計算機基礎知識

一、計算機系統

    1.1 計算機系統由硬體系統(Hardware)和軟體系統(Software)兩大部分組成。

二、計算機硬體

    2.1 計算機概念

    計算機俗稱電腦，是一種能接收和存儲資訊，并按照存儲在其内部的程式對海量資料進行自動、高速地處理，然後把處理結果輸出到現代化智能電子裝置。    

    2.2 計算機發展曆史

    第一代計算機(1946-1957):計算機進入電子管時代

    第二代計算機(1958-1964):計算機進入半導體時代

    第三代計算機(1965-1970):計算機進入內建電路時代

    第四代計算機(1971以後):計算機進入大規模內建電路時代

    2.3 1946年，世界上第一台計算機ENIAC在美國賓州大學誕生，是美國奧伯丁武器試驗場為了滿足計算機彈道需要而研制成的。使用了17468隻電子管，占地170平方米，重達30噸，耗電174千瓦，耗資40多萬美元。每秒可進行5000次加法或減法運算。

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    2.4  計算機現在都遵循馮.諾依曼體系結構，1946年數學家馮諾依曼提出了計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入裝置、輸出裝置五大部分組成。

    2.5 計算機按規模劃分：巨型計算機(天河一号)、大型計算機(IBMz13)、小型計算機和微型計算機

  摩爾定律

   由英特爾（Intel）創始人之一戈登.摩爾于1965年提出來當價格不變時，內建電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也将提升一倍。

三、伺服器

    3.1 伺服器概念

     3.1.1 伺服器是計算機的一種，是網絡中為用戶端計算機提供各種服務的高性能的計算機。

    3.1.2 伺服器在網絡作業系統的控制下、将與其相連的硬碟、錄音帶、列印機及昂貴的專用通訊裝置提供給網絡上的客戶站點共享，也能為網絡使用者提供集中計算、資訊釋出及資料管理等服務。

    3.2 伺服器按應用功能可分為：

    3.2.1 web伺服器、資料庫伺服器、郵件伺服器、檔案伺服器、日志伺服器、監控伺服器等等。

    3.3 伺服器按外形分類：

    3.3.1 塔式伺服器、機架式伺服器、刀片式伺服器。

    塔式伺服器

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   機架式伺服器

     ①按照統一标準設計，配合機櫃統一使用。

    ②機架式伺服器寬度為19英寸，高度以U為機關。

    ③1U=1.75英寸=44.45毫米，通常有1U,2U,3U,4U,5U,7U幾種标準的伺服器，機櫃的尺寸也是采用通用的工業标準。

    ④在機櫃中可以同時放置多台伺服器。

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    刀片式伺服器

    ①更高的密度，集中管理高性能，靈活擴充，按需配置。

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四、伺服器硬體

    4.1 伺服器硬體-CPU

    4.1.1 CPU是Central Processing Unit的縮寫，即中央處理器。由運算器和控制器構成，是整個計算機系統中最重要的部分

    4.2 伺服器CPU公司

    4.2.1 Intel公司

             Xeon  至強

             Itanium  安騰

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    4.2.2 AMD公司

         Althlon MP

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    4.2.3 IBM公司

         Power

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    4.3 主頻、外頻、倍頻、高速緩存、記憶體總線速度、位址總線寬度

    4.3.1 主頻：主頻是CPU的時鐘頻率（CPU Clock Speded）,是CPU運算時工作的頻率的簡稱。機關是Hz。一般來說，主頻越高，CPU的速度越快。由于内部結構不同，并非所有的時鐘頻率相同的CPU性能都一樣。

    4.3.2 外頻：系統總線的工作頻率，CPU與外部（主機闆晶片組）交換資料、指令的工作時鐘頻率。

    4.3.3 倍頻：倍頻則是指CPU外頻與主頻相差的倍數。

    三者關系：主頻=外頻X倍頻

    4.3.4 高速緩存（Cache）：高速交換的存儲器。CPU緩存分為一級、二級、三級緩存，即L1，L2，L3。

    4.3.5 記憶體總線速度（Memory-Bus Speed）:一般等同于CPU的外頻，指CPU與二級高速緩存和記憶體之間的通信速度。

    4.3.6 位址總線寬度：決定了CPU可以通路的實體位址空間。

    4.4 CPU類型

    x86、x64（CISC）、ARM（Acorn RISC Machine）、m68000、m68k（moto）、Power（IBM）、Powerpc（Apple,IBM,moto）、Ultrasparc（Sun）、Alpha（HP）、安騰（compaq）

    4.5 按CPU個數分類

    ①4路及4路以上伺服器（企業級伺服器）

    ②2路伺服器（部門級伺服器）

    ③1路伺服器（入門級伺服器）

    4.6 伺服器分類

    4.6.1 按照CPU體系架構來區分，伺服器主要分為兩類。

    ①非x86伺服器：使用RISC（精簡指令集）或EPIC（并行指令代碼）處理器，并且主要采用UNIX和其它專用作業系統的伺服器，指令系統相對簡單，它隻要求硬體執行很有限且最常用的那部分指令，CPU主要有IBM的PowerPC,Sun的Ultrasparc,Intel研發的EPIC安騰處理器等。這種伺服器價格昂貴，體系封閉，但是穩定性好，性能強，主要用在金融、電信等大型企業的核心系統。

    ②x86伺服器：又稱CISC（複雜指令集）架構伺服器，即通常所講的PC伺服器，它是基于PC機體系結構，使用Intel或其它相容x86指令集的處理器晶片的伺服器。目前主要為Intel的Xeon E3、E5、E7系列，價格相對便宜、相容性好、穩定性較差，安全性不算太高。

    4.7 主機闆

    ①主機闆（mainboard）、系統闆（systemboard）或主機闆（motherboard）它安裝在機箱内，它是計算機最基本也是最重要的部件之一。

    ②主機闆一般為矩形電路闆，上面安裝了組成計算機的主要電路系統，一般有BIOS晶片、I/O控制晶片、鍵盤和面闆控制開關接口、訓示燈插接件、擴充插槽、主機闆及插卡的直流電源供電接插件等元件。

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    4.8 記憶體

    ①記憶體是介于CPU和外部存儲之間，是CPU對外部存儲中程式和資料進行高速運算時存放程式指令、資料和中間結果的臨時場所，它的實體實質就是一組具備資料輸入輸出和資料存儲功能的高速內建電路。

    ②記憶體是CPU能直接尋址的存儲空間，由半導體器件制成。記憶體的特點是存取速度快。

    ③計算機中所有程式的運作都是在記憶體中進行的，是以記憶體的性能對計算機的影響非常大。

    ④外存：硬碟、CD光牒、軟碟、U盤。

    ⑤記憶體和外存的差別：記憶體斷電後資料丢失；外存斷電後資料可以儲存。

    容量

     即記憶體的存儲容量，機關一般為“MB”或“GB”

    記憶體寬帶

    ①記憶體寬帶是指記憶體與北橋晶片之間的資料傳輸率

    ②單通道記憶體節制器一般都是64-bit的，8個二進制位相當于一個位元組，換算成位元組是64/8=8，再乘以記憶體的運作頻率，如果是DDR記憶體就要在乘以2。

    ③記憶體寬帶=記憶體總線頻率=資料總線位數/8

    記憶體技術

    4.8.1 線上備用記憶體技術

    ①當主記憶體或者是擴充記憶體中的記憶體出現多位錯誤時或者出現實體記憶體故障時，伺服器仍繼續運作。

    ②由備用記憶體接替出現故障記憶體的工作。

    ③備用的記憶體區域必須比其它區域的記憶體容量要大或者相同。

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 4.8.2 記憶體鏡像

     ①鏡像為系統在出現多位錯或記憶體實體故障時提供資料保護功能，以保證系統仍能正常的運作。

    ②資料同時寫入兩個鏡像的記憶體區域。

    ③從一個區域進行資料的讀取。

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    4.9 硬碟

    4.9.1 硬碟結構

    ①存儲媒體（Media）——盤片

        盤片的基闆是金屬或玻璃材質制成，為達到高密度高穩定的品質，基闆要求表面光滑平整，不可有任何瑕疵。

    ②讀寫頭（Read Write Head）——磁頭

        磁頭是磁盤讀取資料的關鍵部件，它的主要作用就是将存儲在硬碟盤片上的磁資訊轉化為電信号向外傳輸。

    ③馬達（Spindle Motor）

        馬達上裝有一至多片盤片，以7200或15000RPM定速旋轉，為保持其平衡不可抖動，是以其品質要求嚴謹，不産生高溫噪音。

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    4.9.2 硬碟基本參數

    ①容量

        容量是硬碟的主要參數。機關有MB、GB、TB。1TB=1024GB、1GB=1024MB。

    ②轉速

        轉速是指硬碟盤片每分鐘轉動的圈數，機關為RPM。現在硬碟的轉速已達10000RPM、15000RPM，是以讀寫速率也有了很大的提高。

    ③傳輸速率

        傳輸速率（Data Transfer Rate）。硬碟的傳輸速率是指硬碟讀寫資料的速度，機關為兆位元組每秒（MB/s）。

    ④緩存

        硬碟緩存的目的是為了解決系統前後級讀寫速度不比對的問題，以提高硬碟的讀寫速度。

    4.9.3 硬碟接口類型

    ①IEEE 1394接口

    ②IDE接口——硬碟接口規範，采用ATA技術規範。

    ③SCSI接口——應用于小型機上的高速資料傳輸技術。

    ④SATA接口——Serial ATA,提高傳輸速率，支援熱插拔。

    ⑤SAS接口——Serial Attached SCSI,相容SATA。

    目前主流硬碟接口為SATA接口和SAS接口，是以，硬碟按接口類型可分為SATA硬碟和SAS硬碟。

    4.9.4 常見的磁盤種類

     ①SATA磁盤

    ②SAS磁盤

    ③SSD磁盤

    4.9.5 磁盤的主要參數

    ①磁盤尺寸：3.5、2.5、1.8

    ②磁盤容量：146GB、300GB、500GB......

    ③磁盤轉速：10K、15K、7200K

    ④接口速度：3GB、6GB

    4.9.6 SATA硬碟

    ①容量：250GB、320GB、500GB、750GB、1T、2T。

    ②轉速：5400轉、7200轉。

    ③緩存：8M、16M、32M

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    4.9.7 SAS硬碟

     ①容量：146GB、300GB、450GB、600GB、1T、2T

    ②轉速：10000轉、15000轉

    ③緩存：16M、32M、64M

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    4.9.8 SSD硬碟

    ①SSD（Solid State Disk）泛指使用NAND Flash組成的固态硬碟，其特别之處在于沒有機械結構，以區塊寫入和抹除的方式做讀寫的功能。是以，在讀寫的效率上，非常依賴讀寫技術上的設計。

    ②SSD讀寫存取速度快，性能穩定，防震性高，發熱低，耐低溫，電耗低，無噪音。因為沒有機械部分，是以長時間使用出現故障的幾率也比較小。缺點：價格高，容量小，在普通硬碟面前毫無成本效益優勢。

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    4.9.9 陣列卡

    Raid卡

        用來實作RAID的建立和重建，檢測和修複多位錯誤，錯誤磁盤自動檢測等功能。RAID晶片使CPU的資源得以釋放。

    陣列卡（Raid卡）作用

    ①陣列卡把若幹硬碟驅動器按照一定要求組成一個整體、由陣列控制器管理的系統。

    ②陣列卡用來提高磁盤子系統的性能及可靠性，

    陣列卡參數

    ①支援的RAID級别。

    ②陣列卡緩存

    ③電池保護

（11）顯示卡

    顯示卡：伺服器都在主機闆上內建了顯示卡，但是顯存容量不高，一般為16M或32M。

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（12）網卡

    網卡：伺服器都在主機闆上內建了網卡，傳輸速率為1Gbps，即千兆網卡特殊應用需要高端網卡，如光纖網卡、Infiniband網卡等。傳輸速率能達到10Gbps、20Gbps，即萬兆網卡。

（13）熱插拔技術

    ①熱插拔技術：又稱為熱交換技術（Hot Swap）,允許在不關機的狀态下更換故障熱插拔裝置。

    ②常見熱插拔裝置：電源、硬碟、PCI裝置、風扇等。

    ③熱插拔硬碟技術與RAID技術配合起來，可以使伺服器在不關機的狀态下恢複故障硬碟上的資料，同時并不影響網絡使用者對資料的使用。

（14）機櫃

    ①機架式伺服器都是放在機櫃中使用。

    ②通常使用的機櫃是42U機櫃（高度約2米）。

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五、存儲基礎知識-存儲網絡

    存儲網絡

        DAS——直接連接配接存儲（Direct Attached Storage）

        NAS——網絡連接配接存儲（Network Attached Storage ）

        SAN——存儲區域網絡（Storage Area Networks）

    DAS:儲存設備與主機緊密相連。

      優缺點：

        ①管理成本較低，實施簡單。

        ②存儲時直接依附在伺服器上，是以存儲共享受到限制。

        ③CPU必須同時完成磁盤存取和應用運作的雙重任務，是以不利于CPU的指令周期優化，增加系統負擔。

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    NAS：通過區域網路在多個檔案伺服器之間實作互聯，基于檔案的協定（NFS、SMB/CIFS）,實作檔案共享。

    優缺點：

    ①集中管理資料，進而釋放帶寬、提高性能。

    ②可提供跨平台檔案共享功能。

    ③可靠性較差，适用于區域網路或較小的網絡。

    SAN:利用高速的光纖網絡連結伺服器與儲存設備，基于SCSI,IP,ATM等多種進階協定，實作存儲共享。

    優缺點

    ①伺服器跟存儲裝置兩者各司其職。

    ②利用光纖信道來傳輸資料，以達到一個伺服器與存儲裝置之間多對多的高效能，高穩定度的存儲環境。

    ③實施複雜，管理成本高。

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    三種網絡形态對比：

      DAS

      NAS

      SAN

   傳輸類型

    SCSI、FC

      IP

    IP、FC、SAS

   資料類型

     資料塊

      檔案

      資料塊

   典型應用

     任何

   檔案伺服器

     資料庫應用

     優點

磁盤與伺服器分離，便于統一管理。

不占用應用伺服器資源；廣泛支援作業系統；擴充較容易；即插即用，安裝簡單友善。

高擴充性；

高可用性；

資料集中，易管理；

     缺點

連結距離短；資料分散，共享困難；存儲空間使用率不高；擴充性有限

不适合存儲量大的塊級應用資料備份及恢複占用網絡帶寬；

相比NAS成本較高；

安裝和更新比NAS複雜；

      本文轉自wzcLINUXER  51CTO部落格，原文連結：http://blog.51cto.com/yacheng0316/1947264，如需轉載請自行聯系原作者