服务器的组成(CPU、内存、硬盘)

目录

服务器的分类

服务器的组成

中央处理器CPU

内存

硬盘

网卡、存储卡、RAID卡


什么是服务器

服务器是在网络中为其他客户机提供服务的高性能计算机;具有高速的CPU运算能力,能够长时间的可靠运行,有强大的I/O外部数据吞吐能力以及更好的扩展性

服务器的内部结构与普通计算机内部结构类似(CPU、硬盘、内存、系统总线等)

服务器Server:间接服务于多人;个人计算机PC:直接服务于个人

服务器的分类

外形结构分类

工业场景使用比较多的就是架式服务器(一般2U )和刀片服务器(架式服务器的高密度版,一般8U或10U),插拔的每一个刀片都可以理解为是一个服务器)

塔式服务器:外形以及结构跟立式PC的主机差不多

机架式服务器:外观统一标准,配合机柜使用

刀片式服务器:机架式机箱内插装多个卡式的服务器单元(比较贵)

按照CPU体系架构分类

CISC服务器(复杂指令集)

X86架构:AMD、Intel做的比较好,32位的x86处理器

X86-64架构:64位的x86扩展处理器,有时也称为x64

IA-32、EMT64等架构

RISC服务器(简单指令集)

ARM架构——主要是手机端的CPU和MCU

       手机端CPU厂商有高通骁龙、华为麒麟、联发科、三星猎户等

       MCU端有STM32、GD32等

       服务器处理器有华为海思鲲鹏、Ampere、亚马逊Craviton

MPIS架构、PowerPC架构、SPARC架构(可扩展处理器架构)

VLIW服务器(超长指令集)

Inter IA-64架构、AMD Athlon 64架构

按照网络规模场景分类

企业级、入门级

按照用途分类

通用型、专用服务器

也可以简单把服务器分为X86服务器和非X86服务器

X86PC服务器,基于CISC复杂指令集(即我们使用的个人笔记本也可以理解为X86服务器)

非X86:主要包括大型机、小型机和Unix服务器,这类服务器一般需要使用专门的操作系统(像X86只需要windows或linux就可以)

非X86和X86的区别

  1. X86我们一般都称之为微型机,而非X86的运算能力和性能要高很多,在服务器市场的定位为中高端,价格昂贵(但是随着云计算的提出以及并行计算思想的提出,我们可以将一个大任务分为多个小任务,并将其分配过不同的机器进行运算,就可以使用多个微型机来实现大型的运算,因此虽然X86服务器的性能和可靠性并没有提升,但是整个X86集群的可靠性和性能得到了提升)
  2. X86服务器的通用型要比非X86好很多(例如Hypersion软件,对于所有的X86服务器,虚拟化软件都可以使用-KVM、VMware等虚拟化软件就可以在所有X86服务器上运行)
  3. 非X86服务器有很强的定制化特性(不同厂商的非X86服务器需要定制化的操作系统、定制化的虚拟化软件-厂商A的非X86服务器的虚拟化软件就不能运行在厂商B的非X86服务器上),所以非X86服务器的横向兼容性和扩展性就很差

服务器的组成

硬件组成

CPU、内存、硬盘、电源、风扇

IO(阵列卡、网卡、HBA卡、HCA卡-应用于IB网络上的网卡等)

管理模块(带内-消耗服务器资源/带外管理,服务器有专门的管理口-连接的是服务器内部的一个管理组件)

软件组成

固件(系统固件、硬件固件-例如BIOS/UEFI)

系统软件(编程语言程序、操作系统、数据库管理系统等)

应用软件(通用/定制应用软件、商用应用软件等)

中央处理器CPU

CPU主要由ALU算数逻辑运算单元、Cache高速缓冲存储器、Bus总线组成

CPU常见参数

主频

CPU的时钟频率,指的是每秒CPU能够运算的次数,一般而言主频越高,CPU的速度越快

超频:主频并不是固定不变的,在一些场景下可以超频运行,不过会伤害CPU的使用寿命

降频:在节能模式下,系统CPU会进行降频,增强续航

核数

表示CPU的并行处理能力,核数越多并行处理速度越快

线程

指的是处理器的逻辑线程数量,一般一个核数对应一个线程

超线程:一个物理核可以对应多个线程(将一个核心分为多个小的核心进行并行计算),实现单核可以并行处理多个事务,提高效率

高速缓存

高速缓存也可以称为多级缓存,用来缓解内存带来的瓶颈;目前有2级、3级缓存

缓存量越大越好(因为目前内存发展滞后于CPU的)

FSB前端总线

表示了CPU和外界数据传输的速度

TDP热设计功耗

当芯片达到最大负荷时热量释放的指标,是电脑的冷却系统必须有能力驱散热量的最大限度

VT虚拟化技术

VT是Inter的技术,AND对应的是ADM-v技术

能够满足对不同的上层操作系统对底层处理器的调用

内存

内存是和CPU配合工作的,CPU用于计算的时候会将所需要的数据和指令缓存在内存中,内存同时也需要和硬盘进行通信

内存主要分为RAM(随机存储器)、ROM(只读存储器)、Cache(高速缓存)

  1. RAM:与CPU直接交换的内部存储器,也叫主存(内存),可以随时读写
  2. ROM:一般在内存制造时就将相关数据写入到ROM中(一般存放计算机基本程序和数据),里面的信息只能读出;断电不会丢失
  3. Cache:高速缓冲存储器,位于CPU和内存之间,是一个读写速度比主存更快的存储器(向主存进行数据的读写时,这些数据业户别存储进高速缓冲存储器中)

当进行数据读取与访问时,CPU直接从高速缓冲存储器读取,而不是访问较慢的主存;如果需要的数据在Cache中没有,则CPU再去主存读取数据

内存类型的分类

内存主要分为SRAM静态随机读写内存,DRAM动态随机读写内存

SRAM的速度比DRAM快,功耗也较低,但是SRAM的成本比较高,一般用于高速缓存(如L1、L2、L3缓存)

DRAM通常就是我们使用的内存,主要由以下几种类型

SDRAM(同步动态随机存取存储器)

RDRAM(Rambus动态随机存取存储器)

EDO DRAM(扩展数据输出动态随机存取存储器)

FPM DRAM(快速页模式动态随机存取存储器)

其中SDRAM又可以细分为以下几种类型

DDR(双倍率同步动态随机存取存储器)、DDR2、DDR3、DDR4(主流)、DDR5

内存相关参数

内存主频

与CPU主频一样,代表内存所能达到的最高工作频率,一般用来表示内存的速度

现在内存中都会配置高速缓存,通过分级高速缓存,来保证内存跟CPU通讯的速度越来越快

内存容量

4、8GB内存为主流配置;SDRAM内存条有双面和单面两种设计,每一面采用8颗或9颗(多出的一颗为ECC)内存颗粒(内存芯片)

CL延迟

内存存取数据所需的延迟时间,就是内存接到CPU的指令后的反应速度

奇/偶校验(ECC)

数据传送时采用的一种校正数据错误的一种方式,分为奇校验和偶校验两种(一般企业级的内存才会有ECC校验)

存取时间

单位为ns(纳秒),数值越小,存取速度越快,价格越高

2Rx4:指的是该内存条有两面,每面有4个内存颗粒

有些内存条DDRx的型号是通过PCx来表示的(即 PC3也表示DDR3)

主流内存厂商

硬盘

服务器有前置硬盘和后置硬盘,区别是什么——不绝对

一般服务器后面插的硬盘我们称为本地盘(安装服务器的操作系统、应用软件等)

前面的硬盘可以用作配超融合的虚拟存储(即:在服务器上配置虚拟机的时候,一般分配前置硬盘的资源)

根据硬盘的介质主要分为两种类型

机械硬盘(HDD)与固态硬盘(SSD)_机械硬盘扇区-优快云博客

HDD机械硬盘

SDD固态硬盘(读写速度快,价格高)

还有一种HHD混合硬盘(不仅有机械硬盘必备的磁头、碟片、马达等,还内置了NAND闪存颗粒)

存储接口协议

SCSI、FC、SAS、、SATA、PCIE等

常见的扩容插槽为M.2和PCI-E--服务器为PCI-E,云终端为M.2

存储接口协议——SCSI、FC、SAS、PCIE等协议基本讲解_fc协议-优快云博客

网卡、存储卡、RAID卡

这三类卡都通过PCI插槽插在服务器的主板上(与主板的接口一般是PCI接口、现在也有PCI-X、PCI-E接口)*

网卡—通过网络连接线与网络交换机连接

普通场景使用电口网卡、但是在一些工业场景可能需要使用到光口网卡来提供更高速的网络连接

服务器网卡分类—根据封装协议的类型分类

NIC:特指以太网卡,支持TCP/IP协议,应用于以太网络中

CAN:融合网卡,本质上是以太网卡,但支持FCoE功能(FC over Ethernet)

HCA:特指Infiniband网卡,即IB卡,应用于高带宽、低时延的高性能计算项目中

HBA:FC-HBA网卡连接光纤交换机;iSCSI-HBA网卡,连接存储设备

网卡还可以根据使用的接口分类

电口网卡:RJ45接口

光口网卡:LC/SC/FC/ST接口(需要和光模块一起使用)

光模块——插在光口上

用来实现光电转换,发送端把电信号转为光信号,通过光纤传送后,接收端再把光信号转为电信号(通过光纤可以传输很远的距离,并且传输速率高)

根据接口速率可以分为SFP(1G)、SFP+(10G)、SFP28(25G)、QSFP+(40G)、QSFP28(100G)、XFP等

根据传输距离可以分为单模、多模,单模传输距离远(更贵),多模传输距离近

光纤跳线

用来做设备到光纤布线链路的跳接线(指的就是不同设备之间通过光纤布线链路来连接)

光纤接口分类(按照接口的形状分类)

LC(小方型卡接式-比SC个头小)、SC(大方型卡接式-路由器交换机使用的最多)、FC(圆型带螺纹-配线架上使用的最多)、ST(圆形卡扣连接)等

需要注意:光纤跳线两边的接口和光模块接口要一致

存储卡—通过网络连接线与存储设备连接

服务器通过存储卡可以直接和存储设备进行连接,使得存储设备为服务器提供存储服务

HBA卡就可以称为存储卡,常用的有FC-HBA(连接光纤交换机),iSCSI-HBA(连接存储设备)

RAID卡—通过总线和硬盘连接

解决本地磁盘配置RAID的问题,通过RAID卡这个硬件可以直接将本地次磁盘配置为RAID组(也有软件方式)

存储RAID——存储基本概念与RAID级别讲解_raid存储-优快云博客

<think>好的,我现在需要帮助用户解决如何使用FPGA实现以太网图像传输的问题。首先,我得回顾用户提供的引用资料,看看有哪些现有的方案和经验可以借鉴。用户提到了四个引用,其中涉及STM32与FPGA的以太网功能尝试、Zynq FPGA实现SDI视频编解码并通过UDP传输、高云FPGA的以太网视频传输问题,以及基于FPGA的实时图像传输显示的具体步骤。 首先,用户的问题是如何使用FPGA实现以太网图像传输。根据引用内容,我需要整理出几个关键步骤和可能的方案。引用2中的Zynq方案使用了GTX接口和Tri Mode Ethernet MAC,这可能是Xilinx FPGA常用的方法。而引用4提到使用OV7670摄像头和UDP传输,涉及到设置IP地址和PC端软件,这可能是一个比较基础的实现方式。引用3提到高云FPGA中使用DDR3和BUFFER IP遇到的问题,说明在图像缓存和传输过程中需要注意色彩处理和FIFO的设计。 接下来,我需要考虑用户可能的背景。用户可能有一定的FPGA开发基础,但在以太网传输方面经验不足。他们可能希望了解从图像采集到传输的整个流程,包括硬件设计、协议栈实现、缓存处理以及调试步骤。同时,用户可能对现有的方案或参考设计感兴趣,以加快开发进程。 然后,我需要分解问题。FPGA实现以太网传输图像通常包括几个模块:图像采集、图像处理与缓存、以太网协议封装、物理层传输。每个模块都需要详细说明。例如,图像采集可能需要摄像头接口(如OV7670或SDI),图像缓存可能需要DDR3或片内RAM,以太网部分可能需要MAC和PHY的实现,或者使用现成的IP核。 根据引用2,使用Xilinx的Tri Mode Ethernet MAC和PCS/PMA IP核是一个可行的方案,尤其是结合Zynq的PS端处理能力。而引用4则提供了一个更简单的例子,使用UDP传输和特定的上位机软件。这可能适用于较低分辨率的图像传输。此外,引用3提到的高云FPGA案例中,使用DDR3作为缓存时需要注意FIFO的设计,避免色彩问题,这可能涉及到数据位宽和时序的匹配。 另外,用户可能需要了解不同的以太网协议选择,比如UDP和TCP的区别。UDP更适合实时视频传输,因为它的开销小,但可靠性较低。而TCP需要更复杂的握手和重传机制,可能不适合高实时性要求的场景。引用中的例子多采用UDP,这也是常见的做法。 在硬件连接方面,用户需要将FPGA的以太网接口通过PHY芯片连接到RJ45,或者使用SFP光模块。引用2中的SFP光口可能用于更高速或长距离传输。同时,设置正确的IP地址和子网掩码是必要的,如引用4中的192.168.0.3。 关于图像处理,可能需要缩放(如引用2中的自研Verilog缩放模块)或色彩空间转换(比如从RGB到YUV),以减少数据量。缓存部分,使用DDR3配合FDMA(如引用2)或自定义FIFO(如引用3的建议)是关键,确保数据流的连续性和正确性。 调试步骤也很重要,用户可能需要逐步验证每个模块。例如,先测试以太网的连通性(如Ping命令),再传输测试图像,最后处理实时视频。引用1中提到的问题,如ARP应答缺失,可能导致网络层问题,因此需要确保协议栈的完整,或者使用静态ARP表来避免动态ARP查询的问题。 最后,用户可能需要参考现有的工程源码(如引用2和4),这些资源提供了实际的实现细节和架构参考。同时,需要注意不同FPGA厂商的IP核差异,比如Xilinx和高云的工具链和IP库可能不同,需要针对性调整。 总结下来,回答的结构应该包括:系统架构分解、关键模块实现、协议选择、硬件连接、调试步骤、常见问题及解决方案,以及参考案例。同时,生成的相关问题需要围绕这些方面展开,帮助用户深入理解各个部分。</think>### 如何使用FPGA实现以太网图像传输? #### 一、系统架构设计 FPGA以太网图像传输系统通常包含以下核心模块: 1. **图像采集模块**:通过摄像头接口(如MIPI、SDI或HDMI)或传感器(如OV7670)获取原始图像数据[^4]。 2. **图像处理与缓存**: - 使用DDR3或片内RAM缓存图像数据(例如通过FDMA技术实现高速缓存)[^2][^3]。 - 可选图像缩放(如从$1920 \times 1080$缩放到$1280 \times 720$)或色彩空间转换[^2]。 3. **以太网协议栈**: - 封装UDP/IP协议,支持1G/2.5G Ethernet(基于Xilinx的Tri Mode Ethernet MAC IP核)[^2]。 - 实现ARP协议应答,确保路由器能识别FPGA的MAC地址[^1]。 4. **物理层传输**:通过SGMII接口或SFP光模块实现数据发送[^2]。 #### 二、关键实现步骤 1. **硬件连接**: - FPGA通过PHY芯片(如88E1111)或光模块(SFP)连接至以太网。 - 摄像头输入通过并行接口或LVDS接入FPGA[^4]。 2. **协议栈开发**: - **UDP封装**:将图像数据打包为UDP报文,格式如下: $$ \text{帧结构} = \text{以太网头} + \text{IP头} + \text{UDP头} + \text{图像数据} $$ - **ARP应答**:静态配置IP与MAC地址映射,避免路由器无法识别的问题[^1]。 3. **图像缓存优化**: - 使用双FIFO或乒乓缓存结构实现DDR3连续读写,避免数据丢失[^3]。 - 注意位宽对齐(如32位RGB数据需匹配DDR3接口位宽)。 4. **调试与验证**: - **基础测试**:通过Ping命令验证FPGA网络连通性[^1]。 - **逐步验证**:先传输静态图片(如BMP格式),再测试视频流[^3]。 - **上位机配合**:使用QT或定制软件(如“小梅哥UDP摄像头V2.exe”)接收数据[^4]。 #### 三、典型方案对比 | 方案 | 优势 | 适用场景 | |---------------------|-----------------------------------------|-----------------------| | **Zynq PS+PL方案** | 利用ARM处理器简化协议栈开发,支持高清视频 | 复杂系统(如4K视频传输)[^2] | | **纯FPGA方案** | 低延迟,资源占用少 | 实时性要求高的场景(如工业检测)[^3] | | **软核CPU方案** | 灵活性高,可自定义协议栈 | 中等数据量传输(如1080P) | #### 四、常见问题与解决 1. **图像色彩异常**: - 检查DDR3缓存位宽与数据对齐,避免RGB分量错位[^3]。 - 验证色彩空间转换逻辑(如RGB转YUV)是否正确。 2. **网络丢包**: - 优化UDP报文长度(建议≤1400字节以避免分片)。 - 增加硬件流控或重传机制。 3. **低传输帧率**: - 提升时钟频率(如从100MHz升至200MHz)。 - 采用AXI Stream接口实现流水线处理[^2]。 #### 五、参考案例 - **Xilinx Zynq方案**:基于GTX接口实现SDI视频转以太网,工程源码包含FDMA缓存和图像缩放模块[^2]。 - **高云FPGA方案**:需自定义DDR3 FIFO控制器,避免官方IP的色彩异常问题[^3]。 - **基础实现方案**:OV7670摄像头+UDP传输,适合入门学习[^4]。
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