Мейнфреймы

 

АСТРАХАНСЕИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт  информационных технологий и коммуникаций

Кафедра информатики

 

 

 

Контрольная работа на тему:

по дисциплине «Информатика»

«Мейнфреймы»

 

 

 

Выполнил:

Студент 1 курса

Группа: ДФМП-11

Ефремов В.П.

Проверила:

ст.пр. Еременко О.О.

 

 

 

 

 

 

Астрахань-АГТУ 2013

 

 

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Мейнфре́йм (также  мэйнфрейм, от англ. mainframe) — данный термин имеет три основных значения.

Большая универсальная  ЭВМ — высокопроизводительный компьютер  со значительным объёмом оперативной  и внешней памяти, предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой ёмкости и выполнения интенсивных вычислительных работ.

Компьютер c архитектурой IBM System/360, 370, 390, zSeries.

Наиболее мощный компьютер (например удовлетворяющий  признакам значения (1)), используемый в качестве главного или центрального компьютера (например, в качестве главного сервера).

 1. История

 

Историю мейнфреймов  принято отсчитывать с появления  в 1964 году универсальной компьютерной системы IBM System/360, на разработку которой корпорация IBM затратила 5 млрд долларов. Сам термин «мейнфрейм» происходит от названия типовых процессорных стоек этой системы. В 1960-х — начале 1980-х годов System/360 была безоговорочным лидером на рынке. Её клоны выпускались во многих странах, в том числе — в СССР (серия ЕС ЭВМ).

 

Мейнфреймы IBM используются в более чем 25 000 организациях по всему миру (без учёта клонов), в России их по разным оценкам от 1500 до 7000 (с учётом клонов). Около 70% всех важных бизнес-данных обрабатываются на мейнфреймах.

 

В начале 1990-х  начался кризис рынка мейнфреймов, пик которого пришёлся на 1993 год. Многие аналитики заговорили о полном вымирании  мейнфреймов, о переходе от централизованной обработки информации к распределённой (с помощью персональных компьютеров, объединённых двухуровневой архитектурой «клиент-сервер»). Многие стали воспринимать мейнфреймы как вчерашний день вычислительной техники, считая Unix- и PC-серверы более современными и перспективными.

 

Важной причиной резкого уменьшения интереса к мейнфреймам в 80-х годах было бурное развитие PC и Unix-ориентированных машин, в которых благодаря применению новой технологии создания КМОП-микросхем удалось значительно уменьшить энергопотребление, а их размеры достигли размеров настольных станций. В то же время для установки мейнфреймов требовались огромные площади, а использование устаревших полупроводниковых технологий в мейнфреймах того времени влекло за собой необходимость жидкостного (например, водяного) охлаждения. Так что, несмотря на их вычислительную мощь, из-за дороговизны и сложности обслуживания мейнфреймы всё меньше пользовались спросом на рынке вычислительных средств.

 

Ещё один аргумент против мейнфреймов состоял в  том, что в них не соблюдается  основной принцип открытых систем, а именно — совместимость с другими платформами.

 

Отнесясь к  критике конструктивно, руководство  компании IBM, основного производителя  аппаратного и программного обеспечения  мейнфреймов, выработало кардинально  новую стратегию в отношении  этой платформы с целью резко  повысить производительность, снизить стоимость владения, а также добиться высокой надёжности и доступности систем. Достижению этих планов способствовали важные перемены в технологической сфере: на смену биполярной технологии изготовления процессоров для мейнфреймов пришла технология КМОП. Переход на новую элементную базу позволил значительно снизить уровень энергопотребления мейнфреймов и упростить требования к системе электропитания и охлаждения (жидкостное охлаждение было заменено воздушным). Мейнфреймы на базе КМОП-микросхем быстро прибавляли в производительности и уменьшались в габаритах. Поворотным же событием стал переход на 64-разрядную архитектуру z/Architecture. Современные мейнфреймы перестали быть закрытой платформой: они способны поддерживать на одной машине сотни серверов с различными ОС.

 

Согласно одному из прогнозов Gartner Group, последний мейнфрейм  предполагалось выключить в 1993 году. Срок этого прогноза давно истёк, а рынок мейнфреймов остаётся стабильным, и их продажи ежегодно растут.

 

C 1994 года вновь начался рост интереса к мейнфреймам. Дело в том, что, как показала практика, централизованная обработка данных или централизованные вычисления на мейнфреймах решает многие задачи построения информационных систем масштаба предприятия проще и дешевле, чем распределённая.

 2. Особенности и   технические характеристики современных мейнфреймов

Среднее время  наработки на отказ. Время наработки  на отказ современных мейнфреймов  оценивается в 12–15 лет. Надёжность мейнфреймов — это результат  их почти 60-летнего совершенствования. Группа разработки VM/ESA затратила двадцать лет на удаление ошибок из операционной системы, и в результате была создана система, которую можно использовать в самых ответственных случаях.

Вертикальное  масштабирование образуется путем наращивания количества процессоров в одной системе.

 Горизонтальное масштабирование реализуется путем объединения мощных компьютеров в один логический компьютер. Можно объединить, практически, любое количество компьютеров. Они могут быть, географически, удаленны друг от друга.

 Высокая надежность хранения данных. В мейнфреймах обеспечивается путем использования RAID-массивов. С возможностью горячей замены. Производиться круглосуточное резервирование данных.

 Горячая замена, практически, любых компонентов. Дисков, оперативной памяти и даже процессоров.

 Мейнфрейм имеют высокий контроль над ошибками. Моментальное тестирование данных в памяти при их использовании. Дублирование каналов связи с периферийным оборудованием.

 Криптографическая защита данных на аппаратном уровне.

 Централизованное хранение данных. Дает высокую надежность и актуальность.

 В архитектурном плане мейнфреймы представляют собой многопроцессорные системы, содержащие один или несколько центральных и периферийных процессоров с общей памятью, связанных между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. При этом основная вычислительная нагрузка ложится на центральные процессоры, а периферийные процессоры (в терминологии IBM - селекторные, блок-мультиплексные, мультиплексные каналы и процессоры телеобработки) обеспечивают работу с широкой номенклатурой периферийных устройств.

^ Среднее время  наработки на отказ. Время наработки  на отказ современных мейнфреймов  оценивается в 12–15 лет. Надёжность  мейнфреймов — это результат  их почти 60-летнего совершенствования. Группа разработки VM/ESA затратила двадцать лет на удаление ошибок из операционной системы, и в результате была создана система, которую можно использовать в самых ответственных случаях.

^ Повышенная  устойчивость систем. Мейнфреймы могут изолировать и исправлять большинство аппаратных и программных ошибок за счёт использования следующих принципов:

 Дублирование: два резервных процессора, запасные микросхемы памяти, альтернативные пути доступа к периферийным устройствам.

 Горячая замена всех элементов вплоть до каналов, плат памяти и центральных процессоров.

^ Целостность  данных. В мейнфреймах используется  память с коррекцией ошибок. Ошибки  не приводят к разрушению данных  в памяти, или данных, ожидающих  вывода на внешние устройства. Дисковые подсистемы построенные на основе RAID-массивов с горячей заменой и встроенных средств резервного копирования защищают от потерь данных.

 

 Рабочая нагрузка. Рабочая нагрузка мейнфреймов может составлять 80–95 % от их пиковой производительности. Для UNIX–серверов, обычно, рабочая нагрузка не может превышать 20–30 % от пиковой загрузки. Операционная система мейнфрейма будет тянуть всё сразу, причём все приложения будут тесно сотрудничать и использовать общие куски ПО.

 Пропускная способность. Подсистемы ввода-вывода мейнфреймов разработаны так, чтобы работать в среде с высочайшей рабочей нагрузкой на ввод-вывод данных.

Масштабирование. Масштабирование мейнфреймов может  быть как вертикальным, так и горизонтальным. Вертикальное масштабирование обеспечивается линейкой процессоров с производительностью от 5 до 200 MIPS и наращиванием до 12 центральных процессоров в одном компьютере. Горизонтальное масштабирование реализуется объединением ЭВМ в Sysplex (System Complex) — многомашинный кластер, выглядящий с точки зрения пользователя единым компьютером. Всего в Sysplex можно объединить до 32 машин. Географически распределённый Sysplex называют GDPS. В случае использования ОС VM для совместной работы можно объединить любое количество компьютеров. Программное масштабирование — на одном мейнфрейме может быть сконфигурировано фактически бесконечное число различных серверов. Причем все серверы могут быть изолированы друг от друга так, как будто они выполняются на отдельных выделенных компьютерах и в тоже же время совместно использовать аппаратные и программные ресурсы и данные.

 Доступ к данным. Поскольку данные хранятся на одном сервере, прикладные программы не нуждаются в сборе исходной информации из множества источников, не требуется дополнительное дисковое пространство для их временного хранения, не возникают сомнения в их актуальности. Требуется небольшое количество физических серверов и значительно более простое программное обеспечение. Всё это, в совокупности, ведёт к повышению скорости и эффективности обработки.

Защита. Встроенные в аппаратуру возможности защиты, такие как криптографические  устройства, и Logical Partition, и средства защиты операционных систем, дополненные  программными продуктами RACF или VM:SECURE, обеспечивают совершенную защиту.

 Пользовательский интерфейс. Пользовательский интерфейс у мейнфреймов всегда оставался наиболее слабым местом. Сейчас же стало возможно для прикладных программ мейнфреймов в кратчайшие сроки и при минимальных затратах обеспечить современный веб-интерфейс.

 Сохранение инвестиций — использование данных и существующих прикладных программ не влечёт дополнительных расходов по приобретению нового программного обеспечения для другой платформы, переучиванию персонала, переноса данных и тд.

 3. Положение на рынке

 

На данный момент мейнфреймы IBM занимают доминирующее положение на мировом рынке[1]. Также на рынке со своей продукцией присутствуют фирмы Hitachi, Amdahl и Fujitsu.

 4. Мейнфреймы и суперкомпьютеры

 

Суперкомьютеры -- это машины, находящиеся на пике доступных сегодня вычислительных мощностей, особенно в области операций с числами. Суперкомпьютеры используются для научных и инженерных задач (высокопроизводительные вычисления, например, в области метеорологии или моделирования ядерных процессов), где ограничительными факторами являются мощность процессора и объём оперативной памяти, тогда как мейнфреймы применяются для целочисленных операций, требовательных к скорости обмена данными, к надёжности и к способности одновременной обработки множества процессов (инвентаризация товаров, резервирование авиабилетов, банковские операции). Производительность мейнфреймов, как правило, вычисляется в миллионах операций в секунду (MIPS), а суперкомпьютеров -- в операциях с плавающей запятой (точкой) в секунду (FLOPS).

 

В контексте  общей вычислительной мощности мейнфреймы проигрывают суперкомпьютерам.

 

Заключение.

В настоящее  время мэйнфрейм-компьютеры занимают центральное место в повседневной работе большинства крупнейших корпораций мира, включая многие компании из списка Fortune 1000. Несмотря на то что другие виды вычислительной техники широко используются в различных сферах деятельности, мэйнфреймы занимают

завидное место  в современной среде электронного бизнеса. В банковских, финансовых, здравоохранительных, страховых, коммунальных, правительственных и многих

других государственных  и частных учреждениях мэйнфрейм-компьютеры представляют основу современного бизнеса.

Популярность  и долговечность мэйнфреймов  в значительной степени обусловлена  свойственной им надежностью и стабильностью, которые являются результатом

продуманных технологических  усовершенствований, выполненных со времени выпуска IBM System/360 в 1964 году. Ни одна другая компьютерная архитектура  не может заявить о таком постоянном эволюционном развитии при обеспечении  совместимости с существующими приложениями.

Источники 

http://www.serverwatch.com/hreviews/print.php/3586496 Hardware Today: Mainframes Are Here to Stay (Server Watch, 21 февраля 2006)

 

«Введение в  современные мэйнфреймы: основы z/OS»:Авторы Майк Эбберс, Уэйн О'Брайен, Билл Огден.