กำเนิดเครื่องคอมพิวเตอร์

มนุษย์พยายามสร้างเครื่องมือเพื่อช่วยการคำนวณมาตั้งแต่สมัยโบราณแล้ว จึงได้พยายามพัฒนาเครื่องมือต่าง ๆ ให้สามารถใช้งานได้ง่ายเพิ่มขึ้นตามลำดับ ซึ่งพอที่จะลำดับเครื่องมือที่ถูกประดิษฐ์ขึ้นมามีดังนี้ ในระยะ 5,000 ปี ที่ผ่านมา มนุษย์เริ่มรู้จักการใช้นิ้วมือและนิ้วเท้าของตนเพื่อช่วยในการคำนวณ และพัฒนาเป็นอุปกรณ์อื่น ๆ เช่น ลูกหิน ประมาณ 2,600 ปีก่อนคริสตกาล ชาวจีนได้ประดิษฐ์เครื่องมือเพื่อใช้ในการคำนวณขึ้นมาชนิดหนึ่ง เรียกว่า ลูกคิด (Abacus) ซึ่งถือได้ว่าเป็นอุปกรณ์ช่วยการคำนวณที่เก่าแก่ที่สุดในโลกและยังคงใช้งานมาจนถึงปัจจุบัน พ.ศ. 2158 นักคณิตศาสตร์ชาวสก็อตแลนด์ชื่อ John Napier ได้ประดิษฐ์อุปกรณ์ที่ใช้ช่วยในการคำนวณขึ้นมาเรียกว่า Napier's Bones เป็นอุปกรณ์ที่มีลักษณะคล้ายกับตารางสูตรคูณในปัจจุบัน พ.ศ. 2185 นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ชื่อ Blaise Pascal ได้ออกแบบเครื่องมือช่วยในการคำนวณโดยใช้หลักการหมุนของฟันเฟืองหนึ่งอันถูกหมุนครบ 1 รอบ ฟันเฟืองอีกอันหนึ่งทางด้านซ้ายจะถูกหมุนไปด้วยในเศษ 1 ส่วน 10 รอบ เช่นเดียวกับการทดเลขสำหรับผลการคำนวณจะดูได้ที่ช่องบน และได้ถูกเผยแพร่ออกสู่สาธารณชนเมื่อ พ.ศ. 2188 แต่ไม่ประสบผลสำเร็จเท่าที่ควร เครื่องมือนี้สามารถใช้ได้ดีในการคำนวณบวกและลบ เท่านั้น ส่วนการคูณและหารยังไม่ดีเท่าไร   ในปี 2216 นักปรัชญาชาวเยอรมันชื่อ Gottfried Wilhelm Baronvon Leibnitz ได้ปรับปรุงเครื่องคำนวณของปาสคาล ซึ่งใช้การบวกซ้ำ ๆ กันแทนการคูณเลข จึงทำให้สามารถทำการคูณและหารได้โดยตรง ซึ่งอาศัยการหมุนวงล้อของเครื่องเอง เครื่องคิดเลขที่ไลบนิซ สร้างขึ้นเรียกว่า Leibniz's Stepped และยังค้นพบเลขฐานสอง (Binary Number) คือ เลข 0 และเลข 1 ซึ่งเป็นระบบเลขที่เหมาะในการคำนวณ พ.ศ. 2344 นักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศสชื่อ Joseph Marie Jacquard ได้พยายามพัฒนาเครืองทอผ้าโดยใช้บัตรเจาะรูในการบันทึกคำสั่งควบคุมเครื่องทอผ้าให้ทำตามแบบที่กำหนดไว้ ซึ่งเป็นแนวทางที่ทำให้เกิดการประดิษฐ์เครื่องเจาะบัตร (Punched Card Machine) ในเวลาต่อมา และถือว่าเป็นเครื่องจักรที่ใช้ชุดคำสั่ง (Program) สั่งทำงานเป็นเครื่องแรก พ.ศ. 2373 Charles Babbage ศาสตราจารย์ทางคณิตศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยแคมบริดจ์ของอังกฤษ ได้สร้างเครื่องหาผลต่าง (Difference Engine) ซึ่งเป็นเครื่องที่ใช้คำนวณและพิมพ์ตารางทางคณิตศาสตร์อย่างอัตโนมัติ แต่ก็ไม่สำเร็จตามแนวคิด ด้วยข้อจำกัดทางด้านวิศวกรรมในสมัยนั้น แต่ได้พัฒนาเครื่องมือหนึ่งเรียกว่า เครื่องวิเคราะห์ (Analytical Engine) เครื่องนี้ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 4 ส่วน คือ 1. ส่วนเก็บข้อมูล เป็นส่วนที่ใช้ในการเก็บข้อมูลนำเข้าและผลลัพธ์ที่ได้จากการคำนวณ 2. ส่วนประมวลผล เป็นส่วนที่ใช้ในการประมวลผลทางคณิตศาสตร์ 3. ส่วนควบคุม เป็นส่วนที่ใช้ในการเคลื่อนย้ายข้อมูลระหว่างส่วนเก็บข้อมูลและส่วนประมวลผล 4. ส่วนรับข้อมูลเข้าและแสดงผลลัพธ์ เป็นส่วนที่ใช้รับข้อมูลจากภายนอกเครื่องเข้าสู่ส่วนเก็บข้อมูลและแสดงผลลัพธ์ที่ได้จากการคำนวณด้วยเครื่องวิเคราะห์นี้มีลักษณะใกล้เคียงกับส่วนประกอบของระบบคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน จึงทำให้ Charles Babbage ได้รับการยกย่องให้เป็น "บิดาแห่งคอมพิวเตอร์"   พ.ศ. 2385 สุภาพสตรีชาวอังกฤษชื่อ Lady Augusta Ada Byron ได้ทำการแปลเรื่องราวเกี่ยวกับเครื่อง Analytical Engine และได้เขียนขั้นตอนของคำสั่งวิธีใช้เครื่องนี้ให้ทำการคำนวณที่ยุ่งยากซับซ้อนไว้ในหนังสือ Taylor's Scientific Memories จึงนับได้ว่า ออกุสต้า เป็นโปรแกรมเมอร์คนแรกของโลก และยังค้นพบอีกว่าชุดบัตรเจาะรูที่บรรจุชุดคำสั่งไว้สามารถนำกลับมาทำงานซ้ำใหม่ได้ถ้าต้องการ นั่นคือหลักการทำงานวนซ้ำ หรือที่เรียกว่า Loop เครื่องมือคำนวณที่ถูกพัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 19 นั้น ทำงานกับเลขฐานสิบ (Decimal Number) แต่เมื่อเริ่มต้นของศตวรรษที่ 20 ระบบคอมพิวเตอร์ได้ถูกพัฒนาขึ้นเป็นลำดับ จึงทำให้มีการเปลี่ยนแปลงมาใช้เลขฐานสอง (Binary Number)กับระบบคอมพิวเตอร์ ที่เป็นผลสืบเนื่องมาจากหลักของพีชคณิต พ.ศ. 2397 นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ George Boole ได้สร้างระบบพีชคณิตแบบใหม่ เรียกว่า พีชคณิตบูลลีน (Boolean Algebra)ซึ่งมีประโยชน์มากต่อการออกแบบวงจรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์และการออกแบบทางตรรกวิทยาของเครื่องคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันด้วย พ.ศ. 2423 Dr. Herman Hollerith นักสถิติชาวอเมริกันได้ประดิษฐ์เครื่องประมวลผลทางสถิติเครื่องแรก ซึ่งใช้กับบัตรเจาะรู ซึ่งได้ถูกนำมาใช้ในงานสำรวจสำมะโนประชากรของสหรัฐอเมริกา เรียกบัตรเจาะรูนี้ว่า บัตรฮอลเลอริท หรือบัตรไอบีเอ็ม เพราะผู้ผลิตคือบริษัท ไอบีเอ็ม พ.ศ. 2480 ศาสตราจารย์ Howard Aiken ได้พัฒนาเครื่องคำนวณตามแนวคิดของแบบเบจ ร่วมกับวิศวกรของบริษัท ไอบีเอ็มได้สำเร็จโดยเครื่องจะทำงานแบบเครื่องจักรกลปนไฟฟ้าและใช้บัตรเจาะรูเป็นสื่อในการนำข้อมูลเข้าสู่เครื่องเพื่อทำการประมวลผล เครื่องมือนี้มีชื่อว่า MARK I หรือมีอีกชื่อหนึ่งว่า IBM Automatic Sequence Controlled Calculator และนับเป็นเครื่องคำนวณแบบอัตโนมัติเครื่องแรกของโลก พ.ศ. 2486 เป็นช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ศูนย์วิจัยของกองทัพบกสหรัฐอเมริกา ต้องการเครื่องคำนวณหาทิศทางและระยะทางในการส่งขีปนาวุธ ซึ่งถ้าใช้เครื่องคำนวณสมัยนั้นจะต้องใช้เวลาถึง 12 ชม.ต่อการยิง 1 ครั้ง ดังนั้น จึงให้ทุนอุดหนุนแก่ John W. Mauchly และ Persper Eckert สร้างคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ขึ้นมา มีชื่อว่า ENIAC (Electronic Numerical Intergrater and Calculator) สำเร็จในปี 2489 โดยนำหลอดสุญญากาศจำนวน 18,000 หลอดมาใช้ในการสร้าง ซึ่งมีข้อดีคือ ทำให้เครื่องมีความเร็วและมีความถูกต้องแม่นยำในการคำนวณมากขึ้น พ.ศ. 2492 Dr. John Von Neumann ได้พบวิธีการเก็บโปรแกรมไว้ในหน่วยความจำของเครื่องได้สำเร็จ เครื่องคอมพิวเตอร์ที่ถุฏพัฒนาขึ้นตามแนวคิดนี้ได้แก่ EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) และนำมาใช้งานจริงในปี 2494 และในเวลาเดียวกันมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ก็ได้มีการสร้างคอมพิวเตอร์ในลักษณะคล้ายกับเครื่อง EDVAC นี้ และให้ชื่อว่า EDSAC (Electronic Delay Strorage Automatic Calculator) มีลักษณะการทำงานเหมือนกับ EDVAC คือเก็บโปรแกรมไว้ในหน่วยความจำ แต่มีลักษณะพิเศษที่แตกต่างออกไปคือ ใช้เทปแม่เหล็กในการบันทึกข้อมูลต่อมา ศาสตราจารย์แอคเคิทและมอชลี ได้ร่วมมือกันสร้างเครื่องคอมพิวเตอร์อีก ชื่อว่า UNIVAC I (Universal Automatic Calculator) ซึ่งผลิตขึ้นมาเพื่อขายหรือเช่า เป็นเครื่องแรกที่ออกสู่ตลาดซึ่งทำให้คอมพิวเตอร์ขยายตัวออกไปในภาคเอกชน และเริ่มมีการซื้อขายคอมพิวเตอร์เพื่อใช้งานกันอย่างแพร่หลาย และวิวัฒนาการเรื่อยมาจนถึงปัจจุบัน