วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์

......สมัยโบราณมนุษย์รู้จักการนับด้วยวิธีการต่าง ๆ เช่น นับเศษไม้ ก้อนหิน ลูกปัด การใช้นิ้วมือ การขีดเป็นรอย ชาวจีนคิดประดิษฐ์เครื่องมือนับเรียกว่า “ลูกคิด” (Abacus) โดยได้แนวคิดจากการเอาลูกปัดร้อยเก็บเป็นพวงในสมัยโบราณ จึงนับได้ว่าลูกคิดเป็นเครื่องมือนับที่มนุษย์คิดขึ้นเป็นสิ่งแรกของโลกเมื่อประมาณ 500 ปีก่อนคริสต์ศักราช และยังคงเป็นที่นิยมใช้กันอยู่จนถึงปัจจุบัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการฝึกคิดคำนวณของเด็ก ๆ ที่ฉลาด ครูได้นำเอาลูกคิดมาใช้ช่วยในการฝึกคิดให้กับเด็กและได้ผลดีเป็นอย่างยิ่ง

ลูกคิด

ความพยายามที่จะผลิตเครื่องมือนับเพื่อช่วยผ่อนแรงสมองที่จะต้องคิดคำนวณจำนวนเลขต่าง ๆ มีอยู่ตลอดเวลา จากเครื่องที่ใช้มือ มาใช้เครื่องจักร ไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ และเครื่องคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน ซึ่งมีวิวัฒนาการตามลำดับดังนี้

......ค.ศ. 1617 : จอห์น เนเปียร์ (John Nepier) ชาวสก็อต ประดิษฐ์เครื่องคิดเลข “เนเปียร์ส โบนส์” (Nepier’s Bones)
......ค.ศ. 1632 : วิลเลี่ยม ออตเทรด (William Oughtred) ประดิษฐ์ไม้บรรทัดคำนวณ (Slide Rules) เพื่อใช้ในทางดาราศาสตร์ ถือเป็น คอมพิวเตอร์อนาลอก เครื่องแรกของโลก

เบลส ปาสคาล

Adding Machine ของ ปาสคาล

......ค.ศ. 1642 : เบลส ปาสคาล (Blaise Pascal: 1623 - 1662) ชาวฝรั่งเศส ประดิษฐ์เครื่องบวกเลขแบบมีเฟืองหมุนคือมีฟันเฟือง 8 ตัว เมื่อเฟืองตัวหนึ่งนับครบ 10 เฟืองตัวติดกันทางซ้ายจะขยับไปอีกหนึ่งตำแหน่ง ซึ่งหลักการนี้เป็นรากฐานของการพัฒนาเครื่องคำนวณ และถือว่า เครื่องบวกเลข (Adding Machine) ของปาสคาลเป็น เครื่องบวกเลขเครื่องแรกของโลก

กอตฟริต ฟอน ไลบนิซ

......ค.ศ. 1673 : กอตฟริต ฟอน ไลบนิซ (Gottfried von Leibniz : 1646 - 1716) นักปรัชญาและนักคณิตศาสตร์ ชาวเยอรมัน ออกแบบเครื่องคิดเลขแบบใช้เฟืองทดเพื่อทำการคูณด้วยวิธีการบวกซ้ำ ๆ กัน ไลบนิซเป็นผู้ค้นพบจำนวนเลขฐานสอง (Binary Number) ซึ่งประกอบด้วยเลข 0 และ 1 เป็นระบบเลขที่เหมาะในการคำนวณ เครื่องคิดเลขที่ไลบนิซสร้างขึ้น เรียกว่า Leibniz Wheel สามารถ บวก ลบ คูณ หาร ได้

โจเซฟ มารี แจคการ์ด

......ค.ศ. 1804 : โจเซฟ มารี แจคการ์ด (Joseph Marie Jacquard : 1752 - 1834) ชาวฝรั่งเศส เป็นผู้คิดประดิษฐ์ Jacquard’s Loom เป็นเครื่องทอผ้าที่ควบคุมการทอผ้าลายสีต่าง ๆ ด้วยบัตรเจาะรู (Punched – card) จึงเป็นแนวคิดในการประดิษฐ์เครื่องเจาะบัตร (Punched – card machine) สำหรับเจาะบัตรที่ควบคุมการทอผ้าขึ้น และถือว่าเป็นเครื่องจักรที่ใช้โปรแกรมสั่งให้เครื่องทำงานเป็นเครื่องแรก

......ค.ศ. 1822 : ชาร์ลส์ แบบเบจ (Charles Babbage: 1792 - 1871) ศาสตราจารย์ทางคณิตศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ของอังกฤษ มีแนวความคิดสร้างเครื่องหาผลต่าง เรียกว่า Difference Engine โดยได้รับความช่วยเหลือจากราชสมาคม (Royal Astronomical Society) ของรัฐบาลอังกฤษ สร้างสำเร็จในปี ค.ศ. 1832

ชาร์ลส์ แบบเบจ

 ......จากนั้นในปี ค.ศ. 1833 ชาร์ลส์ แบบเบจ ได้คิดสร้างเครื่องวิเคราะห์ (Analytical Engine) ซึ่งแบ่งการทำงานออกเป็น 3 ส่วนคือ ส่วนเก็บข้อมูล ส่วนควบคุม และส่วนคำนวณ โดยออกแบบให้ใช้ระบบพลังเครื่องยนต์ไอน้ำเป็นตัวหมุนเฟือง และนำบัตรเจาะรูมาใช้ในการบันทึกข้อมูล สามารถคำนวณได้โดยอัตโนมัติและเก็บผลลัพธ์ไว้ในหน่วยความจำก่อนแสดงผล ซึ่งจะเป็นบัตรเจาะรูหรือพิมพ์ออกทางกระดาษ แต่ความคิดของแบบเบจ ไม่สามารถประสบผลสำเร็จเนื่องจากเทคโนโลยีในสมัยนั้นไม่เอื้ออำนวย แบบเบจเสียชีวิตในปี ค.ศ. 1871 ลูกชายของแบบเบจคือ Henry Prevost Babbage ดำเนินการสร้างต่อมาอีกหลายปีและสร้างเสร็จในปี ค.ศ. 1910

 

Difference

Analytical Engine

 หลักการของแบบเบจ ถูกนำมาใช้ในการสร้างเครื่องคอมพิวเตอร์สมัยใหม่จนถึงปัจจุบัน แบบเบจจึงได้รับการยกย่องให้เป็น บิดาแห่งคอมพิวเตอร์

Lady Ada Augusta Lovelace

......เลดี้ เอดา ออกัสตา ลัฟเลซ (Lady Ada Augusta Lovelace) นักคณิตศาสตร์ผู้ร่วมงานของแบบเบจ เป็นผู้ที่เข้าใจในผลงานและแนวความคิดของแบบเบจ จึงได้เขียนบทความอธิบายเทคนิคของการเขียนโปรแกรม วิธีการใช้เครื่องเพื่อแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์เป็นครั้งแรก ทำให้เกิดความเข้าใจในผลงานของแบบเบจได้ดีขึ้น Ada จึงได้รับการยกย่องให้เป็น นักโปรแกรมคนแรกของโลก

......ค.ศ.1850 : ยอร์ช บูล (George Boole) นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้สร้างแนวคิดเกี่ยวกับระบบพีชคณิตแบบใหม่ เรียกว่า Boolean Algebra เพื่อใช้หาข้อเท็จจริงจากเหตุผลต่าง ๆ และแต่งตำราเรื่อง “The Laws of Thoughts” ว่าด้วยเรื่องของการใช้เครื่องหมาย AND, OR, NOT ซึ่งเป็นรากฐานทางคณิตศาสตร์ให้กับการพัฒนาทางด้านไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ เช่น สวิตช์ปิดหรือเปิด การไหลของกระแสไฟฟ้า ไหลหรือไม่ไหล ตัวเลขจำนวนบวกหรือลบ เป็นต้น โดยที่ผลลัพธ์ที่ได้จากพีชคณิตจะมีเพียง 2 สถานะคือ จริงหรือเท็จเท่านั้น ซึ่งอาจจะแทนจริงด้วย 1 และแทนเท็จด้วย 0
......ค.ศ. 1884 : ดร.เฮอร์มาน ฮอลเลอริธ (Dr.Herman Hollerith) นักสถิติชาวอเมริกัน เป็นผู้คิดประดิษฐ์บัตรเจาะรูสำหรับเก็บข้อมูล โดยได้แนวคิดจากบัตรควบคุมการทอผ้าของ Jacquard และวิธีการหนีบตั๋วรถไฟของเจ้าหน้าที่รถไฟ นำมาดัดแปลงและประดิษฐ์เป็นบัตรเก็บข้อมูลขึ้น และทำการสร้างเครื่องคำนวณไฟฟ้าที่สามารถอ่านบัตรที่เจาะได้ ทำให้สามารถทำงานได้อย่างรวดเร็วและประหยัดค่าใช้จ่ายได้มาก

......เมื่อปี ค.ศ. 1880 สำนักงานสำรวจสำมะโนประชากรสหรัฐอเมริการได้ทำการสำรวจสำมะโนประชากรโดยใช้แรงงานคนในการประมวลผล ต้องใช้เวลาถึง 7 ปีครึ่งยังไม่แล้วเสร็จ ข้อมูลที่ได้ไม่แน่นอนและไม่ค่อยถูกต้อง ต่อมา ค.ศ. 1890 สำนักงานฯ จึงได้ว่าจ้าง ฮอลเลอริธ มาทำการประมวลผลการสำรวจ ปรากฏว่าเมื่อใช้เครื่องทำตารางข้อมูล (Tabulating machine) และหีบเรียงบัตร (Sorting) ของฮอลเลอริธแล้ว ใช้เวลาในการประมวลผลลดลงถึง 3 ปี

......ค.ศ. 1896 : ฮอลเลอริธ ได้ตั้งบริษัทผลิตและจำหน่ายอุปกรณ์การประมวลผลด้วยบัตรเจาะรู และต่อมาได้เปลี่ยนชื่อเป็นบริษัทไอบีเอ็ม (International Business Machines Corporation) ในปี ค.ศ. 1924 

......ค.ศ.1937 : โฮเวิร์ด เอช ไอเคน (Professor Howard H. Aiken) ศาสตราจารย์ทางคณิตศาสตร์ แห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด (Harvard) เป็นผู้ออกแบบและสร้างเครื่องคำนวณตามหลักการของแบบเบจได้สำเร็จ โดยนำเอาแนวคิดของ Jacquard และ Hollerith มาใช้ในการสร้างและได้รับการสนับสนุนจากวิศวกรของบริษัทไอบีเอ็ม สร้างสำเร็จในปี ค.ศ. 1943 ในชื่อว่า Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC) หรือเรียกกันโดยทั่วไปว่า MARK I Computer นับเป็นเครื่องคำนวณเครื่องแรกของโลกที่ทำงานโดยอัตโนมัติทั้งเครื่อง จัดเป็น Digital Computer และเป็นเครื่องที่ทำงานแบบElectromechanical คือเป็นแบบ กึ่งไฟฟ้ากึ่งจักรกล
......การส่งคำสั่งและข้อมูลเข้าไปในเครื่อง ใช้เทปกระดาษเจาะรู เครื่องมีขนาดใหญ่มาก ประกอบด้วยชิ้นส่วนต่าง ๆ ประมาณ 7 แสนชิ้น ใช้สายไฟยาวกว่า 500 ไมล์ ความยาวเครื่อง 55 ฟุต สูง 8 ฟุต กว้าง 3.5 ฟุต ใช้เวลาในการบวกหรือลบประมาณ 1/3 วินาที การคูณ 5 วินาที การหาร 16 วินาที นับว่าช้ามากถ้าเทียบกับปัจจุบัน เครื่อง MARK I ถูกนำมาใช้ทำงานตลอดวันตลอดคืนนานถึง 15 ปีเต็ม MARK I ยังไม่ใช่เครื่องคอมพิวเตอร์ตามแนวความคิดในปัจจุบันอย่างแท้จริง เป็นเพียงเครื่องคิดเลขไฟฟ้าขนาดใหญ่เท่านั้น แต่ถือว่าเป็นสิ่งที่น่าภูมิใจในขณะนั้น
......ค.ศ. 1943 : เจ เพรสเปอร์ เอ็คเคิร์ท (J. Presper Eckert) นักวิศวกรและ จอห์น มอชลี (John Mauchly) ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยเพนซิลวาเนีย ได้ช่วยกันสร้างเครื่องคำนวณอิเล็กทรอนิกส์โดยใช้หลอดสุญญากาศ (Vacuum Tube) สร้างสำเร็จในปี ค.ศ. 1946 นับเป็น เครื่องคำนวณอิเล็กทรอนิกส์เครื่องแรกของโลก เรียกว่า ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator)

ENIAC

ใช้หลอดสุญญากาศมากกว่า 18,000 หลอด ติดตั้งในห้องขนาด 20 X 40 ฟุต ตัวเครื่องทั้งระบบหนักเกือบ 30 ตัน บวกเลขได้ 5,000 ครั้งต่อวินาที การคูณและหารทำได้เร็ว 6 ไมโคร วินาที นับว่าเร็วขึ้นมาก เมื่อเปรียบเทียบการทำงานกับ MARK I แล้ว ถ้า ENIAC ทำงาน 1 ชั่วโมง จะเท่ากับเครื่อง MARK I ทำงานประมาณ 1 สัปดาห์ แต่การสั่งงานและการควบคุมยังต้องใช้สวิตช์และแผงเสียบปลั๊กทางสายไฟ ทุกครั้งที่เครื่องทำงานจะทำให้หลอดไฟฟ้าทั้งหมดสว่างขึ้น เป็นผลให้เกิดความร้อน หลอดไฟจึงมักจะขาดบ่อย ต้องตั้งเครื่องไว้ในห้องที่มีการปรับอุณหภูมิห้องให้เพียงพอ ENIAC เริ่มใช้งานในปี ค.ศ. 1946 และใช้งานประมาณ 10 จึงเลิกใช้

......ในระหว่างนั้นเกิดสงครามโลกครั้งที่ 2 ทางการทหารสหรัฐอเมริกา ทำการวิจัยเกี่ยวกับโครงการสร้างลูกระเบิดปรมาณู ได้นำเอาเครื่อง MARK I และ ENIAC มาใช้ในโครงการนี้ด้วย แต่ต้องการเครื่องที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า ค.ศ. 1945 ดร.จอห์น ฟอน นอยมานน์ (Dr.John Von Neumann) นักคณิตศาสตร์ นักตรรกวิทยา และนักฟิสิกส์ แห่งมหาวิทยาลัยปรินซ์ตัน พร้อม ร.ท.เฮอร์มาน โกลด์สไตน์ (Herman Goldstein) เจ้าหน้าที่สื่อสารกองทัพบกและอดีตศาสตราจารย์คณิตศาสตร์ แห่งมหาวิทยาลัยมิชิแกน และ ดร.อาเธอร์ เบิร์คส สมาชิกแผนกปรัชญาของมิชิแกน ได้ร่วมมือกันสร้างเครื่องคอมพิวเตอร์ที่สามารถเก็บคำสั่งการปฏิบัติงานทั้งหมดไว้ภายในเครื่องได้ เปลี่ยนแปลงข้อมูลและเปรียบเทียบได้ และใช้ระบบตัวเลขฐานสองภายในเครื่อง ชื่อว่า EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) และสร้างเสร็จในปี ค.ศ. 1952

......ค.ศ. 1949 : หลังจากที่มอชลีและเอ็คเคิร์ท ได้ร่วมมือกันจัดตั้งบริษัทผลิตคอมพิวเตอร์ออกขาย แต่ประสบปัญหาทางการเงิน จึงขายกิจการให้กับบริษัท Speery Rand Corporation และได้ร่วมมือกันสร้างเครื่องคอมพิวเตอร์ UNIVAC I (Universal Automatic Computer I) สำเร็จในปี ค.ศ. 1951 โดยใช้เทปแม่เหล็กเป็นสื่อบันทึกข้อมูล นับว่าเป็นคอมพิวเตอร์สำหรับใช้งานทางธุรกิจเป็นเครื่องแรกของโลก โดยติดตั้งให้กับบริษัท General Electric Appliance ในปี ค.ศ. 1954 ต่อมาบริษัท Speery Rand Corporation เปลี่ยนชื่อเป็น บริษัทยูนิแวคและยูนิซิส จนกระทั่งบริษัทไอบีเอ็ม ได้ก้าวเข้าสู่วงการคอมพิวเตอร์ และได้พัฒนาเครื่องคอมพิวเตอร์จนเจริญก้าวหน้ามาตามลำดับ

......ค.ศ. 1953 : บริษัทไอบีเอ็ม สร้างเครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องแรกคือ IBM 701 และในปี ค.ศ. 1954 สร้างเครื่อง IBM 650 และเป็นแบบที่ใช้กันแพร่หลายในระยะ 5 ปีต่อมา เป็นเครื่องที่ใช้หลอดสุญญากาศ ต่อมาปรับปรุงดัดแปลงมาใช้วงแหวนแม่เหล็ก (Magnetic Core) เป็นวงแหวนเล็ก ๆ โดยจัดวางชิดกันเป็นแผ่นคล้ายรังผึ้ง เวลาเครื่องทำงาน ความร้อนจึงไม่สูง และเมื่อมีการนำทรานซิสเตอร์มาใช้แทนหลอดสุญญากาศ ทำให้สามารถลดขนาดเครื่องลงได้มาก ความร้อนลดลง ไม่เปลืองเนื้อที่ภายในเครื่อง ต้นปี ค.ศ. 1964 บริษัทไอบีเอ็ม สร้างเครื่อง IBM System 360 ใช้หลักไมโครอิเล็กทรอนิกส์ มีความในการทำงานสูงขึ้น ขนาดของเครื่องเล็กลง และมีระบบหน่วยความจำที่ดีกว่าเดิม

......คอมพิวเตอร์ได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องจากหลาย ๆ กลุ่ม เทคโนโลยีที่ก้าวหน้า วิทยาการที่นำสมัย ทำให้คอมพิวเตอร์เป็นที่ต้องการมากขึ้น การปรับปรุงเปลี่ยนแปลงเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ทำให้คอมพิวเตอร์สามารถตอบสนองความต้องการของผู้ใช้ได้มากขึ้น คอมพิวเตอร์ในปัจจุบันจึงมีประสิทธิภาพสูง ขนาดของเครื่องเล็กลง ราคาถูก เป็นที่นิยมใช้กันทั่วไป และในอนาคตคาดว่า คอมพิวเตอร์ จะกลายเป็นอุปกรณ์ที่มีความจำเป็นในการใช้งานเช่นเดียวกับเครื่องไฟฟ้าในบ้านประเภทอื่น ๆ