บทที่2 โครงสร้างของระบบปฎิบัติการคอมพิวเตอร์และโครงสร้างของระบบปฎิบัติการ

บทที่2

โครงสร้างของระบบปฎิบัติการคอมพิวเตอร์และโครงสร้างของระบบปฎิบัติการ

ปฏิบัติการของระบบคอมพิวเตอร์

(computer-system operation)

ระบบคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ปัจจุบันประกอบด้วย ซีพียู และกลุ่มของตัวควบคุมอุปกรณ์ (device controller) ซึ่งเชื่อมต่อเพื่อเข้าถึงหน่วยความจำผ่านทางบัสระบบ (system bus)

อุปกรณ์แต่ละชนิดจะมีตัวควบคุมอุปกรณ์เฉพาะแยกจากกัน โดยมี local buffer

ซีพียูและตัวควบคุมอุปกรณ์ทั้งหมดสามารถทำงานไปพร้อมๆ กันได้

ซีพียูจะย้ายข้อมูลเข้า/ออกระหว่างหน่วยความจำหลักกับ local buffer

ตัวควบคุมอุปกรณ์จะบอกซีพียูว่าอุปกรณ์ทำงานเสร็จแล้วหรือยังโดยวิธีขัดจังหวะ (interrupt)

ระบบการทำงานของคอมพิวเตอร์แบ่งออกเป็น 3 ส่วนหลักคือๆ

1.หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit = CUP) เปรียบเสมือนสมองของ คอมพิวเตอร์ เพราะทำหน้าที่คิดคำนวณและประมวลผลชุดคำสั่ง ๆที่เราสั่งเข้าไป

2.หน่วยรับข้อมูลเข้า (Input Unit) เป็นอุปกรณ์ที่รับและส่งข้อมูลเข้าไปในระบบ คอมพิวเตอร์เช่น แป้นพิมพ์ (Keyboard) , และเมาส์ (Mouse) เป็นต้น

3.หน่วยแสดงผลข้อมูล (Output Unit) ทำหน้าที่แสดงผลลัพธ์ได้จากการประมวลผลต่างๆ โดยอาจจะแสดงออกมา เช่น

- จอภาพ

- เครื่องพิมพ์

- แฟกซ์

โครงสร้างของอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต

          อุปกรณ์อินพุต (Input Device) คืออุปกรณ์ที่ทำให้คอมพิวเตอร์สามารถรับข้อมูลต่างๆ

จากภายนอกได้  เช่น  คีย์บอร์ด,เมาส์,สแกนเนอร์,ไมโครโฟน

         อุปกรณ์เอาต์พุต (Output Device)  คืออุปกรณ์ที่คอมพิวเตอร์ส่งผลและแสดงผลข้อมูล

เหล่านั้นออกมา  เช่น  จอภาพ,เครื่องพิมพ์,เสียงจากลำโพง

การขัดจังหวะอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุต (I/O Interrupts)

          การขัดจังหวะจะทำงานอย่างต่อเนื่องร่วมกับ CPU จึงถูกเรียกว่า Interrupt-request line โดยทำงานเป็น Interrupt-driven I/O cycle สำหรับ 7 องค์ประกอบ

          1. Device driver initiates I/O

          2. Initiates I/O

          3. Input ready, output complete, or error generates interrupt signal

          4. CPU receiving interrupt, transfers control to interrupt handler

          5. Interrupt handler processes data, returns from interrupt

          6. CPU resumes processing of interrupted task

          7. CPU executing checks for interrupts between instructions

DMA (Direct Memory Access) หรือการส่งเข้าถึงข้อมูลในหน่วยความจำโดยตรง คือกระบวนการโอนย้ายข้อมูลระหว่างหน่วยความจำกับอุปกรณ์ภายนอก โดยไม่ผ่าน CPU
กระบวนการ DMA เริ่มต้นจาก

1. อุปกรณ์ที่ต้องการทำ DMA ส่งสัญญาณ DREQ เพื่อร้องขอทำ DMA ไปยัง DMA controllerในช่องทาง (channnel) ที่ต้องการ

2. เมื่อ DMA controller ได้รับสัญญาณ ก็จะตรวจสอบก่อนว่าสามารถอณุญาติให้ทำ DMA ได้หรือไม่แล้วจึงส่งสัญญาณ HRQ เพื่อบอก CPU ว่าต้องการเข้ามาใช้ BUS โดยส่งสัญญาณนี้ไปยังของHOLD ของ CPU

3. เมื่อ CPU ได้รับสัญญาณ HRQ จาก DMA controller ที่ขา HOLD และพร้อมที่จะตอบสนองก็จะส่งสัญญาณ HLDA หรือ Hold Acknowledge ตอบกลับไปยัง DMA controller เพื่อแสดงว่า CPUได้ปลดตัวเองและปล่อยการควบคุม แล้วจะส่งหน้าที่ต่างๆให้ DMA controller รับไปดำเนินการ

4. เมื่อ DMA controller ได้รับสัญญาณ HLDA แล้วก็เข้าควบคุม address bus และ controller busและส่งสัญญาณ DACK ตอบกลับไปยังอุปกรณ์เพื่อแสดงถึงการพร้อมสำหรับเริ่มต้นส่งข้อมูล

5. การส่งข้อมูลจะเริ่มต้นโดยจะส่งสัญญาณ AEN ส่งสัญญาณ คือ address แรกของหน่วยความจำเป้าหมายออกไปที่ address bus และส่งสัญญาณไปควบคุมการเขียนและอ่านหน่วยความจำกับอุปกรณ์กับอุปกรณ์ออกไป เพื่อดำเนินการย้ายข้อมูลระหว่างอุปกรณ์กับหน่วยความจำ

6. เมื่อข้อมูลโอนย้ายจนครบสมบูรณ์แล้วก็จะเข้าสู่กระบวนการยกเลิก DMA โดย DMA จะส่งสัญญาณEOP หรือ End Of Process ออกไป

7. ส่งผลให้สัญญาณ AEN ตกลงเป็น LOW เพื่อคืน bus ให้กับ CPU และ HRQ จาก DMA controller ที่ไปของให้ CPU HOLD ก็จะหายไป เพื่อให้ CPU กลับมาดูแล bus ต่างๆดังเดิม

8.เมื่อสัญญาณที่ร้องของ HOLD หายไป CPU ก็จะรับรู้และจะตอบสนองโดยยกเลิกสัญญาณ HLDAเพื่อแสดงว่าตอนนี้ CPU กลับมาดูแลระบบแล้ว

ลำดับชั้นของหน่วยความจำ (Memory Hierarchy)

หน่วยความจำมีอยู่หลายชนิดด้วยกันแต่ละชนิดต่างก็มีอัตราความเร็วที่แตกต่างกัน รวมทั้งขนาดความจุและราคาที่แตกต่างกัน สาเหตุที่เป็นเช่นนั้นก็เพราะว่า เพื่อให้เราเลือกหน่วยความจำใช้งานได้อย่างเหมาะสมนั้นเอง

หน่วยความจำชั่วคราว (Volatile memory)

 คือหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ที่จำเป็นต้องมีไฟฟ้าเลี้ยงตลอดเวลาตราบเท่าที่ยังต้องการให้มันเก็บข้อมูลนั้นอยู่หรืออีกนัยหนึ่งก็คือหากไม่ได้รับไฟฟ้าเลี้ยงแล้วข้อมูลที่เคยเก็บอยู่ในหน่วยความจำชั่วคราวก็จะหายไป ตัวอย่างของหน่วยความจำชั่วคราวก็คือ แรมชนิดต่างๆ ตรงกันข้ามกับหน่วยความจำถาวรที่ยังรักษาข้อมูลอยู่แม้ว่าจะไม่มีไฟฟ้าเลี้ยงแล้วก็ตาม

หน่วยความจำถาวร (Non-volatile memory) คือหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ที่สามารถเก็บรักษาข้อมูลได้อยู่โดยไม่ต้องอาศัยไฟฟ้า ตัวอย่างหน่วยความจำถาวรเช่น รอม, แฟลช ยังรวมถึงหน่วยเก็บข้อมูลด้วยแม่เหล็ก เช่น hard disks,floppy disks  หน่วยเก็บข้อมูลด้วยแสง เช่น แผ่นCD