วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์ที่เราใช้ กันอยู่ทุกวันนี้เป็นผลมาจากการประดิษฐ์คิดค้นเครื่องมือในการคำนวณซึ่งมี วิวัฒนาการนานมาแล้ว เริ่มจากเครื่องมือในการคำนวณเครื่องแรกคือ "ลูกคิด" (Abacus) ที่สร้างขึ้นในประเทศจีน เมื่อประมาณ 2,000-3,000 ปีมาแล้ว

จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2376 นักคณิตศาสต์ชาวอังกฤษ ชื่อ ชาร์ล แบบเบจ (Charles Babbage) ได้ประดิษฐ์เครื่องวิเคราะห์ (Analytical Engine) สามารถคำนวณค่าของตรีโกณมิติ ฟังก์ชั่นต่างๆ ทางคณิตศาสตร์ การทำงานของเครื่องนี้แบ่งเป็น 3 ส่วน คือ ส่วนเก็บข้อมูล ส่วนคำนวณ และส่วนควบคุม ใช้ระบบพลังเครื่องยนต์ไอน้ำหมุนฟันเฟือง มีข้อมูลอยู่ในบัตรเจาะรู คำนวณได้โดยอัตโนมัติ และเก็บข้อมูลในหน่วยความจำ ก่อนจะพิมพ์ออกมาทางกระดาษ หลักการของแบบเบจนี้เองที่ได้นำมาพัฒนาสร้างเครื่องคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ เราจึงยกย่องให้แบบเบจเป็น บิดาแห่งเครื่องคอมพิวเตอร์ หลังจากนั้นเป็นต้นมา ได้มีผู้ประดิษฐ์เครื่องคอมพิวเตอร์ขึ้นมามากมายหลายขนาด ทำให้เป็นการเริ่มยุคของคอมพิวเตอร์อย่างแท้จริง โดยสามารถจัดแบ่งคอมพิวเตอร์ออกได้เป็น 5 ยุค

- ยุคที่หนึ่ง (First Generation Computer) พ.ศ. 2489-2501

- ยุคที่สอง (Second Generation Computer) พ.ศ. 2502-2506

- ยุคที่สาม (Third Generation Computer) พ.ศ. 2507-2512

- ยุคที่สี่ (Fourth Generation Computer) พ.ศ. 2513-2532

- ยุคที่ห้า (Fifth Generation Computer) พ.ศ. 2533 จนถึงปัจจุบัน

เป็นการประดิษฐ์ เครื่องคอมพิวเตอร์ที่มิใช่เครื่องคำนวณ โดยเมาช์ลีและเอ็กเคอร์ต (Mauchly and Eckert) ได้นำแนวความคิดนั้นมาประดิษฐ์เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพมาก เครื่องหนึ่งเรียกว่า ENIAC (Electronic Numericial Integrator and Calculator) ซึ่งต่อมาได้ทำการปรับปรุงการทำงานของเครื่องคอมพิวเตอร์ให้มีประสิทธิภาพดี ยิ่งขึ้น และได้ประดิษฐ์เครื่อง UNIVAC (Universal Automatic Computer) ขึ้นเพื่อใช้ในการสำรวจสำมะโนประชากรประจำปี จึงนับได้ว่า UNIVAC เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องแรกของโลกที่ถูกใช้งานในเชิงธุรกิจ ซึ่งนับเป็นการเริ่มของเครื่องคอมพิวเตอร์ในยุคแรกอย่างแท้จริง เครื่องคอมพิวเตอร์ในยุคนี้ใช้หลอดสุญญากาศในการควบคุมการทำงานของเครื่อง ซึ่งทำงานได้อย่างรวดเร็ว แต่มีขนาดใหญ่มากและราคาแพง ยุคแรกของคอมพิวเตอร์สิ้นสุดเมื่อมีผู้ประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์มาใช้แทนหลอดสูญ ญากาศ ลักษณะเฉพาะของเครื่องคอมพิวเตอร์ยุคที่ 1 ใช้อุปกรณ์ หลอดสุญญากาศ (Vacuum Tube) เป็นส่วนประกอบหลัก ทำให้ตัวเครื่องมีขนาดใหญ่ ใช้พลังงานไฟฟ้ามาก และเกิดความร้อนสูง ทำงานด้วยภาษาเครื่อง (Machine Language) เท่านั้น เริ่มมีการพัฒนาภาษาสัญลักษณ์ (Assembly / Symbolic Language) ขึ้นใช้งาน

ลักษณะเฉพาะของเครื่องคอมพิวเตอร์ยุคที่ 2

มีการนำทรานซิสเตอร์ มาใช้ในเครื่องคอมพิวเตอร์จึงทำให้เครื่องมีขนาดเล็กลง และสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานให้มีความรวดเร็วและแม่นยำมากยิ่งขึ้น

นอกจากนี้ ในยุคนี้ยังได้มีการคิดภาษาเพื่อใช้กับเครื่องคอมพิวเตอร์เช่น ภาษาฟอร์แทน (FORTRAN) จึงทำให้ง่ายต่อการเขียนโปรแกรมสำหรับใช้กับเครื่อง

• 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

ลักษณะเฉพาะของเครื่องคอมพิวเตอร์ยุคที่ 3

        คอมพิวเตอร์ ในยุคนี้เริ่มต้นภายหลังจากการใช้ทรานซิสเตอร์ได้เพียง 5 ปี เนื่องจากได้มีการประดิษฐ์คิดค้นเกี่ยวกับวงจรรวม (Integrated-Circuit) หรือเรียกกันย่อๆ ว่า "ไอซี" (IC) ซึ่งไอซีนี้ทำให้ส่วนประกอบและวงจรต่างๆ สามารถวางลงได้บนแผ่นชิป (chip) เล็กๆ เพียงแผ่นเดียว จึงมีการนำเอาแผ่นชิปมาใช้แทนทรานซิสเตอร์ทำให้ประหยัดเนื้อที่ได้มาก

         นอกจากนี้ยังเริ่มมีการใช้งานระบบจัดการฐานข้อมูล (Data Base Management Systems : DBMS) และมีการพัฒนาเครื่องคอมพิวเตอร์ให้สามารถทำงานร่วมกันได้หลายๆ งานในเวลาเดียวกัน และมีระบบที่ผู้ใช้สามารถโต้ตอบกับเครื่องได้หลายๆ คน พร้อมๆ กัน (Time Sharing)

• ใช้อุปกรณ์ วงจรรวม (Integrated Circuit : IC) หรือ ไอซี และวงจรรวมสเกลขนาดใหญ่ (Large Scale Integration : LSI) เป็นอุปกรณ์หลัก

• ความเร็วในการประมวล ผลในหนึ่งคำสั่ง ประมาณหนึ่งในล้านของวินาที (Microsecond : mS) (สูงกว่าเครื่องคอมพิวเตอร์ในยุคที่ 1 ประมาณ 1,000 เท่า)

• ทำงานได้ด้วยภาษาระดับสูงทั่วไป

ลักษณะเฉพาะของเครื่องคอมพิวเตอร์ยุคที่ 4

          เป็น ยุคที่นำสารกึ่งตัวนำมาสร้างเป็นวงจรรวมความจุสูงมาก (Very Large Scale Integrated : VLSI) ซึ่งสามารถย่อส่วนไอซีธรรมดาหลายๆ วงจรเข้ามาในวงจรเดียวกัน และมีการประดิษฐ์ ไมโครโพรเซสเซอร์ (Microprocessor) ขึ้น ทำให้เครื่องมีขนาดเล็ก ราคาถูกลง และมีความสามารถในการทำงานสูงและรวดเร็วมาก จึงทำให้มีคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (Personal Computer) ถือกำเนิดขึ้นมาในยุคนี้

• ใช้อุปกรณ์ วงจรรวมสเกลขนาดใหญ่ (Large Scale Integration : LSI) และ วงจรรวมสเกลขนาดใหญ่มาก (Very Large Scale Integration : VLSI) เป็นอุปกรณ์หลัก

• มีความเร็วในการ ประมวลผลแต่ละคำสั่ง ประมาณหนึ่งในพันล้านวินาที (Nanosecond : nS) และพัฒนาต่อมาจนมีความเร็วในการประมวลผลแต่ละคำสั่ง ประมาณหนึ่งในล้านล้านของวินาที (Picosecond : pS)

ลักษณะเฉพาะของเครื่องคอมพิวเตอร์ยุคที่ 5

          ใน ยุคนี้ ได้มุ่งเน้นการพัฒนา ความสามารถในการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์ และ ความสะดวกสบายในการใช้งานเครื่องคอมพิวเตอร์ อย่างชัดเจน มีการพัฒนาสร้างเครื่องคอมพิวเตอร์แบบพกพาขนาดเล็ก (Portable Computer) ขึ้นใช้งานในยุคนี้

        โครงการพัฒนาอุปกรณ์ VLSI ให้ใช้งานง่าย และมีความสามารถสูงขึ้น รวมทั้งโครงการวิจัยและพัฒนาเกี่ยวกับ ปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence : AI) เป็นหัวใจของการพัฒนาระบบคอมพิวเตอร์ในยุคนี้ โดยหวังให้ระบบคอมพิวเตอร์มีความรู้ สามารถวิเคราะห์ปัญหาด้วยเหตุผล

องค์ประกอบของระบบปัญญาประดิษฐ์ ประกอบด้วย 4 หัวข้อ ได้แก่

1. ระบบหุ่นยนต์ หรือแขนกล (Robotics or Robotarm System)

           คือหุ่นจำลองร่างกายมนุษย์ที่ควบคุมการทำงานด้วยเครื่องคอมพิวเตอร์ มีจุดประสงค์เพื่อให้ทำงานแทนมนุษย์ในงานที่ต้องการความเร็ว หรือเสี่ยงอันตราย เช่น แขนกลในโรงงานอุตสาหกรรม หรือหุ่นยนต์กู้ระเบิด เป็นต้น

3. การรู้จำเสียงพูด (Speech Recognition System)

          คือ การพัฒนาให้ระบบคอมพิวเตอร์เข้าใจภาษามนุษย์ และสามารถจดจำคำพูดของมนุษย์ได้อย่างต่อเนื่อง กล่าวคือเป็นการพัฒนาให้เครื่องคอมพิวเตอร์ทำงานได้ด้วยภาษาพูด เช่น งานระบบรักษาความปลอดภัย งานพิมพ์เอกสารสำหรับผู้พิการ เป็นต้น

4. ระบบผู้เชี่ยวชาญ (Expert System)

       คือ การพัฒนาให้ระบบคอมพิวเตอร์มีความรู้ รู้จักใช้เหตุผลในการวิเคราะห์ปัญหา โดยใช้ความรู้ที่มี หรือจากประสบการณ์ในการแก้ปัญหาหนึ่ง ไปแก้ไขปัญหาอื่นอย่างมีเหตุผล ระบบนี้จำเป็นต้องอาศัยฐานข้อมูล (Database) ซึ่งมนุษย์ผู้มีความรู้ความสามารถเป็นผู้กำหนดองค์ความรู้ไว้ในฐานข้อมูลดัง กล่าว เพื่อให้ระบบคอมพิวเตอร์สามารถวิเคราะห์ปัญหาต่างๆ ได้จากฐานความรู้นั้น เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์วิเคราะห์โรค หรือเครื่องคอมพิวเตอร์ทำนายโชคชะตา เป็นต้น

หลักการทำงานของคอมพิวเตอร์

      คอมพิวเตอร์ ทำงานโดยอาศัยพื้นฐานบนหลักการเดียวกับกระบวนการทำงานของสมอง คือ การสร้างสัญญาณความถี่ไฟฟ้าเทียบเท่าสัญญาณนาฬิกาขึ้นมาชุดหนึ่ง เรียกว่า "คล็อก" (Clock) โดยการกำเนิดความถี่จากการปิด และเปิดไฟฟ้า สลับกันด้วยความเร็วสูง  จากการปิด และเปิดไฟฟ้า ได้ถูกกำหนดค่าไว้เป็น 0 เมื่อปิดไฟฟ้า และ 1 เมื่อเปิดไฟฟ้า เลข 0 กับเลข 1 นี้ เรียกว่า "บิต" (Bite) เมื่อนำค่าของบิตมาวางเรียงกันใน 1 บรรทัด จะประกอบด้วยบิตจำนวน 8 หลัก เรียกว่า "ไบต์" (Byte)

       การจัดวางไบต์ บันทัดบิตแต่ละบันทัด ถูกนำมาวางเรียงไว้เป็นกลุ่ม ๆ ละ 4 ไบต์ รวมเป็นกลุ่มละ 32 ไบต์ ก่อให้เกิดวรรคช่องว่างระหว่างบันทัดบิต เรียกว่า "อินเตอร์รัพ" (Interrupe) หรือกระบวนการขัดจังหวะภายในไบต์ เพื่อให้คอมพิวเตอร์สามารถแยกจำนวนบิต และคำนวณได้อย่างถูกต้อง

       ดัง นั้น คอมพิวเตอร์จะมีขีดความสามารถสูงส่งปานใดก็ตาม แต่ความจริงแล้ว แต่ตัวคอมพิวเตอร์จะรู้จักข้อมูลที่อยู่ในตัวแค่เพียงเลข 0 กับ 1 เท่านั้น

         ในการคำนวณมาตราเมตริกของคอมพิวเตอร์ จะต่างจากการคำนวณเมตริกทั่วไป ซึ่งจะนับจำนวน 1 พันเป็นตัวเปลี่ยนทศนิยม เช่น 1,000 เมตร เท่ากับ 1 กิโลเมตร เป็นต้น

         แต่ในการคำนวณเมตริกของคอมพิวเตอร์นั้น จะใช้จำนวนบิต หรือไบต์ เท่ากับ 1,024 เป็นตัวเปลี่ยนจุดทศนิยม ดังนี้

          1,024  บิต  เท่ากับ  1  กิโลบิต

          1,024  กิโลบิต  เท่ากับ  1  เมกะบิต

          1,024  เมกะบิต  เท่ากับ  1  กีกะบิต

          1,024  กีกะบิต   เท่ากับ   1  เทราบิต

          หากถ้านับควบจำนวนให้เป็นไบต์ ต้องหารด้วย 8 จึงจะทราบจำนวนเป็นไบต์ และหากต้องการแตกจำนวนไบต์ออกมาเป็นบิต ก็จะต้องคูณด้วย 8 จึงจะได้จำนวนบิตที่ต้องการ

          เพียงเท่านี้ คอมพิวเตอร์ยังไม่สามารถที่จะทำงานได้ เพราะคอมพิวเตอร์จะต้องมีขบวนการทำงานที่ซับซ้อนมากมาย จึงจะสามารถสื่อสารข้อมูลกับมนุษย์ได้

          เช่น เมื่อเราป้อนข้อมูลที่เป็นตัวอักษร ภาพ หรือสัญลักษณ์อันใดเข้าไป คอมพิวเตอร์จะไม่รู้จักข้อมูลที่เราป้อนเข้าไป ในกระบวนการนี้จึงต้องมีกระบวนการแปลภาษา ที่เรียกว่า "อินเดรเตอร์" เป็นตัวกลางในการประมวลผลข้อมูลของมนุษย์ และแปลเป็นภาษาเครื่องจักร ก็คือเลข 0 กับ 1 ก่อน คอมพิวเตอร์จึงจะเข้าใจข้อมูลที่เราป้อนเข้าไป และทำงานตามคำสั่งของเราได้อย่างถูกต้อง

        และเมื่อเราเรียกข้อมูลออกมาจากคอมพิวเตอร์ ก็จะต้องผ่านกระบวนการแปลภาษาเครื่องจักรกลับมาเป็นข้อมูลที่เรารู้จักก่อนเช่นกัน