工作站是一种高端的通用微型计算机。它是由计算机和相应的外部设备以及成套的应用软件包所组成的信息处理系统,能够完成用户交给的特定任务,是推动计算机普及应用的有效方式。它能提供比个人计算机更强大的性能,尤其是图形处理能力和任务并行方面的能力。通常配有高分辨率的大屏、多屏显示器及容量很大的内存储器和外部存储器,并且具有极强的信息和高性能的图形、图像处理功能。另外,连接到服务器的终端机也可称为工作站。工作站的应用领域有科学和工程计算、软件开发、计算机辅助分析、计算机辅助制造、工程设计和应用、图形和图像处理、过程控制和信息管理等。

工作站应具备强大的数据处理能力,有直观的便于人机交换信息的用户接口,可以与计算机网络相连,在更大的范围内互通信息,共享资源。常见的工作站有计算机辅助设计(CAD)工作站(或称工程工作站)、办公自动化(OA)工作站、图像处理工作站等。

不同任务的工作站有不同的硬件和软件配置。

①一个小型CAD工作站的典型硬件配置为:普通计算机,带有功能键的CRT终端、光笔、平面绘图仪、数字化仪、打印机等;软件配置为:操作系统、编译程序、相应的数据库和数据库管理系统、二维和三维的绘图软件,以及成套的计算、分析软件包。它可以完成用户提交的各种机械的、电气的设计任务。

②OA工作站的主要硬件配置为:普通计算机,办公用终端设备(如电传打字机、交互式终端、传真机、激光打印机、智能复印机等),通信设施(如局部区域网、程控交换机、公用数据网、综合业务数字网等);软件配置为:操作系统、编译程序、各种服务程序、通信软件、数据库管理系统、电子邮件、文字处理软件、表格处理软件、各种编辑软件,以及专门业务活动的软件包,如人事管理、财务管理、行政事务管理等软件,并配备相应的数据库。OA工作站的任务是完成各种办公信息的处理。

③图像处理工作站的主要硬件配置为:顶级计算机,一般还包括超强性能的显卡(由CUDA并行编程的发展所致),图像数字化设备(包括电子的、光学的或机电的扫描设备,数字化仪),图像输出设备,交互式图像终端;软件配置为:除了一般的系统软件外,还要有成套的图像处理软件包,它可以完成用户提出的各种图像处理任务。越来越多的计算机厂家在生产和销售各种工作站。

工作站根据软、硬件平台的不同,一般分为基于RISC(精简指令系统)架构的UNIX系统工作站和基于Windows、Intel的PC工作站。

①UNIX工作站是一种高性能的专业工作站,具有强大的处理器(以前多采用RISC芯片)和优化的内存、I/O(输入/输出)、图形子系统,使用专有的处理器(英特尔至强XEON、AMD皓龙等)、内存以及图形等硬件系统,Windows 7旗舰版操作系统和UNIX系统,针对特定硬件平台的应用软件彼此互不兼容。

②PC工作站则是基于高性能的英特尔至强处理器之上,使用稳定的Windows 7 32/64位操作系统,采用符合专业图形标准(OpenGL 4.x和DirectX 11)的图形系统,再加上高性能的存储、I/O(输入/输出)、网络等子系统,来满足专业软件运行的要求;以Linux为架构的工作站采用的是标准、开放的系统平台,能最大程度地降低拥有成本──甚至可以免费使用Linux系统及基于Linux系统的开源软件;以Mac OS和Windows为架构的工作站采用的是标准、闭源的系统平台,具有高度的数据安全性和配置的灵活性,可根据不同的需求来配置工作站的解决方案。

另外,根据体积和便携性,工作站还可分为台式工作站和移动工作站。

①台式工作站类似于普通台式电脑,体积较大,没有便携性,但性能强劲,适合专业用户使用。

②移动工作站其实就是一台高性能的笔记本电脑,但其硬件配置和整体性能又比普通笔记本电脑高一个档次。适用机型是指该工作站配件所适用的具体机型系列或型号。

不同的工作站标配不同的硬件,工作站配件的兼容性问题虽然不像服务器那样明显,但从稳定性角度考虑,通常还需使用特定的配件,这主要是由工作站的工作性质决定的。

按照工作站的用途可分为通用工作站和专用工作站。

通用工作站没有特定的使用目的,可以在以程序开发为主的多种环境中使用。通常在通用工作站上配置相应的硬件和软件,以适应特殊用途。在客户服务器环境中,通用工作站常作为客户机使用。

专用工作站是为特定用途开发的,由相应的硬件和软件构成,可分为办公工作站、工程工作站和人工智能工作站等。

①办公工作站是为了高效地进行办公业务,如文件和图形的制作、编辑、打印、处理、检索、维护,电子邮件和日程管理等。(www.daowen.com)

②工程工作站是以开发、研究为主要用途而设计的,大多具有高速运算能力和强化了的图形功能,是计算机辅助设计、制造、测试、排版、印刷等领域用得最多的工作站。

③人工智能工作站用于智能应用的研究开发,可以高效地运行LISP、PROLOG等人工智能语言。后来,这种专用工作站已被通用工作站所取代。

④数字音频工作站一般由三部分构成,即计算机、音频处理接口卡和功能软件。计算机相当于数字音频工作站的“大脑”,是数字音频工作站的“指挥中心”,也是音频文件的存储、交换中心。音频处理接口卡相当于数字音频工作站的“连接器”,负责通过模拟输入/输出、数字输入/输出、同轴输入/输出、MIDI接口等连接调音台、录音设备等外围设备。功能软件相当于数字音频工作站的“工具”,用鼠标点击计算机屏幕上的用户界面,就可以通过各种功能软件实现广播节目编辑、录音、制作、传输、存储、复制、管理、播放等工作。数字音频工作站的功能强大与否直接取决于其功能软件。全新的设计,极其人性化的用户界面,强大的浏览功能,多种拖放功能,简单易用的MIDI映射功能,与音频系统对应的自动配置功能,较好的音质,无限制的音轨数及每轨无限的插件数,支持各种最新技术规格,便利的起始页面,化繁杂为简单。如Studio One Pro及Studio One Artist等音乐制作工具都体现了下一代功能软件的特性。

需要注意的是,工作站区别于其他计算机,特别是区别于PC机,它对显卡、内存、CPU、硬盘都有更高的要求。

(1)显卡

作为图形工作站的主要组成部分,一块性能强劲的3D专业显卡的重要性,从某种意义上来说甚至超过了处理器。与针对游戏、娱乐市场为主的消费类显卡相比,3D专业显卡主要面对的是三维动画(如3ds Max、Maya、Softimage|3D)、渲染(如LightScape、3DS VIZ)、CAD(如AutoCAD、Pro/Engineer、Unigraphics、SolidWorks)、模型设计(如Rhino)以及部分科学应用等专业开放式图形库(OpenGL)应用市场。对这部分图形工作站用户来说,它们所使用的硬件无论是速度、稳定性还是软件的兼容性都很重要。用户的高标准、严要求使得3D专业显卡从设计到生产都必须达到极高的水准,加上用户群的相对有限造成生产数量较少,其总体成本的大幅上升也就不可避免了。与一般的消费类显卡相比,3D专业显卡的价格要高得多,达到了几倍甚至十几倍的差距。

(2)内存

主流工作站的内存为ECC内存和REG内存。ECC主要用在中低端工作站上,并非像常见的PC版DDR3那样是内存的传输标准,ECC内存是具有错误校验和纠错功能的内存。ECC是Error Checking and Correcting的简称,它是通过在原来的数据位上额外增加数据位来实现的。如8位数据,则需1位用于Parity(奇偶校验)检验,5位用于ECC,这额外的5位是用来重建错误数据的。当数据的位数增加一倍时,Parity也增加一倍,而ECC只需增加1位,所以,当数据为64位时,所用的ECC和Parity位数相同(都为8)。在那些Parity只能检测到错误的地方,ECC可以纠正绝大多数错误。若工作正常时,不会发觉数据出过错,只有经过内存的纠错后,计算机的操作指令才可以继续执行。在纠错时系统的性能有着明显降低,不过这种纠错对服务器等应用而言是十分重要的,ECC内存的价格比普通内存要昂贵许多。而高端的工作站和服务器上用的都是REG内存,REG内存一定是ECC内存,而且多加了一个寄存器缓存,数据存取速度大大加快,其价格比ECC内存还要贵。

(3)CPU

传统的工作站CPU一般为非Intel或AMD公司生产的CPU,而是使用RISC架构处理器,比如PowerPC处理器、SPARC处理器、Alpha处理器等,相应的操作系统一般为UNIX或其他专门的操作系统。全新的英特尔NEHALEM架构四核或者六核处理器具有以下几个特点:

①超大的二级三级缓存,三级缓存六核或四核达到12 M;

②内存控制器直接通过QPI通道集成在CPU上,彻底解决了前端总线带宽瓶颈;

③英特尔独特的内核加速模式turbomode根据需要开启、关闭内核的运行;

④第三代超线程SMT技术。

(4)硬盘

用于工作站系统的硬盘根据接口不同,主要有SAS硬盘、SATA(Serial ATA)硬盘、SCSI硬盘、固态硬盘。工作站对硬盘的要求介于普通台式机和服务器之间。因此,低端的工作站也可以使用与台式机一样的SATA或者SAS硬盘,而中高端的工作站会使用SAS或固态硬盘。