网络工程师-计算机硬件基础

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来源

数据的表示

1. 2进制、8进制、16进制
2. 原码、反码、补码
3. 逻辑运算(或, 与, 非, 异或)

计算机的组成与系统结构

计算机结构

1. 冯·诺依曼结构
   1. 运算器
      1. 算数计算单元ALU
      2. 累加寄存器AC (暂存中间结果)
      3. 数据缓冲寄存器
      4. 状态条件寄存器
   2. 控制器
      1. 程序计数器PC (保存指令地址)
      2. 指令寄存器IR
      3. 指令译码器
      4. 时序部件
   3. 存储器
   4. 输入
   5. 输出
2. 总线
   1. 数据总线
   2. 地址总线
   3. 控制总线

寻址方式

1. 指令
   1. 操作码
   2. 地址码 (操作数的地址)
2. 立即寻址
3. 内存寻址
   1. 直接寻址
   2. 间接寻址
   3. 变址寻址
4. 寄存器寻址
   1. 寄存器寻址
   2. 寄存器间接寻址

指令集

1. CISC(复杂指令集)
   1. 指令数量多,使用频率差别大
   2. 偏向用户编程灵活性
2. RISC(精简指令集)
   1. 指令数量少,使用频率接近
   2. 偏向机器高效性

流水线

1. 指令执行流程: 取值 -> 分析 -> 执行
2. 多条指令执行方式
   1. 顺序方式
   2. 流水线方式
3. 性能参数
   1. 流水线执行时间
      1. 取值耗时
      2. 分析耗时
      3. 执行耗时
   2. 吞吐率
      1. 指令条数
      2. 流水线时间
   3. 加速比
      1. 顺序时间
      2. 流水线时间

存储系统

存储系统架构

1. CPU - 寄存器
2. 缓存Cache
3. 主存 - 内存
   1. RAM 掉电丢失
   2. ROM 掉电不丢失
4. 辅存 - 硬盘…

存储器的存取方式

1. 顺序存取 - 磁带
2. 直接存取 - 硬盘
3. 随机存取 - 内存
4. 相联存取 - cache(内容,不是地址)

主存储器基础 - 组成

一片或多片存储芯片配以存储芯片组成

cache

1. 作用: 弥补寄存器与内存的速度差
2. 平均访问周期
   1. cache命中率
   2. cache访问周期
   3. 内存访问周期
3. 淘汰算法
   1. 先进先出
   2. 最近最少使用
   3. 随机算法

硬盘

1. IDE (PATA) 数据线、控制线复用
2. SATA 串行ATA
3. SCSI 占用CPU较低,小型服务器使用
4. NLSAS 介于SATA与SAS之间
5. SAS 串行SCSI,兼容SATA,中高端用户
6. FC 光纤通道 高端用户,数据中心

RAID 独立磁盘冗余

1. RAID技术
   1. 条带化、检验、镜像
   2. 条带宽度 * 条带大小 = 条带深度
      1. 条带宽度 多少个物理磁盘
      2. 条带大小 单块物理磁盘中的分区大小
2. 基本RAID
   1. RAID0
      1. 条带化、数据分段
      2. 利用率100%
      3. 可靠性最差
      4. 硬盘最少2个
   2. RAID1
      1. 磁盘镜像
      2. 利用率50%
      3. 可靠性好
      4. 硬盘数量2N个,最少2个
   3. RAID3
      1. 奇偶校验+条带化
      2. 利用率
      3. 可靠性较好
      4. 有奇偶I/O瓶颈
      5. 硬盘数量最少3个
   4. RAID5
      1. 奇偶校验+条带化
      2. 利用率
      3. 可靠性较好
      4. RAID3基础上,校验条带分布在不同的物理磁盘上
      5. 硬盘数量最少3个
   5. RAID6
      1. 有2个奇偶校验位
      2. 利用率
      3. 允许同时挂2块硬盘
3. 组合RAID
   1. RAID10
      1. 先RAID1镜像,后RAID0条带化
      2. 利用率50%
      3. 硬盘数量2N个,最少4个
4. RAID数据保护
   1. 热备盘
   2. 预拷贝
   3. 失效重构
   4. RAID状态
5. 发展
   1. 传统RAID
   2. LUN虚拟化
   3. 块虚拟化(RAID2.0)
      1. 快速重构
      2. 自动负载均衡
      3. 系统性能提升
      4. 自愈合

可靠性