สารบัญ6 หัวข้อหลัก
- 1.ระบบคอมพิวเตอร์เปลี่ยนข้อมูลให้เป็นผลลัพธ์ได้อย่างไร
- 2.จากการเปิดเครื่องถึงการจัดการโปรแกรมและแฟ้ม
- 3.ซอฟต์แวร์ การสำรอง บำรุงรักษา และการแก้ปัญหาเป็นวงจรเดียวกัน
- 4.ข้อมูล แฟ้ม และเครื่องมือสำนักงานต้องรักษาความหมายตลอดการใช้งาน
- 5.จากเครื่องหนึ่งสู่เครือข่ายและการประมวลผลแบบคลาวด์
- 6.ความมั่นคงปลอดภัยคือการรักษาระบบ ข้อมูล และความรับผิดของผู้ใช้ร่วมกัน
ระบบคอมพิวเตอร์เปลี่ยนข้อมูลให้เป็นผลลัพธ์ได้อย่างไร
ระบบคอมพิวเตอร์ประกอบด้วยบุคลากร ฮาร์ดแวร์ ซอฟต์แวร์ ข้อมูล ขั้นตอนปฏิบัติ และการสื่อสารข้อมูล ทั้งหกส่วนทำงานร่วมกันตามวงจรรับข้อมูล ประมวลผล แสดงผล และจัดเก็บ พร้อมนำผลกลับไปปรับการทำงานรอบถัดไป คำว่า “คอมพิวเตอร์” จึงมิได้หมายถึงตัวเครื่องเพียงอย่างเดียว เพราะข้อมูลที่ถูกป้อนผิด โปรแกรมที่กำหนดกฎผิด หรือผู้ใช้ที่ไม่มีสิทธิก็ทำให้ผลลัพธ์ผิดได้ แม้ฮาร์ดแวร์จะทำงานสมบูรณ์ การพิจารณาปัญหาหรือเลือกอุปกรณ์จึงต้องเริ่มจากงานจริง ปริมาณข้อมูล เวลา ความต่อเนื่อง และความเสี่ยงของผู้ใช้
ข้อมูลทุกชนิดถูกแทนด้วยบิตซึ่งมีค่าได้สองสถานะ และหนึ่งไบต์มี 8 บิต หน่วยฐานสิบอย่างกิโลไบต์ เมกะไบต์ และกิกะไบต์ไม่เท่ากับหน่วยฐานสองที่ใช้ตัวคูณกำลังของสอง การคำนวณเวลาส่งแฟ้มต้องแปลงไบต์เป็นบิตแล้วหารด้วยอัตราข้อมูลที่ส่งได้จริง มิใช่ใช้ความเร็วสูงสุดบนฉลาก เพราะส่วนหัวของโพรโทคอล การส่งซ้ำ และสมรรถนะของอุปกรณ์ลดอัตราที่ผู้ใช้ได้รับ หน่วยสัญญาณนาฬิกายังบอกจำนวนรอบต่อวินาทีเท่านั้น ไม่อาจใช้ตัดสินความเร็วข้ามสถาปัตยกรรมโดยไม่ดูงานต่อรอบ จำนวนแกน หน่วยความจำ และความร้อน
หน่วยประมวลผลกลางประกอบด้วยหน่วยควบคุม หน่วยคำนวณเลขคณิตและตรรกะ รีจิสเตอร์ หน่วยความจำแคช และแกนประมวลผล วงจรคำสั่งเดินจากการดึงคำสั่ง ถอดรหัส อ่านข้อมูล คำนวณ เข้าถึงหน่วยความจำ และบันทึกผล ระบบสมัยใหม่ทำหลายขั้นซ้อนกันและอาจมีหลายเธรดใช้ทรัพยากรของแกนเดียว แต่ประโยชน์ขึ้นกับว่างานแบ่งขนานได้เพียงใด โปรแกรมที่มีส่วนต้องทำตามลำดับมากยังถูกจำกัดด้วยส่วนนั้น สัญญาณนาฬิกาสูงจึงไม่รับรองว่าเร็วกว่าเสมอ และเมื่ออุณหภูมิหรือกำลังไฟเกินกรอบ หน่วยประมวลผลอาจลดความเร็วเพื่อป้องกันความเสียหาย
แผงวงจรหลักเชื่อมหน่วยประมวลผล หน่วยความจำ สื่อบันทึก และอุปกรณ์รับส่งข้อมูลเข้าด้วยกัน ความเข้ากันได้ต้องตรวจช่องติดตั้ง รุ่นหน่วยความจำ จำนวนช่องทาง สายสัญญาณ กำลังไฟ และเฟิร์มแวร์ร่วมกัน การมีรูปร่างช่องเสียบตรงกันไม่รับรองว่าโพรโทคอลหรือความเร็วตรงกัน ตัวอย่างสำคัญคือช่องเอ็มดอททูเป็นรูปแบบทางกายภาพซึ่งอาจใช้สัญญาณแบบซาตาหรือพีซีไอเอ็กซ์เพรส ส่วนหัวต่อยูเอสบีชนิดซีอาจรองรับเฉพาะข้อมูล หรือเพิ่มการจ่ายไฟและภาพตามความสามารถของต้นทาง สาย ตัวแปลง และปลายทางทั้งเส้น
สื่อบันทึกแต่ละชนิดมีจุดเด่นต่างกัน จานแม่เหล็กให้ความจุต่อราคาสูงแต่เสียเวลารอหัวอ่าน ขณะที่หน่วยเก็บข้อมูลโซลิดสเตตไม่มีชิ้นส่วนหมุนและเข้าถึงข้อมูลกระจายได้เร็วกว่า รุ่นที่ใช้เอ็นวีเอ็มอีส่งคำสั่งผ่านพีซีไอเอ็กซ์เพรสและรองรับคิวขนาน แต่ผลจริงยังขึ้นกับงาน ความร้อน ช่องทาง และตัวควบคุม การแบ่งพาร์ทิชัน การสร้างโวลุม และการสร้างระบบแฟ้มเป็นคนละชั้น ส่วนชุดดิสก์สำรองซ้ำช่วยให้บริการทนความเสียหายของดิสก์บางแบบ แต่ไม่ป้องกันการลบผิด โปรแกรมเรียกค่าไถ่ ไฟไหม้ หรือความเสียหายที่ถูกคัดลอกไปทุกชุด จึงไม่ใช่การสำรองข้อมูล
หน่วยความจำและสื่อบันทึกจัดเป็นลำดับชั้นตามความเร็ว ความจุ ราคา และการคงข้อมูล หน่วยความจำรีจิสเตอร์กับแคชอยู่ใกล้หน่วยประมวลผลและมีขนาดเล็ก หน่วยความจำหลักเก็บคำสั่งกับข้อมูลที่กำลังใช้งาน ส่วนจานบันทึกข้อมูลแบบแม่เหล็กหรือหน่วยเก็บข้อมูลโซลิดสเตตเก็บแฟ้มระยะยาว หน่วยความจำเสมือนช่วยจัดพื้นที่ของกระบวนการทำงานและอาจย้ายบางส่วนไปยังสื่อบันทึก แต่ไม่ใช่หน่วยความจำหลักที่เพิ่มขึ้นโดยไม่มีต้นทุน เมื่อหน่วยความจำไม่พอ การรับส่งข้อมูลกับสื่อบันทึกถี่เกินไปทำให้เครื่องช้า จึงต้องวัดคอขวดก่อนซื้ออุปกรณ์เพิ่ม
เส้นทางของข้อมูลภายในเครื่องคอมพิวเตอร์
- 1รับข้อมูลแป้นพิมพ์ เมาส์ กล้อง เครื่องสแกน เซนเซอร์ หรือเครือข่ายส่งข้อมูลเข้าสู่ระบบ
- 2เตรียมและประมวลผลระบบปฏิบัติการนำคำสั่งกับข้อมูลเข้าสู่หน่วยความจำ แล้วหน่วยประมวลผลกลางคำนวณตามโปรแกรม
- 3แสดงและสื่อสารผลจอภาพ เครื่องพิมพ์ ลำโพง หรือเครือข่ายนำผลไปยังผู้ใช้และระบบอื่น
- 4จัดเก็บและป้อนกลับแฟ้ม ฐานข้อมูล หรือสื่อสำรองเก็บผลไว้ใช้ต่อ พร้อมข้อมูลป้อนกลับเพื่อปรับรอบการทำงาน
จากการเปิดเครื่องถึงการจัดการโปรแกรมและแฟ้ม
เมื่อจ่ายไฟให้เครื่อง เฟิร์มแวร์ทำหน้าที่เริ่มและตรวจอุปกรณ์พื้นฐาน เลือกแหล่งเริ่มระบบ แล้วส่งต่อไปยังตัวโหลดระบบปฏิบัติการ ระบบปฏิบัติการจึงเข้ามาจัดสรรหน่วยประมวลผล หน่วยความจำ สื่อบันทึก อุปกรณ์ ผู้ใช้ บริการ และเครือข่าย โปรแกรมที่เก็บอยู่บนสื่อบันทึกยังไม่ใช่งานที่กำลังทำงาน จนกว่าจะถูกโหลดเป็นกระบวนการทำงานซึ่งอาจมีหลายเธรดใช้ทรัพยากรร่วมกัน การเห็นหน้าต่างโปรแกรมจึงเป็นเพียงชั้นติดต่อผู้ใช้เหนือกลไกหลายชั้นที่ทำงานร่วมกัน
หน่วยประมวลผลกราฟิกเหมาะกับงานที่คำนวณซ้ำจำนวนมากพร้อมกันและใช้หน่วยความจำกราฟิกเก็บภาพ พื้นผิว หรือข้อมูลแบบจำลอง แต่หน่วยความจำกราฟิกไม่ทดแทนหน่วยความจำหลักของระบบ ความละเอียดจอบอกจำนวนจุดภาพ อัตรารีเฟรชบอกจำนวนครั้งที่จอปรับภาพต่อวินาที ส่วนอัตราเฟรมบอกจำนวนภาพที่โปรแกรมสร้าง ทั้งสามค่าจึงไม่ใช่สิ่งเดียวกัน อุปกรณ์รับข้อมูลอย่างแป้นพิมพ์ เมาส์ กล้อง ไมโครโฟน เครื่องสแกน และเซนเซอร์ต้องได้รับสิทธิเท่าที่จำเป็น เพราะข้อมูลจากอุปกรณ์หรือรหัสที่สแกนเข้ามายังเป็นข้อมูลภายนอกซึ่งอาจผิดหรือประสงค์ร้ายได้
แหล่งจ่ายไฟต้องมีกำลัง หัวต่อ และคุณภาพเหมาะกับภาระของระบบ เครื่องสำรองไฟฟ้าช่วยให้ปิดเครื่องอย่างถูกต้องหรือผ่านไฟดับช่วงสั้น แต่ไม่ใช่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและระยะทำงานขึ้นกับแบตเตอรี่กับภาระ ความร้อนต้องถ่ายจากชิ้นส่วนผ่านหน้าสัมผัส ฮีตซิงก์ พัดลม หรือชุดระบายความร้อน แล้วไหลออกจากตัวเครื่อง ฝุ่น ทางลมอุดตัน พัดลมหยุด หรือแบตเตอรี่บวมเป็นความเสี่ยงทั้งต่อสมรรถนะและความปลอดภัย ก่อนถอดอุปกรณ์ต้องตัดไฟ ระวังประจุค้างและไฟฟ้าสถิต จับแผงวงจรที่ขอบ และไม่เปิดซ่อมส่วนไฟแรงสูงโดยไม่มีคุณสมบัติ
เฟิร์มแวร์ทำงานใกล้อุปกรณ์และเริ่มบางส่วนก่อนระบบปฏิบัติการ กระบวนการเริ่มเครื่องตรวจฮาร์ดแวร์พื้นฐาน อ่านลำดับแหล่งเริ่มระบบ แล้วเรียกตัวโหลดระบบปฏิบัติการ การเริ่มระบบอย่างปลอดภัยตรวจลายมือชื่อและสายความไว้วางใจของซอฟต์แวร์ในช่วงเริ่มเครื่อง แต่ไม่ใช่การเข้ารหัสข้อมูลและไม่หยุดภัยที่เข้ามาหลังระบบทำงาน การอัปเดตเฟิร์มแวร์จึงต้องตรวจรุ่น แหล่ง ลายมือชื่อ พลังงาน และวิธีกู้คืน หากใช้ไฟล์ผิดรุ่นหรือไฟดับระหว่างเขียน อุปกรณ์อาจเริ่มระบบไม่ได้
ระบบปฏิบัติการจัดการกระบวนการทำงาน เธรด หน่วยความจำ แฟ้ม อุปกรณ์ ตัวตน เครือข่าย และบริการเบื้องหลัง โปรแกรมเป็นชุดคำสั่งที่เก็บอยู่บนสื่อบันทึก ส่วนกระบวนการทำงานคือโปรแกรมที่กำลังใช้ทรัพยากร และเธรดคือสายคำสั่งภายในกระบวนการที่ใช้ข้อมูลหลายส่วนร่วมกัน การทำงานพร้อมกันอาจเกิดปัญหาเมื่อหลายเธรดแก้ข้อมูลเดียวกัน แข่งขันทรัพยากร หรือรอกันเป็นวง หน่วยความจำเสมือนช่วยแยกพื้นที่ของแต่ละกระบวนการและย้ายหน้าข้อมูลระหว่างหน่วยความจำหลักกับสื่อบันทึก การที่หน่วยความจำว่างน้อยจึงไม่ใช่ความผิดเสมอไป ต้องดูภาระจริง การสลับหน้า และอาการช้าร่วมกัน
แฟ้มเป็นลำดับข้อมูลที่ระบบผูกชื่อ ตำแหน่ง เวลา เจ้าของ และสิทธิไว้ในระบบแฟ้ม โฟลเดอร์กับเส้นทางแฟ้มช่วยอ้างตำแหน่ง แต่นามสกุลเป็นเพียงส่วนหนึ่งของชื่อและไม่รับรองชนิดหรือความปลอดภัย การเปลี่ยนนามสกุลจึงไม่แปลงเนื้อหา ขณะที่การลบหรือจัดรูปแบบอย่างรวดเร็วมักเปลี่ยนข้อมูลกำกับมากกว่าทำลายข้อมูลทุกบิต การส่งต่อหรือจำหน่ายสื่อต้องใช้วิธีล้างข้อมูลที่เหมาะกับชนิดสื่อและระดับความลับ การกำหนดสิทธิอ่าน เขียน แก้ไข และลบต้องอิงตัวตนกับหน้าที่ มิใช่ซ่อนแฟ้มหรือเปลี่ยนชื่อแล้วถือว่าปลอดภัย
| ชั้น | หน้าที่หลัก | จุดที่มักสับสน |
|---|---|---|
| ฮาร์ดแวร์และเฟิร์มแวร์ | เริ่มอุปกรณ์ จ่ายไฟ รับส่งสัญญาณ และเตรียมทางให้ระบบเริ่มทำงาน | หัวต่อที่รูปร่างเหมือนกันอาจรองรับข้อมูล ภาพ หรือกำลังไฟต่างกัน |
| ระบบปฏิบัติการ | จัดสรรหน่วยประมวลผล หน่วยความจำ แฟ้ม อุปกรณ์ ตัวตน และเครือข่าย | แกนของระบบปฏิบัติการมิใช่ส่วนติดต่อผู้ใช้หรือโปรแกรมทั้งหมด |
| ไดรเวอร์อุปกรณ์ | แปลคำสั่งระหว่างระบบปฏิบัติการกับอุปกรณ์เฉพาะชนิด | ไดรเวอร์ทำงานคนละชั้นกับเฟิร์มแวร์และต้องใช้รุ่นที่เข้ากัน |
| โปรแกรมประยุกต์ | ทำงานตามวัตถุประสงค์ของผู้ใช้โดยเรียกบริการจากระบบปฏิบัติการ | โปรแกรมหนึ่งอาจพึ่งไลบรารี บริการ และสิทธิหลายส่วน |
| ข้อมูลและแฟ้ม | เก็บเนื้อหา ข้อมูลกำกับ ตำแหน่ง และสิทธิที่ใช้ตรวจย้อนกลับ | มองเห็นชื่อแฟ้มไม่รับรองว่ามีข้อมูลในเครื่องหรือสำรองไว้แล้ว |
เนื้อหาสรุปนี้จัดทำขึ้นเพื่อการศึกษาส่วนบุคคล ห้ามคัดลอก ทำซ้ำ หรือนำไปใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการค้าโดยไม่ได้รับอนุญาต