计算机基础

最新推荐文章于 2025-08-19 18:30:37 发布

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文章标签：嵌入式运维操作系统

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计算机基础

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概述：

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计算机与操作系统

1.计算机系统及组成

★计算机系统由硬件(Hardware)系统和软件(Software)系统两大部分组成

附图：

2.计算机简介

★计算机

计算机（Computer）：俗称电脑，是一种能接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序对海量数据进行自动、高速地处理，然后把处理结果输出的现代化智能电子设备。

★发展历史：

第一代计算机(1946-1957) 电子管时代
第二代计算机(1958-1964) 晶体管时代
第三代计算机(1965-1970) 集成电路时代
第四代计算机(1971以后) 大规模集成电路时代

★第一台计算机

1946年,世界上第一台计算机ENIAC(electronic numerical integrator and calculator)在美国宾州大学诞生，是美国奥伯丁武器试验场为了满足计算弹道需要而研制成的。使用了17468只电子管，占地170平方米,重达30吨，耗电174千瓦，耗资40多万美元。每秒可进行5000次加法或减法运算；

3.计算机硬件组成

★冯·诺依曼体系结构：

1946年数学家冯·诺依曼于提出
运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

附图：

☉CPU

运算器、控制器、寄存器、缓存

运算器：负责程序的运算和逻辑判断
控制器：主要协调各组件与个单元之间的工作；

☉存储器

内存：RAM（Random Access Memory）
CPU读取的的数据都是从内存中获取的；、
输入和输出的数据都必须经过内存

☉Input：输入设备

下指令，提供数据等

☉Output：输出设备

输出数据加工的结果

总结：

输入单元、输出单元、cpu内部的控制单元、算术逻辑单元与内存，5大单元组成计算机；
基本上数据都是通过内存在转出去的；
所有的单元都是由cpu内部的控制单元来负载协调的；

★摩尔定律

由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔于1965年提出来
当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

附图：

4.按规模划分

★巨型计算机

应用于国防尖端技术和现代科学计算中。巨型机的运算速度可达每秒百万亿次，“天河一号”为我国首台千万亿次超级计算机。

★大型计算机

具有较高的运算速度，每秒可以执行几千万条指令，而且有较大的存储空间。往往用于科学计算、数据处理或作为网络服务器使用。如：IBMz13

★小型计算机

规模较小、结构简单、运行环境要求较低，一般应用于工业自动控制、测量仪器、医疗设备中的数据采集等方面。

★微型计算机

中央处理器（CPU）采用微处理器芯片，体积小巧轻便，广泛用于商业、服务业、工厂的自动控制、办公自动化以及大众化的信息处理。

服务器

1.简介

★服务器：

服务器Server是计算机的一种，是网络中为客户端计算机提供各种服务的高性能的计算机；
服务器在网络操作系统的控制下，将与其相连的硬盘、磁带、打印机及昂贵的专用通讯设备提供给网络上的客户站点共享，也能为网络用户提供集中计算、信息发布及数据管理等服务。

★服务器按应用功能分类

Web服务器、数据库服务器、邮件服务器、文件服务器、中间件应用服务器、日志服务器、监控服务器，程序版本控制服务器、虚拟机服务器、打印服务器、域控制服务器、多媒体服务器、通讯服务器、ERP服务器等

★服务器按外形分类：

塔式服务器、机架式服务器、刀片式服务器

附图：

塔式Tower服务器

机架式Rack服务器

刀片式Blade服务器

2.服务器硬件组成

★服务器硬件组成

★服务器标书范例

2.服务器硬件---CPU

★作用：

CPU是Central Processing Unit的缩写，即中央处理器。由控制器和运算器构成，是整个计算机系统中最重要的部分。

★服务器CPU公司

☉Intel公司

Xeon 至强
Itanium 安腾

☉AMD公司

Althlon MP

☉IBM

PowerPC

★相关术语：

☉CPU的频率

频率就是cpu每秒钟可以进行的工作次数，所以频率越高表示CPU单位时间内可以做更多的事情

主频：主频是CPU的时钟频率(CPU Clock Speed)，是CPU运算时的工作的频率（1秒内发生的同步脉冲数）的简称。单位是Hz。一般说来，主频越高，CPU的速度越快。由于内部结构不同，并非所有的时钟频率相同的CPU的性能都一样。
外频：系统总线的工作频率，CPU与外部（主板芯片组）交换数据、指令的工作时钟频率
倍频：倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数（cpu内用来加速工作性能的一个倍数）
三者关系是：主频=外频x倍频。

☉高速缓存（cache）

高速交换的存储器。CPU缓存分为一级，二级，三级缓存，即L1，L2，L3

☉内存总线速度(Memory-Bus Speed):

一般等同于CPU的外频，指CPU与二级(L2)高速缓存和内存之间的通信速度。

☉地址总线宽度:

决定了CPU可以访问的物理地址空间，即位数

※术语间的关系：

CPU的运算数据都是由内存提供的，内存与cpu的通信靠的就是外部频率；
每次工作可以传递的数据量有多大取决于总线的功能；
一般芯片组分为北桥和南桥，北桥的总线称为系统总线，因为是内存传输的主要通道，所以速度较快；南桥就是所谓的输入输出（I/O）总线，主要用户与联系硬盘、USB、网卡等接口设备；
目前北桥所支持的频率可以高达333/400/800/1066/1333/1600MHZ等不同频率，支持情况依芯片组功能有所不同；
北桥所支持的频率称为前端总线速度（FSB），而每次传送的位数则是总线宽度；
总线频宽=FSB*总线宽度。即：每秒中可以传递的最大数据量。目前常见的总线宽度有32/64为（bit）

★CPU的类型：

x86
X64（CISC）
ARM（Acorn RISC Machine）
m68000, m68k（moto）
Power（IBM）
Powerpc（apple，ibm,moto）
Ultrasparc （Sun）
Alpha（HP）
安腾（compaq）

注意：

由于CPU负责大量运算，因此cpu通常是具有相当高发热量的组件；
X86个人计算机的CPU主要生产商为Inter和AMD
目前主流的cpu都是双核以上的架构了，所谓的多核就是一个实际cpu外壳中两个以上的cpu单元；

★微型计算机cpu的发展（Inter）

★按照CPU体系架构来区分，服务器主要分为两类：

☉非x86服务器：

使用RISC（精简指令集）或EPIC（并行指令代码）处理器，并且主要采用UNIX和其它专用操作系统的服务器，指令系统相对简单，它只要求硬件执行很有限且最常用的那部分执令；
CPU主要有Compaq的Alpha、HP的PA-RISC、IBM的Power PC和ARM、MIPS的MIPS和SUN的Sparc、Intel研发的EPIC安腾处理器等
这种服务器价格昂贵，体系封闭，但是稳定性好，性能强，主要用在金融、电信等大型企业的核心系统。
ARM常用于各种名牌手机、PDA、导航系统、网络设备（交换机、路由器）几乎都是用ARM架构的；

☉x86服务器：

又称CISC（复杂指令集）架构服务器，即通常所讲的PC服务器，它是基于PC机体系结构，使用Intel或其它兼容x86指令集的处理器芯片的服务器。
目前主要为intel的Xeon E3，E5，E7系列，价格相对便宜、兼容性好、稳定性较差、安全性不算太高。

★按照CPU个数来分

1路服务器（入门级服务器）
2路服务器（部门级服务器）
4路及4路以上服务器（企业级服务器）

3.服务器硬件---主板

★介绍：

主板mainboard、系统板systemboard或母板(motherboard)它安装在机箱内，是计算机最基本的也是最重要的部件之一；
主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件

★功用：

主板非常重，所有主件都安插在主板上，主板上负责通信的各个组件就是芯片组；
芯片组一般分为北桥与南桥，北桥负责CPU/RAM/VGA等的连接，而南桥负责PCI接口与速度较慢的I/O设备；

附图：

4.服务器硬件---内存

★功用：

内存是介于CPU 和外部存储之间，是CPU 对外部存储中程序与数据进行高速运算时存放程序指令、数据和中间结果的临时场所，它的物理实质就是一组具备数据输入输出和数据存储功能的高速集成电路。
内存是CPU能直接寻址的存储空间，由半导体器件制成。内存的特点是存取速度快。
计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。

★外存：

硬盘，U盘，软盘，光盘。

★内存和外存的区别：

内存断电后数据丢失；
外存断电后数据可以保存。

★容量：

即该内存的存储容量，单位一般为“MB”或“GB”

★内存带宽：

内存带宽是指内存与北桥芯片之间的数据传输率.
单通道内存节制器一般都是64-bit的，8个二进制位相当于1个字节，换算成字节是64/8=8，再乘以内存的运行频率，如果是DDR内存就要再乘以2

目前较为主流的内存频率是333MHz和400MHz的DDR内存，667MHz、800MHz和1066MHz的DDR2内存，1066MHz、1333MHz、1600MHz的DDR3内存，2133MHz、2400MHz、2666MHz、2800MHz、3000MHz、3200MHz的DDR4内存。

计算公式：内存带宽=内存总线频率×数据总线位数/8

DDR2内存带宽计算：

DDR2667,运行频率为333MHz，带宽为 333×2×64/8=5400MB/s=5.4GB/s
DDR2800,运行频率为400MHz，带宽为 400×2×64/8=6400MB/s=6.4GB/s

★计算机上常用的计算单位：

☉大小单位：

计算机依据有没有通电来记录信息，所以理论上只认识0与1而已，0/的单为我们称为bit；
单位换算如下：
1 Byte = 8 bit （一字节等于8位），范围：（00000000~11111111 ，即十进制：0~255）
1K = 1024 B = 2^10
1M = 1024 K = 2^20
1G = 1024 M = 2^30
1T = 1024 G = 2^40
1P = 1024 T = 2^50
1E = 1024 P = 2^60
1Z = 1024 E = 2^70
1Y = 1024 Z = 2^80
1B = 1024 Y = 2^90
一般来说文件大小使用的是二进制方式，一般为字节

☉速度单位

速度单位一般使用十进制，1GHZ=1000*1000*1000HZ
CPU运算速度常使用MHZ或者GHZ之类的单位，HZ其实就是秒分之一

★内存发展史

5.服务器硬件---硬盘

★硬盘结构：

☉存储介质（Media）——盘片

盘片的基板是金属或玻璃材质制成，为达到高密度高稳定的质量，基板要求表面光滑平整，不可有任何暇疵。

☉读写头（Read Write Head）——磁头

磁头是硬盘读取数据的关键部件，它的主要作用就是将存储在硬盘盘片上的磁信息转化为电信号向外传输。

☉马达（Spindle Motor & Voice Coil Motor ）

马达上装有一至多片盘片，以7200或15000 RPM 定速旋转，为保持其平衡不可抖动，所以其质量要求严谨，不产生高温躁音。

附图：

★硬盘基本参数：

☉容量：

容量是硬盘最主要的参数。单位有MB、GB、TB。1TB=1024GB 1GB=1024MB。

☉转速：

转速是指硬盘盘片每分钟转动的圈数，单位为rpm。现在硬盘的转速已经达到10000rpm，15000rpm，所以读写速率也有了很大的提高。

☉传输速率：

传输速率(Data Transfer Rate) 。硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s）。

☉缓存：

硬盘缓存的目的是为了解决系统前后级读写速度不匹配的问题，以提高硬盘的读写速度。

★硬盘的接口类型：

IEEE 1394接口
IDE接口--------硬盘接口规范，采用ATA技术规范。
SCSI接口------应用于小型机上的高速数据传输技术。
SATA接口-----Serial ATA，提高传输速率，支持热插拔。
SAS接口-------Serial Attached SCSI，兼容SATA。

目前主流的硬盘接口为SATA和SAS接口，因此，硬盘按接口类型可分为SATA硬盘（家用电脑常用）和SAS硬盘（服务器常用）。

★常见操盘种类：

Serial ATA (SATA)磁盘
Serial Attached SCSI (SAS)磁盘
SSD 磁盘（固态硬盘）

★磁盘主要参数：

磁盘尺寸：3.5”/2.5”/1.8”
磁盘容量：146GB/300GB/500GB…
磁盘转速：10K/15K/7200
接口速度：3GB/6GB
是否支持热插拔
平均无故障时间（MTBF）

6.服务器硬件---阵列卡

★Raid卡：

用来实现RAID的建立和重建，检测和修复多位错误，错误磁盘自动检测等功能。RAID芯片使CPU的资源得以释放。

★阵列卡（RAID卡）的作用

阵列卡把若干硬盘驱动器按照一定要求组成一个整体、由阵列控制器管理的系统。
阵列卡用来提高磁盘子系统的性能及可靠性；

★阵列卡参数

支持的RAID级别
阵列卡缓存
电池保护

附图：