วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์

วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์  
ประวัติคอมพิวเตอร์มีมานานแต่ที่เริ่มเข้าสู่ยุคใช้กลไกอิเล็กทรอนิกส์ภายในคอมพิวเตอร์นั้น เริ่มเมื่อราว พ.ศ. 2483 เมื่อมีการสร้างคอมพิวเตอร์ลักษณะนี้เป็นเครื่องแรกชื่อ ENIAC (electronic numerical integrator and calculator) ที่มหาวิทยาลัยเพนน์ซิลเวเนีย สหรัฐอเมริกา ประกอบด้วยหลอดสุญญากาศประมาณ 18,000 หลอด เป็นกลไกอิเล็กทรอนิกส์ คอมพิวเตอร์ตัวนี้ติดตั้งอยู่ในห้องขนาดประมาณ 20×10 ตารางเมตร และมีน้ำหนักกว่า 30 ตัน เนื่องจากใช้หลอดสุญญากาศ ซึ่งมีปัญหาเกี่ยวกับอายุการใช้งาน จึงทำให้คอมพิวเตอร์ตัวนี้มีอัตราการเสียบ่อยครั้งมาก แต่ถึงกระนั้นก็เป็นการแสดงให้เห็นว่าคอมพิวเตอร์ มีความสามารถที่สร้างประโยชน์ในการประมวลผลได้

ราว พ.ศ. 2491 วิลเลียม ช็อคเลย์ (William Shockley) นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันได้ทำการวิจัยและสามารถประดิษฐ์ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่า ทรานซิสเตอร์ (Transistor) จากสารกึ่งตัวนำได้  ทรานซิสเตอร์สามารถทำงานแทนหลอดสุญญากาศด้วยประสิทธิภาพและสามารถไว้วางใจได้สูง  ตลอดจนการผลิตทางอุตสาหกรรมสามารถจะทำครั้งละมาก ๆ เพื่อลดต้นทุนการผลิตได้ วงจรอิเล็กทรอนิกส์หันมาใช้ทรานซิลเตอร์แทนหลอดสุญญากาศ ราวต้นปี พ.ศ. 2503 มีการสร้างคอมพิวเตอร์โดยใช้ทรานซิสเตอร์เป็นกลไกอิเล็กทรอนิกส์ นับเป็นรุ่นที่สอง (second generation) ของคอมพิวเตอร์ ถัดจากรุ่นที่หนึ่งที่ใช้หลอดสุญญากาศ คอมพิวเตอร์จึงเริ่มเข้าสู่ยุคที่สามารถผลิตออกขายในตลาดได้

ประมาณปี พ.ศ. 2508  ฝวงการเทคโนโลยีสารกึ่งตัวนำประสบความสำเร็จอย่างใหญ่หลวงที่สามารถสร้างทรานซิสเตอร์หลาย ๆ ตัวให้อยู่บนแผ่นซิลิคอนขนาดตารางมิลลิเมตรได้ เรียกว่า วงจรรวมหรือไอซีนั่นเอง  ทำให้เกิดรุ่นที่สามของคอมพิวเตอร์ซึ่งกลไกอิเล็กทรอนิกส์ภายในอาศัยไอซีดังกล่าว และคอมพิวเตอร์เริ่มมีขนาดเล็กลงรวมทั้งต้นทุนการผลิตก็ลดลงด้วย

การออกแบบคอมพิวเตอร์เริ่มมีความคล่องตัว ทั้งในด้านสมรรถนะและราคาตั้งแต่บัดนั้นจนกระทั่งปัจจุบันนี้  คอมพิวเตอร์มีประเภทที่เรียกว่า ขนาดใหญ่ (main frame) สามารถที่จะประมวลผลตลอดจนเก็บข้อมูลไว้ครั้งละมาก ๆ ได้ สามารถจะคำนวณคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนด้วยอัตราเร็วสูง คอมพิวเตอร์อีกประเภทหนึ่งที่เรียกว่า มินิคอมพิวเตอร์ (minicomputer) มีสมรรถนะด้อยกว่าคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ในด้านอัตราเร็วการทำงาน แต่มีราคาที่ต่ำกว่า เหมาะแก่งานธุรกิจและวิทยาศาสตร์ขนาดย่อมลงมา ปัจจุบันมินิคอมพิวเตอร์ได้วิวัฒนาการจนมีสมรรถนะทั้งความจุหน่วยความจำและอัตราเร็วต่อการทำงานสูงกว่าคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ที่ผลิตในระยะแรก ๆ

 ไมโครโปรเซสเซอร์ 

ส่วนที่สำคัญของคอมพิวเตอร์ ส่วนหนึ่ง คือ หน่วยประมวลผลกลาง (Central processing unit) หรือเรียกกันย่อ ๆ ว่า ซีพียู ทำหน้าที่คำนวณเลขคณิตและตรรก ตลอดจนควบคุมจังหวะการทำงานส่วนต่าง ๆ ของคอมพิวเตอร์ให้สอดคล้องกัน ในมินิคอมพิวเตอร์ ซีพียูจะสร้างจากไอซีหลายตัวอยู่บนแผ่นพิมพ์วงจร (printed circuit board) แต่ในปี พ.ศ. 2512 มีบริษัทในสหรัฐอเมริกา ชื่อ อินเทล (Intel Corporation) สามารถจะผลิตซีพียูให้อยู่บนซิลิคอนขนาดตารางมิลลิเมตรได้เป็นไอซีชิ้นเดียว เราเรียกไอซีที่ทำหน้าที่ซีพียูนี้ว่า ไมโครโปรเซสเซอร์ (microprocessor)

กำเนิดของไมโครโปรเซสเซอร์ เริ่มเมื่อ พ.ศ. 2512 ขณะที่ตลาดเครื่องคิดเลขอิเล็กทรอนิกส์กำลังแข่งขันกันอยู่นั้น บริษัทญี่ปุ่นแห่งหนึ่งชื่อ บิซิคอม (Busicom) (ปัจจุบันเลิกกิจการไปแล้ว) ได้ว่าจ้างให้บริษัทอินเทลแห่งสหรัฐอเมริกาออกแบบและผลิตชิ้นส่วนไอซี เพื่อใช้ประกอบเครื่องคิดเลขสมรรถนะสูง หลังจากศึกษาความต้องการของลูกค้าแล้ว นักวิจัยและออกแบบของอินเทล สรุปว่า หากใช้ปรัชญาการออกแบบในขณะนั้นแล้ว  ความสลับซับซ้อนด้านฮาร์ดแวร์ (hardware หมายถึงชิ้นส่วนของอุปกรณ์ที่มองเห็น) จะมากจนเกินไป จึงเปลี่ยนปรัชญาใหม่ว่าต้องลดความซับซ้อนด้านฮาร์ดแวร์และขณะเดียวกันก็เพิ่มสมรรถนะด้านซอฟต์แวร์ (software หมายถึงคำสั่งที่ป้อนให้ฮาร์ดแวร์ทำงาน) เพื่อให้ใช้งานด้านอื่นได้ด้วยนอกเหนือจากใช้งานเครื่องคิดเลขผลที่ได้รับคือ ไมโครโปรเซสเซอร์ เบอร์ 4004 ทำงานร่วมกับหน่วยความจำประกอบกันเป็นไมโครคอมพิวเตอร์อย่างง่ายชื่อ MCS-4 นอกเหนือจากผลิตให้แก่บริษัทบิซิคอมผู้ว่าจ้างแล้ว บริษัทอินเทลยังได้รับอนุญาตให้ผลิตจำหน่ายแก่ลูกค้าทั่วไปได้อีกด้วย ใน พ.ศ. 2514  ไมโครโปรเซสเซอร์ 4004 ทำงานในลักษณะคำสั่ง/ข้อมูลขนาด 4 บิต จากนั้นบริษัทอินเทลก็ผลิตไมโครโปรเซสเซอร์ขนาด 8 บิต เบอร์ 8008 ออกสู่ตลาด  ไมโครโปรเซสเซอร์ทั้งสองชนิดนี้นับเป็นรุ่นแรก (first generation) จากประสบการณ์ที่เริ่มมีมากขึ้น อินเทลได้ปรับโครงสร้างภายในของไมโครโปรเซสเซอร์และผลิตเบอร์ 8080 ออกสู่ตลาด นับเป็นรุ่นที่สอง ซึ่งมีสมรรถนะที่สูงกว่ารุ่นแรกมาก เช่น สามารถบ่งตำแหน่งความจำได้ถึง 64 K ตำแหน่ง (1K หมายถึง โดยประมาณ แต่ค่าที่แท้จริงคือ     = 1024) เทียบกับ 16K ตำแหน่ง ในรุ่น 8008   8080 สามารถต่อกับหน่วยรับส่งข้อมูลเข้าออกได้ถึง 256 จุด เทียบกับ 8 จุด สำหรับข้อมูลเข้า และ 24 จุด สำหรับข้อมูลออกใน 8008 ตลอดจนสามารถทำเลขคณิตไบนารีได้ นอกเหนือจากเลขคณิตบีซีดี (BCD) เมื่อถึงยุคนี้ บริษัทอื่น ๆ เริ่มตระหนักถึงธุรกิจที่อินเทลผูกขาดแต่ผู้เดียวมาตลอด ประกอบกับมีผู้นำไมโครโปรเซสเซอร์ไปประกอบเป็นไมโครคอมพิวเตอร์ที่มิใช่เฉพาะเล่นเกมหรือควบคุมเครื่องจักรต่าง ๆ เท่านั้น แต่สามารถนำไปใช้ประมวลผลงานทางธุรกิจในลักษณะเดียวกับที่คอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่และมินิคอมพิวเตอร์ทำงานได้ด้วย แต่อาจมีอัตราการประมวลผลที่ช้ากว่าและความจำกัดทางด้านปริมาณความจุของหน่วยความจำ กระนั้นก็ดี การที่ไมโครคอมพิวเตอร์มีราคาต่ำกว่ามาก ประกอบกับเทคโนโลยีที่มีการพัฒนาอยู่ตลอดเวลา ย่อมเป็นที่แน่ชัดว่ามีตลาดรองรับอย่างกว้างขวาง ด้วยเหตุนี้ บริษัทโมโตโรลา (Motorola) จึงเริ่มเข้าสู่วงการผลิตไมโครโปรเซสเซอร์ โดยออกรุ่น 6800 ในปี พ.ศ. 2517 ซึ่งได้รับความนิยมไม่น้อยกว่า 8080 ของอินเทล จากนั้นบริษัทไซล็อก (Zilog) ก็ผลิตไมโครโปรเซสเซอร์ Z –80 ออกจำหน่ายเช่นกัน  และย่อมเป็นธรรมดาที่6800 และ Z -80 จะมีสมรรถนะเหนือ 8080 ของอินเทล เนื่องจากการแข่งขันด้านการตลาด อินเทลเองก็มิได้หยุดการพัฒนาและยังพยายามรักษาความเป็นผู้นำ โดยการผลิตรุ่น 8085 ออกมาสู่ตลาดอีก นอกเหนือจากบริษัทอื่น ๆ ที่ภูมิหลังของธุรกิจทำไอซีขายอยู่แล้ว ก็เข้าสู่วงการไมโครโปรเซสเซอร์ เช่น เท็กซัส  อินสตรูเมนต์ (Texas Instrument) แห่งสหรัฐอเมริกา บริษัทโตชิบา แห่งญี่ปุ่น และบริษัทอื่น ๆ อีกมาก รุ่นที่สาม (third generation) ของไมโครโปรเซสเซอร์ เริ่มราว พ.ศ. 2518 เมื่อเข้าสู่ยุคไมโครโปรเซสเซอร์รุ่น 16 บิต เช่น 8088 ของอินเทล (IAP×88) และ 6809 ของโมโตโรลา  โดยจะรับส่งข้อมูลครั้งละ 8 บิต แต่การคำนวณและประมวลผลภายในไมโครโปรเซสเซอร์ใช้ 16 บิต  นอกจากนั้นก็มี 8086 (IAP×88) ของอินเทลที่ได้รับความนิยมและมีผู้นำไปประกอบเป็นไมโครคอมพิวเตอร์รุ่น 16 บิต ออกจำหน่าย ทำให้สมรรถนะสูงขึ้น เช่น สามารถบ่งตำแหน่งหน่วยความจำได้ถึง 1M ตำแหน่ง  (1M หมายถึง โดยประมาณ แต่ค่าที่แท้จริงคือ = 1,048,576) เทียบกับ 64 K ตำแหน่งในรุ่น 8080 ฝ เป็นต้น

ปัจจุบันบริษัททั้งหลายเริ่มแข่งขันกันเข้าสู่ยุคที่สี่ (fourth generation) ของไมโครโปรเซสเซอร์เป็นรุ่น 32 บิต เช่น IAP×432 ของอินเทล ซึ่งมีทรานซิสเตอร์ราว 200,000 ตัว ทำงานในอัตราความเร็ว 2 ล้านคำสั่งต่อวินาที มีหน่วยประมวลผล (processor) หลายตัวร่วมกันทำงานคาดกันว่า IAP×432 จะมีอัตราเร็วการทำงานเทียบเท่า IBM370/158

 อ้างอิง 
 ไพรัช ธัชยพงษ์. ทฤษฎีและการใช้งานไมโครโปรเซสเซอร์ และไมโครคอมพิวเตอร์. พิมพ์ครั้งที่ 2. กรุงเทพฯ : ซีเอ็ดยูเคชั่น, 2532. หน้า 12-15.