概述

服务器是一种高性能计算机，通过网络对外提供服务。服务器作为网络的节点，存储和
处理网络上约80%的数据和信息，被称为网络的核心。
服务器的特点可以用RASUM概括：

• R：Reliability，可靠性
  服务器能不间断工作，稳定性高。
• A：Availability，可用性
  服务器运算处理能力强，数据处理效率高。
• S：Scalability，可扩展性
  服务器硬件可根据需要进行增加。
• U：Usability，易用性
  服务器易于操作，用户导航完善。
• M：Manageability，可管理性
  服务器能自动监控和预报警，并提供系统管理软件。

分类

按服务器应用分类

按服务器在网络中应用的层次划分，服务器可分为四类

按服务器结构分类

塔式服务器

塔式服务器又称台式服务器，是独立放置于桌面或地面的服务器。塔式服务器的外形及
结构与平时使用的立式PC类似，但塔式服务器机箱比立式PC大，以便预留足够的内部
空间进行硬盘和电源的冗余扩展。

机架式服务器

机架式服务器是指安装在标准的19英寸机柜里的服务器。机架式服务器高度以U为单位
（1U=44.45毫米=1.75英寸），通常有1U、2U、4U、6U和8U几种规格。机架式服务器是
工业标准化下的产品，其外观按照统一标准设计，配合机柜使用。

机架式服务器具有以下特点：

• 可密集部署
  机架式服务器按照统一标准设计，配合机柜使用，满足企业的服务器密集部署需
  求。
• 节省空间
  机架式服务器占用空间小，能够多台服务器装到一个机柜上。
• 方便管理
  机架式服务器安装在机柜中，易于与其他网络设备连接，也便于管理。

刀片式服务器

刀片式服务器是指在标准高度的机架式机箱内可插装多个刀片的服务器，是一种高可用
高密度的服务器。

刀片式服务器的主要部件

刀片式服务器具有以下特点：

• 高密度
  刀片式服务器支持插入多个刀片，每个刀片又集成多个CPU、内存。这样的设计提
  高了服务器计算密度，从而提升计算处理能力。
• 高可靠
  – 刀片式服务器采用冗余、负载均衡等技术，提高服务器稳定性和网络性能。
  – 刀片式服务器线缆连接少，可降低线缆连接故障带来的隐患，提高系统可靠性。
• 易扩展
  刀片式服务器可以通过插入新的刀片进行扩展。
• 易维护
  刀片及部件支持热插拔，刀片式服务器的线缆连接少，替换方便。
• 低能耗
  刀片耗电少，散热低，节省能源。

机架式服务器与刀片式服务器的对比

目前，云计算主要使用机架式服务器与刀片式服务器。机架式服务器和刀片式服务器都
是专门为某一种或某几种功能而设计的服务器，属于功能型服务器。刀片式服务器的集
成度过高，加上标准、机箱内散热方面还没得到彻底解决，并且刀片式服务器适合大量
机器在一起组成集群供用户使用。因此，刀片式服务器与机架式服务器相比还没占到绝
对的优势。

按处理器个数分类

按服务器的CPU个数划分，服务器可分为三类

按处理器架构分类

按服务器的处理器架构（即CPU所采用的指令集）划分，服务器分为三类

主板

概述

主板是服务器的硬件平台，是服务器的核心部件。板、卡和部件都需要安装在主板上才
能使用，而且服务器的很多特性都是通过主板体现，如可扩展性方面，冗余性能方面，
热插拔方面都必须有主板的支持。

工作原理

在电路板下面，是错落有致的电路布线。在上面，则为插槽、芯片、电阻、电容等部
件。当服务器上电时，电流会在瞬间通过CPU、芯片、内存插槽、扩展槽，以及主板边
缘的串口、并口等接口。随后，主板根据基本输入输出系统BIOS来识别硬件，并进入操
作系统，发挥支撑系统平台工作的功能。

物理结构

主板采用开放式结构，集成各种芯片、控制器，还有CPU插槽、内存插槽、I/O接口等

主板各部件介绍如下：

• 内存插槽
  内存插槽用于安装内存条。
• CPU插槽
  CPU插槽用于安装CPU。不同插槽支持不同系列的CPU。服务器能支持的CPU个数
  由主板决定。
• 芯片组
  芯片组由一组或多组芯片组成，它的主要作用是在CPU、内存及I/O设备间提供接
  口。其中，两块主要的芯片是北桥芯片和南桥芯片。北桥芯片主要负责CPU和内存
  之间的数据交换和传送，决定主板可以支持的CPU类型、内存种类和容量等特性。
  它通过桥接芯片与CPU、内存、PCI-X总线、FC通道等高速设备相连。南桥芯片用
  于连接PCI总线、键盘鼠标、串口等低速设备。南桥芯片和北桥芯片通过高速总线
  （如PCI-E）连接在一起，进行数据交换。
• 扩展槽
  扩展槽用于连接显卡、声卡、网卡、硬盘控制器等高速的外围设备。扩展槽主要分
  为PCI、PCI-X、PCI-E三类：
  

– PCI采用并行传输方式，数据传送宽度为32位，频率为33MHz，带宽为133MB/s。
– PCI-X是新一代的PCI，仍采用并行传输方式，数据传送宽度为64位，分为
66MHz、100MHz和133MHz三个版本，带宽可达到533MB/s、800MB/s和
1066MB/s。
– PCI-E采用串行传输方式，以2.0版本为例，频率为2.5GHz，提供500MB/s以上带
宽，最高带宽达8GB/s。

目前，PCI-E逐渐成为主流。PCI-E插槽分为x1、x4、x8以及x16四种规格

各种规格的差异如下：

短的PCI-E卡可以插入长的PCI-E插槽中使用，如PCI-E x1卡可以插入PCI-E x16插槽中使用。

服务器中，当需要使用多块PCI-E卡时，可通过专用集线板集中安装这些板卡设备

技术参数

主板主要技术参数如下表所示

CPU

概述

中央处理器CPU（Central Processing Unit）是服务器的运算核心和控制核心，主要用于
解释指令和处理数据。

工作原理

CPU的工作原理分为如下四个阶段。

1. 提取：CPU从存储器或高速缓存中取出指令，放入指令寄存器。
2. 解码：CPU对指令进行解码。
3. 执行：CPU执行指令。
4. 写回：CPU把执行结果写进高速缓存，供随后指令快速访问。

CPU访问数据的顺序是：缓存、内存、硬盘。CPU会先从缓存中寻找所需的数据，如果
找到就返回值；否则，依次到内存、硬盘中寻找数据。

指令集

CPU指令集主要有三类：

• 复杂指令集CISC（Complex Instruction Set Computing）
  采用CISC的CPU按顺序串行执行程序的各条指令及指令中的各个操作。此类CPU一
  般是32位结构，所以也叫IA-32，IA表示Intel架构（Intel Architecture）。CISC按顺
  序串行执行指令，控制简单，但总体执行速度慢。
• 精简指令集RISC（Reduced Instruction Set Computer）
  采用RISC的CPU只执行有限且最常用的指令，复杂操作通过编译技术由简单指令合
  成。RISC指令简单，采用硬布线控制逻辑，处理能力强，速度快。
• 超长指令集VLIW（Very Long Instruction Word）
  VLIW采用清晰并行指令EPIC（Explicitly Parallel Instruction Computing）设计。采
  用VLIW的CPU并行执行指令，执行速度快。VLIW同一时钟周期内执行速度是CISC
  的6～7倍，是RISC的4～5倍。

相关技术

CPU主要相关技术包括：

• SMP
  对称多处理结构SMP（Symmetric Multi-Processing），是指在一个服务器上汇集了
  多个CPU，各CPU之间共享内存及总线结构。系统将处理任务队列对称地分布于多
  个CPU上，从而提高系统数据处理能力。SMP的对称性决定了CPU的个数为偶数。
• 多核心
  多核心也指单芯片多处理器CMP（Chip Multiprocessors）。CMP把多个CPU内核集
  成至同一芯片内，各CPU内核并行执行不同的进程。
• 超流水线
  流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由5～6个不同功能的电
  路单元组成一条指令处理流水线。CPU将一条指令分成5～6步后由这些电路单元分
  别执行，实现一个CPU时钟周期完成一条指令，提高CPU的运算速度。
  超流水线是通过细化流水，提高主频，使在一个机器周期内完成一个甚至多个操
  作。
• 超标量
  超标量是通过内置多条流水线来同时执行多个处理器。

技术参数

CPU主要技术参数如下：

主流产品

• 英特尔生产的服务器 CPU
  英特尔CPU的主要技术：

  • 英特尔®超线程（HT）技术：让每个内核发挥两枚逻辑处理器的作用，为线程应用
    提供更多扩展空间和吞吐能力，提高处理器利用率和系统响应能力。
  • 英特尔®虚拟化（VT）技术：硬件辅助虚拟化，支持虚拟化的处理器增强特性，可
    将更多应用整合到虚拟环境中，有助于提高虚拟化效率和拓宽操作系统的兼容性。
  • 英特尔®高速缓存安全技术：在高速缓存发生错误时，可自动断开其线路，以支持
    处理器和服务器持续正常运行。
  • 英特尔®64位内存扩展（EM64T）技术：为服务器应用带来扩展的内存寻址能力，
    可运行32位和64位应用。

• AMD 生产的服务器 CPU
  

内存

概述

内存是CPU能直接寻址的存储空间，用于暂时存储程序及数据。

类型

内存按接口类型，可分为如下几类：

• EDO DRAM
  外扩充数据模式存储器EDO DRAM（Extended Date Out RAM），取消了扩展数据
  输出内存与传输内存两个存储周期之间的时间间隔，在把数据发送给CPU的同时去
  访问下一个页面，速度比普通动态随机存储器DRAM（Dynamic Random Access
  Memory）快15%～30%。
  EDO DRAM主要应用在486及早期的Pentium电脑上。
• SDRAM
  同步动态随机存取存储SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory），
  它的输入输出信号保持与系统外频同步，速度明显超越EDO DRAM。
• RDRAM
  RDRAM（RAMBUS DRAM）是RAMBUS开发的一种高性能、芯片对芯片接口技
  术的存储产品。它基于一种类RISC理论，可以减少数据的复杂性，提高整个系统性
  能。
• DDR
  DDR全称为DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM），表示双倍速率SDRAM。
  DDR在时钟信号上升沿与下降沿各传输一次数据，比SDRAM多采用了下降沿信
  号，所以DDR的数据传输速度是SDRAM的两倍。
• DDR2
  DDR2在时钟信号的上升沿与下降沿进行数据传输。DDR2的预读取能力是4bit，是
  DDR的两倍。
• DDR3
  DDR3比DDR2有更低的工作电压，从DDR2的1.8V降到1.5V，性能更好更省电。而
  且，DDR3的预读取能力是8bit，是DDR2的两倍。
• FBD
  全缓冲内存模组FBD（Fully Buffered DIMM），是Intel开发的一种新型内存模组与
  互联架构。目前，FBD成为Intel平台主流。FBD借助高级内存缓冲芯片AMB
  （Advanced Memory Buffer）将并行数据转换为串行数据流，经由类似PCI Express的
  点对点高速串行总线将数据传输给CPU。每个双列直插内存模块DIMM（Dual-Inline
  Memory Module）上的缓冲区互相串联，之间是点对点连接，数据在经过第一个缓
  冲区后传向下一个缓冲区。这样，每一个缓冲区与内存控制器之间的连接阻抗保持
  稳定，有助于提升容量与频率。
  FBD 工作原理：
  
  FBD采用串行传输技术，引入多通道设计，提升了内存容量和传输带宽。FBD支持
  高达192GB的容量，与DDR2相比提供高出3倍以上的内存吞吐率。同时，FBD提高
  了可靠性，它为命令和地址提供循环冗余校验保护，支持内存热备和镜像。

相关技术

内存主要相关技术包括：

• 奇偶校验技术
  奇偶校验技术（Parity）是在每一字节（8位）外增加1位校验位进行错误检测。奇
  偶校验技术会把一个字节的每一位相加，结果为奇数校验位为1，结果为偶数校验
  位为0。当CPU返回读取的存储数据时，内存会再次相加前8位中存储的数据，检测
  计算结果是否与校验位一致。当发现两者不同时，内存会试图纠正错误。
  奇偶校验技术有一个缺点，当内存查到某个字节有错误时，不一定能确定错误出在
  哪一位，不一定能修正错误。所以，奇偶校验技术主要功能是发现错误，并纠正部
  分简单的错误。
• ECC技术
  错误检查和纠正ECC（Error Checking and Correcting）技术，也需要额外空间存储
  校正码。ECC技术以8位数据、5位ECC码为基准，数据位每增加一倍，ECC码增加
  1位。例如，一个8位数据需要5位ECC码，一个16位数据需要6位ECC码，一个32位
  数据需要7位ECC码，依次类推。
  每当数据写入内存时，ECC技术使用一种特殊的算法对数据进行计算，其结果称为
  校验位。将所有校验位加在一起的和是校验和，校验和与数据一起存放。当这些数
  据从内存中读出时，采用同一算法再次计算校验和，并和前面的计算结果相比较。
  如果结果相同，说明数据正确，反之说明有错误。
  ECC技术可以同时检测和纠正单一比特错误。它还可以检测发现2～4比特错误，但
  不能纠正。
• Chipkill技术
  Chipkill技术是IBM公司开发的一种新的ECC内存保护标准。每当数据写入内存时，
  Chipkill技术把数据写到多个DIMM上。当其中任何一个DIMM失效，只影响到一个
  数据字节的某一比特，可以通过ECC逻辑修复。
  Chipkill技术可以同时检测和纠正4比特错误。
• 内存镜像技术
  内存镜像技术把内存划分为工作内存与镜像内存。每当数据写入内存时，同时写入
  两个内存区域，避免内存故障导致数据丢失。而且，工作内存与镜像内存不处于同
  一通道，避免内存通道错误而引起数据丢失。平时的内存数据读取只在工作内存中
  进行。当工作内存发生故障，则服务器自动切换到镜像内存读取数据。
  由于镜像内存的存在，服务器只有整个内存的一半容量可用。
• 内存热备技术
  每个内存通道中有一个DIMM不使用，预留为热备内存。热备内存在正常情况下不
  使用。当工作内存的故障次数达到预设的容错阈值，系统自动将故障内存中的数据
  传输到热备内存，热备内存代替故障内存工作。
• Register
  Register即寄存器或目录寄存器，在内存上的作用相当于书的目录。内存接到读写
  指令时，先检索此目录，再进行读写操作。若所须数据在目录中，内存直接取用不
  再进行读写操作，提高工作效率。

技术参数

内存主要技术参数如下：

硬盘

概述

硬盘是服务器的数据仓库，存储所有的软件和用户数据。
机械硬盘结构：

各组件介绍如下：

• 盘片
  盘片是表面附着磁粉的铝合金圆盘片。磁粉被划分成称为磁道的若干个同心圆，在
  每个同心圆的磁道上就好像有无数的任意排列的小磁铁，它们分别代表着0和1的状
  态。当这些小磁铁受到来自磁头的磁力影响时，其排列的方向会随之改变。利用磁
  头的磁力控制指定的一些小磁铁方向，使每个小磁铁都可以用来储存信息。
• 磁头
  磁头是对盘片进行读写工作的工具。磁头是用线圈缠绕在磁芯上制成的。
  硬盘工作时，磁头通过感应旋转的盘片上磁场的变化来读取数据；通过改变盘片上
  的磁场来写入数据。为避免磁头和盘片磨损，工作状态时，磁头悬浮在高速转动的
  盘片上方，不与盘片直接接触。电源关闭后，磁头自动回到盘片上的起始位置，即
  着陆区，此处盘片不存储数据。
  每个盘面都有自己的磁头，所以盘面数等于总的磁头数。
• 磁道
  当磁盘旋转时，磁头保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形
  轨迹，这些圆形轨迹就是磁道。磁道是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁
  盘上的信息沿着磁道存放。
  相邻磁道之间并不是紧挨着的，因为磁化单元相隔太近，磁性会相互影响，也会给
  磁头的读写带来困难。
• 扇区
  磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段是磁盘的扇区。每个扇区可以存
  放512个字节的信息，磁盘驱动器在向磁盘读写数据时，以扇区为单位。
• 柱面
  硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘
  的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。
  磁盘的柱面数等于一个盘单面上的磁道数。

特点

硬盘具有以下特点：

• 磁头，盘片及运动机构密封。
• 固定并高速旋转的镀磁盘片表面平整光滑。
• 磁头沿盘片径向移动。
• 磁头对盘片接触式启停，但工作时呈飞行状态，不与盘片直接接触。

类型

按照不同标准，硬盘分为不同种类。
l 按盘片大小划分，主要分为2.5英寸硬盘和3.5英寸硬盘。
2.5英寸硬盘比3.5英寸硬盘体积缩小70%，重量减轻500克左右。2.5英寸硬盘轻便、
省电、体积小，符合机架式服务器、刀片式服务器在存储性能及占用空间方面的要
求，成为目前服务器硬盘的主流产品。

• 按接口类型划分，主要分为四类。
  – SATA硬盘
  采用SATA接口的硬盘。SATA硬盘的电源接口是15针，数据接口是7针。
  
  – SCSI硬盘
  采用SCSI接口的硬盘。目前，常用的SCSI接口是80针。
  
  – SAS硬盘
  采用SAS接口的硬盘。SATA的硬盘可接在SAS的控制器使用，但SAS硬盘并不
  能接在SATA的控制器使用。
  
  – FC硬盘
  采用FC接口的硬盘。FC硬盘提高了多硬盘系统的通信速度。
  

四种硬盘的比较如

技术参数

硬盘主要技术参数如下表所示：