Una computadora mainframe , informalmente llamada mainframe o big iron , [1] es una computadora utilizada principalmente por grandes organizaciones para aplicaciones críticas, procesamiento de datos masivos (como censos y estadísticas de la industria y del consumidor , planificación de recursos empresariales y transacciones a gran escala). procesamiento ). Una computadora central es más grande y tiene más potencia de procesamiento que algunas otras clases de computadoras, como miniordenadores , servidores , estaciones de trabajo y computadoras personales.. La mayoría de las arquitecturas de sistemas informáticos a gran escala se establecieron en la década de 1960, pero continúan evolucionando. Los ordenadores centrales se utilizan a menudo como servidores.
El término mainframe deriva del gabinete grande, llamado marco principal , [ cita requerida ] que alberga la unidad central de procesamiento y la memoria principal de las primeras computadoras. [2] [Se necesita cita completa ] [3] Más tarde, el término mainframe se utilizó para distinguir las computadoras comerciales de alta gama de las máquinas menos potentes. [4]
Diseño
El diseño moderno de mainframe se caracteriza menos por la velocidad computacional bruta y más por:
- Ingeniería interna redundante que da como resultado una alta confiabilidad y seguridad
- Amplias instalaciones de entrada-salida ("E / S") con la capacidad de descargar en motores separados
- Estricta compatibilidad con versiones anteriores de software
- Altas tasas de utilización de hardware y computación a través de la virtualización para admitir un rendimiento masivo .
- Intercambio en caliente de hardware , como procesadores y memoria.
Su alta estabilidad y confiabilidad permiten que estas máquinas funcionen ininterrumpidamente durante períodos de tiempo muy largos, con un tiempo medio entre fallas (MTBF) medido en décadas.
Los mainframes tienen una alta disponibilidad , una de las principales razones de su longevidad, ya que generalmente se usan en aplicaciones donde el tiempo de inactividad sería costoso o catastrófico. El término confiabilidad, disponibilidad y capacidad de servicio (RAS) es una característica definitoria de las computadoras mainframe. Se requiere una planificación e implementación adecuadas para realizar estas características. Además, los mainframes son más seguros que otros tipos de computadoras: la base de datos de vulnerabilidades del NIST , US-CERT , clasifica a los mainframes tradicionales como IBM Z (anteriormente llamado z Systems, System zy zSeries), Unisys Dorado y Unisys Libra como entre los más seguros. con vulnerabilidades de un solo dígito bajo en comparación con miles para Windows , UNIX y Linux . [5] Las actualizaciones de software generalmente requieren la configuración del sistema operativo o partes del mismo, y no son disruptivas solo cuando se utilizan instalaciones de virtualización como IBM z / OS y Parallel Sysplex , o Unisys XPCL, que admiten el uso compartido de la carga de trabajo para que un sistema pueda tomar sobre la aplicación de otro mientras se actualiza.
A fines de la década de 1950, los mainframes tenían solo una interfaz interactiva rudimentaria (la consola) y usaban juegos de tarjetas perforadas , cinta de papel o cinta magnética para transferir datos y programas. Operaron en modo por lotes para respaldar las funciones de back office , como la nómina y la facturación al cliente, la mayoría de las cuales se basaban en operaciones repetidas de clasificación y combinación basadas en cintas seguidas de impresión de líneas en papel continuo preimpreso . Cuando se introdujeron los terminales de usuario interactivos, se utilizaron casi exclusivamente para aplicaciones (por ejemplo , reservas de aerolíneas ) en lugar de para el desarrollo de programas. Los dispositivos de máquina de escribir y teletipo eran consolas de control comunes para los operadores de sistemas hasta principios de la década de 1970, aunque finalmente fueron reemplazados por dispositivos de teclado / pantalla .
A principios de la década de 1970, muchos mainframes adquirieron terminales de usuario interactivos [NB 1] que funcionaban como computadoras de tiempo compartido , que daban soporte a cientos de usuarios simultáneamente junto con el procesamiento por lotes. Los usuarios obtuvieron acceso a través de terminales de teclado / máquina de escribir y pantallas CRT de terminales de texto especializadas con teclados integrados, o más tarde desde computadoras personales equipadas con software de emulación de terminal . En la década de 1980, muchos mainframes admitían terminales de visualización gráfica y emulación de terminal, pero no interfaces gráficas de usuario. Esta forma de computación para el usuario final se volvió obsoleta en la década de 1990 debido a la llegada de las computadoras personales provistas de GUI . Después de 2000, los mainframes modernos eliminaron parcial o totalmente el acceso clásico a la " pantalla verde " y al terminal de visualización en color para los usuarios finales en favor de interfaces de usuario de estilo web. [ cita requerida ]
Los requisitos de infraestructura se redujeron drásticamente a mediados de la década de 1990, cuando los diseños de mainframe CMOS reemplazaron la antigua tecnología bipolar . IBM afirmó que sus mainframes más nuevos redujeron los costos de energía del centro de datos para energía y enfriamiento, y redujeron los requisitos de espacio físico en comparación con las granjas de servidores . [6]
Caracteristicas
Los mainframes modernos pueden ejecutar varias instancias diferentes de sistemas operativos al mismo tiempo. Esta técnica de máquinas virtuales permite que las aplicaciones se ejecuten como si estuvieran en computadoras físicamente distintas. En esta función, un solo mainframe puede reemplazar los servicios de hardware de mayor funcionamiento disponibles para los servidores convencionales . Si bien los mainframes fueron pioneros en esta capacidad, la virtualización ahora está disponible en la mayoría de las familias de sistemas informáticos, aunque no siempre con el mismo grado o nivel de sofisticación. [7]
Los mainframes pueden agregar o intercambiar en caliente la capacidad del sistema sin interrumpir la función del sistema, con especificidad y granularidad a un nivel de sofisticación que generalmente no está disponible con la mayoría de las soluciones de servidor. [ cita requerida ] Los mainframes modernos, en particular los servidores IBM zSeries , System z9 y System z10 , ofrecen dos niveles de virtualización : particiones lógicas ( LPAR , a través de la instalación PR / SM ) y máquinas virtuales (a través del sistema operativo z / VM ). Muchos clientes de mainframe ejecutan dos máquinas: una en su centro de datos principal y otra en su centro de datos de respaldo, totalmente activa, parcialmente activa o en espera, en caso de que haya una catástrofe que afecte al primer edificio. La carga de trabajo de prueba, desarrollo, capacitación y producción para aplicaciones y bases de datos se puede ejecutar en una sola máquina, excepto para demandas extremadamente grandes donde la capacidad de una máquina puede ser limitante. Una instalación de dos mainframe de este tipo puede admitir un servicio comercial continuo, evitando interrupciones planificadas y no planificadas. En la práctica, muchos clientes utilizan múltiples mainframes vinculados por Parallel Sysplex y DASD compartido (en el caso de IBM), [ cita requerida ] o con almacenamiento compartido y geográficamente disperso proporcionado por EMC o Hitachi.
Los mainframes están diseñados para manejar entradas y salidas (E / S) de muy alto volumen y enfatizar la computación de rendimiento. Desde finales de la década de 1950, los diseños de mainframe [NB 2] han incluido hardware subsidiario [NB 3] (llamados canales o procesadores periféricos ) que administran los dispositivos de E / S, dejando a la CPU libre para tratar solo con memoria de alta velocidad. Es común en las tiendas de mainframe trabajar con bases de datos y archivos masivos . Los archivos de registro de un tamaño de gigabyte a terabyte no son inusuales. [8] En comparación con una PC típica, los mainframes suelen tener cientos o miles de veces más almacenamiento de datos en línea, [9] y pueden acceder a ellos con una rapidez razonable. Otras familias de servidores también descargan el procesamiento de E / S y enfatizan la computación de rendimiento.
El retorno de la inversión (ROI) del mainframe , como cualquier otra plataforma informática, depende de su capacidad para escalar, admitir cargas de trabajo mixtas, reducir los costos laborales, brindar un servicio ininterrumpido para aplicaciones comerciales críticas y varios otros factores de costo ajustados al riesgo.
Los mainframes también tienen características de integridad de ejecución para computación tolerante a fallas . Por ejemplo, los servidores z900, z990, System z9 y System z10 ejecutan de manera efectiva dos veces instrucciones orientadas a resultados, comparan resultados, arbitran entre las diferencias (mediante reintentos de instrucciones y aislamiento de fallas) y luego cambian las cargas de trabajo "en vuelo" a procesadores en funcionamiento, incluidos repuestos, sin ningún impacto en los sistemas operativos, aplicaciones o usuarios. Esta característica de nivel de hardware, que también se encuentra en los sistemas NonStop de HP , se conoce como bloqueo por pasos, porque ambos procesadores realizan sus "pasos" (es decir, instrucciones) juntos. No todas las aplicaciones necesitan absolutamente la integridad asegurada que brindan estos sistemas, pero muchas sí, como el procesamiento de transacciones financieras. [ cita requerida ]
Mercado actual
IBM , con z Systems , sigue siendo un fabricante importante en el mercado de mainframe. En 2000, Hitachi co-desarrolló el zSeries z900 con IBM para compartir gastos, y IBM fabrica los últimos modelos Hitachi AP10000. Unisys fabrica mainframes ClearPath Libra , basados en productos MCP de Burroughs anteriores y mainframes ClearPath Dorado basados en las líneas de productos Sperry Univac OS 1100 . Hewlett-Packard vende sus exclusivos sistemas NonStop , que adquirió con Tandem Computers y que algunos analistas clasifican como mainframes. El grupo Bull 's GCOS , Stratus OpenVOS , Fujitsu (antes Siemens) BS2000 , y Fujitsu- ICL VME unidades centrales están todavía disponibles en Europa, y Fujitsu (antes de Amdahl) GS21 ordenadores centrales a nivel mundial. NEC con ACOS e Hitachi con AP10000-VOS3 [10] aún mantienen negocios de mainframe en el mercado japonés.
La cantidad de inversión del proveedor en el desarrollo de mainframe varía con la participación de mercado. Fujitsu y Hitachi continúan utilizando procesadores personalizados compatibles con S / 390, así como otras CPU (incluidas POWER y Xeon) para sistemas de gama baja. Bull utiliza una mezcla de procesadores Itanium y Xeon . NEC utiliza procesadores Xeon para su línea ACOS-2 de gama baja, pero desarrolla el procesador NOAH-6 personalizado para su serie ACOS-4 de gama alta. IBM también desarrolla internamente procesadores personalizados, como el zEC12 . Unisys produce sistemas de mainframe compatibles con código que van desde computadoras portátiles hasta mainframes del tamaño de un gabinete que utilizan CPU de cosecha propia y procesadores Xeon . Además, existe un mercado de aplicaciones de software para gestionar el rendimiento de las implementaciones de mainframe. Además de IBM, los actores importantes en este mercado incluyen BMC , [11] Compuware , [12] [13] y CA Technologies . [14]
Historia
Varios fabricantes y sus sucesores produjeron computadoras mainframe desde finales de la década de 1950 hasta principios del siglo XXI, con números que disminuyeron gradualmente y una transición gradual a la simulación en chips Intel en lugar de hardware propietario. El grupo de fabricantes de EE. UU. Se conoció inicialmente como " IBM y los siete enanitos ": [15] : p.83 generalmente Burroughs , UNIVAC , NCR , Control Data , Honeywell , General Electric y RCA , aunque algunas listas variaron. Más tarde, con la salida de General Electric y RCA, se denominó IBM y el BUNCH . El dominio de IBM surgió de su serie 700/7000 y, más tarde, del desarrollo de los mainframes de la serie 360 . Esta última arquitectura ha seguido evolucionando hacia sus mainframes zSeries actuales que, junto con los mainframes OS1100 y basados en MCP de Burroughs y Sperry (ahora Unisys ) y OS1100 , se encuentran entre las pocas arquitecturas de mainframe que aún existen y que pueden rastrear sus raíces en este período temprano. Mientras que zSeries de IBM aún puede ejecutar código System / 360 de 24 bits, los servidores CMOS zSeries y System z9 de 64 bits no tienen nada físicamente en común con los sistemas más antiguos. Los fabricantes notables fuera de los EE. UU. Fueron Siemens y Telefunken en Alemania , ICL en el Reino Unido , Olivetti en Italia y Fujitsu , Hitachi , Oki y NEC en Japón . Los países de la Unión Soviética y del Pacto de Varsovia fabricaron copias cercanas [ cita requerida ] de los mainframes de IBM durante la Guerra Fría ; la serie BESM y Strela son ejemplos de una computadora soviética de diseño independiente.
La reducción de la demanda y la dura competencia iniciaron una reestructuración en el mercado a principios de la década de 1970: RCA se vendió a UNIVAC y GE vendió su negocio a Honeywell; entre 1986 y 1990, Honeywell fue comprada por Bull ; UNIVAC se convirtió en una división de Sperry , que luego se fusionó con Burroughs para formar Unisys Corporation en 1986.
En 1984, las ventas estimadas de computadoras de escritorio ($ 11,6 mil millones) excedieron las computadoras centrales ($ 11,4 mil millones) por primera vez. IBM recibió la gran mayoría de los ingresos de mainframe. [16] Durante la década de 1980, los sistemas basados en miniordenadores se volvieron más sofisticados y fueron capaces de desplazar el extremo inferior de los mainframes. Estas computadoras, a veces llamadas computadoras departamentales, fueron tipificadas por la serie VAX de Digital Equipment Corporation .
En 1991, AT&T Corporation fue propietaria brevemente de NCR. Durante el mismo período, las empresas descubrieron que los servidores basados en diseños de microcomputadoras podían implementarse a una fracción del precio de adquisición y ofrecer a los usuarios locales un control mucho mayor sobre sus propios sistemas dadas las políticas y prácticas de TI en ese momento. Los terminales utilizados para interactuar con sistemas mainframe fueron reemplazados gradualmente por computadoras personales . En consecuencia, la demanda se desplomó y las nuevas instalaciones de mainframe se restringieron principalmente a los servicios financieros y al gobierno. A principios de la década de 1990, hubo un consenso general entre los analistas de la industria de que el mainframe era un mercado moribundo a medida que las plataformas mainframe fueron reemplazadas cada vez más por redes de computadoras personales. InfoWorld 's Stewart Alsop infamemente predijo que la última unidad central sería desconectada en 1996; en 1993, citó a Cheryl Currid, una analista de la industria informática, diciendo que el último mainframe "dejará de funcionar el 31 de diciembre de 1999", [17] una referencia al problema anticipado del año 2000 (Y2K).
Esa tendencia comenzó a cambiar a fines de la década de 1990 cuando las corporaciones encontraron nuevos usos para sus mainframes existentes y cuando el precio de las redes de datos colapsó en la mayor parte del mundo, alentando tendencias hacia una computación más centralizada. El crecimiento del comercio electrónico también aumentó drásticamente el número de transacciones de back-end procesadas por el software de mainframe, así como el tamaño y el rendimiento de las bases de datos. El procesamiento por lotes, como la facturación, se volvió aún más importante (y más grande) con el crecimiento del comercio electrónico, y los mainframes son particularmente expertos en la computación por lotes a gran escala. Otro factor que actualmente aumenta el uso de mainframe es el desarrollo del sistema operativo Linux , que llegó a los sistemas mainframe de IBM en 1999 y normalmente se ejecuta en puntajes o hasta c. 8.000 máquinas virtuales en un solo mainframe. Linux permite a los usuarios aprovechar el software de código abierto combinado con hardware de mainframe RAS . La rápida expansión y el desarrollo en los mercados emergentes , particularmente en la República Popular de China , también está impulsando importantes inversiones en mainframe para resolver problemas informáticos excepcionalmente difíciles, por ejemplo, proporcionando bases de datos unificadas de procesamiento de transacciones en línea de volumen extremadamente alto para mil millones de consumidores en múltiples industrias (banca, seguros, informes crediticios, servicios gubernamentales, etc.) A finales de 2000, IBM introdujo z / Architecture de 64 bits , adquirió numerosas empresas de software como Cognos e introdujo esos productos de software en el mainframe. Los informes trimestrales y anuales de IBM en la década de 2000 generalmente informaron un aumento de los ingresos de mainframe y los envíos de capacidad. Sin embargo, el negocio de hardware de mainframe de IBM no ha sido inmune a la reciente caída generalizada en el mercado de hardware de servidor ni a los efectos del ciclo del modelo. Por ejemplo, en el cuarto trimestre de 2009, los ingresos por hardware System z de IBM disminuyeron un 27% año tras año. Pero los envíos de MIPS (millones de instrucciones por segundo) aumentaron un 4% por año durante los últimos dos años. [18] Alsop se hizo fotografiar a sí mismo en 2000, comiéndose simbólicamente sus propias palabras ("muerte del mainframe"). [19]
En 2012, la NASA apagó su último mainframe, un IBM System z9. [20] Sin embargo, el sucesor de IBM del z9, el z10 , llevó a un reportero del New York Times a afirmar cuatro años antes que "la tecnología de mainframe (hardware, software y servicios) sigue siendo un negocio grande y lucrativo para IBM, y que los mainframe siguen siendo el motores de back-office detrás de los mercados financieros mundiales y gran parte del comercio mundial ". [21] A partir de 2010[actualizar]Si bien la tecnología de mainframe representó menos del 3% de los ingresos de IBM, "continúa [d] desempeñando un papel enorme en los resultados de Big Blue". [22]
En 2015, IBM lanzó IBM z13 , [23] en junio de 2017 IBM z14 [24] [25] y en septiembre de 2019 IBM lanzó la última versión del producto, IBM z15 . [26]
Diferencias con las supercomputadoras
Una supercomputadora es una computadora a la vanguardia de la capacidad de procesamiento de datos, con respecto a la velocidad de cálculo. Las supercomputadoras se utilizan para problemas científicos y de ingeniería ( computación de alto rendimiento ) que procesan números y datos, [27] mientras que los mainframes se centran en el procesamiento de transacciones. Las diferencias son:
- Los mainframes están diseñados para ser confiables para el procesamiento de transacciones (medidos por métricas de TPC ; no se utilizan ni son útiles para la mayoría de las aplicaciones de supercomputación) como se entiende comúnmente en el mundo empresarial: el intercambio comercial de bienes, servicios o dinero. [ cita requerida ] Una transacción típica, tal como la define el Transaction Processing Performance Council , [28] actualiza un sistema de base de datos para control de inventario (bienes), reservas de aerolíneas (servicios) o banca (dinero) agregando un registro. Una transacción puede referirse a un conjunto de operaciones que incluyen lectura / escritura de disco, llamadas al sistema operativo o alguna forma de transferencia de datos de un subsistema a otro que no se mide por la velocidad de procesamiento de la CPU . El procesamiento de transacciones no es exclusivo de los mainframes, sino que también lo utilizan los servidores basados en microprocesadores y las redes en línea.
- El rendimiento de la supercomputadora se mide en operaciones de punto flotante por segundo ( FLOPS ) [29] o en bordes cruzados por segundo o TEPS, [30] métricas que no son muy significativas para aplicaciones de mainframe, mientras que las mainframes a veces se miden en millones de instrucciones por segundo ( MIPS ), aunque la definición depende de la combinación de instrucciones medida. [31] Ejemplos de operaciones de enteros medidas por MIPS incluyen sumar números, verificar valores o mover datos en la memoria (mientras se mueve información hacia y desde el almacenamiento, las llamadas E / S son más útiles para los mainframes; y dentro de la memoria, solo ayudan indirectamente). Las operaciones de coma flotante son principalmente sumas, restas y multiplicaciones (de coma flotante binaria en supercomputadoras; medidas por FLOPS) con suficientes dígitos de precisión para modelar fenómenos continuos como la predicción meteorológica y las simulaciones nucleares (solo coma flotante decimal estandarizada recientemente , no utilizada en supercomputadoras, son apropiadas para valores monetarios como los útiles para aplicaciones de mainframe). En términos de velocidad computacional, las supercomputadoras son más poderosas. [32]
Las computadoras centrales y las supercomputadoras no siempre se pueden distinguir claramente; Hasta principios de la década de 1990, muchas supercomputadoras se basaban en una arquitectura de mainframe con extensiones de supercomputación. Un ejemplo de un sistema de este tipo es el HITAC S-3800 , que era compatible con el conjunto de instrucciones de los mainframes IBM System / 370 y podía ejecutar el sistema operativo Hitachi VOS3 (una bifurcación de IBM MVS ). [33] Por lo tanto, el S-3800 puede verse como un superordenador y un mainframe compatible con IBM simultáneamente.
En 2007, [34] una fusión de las diferentes tecnologías y arquitecturas para supercomputadoras y mainframes ha dado lugar al llamado gameframe .
Ver también
- E / S de canal
- Computación en la nube
- Tipos de computadora
- Conmutación por falla
- Gameframe
- Lista de computadoras transistorizadas
Notas
- ^ Algunos se habían introducido en la década de 1960, pero su implementación se hizo más común en la década de 1970.
- ^ Por ejemplo, el IBM 709 tenía canales en 1958
- ^ a veces computadoras, a veces más limitadas
Referencias
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Entre octubre de 2001 y septiembre de 2005, la capacidad de almacenamiento en disco de la computadora central del IRS aumentó de 79 terabytes a 168,5 terabytes.
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- ^ "Proyecto de motor de banda ancha celular tiene como objetivo potenciar el mainframe de IBM para mundos virtuales" . 26 de abril de 2007.
enlaces externos
Medios relacionados con las computadoras mainframe en Wikimedia Commons
- Revista IBM Systems Mainframe
- Mainframes de IBM z Systems
- Foro de soporte informático de mainframe de IBM desde 2003
- Univac 9400 , un mainframe de la década de 1960, todavía en uso en un museo informático alemán
- Conferencias sobre la historia de la informática: Mainframes (copia archivada del Archivo de Internet)