วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์ - อ่านสารานุกรมไทย

          เครื่องยนต์เชิงวิเคราะห์แบบแบบเบจ (Babbage's analytical engine) เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ซึ่งสามารถประมวลผลได้อย่างอัตโนมัติ แม้จะได้สร้างขึ้นเป็นครั้งแรกเมื่อ พ.ศ. ๒๔๘๗ แต่หลักการของการทำงานนั้นตรงกับการทำงานของเครื่องคำนวณที่ชาลส์  แบบเบจ (CharlesBabbage, ค.ศ. ๑๗๙๒-๑๘๗๑, ชาวอังกฤษ) ได้คิดสร้างขึ้นเมื่อประมาณร้อยกว่าปีมาแล้ว โดยเมื่อประมาณ พ.ศ.๒๓๕๕ หรือ ๒๓๕๖ ขณะที่แบบเบจกำลังศึกษาอยู่ที่วิทยาลัยทรินิตี  มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ (Trinity College, Cambridge)  ประเทศอังกฤษ ได้มีความคิดที่จะสร้างเครื่องสำหรับการคำนวณและพิมพ์ค่าของพหุนาม (Polynomial) ทางคณิตศาสตร์ ออกเป็นตารางโดยอาศัยหลักการ "ผลต่าง" ที่เรียนในวิชาคณิตศาสตร์   และให้ชื่อเรียกว่า "เครื่องยนต์ผลต่าง" (differenceengine) และแบบเบจได้สร้างเครื่องเล็กๆ ขึ้นมาใช้กับพหุนามลำดับ  ๒  และใช้กับจำนวนเลขสูงถึง  ๘  หลักได้ต่อมาเขาคิดจะสร้างเครื่องที่ใช้กับพหุนามลำดับ  ๗  และใช้กับจำนวนเลขสูงถึง  ๒๐  หลักได้ และเขาได้ขอรับการสนับสนุนจากรัฐบาลอังกฤษ แต่เครื่องนี้สร้างขึ้นไม่สำเร็จสมบูรณ์ถึงแม้ว่ารัฐบาลได้ให้เงินช่วยเหลือประมาณ ๑๗,๐๐๐ ปอนด์แล้วก็ตาม เนื่องจากวิศวกรของแบบเบจเห็นว่า เขาได้รับเงินส่วนแบ่งน้อยจึงลาออก และเก็บเอาเครื่องมือพิเศษที่ใช้ในการสร้างไปกับเขาพร้อมกับไล่คนงานออก  ซึ่งเป็นเรื่องที่ร้ายแรงมาก เนื่องจากสมัยนั้นเทคนิคทางวิศวกรรมยังไมjสูงพอที่จะสร้างเครื่องคำนวณได้ ต้องหาวิธีการใหม่ให้มีเทคนิคดีกว่าเดิม เมื่อคนงานที่ฝึกฝนไว้ต้องออกจากงานไป  ทำให้งานสร้างเครื่องต้องหยุดชะงักเมื่อ พ.ศ. ๒๓๗๖ และต้องทิ้งงานอย่างสิ้นเชิงเมื่อ พ.ศ. ๒๓๘๕
          ใน พ.ศ. ๒๓๗๗ จอร์จ ชูตซ์ (George Scheutz) แห่งสตอกโฮล์ม สวีเดน ได้อ่านบทความเกี่ยวกับเครื่องยนต์ผลต่างแบบแบบเบจ  จึงได้ทำการออกแบบและสร้างเครื่องยนต์ผลต่างที่มีลักษณะคล้ายเครื่องแบบแบบเบจแต่เบากว่า และมีลักษณะทันสมัยมากกว่า เครื่องที่ชูตซ์สร้างขึ้นได้รับความช่วยเหลือทางการเงินจากรัฐบาลสวีเดน นอกจากนี้ ยังมีบุคคลอื่นๆ ได้ออกแบบ และสร้างเครื่องยนต์ผลต่างขึ้นอีกเช่น มาร์ติน ไวเบิร์ก (Martin Wiberg) ในสวีเดน และ จี.บี.แกรนต์ (G.B. Grant) ในสหรัฐอเมริกา เป็นต้น
          ในระหว่าง พ.ศ. ๒๓๗๖-๒๓๙๓ แบบเบจได้ความคิดใหม่ที่จะสร้างเครื่องคำนวณอีกแบบหนึ่งให้ชื่อว่า "เครื่องยนต์เชิงวิเคราะห์" (analytical engine) โดยแบบเบจพยายามคิดออกแบบกลไกของเครื่องนี้ให้สามารถสร้างขึ้นได้ง่ายกว่าเครื่องยนต์ผลต่าง เครื่องยนต์เชิงวิเคราะห์นี้ได้สร้างขึ้นไม่สำเร็จสมบูรณ์ เพราะว่าเครื่องยนต์เชิงวิเคราะห์มีความประณีตมากกว่าเครื่องยนต์ผลต่าง และเทคนิคทางวิศวกรรมยังไม่สูงพอที่จะสร้างได้ หลักการของเครื่องยนต์เชิงวิเคราะห์นี้ดีเลิศตรงกับหลักการของเครื่องคอมพิวเตอร์สมัยปัจจุบัน ซึ่งทำให้เรายอมรับกันว่าแบบเบจเป็นคนที่มีความคิดล้ำยุคถึงร้อยกว่าปี

          เครื่องยนต์เชิงวิเคราะห์ มีส่วนประกอบดังนี้
          ๑. ส่วนที่ใช้เก็บจำนวนเลข (ส่วนความจำ) ซึ่งแบบเบจใช้คำว่า "store"  แต่เครื่องคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ใช้คำว่า "memory"
          ๒. ส่วนที่ใช้ในการคิดคำนวณเลข (ส่วนคำนวณ)ซึ่งแบบเบจใช้คำว่า "mill" แต่เครื่องคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ใช้คำว่า "arithmetic unit"
          ๓. ส่วนควบคุมการทำงานของเครื่อง รวมทั้งการย้ายจำนวนเลขจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งให้ถูกต้องตามจังหวะ (ส่วนควบคุม) ซึ่งแบบเบจไม่ได้ตั้งชื่อไว้สำหรับกระบวนการนี้  แต่สำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันใช้คำว่า "control unit"
          ๔. ส่วนรับส่งข้อมูล (input/output device)เครื่องคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ใช้คำตรงกันกับเครื่องของแบบเบจ
          
          จุดเด่นที่สำคัญที่สุดของเครื่องยนต์เชิงวิเคราะห์  คือ ส่วนควบคุม  ซึ่งแบบเบจได้นำวิธีการควบคุมเครื่องทอผ้าของโจเซฟ  มารี ชากการ์ด (Joseph Marie Jacquard, ค.ศ.๑๗๕๒-๑๘๓๔, ชาวฝรั่งเศส) ซึ่งประดิษฐ์ขึ้นใน พ.ศ. ๒๓๔๗มาดัดแปลงใช้กับเครื่องยนต์เชิงวิเคราะห์ของเขา โดยทำเป็นเครื่องกลไก ๒ ชุด แต่ละชุดมีบัตรเจาะรูจำนวนมากเรียงกันเป็นวงรอบ  กลไกชุดหนึ่งใช้ทำหน้าที่เกี่ยวกับการคำนวณ กลไกอีกชุดหนึ่งใช้ทำหน้าที่ย้ายจำนวนเลขเข้าและออกจากส่วนเก็บจำนวนเลข
          การคำนวณเลขของเครื่องนี้ แบบเบจคาดว่าจะใช้เวลาดังนี้ การบวกลบใช้เวลา ๑ วินาที การคูณ (เลขฐานสิบ ๕๐หลัก คูณด้วยเลขฐานสิบ ๕๐ หลัก) ใช้เวลา ๑ นาที การหาร(เลขฐานสิบ ๑๐๐ หลัก  หารด้วยเลขฐานสิบ ๕๐ หลัก) ใช้เวลา ๑ นาที สำหรับการคูณหารนี้ ถ้าใช้จำนวนเลขที่มีหลักน้อยลงก็จะใช้เวลาน้อยลงด้วย
          แบบเบจได้ออกแบบเครื่องยนต์เชิงวิเคราะห์นี้ไว้อย่างละเอียดมาก และเขาได้ใช้จ่ายเงินไปจำนวนมากแต่เขาสร้างขึ้นมาได้เพียงบางชิ้นส่วน เมื่อเขาถึงแก่กรรมไปแล้ว(พ.ศ. ๒๔๑๔) บุตรชายของเขาชื่อ เอช.พี. แบบเบจ(H.P. Babbage) ได้พยายามทำงานต่อ โดยได้สร้างแบบจำลองจากส่วนต่างๆ ของเครื่องยนต์ผลต่าง และได้สร้างส่วนบวกลบของส่วนคำนวณของเครื่องยนต์เชิงวิเคราะห์ขึ้นตามที่แบบเบจออกแบบไว้เป็นงานชิ้นสุดท้าย  ผลงานต่างๆเหล่านี้ได้นำไปตั้งแสดงไว้ที่พิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ที่เซาท์เคนซิงตัน (South Kensington) ลอนดอน ประเทศอังกฤษ
          วิธีการสั่งงานและควบคุมให้เครื่องยนต์เชิงวิเคราะห์ทำงานได้นั้น  แบบเบจไม่ได้เขียนแสดงไว้อย่างแน่ชัด  แต่ความคิดของเขามาสู่เราในทางอ้อม คือใน  พ.ศ.  ๒๓๘๓ แบบเบจได้รับเชิญไปอิตาลีเพื่อถกเถียงเกี่ยวกับความคิดของเขากับนักคณิตศาสตร์ชาวอิตาลี       ซึ่งมีนายทหารช่างหนุ่มชื่อ แอล.เอฟ. เมนาเบรีย (L.F. Menabrea)  ร่วมอยู่ด้วยเมนาเบรียได้เขียนบทความถึงเรื่องราวที่เรียนรู้มาจากแบบเบจ  และตีพิมพ์เป็นภาษาฝรั่งเศสในวารสารเจนีวา (Genevajournal) ประจำเดือนตุลาคม พ.ศ. ๒๓๘๕ ต่อมาเอดาออกุสตา (Ada Augusta, ค.ศ. ๑๘๑๕-๑๘๕๒ ต่อมาได้เป็น Countess  of  Lovelace)  ซึ่งรู้จักสนิทกันดีกับแบบเบจได้แปลบทความของเมนาเบรียออกเป็นภาษาอังกฤษ และเขียนข้อสังเกตเพิ่มเติมยาวกว่าเดิมเกือบสามเท่า นำลงตีพิมพ์ในเทเลอร์สไซเอนทิฟิกเมโมรีส์ (Taylor's  ScientificMemories) ใน พ.ศ. ๒๓๘๖ โดยมีตัวอย่างหนึ่งกล่าวถึงการคำนวณหาจำนวนเลขของเบอร์นูลลี (Bernoulli numbers)  จาdสูตรเกิดขึ้นต่อเนื่องกัน (recurrence formula) ซึ่งในการคำนวณหาจำนวนเลขของเบอร์นูลลีตัวที่  n คือ Bn  ต้องทำการคำนวณอยู่ n+1  รอบ  จะต้องนำตัวเลข n ใส่ลงในส่วนหนึ่งของส่วนความจำ เมื่อทำการครบแต่ละรอบแล้วให้มีเลข1 เข้าลบ ทำให้ตัวเลขในส่วนความจำลดลงเป็น  n-1, n-2...และเรื่อยๆ ไป เมื่อทำการคำนวณครบ n รอบแล้ว ตัวเลขในส่วนความจำจะลดลงเป็นศูนย์ ซึ่งขั้นต่อไปตัวเลขจะกลายเป็นลบ จึงจำเป็นต้องใส่ "เงื่อนไข"  (condition  operation) ให้เครื่องหยุดการคำนวณแบบวนกลับ และให้ข้ามไปทำการคำนวณขั้นต่อไป ลักษณะเด่นที่สำคัญของเครื่องยนต์เชิงวิเคราะห์คือ ต้องทำงานตาม "เงื่อนไข" ที่เราส่งให้  จึงทำให้เกิดการเขียนชุดคำสั่ง (program) ขึ้น และวิธีการใช้จำนวนเลข n เพื่อใช้ในการคำนวณยังคงมีใช้อยู่ในการเขียนชุดคำสั่งของเครื่องคอมพิวเตอร์สมัยปัจจุบัน และเธอได้กล่าวว่า  "เครื่องยนต์เชิงวิเคราะห์นี้ไม่สามารถคิดคำนวณอะไรขึ้นมาเองได้ อะไรที่มันทำได้เราต้องรู้จักการสั่งให้มันทำ"  ดังนั้น เราอาจกล่าวได้ว่าเอดา ออกุสตา เป็นนักเขียนโปรแกรม  (programmer) คนแรกของโลก
          จอร์จ บูล (George Boole, ค.ศ. ๑๘๑๕-๑๘๖๔, ชาวอังกฤษ, นักคณิตศาสตร์และนักตรรกศาสตร์) เป็นนักคณิตศาสตร์สมัยเดียวกับแบบเบจ  ได้เขียนหนังสือเกี่ยวกับตรรกศาสตร์ (logic) ชื่อ "การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์โดยตรรกศาสตร์" (Mathmetical Analysis of Logic) ขึ้นใน พ.ศ. ๒๓๙๐และได้เขียนขยายให้สมบูรณ์และกว้างขวางขึ้นในหนังสือชื่อ"การตรวจสอบกฎแห่งความคิด ซึ่งเป็นรากฐานของทฤษฎีคณิตศาสตร์ทางตรรกศาสตร์และความน่าจะเป็น"  (An  Investigation  of the Laws  of Thought, on Which Are Foundedthe Mathematical Theories  of  Logic  and  Probabilities)ขึ้นใน พ.ศ. ๒๓๙๗ คณิตศาสตร์ตรรกศาสตร์ที่บูลวางรากฐานไว้นี้ได้ชื่อว่า "พีชคณิตแบบบูล" (Boolean  algebra) และกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการพัฒนาและออกแบบเครื่องอิเล็กทรอนิกส์ และเครื่องคอมพิวเตอร์สมัยใหม่เป็นอันมาก