服务器结构及工作原理.ppt

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1、服务器维修之服务器结构及工作原理,同方工业 讲师：梁全林,教学重点：服务器产品的工作原理，主要部件的专有技术,教学难点：服务器产品的工作原理,教学目标：系统、全面掌握服务器产品的类型、特点、工作原理；掌握服务器各主要部件的专有技术；,服务器定义,为客户站点提供各种服务的计算机,网络环境网络操作系统,共享资源提供服务,高性能高可靠可用性,服务器分类,CISC服务器(复杂指令系统计算机)RISC服务器(精简指令系统计算机),入门级工作组级部门级企业级,文件服务器、打印服务器通讯服务器、应用服务器,塔式机架式刀片式,CPU类型,应用规模,功能,外形结构,IA（Intel Architecture）架

2、构服务器,基于INTEL硬件架构的CISC服务器，使用INTEL或与其兼容的处理器芯片的服务器，又称为PC服务器,IA服务器与PC机的区别,CPU处理能力,I/O性能,可靠性/可用性,可扩展性,可管理性,英特尔CPU发展历程,NoconaDempsyWoodcrest,ItaniumItanium 2,8位,16位,32位,32位,32/64位,64位,80088080,808680888018680286,8038680486,PentiumPentium ProPentium CeleronPentium Pentium 4,CPU介绍XEON,0.18微米256KB L2400MHz F

3、SB,0.13微米512KB L2400MHz FSB533MHz FSB支持HT技术,90nm1/2MB L2800MHz FSBEM64T支持HT技术,双核65nm22MB4MB共享667MHz FSB1066MHz FSBEM64TDem：支持HT,CPU介绍FSB,100MHz64bit8bit/Byte=800MB/s,前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。有一条公式可以计算，即数据带宽(总线频率数据位宽)/8，数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率。如100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是:,CPU介绍HT

4、技术,在得到操作系统和应用软件的支持之下，使用超线程技术的处理器比起普通处理器有30%的额外性能提升.,支持HT技术的IA-32处理器由两个逻辑处理器构成，并且每一个逻辑处理器都有各自的架构描述。两个逻辑处理器共享处理器的核心，包括执行引擎，缓存，系统总线界面和固件等.,SMP技术,SMP的全称是对称多处理(Symmetrical Multi-Processing)技术，是指在一个计算机上汇集了一组处理器(多CPU),各CPU之间共享内存子系统以及总线结构。它是相对非对称多处理技术而言的、应用十分广泛的并行技术,SMP系统中最关键的技术问题是如何更好地解决多处理器间的协调和通信,实现负载均衡,

5、SMP技术可以通过多线程并行来提高性能,采用了SMP技术，另一块空闲的CPU就会处理多余的事务，从而实现了系统的负载均衡,处理器容错的需要,在其中一颗CPU出错的情况下，另外的CPU可以接替它的工作，使得服务器能够继续运行，当然此时系统的性能会有所下降,提升服务器的性能,采用2.5v工作电压，184线接口 DDR内存,DDR(Double Data Rage双数据率)是SDRAM（168线，工作电压3.3v）的更新换代产品，它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据，这样不需要提高时钟的频率就能加倍提高SDRAM的速度，并具有比SDRAM多一倍的传输速率和内存带宽，采用2.5v工作电压，184线

6、接口，价格也便宜非常多。,内存技术介绍,DDR 内存,内存技术介绍,Double Data Rate，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。DDR SDRAM 模块部份与SDRAM 模块相比，改为采用184pin，工作电压仅为2.5V。在其它组件或封装上则与SDRAM 模块相同。ECC Unbuffer/register DDR DIMM,DDR与SDRAM内存条不同点,内存技术介绍,DDR成为服务器内存主流,内存技术介绍,服务器目前不会采用RDRAM,因为即使双通道也只能支持2GB的内存，满

7、足不了服务器对大容量内存的需求；采用DDR则可以支持到16GB甚至更高的内存容量；RDRAM功耗相对较高，发热量大，会影响服务器系统的稳定性；服务器可采用双通道DDR内存控制器，对DDR400可提供6.4GB/s的带宽，可以配合目前的 Xeon CPU；主流服务器的芯片组均支持DDR内存。,DDR2内存,240 PINDDR-II内存将是现有DDR-I内存的换代产品，针对PC等市场的DDR-II内存将拥有400、533、667MHz等不同的时钟频率，高端的DDR-II内存将拥有800、1000MHz两种频率,内存技术介绍,Intel在2004年春季IDF论坛上宣布了Memory Impleme

8、nters Forum(MIF)新组织，并公布了由其所倡导的新一代内存规范：“FB-DIMM”内存规范。,FB-DIMM英文全称为“Fully Buffered-DIMM”，又称为全缓冲双列内存模组。FB-DIMM是在普通DDR2内存的基础之上改进而来的，但其与普通DDR内存却有了很大的变化。,FB-DIMM内存,1、以串行的方式进行数据传输,FB-DIMM 内存技术介绍,采用了类似于PCI-Express的串行接口多路并联的设计，以串行的方式进行数据传输，数据会在经过第一个缓冲区后传向下一个缓冲区。,第一个缓冲区与内存控制器之间的连接阻抗就能始终保持稳定，从而有助于容量与频率的提升。,FB-

9、DIMM 内存技术介绍,2、更高的工作频率和带宽,FB-DIMM的总线可以工作在很高的频率之上：以FB-DIMM1.0版标准为例，它可以提供3.2GHz、4GHz 和4.8GHz三种数据传输率，这意味着即使是单通道FB-DIMM系统的也可以提供9.6GB/S、12GB/S和14.4GB/S的惊人带宽。,3、引脚大减，布线更简单,和单通道DDR2内存架构的240个针脚相比，FB-DIMM的69个针脚更利于PCB版图设计和布线,4、可靠性更强,在FB-DIMM中，指令和数据都进行完全的CRC循环冗余校验，远比目前的ECC纠错方法要先进。而且英特尔在FB-DIMM架构引入了的“Bit Lane Fa

10、il Over Correction”功能，利用此功能，当一个位宽的通道出现故障后，它就会被从系统中排除掉，即让出现故障的内存通道停止运行。此时内存控制器然后会调整CRC设置以相应降低所使用的内存带宽，即使一块芯片，一个DIMM插槽甚至是一条内存通道出现故障并不会造成死机，这无疑大大增加了内存子系统的稳定性。,采用2.5v工作电压，184线接口 DDR内存,184线接口，带ECC Reg的DDR内存,电压为1.8V 240-针脚的带ECC Reg的DDR2内存,69个针脚FB-DIMM内存,服务器常见内存,ECC(Error Correction Coding或Error Cheching a

11、nd Correcting)是一种具有自动纠错功能的内存，Intel的82430HX芯片组就支持它，使用该芯片的主板都可以安装使用ECC内存，但由于ECC内存成本比较高，所以主要应用在要求系统运算可靠性比较高的商业计算机中。,内存技术介绍,ECC内存,纠错码(ECC),ECC(Error Correct Code)需要芯片组及内存支持超立方体算法，在芯片组内有专门的硬件电路实现 普通ECC为纠错1位，发现2位错，用于中低端服务器 多位ECC为纠错x位，发现2x位错，用于高端的服务器X=4,俗称x4的ChipkillX=8,俗称x8的Chipkill,即使有一个内存颗粒失效，也能正确恢复数据。,

12、内存技术介绍,内存技术介绍,Registered 内存缓冲技术,Register IC，内存条底部较小的集成电路芯片，使内存条带有缓冲能力，起到提高驱动能力的作用，大大增加了服务器的内存容量。服务器产品需要支持大容量的内存，单靠主板信号线的电流无法驱动如此大容量的内存，而使用带有Register的内存条,通过Register IC提高驱动能力，使服务器可支持高达32GB的内存。,Registered ECC SDRAM,内存技术介绍,内存颗粒,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Register IC 和pll IC(SPD IC两者均有

13、)。性能上来说因为在信号线上加了Register IC，内存的速度略有降低，但是大大增加了服务器内存容量。,内存技术介绍,Registered ECC SDRAM,总线技术介绍,ISA总线（industrial standard architecture 工业标准架构）PCI总线（peripheral component interconnect 互连外围设备）PCI-X总线 AGP总线（Accelerated Graphics Port 图形加速接口）PCI-Express总线,总线是计算机各模块间进行信息传输的一组公共导线通道，它总是由数据总线（Data Bus）、地址总线（Address

14、 Bus）、控制总线（Control Bus）三部分组成,PCI-X是PCI总线的一种扩展架构PCI-X允许目标设备仅于单个PCI-X设备自已进行交换，同时，如果PCI-X设备没有任何数据传送，总线会自动将PCI-X设备移除，以减少PCI设备间的等待周期。所以，在相同的频率下，PCI-X将能提供比PCI高14-35%的性能，PCI-X的频率可随设备的变化而变化PCI-X可以支持66,100,133MHz频率,总线技术介绍PCI/PCI-X,PCI 是一个 32bit、工作于33MHz的总线架构目前标准PCI2.2PCI卡有支持3.3V及5V区别,总线技术介绍PCI-Express,什么是PCI

15、-Express是一种新型的串行技术,是并行PCI（包括PCI和PCI-X）技术的继任技术 PCI-Express 优势点对点串行连接方式传统PCI采用多个设备共享一条总线资源的方式双通道，高带宽，传输速度快以X4为例带宽可达双通道2000MBps 更好的支持设备热插拔,内存插槽,PCI-X插槽,PCI-E x8、x16插槽,南桥芯片,6口SATA接口,CPU插槽,I/0桥芯片,北桥芯片,零通道ZCR插槽,Chipset介绍,南桥芯片提供对 键盘控制器、实时时钟控制器、USB、DMA33EIDE数据传输方式和高级能源管理等的支持,北桥芯片提供对CPU的类型和主频、内存的类型和最大容量、ISA/

16、PCI/AGP插槽、ECC纠错等支持,Chipset介绍,支持先进内存保护技术，包括3种容错内存保护技术：在线备份内存、热插拔镜像内存和热插拔RAID内存支持双通道DDR333 Registered内存，数据传输带宽达到5.4GB/S支持PCI-E技术，数据带宽最大达到2GB/S（8X）支持USB 2.0传输接口，可连接USB外置大容量存储设备支持SATA接口硬盘，数据传输达到1.5Gbps,NOCONA配套芯片组E7320/7520的特点,服务器硬盘,速度快 平均访问时间比较短；外部传输率和内部传输率更高。可靠性高 采用技术(自监测、分析和报告技术)；服务器采用RAID提高磁盘性能和容错能力

17、；带宽大 采用高性能的SCSI、SAS接口可支持热插拔,服务器硬盘的特点：,SATA(Serial Advanced Technology Attachment)是串行ATA的缩写，目前能够见到的有SATA-1和SATA-2两种标准，对应的传输速度分别是150MB/s和300MB/s。SATA主要用于已经取代遇到瓶颈的PATA接口技术。从速度这一点上，SATA在传输方式上SATA也比PATA先进，已经远远把PATA硬盘甩到了后面。其次，从数据传输角度来看，SATA比PATA抗干扰能力更强。,SATA所具备的热插拨功能是PATA所不能比的，利用这一功能可以更加方便的组建磁盘阵列。串口的数据线由于

18、只采用了四针结构，因此相比较起并口安装起来更加便捷，更有利于缩减机箱内的线缆，有利散热。,硬盘技术介绍SATA,六通道SATA背板,7针SATA数据线缆,黑色：15针SATA电源接口白色：4PIN电源接口,SCSI规范发展到今天，已经是第六代技术了，从刚创建时候的SCSI(8bit)、Wide SCSI(8bit)、Ultra Wide SCSI(8bit/16bit)、Ultra Wide SCSI 2(16bit)、Ultra 160 SCSI(16bit)到今天的Ultra 320 SCSI，速度从1.2MB/s到现在的320MB/s有了质的飞跃。目前的主流SCSI硬盘都采用了Ultra

19、 320 SCSI接口，能提供320MB/s的接口传输速度。,SCSI硬盘也有专门支持热拔插技术的SCA2接口(80-pin)，与SCSI背板配合使用，就可以轻松实现硬盘的热拔插。目前在工作组和部门级服务器中，热插拔功能几乎是必备的。,硬盘技术介绍SCSI,SCSI(Small Computer System Interface)是一种专门为小型计算机系统设计的存储单元接口模式，可以对计算机中的多个设备进行动态分工操作，对于系统同时要求的多个任务可以灵活机动的适当分配，动态完成。,硬盘技术介绍SCSI,按数据线宽度来分：Narrow SCSI和Wide SCSINarrow有50根信号线，其中

20、8根为数据线，最多可以接7个外部设备Wide有68根线，其中有16根数据线，最多可以接15个外部设备按电路接口形式来分：Fast、Ultra、Ultra2、Ultra160、Ultra320按收发器类型分：SE(单端)、LVD(低电压差分)、HVD,常用的SCSI系列,并行 SCSI 接口介绍,硬盘技术介绍SCSI,单端SCSI接口(SE)总线最大长度为6m负电平有效逻辑电平在（-0.5V4.1V)范围信号处理电路简单，成本较低抗干扰性差，信号传输的可靠性低,差动SCSI接口(HVD)总线最大长度为25m正负逻辑电平在(-10V,+15V)范围内利用差分放大原理，抗干扰性强SCSI设备功耗加大

21、不能与SE、LVD混合使用,低压差分接口(LVD)总线最大长度为12.5m；逻辑电平在(-0.5V4.1V)范围内利用差分放大原理，抗干扰性强；可以和SE混合使用，向下兼容；电路复杂，成本较高,硬盘技术介绍SCSI,ID号的设置SCSI适配器一般占用ID7，其它设备应使用其它值。在一个SCSI通道上所有设备的ID号都是唯一的，不能有重复。一般SCSI BIOS缺省为设备引导的顺序从ID0开始，所以应将需要优先引导的设备ID号设为最低。有些UNIX操作系统要求引导硬盘的ID为0，SCSI光驱ID号为5，SCSI磁带机ID号为2。热插拔硬盘不需要设置ID号。,硬盘技术介绍SCSI,什么是SCSI设

22、备的ID？,所有的SCSI设备共用一条局部总线，为了区分不同的设备，为每一个设备指定一个各不相同的号码，这个号码就是SCSI设备的ID号。,68针非热插拔SCSI硬盘,80针热插拔SCSI硬盘,硬盘模组,四通道SCSI背板,SCSI背板模组背面,带终结器的SCSI线缆,SCSI链的最后一个SCSI设备要用终结器，中间设备是不需要终结器的。一旦中间设备使用了终结器，那么SCSI卡就无法找到以后的SCSI设备了。而如果最后一个设备没用终结器，SCSI也是无法正常工作的。终结器是由电阻组成的，位于SCSI总线的末端，用来减小相互影响的信号，维持SCSI链上的电压恒定。,SAS是一种磁盘连接技术。它综

23、合了现有并行SCSI和串行连接技术（光纤通道、SSA、IEEE1394）的优势，以串行通讯为协议基础架构，采用SCSI-3扩展指令集并兼容SATA设备，是多层次的存储设备连接协议栈。,在物理层，SAS接口和SATA接口完全兼容，SATA硬盘可以直接使用在SAS的环境中，从接口标准上而言，SATA是SAS的一个子标准，因此SAS控制器可以直接操控SATA硬盘，但是SAS却不能直接使用在SATA的环境中，因为SATA控制器并不能对SAS硬盘进行控制。,在协议层，SAS由3种类型协议组成，根据连接的不同设备使用相应的协议进行数据传输。其中串行SCSI协议(SSP)用于传输SCSI命令；SCSI管理协

24、议(SMP)用于对连接设备的维护和管理；SATA通道协议(STP)用于SAS和SATA之间数据的传输。因此在这3种协议的配合下，SAS可以和SATA设备无缝结合。,协议层,硬盘技术介绍SAS,物理层,SAS磁盘上的端口也与并行SCSI有很大区别，倒是跟SATA磁盘的端口外观非常像。接脚最多的一组是电源接口，接脚较少的一组是SAS磁盘主端口，位置都与SATA磁盘电源和通讯端口完全一致。SAS磁盘与SATA磁盘接口的唯一区别是SAS磁盘还有第二个冗余端口，而SATA磁盘则只有一个端口。,简便的线路设计,SAS支持点对点(Point-to-Point)连接，并允许多个端口集中于单个控制器上。SAS技

25、术建立在强大的并行 SCSI通信技术基础上，而且由于采用串行ATA(SATA)细电缆的点对点连接方式。,最初采用此类技术的产品的数据吞吐能力可以达到3Gbps左右，随着技术的发展，其后续几代速度将逐级加大直至12Gbps。而且，SAS技术的全双工模式，可以使设备在同一时间内能够以双方向传输数据，这能有效地使链接的可利用带宽得到双倍加强。,由于采用串行连接方式，SAS磁盘中只需使用数量更少的连接线路，因而电缆更细，节省空间，提高磁盘散热通风能力并减少电子干扰。,更高的性能,SAS结构具有非常好的扩展能力。而且SAS具有兼容SATA的能力，在SAS控制器可以同时支持SAS和SATA磁盘，为用户节省

26、投资，便于用户对存储系统进行扩展。,SAS产品发展趋势,作为一种新的存储接口技术，SAS不仅在功能上可与Fibre Channel(光纤通道)媲美，还具有兼容SATA的能力，因而被业界公认为取代并行SCSI的不二之选。SAS具有的高性能、高可靠和高扩展性，必将使其成为企业存储应用中的首选，相信不久的将来它将全面取代SCSI磁盘成为主流磁盘应用技术。据前迈拓公司预计，到2009年将有三分之二的外部存储设备采用SAS技术，以连接SAS或SATA硬盘。,良好的可扩展性,ATX标准 ATX标准是Intel在1997年推出的一个规范。ATX电源通常采用20Pin(20针)的双排长方形插座给主板供电。随着

27、Intel推出Pentium4处理器，电源规范也由ATX修改为ATX12V，和ATX电源相比，ATX12V电源主要增加了一个4Pin的12V电源输出端，以便更好地满足Pentium4的供电要求。SSI标准 SSI（Server System Infrastructure）规范是Intel联合一些主要的IA架构服务器生产商推出的新型服务器电源规范，SSI规范的推出是为了规范服务器电源技术，降低开发成本，延长服务器的使用寿命而制定的，主要包括服务器电源规格、背板系统规格、服务器机箱系统规格和散热系统规格。SSI规范又可以分为TPS、EPS、MPS、DPS四种子规范。SSI和ATX12V电源最直观的

28、区别在于提供了24Pin的主板电源接口和8Pin的CPU电源接口,服务器电源,服务器电源及背板、模组特点简介,塔式机箱及电源,冗余电源,冗余电源是用于服务器中的一种电源，是有两个完全一样的电源组成，由芯片控制电源进行负载均衡，在某一个开关电源单元出现故障时，电源将所有负载切换到另一个尚能工作的电源单元上，同时发出告警信号通知维护人员及时处理,RAID卡,RAID卡就是用来实现RAID功能的板卡，通常是由I/O处理器、SCSI控制器、SCSI连接器和缓存等一系列零组件构成的。不同的RAID卡支持的RAID功能不同。支持RADI0、RAID1、RAID3、RAID4、RAID5、RAID10不等。,小结：1.IA（Intel Architecture）架构服务器特点；2.SMP技术；3.ECC自动检查纠错技术、Registered 内存缓冲技术；4.硬盘接口类型及应用的领域；5.冗余电源；6.RAID卡；,