В чем основные отличия встраиваемых систем от персональных компьютеров

Обновлено: 07.07.2024

Эта статья о происхождении и значении терминов ЭВМ, компьютер и computer; в ней раскрываются классификационные отношения между терминами: computer , вычислительная машина, аналоговая вычислительная машина (АВМ), цифровая вычислительная машина (ЦВМ), электронная цифровая вычислительная машина (ЭЦВМ), программируемая электронная цифровая вычислительная машина, универсальная программируемая электронная цифровая вычислительная машина (ЭВМ), персональный компьютер (ПК, ПЭВМ), стационарный персональный компьютер, носимый персональный компьютер, и пр.; в статье объясняется отличие ЭВМ от прочих вычислительных машин.

Вспоминая сокращение и перевод, получаем:

- ЭВМ - это электронно-вычислительная машина,

- компьютер - computer - э то вычислитель.

Другими словами, и то, и другое является вычислителем. Первый термин лишь подчеркивает, что вычислитель является (а) машиной, а не человеком, и (б) электронной машиной, а не механической, к примеру, он не является арифмометром. Второй термин таких уточнений в себе не несёт.

Происхождение, значение и сопоставление

Слово computer появилось в английском литературном языке в начале XVII века [1 ], правда, тогда оно означало "человек, занимающийся вычислениями". В конце девятнадцатого века у этого слова появилось второе значение "машина-вычислитель", но лишь в середине XX века второе значение "машина-вычислитель" вытеснило первое. И теперь computer означает в английском языке любую вычислительную машину: аналоговую, цифровую, гибридную и пр.

Слово ЭВМ (точнее, ЭСМ, электронная счётная машина) появилось в СССР в сороковых годах XX века, т. е. в то же самое время, когда за словом computer в английском языке закрепилось значение машины-вычислителя. Однако с самого начала сокращение ЭВМ подразумевало не любую машину, а электронную.

В те годы «железный занавес» разделял не только государства, но и лексиконы народов 1 , поэтому до конца 80-х в русском языке употреблялось только слово ЭВМ, которым с разными приставками обозначали и «большие» ЭВМ, и мини-, и микро-ЭВМ.

После перестройки в СССР начались массовые поставки персональных ЭВМ (т. е. personal computers ); вместе с поставками в русском языке укоренилось слово «компьютер». Поэтому в нашем быту - но не в науке и технике - «компьютер» означает всего лишь «персональный компьютер». В отличие от бытового языка, в современном научном, юридическом и техническом русском языке ЭВМ и компьютер - одно и то же.

ЭВМ и компьютер - это машина-вычислитель, которая отличается от прочих вычислителей:

- дискретными (цифровыми) вычислительными блоками, а не аналоговыми;

- электронным (не механическим) устройством вычислительных блоков;

- автоматической обработкой данных по заданной программе;

Дискретность вычислителя означает, что операндами в вычислительных операциях являются числа, состоящие, естественно, из цифр, поэтому второе название дискретного вычислителя "цифровой".

Электронное устройство вычислительных блоков подразумевает, что основные арифметические и логические блоки вычислителя состоят из электронных компонентов (вакуумных ламп, транзисторов, микросхем и т. п.). В частности, вычислитель на основе реле, т. е. на основе электротехнических, а не электронных компонент, сделанный Конрадом Цузе в 1941 году, сегодня компьютером по-русски не называют, но в английском предложении его упомянут как computer .

Автоматическая обработка данных предполагает невмешательство человека в обработку, пока она не завершится. Разумеется также, что обработка достаточно «длинная», т. е. состоит из нескольких операций, иначе нет смысла устраивать автоматическую обработку. Переключение с одной операции на следующую управляется программой, а не человеком.

Универсальность назначения понимается в каждую эпоху по-своему, сообразно человеческой фантазии и возможностям технических средств. В сороковых годах универсальность компьютера заключалась в том, что результатом работы его программ были разнообразные математические расчеты: баллистические, аэродинамические и т. п. В пятидесятых и шестидесятых программы универсального компьютера должны были уметь делать еще и научные, экономические, финансовые расчеты, управлять сложными технологическими процессами. В семидесятых, помимо уже упомянутого, - планировать перевозки, резервировать билеты на транспорт, пересылать электронную почту; в восьмидесятые годы - показывать картинки, помогать проектировать здания, электронные приборы, а в девяностых - играть и развлекать.

Сегодня программы универсального компьютера должны, по-прежнему, уметь делать любые расчеты, проводить численное моделирование физических процессов, раскодировать ДНК, обрабатывать картинки, географические карты, тексты, показывать кино, проигрывать музыку, распознавать образы и пр. Все только что перечисленные возможности программ являются внешними проявлениями внутренних способностей компьютера. Само собой разумеется, что внешние проявления основаны на внутренних способностях алгебраических, арифметических и логических блоков, которые остаются по-прежнему исключительно вычислительными. Других внутренних способностей у компьютера просто нет.

Неуниверсальный, специализированный вычислитель и его программы умеют делать что-нибудь одно: либо обрабатывать картинки, либо прокладывать маршрут по географической карте, либо показывать кино. Специализированный вычислитель называют контроллером. Контроллерами, а не компьютерами являются вычислители, встроенные в коммуникаторы, навигаторы, видеорегистраторы, стиральные машины и прочие бытовые приборы. Контроллеры, встроенные в движущиеся механизмы (самолеты, автомобили, танки), называют бортовыми.

Смена программ в ЭВМ означает, что её владелец, а не производитель, может легко выбрать для исполнения любую из установленных на ЭВМ программ или установить новую программу, которая появилась даже позже, чем была выпущена эта ЭВМ.

Прародительницами всех ЭВМ можно считать вычислительные машины, которые бывают трех типов: аналоговые, дискретные или цифровые, гибридные. Цифровые вычислительные машины могут быть механическими (арифмометр), электротехническими (машина Конрада Цузе на реле), электронными. Последние и называются ЭВМ или компьютерами. Еще раз стоит отметить, что в английском языке словом computer называют любые вычислительные машины.

На классификационной схеме (Рисунок 1 ) достаточно полно показана та ветвь вычислительных машин, которая ведёт от вычислительных машин к ЭВМ и их разновидностям. Прочие классификационные ветви не полны. На схеме также показано место нескольких английских понятий.

На схеме достаточно полно показана (и выделена цветом) только ветвь ЭВМ.

Рисунок 1 - ЭВМ = компьютер = разновидность вычислительных машин

Эта схема задумана 2 , чтобы показать, в первую очередь:

- место ЭВМ в семействе вычислительных машин;

- классификационную равнозначность терминов «ЭВМ» и «компьютер»;

- деление персональных компьютеров на два вида: стационарные (например, настольные) и носимые (например, ноутбуки и планшеты).

Возможно, что после появления и массового распространения оптических или биологических вычислительных машин термин "компьютер" станет по значению гораздо шире термина "электронная вычислительная машина". Возможно, что тогда появится термин "оптическая вычислительная машина, ОВМ" или, скорее, "оптический компьютер". Тогда изменится классификационная схема.

Кстати, производные понятия: ПЭВМ ( " персональная ЭВМ " ) и " персональный компьютер " сошлись в русском бытовом языке гораздо ближе между собой, чем исходные.

Слова ЭВМ и компьютер нельзя противопоставлять. В современном русском языке в научном, юридическом и техническом смыслах они означают одно и то же.

Когда в быту говорят «компьютер», то чаще имеют в виду «персональный компьютер» только потому, что с другими ЭВМ мало знакомы.

Слово «компьютер» постепенно вытесняет слово «ЭВМ». Возможно, что вскоре термин "компьютер" будет означать не только электронную (возможно, что вообще не электронную), а оптическую или биологическую основу вычислительной машины, то есть станет по значению гораздо шире термина "электронная вычислительная машина". Тогда понятия ЭВМ и компьютер разойдутся в значениях.

1 От железного занавеса, впрочем, была кое-какая польза. Изоляция заставляла переводчиков переводить иноязычные термины на русский язык, а не просто пытаться произнести их на русский лад. К примеру, недавно я обнаружил в научной книге 60-х годов перевод слова gadget ; он звучал как «штуковина».

Раньше было проще. И дело не в зелёной траве или юных годах. Выбрать компьютер для дома или рабочих задач можно было за каких-то пару минут. Особого выбора не было. Никаких тебе ноутбуков, моноблоков, неттопов, планшетов и прочих непонятных терминов. Был себе громоздкий стационарный ПК, один монитор от которого занимал четверть комнаты, и тем радовались. Но такие системы и половину тех задач выполнять не могли, что современные компьютеры.

Разнообразие нынешних форм-факторов компьютера иногда ставит перед выбором: моноблок или системный блок с монитором? Что лучше для дома? В данной статье мы разберёмся в преимуществах обоих вариантов, а в конце сравним их с ноутбуками.

Чем отличается моноблок от компьютера? Что лучше выбрать?

Моноблок — единое устройство, монитор и системный блок в одном корпусе. В отличие от ноутбука, он рассчитан на стационарное использование, питается от электросети, а не от встроенного аккумулятора. Моноблок не требует много места для отдельного размещения монитора и системного блока, как это происходит с традиционным десктопом (стационарным ПК).

Разберёмся подробнее, в чём заключается разница между моноблоком и компьютером.

Стоит ли брать моноблок вместо компьютера?

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно учитывать ваши сценарии использования. Какие преимущества и недостатки того или иного решения будут иметь для вас большее значение?

Представляем сводную таблицу плюсов и минусов моноблока, чтобы вы могли наглядно оценить все «за» и «против» этого форм-фактора.

Чем отличается компьютер от моноблок?

Ответ на этот вопрос — в перечислении плюсов и минусов выше, лишь с точностью наоборот. То есть обычный настольный компьютер даёт значительно более высокую производительность, вы сможете играть в современные игры, запускать сложные ресурсоёмкие приложения, в любой момент сможете улучшить железо системы, быстро отремонтировать или произвести замену дефектной детали в случае поломки.

В свою очередь, придётся купить компьютерный стол и выделить достаточно свободного места для всех внешних компонентов. Это может быть проблематично, например, при ограниченной площади помещения квартиры.

Что лучше выбрать: моноблок, компьютер (системник) или ноутбук?

Соревнование компьютерных форм-факторов никогда не получит единоличного победителя. Как говорится, каждому своё. Однако можно выделить категории пользователей и ситуации, когда покупка какого-то конкретного форм-фактора будет более выгодной и целесообразной.

Кому подойдёт моноблок?

Внешняя презентабельность моноблока способна подчеркнуть стиль и роскошь помещения, статус домовладельца, стать объектом восхищения у гостей. Такой выбор оправдан для тех, у кого на первом месте эстетика внешнего вида.

Нет много помещения для системного блока, кучи проводов и периферии? Покупка классического компьютера — не лучший вариант.

Моноблок подойдёт тем, кто не нуждается в высокой мощности компьютера. Если вы листаете интернет, смотрите сериалы и фильмы, используете устройство для учёбы, играете в несложные игры и работаете в не самых сложных приложениях, устройство «всё в одном» удовлетворит ваши потребности. Для работы в офисных приложениях — самое оно.

Когда нет времени и желания внедряться в техническую часть, изучать совместимость компонентов и каталоги моделей на рынке, покупка моноблока может быть более целесообразной.

Кому подойдёт компьютер с системным блоком?

В первую очередь геймерам. По сравнительно невысокой цене вы можете приобрести компьютер с игровой видеокартой.

Профессиональные приложения для редактирования фото, видеомонтажа, 3D-моделирования, музыкальные секвенсоры (и т.д.) требуют производительной аппаратной части. В этом случае мощный ПК — незаменимая рабочая станция.

Для профессиональных художников, дизайнеров и фотографов есть больше смысла в покупке профессионального монитора к компьютеру, чем в покупке моноблока. Чтобы дисплей моноблока обладал высокими характеристиками, придётся потратить на него немалую сумму.

Для интенсивного потребления контента персональный компьютер может быть более предпочтительным вариантом, поскольку вы не будете ограничены размером дисплея. Системный блок покупается отдельно от монитора, поэтому вы можете подобрать нужные вам характеристики компьютера и монитора по отдельности. Согласитесь, смотреть фильмы на диагонали 32 дюйма куда более приятно, чем на условном 24-дюймовом моноблоке.

Кому подойдёт ноутбук?

Прежде всего тем, кто находится в постоянном движении, не может усидеть на одном месте. Если вы часто путешествуете, ездите на дачу или не против поработать на свежем воздухе, в парке или в кафе — ноутбук станет вашим верным спутником.

Школьники и студенты тоже отдадут предпочтение ноутбуку. На мобильном компьютере они могут печатать лекции, набирать тексты рефератов и дипломных, создавать и демонстрировать презентации, искать информацию в интернете при подготовке к занятиям.

Если домашний компьютер (моноблок или ПК) используется несколькими членами семьи, иметь свой собственный ноутбук — решение многих проблем. Причём вовсе не обязательно, чтобы он был мощный и производительный. Ведь для игр и прочих сложных задач у вас останется настольный ПК.

Разница в ценах на моноблок и стационарный компьютер

Что лучше по цене — моноблок или компьютер с системным блоком? Здесь преимущество на стороне стационарного ПК. Причём как перед моноблоками, так и перед ноутбуками. За одну и ту же цену вы купите куда более производительный компьютер, с большими возможностями, с опцией дальнейшего недорогого апгрейда и сниженными расходами на ремонт/замену частей.

Рынок моноблоков на самом деле сильно отстаёт от рынка компьютерных комплектующих и ноутбуков. Конкуренция здесь меньше, поэтому цены выше. Приведём наглядный пример разницы в цене и возможностях.

Популярный на территории России моноблок Acer Aspire C24-963 обладает следующими характеристиками:

Цена: от 44 349 до 60 тыс. руб. и выше.

А теперь попробуем соберём ПК с похожими параметрами.

Десктопный аналог ноутбучного процессора Intel Core i3-1005G1 — Intel Core i3-7100 — обойдётся нам в 8 тыс. руб. Материнская плата под сокет LGA1151 — GIGABYTE GA-B150M-HD3 — в 4800 руб.. Накопитель SSD на 256 Гб от GoodRam — 3000 руб. Равносильная дискретная видеокарта AMD Radeon R5 230 — 3300 руб, 8 Гб оперативной памяти — 3 000 руб. К этому нужно добавить растраты на блок питания и корпус системного блока. Возьмём не самые дешёвые варианты, и обойдётся это ещё примерно в 4000 руб.

Что ж, посчитаем, что у нас получилось: 35 100 рублей. Заметно дешевле, и при этом производительность такого ПК всё равно может быть выше за счёт лучшего охлаждения процессора и видеокарты и не столь тесного расположения компонентов друг к другу.

Впрочем, разница в цене не настолько колоссальная, чтобы заставить изменить своё решение человека, который не хочет тратить время и усилия на изучение совместимостей компонентов и самостоятельную сборку ПК.

Заключение

Таким образом, чтобы сделать правильный окончательный выбор между форм-фактором своего будущего компьютера, вам нужно сделать 3 вещи: точно проанализировать свои потребности, определить доступный бюджет на покупку и грамотно взвесить лично для себя все «за» и против» разных форм-факторов и конкретных моделей.

Встраиваемая система - система специального назначения, в которой компьютер полностью инкапсулирован в основное устройство. В отличие от компьютера общего назначения (например, персонального компьютера), встраиваемая система предназначена для решения одной или нескольких заранее определенных задач в конкретной предметной области . Так как система создается для решения конкретных задач, оптимизацию можно проводить уже на этапе проектирования, уменьшая таким образом физические размеры системы и снижая ее стоимость . Производство встраиваемых систем может быть как серийным, так и штучным.

Наладонные компьютеры ( PDA ) также обычно относят к встраиваемым устройствам ввиду аппаратных особенностей, хотя они могут решать довольно широкий круг задач. Граница встраиваемых решений становится все более неопределенной по мере появления новых типов устройств.

Физически, к встраиваемым системам относится масса устройств - от MP3-плееров до больших стационарных систем, таких как "умные" светофоры или интеллектуальные датчики на электростанциях.

Встраиваемая операционная система - это операционная система для встраиваемых систем. При создании таких систем особое внимание уделяют компактности и эффективности работы, отказываясь от большинства функций, предоставляемых операционными системами для обычных компьютеров. Такие действия оправданны, поскольку встраиваемые устройства решают одну или несколько конкретных задач и большая часть функциональности обычных ОС им просто не понадобится. Существует несколько десятков встраиваемых операционных систем, наиболее известными из которых являются:

NetBSD,
Windows CE,
Windows XP Embedded,
Symbian OS.

Реальное время

Вычисления в реальном времени (Real-Time Computing - RTC) - это вычисления, удовлетворяющие ограничениям реального времени (Real-Time Constraint); то есть интервал времени между событием и реакцией системы не превышает некоторого порогового значения. Соответственно системы, не относящиеся к системам реального времени (non-real-time system), не имеют ограничений на время отклика, даже если к ним предъявляются требования высокой производительности и быстрого отклика.

Программное обеспечение реального времени обычно разрабатывается на основе операционных систем реального времени (real-time operating systems) с использованием синхронных языков программирования (synchronous programming languages).

К системам реального времени часто относят системы, приложения которых считаются критически важными (mission critical). Пример компьютерной системы реального времени - противоблокировочная тормозная система автомобиля. В данном случае, ограничением реального времени является интервал, во время которого необходимо отпустить тормоза для предотвращения блокировки колес. Вычисления реального времени считаются выполненными неуспешно, если они не завершились в заданный интервал времени. Временной интервал определяется условиями конкретной задачи. Система должна завершать вычисления реального времени в течение заданного интервала вне зависимости от своей загруженности другими задачами.

Жесткое и "мягкое" реальное время

Систему считают системой реального времени, если корректность выполнения операции зависит не только от логической корректности операции, но и от времени ее выполнения. Считается, что в случае систем жесткого реального времени ( hard или immediate real-time system) завершение операции по истечении заданного интервала времени (наступления "дедлайна") является бесполезным и в конечном счете может привести к критическому сбою всей системы. Системы мягкого реального времени ( soft real-time system) допускают задержки и предпринимают различные меры для реакции в заданный интервал, например, снижая качество возвращаемого ответа (пропуск кадров в видео).

Как правило, системы жесткого реального времени взаимодействуют с оборудованием на низком уровне. Например, система управления двигателем автомобиля является системой жесткого реального времени, так как задержка реакции может привести к сбою в работе двигателя и его повреждению. Другими примерами встраиваемых систем жесткого реального времени являются различные медицинские системы (такие как электронный стимулятор сердца), системы управления подушками безопасности, промышленные роботы, системы управления атомными электростанциями.

Системы жесткого реального времени используются, когда необходимо реагировать на события в течение строго заданного интервала времени. Обычно такие строгие требования предъявляются к системам, которые в случае задержки реакции могут привести к значительным потерям в том или ином виде, например к физическому повреждению окружения, угрозе жизни человека.

Как происходит распределение системного времени в случае систем, предназначенных для решения более одной задачи? Как правило, время распределяется на основании приоритетов задач. Кроме того, существуют алгоритмы, отдающие предпочтение задачам, которым осталось меньше всего времени на выполнение (Earliest Deadline First). Такие алгоритмы подходят для систем, загруженных менее чем на 100%.

К системам мягкого реального времени обычно относят те, что используются для решения задач совместного доступа и обеспечения множества связных систем актуальной информацией об изменениях. Примером системы мягкого реального времени может служить программное обеспечение, управляющее расписанием полетов коммерческих авиалиний. Такая система может работать при задержках в несколько секунд. Было бы невозможно обеспечить коммерческие авиаперевозки, если бы вычисления в системе управления расписанием не выполнялись в режиме реального времени. Аудио-или видеосистемы реального времени также, как правило, являются системами мягкого реального времени. Нарушение ограничений реального времени выражается в потере качества, а система продолжает работать.

Важно отметить, что разница между системами жесткого и мягкого реального времени не обязательно связана с количеством времени, доступным для решения задачи. Компьютер может перегреться, если процессор не начнет охлаждаться в течение 15 минут (жесткое реальное время). С другой стороны, сетевая карта может потерять данные в буфере, если их не прочтут в течение доли секунд, но эти данные можно переслать повторно, не затрагивая какую-либо критическую операцию. Скорее всего, пользователь вообще не заметит такой задержки.

Windows Embedded

Семейство встраиваемых Windows включают следующие операционные системы: Windows CE, Windows XP Embedded и Windows Embedded for Point of Service .

Windows XP Embedded

Windows XP Embedded (Xpe) - компонентная версия Microsoft Windows XP Professional. В основе ХРе - те же двоичные коды, что и у XP Pro, но XPe ориентирован на разработчиков для OEM, ISV и IHV, которым требуется полноценная поддержка Win32 API, но не нужны некоторые компоненты Professional. XPe запускает существующие Windows-приложения и драйверы устройств на устройствах с 32MB памяти Compact Flash, 32MB RAM и микропроцессором P-200.

XPe не имеет отношения к Wndows CE. Они ориентированы на различные устройства и оба имеют свои преимущества и недостатки. Например, XPe не сможет работать на некоторых достаточно малых объемах памяти, на которых работает CE. Однако CE не поддерживает полноценное Win32 API, которое поддерживает XPe (в CE есть аналог Win32 API). CE не сможет исполнять сотни уже разработанных драйверов и тысячи существующих приложений.

К устройствам, на которые ориентирована XPe, можно отнести торговые и игровые автоматы, кассовые аппараты, промышленных роботов, тонких клиентов, компьютерные приставки, сетевые устройства хранения данных, таймеры, устройства навигации и т. д. Различные версии XPe могут быть развернуты на самых разных устройствах, за исключением полноценного ПК. XPe поддерживает все оборудование, поддерживаемое XP Pro. Его нельзя установить на обычный ПК ввиду лицензионных ограничений.

Windows CE

Windows CE (WinCE) - версия операционной системы Microsoft Wndows для сильно ограниченных по сравнению с обычными ПК компьютеров и встраиваемых систем. Ядро Wndows значительно отличается от ядра Wndows для обычного ПК и не является урезанной версией. Ядро Win CE поддерживает архитектуры, совместимые с Intel x86, MIPS, ARM и Hitachi SuperH.

Windows CE специально оптимизирована для устройств, имеющих мало памяти - ядро Wndows CE требует для исполнения менее мегабайта памяти. Устройства часто конфигурируются без привлечения внешнего дискового устройства. Более того, можно настроить конфигурацию устройства так, чтобы получить изолированную от внешних пользователей систему (конечный пользователь не сможет расширять систему). Это можно сделать, записав образ ОС в ROM.

Windows CE соответствует определению системы реального времени (в отличие от XPe) с детерминированной задержкой обработки прерываний. Win CE поддерживает 256 уровней приоритета и поддерживает наследование приоритетов. Основной единицей исполнения является поток. Это позволяет упростить решение вопросов наследования и улучшить время исполнения.

На основе Win CE было разработано множество платформ (наиболее распространенные на сегодняшний день - Mobile 2003, Mobile 5.0, Smartphone 2003) и множество промышленных устройств и встраиваемых систем.

Значительная часть Windows CE поставляется с открытыми исходными кодами. В частности, Platform Builder (интегрированная среда создания образа ОС на основе Wndows CE) предлагает несколько компонент в форме исходных кодов.

Итоги

Для персональных компьютеров разработано огромное число информационных систем. Прочие устройства до сих пор испытывают недостаток различных программных средств. Разработка решений для встраиваемых систем или мобильных устройств требует учета ограниченности их возможностей по сравнению с персональными компьютерами. В то же время такие устройства представляют платформы для создания совершенно новых приложений и сервисов.

Появление таких операционных систем, как Wndows CE и Wndows XP Embedded , существенно упрощает разработку встраиваемых систем. А возможность использования . NET Compact Framework упрощает создание прикладных программ и различных сервисов для устройств.

В автоматизации довольно часто применяются компьютеры. Как правило, компьютер - это посредник между человеком и системой.

В качестве такого компьютера можно использовать обычный бытовой компьютер. Однако это нежелательно. Поэтому, если позволяют средства, лучше применять промышленный компьютер.

Вот основные отличия промышленного компьютера от обычного:

Повышенная надёжность .
Повышенная помехоустойчивость .
Повышенная пыле- влагозащищенность .
Увеличенное количество портов ввода-вывода и интерфейсов . Обычно это от 3 до 6 последовательных портов. Как правило с интерфейсами RS-232/ RS-485 . Иногда RS-422. Ну и ещё несколько портов USB.
Внешний блок питания . Это необязательно. Но обычно в промышленные компьютеры блоки питания не встраивают. Тому есть две основные причины: 1) чтобы уменьшить нагрев внутри компьютера; 2) чтобы можно было запитать компьютер от общего блока питания АСУ (поэтому диапазоны питания промышленных компьютеров обычно лежат в пределах 12. 35 В постоянного напряжения).
Цена . Промышленные компьютеры по сравнению с обычными, сопоставимыми по характеристикам, стоят в 1,5. 2 и более раз дороже.

Несмотря на последний пункт, применение промышленных компьютеров оправдано. В первую очередь, из за более высокой надёжности. А разницу в цене может окупить один сбой системы (вероятность, что он произойдет при использовании обычного компьютера существенно выше).

У нас, например, один промышленный компьютер работает почти не выключаясь уже около 7 лет. И при этом он ни разу не ломался и его ни разу не обслуживали. Только один СОМ-порт сгорел, но и то не по вине компьютера.

Для сравнения: на другом объекте поменяли уже три бытовых компьютера примерно за 10 лет, к тому же они постоянно требовали к себе внимания - на одни поездки сколько ушло времени и денег.

Конечно, каждый решает сам в зависимости от своих предпочтений и финансовых возможностей. Однако я свой выбор сделал - в АСУ ТП надо применять только промышленные компьютеры.

Применительно к компьютерному миру термин «Workstation» эксплуатировался столь нещадно, что со временем растерял свою суть. Конечно, ведь ты не загонишь в узкие рамки то, что подпадает под термин «Рабочее место»? Хотите маленький бесшумный компьютер для бухгалтера - пожалуйста, хотите двухпроцессорную зверюгу на 6 видеокарт - пожалуйста, и то и другое в понимании производителей ПК можно обозвать словом «Workstation», но сам этот термин зародился в мире приложений для работы с графикой и различными научными программными пакетами. И уж если руководство поставило перед вами задачу выбора «Рабочей станции», то чтобы не тратить деньги дважды, умейте отличать обычный офисный ПК от настоящей рабочей лошадки.

1. Действительно большое количество ядер CPU

Все точные расчёты, будь то рендеринг фильма или расчёт молекул, производятся на CPU, и все современные программные пакеты, будь то Ansys, Blender, Knime или простые фреймворки на Python, используют многопоточность, то есть одновременно обсчитывают данные на нескольких процессорных ядрах. Поэтому типичная рабочая станция имеет от 24 и более ядер. Готовьтесь к тому, что вам потребуется от 48 до 128 физических ядра, дающие 256 потоков в режиме HyperThreading.

Имейте в виду, что с ростом числа ядер на процессоре, у вас будет снижаться базовая частота каждого из ядер. Игровые компьютеры запросто щеголяют частотами от 3.5 ГГц и выше, но имеют по 4-8 ядер. В многоядерных процессорах она может составлять 2.1-2.8 ГГц, но из-за большого объёма кэша, целочисленные операции на таких процессорах осуществляются быстрее, и хотя скорее всего такой компьютер будет уступать рабочей станции в скорости загрузки Windows или в играх, в задачах рендеринга типичный игровой компьютер может увязнуть на недели, а рабочая станция посчитает сцену за считанные дни или часы.

2. Действительно большой объём памяти

Если посмотреть на рекомендованные конфигурации для работы с пакетами ANSYS 19, то минимальный объём уже составляет 192 Гб. Программы для работы с расчётами жидкостей и механических напряжений, запросто съедают и по 512 Гб ОЗУ.

Программы для 3D рендеринга менее требовательны к объёму ОЗУ, но при нынешних ценах на память, любой художник не поймёт, если в его рабочей станции будет менее 64 Гб ОЗУ.

3. ECC-память с защитой от ошибок (а так же LRDIMM)

Большие объёмы памяти набирают большим количеством модулей ОЗУ, а 256 Гб - это всего лишь 8 модулей по 32 Гб. Вполне вероятна ситуация, когда 8 разъёмов DIMM вам не хватит, поэтому придётся приобретать 2-процессорную машину, чтобы получить 16 слотов для модулей ОЗУ.

Начиная со второго модуля, каждый следующий удваивает вероятность возникновения ошибок в памяти компьютера. В абсолютном выражении вероятность появления ошибки - не такая уж и маленькая, около 0.22% в год на каждый модуль памяти, согласно статистике Google. Как говорится: «Shit Happens», и чаще всего операционная система компьютера ошибки восстанавливает, так что вы их даже не замечаете, но чтобы не полагаться на разработчиков ПО, лучше доверить механизм ECC Correction железу. Для этого на каждом модуле ОЗУ установлен миниатюрный чип, выполняющий функцию защиты от сбоев.

Можно сказать, что этот чип разгружает процессор от ненужной ему работы, и большие объёмы памяти без ECC просто нет возможности набрать. Но иногда и такой разгрузки недостаточно, и используются Load Reduced DIMM модули, в которых для общения с процессором используется отдельный чип-контроллер, выполняющий буферизацию запросов. Модули LRDIMM могут иметь объём 128 Гб, благодаря чему современные рабочие станции могут поставляться с 1-2 Тб ОЗУ.

4. Очень слабые по современным меркам видеокарты

Для работы в Mathlab, 3D Studio или Premiere мощная видеокарта не нужна, поэтому не удивляйтесь тому, что видеокарты в рабочих станциях относятся к позапрошлому поколению GPU, имеют низкопрофильный форм-фактор и выглядят как самые дешёвые геймерские платы. Почти все потребности профессионалов работы с графикой, Nvidia и AMD покрыли ещё лет 10 назад, поэтому как и звуковая карта, GPU здесь - средство вывода изображения, не более того. Для совместимости с пакетами 3D-графики, для рендеринга предпросмотра, как правило, используются специальные драйверы, которые совместимы только с профессиональными сериями GPU. У Nvidia это - Quadro, у AMD - FireGL.

Вполне возможно, что у вас будет мульти-мониторная видеокарта, позволяющая построить видеостену из ЖК панелей, но даже такая плата буквально затеряется в корпусе рабочей станции, а игровым платам типа GTX1080 или RTX2080 в рабочих станциях и вовсе делать нечего.

5. Большое число слотов расширения

Скорее всего, эти слоты будут вечно пустовать, но тратя 30-40 тысяч $$$ за «компьютер», разве вы допустите, чтобы в нём некуда было поставить Hi-Fi аудиоплату? Или сразу несколько GPU типа Nvidia Tesla K40 для машинного обучения?

Поэтому, как правило, хорошая рабочая станция будет иметь не менее 5 свободных слотов PCI Express 16x/8x для ваших нужд. Вероятнее всего, один из слотов уйдёт под 10/40G интерфейс Ethernet/Infiniband. Возможно, вам потребуется локальный RAID массив… Всё то, от чего давно отказались в мире настольных ПК, внезапно находит применение среди рабочих станций.

6. Встроенный Web-интерфейс для удалённого мониторинга

Из серверного мира в рабочие станции пришла мода ставить чипы удалённого мониторинга, как правило, ASpeed AST2500. Они открывают перед вами отдельный Web-интерфейс, через который вы можете прошивать BIOS во время работы машины, следить за датчиками и получать KVM-доступ к операционной системе. Естественно, можно перегружать/обновлять/включать/настраивать компьютер удалённо, через интернет.

Как правило, под BMC выделяется отдельный сетевой порт, но не обязательно. Кстати, наличие такого удалённого мониторинга позволяет сисадмину удалённо решать проблемы с машиной.

7. Очень слабая или отсутствующая звуковая карта

Звуковые интерфейсы интегрируют на материнские платы для рабочих станций по принципу «чтоб Skype работал». Считается, что звукорежиссёру такая мощная машина не нужна, а если и потребуется - он подключит внешнее USB устройство.

Что может быть, а может не быть в рабочей станции?

Теперь давайте рассмотрим те моменты, которые не обязательны для настоящей рабочей станции. Производитель, сборщик или клиент может на них обращать внимание, а может - нет.

Жидкостное охлаждение: до сих пор не доказало своих плюсов для охлаждения в настольных корпусах ни по эффективности, ни по надёжности, ни по уровню шума.
Большое число SATA портов: в схемотехнике современных материнских плат SATA идёт считай что бесплатно, поэтому ими увешивают как гирляндами даже самые дешёвые игровые материнки. На вашей плате может быть 12 портов SATA-600, а может быть 4 - не важно: в рабочей станции хранится только софт и файлы, с которыми вы сейчас работаете, а всё остальное - на NAS-е в сети.
SAS интерфейс: имеет одно существенное преимущество: в двухконтроллерных СХД позволяет жёсткому диску подключаться к двум «головам» одновременно. В рабочих станциях и на домашних компьютерах уступает место NVMe / PCI Express.
Большой дорогой корпус - это красиво и статно, но ни в вопросах уровня шума, ни в вопросах охлаждения размер не имеет значения.
Отказоустойчивые блоки питания / вентиляторы - выглядит круто, но если у поставщика вдруг нету нужных на оперативную замену, вы пожалеете что не можете купить обычные вентиляторы и блок питания в ближайшем отделении DNS и за полчаса восстановить работу вашей машины.

Заключение

Ну и самое главное - это цена. Современная рабочая станция легко переваливает за 30K$. Системные требования софта постоянно растут, и угнаться за ними далеко не каждому по силам, поэтому многие 3D художники делают выбор в пользу облачных сервисов. Но это, как говорится, совсем другая история.

Читайте также: