บทที่2

ระบบปฏิบัติการคืออะไร แตกต่างจากโปรแกรมประยุกต์อย่างไร



ระบบปฏิบัติการคือ  ระบบที่มีความเข้ากันระหว่าง Hardware และ ผู้ใช้ โดยระบบปฏิบัติการจะคอยควบคุมทุกๆอย่างในการทำงาน

โปรแกรมประยุกต์คือ  โปรแกรมหรือแอพพิเคชั่น เป็นซอฟต์แวร์ที่ผู้ใช้งานสามารถเลือกใช้งานได้ทั่วไปเช่น โปรแกรมฟังเพลง โปรแกรมตัดต่อ

ทำไมเครื่องคอมพิวเตอร์จึงจำเป็นต้องมีระบบปฏิบัติการ



   ระบบปฏิบัติการ เป็นสะพานเชื่อมต่อระหว่าง คน และ ฮาร์ดแวร์ ทำให้ผู้ใช้งานสามารถใช้งานได้ง่ายมากขึ้นกว่าการไม่มี OS

ยกตัวอย่างโปรแกรม เป็นระบบปฏิบัติการ และโปรแกรมประยุกต์


                  OS             วินโดว์ ลีนุกซ์ ไอโอเอส แมค 
                  โปรแกรม เวิร์ด เอ็กเซลล์ โฟโต้ชอป นีโร

สามารถแยกแยะออกได้ระหว่างระบบปฏิบัติการสำหรับเครื่องเดียว และระบบปฏิบัติการเครือข่าย มีระบบการทำงานเป็นอย่างไร



ระบบปฏิบัติการสำหรับเครื่องเดียว เป็นระบบปฏิบัติการที่มุ่งเน้นและให้บริการสำหรับผู้ใช้เพียงคนเดียว (เจ้าของเครื่องนั้น ๆ) นิยมใช้สำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ประมวลผลและทำงานแบบทั่วไป 

ระบบปฏิบัติการเครือข่าย ระบบปฏิบัติการเครือข่ายที่นิยมใช้กันมา คือ Netware ของผลิตภัณฑ์ของ บริษัท Novell ที่ได้แนะนำ สู่ตลาดในปี ค.ศ. 1983 เป็นระบบปฏิบัติการของ ระบบเครือข่ายท้องถิ่น

แสดงความคิดเห็นว่า แนวโน้มการพัฒนาระบบปฏิบัติการจะเป็นอย่างไร




ลีนุกซ์และAndroidกำลังเป็นระบบปฏิบัติการที่มีแนวโน้มว่าจะได้รับความนิยมและใช้งานเพิ่มขึ้น เป็นระบบที่บริษัทผู้ผลิตคอมพิวเตอร์หลายบริษัทอาทิIBM, Compaq, Shape Electrics เสนอเป็นตัวเลือกแก่ลูกค้าที่ซื้อเครื่องคอมพิวเตอร์

อธิบายความหมายของ ซอฟต์แวร์ ฮาร์ดแวร์ เฟิร์มแวร์ (Firmware)




ซอฟต์แวร์ = คือระบบปฏิบัติการอาทิเช่น OS,Application 
ฮาร์ดแวร์ = คือส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์ อาทิเช่น CPU,RAM,HARDDISK,MainBoard เป็นเต้น 
เฟิร์มแวร์ = คือชุดคำสั่งที่มีติดตัวสำหรับอุปกรณ์ Hardware ตั้งต้นโดยค่าพวกนี้จะไม่สามารถลบหรือแก้ไขได้โดย User ธรรมดา

ระบบคอมพิวเตอร์ตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันสามารถแบ่งตามคุณสมบัติการทำงานได้ดังนี้

-ระบบที่ไม่มีระบบปฏิบัติการ (Non Operating System)

คือ คอมพิวเตอร์มีแต่เครื่องเปล่า ๆ ผู้ใช้ต้องเขียนโปรแกรมสั่งงาน ตรวจสอบการทำงาน ป้อนข้อมูล และควบคุมเองโดยการเขียนด้วย Dos

-ระบบงานแบบแบตช์ (Batch System)

คือ ในสมัยก่อนคอมพิวเตอร์จะทำงานได้ครั้งละ 1 งาน การสั่งงานคอมพิวเตอร์ให้มีมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น ทำได้โดยการรวมงานที่คล้ายกัน เป็นกลุ่ม แล้วส่งให้เครื่องประมวลผล โดยผู้ทำหน้าที่รวมงาน จะรับงานจากนักพัฒนาโปรแกรม มาจัดเรียงตามความสำคัญ และตามลักษณะของโปรแกรม จัดเป็นกลุ่มงาน แล้วส่งให้คอมพิวเตอร์ประมวลผล

-ระบบงานแบบบัฟเฟอร์ (Buffer System)

คือ การทำงานเพื่อขยายขีดความสามารถของระบบ ทำให้หน่วยรับ-แสดงผลสามารถทำงานไปพร้อม ๆ กับการประมวลผลของซีพียู ในขณะที่ประมวลผลคำสั่งที่ถูกโหลดเข้าซีพียูนั้น จะมีการโหลดข้อมูลเข้าไปเก็บในหน่วยความจำก่อน เมื่อถึงเวลาประมวลผลจะสามารถทำงานได้ทันที และโหลดข้อมูลต่อไปเข้ามาแทนที่ หน่วยความจำที่ทำหน้าที่เก็บข้อมูลที่

-ระบบงานแบบสพูลลิ่ง (Spooling System)

หรือเรียกอีกอย่างว่าSimultaneous Peripheral Operating On-Line เป็น multiprogramming พื้นฐาน ทำให้ซีพียูทำงานเต็มประสิทธิภาพ เพราะทำให้สามารถทำงานได้ 2 งานพร้อมกัน งานแรกคือประมวลผลในส่วนของซีพียู งานที่สองคือการรับ-แสดงผลข้อมูล ซึ่งต่างกับ buffer ที่ซีพียู และหน่วยรับ-แสดงผลทำงานร่วมกัน และ spooling มี job pool ทำให้สามารถเลือกการประมวลผลตามลำดับก่อนหลังได้ โดยคำนึงถึง ลำดับความสำคัญ(priority) เป็นสำคัญ

-ระบบมัลติโปรแกรมมิ่ง (Multiprogramming) คือ การทำงานที่โหลดโปรแกรมไปไว้ในหน่วยความจำหลัก และพร้อมที่จะประมวลผลได้ทันที ระบบปฏิบัติการจะเลือกงานเข้าไปประมวลผลจนกว่าจะหยุดคอยงานบางอย่าง ในช่วงที่หยุดรอจะดึงงานเข้าไปประมวลผลต่อทันที ทำให้มีการใช้ซีพียูได้อย่างมีประสิทธิภาพ

-ระบบแบ่งเวลา (Time-Sharing System) คือ เป็นการขยายระบบ multiprogramming ทำให้สามารถสับเปลี่ยนงานของคนหลาย ๆ คนเข้าสู่ซีพียู ซึ่งการสับเปลี่ยนที่ทำด้วยความเร็วสูงจะทำให้ผู้ใช้รู้สึกเหมือนครอบครองซีพียูอยู่เพียงผู้เดียว

-ระบบเรียลไทม์ (Real-Time System) คือ จุดประสงค์อีกอย่างหนึ่งของ ระบบปฏิบัติการ คือ ระบบเวลาจริง(Real-time system) หมายถึงการตอบสนองทันที เช่นระบบ Sensor ที่ส่งข้อมูลให้คอมพิวเตอร์ เครื่องมือทดลองทางวิทยาศาสตร์ ระบบภาพทางการแพทย์ ระบบควบคุมในโรงงานอุตสาหกรรม ระบบหัวฉีดในรถยนต์ ระบบควบคุมการยิง ระบบแขนกล และเครื่องใช้ในครัวเรือนทั้งหมด

-ระบบคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (Personal Computer System) ปัจจุบันคอมพิวเตอร์ราคาถูกลง มีการพัฒนาอุปกรณ์ต่าง ๆ อย่างต่อเนื่อง ทั้งแป้นพิมพ์ เมาส์ จอภาพ หน่วยความจำ หน่วยประมวลผล เป็นต้น และการใช้คอมพิวเตอร์ไม่ได้มุ่งเน้นด้านธุรกิจเพียงอย่างเดียว แต่นำไปใช้เพื่อความบันเทิงในบ้านมากขึ้น และกลายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับทุกองค์กร นอกจากคอมพิวเตอร์แบบตั้งโต๊ะ(Desktop) ยังมีคอมพิวเตอร์แบบสมุดโน๊ต(Notebook) และคอมพิวเตอร์มือถือ (PDA) ปัจจุบันมีโทรศัพท์มือถือที่ทำงานแบบคอมพิวเตอร์ และใช้ดูหนังฟังเพลง หรือประมวลผลต่าง ๆ ที่ซับซ้อนมากขึ้น ใกล้เคียงกับคอมพิวเตอร์แบบตั้งโต๊ะยิ่งขึ้น

-ระบบเวอร์ชวลแมชีน (Virtual Machine)คือ เครื่องเสมือน ทำให้ผู้ใช้คอมพิวเตอร์รู้สึกเหมือนใช้คอมพิวเตอร์เพียงคนเดียว แต่ในความเป็นจริงจะบริการให้ผู้ใช้หลายคน ในหลายโปรเซส โดยใช้เทคโนโลยี Virtual machine บริการงานต่าง ๆ ให้กับผู้ใช้ได้หลาย ๆ งานพร้อมกัน-ระบบมัลติโปรเซสเซอร์ (Multiprocessor System)

-ระบบแบบกระจาย (Distributed System) ระบบเครือข่าย ที่กระจายหน้าที่ กระจายการเป็นศูนย์บริการ และเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน ด้วยจุดประสงค์ต่าง ๆ กัน ในมาตรฐาน TCP/IP ซึ่งเป็นที่ยอมรับทั้ง Windows, Linux, Unix และ Mac ทำให้ทั้งหมดสามารถสื่อสารกันรู้เรื่องเข้าใจ และก่อให้เกิดประโยชน์ร่วมกัน-ระบบโต้ตอบฉับพลัน (Real-Time Systems)

โครงสร้างของระบบปฏิบัติการ (Operating system structure)

-การจัดการโปรเซส (Process Management) กระบวนการคือ โปรแกรมที่กำลังทำงานอยู่ ได้แก่ งานแบบกลุ่ม (batch job) โปรแกรมของผู้ใช้ในระบบปันส่วน (time-shared user program) งานสปุลลิ่ง เป็นต้น

-การจัดการหน่วยความจำ (Memory Management) หน่วยความจำ คือ array of words or bytes ซึ่งมีตำแหน่ง (address) เฉพาะ หน่วยความจำเป็นที่พักข้อมูล (ซึ่งสามารถเรียกใช้ได้อย่างรวดเร็ว) ระหว่างหน่วยประมวลผลกลาง และ อุปกรณ์รับส่งข้อมูล หน่วยประมวลผลกลางอ่านคำสั่งจากหน่วยความจำหลัก-การจัดการไฟล์ (File Management)

-การจัดการอินพุต / เอาต์พุต (I/O System Management) หน้าที่สำคัญอันหนึ่งของระบบปฏิบัติการคือ การซ่อนรายละเอียดของอุปกรณ์เฉพาะอย่างจากผู้ใช้ เช่น ในระบบปฏิบัติการ UNIX รายละเอียดต่าง ๆ ของอุปกรณ์รับส่งข้อมูลจะถูกเก็บไว้ในระบบรับส่งข้อมูลเอง แยกต่างหากจากระบบปฏิบัติการหลัก

-การจัดการสื่อจัดเก็บ (Storage Management) จุดประสงค์หลักของระบบคอมพิวเตอร์ คือ การทำงานตามโปรแกรมผู้ใช้ ซึ่งโปรแกรมเหล่านี้ รวมทั้งข้อมูลที่ใช้จะต้องอยู่ในหน่วยความจำหลักในขณะทำงาน แต่เนื่องจากหน่วยความจำหลักมีขนาดจำกัด จึงจำเป็นต้องมีที่เก็บข้อมูลสำรอง

-เครือข่าย (Network) ในระบบกระจายอำนาจ (distributed system) หน่วยประมวลผลแต่ละตัวจะมีหน่วยความจำและนาฬิกาของตนเอง การติดต่อระหว่างหน่วยประมวลผลจะทำได้โดยผ่านทางเครือข่ายการสื่อสาร เช่น บัสความเร็วสูง , สายโทรศัพท์ เป็นต้น หน่วยประมวลผลแต่ละแห่งอาจมีขนาดและหน้าที่แตกต่างกันมาก

-ระบบป้องกัน (Protection System) ระบบต้องมีการป้องกัน ความผิดพลาดที่เกิดจากกระบวนการหนึ่งไปกระทบอีกกระบวนการหนึ่ง โดยสร้างกลไกบางอย่างเพื่อป้องกันแฟ้มข้อมูล , หน่วยความจำส่วนหนึ่ง, หน่วยประมวลผลกลาง และทรัพยากรต่าง ๆ

-ระบบตัวแปลคำสั่ง (Command-Interpreter System) โปรแกรมระบบที่สำคัญที่สุดอันหนึ่ง คือ ตัวแปลคำสั่ง (Command Interpreter) ซึ่งเป็น interface ระหว่างผู้ใช้กับระบบปฏิบัติการ ระบบปฏิบัติการบางระบบ ได้รวมเอาตัวแปลคำสั่งไว้ในแกนกลางของระบบ (kernel) ระบบปฏิบัติการอื่น

จงอธิบายถึงบริการของระบบปฏิบัติการ (Operating System Services) ในแต่ละหัวข้อ

-การเอ็กซีคิวต์โปรแกรม ระบบต้องสามารถนำโปรแกรมลงสู่หน่วยความจำหลัก และให้โปรแกรมทำงาน โดยที่การทำงานต้องมีวันสิ้นสุด ไม่ว่าจะเป็นปกติหรือไม่ปกติก็ตาม

-การปฏิบัติกับอินพุต/เอาต์พุต โปรแกรมของผู้ใช้อาจต้องการรับส่งข้อมูล โดยผ่านแฟ้มข้อมูล หรือ อุปกรณ์รับส่งข้อมูล อุปกรณ์รับส่งข้อมูลบางชนิดต้องการคำสั่งช่วยพิเศษ เช่น เครื่องขับเทป ต้องการการถอยหลังกลับเมื่อเต็ม หรือจอภาพต้องการคำสั่งล้างจอเมื่อเริ่มต้นทำงาน เนื่องจากผู้ใช้ไม่สามารถใช้อุปกรณ์รับส่งข้อมูลได้โดยตรง ดังนั้น ระบบจึงต้องจัดหาวิธีการเพื่อเป็นตัวกลางใช้แทน

-การจัดการระบบไฟล์ ระบบแฟ้มข้อมูลเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง โปรแกรมต้องการอ่าน หรือ เขียนข้อมูลลงในแฟ้มข้อมูล นอกจากนี้ ยังต้องการสร้าง หรือ ลบแฟ้มข้อมูลด้วยการใช้ชื่อแฟ้ม

-การติดต่อสื่อสาร บางครั้งกระบวนการหนึ่งอาจต้องการส่งข้อมูลให้อีกกระบวนการหนึ่ง โดยที่กระบวนการทั้งสองนั้น อาจอยู่ในเครื่องคอมพิวเตอร์เดียวกันหรือคนละเครื่องกัน แต่ติดต่อผ่านเครือข่ายคอมพิวเตอร์ การติดต่อสื่อสารนี้อาจทำได้โดยใช้ หน่วยความจำร่วม (share memory) หรือ การส่งผ่านข้อความ (message passing) โดยมีระบบปฏิบัติการเป็นตัวกลาง

-การตรวจจับข้อผิดพลาด ระบบปฏิบัติการจำเป็นต้องมีกลไกในการตรวจจับข้อผิดพลาดที่อาจจะเกิดขึ้นได้ เช่น ในหน่วยประมวลผลกลาง (เครื่องเสีย , ไฟดับ) ในอุปกรณ์รับส่งข้อมูล (เทปเสีย , การติดต่อผ่านเครือข่ายล้มเหลว , หรือกระดาษพิมพ์หมด) หรือในโปรแกรมของผู้ใช้ (เช่น คำนวณผิด , ระบุตำแหน่งในหน่วยความจำผิด หรือ ใช้ CPU time มากไป) สำหรับข้อผิดพลาดแต่ละชนิด ระบบปฏิบัติการจะจัดการด้วยวิธีที่เหมาะสมเพื่อแก้ข้อผิดพลาดเหล่านั้น

-การใช้ทรัพยากรร่วมกัน เมื่อมีผู้ใช้หลายคนหรืองานหลายงานทำงานพร้อมกันในช่วงเวลาหนึ่ง ทรัพยากรต่าง ๆ ก็ต้องถูกจัดสรรให้กับคนหรืองานเหล่านั้น ชนิดของทรัพยากรต่าง ๆ จะถูกจัดการด้วยระบบปฏิบัติการ ทรัพยากรบางอย่าง (เช่น รอบการใช้ CPU , หน่วยความจำหลัก และ ที่เก็บแฟ้มข้อมูล) อาจจะมีรหัสในการจัดสรรพิเศษ โดยที่ทรัพยากรอย่างอื่น (เช่น อุปกรณ์รับส่งข้อมูล) อาจจะมีรหัสร้องขอ และปลดปล่อยพิเศษ

จงอธิบาย ส่วนที่จัดไว้ให้ผู้ใช้สามารถเรียกใช้งาน (System Call) ในประเด็นต่างๆ

-การควบคุมโปรเซส (Process Management) เมื่อผู้ใช้สั่งให้โปรแกรมทำงาน ระบบจะไม่สร้างกระบวนการใหม่ เพียงแต่นำโปรแกรมที่ต้องการลงสู่หน่วยความจำ โดยเขียนทับตัวแปลคำสั่งเองจนเกือบหมด เพื่อให้ผู้ใช้มีพื้นที่ใช้งานมากที่สุด

-การจัดการกับไฟล์ (File Management) ในหัวข้อนี้จะอธิบายโดยกว้าง ๆ เท่านั้น เริ่มจากการสร้าง (create) และการลบ (delete) แฟ้มข้อมูล โดยการเรียกระบบพร้อมส่งตัวแปรชื่อแฟ้ม กับข้อมูลจำเพาะอื่น ๆ

-การจัดการอุปกรณ์ (Device Management) โปรแกรมหนึ่ง ๆ อาจต้องการทรัพยากรเพิ่มเติมขณะทำงานเพื่อให้สามารถทำงานต่อไปได้ เช่น หน่วยความจำเพิ่ม , เครื่องขับเทป , การใช้แฟ้มข้อมูล เป็นต้น ถ้ามีทรัพยากรว่างอยู่ โปรแกรมอาจได้ทรัพยากรตามที่ร้องขอ และทำงานต่อไปได้

-การบำรุงรักษาข้อมูล (Data Maintainant) กำรบำ รุงรักษำ เป็น กำรผสมผสำนกัน ของกำร ทำ งำนด้ำนเทคนิค และ กำรจัดกำรเพ่อืคงไว้ซ่งึสภำพ ของอุปกรณ์ หรือ ฟื้นฟูสภำพของอุปกรณ์ให้อยู่ใน สภำพพร้อมใช้งำนตลอดเวลา

-การติดต่อสื่อสาร (Communication)

การสื่อสารระหว่างกระบวนการมี 2 วิธีคือ

การส่งผ่านข้อความ (message passing) ข้อมูลจะถูกส่งผ่านระบบส่งข้อมูลในระบบปฏิบัติการ ก่อนที่จะส่งข้อมูลได้จะต้องมมีการต่อเชื่อม (connection) และต้องทราบชื่อของกระบวนการที่จะติดต่อด้วย รวมทั้งชื่อเครื่องคอมพิวเตอร์ที่กระบวนการนั้นทำงานอยู่

การใช้หน่วยความจำร่วม (share memory) กระบวนการหนึ่งใช้คำสั่งเรียกระบบ map-memory เพื่อที่จะสามารถใช้เนื้อที่ในหน่วยความจำส่วนที่เป็นของอีกกระบวนการหนึ่ง (โดยปกติระบบจะป้องกันไม่ให้กระบวนการแต่ละอันใช้หน่วยความจำซ้ำกัน)