3.1.1. Большие компьютеры

Большие компьютеры за рубежом часто называют мэйнфреймами (mainframe); к ним относят, как правило, компьютеры, имеющие:

□ производительность не менее 100 MIPS;

□ основную память емкостью от 512 до 10 000 Мбайт;

□ внешнюю память не менее 100 Гбайт;

□ многопользовательский режим работы (обслуживают одновременно от 16 до 1000 пользователей).

Основные направления эффективного применения мэйнфреймов — решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами. Последнее направление — использование мэйнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей — часто отмечается специалистами как наиболее актуальное.

Родоначальником современных больших компьютеров, по стандартам которых в последние несколько десятилетий развивались машины этого класса в большинстве стран мира, являются машины фирмы IBM. Модели IBM 360 и IBM 370 с их архитектурой и программным обеспечением взяты за основу и при создании отечественной системы больших машин ЕС ЭВМ.

С реди лучших мэйнфреймов следует в 1-ю очередь отметить американские:

□ IBM 3090, IBM 4300 (4331, 4341, 4361, 4381), пришедшие на смену IBM 380 в 1979г. (2-е поколение мэйнфреймов);

□ IBM ES/9000, созданные в 1990 г. (3-е поколение мэйнфреймов).

В

Рис.8.

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 (ПК, объединённых двухуровневой архитектурой «клиент-сервер»). Мейнфреймы воспринимались как как вчерашний день ВТ, считая 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 влекло за собой необходимость 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 них состоял в том, что в них не соблюдается основной принцип открытых систем, а именно — совместимость с другими платформами.

IBM выработало кардинально новую стратегию в отношении этой платформы с целью резко повысить производительность, снизить стоимость владения, а также добиться высокой надежности и доступности систем. Достижению этих планов способствовали важные перемены в технологической сфере: на смену биполярной технологии изготовления процессоров для мейнфреймов пришла технология КМОП. Это позволило значительно снизить уровень энергопотребления и водяное охлаждение было заменено воздушным. Мейнфреймы быстро прибавляли в производительности и теряли в габаритах. Наиболее же кардинальным событием стал переход на 64-разрядную архитектуру zArchitecture. Современные мейнфреймы перестали быть закрытой платформой: они способны поддерживать на одной машине сотни серверов с различными ОС.

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

В 1997 году IBM завершила программу трансформации своих больших компьютеров в малогабаритные мэйнфреймы S/390, использующие КМОП-микросхемы. Семейство S/390 включает 14 моделей машин. Характеристики новых моделей по сравнению с характеристиками 3-го поколения улучшены в 1,3 раза (объем ОП удваивается).

В семейство S/390 входят мэйнфреймы от однопроцессорной модели с быстродействием 50 MIPS до 10-процессорной модели с быстродействием в 500 MIPS. Модели выпускаются на процессорах G4 и G5, S/390 Multiprice 2000. Для повышения производительности и других характеристик систем можно объединять до 32 машин S/390 в кластеры по технологии S/390 Parallel Sysplex (создавая, по существу, суперкомпьютер).

В 1999 году была анонсирована система мэйнфреймов средней производительности AS/400, включающая в свой состав 12 моделей. Максимальная емкость оперативной памяти нового семейства составляет 16 Гбайт, а дисковой памяти — 2,1 Тбайт. В моделях AS/400 серий 720, 730 и 740 используется до 12 процессоров Power PC и Pentium 2.

Особенности и характеристики современных мейнфреймов

Среднее время наработки на отказ оценивается в 12—15 лет. Надежность мейнфреймов — это результат почти 60-летнего их совершенствования.

Повышенная устойчивость систем. Мейнфреймы могут изолировать и исправлять большинство аппаратных и программных ошибок за счет 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, исправляющая ошибки. Ошибки не приводят к разрушению данных в памяти, или данных, ожидающих устройства ввода-вывода. Дисковые подсистемы построенные на основе RAID-массивов с горячей заменой и встроенных средств резервного копирования защищают от потерь данных.

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. Серверы Unix или Microsoft Windows, чтобы быть устойчивыми, должны выполнять единственное приложение, в то время как ОС мейнфрейма будет тянуть всё сразу, причем все приложения будут тесно сотрудничать и использовать общие куски ПО.

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

Масштабирование 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, до 32 машин. Географически распределенный Sysplex называют GeoPlex. 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. Все это, в совокупности, ведет к повышению скорости и эффективности обработки.

Защита. Встроенные в аппаратуру возможности защиты, такие как криптографические устройства и средства защиты операционных систем, дополненные программными продуктами, обеспечивающими совершенную защиту.

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

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

Сейчас на мэйнфреймах сейчас находится 70% «компьютерной» информации; в США развернуто сотни тысяч мэйнфреймов. End Л2