คอมพิวเตอร์และระบบปฏิบัติการเบื้องต้น

คอมพิวเตอร์และระบบปฏิบัติการเบื้องต้น

ความหมายของคอมพิวเตอร์

                คอมพิวเตอร์คืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถประมวลผลข้อมูลได้โดยอัตโนมัติตามโปรแกรมที่มนุษย์ป้อนคำสั่งให้ทำ ทั้งนี้ คอมพิวเตอร์ยังสามารถรับข้อมูลที่ป้อนเข้าไป พร้อมชุดคำสั่งและนำไปประมวลผลออกมาเป็นสารสนเทศตามที่ต้องการ ปัจจุบันคอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับในอดีต เนื่องจากมีการค้นพบเทคโนโลยีใหม่ที่สามารถนำทรานซิสเตอร์จำนวนมหาศาลมาบรรจุอยู่ในชิปที่มีขนาดเล็กลงได้

รูป1.1 คอมพิวเตอร์ในอดีตที่มีขนาดใหญ่โต โดยในยุคนั้นจะใช้หลอดสุญญากาศแทนหน่วยความจำ

รูป 1.2 คอมพิวเตอร์ในปัจจุบันที่สามารถนำมาวางบนโต๊ะทำงานได้อย่างสะดวก

รูปที่ 1.3 หน่วยประมวลผลกลางหรือซีพียูที่มีขนาดเล็ก แต่ภายในสามารถบรรจุวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถเทียบเท่ากับทรานซิสเตอร์จำนวนมหาศาลจึงเป็นที่มาของคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กสำหรับในยุคนี้

ประเภทของคอมพิวเตอร์

                คอมพิวเตอร์มีหลายประเภทด้วยกัน ซึ่งในที่นี้จะแบ่งคอมพิวเตอร์ตามขนาด ดังนั้นคอมพิวเตอร์แต่ละขนาดจะมีระดับความสามารถที่แตกต่างกัน การพิจารณาว่าจะใช้คอมพิวเตอร์ประเภทใด จะพิจารณาถึงปริมาณข้อมูล ลักษณะงาน และความเหมาะสม โดยประเภทของคอมพิวเตอร์สามารถแบ่งออกเป็น 5 ประเภทด้วยกัน คือ

1. ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ (Supercomputers)

2. เมนเฟรมคอมพิวเตอร์ (Mainframe Computers)  

3. มินิคอมพิวเตอร์ (Minicomputers)

4. เวิร์กสเตชั่น (Workstations)

 5. ไมโครคอมพิวเตอร์ (Microcomputers)

วิวัฒนาการของระบบปฏิบัติการ

                ระบบปฏิบัติการได้มีการพัฒนาเพื่อใช้งานตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน จากประวัติศาสตร์การพัฒนาของระบบปฏิบัติการ จะพบว่าโปรแกรมระบบปฏิบัติการมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับสถาปัตยกรรมของคอมพิวเตอร์เป็นอย่างมาก ทั้งนี้อันเนื่องมาจากระบบปฏิบัติการได้พัฒนาเพื่อให้ผู้ใช้งานอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ของเครื่องคอมพิวเตอร์ ดังนั้น การพัฒนาด้านอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์จึงทำให้เกิดการพัฒนาโปรแกรมระบบปฏิบัติการไปพร้อมๆกัน เพื่อให้ผู้ใช้สามารถสั่งงานคอมพิวเตอร์เพื่อประมวลผลกับอุปกรณ์เหล่านั้นตามต้องการได้ สำหรับระบบปฏิบัติการที่พัฒนาเพื่อใช้งานอยู่บนเครื่องเมนเฟรมคอมพิวเตอร์ ก็จะไม่สามารถนำมาใช้งานบนเครื่องซีพีคอมพิวเตอร์ได้  เนื่องจากสภาพแวดล้อมของเครื่องเมนเฟรมคอมพิวเตอร์กับซีพีคอมพิวเตอร์มีรูปแบบทางสถาปัตยกรรม (Platform) ที่แตกต่างกันนั้นเอง

                สำหรับในอดีตที่มีการพัฒนาโปรแกรมระบบปฏิบัติการเป็นต้นมา จึงทำให้เกิดระบบปฏิบัติการยุคต่างๆ ดังรายละเอียดต่อไปนี้

                1.ระบบปฏิบัติการยุคที่ 1

                เป็นระบบปฏิบัติการที่ใช้งานในช่วงปี ค.ศ. 1950  ซึ่งคอมพิวเตอร์ในยุคนั้น ไม่มีระบบปฏิบัติการไว้ใช้งาน เมื่อต้องการสั่งให้คอมพิวเตอร์ทำงาน ผู้ควบคุมระบบจะต้องป้อนคำสั่งที่เป็นภาษาเครื่องเข้าไปเพื่อควบคุมการทำงานด้วยตนเอง ดังนั้น ผู้ควบคุมระบบจำเป็นต้องรู้หลักการและเข้าใจการทำงานของเครื่องคอมพิวเตอร์เป็นอย่างดี รวมถึงต้องรู้ภาษาเครื่องที่จะต้องป้อนเข้าไปจึงทำให้การใช้งานคอมพิวเตอร์ในยุคนั้นยังไม่แพร่หลาย เนื่องจากมีความยากลำบาก และบุคคลที่ทำงานได้ต้องเป็นผู้เชี่ยวชาญเท่านั้น

                2.ระบบปฏิบัติการยุคที่ 2

                เป็นระบบปฏิบัติการที่ใช้งานในช่วงปี ค.ศ. 1960 ที่รองรับ การประมวลผลแบบกลุ่ม (Batch Processing) โดยการประมวลผลแบบกลุ่มคือ การรวบรวมงานทั้งหลายรวมกลุ่มเข้าด้วยกันที่เรียกว่าแบตช์ จากนั้นก็จะป้อนเข้าสู่เครื่องคอมพิวเตอร์ทำงานทีเดียวจนกระทั้งสำเร็จ ครั้นเมื่องานใดได้ประมวลผลเสร็จสิ้นแล้ว ก็จะคืนการควบคุมเครื่องให้แก่ระบบปฏิบัติการ เพื่อให้ระบบปฏิบัติการได้นำไปจัดเตรียมทรัพยากรเพื่อรอประมวลผลงานชิ้นใหม่ที่ระบบปฏิบัติการเลือกเข้ามารันในระบบต่อไป

                3.ระบบปฏิบัติการยุคที่ 3

                ระบบปฏิบัติการยุคที่ 3 จะอยู่ในช่วงกลางปี ค.ศ. 1960 ถึงกลางปี ค.ศ. 1970 ได้มีการพัฒนาขีดความสามารถยิ่งขึ้นไปอีก โดยสามารถรองรับการทำงานแบบมัลติโปรแกรมมิ่ง (Multiprogramming) และนับเป็นจุดเริ่มต้นของระบบมัลติโปรเซสซิ่ง (Multiprocessing) โดยระบบมัลติโปรแกรมมิ่งผู้ใช้งานหลายๆคนสามรถใช้งานได้เครื่องเดียวกันพร้อมกัน ด้วยการนำหลักการ ไทม์แชร์ริ่ง (Time Sharing) เข้ามาใช้งาน โดยจะดูเหมือนซีพียูบนเครื่องจะทำงานหลายๆงานไปพร้อมๆกัน ซึ่งความจริงแล้วไม่ใช่เป็นเช่นนั้น เนื่องจากมีซีพียูเพียงตัวเดียว ดังนั้น ซีพียูจะใช้ช่วงเวลาในขณะใดขณะหนึ่งเพื่อประมวลผลโปรแกรมในระยะเวลาอันสั้น จากนั้นก็จะย้ายไปรันงานอื่น ซึ่งจะสลับการทำงานเช่นนี้ไปเรื่อยๆจนครบทุกงาน และท้ายสุดงานหลายๆงาน ที่ส่งเข้าไปประมวลผลก็จะถูกประมวลผลครบทั้งหมดในช่วงเวลาไล่เลี่ยกัน ส่วน ระบบมัลติโปรเซสซิ่ง ภายในเครื่องคอมพิวเตอร์จะมีซีพียูมากกว่าหนึ่งตัวที่สามารถทำงานพร้อมกัน เพื่อเพิ่มกำลังการประมวลผลที่รวดเร็วยิ่งขึ้น

                นอกจากระบบมัลติโปรแกรมมิ่ง ที่เกิดขึ้นในยุคนี้แล้ว ยังมี ระบบเรียลไทม์ (Real Time) ที่เกิดขึ้นในยุคนี้ด้วย โดยระบบเรียลไทม์ เป็นระบบที่สามารถตอบสนองแบบทันทีทันใดเมื่อมีการรับอินพุดเข้าไป ซึ่งระบบเรียลไทม์ในอุดมคติแล้ว เป็นระบบที่สามารถประมวลผลได้ทันที โดยใช้เวลาในการประมวลผลมีค่าเท่ากับศูนย์ แต่ในทางปฏิบัติแล้ว คงไม่มีเครื่องใดที่สามารถทำงานในลักษณะนี้ได้ ซึ่งทำได้แค่เพียงลดเวลาการประมวลผลให้น้อยเท่านั้น

                4.ระบบปฏิบัติการยุคที่ 4

                เป็นยุคที่อยู่ในช่วงกลางปี ค.ศ. 1970 ถึงปัจจุบันซึ่งเป็นยุคที่สามารถสร้างวงจร หรือซิปขนาดเล็กที่ภายในสามารถบรรจุทรานซิสเตอร์จำนวนมหาศาลเข้าไปได้ ก่อให้เกิดไมโครคอมพิวเตอร์ขึ้น และตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ไมโครคอมพิวเตอร์ หรือมักเรียนพีซีคอมพิวเตอร์ ก็ได้ถูกนำมาใช้งานอย่างแพร่หลาย มีการพัฒนาระบบปฏิบัติการที่นำมาใช้งานบนเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ เช่น MS-DOS นอกจากนี้ ยังมีการพัฒนาระบบปฏิบัติการเพื่อใช้งานบนระบบเครือข่าย (Network Operating System) และต่อมาในปี ค.ศ. 1990 ก็เกิดระบบปฏิบัติการ Windows 3.0  ซึ่งเป็นระบบปฏิบัติการที่รองรับการใช้งานแบบมัลติทาสกิ้ง (Multitasking) และนับจากนั้นเป็นต้นมา ระบบปฏิบัติการ Windows ก็ได้เข้ามามีบทบาทสำคัญ กับการพัฒนาเพื่อใช้งานบนเครื่องพีซีคอมพิวเตอร์นับแต่นั้นมา ที่สามารถติดตั้งใช้งานตนเดียวหรือใช้งานบนเครือข่ายก็ได้ โดยที่ผ่านมาระบบปฏิบัติการ Windows ได้มีการพัฒนาเวอร์ชั่นอย่างต่อเนื่อง เช่น Windows 3.11, Windows 95, Windows 98, Windows 2000, Windows  ME, Windows XP และ Windows Vista    เป็นต้น

หน้าที่ของระบบปฏิบัติการ

                ระบบปฏิบัติการ มีหน้าที่หลักสำคัญต่างๆ ดังนี้

                1. การติดต่อกับผู้ใช้

                การติดต่อกับผู้ใช้ ในที่นี้หมายถึง ยูสเซอร์อินเตอร์เฟส ที่ผู้ใช้สามารถติดต่อหรือโต้ตอบเพื่อสั่งการให้คอมพิวเตอร์ทำงานตามที่ต้องการได้ ด้วยการสั่งงานผ่านคีย์บอร์ด ตัวอย่างเช่น ในระบบปฏิบัติการ DOS ผู้ใช้สามารถสั่งงานผ่านดอสพร็อมต์ดังรูปที่ 1.29 หรือระบบปฏิบัติการ Windows ที่มีอินเตอร์เฟซแบบ GUI (Graphics User Interface) ที่ผู้ใช้สามารถใช้เมาส์คลิกไอคอนต่างๆ เพื่อสั่งให้คอมพิวเตอร์ทำงาน ดังรูปที่ 1.30

รูปที่ 1.29 การอินเตอร์เฟซกับผู้ใช้ในรูปแบบของ Command Line ในระบบปฏิบัติการ DOS

รูปที่ 1.30 การอินเตอร์เฟซกับผู้ใช้ในรูปแบบกราฟฟิกในระบบปฏิบัติการ Windows

                2.การควบคุมดูแลอุปกรณ์

                อุปกรณ์ต่างๆในระบบคอมพิวเตอร์มีจำนวนมากมาย ทั้งนี้ระบบปฏิบัติการจะต้องไปดูแลและควบคุมอุปกรณ์เหล่านั้นอย่างเป็นระบบ สำหรับระบบปฏิบัติการณ์ในส่วนของรูทีนที่ใช้ควบคุมอุปกรณ์แต่ละชนิดจะมีความแตกต่างกันไปตามแต่ละอุปกรณ์ เช่น รูทีนควบคุมดิสก์ รูทีนควบคุมจอภาพ รูทีนควบคุมเครื่องพิมพ์ เป็นต้น โดยผู้ใช้งานไม่จำเป็นต้องเข้าถึงกลไกการทำงานของอุปกรณ์เหล่านั้น แต่สามารถเรียกใช้งานอุปกรณ์ที่ต้องการได้ด้วยการเรียกผ่าน System Call ทำให้เราไม่ต้องเขียนโปรแกรมเพื่อควบคุมอุปกรณ์เหล่านั้นด้วยตนเอง ส่งผลให้ประหยัดเวลา และการควบคุมก็จะเป็นไปตามมาตรฐานเดียวกัน

                3. การจัดสรรทรัพยากร

                คอมพิวเตอร์จะมีทรัพยากรต่างๆ มากมายที่คอยใช้บริการแก่ผู้ใช้ตามความต้องการ เช่น ซีพียู หน่วยความจำหลัก อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล อุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต ทั้งนี้เนื่องจากมีทรัพยากรที่ใช้บริการจำกัด ดังนั้น ทรัพยากรเหล่านี้จึงต้องได้รับการจัดสรรเพื่อบริการแก่ผู้ใช้อย่างมีระบบ ซึ่งแต่ละโปรแกรมก็ล้วนแต่มีความต้องการทรัพยากรดังกล่าวทั้งสิ้น หน้าที่ของระบบปฏิบัติการจึงต้องรองรับภาระหน้าที่ในการจัดสรรทรัพยากรที่มีอยู่จำกัดเหล่านี้ให้กับโปรแกรมต่างๆที่มีการร้องขอให้เป็นไปอย่างยุติธรรม และมีประสิทธิภาพ

แหล่งที่มา

สริดา สาระจันทร์.หนังสือเรียน รายวิชาเพิ่มเติม คอมพิวเตอร์และระบบปฏิบัติการเบื้องต้น

http://61.19.202.164/resource/ebook/ipst-it3/image/picture/Eniac.jpg

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgWuRW5PxQitzfcxuB2zaON7Qm7RQ_j-oSvDcMtpcrr14YmwSzrSqajxUuIk5Yyw0O1uq1qQMFkIPjmUOpDSdPhBODFlsSR3khmO8M6Hvr8bi0UO9hLo1O4K-eouYgzkxZzsZsuiXOgohQ/s320/low-energy-desktop-computer.jpg

http://cdn.shopclues.net/images/detailed/316/northwoodp413micron_1361196559.jpg