Mainframe (ang. main – główny, frame – struktura) (często w Stanach Zjednoczonych nazywany Big Iron) jako komputery używane głównie przez duże organizacje dla krytycznych aplikacji (np. finansowych, statystycznych). Są systemami o dużej wydajności przetwarzania danych. W czasie gdy powstawały i odnosiły największe sukcesy ich alternatywą były minikomputery i kalkulatory. Termin mainframe pochodzi od wczesnych maszyn tego typu, ze względu na ich rozmiary i fakt, że kompletny system komputerowy składał się z wielu oddzielonych od siebie jednostek (szaf, obudów) - main frame to była główna jednostka przetwarzająca dane. Pierwsze komputery mainframe były wykonane z tranzystorów, ale bez użycia układów scalonych. Późniejsze korzystały z układów scalonych o niskiej skali integracji, na przykład w UNIVAC'u 9000 z połowy lat sześćdziesiątych 256 KB pamięci było zbudowane z ponad 1200 układów scalonych Intela[1]. Dzisiaj termin ten używany jest zazwyczaj do komputerów kompatybilnych do linii IBM System/360 zaprezentowanej w 1965 roku. Ostatnim przedstawicielem tej linii jest IBM System z10. Należy podkreślić, że słowo mainframe nie jest ani zastrzeżonym znakiem towarowym, ani też nie istnieje żadna formalna definicja komputera mainframe. Istniały również systemy, niekompatybilne z rodziną System/360 również nazywane mainframe:, np. produkty firmy Unisys[2], która powstała z połączenia firm Burroughs i Sperry, a także rodzina Siemens BS2000, ICL, czy GECOS (Bull i NEC, dawniej Honeywell, a jeszcze wcześniej General Electric), czy NCR . Zdarza się nawet, że sprzedawcy wieloprocesorowych serwerów typu PC (Intel, AMD) używają tej nazwy aby podkreślić moc przetwarzania sprzedawanych maszyn .

Charakterystyka systemów mainframe

Mainframe zostały zaprojektowane tak, aby obsłużyć wysokie obciążenie urządzeń wejścia/wyjścia (I/O), dlatego kładzie się duży nacisk na wydajność przetwarzanych danych. Od połowy lat 60. projekty mainframe zawierają kilka dodatkowych komponentów (nazywane kanałami lub obwodowymi procesorami), które zarządzają urządzeniami wejścia/wyjścia zostawiając CPU tylko obsługę głównej pamięci. Cechą wspólną dla systemów mainframe jest zajmowanie się obszernymi bazami danych i plikami. Pliki o wielkościach terabajtów czy gigabajtów nie są czymś nadzwyczajnym dla takich systemów. Celem systemu mainframe jest świadczenie usług dużej liczbie użytkowników. W odróżnieniu od superkomputera mainframe nie posiada dużej mocy obliczeniowej, a specjalizuje się w wydajnych operacjach I/O.

Rynek (sektor)

Na początku 2006 roku udział rynkowy urządzeń mainframe firmy IBM wynosił 90%, jednak nie jest on jedynym sprzedawcą tego sprzętu. Unisys stworzył mainframe'y ClearPath Plus z systemami operacyjnymi OS2200 i MCP wywodzącymi się z Sperry i Burroughs oraz jednocześnie umożliwiającymi uruchomienie systemów Linux i MS Windows. Hitachi współprojektowało zSeries 800 z IBM w celu zmniejszenia kosztów. Hewlett-Packard sprzedał swoje unikalne systemy NonStop firmie Tandem Computers i Group Bull's DPS. W Europie są dostępne mainframe'y DPS grupy Bull. Unisys i HP z powodu redukcji kosztów projektowania własnych procesorów w coraz większym stopniu uzależniało się od procesorów Intel, podczas gdy IBM posiadał własny duży ośrodek badawczy i rozwojowy wprowadzający własne technologie mainframe'owe. Platform Solutions Inc., wprowadziła na rynek serwery z procesorami Intel Itanium 2 wyposażone w firmware emulujące IBM System z. PSI i IBM są zaangażowane w serie sporów prawnych. IBM oskarża PSI o naruszenie patentów i odmawia udzielenia licencji na swój software uruchamiany na platformie PSI, podczas gdy PSI skarży IBM o złamanie praw anty-monopolowych.[3][4]

Historia

Produkcja komputerów mainframe zaczęła się pod koniec roku 1950. Pierwsze komputery mainframe znane były pod nazwą "IBM and the Seven Dwarfs": IBM, Burroughs, Control Data, General Electric, Honeywell, NCR, RCA, i UNIVAC. Dominacja IBM rosła dzięki ich systemowi "700/7000 series" oraz rozwinięta później w "System/360". Z czasem technologia ta rozwijała się i ewoluowała do obecnej "zSeries/z9". IBM twierdzi, że może ciągle uruchamiać "24-bit System/360 code", podczas gdy serwery "64-bit zSeries" oraz "z9 CMOS" nie mają nic fizycznie wspólnego ze starszymi konstrukcjami. UNIVAC został wchłonięty przez Sperry który kontynuował rozwój tej linii w postaci mainframów 2200 Series z systemem operacyjnym OS/2200. Burroughs rozwijał swoja linię mainframów B5000 z systemem operacyjnym MCP. Jednocześnie dostawcami spoza USA byli: Siemens, Telefunken w Niemczech, ICL w Anglii, oraz Fujitsu, Hitachi, Oki, NEC w Japonii. Podczas zimnej wojny państwa należące do Układu Warszawskiego produkowały klony "System/360" pod nazwą RIAD. W Polsce produkowano własne konstrukcje oraz klony mainframów ICL pod nazwą Odra. W Związku Radzieckim opracowywano własne systemy, takie jak Ural i Strela.
Malejące wymagania oraz zacięta rywalizacja spowodowały selekcję na rynku na początku lat 80. Honeywell zostało wykupione przez Bull, UNIVAC został działem Sperry Corporation, który potem w roku 1986 złączył się z Burroughs w firme o nazwie Unisys Corporation. Sperry i Borroughs po połączeniu ciągle wspierają oraz rozwijają swoje mainframe, które obecnie wyewoluowały w platformę Clearpath Plus. W roku 1991 AT&T przemianowano na NCR. W latach 80. korporacje odkryły serwery bazujące na architekturze mikrokomputera, można je było uruchomić za ułamek ceny zakupu i oferowały lokalnym użytkownikom o wiele większą kontrolę nad ich własnymi systemami. Terminale używane do interakcji systemu mainframe z użytkownikiem zostały zastąpione poprzez zwykłe pecety. W rezultacie wymagania malały, a nowe instalacje systemów mainframe były ściśle dopasowane do wymagań finansowych, serwisowych oraz zadaniowych.
W wczesnych latach 90. XX wieku wśród analityków pojawiła się teoria, że platforma mainframe jest platformą kończącą się oraz, że będzie ona stopniowo zastępowana poprzez platformę komputerów osobistych. Pogląd ten zaczął się jednak zmieniać pod koniec lat 90. kiedy to korporacje znalazły nowych użytkowników dla ich istniejących komputerów mainframe, co było spowodowane między innymi obniżeniem kosztów dostępu do internetu na świecie. Dodatkowo wzrost e-biznesu także drastycznie zwiększyły liczbę transakcji oraz procesów przetwarzanych przez komputery mainframe, wzrost wielkości oraz wydajności baz danych także nie został bez znaczenia. Dodatkowym atrybutem zwiększającym liczbę użytkowników komputerów mainframe było zwiększenie liczby dystrybucji systemu Linux, które mogły być na tym systemie uruchomione. Systemy mainframe mogły uruchomić wiele systemów dedykowanych jako maszyny wirtualne jednocześnie. Linux zezwalał także na wykorzystanie oprogramowania open source wraz z mainframe-owym sprzętem RAS. Ciągły wzrost i dystrybucja komputerów na nowo powstałe rynki, zwłaszcza Chiny, stworzyły nowe problemy informatyczne stawiane komputerom mainframe np. jednoczesna obsługa transakcji online wykorzystująca bazy danych dla miliarda klientów jednocześnie (banki, raporty kredytowe, serwisy rządowe).

Mainframe kontra superkomputer

Różnica pomiędzy superkomputerem i mainframe nie jest zbyt oczywista, generalnie można powiedzieć że, superkomputery stosuje się do rozwiązywania problemów które wymagają dużej szybkości obliczeń, podczas gdy mainframe'y stosuje się gdy potrzebna jest wysoka wydajność I/O, niezawodność oraz jednoczesna obsługa różnorodnych procesów biznesowych (ang. mixed workload). Wyliczmy kilka podobieństw i różnic:
  • Oba typy systemów stosują przetwarzanie równoległe. Superkomputery zwykle pozwalają programistom tworzyć bardziej złożone programy, podczas gdy mainframe-y są zwykle używane do uruchomienia wielu programów(zadań) równolegle. Jednym z efektów tej różnicy jest prosta zależność pomiędzy liczbą procesorów mainframe-a a jego wydajnością.
  • Superkomputery są optymalizowane dla złożonych obliczeń, które głównie odbywają się w pamięci komputera, podczas gdy mainframe-y optymalizowane do wykonywania relatywnie prostych obliczeń na olbrzymich zasobach danych zewnętrznych, Na przykład przewidywanie pogody(modele klimatyczne) lepiej pasuje do superkomputerów, a przedsiębiorstwa ubezpieczeniowe czy banki wykorzystują w swojej działalności mainframe-y.
  • Superkomputery są często budowane dla ściśle określonych zadań konkretnej instytucji (np. symulacje czy modelowanie), podczas gdy mainframe-y mogą wykonywać znacznie szerszy zakres zadań (np. przetwarzanie danych, hurtownie danych). Konsekwencją tego jest, że większość superkomputerów jest projektowanych i budowanych na zamówienie, podczas gdy mainframe'y zwykle są oferowane przez producentów jako linia produktów z których zamawiający wybiera odpowiedni dla potrzeb model.
  • W świecie mainframe'ów istnieje tendencja do obudowywanie głównego centralnego zespołu procesorów wieloma procesorami usługowymi przeznaczonymi do takich zadań jak: obsługa I/O, monitorowanie pracy, usługi kryptograficzne, obsługa pamięci, konfiguracja sprzętu, automatyzacja obsługi i wznawiania pracy po awarii itp. Stąd rzeczywista liczba procesorów może znacznie przewyższać oficjalnie podawaną przez producenta. Podczas projektowania superkomputerów nie stosuje się tak wielu procesorów usługowych i koncentruje się na zwiększaniu liczby jednostek przetwarzania liczb zmiennoprzecinkowych.
  • Wydajność superkomputerów określa się zwykle w MIPS lub FLOPS, podczas gdy wydajność mainframe'ów zwykle w jednostkach TPC-C, TPC-E, TPC-H lub jednostkach wprowadzonych przez producentów dla porównywania wydajności poszczególnych modeli np. rpm lub LSPR
name="LSPR">{{Cytuj stronę |url=http://www-03.ibm.com/servers/eserver/zseries/lspr/| tytuł =Large Systems Performance Reference for IBM eServer zSeries and S/390|język=en}}. Użytkownicy mainframe'ów żartobliwie rozszyfrowują skrót MIPS jako "Meannigless Indication of Processor Speed" czyli "nic nieznaczący wskaźnik szybkości procesoraDefinicja MIPS w Free On-Line Dictionary of Computing, dostęp 2008-06-14, 12:12.

Statystyka (dotyczy tylko IBM mainframe)

  • 90% Maszyn klasy Mainframe produkcji IBM posiada system transakcyjny CICS (ang. – CICS – Customer Information Control System)Strona o . Pozostałe oprogramowanie spina system IMS – Information Management System z bazą danych DB2 oraz IBM WebSphere MQ z WebSphere Application Server.
  • W maju 2006 roku IBM podał, że ponad 1700 jego klientów używa na swoich maszynach Linuksa.
  • Większość maszyn typu mainframe działa bez przerwy na 70% użycia zasobów. Często spotykanym obciążeniem jest 90% zajętości, a większość współczesnych maszyn jest zdolna do utrzymywania 100% zajętości procesora przez dłuższe okresy, ustawiając sobie wykonywanie zadań według procesów biznesowych bez przerywania pracy.

Szybkość i wydajność

Szybkość CPU dawniej mierzona była w MIPS-ach (milionach operacji na sekundę), a używano tej miary do porównywania możliwości obliczeniowych procesorów/systemów. Najmniejszy dzisiaj system mainframe IBMa ma prędkość 26 MIPSów (IBM z9 BC A01), największy – 17801 MIPS (według IBM Reference Performance szybkość systemu mainframe IBM z9 EC model 754) . Dla porównania współczesny procesor Intel Core 2 X6800 przy prędkości 2,93 GHz osiąga 27079 MIPS, czyli prawie dwukrotnie więcej na korzyść procesora stosowanego w zwykłym komputerze x86. Z kolei jednak rozwiązanie Parallel SysplexStrona o pozwala połączyć do 32 komputerów takich jak z9, powodując że zachowują się one jako jedna logiczna jednostka, uzyskując dzięki temu wydajność około 569632 MIPSLiczba 569.632 MIPS zakłada 32 maszyny z9 Enterprise Class (Model 754) ze wszystkimi 54 centralnymi procesorami zaalokowanymi dla pojedynczego LPAR-a z/OS 1.9 (lub wyższy)..
ເມນເຟຣມ
Publikacja wraz ze zdjęciami jest udostępniona w Encyklopedii "Zgapedia" części portalu zgapa.pl. Treść objęta jest licencją GNU FDL Wolnej Dokumentacji w wersji 1.3 lub dowolnej pózniejszej opublikowanej przez Free Software Foundation i została ona opracowana na podstawie Wikipedii, tutaj możesz znaleźć artykuł źródłowy oraz autorów. Warunki użytkowania Encyklopedii znajdziesz na tej stronie.