หลักการทำงาน

1. ระบบปฏิบัติการ และ หลักการทำงาน

2. โปรแกรมควบคุมการทำงานเบื้องต้น เป็นโปรแกรมขนาดเล็กถือเป็นโปรแกรมประจำตัวเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มักจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงโปรแกรมนี้ตลอดอายุการใช้งาน โปรแกรมนี้จะถูกติดตั้งอยู่ในหน่วยความจำถาวรของคอมพิวเตอร์ซึ่งเป็นหน่วยความจำประเภทรอมหรือในหน่วยความจำแฟลช (รายละเอียดประเภทหน่วยความจำอยู่ในบทที่ 4) โปรแกรมควบคุมการทำงานเบื้องต้นจะทำหน้าที่ตั้งแต่เริ่มเปิดใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ จนกระทั่งอ่านโปรแกรมปฏิบัติการเข้ามาสู่หน่วยความจำได้หลังจากนั้นจึงจะส่งหน้าที่ให้ซีพียูไปทำงานในโปรแกรมระบบปฏิบัติการต่อไป ขั้นตอนต่างๆ และส่วนประกอบที่สำคัญของโปรแกรมควบคุมการทำงานเบื้องต้นได้แก่ 1. เมื่อเริ่มเปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ซีพียูจะเริ่มต้นทำงานโดยใช้โปรแกรมในหน่วยความจำรอมคือโปรแกรมควบคุมการทำงานเบื้องต้นทำการตั้งค่าสำหรับการควบคุมอุปกรณ์วงจรรวมและอุปกรณ์ประกอบหลักในระบบ

3. 2. ตรวจสอบความเรียบร้อยทดสอบการทำงานของส่วนประกอบต่างๆ ในระบบว่าสามารถทำงานได้ตามปกติ เช่น แป้นพิมพ์ จอภาพ หน่วยความจำแรม หรือรอม หากอุปกรณ์ไม่สามารถทำงานได้ตามปกติก็จะแสดงข้อความให้ผู้ใช้คอมพิวเตอร์หรือผู้ดูแลระบบคอมพิวเตอร์สำหรับระบบขนาดใหญ่ได้ทราบ หากเหตุผิดปกตินั้นเป็นเหตุสำคัญจะไม่ยอมให้ทำงานอื่นๆ ต่อ เนื่องจากคอมพิวเตอร์เครื่องนั้นต้องการการซ่อมแซม ส่วนของโปรแกรมที่ใช้ตรวจสอบการทำงานของอุปกรณ์หลักนี้เรียกว่าโปรแกรมทดสอบตัวเอง (Self diagnostic program) 3.เมื่ออุปกรณ์ต่างๆ ที่ถูกตรวจสอบทำงานได้อย่างปกติ หลังจากนั้นจะตรวจสอบอุปกรณ์บันทึกข้อมูลหลักเช่นดิสก์เพื่ออ่านข้อมูลและโปรแกรมในส่วนที่สองเข้ามา โปรแกรมในส่วนที่สองที่ถูกดึงเข้ามาจากอุปกรณ์บันทึกข้อมูลหลักนี้เรียกว่า บทสแตรปโหลดเดอร์ (Bootstrap loader program) 4.โปรแกรมควบคุมการทำงานเบื้องต้นจะส่งหน้าที่ให้ซีพียูทำงานต่อไปยังโปรแกรมบทสแตรปโหลดเดอร์ ซึ่งเป็นโปรแกรมส่วนแรกสุดของระบบปฏิบัติการที่ถูกสร้างขึ้นในระหว่างการติดตั้งโปรแกรมระบบปฏิบัติการ โปรแกรมนี้จะมีขนาดเล็กและมีหน้าที่เพียงระบุว่าจะอ่านโปรแกรมระบบปฏิบัติการขึ้นมาจากอุปกรณ์บันทึกข้อมูลได้อย่างไร

4. 5. โปรแกรมบูทสแตรปโหลดเดอร์จะทำการบูท (boot) คือการอ่านระบบปฏิบัติการเข้าสู่หน่วยความจำแล้วส่งการทำงานให้ซีพียูไปทำงานตามคำสั่งของโปรแกรมระบบปฏิบัติการ ซึ่งก็จะสิ้นสุดขั้นตอนของโปรแกรมควบคุมการทำงานเบื้องต้น ต่อไปจะเป็นหน้าที่ของโปรแกรมระบบปฏิบัติการ การที่ระบบคอมพิวเตอร์จะต้องมีโปรแกรมเพื่อเริ่มต้นทำงานแบ่งเป็นหลายโปรแกรมเนื่องจากคอมพิวเตอร์ฮาร์ดแวร์แต่ละระบบสามารถเลือกใช้ระบบปฏิบัติการได้หลายแบบหลายชนิด วิธีการจัดเก็บตัวระบบปฏิบัติการเองและการจัดรูปแบบการบันทึกข้อมูลลงในหน่วยบันทึกข้อมูลของแต่ละระบบปฏิบัติการมีข้อแตกต่างกัน ในทุกระบบปฏิบัติการจึงต้องมีวิธีการเก็บโปรแกรมส่วนต้นที่เหมือนกันเพื่อให้โปรแกรมควบคุมการทำงานเบื้องต้นได้ใช้วิธีเดียวในการอ่านระบบปฏิบัติการคือการเก็บโปรแกรมบูทสแตรปโหลดเดอร์ซึ่งคอมพิวเตอร์ทุกๆ ระบบมักกำหนดให้โปรแกรมบูทสแตรปโหลดเดอร์เก็บไว้ในส่วนต้นที่สุดของการบันทึกข้อมูลในอุปกรณ์บันทึกข้อมูลหลัก

5. ตัวอย่างโปรแกรมควบคุมการทำงานเบื้องต้นของเครื่องพีซีมีชื่อเรียกเฉพาะว่าไบออส (Basic I/O System – BIOS.) ถูกติดตั้งอยู่ในหน่วยความจำรอม (เรียกว่ารอมไบออส) หรือหน่วยความจำแฟลช (เรียกว่าแฟลชไบออส) มีส่วนของโปรแกรมเช่นเดียวกับที่กล่าวมาแล้วคือ ส่วนทดสอบการทำงานของอุปกรณ์หลักหรือไดแอกนอสติก ส่วนบูททำหน้าที่อ่านโปรแกรมบูทสแตรป และยังมีโปรแกรมควบคุมการทำงาน

6. อุปกรณ์หลักของเครื่องเช่นคีย์บอร์ด จอภาพ ฮาร์ดดิสก์ ฟลอปปี้ดิสก์ นอกจากการทำงานในช่วงต้นแล้วในระหว่างการทำงานของระบบปฏิบัติการและโปรแกรมประยุกต์ก็ยังมีส่วนของการเรียกใช้โปรแกรมควบคุมที่อยู่ในไบออสด้วย เช่นโปรแกรมควบคุมวันที่-เวลา โปรแกรมควบคุมแป้นพิมพ์ โปรแกรมควบคุมการทำงานของพอร์ตอนุกรม หรือพอร์ตขนาน ฯลฯ เป็นต้น

7. ระบบคอมพิวเตอร์แทบทุกระบบถือว่าระบบปฏิบัติการเป็นส่วนสำคัญของระบบ โดยทั่วไประบบคอมพิวเตอร์แบ่งเป็น 4 ส่วน คือ ฮาร์ดแวร์ ระบบปฏิบัติการ โปรแกรมประยุกต์ และผู้ใช้ • ฮาร์ดแวร์ ประกอบด้วยทรัพยากรต่างๆ ที่มีในระบบ ได้แก่ อุปกรณ์นำข้อมูลเข้า/ออก หน่วยประมวลผลกลาง และหน่วยความจำ นอกจากนี้ยังหมายความรวมถึง โปรแกรมภาษาเครื่อง และไมโครโปรแกรม ซึ่งเป็นส่วนที่บริษัทผู้ผลิตสร้างขึ้นเพื่อใช้เป็นซอฟร์แวร์ในระดับพื้นฐาน (primitive level) โดยสามารถทำงานได้โดยตรงกับทรัพยากรระบบด้วยคำสั่งง่ายๆ เช่น ADD MOVE หรือ JUMP คำสั่งเหล่านี้จะถูกกำหนดเป็นขั้นตอน การทำงานของวงจรภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ ชุดคำสั่งที่ไมโครโปรแกรมต้องแปลหรือตีความหมายจะอยู่ใน รูปแบบภาษาเครื่องและมักเป็นคำสั่งในการคำนวณ เปรียบเทียบ และการควบคุมอุปกรณ์นำข้อมูลเข้า/ออก • ระบบปฏิบัติการ เป็นโปรแกรมที่ทำงานเป็นตัวกลางระหว่างผู้ใช้เครื่องและฮาร์ดแวร์ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อจัดสภาพแวดล้อมให้ผู้ใช้ระบบสามารถปฏิบัติงานบนเครื่องคอมพิวเตอร์ได้ โดยจะเอื้ออำนวยการพัฒนาและการใช้โปรแกรมต่างๆ รวมถึงการจัดสรรทรัพยากรต่างๆ ให้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ • โปรแกรมประยุกต์ คือซอฟต์แวร์หรือโปรแกรมที่ถูกเขียนขึ้นเพื่อการทำงานเฉพาะอย่างที่เราต้องการ เช่น งานส่วนตัว งานทางด้านธุรกิจ งานทางด้านวิทยาศาสตร์ โปรแกรมทางธุรกิจ เกมส์ต่างๆ ระบบฐานข้อมูล ตลอดจนตัวแปลภาษา เราอาจเรียกโปรแกรมประเภทนี้ว่า User's Program

8. โปรแกรมประเภทนี้โดยส่วนใหญ่มักใช้ภาษาระดับสูงในการพัฒนา เช่นภาษา C, C++, COBOL, PASCAL, BASIC ฯลฯ ตัวอย่างของโปรแกรมที่พัฒนาขึ้นใช้ในทางธุรกิจ เช่น โปรแกรมระบบบัญชีจ่ายเงินเดือน (Payroll Program) โปรแกรมระบบเช่าซื้อ (Hire Purchase) โปรแกรมระบบสินค้าคงหลัง (Stock Program) ฯลฯ ซึ่งแต่ละโปรแกรมก็จะมีเงื่อนไขหรือแบบฟอร์มที่แตกต่างกัน ตามความต้องการหรือกฏเกณฑ์ของแต่ละหน่วยงานที่ใช้ ซึ่งโปรแกรมประเภทนี้เราสามารถดัดแปลงแก้ไขเพิ่มเติม (Modifications) ในบางส่วนของโปรแกรมเองได้ เพื่อให้ตรงกับความต้องการของผู้ใช้งานโปรแกรม 

9. โปรแกรมเหล่านี้เป็นตัวกำหนดแนวทางในการใช้ทรัพยากรระบบ เพื่อทำงานต่างๆ ให้แก่ผู้ใช้หลากหลายประเภท ซึ่งอาจเป็นได้ทั้งบุคคล โปรแกรม หรือเครื่องคอมพิวเตอร์ เช่นตัวแปรภาษาต้องใช้ทรัพยากรระบบในการแปลโปรแกรมภาษาระดับสูงให้เป็นภาษาเครื่องแก่โปรแกรมเมอร์ ดังนั้น ระบบปฏิบัติการต้องควบคุมและประสานงานในการใช้ทรัพยากรระบบของผู้ใช้ให้เป็นไปอย่างถูกต้อง • ผู้ใช้ ถึงแม้ระบบคอมพิวเตอร์จะประกอบด้วยองค์ประกอบทั้งทางด้านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ แต่ระบบคอมพิวเตอร์จะไม่สามารถทำงานได้ถ้าขาดอีกองค์ประกอบหนึ่ง ซึ่งได้แก่ องค์ประกอบทางด้านบุคลากรที่จะเป็นผู้จัดการและควบคุมระบบคอมพิวเตอร์ให้สามารถปฏิบัติงานได้อย่างราบรื่น คอยแก้ไขปัญหาต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นกับระบบคอมพิวเตอร์ พัฒนาโปรแกรมประยุกต์ต่าง ๆ รวมไปถึงการใช้งานโปรแกรมประยุกต์ที่ถูกพัฒนาขึ้น

10. ดร. ยรรยงเต็งอำนวย • วิธีการปฏิบัติหรือดำเนินงานที่ซับซ้อนซึ่งได้รับการรวบรวมเป็นแบบแผนเดียวกัน • กลุ่มโปรแกรมซึ่งได้รับการจัดระเบียบให้เป็นส่วนเชื่อมโยงระหว่างเครื่องและผู้ใช้ โดยจะเอื้ออำนวยการพัฒนาและการใช้โปรแกรมต่างๆรวมถึงการจัดสรรทรัพยากรต่างๆให้มีประสิทธิผลที่ดี • มงคลอัศวโกวิทกรณ์ • โปรแกรมที่ช่วยจัดการให้การรันโปรแกรมเสร็จสิ้นสมบูรณ์และควบคุมการทำงานของเครื่อง • กลุ่มโปรแกรมงานที่มีความสามารถสูงเช่นช่วยในการแบ่งปันการใช้ทรัพยากรต่างๆในระบบ และควบคุมจังหวะการทำงานของโปรแกรมที่กำลังรันอยู่เพื่อมิให้เกิดข้อผิดพลาดและรวมถึงควบคุม System Software

11. ยามเกี่ยวกับระบบปฏิบัติการได้มีผู้ให้นิยามไว้ดังนี้ยามเกี่ยวกับระบบปฏิบัติการได้มีผู้ให้นิยามไว้ดังนี้ • Andrew S. Tanenbaum: • An operating system as an extended machine. • An operating system as a resource manager. • Milan Milenkovic: • An operating system is an organized collection of software extensions of hardware, consisting of control routines for operating a computer and for providing an environment for execution of programs. • H. M. Deitel • Operating systems are primarily resource managers; the main resource they manage is computer hardware in the form of processors, storage, input/output devices, communication devices and data. Operating systems perform many functions such as implementing the user interface, sharing hardware among users, allowing users to share data among themselves, preventing users from interfering with one another, scheduling resources among users, facilitating input/output, recovering from errors, accounting for resource usage, facilitating parallel operations, organizing data for secure and rapid access, and handling network communications. • A. Silberschatz , J. Peterson and P. Galvin • An operating system is a program that acts as an intermediary between a user of a computer and the computer hardware. • An operating system is similar to a government. The components of a computer system are its hardware, software, and data. The operating system provides the means for the proper use of these resources in the operation of the computer system. Like a government, the operating system performs no useful function by itself. It simply provides an environment within which other programs can do useful work. • William S. Davis • The operating system is a set of software routines that sits between the application program and hardware. Because the operating system serves as a hardware/software interface (Fig. 1.2 ), application programmers and users rarely communicate directly with the hardware. จากนิยามพอจะที่สรุปได้ว่าระบบปฏิบัติการคือกลุ่มโปรแกรมที่ได้รับการจัดระเบียบเพื่อทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของระบบ และเสริมการทำงานในส่วนของฮาร์ดแวร์โดยใช้เป็นตัวเชื่อมโยงระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์และผู้ใช้ทั้งนี้เพื่ออำนวยความสะดวกในการพัฒนาและการใช้งานโปรแกรมต่างๆรวมถึงการจัดสรรทรัพยากรต่างๆในระบบให้มีประสิทธิผลที่ดี ในลักษณะที่ผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องทราบกลไกการทำงานหรือฮาร์ดแวร์ของระบบ