ระบบของฐานข้อมูล

ระบบฐานข้อมูล คือ ระบบจัดเก็บข้อมูลด้วยคอมพิวเตอร์โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อบำรุงรักษาข้อสนเทศ (Maintain information) และสามารถนำข้อสนเทศเหล่านั้นมาใช้ได้ทุกเมื่อที่ต้องการ

ระบบฐานข้อมูลประกอบส่วนประกอบหลัก4 ส่วนได้แก่

1. ข้อมูล (Data) ข้อมูลในฐานข้อมูลจะต้องมีคุณสมบัติ 2 ประการ คือ

เบ็ดเสร็จ (Integrate) ฐานข้อมูลเป็นแหล่งรวบรวมข้อมูลจากแฟ้มต่าง ๆ ไว้ครบถ้วนสมบูรณ์ เพื่อลดข้อมูลซ้ำซ้อนระหว่างแฟ้ม

ใช้ร่วมกันได้ (Share) ข้อมูลแต่ละชิ้นในฐานข้อมูลสามารถนำมาแบ่งใช้กันได้ระหว่างผู้ใช้ต่าง ๆ ในระบบ

2. ฮาร์ดแวร์ (Hardware) ประกอบด้วย อุปกรณ์บันทึกข้อมูลเช่น จานแม่เหล็ก , I/O device , Device controller , I/O channels , หน่วยประมวลผล และหน่วยความจำหลัก

3. ซอฟต์แวร์ (Sorftware) ตัวกลางเชื่อมระหว่างฐานข้อมูลและผู้ใช้คือ DBMS เป็นซอฟต์แวร์ที่สำคัญที่สุดของระบบฐานข้อมูล นอกจากนี้ยังมี Utility , Application Develoment tool , Desisn aids , Report writers , ect.

4. ผู้ใช้ (Users) มี 3 กลุ่มใหญ่ ๆ คือ

Application Programmer เขียนโปรแกรมประยุกต์

End Users ผู้ใช้ที่อยู่กับ Online terminal เข้าถึงข้อมูลโดยผ่านโปรแกรมประยุกต์ หรือผ่านภาษาเรียกค้น (Query Language)

Data Addministrator & Database Administrator

DA ผู้บริหารอาวุโส เป็นผู้ตัดสินใจว่าจะเก็บข้อมูลใดในฐานข้อมูลก่อน และกำหนดนโยบายการรักษาความปลอดภัยของข้อมูล

DBA ผู้เชี่ยวชาญระดับมืออาชีพ เป็นผู้สร้างฐานข้อมูลและนำมาใช้งานจริง โดยควบคุมทางด้านเทคนิคที่จำเป็นในการดำเนินนโยบายที่กำหนดโดย DA

ข้อดีของการใช้ฐานข้อมูล
กระทัดรัด (Compactness) ไม่ต้องมีที่ซ้ำซ้อนจำนวนมาก

ความเร็ว (Speed) เรียกใช้ข้อมูลได้รวดเร็วขึ้น

น่าเบื่อหน่ายลดลง (Less drudgery) ความยุ่งยากลดลง และความน่าเบื่อหน่ายลดลง

แพร่หลาย (Currency) มีข้อมูลที่ถูกต้องทันสมัยให้ใช้ตลอดเวลา ในวงกว้างขึ้น

ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับระบบฐานข้อมูล


สาระสำคัญ

ฐานข้อมูลเป็นการจัดเก็บข้อมูลอย่างเป็นระบบ ทำให้ผู้ใช้สามารถใช้ข้อมูลที่เกี่ยวข้องในระบบงานต่าง ๆ ร่วมกันได้ โดยที่จะไม่เกิดความซ้ำซ้อนของข้อมูล และยังสามารถหลีกเลี่ยงความขัดแย้งของข้อมูลด้วย อีกทั้งข้อมูลในระบบก็จะถูกต้องเชื่อถือได้ และเป็นมาตรฐานเดียวกัน โดยจะมีการกำหนดระบบความปลอดภัยของข้อมูลขึ้น

นับได้ว่าปัจจุบันเป็นยุคของสารสนเทศ เป็นที่ยอมรับกันว่า สารสนเทศเป็นข้อมูลที่ผ่านการกลั่นกรองอย่างเหมาะสม สามารถนำมาใช้ประโยชน์อย่างมากมาย ไม่ว่าจะเป็นการนำมาใช้งานด้านธุรกิจ การบริหาร และกิจการอื่น ๆ องค์กรที่มีข้อมูลปริมาณมาก ๆ จะพบความยุ่งยากลำบากในการจัดเก็บข้อมูล ตลอดจนการนำข้อมูลที่ต้องการออกมาใช้ให้ทันต่อเหตุการณ์ ดังนั้นคอมพิวเตอร์จึงถูกนำมาใช้เป็นเครื่องมือช่วยในการจัดเก็บข้อมูล การประมวลผลข้อมูล ซึ่งทำให้ระบบการจัดเก็บข้อมูลเป็นไปได้สะดวก ทั้งนี้โปรแกรมแต่ละโปรแกรมจะต้องสร้างวิธีควบคุมและจัดการกับข้อมูลขึ้นเอง ฐานข้อมูลจึงเข้ามามีบทบาทสำคัญอย่างมาก โดยเฉพาะระบบงานต่าง ๆ ที่ใช้คอมพิวเตอร์ การออกแบบและพัฒนาระบบฐานข้อมูล จึงต้องคำนึงถึงการควบคุมและการจัดการความถูกต้องตลอดจนประสิทธิภาพในการเรียกใช้ข้อมูลด้วย

ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับระบบฐานข้อมูล

ระบบฐานข้อมูล (Database System) หมายถึง โครงสร้างสารสนเทศที่ประกอบด้วยรายละเอียดของข้อมูลที่เกี่ยวข้องกันที่จะนำมาใช้ในระบบต่าง ๆ ร่วมกัน

ระบบฐานข้อมูล จึงนับว่าเป็นการจัดเก็บข้อมูลอย่างเป็นระบบ ซึ่งผู้ใช้สามารถจัดการกับข้อมูลได้ในลักษณะต่าง ๆ ทั้งการเพิ่ม การแก้ไข การลบ ตลอดจนการเรียกดูข้อมูล ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นการประยุกต์นำเอาระบบคอมพิวเตอร์เข้ามาช่วยในการจัดการฐานข้อมูล

นิยามและคำศัพท์พื้นฐานเกี่ยวกับระบบฐานข้อมูล

บิท (Bit) หมายถึง หน่วยของข้อมูลที่มีขนาดเล็กที่สุด

ไบท์ (Byte) หมายถึง หน่วยของข้อมูลที่กิดจากการนำบิทมารวมกันเป็นตัวอักขระ (Character)

เขตข้อมูล (Field) หมายถึง หน่วยของข้อมูลที่ประกอบขึ้นจากตัวอักขระตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปมารวมกันแล้วได้ความหมายของสิ่งใดสิ่งหนึ่ง เช่น ชื่อ ที่อยู่ เป็นต้น

ระเบียน (Record) หมายถึง หน่วยของข้อมูลที่เกิดจากการนเอาเขตข้อมูลหลาย ๆ เขตข้อมูลมารวมกัน เพื่อเกิดเป็นข้อมูลเรื่องใดเรื่องหนึ่ง เช่น ข้อมูลของนักศึกษา 1 ระเบียน (1 คน) จะประกอบด้วย

รหัสประจำตัวนักศึกษา 1 เขตข้อมูล

ชื่อนักศึกษา 1 เขตข้อมูล

ที่อยู่ 1 เขตข้อมูล

แฟ้มข้อมูล (File) หมายถึงหน่วยของข้อมูลที่เกิดจากการนำข้อมูลหลาย ๆ ระเบียนที่เป็นเรื่องเดียวกันมารวมกัน เช่น แฟ้มข้อมูลนักศึกษา แฟ้มข้อมูลลูกค้า แฟ้มข้อมูลพนักงาน

ส่วนในระบบฐานข้อมูล มีคำศัพท์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องดังนี้

เอนทิตี้ (Entity) หมายถึง ชื่อของสิ่งใดสิ่งหนึ่ง ได้แก่ คน สถานที่ สิ่งของ การกระทำ ซึ่งต้องการจัดก็บข้อมูล

ไว้ เช่น เอนทิตี้ลูกค้า เอนทิตี้พนักงาน

- เอนทิตี้ชนิดอ่อนแอ (Weak Entity) เป็นเอนทิตี้ที่ไม่มีความหมาย หากขาดเอนทิตี้อื่นในฐานข้อมูล

แอททริบิวต์(Attribute) หมายถึง รายละเอียดข้อมูลที่แสดงลักษณะและคุณสมบัติของเอนทิตี้หนึ่ง ๆ เช่น

เอนทิตี้นักศึกษา ประกอบด้วย - แอทริบิวต์รหัสนักศึกษา

- แอททริบิวต์ชื่อนักศึกษา

- แอททริบิวต์ที่อยู่นักศึกษา

ความสัมพันธ์ (Relationships) หมายถึง ความสัมพันธ์ระหว่างเอนทิตี้ เช่น ความสัมพันธ์ระหว่างเอนทิตี้นักศึกษาและเอนทิตี้คณะวิชา เป็นลักษณะว่า นักศึกษาแต่ละคนเรียนอยู่คณะวิชาใดคณะวิชาหนึ่ง

ในการแสดงความสัมพันธ์ระหว่างเอนทิตี้ เราจะใช้หัวลูกศรเพื่อแสดงความสัมพันธ์ ดังตัวอย่างในรูปต่อไปนี้


รูปที่ 1.1 คณะวิชา ß ----------à à นักศึกษา (คณะวิชามีความสัมพันธ์กับนักศึกษา)


ในการระบุความสัมพันธ์ระหว่างเอนทิตี้ จะกำหนดโดยใช้หัวลูกศร และหากพิจารณาความสัมพันธ์จากเอนทิตี้นักศึกษาไปยังเอนทิตี้คณะวิชา อาจจะกำหนดความสัมพันธ์ได้ดังนี้


รูปที่ 1.2 คณะวิชา ----------------à นักศึกษา (นักศึกษาสังกัดอยู่คณะวิชา)


และหากพิจารณาความสัมพันธ์จากเอนทิตี้คณะวิชาไปยังเอนทิตี้นักศึกษา อาจกำหนดความสัมพันธ์ได้ดังนี้


รูปที่ 1.3 คณะวิชา --------------à à นักศึกษา (คณะวิชาประกอบด้วยนักศึกษา)


จากรูปที่ 1.2 จะเห็นได้ว่า นักศึกษา 1 คนจะสามารถสังกัดอยู่ได้เพียง 1 คณะวิชา แต่จากรูปที่ 1.3 จะเห็นได้ว่า 1 คณะวิชาสามารถประกอบด้วยนักศึกษาหลาย ๆ คน


ความสัมพันธ์ระหว่างเอนทิตี้ แบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือ

1. ความสัมพันธ์แบบหนึ่งต่อหนึ่ง (One-to-one Relationships) เป็นการแสดงความสัมพันธ์ของข้อมูลในเอนทิตี้หนึ่งที่มีความสัมพันธ์กับข้อมูลในอีกเอนทิตี้หนึ่ง ในลักษณะหนึ่งต่อหนึ่ง (1 : 1)

2. ความสัมพันธ์แบบหนึ่งต่อกลุ่ม (One-to-many Relationships) เป็นการแสดงความสัมพันธ์ของข้อมูลในเอนทิตี้หนึ่ง ที่มีความสัมพันธ์กับข้อมูลหลาย ๆ ข้อมูลในอีกเอนทิตี้หนึ่ง ในลักษณะ (1:m) ตัวอย่างเช่น

3. ความสัมพันธ์แบบกลุ่มต่อกลุ่ม (Many-to-many Relationships) เป็นการแสดงความสัมพันธ์ของข้อมูลสองเอนทิตี้ในลักษณะกลุ่มต่อกลุ่ม (m:n)

เอนทิตี้ใบสั่งซื้อแต่ละใบจะสามารถสั่งสินค้าได้มากกว่าหนึ่งชนิด ความสัมพันธ์ของข้อมูลจากเอนทิตี้ใบสั่งซื้อไปยังเอนทิตี้สินค้า จึงเป็นแบบหนึ่งต่อกลุ่ม (1:m) ในขณะที่สินค้าแต่ละชนิด จะถูกสั่งอยู่ในใบสั่งซื้อหลายใบ ความสัมพันธ์ของข้อมูลจากเอนทิตี้สินค้าไปยังอินทิตี้ใบสั่งซื้อ จึงเป็นแบบหนึ่งต่อกลุ่ม (1:n) ดังนั้นความสัมพันธ์ของเอนทิตี้ทั้งสอง จึงเป็นแบบกลุ่มต่อกลุ่ม (m:n)

จากคำศัพท์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับระบบฐานข้อมูลที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้น จึงอาจให้นิยามของฐานข้อมูลในอีกลักษณะได้ว่า “ฐานข้อมูล” อาจหมายถึง โครงสร้างสารสนเทศ ที่ประกอบด้วยหลาย ๆ เอนทิตี้ที่มีความสัมพันธ์กัน


ความสำคัญของการประมวลผลแบบระบบฐานข้อมูล

จากการจัดเก็บข้อมูลรวมเป็นฐานข้อมูลจะก่อให้เกิดประโยชน์ดังนี้

1. สามารถลดความซ้ำซ้อนของข้อมูลได้

การเก็บข้อมูลชนิดเดียวกันไว้หลาย ๆ ที่ ทำให้เกิดความซ้ำซ้อน (Redundancy) ดังนั้นการนำข้อมูลมารวมเก็บไว้ในฐานข้อมูล จะชาวยลดปัญหาการเกิดความซ้ำซ้อนของข้อมูลได้ โดยระบบจัดการฐานข้อมูล (Database Management System : DBMS) จะช่วยควบคุมความซ้ำซ้อนได้ เนื่องจากระบบจัดการฐานข้อมูลจะทราบได้ตลอดเวลาว่ามีข้อมูลซ้ำซ้อนกันอยู่ที่ใดบ้าง

2. หลีกเลี่ยงความขัดแย้งของข้อมูลได้

หากมีการเก็บข้อมูลชนิดเดียวกันไว้หลาย ๆ ที่และมีการปรับปรุงข้อมูลเดียวกันนี้ แต่ปรับปรุงไม่ครบทุกที่ที่มีข้อมูลเก็บอยู่ก็จะทำให้เกิดปัญหาข้อมูลชนิดเดียวกัน อาจมีค่าไม่เหมือนกันในแต่ละที่ที่เก็บข้อมูลอยู่ จึงก่อใให้เกิดความขัดแย้งของข้อมูลขึ้น (Inconsistency)

3. สามารถใช้ข้อมูลร่วมกันได้

ฐานข้อมูลจะเป็นการจัดเก็บข้อมูลรวมไว้ด้วยกัน ดังนั้นหากผู้ใช้ต้องการใช้ข้อมูลในฐานข้อมูลที่มาจากแฟ้มข้อมูลต่างๆ ก็จะทำได้โดยง่าย

4. สามารถรักษาความถูกต้องเชื่อถือได้ของข้อมูล

บางครั้งพบว่าการจัดเก็บข้อมูลในฐานข้อมูลอาจมีข้อผิดพลาดเกิดขึ้น เช่น จากการที่ผู้ป้อนข้อมูลป้อนข้อมูลผิดพลาดคือป้อนจากตัวเลขหนึ่งไปเป็นอีกตัวเลขหนึ่ง โดยเฉพาะกรณีมีผู้ใช้หลายคนต้องใช้ข้อมูลจากฐานข้อมูลร่วมกัน หากผู้ใช้คนใดคนหนึ่งแก้ไขข้อมูลผิดพลาดก็ทำให้ผู้อื่นได้รับผลกระทบตามไปด้วย ในระบบจัดการฐานข้อมูล (DBMS) จะสามารถใส่กฎเกณฑ์เพื่อควบคุมความผิดพลาดที่เกดขึ้น

5. สามารถกำหนดความป็นมาตรฐานเดียวกันของข้อมูลได้

การเก็บข้อมูลร่วมกันไว้ในฐานข้อมูลจะทำให้สามารถกำหนดมาตรฐานของข้อมูลได้รวมทั้งมาตรฐานต่าง ๆ ในการจัดเก็บข้อมูลให้เป็นไปในลักษณะเดียวกันได้ เช่นการกำหนดรูปแบบการเขียนวันที่ ในลักษณะ วัน/เดือน/ปี หรือ ปี/เดือน/วัน ทั้งนี้จะมีผู้ที่คอยบริหารฐานข้อมูลที่เราเรียกว่า ผู้บริหารฐานข้อมูล (Database Administrator : DBA) เป็นผู้กำหนดมาตรฐานต่างๆ

6. สามารถกำหนดระบบความปลอดภัยของข้อมูลได้

ระบบความปลอดภัยในที่นี้ เป็นการป้องกันไม่ให้ผู้ใช้ที่ไม่มีสิทธิมาใช้ หรือมาเห็นข้อมูลบางอย่างในระบบ ผู้บริหารฐานข้อมูลจะสามารถกำหนดระดับการเรียกใช้ข้อมูลของผู้ใช้แต่ละคนได้ตามความเหมาะสม

7. เกิดความเป็นอิสระของข้อมูล

ในระบบฐานข้อมูลจะมีตัวจัดการฐานข้อมูลที่ทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมโยงกับฐานข้อมูล โปรแกรมต่าง ๆ อาจไม่จำเป็นต้องมีโครงสร้างข้อมูลทุกครั้ง ดังนั้นการแก้ไขข้อมูลบางครั้ง จึงอาจกระทำเฉพาะกับโปรแกรมที่เรียกใช้ข้อมูลที่เปลี่ยนแปลงเท่านั้น ส่วนโปรแกรมที่ไม่ได้เรียกใช้ข้อมูลดังกล่าว ก็จะเป็นอิสระจากการเปลี่ยนแปลง


รูปแบบของระบบฐานข้อมูล

รูปแบบของระบบฐานข้อมูล มีอยู่ด้วยกัน 3 ประเภท คือ

1. ฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์ (Relational Database)

เป็นการเก็บข้อมูลในรูปแบบที่เป็นตาราง (Table) หรือเรียกว่า รีเลชั่น (Relation) มีลักษณะเป็น 2 มิติ คือเป็นแถว (row) และเป็นคอลัมน์ (column) การเชื่อมโยงข้อมูลระหว่างตาราง จะเชื่อมโยงโดยใช้แอททริบิวต์ (attribute) หรือคอลัมน์ที่เหมือนกันทั้งสองตารางเป็นตัวเชื่อมโยงข้อมูล ฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์นี้จะเป็นรูปแบบของฐานข้อมูลที่นิยมใช้ในปัจจุบัน พนักงาน

2. ฐานข้อมูลแบบเครือข่าย (Network Database)

ฐานข้อมูลแบบเครือข่ายจะเป็นการรวมระเบียนต่าง ๆ และความสัมพันธ์ระหว่างระเบียนแต่จะต่างกับฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์ คือ ในฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์จะแฝงความสัมพันธ์เอาไว้ โดยระเบียนที่มีความสัมพันธ์กันจะต้องมีค่าของข้อมูลในแอททริบิวต์ใดแอททริบิวต์หนึ่งเหมือนกัน แต่ฐานข้อมูลแบบเครือข่าย จะแสดงความสัมพันธ์อย่างชัดเจน ตัวอย่างเช่น


3. ฐานข้อมูลแบบลำดับชั้น (Hierarchical Database)

ฐานข้อมูลแบบลำดับชั้น เป็นโครงสร้างที่จัดเก็บข้อมูลในลักษณะความสัมพันธ์แบบพ่อ-ลูก (Parent-Child Relationship Type : PCR Type) หรือเป็นโครงสร้างรูปแบบต้นไม้ (Tree) ข้อมูลที่จัดเก็บในที่นี้ คือ ระเบียน (Record) ซึ่งประกอบด้วยค่าของเขตข้อมูล (Field) ของเอนทิตี้หนึ่ง ๆ

ฐานข้อมูลแบบลำดับชั้นนี้คล้ายคลึงกับฐานข้อมูลแบบเครือข่าย แต่ต่างกันที่ฐานข้อมูลแบบลำดับชั้น มีกฎเพิ่มขึ้นมาอีกหนึ่งประการ คือ ในแต่ละกรอบจะมีลูกศรวิ่งเข้าหาได้ไม่เกิน 1 หัวลูกศร

โปรแกรมฐานข้อมูลที่นิยมใช้

โปรแกรมฐานข้อมูล เป็นโปรแกรมหรือซอฟแวร์ที่ช่วยจัดการข้อมูลหรือรายการต่าง ๆ ที่อยู่ในฐานข้อมูล ไม่ว่าจะเป็นการจัดเก็บ การเรียกใช้ การปรับปรุงข้อมูล

โปรแกรมฐานข้อมูล จะช่วยให้ผู้ใช้สามารถค้นหาข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งโปรแกรมฐานข้อมมูลที่นิยมใช้มีอยู่ด้วยกันหลายตัว เช่น Access, FoxPro, Clipper, dBase, FoxBase, Oracle, SQL เป็นต้น โดยแต่ละโปรแกรมจะมีความสามารถต่างกัน บางโปรแกรมใช้ง่ายแต่จะจำกัดขอบเขตการใช้งาน บ่งโปรแกรมใช้งานยากกว่า แต่จะมีความสามารถในการทำงานมากกว่า

โปรแกรม Access นับเป็นโปรแกรมที่นิยมใช้กันมากในขณะนี้ โดยเฉพาะในระบบฐานข้อมูลขนาดใหญ่ สามารถสร้างแบบฟอร์มที่ต้องการจะเรียกดูข้อมูลในฐานข้อมูล หลังจากบันทึกข้อมูลในฐานข้อมูลเรียบร้อยแล้ว จะสามารถค้นหาหรือเรียกดูข้อมูลจากเขตข้อมูลใดก็ได้ นอกจากนี้ Access ยังมีระบบรักษาความปลอดภัยของข้อมูล โดยการกำหนดรหัสผ่านเพื่อป้องกันความปลอดภัยของข้อมูลในระบบได้ด้วย

โปรแกรม FoxPro เป็นโปรแกรมฐานข้อมูลที่มีผู้ใช้งานมากที่สุด เนื่องจากใช้ง่ายทั้งวิธีการเรียกจากเมนูของ FoxPro และประยุกต์โปรแกรมขึ้นใช้งาน โปรแกรมที่เขียนด้วย FoxPro จะสามารถใช้กลับ dBase คำสั่งและฟังก์ชั่นต่าง ๆ ใน dBase จะสามารถใช้งานบน FoxPro ได้ นอกจากนี้ใน FoxPro ยังมีเครื่องมือช่วยในการเขียนโปรแกรม เช่น การสร้างรายงาน

โปรแกรม dBase เป็นโปรแกรมฐานข้อมูลชนิดหนึ่ง การใช้งานจะคล้ายกับโปรแกรม FoxPro ข้อมูลรายงานที่อยู่ในไฟล์บน dBase จะสามารถส่งไปประมวลผลในโปรแกรม Word Processor ได้ และแม้แต่ Excel ก็สามารถอ่านไฟล์ .DBF ที่สร้างขึ้นโดยโปรแกรม dBase ได้ด้วย

โปรแกรม SQL เป็นโปรแกรมฐานข้อมูลที่มีโครงสร้างของภาษาที่เข้าใจง่าย ไม่ซับซ้อน มีประสิทธิภาพการทำงานสูง สามารถทำงานที่ซับซ้อนได้โดยใช้คำสั่งเพียงไม่กี่คำสั่ง โปรแกรม SQL จึงเหมาะที่จะใช้กับระบบฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์ และเป็นภาษาหนึ่งที่มีผู้นิยมใช้กันมาก โดยทั่วไปโปรแกรมฐานข้อมูลของบริษัทต่าง ๆ ที่มีใช้อยู่ในปัจจุบัน เช่น Oracle, DB2 ก็มักจะมีคำสั่ง SQL ที่ต่างจากมาตรฐานไปบ้างเพื่อให้เป็นจุดเด่นของแต่ละโปรแกรมไป

ซอฟต์แวร์ระบบ

ซอฟต์แวร์ระบบ (System Software)

ซอฟต์แวร์ระบบประกอบด้วย ซอฟต์แวร์ 2 ประเภท คือ

ระบบปฏิบัติการ (Operating System)
ระบบปฏิบัติการ หมายถึง ชุดของโปรแกรมที่อยู่ระหว่างฮาร์ดแวร์แลซอฟต์แวร์ประยุกต์ มีหน้าที่ในการควบคุมการปฏิบัติงานของฮาร์ดแวร์ และสนับสนุนคำสั่งสำหรับควบคุมการทำงานของฮาร์ดแวร์ประยุกต์ ตัวอย่างของซอฟต์แวร์ระบบปฏิบัติการที่นิยมใช้ในปัจจุบัน เช่น MS - DOS , UNIX , Windows 95 , และ Mac System 7 เป็นต้น ระบบปฏิบัติงานมีหน้าที่หลัก ๆ คือ

จัดส่วนประกอบต่าง ๆ ของระบบคอมพิวเตอร์ เช่น หน่วยประมวลผลกลาง หน่วยความจำ ที่เก็บข้อมูลสำรอง และเครื่องพิมพ์
จัดการงานในส่วนของการติดต่อกับผู้ใช้
ให้บริการโปรแกรมประยุกต์อื่น เช่น การรับข้อมูล และการแสดงผล เป็นต้น ปกติแล้วโปรแกรมประยุกต์จะถูกเรียกให้เริ่มต้นทำงานผ่านระบบปฏิบัติการ
ระบบปฏิบัติการทำงานอยู่เบื้องหลังการทำงานของผู้ใช้ โดยเฉพาะระบบปฏิบัติการบนเครื่องเมนเฟรมหรือเครื่องที่มีขนาดใหญ่ก็ย่อมมีการทำงานที่ซับซ้อนมากขึ้น เพราะต้องดูแลการทำงานหลายอย่างจากผู้ใช้หลายคนพร้อมกัน

ระบบปฏิบัติการบนเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์

ในปัจจุบันนี้ ระบบปฏิบัติการบนเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ที่ได้รับความนิยม จะแยกตามฮาร์ดแวร์ที่ใช้งานได้เป็น 2 ระบบ คือระบบปฏิบัติการที่ทำงานบนเครื่อง ไอบีเอ็มพีซี (IBM personal Computer) หรือ เลียนแบบไอบีเอ็มพีซี (IBM PC Competible) และระบบปฏิบัติการที่ทำงานบนเครื่องแมคอินทอช (Macintosh) โดยปกติแล้ว โปรแกรมประยุกต์ใด ๆ จะสามารถทำงานบนระบบปฏิบัติการตัวใดตัวหนึ่งเท่านั้น เช่น โปรแกรมไมโครซอฟต์เวิร์ดที่ถูกออกแบบมาให้ทำงานบนเครื่องไอบีเอ็มพีซี ก็จะไม่สามารถนำไปใช้งานบนเครื่องแมคอินทอช เพราะเครื่องไอบีเอ็มพีซี จะนิยมใช้ระบบปฏิบัติการของไมโครซอฟต์ที่เรียกว่าเอ็มเอสดอส (MS - DOS)หรืออาจใช้ระบบที่ใหม่กว่าคือไมโครซอฟต์วินโดว์ (Microsoft Windows) หรือระบบปฏิบัติการแบบเปิดในตระกูลยูนิกซ์ เช่น SCO UNIX หรือ LINUX ในขณะที่เครื่องแมคอินทอชใช้ระบบปฏิบัติการที่เรียกว่าแมคอินทอชซิสเต็มเซเว่น (Macintosh System 7) ซึ่งออกแบบโดยบริษัทแอปเปิล การที่เครื่องสองชนิดใช้ระบบปฏิบัติการต่างกัน เนื่องมาจากมีหน่วยประมวลผลกลางไม่เหมือนกัน ผู้ที่จะผลิตซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์จะต้องเลือกที่จะผลิตซอฟต์แวร์ให้ใช้บนระบบใดระบบหนึ่ง หรือถ้าจะให้ใช้ได้บนระบบปฏิบัติการทั้งสองชนิดก็ต้องพัฒนาซอฟต์แวร์ขึ้นมาสองชุด

โดยมากแล้วผู้ใช้เครื่องคอมพิวเตอร์จะไม่สนใจว่าจะใช้ระบบปฏิบัติการใด แต่จะเลือกซอฟต์แวร์ประยุกต์ที่สามารถทำงานให้ได้ประโยชน์สูงสุดตามต้องการ แล้วจึงพิจารณาว่าซอฟต์แวร์นั้นทำงานบนระบบปฏิบัติการชนิดใด แต่ผู้ใช้บางกลุ่มก็เจาะจงเลือกใช้ระบบปฏิบัติการเอ็มเอสดอส เพราะมีซอฟต์แวร์ประยุกต์ให้เลือกใช้ได้มากมาย และผู้ใช้บางกลุ่มก็ต้องการใช้เครื่องแมคอินทอช เพราะมีระบบโต้ตอบผู้ใช้ที่ได้ง่ายและสวยงาม

ระบบปฏิบัติการเอ็มเอสดอส (MS - DOS)
ผู้ใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันนี้มักจะมีฮาร์ดดิสก์ติดอยู่ด้วยเสมอ เมื่อผู้ใช้เปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ ระบบปฏิบัติการก็จะถูกเรียกจากฮาร์ดดิสก์มาไว้ในหน่วยความจำของเครื่องเพื่อเตรียมที่จะใช้งานได้ทันทีที่ต้องการ ขั้นตอนที่ย้ายระบบปฏิบัติการเข้าสู่หน่วยความจำของเครื่องนั้นเรียกว่าการบูตระบบ (booting) หรือ บูตแสตป (bootstrap) ซึ่งมีขั้นตอนคือเมื่อเปิดสวิทช์เครื่องคอมพิวเตอร์ขึ้น โปรแกรมเล็ก ๆ ที่อยู่ในหน่วยความจำรอม (ROM) จะเรียกเอาส่วนประกอบพื้นฐานที่จำเป็นของระบบปฏิบัติการจากฮาร์ดดิสก์เข้ามาไว้ในหน่วยความจำหลัก ซึ่งจะได้ผลลัพธ์บนจอภาพเป็น C > หรือ C:\ > โดยที่หมายถึงดิสก์ไดรฟ์ที่ทำงานอยู่ และเครื่องหมาย > หมายถึงการเตรียมพร้อมที่จะทำงาน (prompt) จากนั้นผู้ใช้ก็จะสามารถพิมพ์คำสั่งของเอ็มเอสดอสได้ทันที

ไมโครซอฟต์วินโดว์
ไมโครซอฟต์วินโดว์ หรือที่นิยมเรียกสั้น ๆ ว่าวินโดว์ มีระบบการติดต่อกับผู้ใช้เป็นแบบกราฟิกที่มีสีสันสวยงามและสามารถใช้ได้ง่าย เรียกระบบที่ติดต่อกับผู้ใช้ลักษณะนี้ว่า GUI (Graphic user Interface) ซึ่งผู้ใช้บนระบบวินโดว์จะทำงานกับเมนู (menu)และรูปภาพที่เรียกว่าไอคอน (icon)แทนที่จะเป็นการพิมพ์คำสั่งต่าง ๆ ดังรูป



แสดงไอคอนและเมนูบนระบบวินโดว์



เมนูดังรูปจะเรียกว่า พูลดาวน์เมนู (pull down menu) ซึ่งจะเป็นเมนูที่เมื่อทำการเลือกรายการที่ต้องการแล้วจะมีรายการย่อยถูกถึงลง (pull down) ให้ปรากฏออกมาก นอกจากนี้จะมี เมนูอีกชนิดกนึ่งเรียกว่า ป๊อปอัพเมนู (pop-up menu) ซึ่งจะปรากฏเป็นหน้าต่างย่อยซ้อนขึ้นมาด้านหน้าเมื่อเลือกรายการที่ต้องการ

ระบบวินโดว์มีข้อดีคือเอื้ออำนวยให้ผู้ใช้สามารถทำงานได้ง่าย โดยการแสดงภาพกราฟฟิกบนจอภาพเมื่อผู้ใช้เปิดเครื่องขึ้นมา และผู้ใช้สามารถใช้เมาส์ในการชี้และคลิกที่ภาพเพื่อเลือกซอฟต์แวร์ที่ต้องการ แทนที่จะต้องพิมพ์คำสั่งเช่นเดียวกับระบบดอส ดังนั้นระบบวินโดว์จึงได้รับความนิยมอย่างกว้างขวาง และได้มีการพัฒนาเป็นเวอร์ชันใหม่ ๆ อย่างต่อเนื่อง นับจาก Windows 3.0 , Window for Workgroup ซึ่งเป็น cooperative multitasking จนมาถึง Windows 95 ซึ่งเป็น preenptive multitasking และ Windows NT ซึ่งเป็นระบบปฏิบัติการเครือข่ายแบบ Client/Server

ระบบปฏิบัติการเครือข่าย

ระบบปฏิบัติการเครือข่าย (Network operating System หรือ NOS) จะเป็นระบบปฏิบัติการที่ถูกออกแบบมาสำหรับจัดการงานด้านการติดต่อสื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์ และช่วยให้คอมพิวเตอร์ที่ต่ออยู่กับเครือข่ายสามารถใช้อุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น ฮาร์ดดิสก์ หรือเครื่องพิมพ์ร่วมกันได้ ระบบปฏิบัติการเครือข่ายมีคุณสมบัติต่างๆ คล้ายระบบปฏิบัติการเอ็มเอสดอส แต่เพิ่มการจัดการเกี่ยวกับเครือข่ายและการใช้อุปกรณ์ร่วมกัน รวมทั้งมีระบบการป้องกันการสูญหายของข้อมูลด้วย

ระบบปฏิบัติการเครือข่ายที่นิยมใช้ปัจจุบัน จะใช้หลักการประมวลผลแบบไคลเอนต์เซิร์ฟเวอร์ (Client / Server) โดยส่วนประกอบสำหรับการเรียกใช้แฟ้มข้อมูลและการจัดการโปรแกรมจะทำงานอยู่บนเครื่องเซิร์ฟเวอร์ ในขณะที่ส่วนประกอบอื่น ๆ ของระบบปฏิบัติการเครือข่ายจะอยู่บนเครื่องไคลเอนต์ เช่น การติดต่อกับผู้ใช้ การประมวลผล เป็นต้น การจัดการให้ผู้ใช้เห็นว่างานและอุปกรณ์ทั้งหลายที่ใช้นั้นเสมือนอยู่บนเครื่องไคลเอนต์เอง ถือว่าเป็นหน้าที่หลักอันหนึ่งของระบบปฏิบัติการเครือข่าย

ระบบปฏิบัติการบนเครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่

เครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่เช่นเครื่องระดับเมนเฟรม ได้ถูกพัฒนาขึ้นกว่าสองทศวรรษก่อนที่จะมีเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์เสียอีก เครื่องระดับเมนเฟรมจะนำมาใช้ในด้านธุระกิจและการศึกษา ซึ่งจะมีผู้ใช้งานพร้อม ๆ กันจำนวนมาก ทำให้ระบบปฏิบัติการของเครื่องระดับนี้มีการทำงานที่ซับซ้อนมากขึ้น โดยต้องทำการดูแลสั่งงานโปรแกรมพร้อม ๆ กันจำนวนหลาย ๆ โปรแกรม (Multitasking) การเข้าใช้งานเครื่องของผู้ใช้จำนวนหลาย ๆ คน (Mutiuser) การจัดลำดับและแบ่งปันทรัพยากรให้กับผู้ใช้ ตลอดจนการรักษาความเป็นส่วนตัวและความลับของผู้ใช้แต่ละคน

ระบบปฏิบัติการแบบเปิด (Open Operating System)

ในสมัยก่อนผู้ที่พัฒนาระบบปฏิบัติการคือบริษัทที่ผลิตคอมพิวเตอร์ ดังนั้นระบบปฏิบัติการจึงถูกออกแบบให้สามารถใช้ได้เฉพาะกับเครื่องของบริษัทเท่านั้น เรียกระบบปฏิบัติการประเภทนี้ว่า ระบบปฏิบัติการแบบปิด (Proprietary operating system) ซึ่งแม้แต่ในปัจจุบันนี้เครื่องระดับเมนเฟรมผู้ขายก็ยังคงเป็นผู้กำหนดความสามารถของระบบปฏิบัติการของเครื่องที่ขายอยู่ อย่างไรก็ดี ปัจจุบันนี้เริ่มมีแนวโน้มที่จะทำให้ระบบการสามารถนำไปใช้งานบนเครื่องต่าง ๆ กันได้ (Protable operating system) เช่น ระบบปฏิบัติการยูนิกซ์ (UNIX) เป็นต้น

ระบบปฏิบัติการยูนิกซ์ เป็นระบบปฏิบัติการที่พัฒนาขึ้นในปี ค.ศ. 1971 โดย และ จากห้องปฏิบัติการเบลล์ของบริษัท AT& T ซึ่งได้ทำการพัฒนาบนเครื่องมินิคอมพิวเตอร์ของ DEC ระบบปฏิบัติการยูนิกซ์เป็นระบบที่สนับสนุนผู้ใช้งานจำนวนหลายคนพร้อม ๆ กัน โดยใช้หลัก การแบ่งเวลา (time sharing) ต่อมาในปี ค.ศ. 1970 ได้มีการบริจาคระบบปฏิบัติการนี้ให้กับวงการศึกษา และมีการนำไปใช้ทั้งในมหาวิทยา และวิทยาลัยต่าง ๆ มากมาย นักศึกษาจำนวนมากจึงได้ใช้ระบบปฏิบัติการยูนิกซ์ เป็นผลให้เมื่อนักศึกษาเหล่านั้นจบออกไปทำงาน ก็ยังคงเคยชินกับระบบปฏิบัติการยูนิกซ์และจัดหามาใช้ในองค์กรที่ทำงานอยู่ระบบปฏิบัติการยูนิกซ์จึงได้รับการยอมรับในวงการอุตสาหกรรมและวงการอื่น ๆ อย่างแพร่หลายและมีการใช้งานอยู่ตั้งแต่เครื่องระดับไมโครคอมพิวเตอร์ ไปจนถึงเครื่องระดับซูเปอร์คอมพิวเตอร์

ตัวแปลภาษาคอมพิวเตอร์ (Translator)
ในการพัฒนาซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์นั้น โปรแกรมเมอร์จะเขียนโปรแกรมในภาษาคอมพิวเตอร์แบบต่าง ๆ ตามแต่ความชำนาญของแต่ละคน โปรแกรมที่ได้จะเรียกว่า โปรแกรมต้นฉบับ หรือ ซอร์สโคด (source code) ซึ่งมนุษย์จะอ่านโปรแกรมต้นฉบับนี้ได้แต่คอมพิวเตอร์จะไม่เข้าใจคำสั่งเหล่านั้น เนื่องจากคอมพิวเตอร์เข้าใจแต่ภาษาเครื่อง (Machine Language) ซึ่งประกอบขึ้นจากรหัสฐานสองเท่านั้น จึงต้องมีการใช้โปรแกรม ตัวแปรภาษาคอมพิวเตอร์ (Translator) ในการแปลภาษาคอมพิวเตอร์ภาษาต่าง ๆ ไปเป็นภาษาเครื่องโปรแกรมที่แปลจากโปรแกรมต้นฉบับแล้วเรียกว่า ออบเจคโคด (object code) ซึ่งจะประกอบด้วยรหัสคำสั่งที่คอมพิวเตอร์สามารถเข้าใจและนำไปปฏิบัติได้ต่อไป

ตัวแปลภาษาที่มีการใช้อยู่ในปัจจุบัน จะต่างกันที่ขั้นตอนที่ใช้ในการแปลภาษาให้อยู่ในรูปแบบที่คอมพิวเตอร์สามารถเข้าใจได้ สามารถแบ่งได้เป็น

แอสเซมเบลอ (Assembler) เป็นตัวแปลภาษาแอสแซมบลีซึ่งเป็นภาษาระดับต่ำให้เป็นภาษาเครื่อง
อินเตอร์พรีเตอร์ (Interpreter) เป็นตัวแปลภาษาระดับสูงซึ่งเป็นภาษาที่ใกล้เคียงกับภาษามนุษย์ ไปเป็นภาษาเครื่อง โดยใช้หลักการแปลพร้อมกับงานตามคำสั่งทีละบรรทัดตลอดทั้งโปรแกรม ทำให้การแก้ไขโปรแกรมทำได้ง่ายและรวดเร็วแต่ออบเจคโคดที่ได้จากการแปลโดยการใช้อินเตอร์พรีเตอร์นั้นไม่สามารถเก็บไว้ใช้ใหม่ได้จะต้องแปลโปรแกรมใหม่ทุกครั้งที่ต้องการใช้งาน
คอมไพเลอร์ (Compiler) จะเป็นตัวแปลภาษาระดับสูงเช่นเดียวกับอินเตอร์พรีเตอร์แต่จะใช้วิธีแปลโปรแกรมทั้งโปรแกรมให้เป็นออบเจคโคด ก่อนที่จะสามารถนำไปทำงานเช่นเดียวกับแอสแซมเบลอ ออบเจคโคดที่ได้จากการแปลนั้นสามารถจัดเก็บไว้เป็นแฟ้มข้อมูล เพื่อให้นำไปใช้ในการทำงานเมื่อใดก็ได้ตามต้องการ ซึ่งเป็นข้อดีของคอมไพเลอร์ที่จะนำผลที่ได้จากการแปลนั้นไปใช้งานกี่ครั้งก็ได้ไม่จำกัด ไม่ต้องเสียเวลาในการแปลใหม่ทุกครั้ง ทำให้เป็นรูปแบบการแปลที่ได้รับความนิยมอย่างมาก
ในปัจจุบัน มีหลักการแปลภาษาคอมพิวเตอร์แบบใหม่เกิดขึ้น คือแปลจากซอร์สโคดไปเป็นรหัสชั่วคราวหรืออินเทอมีเดียตโคด (Intermediate code) ซึ่งสามารถนำไปทำงานได้ด้วยการใช้โปรแกรมในการอ่านและทำงานตามรหัสชั่วคราวนั้น โดยโปรแกรมนี้จะมีหลักการทำงานคล้ายกับอินเทอพรีเตอร์ แต่จะทำงานได้เร็วกว่าเนื่องจากรหัสชั่วคราวจะใกล้เคียงกับภาษาเครื่องมาก มีข้อดีคือสามารถนำรหัสชั่วคราวนั้นไปใช้ได้กับทุก ๆ เครื่องที่มีโปรแกรมตีความได้ทันที