หลายๆ คนพร้อมๆ กัน อีกทั้งยังสามารถทำการเชื่อมต่อระหว่างระบบได้อีกด้วย

คอมพิวเตอร์ยุคที่ 4 : VLSI (พ.ศ. 2513 จนถึงปัจจุบัน )

ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2513 จนถึงปัจจุบัน เป็นยุคของคอมพิวเตอร์ที่ใช้ วงจรรวมความจุสูงมาก (Very Large Scale Integration : VLSI) เช่น ไมโครโพรเซสเซอร์ที่บรรจุทรานซิสเตอร์นับหมื่นนัแสนตัว ทำให้ขนาดเครื่องคอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กลงสามารถตั้งบนโต๊ะในสำนักงานหรือพกพาเหมือนกระเป๋าหิ้วไปในที่ต่าง ๆ ได้ ขณะเดียวกันระบบซอฟต์แวร์ก็ได้พัฒนาขีดความสามารถสูงขึ้นมาก มีโปรแกรมสำเร็จให้เลือกใช้กันมากทำให้เกิดความสะดวกในการใช้งานอย่างกว้างขวาง

ไมโครคอมพิวเตอร์

เครื่องไมโครคอมพิวเตอร์เครื่องแรกของโลกได้แก่ Altair 8800 ซึ่งจำหน่ายออกมาในรูปแบบของชุดเครื่องที่ผู้ใช้จะต้องนำมาประกอบและโปรแกรมให้ทำงานเอง ต่อมาในปี ค.ศ. 1977 Stephen wozniak และ Steven Jobs ได้เปิดตัวเครื่อง Apple ในขณะเดียวกันกับที่บริษัท Radio shack ได้แนะนำเครื่อง TRS-80 ออกสู่ท้องตลาด เครื่องไมโครคอมพิวเตอร์เหล่านี้ประกอบด้วยหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) จอภาพและภาษาโปรแกรมต่างๆ ในช่วงเวลานั้นถือว่าเป็นยุคของเครื่อง Apple II เพราะนัยเป็นเครื่องที่มียอดขายสูงสุด

LSI ชิป

คอมพิวเตอร์ยุคที่ห้า : ผลจากวิชาการด้านปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence: AI

คอมพิวเตอร์ยุคที่ห้า เป็นคอมพิวเตอร์ที่มนุษย์พยายามนำมาเพื่อช่วยในการตัดสินใจและแก้ปัญหาให้ดียิ่งขึ้น โดยจะมีการเก็บความรอบรู้ต่าง ๆ เข้าไว้ในเครื่อง สามารถเรียกค้นและดึงความรู้ที่สะสมไว้มาใช้งานให้เป็นประโยชน์ คอมพิวเตอร์ยุคนี้เป็นผลจากวิชาการด้านปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence: AI) ประเทศต่างๆ ทั่วโลกไม่ว่าจะเป็นสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และประเทศในทวีปยุโรปกำลังสนใจค้นคว้าและพัฒนาทางด้านนี้กันอย่างจริงจัง

ครั้นถึงยุคศตวรรษ 1990 พีซีมีบทบาทที่สำคัญยิ่งต่อชีวิตประจำวัน ขณะเดียวกันพัฒนาการทางพีซีทำให้ขีด ความสามารถเชิงการคำนวณสูงขึ้น มีการใช้ซีพียูที่เป็นไมโครโปรเซสเซอร์ในอุปกรณ์และงานอื่น ๆ มากมาย เมื่อพีซีมีขนาดจากที่วางอยู่บนโต๊ะ ลดขนาดลงมาวางอยู่ที่ตัก (แลบท็อป) และเล็กจนมีน้ำหนักเบาขนาดเท่ากับกระดาษ A4 ที่มีความหนาประมาณหนึ่งนิ้ว เรียกว่าโน้ตบุค และสับโน้ตบุค

เริ่มเข้าสู่ศตวรรษที่ 21 คอมพิวเตอร์ในยุคนี้เป็นการเปลี่ยนแปลงขนานใหญ่จากยุคที่ 4 เป็นคอมพิวเตอร์อัจฉริยะ สามารถคิด มองเห็น ฟัง และพูดคุยได้ โครงสร้างคอมพิวเตอร์จะแตกต่างไปจากเดิม การประมวลผลข้อมูลเป็นแบบขนาน (Parallel) แทนแบบอนุกรม (Serially) การสร้างระบบคอมพิวเตอร์อัจฉริยะ คือหนึ่งในเป้าหมายหลักทางด้านวิทยาการเกี่ยวกับปัญญาประดิษฐ์ (artificial intelligence: AI) สิ่งที่ปรากฏในยุคนี้คือ optical computer ใช้ photonic หรือ optoelectronic เป็นวงจรมากกว่าวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ประมวลผลข้อมูลด้วยแสงเลเซอร์ ปฏิบัติการด้วยความเร็วใกล้กับความไวแสง ในอนาคตจะมีขนาดเล็กมาก เร็ว และ biocomputer มีอำนาจมากขึ้น จะเติบโตจากองค์ประกอบสำคัญคือการใช้เซลจากสิ่งมีชีวิตเป็นวงจร

อ้างอิง : http://www.vcharkarn.com/vblog/33317