图形工作站是什么

图形工作站的定义

“图形工作站”是一种专业从事图形、图像（静态）、图像（动态）与视频工作的高档次专用电脑的总称。从工作站的用途来看，无论是三维动画、数据可视化处理乃至cad/cam 和eda，都要求系统具有很强的图形处理能力，从这个意义上来说，可以认为大部分工作站都用作图形工作站。

图形工作站应用领域

现已被广泛地使用在以下领域。

◇专业平面设计，如广告、媒体设计

◇建筑/装潢设计，如建筑效果图

◇ CAD/CAM/CAE，如机械、模具设计与制造

◇视频编辑，如非线性编辑

◇影视动画，如三维的影视特效

◇视频监控/检测，如产品的视觉检测

◇虚拟现实，如船舶、飞行器的模拟驾驶

◇军事仿真，如三维的战斗环境模拟

图形工作站分类

从软硬件平台来看，工作站可分为：

◇ Unix工作站，基于Unix/RISC的传统Unix工作站

◇ NT工作站，基于Windows/Intel架构的新型NT工作站

从结构形式来看，工作站可分为：台式工作站、机架式工作站、刀片式工作站和移动工作站。

图形工作站的性能

一般说来，计算机图形是将抽象的数据信息转换成计算机显示器的发光点的过程，不同类型的抽象信息需要不同类型的处理过程。抽象信息通常分为2d或3d，二者有着本质的不同：2d图形用2d向量、2d区域和光栅数据，而3d图形使用3d向量和3d表面。3d表面可以具有不同的光高度和不同的颜色，可以透明或不透明，也可以是堆叠的对象。3d图形常用来表达以下三类信息：

●3d表面—如cad系统中的机械设计；

●现实世界的仿真—如飞行仿真和虚拟现实系统；

●抽象—如流体动力分析中的压力、温度和流向。

在大多数工作站应用中，3d图形性能是构成整个系统性能的关键因素之一。因此，衡量图形工作站的性能主要是看3d图形性能。

图形工作站性能的度量

如何来评判一台工作站的图形性能呢？那就是spec（standard performance evaluati on council）提供的世界公认的图形标准度量，其中主要的图形性能指标为：

1、specfp95

specfp95是系统浮点数运算能力的指标，一般说来，specfp值越高，系统的3d图形能力越强。

2、xmark93

xmark93是系统运x-windows性能的度量。

3、plb

plb（picture level benchmark）分为plbwire93和plbsurf93，是由specino gpc分会制定的标准。plbwire93表示几个常用3d线框操作的几何平均值，而plbsurf93表示几个常用的3d面操作的几何平均值。

4、opengl

opengl是与图形硬件的标准软件接口，允许编程人员创建交互式3d应用。open gl常用的性能指标有两个：cdrs和dx。其中，cdrs包含7种不同的测试，是关于3d建模和再现的度量，它是以ptc（parametric technology）公司的caid应用为基准的。dx则基于i bm的通用软件包visualization data explorer（dx），用于科学数据可视化和分析的能力测定，它包含10种不同的测试，通过加权平均来得出最后的值。

应该说，评判一台图形工作站的性能是件复杂的事情，如果用户自己有现成的应用，不妨就用它作为尺度来评测一下各家的产品，如此就可避免雾里看花，从各有千秋的产品中选出适合自己的款式。

图形工作站的影响因素

1、图形加速卡

图形加速卡是决定一台图形工作站性能的主要因素。UNIX工作站之所以主导图形计算市场的主要原因,就是它们都有高性能的图形加速卡，而且各厂家都投入大量的研发资金用来不断提升图形卡的处理性能。通常，图形卡的功能分为图形加速和帧缓冲（frame buffe r）两部分，形成从数据输入到输出至dac的管道（pipeline）。管道的前部运算可以由系统的主CPU完成，为了提高性能，也可能由专门的硬件完成；后部的帧缓冲通过ram来实现，容量从几个mb到几十个mb不等。近年来，为了满足动画和图像处理对纹理映射（texture mapping）和光照（lighting）技术的要求，许多厂商的图形卡增加了专门的浮点硬件处理单元和纹理内存（texture memory）。

2、系统cpu

CPU也是决定图形工作站性能的主要因素。unix工作站的cpu基于risc体系结构，各主要厂商的risc实现为：sun的sparc、hp的pa-risc、sgi的mipsr10000、digital的a lpha和ibm的powerpc等。risc体系结构的浮点运算能力和cisc（intel）体系结构相比具有先天的优势，它提供更多的浮点堆栈，因此，risc芯片通常比intel芯片具有更高的s pecfp值，因而具备更高的3d图形再现能力。

另外，有些厂商为了提高芯片的图形处理能力，在cpu上增加了许多常见的图形处理指令，如sun公司的ultrasparc上带有可视化指令集（visual instruction set），这大大提高了系统的图形处理性能。

值得注意的是，intel公司最新推出的pentium xeon芯片增加了agp处理单元，在一定程度上增强了芯片的图形处理能力。

3、系统内存

系统内存的速度（latency）和容量是决定系统图形处理性能的重要因素，常见的3d

图形应用通常都要占据大量的内存，这也成了制约nt工作站往中高端市场发展的一个因素。

4、系统i/o

最终决定一个图形工作站的性能高低并非上述这些孤立的要素，它们之间的数据传递和协同工作至为关键。系统i/o作为各要素（cpu、内存、图形卡）间数据传递的通道，其带宽是决定系统性能的关键，带宽太低通常成为系统性能的瓶颈。

为了提高系统i/o带宽，一些厂商如sun和sgi，都设计了特定的系统i/o体系结构，来提高i/o带宽，例如sun的upa总线带宽达1.9gb/s，sgi的xpa达1.2gb/s。把图形加速卡插在专门的高速插槽上，而非一般的pci插槽上，是解决系统性能瓶颈的重要手段。

5、操作系统（os）

操作系统也是一个不容忽视的因素，操作系统对于图形操作的优化以及3d图形应用对于操作系统的优化，都是影响最终性能的重要因素。作为世界标准的opengl提供2d和3d 图形函数，包括建模、变换、着色、光照、平滑阴影、以及高级特点如纹理映射、nurbs、x