โครงสร้างระบบคอมพิวเตอร์

ใบงานตอนที่ 2 โครงสร้างระบบคอมพิวเตอร์ และโครงสร้างของระบบปฏิบัติการ

1.  การขัดจังหวะ หรือการอินเตอร์รัปต์ หมายถึงอะไร จงอธิบาย

ตอบ  การอินเตอร์รัพท์ คือ การติดต่อเพื่อรับส่งข้อมูลกันระหว่างอุปกรณ์ภายนอกต่างๆของคอมพิวเตอร์ เช่น จอภาพ, แป้นพิมพ์, เครื่องพิมพ์, เม้าส์ และอื่ นๆ กับ ไมโครโปรเซสเซอร์ ซึ่งจะมีการติดต่อกันอยู่เสมอๆ การที่จะทำให้ระบบมีประสิทธิภาพมากที่สุดนั้นก็คือ การมีการติด ต่อหรือการอินเทอร์รัพท์ที่ดีนั่นเอง  

2. จงเปรียบเทียบการอินเตอร์รัปต์ กับการดำเนินชีวิตของมนุษย์โดยทั่วไป ว่ามีความเกี่ยวข้องกันอย่างไร

ตอบ  Interrupt คือ ความสามารถในการทำให้ไมโครโปรเซสเซอร์หยุดพักจากงานที่กระทำอยู่ในปัจจุบัน แล้วกระโดดไปทำงานอีกงานหนึ่งจนเสร็จแล้ว จึงกระโดดกลับมาทำงานชิ้นเดิมที่หยุดพักไว้ต่อไป

การดำเนินชีวิต (หรือเรียกทับศัพท์ว่า ไลฟ์สไตล์) หมายถึง วิถีการดำเนินชีวิตของบุคคล โดยที่ลักษณะของพฤติกรรมต่างๆจะเป็นตัวบ่งบอกถึง รูปแบบการดำเนินชีวิต แต่ละแบบพฤติกรรมในการเข้าสังคม ในการบริโภค ในการหาความบันเทิง การพักผ่อนหย่อนใจใช้เวลาว่าง และการแต่งตัว ล้วนเป็นส่วนประกอบของรูปแบบการดำเนินชีวิต รูปแบบการดำเนินชีวิตจะถูกดำเนินเป็น อุปนิสัย เป็นวิธีประจำที่กระทำสิ่งต่างๆ

3. สาเหตุที่การป้องฮาร์ดแวร์ มีบทบาทสำคัญต่อระบบปฏิบัติการที่รองรับหลายๆ งาน อยากทราบว่าเป็นเพราะอะไร จงอธิบาย

ตอบ  การป้องกันของฮาร์ดแวร์ (Hardware Protection)

 การป้องกันข้อผิดพลาดของอุปกรณ์รับ-ส่งข้อมูล (I/O Protection)

 การป้องกันข้อผิดพลาด เนื่องจาการเข้าถึงข้อมูลผิดตำแหน่ง

 การป้องกันข้อผิดพลาดของหน่วยประมวลผลกลาง

            4. จงเปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างโหมดการทำงานของผู้ใช้ กับโหมดการทำงานของระบบมาให้พอเข้าใจ

ตอบ การใช้งานเครือข่ายไร้สายนั้น นอกจากเราจะใช้มันเป็นตัวเชื่อมต่อเข้ากับเครือข่ายหลักแบบมีสาย หรือที่เราเรียกว่า Infrastructure Mode หรือการทำงานที่ Access Point ธรรมดาๆทั่วไปทำงานได้เป็นพื้นฐานอยู่แล้ว แต่ด้วยแต่ละพื้นที่ ที่จำเป็นต้องการใช้เครือข่าย wireless อาจจะประสบปัญหาเช่น ความแรงไม่พอ ต้องการต่อ Outdoor Wi-Fi Hotspot ที่อยู่ในระยะไกล,ต้องการแชร์อินเตอร์เน็ตที่มาจากผู้ให้บริการ, ต้องการขยายพื้นที่ใช้งาน, ต้องการแชร์อินเตอร์เน็ตบอร์ดแบนด์ หรือแม้แต่การเชื่อมต่อแบบ Point to Point โหมดการทำงานของระบบคือ การนำเสนอหรือการจำลองลักษณะของระบบอื่นๆตลอดช่วงเวลาที่สนใจ ซึ่ง   ในกรณีที่กล่าวถึง Computer simulation จะหมายถึงโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่จำลองการทำงานของระบบที่สนใจ

        5.    ระบบปฏิบัติการจะมีการป้องกันอินพุต และเอาท์พุตอย่างไร จงอธิบาย

ตอบ   สำหรับระบบอินพุต/เอาต์พุต( I/O ) ของ Linux มีความใกล้เคียงกับระบบอินพุต/เอาต์พุตในUNIX เป็น    อย่างมากนั่นคือดีไวซ์ไดร์เวอร์ทั้งหมดปรากฏตัวเป็นไฟล์ธรรมดา ผู้ใช้สามารถแอ็กเซสดีไวซ์ได้เหมือนกับการเปิดไฟล์โดยดีไวซ์เป็นเสมือนออปเจ็กต์ในระบบไฟล์ ผู้บริหารระบบสามารถสร้างไฟล์พิเศษภายในระบบไฟล์ที่ประกอบด้วยการอ้างถึงดีไวซ์ไดร์เวอร์ที่ให้ผู้ใช้สามารถเปิดไฟล์เพื่ออ่าน หรือเขียนลงดีไวซ์ที่อ้างอิงนี้ได้ ผู้บริหารระบบยังสามารถกำหนดสิทธิการเข้าถึงดีไวซ์โดยอาศัยหลักการเข้าถึงไฟล์ที่มีการป้องกันโดยพิจารณาบุคคลที่สามารถใช้งานได้

6       6. ระบบปฏิบัติการจะมีการป้องกันหน่วยความจำอย่างไร จงอธิบาย

ตอบ  โดยปกติจำนวนบิต (Bits) ที่เก็บอยู่ในตารางเพจ (Page Table) เราสามารถกำหนดบิตเพื่อใช้การตรวจสอบและกำหนดเพจในการ อ่าน-เขียน (Read-Write) หรืออ่านข้อมูลเท่านั้น (Read-Only) ซึ่งเรียกบิตพิเศษนี้ว่า “กลุ่มบิตป้องกัน (Associating Protection Bits)” ให้กับทุกๆ เฟรม ที่อยู่ในหน่วยความจำ (Main Memory)                    7.ระบบปฏิบัติการจะมีการป้องกันซีพียูอย่างไร จงอธิบาย

ตอบ  ซีพียู (CPU: Central Processing Unit) หรือหน่วยประมวลผล นับเป็นหัวใจของคอมพิวเตอร์ ทำหน้าที่ประมวลผลต่าง ๆ ตามที่โปรแกรมไว้ โดยปกติซีพียูเป็นอุปกรณ์/ชิ้นส่วนที่เสียหายยากมากจากการใช้งานปกติ ซึ่งซีพียูอาจจะทำงานได้นานมากจนเราเลิกใช้เครื่องไปเลย แต่ถ้าเราโชคร้ายโดยถูกผู้ผลิตนำซีพียูทีมีความเร็วต่ำมาหลอกขายว่าเป็นซีพียูความเร็วสูง (CPU Remark) หรือทำการ PUSH ให้ซีพียูทำงานเร็วกว่าความเร็วที่กำหนดให้ ทำให้อายุการใช้งานของซีพียูสั้นลงกว่าปกติ อีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้อายุการใช้งานซีพียูสั้นลงก็คือ พัดลมระบายอากาศ (Ventilation Fan)ที่ติดตั้งอยู่ที่ชุดจ่ายไฟฟ้า (Power Supply) ของคอมพิวเตอร์เสีย ทำให้ซีพียูต้องทำงานที่ความร้อนสูงตลอดเวลา ถ้าซีพียูเสียก็ต้องซื้อใหม่อย่างเดียว ไม่สามารถทำการซ่อมหรือแก้ไขได้

        8. โครงสร้างของระบบปฏิบัติการประกอบด้วยกี่ส่วน อะไรบ้าง

ตอบ   3 ส่วน คือ

ตัวส่ง (dispatcher) มีหน้าที่จัดการส่งโปรเซสเข้าไปให้ซีพียู

ตัวจัดการอินเตอร์รัพต์ขั้นแรก (first-level interrupt handler) มีหน้าที่วิเคราะห์การอินเตอร์รัพต์ที่ เกิดขึ้น และเลือกใช้รูทีนที่เหมาะสมกับอินเตอร์รัพต์นั้นๆ

ตัวควบคุมมอนิเตอร์ (monitor control) มีหน้าที่ควบคุมดูแลการเข้าถึงมอนิเตอร์ต่าง ๆ ของระบบ

9.  ในการจัดการกับโปรเซส ระบบปฏิบัติการจะมีกิจกรรมใดบ้างที่ต้องรับผิดชอบ

ตอบ  ระบบปฏิบัติการบางระบบ   เช่น ระบบปฏิบัติการดอสหรือเอ็มเอสดอล (MS-DOS)มีการจัดการโปรเซสที่ค่อนข้างง่าย เนื่องจากจัดการโปรเซสแบบผู้ใช้คนเดียว (Sing User)ทำให้การใช้งานซีพียูอาจไม่ได้รับความคุ้มค่านัก แต่ก็เป็นระบบปฎิบัติการที่ออกแบบง่ายเพราะไม่ค่อยมีความสลับซับซ้อน   อีกทั้งยังใช้ทรัพยากรค่อนข้างน้อย

 10. ในการจัดการกับหน่วยความจำ ระบบปฏิบัติการจะมีกิจกรรมใดบ้างที่ต้องรับผิดชอบ

ตอบ  การจัดการหน่วยความจำ เป็นกระบวนการในการจัดการหน่วยความจำคอมพิวเตอร์ นั่นคือการที่สามารถจองหน่วยความจำ เมื่อมีการร้องขอ และคืนหน่วยความจำไปเมื่อไม่มีการใช้งานวิธีการจัดการหน่วยความจำได้พัฒนาเรื่อยมาเพื่อให้มีประสิทธิภาพในการจัดการหน่วยความจำเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งวิธีการใช้หน่วยความจำเสมือน ซึ่งเป็นวิธีการที่นำพื้นที่ของหน่วยความจำรองมาทำหน้าที่ในลักษณะเดียวกับหน่วยความจำหลัก ทำให้ปริมาณหน่วยความจำมีมากขึ้น ดังนั้นประสิทธิภาพของตัวจัดการหน่วยความจำเสมือนจึงมีผลต่อประสิทธิภาพระบบเป็นอย่างมาก

      11. ในการจัดการกับแฟ้มข้อมูล ระบบปฏิบัติการจะมีกิจกรรมใดบ้างที่ต้องรับผิดชอบ

ตอบ  การจัดการแฟ้มข้อมูลเป็นอีกหนึ่งเรื่องหลักที่ระบบปฏิบัติการต้องมี การทำงานต่าง ๆ ต้องจบลงด้วยการบันทึกทุกครั้งเสมอ เพื่อเก็บข้อมูลและสามารถนำข้อมูลนั้นกลับมาใช้ใหม่ได้ในโอกาสต่อไป

      12.  ในการจัดการกับอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต ระบบปฏิบัติการจะมีกิจกรรมใดบ้างที่ต้องรับผิดชอบ

ตอบ  ติดตามสถานะของอุปกรณ์ทุกชิ้น

     กำหนดอุปกรณ์ให้ใช้งาน

    การยกให้ (Dedicated Device)

     การแบ่งปัน (Shared Device)

การจำลอง (Virtual Device)

การจัดสรรอุปกรณ์ (Allocate)

การเรียกคืน (Deallocate)

        13.  ในการจัดการกับหน่วยความจำสำรอง เช่น ดิสก์ ระบบปฏิบัติการจะมีกิจกรรมใดบ้างที่ต้องรับผิดชอบ

ตอบ  ชิ้นส่วนที่ทำงานช้าที่สุดของคอมพิวเตอร์คือ  ดิสก์ไดรฟ์  มีวิธีการแก้ปัญหาคือ  การสร้างไฟล์ให้อยู่บริเวณต่อเนื่องกันทั้งไฟล์  วิธีสองคือ การหันไปใช้แรมดิสก์แทนไดรฟ์จริง  ซึ่งแรมดิสก์เป็นส่วนหนึ่งของหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ แต่ก็ยังไม่สามารถลดหรือจำกัดการอ่านเขียนดิสก์ได้ทั้งหมด  เพื่อการเพิ่มประสิทธิภาพการเข้าอ่านเขียนดิสก์  อาจแก้ไขปัญหาโดยการใช้ดิสก์แคช  โดยความหมายของดิสก์แคชก็คือ  หน่วยความจำชนิดหนึ่งที่เก็บข้อมูลชั่วคราวที่เราใช้บ่อยๆ ถี่ๆ  หรือเก็บข้อมูลที่โปรแกรมแอพพลิเคชันมักร้องขอใช้มากครั้ง  ผลก็คือ  การอ่านเขียนดิสก์ครั้งต่อไป  ก็ไม่จำเป็นต้องเข้าอ่านดิสก์  แต่ไปอ่านที่หน่วยความจำแคชแทน 

      14.  จงสรุปงานบริการของระบบปฏิบัติการมาพอเข้าใจ

ตอบ ระบบปฏิบัติการ (operating system) หรือ โอเอส (OS) เป็นซอฟต์แวร์ที่ทำหน้าที่เป็นตัวกลาง ระหว่างฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ประยุกต์ทั่วไป บางครั้งเราอาจะเห็นระบบปฏิบัติการเป็นเฟิร์มแวร์ก็ได้ระบบปฏิบัติการมีหน้าที่หลัก ๆ คือ การจัดสรรทรัพยากรในเครื่องคอมพิวเตอร์ เพื่อให้บริการซอฟต์แวร์ประยุกต์ ในเรื่องการรับส่งและจัดเก็บข้อมูลกับฮาร์ดแวร์ เช่น การส่งข้อมูลภาพไปแสดงผลที่จอภาพ การส่งข้อมูลไปเก็บหรืออ่านจากฮาร์ดดิสก์ การรับส่งข้อมูลในระบบเครือข่าย การส่งสัญญานเสียงไปออกลำโพง หรือจัดสรรพื้นที่ในหน่วยความจำ ตามที่ซอฟต์แวร์ประยุกต์ร้องขอ รวมทั้งทำหน้าที่จัดสรรเวลาการใช้หน่วยประมวลผลกลาง ในกรณีที่อนุญาตให้ซอฟต์แวร์ประยุกต์หลายๆ ตัวทำงานพร้อมๆ กันระบบปฏิบัติการ ช่วยให้ตัวซอฟต์แวร์ประยุกต์ ไม่ต้องจัดการเรื่องเหล่านั้นด้วยตนเอง เพียงแค่เรียกใช้บริการจากระบบปฏิบัติการก็พอ ทำให้พัฒนาซอฟต์แวร์ประยุกต์ได้ง่ายขึ้น

           15. ในการติดต่อระหว่างโปรเซสกับระบบปฏิบัติการ จะเกี่ยวข้องกับกลุ่มงานใดบ้าง จงอธิบาย

ตอบ  หน้าที่อันสำคัญอีกประการหนึ่งของระบบปฏิบัติการก็คือ จัดสรรการใช้ทรัพยากรของระบบเพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุด ถ้าระบบปฏิบัติการจัดสรรทรัพยากรได้อย่างมี ประสิทธิภาพระบบก็สามารถรันโปรแกรมได้รวดเร็ว และได้งานเพิ่มขึ้น เนื่องจากหน้าที่ความรับผิดชอบของระบบปฏิบัติการในการควบคุมดูแลการทำงานของระบบเครื่องคอมพิวเตอร์มีมากมาย จึงทำให้โครงสร้างทางโปรแกรมของระบบปฏิบัติ-การ มีความสลับซับซ้อนมาก เพื่อความสะดวกในการออกแบบ

ใบงานตอนที่ 3 ระบบปฏิบัติการกับการจัดการทรัพยากรระบบ

1.สถานะของโปรเซสประกอบด้วยอะไรบ้าง  อธิบายมาพอเข้าใจ

ตอบ 

1. New คือ สถานะที่โปรเซสใหม่กำลังถูกสร้าง
2. Ready คือ สถานะที่โปรเซสกำลังรอคอย เพื่อทำงาน
3. Running คือ สถานะที่โปรเซสได้ครอบครองซีพียู หรือกำลังทำงาน
4. Waiting คือ สถานะที่โปรเซสกำลังรอคอยเหตุการณ์บางอย่าง
5. Terminate คือ สถานะที่โปรเซสสิ้นสุด

2.วิธีจัดตารางการทำงาน มีกี่วิธี อะไรบ้าง จงอธิบายพอสังเขป

ตอบ มี 4 วิธี

1. วิธีแบบมาก่อนได้ก่อน (First-Come, First-Served Scheduling : FCFS)
เป็นวิธีที่โปรเซสใดที่ร้องขอหน่วยซีพียูก่อน จะได้รับการบริการก่อน

โปรเซส	ระยะเวลาที่ครอบครองซีพียู(มิลลิวินาที)
P1	24
P2	3
P3	4

P1

P2

P3

                                            0                            24           27           31

ดังนั้น จะพบว่าเวลาในการรอคอยของแต่ละโปรเซสคือ
     P1  เวลารอคอยเป็นศูนย์
     P2  เวลารอคอยเท่ากับ 24 มิลลิวินาที (0+24)
     P3  เวลารอคอยเท่ากับ 27 มิลลิวินาที (0+24+3)
เมื่อคำนวณเวลารอคอยเฉลี่ยก็จะได้เท่ากับ
     (0 + 24 + 27) / 3 = 17 มิลลิวินาที

2. วิธีแบบงานใดใช้เวลาสั้นที่สุด จะได้ก่อน (Shortest-Job-First Scheduling : SJF)
เป็นวิธีที่ไม่ได้คำนึงถึงลำดับในคิวงานว่างานใดมาก่อน แต่พิจารณาจากโปรเซสที่ใช้เวลาการประมวลผลน้อยที่สุด จะได้รับบริการก่อน

โปรเซส	ระยะเวลาที่ครอบครองซีพียู(มิลลิวินาที)
P1	6
P2	8
P3	7
P4	3

P4

P1

P3

P2

                             0         3              9                    16                         24

ดังนั้น จะพบว่าเวลาในการรอคอยของแต่ละโปรเซสคือ
     P4  เวลารอคอยเป็นศูนย์
     P1  เวลารอคอยเท่ากับ 3 มิลลิวินาที (0+3)
     P3  เวลารอคอยเท่ากับ 9 มิลลิวินาที (0+3+6)
     P2  เวลารอคอยเท่ากับ 16 มิลลิวินาที (0+3+6+7)
เมื่อคำนวณเวลารอคอยเฉลี่ยก็จะได้เท่ากับ
     (0 + 3 + 9 + 16) / 4 = 7 มิลลิวินาที

3. วิธีตามลำดับความสำคัญ (Priority Scheduling)
เป็นวิธีที่มีการกำหนดความสำคัญของโปรเซสแต่ละโปรเซสไม่เท่ากัน ดังนั้นโปรเซสที่จะเข้าครอบครองซีพียูได้ ต้องมีลำดับความสำคัญสูงสุดในกลุ่ม

โปรเซส	ระยะเวลาที่ครอบครองซีพียู(มิลลิวินาที)	ลำดับความสำคัญ
P1	10	3
P2	1	1
P3	2	3
P4	1	4
P5	5	2

P2

P5

P1

P3

P4

                            0        1                 6                            16        18     24

ดังนั้น จะพบว่าเวลาในการรอคอยของแต่ละโปรเซสคือ
     P2  เวลารอคอยเป็นศูนย์
     P5  เวลารอคอยเท่ากับ 1 มิลลิวินาที (0+1)
     P1  เวลารอคอยเท่ากับ 6 มิลลิวินาที (0+1+5)
     P3  เวลารอคอยเท่ากับ 16 มิลลิวินาที (0+1+5+10)
     P4  เวลารอคอยเท่ากับ 18 มิลลิวินาที (0+1+5+10+2)
เมื่อคำนวณเวลารอคอยเฉลี่ยก็จะได้เท่ากับ
     (0 + 1 + 6 + 16 + 18) / 5 = 8.2 มิลลิวินาที

4. วิธีแบบหมุนเวียนกันทำงาน (Round-Robin Scheduling)
ถูกออกแบบมาให้ใช้กับระบบคอมพิวเตอร์แบบแบ่งเวลา โดยใช้พื้นฐานวิธีแบบมาก่อนได้ก่อนเป็นหลัก ซึ่งแต่ละโปรเซสจะใช้บริการซีพียูด้วยเวลาที่เท่าๆ กัน หมุนเวียนกันไป ที่เรียกว่า เวลาควันตัม (Quantum Time)

โปรเซส	ระยะเวลาที่ครอบครองซีพียู(มิลลิวินาที)
P1	24
P2	3
P3	4

โดยกำหนดเวลาควันตัม 4 มิลลิวินาที ก็จะเป็นลักษะนี้

P1

P2

P3

P1

P1

P1

P1

P1

        0            4             7             10            14           18            22            26          30

3.การจัดการแฟ้มข้อมูล หมายถึงอะไร ประกอบด้วยอะไรบ้าง จงอธิบายมาพอเข้าใจ

ตอบ   เป็นการกำหนดวิธีการที่ระเบียนถูกจัดเก็บอยู่ในแฟ้มข้อมูลบนอุปกรณ์ที่ใช้เก็บข้อมูล ซึ่งลักษณะโครงสร้างของระเบียนจะถูกจัดเก็บไว้เป็นระบบ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อให้การจัดเก็บข้อมูลและการเข้าถึงข้อมูลมีความสะดวกรวดเร็วมากยิ่งขึ้น

1 การสร้างแฟ้มข้อมูล (file creating) คือ การสร้างแฟ้มข้อมูลเพื่อนำมาใช้ในการประมวลผล ส่วนใหญ่จะสร้างจากเอกสารเบื้องต้น (source document) การสร้างแฟ้มข้อมูลจะต้องเริ่มจากการพิจารณากำหนดสื่อข้อมูลการออกแบบฟอร์มของระเบียน การกำหนดโครงสร้างการจัดเก็บแฟ้มข้อมูล (file organization) บนสื่ออุปกรณ์

       2 การปรับปรุงรักษาแฟ้มข้อมูลแบ่งออกได้ 2 ประเภท คือ

          1) การค้นคืนระเบียนในแฟ้มข้อมูล (retrieving) คือ การค้นหาข้อมูลที่ต้องการหรือเลือกข้อมูลบางระเบียนมาใช้เพื่องานใดงานหนึ่ง การค้นหาระเบียนจะทำได้ ด้วยการเลือกคีย์ฟิลด์ เป็นตัวกำหนดเพื่อที่จะนำไปค้นหาระเบียนที่ต้องการในแฟ้มข้อมูล ซึ่งอาจจะมีการกำหนเงื่อนไขของการค้นหา เช่น ต้องการหาว่า พนักงานที่ชื่อสมชายมีอยู่กี่คน

          2) การปรับเปลี่ยนข้อมูล (updating) เมื่อมีแฟ้มข้อมูลที่จะนำมาใช้ในการประมวลผลก็จำเป็นที่จะต้องทำหรือรักษาแฟ้มข้อมูลนั้นให้ทันสมัยอยู่เสมอ อาจจะต้องมีการเพิ่มบางระเบียนเข้าไป (adding) แก้ไขเปลี่ยนแปลงค่าฟิลด์ใดฟิลด์หนึ่ง (changing) หรือลบบางระเบียนออกไป (deleting)