Workstations, Midrange, Mainframes – IT-Grundlagen Rechnersysteme

IT-Basiswissen: Die drei Computersystem-Typen Einzelplatz-System, Großrechner-System, Midrange-System. Was bedeuten Standalone-System, Host oder Terminal?

Klassisch wird bei Computersystemen zwischen drei Typen unterschieden:

  • Einzelplatzrechner und Workstations
  • Midrange-Systeme
  • Großrechner-Systeme (Mainframes)

Einzelplatzrechner, Workstation, Großrechner, Netzwerke, Midrange

Bei den Einzelplatzrechnern dominiert der Personal Computer (PC) mit Intel- oder AMD-Prozessor. Die wichtigsten Betriebssysteme sind Windows (XP, Vista, „7“), MacOS X und Linux. Dank der enormen Entwicklung der Netzwerktechnologien der letzten Jahre verschwinden die Einzelplatzsysteme (Standalone) immer mehr und werden durch vernetzte Systeme ersetzt.

Eine Workstation ist ein Arbeitsplatzcomputer für Anwendungen, die eine hohe Rechen- und Grafikleistung erfordern. Sie ermöglicht es, gleichzeitig mehrere Programme zu verarbeiten, und ist darauf ausgelegt, über ein Netzwerk mit Servern und anderen Workstations zu kommunizieren und gemeinsame Peripheriegeräte, wie Drucker, Plotter etc. zu nutzen.

Aufgrund der günstigen Hardwarepreise ist die Abgrenzung zwischen den Bereichen Personal Computer und Workstation immer schwieriger geworden. Die Unterschiede liegen in den unterschiedlichen Entwicklungs- und Ausstattungsphilosophien (z.B. Grafikkarten mit extrem hoher Grafikleistung, Netzwerkkomponenten, Leistungssteigerung durch Einsatz mehrerer Prozessoren).

Großrechner sind Spezialentwicklungen: Betriebssystem und Hardware sind optimal aufeinander zugeschnitten und maßgeschneidert für die jeweilige Funktion. Sie bringen maximale Rechenleistung und werden daher für besonders aufwendige Rechenoperationen eingesetzt. Großrechner-Systeme kommen in den wichtigen Rechenzentren zur Anwendung, zum Beispiel von Banken. Sie erlauben den Anschluss einer Vielzahl von Bildschirmarbeitsplätzen (Terminals) und Peripheriegeräten sowie die gleichzeitige Anwendung vieler Programme (Multitasking), die teilweise auf dieselben Daten zugreifen. Die anfallenden Daten werden zentral administriert und gesichert.

Netzwerke: In einer Vernetzungsphilosophie wie der Client/Server-Systeme verschmelzen die oben genannten Kategorien, um so all ihre Vorteile zu haben. Daten werden dann zentral auf einem oder mehreren Servern verwaltet und auf kostengünstigen und leistungsfähigen Workstations (Clients) bearbeitet werden. Das Netzwerk ermöglicht die gemeinsame Nutzung von Peripheriegeräten (Drucker, Plotter, Scanner, Backupmedien usw.). Zentral auf dem Server wird das Systemmanagement durchgeführt: Programminstallationen, Verwaltung der Benutzer und Zugriffsrechte, Überwachung, Datenbank-Administration, Datensicherung usw.

Midrange-Systeme sind ein Mittelding zwischen Groß- und Einzelplatzrechnern. Sie sind leistungsfähiger als Einzelplatzrechner. Hardware und Betriebssystem sind aufeinander abgestimmt, jedoch soweit standardisiert und anpassbar, dass sie in verschiedensten Bereichen und Funktionen einsetzbar sind. Sie werden typischerweise als Server in Client/Server-Netzwerken zum Einsatz gebracht. Die wichtigsten Midrange-Anbieter:

  • IBM: AIX (Hardware), AS 400 (Betriebssystem)
  • IBM: AIX (Hardware), R6000 (Betriebssystem)
  • SUN: Sparc (Hardware), Solaris (Betriebssystem)
  • Hewlett Packard (HP): HP (Hardware), Unix (Betriebssystem)

Sehr schön lassen sich die Anwendungsbereiche und Funktionalitäten dieser Rechnerklassen anhand der historischen Entwicklung der EDV als elektronisch gestütztes Arbeiten im Netzwerk demonstrieren: in Wellenbewegungen wird jeweils zentralistisch gesteuerte oder verteilte EDV bevorzugt. Vor einem halben Jahrhundert war es die Hauptsorge der Industrie, immer größere Speicherkapazitäten und höhere Rechenleistung bereitzustellen. Das hält zwar immer noch an, jedoch kommt heute eine wesentliche Herausforderung hinzu, nämlich die Weiterentwicklung der Kommunikation. Damit ist auch die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine sowie die technische Ebene, die Kommunikation zwischen verschiedenen Hardware-Komponenten, gemeint.

Großrechner-Systeme: Mainframes und Terminals

In der Anfangszeit der EDV trug jeder Benutzer seine Lochkartenstapel persönlich zum Großcomputer (häufig Mainframe oder in der IBM-Welt auch Host genannt). Die Datenverarbeitung spielte sich in einem einzigen Schrank ab; Kommunikation war nicht nötig. Unten findet sich eine schematische Abbildung zur Funktionsweise der ersten Großcomputer: Bei diesen musste jeder Benutzer seine Daten auf Lochkarten zum Rechner tragen (Abb. 1).

Im zentralistischen Großrechner-System teilen sich mehrere Benutzer einen Großrechner, indem jeder über sein eigenen Arbeitsplatzrechner, dem sogenannten Terminal, darauf zugreift. Die Terminals sind dabei völlig „dumm“ beziehungsweise bringen gerade einmal soviel „Eigenintelligenz“ mit, dass sie sich eine Bildschirmmaske merken können, in die der Benutzer Daten ohne Zutun des Hauptrechners eingeben und anschließend „abschicken“ kann. Dafür genügten früher auch vergleichsweise langsame serielle Übertragungsleitungen. Anders als bei der paralellen Übertragung, bei der Daten gleichzeitig in beide Richtungen übertragen werden, werden bei serieller Daten hintereinander (seriell) transportiert.

Der Systemadministrator ist bei Mainframe-Systemen uneingeschränkter Herrscher über Festplattenplatz und Rechenzeit. Das zweite Bild unten demonstriert, inwiefern Mainframes zentralistisch funktionierten: Alle Benutzer arbeiteten über „dumme“ Terminals auf demselben Großcomputer (Abb. 2).

Charakteristisch für die Großrechner sind ihre teure Unterhaltung und fehlende Flexibilität: Ist ein Programm, beispielsweise für das Rechnungswesen, erst einmal für viel Geld fertiggestellt, ist es sehr umständlich (und somit wiederum teuer), dieses an eine sich verändernde Firmenstruktur anzupassen.

Einzelplatz-PC

Personal Computer (PC) revolutionierten ab Ende der siebziger Jahre die Arbeit im Büro: Desktop-Rechner wurden damals leistungsfähig genug, um Anwendungen lokal, am Arbeitsplatz, abzuarbeiten. Plötzlich hatte jeder einen Rechner ganz für sich alleine. Die dritte Abbildung unten demonstriert das System dieses Stand alone: Den Persönlichen Computer hat jeder Benutzer ganz für sich, steht mit seinen Daten aber auch alleine da (Abb. 3). Neben dem Maximum an Individualität brachten PCs jedoch auch Nachteile mit sich: Statt Rechenleistung an einer zentralen Stelle zu haben, war diese nun verteilt. Das schuf wieder Kommunikationsbedarf, wenn mehrere Leute an einem gemeinsamen Datenbestand arbeiten sollten. Benutzer von Standalone-PCs mussten im „Turnschuh-Netz“ untereinander Daten per Diskette übermitteln. Die Vernetzung der Büro-PCs im LAN war daher die logische Folge.

Kurz und Knapp – Überblick über Rechnersysteme

  • Einzelplatz/Workstation
  • Midrange-Systeme
  • Großrechner
  • Standalone

Vernetzung

  • Großrechner: Mainframe + Terminal
  • LAN (Ethernet, Token-Ring, ATM, FDDI)
  • Peer-to-Peer: gleichberechtigte Nutzung gemeinsamer Ressourcen (‚ Filesharing)
  • Client/Server: weniger leistungsfähige Computer (Clients oder Frontends) nehmen die Dienste von spezialisierten Rechnern (Servern oder Backends) in Anspruch.
  • Heterogene Netze
  • Network Computing/Thin Clients: beziehen Anwendunungen/Betriebssystem aus dem Netz oder dienen sogar nur als Anzeigeterminal für Software, die auf dem Server läuft (Clients dann praktisch gleich Terminals). ->ASP.

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