第一章，計算機基礎知識學習筆記

筆記整理起始時間：2018年3月29日11:19:17

1.計算機系統
定義：計算機（computer），俗稱電腦，是一種能接受和存儲信息，并按照存儲在其內部的程序對海量的數據進行自動、高速地處理，然后把處理結果輸出的現代化智能電子設備

計算機系統由硬件系統（Hardware）和軟件系統（Software）

計算機系統
硬件系統
主機
中央處理器CPU
運算器ALU
控制器CU
主存儲器（內存）
ROM（只讀存儲）
RAM（運行內存，斷電丟失）
外部設備
外部存儲器：硬盤，軟盤，光盤，磁帶
輸入設備：鍵盤，鼠標，掃描儀，麥克風，攝像頭
輸出設備：顯示器，音響設備，打印機，繪圖儀
其他設備：調制解調器
軟件系統
系統軟件
操作系統
程序語言處理系統
數據庫管理系統
服務程序 檢查、診斷、調試程序
應用軟件
通用應用軟件 如office辦公軟件包 瀏覽器 聊天程序
專用應用軟件 VMware虛擬機程序，secureCRT

第一臺計算機：
1946年,世界上第一臺計算機ENIAC(electronic numerical integrator andcalculator)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彈道需要而研制成的。使用了17468只電子管，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

發展歷史：
第一代計算機（1946-1957） 電子管時代
第二代計算機（1958-1964） 晶體管時代
第三代計算機（1965-1970） 集成電路時代
第四代計算機（1971一） 大規模集成電路時代

2.計算機硬件組成

1946年，約翰·馮·諾依曼提出計算機硬件基本體系結構，指出了計算機硬件系統包含五大組成部分，分別是：
運算器，控制器，存儲器，輸入設備，輸出設備
這套體系一直沿用至今，被稱為馮諾依曼體系結構。

按規模劃分
巨型計算機：應用于國防尖端技術和現代科學計算中。巨型機的運算速每秒百萬億次以上（僅限現在）
大型計算機：具有較高的運算速度，每秒可以執行幾千萬條指令，而且有較大的存儲空間。往往用于科學計算，數據處理或作為網絡服務器使用，如IBM
小型機：規模較小，結構簡單，運行環境要求較低，一般用于工業自動化控制、測量儀器、醫療設備中的數據采集等方面
微型計算機：中央處理器（cpu）采用微處理芯片，體積小巧輕便，廣泛應用于商業，服務員，工廠的自動化控制、辦公自動化以及大眾化的信息處理，個人電腦就屬于微型計算機

服務器
服務器Server是計算機的一種，是網絡中為客戶端計算機提供各種服務的高性能計算機，服務器在網絡操作系統的控制下，將與其相連的硬盤、磁帶、打印機及昂貴的專用通訊設備提供給網絡上的客戶站點共享，也能為網絡用戶提供幾種計算、信息發布及數據管理等服務。

按應用功能可分為：
web服務器，數據庫服務器，文件服務器，中間件應用服務器，日志服務器，監控服務器，程序版本控制服務器，虛擬機服務器，郵件服務器，打印服務器，域控制服務器，多媒體服務器，通訊服務器，ERP服務器等

按外形分類
塔式服務器
早期的服務器形式
外形以及結構和平時使用的立式PC差不多
機箱空間大，主板擴展性較強，插槽較多
預留了足夠的內部空間以便于進行硬盤和電源的冗余擴展，設計一般都考慮降噪
目前使用較少

機架式Rack服務器
按照統一標準設計，配合機柜統一使用
便于統計管理，高密度，節省空間
機架服務器的寬度為19英寸（48.26cm），
高度以U為單位，如42U
1U=1.75英寸=44.45毫米，通常有1U，2U，3U，4U，5U，7U幾種標準，機柜的尺寸也是采用通????? 用的工業標準
現階段銷售數量最多的服務器
機箱尺寸比較小巧
在機柜中可以同時防止多臺服務器

刀片式Black服務器
在標準高度的機架式機箱內可插裝多個卡式的服務器單元，實現高可用和高密度
更高的密度，集中管理，高性能，靈活擴展，按需配置
可以使用系統軟件將這些母版集合成一個服務器集群，在集群模式下，所有的母版可以連接起來提供高速的網絡環境，并同時共享資源，為相同的客戶群服務

PS: 由于刀片式服務器密度大，重量高，實際部署需考慮建筑承重

服務器硬件組成
CPU 內存 硬盤 網卡 PCI 風扇 電源

CPU
CentralProcessinUnit的縮寫，即中央處理器。由控制器和運算器構成，是整個計算機系統最重要的部分服務器CPU公司：
intel： 產品Xeon志強，Itanium 安騰
AMD 產品Althlon MP
IBM 產品power
CPU的主要參數
主頻：主頻是CPU的時鐘頻率Clock Speed，是CPU運算時的工作頻率，即1秒鐘內發生的同步脈沖數。單位是Hz。一般說來，主頻越高，CPU的速度越開，由于內部結構不同，并非所有的時鐘頻率相同的CPU的性能都能一樣
外頻：系統總線的工作頻率，CPU與外部（主板芯片組）交換數據、指令的工作時鐘頻率
倍頻：CPU外頻與主頻相差的倍數
高速緩存cache，CPU緩存分為一級，二級，三級緩存，即L1，L2，L3
內存總線速度memory-bus speed，一般等同于cpu的外頻，指cpu與二級L2高速緩存和內存之間的通信速度地址總線寬度：決定了CPU可以訪問的物理地址空間

CPU類型
x86
X64（CISC）
ARM（Acorn RISC Machine）
m68000，m68k（moto）
Power（IBM）
Powerrpc （apple，ibm，moto）
Ultraspace （Sun）
Alpha （HP）
安騰 （compaq）

按照CPU體系架構來區分，服務器主要分為兩類：
非x86服務器：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和其他專用操作系統的服務器，指令系統相對簡單，它只要求硬件執行很有限且最常用的那部分指令，CPU主要有compaq的Alpha，HP的PA-RISC、IBM的powerPC,MIPS的MIPS和SUN的space、intel研發的EPIC安騰處理器等。這種服務器價格昂貴，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

x86服務器：使用CISC（復雜指令集）架構的服務器，即通常所講的PC服務器，它是基于PC體系架構，使用intel或其他兼容x86指令集的處理器芯片的服務器。目前主要為intel的Xeon E3,E5,E7系列，價格相對便宜，兼容性好，穩定性較差，安全性不算太高

按CPU個數來分：
4路及4路以上服務器（企業級服務器）
2路服務器（部門級服務器）
1路服務器（入門級服務器）

主板
mainboard，系統板systemboard或母版motherboard，安裝在機箱內，是計算機最基礎的也是最重要的部件之一
主板一般為矩形電路板，上面安裝了組成計算機的主要電路系統，一般有BIOS芯片，I/O控制芯片，鍵盤和面板控制開關接口，指示燈插接口，擴充插槽，主板及插卡的直流電源供電接插件等原件

內存
內存是介于CPU和外部存儲之間，是CPU對外部存儲中程序的數據進行高速運算時存放程序指令，數據和中間結果的臨時場所，它的物理實質就是一組具備數據輸入輸出和數據存儲功能的高速集成電路

內存容量：即該內存的存儲容量，單位一般為MB或GB
內存帶寬：
指內存與主板北橋芯片只見的數據傳輸率
單通道內存節制器一般是都64bit的，8個bit相當于1個字節byte，換成字節是64/8=8，再乘以內存的運行頻率，如果是DDR內存就要再乘以2
計算公式：
內存帶寬=內存總線頻率*數據總線位數/8
如總線頻率為400MHz，帶寬為：
400*64/8*2=6400MB/s=6.4GB/s

在線備用內存技術
內存鏡像

硬盤
機械硬盤結構：
盤片（存儲介質media）
磁頭（讀寫頭Read Write Head）
馬達，Spindle Motor&Voice Coil Motor）
馬達上裝有一至多片盤片，以7200,10000,15000RPM等定速旋轉，為保持其平衡不可抖動，所有其質量要求嚴謹，不產生高溫噪音
基本參數：
容量，轉數，傳輸速率，緩存
接口類型
IDE接口：硬盤接口規范，采用ATA技術規范
SCSI接口：應用于小型機上的高速數據傳輸技術
SATA接口：Serial ATA，提高傳輸速率，支持熱插拔
SAS接口：Serial Attached SCSI，兼容SATA
目前主流的硬盤接口為SATA和SAS
特別注意：
在計算機系統當中，硬盤的讀寫速度已經成為影響系統性能進一步挺高的瓶頸

固態硬盤SSD
Solid State Disk，泛指使用NAND Flash組成的固態硬盤，其特別之處在于沒有機械結構，以區塊寫入和抹除的方式作讀寫的功能，因此在讀寫的功率上，非常依賴讀寫技術上的設計，SSD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，所有長時間使用出現故障幾率也較小。
缺點：價格高，容量小。

陣列卡
用來實現RAID的建立和重建，檢測和修復多為錯誤，錯誤磁盤自動檢測都功能，使CPU的資源得以釋放。
作用：把若干硬盤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，提高磁盤子系統的性能及可靠性
參數：
支持的RAID級別
陣列卡緩存
電池保護
電源
支持服務器的電力負載
支持冗余，防止電源故障
故障預警和防止
故障之前的預防性維護
保證服務器持續運行
電源子系統包括
智能電源和風扇
冗余電源和風扇

顯卡：基本集成

網卡：
服務器都在主板上集成了網卡，傳輸速率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

熱插拔技術：
稱為熱交換技術hot swap
允許在不關機的狀態下更換故障熱插拔設備
常見的熱插拔設備：硬盤，電源，PCI設備，風扇等
熱插拔硬盤技術和RAID技術配合起來，可以使服務器在不關機的狀態下恢復故障硬盤上的數據，同時并不影響網絡用戶對數據的使用

機柜
通常42U，約2M。

存儲基礎知識–存儲網絡：
DAS Direct Attached Storage。
直接連接存儲，存儲設備與主機的緊密相連
NAS Network Attached Storage
網絡連接存儲，通過局域網在多個文件服務器之間實現了互聯，基于文件的協議，NFS，SMB/CIFS.實現文件共享
SAN Storage Area Network
存儲區域網絡，利用高速的光纖網絡連接服務器與存儲設備，基于SCSI，IP，ATM等多種高級協議，實現存儲共享

操作系統
OS:Operating System，通用目的的軟件程序
功能包括： 硬件驅動，進程管理，內存管理，網絡管理，安全管理，文件管理
OS分類：
服務器OS：RHEL,Centos，Windows Server，AIX
桌面OS: windows 10，windows 7，Mac OS,Fedora
移動設備OS:Andriod，IOS,YunOS

開發接口標準
ABI：Appication Binary interface，應用程序二進制接口
ABI描述了應用程序與操作系統OS之間的底層接口，允許編譯好的目標代碼在使用兼容ABI的系統中無需改動就能運行

API：Application Programming Interface，庫函數接口
API定義了源代碼和庫函數之間的接口，因此同樣的源代碼可以在支持這個API的任何系統中編譯
POSXI：Portable Operating System Interface
IEEE在操作系統上定義的一系列API標準
POSXI兼容的程序可在其他POSIX操作系統編譯執行
運行程序格式：
windows：EXE .dll （dynamic link library）,lib
linux: ELF, .So（shared object）, .a

Library function和system call
見圖片。

用戶空間和內核空間
用戶空間：User space
用戶程序的運行空間。
只能執行簡單的運算，不能直接調用系統資源，必須通過接口（syetem call），才能向內核發出指令
內核空間：Kernel space
是Linux內核的運行空間
可以執行任意命令，調用系統一切資

見圖片。

編程語言
機器語言：1和0
匯編語言：和機器語言–對應，與硬件相關的特有代碼，驅動程序開發
中級語言：C
系統級應用，驅動程序
高級語言：java，Objective-C，C#，python，php，go
應用級程序開發

服務器三大操作系統
windows：
linux：
Unix

Linux發展歷史：
1964年–Multics，貝爾實驗室，麻省理工，通用電氣
1969年–Unics，Ken Thompsen，貝爾實驗室
1973年–1979，C語言重寫，Unix誕生，開始流傳
1979年，貝爾實驗室收回版權
1984 minix，andrew S.Tanenbaum,荷蘭阿姆斯特丹大學計算機系
誕生：1991年 Torvald 在新聞組發布消息，正是對外宣布

GNU
GNU is Not Unix
1984年由Richard Stallman發起并創建，
目標是編寫大量兼容與Unix系統的自由軟件
GPL:GNU General Public License
自由軟件基金會：Free Software Foundation
允許用戶任意復制、傳遞、修改及再發布
基于自由軟件修改再次發布的軟件，仍需遵守GPL
LGPL相對于GPL較為寬松，允許不公開全部源代碼
GNU操作系統：Hurd hird of unix-replacing daemons

Linux發行版
slackware： SUSE linux Enterprise Server（SLES）
debian： ubuntu，mint
redhat： RHEL:RedHat Enterprise Linux
每18個月發行一個新版本
Centos：兼容RHEL的格式
中標麒麟：中標軟件
Fedora：每6個月發行一個新版本
ArchLinux： 輕量簡潔
Gentoo： 極致性能，不提供傳統意義的安裝程序
LFS： Linux From scratch 自制Linux
Android： kernel+busybox（工具集）+java虛擬機
Linux 分支參考網站：www://futurist.se/gldt
Linux內核
Linux的內核版本有3部分組成
主版本號，次版本號，末版本號，編譯版本號，廠商編號
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開源協議
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Linux哲學思想
一切都是一個文件（包括硬件）
小型，單一用途的程序
鏈接程序，共同完成復雜的任務
避免令人困惑的用戶界面
配置數據存儲在文本中

筆記整理結束時間：2018年3月29日19:11:09