云计算探索-初识服务器-下_业界新闻

发布时间:2024-07-13 13:05

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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。

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。

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。

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。

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。

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。

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：

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。
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。
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。
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。
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。