การทำงานของระบบคอมพิวเตอร์
ระบบคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน จะประกอบด้วยซีพียู และตัวควบคุมอุปกรณ์(Device Controller) ที่เชื่อมโยงกันผ่านสายส่งข้อมูลหรือบัส(ฺBus) ซึ่งต้องการพื้นที่หน่วยความจำเพื่อให้สามารถทำงานพร้อมๆ กันได้ จึงต้องมีตัวควบคุมหน่วยความจำ (Memory Controller)
-เหตุการณ์ของการเปิดเครื่องคอมพิวเตอร์จะเรียกว่า การบูต (Boot) ภายในจะมีโปรแกรมขนาดเล็กที่บรรจุอยู่ในหน่วยความจำรอม (ROM) เรียนว่า Bootstrap Program ซึ่งมีหน้าที่โหลดโปรแกรมระบบปฏิบัติการเข้าสู่หน่วยความจำ
-จากนั้นระบบปฏิบัติการจะรอคอยสัญญาณขัดจังหวะที่เรียกว่า Interrupt
-ฮาร์ดแวร์สามารถส่งสัญญาณอินเตอร์รัปต์ผ่านทางบัสระบบ (System Bus) มาซีพียูได้ตลอดเวลา ในขณะที่ซอฟต์แวร์จะส่งสัญญาณอินเตอร์รัปต์ผ่านทางคำสั่งเรียกระบบ (System Call) เมื่อซีพียูถูกอินเตอร์รัปต์ ซีพียูจะหยุดทำงานที่กลังทำทันที จากนั้นเก็บค่าต่างๆลงหน่วยความจำ และทำการตรวจสอบสัญญาณอินเตอร์รัปต์ผ่านตารางสัญญาณ (Interupt Vector) ซึ่งจะทำให้ทราบว่าจะจัดการที่อุปกรณ์ใด เมื่อทำงานเสร็จ ซีพียูก็จะกลับมาทำงานต่อจากงานเดิมที่ค้างไว้
งานบริการของระบบ
การติดต่อระหว่างโปรเซสกับระบบ
- ตัวควบคุมแต่ละตัว มีภาระหน้าที่ดูแลและควบคุมอุปกรณ์ตัวเอง
- ซีพียู และตัวควบคุมอุปกรณ์ สามารถทำงานพร้อมๆ กันได้
- หน่วยความจำ เป็นพื้นที่ส่วนกลางที่แชร์การใช้งาน
-เหตุการณ์ของการเปิดเครื่องคอมพิวเตอร์จะเรียกว่า การบูต (Boot) ภายในจะมีโปรแกรมขนาดเล็กที่บรรจุอยู่ในหน่วยความจำรอม (ROM) เรียนว่า Bootstrap Program ซึ่งมีหน้าที่โหลดโปรแกรมระบบปฏิบัติการเข้าสู่หน่วยความจำ
-จากนั้นระบบปฏิบัติการจะรอคอยสัญญาณขัดจังหวะที่เรียกว่า Interrupt
-ฮาร์ดแวร์สามารถส่งสัญญาณอินเตอร์รัปต์ผ่านทางบัสระบบ (System Bus) มาซีพียูได้ตลอดเวลา ในขณะที่ซอฟต์แวร์จะส่งสัญญาณอินเตอร์รัปต์ผ่านทางคำสั่งเรียกระบบ (System Call) เมื่อซีพียูถูกอินเตอร์รัปต์ ซีพียูจะหยุดทำงานที่กลังทำทันที จากนั้นเก็บค่าต่างๆลงหน่วยความจำ และทำการตรวจสอบสัญญาณอินเตอร์รัปต์ผ่านตารางสัญญาณ (Interupt Vector) ซึ่งจะทำให้ทราบว่าจะจัดการที่อุปกรณ์ใด เมื่อทำงานเสร็จ ซีพียูก็จะกลับมาทำงานต่อจากงานเดิมที่ค้างไว้
โครงสร้างของอุปกรณ์อินพุต / เอาต์พุต
อุปกรณ์แต่ละชิ้นจะมีตัวควบคุมแต่ละตัว และจะมีหน่วยความจำขนาดเล็กที่เรียกว่าบัฟเฟอร์ โดยตัวควบคุมจะทำหน้าที่รับส่งข้อมูลระหว่างตัวอุปกรณ์กับบัฟเฟอร์ ของอุปกรณ์นั้นการขัดจังหวะอุปกรณ์อินพุต / เอาต์พุต
ตัวอย่างเช่น หากพบว่ามีการร้องขอให้อ่านข้อมูล ตัวควบคุมจะถ่ายโอนข้อมูลจากอุปกรณ์มาเก็บในบัฟเฟอร์ตัวควบคุมนั้น เมื่อทำงานเสร็จก็จะส่งสัญญาณอินเตอร์รัปต์ให้ซีพียูทราบว่าเรียบร้อยแล้ว
การเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง (DMA)
Direct Memory Access เป็นการส่งข้อมูลจากอุปกรณ์ I/O ไปยังหน่วยความจำโดยตรงโดยไม่ต้องผ่านซีพียู ข้อดีคือ การส่งผ่านข้อมูลจะเป็นไปด้วยความรวดเร็ว โดยไม่ต้องผ่านซีพียูนั่นเองลำดับหน่วยความจำ
ลำดับชั้นความจำจะสะท้อนถึงความเร็ว และราคาของหน่วยความจำชนิดต่างๆ โดยหน่วยความจำที่มีความเร็วต่ำ มักมีราคาถูก มีความจุสูง แต่มีอัตราการเข้าถึงข้อมูลที่ช้า ในขณะที่หน่วยความจำความเร็วสูง มักมีราคาสูง แต่มีความจุต่ำ และมีอัตราการเข้าถึงข้อมูลที่เร็วการป้องกันฮาร์ดแวร์
เพื่อป้องกันข้อผิดพลาดในระบบ ที่อาจส่งผลเสียหายต่อโปรแกรมที่ส่งเข้ามาประมวลผลรวมถึงตัวระบบปฏิบัติการเอง ดังนั้น ในระบบที่รองรับการทำงานหลายงาน และมีการใช้ทรัพยากรร่วมกัน จึงต้องมีการแบ่งหน้าที่การทำงานเป็นโหมด ซึ่งประกอบด้วย
- โหมดการทำงานของผู้ใช้ (User Mode)
- โหมดการทำงานของระบบ (System Mode/Monitor Mode)
เพื่อป้องกันไม่ให้ผู้ใช้หรือโปรแกรมเข้าไปจัดการกับอุปกรณ์ I/O อย่างไม่ถูกต้อง จึงมีการกำหนดให้คำสั่ง I/O ทั้งหมดเป็นคำสงวนนั้นหมายความว่า ผู้ใช้จะไม่สามารถสั่งการกับอุปกรณ์อินพุตและเอาต์พุตได้โดยตรง แต่หากผู้ใช้ต้องการใช้งาน I/O จะต้องติดต่อผ่านระบบปฏิบัติการเท่านั้นด้วยการเรียนใช้งานผ่าน System Call
การป้องกันหน่วยความจำ จะทำได้ด้วยการป้องกันไม่ให้โปรแกรมของผู้ใช้สามารถเข้าไปแก้ไขข้อมูลที่อยู่นอกเหนือจากพื้นที่หน่วยความจำของตนที่รับผิดชอบ ทั้งนี้เพื่อไม่ให้โปรแกรมของผู้ใช้ต่างๆ เข้าไปก้าวก่ายภายในหน่วยความจำของกันและกัน ซึ่งอาจทำข้อมูลเสียหายได้
กรณีที่บางโปรแกรมทำงานติดวงจรแบบไม่มีที่สิ้นสุด จึงไม่สามารถส่งคืนซีพียูกลับไปยังระบบปฏิบัติการ ดังนั้น เพื่อเป็นการป้องกันจึงมีการใช้นาฬิกาจับเวลา ซึ่งเมื่อถูกใช้งานไปเรื่อยๆ จนมีค่าเป็นศูนย์ โปรแกรมนั้นก็จะหลุดจากการครอบครองซีพียู ทำให้ซีพียูไปทำงานอื่นที่รอคอยอยู่ได้
โครงสร้างของระบบปฏิบัติการ
- ส่วนประกอบของระบบ
- งานบริการของระบบ
- การติดต่อระหว่างโปรเซสกับระบบ
ส่วนประกอบของระบบ
- การจัดการโปรเซส
- การจัดการหน่วยความจำ
- การจัดการแฟ้มข้อมูล
- การจัดการอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต
- การจัดการหน่วยความจำสำรอง
- เครือข่าย
- ระบบการป้องกัน
- ระบบการแปลคำสั่ง
งานบริการของระบบ
- การประมวลผลโปรแกรม
- การดำเนินงานกับอุปกรณ์ I/O
- การจัดการกับระบบแฟ้มข้อมูล
- การติดต่อสื่อสาร (ระหว่างโปรเซส)
- การตรวจจับข้อผิดพลาด
- การจัดสรรทรัพยากร
- การทำบัญชีผู้ใช้
- ระบบการป้องกัน
การติดต่อระหว่างโปรเซสกับระบบ
- การควบคุมโปรเซส
- การจัดการแฟ้มข้อมูล
- การจัดการกับอุปกรณ์
- การบำรุงรักษาข้อมูล
- การติดต่อสื่อสาร
