โครงสร้างคอมพิวเตอร์

โครงสร้างของระบบคอมพิวเตอร์((COMPUTER SYSTEM STRUCTURES ) เราสามารถแบ่งโครงสร้างหลัก ๆ ของระบบคอมพิวเตอร์ได้เป็น 3 ส่วนดังนี้ 1. อินพุต - เอาท์พุต ( Input - Output ) เป็นส่วนของคอมพิวเตอร์ที่ใช้ติดต่อกับโลกภายนอกโดยรับ-ส่งข้อมูลกับคอมพิวเตอร์ เพื่อให้กลไกภายในตรับไปปฏิบัติโดยผ่านทางอินพุตทำให้ผู้ใช้สามารถรับทราบผลการปฏิบัติงานของเครื่องได้ ตัวอย่างของอุปกรณ์อินพุต ได้แก่ แป้นพิมพ์ ตัวขับดิสก์ เป็นต้น และตัวอย่างของอุปกรณ์เอาท์พุต ได้แก่ จอภาพและเครื่องพิมพ์ เป็นต้น 2. หน่วยประมวลผลกลาง หรือ ซีพียู ( Central Processing Unit : CPU ) เป็นส่วนที่ทำหน้าที่ปฏิบัติตามคำสั่งที่ได้รับมาจากอินพุต หรือนำเอาข้อมูลจากส่วนอินพุตมาประมวลผล เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ การปฏิบัติงานตามคำสั่งหรือการประมวลผลนี้เราเรียกว่าการเอ็กซีคิ้ว (execute)การเอ็กซีคิ้วชุดคำสั่งหรือโปรแกรมเรียกว่าการรัหรืออาจกล่าวว่าโปรแกรมถูกเอ็กซีคิ้ว หน่วยประมวลผลกลางเราสามารถแบ่งย่อยลงไปได้อีก 2 ส่วนคือ -หน่วยควบคุม ( control unit ) มีหน้าที่ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ต่าง ในระบบทั้งหมดให้มีการทำหน้าที่ให้ถูกต้อง -หน่วยคำนวณ ( arithmetic logic unit ) มีหน้าที่ในการคำนวณทางด้านคณิตศาสตร์ เช่น บวก ลบ คูณ หาร และงานทางด้านตรรกศาสตร์ เช่น AND OR นอกจากนี้ยังสามารถทำโอเปอร์ชั่นอื่นๆ อีก เช่น การเลื่อนบิต ( shift ) หรือการทำคอมพลีเมนต์ ( complement ) เพื่อสลับค่าตัวเลขจากบวกเป็นลบ หรือจากลบเป็นบวก เช่น -5 หรือ +5 เป็นต้น สำหรับหน่วยควบคุมมีหน้าที่ควบคุมการทำงานส่วนต่างๆ เป็นไปตามลำดับขั้นตอนที่ถูกต้อง อาศัยเทคโนโลยีก้าวหน้าในปัจจุบัน เราสามารถผลิตซีพียู ลงบนแผงวงจรรวมหรือไอซี (Integrated Circuit) ที่มีขนาดเล็ก ๆ ได้ และเราเรียกกันว่าไมโครโปรเซสเซอร์ หรือ โปรเซสเซอร์ 3.หน่วยความจำ (Memory) เป็นอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นเพื่อสามารถเก็บข้อมูลหรือคำสั่งที่คอมพิวเตอร์ ต้องการใช้เอาไว้ ดังนั้นหน่วยความจำจึงเป็นสิ่งจำเป็นมาก ในคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ๆ อาจมีหน่วยความจำขนาดหลายเมกกะไบต์ (106 ไบต์) หรือ หลายจิกกะไบต์ (109 ไบต์ ) เราอาจแบ่งหน่วยความจำออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ คือ - หน่วยความจำปฐมภูมิ เป็นหน่วยความจำที่ติดต่อกับซีพียูโดยตรงมี 2 ชนิดคือ แบบที่ข้อมูลที่เก็บไว้ไม่สูญหาย แม้ไม่มีไฟฟ้าป้อน เป็นหน่วยความจำที่เรียกกันทั่วไปว่า รอม ( Read Only Memory : ROM ) ข้อมูลที่เก็บไว้ภายใน ถูกสร้างขึ้นในขณะที่สร้างหน่วยความจำจากโรงงาน ผู้ผลิต และไม่สามารถแก้ไขได้ (แต่ในปัจจุบันหน่วยความจำประเภทนี้ได้รับการพัฒนา ให้สามารถบันทึกและลบข้อมูลภายในได้ แต่ต้องอาศัยอุปกรณ์พิเศษเฉพาะหน่วยความจำชนิดนี้ ได้แก่ programmeble ROM หรือ PROM และ erasable PROM หรือ EPROM ) ส่วนหน่วยความจำอีกชนิดหนึ่งคือ แรม ( Random Access Momery , RAM ) ข้อมูลที่เก็บไว้จำเป็นต้องใช้กระแสไฟเพื่อรักษาข้อมูลให้คงอยู่ ถ้าไม่มีกระแสไฟฟ้าข้อมูล ที่เก็บไว้ก็หายไปหมด -หน่วยความจำทุติยภูมิ หน่วยความจำประเภทนี้ เราจะไม่ถือเป็นส่วนหนึ่งของหน่วยประมวลผล แต่เป็นส่วนหนึ่งของ อุปกรณ์อินพุต-เอาท์พุตมากกว่า ตัวอย่างของหน่วยความจำ ประเภทนี้ได้แก่ ดิสก์ เทป เป็นต้น เพื่อให้เกิดความเข้าใจในการศึกษาระบบปฏิบัติการ การจัดแบ่งโครงสร้างของระบบคอมพิวเตอร์อาจแตกต่างจากที่เคย พบมา เราจะแบ่งโครงสร้างของระบบคอมพิวเตอร์เป็นดังนี้ 1. ระบบภายใน ในส่วนนี้ประกอบไปด้วย ซีพียู และหน่วยความจำปฐมภูมิ ซึ่งต่อไปนี้จะเรียกส่วนนี้ว่าเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ หรือ คอมพิวเตอร์ 2. ระบบภายนอก ในส่วนนี้คือ ส่วนอุปกรณ์ อินพุต-เอาท์พุต และหน่วยความจำทุติยภูมิ ทั้งหมดนี้เราเรียกว่าเป็นอุปกรณ์ รอบข้าง (peripheral) เป็นการแสดงการติดต่อข้อมูลในระบบคอมพิวเตอร์ ซึ่งยังคงเหมือนกับ แต่ลดความยุ่งยากลง เพื่อให้ดูเข้าใจง่ายขึ้น ในส่วนของอุปกรณ์ อินพุตจะรับข้อมูล หรือ รับคำสั่ง แล้วส่งให้ซีพียูประมวลผล เมื่อซีพียูมีข้อมูลจะส่งกลับให้ผู้ใช้ ซีพียูจะส่งข้อมูลไปทางอุปกรณ์เอาท์พุต ในการ ทำงานของซีพียูบางครั้งซีพียูอาจส่งข้อมูลไปเก็บ เอาไว้ในหน่วยความจำทุติยภูมิ เช่น ดิสก์ ในลักษณะนี้ดิสก์จะทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์เอาท์พุต และในทำนองเดียวกัน ซีพียูอาจรับหรือต้องการข้อมูลมาจากดิสก์เช่นเดียวกัน ซึ่งในกรณีนี้ดิสก์จะเป็นอุปกรณ์อินพุต นั่นคือ หน่วยความจำ ทุติยภูมิสามารถเป็นได้ทั้งอุปกรณ์อินพุต และ เอาท์พุตการที่เราแยกหน่วยความจำปฐมภูมิกับหน่วยความจำทุติยภูมิออกกัน เนื่องจากว่าหน่วยความจำปฐมภูมินั้น ติดต่อกับซีพียูโดยตรงไม่ต้องผ่านอุปกรณ์อื่น แต่สำหรับหน่วยความจำทุติยภูมิเป็น อุปกรณ์ภายนอกแยกออกไป และ ข้อสำคัญก็คือ การติดต่อระหว่างอุปกรณ์อินพุต-เอาท์พุตและหน่วยความจำทุติยภูมิต้องมีการอุปกรณ์ช่วยเหลือ การจัดการหน่วยความจำ การจัดการหน่วยความจำเป็นหน้าที่อีกประการหนึ่งของ OS หน่วยความจำเป็นองค์ประกอบหนึ่งในการพิจารณาขีด ความสามารถของเครื่องคอมพิวเตอร์ ถ้าคอมพิวเตอร์มีหน่วยความจำมาก ขีดความสามารถในการทำงานก็จะเพิ่มขึ้นด้วย โปรแกรมที่มีความสลับซับซ้อนและมีความสามารถมากมักต้องการหน่วยความจำปริมาณมากด้วย แต่หน่วยความจำเป็นทรัพยากร ที่มีราคาแพง และในเครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กหน่วยความจำมีขนาดจำกัด ทำให้เราไม่สามารถขยายขนาดหน่วยความจำได้มากตาม ที่ต้องการ จึงจำเป็นต้องใช้หน่วยความจำที่มีอยู่ให้เกิดประโยชน์สูงสุด เพื่อความสะดวกของผู้ใช้ เราจึงยกงานการจัดการหน่วยความจำนี้ให้ เป็นหน้าที่ของ OS เช่น ตรวจดูว่าโปรแกรมใหม่จะถูกนำไปวางไว้ในหน่วยความจำที่ไหน? เมื่อใด? หน่วยความจำไหนควรถูก ใช้ก่อนหรือหลัง? โปรแกรมไหนจะได้ใช้หน่วยความจำก่อน? การจัดการหน่วยความจำของ OS นั้นมีการใช้มาตรการหรือยุทธวิธีในการจัดการอยู่ 3 ประการ 1. ยุทธวิธีการเฟตซ์ (fetch strategy) 2. ยุทธวิธีการวาง (placement strategy) 3. ยุทธวิธีการแทนที่ (replacement strategy) การจัดการโปรเซสเซอร์ โปรเซสเซอร์เป็นทรัพยากรประเภทหนึ่งของระบบ ในบางระบบมีโปรเซสเซอร์อยู่เพียงตัวเดียวคือซีพียู แต่ในบางระบบก็มี โปรเซสเซอร์หลายตัวช่วยซีพียูทำงานเช่น โปรเซสเซอร์ช่วยงานคำนวณ ( math-coprocessor ) และ โปรเซสเซอร์ควบคุมอินพุต-เอาต์พุต เป็นต้น เนื่องจาก โปรเซสเซอร์มีราคาแพงมากเราจึงควรจัดการให้มีการใช้งานโปรเซสเซอร์ ให้คุ้มค่าที่สุด โดยพยายามให้มันทำงานอยู่ตลอดเวลา เมื่อกล่าวถึงตัวจัดคิวในระยะสั้น ก็คงต้องกล่าวถึงตัวจัดคิวในระยะยาวด้วย (longterm scheduler) การทำงานของตัวจัดคิวในระยะยาวมีความแตกต่างกับตัวจัดคิวในระยะสั้นอยู่ในบางส่วน การจัดคิวในระยะสั้นเป็นการจัดคิวในระดับโปรเซส และทำหน้าที่คัดเลือกโปรเซสในสถานะพร้อมและส่งเข้าไปอยู่ในสถานะรัน ส่วนการจัดคิวในระยะยาวจะเป็นการจัดคิวในระดับ "งาน" ไม่ใช่ระดับ "โปรเซส" เมื่อผู้ใช้ส่งงานเข้ามาในระบบ งานเหล่านี้จะเข้าไปรออยู่ในคิวงานเมื่อระบบอยู่ในสภาพพร้อมที่จะรับ โปรเซสใหม่ได้ 1.3 โครงสร้างพื้นฐานของเครื่องคอมพิวเตอร์ โครงสร้างหลักๆ ของระบบคอมพิวเตอร์ในส่วนของฮาร์ดแวร์ ได้แก่ อุปกรณ์นำข้อมูลเข้า/ออก หน่วยประมวลผลกลาง และหน่วยความจำ โดยที่หน่วยประมวลผลกลางและตัวควบคุมอุปกรณ์เชื่อมต่อกันด้วยบัส (BUS) เพื่อให้เข้าถึงหน่วยความจำหลักที่จะใช้ร่วมกันได้ หน้าที่หลักอันหนึ่งของระบบปฏิบัติการคือการควบคุมอุปกรณ์นำข้อมูลเข้า/ออก เพื่อทำงานให้กับโปรเซสที่ร้องขอจากอุปกรณ์ที่มีอยู่ในระบบ โดยการส่งคำสั่งไปยังอุปกรณ์เหล่านั้น ดักจับสัญญาณการขัดจังหวะ (สัญญาณอินเทอร์รัพต์) จัดการกับข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นและมีส่วนเชื่อมโยงระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ และส่วนอื่นๆ ของระบบคอมพิวเตอร์ให้ใช้งานได้และไม่ผูกติดกับประเภทของอุปกรณ์ ซึ่งจำแนกโครงสร้างหลักของระบบคอมพิวเตอร์ได้ดังนี้ 1.อุปกรณ์นำข้อมูลเข้า/ออก (Input/output) เป็นส่วนที่ใช้ในการรับ-ส่งข้อมูลระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์กับผู้ใช้ ทำให้ทราบถึงการปฏิบัติงานของเครื่องคอมพิวเตอร์ 2.หน่วยความจำ (Memory) เป็นส่วนที่สร้างขึ้นเพื่อนำมาเก็บข้อมูลหรือคำสั่งที่คอมพิวเตอร์หรือผู้ใช้ต้องการเอาไว้ใช้ โดยแยกเป็นหน่วยความจำหลักซึ่งมีหน้าที่ติดต่อกับซีพียูโดยตรง ซึ่งประกอบด้วยหน่วยความจำ ROM และ RAM และหน่วยความจำสำรองซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์นำข้อมูลเข้า/ออก ที่มีหน้าที่นำมาเก็บ ข้อมูลตามที่ต้องการ 3.หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit : CPU) เป็นส่วนที่ทำหน้าที่ปฏิบัติตามคำสั่ง ที่รับมาจากส่วนของอุปกรณ์นำเข้ามาประมวลผลเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ตามที่ต้องการ การปฏิบัติตามคำสั่งหรือการประมวลผลนี้เรียกว่า การเอ็กซีคิ้ว (execute) หรือการรันโปรแกรม การจัดแบ่งโครงสร้างของระบบคอมพิวเตอร์เป็นดังนี้ ◦ระบบภายใน หรือที่เรียกว่าเครื่องคอมพิวเตอร์ ซึ่งประกอบไปด้วย ซีพียู และหน่วยความจำหลัก ◦ระบบภายนอก หรือที่เรียกว่าอุปกรณ์รอบข้าง (peripheral) ซึ่งประกอบไปด้วย อุปกรณ์นำข้อมูล เข้า/ออกและหน่วยความจำสำรอง กล่าวสรุปได้ว่า การติดต่อข้อมูลภายในระบบคอมพิวเตอร์ หน่วยความจำหลักสามารถติดต่อกับซีพียูได้โดยตรงโดยไม่ต้องผ่านอุปกรณ์อื่น แต่ในส่วนของอุปกรณ์นำข้อมูลเข้า/ออก อุปกรณ์ป้อนข้อมูลจะรับส่ง ข้อมูลไปยังซีพียูเพื่อทำการประมวลผลแล้วส่งกลับไปให้ผู้ใช้โดยผ่านอุปกรณ์แสดงผลข้อมูล ซึ่งในการทำงานบางครั้งซีพียูจะส่ง ข้อมูลไปเก็บที่หน่วยความจำสำรองหรือซีพียูต้องขอข้อมูลจากหน่วยความจำสำรองก่อนส่งกลับไปให้ผู้ใช้ผ่านอุปกรณ์แสดงผลข้อมูลและที่สำคัญคือการติดต่อระหว่างซีพียูกับอุปกรณ์รอบข้างจะต้องผ่านแชนแนลและหน่วยควบคุมอุปกรณ์ http://home.kku.ac.th/regis/student/snakiiz/New%20Folder/13.html http://www.oknation.net/blog/print.php?id=303790