Computadora central

Un mainframe IBM z15 de un solo marco. Los modelos de mayor capacidad pueden tener hasta cuatro marcos totales. Este modelo tiene acentos azules, en comparación con el modelo LinuxONE III con relieves naranja.

Un par de mainframes IBM. A la izquierda está el IBM z Systems z13. A la derecha está el Rockhopper IBM LinuxONE.

Un sistema IBM z9 mainframe

Una computadora central, informalmente llamada mainframe o gran hierro, es una computadora utilizada principalmente por grandes organizaciones para aplicaciones críticas como datos masivos. procesamiento para tareas como censos, estadísticas de la industria y del consumidor, planificación de recursos empresariales y procesamiento de transacciones a gran escala. Una computadora central es grande pero no tanto como una supercomputadora y tiene más poder de procesamiento que otras clases de computadoras, como minicomputadoras, 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. Las computadoras centrales se utilizan a menudo como servidores.

El término mainframe se derivó del gabinete grande, llamado main frame, que albergaba la unidad central de procesamiento y la memoria principal de las primeras computadoras. Más tarde, el término mainframe se usó para distinguir las computadoras comerciales de alta gama de las máquinas menos potentes.

Diseño

El diseño de mainframe moderno se caracteriza menos por la velocidad computacional bruta y más por:

• Ingeniería interna redundante en alta fiabilidad y seguridad
• Amplias instalaciones de salida de entrada ("I/O") con la capacidad de descarga para motores separados
• Compatibilidad estrecha con el software anterior
• Altas tasas de utilización de hardware y computacional mediante la virtualización para apoyar el rendimiento masivo.
• Interrupción caliente de hardware, como procesadores y memoria.

Su alta estabilidad y confiabilidad permiten que estas máquinas funcionen sin interrupciones durante largos períodos de tiempo, con un tiempo medio entre fallas (MTBF) medido en décadas.

Los mainframes tienen alta disponibilidad, una de las principales razones de su longevidad, ya que normalmente se utilizan en aplicaciones en las que el tiempo de inactividad sería costoso o catastrófico. El término confiabilidad, disponibilidad y capacidad de servicio (RAS) es una característica definitoria de las computadoras centrales. 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, califica a los mainframes tradicionales como IBM Z (anteriormente llamado z Systems, System z y zSeries), Unisys Dorado y Unisys Libra entre los más seguros. con vulnerabilidades de un solo dígito bajo en comparación con miles para Windows, UNIX y Linux. Las actualizaciones de software generalmente requieren configurar el sistema operativo o partes del mismo, y no son perjudiciales 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 hacerse cargo de otro. 39;s aplicación mientras se actualiza.

A fines de la década de 1950, los mainframes solo tenían una interfaz interactiva rudimentaria (la consola) y usaban juegos de tarjetas perforadas, cintas de papel o cintas magnéticas para transferir datos y programas. Operaban en modo por lotes para respaldar las funciones administrativas, como la nómina y la facturación de clientes, la mayoría de las cuales se basaban en operaciones repetidas de clasificación y combinación basadas en cintas, seguidas de la 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 líneas aéreas) en lugar de desarrollo de programas. Sin embargo, en 1961, el primer sistema académico de uso compartido de tiempo general que admitía el desarrollo de software, CTSS, se lanzó en el MIT en un IBM 709, más tarde 7090 y 7094. 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 suplantado por dispositivos de teclado/pantalla.

A principios de la década de 1970, muchos mainframes adquirieron terminales de usuario interactivos que funcionaban como computadoras de tiempo compartido y admitían 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 integrales, o más tarde desde computadoras personales equipadas con software de emulación de terminal. En la década de 1980, muchos mainframes admitían terminales de pantalla gráfica y emulación de terminal, pero no interfaces gráficas de usuario. Esta forma de computación de usuario final quedó 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 la clásica "pantalla verde" y acceso a terminales con pantalla a color para usuarios finales a favor de interfaces de usuario de estilo Web.

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 refrigeración, y redujeron los requisitos de espacio físico en comparación con las granjas de servidores.

Características

Dentro de un sistema IBM z9 mainframe

Los mainframes modernos pueden ejecutar múltiples instancias diferentes de sistemas operativos al mismo tiempo. Esta técnica de máquinas virtuales permite que las aplicaciones se ejecuten como si estuvieran en equipos físicamente distintos. 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.

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 normalmente no está disponible con la mayoría de las soluciones de servidor. 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 función 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 activo, parcialmente activo o en espera) en caso de que haya una catástrofe que afecte el primer edificio. La carga de trabajo de prueba, desarrollo, capacitación y producción para aplicaciones y bases de datos puede ejecutarse en una sola máquina, excepto en el caso de demandas extremadamente grandes en las que la capacidad de una máquina puede ser limitante. Una instalación de dos mainframe de este tipo puede admitir un servicio comercial continuo, evitando interrupciones tanto planificadas como no planificadas. En la práctica, muchos clientes utilizan varios mainframes vinculados por Parallel Sysplex y DASD compartido (en el caso de IBM), o con almacenamiento compartido y disperso geográficamente proporcionado por EMC o Hitachi.

Los mainframes están diseñados para manejar entradas y salidas (I/O) de muy alto volumen y enfatizan la computación de rendimiento. Desde finales de la década de 1950, los diseños de mainframe han incluido hardware subsidiario (llamados canales o procesadores periféricos) que gestionan los dispositivos de E/S, dejando a la CPU libre para ocuparse únicamente de la memoria de alta velocidad. Es común en las tiendas de mainframe tratar con bases de datos y archivos masivos. Los archivos de registro de tamaño de gigabytes a terabytes no son inusuales. En comparación con una PC típica, los mainframes suelen tener cientos o miles de veces más almacenamiento de datos en línea 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) de mainframe, como cualquier otra plataforma informática, depende de su capacidad de escalar, admitir cargas de trabajo mixtas, reducir los costos de mano de obra, brindar un servicio ininterrumpido para aplicaciones comerciales críticas y varios otros factores de costos ajustados al riesgo.

Los mainframes también tienen características de integridad de ejecución para la computación tolerante a fallas. Por ejemplo, los servidores z900, z990, System z9 y System z10 ejecutan efectivamente instrucciones orientadas a resultados dos veces, comparan resultados, arbitran entre cualquier diferencia (mediante el reintento de instrucciones y el aislamiento de fallas), luego cambian las cargas de trabajo 'en vuelo'; a los procesadores en funcionamiento, incluidos los repuestos, sin ningún impacto en los sistemas operativos, las aplicaciones o los usuarios. Esta función a nivel de hardware, que también se encuentra en los sistemas NonStop de HP, se conoce como bloqueo paso a paso, porque ambos procesadores toman 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.

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, e IBM fabrica los últimos modelos Hitachi AP10000. Unisys fabrica mainframes ClearPath Libra, basados en productos Burroughs MCP 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. Los mainframes GCOS, Stratus OpenVOS, Fujitsu (anteriormente Siemens) BS2000 y Fujitsu-ICL VME de Groupe Bull todavía están disponibles en Europa, y los mainframes Fujitsu (anteriormente Amdahl) GS21 a nivel mundial. NEC con ACOS e Hitachi con AP10000-VOS3 aún mantienen negocios de mainframe en el mercado japonés.

La cantidad de inversión del proveedor en el desarrollo de mainframe varía según la cuota de mercado. Tanto Fujitsu como 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 procesadores personalizados internamente, como el zEC12. Unisys produce sistemas de mainframe compatibles con el 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 principales competidores del mercado incluyen BMC, Maintec Technologies, Compuware y CA Technologies. A partir de la década de 2010, la computación en la nube ahora es una alternativa menos costosa y más escalable, comúnmente llamada Big Data.

Historia

Consola de operador para un IBM 701

Varios fabricantes y sus sucesores produjeron computadoras centrales desde la década de 1950 hasta principios del siglo XXI, con una disminución gradual del número y una transición gradual a la simulación en chips Intel en lugar de hardware patentado. El grupo de fabricantes de EE. UU. se conoció primero como "IBM and the Seven Dwarfs": generalmente Burroughs, UNIVAC, NCR, Control Data, Honeywell, General Electric y RCA, aunque algunas listas variaban. Más tarde, con la salida de General Electric y RCA, pasó a llamarse IBM y 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 basados en MCP y OS1100 de Burroughs y Sperry (ahora Unisys), se encuentran entre las pocas arquitecturas de mainframe aún existentes que pueden rastrear sus raíces en este período inicial. Si bien la 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 en común físicamente 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 de los mainframes de IBM durante la Guerra Fría; la serie BESM y Strela son ejemplos de una computadora soviética diseñada de forma independiente. Otro fabricante de Eastern Block es Elwro en Polonia, que fabrica mainframes ODRA, R-32 y R-34.

La reducción de la demanda y la dura competencia provocaron una sacudida 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, Bull compró Honeywell; 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) superaron las computadoras centrales ($11,4 mil millones) por primera vez. IBM recibió la gran mayoría de los ingresos de mainframe. Durante la década de 1980, los sistemas basados en minicomputadoras se volvieron más sofisticados y pudieron desplazar el extremo inferior de las computadoras centrales. 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 los 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 generalizado entre los analistas de la industria de que el mainframe era un mercado moribundo a medida que las plataformas de mainframe eran reemplazadas cada vez más por redes de computadoras personales. Stewart Alsop de InfoWorld predijo infamemente que el último mainframe se desconectaría en 1996; en 1993, citó a Cheryl Currid, analista de la industria informática, diciendo que el último mainframe 'dejará de funcionar el 31 de diciembre de 1999', 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 se derrumbó en la mayor parte del mundo, fomentando tendencias hacia una computación más centralizada. El crecimiento del comercio electrónico también aumentó drásticamente la cantidad 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 hábiles 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 de mainframe de IBM en 1999 y normalmente se ejecuta en decenas o hasta c. 8000 máquinas virtuales en un solo mainframe. Linux permite a los usuarios aprovechar el software de código abierto combinado con el 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, p. proporciona bases de datos de procesamiento de transacciones en línea unificadas y de gran volumen para mil millones de consumidores en múltiples industrias (banca, seguros, informes crediticios, servicios gubernamentales, etc.) 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 recesión general en el mercado de hardware de servidor oa 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 MIPS (millones de instrucciones por segundo) aumentaron un 4% anual durante los últimos dos años. Alsop se hizo fotografiar en 2000, comiéndose simbólicamente sus propias palabras ("muerte del mainframe").

En 2012, la NASA apagó su último mainframe, un IBM System z9. 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 Los mainframes siguen siendo los motores administrativos detrás de los mercados financieros mundiales y gran parte del comercio global. A partir de 2010, mientras que la tecnología mainframe representó menos del 3 % de los ingresos de IBM, "sigue [d] desempeñando un papel descomunal en los resultados de Big Blue".

En 2015, IBM lanzó el IBM z13, en junio de 2017 el IBM z14, en septiembre de 2019 el IBM z15 y el 5 de abril de 2022 anunciaron el último sistema mainframe de IBM, el IBM z16, que presenta, entre otras cosas, un "acelerador de IA integrado en el chip" y el nuevo microprocesador Telum.

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, mientras que las computadoras centrales se enfocan en el procesamiento de transacciones. Las diferencias son:

• Los mainframes se construyen para ser confiables para el procesamiento de transacciones (medidos por TPC-metrics; no utilizados o útiles para la mayoría de aplicaciones de supercomputación) como se entiende comúnmente en el mundo empresarial: el intercambio comercial de bienes, servicios o dinero. Una transacción típica, definida por el Consejo de Desempeño de Procesamiento de Transacciones, actualiza un sistema de bases de datos para el control de inventarios (bienes), reservas aéreas (servicios), o banca (dinero) añadiendo un registro. Una transacción puede referirse a un conjunto de operaciones incluyendo lectura/escrituras de disco, llamadas del 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 mainframes, sino que también es utilizado por servidores basados en microprocesador y redes en línea.
• El rendimiento de Supercomputer se mide en operaciones de puntos flotantes por segundo (FLOPS) o en bordes atravesados por segundo o TEPS, métricas que no son muy significativas para aplicaciones de mainframe, mientras que los mainframes se miden a veces en millones de instrucciones por segundo (MIPS), aunque la definición depende de la mezcla de instrucciones medida. Ejemplos de operaciones de números enteros medidos por MIPS incluyen añadir números juntos, revisar valores o mover datos alrededor de la memoria (mientras que mueve la información hacia y desde el almacenamiento, llamada I/O es más útil para mainframes; y dentro de la memoria, sólo ayuda indirectamente). Las operaciones de punto flotante son mayoritariamente adición, resta y multiplicación (de punto flotante binario en supercomputadores; medido por FLOPS) con suficientes dígitos de precisión para modelar fenómenos continuos como la predicción del tiempo y simulaciones nucleares (sólo punto flotante decimal estandarizado recientemente, no utilizado en supercomputadores, son apropiadas para valores monetarios como los útiles para aplicaciones de mainframe). En términos de velocidad computacional, los supercomputadores son más poderosos.

Los mainframes 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). Por lo tanto, el S-3800 puede verse simultáneamente como una supercomputadora y también como un mainframe compatible con IBM.

En 2007, una fusión de las diferentes tecnologías y arquitecturas para supercomputadoras y mainframes dio lugar a lo que se conoce como gameframe.