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服务器基础知识培训TP001 ServerBaseKnowledgeNEC China Co Ltd NECTechnicalCertification PrimaryLevel 服务器概念 TP001 SBK 服务器是计算机的一种 它是网络上一种为客户端计算机提供各种服务的高性能的计算机 它在网络操作系统的控制下 将与其相连的硬盘 磁带 打印机 Modem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 服务器特性 TP001 SBK 处理能力强I O性能强管理能力强可靠性强可用性高扩展能力强 主要内容 TP001 SBK 处理器技术主板技术内存技术I O技术电源技术机箱外形技术热插拔技术OS技术服务器性能参数 主要内容 TP001 SBK 处理器技术主板技术内存技术I O技术电源技术机箱外形技术热插拔技术OS技术服务器性能参数 处理器技术 处理器概念 TP001 SBK CPU CentralProcessingUnit CPU执行系统的计算和数据处理任务 处理器技术 处理器技术 TP001 SBK 主频 主频对处理器性能的提高最明显和最直观主频 外频 倍频外频 系统总线的工作频率倍频 指CPU外频与主频相差的倍数系统前端总线 FSB Intel Pentium 4与Xeon 处理器采用QDR技术 FSB 外频 4多级流水线 是通过并行执行指令来提高性能的方法之一 处理器技术 处理器技术 续 TP001 SBK 分支预测和推测执行技术 分支预测和推测执行是CPU动态执行技术中的主要内容高速缓存 Cache 物理位置集成于处理器中 由SRAM组成逻辑位置介于CPU与主存之间 为CPU提供计算所需的指令和数据 以提高执行效率超标量设计 多重流水线 CPU内含多个指令执行单元或者多条流水线降低CPU电压通过VRM技术来动态调节处理器的电压超线程技术增加处理器的并行处理能力 处理器技术 Cache TP001 SBK 处理器技术 并行处理技术 SMP TP001 SBK SMP SymmetricalMulti Processor 技术即对称多处理技术 在一台计算机上汇集了一组CPU 共享内存及总线结构 处理任务队列对称地分布在多个CPU上 处理器技术 并行处理技术 SMP架构 TP001 SBK SMP结构的优点具有比同样单处理器更好的性能和性能 价格比具有较好的可伸缩性和可扩展能力应用不用修改 易于移植技术比较成熟SMP结构的缺点可扩展性较差可用性比较差性能增长低于处理器数量增长访问内存总线碰撞Cache一致性问题 处理器技术 超线程技术 TP001 SBK 超线程技术 Hyper ThreadingTechnology 单独一个物理处理器能够同时执行两个分别的线程 从构造上说相当与由两个逻辑处理器组成的 每个逻辑处理器都有独立的IA 32架构 共享处理器核心的执行资源 包括执行引擎 缓存 系统总线接口以及固件 在执行多重操作系统或应用程序代码时 性能最多提升达到30 如在MP系统中使用 性能增益会随系统使用的物理处理器数量而呈线性上升趋势 处理器技术 超线程架构 TP001 SBK 采用了超线程技术的IA 32处理器与传统双处理器系统的比较 处理器技术 处理器分类 TP001 SBK RISC精简指令集架构服务器 使用RISC芯片并且主要采用UNIX操作系统的服务器 CISC复杂指令集架构服务器 即通常所讲的IA服务器 它是基于PC机体系结构 使用Intel 或与其兼容的处理器芯片的服务器 EPIC是属于EPIC清晰并行指令代码类处理器 IA64服务器采用此类处理器 集RISC和超长指令字优点的新一代的处理器 可同时执行多达20个操作 64位内存寻址 其性能是配置相当的RISC系统的10倍 处理器技术 Intel 处理器分类 TP001 SBK IA 32Desktop Pentium 4 Willamette 18 Northwood 13 Prescott 09 Server Xeon FosterDP 18 Prestonia 13 Nocona 09 Xeon MP FosterMP 18 Gallatin 13 Potomac 09 IA 64Itanium 2 Mcklinley 18 Deerfield 13 Madison 13 Montecito 09 处理器技术 IA32与IA64比较 TP001 SBK IA 64是Intel 推出的64位总线结构的CPU 其物理结构和工作机理与目前的IA 32CPU完全不同 互不兼容 IA 64采用清晰并行指令计算 EPIC 的全新系统架构技术 传统IA 32系统架构通过对处理器暗示并行的排序密码来向处理器传递并行命令IA 64具有64bit的寻址空间 理论上能够对高达264的内存空间进行寻址 而IA 32的寻址空间只有4GB 处理器技术 RISC处理器 TP001 SBK RISCCPU 是精简指令集处理器 其设计思想是简化硬件设计 硬件只执行很有限的最常用的那部分指令 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 RISC出现的结果是 可以在相对少的晶体管设计出极快的微处理器 据研究 只有大约20 的指令是最常用的 把处理器能执行的指令数目减少到最低限度 对它们的执行进行优化 就可以极大地提高处理器的工作速度 一般来说 RISC处理器比同等的CISC处理器要快50 75 同时RISC处理器更容易设计和纠错 处理器技术 常见RISC处理器 TP001 SBK 处理器技术 RISC与CISC服务器比较 TP001 SBK 主要内容 TP001 SBK 处理器技术主板技术内存技术I O技术电源技术机箱外形技术热插拔技术OS技术服务器性能参数 主板技术 主板的概念 TP001 SBK 主板 Mainboard 又叫母板 Motherboard 基板 Baseboard 是系统中连接各种部件的核心部件 是系统功能实现的载体 主板的组成 PCB 芯片组 系统总线 集成设备 BIOS 主板技术 芯片组 TP001 SBK Chipsets 芯片组芯片组 chipsets 包括一组芯片 芯片组体现了主板的主要特性和规范 芯片组厂家 IntelServerWorks芯片组型号 Intel E7520 120Lh 120Rg 2 120Re 1 Intel E7320 120Eg Intel E7221 110Ei ServerWorksGC HE 140Hd 140Rc 4 主板技术 芯片组架构 TP001 SBK 传统的南北桥结构北桥芯片 芯片组的主要组成部分 北桥芯片通过前端系统总线 FSB 与CPU通信并且同时作为内存 AGP和PCI的控制器 FSB 内存和AGP都是因北桥芯片的不同而变化的 南桥芯片 南桥芯片控制着最基本的I O设备 例如USB接口 串口 音频部分 IDE设备及其它设备 南桥芯片位于北桥芯片32位的PCI总线上 33MHz的总线频率能提供133MB s的带宽 主板技术 Intel 芯片组架构 TP001 SBK Intel HubLink结构MCH MemoryControllerHub 存储控制中心GMCH GraphicsandMemoryControllerHub 图形和存储器控制中心ICH I OControllerHub I O控制中心 连接低速设备 如 IDE USB等I OBridge 采用P64H2等I O控制芯片对PCI X设备进行控制HubLink ICH与GMCH MCH之间专用连接总线 总线速度高于传统南北桥架构 主板技术 ServerWorks芯片组架构 TP001 SBK ServerWorks增强型南北桥结构CMIC ChampionmemoryandI OController 存储控制中心CSB ChampionSouthBridge I O控制中心 连接低速设备 如 IDE USB等I OBridge 采用CIOB等I O控制芯片对PCI X设备进行控制IMB IntelligentManagementBus CMIC与CSB间专用连接总线 总线速度高于传统南北桥架构 主板技术 主要服务器主板厂商 TP001 SBK WWW Intel COM WWW SUPERMICRO COM WWW GIGABYTE COM TW WWW MSI COM TW 主要内容 TP001 SBK 处理器技术主板技术内存技术I O技术电源技术机箱外形技术热插拔技术OS技术服务器性能参数 内存技术 内存的概念 TP001 SBK 内存广义的定义用来存储程序和数据的部件 内存狭义的定义主板上的存储部件 CPU直接与之沟通 并对其存储数据的部件 存放当前正在使用的 即执行中 的数据和程序 它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路 内存技术 内存的分类 TP001 SBK 内存 RDRAM DDR DDRII 内存技术 内存的分类 接口 TP001 SBK 按接口形式分类SIMM 单边接触内存条 分为30线和72线两种DIMM 双边接触内存条 168线 184线 200线等SODIMM 144线DIMM主要用于笔记本型电脑RIMM Rambus内存 DIMM SODIMM DIMM 内存技术 内存的分类 缓冲 TP001 SBK 按是否有缓冲分类Unbuffered Registered Unbuffered Registered Unbuffered 存放内存条信息 调整时钟信号 提高电流驱动力 存放内存条信息 内存技术 Registered 在尺寸和外观上看 Registered ECC内存条比普通内存条要高 内存条上比普通内存多了RegisterIC和PLLIC SPDIC两者均有 性能上来说因为在信号线上加了RegisterIC 内存的速度略有降低 但是可大大增加了服务器内存容量 内存技术 Registered 续 按是否有校验分类Non ECCECC Non ECC ECC Non ECC 内存技术 内存的分类 校验 ECCErrorCheckingandCorrecting 错误检查和纠正 ECC可以发现2bit错误 并纠正1bit错误 Chipkill既可以纠正单bit错误 又可以纠正多比特的错误 比普通ECC技术更有效 nChipkill可以发现2nbit错误 并纠正nbit错误 这项技术需要芯片组的支持 内存技术 内存校验技术 DDR DoubleDataRate 在系统总线时钟频率上升沿和下降沿各进行一次数据传输 从而达到双倍数据传输率的效果 至于寻址与控制信号则与SDRAM相同 仅在时钟上升沿传送 DDRSDRAM模块部份与SDRAM模块相比 改为采用184pin 6 8层印刷电路板 电气接口则由 LVTTL 改变为 SSTL2 工作电压仅为2 5V 在其它组件或封装上则与SDRAM模块相同 内存技术 DDR内存 168PinDIMM两个键槽LVTTL3 3V工作电压 184PinDIMM单个键槽SSTL 22 5V工作电压 内存技术 DDR与SDRAM区别 high speed low power low latency low cost DDR200 DDR266 DDR333 PC133SDRAM PC166SDRAM EDO PC100SDRAM PC66SDRAM Inprep DDR400 DDRII 内存技术 内存发展趋势 更低的工作电压 由于DDR II内存使用更为先进的制造工艺和对芯片核心的内部改进 DDRII内存将把工作电压降到1 8V 这就预示着DDRII内存的功耗和发热量都会在一定程度上得以降低更小的封装 目前DDR内存主要采用TSOP 封装 DDR 将改用更先进的FBGA无铅封装技术 它是比TSOP 更为贴近芯片尺寸的封装方法 并且由于在晶圆上就做好了封装布线 在可靠性方面可以达到了更高的水平 内终结器设计 目前支持DDR主板都是通过采用主板设计添加终结电阻来解决DDR信号反射这个问题 由于每根数据线至少需要一个终结电阻 这意味着每块DDR主板需要大量的终结电阻 这也无形中增加了主板的生产成本 DDRII将终结电阻设于内存芯片内 简化了主板的设计 降低了主板的成本 内存技术 DDRII 内存技术 不同内存的带宽 内存镜像内存镜像是将数据同时写到2个独立的内存子系统中去 以提高系统的可靠性 当设为内存Mirror时 实际内存容量为所有内存容量总和的一半 该项技术需要芯片组的支持 内存技术 内存镜像 内存备份内存备份功能是在DIMM槽中划分出独立不使用的内存 当系统中的某条内存出现问题 就会将内存中的所有数据拷贝到备份内存上 备份内存接替出问题的内存继续工作 系统无需宕机 系统管理员可以在系统维护时更换有问题的内存 该项技术需要芯片组的支持 内存技术 内存备份 SAMSUNG I MICRON 记忆 内存技术 主要内存厂商 主要内容 TP001 SBK 处理器技术主板技术内存技术I O技术电源技术机箱外形技术热插拔技术OS技术服务器性能参数 I O技术 常见硬盘接口技术 TP001 SBK IDE Intergradeddriveelectronics 接口 现在PC机使用的主流硬盘接口 SCSI SmallComputerSystemInterface 接口 即小型计算机系统接口 它定义了一种输入 输出总线和逻辑接口 主要目标是提供一种设备独立的机制用来连接主机和访问设备 具备独立与硬件设备的智能化接口 减轻CPU负担多个I O并行操作 设备传输速度快可连接的外设数量多 扩展能力强 I O技术 ATA IDE TP001 SBK ATA IDE接口IDE IntegratedDeviceElectronic EIDE EnhancedIDE ATA AdvancedTechnologyAttachment UltraDMA UltraDirectMemoryAccess ATA的发展史特性比较 I O技术 ATA发展历史 TP001 SBK 33MB S ATA133非业界标准 1992 1994 1998 1996 2000 2002 66MB S 100MB S 133MB S ATA 6 ATAPI 6UDMAmode0 5100MB s ATA ATA 1 ProgrammedInputOutputmodes0 2 ATA 2 1994 PIOmode0 4MultimodeDMAMode0 216MB s ATA 3 1996 SMARTSecurityOptions ATA 4 ATAPI 4Support CDROM Tape Scaner UDMAmode0 233MB sCRC ATA 5 ATAPI 5UDMAmode0 466MB s I O技术 ATA IDE特性比较 TP001 SBK 应用对象物理接口与连线对软件透明成本与ATA相当信号电压降低并支持电源管理接口速率达到150 300 600MB s 满足存储技术未来十年发展的需要 I O技术 SerialATA TP001 SBK I O技术 SATA PATA比较 TP001 SBK Bridged 连接方式 沿用并行ATA控制器 Native 连接方式 完全放弃并行ATA 硬盘磁头与碟片 硬盘磁头与碟片 I O技术 SATA的实现方式 TP001 SBK SCSI SmallComputerSystemInterfaceSCSI接口宽度突发传输速率总线类型终结SCSI总线必须终结SCSIID控制器默认为ID7 磁带机默认为ID3非热插拔SCSI硬盘需要跳线设置SCSIIDUltr160与Ultra320SCSI I O技术 SCSI TP001 SBK 磁带机主要使用的接口 SCSI硬盘主要使用的接口 I O技术 SCSI并行接口 TP001 SBK 成本SCSI硬盘高于SATA SATA略高于ATAMTBFSCSI硬盘高于SATA和ATA SATA和ATA相当可扩展性SCSI扩展能力强 SATA和ATA较差热插拔SCSI和SATA支持性能SCSI硬盘高于SATA 目前SATA与ATA相当 但将来SATA有性能提升的空间 I O技术 选择硬盘的几点考虑 TP001 SBK I O技术 ATA连线接口 TP001 SBK I O技术 SATA连线接口 TP001 SBK I O技术 SCSI接口 TP001 SBK 多个设备共享总线及带宽即插即用支持电源管理支持突发方式传输数据并行信号数据信号和控制信号分开较高总线带宽带宽 总线的宽度 总线时钟频率 每条数据线在一个时钟周期内传输字位 I O技术 PCI PCI X TP001 SBK PCI X eXtend PCI X是在PCI的基础上开发的 这项技术是由Compaq IBM和HP公司等几家公司倡导 一些厂商联合开发的 是为了在系统设计中更好地发挥Intel 公司高速芯片的优势而研究出来的 PCI速度33MHz PCI X133MHzPCI X对传统PCI设备向后兼容 降频使用在相同的频率下 PCI X将能提供比PCI高14 35 的性能 上图 工作频率随设备变化 4个设备时66MHz 总带宽533M s 2个设备时100MHz 总带宽800M s 1个设备133MHz 总带宽1066M s I O技术 PCI X TP001 SBK PCI33 PCI33PCI66PCI x PCI PCI X使用相同的插槽接口 但应注意外插卡和插槽的配合关系 I O技术 PCI PCI X插槽 TP001 SBK I O技术 PCI PCI X带宽和插槽的关系 TP001 SBK 分层架构软件层兼容PCI PCI x串行信号 高速信号传输每个Lane2 5Gb s增加Lane数量来扩展带宽封包传输每个封包包括数据和控制信息占据主板空间更小每个通道一个设备 独享带宽支持热插拔和QoS提供了未来十年的技术发展路线 设置 OS 软件层 传输层 物理层 数据链路层 未来更高速度和更快的解码技术仅影响物理层 对操作系统无影响 I O技术 PCIExpress TP001 SBK 主要内容 TP001 SBK 处理器技术主板技术内存技术I O技术电源技术机箱外形技术热插拔技术OS技术服务器性能参数 电源分类 ATXPC电源 IntelPC电源标准SSIEPS服务器电源 Intel低端服务器电源标准SSITPS服务器电源 Intel服务器薄电源标准MPS及DPS的高端电源 Intel中高端服务器电源标准 电源技术 电源分类 TP001 SBK 电源技术 服务器电源与PC电源的区别 TP001 SBK 热插拔拔特性热插拔的几种形式 直流输出端与交流端同在插拔面 即交流电从背板上引入 拔出时 先断交流电 后断直流输出线 插入时相反 常用交流输入线在模块上 当拔出模块时 交流电还在电源模块上 模块还工作 插入时相反 此方式几乎不用 不管交流电在哪一面 当拔出时电源模块的管理电路发出一触发信号使电源快速关断 输出端才拔开 插入时相反 台达电源用此方式 常用热插拔时需要实现同步 一个模块插拔时 另一个模块不能宕机或停一下再起来 电源技术 热插拔冗余电源特性 TP001 SBK 冗余特性 1 1 此时每个模块承担50 的输出功率 当一个模块拔出时 另一个模块承担100 输出功率 2 1 有三个模块 每个模块承担输出功率的1 3 当拔出一个模块 其余两个模块各承担50 的输出功率 注1 均流特性 实际电流不是均衡的 1 1时 可能一个40 或30 的电流 另一个60 或70 甚至更大 加入均流电路是必要的 特别是对于2 1电源来说尤为重要 注2 1 1冗余电源 总输出功率为单个电源模块的功率 2 1冗余电源 总输出功率小于两个模块总输出功率之和 原因为电流均衡误差问题 注3 电源技术 热插拔冗余电源特性 续 TP001 SBK 主要内容 TP001 SBK 处理器技术主板技术内存技术I O技术电源技术机箱外形技术热插拔技术OS技术服务器性能参数 机架式 Rack 外观尺寸及装配尺寸符合标准尺寸 可以放在标准高度的机架中 如 我们通常所说的1U 2U机箱 U 是个通用工业机架高度标准 1U 1 75英寸 44 45mm优点 占用空间小 能在有限的空间中添加更多的设备 有利于管理缺点 扩展性低 散热有时会成为问题 1U机箱 2U机箱 机箱外形技术 机架式机箱 TP001 SBK 塔式 Tower 立式放置的服务器机型 Tower机型在外观尺寸上要求没有Rack严格 可以根据外观需求来适度调整 而Tower机型中 U 的尺寸指的是机箱的宽度尺寸 Tower机型通常独立使用 为了保证数据安全常在机箱面板上装锁 优点 占用空间大 散热性好成本比机架式机箱低扩展性好 易于移动缺点 无法统一摆放 不适用于大规模集中计算环境不适用于对空间要求严格的用户 机箱外形技术 塔式机箱 TP001 SBK 刀片式 Blade 更加紧密堆叠的服务器组 每一个刀片实际上就是一台完整服务器 可以根据应用的增长添加新的刀片来提升性能 适合进一步对空间要求严格的用户 如电信机房 数据中心 ISP接入中心 高性能计算等用户 优点 占用空间更少 比同等服务器数量的机架式机箱 密度高 成本低 灵活度高布线集成在机箱背板上 没有杂乱的线缆缺点各个厂商有不同的标准 产品间缺乏兼容性单个刀片的性能低于普通服务器 机箱外形技术 刀片式机箱 TP001 SBK 主要内容 TP001 SBK 处理器技术主板技术内存技术I O技术电源技术机箱外形技术热插拔技术OS技术服务器性能参数 热插拔风扇 热插拔电源 热插拔PCI 热插拔硬盘 热插拔技术 热插拔部件 TP001 SBK ACPIBIOS AttentionIndicator busandpowerswitches API Management Agent OSVendor PlatformVendor AdapterVendor 热插拔技术 PCI热插拔架构 TP001 SBK PCI热插过程 假设PCI槽已经断电 用户在Slot槽中插入PCI卡 用户启动相应Slot槽的电源 热插拔控制器重置 Reset PCI总线 ACPI驱动通知OS的PCI驱动遍历PCI总线 OS的PCI驱动确认PCI设备后加载相应的设备驱动 设备驱动加载所有的功能 加载完毕后用户就可以使用插入的PCI设备了 热插拔技术 PCI热插过程 TP001 SBK 主要内容 TP001 SBK 处理器技术主板技术内存技术I O技术电源技术机箱外形技术热插拔技术OS技术服务器性能参数 MicrosoftWindows系列服务器操作系统SCOOpenServer5 0 5 6SCOUnixWare7 1 1 2 3RedHat6 X 7 X 8 X 9 XTurboLinuxServer6 1 7 0SUNSolaris8 X 9 X OS技术 常见操作系统 TP001 SBK OS技术 Windows2000Server TP001 SBK Windows2000Server系列操作系统 在WindowsNTServer4 0的良好基础上 设置了操作系统与Web 应用程序 网络通讯和基础设施服务之间良好集成的新标准 Windows2000服务器操作系统版本 Windows2000Server支持4CPU 4G内存Windows2000AdvancedServer支持8CPU 8G内存 2节点MSCS集群Windows2000DatacenterServer支持32CPU 64G内存 4节点MSCS集群 WindowsServer2003是微软迄今最快 最可靠和最安全的服务器操作系统 WindowsServer2003主要优点可靠性 8节点MSCS群集支持 NLB网络负载均衡 CLR软件引擎 高效性 活动目录 管理服务 SUS 组策略等 存储管理 终端服务 连接性 XMLWeb服务 企业UDDI服务 流媒体服务 网络和通信 经济性 产品和服务架构降低企业TCO 总体拥有成本 WindowsServer2003版本标准版 4CPU 4G IA32 企业版 8CPU 32G IA32 8CPU 64G IA64 数据中心版 32CPU 64G IA32 64CPU 512G IA64 Web版 作为Web服务器使用 支持2CPU 2G OS技术 WindowsServer2003 TP001 SBK 用于中小型企业的Linux系统 采用最稳定的Linux操作系统技术 根据用途不同分为Work