Реферат на тему мейнфреймы

Обновлено: 05.07.2024

Обычно на русский язык термин "мейнфрейм" переводится как "большая ЭВМ универсального назначения". Однако нам представляется, что в настоящее время такое определение уже не является точным. Современные мейнфреймы не универсальны. Они специализированы как компьютеры для обработки больших и сверхбольших объемов данных или как суперсерверы. Название одного из поколений мейнфреймов IBM ESA (Enterprise System Architecture - архитектура систем масштаба предприятия) достаточно точно отражает такую специализацию

Мейнфреймы фирмы IBM [7] имеют почти 40-летнюю историю развития, причем, развитие это протекало эволюционно, во всяком случае, с точки зрения пользователей. При любых изменениях в аппаратной архитектуре каждое следующее поколение мейнфреймов обеспечивало выполнение программного обеспечения, разработанного для предшествующих поколений, почти в полном объеме.

За время существования мейнфреймов неоднократно высказывались и приобретали широкую популярность заявления об их устаревании и скорой кончине, однако, всегда "эти слухи оказывались несколько преувеличенными", и мейнфреймы продолжали существовать и развиваться. В настоящее время в технологиях обработки информации возрастает потребность в существенно централизованных решениях, и новое поколение мейнфреймов оказывается востребованным, как никогда раньше.

Семейство мейнфреймов IBM System/360, появившееся в начале 60-х годов, стало значительной вехой в истории вычислительной техники. Во-первых, это были первые ЭВМ, которые начали выпускаться серийно, а не по индивидуальным проектам, во-вторых, они стали первым семейством ЭВМ, то есть набором моделей с разной производительностью и разной стоимостью, но с переносимостью программного обеспечения с одной модели на другую. Семейство IBM System/360 строилось на базе CISC-процессоров с богатым набором команд и несколькими режимами адресации. Эти процессоры, однако, не поддерживали динамическую трансляцию адресов, поэтому программное обеспечение работало с реальной памятью, привязка адресов осуществлялась при загрузке. (Точнее - во время выполнения, в момент загрузки "базовых" регистров, но загруженная в реальную память программа уже не могла быть перемещена.) Размер адресной шины составлял 24 бит, что позволяло адресовать 16 Мбайт памяти - реальной и виртуальной. Чрезвычайно сильным свойством IBM System/360 явилась архитектура каналов ввода-вывода [8] (см. главу 6 части I). Достоинства мейнфреймов IBM System/360 определили ведущее положение этого семейства на рынке вычислительной техники в течение всех 60-х и начала 70-х годов, и первое время конкуренты IBM, вынуждены были делать собственные компьютеры программно совместимыми с IBM System/360.

Следующим поколением мейнфреймов стало семейство IBM System/370. Принципиальным отличием его от предыдущего поколения явилось введение динамической трансляции адресов. Применялась сегментно-страничная модель трансляции, во всех ОС этого поколения каждому процессу выделялся один сегмент адресного пространства (АП), то есть, процесс обладал собственной виртуальной памятью размером в 16 Мбайт. Однако в этом поколении проявилось некоторая "успокоенность" фирмы IBM. Фирма упустила из виду одно из конкурирующих направлений развития вычислительной техники, а именно - мини-ЭВМ, так называемые, Unix-машины, ведущим производителем которых в то время была фирма Digital Equipment. Нововведений семейства IBM System/370 оказалось недостаточно, чтобы сохранить почти монопольное положение на рынке, и именно тогда возникла первая "легенда о смерти мейнфреймов".

Отличие семейства IBM System/370/XA (eXtended Architecture - расширенная архитектура) от предыдущего поколения было достаточно революционным: адресная шина расширилась до 31 бита, что позволило адресовать виртуальную память до 2 Гбайт (при этом сохранилась совместимость и со старыми 24-разрядными моделями). Другим принципиально важным нововведением расширенной архитектуры явилось введение в подсистему ввода-вывода возможности динамического определения пути к устройствам ввода-вывода и поддержка SMP-архитектуры.

Следующим поколением стало семейство IBM ESA/370. В этом семействе появилась возможность адресовать до 16 2-Гбайтных виртуальных АП. Важнейшим из других возможностей, по-видимому, явилось свойство PR/SM (Partition Resources/System Management), обеспечивающее возможность разбиения (на микропрограммном уровне) ресурсов вычислительной системы на независимые логические разделы. Семейства 370/XA и ESA/370 определили новую специализацию мейнфреймов, однако еще не вывели фирму IBM в абсолютные лидеры.

Дальнейшее развитие мейнфреймов происходило во многом благодаря конкуренции IBM с японскими фирмами (Hitachi, Fujitsu), выпускающими собственные мейнфреймы, программно совместимые с IBM. Новое семейство - IBM ESA/390 интегрировало в себе большое количество нововведений, которые в итоге определили "второе рождение" мейнфреймов. Среди этих нововведений - увеличение регистрового массива, новые средства защиты памяти, новые средства работы с числами с плавающей точкой, оптоволоконные ESCON-каналы, встроенные криптографические процессоры и аппаратная поддержка сжатия данных и, конечно, sysplex - средство комплексирования вычислительных систем. В этом семействе произошел также переход мейнфреймов на CMOS-технологию, что привело к тому, что по размерам и по энергопотреблению они стали сравнимы даже с ПЭВМ.

Семейство ESA/390 прочно восстановило позиции мейнфреймов в мире информационных технологий, но дальнейшее развитие требований к обработке данных повлекло за собой и появление нового семейства мейнфреймов - z/900 [40]. Главная особенность новой архитектуры - расширение адресной шины до 64 разрядов. Для понимания функционирования программного обеспечения и ОС мейнфреймов мы приведем некоторые минимальные сведения об аппаратной части z-архитектуры. На рисунке 12.1 показана логическая структура современного мейнфрейма, так называемого z-сервера.

Рисунок 12.1 Логическая структура z-сервера

Основные вычислительные свойства реализуются на симметричной многопроцессорной (до 16 z-процессоров) конфигурации. Однако реально процессоров может быть и больше, так как конфигурация может включать в себя, помимо основных z-процессоров, специализированные сервисные процессоры, криптографические процессоры, процессоры ввода-вывода и т.д. Z-процессор, как и все предыдущие поколения центральных процессоров мейнфреймов, является CISC-процессором. Свойства CISC используются в этой архитектуре в полной мере. Обязательной составной частью z-архитектуры является Лицензионный Внутренний Код (LIC), реализованный на уровне микропрограмм процессора. Интенсивное использование микропрограммирования позволяет включить в систему команд процессора очень мощные команды, обеспечивающие значительную поддержку работы операционных систем и даже конкретных приложений. Одно из различий в моделях z-процессоров состоит в том, реализованы те или иные команды в них аппаратно (в более производительных моделях) или микропрограммно.

Система имеет основную (оперативную) и расширенную память. Команды и обрабатываемые данные находятся в оперативной памяти. Расширенная память является необязательным компонентом системы. Она используется как дополнительный буфер между оперативной и внешней памятью. Данные могут перемещаться между основной и расширенной памятью постранично - командами PAGE IN и PAGE OUT.

В z-процессоре адрес имеет размер 64 бита, что позволяет работать с адресным пространством (АП) размером 16 эксабайт, однако процессор поддерживает и "старые" режимы адресации - с 31-битным и 24-битным адресом (режим определяется состоянием соответствующих разрядов PSW).

В системе адресации различаются адреса: абсолютные, реальные и виртуальные адреса нескольких типов.

Абсолютный адрес - адрес в реальной памяти, фактический адрес ячейки памяти.

Реальный адрес, как правило, совпадает с абсолютным, кроме реальных адресов, меньших 8 Кбайт. Реальный адрес, меньший 8 Кбайт, преобразуется в абсолютный путем префиксации - добавления к нему значения, записанного в префиксном регистре. Область реальной памяти до 8 Кбайт используется для специальных целей системой прерываний и ввода-вывода, префиксация обеспечивает для каждого процессора в многопроцессорной системе собственную область младших адресов памяти.

Виртуальные адреса различаются четырех типов: первичные, вторичные, домашние и определяемые регистрами доступа. Для виртуальных адресов разного типа по-разному выполняется динамическая трансляция адреса. Режим динамической трансляции задается определенными битами PSW и управляющих регистров. В зависимости от режима, в процессе динамической трансляции адресов используются от двух до пяти управляющих таблиц переадресации (3 таблицы областей, таблица сегментов, таблица страниц). В системе имеется также 16 AR-регистров (регистры доступа). Регистр AR0 содержит указатель на таблицы переадресации для первичного АП. Регистры AR1-AR15 позволяют приложению адресовать еще 15 дополнительных АП.

Защита памяти в мейнфреймах z-архитектуры включает в себя традиционную для многих компьютерных систем изоляцию АП виртуальной памяти, бит защиты от выборки, бит обращения и бит изменения в дескрипторах страниц, а также предусматривает механизм, основанный на применении ключей защиты памяти. Такой ключ приписывается каждой 4-килобайтной странице. В дескрипторе каждого страничного кадра имеется 4-битный ключ доступа, обеспечивающий авторизацию программ при обращении к памяти. Каждая программа имеет свой 4-битный ключ доступа, который при выполнении программы заносится в определенные разряды PSW. При каждом обращении к памяти ключ защиты, который выбирается из PSW, сравнивается с ключом страницы, к которой происходит обращение. Запись разрешается, только при совпадении ключей. Системные (привилегированные) программы выполняются с нулевым ключом защиты, что дает им доступ к любой странице памяти.

Система ввода-вывода основывается на каналах ввода-вывода, описанных нами в главе 6 части I. Однако там мы описали строго иерархическое подключение "канал - контроллер - устройство", которое применялось в ранних реализациях. Современная архитектура мейнфреймов обеспечивает более сложную схему подключений с гибким установлением путей к устройству. Канальная подсистема ввода-вывода управляет потоком данных между основной памятью и устройствами. Как часть операции ввода-вывода, канальная подсистема выполняет проверку доступности канальных путей, выбор одного из доступных путей и инициализацию операции обмена. В системе имеется два типа канальных путей:

Параллельные канальные пути, служащие для поддержки интерфейса ввода-вывода System/360 и System/370; такой путь представляет собой электрические проводные соединения между канальной подсистемой и одним или несколькими контроллерами. До 8 контроллеров и до 256 устройств могут использовать совместно один параллельный путь.

Последовательные канальные пути ESCON и FICON состоят из двух фибероптических кабелей, динамических переключателей и контроллеров. Динамическое переключение может быть выполнено между двумя любыми последовательными канальными путями в этой же или в другой канальной подсистеме. К каждому контроллеру последовательного интерфейса может быть подключено до 256 внешних устройств.

Внешний таймер (ETR - external time reference) обеспечивает синхронизацию часов мейнфреймов, объединенных в тесно связанный комплекс (Parallel Sysplex).

Аппаратные средства z-архитектуры поддерживают программное обеспечение всех предыдущих архитектур мейнфреймов IBM, аналогично и ОС мейнфреймов развиваются эволюционным путем [21]. Эта эволюция происходит по трем параллельным линиям, история которых представлена на рисунке 12.2.

Рассмотрение современных моделей мэйнфреймов. История появления первых операционных систем. Мультипрограммные системы пакетной обработки. Основное программное обеспечение для мэйнфреймов. Изучение инструментов резервного копирования серверов zSeries.

Рубрика	Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид	статья
Язык	русский
Дата добавления	13.05.2014
Размер файла	289,9 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Мэйнфреймы -- прошлое и настоящее

Немного истории

Первые мэйнфреймы были выпущены корпорацией IBM в апреле 1964 года: именно тогда была разработана архитектурная концепция семейства System/360 (S/360). Это был самый дорогостоящий проект в истории вычислительной техники -- на его выполнение было затрачено более 5 млрд. долл. Данный проект был направлен на разработку всесторонне продуманного комплекса решений в области аппаратуры, программного обеспечения, технологии производства, организации распространения и технического обслуживания семейства компьютеров, различных по производительности и цене. System/360 стало первым большим семейством компьютеров, позволявшим использовать взаимозаменяемое программное обеспечение и периферийное оборудование. Вместо того чтобы приобретать новую систему по мере роста потребностей и увеличения бюджета, владельцы мэйнфреймов данной серии теперь могли просто наращивать вычислительные возможности по частям, добавляя или заменяя лишь необходимые аппаратные средства. В рамках System/360 предлагался выбор из 5 процессоров, 44 периферийных устройств и 19 комбинаций питания, быстродействия и памяти. Пользователь мог эксплуатировать те же самые магнитные ленты и дисковые накопители с процессорами, различающимися по производительности в 100 раз. Сейчас взаимозаменяемость компонентов и возможность наращивания мощности за счет добавления ресурсов кажется обычным делом, но до появления S/360 ничего подобного не было -- каждый компьютер был уникальным устройством и все они были несовместимы между собой. Именно поэтому серия System/360 считается одним из величайших технологических достижений ХХ века. Отметим, что выпуск этой серии оказал заметное влияние и на развитие отечественной вычислительной техники: IBM-совместимые мэйнфреймы успешно выпускались в нашей стране в 70-х и 80-х годах.

Для ЭВМ серии System/360 и последующей за ней System/370 сразу же появлялись наиболее передовые решения, приводящие к повышению производительности, такие как средства динамического преобразования адресов, способность устройства управления обнаруживать все операции, допускающие одновременное исполнение, многопроцессорность на основе общей оперативной памяти, межпроцессорная сигнализация, опережающий просмотр команд для динамического предсказания логических переходов, поддержка многозадачности, страничная организация памяти. Первый компилятор языка высокого уровня и первый экранный редактор также были созданы для ЭВМ именно этих серий.

Часть оборудования ЭВМ IBM System/360 (1964 г.)

Модельный ряд мэйнфреймов IBM постоянно совершенствовался: в 70-х годах появились модели, использовавшие большие интегральные схемы и полупроводниковую память, затем появились модели с векторной обработкой данных.

Современные модели мэйнфреймов

Современные модели мэйнфреймов IBМ, являющиеся развитием линии S/390, носят название еServer zSeries. Эти серверы основаны на архитектуре z/Architecture, которая представляет собой расширение архитектуры ESA. Данная архитектура позволяет обеспечить полноценную поддержку 64-разрядной реальной и виртуальной памяти, поддерживает кластеризацию (до 640 процессоров) и виртуальные машины, позволяющие выполнять до сотни экземпляров других операционных систем (например, Linux), позволяет устранять проблемы, связанные с недостатком адресуемой памяти, и с помощью интеллектуального диспетчера ресурсов (Intelligent Resource Director, IRD) может автоматически направлять имеющиеся ресурсы на решение наиболее приоритетных задач.

Новейший сервер из этого семейства -- IBM zSeries 990 (z990) -- обладает расширенным набором функций для построения центров обработки данных, обработки транзакций и интеграции приложений.

Серверы семейства zSeries ориентированы на обеспечение высочайшего уровня доступности приложений. Они отличаются высокой надежностью и наделены средствами самонастройки и самовосстановления, обладают встроенными механизмами предотвращения неисправностей, высокой отказоустойчивостью. Технология наращивания вычислительных ресурсов по требованию (Capacity Upgrade on Demand), реализованная в серверах этой серии, позволяет без нарушения работы системы устанавливать дополнительные центральные процессоры, устройства внутреннего сопряжения, иное аппаратное обеспечение. Отметим, что средний срок наработки на отказ мэйнфреймов этой серии оценивается в 15 лет.

Современный мэйнфрейм IBM eServer zSeries 990 (2004 г.)

Поскольку безопасность данных становится важнейшим фактором современной IT-индустрии, мэйнфреймы семейства zSeries содержат встроенный аппаратный программируемый криптографический адаптер, позволяющий выполнять SSL-операции и операции шифрования с открытым ключом. мэйнфрейм мультипрограммный резервный сервер

Программное обеспечение для мэйнфреймов

Операционные системы

Из операционных систем для данной платформы отметим z/OS, созданную для новой 64-разрядной архитектуры z/Architecture и являющуюся дальнейшим развитием ОС OS/390. В этой операционной системе наиболее полно использованы новые возможности указанной архитектуры.

Помимо этого IBM выпускает для данной платформы операционную систему z/VM, позволяющую решить задачу построения мультисистемных решений для операционных систем типа z/OS, OS/390, TPF, VSE/ESA, CMS, Linux для S/390 или Linux для zSeries с помощью создания виртуальных машин. Для монитора виртуальных машин и гостевых операционных систем поддерживается 64-разрядная адресация.

Одним из важных элементов стратегии IBM в области электронного бизнеса, охватывающей все выпускаемые корпорацией серверные платформы, является поддержка Linux. В декабре 1999 года в IBM завершились работы по переносу Linux в S/390. Диалект Linux for S/390 является самостоятельной операционной системой и не требует для своей работы наличия другой ОС.

Для этой аппаратной платформы имеется также ряд операционных систем других производителей.

Иное программное обеспечение

Средства управления системой, поддержки безопасности и инструменты резервного копирования серверов zSeries производятся как самой IBM, так и другими компаниями, например Computer Associates. СУБД для данной платформы производят IBM (DB2 Universal Database, IMS), Software AG (ADABAS), Oracle. Для данной платформы существует и J2EE-совместимый сервер приложений WebSphere Application Server for z/OS.

Для серверов zSeries разработаны офисные и издательские пакеты, средства графики, трехмерного моделирования, САПР, трансляторы с различных языков высокого уровня, включая FORTRAN, PL/1, COBOL, PASCAL, BASIC/VM, SmallTalk, средства разработки, пакеты математической статистики, ПО для научных исследований, средства автоматизации управления производством, средства автоматизации банковской деятельности. В целом список имеющегося программного обеспечения для данной платформы весьма внушителен.

Итак, вопреки неутешительным прогнозам Gartner Group, мэйнфреймы активно производятся, совершенствуются и используются, хотя вследствие дороговизны этих устройств их применение будет экономически эффективно для решения отнюдь не любой задачи.

В каких случаях действительно необходимы именно мэйнфреймы? Как правило, их использование рентабельно при высоких требованиях к производительности (от 100 млн. операций в секунду) и к защищенности от несанкционированного доступа и сбоев, при необходимости централизованного хранения и обработки больших объемов данных. И конечно, при наличии средств, достаточных для реализации указанных требований.

Подобные документы

История появления первых операционных систем, мультипрограммные операционные системы для мэйнфреймов. Первые локальные и глобальные сети. Развитие операционных систем в 80-е годы. Построение двумерных графиков в MathCAD, решение систем уравнений.

контрольная работа [559,1 K], добавлен 11.06.2014

Системное и прикладное программное обеспечение. Выполнение программ, хранение данных и взаимодействие пользователя с компьютером. Возможности операционных систем. Системы технического обслуживания. Системы обработки электронных таблиц и текста.

презентация [15,9 K], добавлен 06.01.2014

Типовые угрозы и уязвимости для сервера резервного копирования сетевой файловой системы. Организационные меры по защите сервера: средства криптографической защиты и контроля целостности; антивирусное программное обеспечение; встроенные средства защиты ОС.

курсовая работа [489,6 K], добавлен 28.08.2012

Виды резервного копирования: инкрементное, дифференциальное и полное. Технологии хранения резервных копий и данных. Обзор программ резервного копирования. Возможности Deja Dup. Консольные команды операционной системы Linux. Установка пароля шифрования.

курсовая работа [1,2 M], добавлен 30.04.2014

Основные методы резервного копирования и восстановления OC Windows 8. История файлов, создание точки восстановления. Выбор средств резервного копирования. Возможности программ для резервного копирования. Особенности моделирования и реализации задачи.

курсовая работа [1,1 M], добавлен 24.12.2014

Расчет пропускной способности сети. Выбор операционных систем рабочих станций. Выбор и проверка аппаратно-технических характеристик серверов. Проектирование структурированной кабельной системы. Основные варианты резервного копирования баз данных.

дипломная работа [1,9 M], добавлен 02.03.2017

Обзор технологий резервного копирования. Восстановление данных из резервных копий. Разновидности программ резервного копирования: GFI Backup, Paragon Drive backup Workstation, Acronis True Image. Применение и сравнение рассмотренных программных продуктов.

Другой компьютер общего назначения этой эры был ENIAC (Электронный Числовой Интегратор и Компьютер), который был построен в 1946. Это было первым компьютером, способным к перепрограммированию, чтобы решать полный спектр вычислительных проблем. ENIAC содержал 18 000 термоэлектронный ламп, весивший более чем 27 тонн, и потреблявший электроэнергии 25 киловатт в час. ENIAC выполнял 100 000 вычислений в секунду. Изобретение транзистора означало, что неэффективные термоэлектронные лампы могли быть заменены более мелкими и надежными компонентами. Это было следующим главным шагом в истории вычислений.

Файлы: 1 файл

3 - Курсовая.docx

В наше время жизнь без компьютеров не представляется возможной. Внедрение вычислительной техники проникло почти во все жизненные аспекты, как личные, так и профессиональные. Развитие компьютеров было достаточно быстрым. Началом эволюционного развития компьютеров стал 1930 год, когда двоичная арифметика была разработана и стала основой компьютерных вычислений и языков программирования. В 1939 году были изобретены электронно-вычислительные машины, выполняющие вычисление в цифровом виде. Появление вычислительных устройств приходится на 1642 год, когда было изобретено устройство, которое могло механически добавлять числа. Вычисления производились с использованием электронных ламп.

Чтобы выполнить его задачу расшифровки, Колосс сравнил два потока данных, прочитанных на высокой скорости с перфоленты. Колосс оценивал поток данных, считая каждое совпадение, которое был обнаружено, основываясь на программируемой Булевой функции. Для сравнения с другими данными был создан отдельный поток.

Компьютеры Transistorized отметили появление второго поколения компьютеров, которые доминировали в конце 1950-ых и в начале 1960-ых. Несмотря на использование транзисторов и печатных схем, эти компьютеры были все еще большими и дорогостоящими. В основном они использовались университетами и правительством. Интегральная схема или чип были развиты Джеком Килби. Благодаря этому достижению он получил Нобелевскую премию по физике в 2000 году.

Изобретение Килби вызвало взрыв в развитии компьютеров третьего поколения. Даже при том, что первая интегральная схема была произведена в сентябре 1958, чипы не использовались в компьютерах до 1963. Историю мейнфреймов - принято отсчитывать с появления в 1964 году универсальной компьютерной системы IBM System/360, на разработку которой корпорация IBM затратила 5 млрд долларов.

В ноябре 1971 Intel выпустили первый в мире коммерческий микропроцессор, Intel 4004. Это был первый полный центральный процессор на одном чипе и стал первым коммерчески доступным микропроцессором. Это было возможно из-за развития новой технологии кремниевого управляющего электрода. Это позволило инженерам объединить намного большее число транзисторов на чипе, который выполнял бы вычисления на небольшой скорости. Это разработка способствовала появлению компьютерных платформ четвертого поколения.

Компьютеры четвертого поколения, которые развивались в это время, использовали микропроцессор, который помещает способности компьютерной обработки на единственном чипе. Комбинируя память произвольного доступа (RAM), разработанную Intel, компьютеры четвертого поколения были быстрее, чем когда-либо прежде и занимали намного меньшую площадь. Процессоры Intel 4004 были способны выполнять всего 60 000 инструкций в секунду. Микропроцессоры, которые развились из Intel 4004 разрешенные изготовителями для начала развития персональных компьютеров, маленьких достаточно дешевых, чтобы быть купленными широкой публикой. Первым коммерчески доступным персональным компьютером был MITS Altair 8800, выпущенный в конце 1974. В последствии были выпущены такие персональные компьютеры, как Apple I и II, Commodore PET, VIC-20, Commodore 64, и, в конечном счете, оригинальный IBM-PC в 1981. Эра PC началась всерьез к середине 1980-ых. В течение этого время, IBM-PC, Commodore Amiga и Atari ST были самыми распространенными платформами PC, доступными общественности. Даже при том, что микровычислительная мощность, память и хранение данных мощности увеличились намного порядков, начиная с изобретения из Intel 4004 процессоров, технологии чипов интеграции высокого уровня (LSI) или интеграция сверхвысокого уровня (VLSI) сильно не изменились. Поэтому большинство сегодняшних компьютеров все еще попадает в категорию компьютеров четвертого поколения.

2. СОВРЕМЕННЫЕ ИНФРАСТРУКТУРНЫЕ РЕШЕНИЯ

С каждым годом требования бизнеса к непрерывности предоставления сервисов возрастают, а на устаревшем оборудовании обеспечить бесперебойное функционирование практически невозможно. В связи с этим крупнейшие ИТ-вендоры производят и внедряют более функциональные и надежные аппаратные и программные решения. Рассмотрим основные тенденции развития инфраструктурных решений, которые, так или иначе, способствовали появлению концепции облачных вычислений.

2.1. Рост производительности компьютеров. Появление многопроцессорных и многоядерных вычислительных систем, развитие блейд-систем

В процессе развития средств вычислительной техники всегда существовал большой класс задач, требующих высокой концентрации вычислительных средств. К ним можно отнести, например сложные ресурсоемкие вычисления (научные задачи, математическое моделирование), а так же задачи по обслуживанию большого числа пользователей (распределенные базы данных, Интернет-сервисы, хостинг).

Не так давно (порядка 5ти лет назад) производители процессоров достигли разумного ограничения наращивания мощности процессора, при котором его производительность очень высока при относительно низкой стоимости. При дальнейшем увеличении мощности процессора, необходимо было прибегать к нетрадиционным методам охлаждения процессоров, что достаточно неудобно и дорого. Оказалось, что для увеличения мощности вычислительного центра более эффективно, увеличить количество отдельных вычислительных модулей, а не их производительность. Это привело к появлению многопроцессорных, а позднее и многоядерных вычислительных систем. Появляются многопроцессорные системы, которые начитывают более 4 процессоров. На текущий момент существуют процессоры с количеством ядер 8 и более, каждое из которых эквивалентно по производительности. Увеличивается количество слотов для подключения модулей оперативной памяти, а также их емкость и скорость.

Увеличение числа вычислительных модулей в вычислительном центре требует новых подходов к размещению серверов, а также приводит к росту затрат на помещения для центров обработки данных, их электропитание, охлаждение и обслуживание.

Рисунок 2.1 Типичный Blade-сервер (Sun Blade X6250)

Что представляет собой Blade-сервер? По определению, данному аналитической компании IDC Blade-сервер или лезвие - это модульная одноплатная компьютерная система, включающая процессор и память. Лезвия вставляются в специальное шасси с объединительной панелью (backplane), обеспечивающей им подключение к сети и подачу электропитания. Это шасси с лезвиями, является Blade-системой. Оно выполнено в конструктиве для установки в стандартную 19-дюймовую стойку и в зависимости от модели и производителя, занимает в ней 3U, 6U или 10U (один U - unit, или монтажная единица, равен 1,75 дюйма). За счет общего использования таких компонентов, как источники питания, сетевые карты и жесткие диски, Blade-серверы обеспечивают более высокую плотность размещения вычислительной мощности в стойке по сравнению с обычными тонкими серверами высотой 1U и 2U.

Рисунок 2.2 Типичное 10U шасси для 10 Blade-серверов используемое в УрГУ

Технология блэйд-систем заимствует некоторые черты мейнфреймов. В настоящее время лидером в производстве блэйд-систем являются компании Hewlett-Packard, IBM, Dell, Fujitsu Siemens Computers, Sun.

Рассмотрим основные преимущества блейд-систем.

Уникальная физическая конструкция. Архитектура блейд-систем основана на детально проработанной уникальной физической конструкции. Совместное использование таких ресурсов, как средства питания, охлаждения, коммутации и управления, снижает сложность и ликвидирует проблемы, которые характерны для более традиционных стоечных серверных инфраструктур. Физическая конструкция блейд систем предполагает размещение блейд серверов в специальном шасси и основным ее конструктивным элементом является объединительная панель. Объединительная панель разработана таким образом, что она решает все задачи коммутации блейд серверов с внешним миром: с сетями Ethernet, сетями хранения данных Fiber Channel а также обеспечивает взаимодействие по протоколу SAS (SCSI) с дисковыми подсистемами в том же шасси. Шасси для блейдов также позволяет размещать в нем необходимые коммутаторы Ethernet или Fiber Channel для связи с внешними сетями. Выход на эти коммутаторы из блейд серверов обеспечивают предустановленные или устанавливаемые дополнительно контроллеры. Средства коммутации во внешние сети, интегрированные в общую полку, значительно сокращают количество кабелей для подключения к ЛВС и SAN, чем традиционным стоечным серверам. Блейд сервера имеют общие средства питания и охлаждения. Размещение систем питания и охлаждения в общей полке, а не в отдельных серверах, обеспечивает снижение энергопотребления и повышение надежности.

Масштабируемость – при необходимости увеличение производительных мощностей, достаточно приобрести дополнительные лезвия и подключить к шасси. Серверы и инфраструктурные элементы в составе блейд-систем имеют меньший размер и занимают меньше места, чем аналогичные стоечные решения, что помогает экономить электроэнергию и пространство, выделенное для ИТ. Кроме того, благодаря модульной архитектуре, они являются более удобными во внедрении и модернизации.

Повышенная надежность. В традиционных стоечных средах для повышения надежности устанавливается дополнительное оборудование, средства коммутации и сетевые компоненты, обеспечивающие резервирование, что влечет за собой дополнительные расходы. Блейд-системы имеет встроенные средства резервирования, например предполагается наличие нескольких блоков питания, что позволяет при выходе из строя одного блока питания, обеспечивать бесперебойную работу всех серверов, расположенных в шасси. Также дублируются и охлаждающие компоненты. Выход из строя одного из вентяляторов не приводит к критическим последствиям. При выходе одного сервера из строя системный администратор просто заменяет лезвие на новое и затем в дистанционном режиме инсталлирует на него ОС и прикладное ПО.

Снижение эксплуатационных расходов. Применение блейд-архитектуры приводит к уменьшению энергопотребления и выделяемого тепла, а также к уменьшению занимаемого объема. Помимо уменьшения занимаемой площади в ЦОД, экономический эффект от перехода на лезвия имеет еще несколько составляющих. Поскольку в них входит меньше компонентов, чем в обычные стоечные серверы, и они часто используют низковольтные модели процессоров, что сокращаются требования к энергообеспечению и охлаждению машин. Инфраструктура блед систем является более простой в управлении, чем традиционные ИТ- инфраструктуры на стоечных серверах. В некоторых случаях блейд-системы позволили компаниям увеличить количество ресурсов под управлением одного администратора (серверы, коммутаторы и системы хранения) более чем в два раза. Управляющее программное обеспечение помогает ИТ-организациям экономить время благодаря возможности эффективного развертывания, мониторинга и контроля за инфраструктурой блейд-систем. Переход к серверной инфраструктуре, построенной из лезвий, позволяет реализовать интегрированное управление системы и отойти от прежней схемы работы Intel-серверов, когда каждому приложению выделялась отдельная машина. На практике это означает значительно более рациональное использование серверных ресурсов, уменьшение числа рутинных процедур (таких, как подключение кабелей), которые должен выполнять системный администратор, и экономию его рабочего времени.

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… Читать ещё >

Мейнфреймы. Информационные технологии ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

• большая универсальная ЭВМ — высокопроизводительный компьютер со значительным объемом оперативной и внешней памяти, предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой емкости и выполнения интенсивных вычислительных работ;
• компьютер с архитектурой IBM System/360, 370, 390, zSeries;
• наиболее мощный компьютер, используемый в качестве главного или центрального компьютера (например, в качестве главного сервера).

Рассмотрим особенности и характеристики современных мейнфреймов.

Среднее время наработки на отказ. Время наработки на отказ современных мейнфреймов оценивается в 12—15 лет. Надежность мейнфреймов — это результат их почти 60-летнего совершенствования. Группа разработки операционной системы VM/ESA затратила 20 лет на удаление ошибок, 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 счет использования следующих принципов.

Дублирование: два резервных процессора, резервные модули 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 RAfD-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. Операционная система мейнфрейма будет обрабатывать все сразу, причем все приложения будут тесно сотрудничать и использовать общие компоненты ПО.

Пропускная способность. Подсистемы ввода-вывода мейнфреймов разработаны так, чтобы работать в среде с высочайшей рабочей нагрузкой на ввод-вывод данных ("https://referat.bookap.info", 11).

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 распределенный Sysplex называют GDPS. В случае использования операционной системы 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 то 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 дополнительного дискового пространства 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 Logical Partition, и средства защиты операционных систем, дополненные программными продуктами RACF или VM:SECURE, обеспечивают надежную 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 вебинтерфейс.

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

Основным производителем мейнфреймов была и остается компания IBM. Более 500 крупнейших мировых корпораций имеют вычислительные комплексы, оснащенные мейнфреймами. Везде, где высоки требования к быстродействию, надежности, безопасности, используются именно они. Такие предприятия, как банки, страховые компании, транспортные корпорации, активно используют сейчас технологии электронной коммерции (электронный обмен информацией, электронные транзакции и др.), обслуживание пользователей с использованием современных информационных технологий.

В 2000—2005 гг. была разработана новая архитектура мейнфреймов, так называемая z-Архитектура с 64-разрядной адресаций памяти: семейство мейнфреймов System z под управлением операционных систем z/OS. Новая операционная система большой вычислительной машины предоставила возможность параллельного использования и других операционных систем, например, Linux. В настоящее время более тысячи Linux машин используют специальную операционную систему z/VM. Что следует особо отметить, Z-платформа много дешевле, чем предыдущие архитектуры мейнфреймов.

Мейнфреймы вбирали в себя все новые технологии и модели обработки информации по мере их появления, начиная с модели централизованных вычислений и заканчивая веб-моделью. Они предоставляют пользователям широкий набор языков программирования — от языка COBOL до Java.

Мейнфреймы могут выполнять два вида работ, которые, соответственно, представляют собой обслуживание двух абсолютно различных типов рабочих нагрузок:

• пакетная обработка заданий (Batch Job), когда компьютер выполняет работу без участия человека. Используется в случае значительных объемов данных на входе;
• обработка заданий в реальном времени (On-line), например, транзакционные системы, такие как система приобретения железнодорожных билетов, система оплаты по кредитной карте и т. п.

Разделение ресурсов — это еще одно ключевое различие между моделями. В случае централизованной обработки информации каждый ресурс (дисковое пространство, оперативная память, процессоры, каналы ввода-вывода и т. д. ) используется совместно различными приложениями. Это позволяет добиться более эффективного использования ресурсов и снижает время простоя. В распределенных системах с выделенными ресурсами эффективность значительно меньше, а время простоя — больше.

В отличие от серверов архитектуры Intel или машин, работающих под управлением UNIX, для которых характерна загрузка от 5 до 15%, мейнфреймы, как правило, обеспечивают уровень загрузки от 80 до 100%. В мейнфрейме нагрузка может быть распределена между системами, находящимися на расстоянии до 100 км друг от друга, благодаря чему восстановление после катастрофы осуществляется быстро и удобно. А такие операции, как наращивание мощности или замена вышедших из строя узлов, не прерывают процесса работы. Многие мейнфреймы работают без перерывов на протяжении лет, а их адаптация к меняющимся задачам и приложениям осуществляется на ходу.

Что такое мэйнфрейм? Согласно одной из распространенных точек зрения, это компьютер, который может поддерживать тысячи приложений и устройств ввода/вывода, а также обслуживать одновременно тысячи пользователей.

Применение мэйнфреймов в качестве серверов и хранилищ данных

Что такое мэйнфрейм как сервер? Производство таких машин постоянно наращивается. Бизнес нуждается в больших комплектах серверов, включающих серверы транзакций, баз данных, электронной почты и веб-серверы. Большие комплекты иногда называются серверными фермами. Для реализации их функций могут применяться различные по объему средства: от кластеров смонтированных на стойке персональных компьютеров до самых мощных мэйнфреймов, производимых на данный момент.

Введение

Сегодня мейнфреймы компании IBM функционируют примерно в 25000 фирм и организаций практически во всех странах, не учитывая множество аналогов этих систем. В России насчитывается по различным данным от 1500 до 7000 (с учётом аналогов). Примерно 70 % всей мировой информации промышленных компаний сохранены именно на мейнфреймах.

Готовые работы на аналогичную тему

Курсовая работа Что такое мейнфрейм 450 руб.
Реферат Что такое мейнфрейм 220 руб.
Контрольная работа Что такое мейнфрейм 230 руб.

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

Централизованные и распределенные вычисления

Наличие мэйнфрейма в организации часто определяет централизованную форму вычислений в противовес распределенной форме. Централизация данных в одном хранилище мэйнфрейма ограждает пользователей от необходимости обновления более одной копии коммерческих данных. Это, в свою очередь, увеличивает вероятность того, что данные являются актуальными.

Разница между централизованными и распределенными вычислениями постепенно расплывается. По мере того как маленькие машины начинают увеличивать свои мощности обработки, мэйнфремы становятся более гибкими и универсальными.

Что такое мэйнфрейм в условиях современного рынка? Быстро меняющийся рынок постоянно требует от бизнеса переоценивать стратегии развития информационных технологий. В результате в большинстве случаев мэйнфреймы не используются в сочетании с сетями из небольших серверов. Способность динамически перераспределять аппаратные и программные ресурсы (процессоры, память и соединения), в то время как приложения продолжают функционировать, подчеркивает гибкий развивающийся характер современных мэйнфреймов.

Что именно является мэйнфреймом и что именно программист делает с этим?

ОСНОВНАЯ РАМКА: существительное. Устаревшее устройство по-прежнему используется тысячами устаревших компаний, обслуживающих миллиарды устаревших клиентов и приносящих огромные устаревшие прибыли своим устаревшим акционерам. И в этом году пробег в два раза быстрее, чем в прошлом году. (из словаря ИТ дьявола)

Ниже два раздела. Один на мейнфреймах, другой на программистах мэйнфреймов.

Первое, что вам нужно знать о мэйнфреймах, это то, что они предназначены для других целей, чем многие современные компьютеры.

Современные компьютеры основаны на скорости и мощности процессора. Иногда ПК зависает в цикле ожидания, а иногда даже падает.

Мэйнфреймы, с другой стороны, касаются надежности, доступности и удобства обслуживания (RAS).

Современные компьютеры начинаются с универсального центрального процессора (например, серии x86), а программное обеспечение ОС написано с использованием существующих кодов ЦП. Но причина, по которой мэйнфреймы такие надежные, заключается в том, что аппаратное и программное обеспечение разработано совместно.

Если операционная система должна постоянно выполнять сложную задачу на ПК, то подпрограмма записывается и вызывается процессором, который выполняет всю работу. Но в мэйнфрейме — если спрос на него достаточно высок — иногда разрабатывается и устанавливается специализированная схема, предназначенная для этой задачи. Например, в некоторых современных мэйнфреймах существуют специализированные схемы только для шифрования и дешифрования данных, а другие — только для выполнения кода Java. Существуют также специальные схемы для общения с дисководами и принтерами, чтобы процессор не связывался с мелочами. И, конечно же, существует множество специальных схем, разработанных для предотвращения повреждения данных. В современном ПК все это выполняется процессором.

Самое близкое, что мы имеем к этому в ПК, это (1) математические сопроцессоры и (2) графические сопроцессоры, оба относительно современные изобретения для ПК, но мэйнфреймы делали такие вещи более 50 лет назад.

И последнее: наибольшая сила мэйнфреймов в том, как они используются, — это массовая параллельная обработка транзакций. Это способность единого мэйнфрейма взаимодействовать с десятками тысяч пользователей и / или другими системами одновременно. Подумайте обо всех этих точках продаж, которые есть у вашей дебетовой карты, практически в каждом магазине / бензоколонке / ресторане, где вы совершаете покупки. Все они обращаются к мэйнфрейму каждый раз, когда кто-то смахивает карту, и ответ возвращается обычно менее чем за секунду после поиска среди миллиардов записей.

У мейнфреймов есть два разных типа программистов. Первый вид — это то, к чему вы привыкли, программисты приложений. Это люди, которые пишут с использованием COBOL, C++ и JAVA для работы с базами данных, отчетами и тому подобным. Другие виды называются системными программистами, и их задача — поддерживать операционную систему и следить за оборудованием.

Задача системного программиста — анализировать обновления (исправления) ОС от IBM и тестировать их ПЕРЕД их установкой, чтобы убедиться, что они не вызывают проблем на этом конкретном компьютере. Они на самом деле изучают части исходного кода обновлений и сравнивают его с конфигурацией оборудования и программного обеспечения своей компании. При необходимости они будут работать с IBM, чтобы настроить обновление, чтобы оно работало безопасно с их уникальной системой.

Системный программист должен знать каждое установленное приложение и каждое подключенное оборудование. Он или она несет ответственность за все, что меняется в системе.

Это небольшая часть того, что делает системный программист, и типичный период обучения для опытного системного программиста составляет от 10 до 20 лет.

Характеристики мэйнфреймов

К характеристикам относятся:

высокая надежность и безопасность;
большое количество средств ввода-вывода;
большие коэффициенты использования вычислительных и аппаратных средств, позволяющие обеспечить большую пропускную способность;
высокая стабильность, позволяющая мэйнфреймам устойчиво работать непрерывно на протяжении десятков лет;
высокая доступность, являющаяся одной из основных причин их долголетия, это объясняется тем, что они используются в приложениях, где простои нежелательны и даже катастрофичны.

Немного истории

ервые мэйнфреймы были выпущены корпорацией IBM в апреле 1964 года: именно тогда была разработана архитектурная концепция семейства System/360 (S/360). Это был самый дорогостоящий проект в истории вычислительной техники на его выполнение было затрачено более 5 млрд. долл. Данный проект был направлен на разработку всесторонне продуманного комплекса решений в области аппаратуры, программного обеспечения, технологии производства, организации распространения и технического обслуживания семейства компьютеров, различных по производительности и цене. System/360 стало первым большим семейством компьютеров, позволявшим использовать взаимозаменяемое программное обеспечение и периферийное оборудование. Вместо того чтобы приобретать новую систему по мере роста потребностей и увеличения бюджета, владельцы мэйнфреймов данной серии теперь могли просто наращивать вычислительные возможности по частям, добавляя или заменяя лишь необходимые аппаратные средства. В рамках System/360 предлагался выбор из 5 процессоров, 44 периферийных устройств и 19 комбинаций питания, быстродействия и памяти. Пользователь мог эксплуатировать те же самые магнитные ленты и дисковые накопители с процессорами, различающимися по производительности в 100 раз. Сейчас взаимозаменяемость компонентов и возможность наращивания мощности за счет добавления ресурсов кажется обычным делом, но до появления S/360 ничего подобного не было каждый компьютер был уникальным устройством и все они были несовместимы между собой. Именно поэтому серия System/360 считается одним из величайших технологических достижений ХХ века. Отметим, что выпуск этой серии оказал заметное влияние и на развитие отечественной вычислительной техники: IBM-совместимые мэйнфреймы успешно выпускались в нашей стране в 70-х и 80-х годах.

Часть оборудования ЭВМ IBM System/360 (1964 г.)

Различие между мэйнфреймами и суперкомпьютерами

Суперкомпьютеры – это мощные компьютеры, предназначенные для обработки данных с максимально возможной скоростью. Например, анализ и предсказание прогнозов погоды осуществляются суперкомпьютерами. Данные компьютеры очень дорогие и потребляют очень много электроэнергии.

Назначение мэйнфрейма – проведение вычислений с применением больших объемов данных. Данные компьютеры в основном используются в больших организациях. Они предоставляют доступ к данным, хранящимся в больших базах данных.

Таким образом, основное отличие мэйнфреймов от суперкомпьютеров заключается в их назначении. Мэйнфреймы применяются, как правило, в качестве серверов, в то время как суперкомпьютеры используются для решения научных задач.

Программное обеспечение для мэйнфреймов

Операционные системы

Для этой аппаратной платформы имеется также ряд операционных систем других производителей.

Читайте также: