บทที่2: โครงสร้างของระบบคอมพิวเตอร์และโครงสร้างของระบบคอมพิวเตอร์
ระบบคอมพิวเตอร์ ในยุคปัจจุบัน จะประกอบไปด้วยซีพียู และตัวควบคุมอุปกรณ์(Device Controller)อยู่จำนวนหนึ่ง ที่มีการเชื่อมโยงเข้าด้วยกันผ่านสายส่งข้อมูล หรือที่เรียกว่าบัส (Bus)
ตัวควบคุมอุปกรณ์ แต่ละตัวจะมีหน้าที่ตนรับผิดชอบ เช่นดิสก์ไดรฟ์หรือเครื่องพิมพ์ เป็นต้น
ซีพียูและตัวควบคุมอุปกรณ์ต่างๆล้วนแต่ต้องการใช้พื้นที่หน่วยความจำทั้งสิ้น
พื้นที่หน่วยความจำ เป็นพื้นที่ส่วนกลางที่อนุญาติให้อุปกรณ์อื่นๆและโปรแกรมต่างเข้าใช้งาน
ร่วมกันได้โดยจะผ่านสายส่งข้อมูลที่เรียกว่าบัส
ทั้งซีพียูและตัวควบคุมอุปกรณ์ต่างๆ จึงสามารถทำงานพร้อมๆกันได้ ด้วยสาเหตุนี้ จึงต้องมีตัวควบคุมหน่วยความจำ (Memory Controller) ที่รับผิดชอบหน้าที่ควบคุมดังกล่าว เพื่อป้องกันให้การเข้าถึงหน่วยความจำ เป็นไปได้อย่างถูกต้อง
เมื่อมีการเปิดเครื่อง เพื่อให้คอมพิวเตอร์เริ่มทำงาน เหตุการณ์ของการเปิดเครื่องคอมพิวเตอร์จะเรียกว่า การบูต (Boot)
ครั้นเมื่อระบบปฏิบัติการได้โหลดเข้าสู่หน่วยความจำหลักเป็นที่เรียบร้อยแล้ว Bootstrap Program ก็หมดหน้าที่ลง และจะปล่อยให้ระบบปฏิบัติการเป็นตัวควบคุมดูแลระบบแทน ระบบปฏิบัติการจะรอคอยสัญญาณขัดจังหวะ หรือที่เรียกว่า การอินเตอร์รัปต์ (Interrupt)
สำหรับฮาร์ดแวร์ สามารถส่งสัญญาณอินเตอร์รัปต์ผ่านทางบัสระบบ (System Bus) มายังซีพียูได้ตลอดเวลา ในขณะที่ซอฟต์แวร์จะส่งสัญญาณอินเตอร์รัปต์ผ่านทางคำสั่งเรียกระบบ (System Call) เพื่อให้เอ็กซีคิวต์คำสั่งที่ต้องการ
อินเตอร์รัปต์เวกเตอร์ ประกอบด้วยหมายเลขอินเตอร์รัปต์ และตำแหน่งแอดเดรสของรูทีนอินเตอร์รัปต์ ที่ทำให้ซีพียูรู้ตำแหน่งของอุปกรณ์ที่จะเข้าไปจัดการ
คอมพิวเตอร์ที่ใช้งานทั่วไปประกอบด้วยซีพียู มีตัวควบคุมอุปกรณ์จำนวนหนึ่งที่เชื่อมโยงถึงกันผ่านบัส ตัวควบคุมแต่ละตัว รับผิดชอบอุปกรณ์เชื่อมต่ออยู่หนึ่งอุปกรณ์
DMA (Direct Memory Access) เป็นวิธีการส่งข้อมูลจากอุปกรณ์ I/O ไปยังหน่วยความจำโดยตรง โดยไม่ต้องผ่านซีพียู วิธีนี้ ทำให้การส่งข้อมูลมีความรวดเร็วยิ่งขึ้น ทั้งยังไม่ต้องเปลืองเวลาซีพียูด้วย
ลำดับชั้นหน่วยความจำ จะสะท้อนถึงความเร็ว ราคาหน่วยความจำชนิดต่างๆ ชนิดหน่วยความจำอยู่ส่วนบนจะมีความเร็วสูงหน่วยความจำถัดลงมาจะมีความเร็วที่ต่ำลงไปเรื่อยๆหน่วยความจำความเร็วมักสูงมักมีราคาแพง หน่วยความจำที่มีความเร็วต่ำราคาถูกและมีความจุสูง แต่เข้าถึงข้อมูลที่ช้ากว่า
.
หน่วยความจำแบบ Volatile ซึ่งได้แก่ รีจิสเตอร์ แคช และหน่วยความจำหลัก โดยข้อมูล บันทึกอยู่ในหน่วยความจำชนิดนี้ จะสูญหายทันทีเมื่อไม่มีไฟเลี้ยงวงจร หากต้องการเก็บไว้ใช้ภายหลังจึงต้องใช้หน่วยความจำชนิด Non-Volatile ซึ่งประกอบด้วยบรรดาดิสก์ทั้งหลาย และรวมถึงเทป
เพื่อป้องกันข้อผิดพลาดในระบบ ที่อาจส่งผลเสียหายต่อโปรแกรมที่ส่งเข้ามาประมวลผลรวมถึงตัวระบบปฏิบัติการเอง ดังนั้นในระบบที่รองรับการทำงานหลายงาน และมีการใช้ทรัพยากรร่วมกัน จึงมีการแบ่งการทำงานเป็นโหมด ซึ่งประกอบด้วย
1. โหมดการทำงานผู้ใช้ (User Mode)
2. โหมดการทำงานของระบบ (System Mode/Monitor Mode)
เพื่อป้องกันไม่ให้ผู้ใช้หรือโปรแกรมเข้าไปจัดการกับอุปกรณ์ I/O อย่างไม่ถูกต้อง จึงมีการกำหนดให้คำสั่ง I/O ทั้งหมดเป็นคำสั่งสงวน นั่นหมายความว่า ผู้ใช้จะไม่สามารถสั่งการกับอุปกรณ์อินพุตและเอาต์พุตได้โดยตรง แต่ถ้าหากผู้ใช้ต้องการใช้งาน I/O จะต้องติดต่อผ่านระบบปฏิบัติการเท่านั้นโดยเรียกใช้ผ่านโปรแกรมที่เรียกว่า System Call
การป้องกันหน่วยความจำ จะทำได้โดยการป้องกันไม่ให้โปรแกรมของผู้ใช้สามารถเข้าไปแก้ไขข้อมูลที่อยู่นอกเหนือจากพื้นที่หน่วยความจำของกันและกัน ซึ่งอาจทำให้ข้อมูลเสียหายได้
การศึกษาโครงสร้างของระบบปฏิบัติการ จึงสามารถพิจารณาถึงส่วนสำคัญต่างๆ ดังนี้
1. ส่วนประกอบของระบบ
2. งานบริการของระบบปฏิบัติการ
3. การติดต่อระหว่างโปรเซสเซอร์กับระบบปฏิบัติการ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น