ความเป็นมาของคอมพิวเตอร์ (ตอนที่1)

คนโบราณคิดเลขได้อย่างไร

ประวัติ ของคณิตศาสตร์ เริ่มต้นเมื่อคนเราต้องจดนับปริมาณที่มากกว่าหนึ่ง มนุษย์เผ่าที่เร่ร่อนในยุคแรกนับและบันทึกจำนวนสัตว์ในฝูงได้แม้ไม่มีระบบ จำนวนเป็นลายลักษณ์อักษรในการนับ โดยเขาใช้วิธีเก็บก้อนกรวดหรือเมล็ดพืชไว้ในถุง ถ้าจำนวนมีค่ามากก็จะใช้นิ้วต่างๆ เป็นสัญลักษณ์แทนจำนวน 10 และ 20 พวกเขาได้พัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับจำนวนว่าเป็นสัญลักษณ์ ซึ่งแตกต่างจากสิ่งของที่กำลังนับ เมื่อการเก็บข้อมูลและการนับมีความซับซ้อนมากขึ้น มนุษย์ได้ประดิษฐ์เครื่องช่วยในการทำงาน ลูกคิดเป็นเครื่องมือชนิดหนึ่งในยุคแรก ซึ่งไม่สามารถชี้ชัดแหล่งที่มาแน่นอนได้ แต่เป็นไปได้ที่จะมีต้นกำเนิดมาจากชาวบาบิโลน ลูกคิดเป็นที่รู้จักตั้งแต่สมัยกรีกและโรมันตอนต้น ในตอนแรกลูกคิดมีผิวหน้าหยาบใช้เม็ดมันๆ หรือ เป็นแผ่นหินใส่เครื่องหมายเพื่อบอกตำแหน่งจำนวนและใช้ก้อนกรวดเป็นตัวนับ ชาวโรมันเรียกก้อนกรวดนั้นว่า แคลคูไล ซึ่งก่อให้เกิดคำว่า แคลคูเลชั่น ซึ่งหมายถึงการคำนวณขึ้น

เครื่องคำนวณในยุคประวัติศาสตร์

ลูกคิด (Abacus) แบบ โบราณจากเกาะกรีกของชาวซาลามิสเป็นแผ่นหินอ่อนขนาดยาว 1.5 เมตร เชื่อกันว่าพวกแลกเปลี่ยนเงินตรานำไปใช้ในโบสถ์ ข้อความที่จารึกไว้บนแท่งหินแสดงรายการราคาและชื่อของเหรียญต่างๆเช่นแดร็ก มา แทลเลนส์ และโอโบล เป็นต้น

เครื่องคำนวณเครื่องแรกของโลก ได้แก่ ลูกคิด มีการใช้ลูกคิดในหมู่ชาวจีนมากกว่า 7000 ปี และใช้ในอียิปต์โบราณมากกว่า 2500 ปี ลูกคิดของชาวจีน ประกอบด้วยลูกปัดร้อยอยู่ในราวเป็นแถวตามแนวตั้ง โดยแต่ละแถวแบ่งเป็น ครึ่งบนและล่าง บนมีลูกปัด 2 ลูก ล่างมีลูกปัด 5 ลูก แต่ละแถวแทนหลักตัวเลข
ในยุคกลางตอนต้น ลูกคิดของชาวตะวันออกได้ปรากฎขึ้นในตะวันออกกลาง มีลักษณะเป็นกรอบคล้ายกล่องและมีก้านสำหรับยึดลูกปัด ลูกคิดชนิดนี้ยังคงใช้อยู่แพร่หลายในเอเชียและตะวันออกกลาง

ลูกคิดของชาวจีนประกอบด้วยโครงไม้แบ่งเป็นสองส่วน คือ ส่วนบนและส่วนล่าง แกนไม้ในแนวตั้งใช้แทนหลักของจำนวนและลูกปัดแทนจำนวน ในแต่ละแกนจะมีลูกปัด 2 ลูก ในส่วน "สวรรค์" เหนือที่กั้นนับเป็น 5 และ 5 ลูกบน "พื้นโลก" ใต้ที่กั้นนับเป็น 1 ให้ลูกปัดส่วนบนอยู่ติดขอบบนสุดของโครงไม้ และลูกปัดส่วนล่างอยู่ติดขอบล่างสุด จำนวนที่แสดงในรูปทางขวามือคือ 73 หากบวกด้วย 28 ลูกปัดจะถูกเคลื่อนย้ายดังในรูป

ใครประดิษฐเครื่องคำนวณเครื่องแรก

การก่อตัวทางความคิดในศตวรรษที่ 17 ผลักดันให้นักคณิตศาสตร์มาถึงจุดสำเร็จในการประดิษอุปกรณ์เพื่อช่วยลดแรงงานในการคำนวณ
ในปี ค.ศ. 1614 จอห์น เนเปียร์ (Neper John Napier) นักศาสนาและคณิตศาสตร์ชาวสก็อต ได้ค้นพบ ลอการิทึม และได้แปลงปัญหาของการคูณที่ซับซ้อนไปเป็นปัญหาการบวกที่ง่ายขึ้น โดยการจารึกตารางการคูณบนชุดของแท่งหลายๆแท่ง ในปี ค.ศ. 1617 เขาสามารถทำให้การคูณเลขที่มีค่ามากกระทำได้ง่ายขึ้น ภายในเวลา 2-3 ปี ต่อมา มีการนำลอการิทึมไปใช้บนไม้บรรทัดแบบเลื่อน และเป็นเหตุให้แท่งจารึกตารางการคูณของเขาพ้นสมัยไป

แท่งจารึกตารางการคูณ ไม้บรรทัดแบบเลื่อน

ในปี ค.ศ. 1642 ณ ประเทศฝรั่งเศส เบลส แพสคาล ลูกชายวัย 19 ปี ของพนักงานเก็บภาษี ได้ทดลองใช้เครื่องบวกเลขแบบเครื่องกลเพื่อช่วยงานบิดา โดยการประสานตัวเฟืองซึ่งสามารถคำนวณเลขจำนวนมากได้ แม้ว่าเครื่องแพสคาลไลน์นี้จะเป็นเครื่องบวกเลขเครื่องแรก แต่แท้จริงแล้วเครื่องคิดเลขเครื่องแรกนั้นสร้างขี้นในปี ค.ศ.162 โดยศาสตราจารย์ชาวเยอรมันชื่อ วิลเฮล์ม ชิลคาร์ด เบลส แพสคาล (ค.ศ.1623-1662) ได้เขียนโฆษณาไว้ว่า " ผมขอเสนอเครื่องจักรต่อสาธารณะ ซึ่งคุณจะสามารถใช้เครื่องคิดเลขได้อย่างง่ายดาย และยังสามารถปลดเปลื้องภาระงานซึ่งมักจะทำให้คุณเกิดความล้าในอารมณ์อีก ด้วย"
เครื่องแพสคาลไลน์ เครื่องซึ่งแสดงภาคตัดขวาง จะทำการบวกหรือลบเมื่อล้อฟันเฟืองประสานกันขณะหมุน
วงล้อจะนำผลรวมที่มีค่ามากกว่า 9 ไปทดยังหลักถัดไป ผลจะปรากฎในหน้าต่างแสดงผล โดยจำนวนที่อยู่ขวาสุดเป็นจำนวนสำหรับการบวก ส่วนจำนวนทางขวาสำหรับการลบ

ต่อมาในปี ค.ศ. 1794 กอดฟริด ฟอนไลบ์นิช (Gottfried Von Leibniz) นักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมันได้ประดิษฐ์เครื่องคำนวณที่มีขีดความสามารถสูง สามารถคูณและหารที่สองได้ ชื่อว่า เครื่องคำนวณสเต็ป เรคคอนเนอร์ (Stepped Reckoner)

ในคริสต์ศตวรรษที่ 19 ชาวอังกฤษชื่อ ชาร์ลส์ แบบเบจ (Charles Babbage) ได้ ออกแบบเครื่องจักรกำลังไอน้ำชื่อ อนาลิทิคัล เอนจิน ซึ่งสามารถคำนวณรากที่สอง รากที่ 3 และฟังก์ชั่นเอ็กโพเนนเชียลอื่นๆ ได้ ถึงแม้ว่าเครื่องดังกล่าวจะอยู่ในขั้นแบบจำลอง แต่ก็ใช้หลักการหลายอย่างเช่นในคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ จนเป็นที่รู้จักในนามของบิดาของคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันและในปี ค.ศ. 1800 เขาประสบความสำเร็จสร้างเครื่องคำนวณ ที่เรียกว่า Difference engine ซึ่ง สร้างขึ้นตามข้อกำหนดของแบบเบจ โดยใช้กำลังของเครื่องจักรไอน้ำ สามารถคำนวณตารางลอการิทึมโดยใช้หลักการของผลต่างคงที่และบันทึกผลลงบนแผ่น โลหะ แบบจำลองถูกสร้างขึ้นในปี ค.ศ.1822 เป็นเครื่องคิดเลขขนาด 6 หลัก สามารถคำนวณและพิมพ์ตารางตัวเลขได้ ในปี ค.ศ. 1833 เขาได้ประกาศถึงแผนการที่จะสร้างแอนนาลิทิคัล เอ็นจิน ซึ่งมีกำลังสูงและใช้งานได้มากกว่าเดิม สามารถทำงานคำนวณได้อย่างกว้างขวาง สามารถเก็บตัวเลข 40 หลักไว้ได้ 100 จำนวน เครื่องจักรประกอบด้วยฟันเฟืองและวงล้อทำงานได้ ผู้ใช้งานจะสั่งให้เครื่องทำงานหรือที่เรียกในภาษาสมัยใหม่ว่าเขียนโปรแกรม โดยการเจาะรูบัตรชุดหนึ่ง แนวคิดของบัตรเจาะรูไม่ใช่ของใหม่ในสมัยนั้น ช่างทอผ้าไหมชาวฝรั่งเศสชื่อ โจเซฟ-มารี แจคการ์ด เป็น คนแรกที่คิดเรื่องการใช้บัตรเจาะรูสำหรับเครื่องทอผ้าไหมแบบอัตโนมัติ แจคการ์ด ได้ปรับปรุงเทคโนโลยีการทอผ้าให้มีความละเอียดแม่นยำจนกระทั่งต้องใช้คำ สั่งเจาะบนบัตรเจาะรูจำนวนถึงหมื่นบัตรเพื่อทอผ้าไหมลายปราณีต แม้ว่าแบบเบจจะได้พัฒนาแบบในรายละเอียด และปรับปรุงเทคนิคในการสร้างเครื่องเพื่อแสดงว่าจะสามารถสร้างเครื่อง แอนนาลิทิคัล เอ็นจิน นี้ได้ แต่ก็น่าเสียดายที่เขาไม่มีเงินลงทุนและทรัพยากรเพียงพอที่จะดำเนินโครงการ และแม้จะไม่สำเร็จแต่เขาก็เป็นเจ้าของความคิดในหลักการซึ่งเป็นรากฐานของ คอมพิวเตอร์มัยใหม่ ซึ่งแนวคิดนี้ได้รับการนำมาใช้เป็นต้นแบบของเครื่องคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน จึงยกย่อง แบบเบจ ว่าเป็นบิดาแห่งเครื่องคอมพิวเตอร์ เอดา ออกุสตา (Ada Augusta) ผู้ช่วยเหลือ Babbage ออกความเห็น เขียนคำสั่ง และวิธีใช้เครื่องนี้แก้ปัญหาดังนั้นจึงได้รับการยกย่องให้เป็น โปรแกรมเมอร์คนแรกของโลก

ดิฟเฟอร์เรนซ์เอนจิน (difference engine)

แอนาไลติคอลเอนจิน (analytical engine)

ในปี ค.ศ.1890 เฮอร์แมน ฮอลเลอริท สร้างเครื่องประมวลผลข้อมูลเครื่องแรกของโลกเพื่อนับและทำตารางสำรวจมโนประชากรในประเทศสหรัฐอเมริกา
ใน ปี ค.ส. 1880 ฮอลเลอริท ได้เรียนรู้กระบวนการนับที่เชื่องช้าของการสำรวจสำมะโนประชากร
ซึ่งต้องใช้เสมียนจำนวนมากเป็นเวลาหลายปีนับข้อมูลประชากรของปี ค.ศ. 1880 กว่าที่เจ้าหน้าที่จะวิเคราะห์ข้อมูลและจัดพิมพ์ตัวเลขเหล่านั้นเสร็จ
ข้อมูลทั้งหมดก็ล้าหลังไป 5 ปีแล้ว เขาใช้แนวคิดบัตรเจาะรู โดยประดิษฐ์บัตรขนาดกว้าง 7.5 ซ.ม. ยาว 12.5 ซ.ม. ประกอบด้วย 12 แถว แต่ละแถวเจาะรูได้ 20 รู เพื่อเก็บข้อมูลเกี่ยวกับอายุ เพศ ประเทศที่เกิด สถานะภาพการสมรส จำนวนบุตร และข้อมูลอื่นๆ ของแต่ละคน พนักงานทำการรวบรวมข้อมูลจากการสำรวจประชากรและบันทึกผลลงในบัตรเจาระรูตาม ตำแหน่งที่เหมาะสม จากนั้นก็ป้อนบัตรเข้าเครื่องสร้างตาราง และแต่ละครั้งที่เข็มโลหะสัมผัสพบรูจะทำให้เกิดไฟฟ้าครบวงจร และข้อมูลจะถูกบันทึกลงในคลังของหน้าปัดสำหรับบันทึกระบบการสร้างตารางด้วย ไฟฟ้าของฮอลเลอริท ซึ่งมีชื่อว่า ฮอลเลอริท อิเล็กทริก แทบูเลทิง ซิสเต็ม นี้ใช้นับและรวบรวมข้อมูลของประชากรจำนวน 66,622,250 คน ในปี ค.ศ. 1890
เฮอร์แมน ฮอลเลอริท (ค.ศ.1860-1929) ได้รับสัญญาให้ทำการสำรวจสำมะโนประชากรในปี ค.ศ.1890 เมื่อเขาได้สาธิตให้เห็นถึงความเร็วของเครื่องจักรของเขา ประชากรของสหรัฐอเมริกา เพิ่มขึ้นมากกว่า 20% นับตั้งแต่ปี ค.ศ. 1880 เป็นต้นมา เครื่องจักรของเขาได้ร่นระยะเวลาในการนับจาก 5 ปี เป็น 2 ปี
ต่อมาในปี ค.ศ. 1896 ฮอลเลอริชได้จดทะเบียนก่อตั้งบริษัทเพื่อผลิตจำหน่ายเครื่องจักรช่วยในการ คำนวณ ชื่อ บริษัท คอมพิวติง เทบบูลาติง เรดคอสดิง หลังจากนั้นในปี ค.ศ. 1924 ได้เปลี่ยนมาเป็น ชื่อบริษัท ไอบีเอ็ม (International Business Machine : IBM)
ในปี พ.ศ. 2487 บริษัทไอบีเอ็มได้สร้างเครื่องคำนวณที่สามารถคำนวณจำนวนที่มีค่าต่าง ๆ ได้ โดยหัวหน้าโครงการคือ ศาสตราจารย์โฮวาร์ด ไอเกน แห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด และให้ชื่อเครื่องคำนวณนี้ว่า มาร์กวัน>(Mark I)

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

อิเล็กทรอนิกส์คอมพิวเตอร์เครื่องแรกมีรูปร่างอย่างไร
ความคิดฝันของชาลส์ แบบเบจ กลายเป็นความจริงในเวลา 70 ปี หลังจากที่เขาสิ้นชีวิตลง เมื่อนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยฮาร์ดวาร์ด ชื่อ โฮเวิร์ด ไอเก เริ่มสร้างเครื่องคำนวณชื่อ มาร์ค-วัน (Mark I) ใน ปี ค.ศ. 1941 ซึ่งใช้กลุ่มของรีเลย์เครื่องกลไฟฟ้า ทำหน้าที่เป็นสวิตซ์เปิดและปิด เครื่องมาร์ค-วัน มีขนาดกว้าง 2.4 เมตร ยาว 15.2 เมตร สามารถบวกและลบ 3 ครั้งหรือคูณ 1 ครั้ง เสร็จใน 1 วินาที และใช้เวลาเพียง 1 วัน สำหรับแก้ปัญหาคณิตศาสตร์ที่คนหนึ่งคนสามารถทำได้ด้วยเครื่องบวกเลขใน เวลา ถึง 6 เดือน แต่ในเวลาไม่นานมาร์ค-วัน ก็ถูกแซงขึ้นหน้าโดยเครื่องเอ็นนีแอค (ENIAC) ซึ่ง ใช้หลอดสูญญากาศแทนสวิตซ์ เจ.พี.เอ็คเคริด และจอนห์น มอชลี แห่งมหาวิทยาลัยเพนซิลวาเนียได้เปิดเผยโฉมหน้าของอิเล็กทรอนิกส์ คอมพิวเตอร์เมื่อวันที่ 14 ก.พ. ค.ศ. 1946 เครื่องนี้สามารถคำนวณได้เร็วกว่าเครื่องจักรทุกรุ่นที่สร้างขึ้นก่อนหน้า นั้นถึง 1,000 เท่า โดยการบวกและลบ 5,000 ครั้ง คูณ 350 ครั้ง หรือหาร 50 ครั้งต่อหนึ่งวินาที แต่ขนาดของเครื่องก็ใหญ่ประมาณสองเท่าของเครื่องมาร์ค-วัน ปรรจุเต็มตู้ 40 ตู้ ด้วยชิ้นส่วนถึง 100,000 ชิ้น ซึ่งรวมถึงหลอดสูญญากาศประมาณ 17,000 หลอด มีน้ำหนัก 27 ตัน ขนาดกว่าง 5.5 เมตร ยาว 24.4 เมตร

ซึ่งเราจะว่ากันต่อไปใน ประวัติความเป็นมาตอนที่2