計算機硬件入門介紹-V12

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6.技術(shù)工程師AMAX技術(shù)部門主流計算機的硬件構(gòu)成必備組件

CPU主板內(nèi)存顯卡存儲設備網(wǎng)卡機箱電源散熱設備非必備組件

聲卡GPU協(xié)處理器外設（鍵鼠）硬件監(jiān)控設備顯示器光驅(qū)功能卡許多組件可能已經(jīng)整合到一起必備組件CPUCPUCPUCPU被稱為中央處理器或者微處理器，是計算機系統(tǒng)的核心和引擎。

CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可簡單地分為控制單元、邏輯單元和存儲單元，這三個部分相互協(xié)調(diào)，對指令和數(shù)據(jù)進行分析、判斷、運算并控制計算機各部分協(xié)調(diào)工作。CPU的工作原理是對供應到CPU內(nèi)部的指令和數(shù)據(jù)處理的過程，進入CPU的指令被控制單元調(diào)度到邏輯單元，在邏輯單元進行處理，處理后的數(shù)據(jù)被送到存儲器，然后被送回到CPU的外部內(nèi)存。

當代主流的的CPU里面也整合內(nèi)存控制器。更有甚者，北橋，GPU，PCIE控制也相繼被整合到CPU內(nèi)部。CPU當前主流的企業(yè)級CPUIntelXeonIvyBridgeE5-2600V2IntelXeonSandyBridgeE5-2600IntelXeonHashWellE3-1200v3AMD

Opteron6300CPU當前主流的PC級CPUCPUCPU的性能指標內(nèi)核數(shù)高速緩存系統(tǒng)總線制作工藝功耗支持內(nèi)存類型內(nèi)存通道數(shù)CPU最新CPU列表主板主板主板主板，又叫母板(motherboard)它安裝在機箱內(nèi)，是微機最基本的也是最重要的部件之一。主板一般為矩形電路板，上面安裝了組成計算機的主要電路系統(tǒng)，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、鍵盤和面板控制開關接口、指示燈插接件、擴充插槽、主板及插卡的直流電源供電接插件等元件。傳統(tǒng)上主板包含兩大重要的芯片：北橋和南橋。北橋負責與內(nèi)存，CPU，GPU等高速設備進行連接。南橋則負責和聲卡，硬盤，網(wǎng)卡等低速設備連接。北橋和CPU有嚴格的對應關系?；旧弦淮鶦PU就對應一代北橋。但是最新的一代的已經(jīng)把北橋、甚至南橋整合到CPU里面了主板主板按結(jié)構(gòu)劃分

主板結(jié)構(gòu)分為AT、Baby-AT、ATX、MicroATX、LPX、NLX、FlexATX、EATX、WATX以及BTX等結(jié)構(gòu)。其中，AT和Baby-AT是多年前的老主板結(jié)構(gòu)，已經(jīng)淘汰；而LPX、NLX、FlexATX則是ATX的變種，多見于國外的品牌機，國內(nèi)尚不多見；EATX和WATX則多用于服務器/工作站主板；ATX是市場上最常見的主板結(jié)構(gòu)，擴展插槽較多，PCI插槽數(shù)量在4-6個，大多數(shù)主板都采用此結(jié)構(gòu)；MicroATX又稱MiniATX，是ATX結(jié)構(gòu)的簡化版，就是常說的“小板”，擴展插槽較少，PCI插槽數(shù)量在3個或3個以下，多用于品牌機并配備小型機箱；而BTX則是英特爾制定的最新一代主板結(jié)構(gòu)。主流主板芯片組?主板的核心是：芯片組。?芯片組一般指北橋。未來隨著CPU將南北橋都吞入肚中，主板可能就沒有芯片組了。到那時候主板的芯片組可能就只是一個代號而已。?常見的企業(yè)級主板芯片組：Intel7500IntelE7-88005500/5520IntelE5600C200IntelE3-1200/E3-1200V2C220IntelE3-1200V3C600IntelE5-2600/2600V2AMDAMDSR5690AMDOpteron6000主板主板上的接口CPU插槽主板CPU插槽種類IntelLGA1155Xeon3400LGA1156XeonE31200，E31200V2LGA1155

XeonE31200V3LGA1567XeonE74800v2,8800v2LGA2011XeonE52600,2600V2，E54600AMDLGA1944G34，Opteron6100，6200主板主板上的接口內(nèi)存插槽主板主板上的接口北橋芯片主板主板上的接口南橋芯片主板主板上的接口PCI插槽PCI接口已有20年歷史，但現(xiàn)在還未被完全淘汰。PCI是32bit的，其速度只有133MB/s主板主板上的接口PCIX插槽PCIX又稱PCI64，是64bit?，F(xiàn)在基本被淘汰，但是有些客戶有些老的PCIX的采集卡還需要這種PCIX插槽。PCIX的速度大約在1GB/s主板主板上的接口PCI-E插槽PCI-E是現(xiàn)在的主流插槽。有1.0，2.0和3.0三代。

PCI-E沒有位寬概念。PCI-E有1X，4X，8X，16X幾種。主板PCI-E的種類?按倍速分：X1USB3.0卡，聲卡，網(wǎng)卡等低速設備X4萬兆網(wǎng)卡，F(xiàn)C卡，早期RAID卡X8Infiniband卡，RAID卡，PCIESSDX16顯卡，GPU協(xié)處理器?按代次分：PCIE1.0/1.1以250MB/S為一倍速度,支持雙向傳輸,最大帶寬8G/S。最大供電功率為75wPCIE2.0以500MB/S為一倍速度，最大供電功率為225WPCIE3.0以1GB/S為一倍速度，最大供電功率為300W主板主板上的接口供電接口主板主板上的接口內(nèi)置USB接口用于插一些安裝了嵌入式操作系統(tǒng)的U盤主板主板上的接口如果一塊主板上的SATA接口用不同顏色表示，一般來說這些不同的SATA接口有些不同的特性，比如SATA2，SATA3，支持RAID等板載SATA接口主板上的接口板載SAS接口注意：僅有某些主板帶板載SAS，沒有板載SAS接口的主板，如果想用SAS硬盤，需要額外添加SAS控制器主板主板上的接口內(nèi)存內(nèi)存內(nèi)存內(nèi)存又稱主存，是CPU能直接尋址的存儲空間，由半導體器件制成。

內(nèi)存的特點是存取內(nèi)存速率快。內(nèi)存是計算機中的主要部件，它是相對于外存而言的。我們平常使用的程序，如Windows操作系統(tǒng)、計算軟件、游戲軟件等，一般都是安裝在硬盤等外存上的，但僅此是不能使用其功能的，必須把它們調(diào)入內(nèi)存中運行，才能真正使用其功能，我們平時輸入一段文字，或玩一個游戲，其實都是在內(nèi)存中進行的。內(nèi)存的主要指標內(nèi)存容量計算機的內(nèi)存容量通常是指隨機存儲器（RAM)的容量，是內(nèi)存條的關鍵性參數(shù)。內(nèi)存容量以MB作為單位，可以簡寫為M。內(nèi)存的容量一般都是2的整次方倍，比如64MB、128MB、256MB等，一般而言，內(nèi)存容量越大越有利于系統(tǒng)的運行。系統(tǒng)中內(nèi)存的數(shù)量等于插在主板內(nèi)存插槽上所有內(nèi)存條容量的總和，內(nèi)存容量的上限一般由主板芯片組和內(nèi)存插槽決定內(nèi)存主頻內(nèi)存主頻和CPU主頻一樣，習慣上被用來表示內(nèi)存的速度，它代表著該內(nèi)存所能達到的最高工作頻率。內(nèi)存主頻是以MHz（兆赫）為單位來計量的。內(nèi)存主頻越高在一定程度上代表著內(nèi)存所能達到的速度越快。內(nèi)存主頻決定著該內(nèi)存最高能在什么樣的頻率正常工作。工作電壓內(nèi)存正常工作所需要的電壓值，不同類型的內(nèi)存電壓也不同，但各自均有自己的規(guī)格，超出其規(guī)格，容易造成內(nèi)存損壞。DDR2內(nèi)存的工作電壓一般在1.8V左右，而DDR3內(nèi)存則在1.6V左右。有的高頻內(nèi)存需要工作在高于標準的電壓值下，具體到每種品牌、每種型號的內(nèi)存，則要看廠家了。只要在允許的范圍內(nèi)浮動，略微提高內(nèi)存電壓，有利于內(nèi)存超頻，但是同時發(fā)熱量大大增加，因此有損壞硬件的風險。內(nèi)存主流內(nèi)存種類版本SD(淘汰)DDRI(淘汰)DDRII(淘汰)DDRIII校驗技術(shù)非ECCECCfullybuffered(淘汰)ECCECCRegister內(nèi)存ECC非ECC?ECC是“ErrorCorrectingCode”的簡寫，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)“錯誤檢查和糾正”的技術(shù)，ECC內(nèi)存就是應用了這種技術(shù)的內(nèi)存，一般多應用在服務器及圖形工作站上，這將使整個電腦系統(tǒng)在工作時更趨于安全穩(wěn)定.?而帶有“奇偶校驗”的內(nèi)存在每一字節(jié)（8位）外又額外增加了一位用來進行錯誤檢測。比如一個字節(jié)中存儲了某一數(shù)值（1、0、1、0、1、0、1、1），把這每一位相加起來（1+0+1+0+1+0+1+1=5）。若其結(jié)果是奇數(shù)，對于偶校驗，校驗位就定義為1，反之則為0；對于奇校驗，則相反。當CPU返回讀取存儲的數(shù)據(jù)時，它會再次相加前8位中存儲的數(shù)據(jù)，計算結(jié)果是否與校驗位相一致。當CPU發(fā)現(xiàn)二者不同時就會嘗試糾正這些錯誤。

?ECC內(nèi)存比非ECC內(nèi)存多一組顆粒。非ECC內(nèi)存ECC內(nèi)存內(nèi)存ECCREGRegistered即寄存器或目錄寄存器，在內(nèi)存上的作用我們右以把它理解成書的目錄，有了它，當內(nèi)存接到讀寫指令時，會先檢索此目錄，然后再進行讀寫操作，這將大大提高服務器內(nèi)存工作效率。帶有Registered的內(nèi)存一定帶Buffer,并且目前能見到的Registered內(nèi)存也都具有ECC功能，其主要應用在中高端服務器及圖形工作站。?Registered主要他有兩個功能：1.使主板可以支持更大的內(nèi)存，如單根8GB，單根16GB。當然是否支持Reg內(nèi)存還要取決于CPU和主板。2.可以定期刷新內(nèi)存里面的內(nèi)容，提高服務器在長期開機運行狀態(tài)下內(nèi)存穩(wěn)定性。?支持Registered的內(nèi)存必須要支持ECC，因此常見的是ECCREG內(nèi)存。AMAX所有GPU計算機必須配置ECCREG內(nèi)存。?ECCREG內(nèi)存比ECC非REG內(nèi)存多一個REG芯片ECC非REG內(nèi)存ECCREG內(nèi)存內(nèi)存內(nèi)存通道內(nèi)存通道數(shù)由內(nèi)存控制器（已被整合在CPU內(nèi)）決定。多通道內(nèi)存類似于內(nèi)存條之間做RAID0?單通道ATOM?雙通道XeonE31200，XeonE31200V2，E31200V3?三通道XeonE52400V2?四通道XeonE74800V2,Opteron6100，E52600，E52600V2顯卡顯卡顯卡?顯卡負責視頻輸出已經(jīng)3D、2D的圖形運算。?顯卡并不是只為游戲準備的，但是任何一臺計算機都需要有顯卡。?現(xiàn)在越來越多的顯卡都已經(jīng)被整合到主板的北橋，甚至CPU中了。?基本上，AMAX出的機器，如果需要配置顯卡，都需要采用專業(yè)顯卡：Quadro，F(xiàn)irePro。?在一些GPU計算機中Tesla卡片可以兼職充當顯卡。顯卡Quadro是NVidia公司出品的專業(yè)顯卡，該產(chǎn)品現(xiàn)在市場上的占有率超過90%。

?專業(yè)卡與游戲顯卡的最大區(qū)別：專業(yè)卡對于3DsMak，Maya等專業(yè)設計軟件提供更好的支持。跑這些軟件的速度往往是同級別的游戲顯卡的十幾倍以上。?主流Quadro型號：QuadroK400QuadroK600QuadroK2000QuadroK4000QuadroK6000存儲設備存儲設備存儲設備的構(gòu)成?存儲設備主要是指非易失存儲。主要包含硬盤控制器，硬盤，硬盤陣列等。?一套存儲設備要包含存儲控制器與存儲媒體。?存儲控制器包含硬盤控制器，RAID（冗余磁盤陣列），磁帶控制器（瀕臨淘汰）。?存儲媒介包含傳統(tǒng)的溫徹斯特式硬盤，新興的固態(tài)硬盤，磁帶（瀕臨淘汰）。存儲設備硬盤控制器?硬盤控制器是計算機與磁盤驅(qū)動器的接口設備。它接收并解釋計算機來的命令，向磁盤驅(qū)動器發(fā)出各種控制信號。檢測磁盤驅(qū)動器狀態(tài)，按照規(guī)定的磁盤數(shù)據(jù)格式，把數(shù)據(jù)寫入磁盤和從磁盤讀出數(shù)據(jù)。?現(xiàn)在90%的硬盤控制器都已經(jīng)被整合在主板的南橋芯片中了。?不同的硬盤控制器可以連接硬盤也不一樣。常見的類型有：PATA（IDE）,SCSI,SATA,SAS等。存儲設備RAID控制器?RAID中文意思是冗余磁盤陣列。?RAID控制器，嚴格意義上來說，也是磁盤控制器的一種。由于在服務器領域，RAID比較重要，因此，我們把RAID控制器區(qū)別出來，加以強調(diào)。?這里的RAID控制器，主要是指硬件RAID控制器。?硬件RAID控制器，一般包含：RAID控制芯片（RAIDCPU），RAID軟件（固件），緩存，緩存電池，硬盤接口等部分構(gòu)成。?與硬盤控制器一樣，不同的RAID控制器可以連接硬盤也不一樣。常見的類型有：PATA（IDE）,SCSI,SATA,SAS等存儲設備RAID級別基本類型（假設由N塊1TB硬盤構(gòu)成RAID陣列)存儲設備擴展類型?RAID1E使用超過2塊硬盤做RAID1，各個硬盤上的數(shù)據(jù)一樣?RAID10先做RAID1，再做RAID0?RAID50先做RAID5，再做RAID0?RAID60先做RAID6，再做RAID0存儲設備常見RAID卡?LSI92604i8i?LSI92404i8i?LSI92804i4e?3Ware97504i8i注意：如果我們需要做RAID5或者RAID6，則必須采用硬件RAID卡存儲設備硬盤接口類型?SCSI（已淘汰）

?PATA（又稱IDE，已淘汰）?SATA（三代的物理外觀一樣）第一代1.5Gb（已淘汰）第二代3Gb第三代6Gb?SAS（兩代的物理外觀一樣）第一代3Gb第二代6Gb存儲設備溫徹斯特式硬盤VS固態(tài)硬盤?溫徹斯特式硬盤就是我們?nèi)粘Ｋf的硬盤。這類硬盤由一個或者多個鋁制或者玻璃制的碟片組成。這些碟片外覆蓋有鐵磁性材料。絕大多數(shù)硬盤都是固定硬盤，被永久性地密封固定在硬盤中。?優(yōu)點：壽命長可以寫入超過EB的數(shù)據(jù)容量大最大4TB單位容量價格便宜每GB四毛錢?缺點：隨機讀寫速度差4KBIOPS200機械強度低磁頭，馬達，盤體等精密部件怕震動耗電量較大15W存儲設備溫徹斯特式硬盤VS固態(tài)硬盤?固態(tài)硬盤，SSD，簡單的說就是用固態(tài)電子存儲芯片陣列而制成的硬盤。這類硬盤不包含機械運動部件。?優(yōu)點：

隨機讀寫速度高4KBIOPS5000

機械強度高無機械部件，耐振動

耗電量較小1.5W?缺點：

壽命短可以寫入若干TB的數(shù)據(jù)

容量較小典型容量64GB~320GB

單位容量高每GB十元以上存儲設備PCIE固態(tài)硬盤?PCIE固態(tài)硬盤是這兩年興起的一類特殊的硬盤。?這類硬盤主要是為了解決硬盤控制器帶來的性能的瓶頸。?這類硬盤都整合硬盤控制器與存儲介質(zhì)（Flash閃存）?這類硬盤可以速度很快，容量很大，但是往往都是天價。網(wǎng)卡網(wǎng)卡網(wǎng)卡計算機與外界局域網(wǎng)的連接是通過主機箱內(nèi)插入一塊網(wǎng)絡接口板（或者是在筆記本電腦中插入一塊PCMCIA卡）。網(wǎng)絡接口板又稱為通信適配器或網(wǎng)絡適配器（networkadapter）或網(wǎng)絡接口卡NIC（NetworkInterfaceCard）但是現(xiàn)在更多的人愿意使用更為簡單的名稱“網(wǎng)卡”。?幾乎所有的主板都集成了以太網(wǎng)卡。?常用的網(wǎng)卡有以太網(wǎng)卡和Infiniband網(wǎng)卡網(wǎng)卡以太網(wǎng)卡?100Mbps，俗稱百兆，有線，主要為電口?1000Mbps，GbE，俗稱千兆，有線，主要為電口，少量為光口?10000Mbps，10GbE，俗稱萬兆，有線，多為光口，電口較少?54Mbps,802.11G,無線?300Mbps，802.11N，無線網(wǎng)卡Infiniband網(wǎng)卡?InfiniBand是由InfiniBand行業(yè)協(xié)會所倡導的一種高速網(wǎng)絡，其特點是高帶寬與低延遲。多用在高性能計算集群與大規(guī)模并行存儲。?種類：

10Gbps（已淘汰），CX4接口

20Gbps，CX4或QSFP接口

40Gbps，QSFP接口

56Gbps，F(xiàn)DR接口CX4端口QSFP端口機箱機箱機箱?機箱作為計算配件中的一部分，它起的主要作用是放置和固定各計算機配件，起到一個承托和保護作用，此外，機箱具有電磁輻射的屏蔽的重要作用。除此之外，專業(yè)的機架式服務器機箱往往還帶有很多的熱拔插硬盤位，從而大大提高存儲容量。?機箱主要分為塔式，機架式，刀片式。機箱塔式機箱?塔式又稱立式?多數(shù)PC機與工作站都是采用塔式機箱。一些入門的服務企業(yè)采用塔式機箱。

?在僅僅部署一臺計算機的時候，塔式機箱可以大大節(jié)省所占的面積。?AMAXPSC系列全部采用臺式機箱機箱?機架式機箱，采用橫向放置，多部署與機架、機柜之中。也是服務器機箱的主要類型。?種類

按高度分：1U2U3U4U5U

按硬盤部署方式分：熱拔插硬盤機箱，非熱拔插硬盤機箱機架式機箱熱插拔機箱非熱插拔機箱機箱?刀片式，是一類特殊機箱，其尺寸也非業(yè)界標準。各大廠商有自己的標準。?刀片式機箱內(nèi)多不包含電源甚至IO接口位置。?刀片機箱多垂直安裝在刀片柜（俗稱籠子）中。刀片式機箱電源電源電源?電源，英文為PowerSupply，建成PS。電源是為計算機組件（主板、硬盤等）提供所需電力的裝置。?一般電源的的輸入電壓為110V或220V左右，輸出電壓一般包含+-12V，+-5V，+3.3V。?分類

按照尺寸ATX電源，1U電源，2U電源，特型電源

按冗余與否冗余電源，非冗余電源2U冗余電源2U非冗余電源ATX電源散熱設備散熱設備散熱設備?散熱設備，負責將計算機組間產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移到機箱以外。主要包含：散熱片，風扇等。?良好的散熱是一臺計算機穩(wěn)定高效運行的基礎之一。?主流的計算機散熱方式是風冷，既采用風扇散熱。除此之外還有液冷，壓縮機制冷，液氮等高性能散熱手段。?好的散熱設計，除了要達到很好的散熱效果之外，還應該兼顧噪音的控制。AMAXPSC-2N的散熱設計就是兼顧了散熱與噪音控制。散熱設備風扇?CPU風扇多與散熱片整合在一起，為CPU提供散熱?機箱風扇為機箱內(nèi)部提供整體散熱。部分1U、2U的服務器的CPU采用被動散熱，那么其機箱風扇也需要負責為CPU散熱。這種情況下，往往需要配置冗余風扇。?硬盤風扇在安裝較多硬盤時，需要為硬盤配置專門的散熱風扇散熱設備風扇?芯片組風扇一些主板的芯片組發(fā)熱量巨大，因此需要配置專門的散熱風扇?GPU風扇在很多計算機中，GPU已經(jīng)代替CPU成為頭號發(fā)熱大戶。因此需要高效的散熱系統(tǒng)?電源風扇電源也是計算機中發(fā)熱大戶之一。所有電源都自帶風扇，某些電源還帶有冗余風扇。非必備組件聲卡聲卡聲卡?聲卡(SoundCard)也叫音頻卡（港臺稱之為聲效卡）：聲卡是多媒體技術(shù)中最基本的組成部分，是實現(xiàn)聲波/數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換的一種硬件。聲卡的基本功能是把來自話筒、磁帶、光盤的原始聲音信號加以轉(zhuǎn)換，輸出到耳機、揚聲器、擴音機、錄音機等聲響設備，或通過音樂設備數(shù)字接口(MIDI)使樂器發(fā)出美妙的聲音。?現(xiàn)在99%的聲卡都是集成聲卡、既聲卡被集成在主板上或者主板的南橋芯片里面。?大部分服務器主板沒有集成聲卡，而服務器的運行也不需要聲卡。聲卡聲卡分類PCI聲卡PCIE聲卡USB聲卡板載聲卡GPU協(xié)處理器GPU協(xié)處理器GPU協(xié)處理器?GPU協(xié)處理器是由Nvidia的顯卡發(fā)展而來，用來進行GPU計算。?事實上，這里的GPU計算，是指GPGPU計算。GPGPU代表通用目的GPU計算。通用目的是指圖形運算之外的運算，主要包含浮點計算，矩陣計算等。?現(xiàn)在市面上的GPU協(xié)處理器，基本上是指Nvidia公司的Tesla系列產(chǎn)品。?雖然AMD也有自己的GPU協(xié)處理器，F(xiàn)irestream系列，但是其市場影響力非常弱，基本可忽略不計。GPU協(xié)處理器GPU協(xié)處理器外形分類?C系列自帶散熱片和風扇，可以不依賴于機箱風扇

?M系列自帶散熱片，不帶風扇，必須依賴于機箱風扇?S系列（已停產(chǎn)）在一個機架式機箱里整合多片M卡，并帶有供電、散熱、PCIE橋接芯片。需通過HIC卡和PCIE外接線與CPU主機連接GPU協(xié)處理器GPU協(xié)處理器部署要求

PCIE?PCIE2.0x16全雙工

合格的CPU?高速