Введение
Высокопроизводительный компьютер для одного пользователя.
Рабочая станция – это специализированный компьютер, предназначенный для технических или научных приложений. Изначально разработанные для использования одним пользователем, рабочие станции от компаний Silicon Graphics, Apollo Computer, DEC, HP, NeXT и IBM стали движущей силой революции в области 3D-компьютерной графики в конце 1990-х годов. Ранее рабочие станции предлагали более высокую производительность, чем обычные персональные компьютеры, особенно в отношении процессора, графики, памяти и многозадачности. Рабочие станции оптимизированы для визуализации и обработки различных типов сложных данных, таких как 3D-проектирование, инженерные симуляции, включая вычислительную гидродинамику, анимация, видеомонтаж, редактирование изображений, медицинская визуализация, рендеринг, вычислительная наука и построение математических графиков. Как правило, рабочая станция имеет форм-фактор настольного компьютера, включающего дисплей высокого разрешения, клавиатуру и мышь, но также может оснащаться несколькими дисплеями, графическими планшетами и 3D-мышью для манипулирования объектами и навигации по сценам. Рабочие станции стали первым сегментом компьютерного рынка, предложившим передовые аксессуары и инструменты для совместной работы, такие как видеоконференции. Типичные рабочие станции 1980-х годов использовали дорогостоящее проприетарное оборудование и операционные системы, чтобы чётко отличаться от стандартных ПК. С 1990-х и 2000-х годов RS/6000 и IntelliStation от IBM использовали RISC-процессоры POWER на базе AIX, а корпоративные и потребительские ПК IBM PC Series и Aptiva – процессоры Intel x86. Однако к началу 2000-х годов это различие практически исчезло, поскольку рабочие станции стали использовать широко распространенное оборудование, производимое крупными поставщиками ПК, такими как Dell, Hewlett Packard и Fujitsu, предлагающими системы x86 64 под управлением Windows или Linux.
Истоки и развитие
Первый компьютер, который можно было бы назвать рабочей станцией, – это IBM 1620, небольшой научный компьютер, предназначенный для интерактивного использования одним человеком, сидящим за консолью. Он был представлен в 1959 году. Одной из особенностей машины является отсутствие каких-либо арифметических схем. Для выполнения сложения требуется таблица десятичных правил сложения, хранящаяся в памяти. Это снизило стоимость логических схем, позволив IBM сделать его недорогим. Машина носит кодовое имя CADET и первоначально сдавалась в аренду за 1000 долларов в месяц. В 1965 году научный компьютер IBM 1130 стал преемником 1620. Обе эти системы поддерживают Fortran и другие языки программирования. Они встроены в шкафы размером с письменный стол, с консольными пишущими машинками. Они оснащались опциональными дисководами, принтерами, а также устройствами ввода-вывода на бумажных лентах и перфокартах. Ранние рабочие станции, как правило, представляли собой специализированные мини-компьютеры, многопользовательские системы, выделенные для работы одного пользователя. Например, PDP 8 от Digital Equipment Corporation считается первым коммерческим мини-компьютером. Машины Lisp, разработанные в MIT в начале 1970-х годов, стали пионерами в области принципов построения рабочих станций, как высокопроизводительных, сетевых, однопользовательских систем, предназначенных для интенсивного интерактивного использования. Lisp Machines были коммерциализированы начиная с 1980 года такими компаниями, как Symbolics, Lisp Machines, Texas Instruments (TI Explorer) и Xerox (рабочие станции Interlisp D). Первым компьютером, разработанным для одного пользователя с графикой высокого разрешения (и, следовательно, рабочей станцией в современном понимании), является Alto, разработанный в Xerox PARC в 1973 году. Другие ранние рабочие станции включают Terak 8510/a (1977), Three Rivers PERQ (1979) и более позднюю Xerox Star (1981).
1980-е годы рост популярности
В начале 1980-х годов, с появлением 32-битных микропроцессоров, таких как Motorola 68000, появилось несколько новых конкурентов, включая Apollo Computer и Sun Microsystems, с рабочими станциями на базе 68000 и Unix. Тем временем, проект DARPA VLSI создал ряд производных графических продуктов, таких как Silicon Graphics 3130. Целевые рынки были дифференцированы: Sun и Apollo рассматривались как сетевые рабочие станции, а SGI – как графические. Процессоры RISC получили распространение в середине 1980-х годов, что было типично для производителей рабочих станций. Рабочие станции часто оснащаются дисковыми системами хранения SCSI или Fibre Channel, высокопроизводительными 3D-ускорителями, одним или несколькими 64-битными процессорами, большим объемом оперативной памяти и продуманной системой охлаждения. Кроме того, компании-производители обычно предлагают комплексные планы ремонта и замены. Однако, по мере размывания границ между рабочей станцией и ПК, производители рабочих станций все чаще используют стандартные компоненты ПК и графические решения вместо проприетарного оборудования или программного обеспечения. Некоторые "бюджетные" рабочие станции по-прежнему дороги по сравнению с ПК, но обеспечивают двоичную совместимость с более производительными рабочими станциями и серверами того же производителя. Это позволяет осуществлять разработку программного обеспечения на недорогих (по сравнению с сервером) настольных компьютерах.
Сверхпотенциальные клиенты
Рабочие станции были упрощены до минимально возможной стоимости в ущерб производительности, что привело к появлению тонких клиентов или сетевых компьютеров. Завися от сети и сервера, такие устройства сводятся к наличию только процессора, клавиатуры, мыши и экрана, без жесткого диска. Некоторые бездисковые узлы по-прежнему работают под управлением традиционной операционной системы и выполняют вычисления локально, используя удаленный сервер для хранения данных. Это позволяет снизить первоначальные затраты на приобретение системы и общую стоимость владения за счет уменьшения объема администрирования на одного пользователя. Впервые этот подход был предпринят как замена персональным компьютерам в офисных приложениях, с 3Station от 3Com. В 1990-х годах X-терминалы выполняли аналогичную функцию в области технических вычислений. Линейка тонких клиентов Sun включает продукты Sun Ray. Однако традиционные рабочие станции и персональные компьютеры продолжали дешеветь и упрощаться, а появление инструментов удаленного управления для ИТ-специалистов ослабило позиции этого рынка.
Компьютер 3M
Высокопроизводительная рабочая станция начала 1980-х годов, обладающая тремя характеристиками, начинающимися на букву "M", или "3M-компьютер" (термин, предложенный Раджем Редди и его коллегами из CMU), имела один мегабайт оперативной памяти, мегапиксельный дисплей (примерно 1000×1000 пикселей) и вычислительную мощность в один "MegaFLOPS" (не менее одного миллиона операций с плавающей точкой в секунду). RFC 782 определяет рабочую станцию в более общем смысле как "аппаратное и программное обеспечение, предназначенное для обслуживания одного пользователя", а также предоставление дополнительных общих ресурсов. Это, по крайней мере, на один порядок превосходит возможности персональных компьютеров того времени. Оригинальный персональный компьютер IBM 1981 года имел 16 КБ памяти, только текстовый дисплей и производительность в операциях с плавающей точкой около 1 (30 с опциональным математическим сопроцессором 8087). Другие характеристики, отличающие рабочую станцию от типичного персонального компьютера, включают сетевые возможности, ускорение графики и высокоскоростные внутренние и периферийные шины данных. Еще одной целью было снижение цены ниже одного "мегапенни", то есть менее , что было достигнуто к концу 1980-х годов. На протяжении начала и середины 1990-х годов многие рабочие станции стоили от 15 000 до 100 000 долларов и более.
Рыночная позиция
С конца 1990-х годов рынки рабочих станций и потребительских товаров продолжали сближаться. Многие компоненты рабочих станций начального уровня теперь аналогичны потребительским, и разница в цене уменьшилась. Например, большинство компьютеров Macintosh Quadra изначально предназначались для научных расчетов или проектирования, все они были оснащены процессором Motorola 68040 с обратной совместимостью с Macintosh 68000. Потребительские модели Macintosh IIcx и Macintosh IIci можно было модернизировать до Quadra 700. "В эпоху, когда многие профессионалы предпочитали рабочие станции Silicon Graphics, Quadra 700 представляла собой интересный вариант за значительно меньшую стоимость", поскольку ресурсоемкое программное обеспечение, такое как Infini D, обеспечивало "3D-рендеринг и анимацию студийного качества на домашних компьютерах". Quadra 700 может работать под управлением A/UX 3.0, что делает ее Unix-рабочей станцией. Другой пример – потребительская графическая карта Nvidia GeForce 256, от которой произошла рабочая станция Quadro, использующая тот же графический процессор, но с другой поддержкой драйверов и сертификацией для CAD-приложений и значительно более высокой ценой. Рабочие станции традиционно стимулируют развитие технологий процессоров. Все компьютеры выигрывают от многопроцессорных и многоядерных конструкций (по сути, нескольких процессоров на одном кристалле). Многоядерная архитектура была впервые разработана IBM POWER4; она и Intel Xeon имеют несколько процессоров, больший объем кэш-памяти и память ECC. Некоторые рабочие станции разрабатываются или сертифицируются для использования только с одним конкретным приложением, таким как AutoCAD, Avid Xpress Studio HD или 3D Studio Max. Процесс сертификации увеличивает стоимость рабочих станций.
Рабочие станции с графическими процессорами
Современные рабочие станции обычно представляют собой настольные компьютеры с графическими процессорами AMD или NVIDIA, предназначенные для высокопроизводительных вычислений в таких программах, как видеомонтаж, 3D-моделирование, системы автоматизированного проектирования и рендеринг.