Рабочая станция - Википедия - Workstation

солнце SPARCstation 10 с ЭЛТ-монитор, с начала 1990-х

А рабочая станция это специальный компьютер, предназначенный для технических или научный Приложения. Предназначенные в основном для использования одним человеком за раз, они обычно подключаются к локальная сеть и беги многопользовательский операционные системы. Период, термин рабочая станция также свободно используется для обозначения всего, начиная с универсальный компьютер терминал к ПК, подключенному к сеть, но наиболее распространенная форма относится к классу оборудования, предлагаемому несколькими текущими и несуществующими компаниями, такими как Sun Microsystems, Силиконовая Графика, Аполлон Компьютер, DEC, HP, Следующий и IBM который открыл дверь для революции в 3D-графике и анимации конца 1990-х.

Рабочие станции предлагают более высокую производительность, чем обычные персональные компьютеры, особенно в отношении ЦПУ и графика, объем памяти и возможность многозадачности. Рабочие станции оптимизированы для визуализация и манипулирование различными типами сложных данных, такими как 3D-проектирование машин, инженерное моделирование (например, вычислительная гидродинамика ), анимация и рендеринг изображений и математических графиков. Обычно фактор формы это то из настольный компьютер, состоят из дисплея с высоким разрешением, клавиатура и мышь как минимум, 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 техническими / научными рабочими станциями.^{[нужна цитата ]} На типичных рабочих станциях раньше использовалось собственное оборудование, которое отличало их от ПК; например, IBM использовала RISC на базе процессоров для своих рабочих станций и процессоров Intel x86 для своих бизнес-/ потребительских ПК в 1990-х и 2000-х годах. Однако к началу 2000-х эта разница в значительной степени исчезла, поскольку рабочие станции теперь коммодитизированный оборудование, в котором доминируют крупные производители ПК, такие как Dell, Hewlett Packard (потом HP Inc. ) и Fujitsu, продажа Майкрософт Виндоус или же Linux системы, работающие на x86-64 процессоры.

История

Рано Ксерокс рабочая станция

HP 9000 рабочая станция модели 425 работает HP-UX 9 и Визуальная среда пользователя (VUE)

HP 9000 модель 735 работает HP-UX и Общая среда рабочего стола (CDE)

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 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 логической схемы, что позволило IBM сделать ее недорогой. Машина имела кодовое название CADET и изначально была арендована за 1000 долларов в месяц.

В 1965 году IBM представила IBM 1130 научный компьютер, который должен был стать преемником модели 1620 года. Обе эти системы имели возможность запускать программы, написанные на Фортран и другие языки. И 1620, и 1130 были встроены в шкафы размером примерно с рабочий стол. Оба были доступны с дополнительными дисководами, принтерами и вводом-выводом как для бумажной ленты, так и для перфокарт. Пишущая машинка пульта для прямого взаимодействия была стандартной на каждой.

Ранние образцы рабочих станций обычно были посвящены миникомпьютеры; система, предназначенная для поддержки нескольких пользователей, вместо этого будет зарезервирована исключительно для одного человека. Ярким примером был PDP-8 из Корпорация цифрового оборудования, считается первым коммерческим мини-компьютером.

В Лисп-машины разработан в Массачусетский технологический институт в начале 1970-х годов были пионерами некоторых принципов компьютерной рабочей станции, поскольку они были высокопроизводительными сетевыми однопользовательскими системами, предназначенными для интенсивного интерактивного использования. Машины Lisp были коммерциализированы в начале 1980 года такими компаниями, как Символика, Лисп-машины, Инструменты Техаса (в TI Explorer ) и Ксерокс (в Интерлисп-Д рабочие станции). Первым компьютером, предназначенным для однопользовательского режима, с графическими средствами высокого разрешения (и, следовательно, рабочей станцией в современном смысле этого слова) был Xerox Alto разработан в Xerox PARC в 1973 году. Другие ранние рабочие станции включают Терак 8510 / а (1977), Три реки PERQ (1979) и позже Xerox Star (1981).

Рост популярности 1980-х

В начале 1980-х годов с появлением 32-битный микропроцессоры такой как Motorola 68000 появился ряд новых участников в этой сфере, в том числе Аполлон Компьютер и Sun Microsystems, кто создал Unix рабочие станции на базе этого процессора. Тем временем, DARPA с Проект СБИС создал несколько дополнительных графических продуктов, в частности SGI 3130, и Силиконовая Графика последовавший за ним ряд машин. Не было ничего необычного в том, чтобы дифференцировать целевой рынок продуктов, поскольку Sun и Apollo считались сетевые рабочие станции, а машины SGI были графические рабочие станции. В качестве RISC микропроцессоры стали доступны в середине 1980-х годов, они были приняты многими производителями рабочих станций.

Рабочие станции, как правило, были очень дорогими, обычно в несколько раз дороже стандартного ПК, а иногда и стоили столько же, сколько новый. машина. 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, обычно имеют более высокую прибыли чем товар -приводимые ПК.

Системы, которые выпускают компании-производители рабочих станций, часто имеют SCSI или же Fibre Channel дисковые системы хранения, high-end 3D ускорители, один или несколько 64-битный процессоры, большое количество баран, 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 компьютерах.

Графические рабочие станции

Графические рабочие станции (например, машины из Силиконовая Графика ) часто поставляется с графические ускорители.

Тонкие клиенты и X-терминалы

Было несколько попыток создать машина, подобная рабочей станции специально для минимально возможной цены в отличие от 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 будет запускать традиционную операционную систему и выполнять вычисления локально с хранилищем на удаленном сервер. Эти подходы предназначены не только для снижения первоначальной стоимости покупки системы, но и для снижения ее стоимости. Общая стоимость владения за счет уменьшения объема администрирования, необходимого для каждого пользователя.

Этот подход был фактически впервые использован в качестве замены ПК в офисных приложениях для повышения производительности. 3 Станция к 3Com как ранний пример; в 1990-е годы X терминалы выполнял аналогичную роль для технических вычислений. Sun также представила "тонкие клиенты ", особенно его Солнечный луч продуктовая линейка. Однако традиционные рабочие станции и ПК продолжают падать в цене, что, как правило, подрывает рынок продуктов этого типа.

«3М компьютер»

Следующая станция графическая рабочая станция с 1990 года

НОВОСТИ Sony рабочая станция: 2x 68030 @ 25 МГц, 1280x1024 256-цветный дисплей

SGI Indy графическая рабочая станция

An SGI O2 графическая рабочая станция

HP Рабочая станция C8000 работает HP-UX 11i с CDE

Шесть рабочих станций: четыре HP Z620, одна HP Z820, одна HP Z420.

В начале 1980-х годов высокопроизводительная рабочая станция должна была соответствовать трем г-же так называемым "Компьютер 3М "имел Mэбайт памяти, Mнапример, пиксельный дисплей (примерно 1000 × 1000) и "MegaFLOPS «производительность вычислений (не менее одного миллиона операций с плавающей запятой в секунду).^[а] Каким бы ограниченным это ни казалось сегодня, это было, по крайней мере, на порядок выше возможностей персональных компьютеров того времени; оригинал 1981 Персональный компьютер IBM имел 16 КБ памяти, отображение только текста и производительность с плавающей запятой около 1 килофлопс (30 килофлопс с дополнительным математическим сопроцессором 8087). К другим желательным функциям, отсутствовавшим в настольных компьютерах того времени, относились работа в сети, ускорение графики и высокоскоростные внутренние и периферийные шины данных.

Еще одна цель заключалась в том, чтобы снизить цену на такую систему ниже "Megapenny ", то есть менее 10 000 долларов; это было достигнуто только в конце 1980-х годов, хотя многие рабочие станции, особенно среднего или высокого класса, все еще стоили где-то от 15 000 до 100 000 долларов и более в течение периода с начала до середины 1990-х годов.

Тенденции, ведущие к снижению

Более широкое внедрение этих технологий в обычные ПК стало прямым фактором упадка рабочих станций как отдельного сегмента рынка:

Высокая производительность Процессоры: пока RISC в первые дни (начало 1980-х) предлагал примерно на порядок улучшение производительности по сравнению с CISC процессоры сопоставимой стоимости, одно конкретное семейство процессоров CISC, Intel с x86, всегда имел преимущество на рынке и эффект масштаба что это подразумевало. К середине 1990-х годов некоторые процессоры x86 достигли производительности, равной производительности 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 для плавающая точка операции: необязательно на оригинальном IBM PC; оставался на отдельном чипе для систем Intel до тех пор, пока 80486DX процессор. 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. IBM-совместимые) изначально были ограничены объемом памяти 640 КБ (не считая переключаемый банком «расширенная память») до 1982 г. 80286 процессор; ранние рабочие станции предоставляли доступ к нескольким мегабайтам памяти. Даже после того, как ПК превысили ограничение в 640 КБ с 80286, потребовались 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 всему диапазону адресов памяти размером 4 ГБ. 64-разрядные рабочие станции и серверы, поддерживающие диапазон адресов, превышающий 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: ранние рабочие станции запускали Unix операционная система (ОС), Unix-подобный вариант или несвязанная эквивалентная ОС, такая как VMS. У процессоров ПК того времени были ограничения по объему памяти и защита доступа к памяти, что делало их непригодными для работы с ОС такого уровня сложности, но это тоже начало меняться в конце 1980-х, когда ПК с 32-битный 80386 со встроенной страничной MMU стал широко доступным.
Высокоскоростной сеть (10 Мбит / с или лучше): сетевые интерфейсы со скоростью 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, чтобы достичь пределов товарных цен.
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.
Высокая производительность 3D графика оборудование для автоматизированного проектирования (САПР) и компьютерные изображения (CGI) анимация: хотя она становится все более популярной на рынке ПК примерно в середине-конце 1990-х годов, в основном за счет компьютерных игр. За Nvidia, интеграция оборудования преобразования и освещения в сам графический процессор установила GeForce 256 кроме старых 3D-ускорителей, которые полагались на ЦП для выполнения этих вычислений (также известных как программное преобразование и освещение). Это снижение сложности решения для 3D-графики привело к новому минимуму стоимости такого оборудования и сделало его доступным для дешевого потребителя. видеокарты вместо того, чтобы ограничиваться предыдущей дорогой, профессионально ориентированной нишей, разработанной для автоматизированного проектирования (САПР). Движок NV10 T&L 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 ПК. ЭТО периферийная шина (хотя SCSI действительно стал стандартом для Apple Macintosh ). SCSI - это расширенный интерфейс контроллера, который особенно хорош там, где диск должен справляться с несколькими запросами 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 все больше многопользовательских возможностей, предпочтительным является новый дисковый интерфейс. Последовательный ATA, который имеет пропускную способность, сопоставимую с 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 с полной нагрузкой в течение нескольких часов или даже дней. Для создания рабочей станции можно использовать любые имеющиеся в наличии компоненты, но надежность таких компонентов в таких жестких условиях сомнительна. По этой причине клиенты практически не производят рабочих станций, а покупают их у таких поставщиков, как Hewlett Packard / HP Inc., Fujitsu, IBM / Lenovo, Sun Microsystems, SGI, яблоко, или же Dell.
Тесная интеграция между ОС и оборудованием: поставщики рабочих станций проектируют оборудование и поддерживают вариант операционной системы Unix, работающий на нем. 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, и это в целом приводит к более надежной и стабильной машине.

Место на рынке

Dell Precision 620MT с двойным Pentium III процессоры

Солнце Ультра 20 с AMD Opteron процессор и Solaris 10

На рубеже тысячелетий определение «рабочая станция» в некоторой степени размылось. Многие из компонентов, используемых в «рабочих станциях» более низкого уровня, теперь те же, что и на потребительском рынке, и разница в цене между рабочими станциями более низкого уровня и потребительскими ПК может быть меньше, чем когда-то (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 Nvidia GeForce 256 видеокарта породила Quadro, у которой был тот же графический процессор, но другая поддержка драйверов и сертификаты, адаптированные к уникальным требованиям приложений САПР и продававшиеся по гораздо более высокой цене, поэтому многие стали использовать GeForce в качестве рабочей станции для "бедняков", поскольку оборудование было в основном таким же способный плюс его можно модифицировать, чтобы разблокировать функции, номинально эксклюзивные для Quadro.^[1]

Рабочие станции обычно были движущей силой прогресса в технологии ЦП. Хотя и настольный компьютер потребителя, и рабочая станция выигрывают от процессоров, разработанных на основе многоядерной концепции (по сути, несколько процессоров на одной умереть, приложение которого IBM МОЩНОСТЬ4 был пионером), современные рабочие станции обычно используют несколько многоядерных процессоров, память с исправлением ошибок и гораздо большие встроенные кеши, 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, например 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

Рабочая станция Dell Precision T3500 с Intel Xeon процессоры

Hewlett Packard Z820, ан x86-64 на базе рабочей станции

Внутри рабочей станции HP Z820

Упадок рабочих станций на базе RISC

К январю 2009 г. все RISC прекращены линейки продуктов на базе рабочих станций:

SGI прекратила общедоступность своей платформы на базе MIPS SGI Топливо и SGI Tezro рабочие станции в декабре 2006 г.^[2]
Hewlett-Packard отозвала свой последний HP 9000 Настольные продукты на базе PA-RISC поступили в продажу в январе 2008 года.^[3]
Sun Microsystems объявила об окончании срока службы своего последнего Солнце Ультра Рабочие станции SPARC в октябре 2008 года.^[4]
IBM удалила IntelliStation POWER 2 января 2009 г.^[5]

В начале 2018 г. были вновь представлены коммерчески доступные RISC на базе рабочих станций в виде серии IBM МОЩНОСТЬ9 -системы Вычислительные системы Raptor.^[6]^[7]

Переход на рабочие станции x86-64

Текущий рынок рабочих станций использует микропроцессоры x86-64. Операционные системы, доступные для этих платформ, включают Майкрософт Виндоус, FreeBSD, разные Дистрибутивы Linux, яблоко macOS (ранее известная как OS X), и Oracle Солярис. Некоторые поставщики также продают стандартные однопроцессорные системы как рабочие станции.

Под зонтиком рабочих станций продаются три типа продуктов:

Блейд-системы рабочих станций (IBM HC10 или Hewlett-Packard xw460c. Sun Visualization System сродни этим решениям)
Рабочая станция сверхвысокого класса (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 выпускают на рынок 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 для Память ECC
Большее количество сокетов памяти, которые используют зарегистрированные (буферизованные) модули
Несколько процессорных сокетов, мощные процессоры
Несколько дисплеев
Запускайте надежную операционную систему с расширенными функциями
Надежная высокопроизводительная видеокарта

Смотрите также

Примечания

^ RFC 782 определил среду рабочей станции в более общем виде как аппаратное и программное обеспечение, предназначенное для обслуживания одного пользователя, и что он предусматривает использование дополнительных общих ресурсов.