计算机硬件与组成原理基础

1.1计算机理论

1.1.1图灵机理论

1936年，英国数学家阿兰・麦席森・图灵(1912―-1954年)提出了一种抽象的计算模型——图灵机( Turing machine)。图灵机，又称图灵计算机，即将人们使用纸笔进行数学运算的过程进行抽象，由一个虚拟的机器替代人类进行数学运算。

图灵提出图灵机的模型并不是为了同时给出计算机的设计，它的意义有如下几点:

(1)它证明了通用计算理论，肯定了计算机实现的可能性，同时它给出了计算机应有的主要架构；

(2)图灵机模型引入了读写与算法与程序语言的概念，极大的突破了过去的计算机器的设计理念；

(3)图灵机模型理论是计算学科最核心的理论，因为计算机的极限计算能力就是通用图灵机的计算能力，很多问题可以转化到图灵机这个简单的模型来考虑。 [2]

通用图灵机向人们展示这样一个过程:程序和其输入可以先保存到存储带上，图灵机就按程序一步一步运行直到给出结果，结果也保存在存储带上。更重要的是，隐约可以看到现代计算机主要构成，尤其是冯・诺依曼理论的主要构成。

1.1.2冯诺依曼体系

1944年，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼提出计算机基本结构和工作方式的设想，为计算机的诞生和发展提供了理论基础。时至今日，尽管计算机软硬件技术飞速发展，但计算机本身的体系结构并没有明显的突破，当今的计算机仍属于冯·诺依曼架构。

理论要点：

1、计算机硬件设备由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备5部分组成。

2、存储程序思想——把计算过程描述为由许多命令按一定顺序组成的程序，然后把程序和数据一起输入计算机，计算机对已存入的程序和数据处理后，输出结果。

美籍匈牙利科学家冯·诺依曼最先提出程序存储的思想，并成功将其运用在计算机的设计之中，根据这一原理制造的计算机被称为冯·诺依曼结构计算机，由于他对现代计算机技术的突出贡献，因此冯·诺依曼又被称为“计算机之父”。

1.2计算机硬件分类

1.2.1冯诺依曼体系五部分

根据冯诺依曼体系把硬件分为五部分

控制器: 计算机的指挥系统。控制器通过地址访问存储器，村存储器中取出指令，根据指令分析结果产生相应的操作控制信号作用于其他部件，使得各部件在控制器控制下有条的协调工作。

运算器: 实现算术运算符和逻辑运算的部件。

存储器：计算机的存储器可分成两大类，一类是内存存储器，简称内存或主存；另一类是外存储器，简称外存或辅存。

输入设备:是指向计算机输入信息，常见的输入设备有：键盘、鼠标、触摸屏。等等

输出设备：主要有显示器、打印机和绘图仪。

工作流程如图所示：

1.2.2 计算机系统结构图

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注：cpu是人的大脑，负责控制全身和运算内存是人的记忆，负责临时存储硬盘是人的笔记本，负责永久存储输入设备是耳朵或眼睛、嘴巴，负责接收外部的信息存入内存输出设备是你的脸部，负责经过处理后输出的结果以上所有的设备通过总线连接接，总线相当于人的神经

1.3 运维与服务器

1.3.1 运维人员的核心职责

网站数据不能丢
网站全天运行
提升用户体验–访问的块

1.3.2 运维人员工作的主战场之服务器

什么是服务器？

服务器，也称伺服器(台湾)，是提供计算服务的设备。由于服务器的需要相应服务请求，并进行处理，因此一般来说服务器应具备承担服务并且保障服务的能力。服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。
服务器的尺寸

1U服务器(U表示服务器的厚度) 1U=1.75英寸=4.445CM=4.45CM

1.3.3 服务器按外形分类

机架式服务器
刀片服务器
塔式服务器

1.4 互联网公司的服务器品牌

DELL(大多数公司，常用)
HP
华为
IBM(百度)
浪潮
联想

1.5 服务器品牌详解及对应型号

网站：https://detail.zol.com.cn/

1.5.1 Dell 服务器品牌

dell服务器，无损性能的密度，戴尔刀片式服务器更简单、更快、更酷。

戴尔服务器分类

刀片式服务器

产品举例：

Dell PowerEdge M710HD，双插槽、半高、内存密集型、企业级服务器，适用于在半高配置中具备广泛的I/O灵活性，可为虚拟化和工作负载整合实现最高的RAM总量，适用于需要可靠、高密度、双插槽刀片式服务器解决方案的服务器机房和企业数据中心。

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1.6 服务器(电脑)核心零部件介绍

1.6.1 机箱

作为电脑配件中的一部分，它起的主要作用是放置和固定各电脑配件，起到一个承担和保护作用。此外，电脑机箱具有屏蔽电磁辐射的重要作用。虽然在DIY中不是很重要的配置，但是使用质量不良的机箱容易让主板和机箱短路，让电脑系统变得不稳定。

1.6.2 电源

功能：保8电脑的电源供应
作用: 一个合格的电源对电脑的作用是至关重要的，电源就犹如人体的心脏，随时提供新鲜的血液，即使再聪明的头脑或再敏捷的身手也离不开电脑电源。劣质的电源不仅直接影响电脑的正常的使用，对主板、显卡等其他配件造成损害，而且这种电源所参数的电磁辐射，对人身健康也构成了潜在的威胁。再服务器领域，电源的作用至关重要，因此，服务器是一般提供双电源(双冗余电源)。

1.6.3 主板

主板和CPU都是电脑中最关键的部件
所有的板卡必须通过主板发挥作用，主板性能和质量的好坏直接影响到整个系统。
电脑主板按不同的架构标准和各种不同的主要部件、接口组合而成。

1.6.4 CPU

功能：也就是负责运算和控制中心，是电脑的最关键部位，是计算机的头脑。
作用：相当于人的大脑一样，在计算机进行的任何操作(数据的输入，存储，程序的运行，屏幕的显示，结果的打印) 都在CPU的控制下完成的。cpu比计算机任何部件都更能决定计算机的工作速度和效率。
双CPU时，只能同时装同一型号的。

1.6.5 CPU风扇

功能：为CPU降温
作用：如果一开机CPU的温度就很高，时间长了搞不好就很多黑烟，选择一个好的风扇时十分重要的。

CPU: AMD Inter 服务器CPU Xeon 志强

1.6.6 硬盘

功能: 硬盘简单的说就是一个大容量存储器，存储视频，文本，音频，成为现代电脑不可缺少的配件。
作用：由于计算机在工作时，CPU、输入输出设备与存储器之间需要大量地交换数据，因此，存储器的存取速度和容量，也是影响计算机运行速度的主要因素之一。特别是在服务器优化场景，硬盘的性能是决定网站性能的重要因素。

注意：想要提高电脑的运行速度，得从硬盘方向考虑。

1.常规正式工作场景(线上的生成环境，给客户/用户用)主选SAS (结合SATA和SCSI的优点) 硬盘（转速是15000转一分，机械磁盘转数高的性能好）

2.比较核心的业务SAS

3.自己人用的，可选SATA SATA特点：容量大，价格便宜，但是速度比较慢。

4.高并发访问，小数据量，可以选择SSD (固态硬盘)

机械硬盘： IDE SCSI SATA SAS

固态硬盘：SSD

SATA > SAS >SSD

**硬盘接口分类以及详细介绍：**https://jingyan.baidu.com/article/6079ad0ebbe5a428ff86dbf9.html

1.6.7 内存

功能：内存是电脑的一个临时存储器，它只负责电脑数据的中转而不能永久保存。它的容量和处理速度直接决定了电脑数据传输的快慢，和cpu、硬盘一起并称为电脑的三大件。
作用：内存是CPU能够直接访问的存储器，CPU从内存中读取操作指令和数据，又把运算或处理结果送回内存。

内存小结：

1.解决了cpu与硬盘之间的速度的差距问题。

2.内存是一个临时存放地址，使用的时候才会放入到内存中。

3.断电后内存中内容消失。

内存：台式机内存、服务器内存、笔记本内存

缓存小结: 缓存越大，速度越快。

计算机各级设备IO对比

io input/output 输入输出  读写iops input/output per second 每秒的输入输出1s=1000ms（毫秒）=1000000us（微妙）=1000000000ns(纳秒)

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-cy5aABA1-1632994265264)(C:\Users\zhengmingyu3\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210929094542291.png)]

1.6. 8 Raid 卡(阵列卡)

Raid卡， Raid卷 raid 0,1,5,10

磁盘阵列是由一个硬盘控制器来控制多个硬盘的相互连接，使用多个硬盘的读写同步，较少错误，增加效率和可靠度的技术。

1.6. 9 远程管理卡

解释:远程管理卡（如下图所示）是服务器特有的远程管理部件，在家用电脑及笔记本电脑上是不存在的。

它的作用是通过网络远程（异地）开关服务器，并可以查看服务器开关机的过程等信息，早期（2010年以前），服务器托管在IDC机房，一旦出现问题，还得跑机房或者请机房的人管理。有了远程管理卡之后，运维人员管理服务器的效率就大大的提高了。

远程管理卡有服务器自带的和独立的两类。服务器自带的远程管理卡，可以关机、开机，但是看不到开关服务器的过程。所以，建议给服务器配备独立的远程管理卡，可能会多花100多块钱的样子，但是，当服务器出现问题，就不需要打车或者出差，也不用给机房人员打电话了，可以利用远程管理卡快速查看服务器故障并恢复服务。

使用场景：

1、远程安装操作系统

远程登录管理界面，用控制卡上的虚拟介质映射功能把自己电脑上的ISO文件或者物理光驱投递给机房里服务器

2、电源控制功能

远程登录管理界面，进行关机、开机、重启。

3、检查服务器硬件状态

监控电池、风扇、CPU、内存、磁盘硬件设备的状态。

1.7 计算机常用计数制

十进制

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

2.二进制

0,1

3.八进制

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

4.十六进制

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F 主机的MAC地址

1.8 计算机中的数据表示

1.8.1 数值数据的表示

比特: bit

字节: byte

1byte(B)=8bit

1MB=1024KB

1GB=1024MB

1TB=1024GB

1PB=1024TB

1EB=1024PB

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