第一章，计算机基础知识学习笔记

笔记整理起始时间：2018年3月29日11:19:17

1.计算机系统
定义：计算机（computer），俗称电脑，是一种能接受和存储信息，并按照存储在其内部的程序对海量的数据进行自动、高速地处理，然后把处理结果输出的现代化智能电子设备

计算机系统由硬件系统（Hardware）和软件系统（Software）

计算机系统
硬件系统
主机
中央处理器CPU
运算器ALU
控制器CU
主存储器（内存）
ROM（只读存储）
RAM（运行内存，断电丢失）
外部设备
外部存储器：硬盘，软盘，光盘，磁带
输入设备：键盘，鼠标，扫描仪，麦克风，摄像头
输出设备：显示器，音响设备，打印机，绘图仪
其他设备：调制解调器
软件系统
系统软件
操作系统
程序语言处理系统
数据库管理系统
服务程序检查、诊断、调试程序
应用软件
通用应用软件如office办公软件包浏览器聊天程序
专用应用软件 VMware虚拟机程序，secureCRT

第一台计算机：
1946年,世界上第一台计算机ENIAC(electronic numerical integrator andcalculator)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

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（1971一）大规模集成电路时代

2.计算机硬件组成

1946年，约翰·冯·诺依曼提出计算机硬件基本体系结构，指出了计算机硬件系统包含五大组成部分，分别是：
运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备
这套体系一直沿用至今，被称为冯诺依曼体系结构。

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。巨型机的运算速每秒百万亿次以上（仅限现在）
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IBM
小型机：规模较小，结构简单，运行环境要求较低，一般用于工业自动化控制、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）采用微处理芯片，体积小巧轻便，广泛应用于商业，服务员，工厂的自动化控制、办公自动化以及大众化的信息处理，个人电脑就属于微型计算机

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几种计算、信息发布及数据管理等服务。

按应用功能可分为：
web服务器，数据库服务器，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，邮件服务器，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

按外形分类
塔式服务器
早期的服务器形式
外形以及结构和平时使用的立式PC差不多
机箱空间大，主板扩展性较强，插槽较多
预留了足够的内部空间以便于进行硬盘和电源的冗余扩展，设计一般都考虑降噪
目前使用较少

机架式Rack服务器
按照统一标准设计，配合机柜统一使用
便于统计管理，高密度，节省空间
机架服务器的宽度为19英寸（48.26cm），
高度以U为单位，如42U
1U=1.75英寸=44.45毫米，通常有1U，2U，3U，4U，5U，7U几种标准，机柜的尺寸也是采用通用的工业标准
现阶段销售数量最多的服务器
机箱尺寸比较小巧
在机柜中可以同时防止多台服务器

刀片式Black服务器
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，实现高可用和高密度
更高的密度，集中管理，高性能，灵活扩展，按需配置
可以使用系统软件将这些母版集合成一个服务器集群，在集群模式下，所有的母版可以连接起来提供高速的网络环境，并同时共享资源，为相同的客户群服务

PS: 由于刀片式服务器密度大，重量高，实际部署需考虑建筑承重

服务器硬件组成
CPU 内存硬盘网卡 PCI 风扇电源

CPU
CentralProcessinUnit的缩写，即中央处理器。由控制器和运算器构成，是整个计算机系统最重要的部分服务器CPU公司：
intel：产品Xeon志强，Itanium 安腾
AMD 产品Althlon MP
IBM 产品power
CPU的主要参数
主频：主频是CPU的时钟频率Clock Speed，是CPU运算时的工作频率，即1秒钟内发生的同步脉冲数。单位是Hz。一般说来，主频越高，CPU的速度越开，由于内部结构不同，并非所有的时钟频率相同的CPU的性能都能一样
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：CPU外频与主频相差的倍数
高速缓存cache，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

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

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和其他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

x86服务器：使用CISC（复杂指令集）架构的服务器，即通常所讲的PC服务器，它是基于PC体系架构，使用intel或其他兼容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CPU个数来分：
4路及4路以上服务器（企业级服务器）
2路服务器（部门级服务器）
1路服务器（入门级服务器）

主板
mainboard，系统板systemboard或母版motherboard，安装在机箱内，是计算机最基础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，指示灯插接口，扩充插槽，主板及插卡的直流电源供电接插件等原件

内存
内存是介于CPU和外部存储之间，是CPU对外部存储中程序的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

内存容量：即该内存的存储容量，单位一般为MB或GB
内存带宽：
指内存与主板北桥芯片只见的数据传输率
单通道内存节制器一般是都64bit的，8个bit相当于1个字节byte，换成字节是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
如总线频率为400MHz，带宽为：
400*64/8*2=6400MB/s=6.4GB/s

在线备用内存技术
内存镜像

硬盘
机械硬盘结构：
盘片（存储介质media）
磁头（读写头Read Write Head）
马达，Spindle Motor&Voice Coil Motor）
马达上装有一至多片盘片，以7200,10000,15000RPM等定速旋转，为保持其平衡不可抖动，所有其质量要求严谨，不产生高温噪音
基本参数：
容量，转数，传输速率，缓存
接口类型
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
特别注意：
在计算机系统当中，硬盘的读写速度已经成为影响系统性能进一步挺高的瓶颈

固态硬盘SSD
Solid State Disk，泛指使用NAND Flash组成的固态硬盘，其特别之处在于没有机械结构，以区块写入和抹除的方式作读写的功能，因此在读写的功率上，非常依赖读写技术上的设计，SSD读写存取速度快，性能稳定，防震性高，发热低，耐低温，电耗低，无噪音。因为没有机械部分，所有长时间使用出现故障几率也较小。
缺点：价格高，容量小。

阵列卡
用来实现RAID的建立和重建，检测和修复多为错误，错误磁盘自动检测都功能，使CPU的资源得以释放。
作用：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，提高磁盘子系统的性能及可靠性
参数：
支持的RAID级别
阵列卡缓存
电池保护
电源
支持服务器的电力负载
支持冗余，防止电源故障
故障预警和防止
故障之前的预防性维护
保证服务器持续运行
电源子系统包括
智能电源和风扇
冗余电源和风扇

显卡：基本集成

网卡：
服务器都在主板上集成了网卡，传输速率1Gbps，即千兆网卡
特殊应用需要高端网卡，如光纤网卡，infiniband网卡等
传输速率能达到10Gbps，20Gbps，即万兆网卡

热插拔技术：
称为热交换技术hot swap
允许在不关机的状态下更换故障热插拔设备
常见的热插拔设备：硬盘，电源，PCI设备，风扇等
热插拔硬盘技术和RAID技术配合起来，可以使服务器在不关机的状态下恢复故障硬盘上的数据，同时并不影响网络用户对数据的使用

机柜
通常42U，约2M。

存储基础知识–存储网络：
DAS Direct Attached Storage。
直接连接存储，存储设备与主机的紧密相连
NAS Network Attached Storage
网络连接存储，通过局域网在多个文件服务器之间实现了互联，基于文件的协议，NFS，SMB/CIFS.实现文件共享
SAN Storage Area Network
存储区域网络，利用高速的光纤网络连接服务器与存储设备，基于SCSI，IP，ATM等多种高级协议，实现存储共享

操作系统
OS:Operating System，通用目的的软件程序
功能包括：硬件驱动，进程管理，内存管理，网络管理，安全管理，文件管理
OS分类：
服务器OS：RHEL,Centos，Windows Server，AIX
桌面OS: windows 10，windows 7，Mac OS,Fedora
移动设备OS:Andriod，IOS,YunOS

开发接口标准
ABI：Appication Binary interface，应用程序二进制接口
ABI描述了应用程序与操作系统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，库函数接口
API定义了源代码和库函数之间的接口，因此同样的源代码可以在支持这个API的任何系统中编译
POSXI：Portable Operating System Interface
IEEE在操作系统上定义的一系列API标准
POSXI兼容的程序可在其他POSIX操作系统编译执行
运行程序格式：
windows：EXE .dll （dynamic link library）,lib
linux: ELF, .So（shared object）, .a

Library function和system call
见图片。

用户空间和内核空间
用户空间：User space
用户程序的运行空间。
只能执行简单的运算，不能直接调用系统资源，必须通过接口（syetem 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，调用系统一切资

见图片。

编程语言
机器语言：1和0
汇编语言：和机器语言–对应，与硬件相关的特有代码，驱动程序开发
中级语言：C
系统级应用，驱动程序
高级语言：java，Objective-C，C#，python，php，go
应用级程序开发

服务器三大操作系统
windows：
linux：
Unix

Linux发展历史：
1964年–Multics，贝尔实验室，麻省理工，通用电气
1969年–Unics，Ken Thompsen，贝尔实验室
1973年–1979，C语言重写，Unix诞生，开始流传
1979年，贝尔实验室收回版权
1984 minix，andrew S.Tanenbaum,荷兰阿姆斯特丹大学计算机系
诞生：1991年 Torvald 在新闻组发布消息，正是对外宣布

GNU
GNU is Not Unix
1984年由Richard Stallman发起并创建，
目标是编写大量兼容与Unix系统的自由软件
GPL:GNU General Public License
自由软件基金会：Free Software Foundation
允许用户任意复制、传递、修改及再发布
基于自由软件修改再次发布的软件，仍需遵守GPL
LGPL相对于GPL较为宽松，允许不公开全部源代码
GNU操作系统：Hurd hird of unix-replacing daemons

Linux发行版
slackware： SUSE linux Enterprise Server（SLES）
debian： ubuntu，mint
redhat： RHEL:RedHat Enterprise Linux
每18个月发行一个新版本
Centos：兼容RHEL的格式
中标麒麟：中标软件
Fedora：每6个月发行一个新版本
ArchLinux：轻量简洁
Gentoo：极致性能，不提供传统意义的安装程序
LFS： Linux From scratch 自制Linux
Android： kernel+busybox（工具集）+java虚拟机
Linux 分支参考网站：www://futurist.se/gldt
Linux内核
Linux的内核版本有3部分组成
主版本号，次版本号，末版本号，编译版本号，厂商编号
见图片。
开源协议
见图片。