คอมพิวเตอร์อีเล็กทรอนิกส์เครื่องแรก

เครื่องอีเล็กทรอนิกส์คอมพิวเตอร์เครื่องแรกของโลกนั้น J. Presper Eckert และ John Mauchly จาก Moor School of Engineering มหาวิทยาลัยแห่งรัฐ Pennsylvania ได้รับการยอมรับโดยกว้างขวางว่า เป็นผู้สร้างอีเล็กทรอนิกส์คอมพิวเตอร์เครื่องแรกที่สามารถทำงานได้จริงเป็นเครื่องแรก โดยมีชื่อว่า ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator) คอมพิวเตอร์ที่ได้รับการออกแบบดังกล่าวเป็นคอมพิวเตอร์สามารถให้ใช้งานได้ทั่วไป (General Purpose Computer) คอมพิวเตอร์ดังกล่าวได้รับการสนับสนุนจากกองทัพบกสหรัฐอเมริกาในช่วงของสงครามโลกครั้งที่สอง เนื่องจากเป็นช่วงสงคราม รายละเอียดของโครงการ ENIAC คอมพิวเตอร์ จึงไม่ได้รับการเปิดเผยจนกระทั่งปี 1946 เครื่องคอมพิวเตอร์ ENIAC เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ที่สามารถใช้งานได้สำหรับงานทั่วไป ในช่วงเวลาการทำงานใช้งานการทำการคำนวณตารางการยิงของปืนใหญ่ คอมพิวเตอร์มีลักษณะเป็นรูปตัวยู (U) มีความยาว 80 ฟิต สูง 8.5 ฟิต และ กว้างหลายฟิต แสดงในรูป 1.16 รีจิสเตอร์มีขนาด 10 ดิจิต จำนวน 20 ตัว โดยแต่ละตัวมีขนาดความยาว 2 ฟิต โดยรวมเครื่อง ENIAC ประกอบด้วยหลอดสูญญากาศจำนวน 18,000 ตัว

ขนาดของเครื่อง ENIAC มีขนาดใหญ่เป็นกำลังสอง (Two orders of magnitude) เมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์ที่มีผลิตใช้งานในปัจจุบัน อีกทั้งยังทำงานได้ช้ากว่าคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันมากกว่า 100,000 เท่า (Five orders of magnitude) โดยสามารถทำการบวกได้ 1,900 ครั้งต่อนาที เครื่อง ENIAC รองรับการทำงาน Conditional Jump และ สามารถโปรแกรมได้ ซึ่งเป็นข้อแตกต่างที่เด่นชัดเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องคำนวณในยุคเดียวกัน การเขียนโปรแกรมทำโดยการเสียบสายต่อสายต่างๆ และการตั้งค่าตามสวิทช์ การป้อนข้อมูลทำโดยการใช้งานบัตรเจาะ การเขียนโปรแกรมแต่ละครั้งใช้เวลาตั้งแต่ครึ่งชั่วโมงถึงทั้งวัน เครื่อง ENIAC เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ที่สามารถใช้งานได้หลากหลาย แต่มีข้อจำกัดเรื่องหน่วยความจำ และ การเขียนโปรแกรมที่ใช้เวลามาก

ในปี 1944 John von Neumann ได้รับการชักชวนเข้าร่วมโครงการ ENIAC ระยะเวลาดังกล่าว กลุ่มนักวิจัยที่ทำงานได้มีการพูดคุยถึง วิธีการปรับปรุงการเขียน และบรรจุ โปรแกรมเข้าไปในเครื่อง และถึงแนวคิดของ Store Program จากการปรึกษาดังกล่าว John von Neumann ได้นำความคิดดังกล่าวมาตกผลึก และเขียนบันทึก แนวคิดของ Store Program เรียกว่า EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) จากนั้น Herman Goldstine ได้แจกจ่ายบันทึกดังกล่าวโดยมีชื่อของ John von Neumann เพียงชื่อเดียว มิได้ใส่ชื่อของ J. Presper Eckert และ John Mauchly ที่มีส่วนหลักในการทำงานด้วย บันทึกดังกล่าวเป็นที่มาของคำว่า von Neumann Computer ผู้บุกเบิกในสายของวิชาการคอมพิวเตอร์เป็นจำนวนมากเห็นว่าการแจกจ่ายบันทึกดังกล่าว ที่ทำให้เกิดความเข้าใจเรื่องคำว่า ``von Neumann Computer'' เป็นการให้เกียรติ J. Presper Eckert และ John Mauchly ที่เป็นวิศวกรที่เป็นส่วนหลักในโครงการ ENIAC น้อยเกินไป และเป็นการให้เกียรติ John von Neumann มากเกินไป

ในปี 1946 Maurice Wilkes ที่มหาวิทยาลัย Cambridge ได้มาเยี่ยมชมที่ Moore School และเข้าร่วมรับฟังชุดการบรรยายเรื่องการพัฒนาของอีเล็กทรอนิกส์คอมพิวเตอร์ เมื่อ Maurice ได้กลับมาที่ Cambridge Wilkes ได้ตัดสินใจที่จะสร้างคอมพิวเตอร์ที่ชื่อว่า EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) ในปี 1949 เครื่อง EDSAC เริ่มใช้งานได้ และเป็นคอมพิวเตอร์ ที่สมบูรณ์แบบในลักษณะที่เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ที่เต็มรูปแบบที่ทำงานได้ และมีการทำงานแบบ Store-Program

Figure 1.16: คอมพิวเตอร์ ENIAC

ในปี 1947 Eckert และ Mauchly ขอจดสิทธิบัตร สำหรับเครื่องอีเล็กทรอนิกส์คอมพิวเตอร์ อย่างไรก็ตามคณบดีของ Moore School ได้แสดงถึงความต้องการมีส่วนร่วมในสิทธิบัตรนั้นโดยขอให้สิทธิบัตรเป็นของทางมหาวิทยาลัย Eckert และ Mauchly จึงตัดสินใจออกจากมหาวิทยาลัย การย้ายงานของทั้งสองทำให้โครงการ EDVAC ล่าช้า และไม่สามารถปิดลงได้จนกระทั่งปี 1952

Goldstine ได้มาทำงานร่วมกับ von Neumann ที่ Institute for Advanced Study (IAS) ที่ Princeton ในปี 1946 ร่วมกับ Arthur Barks ทั้งสามได้นำเสนอรายงานที่สรุปรวบยอดความคิดที่ผ่านมา ซึ่งรายงานดังกล่าวได้รวบรวมแนวคิดของสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์สมัยใหม่เกือบทั้งหมด คอมพิวเตอร์ที่ชื่อว่า IAS ได้ถูกสร้างโดย Julian Bigelow ที่ประกอบด้วย 1024 40-bit words และมีความเร็วกว่า ENIAC ประมาณ 10 เท่า กลุ่มวิจัยนี้ได้เขียนรายงานขึ้นมาชุดหนึ่ง และแสดงถึงการใช้งานของเครื่องคอมพิวเตอร์ในยุคนั้น อีกทั้งได้เชิญนักวิจัยต่างๆ มาเยี่ยมชม และความพยายามดังกล่าวได้ส่งผลให้เกิดการสร้างคอมพิวเตอร์เครื่องต่อๆ มา

ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง การสร้างคอมพิวเตอร์ ในงานวิจัยต่างๆ ส่วนใหญ่จะเป็นความลับเนื่องจากเหตุผลทางความมั่นคง John Atanasoff ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐไอโอว่า ได้สร้างเครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กขึ้นชื่อว่า Atanasoff Berry Computer (ABC) เครื่องคอมพิวเตอร์ดังกล่าวเป็นคอมพิวเตอร์สำหรับใช้งานเฉพาะ และไม่ได้รับการพัฒนาให้เสร็จสิ้นใช้งานได้อย่างสมบูรณ์ ในช่วงการพัฒนาของคอมพิวเตอร์ ABC Mauchly ได้แวะเยี่ยม Atanasoff ก่อนที่จะเริ่มสร้างเครื่อง ENIAC เนื่องจากเหตุผลของการพัฒนาเครื่อง ABC ขึ้นมาก่อน ประจวบเหมาะกับความล่าช้าที่เกิดขึ้นในการจดสิทธิบัตร และการแจกจ่ายบันทึกของ von Neumann ทำให้ Eckert และ Mauchly ถูกยกเลิกสิทธิบัตร อย่างไรก็ตามทั้งสองก็ยังคงได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้ที่ได้สร้างคอมพิวเตอร์ที่สามารถใช้งานได้จริงเป็นคนแรก

คอมพิวเตอร์ในรุ่นแรกๆ ที่มีความสำคัญได้แก่เครื่องคอมพิวเตอร์ที่ออกแบบมาใช้งานเฉพาะทาง ที่ออกแบบโดยชาวเยอรมันนี ที่ชื่อว่า Konrad Zues ในช่วงหลังของทศวรรษ 1930 ถึง ช่วงต้นของ 1940 ถึงแม้ว่า Zues ได้ออกแบบคอมพิวเตอร์ที่สามารถโปรแกรมได้เรียบร้อย ทางรัฐบาลเยอรมันได้ตัดสินใจไม่ให้การสนับสนุน เนื่องจากคิดว่าจะชนะสงครามก่อนเวลาสองปี ที่ Zues เสนอในการพัฒนา

ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง ที่ประเทศอังกฤษ ได้มีความพยายามสร้างเครื่องคำนวณเฉพาะกิจขึ้นสำหรับถอดรหัสลับของฝ่ายเยอรมันที่ใช้ในทางทหารขึ้น ที่ Bletchley Park ได้มีการพัฒนาเครื่องคอมพิวเตอร์ชื่อว่า Colossus ขึ้นในปี 1943 คอมพิวเตอร์เครื่องดังกล่าวถูกเก็บเป็นความลับจนกระทั้งปี 1970 ซึ่ง Alan Turing เป็นส่วนหนึ่งในผู้พัฒนา

ในช่วงของการพัฒนาเครื่อง ENIAC Howare Aiken ได้สร้างเครื่อง Electromachanical คอมพิวเตอร์ ขึ้น ชื่อว่า Mark-I ที่มหาวิทยาลัยฮาวาร์ด เครื่อง Mark-I เป็นเครื่องที่ทำด้วย Delay และต่อมาเป็นเครื่องที่ทำด้วยหลอดสูญญากาศ ที่ชื่อว่า Mark-II, Mark-III, และ Mark-IV ตามลำดับ สิ่งที่แตกต่างกับเครื่อง EDSAC ที่ใช้หน่วยความจำร่วมกันทั้งในส่วนของคำสั่งในโปรแกรม และตัวข้อมูลที่ทำการคำนวณ เครื่อง Mark-III และ Mark-IV ได้แยกหน่วยความจำระหว่างคำสั่ง และข้อมูลออกจากกัน จึงเป็นที่มาของสถาปัตยกรรมแบบ Harvard ในสถาปัตยกรรมปัจจุบัน มีการแยกหน่วยความจำสำหรับคำสั่ง และข้อมูลออกจากกันในส่วนของหน่วยความจำแคช

ในปี 1947 ได้เริ่มโครงการ Whirlwind ที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งรัฐแมสซาชูแสต โดยได้มุ่งเน้นที่การสร้างคอมพิวเตอร์สำหรับการประยุกต์ใช้งานการประมวลผลสัญญาณที่ได้จากเรดาร์ ในโครงการดังกล่าวได้กำเนิดนวัตกรรมใหม่ๆ หลายอย่าง แต่ที่สำคัญได้แก่หน่วยความจำแบบ Magnetic Core เครื่อง Whirlwind มี 2048 16-bit words ที่ทำจาก Magnetic Core ซึ่งเทคโนโลยีดังกล่าวถูกใช้งานในหน่วยความจำหลักมามากกว่า 30 ปี