Pracovní stanice - Workstation

Sun SPARCstation 10 s monitorem CRT , z počátku 90. let

Pracovní stanice je speciální počítač určený pro technické nebo vědecké aplikace. Jsou zamýšleny primárně pro použití jednou osobou současně, jsou běžně připojeny k místní síti a provozují operační systémy pro více uživatelů . Termín pracovní stanice byl také volně používán k označení všeho od terminálu sálového počítače po počítač připojený k síti , ale nejběžnější forma se týká třídy hardwaru nabízeného několika současnými a zaniklými společnostmi, jako jsou Sun Microsystems , Silicon Graphics , Apollo Computer , DEC , HP , NeXT a IBM, které otevřely dveře revoluci 3D grafické animace na konci devadesátých let.

Pracovní stanice nabízejí vyšší výkon než běžné osobní počítače , zejména s ohledem na CPU a grafiku , kapacitu paměti a schopnost více úkolů. Pracovní stanice jsou optimalizovány pro vizualizaci a manipulaci s různými typy komplexních dat, jako je 3D mechanický design, inženýrské simulace (např. Výpočetní dynamika tekutin ), animace a vykreslování obrázků a matematické grafy. Typickým faktorem je stolní počítač , který se skládá minimálně z displeje s vysokým rozlišením, klávesnice a myši , ale nabízí také více displejů, grafické tablety , 3D myši (zařízení pro manipulaci s 3D objekty a procházení scén), atd. Pracovní stanice byly prvním segmentem počítačového trhu, který představil pokročilé příslušenství a nástroje pro spolupráci .

Rostoucí schopnosti běžných počítačů na konci devadesátých let stíraly hranice mezi počítači a technickými/vědeckými pracovišti. Typické pracovní stanice dříve používaly proprietární hardware, který je odlišoval od počítačů; například IBM používala v letech 1990 a 2000 procesory založené na RISC pro své pracovní stanice a procesory Intel x86 pro své obchodní/spotřebitelské počítače. Počátkem roku 2000 však tento rozdíl do značné míry zmizel, protože pracovní stanice nyní používají vysoce komoditizovaný hardware, kterému dominují velcí prodejci počítačů, jako jsou Dell , Hewlett-Packard (později HP Inc. a Hewlett Packard Enterprise ) a Fujitsu , prodávající systémy Microsoft Windows nebo Linux běží na procesorech x86-64 .

Dějiny

Raná pracovní stanice Xerox
Pracovní stanice HP 9000 model 425 se systémem HP-UX 9 a Visual User Environment (VUE)
HP 9000 model 735 se systémem HP-UX a Common Desktop Environment (CDE)

Původ a vývoj

Snad první počítač, který by se mohl kvalifikovat jako „pracovní stanice“, byl IBM 1620 , malý vědecký počítač navržený tak, aby jej interaktivně používala jediná osoba sedící u konzoly. Byl představen v roce 1960. Jedním zvláštním rysem stroje bylo, že postrádal skutečné aritmetické obvody. K provedení sčítání to vyžadovalo tabulku desítkových pravidel sčítání rezidentní v paměti. To ušetřilo na nákladech na logické obvody a umožnilo IBM, aby byla levná. Stroj dostal kódové označení CADET a zpočátku byl pronajat za 1 000 $ měsíčně.

V roce 1965 představila společnost IBM vědecký počítač IBM 1130 , který byl myšlen jako nástupce roku 1620. Oba tyto systémy přišly s možností spouštění programů napsaných ve Fortranu a dalších jazycích. 1620 i 1130 byly vestavěny do zhruba stolních skříní. Oba byly k dispozici s přídavnými diskovými jednotkami, tiskárnami a I/O papírové pásky a děrné karty. Standardní součástí každého z nich byl konzolový psací stroj pro přímou interakci.

První příklady pracovních stanic byly obecně vyhrazené minipočítače ; systém určený k podpoře více uživatelů by místo toho byl vyhrazen výhradně pro jednu osobu. Pozoruhodným příkladem byl PDP-8 od společnosti Digital Equipment Corporation , považovaný za první komerční minipočítač.

Tyto stroje Lisp vyvinuté na MIT v roce 1970 propagoval některé ze zásad počítače pracovní stanice, zatímco oni byli vysoce výkonné, vzájemně propojené, single-uživatelské systémy určené pro silně interaktivní použití. Lisp Machines byly uvedeny na trh počátkem roku 1980 společnostmi jako Symbolics , Lisp Machines , Texas Instruments ( TI Explorer ) a Xerox ( pracovní stanice Interlisp-D ). Prvním počítačem navrženým pro jednoho uživatele s grafickým vybavením s vysokým rozlišením (a tedy pracovní stanicí v moderním slova smyslu) byl Xerox Alto vyvinutý v Xerox PARC v roce 1973. Mezi další rané pracovní stanice patří Terak 8510/a ( 1977), Three Rivers PERQ (1979) a pozdější Xerox Star (1981).

Osmdesátá léta stoupají na popularitě

Na počátku 80. let, s příchodem 32bitových mikroprocesorů , jako je Motorola 68000 , se objevila řada nových účastníků v této oblasti, včetně společností Apollo Computer a Sun Microsystems , kteří na základě tohoto procesoru vytvořili pracovní stanice na bázi Unixu . Mezitím DARPA ‚s VLSI Project vytvořili několik spinoff grafických produktů, stejně, zejména pokud jde o SOZ 3130 a Silicon Graphics ‘ sortiment strojů, které následovaly. Nebylo neobvyklé rozlišovat cílový trh s produkty, přičemž Sun a Apollo byly považovány za síťové pracovní stanice , zatímco stroje SGI byly grafické pracovní stanice . Jak byly v polovině 80. let 20. století k dispozici mikroprocesory RISC , přijalo je mnoho prodejců pracovních stanic.

Pracovní stanice bývají velmi drahé, obvykle několikanásobně převyšují náklady na standardní počítač a někdy stojí tolik jako nové auto . Minipočítače však někdy stojí stejně jako dům. Vysoké náklady obvykle pocházely z používání nákladnějších komponent, které běžely rychleji, než jaké byly k dispozici v místním obchodě s počítači, a také ze zahrnutí funkcí, které se v tehdejších počítačích nenašly, jako je vysokorychlostní síť a propracovaná grafika. Výrobci pracovních stanic také obvykle přistupují k návrhu systému „vyváženě“, přičemž se vyhýbají úzkým místům, aby data mohla nerušeně proudit mezi mnoha různými subsystémy v počítači. Pracovní stanice mají navíc vzhledem ke své specializovanější povaze vyšší ziskové marže než počítače poháněné komoditami .

Systémy, které pocházejí od společností poskytujících pracovní stanice, často obsahují systémy diskových úložišť SCSI nebo Fibre Channel , špičkové 3D akcelerátory , jeden nebo více 64bitových procesorů , velké množství paměti RAM a dobře navržené chlazení. Společnosti vyrábějící produkty navíc mívají komplexní plány oprav/výměn. S tím, jak se rozdíl mezi pracovní stanicí a počítačem ztrácí, však výrobci pracovních stanic stále častěji místo proprietárního hardwaru nebo softwaru stále častěji využívají „běžně dostupné“ počítačové komponenty a grafická řešení. Některé „levné“ pracovní stanice jsou podle standardů PC stále drahé, ale nabízejí binární kompatibilitu s pracovními stanicemi a servery vyšší třídy od stejného dodavatele. To umožňuje vývoj softwaru probíhat na levných počítačových počítačích (vzhledem k serveru).

Grafické pracovní stanice

Grafické pracovní stanice (např. Stroje od Silicon Graphics ) se často dodávají s grafickými akcelerátory .

Tencí klienti a X terminály

Bylo provedeno několik pokusů vyrobit stroj podobný pracovní stanici specificky za nejnižší možný cenový bod, na rozdíl od výkonu. Jedním z přístupů je odebrání místního úložiště a omezení počítače na procesor, klávesnici, myš a obrazovku. V některých případech by tyto bezdiskové uzly stále provozovaly tradiční operační systém a prováděly výpočty lokálně s úložištěm na vzdáleném serveru . Tyto přístupy nejsou určeny pouze ke snížení počátečních nákladů na pořízení systému, ale také ke snížení celkových nákladů na vlastnictví snížením množství administrativy požadované na uživatele.

Tento přístup byl ve skutečnosti poprvé vyzkoušen jako náhrada počítačů v aplikacích kancelářské produktivity, přičemž raným příkladem byl 3Station od 3Com ; v devadesátých letech X terminály plnily podobnou roli pro technické výpočty. Společnost Sun také představila „ tenké klienty “, zejména její produktovou řadu Sun Ray . Tradiční pracovní stanice a počítače však nadále klesají v ceně, což má tendenci podbízet trh s produkty tohoto typu.

„Počítač 3M“

Grafická pracovní stanice NeXTstation z roku 1990
Pracovní stanice Sony NEWS : 2x 68030 @ 25 MHz, 1280x1024 256 barevný displej
Grafická pracovní stanice SGI Indy
SGI O2 grafická pracoviště
Pracovní stanice HP C8000 se systémem HP-UX 11i s CDE
Šest pracovních stanic: čtyři HP Z620, jedna HP Z820, jedna HP Z420.

Na začátku 80. let musela špičková pracovní stanice splnit tři paní. Takzvaný „ počítač 3M “ měl M megabajt paměti, M egapixelový displej (zhruba 1000 × 1000) a výpočet „ M egaFLOPS “ výkon (nejméně jeden milion operací s pohyblivou řádovou čárkou za sekundu). Jakkoli se to dnes zdá omezené, šlo přinejmenším o řád, který přesahoval kapacitu tehdejšího osobního počítače; původní osobní počítač IBM z roku 1981 měl paměť 16 KB, textový displej a výkon s pohyblivou řádovou čárkou kolem 1 kiloFLOPS (30 kiloFLOPS s volitelným matematickým koprocesorem 8087). Mezi další žádoucí funkce, které se v té době nenacházely ve stolních počítačích, patřily sítě, akcelerace grafiky a vysokorychlostní interní a periferní datové sběrnice.

Dalším cílem bylo snížit cenu takového systému pod „ M egapenny“, tj. Méně než 10 000 $; toho nebylo dosaženo až do konce 80. let, přestože mnoho pracovních stanic, zejména středního nebo vyššího rozsahu, stále stálo kdekoli od 15 000 do 100 000 USD a více od začátku do poloviny devadesátých let.

Trendy vedoucí k poklesu

Širší přijetí těchto technologií do běžných počítačů bylo přímým faktorem úpadku pracovní stanice jako samostatného segmentu trhu:

  • Vysoce výkonné procesory : zatímco RISC ve svých počátcích (brzy 1980) nabídla zhruba zlepšení objednávkou-of-velikosti výkonu více než CISC procesory srovnatelnou cenu, jeden konkrétní rodina CISC procesorů Intel ‚s x86 , vždy měl výhodu v trhu podíl a úspory z rozsahu, které to znamenalo. V polovině devadesátých let některé x86 procesory dosáhly výkonu na paritě s RISC v některých oblastech, jako je celočíselný výkon (i když za cenu větší složitosti čipů), přičemž tyto druhé části byly většinou odsunuty na ještě špičkovější trhy .
  • Hardwarová podpora operací s plovoucí desetinnou čárkou : volitelně na původním počítači IBM PC; zůstal na samostatném čipu pro systémy Intel až do procesoru 80486DX . I poté výkon x86 s plovoucí desetinnou čárkou stále zaostával za ostatními procesory kvůli omezením v jeho architektuře. Dnes mají dokonce i levné počítače výkon v řadě gigaFLOPS.
  • Konfigurace velké paměti: Počítače (tj. Kompatibilní s IBM) byly původně omezeny na kapacitu paměti 640 kB (nepočítaje „rozšířenou paměť“ přepínanou bankou ) až do zavedení procesoru 80286 v roce 1982 ; rané pracovní stanice poskytovaly přístup k několika megabajtům paměti. Dokonce i poté, co počítače s 80286 prolomily limit 640 kB, byly k řešení značného množství paměti vyžadovány speciální programovací techniky až do 80386, na rozdíl od jiných 32bitových procesorů, jako je SPARC, který poskytoval přímý přístup k téměř celé jejich 4 GB paměti rozsah. 64bitové pracovní stanice a servery podporující rozsah adres daleko přesahující 4 GB jsou k dispozici od počátku 90. let minulého století, což je technologie, která se v polovině roku 2000 začíná objevovat na trhu počítačů a serverů pro PC.
  • Operační systém : starší pracovní stanice používaly operační systém Unix (OS), variantu podobnou unixu nebo nesouvisející ekvivalentní operační systém, jako je VMS . PC procesory té doby měly omezení v kapacitě paměti a ochraně přístupu k paměti , což je činilo nevhodnými pro provoz OS této náročnosti, ale i to se začalo měnit koncem 80. let 20. století jako počítače s 32bitovým 80386 s integrovanými stránkovanými MMU se staly široce dostupné.
  • Vysokorychlostní sítě (10 Mbit/s nebo lepší): Síťová rozhraní s rychlostí 10 Mbit/s byla běžně dostupná pro počítače na počátku devadesátých let, ačkoli v té době pracovní stanice sledovaly ještě vyšší síťové rychlosti, přecházely na 100 Mbit/s, 1 Gbit /s a 10 Gbit/s. Úspory z rozsahu a poptávka po vysokorychlostních sítích i v netechnických oblastech však dramaticky zkrátily dobu, po kterou novější síťové technologie dosáhnou cenových bodů komodit.
  • Velké displeje (17 až 21 palců) s vysokým rozlišením a vysokou obnovovací frekvencí, které byly u počítačů na konci osmdesátých a na začátku devadesátých let vzácné, ale na konci devadesátých let se mezi počítači staly běžnými.
  • Vysoce výkonný 3D grafický hardware pro počítačem podporovaný design (CAD) a počítačem generované zobrazování (CGI) animace: ačkoli toto je stále populárnější na trhu s počítačem kolem poloviny-do-pozdních devadesátých let většinou poháněno počítačovými hrami. U Nvidie integrace hardwaru pro transformaci a osvětlení do samotného GPU odlišila GeForce 256 od starších 3D akcelerátorů, které se při provádění těchto výpočtů spoléhaly na CPU (také známé jako softwarová transformace a osvětlení). Toto snížení složitosti 3D grafického řešení snížilo náklady na takový hardware na nové minimum a zpřístupnilo jej levným spotřebitelským grafickým kartám místo toho, aby bylo omezeno na předchozí drahou, profesionálně orientovanou niku určenou pro počítačem podporovaný design (CAD). Motor T10 společnosti NV10 také umožnil společnosti Nvidia poprvé vstoupit na trh CAD s řadou Quadro, která používá stejné křemíkové čipy jako karty GeForce, ale má odlišnou podporu ovladačů a certifikace přizpůsobené jedinečným požadavkům aplikací CAD. Uživatelé však mohli GeForce upravit tak, aby mohla provádět mnoho úkolů určených pro mnohem dražší Quadro.
  • Vysoce výkonné/vysokokapacitní ukládání dat: rané pracovní stanice měly tendenci používat proprietární disková rozhraní až do vzniku standardu SCSI v polovině 80. let. Ačkoli rozhraní SCSI byla brzy k dispozici pro počítače, byla poměrně drahá a měla tendenci být omezena rychlostí periferní sběrnice ISA v počítači (ačkoli SCSI se stalo standardem na počítačích Apple Macintosh ). SCSI je pokročilé rozhraní řadiče, které je zvláště dobré tam, kde se disk musí vypořádat s více požadavky najednou. Díky tomu je vhodný pro použití na serverech, ale jeho výhody pro stolní počítače, které většinou provozují operační systémy pro jednoho uživatele, jsou méně jasné. V dnešní době, kdy stolní systémy získávají více možností pro více uživatelů, je novým diskovým rozhraním Serial ATA , které má propustnost srovnatelnou s SCSI, ale za nižší cenu.
  • Extrémně spolehlivé komponenty: společně s více CPU s větší mezipamětí a pamětí pro opravu chyb to může dnes zůstat charakteristickým rysem pracovní stanice. Přestože většina technologií implementovaných v moderních pracovních stanicích je také k dispozici za nižší cenu pro spotřebitelský trh, je hledání dobrých komponent a zajištění vzájemné kompatibility velkou výzvou při budování pracovních stanic. Protože jsou pracovní stanice navrženy pro špičkové úkoly, jako je předpověď počasí, vykreslování videa a herní design, je samozřejmostí, že tyto systémy musí běžet pod plným zatížením, nepřetržitě několik hodin nebo dokonce dní bez problémů. K vybudování pracovní stanice lze použít jakékoli běžné součásti, ale spolehlivost těchto součástí za takových přísných podmínek je nejistá. Z tohoto důvodu téměř žádné pracovní stanice nevyrábí sám zákazník, ale jsou zakoupeny od dodavatele, jako je Hewlett-Packard / HP Inc. , Fujitsu , IBM / Lenovo , Sun Microsystems , SGI , Apple nebo Dell .
  • Těsná integrace mezi OS a hardwarem: Prodejci pracovních stanic navrhují hardware a udržují variantu operačního systému Unix, která na něm běží. To umožňuje mnohem přísnější testování, než je možné u operačního systému, jako je Windows. Systém Windows vyžaduje, aby dodavatelé hardwaru jiných výrobců psali stabilní a spolehlivé ovladače hardwaru vyhovující. Také malé rozdíly v kvalitě hardwaru, jako je načasování nebo kvalita sestavení, mohou ovlivnit spolehlivost celého stroje. Prodejci pracovních stanic jsou schopni zajistit jak kvalitu hardwaru, tak stabilitu ovladačů operačního systému tím, že tyto věci interně ověří, což vede k obecně mnohem spolehlivějšímu a stabilnějšímu počítači.

Umístit na trh

Dell Precision 620MT s duálním procesorem Pentium III procesory

Od přelomu tisíciletí se definice „pracovní stanice“ do určité míry rozmazala. Mnoho součástí používaných na „pracovních stanicích“ nižší třídy je nyní stejné jako na spotřebitelském trhu a cenový rozdíl mezi pracovní stanicí nižší třídy a spotřebními počítači může být užší, než kdy dříve (a v některých případech na špičkovém spotřebitelském trhu, jako je trh her „nadšenců“, může být obtížné určit, co se kvalifikuje jako „stolní počítač“ a „pracovní stanice“). V jiném případě grafická karta Nvidia GeForce 256 přinesla Quadro , které mělo stejný GPU, ale různé podpory ovladačů a certifikace přizpůsobené unikátním požadavkům CAD aplikací a prodávané za mnohem vyšší cenu, takže mnozí začali používat GeForce jako karta „chudáka“ pracovní stanice, protože hardware byl do značné míry stejně schopný, a navíc jej bylo možné softwarově modifikovat, aby odemkl funkce nominálně exkluzivní pro Quadro.

Pracovní stanice byly obvykle hnacím motorem pokroku v technologii CPU. Ačkoli jak desktop pro spotřebitele, tak pracovní stanice těží z procesorů navržených podle vícejádrového konceptu (v podstatě více procesorů na kostce , jejichž průkopníkem byla aplikace IBM POWER4 ), moderní pracovní stanice obvykle používají vícejádrové procesory, paměť opravující chyby a mnoho dalšího. větší mezipaměti on-die, než jaké se nacházejí na CPU „spotřebitelské úrovně“. Takový výkon a spolehlivost se u běžného stolního počítače běžně nevyžaduje. Například procesorové desky IBM založené na POWER a procesorové desky Xeon na úrovni pracovní stanice Intel mají více procesorů, více mezipaměti on-die a paměť ECC, což jsou funkce, které jsou vhodnější pro náročnou tvorbu obsahu, inženýrskou a vědeckou práci než na obecné stolní počítače.

Některé pracovní stanice jsou navrženy pro použití pouze s jednou konkrétní aplikací, jako je AutoCAD , Avid Xpress Studio HD , 3D Studio Max atd. Aby byla zajištěna kompatibilita se softwarem, kupující obvykle požadují certifikát od dodavatele softwaru. Díky procesu certifikace se cena pracovní stanice zvedne o několik stupňů, ale pro profesionální účely může být spolehlivost důležitější než počáteční pořizovací náklady.

Aktuální trh pracovních stanic

Dell Precision T3500 Pracovní stanice s procesory Intel Xeon procesory
Hewlett-Packard Z820, pracovní stanice na bázi x86-64
Uvnitř pracovní stanice HP Z820

Úpadek pracovních stanic založených na RISC

V lednu 2009 byly ukončeny všechny produktové řady pracovních stanic založených na RISC :

  • Společnost SGI ukončila obecnou dostupnost svých pracovních stanic SGI Fuel a SGI Tezro se sídlem v MIPS v prosinci 2006.
  • Společnost Hewlett-Packard v lednu 2008 stáhla z trhu své poslední desktopové produkty na bázi HP 9000 PA-RISC.
  • Společnost Sun Microsystems oznámila konec životnosti svých posledních pracovních stanic Sun Ultra SPARC v říjnu 2008.
  • IBM 2. ledna 2009 vyřadilo IntelliStation POWER .

Počátkem roku 2018 došlo k opětovnému zavedení komerčně dostupných pracovních stanic založených na RISC ve formě řady systémů založených na IBM POWER9 od společnosti Raptor Computing Systems .

Změňte na pracovní stanice x86-64

Současný trh s pracovními stanicemi používá mikroprocesory x86-64. Mezi operační systémy dostupné pro tyto platformy patří Microsoft Windows , FreeBSD , různé distribuce Linuxu , Apple macOS (dříve známý jako OS X) a Oracle Solaris . Někteří prodejci také uvádějí na trh komoditní mono-zásuvkové systémy jako pracovní stanice.

Pod deštníkem pracovní stanice jsou uváděny na trh tři typy produktů:

  1. Blade systémy pracovní stanice (IBM HC10 nebo Hewlett-Packard xw460c. Sun Visualization System je podobná těmto řešením)
  2. Extrémně špičková pracovní stanice ( SGI Virtu VS3xx)
  3. Stolní systémy obsahující CPU a čipsety serverové třídy na velkých základních deskách serverové třídy s high-end RAM (pracovní stanice řady HP Z a pracovní stanice Fujitsu CELSIUS)

Definice pracovní stanice

Významnou částí trhu stolních počítačů jsou počítače, u nichž se očekává, že budou fungovat jako pracovní stanice, avšak s použitím operačních systémů a komponent pro počítače. Výrobci komponentů často segmentují svou produktovou řadu a prodávají prémiové komponenty, které jsou funkčně podobné levnějším „spotřebitelským“ modelům, ale vyznačují se vyšší úrovní odolnosti nebo výkonu.

Počítač třídy pracovní stanice může mít některé z následujících funkcí:

  • Podpora paměti ECC
  • Větší počet paměťových soketů, které používají registrované (vyrovnávací paměti) moduly
  • Více procesorových soketů, výkonné CPU
  • Více displejů
  • Provozujte spolehlivý operační systém s pokročilými funkcemi
  • Spolehlivá vysoce výkonná grafická karta

Viz také

Poznámky

Reference