第一章計算機基礎學習筆記

筆記整理起始時間：2018年3月29日11:19:17

章節導航

        1.計算機系統

        2.計算機硬件組成

        3.操做系統

        4.Linux相關介紹

        5.Linux哲學思想

        6.獲取Linux

        7.虛擬機

 

1.計算機系統

        定義：計算機（computer），俗稱電腦，是一種能接受和存儲信息，並按照存儲在其內部的程序對海量的數據進行自動、高速地處理，而後把處理結果輸出的現代化智能電子設備

        

        計算機系統由硬件系統（Hardware）和軟件系統（Software）

        

        計算機系統

               硬件系統

                     主機

                            中央處理器CPU

                                    運算器ALU

                                    控制器CU

                            主存儲器（內存）

                                    ROM（只讀存儲）

                                    RAM（運行內存，斷電丟失）

                     外部設備

                            外部存儲器            硬盤，軟盤，光盤，磁帶

                            輸入設備               鍵盤，鼠標，掃描儀，麥克風，攝像頭

                            輸出設備               顯示器，音響設備，打印機，繪圖儀

                            其餘設備              調制解調器

               軟件系統

                     系統軟件

                            操做系統

                            程序語言處理系統

                            數據庫管理系統

                            服務程序       檢查、診斷、調試程序

                     應用軟件

                            通用應用軟件       如office辦公軟件包 瀏覽器 聊天程序

                            專用應用軟件       VMware虛擬機程序，secureCRT

        

        第一臺計算機：

            1946年,世界上第一臺計算機ENIAC(electronic numerical  integrator andcalculator)在美國賓州大學誕生，是美國奧伯丁武器試驗場爲了知足計算彈道須要而研製成的。使用了17468只電子管，佔地170平方米,重達30噸，耗電174千瓦，耗資40多萬美圓。每秒可進行5000次加法或減法運算

        

        發展歷史：

               第一代計算機（1946-1957）     電子管時代

               第二代計算機（1958-1964）     晶體管時代

               第三代計算機（1965-1970）     集成電路時代

               第四代計算機（1971一）          大規模集成電路時代

                             

2.計算機硬件組成

        

        1946年，約翰·馮·諾依曼提出計算機硬件基本體系結構，指出了計算機硬件系統包含五大組成部分，分別是：

               運算器

               控制器

               存儲器

               輸入設備

               輸出設備

        這套體系一直沿用至今，被稱爲馮諾依曼體系結構。

        

        按規模劃分

               巨型計算機：應用於國防尖端技術和現代科學計算中。巨型機的運算速

               每秒百萬億次以上（僅限如今）

               大型計算機：具備較高的運算速度，每秒能夠執行幾千萬條指令，並且有較大的存儲空間。每每用於科學計算，數據處理或做爲網絡服務器使用，如IBM

               小型機：規模較小，結構簡單，運行環境要求較低，通常用於工業自動化控制、測量儀器、醫療設備中的數據採集等方面

               微型計算機：中央處理器（cpu）採用微處理芯片，體積小巧輕便，普遍應用於商業，服務員，工廠的自動化控制、辦公自動化以及大衆化的信息處理，我的電腦就屬於微型計算機

        

        服務器

               服務器Server是計算機的一種，是網絡中爲客戶端計算機提供各類服務的高性能計算機，服務器在網絡操做系統的控制下，將與其相連的硬盤、磁帶、打印機及昂貴的專用通信設備提供給網絡上的客戶站點共享，也能爲網絡用戶提供幾種計算、信息發佈及數據管理等服務。

               

               按應用功能可分爲：

                      web服務器，數據庫服務器，文件服務器，中間件應用服務器，日誌服務器，監控服務器，程序版本控制服務器，虛擬機服務器，郵件服務器，打印服務器，域控制服務器，多媒體服務器，通信服務器，ERP服務器等

               

               按外形分類

                     塔式服務器

                            早期的服務器形式

                             外形以及結構和平時使用的立式PC差很少

                             機箱空間大，主板擴展性較強，插槽較多

                             預留了足夠的內部空間以便於進行硬盤和電源的冗餘擴展，設計通常都考慮降噪

                            目前使用較少

                    

                     機架式Rack服務器

                             按照統一標準設計，配合機櫃統一使用

                             便於統計管理，高密度，節省空間

                             機架服務器的寬度爲19英寸（48.26cm），

                            高度以U爲單位，如42U

                             1U=1.75英寸=44.45毫米，一般有1U，2U，3U，4U，5U，7U幾種標準，機櫃的尺寸也是採用通用的工業標準

                             現階段銷售數量最多的服務器

                            機箱尺寸比較小巧

                             在機櫃中能夠同時防止多臺服務器

                    

                     刀片式Black服務器

                             在標準高度的機架式機箱內可插裝多個卡式的服務器單元，實現高可用和高密度

                             更高的密度，集中管理，高性能，靈活擴展，按需配置

                             可使用系統軟件將這些母版集合成一個服務器集羣，在集羣模式下，全部的母版能夠鏈接起來提供高速的網絡環境，並同時共享資源，爲相同的客戶羣服務

                    

                     PS:   因爲刀片式服務器密度大，重量高，實際部署需考慮建築承重

                    

               

               服務器硬件組成

                     CPU 內存 硬盤 網卡 PCI 風扇  電源

               

                     CPU

                             CentralProcessinUnit的縮寫，即中央處理器。由控制器和運算器構成，是整個計算機系統最重要的部分

                            服務器CPU公司：

                                    intel：產品Xeon志強，Itanium  安騰

                                   AMD             產品Althlon  MP

                                   IBM        產品power

                            CPU的主要參數

                                    主頻：主頻是CPU的時鐘頻率Clock  Speed，是CPU運算時的工做頻率，即1秒鐘內發生的同步脈衝數。單位是Hz。通常說來，主頻越高，CPU的速度越開，因爲內部結構不一樣，並不是全部的時鐘頻率相同的CPU的性能都能同樣

                                    外頻：系統總線的工做頻率，CPU與外部（主板芯片組）交換數據、指令的工做時鐘頻率

                                    倍頻：CPU外頻與主頻相差的倍數

                                    高速緩存cache，CPU緩存分爲一級，二級，三級緩存，即L1，L2，L3

                                    內存總線速度memory-bus speed，通常等同於cpu的外頻，指cpu與二級L2高速緩存和內存之間的通訊速度

                                    地址總線寬度：決定了CPU能夠訪問的物理地址空間

                             

                            CPU類型

                                    x86

                                    X64（CISC）

                                    ARM（Acorn RISC Machine）

                                    m68000，m68k（moto）

                                    Power（IBM）

                                   Powerrpc  （apple，ibm，moto）

                                   Ultraspace  （Sun）

                                   Alpha  （HP）

                                    安騰（compaq）

                             

                     按照CPU體系架構來區分，服務器主要分爲兩類：

                            非x86服務器：使用RISC（精簡指令集）或EPIC（並行指令代碼）處理器，而且主要採用Unix和其餘專用操做系統的服務器，指令系統相對簡單，它只要求硬件執行頗有限且最經常使用的那部分指令，CPU主要有compaq的Alpha，HP的PA-RISC、IBM的powerPC,MIPS的MIPS和SUN的space、intel研發的EPIC安騰處理器等。這種服務器價格昂貴，體系封閉，可是穩定性好，性能強，主要用在金融，電信等大型企業的核心繫統

                             

                             x86服務器：使用CISC（複雜指令集）架構的服務器，即一般所講的PC服務器，它是基於PC體系架構，使用intel或其餘兼容x86指令集的處理器芯片的服務器。目前主要爲intel的Xeon  E3,E5,E7系列，價格相對便宜，兼容性好，穩定性較差，安全性不算過高

                    

                     按CPU個數來分：

                            4路及4路以上服務器（企業級服務器）

                             2路服務器（部門級服務器）

                             1路服務器（入門級服務器）

                    

                     主板

                             mainboard，系統板systemboard或母版motherboard，安裝在機箱內，是計算機最基礎的也是最重要的部件之一

                             主板通常爲矩形電路板，上面安裝了組成計算機的主要電路系統，通常有BIOS芯片，I/O控制芯片，鍵盤和麪板控制開關接口，指示燈插接口，擴充插槽，主板及插卡的直流電源供電接插件等原件

                    

                     內存

                            內存是介於CPU和外部存儲之間，是CPU對外部存儲中程序的數據進行高速運算時存放程序指令，數據和中間結果的臨時場所，它的物理實質就是一組具有數據輸入輸出和數據存儲功能的高速集成電路

                             

                             內存容量：即該內存的存儲容量，單位通常爲MB或GB

                            內存帶寬：

                                   指內存與主板北橋芯片只見的數據傳輸率

                                    單通道內存節制器通常是都64bit的，8個bit至關於1個字節byte，換成字節是64/8=8，再乘之內存的運行頻率，若是是DDR內存就要再乘以2

                                    計算公式：

                                           內存帶寬=內存總線頻率*數據總線位數/8

                                    如總線頻率爲400MHz，帶寬爲：

                                           400*64/8*2=6400MB/s=6.4GB/s

                             

                            在線備用內存技術

                            內存鏡像

                    

                     硬盤

                            機械硬盤結構：

                                    盤片（存儲介質media）

                                    磁頭（讀寫頭Read Write Head）

                                    馬達，Spindle Motor&Voice Coil  Motor）

                                    馬達上裝有一至多片盤片，以7200,10000,15000RPM等定速旋轉，爲保持其平衡不可抖動，全部其質量要求嚴謹，不產生高溫噪音

                            基本參數：

                                    容量，轉數，傳輸速率，緩存

                            接口類型

                                    IDE接口：硬盤接口規範，採用ATA技術規範

                                    SCSI接口：應用於小型機上的高速數據傳輸技術

                                     SATA接口：Serial ATA，提升傳輸速率，支持熱插拔

                                    SAS接口：Serial Attached SCSI，兼容SATA

                                    目前主流的硬盤接口爲SATA和SAS

                            特別注意：

                                    在計算機系統當中，硬盤的讀寫速度已經成爲影響系統性能進一步挺高的瓶頸

                             

                            固態硬盤SSD

                                   Solid State  Disk，泛指使用NAND  Flash組成的固態硬盤，其特別之處在於沒有機械結構，以區塊寫入和抹除的方式做讀寫的功能，所以在讀寫的功率上，很是依賴讀寫技術上的設計，SSD讀寫存取速度快，性能穩定，防震性高，發熱低，耐低溫，電耗低，無噪音。由於沒有機械部分，全部長時間使用出現故障概率也較小。

                                    缺點：價格高，容量小。

                     陣列卡

                            用來實現RAID的創建和重建，檢測和修復多爲錯誤，錯誤磁盤自動檢測都功能，使CPU的資源得以釋放。

                             做用：把若干硬盤驅動器按照必定要求組成一個總體，由陣列控制器管理的系統，提升磁盤子系統的性能及可靠性

                            參數：

                                    支持的RAID級別

                                    陣列卡緩存

                                    電池保護

                     電源

                              支持服務器的電力負載

                             支持冗餘，防止電源故障

                                    故障預警和防止

                                    故障以前的預防性維護

                                    保證服務器持續運行

                            電源子系統包括

                                    智能電源和風扇

                            冗餘電源和風扇

                    

                     顯卡：基本集成

                     網卡：

                             服務器都在主板上集成了網卡，傳輸速率1Gbps，即千兆網卡

                             特殊應用須要高端網卡，如光纖網卡，infiniband網卡等

                            傳輸速率能達到10Gbps，20Gbps，即萬兆網卡

                    

                     熱插拔技術：

                            稱爲熱交換技術hot swap

                             容許在不關機的狀態下更換故障熱插拔設備

                             常見的熱插拔設備：硬盤，電源，PCI設備，風扇等

                            熱插拔硬盤技術和RAID技術配合起來，可使服務器在不關機的狀態下恢復故障硬盤上的數據，同時並不影響網絡用戶對數據的使用

                     機櫃

                            一般42U，約2M。

               

               存儲基礎知識--存儲網絡：

                     DAS        Direct Attached Storage。

                                    直接鏈接存儲，存儲設備與主機的緊密相連

                     NAS        Network Attached  Storage

                                    網絡鏈接存儲，經過局域網在多個文件服務器之間實現了互聯，基於文件的協議，NFS，SMB/CIFS.實現文件共享

                     SAN        Storage Area  Network

                                    存儲區域網絡，利用高速的光纖網絡鏈接服務器與存儲設備，基於SCSI，IP，ATM等多種高級協議，實現存儲共享

        

        操做系統

               OS:Operating System，通用目的的軟件程序

                     功能包括：    硬件驅動

                                           進程管理

                                           內存管理

                                           網絡管理

                                           安全管理

                                           文件管理

               OS分類：

                     服務器OS：RHEL,Centos，Windows Server，AIX

                     桌面OS: windows 10，windows 7，Mac OS,Fedora

                     移動設備OS:Andriod，IOS,YunOS

               

               開發接口標準

                     ABI：Appication Binary interface，應用程序二進制接口

                             ABI描述了應用程序與操做系統OS之間的底層接口，容許編譯好的目標代碼在使用兼容ABI的系統中無需改動就能運行

                             

                     API：Application Programming Interface，庫函數接口

                             API定義了源代碼和庫函數之間的接口，所以一樣的源代碼能夠在支持這個API的任何系統中編譯

                     POSXI：Portable Operating System Interface

                             IEEE在操做系統上定義的一系列API標準

                             POSXI兼容的程序可在其餘POSIX操做系統編譯執行

                     運行程序格式：

                            windows：EXE .dll （dynamic link library）,lib

                            linux:      ELF, .So（shared  object）, .a

               

               Library function和system  call

                     見圖片。

               

               用戶空間和內核空間

                     用戶空間：User space

                             用戶程序的運行空間。

                             只能執行簡單的運算，不能直接調用系統資源，必須經過接口（syetem  call），才能向內核發出指令

                     內核空間：Kernel space

                            是Linux內核的運行空間

                             能夠執行任意命令，調用系統一切資

                    

                     見圖片。

        

               編程語言

                     機器語言：1和0

                     彙編語言：和機器語言--對應，與硬件相關的特有代碼，驅動程序開發

                     中級語言：C

                             系統級應用，驅動程序

                     高級語言：java，Objective-C，C#，python，php，go

                            應用級程序開發

               

               服務器三大操做系統

                     windows：

                     linux：

                     Unix

               

        Linux發展歷史：

               1964年--Multics，貝爾實驗室，麻省理工，通用電氣

               1969年--Unics，Ken  Thompsen，貝爾實驗室

               1973年--1979，C語言重寫，Unix誕生，開始流傳

               1979年，貝爾實驗室收回版權

               1984 minix，andrew  S.Tanenbaum,荷蘭阿姆斯特丹大學計算機系

               誕生：1991年 Torvald  在新聞組發佈消息，正是對外宣佈

                    

               GNU

                     GNU is Not  Unix

                     1984年由Richard Stallman發起並建立，

                     目標是編寫大量兼容與Unix系統的自由軟件

                     GPL:GNU General Public  License

                     自由軟件基金會：Free Software Foundation

                      容許用戶任意複製、傳遞、修改及再發布

                      基於自由軟件修改再次發佈的軟件，仍需遵照GPL

                     LGPL相對於GPL較爲寬鬆，容許不公開所有源代碼

                     GNU操做系統：Hurd hird of unix-replacing daemons

               

               Linux發行版

                     slackware：   SUSE linux Enterprise  Server（SLES）

                     debian： ubuntu，mint

                     redhat： RHEL:RedHat Enterprise  Linux

                                           每18個月發行一個新版本

                                           Centos：兼容RHEL的格式

                                           中標麒麟：中標軟件

                                           Fedora：每6個月發行一個新版本

                     ArchLinux：   輕量簡潔

                     Gentoo：       極致性能，不提供傳統意義的安裝程序

                     LFS：            Linux From scratch  自制Linux

                     Android：      kernel+busybox（工具集）+java虛擬機

                     Linux 分支參考網站：www://futurist.se/gldt

               Linux內核

                     Linux的內核版本有3部分組成

                      主版本號，次版本號，末版本號，編譯版本號，廠商編號

                     見圖片。

               開源協議

                     見圖片。

        

        Linux哲學思想

               一切都是一個文件（包括硬件）

               小型，單一用途的程序

               連接程序，共同完成複雜的任務

               避免使人困惑的用戶界面

               配置數據存儲在文本中

        

        

        

筆記整理結束時間：2018年3月29日19:11:09