Die leistungsfähigsten Computer (Rechnersysteme) nennen sich Supercomputer. Diese bestehen nicht nur aus einem großen Computer, sondern aus einem Verbund von viele kleine „schwachen“ Computern. Sie summieren ihre Kräfte auf.
00 Top500
Die kleinen Rechnersysteme, die Nodes (Knoten), arbeiten zusammen an großen Rechenaufgaben, speichern und verarbeiten riesige Datenmengen. Die TOP 500 Liste führt ein Ranking mit den großen Rechnersystemen weltweit auf. Die Informatiker messen die Geschwindigkeit in Tera Floating Operations per secound (T-FLOPs).
Technische Herausforderungen: Die Kühlung stellt eine kostenintensiveHerausforderung dar – die Energie für das eigentliche Nutzen des Rechnersystems ist geringer. Die System-Admins müssen Brände am Supercomputer mit Edelgasen löschen, die für den Menschen gefährlich sind.
Server / Mainframe – Das Lastentier
Ein Server ist ein Computer, der einen Service anbieten, auf welchen z.B. Du als Nutzer (Client) zu greifen kannst. Viele Server bestehen aus vielen flachen Rechnersystemen „Pizzaboxen“ (Blades), die übereinander gestapelt in einem Schrank (Rack) verschraubt sind. Die Blades sind mit Ethernet- oder Glasfaser-Kabeln miteinander verbunden. Mehrere Racks bilden einen Server (Scale-out).
01 Server Verfügbarkeit für Chat
Statt viele „schwache Computer“ zu betreiben, kann der System-Admin einen einzigen Computer, mit vielen CPU-Kernen, mit Terabytes an Hauptspeicherausstatten (Scale-up). Die großen Server und Supercomputer verwenden nicht Windows als Betriebssystem, sondern eine Variante von Linux.
Technische Herausforderungen: Jeder Kunde auf der Welt soll zu jeder Zeit den Server schnell und verzögerungsfrei erreichen können. Eine hohe Ausfallsicherheit soll gewährleistet sein. Die Ausfallsicherheit sicheren die Cloud-Anbieter ab, indem sie mehrere 1:1 exakte Kopien erstellen, die auf der Welt verteilt sind. Fällt einer aus, dann ist der nächste Computer noch verfügbar.
Workstation – Der Spezielle für professionelle Nutzer
Eine Workstation ist ein starkes privates Rechnersystem (Personal Computer, PC), dessen Hardware für eine bestimmte Aufgabe optimiert ist. Eine Workstation kannst Du als einen teuren PC mit viel Hauptspeicher (RAM), Rechenleistung (CPU) und / oder Grafikleistung (GPU) ausstatten. Der PC wird je nach Anwendungsfall optimiert.
02 Machine Learning mit Python
Die Grenzen zwischen einer Workstation und einem starken Personal Computer sind fließend. Einfaches Browsing lastet die Kapazität der Maschine nicht aus.
Technische Herausforderungen: Workstations sollen nicht unbedingt so laut „brüllen“, wie es die meisten 25W-Server-Lüfter praktizieren. Sie sollten optimalerweise für ihre Anwendung fall ausgestattet und abgestimmt sein.
Personal Computer – Einen für alle
Ein Personal Computer (PC) ist ein Computer, der preislich für einen Durchschnittsbürger oder Büromitarbeiter erschwinglich ist. MS-DOS, das heutige Windows 10, dominiert bis heute den Markt für Betriebssysteme für Personal Computer.
Der PC
Die modernen Maschinen heute haben die gleiche Leistung wie die Supercomputer vor 30 oder 40 Jahren. Die Halbleiter-Industrie verdoppelt circa alle 18 Monate die Leistung einer CPU.
Bekannt als Moores Gesetz
Die absolute Rechenleistung, die ein Endanwender erhält, werden Jahr für Jahr günstiger. Auf der anderen Seite steigen die Anforderungen z. B. vor 20 Jahren wahr HD-Gaming relevant – heute sind Auflösungen von 4K oder 8K bei hohen Bildwiederholungsraten der Standard.
Anwendungen:
Browsing
Gaming
E-Mails lesen und schreiben
Video und Filmen ansehen
Musik höheren
Office-Anwendungen für Produktivität
Technische Herausforderungen: Ein Ziel der PC-Industrie ist es, bessere Technik für immer weniger Geld herzustellen, sodass ein Maschine für möglichst viele Personen erschwinglich ist.
Mobile Computer – Jederzeit und überall
Mobile und kleine Computer ermöglichen, die Nutzung des digitalen Werkzeugs in jeder Lebenslage. Im Gegensatz zu den Personal Computer und anderen Computertypen sind diese stark limitiert durch äußere Faktoren. Die Technologien, Rechnerarchitekturen und Materialien unterscheiden sich signifikant von den grauen Boxen unterm Schreibtisch.
Mobile PCs
Die Ansprüche in Formfaktor, Leistung, Gewicht und Ausdauer sind sehr unterschiedlich.
Steffen Lippke
Nicht jeder Maschine kann gleich viel leisten. Je nach Anwendungen ist mehr oder weniger Rechenleistung notwendig. Die Rechnersysteme sind für eine (FPGA) oder wenige Aufgaben optimiert (General Purpose). Von der Idee her kann ein mobiler Computer sehr ähnlich zu dem PC unterm Schreibtisch sein, aber Anwender würden z. B. nicht unbedingt einen Roman auf ihrer Smartwatch tippen wollen.
Technische Herausforderungen: Wie schaffen wir es, bessere Technik in immer kleinere Gehäuse zu packen, die eine lange Akkulaufzeit haben und zu gleich wasserdicht und staubdicht sind? Die Erwartungen an die Rechenleistung vom Kunden ist hoch.
Typen nach Architektur
x86 – alter langsamer Elefant
AMD nutzt auch x86
x86 (8086) ist eine Chip-Architektur, die Intel seit 1978 in ihren Chips verwendet. Intel zieht auf die bessere Performance und hat den Stromverbrauch außer Acht gelassen. Intel nutzt eine Complex instruction set computer (CISC), um die Operationen auf der CPU auszuführen. Die Intel Chips bieten mehr verschiedene Anweisungen (Instruktionen) als andere Architekturen an. Mehr Instruktionen bedeuten aber nicht gleich eine bessere Performance.
ARM – schlank und effizient
ARM ist eine Hardwarearchitektur von Chips, die mit weniger Instruktionen auskommt. Diese Technologie nutzen Smartphone, Tablet und Mini-PCs. Windows on ARM, Apple und einige Linux Distributionen laufen mit dieser Hardware. ARM arbeitet effizienter als x86 und ist stromsparender, sodass die Laptops längere Akkulaufzeiten aufweisen. ARM nutzt das Reduced Instruction Set Computing (RISC) und verwendet mehr Register (Mini-Zwischenspeicher unmittelbar neben den Schaltungen im Computer).
Die MISP-Architektur gehört auch zu der RISC-Gattung. Diese Architektur wurde in Routern, Navigationssystemen und Receivern eingesetzt. ARM und x86 dominieren den Markt im Vergleich zu MISP.
Typen nach Verwendung
Private Nutzung
Die Rechnersysteme sollen in Räumen zwischen 10 und 50 Grad funktionieren. Sie sollen hauptsächlich günstig sein. Einfache Anschlüsse und funktionierende Hardware ist voll kommend ausreichend.
Industrielle Nutzung
Rechnersysteme in der Industrie müssen mit strenger Arktiskälte und Wüstenklima standhalten. Manche Systeme müssten sich passiv kühlen, damit diese nicht den ganzen Staub auf einer der Baustelle oder Umgebung aufsaugen.
Viele industrielle Rechnersysteme mit speziellen Anschlüssen wie BUS-Systeme oder serielle Schnittstellen. Der Hardware ist viel teurer als die private, weil diese langlebig, robust und widerstandsfähig sein muss.
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