Day 3 计算机基础

机械计算时期（17世纪 - 19世纪）
- 17世纪: 布莱兹·帕斯卡（Blaise Pascal）和戈特弗里德·莱布尼茨（Gottfried Leibniz）分别设计了早期的机械计算器（如Pascaline和莱布尼茨轮），用于执行简单的加减乘除运算。
- 19世纪: 查尔斯·巴贝奇（Charles Babbage）设计了“差分机”和“分析机”，这是最早的自动机械计算机概念，尽管由于技术限制，分析机从未完全建成。艾达·洛芙莱斯（Ada Lovelace）为巴贝奇的分析机编写了第一个算法，成为历史上第一位程序员。
电子计算机的萌芽（1930年代 - 1940年代）
- 1930年代: 艾伦·图灵（Alan Turing）提出了图灵机的理论模型，为计算理论奠定了基础。约翰·阿塔纳索夫（John Atanasoff）和克利福德·贝里（Clifford Berry）开发了阿塔纳索夫-贝瑞计算机（ABC），这是第一台电子数字计算机的原型。
- 1940年代: 世界上第一台通用电子数字计算机 ENIAC （Electronic Numerical Integrator and Computer）于 1946 年在美国建成。ENIAC 使用电子管，能够执行多种计算任务，但其体积庞大，耗电巨大。
第一代计算机（1940年代末 - 1950年代中期）
- 这一代计算机使用电子管作为基本逻辑元件，体积大、功耗高且不可靠。代表性计算机有UNIVAC I（1951年），这是第一台商用计算机。
- 编程使用机器语言或汇编语言，存储设备主要是磁鼓和打孔卡片。
第二代计算机（1950 年代中期 - 1960 年代中期）
- 第二代计算机采用晶体管代替电子管，体积缩小，能耗降低，速度提升，可靠性增强。
- 使用高级编程语言（如Fortran和COBOL）编写程序，磁芯存储器和磁带开始作为主要的存储介质。
- IBM 7090 和 UNIVAC 1108 是这一代计算机的代表。
第三代计算机（1960 年代中期 - 1970 年代初）
- 使用集成电路（IC）取代晶体管，使计算机进一步小型化和高效化。
- 操作系统开始普及，多道程序设计（multiprogramming）使得计算机可以同时处理多个任务。
- IBM System/360 系列计算机是这一代的代表，它广泛应用于商业、科研和政府机构。
第四代计算机（1970年代初 - 现在）
- 采用大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI），计算机性能和存储容量进一步提升。
- 微处理器的发明（如 Intel 4004 和 8080）推动了个人计算机（PC）的发展，催生了计算机的普及化。
- 操作系统和图形用户界面（GUI）逐渐成为标准，个人电脑（如Apple II、IBM PC）迅速普及。
现代计算机与未来计算（21世纪）
- 并行计算和云计算：分布式计算和云技术使得计算能力大幅度提升，允许大规模数据处理和人工智能的快速发展。
- 移动和嵌入式计算：智能手机、平板电脑、物联网设备等成为主流计算设备，嵌入式计算技术不断发展。
- 量子计算：量子计算机处于实验和早期应用阶段，有望解决传统计算机无法高效处理的复杂问题（如大规模因子分解和量子化学模拟）。
- 人工智能与机器学习：现代计算机借助于强大的计算能力和大数据，推动了人工智能、深度学习和神经网络的发展。

冯·诺依曼架构
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1945 年冯·诺依曼提出了冯·诺依曼架构，这是现代计算机的基础，包括了存储程序概念。

早期的计算机是由各种门电路组成的，这些门电路通过组装出一个固定的电路板，来执行一个特定的程序，一旦需要修改程序功能，就要重新组装电路板，所以早期的计算机程序是硬件化的！

然而，祖师爷的出现将最初的硬件化程序变为可编程、可存储编码， 放在存储器中 ，随意使用

冯·诺依曼架构理论要点
- 数据都是二进制，bit（0/1）、byte，1 byte = 8 bit
- 计算机按照程序顺序执行
- 计算机由五大部分组成
进制转换
- 二进制
- 十进制
五大部件：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备
- 运算器处理算数运算和逻辑运算、控制器指挥整个计算机（告诉运算器该处理什么数据），二者共同组成了中央处理器。
- 存储器分为外部和内部，外部用来存储数据（硬盘）、内部直接和 CPU 交互（内存）

计算机的分类
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微型
大型
超大型

现代服务器常见硬件
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现代服务器的硬件通常具有高性能、稳定性和可扩展性，旨在处理大量数据和提供可靠的计算能力。以下是现代服务器常见的硬件组件：

中央处理器（CPU）
服务器通常配备多个高性能多核处理器，如Intel Xeon系列或AMD EPYC系列，以提高并行处理能力。
服务器CPU通常支持高级虚拟化和安全功能，提供更高的计算密度和能效。
内存（RAM）
服务器通常配备大量的内存，以支持大规模数据处理和多任务操作。常见的内存类型为DDR4或DDR5 ECC（错误纠正码）内存，以提高数据完整性和系统稳定性。
内存容量通常在64GB到数TB不等，取决于应用需求和服务器的配置。
存储设备
固态硬盘（SSD）: 现代服务器越来越多地采用SSD（SATA、NVMe）作为存储介质，以获得更快的读写速度和更低的延迟。
硬盘驱动器（HDD）: 尽管SSD流行，但HDD仍用于大容量存储解决方案，特别是在成本敏感的应用场景下。
RAID控制器: 用于实现冗余和数据保护，支持各种RAID级别（如RAID 0, 1, 5, 6, 10）。
主板
服务器主板设计用于支持多CPU插槽、大量内存插槽、高速I/O扩展，以及各种管理和监控功能（如IPMI，Intelligent Platform Management Interface）。
主板通常包括多个PCIe插槽用于扩展，例如增加GPU、存储控制器、网络适配器等。
电源供应（PSU）
服务器电源通常为冗余设计（如双电源），以保证系统的可靠性和持续运行能力。
现代服务器电源通常为高效（80 PLUS金牌或铂金认证），以减少能源消耗和散热需求。
网络接口卡（NIC）
大多数服务器内置多个千兆以太网接口，有些高性能服务器支持10GbE、25GbE、40GbE，甚至100GbE接口，用于高速网络连接和数据传输。
可以通过PCIe插槽扩展网络接口，增加带宽或支持不同的网络协议（如光纤通道，InfiniBand）。
图形处理单元（GPU）
专业的服务器通常配备高性能GPU卡（如NVIDIA Tesla、A100系列或AMD Radeon Instinct），用于加速AI/ML计算、数据分析、图形渲染和科学计算等任务。
GPU服务器被广泛用于机器学习、深度学习、金融建模和科学模拟等高性能计算领域。
机箱和冷却系统
服务器机箱通常为标准化的机架式（如1U, 2U, 4U等）或刀片式设计，以便于数据中心内的安装和维护。
配备强大的风冷系统或液冷系统，以确保在高负载下的散热性能。
远程管理模块
服务器通常配备基于BMC（Baseboard Management Controller）的远程管理模块，如IPMI、iDRAC（Dell）、iLO（HPE），用于监控和管理服务器的硬件状态、故障处理和固件升级。
存储控制器
用于管理磁盘阵列、缓存数据加速、优化读写性能，并支持不同的存储接口（如SATA、SAS、NVMe）。
服务器中常见的存储控制器品牌有Broadcom、Intel、Microsemi等。
固态硬盘缓存和加速卡
专用的缓存和加速卡（如NVDIMM、Optane Memory）可以进一步加速存储性能和数据吞吐量，适用于需要高IOPS的应用场景。
电池备份单元（BBU）
用于在断电时保护缓存数据，通常与RAID控制器搭配使用，防止数据丢失。
这些硬件组件结合在一起，为现代服务器提供了强大的计算、存储、网络和管理能力，能够支持各种企业级应用、云计算、虚拟化、大数据和AI/ML工作负载。