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 ตลอดจนการผลิตทางอุตสาหกรรมสามารถจะทำครั้งละมากๆ เพื่อลดต้นทุนการผลิตได้ วงจรอิเล็กทรอนิกส์หันมาใช้ทรานซิลเตอร์แทนหลอดสุญญากาศ ราวต้นปี พ.ศ. 2503 มีการสร้างคอมพิวเตอร์โดยใช้ทรานซิสเตอร์เป็นกลไกอิเล็กทรอนิกส์ นับเป็นรุ่นที่สอง (second generation) ของคอมพิวเตอร์ ถัดจากรุ่นที่หนึ่งที่ใช้หลอดสุญญากาศ คอมพิวเตอร์จึงเริ่มเข้าสู่ยุคที่สามารถผลิตออกขายในตลาดได้

ประมาณปี พ.ศ. 2508 วงการเทคโนโลยีสารกึ่งตัวนำประสบความสำเร็จอย่างใหญ่หลวงที่สามารถสร้างทรานซิสเตอร์หลายๆ ตัวให้อยู่บนแผ่นซิลิคอนขนาดตารางมิลลิเมตรได้ เรียกว่า วงจรรวมหรือไอซีนั่นเอง ทำให้เกิดรุ่นที่สามของคอมพิวเตอร์ซึ่งกลไกอิเล็กทรอนิกส์ภายในอาศัยไอซีดังกล่าว และคอมพิวเตอร์เริ่มมีขนาดเล็กลงรวมทั้งต้นทุนการผลิตก็ลดลงด้วย

การออกแบบคอมพิวเตอร์เริ่มมีความคล่องตัว ทั้งในด้านสมรรถนะและราคาตั้งแต่บัดนั้นจนกระทั่งปัจจุบันนี้ คอมพิวเตอร์มีประเภทที่เรียกว่า ขนาดใหญ่ (main frame) สามารถที่จะประมวลผลตลอดจนเก็บข้อมูลไว้ครั้งละมากๆ ได้ สามารถจะคำนวณคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนด้วยอัตราเร็วสูง คอมพิวเตอร์อีกประเภทหนึ่งที่เรียกว่า มินิคอมพิวเตอร์ (minicomputer) มีสมรรถนะด้อยกว่าคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ในด้านอัตราเร็วการทำงาน แต่มีราคาที่ต่ำกว่า เหมาะแก่งานธุรกิจและวิทยาศาสตร์ขนาดย่อมลงมา ปัจจุบันมินิคอมพิวเตอร์ได้วิวัฒนาการจนมีสมรรถนะทั้งความจุหน่วยความจำและอัตราเร็วต่อการทำงานสูงกว่าคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ที่ผลิตในระยะแรกๆ

ส่วนที่สำคัญของคอมพิวเตอร์ ส่วนหนึ่ง คือ หน่วยประมวลผลกลาง (Central processing unit) หรือเรียกกันย่อๆ ว่า ซีพียู ทำหน้าที่คำนวณเลขคณิตและตรรก ตลอดจนควบคุมจังหวะการทำงานส่วนต่างๆ 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 ไมโครโปรเซสเซอร์เบอร์ 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 บริษัทอื่นๆ เริ่มตระหนักถึงธุรกิจที่อินเทลผูกขาดแต่ผู้เดียวมาตลอด ประกอบกับมีผู้นำไมโครโปรเซสเซอร์ไปประกอบเป็นไมโครคอมพิวเตอร์ที่มิใช่เฉพาะเล่นเกมหรือควบคุมเครื่องจักรต่างๆ 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 นอกเหนือจากบริษัทอื่นๆ ที่ภูมิหลังของธุรกิจทำไอซีขายอยู่แล้ว ก็เข้าสู่วงการไมโครโปรเซสเซอร์ เช่น เท็กซัส อินสตรูเมนต์ (Texas Instrument) แห่งสหรัฐอเมริกา บริษัทโตชิบา แห่งญี่ปุ่น และบริษัทอื่นๆ 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 (1Mหมายถึง โดยประมาณ แต่ค่าที่แท้จริงคือ = 1,048,576) เทียบ
กับ 64 K ตำแหน่งในรุ่น 8080 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