计算机基础

 

 

 

一、计算机系统

计算机系统：由硬件（Hardware）系统和软件（Software）系统俩大部分组成

二、计算机硬件

计算机（computer）：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、高速的处理，然后把处理结果输出的现代化电子设备。

计算机硬件组成部分

冯.诺依曼体系结构：

1946年数学家冯.诺依曼提出运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

服务器

服务器是计算机局域网的核心部件。网络操作系统是在网络服务器上运行的，网络服务器的效率直接影响整个网络的效率。因此，一般要用高档计算机或专用服务器计算机作为网络服务器。

按照服务器功能应用可划分为Web服务器（Apache，Nginx）、数据库服务器（MySQL，Oracle）、文件服务器（NFS，FTP，Samba）、中间件应用服务器（Tomcat）、日志服务器（syslog）、监控服务器（zabbix），程序版本控制服务器（Git）、虚拟机服务器（kvm，OpenStack，docker）、邮件服务器和ERP服务器等。

按照服务器外形可分为塔式、机架式和刀片式

塔式服务器（Tower Server）：应该是见得最多也最容易理解的一种服务器结构类型，因为它的外形以及结构都跟立式PC差不多，当然，由于服务器的主板扩展性较强、插槽也多出一堆，所以个头比普通主板大一些，因此塔式服务器的主机机箱也比标准的ATX机箱要大，一般都会预留足够的内部空间以便日后进行硬盘和电源的冗余扩展。

机架式服务器的外形看来不像计算机，而像交换机，有1U（1U=1.75英寸）、2U、4U等规格。机架式服务器安装在标准的19英寸机柜里面。这种结构的多为功能型服务器。

 

刀片服务器是指在标准高度的机架式机箱内可插装多个卡式的服务器单元，是一种实现HAHD(High Availability High Density，高可用高密度)的低成本服务器平台，为特殊应用行业和高密度计算环境专门设计。刀片服务器就像“刀片”一样，每一块“刀片”实际上就是一块系统主板。

组成服务器的硬件

中央处理器（CPU）

中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

CPU的常见参数：

1. 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

2. 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

3. 倍频：倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数

4. 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

5. 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

 

CPU的类型：

1. X86：是由Intel推出的一种复杂指令集，用于控制芯片的运行的程序，现在X86已经广泛运用到了家用PC领域。

2. x64：“x86-64”，有时会简称为“x64”，是64位微处理器架构及其相应指令集的一种，也是Intel x86架构的延伸产品。“x86-64”1999由AMD设计，AMD首次公开64位集以扩充给IA-32，称为x86-64（后来改名为AMD64）。其后也为英特尔所采用，现时英特尔称之为“Intel 64”，在之前曾使用过Clackamas Technology (CT)、IA-32e及EM64T。外界多使用"x86-64"或"x64"去称呼此64位架构，从而保持中立，不偏袒任何厂商。

3. ARM：是英国Acorn有限公司设计的低功耗成本的第一款RISC微处理器。全称为Advanced RISC Machine。ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集，一般来讲比等价32位代码节省达35%，却能保留32位系统的所有优势。
4. 还有power、powerpc、Ultrasparc、Alpha以及安腾等

 

CPU的发展历史：

主板（Motherboard, Mainboard，简称Mobo）

电脑机箱主板，又叫主机板(mainboard)、系统板(systemboard)或母板(motherboard)；它分为商用主板和工业主板两种。它安装在机箱内，是微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。

 

内存（Memory）

也被称为内存储器，其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。 内存是由内存芯片、电路板、金手指等部分组成的。

内存常用参数：

1. 容量：即该内存的存储容量，单位一般为“MB”或“GB”
   
   
2. 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
   计算公式：
   内存带宽=内存总线频率×数据总线位数/8
   

 硬盘（Harddisk）

硬盘是电脑主要的存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。碟片外覆盖有铁磁性材料。

硬盘有固态硬盘（SSD 盘，新式硬盘）、机械硬盘（HDD 传统硬盘）、混合硬盘（HHD 一块基于传统机械硬盘诞生出来的新硬盘）。SSD采用闪存颗粒来存储，HDD采用磁性碟片来存储，混合硬盘(HHD: Hybrid Hard Disk)是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。

硬盘常见参数：

容量：容量是硬盘的主要参数。单位有MB，GB，TB，PB等

转速：转速是指硬盘盘片每分钟转动的圈数，单位为rpm。现在服务器硬盘的转速常见的有7200,10000,15000等

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），普通SATA硬盘速度大约在100--300MB/s之间
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

硬盘接口类型：

 IDE接口：硬盘接口规范，采用ATA技术规范

SCSI接口：SCSI是Small Computer System Interface（小型计算机系统接口）的缩写，使用50针接口，外观和普通硬盘接口有些相似。SCSI硬盘和普通IDE硬盘相比有很多优点：接口速度快，并且由于主要用于服务器，因此硬盘本身的性能也比较高，硬盘转速快，缓存容量大，CPU占用率低，扩展性远优于IDE硬盘，并且支持热插拔。

SATA接口：SATA是Serial ATA的缩写，即串行ATA。它是一种电脑总线，主要功能是用作主板和大量存储设备（如硬盘及光盘驱动器）之间的数据传输之用。这是一种完全不同于串行PATA的新型硬盘接口类型，由于采用串行方式传输数据而得名。SATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。

SAS接口：序列式SCSI（SAS：Serial Attached SCSI）是一种电脑集线的技术，其功能主要是作为周边零件的数据传输，如：硬盘、CD-ROM等设备而设计的界面。序列式SCSI 由并行SCSI物理存储接口演化而来，是由ANSI INCITS T10技术委员会（T10 committee）开发及维护的新的存储接口标准。与并行方式相比，序列方式能提供更快速的通信传输速度以及更简易的配置。此外SAS并支持与序列式ATA（SATA）设备兼容，且两者可以使用相类似的电缆。

ps：目前主流的硬盘接口为SATA和SAS接口

阵列卡（raid卡）

阵列卡的全称叫磁盘阵列卡 是用来做 RAID（廉价冗余磁盘阵列）的。磁盘阵列是一种把若干硬磁盘驱动器按照一定要求组成一个整体，整个磁盘阵列由阵列控制器管理的系统。冗余磁盘阵列RAID(Redundant Array of Independent Disks)技术1987年由加州大学伯克利分校提出，最初的研制目的是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘，以降低大批量数据存储的费用（当时RAID称为dundant Array of Inexpensive Disks 廉价的磁盘阵列），同时也希望采用冗余信息的方式，使得磁盘失效时不会使对数据的访问受损失，从而开发出一定水平的数据保护技术。

电源（power）

服务器电源就是指使用在服务器上的电源（POWER），它和PC（个人电脑）电源一样，都是一种开关电源。服务器电源按照标准可以分为ATX电源和SSI电源两种。ATX标准使用较为普遍，主要用于台式机、工作站和低端服务器；而SSI标准是随着服务器技术的发展而产生的，适用于各种档次的服务器。

图形处理器（GPU）

图形处理器（英语：Graphics Processing Unit，缩写：GPU），又称显示核心、视觉处理器、显示芯片，是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上图像运算工作的微处理器。

网卡

网卡是工作在链路层的网络组件，是局域网中连接计算机和传输介质的接口，不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等。

存储网络：

传统的存储介质有软盘，磁带，光盘，硬盘及SSD硬盘

磁盘阵列：是由很多价格较便宜的磁盘，组合成一个容量巨大的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。

网络存储技术（Network Storage Technologies）是基于数据存储的一种通用网络术语。网络存储结构大致分为三种：直连式存储（DAS：Direct Attached Storage）、网络存储设备（NAS：Network Attached Storage）和存储网络（SAN：Storage Area Network）。

三种网络类型的对比：

三：操作系统（Operating System，简称OS）

是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。

操作系统的主要任务

1. 硬件驱动
2. 进程管理
3. 内存管理
4. 网络管理
5. 安全管理
6. 文件管理

常见的操作系统及分类

• 服务器OS：RHEL、CentOS、Windows server，AIX等
• 个人桌面OS：Windows 7，Windows 10，Mac OS，Ubuntu desktop等
• 移动设备OS：Android，IOS等

 开发接口标准

 ABI：Application Binary Interface，描述了应用程序与OS之间的底层接口,允许编译好的目标代码在使用兼容ABI的系统中无需改动就能运行。
API：Application Programming Interface，API定义了源代码和库之间的接口，因此同样的源代码可以在支持这个API的任何系统中编译。

POSIX：Portable Operating System Interface，IEEE在操作系统上定义的一系列API标准POSIX兼容的程序可在其它POSIX操作系统编译执行。

用户空间和内核空间

用户空间：User space，用户程序的运行空间。为了安全，它们是隔离的，即使用户的程序崩溃，内核也不受影响只能执行简单的运算，不能直接调用系统资源，必须通过系统接口（ system call），才能向内核发出指令。

内核空间：kernel space，是 Linux 内核的运行空间可以执行任意命令，调用系统的一切资源。

 

计算机语言简单介绍

 低级语言：

• 机器语言：机器语言（machine language）是一种指令集的体系。这种指令集，称机器码（machine code），是电脑的CPU可直接解读的数据。
• 汇编语言：汇编语言（assembly language）是一种用于电子计算机、微处理器、微控制器或其他可编程器件的低级语言，亦称为符号语言。和机器语言一一对应，与硬件相关的特有代码、驱动程序开发。

 中级语言：

•  C语言：C语言是一门通用计算机编程语言，应用广泛。C语言的设计目标是提供一种能以简易的方式编译、处理低级存储器、产生少量的机器码以及不需要任何运行环境支持便能运行的编程语言。

高级语言：

• 高级语言（High-level programming language）相对于机器语言（machine language，是一种指令集的体系。这种指令集，称机器码（machine code），是电脑的CPU可直接解读的数据）而言。是高度封装了的编程语言，与低级语言相对。它是以人类的日常语言为基础的一种编程语言，使用一般人易于接受的文字来表示（例如汉字、不规则英文或其他外语），从而使程序编写员编写更容易，亦有较高的可读性，以方便对电脑认知较浅的人亦可以大概明白其内容。由于早期电脑业的发展主要在美国，因此一般的高级语言都是以英语为蓝本。在1980年代，当东亚地区开始使用电脑时，在日本、台湾及中国大陆都曾尝试开发用各自地方语言编写的高级语言，当中主要都是改编BASIC或专用于数据库数据访问的语言，但是随着编程者的外语能力提升，现时的有关开发很少。
• 常用的高级语言有Java，C++，C#，Python等

服务器三大操作系统

• Windows：Microsoft Windows,是美国微软公司研发的一套操作系统，它问世于1985年，起初仅仅是Microsoft-DOS模拟环境，后续的系统版本由于微软不断的更新升级，不但易用，也慢慢的成为家家户户人们最喜爱的操作系统。
• Linux：Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统，是一个基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。
• Unix：UNIX操作系统（尤尼斯），是一个强大的多用户、多任务操作系统，支持多种处理器架构，按照操作系统的分类，属于分时操作系统，最早由KenThompson、Dennis Ritchie和Douglas McIlroy于1969年在AT&T的贝尔实验室开发。目前它的商标权由国际开放标准组织所拥有，只有符合单一UNIX规范的UNIX系统才能使用UNIX这个名称，否则只能称为类UNIX（UNIX-like）。

Linux简介

Linux起源

1991年的10月5日，Torvalds在comp.os.minix新闻组上发布消息，正式向外宣布他自行编写的完全自由免费的内核诞生（Freeminix-like kernel sources for 386-AT）———FREAX

  

Linux内核官方网站：http://www.kernel.com

Linux发行版

 

红帽公司各发行版及时间

Linux哲学思想

• 一切皆文件（包括硬件）
• 链接小型单一的程序，完成复杂任务
• 尽量避免与用户交互
• 配置数据存储在文本文件中

 

欢迎大家共同学习！