Базовый компьютер - Mainframe computer

Однокадровый мэйнфрейм IBM z15. Модели большей емкости могут иметь до четырех рам. Эта модель имеет синие вставки, по сравнению с моделью LinuxONE III с оранжевыми вставками.
Пара мэйнфреймов IBM. Слева - IBM z Systems z13. Справа - IBM LinuxONE Rockhopper.
IBM System z9 мэйнфреймов

ЭВМ , неофициально называется мэйнфреймов или большая железа , это компьютер используется в основном крупными организациями для критически важных приложений , таких как насыпной обработки данных для таких задач, как переписей , промышленности и потребительской статистики , планирования ресурсов предприятия и крупномасштабной обработки транзакций . Мэйнфрейм большой, но не такой большой, как суперкомпьютер, и обладает большей вычислительной мощностью, чем некоторые другие классы компьютеров, такие как миникомпьютеры , серверы , рабочие станции и персональные компьютеры . Большинство крупномасштабных архитектур компьютерных систем были созданы в 1960-х годах, но они продолжают развиваться. В качестве серверов часто используются мэйнфреймы.

Термин мэйнфрейм был образован от большого корпуса, называемого главным фреймом , в котором размещался центральный процессор и основная память ранних компьютеров. Позже термин мэйнфрейм использовался для различения коммерческих компьютеров высокого класса от менее мощных.

Дизайн

Современный дизайн мэйнфреймов характеризуется меньшей скоростью вычислений и в большей степени:

  • Избыточное внутреннее проектирование, обеспечивающее высокую надежность и безопасность
  • Обширные средства ввода-вывода («I / O») с возможностью разгрузки на отдельные двигатели.
  • Строгая обратная совместимость со старым программным обеспечением
  • Высокая степень использования оборудования и вычислений за счет виртуализации для поддержки высокой пропускной способности .
  • Горячая замена оборудования , например процессоров и памяти.

Их высокая стабильность и надежность позволяют этим машинам работать без перебоев в течение очень длительных периодов времени, при этом среднее время наработки на отказ (MTBF) измеряется десятилетиями.

Мэйнфреймы обладают высокой доступностью , что является одной из основных причин их долговечности, поскольку они обычно используются в приложениях, в которых простой может быть дорогостоящим или катастрофическим. Термин надежность, доступность и удобство обслуживания (RAS) является определяющей характеристикой мэйнфреймов. Для реализации этих функций требуется правильное планирование и реализация. Кроме того, мэйнфреймы более безопасны, чем компьютеры других типов: база данных уязвимостей NIST , US-CERT , оценивает традиционные мэйнфреймы, такие как IBM Z (ранее называвшиеся z Systems, System z и zSeries), Unisys Dorado и Unisys Libra, как одни из самых безопасных. с уязвимостями в меньших цифрах по сравнению с тысячами для Windows , UNIX и Linux . Обновление программного обеспечения обычно требует настройки операционной системы или ее частей и не нарушает работу только при использовании средств виртуализации , таких как IBM z / OS и Parallel Sysplex , или Unisys XPCL, которые поддерживают совместное использование рабочей нагрузки, чтобы одна система могла взять на себя приложение другой. пока он обновляется.

В конце 1950-х годов мэйнфреймы имели только элементарный интерактивный интерфейс (консоль) и использовали наборы перфокарт , бумажной ленты или магнитной ленты для передачи данных и программ. Они работали в пакетном режиме для поддержки таких функций бэк-офиса , как расчет заработной платы и выставление счетов клиентам, большинство из которых основывались на повторяющихся операциях сортировки и объединения на ленте с последующей построчной печатью на предварительно напечатанные непрерывные канцелярские товары . Когда были представлены интерактивные пользовательские терминалы, они использовались почти исключительно для приложений (например, для бронирования авиабилетов ), а не для разработки программ. Пишущие машинки и телетайпы были обычными пультами управления для системных операторов в начале 1970-х годов, хотя в конечном итоге их вытеснили устройства с клавиатурой / дисплеем .

К началу 1970-х годов многие мэйнфреймы приобрели интерактивные пользовательские терминалы, работающие как компьютеры с разделением времени , поддерживающие одновременно сотни пользователей наряду с пакетной обработкой. Пользователи получали доступ через терминалы с клавиатурой / пишущей машинкой и специализированные ЭЛТ- дисплеи текстовых терминалов со встроенной клавиатурой или, позднее, с персональных компьютеров, оснащенных программным обеспечением эмуляции терминала . К 1980-м годам многие мэйнфреймы поддерживали терминалы с графическим дисплеем и эмуляцию терминала, но не графические пользовательские интерфейсы. Эта форма вычислений для конечных пользователей устарела в 1990-х годах из-за появления персональных компьютеров, снабженных графическим интерфейсом пользователя . После 2000 года современные мэйнфреймы частично или полностью отказались от классического терминального доступа к терминалам с « зеленым экраном » и цветным дисплеем для конечных пользователей в пользу пользовательских интерфейсов в веб-стиле.

Требования к инфраструктуре резко сократились в середине 1990-х, когда мэйнфреймы CMOS заменили старую биполярную технологию. IBM заявила, что ее новые мэйнфреймы снизили затраты на электроэнергию центра обработки данных на питание и охлаждение, а также снизили требования к физическому пространству по сравнению с серверными фермами .

Характеристики

Внутри мэйнфрейма IBM System z9

Современные мэйнфреймы могут одновременно запускать несколько разных экземпляров операционных систем. Этот метод виртуальных машин позволяет приложениям работать так, как если бы они находились на физически разных компьютерах. В этой роли один мэйнфрейм может заменить высокофункциональные аппаратные службы, доступные для обычных серверов . Хотя мэйнфреймы первыми использовали эту возможность, виртуализация теперь доступна в большинстве семейств компьютерных систем, хотя и не всегда в той же степени или уровне сложности.

Мэйнфреймы могут добавлять емкость системы или оперативно заменять ее, не нарушая работу системы, со специфичностью и детализацией до уровня сложности, который обычно недоступен для большинства серверных решений. Современные мэйнфреймы, в частности серверы IBM zSeries , System z9 и System z10 , предлагают два уровня виртуализации : логические разделы ( LPAR через средство PR / SM ) и виртуальные машины (через операционную систему z / VM ). Многие заказчики мэйнфреймов используют две машины: одну в своем основном центре обработки данных и одну в своем резервном центре обработки данных - полностью активную, частично активную или находящуюся в резерве - на случай катастрофы, затрагивающей первое здание. Тестирование, разработка, обучение и производственная рабочая нагрузка для приложений и баз данных может выполняться на одной машине, за исключением чрезвычайно больших требований, когда емкость одной машины может быть ограничена. Такая установка с двумя мэйнфреймами может поддерживать непрерывное бизнес-обслуживание, избегая как плановых, так и внеплановых отключений. На практике многие заказчики используют несколько мэйнфреймов, связанных либо с помощью Parallel Sysplex и совместно используемого DASD (в случае IBM), либо с совместно используемым географически распределенным хранилищем, предоставляемым EMC или Hitachi.

Мэйнфреймы предназначены для обработки очень больших объемов ввода-вывода (ввода-вывода) и делают упор на вычисление пропускной способности. С конца 1950-х годов конструкции мэйнфреймов включали вспомогательное оборудование (называемое каналами или периферийными процессорами ), которое управляет устройствами ввода-вывода, оставляя ЦП свободным для работы только с высокоскоростной памятью. В магазинах мэйнфреймов часто приходится иметь дело с массивными базами данных и файлами. Файлы записи размером от гигабайта до терабайта не являются чем-то необычным. По сравнению с обычным ПК, мэйнфреймы обычно имеют в сотни или тысячи раз больше хранилищ данных в сети и могут получить к ним доступ достаточно быстро. Другие семейства серверов также разгружают обработку ввода-вывода и делают упор на вычисление пропускной способности.

Рентабельность инвестиций (ROI) мэйнфреймов , как и любой другой вычислительной платформы, зависит от ее способности масштабироваться, поддерживать смешанные рабочие нагрузки, снижать затраты на рабочую силу, обеспечивать бесперебойное обслуживание критически важных бизнес-приложений и некоторых других факторов стоимости с поправкой на риски.

Мэйнфреймы также обладают характеристиками целостности выполнения для отказоустойчивых вычислений. Например, серверы z900, z990, System z9 и System z10 эффективно выполняют ориентированные на результат инструкции дважды, сравнивают результаты, разрешают любые различия (посредством повторных попыток выполнения инструкций и изоляции сбоев), затем переключают рабочие нагрузки на работающие процессоры, включая запасные части без какого-либо воздействия на операционные системы, приложения или пользователей. Эта функция аппаратного уровня, также присутствующая в системах HP NonStop , известна как пошаговая блокировка, поскольку оба процессора выполняют свои «шаги» (т. Е. Инструкции) вместе. Не всем приложениям абсолютно необходима гарантированная целостность, которую обеспечивают эти системы, но многим требуется, например, обработка финансовых транзакций.

Текущий рынок

IBM с z Systems продолжает оставаться крупным производителем на рынке мэйнфреймов. В 2000 году Hitachi совместно с IBM разработала zSeries z900, чтобы разделить расходы, а последние модели Hitachi AP10000 производятся IBM. Unisys производит мэйнфреймы ClearPath Libra на основе более ранних продуктов Burroughs MCP и мэйнфреймы ClearPath Dorado на базе продуктовой линейки Sperry Univac OS 1100 . Hewlett-Packard продает свои уникальные системы NonStop , которые она приобрела вместе с Tandem Computers и которые некоторые аналитики классифицируют как мэйнфреймы. Groupe Bull «s ГСНК , Stratus OpenVOS , Fujitsu (ранее Siemens) BS2000 , и Fujitsu- ICL VME мэйнфреймы по - прежнему доступны в Европе, и Fujitsu (ранее Amdahl) GS21 мэйнфреймы глобально. NEC с ACOS и Hitachi с AP10000-VOS3 по-прежнему поддерживают бизнес в области мэйнфреймов на японском рынке.

Сумма инвестиций поставщиков в разработку мэйнфреймов зависит от доли рынка. Fujitsu и Hitachi продолжают использовать собственные процессоры, совместимые с S / 390, а также другие процессоры (включая POWER и Xeon) для систем более низкого уровня. Bull использует смесь процессоров Itanium и Xeon . NEC использует процессоры Xeon для своей линейки младших ACOS-2, но разрабатывает специальный процессор NOAH-6 для своей линейки high-end ACOS-4. IBM также разрабатывает собственные процессоры, такие как zEC12 . Unisys производит мэйнфреймы, совместимые с кодом, от ноутбуков до мэйнфреймов размером со шкаф, в которых используются как процессоры собственного производства, так и процессоры Xeon . Более того, существует рынок программных приложений для управления производительностью мэйнфреймов. Помимо IBM, на рынке значительными конкурентами являются BMC , Maintec Technologies, Compuware и CA Technologies . Начиная с 2010-х годов облачные вычисления стали менее дорогой и более масштабируемой альтернативой, обычно называемой большими данными .

История

Пульт оператора для IBM 701

Несколько производителей и их преемники производили мэйнфреймы с 1950-х до начала 21-го века, с постепенным сокращением количества и постепенным переходом к моделированию на чипах Intel, а не на проприетарном оборудовании. Группа производителей США сначала была известна как « IBM и семь гномов »: обычно это Burroughs , UNIVAC , NCR , Control Data , Honeywell , General Electric и RCA , хотя некоторые списки менялись. Позже, с уходом General Electric и RCA, она стала называться IBM и BUNCH . Доминирование IBM стало результатом их серии 700/7000, а затем и разработки мэйнфреймов серии 360 . Последняя архитектура продолжала развиваться в их текущие мэйнфреймы zSeries, которые, наряду с мэйнфреймами на базе MCP Burroughs и Sperry (теперь Unisys ) и OS1100 , являются одними из немногих сохранившихся архитектур мэйнфреймов, которые могут проследить свои корни до этого раннего периода. В то время как IBM zSeries все еще может выполнять 24-битный код System / 360, 64-битные серверы zSeries и System z9 CMOS физически не имеют ничего общего со старыми системами. Известными производителями за пределами США были Siemens и Telefunken в Германии , ICL в Великобритании , Olivetti в Италии и Fujitsu , Hitachi , Oki и NEC в Японии . В Советском Союзе и Варшавский договор страна производится близкие копиями мэйнфреймов IBM во время холодной войны ; БЭСМ серия и Strela примеры в самостоятельно разработанном советском компьютере.

Снижение спроса и жесткая конкуренция вызвали потрясение на рынке в начале 1970-х годов - RCA продала UNIVAC, а GE продала свой бизнес компании Honeywell; между 1986 и 1990 годами Honeywell была куплена Bull ; UNIVAC стал подразделением компании Sperry , которая позже объединилась с Burroughs и в 1986 году образовала корпорацию Unisys .

В 1984 году предполагаемый объем продаж настольных компьютеров (11,6 миллиарда долларов) впервые превысил мэйнфреймы (11,4 миллиарда долларов). IBM получила подавляющую часть доходов от мэйнфреймов. В течение 1980-х годов системы на базе миникомпьютеров стали более сложными и смогли вытеснить нижнюю часть мэйнфреймов. Эти компьютеры, иногда называемые ведомственными компьютерами , были типичными для серии VAX от Digital Equipment Corporation .

В 1991 году корпорация AT&T ненадолго владела NCR. В тот же период компании обнаружили, что серверы на базе микрокомпьютеров могут быть развернуты за небольшую часть цены приобретения и предлагают местным пользователям гораздо больший контроль над своими собственными системами с учетом политик и практик ИТ того времени. Терминалы, используемые для взаимодействия с системами мэйнфреймов, постепенно заменялись персональными компьютерами . Следовательно, спрос резко упал, и установка новых мэйнфреймов была ограничена в основном финансовыми службами и правительством. В начале 1990-х годов отраслевые аналитики пришли к общему мнению, что рынок мэйнфреймов умирает, поскольку платформы мэйнфреймов все чаще заменяются сетями для персональных компьютеров. InfoWorld «S Стюарт Олсоп позорно предсказал , что последний мэйнфрейм будет отключен от сети в 1996 году; в 1993 году он процитировал Шерил Каррид, аналитика компьютерной индустрии, которая сказала, что последний мэйнфрейм "перестанет работать 31 декабря 1999 года", имея в виду ожидаемую проблему 2000 года (Y2K).

Эта тенденция начала меняться в конце 1990-х годов, когда корпорации нашли новые применения для своих существующих мэйнфреймов и когда стоимость сетей передачи данных резко упала в большинстве частей мира, что стимулировало тенденции к более централизованным вычислениям. Рост электронного бизнеса также резко увеличил количество внутренних транзакций, обрабатываемых программным обеспечением мэйнфреймов, а также размер и пропускную способность баз данных. Пакетная обработка, такая как биллинг, стала еще более важной (и более крупной) с ростом электронного бизнеса, и мэйнфреймы особенно хорошо подходят для крупномасштабных пакетных вычислений. Еще одним фактором, увеличивающим использование мэйнфреймов в настоящее время, является разработка операционной системы Linux , которая появилась на мэйнфреймах IBM в 1999 году и обычно работает с оценками или до c. 8000 виртуальных машин на одном мэйнфрейме. Linux позволяет пользователям использовать программное обеспечение с открытым исходным кодом в сочетании с оборудованием RAS для мэйнфреймов . Быстрое расширение и развитие на развивающихся рынках , в частности в Китайской Народной Республике , также стимулирует крупные инвестиции в мэйнфреймы для решения исключительно сложных вычислительных задач, например, предоставление унифицированных баз данных обработки транзакций в очень большом объеме для 1 миллиарда потребителей в различных отраслях (банковское дело, страхование, кредитная отчетность, государственные услуги и т. д.). В конце 2000 года IBM представила 64-разрядную архитектуру z / Architecture , приобрела множество компаний-разработчиков программного обеспечения, таких как Cognos, и представила эти программные продукты для мэйнфреймов. Ежеквартальные и годовые отчеты IBM в 2000-х годах обычно сообщали об увеличении доходов от мэйнфреймов и увеличении поставок мощностей. Однако бизнес IBM по производству мэйнфреймов не был застрахован от недавнего общего спада на рынке серверного оборудования или от эффектов цикла моделирования. Например, в 4 квартале 2009 года доходы IBM от аппаратного обеспечения System z снизились на 27% в годовом исчислении. Но поставки MIPS (миллионов инструкций в секунду) увеличивались на 4% в год за последние два года. Олсопа сфотографировали в 2000 году, символически поедая собственные слова («смерть мэйнфрейма»).

В 2012 году НАСА отключило свой последний мэйнфрейм - IBM System z9. Однако преемник IBM z9, z10 , побудил репортера New York Times за четыре года до этого заявить, что «технология мэйнфреймов - оборудование, программное обеспечение и услуги - остается крупным и прибыльным бизнесом для IBM, а мэйнфреймы по-прежнему являются вспомогательным офисом. двигатели, стоящие за мировыми финансовыми рынками и большей частью мировой торговли ". По состоянию на 2010 год, хотя на долю технологии мэйнфреймов приходилось менее 3% доходов IBM, они «продолжают [d] играть огромную роль в результатах Big Blue».

В 2015 году IBM выпустила IBM z13 , в июне 2017 года - IBM z14, а в сентябре 2019 года IBM выпустила последнюю версию продукта - IBM z15 .

Отличия от суперкомпьютеров

Суперкомпьютер представляет собой компьютер на переднем крае возможностей обработки данных, по отношению к скорости вычислений. Суперкомпьютеры используются для решения научных и инженерных задач ( высокопроизводительные вычисления ), которые обрабатывают числа и данные, в то время как мэйнфреймы сосредоточены на обработке транзакций. Отличия заключаются в следующем:

  • Мэйнфреймы созданы для обеспечения надежности обработки транзакций (измеряемых метриками TPC ; не используются и не полезны для большинства суперкомпьютерных приложений), как это обычно понимается в деловом мире: коммерческий обмен товарами, услугами или деньгами. Типичная транзакция, как определено Советом по эффективности обработки транзакций , обновляет систему базы данных для управления запасами (товары), бронирования авиабилетов (услуги) или банковского дела (деньги) путем добавления записи. Транзакция может относиться к набору операций, включая чтение / запись на диск, вызовы операционной системы или некоторую форму передачи данных от одной подсистемы к другой, которая не измеряется скоростью обработки ЦП . Обработка транзакций не является исключительной для мэйнфреймов, но также используется микропроцессорными серверами и онлайн-сетями.
  • Производительность суперкомпьютера измеряется в операциях с плавающей запятой в секунду ( FLOPS ) или пройденных фронтах в секунду или TEPS, метриках, которые не имеют большого значения для приложений мэйнфреймов, в то время как мэйнфреймы иногда измеряются в миллионах инструкций в секунду ( MIPS ), хотя определение зависит от измеренной смеси инструкций. Примеры целочисленных операций, измеряемых с помощью MIPS, включают сложение чисел, проверку значений или перемещение данных в памяти (при перемещении информации в хранилище и из хранилища так называемый ввод-вывод наиболее полезен для мэйнфреймов; а в памяти помогает только косвенно). Операции с плавающей запятой в основном представляют собой сложение, вычитание и умножение ( двоичных чисел с плавающей запятой в суперкомпьютерах; измеряется с помощью FLOPS) с достаточной точностью для моделирования непрерывных явлений, таких как прогноз погоды и ядерное моделирование (только недавно стандартизированные десятичные числа с плавающей запятой , не используются в суперкомпьютеры, подходят для денежных значений, например, для приложений мэйнфреймов). С точки зрения скорости вычислений суперкомпьютеры более мощные.

Мэйнфреймы и суперкомпьютеры не всегда можно четко различить; Вплоть до начала 1990-х годов многие суперкомпьютеры были основаны на архитектуре мэйнфреймов с расширениями суперкомпьютеров. Примером такой системы является HITAC S-3800 , который имел набор команд, совместимый с мэйнфреймами IBM System / 370 , и мог работать под управлением операционной системы Hitachi VOS3 ( ответвление IBM MVS ). Таким образом, S-3800 можно рассматривать одновременно как суперкомпьютер и как IBM-совместимый мэйнфрейм.

В 2007 году объединение различных технологий и архитектур для суперкомпьютеров и мэйнфреймов привело к так называемому игровому фрейму .

Смотрите также

Примечания

использованная литература

внешние ссылки

СМИ, связанные с мэйнфреймами, на Викискладе?