Графическая станция


Графическая станция — это рабочая станция, представленная в лице мощного компьютера на основе специализированной фирменной архитектуры и высокопроизводительного RISC — процессора (нескольких процессоров), работающего под управлением одной из систем Unix (Windows NT), предназначенная для разработки и редактирования сложных графических изображений. Цена подобных систем зависит от конфигурации и колеблется от 4-5 тыс. $ и выше.

Графические станции по типу решаемых задач можно разделить на следующие классы:

* станции для обработка 2D графики;

* станции для обработки 3D графики;

* CAD/CAM — системы;

* станции для монтажа и обработки видеоизображений.

Системы 2D применяются в полиграфии, при разработке двумерных чертежей и др. графических материалов. Для приемлимой работы требуется наличие хорошего 2D- акселератора, и увеличение размера видео-ОЗУ. Часто используется специальная периферия (сканеры со слайд-модулями, устройства цветной печати и пр.)

3D- системы — используются в графике объемных форм. Это компьютерные игры, видеоклипы, моделирование трезмерных изображений, VR, эмуляторы тренажеров. Для этого требуется хороший 3D- ускоритель, достаточная видеопамять, специальные средства ввода-вывода.

CAD/CAM — системы применяются для разработки и сопровождения проектирования технического изделия, моделирования процессов технологической обработки деталей, разводки печатных плат и т.п. Необходимо наличие графического монитора с большой диагональю и других средств (используемых в 3D — системах).

Комплексы обработки видеоизображений и нелинейного монтажа предназначены для создания видеоклипов, рекламы, анимационных оформлений, работы со звуком. Кроме очень мощного (и дорогого) видеоадаптера с большой видеопамятью, в комплекс могут входить специальные кнопочные клавиатуры, устройства со сменными дисками (CD — R, магнитооптика и пр.), TV-тюнер, средства обработки видео и звука (звуковые карты, колонки). Необходимо наличие широкой полосы пропускания видеосигнала, т.к. при частой смене кадров поток обрабатываемых данных может возрасти до 25 Мбайт/с.

Для хранения данных применяют системы типа IDE (1-2 дисковода) или SCSI, позволяющие подключить к шине 7 -15 внешних устройств. Для ускорения дисковой системы желательно использование массивов RAID.

Рассмотрим, например, семейство графических станций KLONDIKE. Для всех моделей кэш 512 Кб, частота 300 Мгц, процессор Pentium II c технологией MMX позволяет создавать и монтировать фильмы, проекты САПР и готовить полиграфические материалы высокого качества. Возможно расширение видеопамяти до 40 Мб, включение высокочастотных графических процессоров, увеличение ОЗУ до 512 Мб, шина AGP. Cемейство представлено изделиями следующих серий:

VIDEOSTATION KLONDIKE VS 2 (студия создания видеоклипов и заставок, видеоматериалов для мультимедиа, тиражирования CD). Имеет: профессиональную плату ввода-вывода изображения для качественной оцифровки, разрешение 768 х 512 при 16.7 млн. цветов, качественный вывод на видеомагнитофон. Цена от $5790.

POLYGRAPH — STATION KLONDIKE POLYGRAPH 2 (обработка изображений высокого разрешения). Имеет: профессиональный графический ускоритель с поддержкой разрешения 1600 х 1200 при 16.7 млн. цветов; встроенную систему цветокалибровки; мощную дисковую подсистему; ОЗУ — до 512 Мб. Цена от $2610.

KLONDIKE 3D — STATION (работа с пакетами трехмерной графики, скоростной расчет трехмерных изображений, работа с CAD). Имеет: профессиональный графический 3D — ускоритель, обеспечивающий разрешение 1600 х 1200; 16.7 млн. цветов; возможность вывода изображения на несколько мониторов; до 40 Мб видеоОЗУ; аппаратное ускорение OpenGL и HEIDI приложений. Цена от $2190.

Грань между обычными мощными ПК и рабочими станциями низшего ценового уровня начинает исчезать. Например, фирма Sun Microsystems в моделях Ultra 10 и Ultra 60 оснастила свой процессор UltraSPARC-II интерфейсом PCI, начала работы по переносу OC Solaris на 64 разрядный процессор Intel Merced, что должно снизить ценовой барьер с 50-80 тыс.$ до разумных границ.

Аппаратные платформы различны: рабочие станции Hewlett Packard HP-UX, Series 700; SPARC-станции на базе SUN Microsystems; рабочие станции Silicon Graphics в среде IRIX; рабочие станции IBM AIX RISC System/600; станции DEC AlphaStation.

IBM представила на рынок новую модель M Pro из семейства рабочих станций Intellistation отличающуюся от раннего варианта Z Pro расширенными возможностями. Три новые модели M Pro 6898, оснащены процессорами Intel Pentium II(одним или двумя) с частотами 233, 266 или 300 Мгц, поддерживают симметричную мультипроцессорную обработку. Две младшие модели комплектуются ускорителями профессионального класса Glyder MAX-2 на базе процессора Permedia 2 и процессора дельта-геометрии Glint компании 3DLabs. Предназначены для работы с приложениями 2-х и 3-х мерной графики, сложных визуализаций. У самой мощной машины встроенная плата Integraph Intense3D Pro 2200/T c 20 Мб памяти. Во всех трех прменяется набор чипсет Intel 440LX, технология AGP и синхронное динамическое ОЗУ (SDRAM) 64 Мб (максимум до 512 Мб), жесткий диск SCSI 4.2, 4.5 или 9.1 Гб, Windows NT 4.0, графический режим 1024 х 768 при частоте 85 Мгц. Некоторые приложения трехмерной графики (например, как Pro/Engineer) выполняются вдвое быстрее, чем на предшествующих моделях.

Другие станции:

Сompaq WS 6000 — процессор 300 Мгц, 128 Мб ОЗУ, жесткий диск 4 Гб, графический ускоритель Dimond FireGL 4000, разрешение 1280 х 1024 х 24, частота 75 Гц.

Dell Workstation — процессор 400-300 Мгц, 64 Мб ОЗУ, 3.2 Гб жесткий диск, ускоритель графики Gloria-L/MX, разрешение 1024 х 768 х 24, частота 85 Гц.

HP Kayak XW — процессор 300 Мгц, ОЗУ 128 Мб, винчестер 9.1 Гб с FastRaid, видеокарта AccelECLIPSE, разрешение 1280 х 1024 х 24, частота 75 Гц.

Минимальная стоимость системы IntelliStation M Pro (без монитора) около 3500$. Некоторые технические характеристики современных моделей даны ниже (Таблице 1.).

Если аппаратная часть и многообразна, то системные программные базы представлены либо UNIX или Wintel платформами. Причем последние выходят в явные лидеры. Причин тому несколько. Прежде всего — это трудность проведения upgrade для UNIX систем. Высокая цена и частое отсутствие на рынке комплектующих. Трудности обслуживания (специалистов по UNIX-системам очень немного). Для производителей моделей на базе PC прослеживается общая тенденция — преодоление ограничений платформы Wintel (объема ОЗУ, количества процессоров, скорости обмена с видеоподсистемой и др.). Т.о. рабочие станции на основе Wintel, опередили по всем характеристикам своих UNIX-конкурентов начального уровня, и теснят на рынке UNIX станции среднего уровня.

При комплектации рабочего места встаёт вопрос — какие должны быть ресурсы графической станции, на которой будет установлено программное обеспечение?

Современное программное обеспечение и тенденции его развития предьявляют достаточно жесткие требования к аппаратным ресурсам. Чтобы достичь максимальной производительности, графическая станция должна иметь не только самый мощный на сегодняшний день процессор, но обладать рядом совокупных показателей, отражающих её пригодность для выполнения той или иной задачи. При работе с большинством САПР-овских систем, графическая станция производит три основных операции:

• Загрузка ядра и модулей системы. Все сушествующие САПР-овские системы (АutoСАD, АrchiСАD и т.д.) представляют собой структуры модулей, каждый из которых реализует ту или иную функцию. Чем больше модулей задействует пользователь, тем интенсивнее осуществляется обмен данными между жёстким диском, оперативной памятью и микропроцессором. Скорость работы станции при этом напрямую зависит от пропускной способности шины, связывающей эти устройства;

• Многократный пересчёт геометрических изменений модели. Время, требуемое для этих операций, зависит от размера модели. При этом она может занимать десятки, сотни мегабайт дискового пространства. При пересчёте модель "закачивается" в оперативную память и постепенно пересчитывается процессором. В этом случае производительность графической станции во многом зависит от мощности используемого процессора.

• Визуализация модели. Требование сегодняшнего дня — это трёхмерное представление модели в цвете и возможность манипулирования ею в режиме реального времени. В этом случае производительность зависит от мощности применяемых графических ускорителей и от пропускной способности шины, связывающей оперативную память и ускоритель.

Если обобщить выше сказанное, то для любой графической станции важен правильный выбор: 1. Процессора; 2. Графической подсистемы; 3. Дисковой подсистемы; 4. Подсистемы памяти. Традиционно лидерами среди производителей рабочих станций считаются SUN, SGI и DЕС. Рабочие станции этих производителей — это компьютеры на базе RISС — процессоров, использующие операционную систему UNІХ. Их применение ограничивается тем программным обеспечением, которое сушествует для данных платформ. Кроме того, цена этих графических станций всегда была очень высока.

В качестве альтернативного варианта рабочей станции многие предлагают рассмотреть персональные компьютеры с одним или несколькими процессорами Реntium Рго или Реntium II и мощной графической подсистемой. Такие станции несколько отстают в вычислительной мощности и не всегда обеспечивают достаточную производительность для решения особо сложных графических задач, однако имеют огромное преимущество в числе приложений, поскольку используют операционные системы Windows 95, Windows NТ. Кроме того, их отличает не просто значительно более низкая цена, но и лучшее соотношение " цена/производительность".

Среди множества графических подсистем можно порекомендовать профессиональные графические ускорители ЕLSА, а именно ЕLSА Wіппег 3000-1 для двухмерного моделирования, ЕLSА Glогіа-1, Glогіа — 1/МХ, Glогіа — XL для систем трёхмерного моделирования и визуализации. Графические процессоры, стоящие на платах ЕLSА, ничем не отличаются от того, что предлагают другие поставщики, но по результатам многочисленных тестов именно контроллеры ЕLSА работают быстрее и надёжнее других. Дело тут как в качестве изготовления (граф платы производятся на заводах в Европе и имеют защищённое качество), так и в собственной разработке схемотехнических решений и широкого спектра программ-драйверов, утилит и инструментальных средств. В своих платах фирма использует специализированные графические процессоры серии Glіnt: производства 30 LаЬs. При выводе на экран трёхмерной модели производится растеризация — построение растрового изображения на основе информации о модели. Именно этот процесс нуждается в наибольшей аппаратной поддержке. Кроме того, на графической плате должен быть геометрический процессор, манипулирующий с трёхмерными обьектами. Необходимо обеспечить двойную буферизацию видеопамяти для хранения информации о третьей координате для каждой точки изображения (пикселе) -Z-буфера и информации о текстурах. Увеличение информации о текстурах вызывает уменьшение видеопамяти, что снижает разрешение и глубину цвета, поэтому в моделях ЕLSА Glогіа-1, ELSА Glогіа-1/МХ, ЕLSА Glогіа-ХІ имеется раздельная видео — и 3D — память. Необходимое условие качественной визуализации — высокое разрешение и поддержка режимов ТгиеСоІог/Ніgh-СоІог. Ещё одна задача, которая была решена разработчиками фирмы ЕLSА — сделать контроллеры Glогіа пригодными для широкого круга приложений. Для этого контроллеры поддерживают ОрепGL — интерфейс, позволяюший эффективно работать с такими 3D-2D системами, как АutоСAD, АutоDesk Месhаnісаl Dеsktор, 3D Studio МАХ/VIZ и многими другими; имеют специальный НЕІDІ — драйвер для работы с программами 3D — Studiо МАХ/VIZ и новейшей версии АutоСAD vег.14.

Также здесь хотелось бы отметить новую возможность, которую предоставила фирма Іntel — подключать графические платы не только к шине РСІ, но и к порту АGР (правда это нововведение коснулось только материнских плат с Репtium II), которая обладает наибольшей пропускной способностью при работе с 3D -графикой.

Значительную долю общей производительности графической станции составляет производительность дисковой подсистемы — комплекс, состоящий из контроллера жёсткого диска, интерфейса и самого жёсткого диска. На сегодня известны три типа интерфейса, а именно SСSІ (по — русски читается как "скази"), ЕІDЕ и новейший стандарт UltraDМА. Преимущества SCSI — это гибкость, универсальность, каскадируемость, наибольшая длина шины к которой можно подключить до восьми устройств (дополнительные винчестеры, СD — RОМ, сканеры и т.д.), помехоустойчивость и самая высокая скорость передачи данных (до 40 Мb/с). Однако из-за достаточной дороговизны его нужно применять исключительно в тех случаях, когда это действительно необходимо. Интерфейс ЕІDЕ не обладает такой же нагрузочной способностью (до 4 устройств) и скоростью (до 16.7 МЬ/с), но имеет низкую цену. Зато последнее усовершенствование ЕІDЕ стандарта — UltrаDМА позволил увеличить скорость передачи данных (до 33.3 Мb/с) при неизменной цене. Несколько слов о выборе обьёма жёсткого диска. Здесь критерий один — чем больше, тем лучше. Помимо графических модулей, которые требуют достаточно большого обьёма дисковой памяти, созданные или создающиеся проекты трёхмерных моделей, порой занимают сотни Мb на винчестере. И ещё один маленький, технический секрет — винчестеры, обьём которых превышает 2Gb , более надёжны и производительны.

Немаловажное значение имеет также выбор подсистемы памяти как одной из наиболее быстрых и наиболее центральных подсистем графической станции. При работе с 3D — графикой обычно требуется достаточно большой обьём памяти (от 64 до 384 Мb), чтобы не снизить производительность всей системы. Дело в том, что в современных операционных системах (Windows 95, Windows — NТ) нехватка физической памяти для задачи может быть устранена посредством так называемой виртуальной памяти, которая выделяется на дисковом накопителе автоматически и ограничена только наличием свободного места на нём. Скорость обмена процессора с реальной памятью на несколько порядков выше, чем с жёстким диском (из-за непреодолимых механических задержек). Поэтому в случае непрерывного или частого обращения системы к жёсткому диску, производительность всей системы может сильно снизиться.