Рабочая станция - Workstation
Рабочая станция - это специальный компьютер, предназначенный для технических или научных приложений. Предназначенные в основном для использования одним человеком за раз, они обычно подключаются к локальной сети и работают под управлением многопользовательских операционных систем . Термин рабочая станция также широко используется для обозначения всего, от компьютерного терминала мэйнфрейма до ПК, подключенного к сети , но наиболее распространенная форма относится к классу оборудования, предлагаемому несколькими текущими и несуществующими компаниями, такими как Sun Microsystems , Silicon Graphics. , Apollo Computer , DEC , HP , NeXT и IBM, которые открыли дверь революции 3D-графики в анимации в конце 1990-х годов.
Рабочие станции предлагают более высокую производительность, чем обычные персональные компьютеры , особенно в отношении ЦП и графики , объема памяти и возможности многозадачности. Рабочие станции оптимизированы для визуализации и обработки различных типов сложных данных, таких как трехмерное машиностроительное проектирование, инженерное моделирование (например, вычислительная гидродинамика ), анимация и рендеринг изображений, а также математические графики. Как правило, форм-фактор соответствует настольному компьютеру , состоит как минимум из дисплея с высоким разрешением, клавиатуры и мыши , но также предлагает несколько дисплеев, графические планшеты , 3D-мыши (устройства для управления 3D-объектами и навигации по сценам), и т. д. Рабочие станции были первым сегментом компьютерного рынка, который представил передовые аксессуары и инструменты для совместной работы .
Растущие возможности обычных ПК в конце 1990-х стирали границы между ПК и научно-техническими рабочими станциями. На типичных рабочих станциях раньше использовалось проприетарное оборудование, которое отличало их от ПК; например, IBM использовала процессоры на основе RISC для своих рабочих станций и процессоры Intel x86 для своих бизнес-/ потребительских ПК в 1990-х и 2000-х годах. Однако, в начале 2000 - х годов эта разница в значительной степени исчезли, как и рабочие станции в настоящее время используют весьма коммерционализированных оборудование доминировала крупными производителями ПК, такие как Dell , Hewlett-Packard (позже HP Inc. и Hewlett Packard Enterprise ) и Fujitsu , продающих Microsoft Windows или Linux систем работает на процессорах x86-64 .
История
Истоки и развитие
Возможно, первым компьютером, который можно было квалифицировать как «рабочую станцию», был IBM 1620 , небольшой научный компьютер, предназначенный для интерактивного использования одним человеком, сидящим за консолью. Он был представлен в 1960 году. Одной из отличительных особенностей машины было отсутствие каких-либо арифметических схем. Для выполнения сложения требовалась резидентная в памяти таблица правил сложения десятичных чисел. Это позволило сэкономить на стоимости логических схем, что позволило IBM сделать их недорогими. Машина имела кодовое название CADET и изначально была арендована за 1000 долларов в месяц.
В 1965 году IBM представила научный компьютер IBM 1130 , который должен был стать преемником 1620. Обе эти системы имели возможность запускать программы, написанные на Фортране и других языках. И 1620, и 1130 были встроены в шкафы размером примерно с рабочий стол. Оба были доступны с дополнительными дисковыми накопителями, принтерами и вводом-выводом как для бумажной ленты, так и для перфокарт. Пишущая машинка пульта для прямого взаимодействия была стандартной на каждой.
Ранними примерами рабочих станций, как правило, были специализированные мини-компьютеры ; система, предназначенная для поддержки нескольких пользователей, вместо этого будет зарезервирована исключительно для одного человека. Ярким примером является PDP-8 от Digital Equipment Corporation , который считается первым коммерческим мини-компьютером.
На машины Лисп , разработанные в MIT в начале 1970 - х годов впервые некоторые из принципов рабочей станции, так как они были высокими эксплуатационными характеристиками, сеть, системы однопользовательские , предназначенные для сильно интерактивного использования. Машины на Лиспе были коммерциализированы в начале 1980 года такими компаниями, как Symbolics , Lisp Machines , Texas Instruments ( TI Explorer ) и Xerox ( рабочие станции Interlisp-D ). Первым компьютером, разработанным для однопользовательского режима с графическими средствами высокого разрешения (и, следовательно, рабочей станцией в современном понимании этого термина), был Xerox Alto, разработанный в Xerox PARC в 1973 году. Среди других ранних рабочих станций - Terak 8510 / a ( 1977), Three Rivers PERQ (1979) и более поздний Xerox Star (1981).
Рост популярности 1980-х
В начале 1980-х, с появлением 32-битных микропроцессоров, таких как Motorola 68000 , появился ряд новых участников в этой области, в том числе Apollo Computer и Sun Microsystems , которые создали рабочие станции на базе Unix на основе этого процессора. Между тем, DARPA «s VLSI Project создал несколько графических продуктов Побочные а также, в частности, SGI 3130 и Silicon Graphics » ассортимент машин , которые следовали. Выделение целевого рынка продуктов было обычным делом: Sun и Apollo считались сетевыми рабочими станциями , а машины SGI - графическими рабочими станциями . Когда в середине 1980-х годов стали доступны микропроцессоры RISC , они были приняты многими поставщиками рабочих станций.
Рабочие станции, как правило, были очень дорогими, обычно в несколько раз дороже стандартного ПК, а иногда и стоили столько же, сколько новый автомобиль . Однако иногда миникомпьютеры стоят столько же, сколько дом. Высокие расходы обычно происходили из-за использования более дорогих компонентов, которые работали быстрее, чем те, которые можно было найти в местном компьютерном магазине, а также из-за включения функций, которых не было в ПК того времени, таких как высокоскоростная сеть и сложная графика. Производители рабочих станций также склонны придерживаться «сбалансированного» подхода к проектированию системы, стараясь избегать узких мест, чтобы данные могли беспрепятственно перемещаться между множеством различных подсистем внутри компьютера. Кроме того, рабочие станции, учитывая их более специализированный характер, как правило, имеют более высокие нормы прибыли , чем сырьевые товары управляемого общества ПК.
Системы, выпускаемые производителями рабочих станций, часто включают в себя дисковые системы хранения SCSI или Fibre Channel , высокопроизводительные 3D-ускорители , один или несколько 64-битных процессоров , большие объемы оперативной памяти и хорошо продуманное охлаждение. Кроме того, компании, производящие продукцию, обычно имеют комплексные планы ремонта / замены. Однако по мере того, как стирается различие между рабочей станцией и ПК, производители рабочих станций все чаще используют готовые компоненты ПК и графические решения, а не проприетарное оборудование или программное обеспечение. Некоторые «недорогие» рабочие станции по-прежнему дороги по стандартам ПК, но предлагают двоичную совместимость с рабочими станциями более высокого уровня и серверами того же производителя. Это позволяет разрабатывать программное обеспечение на недорогих (по сравнению с сервером) настольных машинах.
Графические рабочие станции
Графические рабочие станции (например, машины от Silicon Graphics ) часто поставляются с графическими ускорителями .
Тонкие клиенты и X-терминалы
Было предпринято несколько попыток создать машину, подобную рабочей станции, специально по минимально возможной цене, а не по производительности. Один из подходов - удалить локальное хранилище и уменьшить количество компьютера до процессора, клавиатуры, мыши и экрана. В некоторых случаях эти бездисковые узлы по- прежнему будут работать под управлением традиционной операционной системы и выполнять вычисления локально с хранением на удаленном сервере . Эти подходы предназначены не только для снижения первоначальной стоимости приобретения системы, но и для снижения общей стоимости владения за счет уменьшения объема администрирования, необходимого для каждого пользователя.
Фактически, этот подход был впервые применен в качестве замены ПК в офисных приложениях для повышения производительности, в качестве раннего примера использовалась 3Station от 3Com ; в 1990-х X-терминалы выполняли аналогичную роль для технических вычислений. Sun также представила « тонкие клиенты », в первую очередь свою линейку продуктов Sun Ray . Однако традиционные рабочие станции и ПК продолжают падать в цене, что, как правило, подрывает рынок продуктов этого типа.
«Компьютер 3М»
В начале 1980 - х годов, высокого класса рабочей станции пришлось встретить три г - жа Так называемый « 3M компьютер » имел M egabyte памяти, а М дисплей egapixel (примерно 1000 × 1000), и « М egaFLOPS Compute» производительность (не менее одного миллиона операций с плавающей запятой в секунду). Каким бы ограниченным это ни казалось сегодня, это было по крайней мере на порядок выше возможностей персональных компьютеров того времени; оригинальный персональный компьютер IBM 1981 года имел 16 КБ памяти, текстовый дисплей и производительность с плавающей запятой около 1 килофлопс (30 килофлопс с дополнительным математическим сопроцессором 8087). Другие желательные функции, которых не было в настольных компьютерах в то время, включали работу в сети, ускорение графики и высокоскоростные внутренние и периферийные шины данных.
Другая цель состояла в том, чтобы снизить цену на такую систему вниз под « M egapenny», то есть меньше , чем $ 10000; это не было достигнуто до конца 1980-х годов, хотя многие рабочие станции, особенно среднего или высокого класса, все еще стоили от 15 000 до 100 000 долларов и выше в период с начала до середины 1990-х годов.
Тенденции, ведущие к упадку
Более широкое внедрение этих технологий в массовые ПК стало прямым фактором упадка рабочих станций как отдельного сегмента рынка:
- Высокопроизводительные процессоры : в то время как RISC в первые дни ( в начале 1980 - х годов) предложил примерно улучшение производительности порядка от величины над CISC процессоров сопоставимой стоимости, один частности семейство процессоров CISC, Intel «s x86 , всегда имел преимущество на рынке доля и эффект масштаба, который это подразумевает. К середине 1990-х годов некоторые процессоры x86 достигли производительности на уровне RISC в некоторых областях, таких как целочисленная производительность (хотя и за счет большей сложности чипа), отводя последние по большей части еще более высокопроизводительным рынкам. .
- Аппаратная поддержка операций с плавающей запятой : опция на исходном ПК IBM; оставался на отдельной микросхеме для систем Intel до процессора 80486DX . Даже тогда производительность x86 с плавающей запятой продолжала отставать от других процессоров из-за ограничений в ее архитектуре. Сегодня даже недорогие ПК имеют производительность порядка гигафлопс.
- Конфигурации с большой памятью: ПК (т. Е. Совместимые с IBM) изначально были ограничены объемом памяти 640 КБ (не считая «расширенной памяти» с переключением банков ) до 1982 года, когда был выпущен процессор 80286 ; ранние рабочие станции предоставляли доступ к нескольким мегабайтам памяти. Даже после того, как ПК превысили ограничение в 640 КБ с 80286, требовались специальные методы программирования для адресации значительных объемов памяти до 80386, в отличие от других 32-разрядных процессоров, таких как SPARC, которые обеспечивали прямой доступ почти ко всем их адресам памяти 4 ГБ. диапазон. 64-разрядные рабочие станции и серверы, поддерживающие диапазон адресов далеко за пределами 4 ГБ, были доступны с начала 1990-х годов, технология только начала появляться на рынке настольных ПК и серверов в середине 2000-х годов.
- Операционная система : первые рабочие станции запускали Unix операционной системы (ОС), A Unix-подобных вариантов, или неродственного эквивалентной ОС , таких как VMS . ЦП ПК того времени имели ограничения по объему памяти и защите доступа к памяти , что делало их непригодными для работы с ОС такой сложности, но это тоже начало меняться в конце 1980-х годов, когда ПК с 32-битным 80386 со встроенными выгружаемыми MMU. стал широко доступным.
- Высокоскоростная сеть (10 Мбит / с или выше): сетевые интерфейсы 10 Мбит / с были широко доступны для ПК к началу 1990-х годов, хотя к тому времени рабочие станции добивались еще более высоких сетевых скоростей, переходя на 100 Мбит / с, 1 Гбит. / с и 10 Гбит / с. Однако экономия на масштабе и спрос на высокоскоростные сети даже в нетехнических областях резко сократили время, необходимое новым сетевым технологиям для достижения пределов их цен на рынке.
- Большие дисплеи (от 17 до 21 дюйма) с высоким разрешением и высокой частотой обновления, которые были редкостью для ПК в конце 1980-х - начале 1990-х годов, но стали обычным явлением для ПК к концу 1990-х.
- Высокопроизводительное оборудование для трехмерной графики для компьютерного проектирования (CAD) и анимации с помощью компьютерных изображений (CGI): хотя это становится все более популярным на рынке ПК в середине-конце 1990-х годов, в основном за счет компьютерных игр. Для Nvidia интеграция оборудования преобразования и освещения в сам графический процессор отличает GeForce 256 от более старых 3D-ускорителей, которые полагались на ЦП для выполнения этих вычислений (также известных как программное преобразование и освещение). Это снижение сложности решения для трехмерной графики привело к новому минимуму стоимости такого оборудования и сделало его доступным для дешевых потребительских видеокарт вместо того, чтобы ограничиваться предыдущей дорогой, профессионально ориентированной нишей, разработанной для автоматизированного проектирования (САПР). Механизм T&L NV10 также позволил Nvidia впервые выйти на рынок САПР с линейкой Quadro, в которой используются те же кремниевые чипы, что и карты GeForce, но с другой поддержкой драйверов и сертификатами, адаптированными к уникальным требованиям приложений САПР. Однако пользователи могли программно модифицировать GeForce так, чтобы она могла выполнять многие задачи, предназначенные для гораздо более дорогой Quadro.
- Высокопроизводительное хранилище данных большой емкости: первые рабочие станции, как правило, использовали проприетарные дисковые интерфейсы до появления стандарта SCSI в середине 1980-х годов. Хотя интерфейсы SCSI вскоре стали доступны для ПК, они были сравнительно дорогими и, как правило, ограничивались скоростью периферийной шины ISA ПК (хотя SCSI действительно стал стандартом для Apple Macintosh ). SCSI - это усовершенствованный интерфейс контроллера, который особенно хорош там, где диск должен обрабатывать несколько запросов одновременно. Это делает его пригодным для использования на серверах, но его преимущества для настольных ПК, на которых в основном работают однопользовательские операционные системы, менее очевидны. В наши дни, когда настольные системы приобретают больше многопользовательских возможностей, новым предпочтительным дисковым интерфейсом является Serial ATA , пропускная способность которого сопоставима с пропускной способностью SCSI, но при более низкой стоимости.
- Чрезвычайно надежные компоненты: вместе с несколькими процессорами с большим объемом кэш-памяти и памятью для исправления ошибок это может оставаться отличительной чертой рабочей станции сегодня. Хотя большинство технологий, реализованных в современных рабочих станциях, также доступны по более низкой цене для потребительского рынка, поиск хороших компонентов и обеспечение их совместимости друг с другом является большой проблемой при создании рабочих станций. Поскольку рабочие станции предназначены для выполнения сложных задач, таких как прогнозирование погоды, рендеринг видео и игровой дизайн, считается само собой разумеющимся, что эти системы должны работать без перебоев при полной нагрузке в течение нескольких часов или даже дней. Для создания рабочей станции можно использовать любые готовые компоненты, но надежность таких компонентов в таких жестких условиях сомнительна. По этой причине клиенты почти не производят рабочих станций, а покупают их у таких поставщиков, как Hewlett-Packard / HP Inc. , Fujitsu , IBM / Lenovo , Sun Microsystems , SGI , Apple или Dell .
- Тесная интеграция между ОС и оборудованием: поставщики рабочих станций проектируют оборудование и поддерживают вариант операционной системы Unix, который на нем работает. Это позволяет проводить гораздо более тщательное тестирование, чем это возможно с такой операционной системой, как Windows. Windows требует, чтобы сторонние поставщики оборудования написали совместимые драйверы оборудования, которые были бы стабильными и надежными. Кроме того, незначительные отклонения в качестве оборудования, такие как время или качество сборки, могут повлиять на надежность всей машины. Поставщики рабочих станций могут гарантировать как качество оборудования, так и стабильность драйверов операционной системы, проверяя эти параметры собственными силами, что в целом приводит к созданию гораздо более надежной и стабильной машины.
Место на рынке
.jpeg)
С начала нового тысячелетия определение «рабочая станция» в некоторой степени размылось. Многие из компонентов, используемых в «рабочих станциях» более низкого уровня, теперь такие же, как и на потребительском рынке, и разница в цене между рабочей станцией более низкого уровня и потребительскими ПК может быть меньше, чем была раньше (а в некоторых случаях - На потребительском рынке высокого класса, таком как рынок игр для «энтузиастов», может быть трудно сказать, что можно назвать «настольным ПК» и «рабочей станцией»). В другом случае графическая карта Nvidia GeForce 256 породила Quadro , которая имела тот же графический процессор, но с другой поддержкой драйверов и сертификатами, адаптированными к уникальным требованиям приложений САПР и продававшимися по гораздо более высокой цене, поэтому многие стали использовать GeForce в качестве «бедная» рабочая станция, поскольку аппаратное обеспечение было в значительной степени таким же мощным, плюс ее можно было модифицировать, чтобы разблокировать функции, номинально эксклюзивные для Quadro.
Рабочие станции обычно были движущей силой прогресса в технологии ЦП. Хотя и потребительский настольный компьютер, и рабочая станция выигрывают от процессоров, разработанных на основе многоядерной концепции (по сути, несколько процессоров на кристалле , применение которого IBM POWER4 была пионером), современные рабочие станции обычно используют несколько многоядерных процессоров, память с исправлением ошибок и многое другое. объемные кэши на кристалле, чем те, что используются в процессорах «потребительского уровня». Такая мощность и надежность обычно не требуются на обычном настольном компьютере. Платы процессоров IBM на базе POWER и платы процессоров Intel Xeon на уровне рабочих станций, например, имеют несколько процессоров, больший объем встроенной кэш-памяти и память ECC, которые больше подходят для требовательных к созданию контента, инженерной и научной работе, чем к обычным настольным компьютерам.
Некоторые рабочие станции предназначены для использования только с одним конкретным приложением, таким как AutoCAD , Avid Xpress Studio HD , 3D Studio Max и т. Д. Для обеспечения совместимости с программным обеспечением покупатели обычно запрашивают сертификат у поставщика программного обеспечения. В процессе сертификации цена рабочей станции подскакивает на несколько ступеней, но для профессиональных целей надежность может быть важнее первоначальной стоимости покупки.
Текущий рынок рабочих станций
Упадок рабочих станций на базе RISC
К январю 2009 года все линейки продуктов для рабочих станций на базе RISC были прекращены:
- SGI прекратила общедоступность своих рабочих станций SGI Fuel и SGI Tezro на базе MIPS в декабре 2006 года.
- Компания Hewlett-Packard отозвала свои последние настольные ПК на базе HP 9000 PA-RISC с рынка в январе 2008 года.
- Sun Microsystems объявила об окончании срока службы своих последних рабочих станций Sun Ultra SPARC в октябре 2008 года.
- IBM прекратила использование IntelliStation POWER 2 января 2009 года.
В начале 2018 года компания Raptor Computing Systems вновь представила коммерчески доступные рабочие станции на основе RISC в виде серии систем на базе IBM POWER9 .
Переход на рабочие станции x86-64
Текущий рынок рабочих станций использует микропроцессоры x86-64. Операционные системы, доступные для этих платформ, включают Microsoft Windows , FreeBSD , различные дистрибутивы Linux , Apple macOS (ранее известную как OS X) и Oracle Solaris . Некоторые поставщики также продают стандартные однопроцессорные системы как рабочие станции.
Под зонтиком рабочих станций продаются три типа продукции:
- Блейд-системы рабочих станций (IBM HC10 или Hewlett-Packard xw460c. Sun Visualization System сродни этим решениям)
- Рабочая станция сверхвысокого уровня ( SGI Virtu VS3xx)
- Настольные системы, содержащие процессоры серверного класса и наборы микросхем на больших материнских платах серверного класса с высокопроизводительной оперативной памятью (рабочие станции HP серии Z и рабочие станции Fujitsu CELSIUS)
Определение рабочей станции
Значительный сегмент рынка настольных ПК - это компьютеры, которые, как ожидается, будут работать как рабочие станции, но с использованием операционных систем и компонентов ПК. Производители компонентов часто сегментируют свою линейку продуктов и продают компоненты премиум-класса, которые функционально аналогичны более дешевым «потребительским» моделям, но обладают более высоким уровнем надежности или производительности.
ПК класса рабочей станции может иметь некоторые из следующих функций:
- Поддержка памяти ECC
- Большее количество сокетов памяти, в которых используются зарегистрированные (буферизованные) модули
- Несколько процессорных сокетов, мощные процессоры
- Несколько дисплеев
- Запускайте надежную операционную систему с расширенными функциями
- Надежная высокопроизводительная видеокарта
Смотрите также
- Список производителей компьютерных систем
- Музыкальная рабочая станция
- Персональный суперкомпьютер
- Программное обеспечение удаленной графики