1. Operating Systems
ระบบรับ และแสดงผล
(Input/Output Systems)

2. สาระการเรียนรู้
1 อุปกรณ์รับ และแสดงผล
2 Application I/O Interface
3 Kernel I/O Subsystem

3. ฮาร์ ดแวร์ ของการรับเข้ า / ส่ งออก
อุปกรณ์ที่ใช้ในการรับ – ส่งข้อมูลในระบบคอมพิวเตอร์มีจานวนมาก
เมื่อแบ่งกลุ่มของอุปกรณ์เหล่านี้ ตามลักษณะการใช้งาน สามารถแบ่งได้ออกเป็ น
3 กลุ่มดังนี้
1. อุปกรณ์ที่ใช้สาหรับบันทึกข้อมูล เช่น ดิสก์ เทป
2. อุปกรณ์ช่วยในการส่งผ่านข้อมูล เช่น network card โมเด็ม
3. อุปกรณ์ช่วยในการติดต่อระหว่างผูใช้กบเครื่ องคอมพิวเตอร์ เช่น จอภาพ
้ ั
แป้ นพิมพ์ เมาส์

4. อุปกรณ์ รับ และแสดงผล
อุปกรณ์ เมื่อแยกตามชนิดข้ อมูลสามารถแยกได้ 2 ประเภท
1. อุปกรณ์ชนิดข้อมูลเป็ นสาย
2. อุปกรณ์ชนิดข้อมูลไม่เป็ นสาย

5. อุปกรณ์ เมื่อแยกตามชนิดข้ อมูลสามารถแยกได้ 2 ประเภท
1. อุปกรณ์ ชนิดข้ อมูลเป็ นสาย อุปกรณ์ประเภทนี ้ข้ อมูลที่ส่งเข้ าออกจะ
เรียงมาเป็ นลาดับก่อน-หลัง การแบ่งแยกข้ อมูลทาได้ โดยตรวจสอบลาดับของ
ข้ อมูล อุปกรณ์ประเภทนี ้สามารถจัดการได้ ง่าย เพียงแต่จดการรับ-ส่งข้ อมูลให้
ั
ถูกต้ องก็เพียงพอ
2. อุปกรณ์ ชนิดข้ อมูลไม่ เป็ นสาย อุปกรณ์ประเภทนี ้ ข้ อมูลที่ส่งและรับไม่
ขึ ้นอยู่กบลาดับการส่ง เราต้ องอาศัยข้ อมูลเพิ่มเติมเพื่อที่จะแยกแยะข้ อมูลแต่ละ
ั
ตัว การจัดการอุปกรณ์ประเภทนี ้ ระบบปฏิบติการจะต้ องมีวิธีจดการโดยเฉพาะ
ั ั
ขึ ้นอยู่กบลักษณะของอุปกรณ์ชนิดนันๆ
ั ้

6. การจัดการ I/O ส่ วนของฮาร์ ดแวร์
สาหรับส่ วนนี้เราสามารถแบ่ งออกเป็ นส่ วนย่ อยๆ ได้ 2 ส่ วนคือ
1. อุปกรณ์รับและแสดงผล (I/O devices)
2. ตัวควบคุมอุปกรณ์และแสดงผล (Devices Controllers)

7. อุปกรณ์อนพุต/เอาต์ พุต (I/O Devices)
ิ
input ข้อมูล/คาสั่ ง
CPU
output แสดงผล/สั ญญาณควบคุม

8. อุปกรณ์อนพุต (Input device)
ิ
อุปกรณ์นาข้อมูลเข้า
คือ อุปกรณ์ที่ทาให้คอมพิวเตอร์สามารถสัมผัสและรับรู ้สิ่งต่างๆ จาก
ภายนอกเครื่ องได้ อันได้แก่ โปรแกรมหรื อชุดคาสังที่เขียนสังงาน
่ ่
ให้คอมพิวเตอร์ทางานตามขั้นตอน และข้อมูลที่ตองใส่เข้าไปพร้อม
้
กับโปรแกรม เพื่อส่งไปให้หน่วยประมวลผลกลางทาการประมวลผล
และผลิตผลลัพธ์ที่ตองการออกมา
้

9. อุปกรณ์เอาต์พุต (Output device)
อุปกรณ์นาข้อมูลออก หรืออุปกรณ์แสดงผล
คือ อุปกรณ์ท่ีทาให้คอมพิวเตอร์ควบคุมหรื อส่งผลออกมาสู่ภายนอกตัวเครื่ องได้
หลังจากที่คอมพิวเตอร์ได้ทาการประมวลผลแล้ว ก็จะต้องมีวิธีในการนาผลลัพธ์
ออกมาแสดง ซึ่งสามารถแบ่งอุปกรณ์แสดงผลนี้ ออกได้เป็ น 3 ประเภทคือ
• อุปกรณ์แสดงผลลัพธ์ชวคราว เช่น จอภาพ (Monitor)
ั่
• อุปกรณ์แสดงผลลัพธ์ถาวร เช่น เครื่ องพิมพ์ (Printer)
• อุปกรณ์แสดงผลลัพธ์ถาวรทางด้านกราฟิ ก เช่น พลอตเตอร์ (Plotter)

10. Plotter

11. เครื่ องพลอตเตอร์ (Plotter) คือเครื่ องพิมพ์ขนาดใหญ่ที่ให้
ความเที่ยงตรง ความละเอียด และสัดส่ วนที่ถูกต้องสูง สามารถพิมพ์
ลงบนกระดาษที่มขนาดใหญ่ได้ ทาให้มีราคาแพงกว่าเครื่ องพิมพ์
ี
ธรรมดามาก และนิยมใช้สาหรับงานออกแบบสถาปั ตยกรรม และ
วิศวกรรม หรื อ งานเกี่ยวกับการเขียนแบบบนกระดาษเขียนแบบ หรื อ
กระดาษที่มีความกว้างมาก ปั จจุบนมีเครื่ องพลอตเตอร์ให้เลือกหลาย
ั
ชนิด โดยจะแตกต่างกันในด้านความเร็ว ขนาดกระดาษ และจานวน
ปากกาที่ใช้เขียน ในแต่ละครั้ง

12. อุปกรณ์รับ และแสดงผล
สาหรับ I/O devices เราสามารถแบ่ งออกมาได้ เป็ น 2 ประเภทหลักๆ คือ
1. แบบ Block devices
2. แบบ Character devices

13. อุปกรณ์รับ และแสดงผล
1. แบบ Block devices
เป็ นอุปกรณ์ I/O ประเภทที่ทางานโดยการแบ่งเป็ นบล็อกๆ
ซึ่งแน่นอนว่าต้องเป็ นอุปกรณ์ที่ใช้ในการเก็บข้อมูล
2. แบบ Character devices
เป็ นอุปกรณ์ I/O ที่ใช้ในการรับส่ง stream of character
เช่นคียบอร์ด เมาส์ เครื่ องพิมพ์ เป็ นต้น
์

14. เทคนิคการพูลลิง (Polling)
่

15. การพูลลิง (Polling)
่
พูลลิ่ง คือ กระบวนการตรวจสอบบิตแสดงสถานะแบบเป็ นครั้งคราว
เพื่อดูว่าถึงเวลาสาหรับการทางานของ I/O ตัวถัดไปหรื อยัง ซึ่งเป็ นวิธีพ้นฐาน
ื
ที่สุดสาหรับอุปกรณ์ I/O ในการติดต่อกับหน่วยประมวลผล อุปกรณ์ I/O ทัวไป ่
จะใส่ขอมูลลงใน Status register และหน่วยประมวลจะมานาข้อมูลไปใช้ หน่วย
้
ประมวลผลจะทางานครอบคลุมทั้งในส่วนของการควบคุมและกระบวนงาน
ทั้งหมด
ข้อเสี ยของ polling คือทาให้เกิด processor time ที่เสี ยเปล่าจานวนมากเพราะว่า
หน่วยประมวลมีความเร็ วมากกว่าอุปกรณ์ I/O หน่วยประมวลผลอาจจะอ่าน
สถานะของรี จีสเตอร์ หลายครั้งเพียงเพราะอุปกรณ์ยงทางานไม่เสร็ จสมบูรณ์
ั

16. การขัดจังหวะ (Interrupts)
สั ญญาณอินเตอร์ รัพต์
งานปกติ
CPU
งานเมื่อเกิดการ
อินเตอร์ รัพต์

17. หลักการทางานของอินเตอร์ รัพท์
1. วงจรภายนอกส่งสัญญาณอินเตอร์รัพท์มายังซีพียู
ู ่
2. หากซีพียอยูในสภาวะ Enable Interrupt (EI) ก็จะตอบรับการอินเตอร์รัพท์ดวยการส่ง
้
สัญญาณ Interrupt Acknowledge กลับไปยังวงจรภายนอก
ู ่
3. Set ซีพียให้อยูในสภาวะ Disable Interrupt (DI) เพื่อป้ องกันการอินเตอร์รัพท์ซอน
้
4. หยุดการทางานในโปรแกรมหลัก
5. วงจรภายนอกส่งอินเตอร์รัพท์เวกเตอร์มาให้ซีพียเู พื่อบอก Address ที่จะให้ซีพียู
กระโดดไป
6. ซีพียส่งค่าในรี จิสเตอร์ PC และรี จิสเตอร์ทวไป ไปเก็บไว้ใน Stack
ู ั่
7. ไปทางานในโปรแกรมย่อยเพื่อบริ การอุปกรณ์ที่ส่งอินเตอร์รัพท์เข้ามาจนเสร็ จ
8. รับค่าที่ไปเก็บไว้ใน Stack คืนสู่ Registor PC และ Registor ทัวไปตามเดิม
่
9. Set ซีพียให้กลับสู่สภาวะ Enable Interrupt (EI)
ู
10. ทางานในโปรแกรมหลักที่คางอยูต่อไป
้ ่

22. แหล่งของการอินเตอร์ รัพท์
 การอินเตอร์ รัพท์ จากภายนอก (External interrupts)
เกิดขึ้นมาจากอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พต (I/O device) จากอุปกรณ์ทางเวลา
ุ
(Timing device) จากวงจรตรวจสอบการทางานของแหล่งจ่าย หรื อจากอุปกรณ์
ภายนอกอื่น ๆ
 การอินเตอร์ รัพท์ จากภายใน (Internal interrupts)
เกิดขึ้นจากการผิดเงื่อนไขหรื อการผิดพลาดของผูโปรแกรมจากคาสังหรื อ
้ ่
ข้อมูล ตัวอย่างของการเกิดการอินเตอร์รัพท์จากภายใน
 การอินเตอร์ รัพท์ จากซอฟต์ แวร์ (Software interrupts)
เริ่ มต้นโดยการปฏิบติตามคาสังที่ถกเรี ยกไปยังโปรแกรมย่อย ซึ่งถูกกาหนด
ั ่ ู
โดยโปรแกรมที่ถูกเขียนไว้ ซอฟต์แวร์จะเริ่ มต้นการอินเตอร์รัพท์เป็ นช่วง ๆ ใน
ระหว่างการทางานของโปรแกรม โดยปรกติจะใช้งานในลักษณะของการทางานที่
เป็ นสองโหมด

23. ลาดับความสาคัญ

24. อินเตอร์ รัพท์ เวคเตอร์
 (Reset interrupt) รี เซ็ตอินเตอร์รัพท์
 (Nonmaskable interrupt) อินเตอร์รัพท์ที่ปฏิเสธไม่ได้
 (Maskable interrupt) อินเตอร์รัพท์ที่สามารถปฏิเสธได้

25. รีเซ็ตอินเตอร์ รัพท์
รี เซ็ตอินเตอร์รัพท์ (Reset interrupt) รี เซ็ตอินเตอร์รัพท์เป็ นอินเตอร์รัพท์
จากภายนอกชนิ ดหนึ่ งที่มีความสาคัญสูงที่สุด เมื่อเกิดสัญญาณรี เซ็ตอินเตอร์รัพท์
แล้วซีพียจะหยุดการทางานทั้งหมด จากนั้นจะไปเริ่ มต้นการทางานใหม่ในคาสัง
ู ่
แรกสุดคือตาแหน่งแรกของหน่วยความจาที่ได้โปรแกรมไว้ โดยปกติแล้วในการ
เริ่ มต้นการทางานของระบบไมโครโปรเซสเซอร์จะมีการสร้างวงจรเพื่อให้เกิด
สัญญาณรี เซ็ตอินเตอร์รัพท์ในตอนเริ่ มต้นไว้แล้ว แต่อย่างไรก็ดีหากระบบเกิดการ
ผิดพลาดขึ้นมาก็สามารถทาให้ระบบเริ่ มทางานใหม่ได้โดยการส่งสัญญาณรี เซ็ต
อินเตอร์รัพท์น้ ี เข้าไปก็จะทาให้ระบบไปเริ่ มต้นการทางานใหม่ในตาแหน่ง
หน่วยความจาเริ่ มต้น สัญญาณรี เซ็ตอินเตอร์รัพท์น้ ี ซีพยจะไม่สามารถละเลยได้
ีู
เป็ นสัญญาณที่มีความสาคัญมากที่สุด

26. อินเตอร์ รัพท์ ที่ปฏิเสธไม่ ได้
อินเตอร์รัพท์ที่ปฏิเสธไม่ได้ หรื อ นอนมาสเคเบิลอินเตอร์รัพท์
(Nonmaskable interrupt) สัญญาณอินเตอร์รัพท์จากภายนอกที่มีความสาคัญ
เป็ นอันดับที่สอง สัญญาณนี้ เมื่อซีพยได้รับเข้ามาจะทาให้ซีพียหยุดการทางาน
ีู ู
่ ้ ่
ในคาสังที่คางอยูแล้วกระโดดไปยังตาแหน่งที่ได้กาหนดไว้โดยฮาร์ดแวร์ของ
ซีพียเู อง ซึ่งเป็ นตาแหน่งที่แน่นอน ซีพยจะไม่สามารถละเลยหรื อยกเลิกการ
ีู
อินเตอร์รัพท์ชนิ ดนี้ ได้

27. อินเตอร์ รัพท์ ที่สามารถปฏิเสธได้
อินเตอร์รัพท์ที่สามารถปฏิเสธได้ หรื อ มาสเคเบิลอินเตอร์รัพท์
(Maskable interrupt) สัญญาณอินเตอร์รัพท์จากภายนอกที่มีความสาคัญเป็ นอันดับ
่
สุดท้าย อินเตอร์รัพท์ สัญญาณนี้ ซีพียจะสามารถกาหนดได้วาจะยอมรับการร้องขอ
ู
หรื อไม่ โดยการใช้ซอฟต์แวร์ไปกาหนดการยอมรับอินเตอร์รัพท์ (interrupt enable)
หรื อ ไม่ยอมรับอินเตอร์รัพท์ (interrupt disable) ก็ได้ การอินเตอร์รัพท์ในแบบนี้ จะ
มีการส่งค่าจากอุปกรณ์ที่ทาการร้องขอการอินเตอร์รัพท์ เพื่อให้ซีพียได้รับรู ้และ
ู
นาไปประมวลผลหาว่าเป็ นตาแหน่งของโปรแกรมย่อยบริ การอินเตอร์รัพท์ของ
่
อุปกรณ์ที่ร้องขอเข้ามาอยูที่ตาแหน่งใด เมื่อซีพียหาตาแหน่งได้แล้วซีพียจะหยุดการ
ู ู
่ ้ ่
ทางานในคาสังที่คางอยูแล้วกระโดดไปยังตาแหน่งที่หาค่าออกมาได้ ซึ่งเป็ น
่ ั
ตาแหน่งที่ได้จะขึ้นอยูกบอุปกรณ์ที่ทาการร้องขอการอินเตอร์รัพท์ ในการ
อินเตอร์รัพท์แบบนี้ ซีพียจะสามารถละเลยหรื อยกเว้นการอินเตอร์รัพท์ได้เมื่อซีพียู
ู
่
อยูในสภาวะไม่ยอมรับอินเตอร์รัพท์

28. หลักของอินพุต/เอาต์ พตซอฟแวร์ (I/O Software)
ุ
เป็ นสิ่ งสาคัญในการออกแบบหลักของอินพุต/เอาต์พตซอฟแวร์ คือต้องทา
ุ
ให้อุปกรณ์แต่ละชนิ ดเป็ นอิสระต่อกันนั้น หมายถึงการเขียนโปรแกรมให้สามารถแอ็ค
เซสอุปกรณ์แต่ละชนิ ดได้โดยไม่เจาะจงประเภทหรื อ ยี่หอของอุปกรณ์น้ น
้ ั
จุดประสงค์อีกประการหนึ่ งของอินพุต/เอาต์พตของซอฟต์แวร์ คือใช้ในการ
ุ
ส่งผ่านข้อมูลทั้งแบบวิธีบล็อก (blocking) และการใช้อินเตอร์รัพต์ ซึ่งส่วนใหญ่จะ
ใช้อินเตอร์รัพต์ ซีพียจะเริ่ มส่งผ่านข้อมูลหลังจากที่อินเตอร์รัพต์มาถึงในระหว่างนั้น
ู
system call จะหยุดชัวคราวเพื่อรอให้ซีพียอ่านข้อมูลเข้ามาเก็บลงในบัฟเฟอร์
่ ู
ก่อน การมีบฟเฟอร์ขอมูลจึงเป็ นสิ่ งสาคัญในขั้นต้นและยังบริ หารงานซีพียได้คุมค่าอีก
ั ้ ู ้
ด้วย

29. การเข้ าถึงหน่ วยความจาโดยตรง (Direct memory access)
DMA คือ วงจรพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อส่งข้อมูลระหว่าง หน่วยความจา
ถึงหน่วยความจาโดยไม่ใช้การทางานของ CPU และเป็ นการทางานที่คาดหวัง
หรื อทานายข้อมูลล่วงหน้า ในการเรี ยกข้อมูลที่ตองการใช้ แทนที่จะให้ CPU เป็ น
้
คนสังงานให้เรี ยกข้อมูลโดยตรง การรับ-ส่งข้อมูลแบบนี้ ทาให้ส่งข้อมูลได้รวดเร็ ว
่
และไม่เปลืองเวลาของซีพียู

30. Application I/O Interface
การแยกประเภทต่างๆของอุปกรณ์แบ่งตามลักษณะการส่งข้อมูลดังนี้
1. อุปกรณ์ที่มีการส่งข้อมูลครั้งละตัวอักษร กับครั้งละบล็อกของข้อมูล
2. การเข้าถึงข้อมูลของอุปกรณ์แบบเรี ยงลาดับ หรื อ การเข้าถึงแบบสุ่ม
3. อุปกรณ์ที่มีการจัดเตรี ยมข้อมูลแบบกาหนดช่วงเวลาได้ กับ กาหนดช่วงเวลาไม่ได้
4. อุปกรณ์ที่สามารถใช้ร่วมกันในช่วงเวลาเดียวกันได้ กับอุปกรณ์ที่ตองใช้ตาง
้ ่
ช่วงเวลากัน
5. ความเร็ วที่แตกต่างกันของอุปกรณ์แต่ละประเภท
6. ทิศทางในการถ่ายโอนข้อมูลของอุปกรณ์

31. Application I/O Interface
- Block and character devices
- Network devices
- Clocks and timers
- Blocking and nonblocking I/O

32. Block and character devices
โดยปกติระบบปฏิบติการจะคาดหวังการเชื่อมต่อผ่าน read() write() หรื อ
ั
seek() ซึ่งเป็ นอุปกรณ์ส่งข้อมูลแบบ simple linear array of block หรื อ raw I/O ตัวอย่าง
อุปกรณ์แบบนี้ ที่เห็นได้ชดที่สุดก็คือ keyboard
ั
Network devices
ในระบบเครื อข่ายจะมีการติดต่อสื่ อสารกันผ่าน socket interface นอกจากการ
ติดต่อแบบ read() write() และ seek() ยังมีการใช้อุปกรณ์ในเครื อข่ายเชื่อมต่อเข้ามาผ่าน
socket ได้อีกทางหนึ่ ง โดยไม่ได้คานึ งถึงระบบปฏิบติการว่าจะเป็ น UNIX หรื อ
ั
Windows แต่สนใจเฉพาะสิ่ งที่ส่งเข้ามาว่าเข้ามาทางใด

33. Clocks and timers
่
ในเครื่ องคอมพิวเตอร์จะมีนาฬิกา และตัวตั้งเวลาอยูภายใน ที่ทาหน้าหลัก 3
ประการคือ
• บอกเวลาปัจจุบนั
• บอกเวลาที่ใช้ไปแล้ว
• การตั้งเวลา
Blocking and nonblocking I/O
การมี system-call interface รองรับ I/O ที่มาจาก blocking และ
nonblocking เพราะผูใช้อาจใช้ท้ง mouse และ keyboard ส่งข้อมูลพร้อมกัน ในขณะ
้ ั
ที่กาลังเปิ ดภาพยนตร์จากแผ่น CD จึงต้องรอรับข้อมูลต่าง ๆ ที่เข้ามา

34. Kernel I/O Subsystem
- I/O scheduling
- Buffering
- Caching
- Spooling and device reservation
- Error handling

35. I/O scheduling
การจัดเวลาอินพุต/เอาต์พุต I/O scheduling เป็ นส่ วนหนึ่งของ Kernel ซึ่ง
ั
ช่วยจัดลาดับขั้นตอนต่างๆให้กบซีพียู เพื่อให้การทางานของซีพียเู ต็ม
ประสิ ทธิ ภาพ การจัดขั้นตอนที่ดีจะช่วยเพิ่มประสิ ทธิ ภาพ ของ
ระบบได้เป็ นอย่างดี

36. Buffering
บัฟเฟอร์เป็ นหน่วยความจาประเภทหนึ่ งที่ใช้เก็บข้อมูลขณะถ่ายโอนข้อมูล
ระหว่างอุปกรณ์ท้งสองชนิ ดที่มาของการสร้างบัฟเฟอร์มี 3 ประการ
ั
1. สาหรับอุปกรณ์ที่มีความเร็ วแตกต่างกัน
2. เพื่อปรับปรุ งอุปกรณ์ที่มีความสามารถในการถ่ายโดนข้อมูล
ที่มีขนาดต่างกัน
3. เพื่อใช้สาหรับลการทาแบ็คอัพข้อมูล

37. Caching
แคช คือ หน่วยความจาประเภทหนึ่งที่มีความเร็วสูงมาก
จุดประสงค์ของการใช้แคชสาหรับอุปกรณ์มีจุดประสงค์เดียวกันกับ
บัฟเฟอร์ คือไว้สาหรับทาแบ็คอัพ แต่เนื่องจากแคชทางานได้เร็วกว่า
สาหรับงานบางประเภทการใช้แคชจะดีกว่า ดังนั้นการทาแบ็คอัพเนื้อ
ที่มาก ๆ จึงจาเป็ นต้องใช้บฟเฟอร์แทน
ั

38. Spooling and device reservation
สพูลลิ่ง (spool) คือ บัฟเฟอร์ชนิ ดหนึ่ งที่ใช้สาหรับเก็บข้อมูลมาก ๆ ไว้
รวมกัน ตัวอย่างของสพูลลิ่งที่ถูกนามาใช้ ได้แก่ เครื่ องพิมพ์
Error handling
ตัวระบบปฏิบติการเองที่ทาหน้าที่ประสานการติดต่อระหว่างอุปกรณ์
ั
กับแอปพลิเคชันต่างๆ ของผูใช้ทาให้ระบบปฏิบติการมีความสามารถในการ
่ ้ ั
ป้ องกันความเสี ยหายที่อาจเกิดขึ้นได้สาหรับอุปกรณ์

39. END

40. คาถามท้ ายบท
1. เทคนิ คสพูลลิ่งคืออะไร อธิ บายมาพอเข้าใจ
2. การขัดจังหวะ (Interrupts) คืออะไร สามารถแบ่งได้กี่ประเภท
3. แอปพลิเคชันอินพุต/เอาต์พตอินเทอร์เฟซประกอบด้วยอะไรบ้าง
ุ
อธิ บายมาพอเข้าใจ
4. ระบบย่อยอินพุต/เอาต์พตใน Kernel(I/O Subsystem) ประกอบด้วย อะไรบ้าง
ุ
อธิ บายมาพอเข้าใจ