Computadora central
Computadora grande y potente

Un mainframe IBM z15 de un solo chasis. Los modelos de mayor capacidad pueden tener hasta cuatro chasis en total. Este modelo tiene detalles en azul, a diferencia del modelo LinuxONE III con detalles en naranja.
Un par de mainframes IBM. A la izquierda, el IBM z Systems z13. A la derecha, el IBM LinuxONE Rockhopper.
Un mainframe IBM System z9

Una computadora mainframe , informalmente llamada mainframe o big iron , [1] es una computadora utilizada principalmente por grandes organizaciones para aplicaciones críticas como el procesamiento masivo de datos para tareas como censos , estadísticas de la industria y del consumidor , planificación de recursos empresariales y procesamiento de transacciones a gran escala . Una computadora mainframe es grande pero no tan grande como una supercomputadora y tiene más poder de procesamiento que algunas 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 mainframe se utilizan a menudo como servidores.

El término mainframe se deriva del gran gabinete, llamado main frame , [2] que albergaba la unidad central de procesamiento y la memoria principal de las primeras computadoras. [3] [4] Más tarde, el término mainframe se utilizó para distinguir las computadoras comerciales de alta gama de las máquinas menos potentes. [5]

Diseño

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

  • Ingeniería interna redundante que resulta en alta confiabilidad y seguridad
  • Amplias instalaciones de entrada y salida ("E/S") con capacidad de descarga a motores separados
  • Estricta compatibilidad con versiones anteriores de software
  • Altas tasas de utilización de hardware y computación a través de la virtualización para soportar un rendimiento masivo
  • Intercambio en caliente de hardware, como procesadores y memoria

La alta estabilidad y confiabilidad de los mainframes permiten que estas máquinas funcionen ininterrumpidamente durante períodos de tiempo muy largos, con un tiempo medio entre fallos (MTBF) medido en décadas.

Los mainframes tienen una alta disponibilidad , una de las razones principales de su longevidad, ya que se utilizan normalmente 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 lograr 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 z y zSeries), [ vago ] 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 . [6] Las actualizaciones de software generalmente requieren la configuración del sistema operativo o partes del mismo, y no son disruptivas solo cuando se utilizan recursos de virtualización como IBM z/OS y ​​Parallel Sysplex , o Unisys XPCL, que admiten compartir la carga de trabajo para que un sistema pueda hacerse cargo de la aplicación de otro mientras se actualiza.

A finales de la década de 1950, los mainframes tenían solo una interfaz interactiva rudimentaria (la consola) y utilizaban conjuntos de tarjetas perforadas , cinta de papel o cinta magnética para transferir datos y programas. Operaban en modo por lotes para respaldar funciones de back office como nóminas y facturación de clientes, la mayoría de las cuales se basaban en operaciones repetidas de clasificación y fusión basadas en cinta seguidas de impresión de líneas en papelería continua preimpresa . Cuando se introdujeron los terminales de usuario interactivos, se utilizaron casi exclusivamente para aplicaciones (por ejemplo, reservas de aerolíneas ) en lugar de desarrollo de programas. Sin embargo, en 1961 el primer [7] sistema académico de tiempo compartido de propósito general que admitía el desarrollo de software, [8] CTSS , se lanzó en el MIT en un IBM 709 , más tarde 7090 y 7094. [9] Los dispositivos de máquina de escribir y teletipo fueron 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 los años 1970, muchos mainframes adquirieron terminales de usuario interactivas [ NB 1] que funcionaban como computadoras de tiempo compartido , que admitían a cientos de usuarios simultáneamente junto con el procesamiento por lotes. Los usuarios obtenían acceso a través de terminales de teclado/máquina de escribir y, más tarde, terminales de texto en modo carácter [NB 2] con pantallas CRT con teclados integrados, o finalmente desde computadoras personales equipadas con software de emulación de terminal . En los años 1980, muchos mainframes admitían terminales de visualización gráfica de propósito general y emulación de terminal, pero no interfaces gráficas de usuario. Esta forma de computación para el usuario final se volvió obsoleta en los años 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 de " pantalla verde " y pantalla a 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 los años 1990, cuando los diseños de mainframes CMOS reemplazaron a la antigua tecnología bipolar . IBM afirmó que sus mainframes más nuevos reducían los costos de energía y refrigeración de los centros de datos, y reducían los requisitos de espacio físico en comparación con las granjas de servidores . [10]

Características

Dentro de un mainframe IBM System z9 que tiene un IBM Thinkpad integrado en el sistema como una consola de gestión de hardware (HMC). El operador utiliza la HMC para controlar, por ejemplo, el hardware, la configuración PR/SM . Una función secundaria es servir como una consola de operador de bajo rendimiento a través de una interfaz propietaria. La HMC no se admite como terminal y el acceso remoto a ella está limitado a HTTP. Otros dos ThinkPads sirven como elementos de soporte y HMC de respaldo

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 servicios de hardware de mayor funcionalidad disponibles para 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 en el mismo grado o nivel de sofisticación. [11]

Los mainframes pueden agregar o intercambiar en caliente capacidad del sistema sin interrumpir la función del sistema, con especificidad y granularidad a un nivel de sofisticación que no suele estar disponible en la mayoría de las soluciones de servidor. [ cita requerida ] Los mainframes modernos, en particular los servidores IBM Z , 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 mainframes 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 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 podría ser limitante. Una instalación de dos mainframes de este tipo puede soportar un servicio comercial continuo, evitando interrupciones planificadas y no planificadas. En la práctica, muchos clientes utilizan múltiples mainframes vinculados mediante 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 un volumen muy alto de entrada y salida (E/S) y enfatizar la computación de rendimiento. Desde finales de la década de 1950, [NB 3] los diseños de mainframe han incluido hardware subsidiario [NB 4] (llamados canales o procesadores periféricos ) que administran los dispositivos de E/S, dejando a la CPU libre para lidiar solo con la memoria de alta velocidad. Es común en las tiendas de mainframes lidiar con bases de datos y archivos masivos. Los archivos de registro de tamaño de gigabyte a terabyte no son inusuales. [12] En comparación con una PC típica, los mainframes comúnmente tienen cientos a miles de veces más almacenamiento de datos en línea, [13] y pueden acceder a él razonablemente rápido. 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, soportar 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 instrucciones orientadas a resultados dos veces, comparan resultados, arbitran entre las diferencias (mediante reintentos de instrucciones y aislamiento de fallas) y luego transfieren cargas de trabajo "en tránsito" a procesadores en funcionamiento, incluidos los de repuesto, sin ningún impacto en los sistemas operativos, aplicaciones o usuarios. Esta característica a nivel de hardware, que también se encuentra en los sistemas NonStop de HP , se conoce como "lock-stepping", 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 la serie IBM Z , sigue siendo un importante fabricante en el mercado de mainframes. En 2000, Hitachi co-desarrolló el zSeries z900 con IBM para compartir gastos, y los últimos modelos Hitachi AP10000 son fabricados por IBM. Unisys fabrica mainframes ClearPath Libra , basados ​​en productos anteriores Burroughs MCP y mainframes ClearPath Dorado basados ​​en líneas de productos Sperry Univac OS 1100. Hewlett Packard Enterprise vende sus sistemas NonStop únicos , 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 GS21 de Fujitsu (anteriormente Amdahl) a nivel mundial. NEC con ACOS y Hitachi con AP10000- VOS3 [14] aún mantienen negocios de mainframe en el mercado japonés.

La cantidad de inversión de los proveedores en el desarrollo de mainframes 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 personalizado NOAH-6 para su serie ACOS-4 de gama alta. IBM también desarrolla procesadores personalizados internamente, como el Telum . Unisys produce sistemas mainframe compatibles con código que van desde computadoras portátiles hasta mainframes del tamaño de un gabinete que utilizan CPU de fabricación propia, así como procesadores Xeon . Además, existe un mercado para aplicaciones de software para gestionar el rendimiento de las implementaciones de mainframe. Además de IBM, los competidores importantes del mercado incluyen a BMC [15] y Precisely ; [16] los antiguos competidores incluyen a Compuware [17] [18] y CA Technologies . [19] A partir de la década de 2010, la computación en la nube se ha convertido en una alternativa menos costosa y más escalable. [ cita requerida ]

Historia

Consola del operador para un IBM 701

Varios fabricantes y sus sucesores produjeron computadoras mainframe desde la década de 1950 hasta principios del siglo XXI, con números gradualmente decrecientes y una transición gradual a la simulación en chips Intel en lugar de hardware propietario. El grupo estadounidense de fabricantes fue conocido primero como " IBM y los siete enanitos ": [20] : p.83  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, se lo denominó IBM y BUNCH . El dominio de IBM surgió de su serie 700/7000 y, más tarde, del desarrollo de las mainframes de la serie 360 . La última arquitectura ha seguido evolucionando hasta convertirse en los 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 que todavía existen y que pueden rastrear sus raíces hasta este período temprano. Si bien los zSeries de IBM aún pueden ejecutar código System/360 de 24 bits, los servidores IBM Z CMOS de 64 bits no tienen nada en común físicamente con los sistemas más antiguos. 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 . La Unión Soviética y los países del Pacto de Varsovia fabricaron copias cercanas de los mainframes de IBM durante la Guerra Fría ; [ cita requerida ] la serie BESM y Strela son ejemplos de computadoras soviéticas diseñadas independientemente. Elwro en Polonia fue otro fabricante del Bloque del Este, que produjo los mainframes ODRA , R-32 y R-34.

La disminución de la demanda y la dura competencia iniciaron una reestructuración del mercado a principios de los años 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 más tarde se fusionó con Burroughs para formar Unisys Corporation en 1986.

En 1984, las ventas estimadas de computadoras de escritorio (11.600 millones de dólares) superaron por primera vez a las de las computadoras mainframe (11.400 millones de dólares). IBM recibió la gran mayoría de los ingresos de las mainframes. [21] Durante la década de 1980, los sistemas basados ​​en minicomputadoras se volvieron más sofisticados y pudieron desplazar a la gama baja de las 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 de NCR durante un breve período. 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 mainframes se restringieron principalmente a los servicios financieros y al gobierno. A principios de la década de 1990, hubo un consenso aproximado entre los analistas de la industria de que el mainframe era un mercado moribundo a medida que las plataformas 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, una analista de la industria informática, diciendo que el último mainframe "dejaría de funcionar el 31 de diciembre de 1999", [22] 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 el precio de las redes de datos se desplomó en la mayor parte del mundo, lo que alentó las 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 mayor) con el crecimiento del comercio electrónico, y los mainframes son particularmente aptos para la computación por lotes a gran escala. Otro factor que actualmente aumenta el uso de mainframes es el desarrollo del sistema operativo Linux , que llegó a los sistemas mainframe de IBM en 1999. Linux permite a los usuarios aprovechar el software de código abierto combinado con el hardware de mainframe RAS . La rápida expansión y desarrollo en los mercados emergentes , particularmente en la República Popular China , también está impulsando importantes inversiones en mainframes para resolver problemas informáticos excepcionalmente difíciles, por ejemplo, proporcionar 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 fines de 2000, IBM introdujo z/Architecture de 64 bits , adquirió numerosas compañías 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 informaban sobre el aumento de los ingresos y los envíos de capacidad de mainframe. Sin embargo, el negocio de hardware de mainframe de IBM no ha sido inmune a la reciente caída general en el mercado de hardware de servidor o a los efectos del ciclo del modelo. Por ejemplo, en el cuarto trimestre de 2009, los ingresos de 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. [23] Alsop se hizo fotografiar en 2000 comiéndose simbólicamente sus propias palabras ("muerte a la computadora central"). [24]

En 2012, la NASA apagó su último mainframe, un IBM System z9. [25] Sin embargo, el sucesor del z9 de IBM, el z10 , llevó a un reportero del New York Times a afirmar cuatro años antes que "la tecnología mainframe (hardware, software y servicios) sigue siendo un negocio grande y lucrativo para IBM, y los mainframes siguen siendo los motores de back-office detrás de los mercados financieros del mundo y gran parte del comercio global". [26] A partir de 2010 [actualizar], si bien la tecnología mainframe representaba menos del 3% de los ingresos de IBM, "continuó desempeñando un papel descomunal en los resultados de Big Blue". [27]

IBM ha seguido lanzando nuevas generaciones de mainframes: el IBM z13 en 2015, [28] el z14 en 2017, [29] [30] el z15 en 2019 [31] y el z16 en 2022, este último incorporando entre otras cosas un "acelerador de IA integrado en chip" y el nuevo microprocesador Telum . [32]

Diferencias con las supercomputadoras

Una supercomputadora es una computadora que se encuentra en la vanguardia de la capacidad de procesamiento de datos, en lo que respecta a la velocidad de cálculo. Las supercomputadoras se utilizan para problemas científicos y de ingeniería ( computación de alto rendimiento ) que procesan números y datos, [33] 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 (medido por métricas TPC ; no se usa ni es útil para la mayoría de las aplicaciones de supercomputación) como se entiende comúnmente en el mundo de los negocios: el intercambio comercial de bienes, servicios o dinero. [ cita requerida ] Una transacción típica, según la definición del Transaction Processing Performance Council , [34] actualiza un sistema de base de datos para el 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 las supercomputadoras se mide en operaciones de coma flotante por segundo ( FLOPS ) [35] o en aristas recorridas por segundo o TEPS, [36] métricas que no son muy significativas para aplicaciones de mainframe, mientras que los mainframes a veces se miden en millones de instrucciones por segundo ( MIPS ), aunque la definición depende de la combinación de instrucciones medida. [37] Los ejemplos de operaciones enteras medidas por MIPS incluyen sumar números, verificar valores o mover datos en la memoria (mientras que mover información hacia y desde el almacenamiento, la llamada E/S es más útil para los mainframes; y dentro de la memoria, solo ayuda indirectamente). Las operaciones de coma flotante son principalmente suma, resta y multiplicación (de coma flotante binaria en supercomputadoras; medida por FLOPS) con suficientes dígitos de precisión para modelar fenómenos continuos como la predicción meteorológica y las simulaciones nucleares (solo el punto flotante decimal estandarizado recientemente , no utilizado en supercomputadoras, es apropiado para valores monetarios como los útiles para aplicaciones de mainframe). En términos de velocidad computacional, las supercomputadoras son más poderosas. [38]

No siempre es posible distinguir claramente los mainframes de los superordenadores; hasta principios de los años 1990, muchos superordenadores se basaban en una arquitectura de mainframe con extensiones de supercomputación. Un ejemplo de este tipo de sistema 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 ). [39] Por tanto, el S-3800 puede considerarse simultáneamente un superordenador y también un mainframe compatible con IBM.

En 2007, [40] una amalgama de las diferentes tecnologías y arquitecturas para supercomputadoras y mainframes dio lugar al llamado gameframe .

Véase también

Notas

  1. ^ Algunos se habían introducido en la década de 1960, pero su implementación se hizo más común en la década de 1970.
  2. ^ Había terminales gráficas disponibles, pero tendían a estar restringidas a aplicaciones específicas.
  3. ^ Por ejemplo, el IBM 709 tenía canales en 1958
  4. ^ A veces computadoras, a veces más limitadas.

Referencias

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Medios relacionados con Computadoras mainframe en Wikimedia Commons

  • Mainframes de IBM z Systems
  • Foro de recursos y soporte de mainframe de IBM
  • Univac 9400, un mainframe de la década de 1960, todavía en uso en un museo de informática alemán
  • Conferencias sobre la historia de la informática: mainframes (copia archivada en Internet Archive)
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