Arbeidsstasjon - Workstation

Sun SPARCstation 10 med CRT -skjerm , fra begynnelsen av 1990 -tallet

En arbeidsstasjon er en spesiell datamaskin designet for tekniske eller vitenskapelige applikasjoner. De er først og fremst beregnet på å bli brukt av én person om gangen, de er vanligvis koblet til et lokalt nettverk og kjører operativsystemer for flere brukere . Begrepet arbeidsstasjon har også blitt brukt løst for å referere til alt fra en datamaskin til en datamaskin til en PC som er koblet til et nettverk , men den vanligste formen refererer til maskinvareklassen som tilbys av flere nåværende og nedlagte selskaper som Sun Microsystems , Silicon Graphics , Apollo Computer , DEC , HP , NeXT og IBM som åpnet døren for 3D -grafikkanimasjonsrevolusjonen på slutten av 1990 -tallet.

Arbeidsstasjoner tilbyr høyere ytelse enn vanlige personlige datamaskiner , spesielt med hensyn til CPU og grafikk , minnekapasitet og multitasking -evne. Arbeidsstasjoner er optimalisert for visualisering og manipulering av forskjellige typer komplekse data, for eksempel mekanisk 3D -design, konstruksjonssimuleringer (f.eks. Beregningsvæskedynamikk ), animasjon og gjengivelse av bilder og matematiske plott. Vanligvis er formfaktoren en stasjonær datamaskin , består av en skjerm med høy oppløsning, et tastatur og en mus som minimum, men tilbyr også flere skjermer, grafikk -nettbrett , 3D -mus (enheter for å manipulere 3D -objekter og navigere i scener), etc. Arbeidsstasjoner var det første segmentet på datamaskinmarkedet som presenterte avansert tilbehør og samarbeidsverktøy .

De økende mulighetene til vanlige PC -er på slutten av 1990 -tallet har sløret grensene mellom PC -er og tekniske/vitenskapelige arbeidsstasjoner. Typiske arbeidsstasjoner brukte tidligere proprietær maskinvare som skilte dem fra PC -er; for eksempel brukte IBM RISC -baserte CPUer for arbeidsstasjonene og Intel x86 CPUer for sine forretnings-/forbruker -PCer på 1990- og 2000 -tallet. Imidlertid forsvant denne forskjellen i begynnelsen av 2000-årene i stor grad, ettersom arbeidsstasjoner nå bruker svært kommodisert maskinvare dominert av store PC-leverandører, for eksempel Dell , Hewlett-Packard (senere HP Inc. og Hewlett Packard Enterprise ) og Fujitsu , som selger Microsoft Windows eller Linux- systemer kjører på x86-64 prosessorer.

Historie

Tidlig Xerox -arbeidsstasjon
HP 9000 modell 425 arbeidsstasjon som kjører HP-UX 9 og Visual User Environment (VUE)
HP 9000 modell 735 som kjører HP-UX og Common Desktop Environment (CDE)

Opprinnelse og utvikling

Kanskje den første datamaskinen som kan kvalifisere som en "arbeidsstasjon" var IBM 1620 , en liten vitenskapelig datamaskin designet for å brukes interaktivt av en enkelt person som sitter ved konsollen. Den ble introdusert i 1960. Et særtrekk ved maskinen var at den manglet noen egentlig aritmetisk krets. For å utføre tillegg, krevde det et minne-bosatt bord med desimalregler. Dette sparer på kostnaden for logikkretser, slik at IBM kan gjøre det billig. Maskinen ble kodenavnet CADET og leide først for $ 1000 i måneden.

I 1965 introduserte IBM IBM 1130 vitenskapelig datamaskin, som var ment som etterfølgeren til 1620. Begge disse systemene kom med muligheten til å kjøre programmer skrevet på Fortran og andre språk. Både 1620 og 1130 ble bygget inn i skap i grovt skrivebord. Begge var tilgjengelige med tilleggsdiskstasjoner, skrivere og både papirbånd og hullet I/O. En konsollskriver for direkte interaksjon var standard på hver.

Tidlige eksempler på arbeidsstasjoner var generelt dedikerte minidatamaskiner ; et system designet for å støtte et antall brukere ville i stedet være forbeholdt en person. Et bemerkelsesverdig eksempel var PDP-8 fra Digital Equipment Corporation , ansett for å være den første kommersielle minidatamaskinen.

De Lisp maskiner utviklet ved MIT i 1970-årene var en pioner noen av prinsippene i arbeidsstasjonen datamaskin, som de var høy ytelse, nettverk, enkelt brukersystemer beregnet for tungt interaktiv bruk. Lisp Machines ble kommersialisert fra 1980 av selskaper som Symbolics , Lisp Machines , Texas Instruments ( TI Explorer ) og Xerox ( Interlisp-D arbeidsstasjoner). Den første datamaskinen designet for en enkeltbruker, med grafikkfasiliteter med høy oppløsning (og så en arbeidsstasjon i moderne forstand) var Xerox Alto utviklet på Xerox PARC i 1973. Andre tidlige arbeidsstasjoner inkluderer Terak 8510/a ( 1977), Three Rivers PERQ (1979) og den senere Xerox Star (1981).

1980 -tallet øker i popularitet

På begynnelsen av 1980 -tallet, med ankomsten av 32 -biters mikroprosessorer som Motorola 68000 , dukket det opp en rekke nye deltakere på dette feltet, inkludert Apollo Computer og Sun Microsystems , som opprettet Unix -baserte arbeidsstasjoner basert på denne prosessoren. I mellomtiden, DARPA 's VLSI Prosjekt opprettet flere spinoff grafikk produkter også, særlig SGI 3130 , og Silicon Graphics ' spekter av maskiner som fulgte. Det var ikke uvanlig å differensiere målmarkedet for produktene, med Sun og Apollo ansett for å være nettverksstasjoner , mens SGI -maskinene var grafiske arbeidsstasjoner . Etter hvert som RISC- mikroprosessorer ble tilgjengelige på midten av 1980-tallet, ble disse vedtatt av mange arbeidsstasjonsleverandører.

Arbeidsstasjoner pleide å være veldig dyre, vanligvis flere ganger kostnaden for en standard PC og noen ganger koste så mye som en ny bil . Imidlertid koster minidatamaskiner noen ganger like mye som et hus. Den høye utgiften kom vanligvis fra å bruke dyrere komponenter som kjørte raskere enn de som ble funnet i den lokale datamaskinbutikken, samt inkludering av funksjoner som ikke fantes på datidens PC-er, for eksempel høyhastighets nettverk og sofistikert grafikk. Arbeidsstasjonsprodusenter har også en tendens til å ha en "balansert" tilnærming til systemdesign, og sørger for å unngå flaskehalser slik at data kan flyte uhindret mellom de mange forskjellige undersystemene i en datamaskin. I tillegg arbeidsstasjoner, gitt deres mer spesialisert art, pleier å ha høyere marginer enn råvare -driven PCer.

Systemene som kommer ut av arbeidsstasjonsselskaper har ofte SCSI- eller Fiber Channel -lagringssystemer, avanserte 3D-akseleratorer , enkelt eller flere 64-biters prosessorer , store mengder RAM og godt designet kjøling. I tillegg har selskapene som lager produktene en tendens til å ha omfattende reparasjons-/erstatningsplaner. Etter hvert som skillet mellom arbeidsstasjon og PC blekner, har imidlertid arbeidsstasjonsprodusenter i økende grad benyttet PC -komponenter og grafikkløsninger "på hyllen" i stedet for proprietær maskinvare eller programvare. Noen "rimelige" arbeidsstasjoner er fortsatt dyre etter PC-standarder, men tilbyr binær kompatibilitet med avanserte arbeidsstasjoner og servere laget av samme leverandør. Dette gjør at programvareutvikling kan skje på rimelige (i forhold til serveren) stasjonære maskiner.

Grafiske arbeidsstasjoner

Grafiske arbeidsstasjoner (f.eks. Maskiner fra Silicon Graphics ) leveres ofte med grafikkakseleratorer .

Tynne klienter og X -terminaler

Det har vært flere forsøk på å produsere en arbeidsstasjonslignende maskin spesielt for lavest mulig pris, i motsetning til ytelse. En tilnærming er å fjerne lokal lagring og redusere maskinen til prosessor, tastatur, mus og skjerm. I noen tilfeller vil disse diskløse nodene fortsatt kjøre et tradisjonelt operativsystem og utføre beregninger lokalt, med lagring på en ekstern server . Disse tilnærmingene er ikke bare ment å redusere de opprinnelige systemkjøpskostnadene, men redusere de totale eierkostnadene ved å redusere administrasjonsmengden som kreves per bruker.

Denne tilnærmingen ble faktisk først forsøkt som en erstatning for PC -er i produktivitetsapplikasjoner på kontoret, med 3Station by 3Com som et tidlig eksempel; på 1990 -tallet fylte X -terminaler en lignende rolle for teknisk databehandling. Sun har også introdusert " tynne klienter ", særlig Sun Ray -produktserien. Imidlertid fortsetter tradisjonelle arbeidsstasjoner og PCer å falle i pris, noe som har en tendens til å undergrave markedet for produkter av denne typen.

"3M datamaskin"

NeXTstation grafisk arbeidsstasjon fra 1990
Sony NEWS- arbeidsstasjon: 2x 68030 @ 25 MHz, 1280x1024 256-fargedisplay
SGI Indy grafikk arbeidsstasjon
En SGI O2 grafikk arbeidsstasjon
HP C8000 arbeidsstasjon som kjører HP-UX 11i med CDE
Seks arbeidsstasjoner: fire HP Z620, en HP Z820, en HP Z420.

På begynnelsen av 1980-tallet måtte en high-end arbeidsstasjon møte de tre fruene. Den såkalte " 3M-datamaskinen " hadde en M egabyte minne, en M egapiksel-skjerm (omtrent 1000 × 1000) og en " M egaFLOPS " -beregning ytelse (minst en million flytepunktoperasjoner per sekund). Så begrenset som dette virker i dag, var det i det minste en størrelsesorden utenfor kapasiteten til datidens personlige datamaskin; den opprinnelige IBM Personal Computer fra 1981 hadde 16 KB minne, en tekst-bare skjerm og flytende ytelse rundt 1 kiloFLOPS (30 kiloFLOPS med den valgfrie 8087 matematiske prosessoren). Andre ønskelige funksjoner som ikke fantes på stasjonære datamaskiner på den tiden, inkluderte nettverk, grafikkakselerasjon og høyhastighets interne og perifere databusser.

Et annet mål var å få prisen for et slikt system ned under en " M egapenny", det vil si mindre enn $ 10 000; dette ble ikke oppnådd før på slutten av 1980-tallet, selv om mange arbeidsstasjoner, spesielt mellomstore eller high-end fortsatt koster alt fra $ 15 000 til $ 100 000 og over gjennom begynnelsen til midten av 1990-tallet.

Trender som fører til tilbakegang

Den mer utbredte adopsjonen av disse teknologiene til vanlige PC -er var en direkte faktor i nedgangen i arbeidsstasjonen som et eget markedssegment:

  • Høy ytelse CPUer : mens RISC i sine tidlige dager (tidlig på 1980-tallet) som tilbys omtrent en ytelsesforbedring ordre-of-magnitude enn CISC prosessorer av sammenlignbare kostnader, en spesiell familie av CISC prosessorer, Intel 's x86 , har alltid hatt kanten i markedet andel og stordriftsfordelene dette innebar. På midten av 1990-tallet hadde noen x86-CPUer oppnådd ytelse på lik linje med RISC på noen områder, for eksempel heltallsytelse (om enn på bekostning av større brikkekompleksitet), og for det meste henvist til enda mer high-end markeder. .
  • Maskinvarestøtte for flytende drift: valgfritt på den originale IBM-PCen; forble på en egen brikke for Intel -systemer til 80486DX -prosessoren. Selv da fortsatte x86 flytende ytelse å ligge bak andre prosessorer på grunn av begrensninger i arkitekturen. I dag har selv lavpris-PCer nå ytelse i gigaFLOPS-serien.
  • Store minnekonfigurasjoner: PCer (dvs. IBM-kompatible) var opprinnelig begrenset til en 640 KB minnekapasitet (medregnet ikke bank-byttet "utvidet minne") til 1982-introduksjonen av 80286- prosessoren; tidlige arbeidsstasjoner ga tilgang til flere megabyte minne. Selv etter at PCer brøt grensen på 640 KB med 80286, var det nødvendig med spesielle programmeringsteknikker for å adressere betydelige mengder minne frem til 80386, i motsetning til andre 32-biters prosessorer som SPARC som ga enkel tilgang til nesten hele 4 GB minneadressen område. 64-biters arbeidsstasjoner og servere som støtter et adresseområde langt utover 4 GB har vært tilgjengelig siden begynnelsen av 1990-tallet, en teknologi som bare begynte å dukke opp på PC-stasjonær- og servermarkedet på midten av 2000-tallet.
  • Operativsystem : Tidlige arbeidsstasjoner kjørte Unix- operativsystemet (OS), en Unix-lignende variant eller et ikke-relatert tilsvarende operativsystem som VMS . Datidens PC-CPUer hadde begrensninger i minnekapasitet og minnetilgangsbeskyttelse , noe som gjorde dem uegnet til å kjøre operativsystemer for denne sofistikasjonen, men også dette begynte å endre seg på slutten av 1980-tallet som PCer med 32-biters 80386 med integrerte paged MMUer ble mye rimelig.
  • Høyhastighets nettverk (10 Mbit/s eller bedre): 10 Mbit/s nettverksgrensesnitt var vanligvis tilgjengelige for PCer på begynnelsen av 1990-tallet, selv om arbeidsstasjoner på den tiden forfulgte enda høyere nettverkshastigheter og flyttet til 100 Mbit/s, 1 Gbit /s og 10 Gbit/s. Imidlertid har stordriftsfordeler og etterspørselen etter høyhastighetsnettverk i selv ikke-tekniske områder dramatisk redusert tiden det tar for nyere nettverksteknologi å nå vareprispoeng.
  • Store skjermer (17 til 21 tommer) med høye oppløsninger og høy oppdateringshastighet, som var sjeldne blant PC-er på slutten av 1980-tallet og begynnelsen av 1990-tallet, men ble vanlige blant PC-er på slutten av 1990-tallet.
  • Høy ytelse 3D-grafikk maskinvare for dataassistert konstruksjon (DAK) og datagenererte bilder (CGI) animasjon: selv om dette stadig mer populære i PC-markedet rundt midten til slutten av 1990-tallet hovedsakelig drevet av dataspill. For Nvidia skilte integrasjonen av transformasjons- og belysningsmaskinvaren i selve GPU -en GeForce 256 fra eldre 3D -akseleratorer som stolte på at CPU -en skulle utføre disse beregningene (også kjent som programvare -transformasjon og belysning). Denne reduksjonen i kompleksiteten til 3D-grafikkløsninger brakte kostnaden for slik maskinvare til et nytt lavpunkt og gjorde den tilgjengelig for billige grafikkort for forbrukerne i stedet for å være begrenset til den tidligere dyre, profesjonelt orienterte nisjen designet for dataassistert design (CAD). NV10s T&L -motor tillot også Nvidia å gå inn på CAD -markedet for første gang, med Quadro -linjen som bruker de samme silisiumbrikkene som GeForce -kortene, men har forskjellig driverstøtte og sertifiseringer tilpasset de unike kravene til CAD -applikasjoner. Brukerne kunne imidlertid mykt modifisere GeForce slik at den kunne utføre mange av oppgavene som var beregnet på den mye dyrere Quadro.
  • Datalagring med høy ytelse/høy kapasitet: Tidlige arbeidsstasjoner pleide å bruke proprietære diskgrensesnitt til fremveksten av SCSI-standarden på midten av 1980-tallet. Selv om SCSI -grensesnitt snart ble tilgjengelige for PC -er, var de relativt dyre og hadde en tendens til å være begrenset av hastigheten på PC -ens ISA -periferibuss (selv om SCSI ble standard på Apple Macintosh ). SCSI er et avansert kontrollgrensesnitt som er spesielt bra der disken må takle flere forespørsler samtidig. Dette gjør den egnet for bruk i servere, men fordelene med stasjonære PC-er som stort sett kjører enbrukeroperativsystemer er mindre klare. I disse dager, med stasjonære systemer som får flere flerbrukerfunksjoner, er det nye diskgrensesnittet du ønsker , Serial ATA , som har en kapasitet som kan sammenlignes med SCSI, men til en lavere kostnad.
  • Ekstremt pålitelige komponenter: sammen med flere CPUer med større hurtigbuffer og feilkorrigerende minne, kan dette forbli kjennetegnet på en arbeidsstasjon i dag. Selv om de fleste teknologier implementert i moderne arbeidsstasjoner også er tilgjengelig til lavere pris for forbrukermarkedet, er det å finne gode komponenter og sørge for at de fungerer kompatibelt med hverandre en stor utfordring i bygging av arbeidsstasjoner. Fordi arbeidsstasjoner er designet for avanserte oppgaver som værmelding, videogjengivelse og spilldesign, er det tatt for gitt at disse systemene må kjøre under full belastning, non-stop i flere timer eller dager uten problemer. Eventuelle komponenter på hyllen kan brukes til å bygge en arbeidsstasjon, men påliteligheten til slike komponenter under slike strenge forhold er usikker. Av denne grunn er nesten ingen arbeidsstasjoner bygget av kunden selv, men kjøpt heller fra en leverandør som Hewlett-Packard / HP Inc. , Fujitsu , IBM / Lenovo , Sun Microsystems , SGI , Apple eller Dell .
  • Tett integrasjon mellom operativsystemet og maskinvaren: Arbeidsstasjonsleverandører designer både maskinvaren og vedlikeholder Unix -operativsystemvarianten som kjører på den. Dette gir mye strengere testing enn det er mulig med et operativsystem som Windows. Windows krever at tredjeparts maskinvareleverandører skriver kompatible maskinvaredrivere som er stabile og pålitelige. Også en liten variasjon i maskinvarekvalitet som timing eller byggekvalitet kan påvirke påliteligheten til den generelle maskinen. Arbeidsstasjonsleverandører er i stand til å sikre både kvaliteten på maskinvaren og stabiliteten til operativsystemdriverne ved å validere disse tingene internt, og dette fører til en generelt mye mer pålitelig og stabil maskin.

Plass i markedet

Dell Precision 620MT med to Pentium III -prosessorer
Sun Ultra 20 med AMD Opteron -prosessor og Solaris 10

Siden årtusenskiftet har definisjonen av "arbeidsstasjon" til en viss grad blitt uklar. Mange av komponentene som brukes i "arbeidsstasjoner" i lavere ende er nå de samme som brukes på forbrukermarkedet, og prisforskjellen mellom den nedre arbeidsstasjonen og forbruker-PC-er kan være smalere enn den en gang var (og i visse tilfeller i det avanserte forbrukermarkedet, for eksempel "entusiast" -spillmarkedet, kan det være vanskelig å si hva som kvalifiserer som en "stasjonær PC" og en "arbeidsstasjon"). I et annet tilfelle skapte Nvidia GeForce 256 -grafikkortet Quadro , som hadde samme GPU, men forskjellig driverstøtte og sertifiseringer skreddersydd for de unike kravene til CAD -applikasjoner og solgt for en mye høyere pris, så mange tok til å bruke GeForce som en "fattigmanns" arbeidsstasjonskort siden maskinvaren stort sett var så dyktig, pluss at det kunne være mykt modifisert for å låse opp funksjoner som er nominelt eksklusive for Quadro.

Arbeidsstasjoner har vanligvis vært driverne for fremskritt innen CPU -teknologi. Selv om både forbrukerens skrivebord og arbeidsstasjonen drar nytte av CPUer designet rundt flerkjernekonseptet (i hovedsak flere prosessorer på en dør , hvor IBMs POWER4 var en pioner), bruker moderne arbeidsstasjoner vanligvis flere flerkjerners CPUer, feilkorrigerende minne og mye større on-die-caches enn de som finnes på "forbrukernivå" -prosessorer. Slik kraft og pålitelighet kreves normalt ikke på en generell stasjonær datamaskin. IBMs POWER-baserte prosessorkort og Intel-baserte Xeon-prosessorkort på arbeidsstasjonsnivå har for eksempel flere CPUer, mer on-die-cache og ECC-minne, som er funksjoner som er mer egnet for krevende innholdsskaping, prosjektering og vitenskapelig arbeid enn til generell desktop computing.

Noen arbeidsstasjoner er designet for bruk med bare ett spesifikt program, for eksempel AutoCAD , Avid Xpress Studio HD , 3D Studio Max , etc. For å sikre kompatibilitet med programvaren ber kjøpere vanligvis om et sertifikat fra programvareleverandøren. Sertifiseringsprosessen får arbeidsstasjonens pris til å hoppe flere hakk, men for profesjonelle formål kan pålitelighet være viktigere enn den opprinnelige kjøpskostnaden.

Nåværende arbeidsstasjonsmarked

Dell Precision T3500 -arbeidsstasjon med Intel Xeon -prosessorer
Hewlett-Packard Z820, en x86-64- basert arbeidsstasjon
Inne i en HP Z820 arbeidsstasjon

Nedgang på RISC-baserte arbeidsstasjoner

I januar 2009 hadde alle RISC -baserte produktlinjer for arbeidsstasjoner blitt avviklet:

  • SGI avsluttet den generelle tilgjengeligheten av MIPS-baserte arbeidsstasjoner for SGI Fuel og SGI Tezro i desember 2006.
  • Hewlett-Packard trakk sine siste HP 9000 PA-RISC-baserte stasjonære produkter fra markedet i januar 2008.
  • Sun Microsystems kunngjorde slutten av levetiden for de siste Sun Ultra SPARC-arbeidsstasjonene i oktober 2008.
  • IBM pensjonerte IntelliStation POWER 2. januar 2009.

Tidlig i 2018 ble det gjeninnført kommersielt tilgjengelige RISC -baserte arbeidsstasjoner i form av en serie IBM POWER9 -baserte systemer av Raptor Computing Systems .

Bytt til x86-64 arbeidsstasjoner

Det nåværende arbeidsstasjonsmarkedet bruker x86-64 mikroprosessorer. Operativsystemer som er tilgjengelige for disse plattformene inkluderer Microsoft Windows , FreeBSD , forskjellige Linux -distribusjoner , Apple macOS (tidligere kjent som OS X) og Oracle Solaris . Noen leverandører markedsfører også mono-socket-systemer for varer som arbeidsstasjoner.

Tre typer produkter markedsføres under arbeidsstasjonsparaplyen:

  1. Arbeidsstasjonsbladsystemer (IBM HC10 eller Hewlett-Packard xw460c. Sun Visualization System ligner disse løsningene)
  2. Ultra high-end arbeidsstasjon ( SGI Virtu VS3xx)
  3. Skrivebordssystemer som inneholder CPUer og brikkesett i serverklasse på store hovedkort i serverklassen med avansert RAM (arbeidsstasjoner i HP Z-serien og Fujitsu CELSIUS-arbeidsstasjoner)

Definisjon av arbeidsstasjon

Et betydelig segment av skrivebordsmarkedet er datamaskiner som forventes å fungere som arbeidsstasjoner, men bruker PC -operativsystemer og komponenter. Komponentprodusenter vil ofte segmentere produktlinjen og markedsføre premiumkomponenter som funksjonelt ligner de billigere "forbruker" -modellene, men har et høyere nivå av robusthet eller ytelse.

En PC på arbeidsstasjonen kan ha noen av følgende funksjoner:

  • Støtte for ECC -minne
  • Større antall minnekontakter som bruker registrerte (bufrede) moduler
  • Flere prosessoruttak, kraftige CPUer
  • Flere skjermer
  • Kjør pålitelig operativsystem med avanserte funksjoner
  • Pålitelig grafikkort med høy ytelse

Se også

Merknader

Referanser