Calculatoarele mainframe sau mainframe-urile (denumite in mod colocvial „big irons”) sunt computere utilizate in principal de organizatiile si companiile mari, pentru aplicatii critice; prelucrarea in vrac a datelor, cum ar fi recensamantul, statisticile privind industria si consumatorii si planificarea resurselor intreprinderilor; procesarea tranzactiilor, sunt doar cateva dintre temele cheie, pe care aceste mari computere sunt insarcinate sa le gestioneze.
Sunt mai mari si au mai multa putere de procesare decat alte clase de computere: minicomputere, servere, statii de lucru si computere personale desktop.
Termenul de “mainframe” s-a referit initial la dulapurile mari numite „cadre principale” care adaposteau unitatea centrala de procesare si memoria principala a computerelor timpurii. Ulterior, termenul a fost utilizat pentru a distinge utilajele comerciale de inalta performanta, de unitatile mai putin puternice.
Majoritatea arhitecturilor pe scara larga ale sistemelor de calcul au fost proiectate in anii 60, dar continua sa evolueze. Calculatoarele mainframe sunt adesea folosite ca servere.
Proiectare
Proiectarea moderna a mainframe-ului este caracterizata mai putin de viteza de calcul bruta si mai mult de:
- Inginerie interna redundanta rezultand o fiabilitate ridicata si securitate sporita
- Facilitati extinse de intrare-iesire (“I / O”) cu capacitatea de a descarca motoarele separate
- Compatibilitate stricta cu software-ul mai vechi
- Rata ridicata de utilizare hardware si de calcul prin virtualizare pentru a sprijini debitul masiv de date
- Schimbarea la cald a hardware-ului, cum ar fi procesoarele si memoria.
- Stabilitatea si fiabilitatea ridicata permit acestor masini sa functioneze neintrerupt pentru perioade foarte lungi de timp, cu timpul mediu intre defectiuni (MTBF) masurat in decenii.
Mainframe-urile au o disponibilitate ridicata, acesta fiind unul dintre motivele principale pentru longevitatea lor, deoarece sunt utilizate in mod obisnuit in aplicatii in care timpul de oprire ar fi costisitor sau catastrofal. Termenul de fiabilitate, disponibilitate si serviciu (RAS) este o caracteristica definitorie a computerelor mainframe. Pentru a realiza aceste caracteristici sunt necesare planificari si implementari adecvate.
In plus, Mainframe-urile sunt mai sigure decat alte tipuri de computere: baza de date a vulnerabilitatilor NIST, US-CERT, evalueaza cadrele traditionale precum IBM Z (numite anterior z Systems, System z si zSeries), Unisys Dorado si Unisys Libra ca fiind printre cele mai sigure, cu vulnerabilitati in cifre unice scazute, comparativ cu alte sisteme.
Actualizarile software necesita, de regula, configurarea sistemului de operare sau a unor portiuni ale acestuia si nu sunt deranjante decat atunci cand se utilizeaza facilitati de virtualizare, cum ar fi IBM z / OS si Parallel Sysplex, sau Unisys XPCL, care accepta distribuirea volumului de munca, astfel incat un sistem sa poata prelua aplicatia altuia in timp ce este reimprospatat.
La sfarsitul anilor 1950, mainframe-urile aveau doar o interfata interactiva rudimentara (consola) si foloseau seturi de carduri perforate, banda de hartie sau banda magnetica pentru a transfera date si programe. Acestea au functionat in modul de lot pentru a sprijini functiile de back office, cum ar fi facturile de plata si de facturare a clientilor, majoritatea bazandu-se pe operatii repetate de sortare si fuziune bazate pe banda, urmate de imprimarea in linie, catre papetaria continua preimprimata.
Cand au fost introduse terminalele interactive ale utilizatorilor, acestea au fost utilizate aproape exclusiv pentru aplicatii (de exemplu, rezervarea de linii aeriene) si nu pentru dezvoltarea programelor. Dispozitivele de scris si de tip Teletype au fost console de control obisnuite pentru operatorii de sistem pana la inceputul anilor ’70, desi in cele din urma, au fost inlocuite de dispozitivele cu tastatura / afisaj.
Pana la inceputul anilor ’70, numeroase companii au achizitionat terminale de utilizator interactive [NB 1] care functionau pe post de calculatoare de timp, suportand sute de utilizatori simultan, impreuna cu procesarea lotului. Utilizatorii au obtinut acces prin intermediul terminalelor cu tastatura / masina de scris si a terminalelor de text specializate CRT, cu tastaturi integrale sau mai tarziu de la calculatoare personale echipate cu software de emulare a terminalelor.
Pana in anii 1980, suportau terminale grafice de afisare si emulare de terminale, dar nu si interfete de utilizator grafice. Aceasta forma de calculare a utilizatorilor finali a devenit invechita in anii 90 din cauza aparitiei computerelor personale. Dupa 2000, Mainframe-urile moderne au eliminat partial sau in intregime in mod clasic „ecranul verde” si accesul terminalului de afisare a culorilor pentru utilizatorii finali, in favoarea interfetelor utilizatorilor in stil Web.
Cerintele de infrastructura au fost reduse drastic la mijlocul anilor 1990, cand proiectele de cadre principale CMOS au inlocuit tehnologia bipolara mai veche. IBM a afirmat ca noile sale design-uri au redus costurile energetice ale centrelor de date pentru energie si racire si au redus cerintele de spatiu fizic, in comparatie cu fermele de servere.
Caracteristici
Mainframe-urile moderne pot rula mai multe instante diferite de sisteme de operare in acelasi timp. Aceasta tehnica a masinilor virtuale permite aplicatiilor sa ruleze ca si cum ar fi pe computere distincte fizic. In acest rol, un singur cadru principal poate inlocui serviciile hardware cu functionalitate superioara disponibile serverelor conventionale.
Desi Mainframe-ul a fost pionier in aceasta capacitate, virtualizarea este acum disponibila pentru majoritatea familiilor de sisteme informatice, desi nu intotdeauna la acelasi grad sau nivel de sofisticare si performanta.
Mainframe-urile adauga capacitatea sistemului hot swap fara a perturba functia sistemului, cu specificitate si granularitate la un nivel de rafinament, care nu este de obicei disponibil cu majoritatea solutiilor de server. Exista doua niveluri de virtualizare: partitii logice (LPAR, prin instalatia PR / SM) si masini virtuale (prin sistemul de operare z / VM).
Multi clienti mainframe ruleaza doua sisteme: unul in centrul lor de date primar si unul in centrul de date de rezerva – complet activ, partial activ sau in asteptare – in cazul in care exista o catastrofa care afecteaza primul mainframe. Testul, dezvoltarea, formarea si volumul de munca de productie pentru aplicatii si baze de date pot rula pe o singura masina, cu exceptia unor cereri extrem de mari, in care capacitatea unei masini ar putea fi limitata.
O astfel de instalare cu doua cadre principale poate sprijini serviciul continuu pentru afaceri, evitand atat intreruperile planificate cat si cele neplanificate. In practica, multi clienti utilizeaza mai multe cadre principale legate fie de Parallel Sysplex si DASD partajat (in cazul IBM), fie cu spatiu de stocare distribuit geografic furnizat de EMC sau Hitachi.
Mainframe-urile-urile sunt proiectate pentru a gestiona volumul de intrare si iesire foarte mare (I / O) si subliniaza calculul de debit. Incepand cu sfarsitul anilor ’50, modelele mainframe au inclus hardware subsidiar (numite canale sau procesoare periferice) care gestioneaza dispozitivele de I / O, lasand CPU liber sa se ocupe doar de memoria de mare viteza. Este un lucru comun ca sistemele mainframe sa se ocupe de baze de date si fisiere masive.
Fisierele de inregistrare cu dimensiunea de 1 gigabyte pana la 1 terabyte nu sunt neobisnuite. In comparatie cu un computer obisnuit, mainframe-urile au de obicei de sute pana la mii de ori mai multa capacitate de stocare a datelor si le pot accesa destul de rapid. Alte familii de servere descarca, de asemenea, procesarea I / O si subliniaza calculul prin transfer.
Rentabilitatea investitiei (ROI), la fel ca orice alta platforma de calcul, depinde de capacitatea sa de a se extinde, de a sustine sarcini de munca mixte, de a reduce costurile fortei de munca, de a furniza servicii neintrerupte pentru aplicatii de afaceri critice si de alti cativa factori de costuri, ajustate la risc.
Mainframe-urile au, de asemenea, caracteristici de integritate a executiei pentru calculul tolerant la erori. De exemplu, serverele z900, z990, System z9 si System z10 executa in mod eficient instructiuni orientate spre rezultate de doua ori, compara rezultatele, arbitreaza intre orice diferente (prin reincercarea instructiunilor si izolarea esecului), apoi muta sarcinile de lucru „on the fly” catre procesoarele care functioneaza, inclusiv piese de schimb, fara niciun impact asupra sistemelor de operare, aplicatiilor sau utilizatorilor.
Aceasta caracteristica la nivel de hardware, intalnita si in sistemele HP NonStop, este cunoscuta sub numele de blocare, deoarece ambele procesoare isi fac „pasii” (adica instructiunile) impreuna. Nu toate aplicatiile au necesita integritatea asigurata, pe care o ofera aceste sisteme, dar multe o fac, cum ar fi cele pentru procesarea tranzactiilor financiare.
Diferente fata de supercomputere
Un supercomputer este un computer aflat la marginea de varf a capacitatii de prelucrare a datelor, in ceea ce priveste viteza de calcul. Supercomputerele sunt utilizate pentru probleme stiintifice si de inginerie (calcule de inalta performanta) care strang numere si date, in timp ce mainframe se concentreaza pe procesarea tranzactiilor. Diferentele sunt:
- Mainframe-urile-urile sunt concepute pentru a fi fiabile pentru procesarea tranzactiilor (masurate prin metode TPC; nu sunt utilizate sau utile pentru majoritatea aplicatiilor de supercomputing), asa cum este acest lucru inteles in lumea afacerilor: schimbul comercial de bunuri, servicii sau bani.
- O tranzactie tipica, asa cum este definita de Transaction Processing Performance Council, actualizeaza un sistem de baze de date pentru controlul stocurilor (bunuri), rezervari de linii aeriene (servicii) sau bancare (bani) prin adaugarea unei inregistrari.
- O tranzactie se poate referi la un set de operatii, incluzand citirea / scrierea discurilor, apelurile sistemului de operare sau o forma de transfer de date de la un subsistem la altul, care nu este masurata de viteza de procesare a procesorului. Procesarea tranzactiilor nu este exclusiva pentru cadrele principale, dar este utilizata si de retelele online.
- Performanta supercomputerului este masurata in operatiuni cu punct flotant pe secunda (FLOPS) sau in margini traversate pe secunda – TEPS, metrici care nu sunt foarte semnificative pentru aplicatiile mainframe, in timp ce performanta mainframe este uneori masurata in milioane de instructiuni pe secunda ( MIPS), desi definitia depinde de amestecul de instructiuni masurat..
- Operatiunile cu punct flotant sunt, in mare parte, adunarea, scaderea si inmultirea (a punctului flotant binar in supercomputere) – masurate in FLOPS, cu suficienta precizie pentru a modela fenomene continue, cum ar fi predictia vremii si simularile nucleare.
