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工作站
鎖定
- 中文名
- 工作站
- 外文名
- work station
- 功 能
- 數據運算和圖形、圖像處理能力
- 基 礎
- 個人計算機、分佈式網絡計算
- 定 義
- 一種高端的通用微型計算機
- 應用領域
- 科學和工程計算、軟件開發、計算機輔助分析
工作站簡介
工作站是以個人計算環境和分佈式網絡計算環境為基礎,其性能高於微型計算機的一類多功能計算機。個人計算環境是指為個人使用計算機創造一個儘可能易學易用的工作環境為面向特定應用領域的人員提供一個具有友好人機界面的高效率工作平台。分佈式網絡計算環境是指工作站在進行信息處理的過程中,可以通過網絡與其它工作站或計算機互通信息和共享資源。工作站的多功能是指它的高速運算功能,適應多媒體應用的功能和知識處理功能。高速運算包括中央處理器的高速定點、浮點運算以及高速圖形和圖象處理。多媒體應用是指工作站不僅能用於數值與文本數據處理,而且還能處理圖形、圖象、語音和聲音。知識處理功能是指工作站能用於人工智能,如專家系統和基於知識的推理等
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工作站功能
由計算機和相應的外部設備以及成套的應用軟件包所組成的信息處理系統。它能夠完成用户交給的特定任務,是推動計算機普及應用的有效方式。工作站應具備強大的數據處理能力,有直觀的便於人機交換信息的用户接口,可以與計算機網絡相連,在更大的範圍內互通信息,共享資源。工作站在編程、計算、文件書寫、存檔、通信等各方面給專業工作者以綜合的幫助。常見的工作站有計算機輔助設計 (CAD)工作站(或稱工程工作站),辦公自動化(OA)工作站,圖像處理工作站等。不同任務的工作站有不同的硬件和軟件配置。
例如,一個小型CAD工作站的典型硬件配置為:普通計算機,帶有功能鍵的CRT終端,光筆,平面繪圖儀,數字化儀,打印機等。軟件配置為:操作系統,編譯程序,相應的數據庫和數據庫管理系統,二維和三維的繪圖軟件,以及成套的計算、分析軟件包。它可以完成用户提交的各種機械的、電氣的設計任務。
OA工作站的主要硬件配置為:普通計算機,辦公用終端設備(如電傳打字機、交互式終端、傳真機、激光打印機、智能複印機等),通信設施(如局部區域網)、程控交換機、公用數據網、綜合業務數字網等。軟件配置為:操作系統,編譯程序,各種服務程序,通信軟件,數據庫管理系統,電子郵件,文字處理軟件,表格處理軟件,各種編輯軟件以及專門業務活動的軟件包,如人事管理、財務管理、行政事務管理等軟件,並配備相應的數據庫。OA工作站的任務是完成各種辦公信息的處理。
圖像處理工作站的主要硬件配置為:頂級計算機,一般還包括超強性能的顯卡(由於CUDA並行編程的發展所致);圖像數字化設備(包括電子的、光學的或機電的掃描設備,數字化儀),圖像輸出設備,交互式圖像終端。軟件配置除了一般的系統軟件外還要有成套的圖像處理軟件包。它可以完成用户提出的各種圖像處理任務。越來越多的計算機廠家在生產和銷售各種工作站。
工作站分類
工作站根據軟、硬件平台的不同,一般分為基於RISC(精簡指令系統)架構的UNIX系統工作站和基於Windows、Intel的PC工作站。UNIX工作站是一種高性能的專業工作站,具有強大的處理器(以前多采用RISC芯片)和優化的內存、I/O(輸入/輸出)、圖形子系統,使用專有的處理器(英特爾至強XEON、AMD皓龍等)、內存以及圖形等硬件系統,WIN 7 旗艦版操作系統和UNIX系統,針對特定硬件平台的應用軟件,彼此互不兼容。
PC工作站則是基於高性能的英特爾至強處理器之上,使用穩定的WIN7 32/64位操作系統,採用符合專業圖形標準(OpenGL4.x和DirectX 11)的圖形系統,再加上高性能的存儲、I/O(輸入/輸出)、網絡等子系統,來滿足專業軟件運行的要求;以Linux為架構的工作站採用的是標準、開放的系統平台,能最大程度的降低擁有成本──你甚至可以免費使用Linux系統及基於Linux系統的開源軟件;以Mac OS和Windows為架構的工作站採用的是標準、閉源的系統平台,在計算機技術高度發展的當今,具有高度的數據安全性和配置的靈活性,可根據不同的需求來配置工作站解決方案。
另外,根據體積和便攜性,工作站還可分為台式工作站和移動工作站。台式工作站類似於普通台式電腦,體積較大,沒有便攜性可言,但性能強勁,適合專業用户使用。移動工作站其實就是一台高性能的筆記本電腦。但其硬件配置和整體性能又比普通筆記本電腦高一個檔次。適用機型是指該工作站配件所適用的具體機型系列或型號。不同的工作站標配不同的硬件,工作站配件的兼容性問題雖然不像服務器那樣明顯,但從穩定性和兼容性等角度考慮,通常還是需要使用特定的配件,這主要是由工作站的工作性質決定的。
按照工作站的用途可分為通用工作站和專用工作站。通用工作站沒有特定的使用目的,可以在以程序開發為主的多種用途中使用。通常根據用途,在通用工作站上配置相應的硬件和軟件以適應特殊用途。在客户服務器環境中,通用工作站常作為客户機使用。專用工作站是為特定用途開發的,由相應用途的硬件和軟件構成,可分為辦公工作站、工程工作站和人工智能工作站等。辦公工作站是為了高效地進行辦公業務,如文件和圖形的製作、編輯、打印、處理、檢索、維護,電子郵件和日程管理等;工程工作站是以開發、研究為主要用途而設計的,大多具有高速運算能力和強化了的圖形功能,是計算機輔助設計、製造、測試、排版、印刷等領域用得最多的工作站。人工智能工作站用於智能應用的研究開發,可以高效地運 行LISP,PROLOG等人工智能語言。後來,這種專用工作站已被通用工作站所取代。
數字音頻工作站一般由三部分構成,即計算機、音頻處理接口卡和功能軟件。計算機相當於數字音頻工作站的“大腦”,是數字音頻工作站的“指揮中心”,也是音頻文件存存儲、交換中心。音頻處理接口卡相當於數字音頻工作站的“連接器”,負責通過模擬輸入(出)、數字輸入(出)、同軸輸入(出)、MIDI接口等連接調音台、錄音設備等外圍設備。功能軟件相當於數字音頻工作站的“工具”,用鼠標點擊計算機屏幕上的用户界面,就可以通過各種功能軟件實現廣播節目編輯、錄音、製作、傳輸、存儲、複製、管理、播放等工作。數字音頻工作站的功能強大與否直接取決於其功能軟件。全新的設計、極其人性化的用户界面、強大的瀏覽功能、多種拖放功能、簡單易用的MIDI映射功能、與PreSonus對應的自動配置功能、較好的音質、無限制的音軌數及每軌無限的插件數、支持各種最新技術規格、便利的起始頁面,化繁雜為簡單,Studio One Pro及Studio One Artist的這一切都是下一代功能軟件的特性
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工作站產品類型
顯卡
作為圖形工作站的主要組成部分,一塊性能強勁的3D專業顯卡的重要性,從某種意義上來説甚至超過了處理器。與針對遊戲、娛樂市場為主的消費類顯卡相比,3D專業顯卡主要面對的是3維動畫(如3DS Max、Maya、Softimage|3D)、渲染(如LightScape、3DS VIZ)、CAD(如AutoCAD、Pro/Engineer、Unigraphics、SolidWorks)、模型設計(如Rhino)以及部分科學應用等專業OpenGL應用市場。對這部分圖形工作站用户來説,它們所使用的硬件無論是速度、穩定性還是軟件的兼容性都很重要。用户的高標準、嚴要求使得3D專業顯卡從設計到生產都必須達到極高的水準,加上用户羣的相對有限造成生產數量較少,以至於其總體成本的大幅上升也就不可避免了;與一般的消費類顯卡相比3D專業顯卡的價格要高得多,達到了幾倍甚至十幾倍的差距。
與消費類顯卡市場類似,3D專業顯卡市場的競爭也是日趨激烈,整個3D專業顯卡市場已經成了NVIDIA和AMD收購ATI的天下。由於工作需求不同,工作站的顯卡與消費類顯卡差別比較大,一塊在自己領域中出色的顯卡在另一個領域中可以表現得很差。不過,nVIDIA和ATI的趨勢是將娛樂級產品和專業級產品統一到幾乎完全相同的硬件架構下,甚至是完全相同的芯片,由外圍電路和軟件控制到底是消費類顯卡還是專業顯卡。專業顯卡的遊戲性能同樣出色,相同參數的遊戲顯卡和專業顯卡性能相比卻是天差地別。
內存
主流工作站的內存為ECC內存和REG內存。ECC主要用在中低端工作站上,並非象常見的PC版DDR3那樣是內存的傳輸標準,ECC內存是具有錯誤校驗和糾錯功能的內存。ECC是Error Checking and Correcting的簡稱,它也是通過在原來的數據位上額外增加數據位來實現的。如8位數據,則需1位用於Parity(奇偶校驗)檢驗,5位用於ECC,這額外的5位是用來重建錯誤的數據的。當數據的位數增加一倍,Parity也增加一倍,而ECC只需增加一位,所以當數據為64位時所用的ECC和Parity位數相同(都為8)。在那些Parity只能檢測到錯誤的地方,ECC可以糾正絕大多數錯誤。若工作正常時,你不會發覺你的數據出過錯,只有經過內存的糾錯後,計算機的操作指令才可以繼續執行。當然在糾錯時系統的性能有着明顯降低,不過這種糾錯對服務器等應用而言是十分重要的,ECC內存的價格比普通內存要昂貴許多。而高端的工作站和服務器上用的都是REG內存,REG內存一定是ECC內存,而且多加了個寄存器緩存,數據存取速度大大加快,其價格比ECC內存要貴。
CPU
傳統的工作站CPU一般為非Intel和AMD公司CPU,而使用RISC架構處理器,比如PowerPC處理器、SPARC處理器、Alpha處理器等,相應的操作系統一般為UNIX或者其他專門的操作系統。全新的英特爾NEHALEM架構四核或者六核處理器有以下幾個特點:1,超大的二級三級緩存,三級緩存六核或四核達到12M;2,內存控制器直接通過QPI通道集成在CPU上,徹底解決的前端總線帶寬瓶頸;3,英特爾獨特的內核加速模式 turbo mode 根據需要開啓、關閉內核的運行;4,第三代超線程SMT技術。
硬盤
用於工作站系統的硬盤根據接口不同,主要有SAS硬盤、SATA(Serial ATA)硬盤、SCSI硬盤、固態硬盤。工作站對硬盤的要求介於普通台式機和服務器之間,因此低端的工作站也可以使用和台式機一樣的SATA或者SAS硬盤。而中高端的工作站會使用SAS或固態硬盤。
工作站應用領域
一般來講,工作站主要應用在以下領域:
計算機輔助設計及製造CAD/CAM
這一領域被視為工作站的傳統領域。採用CAD/CAM技術可大大縮短產品開發週期,同時又降低了高技術產品的開發難度,提高產品的設計質量。在CAD領域,大到一幢樓房小到一個零部件,圖形工作站都以其直觀化、高精度、高效率顯示出強有力的競爭優勢。
動畫設計
用户羣主要是電視台、廣告公司、影視製作公司、遊戲軟件開發公司、室內裝飾公司。電視台利用圖形工作站進行各個電視欄目的片頭動畫製作;而廣告公司則用它製作廣告節目的動畫場面;影視製作公司將其用於電腦特技製作;遊戲軟件公司將其作為開發平台;室內裝飾公司不僅利用圖形工作站進行設計,而且可以讓用户在裝修之前就能看到其裝修後的三維仿真效果圖。
GIS地理信息系統
它所面向的客户羣主要是城市規劃單位、環保部門、地理地質勘測院、研究所等。他們通常是用圖形工作站來運行GIS軟件。它使用户可以實時的、直觀的瞭解項目地點及周圍設施的詳情,如路燈柱、地下排水管線等。這些大數據量的作業也只有在具有專業圖形處理能力的工作站上才能高效率地運行。
平面圖像處理
模擬仿真
工作站主要品牌
許多廠商都推出了適合不同用户羣體的工作站,比如IBM、聯想、DELL(戴爾)、HP(惠普)、wiseteam、正睿(國產)等。而工業級一體化工作站的生產廠家有國內的諾達佳(NODKA)和研華(中國台灣)等。工作站由於對軟硬件兼容性和性能最大性,組裝機一般無法滿足,所有的品牌機都在不同程度上通過多家ISV認證,只有通過軟件認證後的型號才是成熟的、穩定的、安全的、高性能符合要求的工作站。工作站市場有以下幾個市場特點:工作站市場規模繼續保持快速化增長。工作站市場競爭慘烈,價格走低,利潤空間不斷縮小。品牌集中度有所提高,市場份額進一步向一線廠商集中,小品牌的存活度空間不斷受到擠壓。入門級工作站替代高端台機特點凸顯。雖然由於歷史原因,國外品牌在總體產品線上一直保持着領先地位,但國內品牌經過不斷的努力在持續縮小與國外品牌的差距。近幾年來看,國內品牌在技術上已經與國際先進水平保持同步,各個廠商基本站在了統一起跑線上,而在價格和服務方面國內廠商則擁有國外廠商無法比擬的優勢:我們更懂得國內企業的需求、本土化的服務、本地的配件短時間完成支持。
- 參考資料
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- 1. 王濟昌.現代科學技術名詞選編:[M].鄭州:河南科學技術出版社
- 2. 張孝祥.計算機科學技術百科全書:清華大學出版社,2005
- 3. 蔡英勝.數字音頻工作站特點、優勢及常見故障的應急處理[J].西部廣播電視,2018(14):172-173. .中國知網[引用日期2019-09-05]