Синонимом понятия мэйнфрейм является

Мейнфреймы

Мейнфрейм — это синоним понятия
«большая универсальная ЭВМ».
Мейнфреймы и до сегодняшнего дня остаются
наиболее мощными (не считая суперкомпьютеров)
вычислительными системами общего
назначения, обеспечивающими непрерывный
круглосуточный режим эксплуатации. Они
могут включать один или несколько
процессоров, каждый из которых, в свою
очередь, может оснащаться векторными
сопроцессорами (ускорителями операций
с суперкомпьютерной производительностью).
В нашем сознании мейнфреймы все еще
ассоциируются с большими по габаритам
машинами, требующими специально
оборудованных помещений с системами
водяного охлаждения и кондиционирования.
Однако это не совсем так. Прогресс в
области элементно-конструкторской базы
позволил существенно сократить габариты
основных устройств. Наряду со сверхмощными
мейнфреймами, требующими организации
двухконтурной водяной системы охлаждения,
имеются менее мощные модели, для
охлаждения которых достаточно
принудительной воздушной вентиляции,
и модели, построенные по блочно-модульному
принципу и не требующие специальных
помещений и кондиционеров.

Основными поставщиками мейнфреймов
являются известные компьютерные компании
IBM, Amdahl, ICL, Siemens Nixdorf и некоторые другие,
но ведущая роль принадлежит безусловно
компании IBM. Именно архитектура системы
IBM/360, выпущенной в 1964 году, и ее последующие
поколения стали образцом для подражания.
В нашей стране в течение многих лет
выпускались машины ряда ЕС ЭВМ, являвшиеся
отечественным аналогом этой системы.

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.

Первоначально мейнфреймы ориентировались
на централизованную модель вычислений,
работали под управлением патентованных
операционных систем и имели ограниченные
возможности для объединения в единую
систему оборудования различных
фирм-поставщиков. Однако повышенный
интерес потребителей к открытым системам,
построенным на базе международных
стандартов и позволяющим достаточно
эффективно использовать все преимущества
такого подхода, заставил поставщиков
мейнфреймов существенно расширить
возможности своих операционных систем
в направлении совместимости. В настоящее
время они демонстрирует свою «открытость»,
обеспечивая соответствие со спецификациями
POSIX 1003.3, возможность использования
протоколов межсоединений OSI и TCP/IP или
предоставляя возможность работы на
своих компьютерах под управлением
операционной системы UNIX собственной
разработки.

Стремительный рост производительности
персональных компьютеров, рабочих
станций и серверов создал тенденцию
перехода с мейнфреймов на компьютеры
менее дорогих классов: миникомпьютеры
и многопроцессорные серверы. Эта
тенденция получила название «разукрупнение»
(downsizing). Однако этот процесс в самое
последнее время несколько замедлился.
Основной причиной возрождения интереса
к мейнфреймам эксперты считают сложность
перехода к распределенной архитектуре
клиент-сервер, которая оказалась выше,
чем предполагалось. Кроме того, многие
пользователи считают, что распределенная
среда не обладает достаточной надежностью
для наиболее ответственных приложений,
которой обладают мейнфреймы.

Очевидно выбор центральной машины
(сервера) для построения информационной
системы предприятия возможен только
после глубокого анализа проблем, условий
и требований конкретного заказчика и
долгосрочного прогнозирования развития
этой системы.

Главным недостатком мейнфреймов в
настоящее время остается относительно
низкое соотношение производительность/стоимость.
Однако фирмами-поставщиками мейнфреймов
предпринимаются значительные усилия
по улучшению этого показателя.

Следует также помнить, что в мире
существует огромная инсталлированная
база мейнфреймов, на которой работают
десятки тысяч прикладных программных
систем. Отказаться от годами наработанного
программного обеспечения просто не
разумно. Поэтому в настоящее время
ожидается рост продаж мейнфреймов по
крайней мере до конца этого столетия.
Эти системы, с одной стороны, позволят
модернизировать существующие системы,
обеспечив сокращение эксплуатационных
расходов, с другой стороны, создадут
новую базу для наиболее ответственных
приложений.

Инфоурок

›

Информатика

›Конспекты›Конспект по дисциплине Архитектура ЭВМ на тему «Мэйнфреймы»

Конспект по дисциплине Архитектура ЭВМ на тему «Мэйнфреймы»

мэйнфрейм

Синонимы:

Кластеры и мейнфреймы делят рынок

Потребителю по большому счету все равно, какая система используется для его вычислений: один мощный мейнфрейм или кластер, состоящий из большого числа привычных серверов. Оба решения имеют и свои плюсы, и минусы. Сегодня эти два направления по получению или наращиванию вычислительной мощности развиваются параллельно, и непонятно, которое в итоге установит приоритет.

Мейнфреймы для самых ответственных приложений

Мейнфрейм часто называют синонимом понятия «Большая универсальная ЭВМ». И именно аналогом первого мейнфрейма (IBM 360) был ряд машин ЕС ЭВМ (Единая система электронных вычислительных машин), в прошлом выпускавшихся в СССР. IBM 360 появилась в 1964 году. Советские «клоны» этой системы появились на рубеже 60-х — 70-х годов прошлого столетия.

Мейнфреймы до сегодняшнего дня являются самым мощным классом вычислительных систем, не считая некоторых разработок суперкомпьютеров, обеспечивающих круглосуточный режим эксплуатации. Архитектурно мейнфрейм представляют собой многопроцессорную систему с центральными и периферийными процессорами с общей памятью. Процессоры связаны между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. Центральные процессоры занимаются основными вычислениями, а периферийные (как следует из названия) обеспечивают работу с широким спектром периферийных устройств.

Основным производителем мейнфреймов является компания IBM. Другие же поставщики таких систем известны широкой аудитории, скорее, по другим категориям своих продуктов: Hitachi, Siemens Nixdorf и пр.

В 80-х годах ХХ века наблюдалось резкое уменьшение спроса на мейнфреймы по причине бурного развития x86 и UNIX-систем. Помимо увеличения производительности, в фоексе было уменьшение физических размеров и энергопотребления. Для мейнфремов требовались огромные площади и дорогое обслуживание, в частности водяное охлаждение устаревшей полупроводниковой техники.

IBM пришлось резко поменять стратегию в производстве аппаратного и программного обеспечения мейнфреймов. Их перевели на новую элементную базу, что позволило уменьшить размеры систем, снизить уровень энергопотребления и выделения тепла (для его отвода вполне хватало воздушного охлаждения). Самое главное, на новой элементной базе появилась возможность быстрее наращивать производительность. Одним из самых главных событий в мире мейнфреймов стал переход на 64-разрядную архитектуру zArchitecture. Кроме всего прочего, мейнфреймы перестали быть закрытой архитектурой, теперь они способны поддерживать на одной машине серверы с различными ОС, в том числе Linux.

Обычно мейнфреймы представляются большими машинами, занимающими около сотни квадратных метров. Однако наряду с такими системами, для охлаждения которых требуется двухконтурная водяная система охлаждения, имеются и менее мощные, для которых достаточно всего лишь воздушной вентиляции.

В начале 1990-х годов начался очередной кризис рынка мейнфреймов. Аналитики Gartner предсказывали тогда, что последний мейнфрейм будет выключен в 1993 г. Однако, мейнфреймы не только не вымерли, но в 1994 году стали даже пользоваться повышенным спросом. Ввиду того, что централизованная обработка на основе мейнфреймов позволяла проще и дешевле, чем распределенная, решать большинство задач построения информационных систем предприятия.

Одна из причин того, что компании продолжают покупать мейнфреймы в уже накопившемся значительном количестве используемых систем, на которые установлено программное обеспечение. Отказаться от наработанного ПО во многих случаях просто не представляется возможным.

Мейнфреймы могут изолировать и исправлять большинство ошибок за счет использования резервных процессоров, альтернативных путей доступа к устройствам и т.д. Имеется возможность горячей замены всех элементов вплоть до центральных процессоров.

Загрузка производственных мощностей мейнфрейма может составлять до 95%. При этом известно, что загрузка x86-серверов — 10-15%, Unix-серверов — 15-25%. Правда, не стоит забывать, что при использовании средств виртуализации повышается эффективность использования тех же самых x86-серверов. Кстати, виртуализация серверов, как и большинство других интересных технологий, пришла как раз из мира мейнфреймов. В случае мейнфрейма данные хранятся на одном сервере, не требуется дополнительное дисковое пространство для временного хранения. Горизонтальное масштабирование, то есть объединение мейфреймов в кластеры, также возможно — в данном случае он с точки зрения пользователя выглядит как единый сервер. Считается, что встроенные в мейнфрейм возможности обеспечивают непревзойденную защиту от аппаратных и программных сбоев.

К недостаткам мейнфреймов относят невысокое соотношение производительность/цена относительно кластеров. Производители стараются улучшить это соотношение. Но неоспоримые преимущества у мейнфреймов тоже есть. Прежде всего, это среднее время наработки на отказ, которое оценивается в 12-15 лет. Это позволяет использовать мейнфреймы в самых ответственных приложениях.

Ранее неудобный пользовательский интерфейс указывался в числе наиболее слабых мест мейнфрейма. Упрощение работы стало одним из основных преобразований, заявленных  IBM. Оно коснулось улучшения администраторского интерфейса по конфигурированию сети, мониторингу аппаратных средств вычислительного центра. Модернизация затронула и среды разработки программного обеспечения, что, по заверению производителя, позволяет быстрее освоить программирование для мейнфреймов.

Все преимущества мейнфреймов стали результатом многолетнего совершенствования. Однако именно благодаря вложенным средствам на разработку, цена на мейнфреймы оставляет желать лучшего. Мейнфрейм нижнего (если можно употреблять это слово в данном случае) уровня позиционируется в ценовой категории — 100 тыс. долл.

По мнению Рената Юсупова, старшего вице-президента Kraftway по технологиям, «проблема мейнфрейма в том, что это уникальный продукт. Именно поэтому его цена достаточно высока. Кроме того, пользователи мейнфрейма жестко привязаны к производителю этого мейнфрейма, к его комплектующим, запасным частям, к его сервисам и технической поддержке. В случае виртуализации по технологии кластер или Grid возможно включать в систему разные ресурсы, главное, чтобы они были подобны».

Мейнфреймы как класс интересны тем, что во-первых, развитие более привычных PC- и Unix-серверов происходит именно в эту сторону. Сегодняшние двухпроцессорные серверы являются гораздо более производительными, чем мейнфреймы 20-летней давности. Во-вторых, именно в этот класс компанией IBM, лидером по числу патентов, внедряются наиболее интересные инновации, часть из которых впоследствии переходит на более низкие уровни. «Голубой гигант», являясь основным производителем мейнфреймов, навряд ли пожелает просто так отказаться от этого направления и, скорее всего, будет дальше продолжать вести работы по улучшению характеристик мейнфреймов, упрощению работы с ними, что, в конечном счете должно сказаться на увеличении конкурентоспособности этих решений.

Кластеры быстро окупаются

Вычислительный кластер — это множество компьютеров, соединенных аппаратными и программными средствами, представляемых пользователю как один сервер обработки информации. Обычно серверы связаны высокоскоростной сетью: Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet, Infiniband и пр.

Первой концепцию кластерной системы анонсировала компания DEC (впоследствии приобретенная компанией Compaq). Идея заключалась в объединении группы машин в единый узел обработки информации. VAX-кластер представлял собой многомашинную систему с внешней памятью с единым механизмом управления.

Традиционно технология объединения в кластеры использовалась не столько для увеличения вычислительной мощности, сколько для обеспечения надежности, доступности, удобства в обслуживании за счет дублирования, резервирования и переключении при отказе. Большой прорыв совершила компания Intel, благодаря лучшему соотношению производительность/цена при использовании процессоров Intel Xeon и Intel Itanium (позднее к ней подтянулась компания AMD с процессорами AMD Opteron). При появлении программного модуля необходимого качества многие коммерческие предприятия перешли с мейнфреймов и крупных многопроцессорных Unix-серверов на кластеры на базе х86-процессоров.

Архитектура х86 в той или иной степени доступна всем производителям и стала промышленным стандартом. По этой причине и благодаря острой конкуренции в сегменте, соотношение производительность/цена у Intel-серверов выше, чем у мейнфреймов и больших RISC-систем. Срок окупаемости х86-сервера составляет примерно три года. В этом состоят главные преимущества кластеров.

Серверы х86 считают менее надежными, чем Unix-системы и, тем более, мейнфреймы. Однако кластеры не имеют единой точки выхода из строя, то есть поломка одного сервера не приведет к выходу из строя всей системы в целом. Для страховки обычно применяются схемы резервирования, например: N+1, когда в стойке или в blade-шасси кроме N серверов стоит 1 резервный, на который перебрасывается нагрузка в случае отказа одного из серверов. Для систем высокой доступности используется схема 1+1 (N+N), когда дублируется каждый сервер. К этому стоит еще добавить, что даже без дублирования в случае выхода из строя одного сервера вся система не «упадет», а просто будет работать чуть медленнее.

Кроме «железной» части кластеров, существует еще и софтовая, которая является не меньшей составляющей в производительности системы целиком. После выхода нового продукта от Microsoft рынок, вероятно, будет склоняться в сторону кластеров на стандартной архитектуре серверов — это оправдано и экономически, да и уменьшает требования к персоналу. Технологии управления давно знакомы и стали привычными, — комментирует Сергей Телевинов, директор по техническому развитию, Helios IT-Operator.

К плюсам кластеров можно отнести простоту и дискретность масштабирования, причем порой наращивать вычислительные мощности можно на оборудовании другого вендора (например, в случае, когда в регионе появилась сервисная поддержка какого-то производителя, или когда прежний поставщик чересчур повысил цены).

К минусам кластеров относят частую зависимость от программного обеспечения. Да и операционные системы Windows и Linux более подвержены уязвимости, чем операционные системы мейнфреймов. Но система вычислений, как правило, не является открытой, а обеспечение защиты сетей, передачи данных является стандартной процедурой.

По мнению Леонида Клюева, менеджера по развитию бизнеса в HPC, Microsoft Russia/CIS and CEE, не стоит сбрасывать со счетов и вопрос интеграции — многие заказчики используют на рабочих местах и серверах операционные системы, которые являются стандартом для большинства предприятий. Логично предположить, чтобы и в таком вертикальном сегменте, как кластерные вычисления, счет будет вестись на операционной системе от того же вендора.

Есть, как минимум, два способа работы с кластерами. Первый: это когда идет распараллеливание задачи, когда каждый из серверов решает какую-то ее часть. Второй — это виртуализация всех имеющихся в системе серверов, когда весь кластер представляется как один сервер, в котором, опять же средствами виртуализации, выделяются ресурсы на подзадачи.

*

В настоящий момент эти два направления по получению или наращиванию вычислительной мощности развиваются параллельно, и непонятно, которое в итоге победит. В любом случае, основной стимул развития рынка — это то, что выбирает пользователь. В количественном соотношении, естественно, больше продается серверов и систем на основе кластеров. Но по объему вычислительной мощности, если перевес и будет в пользу кластеров, то с гораздо меньшим преимуществом. Очевидно, что выбор центральной системы (сервера, кластера, мейнфрейма) возможен только после глубокого анализа задач и проблем конкретного заказчика и перспективы развития этой системы.

Тагир Мустафин / CNews Analytics

1. большой универсальный высокопроизводительный отказоустойчивый сервер

Все значения слова «мэйнфрейм»