云计算探索-初识服务器-下

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1.介绍    

经过上一篇文章的学习,现在我们已经知道什么是服务器了。接着让我们来仔细探讨一下服务器的部件组成吧。相信大家对我们的电脑主机都不陌生,服务器的内部构成与电脑主机相似,主要由输入设备、输出设备和主机部分组成,其中CPU、内存和输入/输出设备是服务器的三大核心部件。我们通过输入设备将数据输入到主机,主机处理后生成图像等信息,最终将结果输出到输出设备上。

2. 中央处理器(CPU)

       我们整台服务器的重点在于中央处理器(CPU)。CPU是一块具有特定功能的芯片,内置有指令集。要让服务器执行特定功能,必须检查CPU是否具有相关内置指令集。由于CPU的主要工作是管理和运算,因此CPU内部分为算术逻辑单元和控制单元。算术逻辑单元负责运算和逻辑判断,控制单元协调各周边组件和单元之间的工作。云计算探索-初识服务器-下,云计算,服务器,云计算,华为云

       既然CPU的主要任务是运算和决策,那么数据从哪里来呢?数据主要来自内存。数据从输入设备传输到内存,CPU处理后的数据再写回内存,最后传输到输出单元。那么世界上主流的CPU有哪些呢?让我们来看一下。

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      正如之前提到的,CPU内部已经包含一些指令。我们所使用的软件都需要通过CPU内部的指令集完成。目前世界上最常见的两种CPU架构分别是精简指令集(RISC)和复杂指令集(CISC)。接下来我们来看看这两种不同CPU架构的差异。

2.1. 精简指令集RISC

      这种CPU设计中,指令集较为简单,每个指令运行时间短,完成的操作简单,执行性能较佳。但是,要完成复杂任务需要多个指令。常见的RISC指令集CPU有甲骨文(Oracle)公司的SPARC系列、IBM公司的Power Architecture(包括PowerPC)系列,以及华为的TaiShan系列(鲲鹏芯片,也属于ARM架构)以及ARM公司的ARM CPU系统等。此外,手机、PDA和网络设备常采用ARM架构的CPU。

2.2. 复杂指令集CISC

       CISC架构以其复杂而多样的指令集著称,每个小指令可以执行较低级的硬件操作,导致指令繁多且长度不一。这种设计使得CISC架构的CPU能够处理更丰富的工作内容,但也导致了每条指令执行的复杂性和耗时性。因此,基于CISC的CPU通常在单个核心的性能评估中表现较为出色,得分也相对较高。我们所熟知的AMD和Intel等X86架构的CPU都采用了CISC指令集,这也使得X86架构成为了一种广泛应用的架构标准。

      另一方面,除了指令集的差异,CPU性能的比较还涉及其他方面的因素。其中一个关键指标就是CPU的频率。频率表示CPU每秒执行的操作次数,它直接影响着CPU的工作速度和性能表现。以Intel的Montage Jintide(R) C6230R为例,其频率为2.6GHz,这意味着CPU每秒可以执行2.6*10^9次操作,是一款性能强劲的服务器级CPU。此外,还有外频和倍频这两个重要的概念。倍频系数代表了CPU主频与外频之间的比例关系,主频大致等于倍频乘以外频。这些关键的CPU性能参数对于我们评估和选择合适的CPU架构至关重要。

3. 内存(Main Memory)

     无论是软件程序还是文件数据,都需要写入内存后CPU才能进行利用。内存的主要组成部分是动态随机存取内存(Dynamic Random Access Memory,DRAM),它具有挥发性,即只有在通电时才能记录和使用数据,断电后数据即消失。

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      随着技术的进步,DRAM技术不断更新,较为广泛应用的是SDRAM和DDR SDRAM两种。这两种内存的主要区别在于针脚和工作电压,而DDR则采用了双倍数据传输速度(Double Data Rate)的技术,能够在一个工作周期内进行两次数据传输,相比之下,SDR只能进行一次。因此目前市场上主要使用DDR内存,涵盖了多个版本,包括DDR、DDR2、DDR3和DDR4等。其中,DDR2的频率是DDR的4倍,DDR3是DDR的8倍,而服务器级内存已经普遍采用DDR4。DDR4内存的带宽可高达23.46 GB/s。

      除了频率和带宽型号外,内存容量也是至关重要的因素。因为所有数据都必须加载到内存中才能被CPU读取,如果内存容量不足,可能导致某些大容量数据无法完整加载。此外,即使数据已经存在于内存中,但如果没有被使用,系统也必须保留其内存空间,导致可用内存容量受限。因此,通常来说,更大容量的内存意味着更快速的系统响应,因为系统无需频繁地释放内存以容纳新的数据。对于服务器而言,内存容量有时甚至比CPU速度更为重要。

4. 硬盘(Hard Disk)

       接下来是服务器的硬盘。服务器需要记录和存取数据,因此需要存储设备。硬盘由许多碟片、机械臂、磁头和主轴电机组成。数据写在具有磁性物质的碟片上(因此机械磁盘也叫磁盘),读写通过磁头完成。为了提高传输速度,硬盘与主板的连接接口经过多次改良,有不同的接口,如SATA、SAS和NL_SAS。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度,直接影响程序运行速度和系统性能。

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       固态硬盘(SSD)是另一种存储设备。传统硬盘需要驱动电机旋转碟片,造成读取延迟。而SSD通过闪存直接读写数据,无需转动部件,因此读写速度更快,且更省电。然而,早期的SSD有写入次数限制,因此需要备份或使用RAID机制来防止损坏。固态硬盘最大的优势在于无需驱动电机转动,通过闪存直接读写数据,因此除了读取延迟更短、速度更快外,还更省电。但现在的SSD已经使用寿命超过了两年,只要是正规厂商的产品,使用五六年是没问题的。

5.阵列卡(RAID)

      RAID卡(Redundant Array of Independent Disks Card)是一种关键的硬件设备,用于管理和控制RAID阵列中的磁盘。其主要作用在于提供数据的冗余备份、性能优化和故障恢复等功能。通过RAID卡,数据可以分布在多个磁盘上并实现镜像或奇偶校验等冗余技术,从而确保即使某一块磁盘发生故障,数据仍然可从其他磁盘中恢复,保障数据的安全性和可靠性。

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华为RAID卡 LSI SAS3108

    同时,RAID卡能够通过将多个磁盘组成RAID阵列,并采用条带化等技术,提高数据的读写速度和系统的性能表现。最重要的是,当RAID阵列中的某一块磁盘发生故障时,RAID卡能够自动识别故障磁盘,并根据预先设置的冗余方案进行数据恢复和重建,确保系统的稳定运行。因此,RAID卡在企业级应用和数据中心环境中具有重要的作用,为服务器存储系统提供了可靠性、性能和可管理性的保障。

6.网卡(NIC)

网卡是计算机网络系统中最基本、最重要、必不可少的连接设备之一。它是一种安装在计算机上的硬件设备,用于实现计算机与网络之间的数据传输和通信。网卡通常位于计算机主板上的扩展槽上,通过网线连接到网络中的交换机、路由器或集线器上,将计算机与网络连接起来。

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华为服务器网卡图

网卡在计算机网络系统中具有多种重要功能,主要包括以下几个方面:

  1. 代表固定的网络地址:网卡具有一个唯一的MAC地址(Media Access Control Address),用于在局域网中唯一标识一个设备。这个MAC地址通常由网卡制造商提前设定,是网卡的固定属性,用于网络设备之间的通信识别。
  2. 数据的发送与接收:网卡负责将计算机中产生的数据封装成网络数据包,并通过物理网络介质发送到目标设备。同时,它也负责接收来自网络中其他设备发送的数据包,并将其解封装后传输到计算机的内存中。
  3. 数据的封装与解封:网卡在数据传输过程中需要进行数据的封装和解封操作,将数据进行适当的格式转换,以便在网络中进行传输和接收。这包括添加或移除数据包的首部和尾部信息,以及对数据进行CRC校验等操作。
  4. 链路管理:网卡负责管理计算机与网络之间的物理链路,包括链路的建立、维护和关闭等操作。它通过监测链路的状态和传输质量,实时调整网络参数和传输速率,以确保数据的可靠传输。
  5. 编码与译码:在数据传输过程中,网卡需要对数据进行编码和译码操作,以便在物理介质上进行传输。这包括将数字信号转换成模拟信号进行传输,以及将模拟信号转换成数字信号进行接收和处理。

7.电源和风扇

       在服务器系统中,电源和风扇也扮演着至关重要的角色。电源系统通过冗余设计、故障预警和预防性维护,支持服务器的电力负载,确保服务器持续运行。而风扇系统则通过散热降温、提高稳定性和冗余设计,保障服务器内部的温度控制和硬件设备的稳定运行。因此,在建设和管理服务器系统时,充分重视电源和风扇系统的合理配置和有效监控,可以提高服务器的可靠性和性能,确保服务器持续稳定地运行。

8.总结

     全面介绍了服务器的核心组件及其功能。从中央处理器、内存、硬盘、RAID卡到网卡,每个组件在服务器系统中都发挥着至关重要的作用。此外,电源和风扇也在保障服务器稳定运行中发挥了关键作用。这些组件相互配合,构建了一个可靠、高效的服务器系统,为企业级应用和数据中心提供了稳定性和性能保障。

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