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精!服务器硬件基础介绍:CPU、内存、硬盘、主
发布时间:2021-08-12 06:01浏览次数:

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大家好,我是瑞哥!

今天给大家分享的是服务器硬件基础相关的技术帖,涵盖了服务器各个名词的解释,写的非常详细,希望大家能够喜欢,也希望能够帮助到大家!下面是目录:

目录


  • 1.服务器CPU

    • 1.1分类

    • 1.2性能指标

    • 1.3 CPU的厂商

  • 2.服务器内存

  • 3.服务器硬盘

    • 3.1硬盘接口

    • 3.2磁盘控制器

    • 3.3 RAID

  • 4.服务器主板

  • 5.服务器风扇

  • 6.服务器电源

  • 总结


1.服务器CPU

1.1分类

服务器CPU,就是在服务器上使用的CPU。目前,服务器CPU按CPU的指令系统来区分,通常分为CISC型CPU和RISC型CPU两类,后来又出现了一种64位的VLIM(Very Long Instruction Word超长指令集架构)指令系统的CPU,而Intel选择称呼他们的新方法为EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computer,精确并行指令计算机)。

(1) CISC型CPU

CISC(Complex Instruction Set Computer)复杂指令集。它是指英特尔生产的x86系列CPU及其兼容CPU,这种CPU一般都是32位的结构,所以我们也把它称为IA-32 CPU(IA: Intel Architecture,Intel架构)。CISC型CPU目前主要有intel的服务器CPU和AMD的服务器CPU两类。

(2) RISC型CPU

RISC(Reduced Instruction Set Computing)精简指令集。最常使用的是一些比较简单的指令,它们仅占指令总数的20%,但在程序中出现的频度却占80%。相对于CISC型CPU ,RISC型CPU不仅精简了指令系统,还采用了一种叫做“超标量和超流水线结构”,大大增加了并行处理能力。RISC型CPU与Intel和AMD的CPU在软件和硬件上都不兼容,常采用UNIX和linux系统。RISC型CPU主要有:PowerPC处理器、SPARC处理器、PA-RISC处理器、MIPS处理器、Alpha处理器。

(3) IA-64

Intel采用EPIC技术的服务器CPU是安腾Itanium,它是64位处理器,也是IA-64系列中的第一款。IA-64微处理器最大的缺陷是它们缺乏与x86的兼容,而Intel为了IA-64处理器能够更好地运行两个朝代的软件,它在IA-64处理器上引入了x86-to-IA-64的解码器,这样就能够把x86指令翻译为IA-64指令。这个解码器并不是最有效率的解码器,也不是运行x86代码的最好途径(最好的途径是直接在x86处理器上运行x86代码),因此Itanium 和Itanium2在运行x86应用程序时候的性能非常糟糕。这也成为X86-64产生的根本原因。

(4) X86-64 (AMD64 / EM64T)

AMD公司设计,可以在同一时间内处理64位的整数运算,并兼容于X86-32架构。而intel也推出了支持64位的EM64T技术,再还没被正式命为EM64T之前是IA32E,这是英特尔64位扩展技术的名字,用来区别X86指令集。Intel的EM64T支持64位sub-mode,和AMD的X86-64技术类似,应该说,这两者都是兼容x86指令集的64位微处理器架构,但EM64T与AMD64还是有一些不一样的地方,AMD64处理器中的NX位在Intel的处理器中将没有提供。

1.2性能指标

(1)主频

主频也叫时钟频率,单位是MHz,用来表示CPU的运算速度。CPU的主频=外频×倍频系数。很多人认为主频就决定着CPU的运行速度,这不仅是个片面的,只能说主频仅仅是CPU性能表现的一个方面,而不代表CPU的整体性能。

(2)外频

外频是CPU的基准频率,单位也是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。在台式机中,我们所说的超频,都是超CPU的外频(当然一般情况下,CPU的外频都是被锁住的)。但对于服务器CPU来讲,超频是绝对不允许的,这样会造成整个服务器系统的不稳定。

(3) 前端总线(FSB)频率

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。比方,支持64位的至强Nocona,前端总线是800MHz,按照公式,它的数据传输最大带宽是6.4GB/秒。

外频与前端总线(FSB)频率的区别:前端总线的速度指的是数据传输的速度,外频是CPU与主板之间同步运行的速度。

(4) 位数

位:电脑技术中采用二进制,代码只有“0”和“1”,其中无论是 “0”或是“1”在CPU中都是一“位”。32位CPU一次只能处理32位,也就是4个字节的数据;而64位CPU一次就能处理64位即8个字节的数据。传统32位CPU的寻址空间最大为4GB,而64位的处理器在理论上则可以达到1800万个TB(1TB=1024GB),将能够彻底解决32位计算系统所遇到的瓶颈现象。

(5) 缓存

CPU缓存(Cache Memory)位于CPU与内存之间的临时存储器,它的容量比内存小但交换速度快。在缓存中的数据是内存中的一小部分,但这一小部分是短时间内CPU即将访问的,当CPU调用大量数据时,就可避开内存直接从缓存中调用,从而加快读取速度。缓存是为了解决CPU速度和内存速度的速度差异问题。

CPU产品中,一级缓存的容量基本在4KB到64KB之间,二级缓存的容量则分为128KB、256KB、512KB、1MB、2MB、4MB等。一级缓存容量各产品之间相差不大,而二级缓存容量则是提高CPU性能的关键。二级缓存容量的提升是由CPU制造工艺所决定的,容量增大必然导致CPU内部晶体管数的增加,要在有限的CPU面积上集成更大的缓存,对制造工艺的要求也就越高。还有最新三级缓存的要求。

(6) 多核心

多核心也指单芯片多处理器(Chip multiprocessors,CMP),其思想是将大规模并行处理器中的SMP(对称多处理器)集成到同一芯片内,各个处理器并行执行不同的进程。多核处理器可以在处理器内部共享缓存,提高缓存利用率,同时简化多处理器系统设计的复杂度。

(7) SMP

SMP(Symmetric Multi-Processing,对称多处理结构),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。在这种技术的支持下,一个服务器系统可以同时运行多个处理器,并共享内存和其他的主机资源。像双至强,也就是我们所说的二路,这是在对称处理器系统中最常见的一种(至强MP可以支持到四路,AMD Opteron可以支持1-8路)。也有少数是16路的。但是一般来讲,SMP结构的机器可扩展性较差,很难做到100个以上多处理器,常规的一般是8个到16个,不过这对于多数的用户来说已经够用了。在高性能服务器和工作站级主板架构中最为常见,像UNIX服务器可支持最多256个CPU的系统。

1.3 CPU的厂商

(1)Intel CPU

Pentium 4等是面向PC的, Xeon、XeonMP和Itanium是面向工作站和服务器的。Pentium 4和Xeon的最大差别是Xeon能构建多处理器系统,而P4不行。P4组建的系统中只能用一个CPU,Xeon可以用2块 CPU组建双处理器系统,而Xeon MP可以用4块以上CPU组建系统,“MP”也就是“Multi Processing Platform”(多处理器平台)。

Pentium D是英特尔公司的双核心处理器系列之一,它把两颗Pentium 4 Prescott核心放在同一块芯片上,intel比较失败的产品。

Core 2是英特尔推出的第八代x86处理器 ,它采用全新的Intel Core架构,取代Netbrust架构。Core 2也同时标志着Pentium品牌的终结。Core 2处理器拥有EM64T、虚拟化技术及Execute Disable单元。另外它也拥有LaGrande Technology、SSE4、Enhanced SpeedStep Technology及Active Management Technology (iAMT2)。

(2) AMD CPU

Opteron(皓龙)处理器主要用于服务器上。Opteron整合了DDR SDRAM内存控制器,存取RAM不需使用北桥。在一张使用多颗Opteron的主板上,处理器之间的沟通使用HyperTransport技术,因此用者并不会察觉一颗Opteron正存取另一颗的内存。

(3) IBM

主要生产power处理器

2.服务器内存

服务器内存与普通PC内存在外观和结构上没有什么明显实质性的区别,主要是在内存上引入了一些新的特有的技术,如ECC、ChipKill、热插拔技术等,具有极高的稳定性和纠错性能。普通PC机上的内存在服务器上一般是不可用的,服务器认不到的。

(1)Register

Register即寄存器或目录寄存器,在内存上的作用我们可以把它理解成书的目录,有了它,当内存接到读写指令时,会先检索此目录,然后再进行读 写操作,这将大大提高服务器内存工作效率。带有Register的内存一定带Buffer,并且目前能见到的Register内存也都具有ECC功能。

(2)ECC

ECC内存即纠错内存,简单的说,其具有发现错误,纠正错误的功能,一般多应用在高档台式电脑/服务器及图形工作站上,这将使整个电脑系统在工作时更趋于安全稳定。

(3)DDR

DDR是一种继SDRAM后产生的内存技术,具有双倍数据传输率之SDRAM,其数据传输速度为系统频率之两倍,由于速度增加,其传输效能优于传统的SDRAM。

(4)DDR2

DDR的下一代内存技术,它与DDR内存技术最大的不同就是,DDR2内存拥有两倍于DDR 内存预读取能力。换句话说,DDR2内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读/写数据,并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。

(5)FBD

Fully-Buffer DIMM(简称FBD)内存是一种串行传输技术,可以提升内存的容量和传输带宽。FBD其实就是在一个标准DDR2内存基础上,增加了一枚用于数据中转、读写控制的缓冲控制芯片。

(7)内存颗粒厂商

Samsung(韩国三星)、infineon(德国英飞凌)、Micron(美国美光)、Hynix(韩国现代)、ELPIDA(日本NEC和日立内存部合并的新公司)、Nanya(台湾南亚)。

(8)专业内存厂商:

Kingston(美国)、海盗船(美国)、Apacer(台湾)、创见(台湾)

3.服务器硬盘

3.1硬盘接口

目前主要有IDE、SCSI、SATA、SAS和光纤(主要用于存储系统)。

(1) SCSI

SCSI的英文全称为“Small Computer System Interface”(小型计算机系统接口),SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占 用率低,以及支持热插拔等优点,因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。scsi磁盘常见的有50针、68针、80针,80针应用的比较广泛,目前scsi磁盘被sas磁盘取代。

(2) SATA

使用SATA(Serial ATA)口的硬盘又叫串口硬盘,Serial ATA采用串行连接方式。目前SATA技术分为V1.0和V2.0两个版本,其中V1.0不支持热插拔技术,在V2.0规格中SATA实现了热插拔功能。在实际操作中最好不要用热拔插功能,因为有的不支持热拔插。

(3) SAS

SAS(Serial Attached SCSI)串行SCSI是由并行SCSI 物理存储接口演化而来。与并行方式相比,串行方式提供更快速的通信传输速度以及更简易的配置。为保护用户投资,SAS的接口技术可以向下兼容SATA。但需要注意的是,SATA系统并不兼容SAS,所以SAS驱动器不能连接到SATA背板上。

3.2磁盘控制器

磁盘控制器即磁盘驱动器适配器,是计算机与磁盘驱动器的接口设备。通常,IDE磁盘和SATA磁盘控制器均集成在主板上,而SCSI磁盘和SAS磁盘控制器只有特定的主板才集成,普通主板如需要安装SAS或者SCSI磁盘,需要加装相应的控制卡。

SCSI卡是SCSI控制卡的简称,SCSI卡工作在计算机主板和SCSI设备(如SCSI硬盘、SCSI光驱、SCSI接口的扫描仪)之间,SCSI卡是一种32位或64位PCI设备,需要插在主板的32位或64位PCI插槽上。如果主板上已经集成了SCSI控制器,则没有必要安装SCSI卡。一块SCSI卡由SCSI控制芯片、SCSI BIOS、内置SCSI接口、外置SCSI接口、PCI插脚和SCSI终结器六个部分构成。SCSI控制芯片相当于一块小型CPU,有自己的命令集和缓存。

SATA磁盘控制芯片一般集成在主板上,常见的芯片有:Intel ICH5(R)/ICH6(R)/ICH7(R)、VIA VT8237、NVIDIA的MCP RAID和SiS964。

3.3 RAID

RAID是“Redundant Array of Independent Disk”的缩写,中文意思是独立冗余磁盘阵列。简单地解释,就是将N台硬盘通过RAID Controller结合成虚拟单台大容量的硬盘使用,其特色是N台硬盘同时读取速度加快及提供容错性。

RAID0亦称为带区集,它是将多个磁盘并列起来,成为一个大磁盘。在存放数据时,其将数据按磁盘的个数来进行分段,然后同时将这些数据写进这些盘中。所以,在所有的级别中,RAID 0的速度是最快的。但是RAID0没有冗余功能,如果一个磁盘(物理)损坏,则所有的数据都会丢失。

RAID1就是镜像。其原理为在主硬盘上存放数据的同时也在镜像硬盘上写一样的数据。当主硬盘(物理)损坏时,镜像硬盘则代替主硬盘的工作。因为有镜像硬盘做数据备份,所以RAID1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。

RAID5 是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。它使用的是Disk Striping(硬盘分割)技术。RAID 5不对存储的数据进行备份,而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上,并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘 上。当RAID5的一个磁盘数据发生损坏后,利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。RAID 5可以为系统提供数据安全保障,但保障程度要比Mirror低而磁盘空间利用率要比Mirror高。RAID 5具有和RAID 0相近似的数据读取速度,只是多了一个奇偶校验信息,写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢。

RAID6,同一阵列中容许两个硬碟同时失效(或是当一个失效后还来不及更换便有第二个失效)后.更换新硬碟时再由另两个正常硬碟将备份的资料建立在新的硬碟中.所以至少必须具备四或四个以上硬碟才能生效.

4.服务器主板

对于服务器而言,稳定性才是首要,服务器必须承担长年累月高负荷的工作要求,而且不能像台式机一样随意的重起,为了提高起可靠性普遍的做法都是部件的冗余技术,而这一切的支持都落在主板的肩上。下面我就来看看有关服务器主板的一些特性:

  1. 首先,服务器的可扩展性决定着它们的专用板型为较大的ATX,EATX或WATX。
  2. 中高端服务器主板一般都支持多个处理器,所采用的CPU也是专用的CPU。
  3. 主板的芯片组也是采用专用的服务器/工作站芯片组,比方Intel E7520、ServerWorks GC-HE等等,不过像入门级的服务器主板,一般都采用高端的台式机芯片组(比如Intel 875P芯片组)
  4. 服务器通常要扩展板卡(比如如网卡,SCSI卡等),因此我们通常都会发现服务器主板上会有较多的PCI、PCI-X、PCI—E插槽。
  5. 服务器主板同时承载了管理功能。一般都会在服务器主板上集成了各种传感器,用于检测服务器上的各种硬件设备,同时配合相应管理软件,可以远程检测服务器,从而使网络管理员对服务器系统进行及时有效的管理。
  6. 在内存支持方面。由于服务器要适应长时间,大流量的高速数据处理任务,因此其能支持高达十几GB甚至几十GB的内存容量,而且大多支持ECC内存以提高可靠性(ECC内存是一种具有自动纠错功能的内存,由于其优越的性能使造价也相当高)。
  7. 存储设备接口方面。中高端服务器主板多采用SCSI接口、SATA接口而非IDE接口,并且支持RAID方式以提高数据处理能力和数据安全性。
  8. 在显示设备方面。服务器与工作站有很大不同,服务器对显示设备要求不高,一般多采用整合显卡的芯片组,例如在许多服务器芯片组中都整合有ATI的RAGE XL显示芯片,要求稍高点的就采用普通的AGP显卡。而如果是图形工作站,那一般都是选用高端的3DLabs、ATI等显卡公司的专业显卡。
  9. 在网络接口方面。服务器/工作站主板也与台式机主板不同,服务器主板大多配备双网卡,甚至是双千兆网卡以满足局域网与Internet的不同需求。
  10. 最后是服务器的价格方面。一般台式机主板顶天也不过1、2千,而服务器主板的价格则从1千多元的入门级产品到几万元甚至十几万元的高档产品都有!

5.服务器风扇

服务器风扇的作用是加快散热片表面空气的流动速度,以提高散热片和空气的热交换速度。风扇作为风冷散热器的两大重要部件之一,它的性能的好坏往往对服务器散热器效果和使用寿命起着一定的决定性作用。我们在选购服务器风扇的时候,考虑风扇的基本指标有以下几点:

1、风扇功率

功率越大,风扇风力越强劲,散热效果也就越好。而风扇的功率与风扇的转速又是有直接联系的,也就是说风扇的转速越高,风扇也就越强劲有力。

2、风扇转速

风扇的转速与风扇的功率是密不可分的,转速的大小直接影响到风扇功率的大小。风扇的转速越高,向CPU传送的进风量就越大,CPU获得的冷却效果就会越好。但是一旦风扇的转速超过它的额定值,那么风扇在长时间超负荷运作之下,本身产生热量也会增高,而且时间越长产生的热量也就越大,此时风扇不但不能起到很好的冷却效果,反而会“火上浇油”。

另外,风扇在高速动转过程中,可能会产生很强的噪音,时间长了可能会缩短风扇寿命;还有,较高的运转速度需要较大的功率来提供“动力源”,而高动力源又是从主板和电源中的功率中获得的,一旦超出主板的负荷就会引起系统的不稳定。因此,我们在选择风扇的,同时应该平衡风扇的转速和发热量之间的关系,最好选择转速在3500转至5200转之间的风扇。

3、风扇材质

CPU发出热量首先传导到散热片,再由风扇带来的冷空气吹拂而把散热片的热量带走,而风扇所能传导的热量快慢是由组成风扇的导热片的材质决定的,因此风扇的材料质量对热量的传导性能具有很大的作用,为此我们在选择风扇时一定要注意风扇导热片的热传导性能是否良好。

4、风扇噪声

太大的噪音将会影响我们操作电脑的心情。噪音太小通常与风扇的功率有关,功率越大、转速也就越快,此时一个负影响也就表现出来了,那就是噪声。我们在购买风扇时,一定要先试听一下风扇的噪音,如果太大,那么最好是不要买。如今风扇为了减轻噪声都投入了一些设计,例如改变扇叶的角度,增加扇轴的润滑度和稳定度等。

现在有很多便宜的风扇用的轴承都是油封的,由铜质外套和钢制轴芯组成,长时间工作之后扇轴润滑度不够,风扇噪音增大、转速减低,这很容易导致机器过热而出现死机现象,严重的时候还有可能把机芯烧坏。

现在有许多知名品牌的风扇开始使用滚珠轴承,这种轴承就是利用许多钢珠来作为减少摩擦的介质。这种滚珠风扇的特点就是风力大,寿命长、噪音小,但成本比较高,只有高档风扇才可能使用到它。

5、风扇排风量

风扇排风量可以说是一个比较综合的指标,因此我们可以这么说排风量是衡量一个风扇性能的最直接因素。如果一个风扇可以达到5000转/分,不过如果扇叶是扁平的话,那是不会形成任何气流的,所以关系到散热风扇的排风量的时候,扇叶的角度也是很重要的一个因素。测试一个风扇排风量的方法很容易,只要将手放在散热片附近感受一下吹出的风的强度即可,通常质量好的风扇,即使我们在离它很远的位置,也仍然可以感到风流,这就是散热效果上佳的表现。

6、风扇叶片

同一风扇如果其他部分保持不变,只将叶片由五扇叶改为七扇叶,风量变化可能不会增加多少。但是就风扇的转速而言,七扇叶的转速会低于五扇叶(通风量相同的情况下),相对的如果采用七扇叶风扇,轴承的磨损,漏油情况较少,风扇的寿命较长。如果五扇叶和七扇叶的转速相同,七扇叶的通风量会更大。风扇的转速越高,相应的寿命就越短,噪音也越大。另外,风扇的扇叶越厚,叶片斜角越大,则风压也越大。扇叶的入口角(以45度为最大)也是决定风扇通风量的重要因素之一。

我们知道,服务器AMD CPU的发热量比INTEL大,但是AMD CPU所能承受的最高温度也比INTEL高。正由于AMD CPU发热量大,相对与AMD CPU来说,风扇散热片底部的厚度越厚越好,而INTEL的发热量小,散热片的厚度可以小一些。由于散热片的厚度要求不同,最终对风扇的要求也不同。

对于底部较厚的散热片,它可以很快吸收到CPU的热量,存储的热量也更多。为了不使CPU长期工作在高温环境下。除了要求散热片本身的导热性较好以外,还需要更大的风流来吹散CPU热量。如果要把底部的热量吹走,就需要风扇产生足够的风压,能将风流吹到散热片的底部,对流方式的散热才能从底部开始进行。

推荐品牌:COOL MASTER、九州风神、富士康、TT

6.服务器电源

服务器电源就是指使用在服务器上的电源(POWER),它和PC(个人电脑)电源一样,都是一种开关电源。另一方面,服务器硬件的安全以及系统的稳定,都需要一个优质的电源作保障,因此如其它服务器专用硬件一样,电源也要“服务器化”!

我们知道,一般普通PC的电源分为ATXTX电源(TX电源如今已被淘汰);而服务器电源按照标准则分为ATX和SSI电源两种。其中ATX标准使用较为普遍,主要用于台式机、工作站和低端服务器;而SSI适用于各种档次的服务器。

ATX电源

ATX标准是Intel在1997年推出的一个规范,输出功率一般在125瓦~350瓦之间。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P4处理器的供电要求 ATX电源

小提示:一个质量合格的电源应该通过安全和电磁方面的认证,如满足CCEE和FCC-B等标准,这些标准的认证标识应在电源的外表上会有所体现。

SSI电源

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等。它又可以细分为TPS、EPS、MPS、DPS四种子规范。

关于服务器电源的技术指标

  • 一、 多国认证标记:优质的电源具有FCC、美国UR和中国长城等认证标志,认证在生产流程、电磁干扰、安全保护等方面都进行了严格的标准制订,具有一定的权威性。
  • 二、 电压保持时间:一般优质的电源的保持时间可以达12-18ms,确保UPS切换期间的正常供电。
  • 三、 电磁干扰:在国际上有FCC A和FCC B的标准,在国内也有国标A(工业级)和国标B级(家用电器级)标准,优质的电源都可以通过B级标准。
  • 四、 电源寿命:一般电源寿命按照3-5年计算元件的可能失效周期,平均工作时间在80000-100000小时之间。

除此之外,还有电源效率、过压保护、开机延时、噪音和滤波、瞬间反应能力等多种技术指标可循, 以充分保证服务器电源的可靠!

关于服务器电源的选购建议

1、 安规认证是我们选购电源的重要指标,这应该是我们选择电源时最重要的一点。因为它关系着我们的安全和健康。不好的电源噪声很大,对人的身体也有影响。在这方面省下几百块钱是得不偿失的。

2、 在功率的选择上,对于个人用户来说选用300W的已经够用,而对于服务器来说,因为要面临升级以及不断增加的磁盘阵列,就需要更大的功率支持它,为此使用400W电源及以上应该才是比较合适的。

除此之外,还应考虑服务器电源对主板的支持问题、是否需要冗余电源以及电压保持时间等方面。

总结

虽然目前服务器电源存在ATX和SSI两种标准,但是随着SSI标准的更加规范化,SSI规范更能适合服务器的发展,以后的服务器电源也必将采用SSI规范。而在实际选择中,大家应按不同的应用对服务器电源进行不同的选择。



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