Персональные компьютеры и рабочие станции.
Классификация ЭВМ различного класса может производиться по нескольким параметрам:
· Технические характеристики (масса-габаритные параметры, объём внешней, внутренней памяти, расширяемость / слоты – сколько девайсов можно подключить на внешние порты и внутренние шины и т.п.)
Параметры перекликаются между собой. Как правило, высокопроизводительная и быстродействующая ЭВМ имеет объём не такой как у современных планшетов, гораздо большие, технические характеристики тоже на высоком уровне, стоит она тоже немало.
Важно иметь представление, какие ЭВМ используются в различных областях науки и техники. Поэтому рассмотрим классификацию по областям применения.
Супер ЭВМ .
Наиболее мощные вычислительные системы для получения максимальной производительности. Используются для сложных вычислений: моделирование полётов, прогноз погоды, разработка лекарств, фундаментальные научные исследования.
Производители: HP, IBM, Cray.
Производительность – до 367 Тф.
Отечественные супер ЭВМ – СКИФ, Cyberia – до 12 Тф.
Отказоустойчивые системы и кластеры.
Применение — в области транзакций, баз данных и обслуживанием телекоммуникаций.
1) Обеспечение высокой производительности
2) Продолжительное функционирование системы
Многомашинные распределительные вычислительные системы. Кластеризация – это реализация объединения машин, представляющегося единым целым для ОС, СПО, Прикл.ПО и пользователей. При отказе одного процессора такие машины могут быстро распределить работу на другие процессоры внутри кластера.
Используются в критически важных приложениях.
Обеспечение продолжительного функционирования решается 3-мя задачами:
— Надежность – снижение интенсивности отказов и сбоев (важен тепловой режим, качество сборки).
— Готовность – подавление в определенных пределах влияния отказов и сбоев на работу системы с помощью контроля и коррекции ошибок, средств автоматического восстановления вычислительного процесса, аппаратная и программная избыточность (например, холодный или горячий резерв).
— Удобство обслуживания – ремонтопригодность, контролепригодность.
Производители: HP, IBM, Cray.
Нейрокомпьютеры и нейросети.
Применяются для решения задач нечёткой логики, построения экспертных и обучающих систем.
Мейнфреймы.
Большая универсальная ЭВМ, наиболее мощная по производительности уступает только супер ЭВМ. Обеспечивают непрерывный круглосуточный режим эксплуатации.
Архитектура. Многопроцессорные системы, содержащие один или несколько центральных и периферийных процессоров с общей памятью, связанных между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. Основная вычислит. нагрузка ложится на ЦП, периферийный процы обеспечивают работу с периферийными устройствами.
Особенности современных мэйнфреймов:
1) Повышенная устойчивость
2) Дублирование (резервные процессоры, запасные микросхемы памяти).
3) Горячая замена (память, ЦП, каналы).
4) Целостность данных (используется память с коррекцией ошибок, RAID-массивы, резервное копирование).
5) Высокая пропускная способность (высокая рабочая нагрузка на ввод/вывод данных).
Производители: IBM, Siemens, Nixdorf, ICL.
Применение: решение научно-технических задач, работа с большими БД, управление выч.сетями и их ресурсами.
Серверы.
Используются в распределённой архитектуре «клиент-сервер». Несколько типов серверов:
Т.о., тип сервера определяется типом ресурсам, которым он владеет (файловая система, БД, принтеры, процессоры, прикл.польз.программы).
Персональные компьютеры и рабочие станции.
Удовлетворяют персональные потребности пользователя.
ПО ПК характеризуется дружественностью интерфейса пользователя.
Рабочая станция – персональный пункт для профессионального пользования сетевыми ресурсами. Рабочие станции — это хорошо сбалансированные системы, в которых высокое быстродействие сочетается с большим объемом оперативной и внешней памяти, высокопроизводительными внутренними магистралями, высококачественной и быстродействующей графической подсистемой и разнообразными устройствами ввода/вывода. Это свойство выгодно отличает рабочие станции среднего и высокого класса от ПК и сегодня.
Основные факторы, определяющие рост применимости ПК:
— расширение функциональных возможностей. Помимо обычных для этого класса систем текстовых процессоров, даже средний пользователь ПК может теперь работать сразу с несколькими прикладными пакетами, включая электронные таблицы, базы данных и высококачественную графику;
— адаптация графических пользовательских интерфейсов;
— широкое распространение систем мультимедиа потребовало использования высокопроизводительных ПК и рабочих станций с адекватными аудио — и графическими средствами, и объемами оперативной и внешней памяти.
— высокая стоимость мейнфреймов и даже систем среднего класса помогла сместить многие разработки в область распределенных систем и систем клиент-сервер, которые прямо базируются на высоконадежных и мощных рабочих станциях и серверах.
Терминалы
Комбинация бездисковых рабочих станций и терминалов ввода (ASCII-терминалы). Тенденция: применение «подчинённых» терминалов, использующих РС в качестве локального сервера.
Игровые компьютеры
По сравнению с персональными вычислительными машинами у игровых компьютеров увеличены мультимедийные возможности (звук, видео, интерактивность), но существуют ограничения на объем программного обеспечения, а также возможность дальнейшего расширения (подключения новых устройств). У игровых компьютеров не предполагается наличие монитора и жесткого диска.
В качестве примера игрового компьютера можно привести Sony PlayStation.
Цены на игровые компьютеры обычно ниже, чем на персональные.
Что такое рабочие станции и зачем они нужны?
Всех нас окружают вещи, сконструированные и изготовленные при помощи специализированных компьютеров — так называемых «рабочих станций». Это не только материальные предметы вроде компактного плеера, ботинок, автомобилей или стульев, но и электронные игры, прогнозы погоды и кинофильмы. Сегодня практически во всех областях деятельности человека применяются рабочие станции. Без них не обойтись в инженерных расчётах, в редактировании и составлении сложных схем или визуализации научных идей, в подготовке видеофильмов или мультипликации. Наконец, если вы занимаетесь подобной деятельностью, пусть даже в качестве хобби, и в один прекрасный момент вы устаёте бороться с несовершенством вашего персонального компьютера, «тормозящего» в самые ответственные моменты, — это означает, что вам тоже нужна рабочая станция.
Что такое рабочая станция?
Однозначное определение рабочей станции сформулировать, как ни странно, практически невозможно, поскольку, в зависимости от назначения, её конструкция может серьёзно отличаться, причём основное внимание создателей будет уделяться различным компонентам. Разумеется, профессионалы, применяющие рабочие станции в повседневной работе, тоже делают упор на различных особенностях своих машин.
Поэтому наиболее общим определением, которое можно дать рабочей станции, будет: «машина, удовлетворяющая каким-либо особым требованиям, предъявляемым к мощному компьютеру для конкретного вида интеллектуальной профессиональной деятельности «.
Средства, при помощи которых обеспечивается соответствие требованиям, могут быть различными: от использования двух процессоров и шин PCI-X, большого числа слотов PCI Express до скоростных RAID огромной ёмкости и большого объёма оперативной памяти с кодом коррекции ошибок (ECC). В некоторых случаях не обойтись без множества систем активного охлаждения и даже нескольких блоков питания — как в серверах. Тем не менее, вовсе не обязательно устанавливать в компьютер все перечисленные компоненты, чтобы получить рабочую станцию — для каждого конкретного случая подбирается своя конфигурация. Наконец, рабочая станция отличается от мощного игрового компьютера тем, что в её конструкции используются такие сочетания и такие количества комплектующих, за которые никогда бы не стал платить самый сумасшедший геймер.
Сертификация
Сертифицированность всего, чего только можно, считается вторым важнейшим признаком рабочей станции. Чаще всего, вся собранная система в целом проходит тестирование в компании-производителе программного обеспечения, которое будет использоваться на данной модели рабочей станции. Машина тестируется на полную совместимость с программными пакетами и на надёжность работы, ведь многие профессионалы даже не посмотрят в сторону такого компьютера, который бы не был сертифицирован для тех приложений, которые они используют в повседневной работе.
Как и следует ожидать, сертификация значительно удорожает рабочие станции, однако работа, выполняемая на таких компьютерах, бывает настолько важной, что малейшие сбои и ошибки могут обернуться куда более значительными убытками, иной раз исчисляемыми миллионами долларов. Поэтому многие идут на дополнительные затраты, связанные с сертификацией, хотя в отдельных компаниях предпочитают пользоваться услугами собственных специалистов, самостоятельно собирающих и тестирующих рабочие станции, и отвечающих за их надёжность и совместимость. Впрочем, первый подход гораздо более распространён — хотя бы из-за того, что содержать собственный штат высококлассных профессионалов для сборки и тестирования ПК, в большинстве случаев, экономически неоправдан.
Ещё четверть века назад практически все рабочие станции представляли собой «вещи в себе» — компьютеры запатентованной конструкции, разительно отличавшейся от массовых «десктопов». В рабочих станциях под марками Silicon Graphics (SGi), Sun, NeXT использовались собственные процессоры и собственные технические решения, вкупе с оптимизированными операционными системами. К девяностым годам прошлого века ситуация изменилась: появились массовые процессоры вроде Pentium Pro и Pentium II Xeon, которые поддерживали двухпроцессорные конфигурации и могли выступать альтернативной и более дешёвой базой для рабочих станций. Преимущества таких решений стали настолько очевидными, что даже Silicon Graphics, прославившаяся полностью проприетарным «железом» и софтом, сегодня не гнушается использовать процессоры Intel, графические карты ATI и операционную систему Linux. Тем самым, бросающиеся в глаза отличия между рабочими станциями и обычными настольными ПК почти стёрлись.
Тем не менее, по мнению специалистов, переходить на использование рабочих станций стоит, к примеру, в том случае, если вам требуется рендеринг трёхмерного видео в реальном времени или в случае необходимости выполнения критичного к пропускной способности системы проекта в кратчайшие сроки. Если у вас есть в запасе время, и вы можете подождать — есть смысл сэкономить деньги и выбрать обычный ПК.
Важнейшие составляющие рабочей станции
Вопреки распространённому мнению, рабочая станция вовсе не должна быть запредельно дорогой. К примеру, базовая модель Dell Precision 370 стоит порядка 700 долларов США — практически столько же, сколько не самый совершенный настольный компьютер. Разумеется, есть и прямо противоположные примеры: цена на графические станции высшего класса SGI Prism с парой сотен центральных процессоров и 16-ю видеоконтроллерами FireGL составляют порядка 200000 долларов. Конечно же, большей части заказчиков не нужны столь мощные и дорогие машины и, как правило, цены на самые массовые рабочие станции колеблются вокруг 5-6 тысяч долларов.
Обсудим вкратце четыре ключевых компонента, которым стоит уделить особое внимание при выборе рабочей станции. Прежде всего, это центральный процессор. Основной вопрос заключается в выборе платформы и архитектуры. Выбирать придётся из нескольких процессоров Intel Xeon, работающих на одной системной шине, из процессоров AMD Opteron с тройной шиной Hyper-Transport, из машин Apple с процессором G4 на одной системной шине или двумя процессорами G5 на раздельных шинах. В общем случае предпочтительнее использование раздельных системных шин для разных процессоров — тем самым устраняется возможное «узкое место», способное существенно снизить производительность при высокой загрузке.
В последние годы многие компании-производители рабочих станций стали больше использовать процессоры AMD Opteron как оптимальное решение для серийных высокопроизводительных моделей. Даже фирма Sun Microsystems, стоявшая у истоков рабочих станций, выпускает модели Java Workstation на базе чипов Opteron, а не только машины семейства SunBlade на основе собственного процессора UltraSPARC IIIi. Впрочем, недавно появившиеся на рынке двуядерные модели Xeon, способные, помимо того, поддерживать виртуальную многопоточность в каждом из ядер, по мнению специалистов, являются серьёзными конкурентами Opteron в многозадачных приложениях.
Во всех рабочих станциях (за редким исключением) используется оперативная память с кодом коррекции ошибок (ECC), которая стоит заметно дороже обычной «оперативки» того же форм-фактора. Принципиальное отличие между ними заключается в том, что «обычная» компьютерная DRAM может выявлять ошибки, вызванные различными объёктивными и субъективными факторами, но не может их исправлять, а поскольку для важных расчётов такое поведение недопустимо, в микросхемы ECC добавлен модуль выявления и исправления ошибок. На работу же настольного ПК появление ошибок в оперативной памяти практически не влияет и сбоев почти не вызывает: в худшем случае, на экране появятся малозаметные артефакты. Для важного расчёта неисправленная ошибка может означать искажения в чертеже атомного реактора или микросхемы, что приведёт впоследствии к неработоспособности сконструированного изделия.
Что касается графических контроллеров для рабочих станций, то на сегодняшний день их поставляют четыре компании: nVidia, ATI, 3Dlabs и Matrox. Первые две фактически делят рынок видеоускорителей для персональных компьютеров, в то время как решения на базе моделей двух других производителей предлагаются сегодня исключительно на рынке профессиональных компьютеров. ATI и nVidia поставляют производителям рабочих станций как специализированные карточки FireGL и Quadro, так и топовые модели «бытовых» ускорителей, однако стоит иметь в виду, что «обычные» видеокарты оптимизированы для «обмана зрения» потребителя, который требует, чтобы ему «сделали красиво» и, вдобавок, не поддерживают на аппаратном уровне целый ряд функций, востребованных профессиональными приложениями.
Традиционно в рабочих станциях, как и в серверах, применяются жёсткие диски с интерфейсом SCSI, поддерживающим «горячее подключение» и высокую пропускную способность шины, не зависящую от общей загрузки системы. Однако сегодня дисковые массивы на Ultra320 SCSI испытывают серьёзную конкуренцию со стороны массивов с интерфейсом Serial ATA (SATA) 3 Гбит/с, которые заметно дешевле, но имеют как сходную заявленную производительность, так и возможность «горячего подключения».
Тем временем, для работы с домашним видео формата miniDV (кодек DV25) достаточно пропускной способности всего 25 Мбит/с (3,1 Мбайт/с), а кодек высокого разрешения DV50 требует лишь её удвоения. При работе с видео как с наиболее требовательным к производительности дисковой подсистемы приложением, важна не столько заявляемая производителями скорость самого интерфейса, сколько внутренняя скорость обмена данными между диском и буфером кэш-памяти. Однако даже в дешёвых дисках со скоростью вращения 5400 оборотов в минуту эта внутренняя скорость составляет от 30 до 50 Мбайт/с, а в современных SATA-моделях может достигать и 125 Мбайт/с, что с лихвой перекрывает потребности при работе с домашним цифровым видео.
Совсем другое дело — профессиональное кино, где требуется пропускная способность до 300 Мбайт/с из-за целого ряда установленных систем обработки изображения. Организовать её не так сложно, как кажется, но здесь в дело идут уже более прецизионно изготовленные и скоростные SCSI-диски: диск Seagate Ultra 320 Cheetah 15K.4 обеспечивает реальную внутреннюю пропускную способность от 85 до 142 Мбайт/с. Двухканальный RAID-массив Ultra 320 SCSI уровней 0 или 5 позволяет получить уже скорость в 600-700 Мбайт/с.
Нужна ли вам рабочая станция?
Как и в случае с определением рабочей станции, ограничить круг потенциальных пользователей таких машин тоже весьма непросто. На подобных компьютерах работают профессионалы в сфере дизайна, создания и редактирования цифрового видео и звука, инженеры и художники, учёные и медики. Однако при желании теми же самыми вещами могут заниматься и обычные люди непрофессионально, в качестве хобби, на своём домашнем компьютере. Перспектива перехода на рабочую станцию возникает тогда, когда вам надоедает ждать в течение 20 минут завершения обработки изображения каким-либо эффектом в Photoshop или когда ваша система полностью загружается при кодировании видео и не позволяет осуществлять никаких других действий. Если эти случаи вам знакомы и при этом в вашем распоряжении самый мощный ПК последней модели, то следующей ступенью апгрейда может стать именно рабочая станция.
Неттопы
Этот вид компьютеров отличается своей компактностью. Неттопы предназначаются для работы, плохо подходят для домашнего использования и совершенно не подходят для игр. А вообще, термин «Неттоп» ввела компания Intel при демонстрации своих новых процессоров Intel Atom, которые, как полагали представители фирмы, должны стать основой и базой для создания неттопов.
Если привести аналогию, то такой вид компьютера представляет собой стационарный аналог ноутбука или нетбука. Эти компьютеры имеют традиционные мониторы, мышку и клавиатуру, а вот применяемый системный блок настолько мал, что он легко крепится за заднюю панель монитора. В результате огромная коробка отсутствует, что позволяет экономить место.
Неттопы – это очень слабые компьютеры, которые оснащаются бюджетным «железом». За счет низкой производительности комплектующих они очень слабо нагревается, что дает возможность поместить их в небольшую коробку без эффективного охлаждения. Эту коробку аккуратно крепят за монитор. За счет применения слабых комплектующих подобные системы являются очень дешевыми, поэтому их часто покупают для использования в офисах. Они дают возможность пользователям работать с офисными программами, браузерами и т.д. Ожидать от них высокой производительности точно не стоит. Их основная задача – обеспечить возможность работы персонала и при этом сэкономить бюджет компании. С ней они справляются отлично.
Хорошими примерами реализации таких видов компьютеров являются следующие модели: ASUS Eee Box, Acer AspireRevo AR1600. Эти системы созданы на базе чипа Intel Atom и видеокарты Nvidia.
Отметим, что хотя неттопы и являются удобным решением для офисов, они практически не прижились. Чаще всего даже в небольших компаниях для нужд персонала приобретают дешевые стационарные компьютеры с классическими системными блоками.
Вычислительные серверы
Такой тип компьютера как вычислительный сервер, лежит в основе работы локальных сетей и интернета в целом. Вся работа сетей построена на серверной работе компьютеров, каждый из интернет ресурсов, его файлы, да и любые типы информации в сети находится на устройстве хранения кого-либо из видов серверов.
Без сомнения, высокая производительность серверных версий компьютеров очень важна, но не так как их надёжность. Компьютеры, выполняющие задачу сервера, первым делом должны иметь очень высокую надёжность и работать без исключения весь срок службы, ведь хранящаяся информация на сервере должна быть постоянно доступной, и ни в коем случае её нельзя потерять. Использование резервных копий становится обязательных для таких типов компьютерных решений.
Серверы могут обрабатывать большое количество информации, а в основе вычислений лежит параллельная обработка информации. Поэтому серверные версии компьютеров направлены на развитие многопроцессорности и их многоядерности.
Вообще, сервером может являться практически любой компьютер не обязательно он должен быть громоздким как представляют многие, ведь его функцией является обслуживание других компьютеров в сети, он является их информационным источником. К примеру, неттоп сможет стать не плохим домашним сервером, а используя функционал системного блока, его можно без особого труда использовать как хостинг для своего блога. По функциональности, да и по размерам, серверы сравнимы с типом компьютера устаревшей классификации – майнфримами.
