ชุดที่ 6 ฮาร์ดแวร์ สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ และระบบปฏิบัติการ

ชุดนี้ครอบคลุมสถาปัตยกรรมแบบฟอนนอยมันน์และฮาร์วาร์ด หน่วยประมวลผลกลาง รีจิสเตอร์ วงจรคำสั่ง บัส สมรรถนะของซีพียู หน่วยความจำแคชและลำดับชั้นหน่วยความจำ หน่วยเก็บข้อมูล RAID การขัดจังหวะ DMA RISC/CISC ไปป์ไลน์ การบูตเครื่อง หน้าที่ของระบบปฏิบัติการ การจัดการโปรเซสและการจัดลำดับงาน เดดล็อก หน่วยความจำเสมือน ระบบไฟล์ และการเลือกใช้และแก้ปัญหาฮาร์ดแวร์ในห้องปฏิบัติการ

ซีรีส์ตะลุยข้อสอบครูผู้ช่วย เอกคอมพิวเตอร์ 2569 • exammvp.com

สรุปก่อนทำข้อสอบ

สถาปัตยกรรมและซีพียู

• ฟอนนอยมันน์: เก็บ โปรแกรมและข้อมูลในหน่วยความจำเดียวกัน (Stored-program) ใช้บัสร่วม → คอขวดฟอนนอยมันน์ · ฮาร์วาร์ด: แยกหน่วยความจำคำสั่งกับข้อมูล (พบในไมโครคอนโทรลเลอร์)
• ซีพียู = ALU (คำนวณและตรรกะ) + CU (ควบคุม ถอดรหัสคำสั่ง) + รีจิสเตอร์ · PC เก็บที่อยู่คำสั่งถัดไป · IR เก็บคำสั่งปัจจุบัน · MAR/MDR ใช้ติดต่อหน่วยความจำ
• วงจรคำสั่ง: Fetch → Decode → Execute (→ Store) · บัสที่อยู่ n บิต อ้างอิงได้ 2ⁿ ตำแหน่ง · บัสข้อมูลกำหนดจำนวนบิตที่ส่งต่อครั้ง
• เวลาซีพียู = จำนวนคำสั่ง × CPI ÷ อัตราสัญญาณนาฬิกา · คาบ = 1 ÷ ความถี่
• กฎของแอมดาห์ล: Speedup = 1 ÷ [(1 − P) + P ÷ N]
• RISC: คำสั่งง่าย ความยาวคงที่ เหมาะกับไปป์ไลน์ (ARM) · CISC: คำสั่งซับซ้อนหลายความยาว (x86)
• ไปป์ไลน์ k ขั้น ทำ n คำสั่ง ≈ k + n − 1 รอบ

หน่วยความจำและหน่วยเก็บข้อมูล

• ลำดับชั้น (เร็ว → ช้า, เล็ก → ใหญ่): รีจิสเตอร์ → แคช L1/L2/L3 → RAM → SSD → HDD
• แคชอาศัย Locality: Temporal (ใช้ซ้ำเร็ว ๆ นี้) · Spatial (ใช้ข้อมูลใกล้กัน)
• เวลาเข้าถึงเฉลี่ย ≈ อัตราฮิต × เวลาแคช + อัตราพลาด × เวลาหน่วยความจำหลัก
• SRAM: เร็ว ไม่ต้องรีเฟรช ใช้ทำแคช · DRAM: ใช้ตัวเก็บประจุ ต้องรีเฟรช ใช้เป็น RAM หลัก · ROM/แฟลช: เก็บเฟิร์มแวร์ BIOS/UEFI
• HDD: เวลา = Seek + Rotational latency (ครึ่งรอบโดยเฉลี่ย) + Transfer · SSD: ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนไหว ไม่ควรจัดเรียงข้อมูล (ใช้ TRIM)
• RAID 0 แบ่งข้อมูล ไม่มีสำรอง · RAID 1 กระจกเงา · RAID 5 พาริตีกระจาย ใช้ได้ (n − 1) ลูก · Interrupt ให้อุปกรณ์แจ้งซีพียู · DMA ส่งข้อมูลระหว่างอุปกรณ์กับหน่วยความจำโดยไม่ผ่านซีพียูทีละไบต์

ระบบปฏิบัติการ

• หน้าที่: จัดการโปรเซส หน่วยความจำ ไฟล์ อุปกรณ์ ความปลอดภัย และส่วนติดต่อผู้ใช้ · เคอร์เนลเป็นแกนกลาง · โปรแกรมเรียกบริการผ่าน System call
• สถานะโปรเซส: New → Ready ⇄ Running → Waiting → Ready … → Terminated · เธรดในโปรเซสเดียวกันใช้หน่วยความจำร่วมกัน
• การจัดลำดับงาน: FCFS · SJF (เวลารอเฉลี่ยน้อยที่สุด) · Round Robin (แบ่งเวลา Quantum) · Priority
• เดดล็อกเกิดเมื่อครบ 4 เงื่อนไข: Mutual exclusion · Hold and wait · No preemption · Circular wait
• หน่วยความจำเสมือนและการแบ่งหน้า (Paging): ที่อยู่ = เลขหน้า + Offset · หน้าขนาด 2ᵏ ไบต์ ใช้ Offset k บิต · Page fault · Thrashing
• การแทนที่หน้า: FIFO · LRU · Optimal
• ระบบไฟล์: FAT32 ไฟล์เดียวไม่เกิน 4 GB · exFAT, NTFS, ext4 รองรับไฟล์ใหญ่ · UEFI รองรับ GPT และ Secure Boot
• RTOS รับประกันเวลาตอบสนอง · Hypervisor Type 1 ทำงานบนฮาร์ดแวร์โดยตรง Type 2 ทำงานบนระบบปฏิบัติการ