เมนบอร์ด (Mainboard) คือ ศุนย์กลางของการเชื่อมต่อสำหรับอุปกรณ์ภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ มีชิปเซตที่ำทำหน้าที่รับ/ส่งข้อมูลของอุปกรณ์ต่างๆ อีกขั้นหนึ่ง เมนบร์ด (Mainboard)นิยมใช้มาตรฐานการออกแบบ ATX (Advance Technology Extension) ปรับปรุงจากระบบเก่าที่เป็นแบบ Body AT โดยแบบใหม่จะมีการปรับปรุงบริเวณ ซีพียู(CPU)โดยจะย้ายไปไกลพัดลมของแหล่งจ่ายไฟ(Power Supply) ทำให้สามารถระบายความร้อนได้ดีและรวดเร็วยิ่งขึ้น
และล่าสุดนี้มีการพัฒนาแบบ BTX (Balance Technology Extension) ได้นำพัดลมมาไว้ด้านหน้าเึคสเพื่อนำลมเย็นเข้าไปภายในระบบและนำซีพียู(CPU)มาไว้ด้านหน้าเครื่องเพื่อรับสมเย็นโดยตรง ส่งผลให้ไม่จำเป็นต้องใ้ช้พัดลมที่มีความเร็วรอบสูงและเสียงดัง ปัจจุบันเมนบอร์แบบ BTX ไม่ได้รับความนิยมเนื่องจากเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์เกือบทั้งหมดไม่ว่าจะเป็น เคส ฮัตซิงค์ เป็นต้น
นอกจากเมนบอร์ดมาตรฐาน ATX (Advance Technology Extension) ปัจจุบันยังมีเมนบอร์ดมาตรฐาน Mini-ITX เป็นเมนบอร์ดขนาดเล็กสำหรับคอมพิวเตอร์ทีมีขนาดเล็กเพื่อความบันเทิงหรือ HTPC และเคสก็ออกแบบมาอย่างเหมาะสมเพื่อวาง LCD TV ตัวเมนบอร์จึงมีขนาดเล็กตามไปด้วย เมนบร์ดบอร์ดลักษณะนี้จะรวมทุกอย่างไว้บนเมนบอร์ดและมีเพียง 1 สล็อตเท่านั้น
วันพุธที่ 1 สิงหาคม พ.ศ. 2561
ซีพียู (CPU)
ซีพียู (CPU) หรือ ไมโครโปรเซสเซอร์ (Microprocessor) นั้น ย่อมาจากคำว่า Central Processing Unit ซึ่งหมายความว่าเป็นหน่วยประมวลผลกลาง ซึ่งเปรียบเสมือนสมองของคอมพิวเตอร์ในการทำหน้าที่ตัดสินใจหรือคำนวณ จากคำสั่งที่ได้รับมา ถือเป็นหัวใจหลักในการประมวลผลของคอมพิวเตอร์ โดยพื้นฐานแล้วซีพียูทำหน้าที่ประมวลผลข้อมูลทางคณิตศาสตร์และข้อมูลเชิงตรรกะ
โดยมีกระบวนการพื้นฐานคือ
อ่านชุดคำสั่ง (fetch)
ตีความชุดคำสั่ง (decode)
ประมวลผลชุดคำสั่ง (execute)
อ่านข้อมูลจากหน่วยความจำ (memory)
เขียนข้อมูล/ส่งผลการประมวลกลับ (write back)
สถาปัตยกรรมของหน่วยประมวลผลกลาง ประกอบไปด้วย ส่วนควบคุมการประมวลผล (control unit) และ ส่วนประมวลผล (execution unit) และจะเก็บข้อมูลระหว่างการคำนวน ไว้ในระบบเรจิสเตอร์
ปัจจุบันนี้การแข่งขันกันด้าน CPU นั้นเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ทั้งในด้านของราคา ประสิทธิภาพ รวมถึงความสามารถที่เพิ่มเติมเข้ามาใหม่ๆ ทำให้เกิดการแข่งขันเพื่อแย่งส่วนแบ่งตลาดนั้นรุนแรงขึ้นทุกๆวัน ซึ่งเมื่อก่อนนั้น Intel เป็นผู้ครองตลาด CPU แต่เมื่อไม่นานมานี้ มีบริษัทที่แยกตัวออกมาจาก Intel และทำการผลิต CPU ของตนเอง ใช้ชื่อบริษัทว่า AMD ( Advance Micro Device ) โดยแรกๆนั้นยังใช้ชื่อเสียงและสถาปัตยกรรมของ Intel เพื่อขอมีส่วนแบ่งในตลาด แต่ต่อมาได้ออกแบบสถาปัตยกรรมของตนขึ้นมาจนกระทั่งปัจจุบันนั้นก็ได้มีส่วนแบ่งในตลาด CPU ที่สูงทัดเทียม กับทาง Intel แล้ว
การ์ดแสดงผล (display card)
การ์ดแสดงผล (Display Card)
การ์ดแสดงผล (Display Card)
Display Card หรือเรียกอีกอย่างว่าการ์ดแสดงผลนั้น เดิมทีคืออุปกรณ์ที่จัดอยู่ในส่วน Output ทำหน้าที่ในการรับสัญญาณ และนำข้อมูลจากภาคประมวลผลมาเป็นสัญญาณภาพ แล้วส่งต่อให้จอมอนิเตอร์อีกทีหนึ่ง เพื่อแสดงเป็นภาพให้เห็นบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ของเรา
องค์ประกอบของการ์ดแสดงผล
อุปกรณ์ที่ทำงานหลักๆ แล้ว ก็ค่อนข้างจะเป็นมาตรฐาน ซึ่งจะประกอบไปด้วย ชิปประมวลผลกราฟิก, หน่วยความจำ, อินเตอร์เฟสในการเชื่อมต่อ, RAMDAC ที่เหลือก็จะเป็นส่วนประกอบเล็กๆ น้อยๆ เพื่อเพิ่มความสามารถให้กับตัวการ์ดแสดงผลนั่นเอง สำหรับหน้าที่ของอุปกรณ์แต่ละตัว เช่น ชิปประมวลผลกราฟิกจะเปรียบเทียบได้กับ การทำงานของซีพียู โดยทำงานร่วมกับไดรเวอร์ของตัวเอง ส่วนหน่วยความจำบนการ์แสดงผลนั้น จะทำหน้าที่ 2 อย่าง ด้วยกัน อย่างแรก คือ เป็นที่พักข้อมูลที่ตัวชิปประมวลผลกราฟิก จะใช้อ้างอิงอีกในครั้งต่อไป สำหรับอินเทอร์เฟซสำหรับการเชื่อมต่อ เดิมทีนั้น การ์ดแสดงผลปกติจะมีเพียงพอร์ตเชื่อมต่ออย่าง DB-15 (D-Sub) เท่านั้น แต่ปัจจุบันการ์ดแสดงผลในท้องตลาด มักจะมาพร้อมกับพอร์ตเชื่อมต่อหลากหลายชนิด เช่น AV/S-Video TV In/Out, DVI เหล่านี้ เป็นต้น และ RAMDAC (Random Access Memory Digital to Analog Converter) เป็นที่สำหรับแปลงสัญญาณดิจิตอลให้เป็นสัญญาณอะนาล็อกนั่นเอง
การ์ดแสดงผล (Display Card)
Display Card หรือเรียกอีกอย่างว่าการ์ดแสดงผลนั้น เดิมทีคืออุปกรณ์ที่จัดอยู่ในส่วน Output ทำหน้าที่ในการรับสัญญาณ และนำข้อมูลจากภาคประมวลผลมาเป็นสัญญาณภาพ แล้วส่งต่อให้จอมอนิเตอร์อีกทีหนึ่ง เพื่อแสดงเป็นภาพให้เห็นบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ของเรา
องค์ประกอบของการ์ดแสดงผล
อุปกรณ์ที่ทำงานหลักๆ แล้ว ก็ค่อนข้างจะเป็นมาตรฐาน ซึ่งจะประกอบไปด้วย ชิปประมวลผลกราฟิก, หน่วยความจำ, อินเตอร์เฟสในการเชื่อมต่อ, RAMDAC ที่เหลือก็จะเป็นส่วนประกอบเล็กๆ น้อยๆ เพื่อเพิ่มความสามารถให้กับตัวการ์ดแสดงผลนั่นเอง สำหรับหน้าที่ของอุปกรณ์แต่ละตัว เช่น ชิปประมวลผลกราฟิกจะเปรียบเทียบได้กับ การทำงานของซีพียู โดยทำงานร่วมกับไดรเวอร์ของตัวเอง ส่วนหน่วยความจำบนการ์แสดงผลนั้น จะทำหน้าที่ 2 อย่าง ด้วยกัน อย่างแรก คือ เป็นที่พักข้อมูลที่ตัวชิปประมวลผลกราฟิก จะใช้อ้างอิงอีกในครั้งต่อไป สำหรับอินเทอร์เฟซสำหรับการเชื่อมต่อ เดิมทีนั้น การ์ดแสดงผลปกติจะมีเพียงพอร์ตเชื่อมต่ออย่าง DB-15 (D-Sub) เท่านั้น แต่ปัจจุบันการ์ดแสดงผลในท้องตลาด มักจะมาพร้อมกับพอร์ตเชื่อมต่อหลากหลายชนิด เช่น AV/S-Video TV In/Out, DVI เหล่านี้ เป็นต้น และ RAMDAC (Random Access Memory Digital to Analog Converter) เป็นที่สำหรับแปลงสัญญาณดิจิตอลให้เป็นสัญญาณอะนาล็อกนั่นเอง
ฮาร์ดดิสก์ (Harddisk)
ฮาร์ดดิสก์ (Harddisk) คืออุปกรณ์ชิ้นหนึ่ง ที่เป็นตัวเก็บข้อมูลต่างๆ ของคอมพิวเตอร์ ไม่ว่าจะเป็นข้อมูลระบบปฏิบัติการณ์ต่างๆ ที่ใช้ขับเคลื่อนคอมพิวเตอร์เครื่องนั้นๆ หรือข้อมูลในรูปแบบของโปรแกรมประยุกต์ หรือแฟ้มงานต่างๆ ล้วนถูกเก็บรักษาเอาไว้ในฮาร์ดดิสก์นี่เอง ดังนั้นจึงบอกได้เลยว่า ฮาร์ดดิสก์ เป็นอุปกรณ์ที่จำเป็นและสำคัญที่สุดชิ้นหนึ่งเลยทีเดียวก็ว่าได้ ถ้าจะพูดให้เห็นภาพก็คงต้องเทียบว่า ฮาร์ดดิสก์คือสมองส่วนความทรงจำของคอมพิวเตอร์นั่นเอง สำหรับวันนี้เราจะพาไปดูการทำงานและส่วนประกอบของฮาร์ดดิสก์กัน
หัวอ่าน (Head) เป็นส่วนหนึ่งของแขนหัวอ่าน ซึ่งเจ้าหัวอ่านตัวนี้สร้างจากขดลวด เพื่อใช้อ่านหรือเขียนข้อมูลลงบนแผ่นแม่เหล็ก โดยการรับคำสั่งจากตัวคอนโทรลเลอร์ ก่อนเกิดความเหนี่ยวนำทางแม่เหล็ก และไปเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของสนามแม่เหล็ก และทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของข้อมูลนั่นเอง
แขนหัวอ่าน (Actuator Arm) มีลักษณะเป็นแท่งเหล็กยาวๆ ซึ่งสามารถรับคำสั่งจากวงจรให้เลื่อนไปยังตำแหน่งที่ต้องการได้ ไม่ว่าจะเป็นอ่านหรือเขียนข้อมูลลงบนแผ่นแม่เหล็ก โดยต้องทำงานร่วมกับหัวอ่าน
จานแม่เหล็ก (Platters) มีลักษณะเป็นจานกลมๆ เคลือบด้วยสารแม่เหล็กวางซ้อนกันหลายๆ ชั้นขึ้นอยู่กับความจุ เจ้าสารแม่เหล็กที่เองที่เป็นข้อมูลต่างๆ ของเรา โดยข้อมูลนั้นจะถูกบันทึกในลักษณะของเลข 0 และ 1 แผ่นแม่เหล็กนั้นติดกับมอเตอร์สำหรับหมุน (Spindle Motor) และสามารถเก็บข้อมูลได้ทั้ง 2 ด้าน
มอเตอร์หมุนแผ่นแม่เหล็ก (Spindle Motor) เป็นตัวควบคุมจานแม่เหล็กให้หมุนไปยังตำแหน่งที่ต้องการเพื่อบันทึก หรือแก้ไขข้อมูล ปกติมักมีความเร็วในการหมุนประมาณ 7200 รอบต่อนาที แต่ด้วยเทคโนโลยีการผลิตที่มีประสิทธิภาพมากกว่าเดิมทำให้ตัวมอเตอร์มาสามารถเพิ่มความเร็วได้ถึง 1 หมื่นรอบต่อนาที
เคส (Case) หรือตัวกล่องสี่เหลี่ยม ซึ่งเป็นที่บรรจุส่วนต่างๆ ที่ใช้ในการทำงานของฮาร์ดดิสก์
ปัจจุบันฮาร์ดดิสก์สามารถแบ่งออกเป็นสี่ชนิดคือ
IDE เป็นฮาร์ดดิสก์ที่มีการใช้เทคโนโลยีแบบเก่าคือจะมีขั้วต่อกับสายแพที่สามารถส่งผ่านข้อมูลได้แค่ 8.3 เม็กกะไบต์ต่อวินาทีเท่านั้น
SATA เป็นมาตรฐานฮาร์ดดิสก์ที่นิยมใช้ในปัจจุบันสามารถส่งผ่านข้อมูลได้มากถึง 150 เม็กกะไบต์ต่อวินาที
E-IDE เป็นฮาร์ดดิสก์ที่พัฒนามาจาก IDE มีความเร็วในการส่งผ่านข้อมูลได้ประมาณ 133 เม็กกะไบต์ต่อวินาที
SCSI เป็นฮาร์ดดิสก์ที่มีความเร็วในการส่งผ่านข้อมูลราวๆ 320 เม็กกะไบต์ต่อวินาทีและมีความเร็วรอบในการหมุนจานประมาณ 1 หมื่นรอบต่อนาที นิยมใช้กันทั่วไปสำหรับคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ภายในองค์กร
ฮาร์ดดิสก์นั้นเป็นส่วนสำคัญที่มีผลต่อการทำงานของระบบทั้งระบบ ดังนั้นผู้ใช้งานจึงจำเป็นต้องดูแล และถนอมการใช้งานของฮาร์ดดิสก์เอาไว้ให้ดี ทั้งนี้เพราะเมื่อฮาร์ดดิสก์เกิดพังหรือเสียหายขึ้นมา ข้อมูลของเราก็จะพลอยสูญหายไปด้วยเช่นเดียวกันนั่นเอง
แรม(RAM)
แรม (RAM) คืออะไร มีหน้าที่อย่างไร
แรม (RAM) คืออะไร ทำหน้าที่อย่างไร ถ้าให้พูดกันลอยๆก็คงคิดกันไปว่า แรม ทำให้คอมเร็วขึ้นยิ่งแรมเยอะคอมเร็วก็ยิ่งเร็ว แต่รู้หรือไม่ว่าหน้าที่จริงๆ ของแรมนั้นคืออะไร
แรม (RAM : Random Access Memory) คือ หน่วยความจำที่ใช้เป็นหน่วยความจำหลักของเครื่องคอมพิวเตอร์ เป็นหน่วยความจำประเภทที่อ่าน/เขียน ข้อมูลลงไปได้ตลอดเวลา แต่ถ้าไฟดับหรือปิดเครื่อง ข้อมูลในหน่วยความจำจะหายหมดทันที
หน่วยความจำจะทำงานร่วมกันกับซีพียู (CPU)อยู่ตลอดเวลา่ แทบทุกจังหวะการทำงานของซีพียู (CPU) จะต้องมีการอ่าน/เขียนข้อมูลไปยังหน่วยความจำเสมอ หรือแม้แต่ในขณะที่เราสั่งย้ายข้อมูลจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งก็ต้องใช้หน่วยความเป็นตัวกลางในการส่งข้อมูล
เปรียบเทียบง่ายๆ ก็ประมาณว่า แรมก็คล้ายๆ กับคลังขนส่งที่จะเป็นตัวกลางในการขนส่งสินค้า ในทีนี้ก็คือข้อมูลโดยจะทำงานร่วมกับบริษัทแม่ก็คือ ซีพียู (CPU) ที่เป็นตัวกลางในการรีบคำสั่งงานจากลูกค้าเพื่อมาประมวลผลแล้วส่งผลที่ได้ไปให้แรมนั่นเอง
แรม (RAM) คืออะไร ทำหน้าที่อย่างไร ถ้าให้พูดกันลอยๆก็คงคิดกันไปว่า แรม ทำให้คอมเร็วขึ้นยิ่งแรมเยอะคอมเร็วก็ยิ่งเร็ว แต่รู้หรือไม่ว่าหน้าที่จริงๆ ของแรมนั้นคืออะไร
แรม (RAM : Random Access Memory) คือ หน่วยความจำที่ใช้เป็นหน่วยความจำหลักของเครื่องคอมพิวเตอร์ เป็นหน่วยความจำประเภทที่อ่าน/เขียน ข้อมูลลงไปได้ตลอดเวลา แต่ถ้าไฟดับหรือปิดเครื่อง ข้อมูลในหน่วยความจำจะหายหมดทันทีหน่วยความจำจะทำงานร่วมกันกับซีพียู (CPU)อยู่ตลอดเวลา่ แทบทุกจังหวะการทำงานของซีพียู (CPU) จะต้องมีการอ่าน/เขียนข้อมูลไปยังหน่วยความจำเสมอ หรือแม้แต่ในขณะที่เราสั่งย้ายข้อมูลจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งก็ต้องใช้หน่วยความเป็นตัวกลางในการส่งข้อมูล
เปรียบเทียบง่ายๆ ก็ประมาณว่า แรมก็คล้ายๆ กับคลังขนส่งที่จะเป็นตัวกลางในการขนส่งสินค้า ในทีนี้ก็คือข้อมูลโดยจะทำงานร่วมกับบริษัทแม่ก็คือ ซีพียู (CPU) ที่เป็นตัวกลางในการรีบคำสั่งงานจากลูกค้าเพื่อมาประมวลผลแล้วส่งผลที่ได้ไปให้แรมนั่นเอง
ระบบปฏิบัติการ
(Operating System)
• อำนวยความสะดวก ทำให้ผู้ใช้ (user) ใช้เครื่องฯ ได้ง่าย (Operating System Objectives Convenience)
ทำให้คอมฯ ง่ายและสะดวกต่อการใช้งาน
• ใช้งานเครื่องได้อย่างมีประสิทธิภาพ (Efficiency) จัดการการใช้ทรัพยากรของระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• เพิ่มความสามารถเพื่อพัฒนาโปรแกรม (Ability to evolve) เพื่อรองรับให้ผู้ใช้เพื่อให้ผู้ใช้สามารถพัฒนาโปรแกรมได้อย่างมี ประสิทธิภาพ, สามารถทดสอบโปรแกรม, และสามารถใช้ฟังก์ชั่นใหม่ ๆ ของระบบ โดยปราศจากการแทรกแซงของระบบปฏิบัติการในระหว่างการทำงาน
สรุปเป้าหมายและบทบาทของระบบปฏิบัติการ (OS) สามารถจำแนกได้ 2 เป้าหมายคือ
1. เป้าหมายหลัก ( Primary goal) คือ การอำนวยความสะดวกแก่ผู้ใช้งาน ให้สามารถใช้ระบบคอมฯ ได้ง่าย และสะดวกที่สุด (convenience for the user)
2. เป้าหมายหมายรอง (Secondary goal) คือ เพิ่มประสิทธิภาพให้กับระบบ
บางครั้ง 2 เป้าหมายนี้อาจขัดแย้งกัน เช่น ระบบ OS ที่ชาญฉลาดนั้นระหว่างทำงานระบบจะ
ตรวจจับข้อผิดพลาด (Error) อยู่ตลอดเวลา หากพบข้อผิดพลาดระหว่างการทำงานก็จะมีข้อความแจ้ง (Message) แก่ผู้ใช้ และหากมีข้อความแจ้งบ่อยครั้ง ก็จะกลายเป็นการขัดจังหวะการทำงานทำให้ผู้ใช้ ทำงานได้ไม่สะดวก ดังนั้นการออกแบบระบบปฏิบัติการ (OS) และการออกแบบสถาปัตยกรรมด้านตัวเครื่องควรมีความสอดคล้อง และหาจุดกลางระหว่างกันโครงสร้างระบบปฏิบัติการ (OPERATING SYSTEM STRUCTURES)ระบบปฏิบัติการเป็นซอฟต์แวร์ที่ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของฮาร์ดแวร์ ซึ่ง OS จะเป็นซอฟต์แวร์ที่ทำงานในระดับ Low level ควบคุมและสั่งการเครื่องและอุปกรณ์ได้โดยตรง สามารถแสดงโครงการการเข้าถึงฮาร์ดแวดร์ ได้ตามรูปด้านล่างนี้
โครงสร้างการเข้าถึงฮาร์ดแวร์
3. อธิบายหลักการทำงานของ Personal computer Systems และเชื่อมโยงด้วยว่าสัมพันธ์กับสิ่งเหล่านี้ อย่างไรบ้าง ? (CPU, ALU, Control Unit, Register, Bus, RAM, Input device, Output device)
โปรแกรมระบบปฏิบัติการ (Operating System)เป็นซอฟต์แวร์ที่สามารถเข้าถึงฮาร์ดแวร์ได้โดยตรง โดยทำหน้าที่จัดสรรทรัพยากร ควบคุมการทำงานของฮาร์ดแวร์ และทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการควบคุมการสั่งการ ระหว่างโปรแกรมอรรถประโยชน์ (Utilities) และโปรแกรมประยุกต์ของผู้ใช้ (Application Programs)ซอฟต์แวร์ที่พัฒนาด้วยภาษาเครื่องจักร (Machine code)จะสามารถควบคุมและเข้าถึงฮาร์ดแวร์ได้โดยตรง แต่จะขั้นตอนที่ยุ่งยากในการเขียนชุดคำสั่ง
โปรแกรมอรรถประโยชน์ (Utilities)โปรแกรมอรรถประโยชน์ (Utilities) เป็นโปรแกรมอำนวยความสะดวกต่าง ๆ ในการทำงานเพื่อเพิ่ม
ประสิทธิภาพ แก่ระบบ เป็นกลุ่มโปรแกรมที่เน้นการจัดการไฟล์ (File) ควบคุม I/O, อุปกรณ์อื่น เช่น การสำรองข้อมูล การจัดเรียงไฟล์ หรือการเคลียร์ Temporary file โปรแกรมประยุกต์ (Application program)เป็นซอฟต์แวร์ที่อยู่ห่างไกลกับฮาร์ดแวร์ ไม่สามารถเข้าถึงฮาร์ดแวร์ได้โดยตรง จะต้องอาศัย OS เป็น
ตัว กลางในการเชื่อมการทำงาน โปรแกรมประยุกต์จะถูกเขียนขึ้นโดยโปรแกรมเมอร์ และใช้โปรแกรมภาษาระดับสูงในการพัฒนา ที่พัฒนาจาก programmer
ระบบปฏิบัติการสนับสนุนการทำงานของระบบในด้านใดบ้าง? (OS Support)
การจัดเตรียมบริการต่าง ๆ ของ OS ที่มีไว้เพื่อสนับสนุนการทำงานของระบบ มีดังนี้
• การพัฒนาโปรแกรม (Program development)
สนับสนุนเรื่องการพัฒนาโปรแกรม โดยจัดเตรียมบริการต่าง ๆ ให้ผู้พัฒนานั้นสามารถใช้งาน Editor ได้ง่าย สะดวก และหลากหลาย เช่น มี Editor และ debugger สำหรับช่วยโปรแกรมเมอร์ระหว่างเขียนโปรแกรมและตรวจสอบข้อผิดพลาด (Error) โดยระบบปฏิบัติการจะสนับสนุนสิ่งอำนวยความสะดวกและบริการต่างๆมากมาย เพื่อช่วยผู้พัฒนาโปรแกรมในการสร้างโปรแกรมประยุกต์ขึ้นมาใช้งาน
• การประมวลผลโปรแกรม (Program execution)
ช่วยในการทำงานและประมวลผลโปรแกรมประยุกต์ ซึ่งการประมวลผลโปรแกรมหนึ่งๆ นั้นจะมีงานที่เข้ามา เกี่ยวข้องมากมาย คำสั่ง ( instruction ) และข้อมูล ( data ) จะต้องถูกนำเข้ามาเก็บไว้ในหน่วยความจำหลัก อุปกรณ์ไอโอและแฟ้มข้อมูลที่ต้องการใช้ รวมทั้งทรัพยากรที่จำเป็นอื่นๆจะต้องถูกเตรียมพร้อมใช้งาน ระบบปฏิบัติการจะเป็นผู้ทำงานทั้งหมดนี้ให้โดยอัตโนมัติ
• การเข้าถึงอุปกรณ์ไอโอ (Access to I/O devices )การใช้อุปกรณ์ I/O แต่ละชิ้นจะต้องอาศัยชุดคำสั่งหรือสัญญาณควบคุมของตนเอง ระบบปฏิบัติการจะจัดการในรายละเอียดของการทำงานเหล่านี้ ทำให้ผู้พัฒนาโปรแกรมเหลือเพียงการตัดสินใจว่าจะทำการอ่านข้อมูลหรือบันทึก ข้อมูลเหล่านั้น
• การควบคุมการเข้าถึงแฟ้มข้อมูล (Controlled access to files)เช่น การการเปิดไฟล์ จะมีกระบวนการทำงานหลายขั้นตอน และในอนาคตกรณีของระบบที่ทำงานกับ ระบบปฏิบัติการหลายระบบ (multiuser OS) จะมีการเตรียมกลไกในการควบคุมการเข้าถึงไฟล์
การควบคุมการใช้งานแฟ้มข้อมูล นอกจากจะต้องเข้าใจลักษณะโดยธรรมชาติของอุปกรณ์ ที่จะนำมาใช้งานแล้ว ยังต้องเข้าใจในรูปแบบของข้อมูลที่เก็บอยู่ในสื่อจัดเก็บ ระบบปฏิบัติการจะทำหน้าที่ในส่วนนี้แทนผู้ใช้ และในกรณีที่ในระบบมีผู้ใช้งานได้หลายคนพร้อมกันก็จะต้องควบคุมลำดับและวิธี การเข้าถึงแฟ้มข้อมูลสำหรับผู้ใช้ทุกคนด้วย
• การเข้าถึงระบบ (System access)
การติดต่อระบบ ในกรณีที่เป็นระบบสาธารณะ หรือเป็นระบบที่ใช้งานร่วมกันระบบปฏิบัติการจะควบคุมการติดต่อเข้ากับระบบ คอมพิวเตอร์โดยส่วนรวม และทรัพยากรแต่ละชิ้น ฟังก์ชั่นการติดต่อจะต้องสนับสนุนการป้องกันทรัพยากร และข้อมูลจากผู้ที่ไม่มีสิทธิในการใช้งาน และจะต้องสามารถแก้ปัญหาการแย่งชิงการใช้อุปกรณ์ได้ด้วย ดังนั้นระบบที่มีการแบ่งปัน ( Share) การเข้าถึงข้อมูลและระบบแบบสาธารณะ (public) OS จะป้องกัน (protect) ทรัพยากรจากคนหรืองานที่ไม่ได้รับอนุญาต ตัวอย่างเช่นการป้องกันการเข้าใช้งานเครื่อง Mainframe จำเป็นต้องต้องมีการขออนุญาตเข้าใช้ กำหนดสิทธิ์การใช้งาน กำหนดการอนุญาตใช้ฮาร์ดแวร์ จะเห็นว่า OS ทำงานมากขึ้นสำหรับคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่อย่าง Mainframe ถ้าเป็นเครื่อง PC เราจะขออนุญาตตัวเองในการเข้าใช้งาน
• การตรวจจับข้อผิดพลาดและตอบกลับ (Error detection and response)
การตรวจหาข้อผิดพลาดในระบบและตอบกลับ ข้อผิดพลาด (Error) มีหลายชนิด ขึ้นอยู่กับระบบคอมพิวเตอร์ที่ทำงานอยู่
1)ข้อผิดพลาดที่เกิดจากทั้งภายในและภายนอกตัวเครื่อง(Hardwar) เช่น
• หน่วยความจำผิดพลาด (memory error)
• อุปกรณ์ผิดพลาด (device failure)
2)ข้อผิดพลาดที่เกิดจากซอฟต์แวร์ (Software) เช่น
• หน่วยคำนวณเต็ม (arithmetic overflow)
• การถูกยับยั้ง หรือไม่อนุญาตให้เข้าถึงพื้นที่หน่วยความจำ (memory location
การพยายามที่จะเข้าถึงพื้นที่ ที่ไม่อนุญาตในตำแหน่ง ( location) ของหน่วยความจำ ก็จะทำให้เกิดข้อผิดพลาด (error) ขึ้นได้
• โปรแกรมระบบปฏิบัติการ (OS) ไม่สามารถอนุญาตตามการร้องขอของโปแกรมประยุกต์ได้
Note : ในแต่ละกรณีที่เกิดข้อผิดพลาด OS มักจะเตรียมการแจ้งกลับ ( response) และพยายามจัดการกับเงื่อนไขของข้อผิดพลาด ( error) ที่เกิดขึ้นและให้มีผลกระทบน้อยที่สุดในการ run program
การตรวจหาข้อผิดพลาดและการตอบสนอง ข้อผิดพลาดสามารถเกิดขึ้นได้โดยสาเหตุต่างๆมากมายขณะที่ระบบกำลังทำงาน ในความผิดพลาดแต่ละกรณีที่เกิดขึ้น ระบบปฏิบัติการจะต้องตอบสนองโดยทำให้เกิดผลกระทบต่อโปรแกรมที่กำลังประมวลผล อยู่ในระดับต่ำที่สุด การตอบสนองโดยทั่วไปได้แก่ การหยุดการทำงานของโปรแกรมนั้น การพยายามทำคำสั่งนั้นใหม่ เป็นต้น
• การจัดทำบัญชี (Accounting)
– เก็บรวบรวมสถิติการใช้งานระบบ (collect statistics)
– ตรวจวัดประสิทธิภาพการใช้งานระบบ (monitor performance) เช่น เวลาในการตอบสนอง
– เพื่อเป็นข่าวสารที่จะใช้เป็นประโยชน์ในการยกระดับการทำงานให้สูงขึ้นในอนาคต(used to anticipate future enhancements)
– ใช้สำหรับออกรายชื่อผู้ใช้ (used for billing users)
บัญชีผู้ใช้ ระบบปฏิบัติการที่ดีจะรวบรวมข้อมูลสถิติการใช้งานของทรัพยากรต่างๆ และตรวจสอบตัวกำหนดค่าประสิทธิภาพเช่น ระยะเวลาการตอบสนอง ในระบบใดๆ ข้อมูลเหล่านี้จะเป็นประโยชน์สำหรับการคาดเดาการขยายขีดความสามารถของระบบใน อนาคต และในการปรับตัวกำหนดค่าทั้งหลายเพื่อให้ระบบมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ในระบบที่มีผู้ใช้หลายคน ข้อมูลนี้สามารถนำมาใช้ในทางบัญชี เช่น การเรียกเก็บค่าบริการได้
ระบบปฏิบัติการในฐานะผู้บริหารทรัพยากร (The Operating System as Resource Manager)
ระบบคอมพิวเตอร์ประกอบด้วยอุปกรณ์ต่างๆ สำหรับการเคลื่อนย้าย การจัดเก็บ และการประมวลผลข้อมูลและการควบคุมฟังก์ชั่นการทำงานต่างๆ ระบบปฏิบัติการมีความรับผิดชอบในการบริหารทรัพยากรต่างๆเหล่านี้
อาจมีข้อสงสัยว่า ระบบปฏิบัติการเป็นตัวควบคุมการเคลื่อนย้าย การจัดเก็บ และการประมวลผลข้อมูลหรือไม่ ในมุมมองหนึ่งอาจตอบว่าใช่ เนื่องจากระบบปฏิบัติการจะต้องควบคุมหน้าที่การทำงานพื้นฐานในการบริหาร ทรัพยากรของเครื่องคอมพิวเตอร์ อย่างไรก็ตามการควบคุมนี้เป็นการกระทำในทางอ้อม โดยปกติผู้คนมักจะคิดว่ากลไกในการควบคุมเป็นองค์ประกอบภายนอกของสิ่งที่ถูก ควบคุม หรือย่างน้อยที่สุดก็เป็นอะไรบางอย่างที่มีตัวตนและเป็นส่วนที่แยกออกจาก สิ่งที่ถูกควบคุม
จากรูป แสดงให้เห็นว่าระบบปฏิบัติการคือผู้บริหารทรัพยากร ส่วนหนึ่งของระบบปฏิบัติการซึ่งได้แก่ส่วนที่เรียกว่า เคอร์นอล(kernel) และนิวเคลียส( nucleus) จะถูกเก็บไว้ที่หน่วยความจำหลัก หน่วยความจำส่วนที่เหลือจะถูกใช้ในการเก็บโปรแกรมและข้อมูลอื่นๆของผู้ใช้ การจัดสรรทรัพยากร(ในกรณีนี้คือหน่วยความจำ) ให้แก่โปรแกรมต่างๆรวมทั้งโปรแกรมระบบปฏิบัติการ จะถูกควบคุมร่วมกันระหว่างระบบปฏิบัติการกับฮาร์ดแวร์ที่ทำหน้าที่บริหาร หน่วยความจำ ระบบปฏิบัติการจะทำการตัดสินใจว่า จะมอบอุปกรณ์ไอโอตัวใดให้แก่โปรแกรมใดที่กำลังประมวลผลอยู่ รวมทั้งการควบคุมการเข้าถึงและเรียกใช้งานแฟ้มข้อมูล ตัวโปรเซสเซอร์เองก็จัดว่าเป็นทรัพยากรชนิดหนึ่ง จึงเป็นหน้าที่อย่างหนึ่งของระบบปฏิบัติการที่จะต้องกำหนดระยะเวลาการใช้งาน โปรเซสเซอร์ในการประมวลผลโปรแกรมผู้ใช้
ภาพรวมอื่นของระบบปฏิบัติการ (Other views of the OS)
• OS ทำหน้าที่เป็นผู้จัดสรรทรัพยากรภายในระบบ (resource allocator)
– ดูและและจัดสรรให้ใช้ทรัพยากร อันได้แก่ ฮาร์ดแวร์ (hardware),ซอฟต์แวร์ (Software) และข้อมูล (data) ในระหว่างการทำงานภายในระบบได้อย่างเหมาะสมและถูกต้อง
– จัดเตรียมสภาพแวดล้อมต่าง ๆ ระหว่างที่โปรแกรมมีการทำงาน
• OS ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของโปรแกรม (control program)
– ควบคุมการประมวลผล (execution) ของโปรแกรมและป้องกันโปรแกรมผู้ใช้จากข้อผิดพลาดและการใช้งานโปรแกรมที่ไม่เหมาะสมในระบบ
– ต้องควบคุมการทำงานและการจัดสรรอุปกรณ์ ไอโอ (I/O devices)
การประมวลผลข้อมูลของคอมพิวเตอร์
โครงสร้างด้านการประมวลของคอมพิวเตอร์ ประกอบด้วย
Input — > Process — > Output
แสดงดังภาพตัวอย่างข้าล่างนี้
จากรูป อธิบายขั้นตอนการประมวลผลข้อมูล ได้ดังนี้
1. Input : User ทำการ Input data เข้าสู่ระบบ โดยอาศัยอุปกรณ์ Input device
2. Process : เครื่องเริ่มทำการประมวลผล โดยข้อมูลที่ User Input เข้ามาจะส่งไปเก็บใน
หน่วย ความจำหลัก (Memory :RAM) จากนั้น Control Unit จะควบคุมการไหลของข้อมูลผ่านระบบ Bus system จาก RAM ไปยัง CPU และ ALU เพื่อให้ทำงานตามคำสั่งระหว่างการประมวลผล Register จะคอยเก็บชุดคำสั่งขณะที่ load ข้อมูลอยู่ และ Cacheจะ คอยดักชุดคำสั่งที่ CPU เรียกใช้บ่อย ๆ และคอยจัดเตรียมข้อมูลหรือชุดคำสั่งเหล่านั้นเพื่อเอื้อให้ CPU ประมวลผลข้อมูลได้เร็วขึ้น ซึ่งการประมวลผลของเครื่องนี้จะทำงานตามรอบสัญญาณนาฬิกาของเครื่อง (Machine cycle)
Note:
Machine cycle หมายถึง เวลาที่ใช้ในการประมวลผลชุดคำสั่งของเครื่องต่อรอบสัญญาณ นาฬิกา เป็นเวลาที่ร้องขอการทำงาน เช่น การเรียก (Load) ข้อมูล, การประมวลผล (Execute) และการจัดเก็บข้อมูล ซึ่งใน Machine cycle จะประกอบด้วย 2 ช่วงจังหวะการทำงาน ได้แก่
1. Instruction time ( I-time) หมายถึง ช่วงเวลาที่ Control unit รับคำสั่ง (Fetch)จาก memory และนำคำสั่งนั้นใส่ลงไปใน register จากนั้น Control unit จะทำการถอดรหัสชุดคำสั่งและพิจารณาที่อยู่ของข้อมูลที่ต้องการ
2. Execution time หมายถึง ช่วงเวลาที่ Control unit จะย้ายข้อมูลจาก memory ไปยัง registers และส่งข้อมูลให้ ALU จะทำงานตามคำสั่งนั้น เมื่อ ALU ทำงานเสร็จ Control unit จะเก็บผลลัพธ์ไว้ใน memory ก่อนส่งไปแสดงผลที่ Monitor หรือ Printer
3. Output : หลังจาก CPU ประมวลผลเสร็จ Control Unit จะควบคุมการไหลของข้อมูลผ่านBus system เพื่อส่งมอบ (Transfer) ข้อมูลจาก CPU มายังหน่วยความจำ จากนั้นส่งข้อมูลออกไปแสดงผลที่ Output device (หากคุณใช้ card เพิ่มความเร็วในการแสดงผลของจอภาพ ก็จะส่งผลต่อความเร็วของระบบได้เช่นกัน) ผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผลข้อมูล (Data) เรียกว่า ข่าวสารหรือสารสนเทศ (Information)
4. Storage : หน่วยจัดเก็บข้อมูล ซึ่งหมายถึงสื่อจัดเก็บสำรอง เช่น Harddisk, Disk หรือ CDทำ งาน 2 ลักษณะ คือ การ Load ข้อมูลเพื่อนำไปประมวลผล: ถ้าข้อมูลถูกจัดเก็บอยู่ใน Harddisk แล้วคุณต้องการ Load ข้อมูลขึ้นมาแก้ไขหรือประมวลผล ข้อมูลที่ถูก Load และนำไปเก็บในหน่วยความจำ (Memory: RAM) จากนั้นส่งไปให้ CPUการเก็บข้อมูลเมื่อประมวลผลเสร็จ: เมื่อ CPU ประมวลผลข้อมูลเสร็จ ข้อมูลนั้นจะถูกเก็บอยู่ใน
หน่วย ความจำ (Memory: RAM) แต่ RAM จะเก็บข้อมูลเพียงชั่วขณะที่เปิดเครื่อง (Power On) เมื่อไรที่คุณปิดเครื่อง โดยที่ยังไม่สั่งบันทึกข้อมูล (Save) ข้อมูลก็จะหาย (Loss) ดังนั้นหาก User ต้องการจัดเก็บข้อมูลเพื่อไว้งานในครั้งต่อไปจะต้องสั่งบันทึก โดยใช้คำสั่ง Save File ข้อมูลก็จะถูกนำไปเก็บในสื่อจัดเก็บสำรอง ได้แก่ Disk, Harddisk, CD หรือ Thumb Drive แล้วแต่ว่าคุณจะเลือก Save ไว้ในสื่อชนิดใด
โครงสร้างระบบคอมพิวเตอร์ (Computer system structures)
ภาพรวมโครงสร้างระบบคอมพิวเตอร์ มีองค์ประกอบโดยรวม 4 ส่วน ที่ประกอบกันขึ้นเป็นระบบ ดังนี้
1. Processor คือ หน่วยประมวลผล (CPU) ซึ่งเป็นหน่วยในการประมวลผลและควบคุมการทำงาน
2. Main Memory : หน่วยความจำหลัก เป็นหน่วยความจำจริง(real memory) หรือหน่วยความจำหลัก
(primary memory) เก็บข้อมูลแบบชั่วคราวลบเลือนได้
3. I/O modules : อุปกรณ์ไอโอ เป็นหน่วยในการนำเข้าและแสดงผลข้อมูล เช่น
– อุปกรณ์หน่วยความจำสำรอง (secondary memory devices): เป็นอุปกรณ์สำหรับ
หน่วยความจำประเภทที่ 2 เช่น Disk หรือ Harddisk หรืออาจจะเป็น File อย่างหนึ่ง พวก File พิเศษ
– อุปกรณ์สื่อสาร (communications equipment ) : อุปกรณ์ในการสื่อสาร หรือส่งสัญญาณข้อมูลระหว่างเครื่อง
4. System bus : ระบบบัส คือ ช่องทางการขนส่งข้อมูล จะทำหน้าที่ในการเชื่อมข้อ Processor, Main Memory และ I/O modules เข้าด้วยกัน
จากรูปจะเห็นว่ามี Main bus เชื่อมต่อทั้ง 3 ส่วนเข้าด้วยกัน
ระบบปฏิบัติการคือ
ระบบปฏิบัติการเป็นโปรแกรมควบคุมการทำงาน (ควบคุมการRun) ของโปรแกรมประยุกต์ ทำหน้าที่
โต้ตอบและเป็นสื่อกลางระหว่างโปรแกรมประยุกต์และฮาร์ดแวร์ (Hardware)
ระบบปฏิบัติการ (Operating System :OS) เป็นซอฟต์แวร์ระบบ (System Software) ที่ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของเครื่องและอุปกรณ์ ควบคุมและสั่งการให้ Hardware สามารถทำงานได้ เช่น ทำหน้าที่ในการตรวจเช็คอุปกรณ์ Keyboard ขณะเปิดเครื่อง ถ้าผู้ใช้ลืมเสียบสาย Keyboard ที่ port ด้านหลังของเครื่อง ขณะที่ซอฟต์แวร์ระบบตรวจสอบแล้วไม่พบอุปกรณ์เชื่อมต่อดังกล่าว จะมีข้อความแจ้งเตือนความผิดพลาด “Keyboard Error” นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นสื่อกลางในการเชื่อมการทำงานระหว่าง User ในการใช้โปรแกรมประยุกต์ ( Application Software) ของ user กับระบบเครื่องฯ อำนวยความสะดวกในการใช้งาน และเพิ่มประสิทธิ์ภาพของระบบ
บทบาทและเป้าหมายของระบบปฏิบัติการ (Goals & Roles of an OS)
ระบบปฏิบัติการเป็นโปรแกรมควบคุมการทำงาน (ควบคุมการRun) ของโปรแกรมประยุกต์ ทำหน้าที่
โต้ตอบและเป็นสื่อกลางระหว่างโปรแกรมประยุกต์และฮาร์ดแวร์ (Hardware)
ระบบปฏิบัติการ (Operating System :OS) เป็นซอฟต์แวร์ระบบ (System Software) ที่ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของเครื่องและอุปกรณ์ ควบคุมและสั่งการให้ Hardware สามารถทำงานได้ เช่น ทำหน้าที่ในการตรวจเช็คอุปกรณ์ Keyboard ขณะเปิดเครื่อง ถ้าผู้ใช้ลืมเสียบสาย Keyboard ที่ port ด้านหลังของเครื่อง ขณะที่ซอฟต์แวร์ระบบตรวจสอบแล้วไม่พบอุปกรณ์เชื่อมต่อดังกล่าว จะมีข้อความแจ้งเตือนความผิดพลาด “Keyboard Error” นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นสื่อกลางในการเชื่อมการทำงานระหว่าง User ในการใช้โปรแกรมประยุกต์ ( Application Software) ของ user กับระบบเครื่องฯ อำนวยความสะดวกในการใช้งาน และเพิ่มประสิทธิ์ภาพของระบบ
บทบาทและเป้าหมายของระบบปฏิบัติการ (Goals & Roles of an OS)
• อำนวยความสะดวก ทำให้ผู้ใช้ (user) ใช้เครื่องฯ ได้ง่าย (Operating System Objectives Convenience)
ทำให้คอมฯ ง่ายและสะดวกต่อการใช้งาน
• ใช้งานเครื่องได้อย่างมีประสิทธิภาพ (Efficiency) จัดการการใช้ทรัพยากรของระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• เพิ่มความสามารถเพื่อพัฒนาโปรแกรม (Ability to evolve) เพื่อรองรับให้ผู้ใช้เพื่อให้ผู้ใช้สามารถพัฒนาโปรแกรมได้อย่างมี ประสิทธิภาพ, สามารถทดสอบโปรแกรม, และสามารถใช้ฟังก์ชั่นใหม่ ๆ ของระบบ โดยปราศจากการแทรกแซงของระบบปฏิบัติการในระหว่างการทำงาน
สรุปเป้าหมายและบทบาทของระบบปฏิบัติการ (OS) สามารถจำแนกได้ 2 เป้าหมายคือ
1. เป้าหมายหลัก ( Primary goal) คือ การอำนวยความสะดวกแก่ผู้ใช้งาน ให้สามารถใช้ระบบคอมฯ ได้ง่าย และสะดวกที่สุด (convenience for the user)
2. เป้าหมายหมายรอง (Secondary goal) คือ เพิ่มประสิทธิภาพให้กับระบบ
บางครั้ง 2 เป้าหมายนี้อาจขัดแย้งกัน เช่น ระบบ OS ที่ชาญฉลาดนั้นระหว่างทำงานระบบจะ
ตรวจจับข้อผิดพลาด (Error) อยู่ตลอดเวลา หากพบข้อผิดพลาดระหว่างการทำงานก็จะมีข้อความแจ้ง (Message) แก่ผู้ใช้ และหากมีข้อความแจ้งบ่อยครั้ง ก็จะกลายเป็นการขัดจังหวะการทำงานทำให้ผู้ใช้ ทำงานได้ไม่สะดวก ดังนั้นการออกแบบระบบปฏิบัติการ (OS) และการออกแบบสถาปัตยกรรมด้านตัวเครื่องควรมีความสอดคล้อง และหาจุดกลางระหว่างกันโครงสร้างระบบปฏิบัติการ (OPERATING SYSTEM STRUCTURES)ระบบปฏิบัติการเป็นซอฟต์แวร์ที่ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของฮาร์ดแวร์ ซึ่ง OS จะเป็นซอฟต์แวร์ที่ทำงานในระดับ Low level ควบคุมและสั่งการเครื่องและอุปกรณ์ได้โดยตรง สามารถแสดงโครงการการเข้าถึงฮาร์ดแวดร์ ได้ตามรูปด้านล่างนี้
โครงสร้างการเข้าถึงฮาร์ดแวร์
3. อธิบายหลักการทำงานของ Personal computer Systems และเชื่อมโยงด้วยว่าสัมพันธ์กับสิ่งเหล่านี้ อย่างไรบ้าง ? (CPU, ALU, Control Unit, Register, Bus, RAM, Input device, Output device)
โปรแกรมระบบปฏิบัติการ (Operating System)เป็นซอฟต์แวร์ที่สามารถเข้าถึงฮาร์ดแวร์ได้โดยตรง โดยทำหน้าที่จัดสรรทรัพยากร ควบคุมการทำงานของฮาร์ดแวร์ และทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการควบคุมการสั่งการ ระหว่างโปรแกรมอรรถประโยชน์ (Utilities) และโปรแกรมประยุกต์ของผู้ใช้ (Application Programs)ซอฟต์แวร์ที่พัฒนาด้วยภาษาเครื่องจักร (Machine code)จะสามารถควบคุมและเข้าถึงฮาร์ดแวร์ได้โดยตรง แต่จะขั้นตอนที่ยุ่งยากในการเขียนชุดคำสั่ง
โปรแกรมอรรถประโยชน์ (Utilities)โปรแกรมอรรถประโยชน์ (Utilities) เป็นโปรแกรมอำนวยความสะดวกต่าง ๆ ในการทำงานเพื่อเพิ่ม
ประสิทธิภาพ แก่ระบบ เป็นกลุ่มโปรแกรมที่เน้นการจัดการไฟล์ (File) ควบคุม I/O, อุปกรณ์อื่น เช่น การสำรองข้อมูล การจัดเรียงไฟล์ หรือการเคลียร์ Temporary file โปรแกรมประยุกต์ (Application program)เป็นซอฟต์แวร์ที่อยู่ห่างไกลกับฮาร์ดแวร์ ไม่สามารถเข้าถึงฮาร์ดแวร์ได้โดยตรง จะต้องอาศัย OS เป็น
ตัว กลางในการเชื่อมการทำงาน โปรแกรมประยุกต์จะถูกเขียนขึ้นโดยโปรแกรมเมอร์ และใช้โปรแกรมภาษาระดับสูงในการพัฒนา ที่พัฒนาจาก programmer
ระบบปฏิบัติการสนับสนุนการทำงานของระบบในด้านใดบ้าง? (OS Support)
การจัดเตรียมบริการต่าง ๆ ของ OS ที่มีไว้เพื่อสนับสนุนการทำงานของระบบ มีดังนี้
• การพัฒนาโปรแกรม (Program development)
สนับสนุนเรื่องการพัฒนาโปรแกรม โดยจัดเตรียมบริการต่าง ๆ ให้ผู้พัฒนานั้นสามารถใช้งาน Editor ได้ง่าย สะดวก และหลากหลาย เช่น มี Editor และ debugger สำหรับช่วยโปรแกรมเมอร์ระหว่างเขียนโปรแกรมและตรวจสอบข้อผิดพลาด (Error) โดยระบบปฏิบัติการจะสนับสนุนสิ่งอำนวยความสะดวกและบริการต่างๆมากมาย เพื่อช่วยผู้พัฒนาโปรแกรมในการสร้างโปรแกรมประยุกต์ขึ้นมาใช้งาน
• การประมวลผลโปรแกรม (Program execution)
ช่วยในการทำงานและประมวลผลโปรแกรมประยุกต์ ซึ่งการประมวลผลโปรแกรมหนึ่งๆ นั้นจะมีงานที่เข้ามา เกี่ยวข้องมากมาย คำสั่ง ( instruction ) และข้อมูล ( data ) จะต้องถูกนำเข้ามาเก็บไว้ในหน่วยความจำหลัก อุปกรณ์ไอโอและแฟ้มข้อมูลที่ต้องการใช้ รวมทั้งทรัพยากรที่จำเป็นอื่นๆจะต้องถูกเตรียมพร้อมใช้งาน ระบบปฏิบัติการจะเป็นผู้ทำงานทั้งหมดนี้ให้โดยอัตโนมัติ
• การเข้าถึงอุปกรณ์ไอโอ (Access to I/O devices )การใช้อุปกรณ์ I/O แต่ละชิ้นจะต้องอาศัยชุดคำสั่งหรือสัญญาณควบคุมของตนเอง ระบบปฏิบัติการจะจัดการในรายละเอียดของการทำงานเหล่านี้ ทำให้ผู้พัฒนาโปรแกรมเหลือเพียงการตัดสินใจว่าจะทำการอ่านข้อมูลหรือบันทึก ข้อมูลเหล่านั้น
• การควบคุมการเข้าถึงแฟ้มข้อมูล (Controlled access to files)เช่น การการเปิดไฟล์ จะมีกระบวนการทำงานหลายขั้นตอน และในอนาคตกรณีของระบบที่ทำงานกับ ระบบปฏิบัติการหลายระบบ (multiuser OS) จะมีการเตรียมกลไกในการควบคุมการเข้าถึงไฟล์
การควบคุมการใช้งานแฟ้มข้อมูล นอกจากจะต้องเข้าใจลักษณะโดยธรรมชาติของอุปกรณ์ ที่จะนำมาใช้งานแล้ว ยังต้องเข้าใจในรูปแบบของข้อมูลที่เก็บอยู่ในสื่อจัดเก็บ ระบบปฏิบัติการจะทำหน้าที่ในส่วนนี้แทนผู้ใช้ และในกรณีที่ในระบบมีผู้ใช้งานได้หลายคนพร้อมกันก็จะต้องควบคุมลำดับและวิธี การเข้าถึงแฟ้มข้อมูลสำหรับผู้ใช้ทุกคนด้วย
• การเข้าถึงระบบ (System access)
การติดต่อระบบ ในกรณีที่เป็นระบบสาธารณะ หรือเป็นระบบที่ใช้งานร่วมกันระบบปฏิบัติการจะควบคุมการติดต่อเข้ากับระบบ คอมพิวเตอร์โดยส่วนรวม และทรัพยากรแต่ละชิ้น ฟังก์ชั่นการติดต่อจะต้องสนับสนุนการป้องกันทรัพยากร และข้อมูลจากผู้ที่ไม่มีสิทธิในการใช้งาน และจะต้องสามารถแก้ปัญหาการแย่งชิงการใช้อุปกรณ์ได้ด้วย ดังนั้นระบบที่มีการแบ่งปัน ( Share) การเข้าถึงข้อมูลและระบบแบบสาธารณะ (public) OS จะป้องกัน (protect) ทรัพยากรจากคนหรืองานที่ไม่ได้รับอนุญาต ตัวอย่างเช่นการป้องกันการเข้าใช้งานเครื่อง Mainframe จำเป็นต้องต้องมีการขออนุญาตเข้าใช้ กำหนดสิทธิ์การใช้งาน กำหนดการอนุญาตใช้ฮาร์ดแวร์ จะเห็นว่า OS ทำงานมากขึ้นสำหรับคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่อย่าง Mainframe ถ้าเป็นเครื่อง PC เราจะขออนุญาตตัวเองในการเข้าใช้งาน
• การตรวจจับข้อผิดพลาดและตอบกลับ (Error detection and response)
การตรวจหาข้อผิดพลาดในระบบและตอบกลับ ข้อผิดพลาด (Error) มีหลายชนิด ขึ้นอยู่กับระบบคอมพิวเตอร์ที่ทำงานอยู่
1)ข้อผิดพลาดที่เกิดจากทั้งภายในและภายนอกตัวเครื่อง(Hardwar) เช่น
• หน่วยความจำผิดพลาด (memory error)
• อุปกรณ์ผิดพลาด (device failure)
2)ข้อผิดพลาดที่เกิดจากซอฟต์แวร์ (Software) เช่น
• หน่วยคำนวณเต็ม (arithmetic overflow)
• การถูกยับยั้ง หรือไม่อนุญาตให้เข้าถึงพื้นที่หน่วยความจำ (memory location
การพยายามที่จะเข้าถึงพื้นที่ ที่ไม่อนุญาตในตำแหน่ง ( location) ของหน่วยความจำ ก็จะทำให้เกิดข้อผิดพลาด (error) ขึ้นได้
• โปรแกรมระบบปฏิบัติการ (OS) ไม่สามารถอนุญาตตามการร้องขอของโปแกรมประยุกต์ได้
Note : ในแต่ละกรณีที่เกิดข้อผิดพลาด OS มักจะเตรียมการแจ้งกลับ ( response) และพยายามจัดการกับเงื่อนไขของข้อผิดพลาด ( error) ที่เกิดขึ้นและให้มีผลกระทบน้อยที่สุดในการ run program
การตรวจหาข้อผิดพลาดและการตอบสนอง ข้อผิดพลาดสามารถเกิดขึ้นได้โดยสาเหตุต่างๆมากมายขณะที่ระบบกำลังทำงาน ในความผิดพลาดแต่ละกรณีที่เกิดขึ้น ระบบปฏิบัติการจะต้องตอบสนองโดยทำให้เกิดผลกระทบต่อโปรแกรมที่กำลังประมวลผล อยู่ในระดับต่ำที่สุด การตอบสนองโดยทั่วไปได้แก่ การหยุดการทำงานของโปรแกรมนั้น การพยายามทำคำสั่งนั้นใหม่ เป็นต้น
• การจัดทำบัญชี (Accounting)
– เก็บรวบรวมสถิติการใช้งานระบบ (collect statistics)
– ตรวจวัดประสิทธิภาพการใช้งานระบบ (monitor performance) เช่น เวลาในการตอบสนอง
– เพื่อเป็นข่าวสารที่จะใช้เป็นประโยชน์ในการยกระดับการทำงานให้สูงขึ้นในอนาคต(used to anticipate future enhancements)
– ใช้สำหรับออกรายชื่อผู้ใช้ (used for billing users)
บัญชีผู้ใช้ ระบบปฏิบัติการที่ดีจะรวบรวมข้อมูลสถิติการใช้งานของทรัพยากรต่างๆ และตรวจสอบตัวกำหนดค่าประสิทธิภาพเช่น ระยะเวลาการตอบสนอง ในระบบใดๆ ข้อมูลเหล่านี้จะเป็นประโยชน์สำหรับการคาดเดาการขยายขีดความสามารถของระบบใน อนาคต และในการปรับตัวกำหนดค่าทั้งหลายเพื่อให้ระบบมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ในระบบที่มีผู้ใช้หลายคน ข้อมูลนี้สามารถนำมาใช้ในทางบัญชี เช่น การเรียกเก็บค่าบริการได้
ระบบปฏิบัติการในฐานะผู้บริหารทรัพยากร (The Operating System as Resource Manager)
ระบบคอมพิวเตอร์ประกอบด้วยอุปกรณ์ต่างๆ สำหรับการเคลื่อนย้าย การจัดเก็บ และการประมวลผลข้อมูลและการควบคุมฟังก์ชั่นการทำงานต่างๆ ระบบปฏิบัติการมีความรับผิดชอบในการบริหารทรัพยากรต่างๆเหล่านี้
อาจมีข้อสงสัยว่า ระบบปฏิบัติการเป็นตัวควบคุมการเคลื่อนย้าย การจัดเก็บ และการประมวลผลข้อมูลหรือไม่ ในมุมมองหนึ่งอาจตอบว่าใช่ เนื่องจากระบบปฏิบัติการจะต้องควบคุมหน้าที่การทำงานพื้นฐานในการบริหาร ทรัพยากรของเครื่องคอมพิวเตอร์ อย่างไรก็ตามการควบคุมนี้เป็นการกระทำในทางอ้อม โดยปกติผู้คนมักจะคิดว่ากลไกในการควบคุมเป็นองค์ประกอบภายนอกของสิ่งที่ถูก ควบคุม หรือย่างน้อยที่สุดก็เป็นอะไรบางอย่างที่มีตัวตนและเป็นส่วนที่แยกออกจาก สิ่งที่ถูกควบคุม
จากรูป แสดงให้เห็นว่าระบบปฏิบัติการคือผู้บริหารทรัพยากร ส่วนหนึ่งของระบบปฏิบัติการซึ่งได้แก่ส่วนที่เรียกว่า เคอร์นอล(kernel) และนิวเคลียส( nucleus) จะถูกเก็บไว้ที่หน่วยความจำหลัก หน่วยความจำส่วนที่เหลือจะถูกใช้ในการเก็บโปรแกรมและข้อมูลอื่นๆของผู้ใช้ การจัดสรรทรัพยากร(ในกรณีนี้คือหน่วยความจำ) ให้แก่โปรแกรมต่างๆรวมทั้งโปรแกรมระบบปฏิบัติการ จะถูกควบคุมร่วมกันระหว่างระบบปฏิบัติการกับฮาร์ดแวร์ที่ทำหน้าที่บริหาร หน่วยความจำ ระบบปฏิบัติการจะทำการตัดสินใจว่า จะมอบอุปกรณ์ไอโอตัวใดให้แก่โปรแกรมใดที่กำลังประมวลผลอยู่ รวมทั้งการควบคุมการเข้าถึงและเรียกใช้งานแฟ้มข้อมูล ตัวโปรเซสเซอร์เองก็จัดว่าเป็นทรัพยากรชนิดหนึ่ง จึงเป็นหน้าที่อย่างหนึ่งของระบบปฏิบัติการที่จะต้องกำหนดระยะเวลาการใช้งาน โปรเซสเซอร์ในการประมวลผลโปรแกรมผู้ใช้
ภาพรวมอื่นของระบบปฏิบัติการ (Other views of the OS)
• OS ทำหน้าที่เป็นผู้จัดสรรทรัพยากรภายในระบบ (resource allocator)
– ดูและและจัดสรรให้ใช้ทรัพยากร อันได้แก่ ฮาร์ดแวร์ (hardware),ซอฟต์แวร์ (Software) และข้อมูล (data) ในระหว่างการทำงานภายในระบบได้อย่างเหมาะสมและถูกต้อง
– จัดเตรียมสภาพแวดล้อมต่าง ๆ ระหว่างที่โปรแกรมมีการทำงาน
• OS ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของโปรแกรม (control program)
– ควบคุมการประมวลผล (execution) ของโปรแกรมและป้องกันโปรแกรมผู้ใช้จากข้อผิดพลาดและการใช้งานโปรแกรมที่ไม่เหมาะสมในระบบ
– ต้องควบคุมการทำงานและการจัดสรรอุปกรณ์ ไอโอ (I/O devices)
การประมวลผลข้อมูลของคอมพิวเตอร์
โครงสร้างด้านการประมวลของคอมพิวเตอร์ ประกอบด้วย
Input — > Process — > Output
แสดงดังภาพตัวอย่างข้าล่างนี้
จากรูป อธิบายขั้นตอนการประมวลผลข้อมูล ได้ดังนี้
1. Input : User ทำการ Input data เข้าสู่ระบบ โดยอาศัยอุปกรณ์ Input device
2. Process : เครื่องเริ่มทำการประมวลผล โดยข้อมูลที่ User Input เข้ามาจะส่งไปเก็บใน
หน่วย ความจำหลัก (Memory :RAM) จากนั้น Control Unit จะควบคุมการไหลของข้อมูลผ่านระบบ Bus system จาก RAM ไปยัง CPU และ ALU เพื่อให้ทำงานตามคำสั่งระหว่างการประมวลผล Register จะคอยเก็บชุดคำสั่งขณะที่ load ข้อมูลอยู่ และ Cacheจะ คอยดักชุดคำสั่งที่ CPU เรียกใช้บ่อย ๆ และคอยจัดเตรียมข้อมูลหรือชุดคำสั่งเหล่านั้นเพื่อเอื้อให้ CPU ประมวลผลข้อมูลได้เร็วขึ้น ซึ่งการประมวลผลของเครื่องนี้จะทำงานตามรอบสัญญาณนาฬิกาของเครื่อง (Machine cycle)
Note:
Machine cycle หมายถึง เวลาที่ใช้ในการประมวลผลชุดคำสั่งของเครื่องต่อรอบสัญญาณ นาฬิกา เป็นเวลาที่ร้องขอการทำงาน เช่น การเรียก (Load) ข้อมูล, การประมวลผล (Execute) และการจัดเก็บข้อมูล ซึ่งใน Machine cycle จะประกอบด้วย 2 ช่วงจังหวะการทำงาน ได้แก่
1. Instruction time ( I-time) หมายถึง ช่วงเวลาที่ Control unit รับคำสั่ง (Fetch)จาก memory และนำคำสั่งนั้นใส่ลงไปใน register จากนั้น Control unit จะทำการถอดรหัสชุดคำสั่งและพิจารณาที่อยู่ของข้อมูลที่ต้องการ
2. Execution time หมายถึง ช่วงเวลาที่ Control unit จะย้ายข้อมูลจาก memory ไปยัง registers และส่งข้อมูลให้ ALU จะทำงานตามคำสั่งนั้น เมื่อ ALU ทำงานเสร็จ Control unit จะเก็บผลลัพธ์ไว้ใน memory ก่อนส่งไปแสดงผลที่ Monitor หรือ Printer
3. Output : หลังจาก CPU ประมวลผลเสร็จ Control Unit จะควบคุมการไหลของข้อมูลผ่านBus system เพื่อส่งมอบ (Transfer) ข้อมูลจาก CPU มายังหน่วยความจำ จากนั้นส่งข้อมูลออกไปแสดงผลที่ Output device (หากคุณใช้ card เพิ่มความเร็วในการแสดงผลของจอภาพ ก็จะส่งผลต่อความเร็วของระบบได้เช่นกัน) ผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผลข้อมูล (Data) เรียกว่า ข่าวสารหรือสารสนเทศ (Information)
4. Storage : หน่วยจัดเก็บข้อมูล ซึ่งหมายถึงสื่อจัดเก็บสำรอง เช่น Harddisk, Disk หรือ CDทำ งาน 2 ลักษณะ คือ การ Load ข้อมูลเพื่อนำไปประมวลผล: ถ้าข้อมูลถูกจัดเก็บอยู่ใน Harddisk แล้วคุณต้องการ Load ข้อมูลขึ้นมาแก้ไขหรือประมวลผล ข้อมูลที่ถูก Load และนำไปเก็บในหน่วยความจำ (Memory: RAM) จากนั้นส่งไปให้ CPUการเก็บข้อมูลเมื่อประมวลผลเสร็จ: เมื่อ CPU ประมวลผลข้อมูลเสร็จ ข้อมูลนั้นจะถูกเก็บอยู่ใน
หน่วย ความจำ (Memory: RAM) แต่ RAM จะเก็บข้อมูลเพียงชั่วขณะที่เปิดเครื่อง (Power On) เมื่อไรที่คุณปิดเครื่อง โดยที่ยังไม่สั่งบันทึกข้อมูล (Save) ข้อมูลก็จะหาย (Loss) ดังนั้นหาก User ต้องการจัดเก็บข้อมูลเพื่อไว้งานในครั้งต่อไปจะต้องสั่งบันทึก โดยใช้คำสั่ง Save File ข้อมูลก็จะถูกนำไปเก็บในสื่อจัดเก็บสำรอง ได้แก่ Disk, Harddisk, CD หรือ Thumb Drive แล้วแต่ว่าคุณจะเลือก Save ไว้ในสื่อชนิดใด
โครงสร้างระบบคอมพิวเตอร์ (Computer system structures)
ภาพรวมโครงสร้างระบบคอมพิวเตอร์ มีองค์ประกอบโดยรวม 4 ส่วน ที่ประกอบกันขึ้นเป็นระบบ ดังนี้
1. Processor คือ หน่วยประมวลผล (CPU) ซึ่งเป็นหน่วยในการประมวลผลและควบคุมการทำงาน
2. Main Memory : หน่วยความจำหลัก เป็นหน่วยความจำจริง(real memory) หรือหน่วยความจำหลัก
(primary memory) เก็บข้อมูลแบบชั่วคราวลบเลือนได้
3. I/O modules : อุปกรณ์ไอโอ เป็นหน่วยในการนำเข้าและแสดงผลข้อมูล เช่น
– อุปกรณ์หน่วยความจำสำรอง (secondary memory devices): เป็นอุปกรณ์สำหรับ
หน่วยความจำประเภทที่ 2 เช่น Disk หรือ Harddisk หรืออาจจะเป็น File อย่างหนึ่ง พวก File พิเศษ
– อุปกรณ์สื่อสาร (communications equipment ) : อุปกรณ์ในการสื่อสาร หรือส่งสัญญาณข้อมูลระหว่างเครื่อง
4. System bus : ระบบบัส คือ ช่องทางการขนส่งข้อมูล จะทำหน้าที่ในการเชื่อมข้อ Processor, Main Memory และ I/O modules เข้าด้วยกัน
จากรูปจะเห็นว่ามี Main bus เชื่อมต่อทั้ง 3 ส่วนเข้าด้วยกัน
วันศุกร์ที่ 1 มิถุนายน พ.ศ. 2561
สมัครสมาชิก:
บทความ (Atom)