1.1 ความหมายและความสำคัญของคอมพิวเตอร์

ความหมายของคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์มาจากภาษาละตินว่า Computare ซึ่งหมายถึง การนับ หรือ การคำนวณ พจนานุกรม ฉบับราชบัณฑิตยสถาน พ.ศ. 2525 ให้ความหมายของคอมพิวเตอร์ไว้ว่า "เครื่องอิเล็กทรอนิกส์แบบอัตโนมัติ ทำหน้าที่เหมือนสมองกล ใช้สำหรับแก้ปัญหาต่างๆ

ที่ง่ายและซับซ้อนโดยวิธีทางคณิตศาสตร์"

คอมพิวเตอร์จึงเป็นเครื่องจักรอิเล็กทรอนิกส์ที่ถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้ทำงานแทนมนุษย์ ในด้านการคิดคำนวณและสามารถจำข้อมูล ทั้งตัวเลขและตัวอักษรได้เพื่อการเรียกใช้งานในครั้งต่อไป นอกจากนี้ ยังสามารถจัดการกับสัญลักษณ์ได้ด้วยความเร็วสูง โดยปฏิบัติตามขั้นตอนของโปรแกรม คอมพิวเตอร์ยังมีความสามารถในด้านต่างๆ อีกมาก อาทิเช่น การเปรียบเทียบทางตรรกศาสตร์ การรับส่งข้อมูล การจัดเก็บข้อมูลในตัวเครื่องและสามารถประมวลผลจากข้อมูลต่างๆ ได้

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

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

เบลส ปาสคาล

Adding Machine ของ ปาสคาล

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

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

MARK 1 เครื่องเจาะบัตรของ Herman Hollerith

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

EDVAC คอมพิวเตอร์ต้นแบบเครื่องแรกของโลก UNIVAC I

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

ยุคของคอมพิวเตอร์

สำหรับความเป็นมาของคอมพิวเตอร์นั้นมีผู้แบ่งยุคของคอมพิวเตอร์ตามวิวัฒนาการทางคอมพิวเตอร์ออกเป็น 5 ยุคด้วยกัน ดังนี้

1. ยุคที่หนึ่ง (First Generation)

ยุคนี้เริ่มตั้งแต่ ค.ศ. 1944 เป็นต้นมา หรือประมาณปี พ.ศ. 2494-2502 เทคโนโลยีที่ใช้สร้างคอมพิวเตอร์ในยุคนี้จะใช้หลอดสุญญากาศ และวงจรไฟฟ้า ซึ่งต้องใช้พลังความร้อนในขณะทำงานสูง ดังนั้นเครื่องคอมพิวเตอร์ในยุคนี้จึงมีขนาดใหญ่และต้องใช้เครื่องปรับอากาศมาช่วยในการระบายความร้อน นอกจากนี้ยังมีการใช้เทปกระดาษหรือบัตรเจาะรูในการรับส่งข้อมูล สำหรับปัญหาที่เกิดในยุคนี้จะเป็นปัญหาในด้านการบำรุงรักษา และการซ่อมแซมเครื่องเพื่อให้เครื่องสามารถทำงานได้ นอกจากนั้นการใช้คำสั่งในการสั่งงานก็ค่อนข้างยุ่งยาก เพราะส่วนมากแล้วในการทำงานต้องสั่งงานโดยใช้ภาษาเครื่อง (Machine Language) ซึ่งจะถือเป็นภาษาระดับต่ำ รหัสคำสั่งต่างๆ จะจดจำค่อนข้างยาก การใช้งานคอมพิวเตอร์ในยุคนี้ส่วนใหญ่จะเป็นงานทางด้านวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ ส่วนงานทางด้านธุรกิจมีการเริ่มใช้ในยุคนี้เช่นกัน แต่มีการใช้ที่ค่อนข้างน้อย

2. ยุคที่สอง (Second Generation)

ยุคนี้เริ่มในปี ค.ศ. 1957 หรือประมาณปี พ.ศ. 2502-2507 ในยุคนี้ได้มีการริเริ่มนำเอาทรานซิสเตอร์ (Transistor) และไดโอด (Diodes) มาใช้แทนหลอดสุญญากาศ ซึ่งมีขนาดเล็ก มีราคาถูกลงและทำงานได้เร็วขึ้น ขนาดของเครื่องคอมพิวเตอร์จึงเล็กตามลงไปด้วย ในการทำงานจะใช้วงแหวนแม่เหล็กสำหรับเก็บข้อมูล และใช้เทปแม่เหล็ก จานแม่เหล็กเป็นสื่อในการรับส่งข้อมูล นอกจากนั้นยังมีการเพิ่มอุปกรณ์ในการรับข้อมูล และอุปกรณ์ในการแสดงผลลัพธ์อีกมากมาย มีการใช้เครื่องพิมพ์ จานแม่เหล็ก บัตรเจาะรู จอภาพ และแป้นพิมพ์เป็นเครื่องปลายทาง ในยุคนี้ได้เปลี่ยนจากการสั่งงานด้วยภาษาเครื่องเป็นการใช้สัญลักษณ์แทน จึงทำให้การสั่งงานง่ายขึ้น และมีภาษาระดับสูงบางภาษาเกิดขึ้นในยุคนี้เช่นกัน

3. ยุคที่สาม (Third Generation)

เริ่มในปี ค.ศ. 1965 ในยุคนี้มีการนำเอาวงจรรวม (Integrated Circuit : IC) มาใช้แทนทรานซิสเตอร์ ทำให้คอมพิวเตอร์ในยุคนี้มีขนาดเล็กลงไปอีก ความเร็วก็สูงขึ้นและราคาก็ลดลงไปอีก มีการพัฒนาโปรแกรมกว้างขวางขึ้น และมีการใช้ภาษาระดับสูงมาช่วยในการเขียนโปรแกรม จึงมีหลายบริษัทเริ่มผลิตโปรแกรมสำเร็จรูปมาใช้ในการทำงาน

4. ยุคที่สี่ (Fourth Generation)

เริ่มตั้งแต่ปี ค.ศ. 1976 มีการนำเอาแผงวงจรรวม (Very Large Scale Integration : VLSI) มาใช้ และมีการปรับปรุงอุปกรณ์อื่นๆ ให้มีความสามารถสูงขึ้น จึงทำให้คอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้เร็วขึ้น นอกจากนั้นยังมีการเปลี่ยนหน่วยความจำจากวงแหวนแม่เหล็กมาเป็นหน่วยความจำสารกึ่งตัวนำ มีการผลิตไมโครโพรเซสเซอร์ขึ้นทำให้มีการสร้างคอมพิวเตอร์ขนาดกลาง (Minicomputer) และขนาดเล็ก (Microcomputer) ขึ้นมาขายเพื่อความเหมาะสมในการใช้งานในแต่ละประเภท ในยุคนี้มีประชาชนสนใจคอมพิวเตอร์มากขึ้น ทำให้มีการใช้อย่างแพร่หลายในหมู่ประชาชนทั่วไป ไม่ว่าจะเป็นนักเรียน นักศึกษา ครูอาจารย์ นายแพทย์ นักธุรกิจ เป็นต้น

5. ยุคที่ห้า (Fifth Generation)

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