計算機硬件與組成原理基礎

1.1計算機理論

1.1.1圖靈機理論

1936年，英國數學家阿蘭?麥席森?圖靈(1912―-1954年)提出了一種抽象的計算模型——圖靈機( Turing machine)。圖靈機，又稱圖靈計算機，即將人們使用紙筆進行數學運算的過程進行抽象，由一個虛擬的機器替代人類進行數學運算。

圖靈提出圖靈機的模型并不是為了同時給出計算機的設計，它的意義有如下幾點:

(1)它證明了通用計算理論，肯定了計算機實現的可能性，同時它給出了計算機應有的主要架構；

(2)圖靈機模型引入了讀寫與算法與程序語言的概念，極大的突破了過去的計算機器的設計理念；

(3)圖靈機模型理論是計算學科最核心的理論，因為計算機的極限計算能力就是通用圖靈機的計算能力，很多問題可以轉化到圖靈機這個簡單的模型來考慮。 [2]

通用圖靈機向人們展示這樣一個過程:程序和其輸入可以先保存到存儲帶上，圖靈機就按程序一步一步運行直到給出結果，結果也保存在存儲帶上。更重要的是，隱約可以看到現代計算機主要構成，尤其是馮?諾依曼理論的主要構成。

1.1.2馮諾依曼體系

1944年，美籍匈牙利數學家馮·諾依曼提出計算機基本結構和工作方式的設想，為計算機的誕生和發展提供了理論基礎。時至今日，盡管計算機軟硬件技術飛速發展，但計算機本身的體系結構并沒有明顯的突破，當今的計算機仍屬于馮·諾依曼架構。

理論要點：

1、計算機硬件設備由存儲器、運算器、控制器、輸入設備和輸出設備5部分組成。

2、存儲程序思想——把計算過程描述為由許多命令按一定順序組成的程序，然后把程序和數據一起輸入計算機，計算機對已存入的程序和數據處理后，輸出結果。

美籍匈牙利科學家馮·諾依曼最先提出程序存儲的思想，并成功將其運用在計算機的設計之中，根據這一原理制造的計算機被稱為馮·諾依曼結構計算機，由于他對現代計算機技術的突出貢獻，因此馮·諾依曼又被稱為“計算機之父”。

1.2計算機硬件分類

1.2.1馮諾依曼體系五部分

根據馮諾依曼體系把硬件分為五部分

? 控制器: 計算機的指揮系統。控制器通過地址訪問存儲器，村存儲器中取出指令，根據指令分析結果產生相應的操作控制信號作用于其他部件，使得各部件在控制器控制下有條的協調工作。

? 運算器: 實現算術運算符和邏輯運算的部件。

? 存儲器：計算機的存儲器可分成兩大類，一類是內存存儲器，簡稱內存或主存；另一類是外存儲器，簡稱外存或輔存。

? 輸入設備:是指向計算機輸入信息，常見的輸入設備有：鍵盤、鼠標、觸摸屏。等等

? 輸出設備：主要有顯示器、打印機和繪圖儀。

工作流程如圖所示：

1.2.2 計算機系統結構圖

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-gp7id0cV-1632994265254)(C:\Users\zhengmingyu3\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210927193424925.png)]

注：cpu是人的大腦，負責控制全身和運算內存是人的記憶，負責臨時存儲硬盤是人的筆記本，負責永久存儲輸入設備是耳朵或眼睛、嘴巴，負責接收外部的信息存入內存輸出設備是你的臉部，負責經過處理后輸出的結果以上所有的設備通過總線連接接，總線相當于人的神經

1.3 運維與服務器

1.3.1 運維人員的核心職責

• 網站數據不能丟
• 網站全天運行
• 提升用戶體驗–訪問的塊

1.3.2 運維人員工作的主戰場之服務器

什么是服務器？

服務器，也稱伺服器(臺灣)，是提供計算服務的設備。 由于服務器的需要相應服務請求，并進行處理，因此一般來說服務器應具備承擔服務并且保障服務的能力。服務器的構成包括處理器、硬盤、內存、系統總線等，和通用的計算機架構類似，但是由于需要提供高可靠的服務，因此在處理能力、穩定性、可靠性、安全性、可擴展性、可管理性等方面要求較高。

服務器的尺寸

1U服務器(U表示服務器的厚度) 1U=1.75英寸=4.445CM=4.45CM

1.3.3 服務器按外形分類

機架式服務器

刀片服務器

塔式服務器

1.4 互聯網公司的服務器品牌

• DELL(大多數公司，常用)
• HP
• 華為
• IBM(百度)
• 浪潮
• 聯想

1.5 服務器品牌詳解及對應型號

網站：https://detail.zol.com.cn/

1.5.1 Dell 服務器品牌

dell服務器，無損性能的密度，戴爾刀片式服務器更簡單、更快、更酷。

戴爾服務器分類

刀片式服務器

產品舉例：

Dell PowerEdge M710HD，雙插槽、半高、內存密集型、企業級服務器，適用于在半高配置中具備廣泛的I/O靈活性，可為虛擬化和工作負載整合實現最高的RAM總量，適用于需要可靠、高密度、雙插槽刀片式服務器解決方案的服務器機房和企業數據中心。

**戴爾****刀片式服務器**的價值

業務智能IT對于增長的業務效率、與快速發展的虛擬化相結合、基于標準的開放體系結構的需要，導致了構建和部署企業技術方式上的巨大改變，而刀片式服務器則是關鍵策略。

通過將更多的服務器整合在更少的空間內并共享多個組件，刀片式服務器解決方案能夠：

1、降低功率，幫助您減少IT成本并利用具有功率限制的機架和數據中心完成更多的工作

2、通過簡化數據中心管理提高IT對業務需要的響應速度

3、節省數據中心空間和資源，從而在擴展數據中心的時間和方式上為您提供了靈活性

我們提供行業領先的刀片式服務器解決方案，它們具有卓越的靈活性和性能功耗比，同時還提供無與倫比的易于管理性。

**戴爾**刀片式交換機的優點

大多數大型企業每年在IT方面都要花費數百萬的費用。如果將該支出節省1%會如何？如果擁有額外資源來用于業務和產品創新會如何？這些對于您的股東意味著什么？

將您的服務器整合到高效的Dell M1000e刀片式服務器機箱中，可幫助您在IT基礎架構中實現出上述效率。

您是否：

1、存在功率限制問題或希望減少所使用的功率？

刀片式服務器與支架式服務器相比，在進行相同數量的資源處理時使用的功率較少，其性能功耗比高出20%甚至更多。刀片式服務器是降低不斷增加的電力成本和實施綠色IT創新的關鍵元素。

2、需要更快的IT響應？

刀片式服務器提供更加簡單的設置和管理，簡化了網絡基礎架構，從而使您的團隊可以完成更多的工作。

3、用盡了數據中心的空間？

刀片式服務器可以利用更少的空間完成更多的工作，減緩了您必須增加昂貴數據中心空間的速率。

戴爾高密度刀片式解決方案使您可以事半功倍 - 利用更少的空間、功率和資源完成更多的處理工作。這為您的公司節省了資金。

1.6 服務器(電腦)核心零部件介紹

1.6.1 機箱

作為電腦配件中的一部分，它起的主要作用是放置和固定各電腦配件，起到一個承擔和保護作用。此外，電腦機箱具有屏蔽電磁輻射的重要作用。雖然在DIY中不是很重要的配置，但是使用質量不良的機箱容易讓主板和機箱短路，讓電腦系統變得不穩定。

1.6.2 電源

• 功能：保8電腦的電源供應
• 作用: 一個合格的電源對電腦的作用是至關重要的，電源就猶如人體的心臟，隨時提供新鮮的血液，即使再聰明的頭腦或再敏捷的身手也離不開電腦電源。劣質的電源不僅直接影響電腦的正常的使用，對主板、顯卡等其他配件造成損害，而且這種電源所參數的電磁輻射，對人身健康也構成了潛在的威脅。再服務器領域，電源的作用至關重要，因此，服務器是一般提供雙電源(雙冗余電源)。

1.6.3 主板

• 主板和CPU都是電腦中最關鍵的部件
• 所有的板卡必須通過主板發揮作用，主板性能和質量的好壞直接影響到整個系統。
• 電腦主板按不同的架構標準和各種不同的主要部件、接口組合而成。

1.6.4 CPU

• 功能：也就是負責運算和控制中心，是電腦的最關鍵部位，是計算機的頭腦。
• 作用：相當于人的大腦一樣，在計算機進行的任何操作(數據的輸入，存儲，程序的運行，屏幕的顯示，結果的打印) 都在CPU的控制下完成的。cpu比計算機任何部件都更能決定計算機的工作速度和效率。
• 雙CPU時，只能同時裝同一型號的。

1.6.5 CPU風扇

• 功能：為CPU降溫
• 作用：如果一開機CPU的溫度就很高，時間長了搞不好就很多黑煙，選擇一個好的風扇時十分重要的。

CPU: AMD Inter 服務器CPU Xeon 志強

1.6.6 硬盤

• 功能: 硬盤簡單的說就是一個大容量存儲器，存儲視頻，文本，音頻，成為現代電腦不可缺少的配件。
• 作用：由于計算機在工作時，CPU、輸入輸出設備與存儲器之間需要大量地交換數據，因此，存儲器的存取速度和容量，也是影響計算機運行速度的主要因素之一。特別是在服務器優化場景，硬盤的性能是決定網站性能的重要因素。
  

注意： 想要提高電腦的運行速度，得從硬盤方向考慮。

? 1.常規正式工作場景(線上的生成環境，給客戶/用戶用)主選SAS (結合SATA和SCSI的優點) 硬盤 （轉速是15000轉一分，機械磁盤轉數高的性能好）

? 2.比較核心的業務SAS

? 3.自己人用的，可選SATA SATA特點： 容量大，價格便宜，但是速度比較慢。

? 4.高并發訪問，小數據量，可以選擇SSD (固態硬盤)

? 機械硬盤： IDE SCSI SATA SAS

? 固態硬盤：SSD

? SATA > SAS >SSD

**硬盤接口分類以及詳細介紹：**https://jingyan.baidu.com/article/6079ad0ebbe5a428ff86dbf9.html

1.6.7 內存

• 功能： 內存是電腦的一個臨時存儲器，它只負責電腦數據的中轉而不能永久保存。它的容量和處理速度直接決定了電腦數據傳輸的快慢，和cpu、硬盤一起并稱為電腦的三大件。
• 作用：內存是CPU能夠直接訪問的存儲器，CPU從內存中讀取操作指令和數據，又把運算或處理結果送回內存。

內存小結：

1.解決了cpu與硬盤之間的速度的差距問題。

2.內存是一個臨時存放地址，使用的時候才會放入到內存中。

3.斷電后內存中內容消失。

內存： 臺式機內存、服務器內存、筆記本內存

緩存小結: 緩存越大，速度越快。

計算機各級設備IO對比

io input/output 輸入輸出 讀寫iops input/output per second 每秒的輸入輸出1s=1000ms（毫秒）=1000000us（微妙）=1000000000ns(納秒)

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-cy5aABA1-1632994265264)(C:\Users\zhengmingyu3\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210929094542291.png)]

1.6. 8 Raid 卡(陣列卡)

Raid卡， Raid卷 raid 0,1,5,10

磁盤陣列是由一個硬盤控制器來控制多個硬盤的相互連接，使用多個硬盤的讀寫同步，較少錯誤，增加效率和可靠度的技術。

1.6. 9 遠程管理卡

解釋:遠程管理卡（如下圖所示）是服務器特有的遠程管理部件，在家用電腦及筆記本電腦上是不存在的。

它的作用是通過網絡遠程（異地）開關服務器，并可以查看服務器開關機的過程等信息，早期（2010年以前），服務器托管在IDC機房，一旦出現問題，還得跑機房或者請機房的人管理。有了遠程管理卡之后，運維人員管理服務器的效率就大大的提高了。

遠程管理卡有服務器自帶的和獨立的兩類。服務器自帶的遠程管理卡，可以關機、開機，但是看不到開關服務器的過程。所以，建議給服務器配備獨立的遠程管理卡，可能會多花100多塊錢的樣子，但是，當服務器出現問題，就不需要打車或者出差，也不用給機房人員打電話了，可以利用遠程管理卡快速查看服務器故障并恢復服務。

使用場景：

1、 遠程安裝操作系統

遠程登錄管理界面，用控制卡上的虛擬介質映射功能把自己電腦上的ISO文件或者物理光驅投遞給機房里服務器

2、電源控制功能

遠程登錄管理界面，進行關機、開機、重啟。

3、檢查服務器硬件狀態

監控電池、風扇、CPU、內存、磁盤硬件設備的狀態。

1.7 計算機常用計數制

十進制

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9

? 2.二進制

? 0,1

? 3.八進制

? 0,1,2,3,4,5,6,7

? 4.十六進制

? 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F 主機的MAC地址

1.8 計算機中的數據表示

1.8.1 數值數據的表示

比特: bit

字節: byte

1byte(B)=8bit

1MB=1024KB

1GB=1024MB

1TB=1024GB

1PB=1024TB

1EB=1024PB

總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux-计算机基础的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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