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服务器是什么?服务器硬件有哪些?服务器硬件基础知识大全

2024-01-10 11:23 作者:idc02.com 阅读量:237
一、服务器概述

1、服务器的基本概念

服务器是计算机的一种,是网络中为客户端计算机提供各种服务的高性能的计算机;

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集中计算、信息发布及数据管理等服务。

服务器英文名称为Server。

2、服务器按处理器架构分类

X86架构服务器

RISC架构服务器

EPIC架构服务器(IA-64)(IA:Intel Architecture)

1)X86架构服务器

IA-32、x86-32、x86-64都属于x86,即英特尔的32位x86架构,x86-64是AMD在其最新的Athlon 64处理器系列中采用的新架构,但这一处理器基础架构还是IA-32(因英特尔的x86架构并未申请专利保护,所以绝大多数处理器厂商为了保持与Intel的主流处理器兼容,都不得不采用这一x86架构),只是在此架构基础之上作了一些扩展,以支持64位程序的应用,进一步提高处理器的运算性能。

2)RISC架构服务器

RISC的英文全称为“Reduced Instruction Set Computing”(减少的指令集计算),中文即“精简指令集”,它的指令系统相对简单,它只要求硬件执行很有限且最常用的那部分执令,大部分复杂的操作则使用成熟的编译技术,由简单指令合成。目前在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的CPU,特别是高档服务器全都采用RISC指令系统的CPU,并且此类服务器都采用UNIX操作系统。

在中高档服务器中采用RISC指令的CPU主要有Compaq(康柏,即新惠普)公司的Alpha、HP公司的PA-RISC、IBM公司的Power PC、SGI公司的MIPS和SUN公司的Sparc。

3)IA-64

EPIC(Explicitly Parallel InstructionComputers,精确并行指令计算机)。Intel采用EPIC技术的服务器CPU是安腾Itanium。它是64位处理器,也是IA-64系列中的第一款。在Intel采用了X86指令集之后,它又转而寻求更先进的64-bit微处理器,Intel这样做的原因是,它们想摆脱容量巨大的x86架构,从而引入精力充沛而又功能强大的指令集,于是采用EPIC指令集的IA-64架构便诞生了。IA-64在很多方面来说,都比x86有了长足的进步。突破了传统IA32架构的许多限制,在数据的处理能力,系统的稳定性、安全性、可用性、可观理性等方面获得了突破性的提高。IA-64微处理器最大的缺陷是它们缺乏与x86的兼容。

3、服务器按功能应用分类

域控制服务器(Domain Server)

文件服务器(File Server)

打印服务器(Print Server)

数据库服务器(Database Server)

邮件服务器(E-mail Server)

Web服务器(Web Server)

多媒体服务器(MultimediaServer)

通讯服务器(Communication Server)

终端服务器(Terminal Server)

基础架构服务器(Infrastructure Server)

虚拟化服务器(Virtualization Server)

目前的技术来说,这些功能划分为逻辑形态。可以把多个功能把多个功能部署在一台服务器上面。从物理形态上来说,可以是一台服务器完成多个功能。

4、服务器按外观分类

服务器的1U、2U、4U是指什么?

服务器或者租用机柜的时候,有时会听到1U、2U、4U或者42U等类似这样子的名词。而这些名词又代表什么意思呢?

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,4.445 厘米)、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。

1)关于“U”的单位

U是一种表示服务器外部尺寸的单位,是unit(单位,单元)的缩略语。规定了服务器的尺寸,可以使服务器以一定的尺寸放在机架上。机架上有固定服务器的螺孔,以便它能与服务器的螺孔对上号,再用螺丝加以固定好,这样子可以方便安装每一部服务器所需要的空间。

2)1U服务器、2U服务器、4U服务器

服务器规定的尺寸是服务器的宽(48.26cm=19英寸)与高(4.445cm的倍数),厚度(高度))以4.445cm为基本单位。

在机架式服务器尺寸当中,常见的就是1U服务器、2U服务器、4U服务器,这些服务器的尺寸是:1U=4.445厘米,2U=4.445*2=8.89厘米,4U=4.445*4=17.78 厘米。在实际使用当中,1U或者2U服务器是最经常使用的。因为服务商是根据服务器占用空间来计算费用的,所以采用1U服务器是最节省空间的和价格最低的,但是1U服务器的扩展性不如2U服务器的好。1U的硬盘数最多可以插4个,2U可以插8个,另外PCI的插槽数目也不同,1U最多2个,2U的可以到6个。

U是服务器机箱的高度 1U等于4.45厘米 ,那3U就是3x4.5CM了。

U(unit的缩略语)是一种表示组合式机架外部尺寸的单位,详细尺寸由作为业界团体的美国电子工业协会(EIA)决定。

EIA 即Electronic Industries Alliance 电子工业协会,美国电子行业标准制定者之一。EIA(电子工业协会)创建于1924年,当时名为无线电制造商协会(Radio Manufacturers' Association:RMA),只有17名成员,代表不过200万美元产值的无线电制造业,而今,EIA成员已超过500名,代表美国2000亿美元产值电子工业制造商成为纯服务性的全国贸易组织,总部设在弗吉尼亚的阿灵顿。EIA广泛代表了设计生产电子元件、部件、通信系统和设备的制造商工业界、政府和用户的利益,在提高美国制造商的竞争力方面起到了重要的作用。

规定的尺寸是宽(48.26cm=19英寸)与高(4.445cm的倍数)。

厚度以4.445cm为基本单位。

服务器大小规格:

1U=4.45cm

2U=4.45cm * 2

3U=4.45cm * 3

4U=4.45cm * 4

U并不是服务器的专利,最早是用于通讯交换的机架结构,后备引用到服务器的机架。目前作为非正式标准用在机架结构上,包括规定的螺丝大小、孔距、划轨等等。

1U和2U,是服务器的厚度,1U大概是相当于机柜的两个小格子,2U是四个格子。1U是4.445厘米。以下这个是图片:

3)19英寸

19英寸标准机柜,19表示的是宽度,就是可以放置下19英寸的机架式服务器的机柜。

19英寸是指服务器的宽度,那么具体指的是那个尺寸呢?19英寸=48.26cm,是指机架式设备两个挂耳之间的距离。

这是目前大部分机架式设备的结构标准。

标准机柜的结构比较简单,主要包括基本框架、内部支撑系统、布线系统、通风系统。19寸标准机柜外型有宽度、高度、深度三个常规指标。虽然对于19寸面板设备安装宽度为465.1mm,但机柜的物理宽度常见的产品为600mm和800mm两种。高度一般从0.7M-2.4M,常见的成品19寸机柜高度为1.6M和2M。机柜的深度一般从450mm-1000mm,根据柜内设备的尺寸而定,通常厂商也可以定制特殊深度的产品,常见的成品19寸机柜深度为450mm、600mm、800mm,900mm,1000mm。19寸标准机柜内设备安装所占高度用一个特殊单位"U"表示,1U=44.45mm。使用 19寸标准机柜的设备面板一般都是按nU的规格制造。对于一些非标准设备,大多可以通过附加适配档板装入19寸机箱并固定。很多工程级的设备的面板宽度都采用19寸,所以19寸的机柜是最常见的一种标准机柜。

4)42U机柜

42U机柜一般的分类是:

①按宽度分:600mm和800mm宽的42U机柜,深度有:600mm,800mm,900mm,960mm,1000mm,1100mm,1200mm等;

②按实际需求分:除了实际使用尺寸是42U之外,宽度和深度可以按照实际需求定制。

一个机柜所放的服务器是有限的,42U高度的机柜并不代表着实际能够放42个1U服务器。放了服务器之后还要留散热和挪动的空间,一些走线的空间,还有放交换机、防火墙、显示器等其他设备的空间。所以一个42U机柜能放多少服务器,需要根据具体的设备来计算。

塔式服务器

塔式服务器是最基本的服务器类型,通常被误认为台式计算机的传统CPU。在外部,塔式服务器的外观和感觉非常类似于传统的塔式PC。这些服务器旨在提供基本的性能水平,因此即使在价格方面也处于较低端。但是,当前有许多塔式服务器,它们成本很高,并且可以处理大量和多项任务。

塔式服务器会占用大量要安装和使用的物理空间。由于它们体积大(大多数情况下),因此对其进行物理管理变得困难。而且,由于尺寸的原因,很难将它们堆叠在一起或将它们从一个地方重新布置到另一个地方。

 

 

每个塔式服务器都占用大量办公空间,并且还需要一个单独的KVM(键盘,视频和鼠标,keyboard,Video,Mouse)开关才能进行管理。否则,您必须拔下电源插头才能控制每个设备。而且,如果您有许多连接到服务器的网络设备或外围设备,那么处理电缆布线就不容易了,尤其是对于塔式服务器而言。

塔式服务器通常不预先安装任何其他功能,例如高级图形卡,用于冷却的专用风扇,专用的更高内存,KVM套件等。但是,对于计划在不久的将来升级其服务器的企业或组织而言,这使其成为理想的选择。话虽如此,升级塔式服务器很容易且具有成本效益。

优点

● 可伸缩性和升级简便性:塔式服务器可以根据需要进行定制和升级。

● 经济高效:塔式服务器可能是所有类型服务器中最便宜的,因此非常具有成本效益。

● 易于冷却:由于塔式服务器的整体组件密度较低,因此很容易冷却。

缺点

● 占用大量空间:这些服务器占用大量物理空间,并且很难进行物理管理。

● 提供基本的性能水平: 塔式服务器非常适合客户端数量有限的小型企业。

● 复杂的电缆管理:设备不容易布线在一起;鼠标,键盘和显示器需要插入每台单独的服务器中,除非您想在每次需要使用其中一台服务器时都换掉它们。

机架服务器

机架服务器比塔式服务器小,安装在机架内部。这些机架与普通机架类似,我们使用它们来堆叠一组文件和文件夹。通过将服务器与其他设备(例如存储单元,冷却系统,SAN设备,网络外围设备和电池)垂直堆叠在一起,可以将机架服务器设计为位于机架中。

用于安装这些机架服务器的机架符合IEEE标准,通常以机架单位或“ U”进行测量。每个U宽约19英寸,高约1.5-1.75英寸。使用这些机架的优点是它允许用户将其他电子设备与服务器一起堆叠。单个机架可以包含多个服务器以及上述其他设备。因此,与塔式服务器相比,这些机架式服务器使用起来非常方便,并且占用的空间更少。

由于机架将所有设备放置在一起,因此电缆管理变得更加简洁,因为由于机架中存在管理工具,电缆管理相对容易组织。但是,您仍然必须处理机架服务器中的大量电缆。

与塔式服务器一样,大多数机架服务器也需要与KVM交换机连接才能运行。机架服务器可在处理器,RAM和存储方面进行扩展。但是,您需要在机架中安排空间以适应升级。

优点

● 故障抑制:在机架式服务器中,只需花费很少的精力就可以识别,卸下和更换故障服务器。

● 简化的电缆管理:机架中的管理工具可轻松有效地组织电缆。

● 经济高效:它们以相对较低的成本提供了大量的计算能力和效率。

缺点

功耗:机架服务器由于总体组件密度高而常常需要具有附加的冷却系统,从而消耗更多的功率。

维护:由于将多个设备一起放置在机架中,因此随着机架数量的增加,维护它们变得非常困难。

 

刀片服务器

刀片服务器是市场上最新,最先进的服务器。它们可以称为混合机架服务器,其中服务器被放置在刀片机箱内,形成刀片系统。刀片服务器的最大优势在于,这些服务器是目前可用的最小类型的服务器,非常适合节省空间。

刀片系统也符合机架单位的IEEE标准,每个机架均以“ U”为单位进行测量。这些刀片架还可以容纳其他电子设备,例如机架服务器。刀片机箱采用简化的模块化设计,以减少能源和空间消耗。这些服务器还包括一个热插拔系统,可以轻松地分别识别和处理每台服务器。由于其更高的处理能力和效率,刀片服务器经常用于网格计算中。

大多数最新的刀片服务器都以某种方式设计,使得无需关闭服务器就可以在刀片服务器系统中删除或添加服务器。此外,还可以通过添加新的通信,存储单元和处理器来重新配置或升级现有服务器系统,而不会对正在运行的服务造成任何干扰或干扰很小。

优点

● 负载平衡和故障转移:由于其基础结构更简单,更苗条,服务器之间的负载平衡和故障转移管理也趋于简单得多。

● 集中管理:在刀片服务器中,您可以通过一个接口连接所有刀片,从而使维护和监控变得容易。

● 布线:刀片服务器不涉及设置布线的繁琐任务。尽管您可能仍需要处理电缆,但与塔式服务器和机架式服务器相比,它几乎可以忽略不计。

● 尺寸和外形尺寸:它们是最小,最紧凑的服务器,需要的物理空间最少。

缺点

● 昂贵的配置:尽管升级刀片服务器很容易处理和管理,但是在复杂的环境中,初始配置或设置可能需要花费大量精力。

● 暖通空调(HVAC):刀片服务器非常强大,并具有很高的组件密度。因此,必须为这些服务器安排特殊的容纳空间,以确保它们不会过热。对于刀片服务器,必须妥善管理加热,通风和空调系统。

 

5、服务器的特点与PC机、工作站、小型机的区别

服务器与PC机的区别

 

 

服务器与工作站的区别

6、服务器性能评价标准

二、服务器关键组件及技术

CPU

中央处理器(CPU,Central Processing Unit)是一台计算机的运算核心和控制核心。

计算机的性能在很大程度上由CPU的性能决定,而CPU的性能主要体现在其运行程序的速度上。影响运行速度的性能指标包括CPU的工作频率、Cache容量、指令系统和逻辑结构等参数。

主频:主频也叫时钟频率,单位是兆赫(MHz)或千兆赫(GHz),用来表示CPU的运算、处理数据的速度。通常,主频越高,CPU处理数据的速度就越快;

缓存(Cache):实际工作时,CPU往往需要重复读取同样的数据块,而缓存容量的增大,可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率,而不用再到内存或者硬盘上寻找,以此提高系统性能。但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑,缓存都很小;

核心数:一般情况下每个核心都有一个线程,几核心就有几线程,但是intel发明了超线程技术,可以让单核模拟多核心工作,intel的超线程可以让单核心具有两个线程,双核四线程 ;

线程数 :线程数多当然速度就快,但功耗就大 ;

从英特尔品牌来看,主要有酷睿、至强、奔腾、凌动、赛扬、安腾和应用在物联网领域的Quark几大品类。PC多以酷睿系列为主,至强则是服务器级处理器的多数选择。在真实的攒机场景中,确实有玩家将至强E5处理器应用在PC之上,这主要是因为服务器级CPU会比一般PC能支持更大的缓存和多处理(安装了多个物理CPU)。

在服务器应用场景下, 常常会在一台服务器上搭载两个甚至多达几十个物理CPU,各个处理器之间通过高效互联互通,提升计算力。在服务器处理器缓存方面,一般提供了三级缓存。以Intel Xeon E5-2683v4(2.1GHz、16 Cores) 处理器为例,L3缓存为40MB(L表示缓存级别L2和L3的大小也是特定系列中CPU型号的主要区别之一)。

当然,服务器级处理器的稳定性也会远高于PC级处理器,这是因为在服务器应用的IDC场景中,需要7*24小时,一年365天不间断工作,而酷睿处理器显然不具备这样的特点。除此之外,二者的接口也略有不同,拿几年前的INTEL为例,当时其桌面级CPU为775接口,而服务器CPU则有775和771等。

内存是计算机中重要的部件之一,它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的,因此内存的性能对计算机的影响非常大。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。

中央处理器,也称微处理器(CPU,Central Processing Unit),是微型计算机的运算和指挥控制控制中心。不同型号的微型计算机,其性能的差别首先在于其微处理器性能的不同,而微处理器性能又与其内部结构、组成有关。

CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令,放入指令寄存器,并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作,然后发出各种控制命令,执行微操作系列,从而完成一条指令的执行。指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。指令是由一个字节或者多个字节组成,其中包括操作码字段、一个或多个有关操作数地址的字段以及一些表征机器状态的状态字以及特征码。有的指令中也直接包含操作数本身。

CPU依靠指令来计算和控制系统,每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标,指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。

在计算机指令系统的优化发展过程中,出现过两个截然不同的优化方向:CISC技术和RISC技术。

CISC是指复杂指令系统计算机(ComplexInstructionSetComputer);RISC是指精减指令系统计算机(ReducedInstructionSetComputer)。这里的计算机指令系统指的是计算机的最低层的机器指令,也就是CPU能够直接识别的指令。随着计算机系统的复杂,要求计算机指令系统的构造能使计算机的整体性能更快更稳定。最初,人们采用的优化方法是通过设置一些功能复杂的指令,把一些原来由软件实现的、常用的功能改用硬件的指令系统实现,以此来提高计算机的执行速度,这种计算机系统就被称为复杂指令系统计算机,即ComplexInstructionSetComputer,简称CISC。

另一种优化方法是在20世纪80年代才发展起来的,其基本思想是尽量简化计算机指令功能,只保留那些功能简单、能在一个节拍内执行完成的指令,而把较复杂的功能用一段子程序来实现,这种计算机系统就被称为精简指令系统计算机.即ReducedInstructionSetComputer,简称RISC。RISC技术的精华就是通过简化计算机指令功能,使指令的平均执行周期减少,从而提高计算机的工作主频,同时大量使用通用寄存器来提高子程序执行的速度。

CPU架构是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品定的一个规范,主要目的是为了区分不同类型CPU的重要标示。我们日常使用的台式机,笔记本等采用X86架构的处理器,属于CISC范畴,而ARM架构的手机、平板等则属于RISC范畴。

由于CPU内部工作原理内容较多,比较复杂不宜学习并且对于选购CPU没有太大意义,本文主讲和CPU性能有关的参数内容。

x86或80x86是英特尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称。该系列较早期的处理器名称是以数字来表示,并以“86”作为结尾,包括Intel 8086、80186、80286、80386以及80486,因此其架构被称为“x86”。由于数字并不能作为注册商标,因此Intel及其竞争者均在新一代处理器使用可注册的名称,如Pentium。现时Intel把x86-32称为IA-32,全名为“Intel Architecture, 32-bit”。

“X86”是Intel和其他几家公司处理器所支持的一组机器指令集,它大致确定了芯片的使用规范。从8086到80186、80286、80386、80486,再到后来的奔腾系列以及现在的多核技术,都是使用一脉相承的x86指令集,既不断扩展又向后兼容。

三十年前,英特尔发布了第一款16位微处理器—8086,当时的著名广告语是:“开启了一个时代”。而当8086的光环退去之后,其支撑架构—我们后来所熟知的x86也成为了最成功的业界技术标准之一。

在8086之后的30年间,x86家族横跨了桌面、服务器、便携式电脑,超级计算机等等。无数对手败在了它的脚下。

目前采用X86架构制造CPU的厂家有三个,INTEL、AMD和VIA,由于VIA制造的CPU性能市场占有率过小,在此不详细介绍VIA的X86架构处理器。

移动版X86处理器和台式机CPU没有本质区别,外观上或许感觉差异较大,但这只是封装形式不同造成,其内部参数性能比较没有本质区别。

X86的历史

1971 年,英特尔为一家日本计算器厂商制造了英特尔历史上的第一块处理器——4位的4004。很快,在1975年,英特尔又推出了8位处理器8008和8080。

3年以后,16位的8086初次登场。在上世纪80年代初,IBM选择了8086的衍生产品8088作为IBM PC的处理器。IBM的这一举措给x86带来了巨大的发展机遇,并且帮助它成为了行业标准——直到今天。

英特尔执行副总裁Patrick Gelsinger说:“PC行业发展的革命性转折点是1985年32位处理器80386的推出,它推动了整个行业的发展。”

386 之后,486诞生了。由于当时数字不能作为商标,英特尔从1993年开始改变了产品命名方法。第五代处理器被命名为Pentium而不是586。

所有的基于x86架构的芯片,开始于8086,一直延续到今天。当然他们的命名发生了变化,运算速度也有了惊人的提升。

X86成功的秘诀

x86为什么能一直成功,击退甚至完全打败其他的处理器架构?从一开始,x86的诞生就可谓生逢其时。1978年,计算机从巨大、昂贵的中型计算机转变为小型、便宜的微型计算机已经有几年了。台式电脑成为变革的前沿。

更重要的是,x86证明了戈登·摩尔在1965年提出的一个定律。戈登·摩尔后来成为英特尔的主席和CEO。摩尔说,在成本不变的前提下,微处理器每过二年其运算速度会翻一番。他的预言后来被称为摩尔定律,30年来始终被证明是有效的。

8086及其后续产品还一直与电脑业的两个大名鼎鼎的名字紧紧联系在一起。1972年,比尔 ·盖茨和保罗·艾伦就尝试用性能很弱的8008开发Basic编程语言,但没有成功。但他们最终在性能强劲一些的8080处理器上开发出了Basic语言,并在1975年把 Basic语言应用到Altair8800 PC。

这成为英特尔和微软亲密关系的开始。微软从那时起,便创造了一个庞大的软件帝国并推动了整个行业的发展。英特尔首席技术官Justin Rattner指出,x86体系架构的灵活性是它过去以及今后成功的关键。他说,虽然人们通常将x86指令集看作是某种一成不变的规范,但是不管是指令集还是体系架构本身,都在过去几年里发生了巨大的变革。Rattner说,x86在上世纪九十年代曾凭借其内置MMX和SSE指令集扩展,一举提高了多媒体和通信应用所需的速度,从而击退了其他专业媒体处理器对它发起的挑战。他还举例说明了x86体系架构在过去几年中新增的一些改进功能。比如在内存管理和虚拟化方面的硬件支持等。

Rattner指出,同样重要的是,英特尔在x86体系架构发展的每一个阶段都保持了向后兼容的特性。指令集的发展以及产品系列内部的兼容性大大扩展了x86体系架构的应用范围,将个人用户与企业用户、便携式电脑和超级计算机都包括了进来。

加州大学伯克利分校的计算机科学教授David Patterson说:“认识到x86体系架构并非一种凝固的设计这一点很重要。30多年来,它们每月都会增加一个说明。现在x86指令集的说明已经达到500多个。每一代都会增加20到100多个。前后兼容很重要,它也一直在增加新的内容。”

X86处理器遵循的原则

1)高性能原则

保证所选购的服务器,不仅能够满足运营系统的运行和业务处理的需要,而且能够满足一定时期的业务量增长的需要。一般可以根据经验公式计算出所需的服务器TpmC值,然后比较各服务器厂商和TPC组织公布的TpmC值,选择相应的机型。同时,用服务器的市场价/报价除去计算出来的TpmC值得出单位TpmC值的价格,进而选择高性能价格比的服务器。

2)可靠性原则

可靠性原则是所有选择设备和系统中首要考虑的,尤其是在大型的、有大量处理要求的、需要长期运行的系统。考虑服务器系统的可靠性,不仅要考虑服务器单个节点的可靠性或稳定性,而且要考虑服务器与相关辅助系统之间连接的整体可靠性,如:网络系统、安全系统、远程打印系统等。在必要时,还应考虑对关键服务器采用集群技术,如:双机热备份或集群并行访问技术,甚至采用可能的完全容错机。

比如,要保证系统(硬件和操作系统)在99.98%的时间内都能够正常运作(包括维修时间),则故障停机时间六个月不得超过0.5个小时。服务器需7×24小时连续运行,因而要求其具有很高的安全可靠性。系统整机平均无故障时间(MTBF)不低于80000小时。服务器如出现CPU损坏或其它机械故障,都能在20分钟内由备用的CPU和机器自动代替工作,无须人员操作,保证数据完整。

3)可扩展性原则

保证所选购的服务器具有优秀的可扩展性原则。因为服务器是所有系统处理的核心,要求具有大数据吞吐速率,包括:I/O速率和网络通讯速率,而且服务器需要能够处理一定时期的业务发展所带来的数据量,需要服务器能够在相应时间对其自身根据业务发展的需要进行相应的升级,如:CPU型号升级、内存扩大、硬盘扩大、更换网卡、增加终端数目、挂接磁盘阵列或与其他服务器组成对集中数据的并发访问的集群系统等。这都需要所选购的服务器在整体上具有一个良好的可扩充余地。一般数据库和计费应用服务器在大型计费系统的设计中就会采用集群方式来增加可靠性,其中挂接的磁盘存储系统,根据数据量和投资考虑,可以采用DAS、NAS或SAN等实现技术。

4)安全性原则

服务器处理的大都是相关系统的核心数据,其上存放和运行着关键的交易和重要的数据。这些交易和数据对于拥有者来说是一笔重要的资产,他们的安全性就非常敏感。服务器的安全性与系统的整体安全性密不可分,如:网络系统的安全、数据加密、密码体制等。服务器需要在其自身,包括软硬件,都应该从安全的角度上设计考虑,在借助于外界的安全设施保障下,更要保证本身的高安全性。

5)可管理性原则

服务器既是核心又是系统整体中的一个节点部分,就像网络系统需要进行管理维护一样,也需要对服务器进行有效的管理。这需要服务器的软硬件对标准的管理系统支持,尤其是其上的操作系统,也包括一些重要的系统部件。

X86 CPU参数讲解

下面以CPU-Z检测的Intel酷睿I9-13900K为例,给大家分享CPU的主要参数

主要包含的参数有:

1、  型号

2、  处理器架构

3、  TDP

4、  针脚

5、  制程/工艺

6、  步进

7、  指令集

8、  频率

9、  睿频技术

10、  前端总线

11、  缓存

12、  核心数/线程数

正式发售的CPU均有其自己的型号名称,这也是我们购买CPU时最直接记忆的信息。

CPU-Z提供了两个项目来确定该处理器的型号,一个是“名字”项,一个是“规格”。规格一栏为主板根据CPU内部编号来识别出的相应型号,而“名字”一栏则是CPU根据其他参数规格来推测出的大致型号。

有人会以为这样做岂不是多此一举,其实并不多余。

实际上,并非所有CPU都有对应的型号名称,主板仅能识别出内部编号而不能找出对应的型号,这类CPU通常是测试版样品,和正式版CPU参数有时差别较大。

处理器型号有一些后缀,比如M,QM(MQ),XM(MX),T,S,TE,E,EQ,K,H(HQ),R,U(UM),Y等。

M代表移动版处理器

QM(MQ)代表四核移动版处理器

XM(MX)代表四核至尊版处理器,AMD的某些MX型号处理器仅为加强版的意思

T、S代表节能版,S还进行了低压处理,节能效果更高

TE,E,EQ代表嵌入式处理器

K代表不锁倍频版,超频专用

H(HQ)代表BGA封装的移动版处理器

R代表BGA封装的台式机处理器

U(UM)代表低压型移动版处理器

Y代表更激进的低压低功耗移动版处理器,面向平板使用

X86处理器微架构

每一代X86 CPU架构是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品定的一个规范,主要目的是为了区分不同类型CPU的重要标示。CPU-Z对应的“代号”一栏,即为该处理器采用的架构。这里所指的架构并非大架构(X86)的不同,而是制造商自己更新换代的小架构名称而已。

架构决定了该处理器的新旧程度,比如Intel的第二代酷睿i系列架构为Sandy Bridge,第三代架构为Ivy Bridge,第四代架构为Haswell和Crystallwell。

架构后面有时还有子系列,比如DT、MB、ULT、ULX、WS、EP和EX等。DT代表桌面级产品,MB代表移动级产品,ULT、ULX代表低电压产品,WS代表工作站/服务器产品,EP代表High End进阶级产品(通常为服务器最高端级架构),EX代表Extreme Edition至尊级产品。

所以,服务器CPU、台式机CPU、笔记本CPU实际上只是子系列架构的不同而已。

TDP

TDP散热设计功耗(TDP,Thermal Design Power)是指正式版CPU在满负荷(CPU 利用率为100%的理论上)可能会达到的最高散热热量,散热器必须保证在处理器TDP最大的时候,处理器的温度仍然在设计范围之内。

但要注意,由于CPU的核心电压与核心电流时刻都处于变化之中,这样CPU的实际功耗(其值:功率W=电流A×电压V)也会不断变化,因此TDP值并不等同于CPU的实际功耗,更没有算术关系。因此,TDP只是一个参考值,用来表征该CPU发热的高低。

随着技术的进步,TDP被赋予了新的意义,其作用在采用了睿频技术的CPU上。台式机由于TDP较大,往往在满载时也不会达到TDP值,而笔记本处理器差异较大。笔记本处理器的TDP普遍在50W以内,而四核处理器有时功耗确实超过了TDP规定的上限。

插槽类型

针脚是CPU与主板的CPU插槽连接的必要部件。CPU-Z上的“插槽”一栏显示的即为该CPU采用的针脚个数及其封装类型。CPU的封装类型分为BGA和PGA两种。

PGA(pin grid array,插针网格阵列封装)是目前台式机和主流笔记本采用的形式,其主要特点是主板有CPU插槽,和CPU的针脚对应。INTEL在台式机的CPU上将原来的针脚改为触点形式,称为LGA(land grid array,平面网格阵列封装),以避免CPU运输过程中发生针脚折损的问题。PGA还可分成mPGA和rPGA。rPGA未对硅晶顶部加装铝盖,而mPGA则有,避免硅晶因过度挤压受损。mPGA为台式CPU采用(LGA仅是底部针脚形式改变,实际上也属于mPGA),而rPGA为笔记本CPU采用。

BGA(ball grid array       ,球柵网格阵列封装       )是将CPU直接焊接在主板上,以减少CPU和主板之间连接需要的高度,提高机器的集成度,这类CPU通常面向超极本,超薄笔记本和一体机。BGA的CPU由于直接焊接在主板上,想要更换非常困难,需要专业的BGA焊台才能拆下和再次封装。

制程工艺

制程工艺就是通常我们所说的CPU的“制作工艺”,是指在生产CPU过程中,集成电路的精细度,也就是说精度越高,生产工艺越先进。

制程的单位是纳米(以前曾用过微米),该数字大小是指IC内电路与电路之间的距离。提高处理器的制造工艺具有重大的意义,因为更先进的制造工艺会在CPU内部集成更多的晶体管,使处理器实现更多的功能和更高的性能;更先进的制造工艺会使处理器的核心面积进一步减小,也就是说在相同面积的晶圆上可以制造出更多的CPU产品,直接降低了CPU的产品成本,从而最终会降低CPU的销售价格使广大消费者得利;更先进的制造工艺还会减少处理器的功耗,从而减少其发热量,解决处理器性能提升的障碍。

计算公式:以当前处理器的制程工艺乘以0.714即可得出下一代CPU的制程工艺,如90*0.714=64.26,即65纳米。

越新的架构,采用的制程也越新,不过有时为了保证良品率,厂商可能在顶级CPU采用更为成熟的当代工艺,而在低端小规格CPU上采用更先进的新工艺。

指令集

指令集是存储在CPU内部,对CPU运算进行指导和优化的硬程序。CPU依靠指令来自计算和控制系统,每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标,指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。不同的指令集,对CPU的某些方面产生特定的优化,例如AVX指令集理论上使CPU内核浮点运算性能提升到了2倍。一般说来,指令集支持越多,其CPU执行效率越高。Intel和AMD的CPU指令集不完全相同,因而对每个程序的执行效率也不同。

新架构往往会添加新的指令集支持。在同一代CPU中,为了区分CPU性能高低,也往往在低端CPU上减少对新指令集的支持。

不过,新指令集并不代表会带来性能的提升。新指令集需要相应的程序支持使用,才能得到应用,提高CPU的使用效率。因此,有时候我们并不用担心新指令集的缺少带来的性能损失。

频率

CPU的频率主要包含主频,外频和倍频三部分。

CPU的主频,即CPU内核工作的时钟频率(CPU Clock Speed)。通常所说的某某CPU是多少兆赫的,而这个多少兆赫就是“CPU的主频”。很多人认为CPU的主频就是其运行速度,其实不然。CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度,与CPU实际的运算能力并没有直接关系。由于主频并不直接代表运算速度,所以在一定情况下,很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。

主频=外频*倍频,这是X86架构的CPU计算频率的公式。外频是CPU的基准频率,单位是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。一般情况下,同代(同针脚)的CPU,其外频往往是一样的,只是倍频系数的变化导致主频不同。

为什么会有外频和倍频的区分呢?这个是和CPU的发展有关的,如果大家感兴趣的话可以看最后给出的CPU发展史,这里仅作简单介绍。简单说来,就是CPU发展太快,而其他硬件无法达到同样频率来交互,于是CPU进行妥协,将外频作为和主板之间通讯的频率,而工作频率靠倍频来调节提升。

当下CPU的外频普遍为100mhz,曾经的产品有过最高默认400mhz外频。通常情况下,倍频是有限制的,也就是常说的锁倍频。只有一些工程样品和至尊版处理器或者黑盒版处理器才开放倍频。提高外频和倍频就可以提高CPU的频率,这也就是俗称的“超频”。超频需谨慎,新手不建议超频。

近年来,Intel提出了一个新技术——睿频技术(turbo boost),随后AMD也对其产品增加了睿频技术(turbo core)的支持。实际上这个技术就是对倍频进行增加以达到类似“超频”效果的方式。

睿频技术(turbo boost)

睿频技术是指当处理器的功耗小于TDP而需要较大负载时,可以将倍频进行提高来进行“超频”,使得处理器获得更高的性能,更快的处理数据。

睿频技术最早由Intel提出,在一代酷睿i系列CPU中使用。其前身为Intel Dynamic Acceleration Technology(IDA)技术,在部分酷睿2处理器中使用,IDA技术当时仅是在另一核心休眠时提高该核心的0.5个倍频。而Intel Turbo Boost Technology的运行机制较为复杂。

睿频技术需要参照TDP的大小。当处理器启动睿频后,仍未超过TDP的规定值,则睿频功能继续保持,直至CPU负载减轻到一定数值。此外,如果CPU温度超过了主板设置的阈值范围,也会取消睿频支持。

Intel turbo boost 2.0加入了一些新的机制。TDP被分为两种,短时睿频TDP,长时睿频TDP,此外还有短时睿频时间。短时睿频TDP,是CPU进行睿频加速后的第一个TDP限制值,只要不超过该值,睿频就可以继续进行。如果超过后,睿频就会进行限制,逐渐缩小倍频大小,直至功耗降到TDP范围内。短时睿频时间很好理解,如果超过了这个时间后,处理器就会再次调节睿频的倍频,让TDP下降至CPU-Z中显示的数值。长时睿频其实就是CPU-Z中显示的数值。值得注意的是,一旦超过了主板设定的最高温度,睿频还是会强制停止。

台式机主板可以调节这三项的数值,笔记本中一般都将这些项目隐藏,防止用户将数值调高影响机器发热。

AMD的Turbo CORE技术与英特尔的Turbo Boost技术有着异曲同工之妙,虽然其运作流程不同,但是都是为了在TDP的允许范围内,尽可能的提高运行中核心的频率,以达到提升CPU工作效率的目的。因为AMD没有电源门控(power gating)技术,所以AMD采用P-State电源管理状态切换来达到控制核心功率的效果。举个例子,在一台安装了Phenom II X6 CPU的电脑中,正在运行某个对多线程支持不好,却需要较高频率的程序,使得目前CPU中六个核心中的三个或更多核心没有得到使用,那么Turbo CORE就会启动,将三个空闲核心的频率由默认频率降为800MHz,而另外的三个核心主频会提升500MHz左右。

AMD的Turbo Core 技术虽然在学习“师傅”,但是两点主要的不同看出还没有“出师”,火候未到:

1、AMD的Turbo Core技术虽然可以将空载核心切换到低速状态,保持在800MHz,但无法全部关闭,因此运行时仍然会有能耗;

2、AMD的Turbo Core 技术在超频时,并不能针对每个单一的核心进行超频,而是必须在三个以上的核心降频到800MHz的情况下,才能使其他的核心超频,这就大大限制了其超频的能力。而且加速的机会也少得多。

前端总线

前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度,更实质性的表示了CPU和外界数据传输的速度。而外频的概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的,也就是说,100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一万万次,它更多的影响了PCI及其他总线的频率。之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆,主要的原因是在以前的很长一段时间里(主要是在Pentium 4出现之前和刚出现Pentium 4时),前端总线频率与外频是相同的,因此往往直接称前端总线为外频,最终造成这样的误会。随着计算机技术的发展,人们发现前端总线频率需要高于外频,因此采用了QDR(Quad Date Rate)技术,或者其他类似的技术实现这个目的。

 

FSB是将CPU连接到北桥芯片的总线,也是CPU和外界交换数据的主要通道,因此前端总线的数据传输能力对整机性能影响很大,数据传输最大带宽取决于所有同时传输数据的宽度和传输频率,即数据带宽=总线频率×数据位宽÷8。

以前的CPU曾采用过其他总线,如HyperTransport(AMD)总线、QPI(INTEL)总线。

缓存(Cache)

CPU缓存(Cache Memory)是位于CPU与内存之间的临时存储器(位于CPU内部),缓存大小也是CPU的重要指标之一,而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大,CPU内缓存的运行频率极高,一般是和处理器同频运作,工作效率远远大于系统内存和硬盘。目前的CPU拥有一级、二级和三级缓存(L1 L2 L3 Cache),部分处理器还拥有四级缓存,主要看的是一级和二级缓存大小。注意,Intel和AMD的CPU定义的缓存并不相同,不能直接比较,同品牌不同针脚的CPU一般也不能直接比较缓存来区分性能高低。

一级缓存(L1 Cache)位于CPU内核的旁边,是与CPU结合最为紧密的CPU缓存,也是历史上最早出现的CPU缓存。由于一级缓存的技术难度和制造成本最高,提高容量所带来的技术难度增加和成本增加非常大,所带来的性能提升却不明显,性价比很低,而且现有的一级缓存的命中率已经很高,所以一级缓存是所有缓存中容量最小的,比二级缓存要小得多。

一般来说,一级缓存可以分为一级数据缓存(Data Cache,D-Cache)和一级指令缓存(Instruction Cache,I-Cache)。二者分别用来存放数据以及对执行这些数据的指令进行即时解码。大多数CPU的一级数据缓存和一级指令缓存具有相同的容量,例如AMD的Athlon XP就具有64KB的一级数据缓存和64KB的一级指令缓存,其一级缓存就以64KB 64KB来表示,其余的CPU的一级缓存表示方法以此类推。

二级缓存(L2 Cache)是CPU的第二层高速缓存,分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速

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