(0基础学Linux系列)1.01 计算机基础

Posted 2022-05-11 老男孩oldboy

1.01 计算机基础

1.1 计算机系统

计算机（Computer）：俗称电脑，是一种能接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序对海量数据
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。
计算机有很多形式，比如：生活中常见的家用电脑，笔记本，智能手机，平板电脑等，还有生产环境中
提供重要业务支撑的各种服务器（Server），都算是计算机。
其中一个完整的计算机系统由硬件(Hardware)系统和软件(Software)系统两大部分组成。

1.2 计算机发展历史

1. 第一代计算机(1946-1957) 电子管时代
2. 第二代计算机(1958-1964) 晶体管时代
3. 第三代计算机(1965-1970) 集成电路时代
4. 第四代计算机(1971以后) 大规模集成电路时代

1.2.1 世界第一台计算机

ENIAC，世界上第一台电子计算机，占地170平方米，重达30吨，耗电功率约150千瓦，每秒钟可进行5000次运算。被美国国防部用来进行弹道计算。
ENIAC 以电子管作为元器件，所以又被称为电子管计算机，是计算机的第一代。电子管计算机由于使用的电子管体积很大，耗电量大，易发热，因而工作的时间不能太长 。

1.2.2 冯·诺依曼体系结构

冯·诺依曼结构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同，如英特尔公司的8086中央处理器的程序指令和数据都是16位宽。

数学家冯·诺依曼提出了计算机制造的三个基本原则，即采用二进制逻辑、程序存储执行以及计算机由五个部分组成（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备），这套理论被称为冯·诺依曼体系结构。

1.3 计算机硬件组成

计算机硬件是计算机的重要组成部分，其中包含了5个重要的组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。

1. 运算器

• 计算机硬件中的运算器主要功能是对数据和信息进行运算和加工。

2. 控制器

• 控制器和运算器共同组成了中央处理器（CPU）。
• 控制器可以看作计算机的大脑和指挥中心。
• 它通过整合分析相关的数据和信息，让计算机的各个组成部分有序地完成指令。

3. 存储器

• 顾名思义，存储器就是计算机的记忆系统，是计算机系统中的记事本。
• 而存储器由主存和辅存组成，主存就是通常所说的内存。
• 辅存即外存，我们通常所说的硬盘就是外存的一种。

4. 输入设备

• 输入设备和输出设备都是进行人机互动的关键设备。
• 比如说鼠标，键盘，扫描仪，麦克风这些。

5. 输出设备

• 输出设备也是计算机人机互动的关键设备。
• 它的特点是可以将计算机的信息以画面的形式展现出来，具有很好的直观性。
• 常见的输出设备有显示器、打印机、语音和视频输出装置等。

1.3.1 计算机三大核心硬件

• CPU

• 作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。

• 内存

• 也被称为内存储器和主存储器，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。

• 硬盘

• 是计算机的最主要的存储设备，用来存储用户数据。

1.4 进制转换

二进制转十进制

二进制可以直接换算为十进制
如1010就是一个正整数可以直接与对应数位的二的次方相乘。
$$
1010=1*2^3+0*22+1*2^1+0*20=8+0+2+0=10

$$

注：在进制中数位是从0开始的十进制转二进制

将十进制数除以二，得到的商再除以二，依次类推直到商为0或1时，然后在旁边标出各步的余数，最后倒着写出来
$$
23/2=11···1
$$
$$
11/2=5···1
$$
$$
5/2=2···1
$$
$$
2/2=1···0
$$
$$
1/2=0···1
$$
将余数取出可得11101，然后将11101倒过来得出10111，由此可知23的二进制为10111

1.5 计算机分类

1.5.1 按规模划分

1. 超级计算机：Super Computer，又称巨型计算机

• 应用于国防尖端技术和现代科学计算中。
• 巨型机的运算速度可达每秒百万亿次以上， “天河一号”为我国首台千万亿次超级计算机

2. 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 z13 mainframe

3. 小型计算机：

• 指采用精简指令集处理器，性能和价格介于PC服务器和大型主机之间的一种高性能64 位计算机。
• 在中国，小型机习惯上用来指UNIX服务器

4. 微型计算机：

• 指采用 X86 CPU 架构的PC服务器。
• 中央处理器（CPU）采用微处理器芯片，体积小巧轻便。
• 广泛用于商业、服务业、工厂的自动控制、办公自动化以及大众化的信息处理。

1.5.2 按功能和角色划分

服务器和客户机

服务器：

• 即 Server，计算机的一种，通常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。
• 在网络操作系统的控制下，将其相连的硬盘、磁带、打印机及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

客户机：

• 即 Client，向服务器提出请求，需要服务器为之提供相应的服务和支持的计算机

服务器按应用功能可分为：

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

1.5.3 按外形分类

1. PC服务器常见的三种外型：

• 塔式服务器
• 刀片式服务器
• 机架式服务器

2. 塔式Towe服务器

• 早期的服务器形式，目前较少使用
• 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，以便日后进行硬盘和电源的冗余扩展，设计一般都考虑降噪

3. 刀片式Blade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板集合成一个服务器集群。
• 在集群模式下，所有的母板可以连接起来提供高速的网络环境，并同时共享资源，为相同的用户群服务

4.机架式服务器

• 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，常用U为单位
• 1U=1.75英寸=44.45毫米，机箱尺寸比较小巧，在机柜中可以同时放置多台服务器
• 机架式服务器的宽度为19英寸（48.26cm），厚度通常有1U，2U，3U，4U，5U，7U几种标准的服务器
• 机柜的尺寸也是采用通用的工业标准，如：宽度600mm,深度1000mm,高度2000mm（42U）
• 现阶段是最主流的的服务器