ประวัติฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์

ประวัติฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์นั้นมีวิวัฒนาการที่รวดเร็วมาก ตั้งแต่ยุคสมัยดึกดำบรรพ์เป็นต้นมา มนุษย์เรามีความพยายามที่จะคิดค้นเครื่องมือให้มาช่วยในการคำนวณและการนับ ตั้งแต่เริ่มต้นใช้นิ้วมือนับ จนมาใช้ก้อนกรวด หิน มนุษย์จึงคิดค้นวิธีการที่ง่ายกว่านี้ จนกลายมาเป็นกลไกที่ใช้ในการคำนวณ จนวิวัฒนาการมาเป็นคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน โดยแบ่งเป็น 4 ยุค ดังนี้

คอมพิวเตอร์ในยุคเริ่มแรกยังไม่มีชิปประมวลผลหรือระบบปฏิบัติการในปัจจุบัน โดยถ้าย้อนกลับไปเมื่อประมาณ 400 กว่าปีที่แล้วส่วนใหญ่ คอมพิวเตอร์เหล่านี้มักใช้ในการคำนวณมากกว่า
อุปกรณ์ชนิดแรกของโลกที่เป็นเครื่องมือในการคำนวณก็คือลูกคิดนั่นเอง ซึ่งถือได้ว่า เป็นอุปกรณ์ใช้ช่วยการคำนวณที่เก่าแก่ที่สุดในโลกและคงยังใช้งานมาจนถึงปัจจุบัน ในปี พ.ศ. 2158 นักคณิตศาสตร์ชาวสก็อตแลนด์ชื่อ John Napier ได้สร้างอุปกรณ์ใช้ ช่วยการคำนวณขึ้นมา เรียกว่า Napier's Bones มีรูปร่างคล้ายสูตรคูณในปัจจุบัน ในปี พ.ศ. 2185 นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสชื่อ Blaise Pascal คิดว่าน่าจะมีวิธีที่จะคำนวณตัวเลขได้ง่ายกว่า เขาได้ออกแบบ เครื่องมือช่วยในการคำนวณโดย ใช้หลักการหมุนของฟันเฟืองหนึ่งอันถูกหมุนครบ 1 รอบ ฟันเฟืองอีกอันหนึ่งซึ่งอยู่ ทางด้านซ้ายจะถูกหมุนไปด้วยในเศษ 1 ส่วน 10 รอบ เครื่องมือของปาสคาลนี้ถูกเผยแพร่ออกสู่สาธารณชน เมื่อ พ.ศ. 2188 แต่ไม่ประสบความสำเร็จเท่าที่ควรเนื่องจากราคาแพง และเมื่อใช้งานจริงจะเกิดฟันเฟืองติดขัดบ่อยๆ ทำให้ผลลัพธ์ที่ได้ไม่ค่อยถูกต้องตรงความเป็นจริง
ในสมัยนั้นยังไม่มีเครื่องจักรใดที่สามารถทำตามคำสั่งหรือทำงานเองโดยอัตโนมัติได้แต่ใน พ.ศ. 2344 นักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศสชื่อ Joseph Marie Jacquard ได้พยายามพัฒนาเครื่องทอผ้าโดยใช้ บัตรเจาะรูในการใส่คำสั่งให้ควบคุมเครื่องทอผ้าให้ทำตามแบบที่กำหนดไว้ และแบบดังกล่าวสามารถนำมา สร้างซ้ำๆ ได้อีกหลายครั้ง ความพยายามของ Jacquard สำเร็จลงใน พ.ศ. 2348 เครื่องทอผ้านี้ถือว่าเป็น เครื่องทำงานตามคำสั่งเป็นเครื่องแรก และตั้งแต่ Jacquard ได้ประดิษฐ์สิ่งนี้ขึ้นมาทำให้มีเครื่องกลเกิดขึ้นมาหลายอย่าง และได้มีเครื่องมือชนิดหนึ่งที่ได้เปลี่ยนวงการของเครื่องคอมพิวเตอร์และการคำนวณ โดยอุปกรณ์ที่ว่านี้มีชื่อว่าเครื่องหาผลต่าง (Difference Engine) โดยเจ้าเครื่องนี้มีความคล้ายกับเครื่องคิดเลขในปัจจุบันนั่นเอง โดย Chales Babbage เป็นผู้สร้างเครื่องนี้ขึ้นมา ในปี พ.ศ. 2373 เขาได้รับความช่วยเหลือจากรัฐบาลอังกฤษเพื่อสร้างเครื่อง Difference Engine ขึ้นมาจริงๆ แต่ในขณะที่ Babbage ทำการสร้างเครื่อง Difference Engine อยู่นั้น ได้พัฒนาความคิดไปถึงเครื่องมือในการคำนวณที่มีความสามารถสูงกว่านี้ ซึ่งก็คือเครื่องที่เรียกว่าเครื่องวิเคราะห์ (Analytical Engine) และได้ยกเลิกโครงการสร้างเครื่อง Difference Engine ลงแล้วเริ่มต้นงานใหม่ คือ งานสร้างเครื่องวิเคราะห์ ในความคิดของเขา โดยที่เครื่องดังกล่าวประกอบไปด้วยชิ้นส่วนที่สำคัญ 4 ส่วน คือ

เป็นที่น่าสังเกตว่าส่วนประกอบต่างๆ ของเครื่อง Alaytical Engine มีลักษณะใกล้เคียงกับส่วนประกอบ ของระบบคอมพิวเตอร์ ในปัจจุบันมาก แต่น่าเสียดายที่เครื่อง Alalytical Engine ของ Babbage นั้นไม่สามารถ สร้างให้สำเร็จขึ้นมาได้ ทั้งนี้เนื่องจากเทคโนโลยี สมัยนั้นไม่สามารถสร้างส่วนประกอบต่างๆ ดังกล่าว และอีกประการหนึ่งก็คือ สมัยนั้นไม่มีความจำเป็น ต้องใช้เครื่องที่มีความสามารถสูงขนาดนั้น ดังนั้นรัฐบาล อังกฤษจึงหยุดให้ความสนับสนุนโครงการของ Babbage ทำให้ไม่มีทุนที่จะทำการวิจัยต่อไป สืบเนื่องจากมาจากแนวความคิดของ Analytical Engine เช่นนี้จึงทำให้ Charles Babbage ได้รับการยกย่อง ให้เป็น บิดาของเครื่องคอมพิวเตอร์ และหลังจากนั้นอุปกรณ์ทางคอมพิวเตอร์ก็เริ่มพัฒนาขึ้น แต่มีอย่างหนึ่งที่ยังไม่มีในยุคนั้น สิ่งนั้นก็คือโปรแกรมนั้นเอง เนื่องจากในสมัยนั้นไม่มีใครคิดที่จะทำคอมพิวเตอร์สำหรับทำงานขึ้นมา แต่ใน พ.ศ. 2385 ชาวอังกฤษ ชื่อ Lady Auqusta Ada Byron ได้ทำการแปลเรื่องราวเกี่ยวกับเครื่อง Anatical Engine จากภาษาฝรั่งเศสเป็นภาษาอังกฤษในระหว่างการแปลทำให้ Lady Ada เข้าใจถึงหลักการทำงาน ของเครื่อง Analytical Engine และได้เขียนรายละเอียดขั้นตอนของคำสั่งให้เครื่องนี้ทำการคำนวณที่ยุ่งยากซับซ้อนไว้ในหนังสือทางคณิตศาสตร์เล่มหนึ่ง ซึ่งถือว่าเป็นโปรแกรมคอมพิวเตอร์โปรแกรมแรกของโลก และจากจุดนี้จึงถือว่า Lady Ada เป็นโปรแกรมเมอร์คนแรกของโลก (มีภาษาที่ใช้เขียนโปรแกรมที่เก่าแก่ อยู่หนึ่งภาษาคือภาษา Ada มาจาก ชื่อของ Lady Ada) นอกจากนี้ Lady Ada ยังค้นพบอีกว่าชุดบัตรเจาะรูที่บรรจุคำสั่งไว้สามารถนำกลับมาทำงานซ้ำได้ถ้าต้องการ นั่นคือหลักของการทำงานวนซ้ำ หรือเรียกว่า Loop เครื่องมือที่ใช้ในการคำนวณที่ถูกพัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 19 นั้น ทำงานกับเลขฐานสิบ (Decimal Number) แต่เมื่อเริ่มต้นของศตวรรษที่ 20 ระบบคอมพิวเตอร์ได้ถูกพัฒนาขึ้นจึงทำให้มีการเปลี่ยนแปลงมาใช้ เลขฐานสอง (Binary Number) กับระบบคอมพิวเตอร์ ที่เป็นผลสืบเนื่องมาจากหลักของพีชคณิต

ตอนนี้คอมพิวเตอร์เริ่มพัฒนามาเรื่อยๆ จวบจนถึงยุคคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ โดยบริษัทที่ได้ทำคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ก็คือบริษัท ไอบีเอ็ม (IBM) นั่นเอง

โดยอุปกรณ์สมัยเก่ามักจะเป็นเฟืองหรือไม้ซึ่งหนักมากทำให้คนต้องพัฒนาเครื่องมือให้มีขนาดเล็กลง

พ.ศ. 2480 ศาสตราจารย์ Howard Aiken แห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ได้พัฒนาเครื่องคำนวณ ตาม แนวคิด ของ Babbage ร่วมกับวิศวกรของบริษัท IBM สร้างเครื่องคำนวณตามความคิดของ Babbage ได้ สำเร็จ โดยเครื่องดังกล่าวทำงานแบบเครื่องจักรกลปนไฟฟ้า และใช้บัตรเจาะรูเป็นสื่อในการนำเข้าข้อมูลสู่เครื่องเพื่อทำการประมวลผล การพัฒนาดังกล่าวมาเสร็จสิ้นในปี พ.ศ. 2487 โดยเครื่องมือนี้มีชื่อว่า MARK 1 และเนื่องจากเครื่องนี้สำเร็จได้จากการสนับสนุนด้านการเงินและบุคลากรจากบริษัท IBM ดังนั้นจึงมีอีกชื่อ หนึ่งว่า IBM Automatic Sequence Controlled Calculator และนับเป็นเครื่องคำนวณแบบอัตโนมัติเครื่องแรกของโลก และในเมื่อมีเครื่องคำนวณที่สามารถคำนวณแบบอัตโนมัติได้ ทำให้มีคนคิดที่นำไปใช้ในสงคราม ซึ่งถ้าใช้เครื่องคำนวณที่มี อยู่ในสมัยนั้นจะต้องใช้เวลาถึง 12 ชั่วโมงในการคำนวณ การยิงจรวด 1 ครั้ง ดังนั้นกองทัพจึงให้กองทุนอุดหนุนแก่ John W. Mauchly และ Persper Eckert จาก, มหาวิทยาลัยเพนซิลวาเนีย ในการสร้างคอมพิวเตอร์ จากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขึ้นมา โดยนำหลอดสุญญากาศ (Vacuum Tube) จำนวน 18,000 หลอด มาใช้ในการสร้าง ซึ่งมีข้อดีคือ ทำให้เครื่องมีความเร็ว และมีความถูกต้องแม่นยำในการคำนวณมากขึ้น 
และความคิดต่อมาในการพัฒนาเครื่องคอมพิวเตอร์ให้ดีขึ้นก็คือ การค้นหาวิธีการเก็บโปรแกรมไว้ในเครื่องได้ เพื่อลดความยุ่งยาก ของขั้นตอนการป้อนคำสั่งเข้าเครื่องครั้งต่อครั้ง มีนักคณิตศาสตร์เชื้อสายฮังกาเรียนชื่อ Dr.John Von Neumann ได้พบวิธีการเก็บโปรแกรมไว้ ในหน่วยความจำของเครื่องเช่นเดียวกับการเก็บข้อมูลและต่อวงจรไฟฟ้า สำหรับการคำนวณ และการปฏิบัติการพื้นฐาน ไว้ให้เรียบร้อยภายในเครื่อง แล้วเรียกวงจรเหล่านี้ด้วยรหัสตัวเลขที่กำหนดไว้ เครื่องคอมพิวเตอร์ที่ถูกพัฒนาขึ้นตามแนวความคิดนี้ได้แก่ EVAC (Electronic Ddiscreate Variable Automatic Computer) ซึ่งสร้างเสร็จใน พ.ศ. 2492 และนำมาใช้งานจริงในปี พ.ศ. 2494 และในเวลาใกล้เคียงกัน ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ประเทศอังกฤษ ได้มีการสร้างคอมพิวเตอร์มีลักษณะคล้ายกับเครื่อง EVAC และให้ชื่อว่า EDSAC (Electronic Delay Strorage Automatic Caculator)

อยู่ระหว่างปี พ.ศ. 2497 ถึง พ.ศ. 2501 เป็นยุคของคอมพิวเตอร์ที่ใช้หลอดสุญญากาศ (Vacuum tube) ซึ่งใช้กำลังไฟฟ้าสูงมาก ถึงแม้จะมีระบบระบายความร้อนที่ดี 
แต่จะมีปัญหาในเรื่องความร้อนและไส้หลอดขาดบ่อย การสั่งงานใช้ภาษาเครื่องซึ่งเป็นรหัสตัวเลขที่ยุ่งยากและซับซ้อน เครื่องคอมพิวเตอร์ของยุคนี้มีขนาดใหญ่ เช่น
มาร์ค วัน (MARK 1), อีนิแอค (ENIAC), ยูนิแวค (UNIVAC)

คอมพิวเตอร์ยุคนี้ใช้ทรานซิสเตอร์ (Transistor) เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ และใช้วงแหวนแม่เหล็กเป็นหน่วยความจำ คอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กกว่ายุคแรก ต้นทุนต่ำกว่า ใช้กระแสไฟฟ้าน้อยกว่าและมีความแม่นยำมากกว่า มีอุปกรณ์เก็บข้อมูลสำรองในรูปแบบของสื่อแม่เหล็ก สามารถเขียนโปรแกรมระดับสูงได้ สันนิษฐานว่าใช้ภาษาแอสเซมบลี

คอมพิวเตอร์ยุคนี้ใช้ วงจรไอซี (Integrated Circuit) เป็นสารกึ่งตัวนำที่สามารถบรรจุวงจรทางตรรกะไว้แล้วพิมพ์บนแผ่นซิลิกอน (Silicon) เรียกว่า "ชิป"

คอมพิวเตอร์ยุคนี้ใช้ วงจร LSI (Large Scale Integration) เป็นการรวมวงจรไอซีจำนวนมากลงในแผ่นซิลิกอนชิป 1 แผ่น สามารถบรรจุได้มากกว่า 1 ล้านวงจร ด้วยเทคโนโลยีใหม่นี้ทำให้เกิดแนวคิดในการบรรจุวงจรที่สำคัญสำหรับการทำงานพื้นฐานของคอมพิวเตอร์นั่นคือ CPU ลงชิปตัวเดียว เรียกว่า "ไมโครโพรเซสเซอร์"

คอมพิวเตอร์ยุคนี้ใช้ วงจร VLSI (Very-large-scale integration) เป็นการพัฒนาไมโครโปรเซสเซอร์ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ถึงแม้จะมีคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ก็ตามแต่คอมพิวเตอร์ก็ยังมีขนาดใหญ่อยู่และไม่สามารถเก็บข้อมูลได้มาก ทำให้ต้องพัฒนาไมโครโพรเซสเซอร์เพื่อการประมวลผมในคอมพิวเตอร์ให้แม่นยำขึ้น โดยบริษัทที่พัฒนาไมโครโพรเซสเซอร์จนเป็นเหมือนปัจจุบันคือบริษัท อินเทล (Intel) นั่นเอง

เมื่อก่อนนั้น Intel (R) เป็นบริษัทผลิตชิปไอซีแห่งหนึ่งที่ไม่ใหญ่โตมากนักเท่าในปัจจุบันนี้ เมื่อปี ค.ศ. 1969 ได้สร้างความสะเทือน ให้กับวงการอิเล็คทรอนิคส์ โดยการออกชิปหน่วยความจำ (Memory) ขนาด 1 Kbyte (ถือว่าเยอะมากในสมัยนั้น) มาเป็นรายแรก ในปี ค.ศ. 1971 Intel ได้นำผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาด โดยใช้ชื่อทางการค้าว่า Intel (R) 4004 ในราคา 200 ดอลลาร์สหรัฐ และเรียกชิปนี้ว่าเป็น ไมโครโพรเซสเซอร์ (Micro Processor) ก็เพราะว่า 4004 นี้เป็น CPU (Central Processing Unit) ตัวหนึ่ง ซึ่งมีขนาด 4.2 X 3.2 มิลลิเมตร ภายในประกอบด้วย ทรานซิสเตอร์ จำนวน 2250 ตัว และเป็น ไมโครโพรเซสเซอร์ขนาด 4 บิต 
หลังจาก 1 ปีต่อมา Intel (R) ได้ออก ไมโครโพรเซสเซอร์ ขนาด 8 บิตออกมาโดยใช้ชื่อว่า 8008 มีชุดคำสั่ง 48 คำสั่ง และอ้างหน่วยความจำได้ 16 Kbyte ซึ่งทาง Intel (R) หวังว่าจะเป็นตัวกระตุ้นตลาดทางด้านชิปหน่วยความจำได้อีกทางหนึ่ง 
เมื่อปี 1973 ทาง Intel (R) ได้ออก ไมโครโปรเซสเซอร์ 8080 ที่มีชุดคำสั่งพื้นฐาน 74 คำสั่งและสามารถอ้างหน่วยความจำได้ 64 Kbyte

ในปี 1975 ไอบีเอ็ม ได้ออกเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ เครื่องแรกออกมา แต่ทางไอบีเอ็มได้เรียกเครื่องนี้ว่าเป็น เทอร์มินัลแบบชาญฉลาด ที่สามารถโปรแกรมได้ (Intelligent Programmable Terminal) และตั้งชื่อรุ่นว่า Model 5100 มีหน่วยความจำ 16 Kbyte แล้วยังมีตัวแปลภาษาเบสิก แบบอินเตอร์พรีทเตอร์ (Interpreter) ด้วย และมี ไดรฟ์สำหรับใส่คาร์ทิดจ์เทปในตัว แต่ก็ยังขายไม่ดีเท่าที่ควร เพราะว่าตั้งราคาไว้สูงมากถึง 9,000 ดอลลาร์สหรัฐ
ในปลายปี 1980 บริษัทไอบีเอ็มได้เกิดแผนกเล็ก ๆ ขึ้นมาแผนกหนึ่งเรียกว่า Entry Systems Division ภายใต้ทีมของคนชื่อว่า ดอน เอสทริดจ์ (Don Estridge) และนักออกแบบอีก 12 คน โดยได้รับมอบหมายให้พัฒนาเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์เครื่องแรกของไอบีเอ็มโมเด็ล 5100 นั้นเอง โดยนำเอาจุดเด่นของเครื่อง ที่ขายดีมารวมไว้ในการออกแบบเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ของไอบีเอ็ม และผลิตจำหน่ายได้ภายในปีเดียวภายใต้ชื่อว่า ไอบีเอ็มพีซี (IBM PC) ซึ่งถูกเปิดตัวในเดือน สิหาคม ปี 1981 และยอดขายของเครื่องพีซีก็ได้พุ่งอย่างรวดเร็ว ทำให้บริษัทอื่น ๆ เริ่มจับตามอง

ในปี 1976 หลังจาก Stephen Wozniak และ Steve Jobs ได้ร่วมกันก่อตั้งบริษัทแอปเปิลคอมพิวเตอร์ (Apple Computer) และได้นำเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ เครื่องแรกที่ประดิษฐ์จากโรงรถออกมาขายโดยใช้ชื่อว่า Apple I ในราคา 695 เหรียญฯ บริษัทแอปเปิลได้ผลิตเครื่อง Apple I ออกมาไม่มากนัก ภายในปีเดียวได้ผลิต Apple II ออกมา และรุ่นนี้เป็นรุ่นเปิดศักราชแห่งวงการไมโครคอมพิวเตอร์ และเป็นการสร้างมาตรฐาน ที่ไมโครคอมพิวเตอร์ ที่เกิดมาตามหลังทั้งหมด แต่ส่วนใหญ่แอปเปิ้ลจะขายระบบปฏิบัติการมากว่าขายเครื่องคอมพิวเตอร์ เนื่องจากเครื่องของ Intel และ IBM จะทำงานได้ดีกว่า