大型電腦

大型電腦

大型電腦,是電腦種類中的一種,作為大型商業伺服器,在今天仍具有很大活力。它們一般用于大型事務處理系統,特別是過去完成的且不值得重新編寫的資料庫套用系統方面,其套用軟體通常是硬體本身成本的好幾倍,因此大型機仍有一定地位。

  • 中文名稱
    大型電腦
  • 外文名稱
    mainframe computer
  • 類型
    大型商業伺服器
  • 用于
    大型事務處理系統
  • 領域
    科技

簡介

大型電腦(英語:mainframe computer),又稱大型機、大型主機、主機等,是從IBMSystem/360開始的一系列電腦及與其兼容或同等級的電腦,主要用于大量資料和關鍵項目的計算,例如銀行金融交易及資料處理、人口普查、企業資源規劃等等。

大型機是用來處理大容量資料的機器。歐盟委員會稱,全球絕大多數企業資料依然存儲在大型機上,2009年新大型機硬體銷售額便達到了85億歐元,其中僅在歐洲經濟區銷售額就達到30億歐元。

特征

現代大型電腦並非主要通過每秒運算次數MIPS來衡量性能,而是可靠性、安全性、向後兼容性和極其高效的I/O性能。主機通常強調大規模的資料輸入輸出,著重強調資料的吞吐量。

大型電腦可以同時運行多作業系統,因此不像是一台電腦而更像是多台虛擬機,因此一台主機可以替代多台普通的伺服器,是虛擬化的先驅。同時主機還擁有強大的容錯能力。

主機的投資回報率取決于處理資料的規模、減少人力開支、實現不間斷服務和其他成本的縮減。由于主機的平台與作業系統並不開放,因而很難被攻破,安全性極強。

大型機使用專用的作業系統和套用軟體,在主機上編程採用COBOL,同時採用的資料庫為IBM自行開發的DB2。在大型機上工作的DB2資料庫管理員能夠管理比其他平台多3~4倍的資料量。

歷史

在1960年代,大多數主機沒有互動式的介面,通常使用打孔卡、磁帶等等。

1964年,IBM引入了System/360,它是由5種功能越來越強大的電腦所組成的系列,這些電腦運行同一作業系統並能夠使用相同的44個外圍設備。

1972年,SAP公司為System/360開發了革命性的"企業資源計畫"系統。

1999年,Linux出現在System/390中,第一次將開放式原始碼計算的彈性與主機的傳統可伸縮性和可靠性相結合。

與超級電腦的區別

超級電腦有極強的計算速度,通常由于科學與工程上的計算,這些計算的速度受運算速度與記憶體大小所限製;而主機運算任務主要受資料傳輸與轉移、可靠性及並發處理性能所限製。

主機更傾向于整數運算,如訂單資料、銀行資料等,同時在安全性、可靠性和穩定性方面優于超級電腦。而超級電腦更強調浮點運算性能,如天氣預報。主機在處理資料的同時需要讀寫或傳輸大量信息,如海量的交易信息、航班信息等等。

優勢

大型機體系結構的最大好處是無與倫比的I/O處理能力。雖然大型機處理器並不總是擁有領先優勢,但是它們的I/O體系結構使它們能處理好幾個PC伺服器放一起才能處理的資料。大型機的另一些特點包括它們的大尺寸和使用液體冷卻處理器陣列。在使用大量中心化處理的組織中,它們仍有重要的地位。

IBM mainframe Z10IBM mainframe Z10

由于小型電腦的到來,新型大型機的銷售已經明顯放慢。在電子商務系統中,如果資料庫伺服器或電子商務伺服器需要高性能、高I/O處理能力,可以採用大型機。

在20世紀60-80年代,信息處理主要是採用主機+終端的方式,即主機集中式處理方式。大型機的主要廠商有IBM/日立等。但無論是大型機本身還是它的維護成本都相當昂貴。因此,能夠使用大型機的企業寥寥可數。進入80年代以後,隨著PC和各種伺服器的高速發展,大型機的市場變的越來越小,很多企業都放棄了原來的大型機改用小型機和伺服器。另外,客戶機/伺服器(client/server)技術的飛速發展也是大型機市場萎縮的一個重要原因。這時的大型機就象瀕臨滅絕的恐龍逐漸走向滅亡。進入90年代後,經濟進入全球化,信息技術得以高速的發展,隨著企業規模的擴大,信息分散管理的弊端越來越多,運營成本迅速的成長。信息集中成了不可逆轉的潮流。這時,人們又把目光集中到大型機的身上,大型機的市場逐漸的恢復了活力,直至今天,大型機還佔有了不可替代的市場份額。90年代後期,大型機的技術得以飛速的發展,其處理能力也大踏步的提高,在民用領域,IBM已經完全佔據了大型機的市場。

發展歷史

1948年,IBM開發製造了基于電子管的電腦SSEC。1952年IBM公司的第一台用于科學計算的大型機IBM701問世,1953年又推出了第一台用于資料處理的大型機IBM702和小型機IBM650,這樣第一代商用電腦誕生了。此後,IBM于1965年又推出了701于702的後續產品704和705。1956年,IBM又推出了第一台隨機存儲系統RAMAC305,RAMAC是"計算與控製隨機訪問方法"的英文縮寫。它是現代磁碟系統的先驅。1958年IBM又推出了7090,1960年又推出7040、7044大型資料處理機。總之,在1955年到1965年,美國名牌大學與大公司使用的電腦大多數是IBM704到IBM7094這些機器。

1964年4月7日,IBM公布了360系統,成為電腦發展史上的一個重要了裏程碑。System/360系統的主要貢獻是:從套用的角度來看,克服了第二代電腦性能單調的弱點,集科學計算,資料處理和即時控製功能于一身,確定了通用性。從生產的角度講,實現了系列化,360系統的主要型號有:20型、25型和30型小型機44型和50型小型機,65型,75型和85型大型機,以及91型和105型超級電腦。型號雖多,但採用了標準化措施,統一指令格式,統一資料格式,統一字元編碼,統一I/O接口,統一中斷系統以及統一人機對話方式等。由于確定了兼容性。是同一程式在不同型號的機器語言級上的兼容,促進了電腦工業能力的規模和發展。從發展的角度來看,既採用了新的技術,有留有發展的餘地。日後S/370和S/390都是從S/360上發展而來的,他們各自標定著相應的系統體系機構。從使用的角度來看,360系統配有作業系統、匯編語言和FORTRAN、COBOL等高級語言,使用十分方便,更重要的是360在建立電腦系統的繼承性上起來開創性的作用。1981年,IBM公布了擴展的System/370體系結構(370-XA)。System/370-XA將地址線位數增加到32位,大大增加了System/370的定址能力,同時保留了24位的兼容方式(向上兼容)。同時370還增加了擴展存儲器(EXPANDEDSTORAGE)。1988年,IBM對System/370做了進一步的改進,ESA(Enterprise SystemArchitecture)/370。ESA/370增加了訪問暫存器,改進了虛存的性能。通過這項技術,套用可以訪問稱之為資料空間(dataspace)的另一個虛存空間。因此,ESA/370允許套用訪問多個2G的資料空間。基于該體系結構的產品系列使得多使用者可以更方便得共享系統資源

1990年9月,IBM開發了ESA/390以及ES/9000System/390系列電腦系統,其性價比遠遠高于System/370系統。IBMS/390系列與以前得S/370系統相比,在體系結構上作了如下改進:

⑴、企業系統連線結構ESCON:這是一種新得輸入輸出結構,它定義了一個規則,使存儲器子系統、控製部件、通訊控製部件等I/O設備都通過這套規則與處理器進行通訊。ESCON得通訊速度是17M/S。

⑵加密結構:在S/390中,電腦通過集成密碼特征來實現對電腦中得信息進行加密或解密,以防止被非法訪問。

⑶子系統存貯保護:防止諸如CICS等子系統對系統存儲器的幹擾。這個功能由作業系統和子系統共同提供。

⑷資料壓縮:S/390在硬體級上提供了資料壓縮。其壓縮速度是軟體壓縮的5倍。

⑸非同步資料轉移結構(ADMF):利用I/O處理器去更有效的實現中央處理器與擴展存儲器之間的信息轉移,以空出處理器來處理其他任務。

⑹DB2排序增強:使用硬體完成DB2的排序演算法

工作原理

架構

2000年後,IBM推出Z/Architecture架構主機,Z系列主機的旗艦產品為Z/990,這一體系用來減少由于缺少可定址的記憶體而帶來的瓶頸,並通過智慧型資源導向器(Intelligent Resource Director,IRD)自動將資源分配給高優先權的工作報。z/ArchitectureTM是ESA/390的64位擴展集。z990利用新的超標量體系結構的微型處理器和CMOS9S-SOI技術,它進一步擴展並集成了主要的平台特徵,例如混合和無法預測的負載環境中的動態靈活分區和資源管理,為新興的電子商務套用(例如IBM WebSphereTM,JavaTM和Linux┨峁┝死┱剮浴⒏嚦捎眯院頭務質量。z990將系統的擴展性以及伺服器整合的機會進行了相當大的改進,提供了一個多區域(multi-book)系統結構,可支持配置一到四個區域。每個區域中包括一個多晶片模組(MultiChipModule,MCM)、記憶體卡-每個區域最多可支持64GB記憶體-以及新的高性能的自定時互連 (Self-TimedInterconnect)。為支持高度可擴展的多區域的系統設計,z990對通道子系統(Channel SubSystem,CSS)進行了改進,引入了多個邏輯通道子系統(Logical Channel SubSystem,LCSS),利用這些LCSS,在三個I/O箱中最多可以安裝512個通道。TCP/IP通訊的高速互連(稱作HiperSockets)使分區之間的TCP/IP傳輸速度達到記憶體的速度,而不是受限于網路的速度。支持光纖和銅連線的高速千兆乙太網(Gigabit Ethernet,GbE)是業內線速最先達到每秒千兆的實現之一。

技術發展

S/390的系統運行方式為了滿足各種不同套用業務的需求,S/390可以運行在不同的模式下。

S/370本機模式在這種模式下,S/390同樣可以執行S/370的217條指令,但是它利用S/370的擴展實定址的26為地址,可以將重要存儲器擴展到64位。中央存儲器的容量的增大意味著頁面調度次數(PAGING)的減少,因而提高了整個系統的性能。

ESA/390方式這個方式的運行是按企業系統結構ESA/390所確定的功能來進行的,其指令集擴展到了229條指令。它使用32位地址,因此虛擬地址空間擴展大了2GB,但仍與24位的程式相兼容。在最大的S/390電腦系統中,總共可以配置256個通道。它支持並行通道,ESCON通道和集成I/O適配器。另外,它在硬體中還有自動處理"通道佔線"條件,可以十分有效的減少與I/O動作有關的整個等待或延遲時間。

ESA/390LPAR方式,所有的S/390系列電腦都可以在這種方式下運行,在這種模式下系統雖然物理在一個機櫃裏。但是在邏輯上,它最多可以分成16個部分,這種在邏輯上的劃分是由PR/SM微碼來完成的。每個系統可以擁有自己的通道CPU和記憶體,每個部分都可獨立工作獨立安裝一個系統。在這種模式下一個物理CPU和一個物理ESCON通道可以同時劃分給不同的LPAR。記憶體不可以。

COUPLE FACILITY方式在這中方式下,S/390主機被作為了一個單獨管理資料的主機。這種模式要運行CFCC微碼,沒有任何應用程式在CFCC裏運行。主要是在並行耦合系統中套用。

S/390的作業系統在S/390上可以同時運行多個作業系統,每個作業系統都有各自不同的應用程式環境。

MVS/ESAMVS/ESA作業系統是S/390上運行的綜合能力較強、可靠性較高的作業系統。它實際是1964年IBM在其S/360上運行的OS/360作業系統的後代。1972年IBM又推出了新的作業系統OS/VS2也就是單虛存系統。它最大的特點是提供對虛存的支持。1988年,IBM宣布並發行了MVS/ESA作業系統。同樣,MVS/ESA也是為1988年問世的ESA/370的新功能而設計的。MVS/ESA最多可支持2GB的中央存儲器並能很好的套用擴展存儲器。1990年9月,IBM開發了MVS/ESA SPV4。MVS/ESA的這個版本管理存儲器的方法與早期的MVS/ESA發行版一樣,但它改進了對ESCON通道的復合系統時鍾的支持。1994年,IBM發布了MVS/ESA的第5版,實現了作業系統並行耦合的功能,它最大可以支持32個MVS/ESA系統。每個系統都可以是一個多處理器。

OS/390OS/390是一個集成的企業伺服器作業系統。它將開發的通訊伺服器、分散式資料和檔案服務、並行耦合系統的支持、面向對象程式設計、DCE以及開發應用程式接口集成成為一個產品。由于它是MVS作業系統基礎上發展起來的,因而保留了MVS的高可*性、持續可用性及安全性等優異性能,為使用者提供具有可擴充性的系統。但MVS是封閉性的,而OS/390轉變為開發性的。它包括許多伺服器軟體,具有整合的功能。

Z/OS-z/OS的核心由OS/390發展而來,同時它又提供了一系列與z/900硬體與微碼緊密結合的創新功能。其中的核心之一是智慧型資源導向器(簡稱IRD)技術,也曾被稱為"LPAR集群"技術。IRD技術的實質是將工作量管理器(簡稱WLM)目標管理模式,結合並行系統綜合體資源共享以及分區資源/系統管理(簡稱PR/SM)等多種技術,進行有機的整合以產生最大的效益,幫助使用者將寶貴的系統資源在合適的時間分配給最需要的任務。-z/Series各作業系統所採用的新技術都為在該平台混合運行多種工作負荷提供了更好的支持。z/OS為傳統主機套用和需要最高服務品質的Java及UNⅨ套用提供理想的運行環境。

VM和LINUXVM(ⅥSUALMACHINE)是IBM早期在大型機上安裝的底層作業系統,在VM上可以同時安裝很多其他的作業系統。進入90年代由于S/390LPAR模式的誕生,VM幾乎將被淘汰,但由于LINUX的興起,VM再次被利用起來,在一台S/390的主機上,VM上可以同時運行上千個LINUX。當然LINUX也可以獨自運行在S/390的一個分區上。運行在主機上的LINUX大都是TRUBO和SUSE的LINUX。後兩家在LINUX進行合作,推出了UNITED LINUX。

組成部分

OS/390作業系統由其基本的部分和各個子系統組成,本節就基本部分和各個子系統進行簡單介紹。

MVS基本控製程式BCP

MVS基本控製程式BCP與JES2或JES3組成了OS/390的主幹部分。它提供了基本的服務,使得OS/390能夠更可靠、完全、完整的處理使用者資料。與MVS相比OS/390增強了對LINKLST的處理、系統日志及APPC的支持。

作業進入子系統(JES)

作業進入子系統接受要處理的作業並處理作業的輸出。作業進入子系統共有兩個,JES2和JES3。他們基本上提供相同的功能。通常使用的是JES2。JES工作過程如下:作業通過讀卡機、分時終端系統或網路進入系統,或者由程式生成後傳遞給系統。所有的作業都要經過掃描檢驗其正確性,然後排入適當的佇列。JES提供一種手段,使系統以優先權分級結構為基礎,通過有序的方式調度工作。轉換程式將作業控製語句(JCL)轉換成系統能讀的內部形式。同時進行一些其他的校驗。如果發現錯誤,將該作業從系統中清除,並向使用者發出相應的信息。下一步,作業又一次根據分級與優先權送至系統執行。這時JES放棄對作業的控製權,直到又列印輸出被JES截獲時,JES把它交付給假脫機磁碟,作業終止系統通知JES,作業進入下一個JES操作輸出步驟,輸出經過列印或穿孔後從系統中復原,該作業用過的假脫機空間可以重新使用。JES對優先權進行動態調整,作業等待運行的時間越長,系統將它的優先權提升的越高。

存儲管理子系統(SMS

)存儲管理子系統主要完成如下功能:管理外存資源,存儲管理子系統可以讓你為作業系統定義自動管理外存儲系統的策略(主要通過定義適當的SG,MC,SC,DC,ACSROUTE),系統能夠安裝定義的策略進行自動的管理外存系統。提供編目機製(VTOC,VVDS,VCAT),對磁碟、磁帶上的資料進行編目(RMM),以便與使用者能夠方便迅速的訪問資料。把程式存儲在程式庫中,以便于讀出執行。定義系統中的輸入輸出設備並控製這些設備的操作。支持從工作站、個人電腦或基于SNA LU6.2網路的其他系統通過分散式檔案管理(DFM)訪問主機系統的資料.

分時系統(TSO)

TSO是支持分時系統的軟體,終端使用者發出的每一條指令都由TSO處理,使用者通過TSO命令和系統進行互動式工作,但這樣作不太方便,IBM又在TSO開發了使用者程式產品ISPF/PDF(INTERACTⅣE PRODUCTIⅥTY FACILITY/PROGRAMDEVELOPMENTFACILITY)。其中ISPF支持回話功能,PDF支持程式開發功能,從而使終端使用者與TSO會話更加簡單直觀,提高使用者的套用開發效率。ISPF/PDF是以螢幕為單位的選單輸入方式,使用者隻需進行一些簡單的選單選擇就可以和系統進行互動了。在TSO下工作了另一個軟體是SDSF(SYSTEM DISPLAY AND SEARCHFACILITY),使用者利用SDSF可以非常方便的查看使用者使用者提交給系統的作業的返回信息,也能夠修改作業的屬性。

設備支持機製(ICKDSF)ICKDSF可用于執行對IBM直接訪問設備(DASD/硬碟)的安裝和使用的任務。例如,你可以使用ICKDSF對DASD進行錯誤檢查,格式化,碎片整理等維護。

硬體配置定義(HCD)HCD擁有定義作業系統硬體配置的定義以及處理器硬體配置的定義。由于HCD是在設備定義時驗證其資料的有效性,而不是在設備被訪問的時候驗證,設備定義的不一致性可以得到避免。

SMP/ESMP/E是一個安裝和維護軟體的工具。它提供了一個可靠的方法用于安裝維護OS/390中的軟體。

VTAM

VTAM是實現SNA和APPN的網路通訊訪問方法,它為在主機處理器上的應用程式和SNA網路上的其他資源之間提供了一個接口。VTAM為網路上的使用者建立和終止會話。為了建立和終止這些會話,VTAM按照其控製激活和不激活資源,這些資源包括包括應用程式、網路控製程式(NCP)及其控製的設備以及VTAM直接連線的設備。VTAM也維護網路的配置信息、活動和網路條件。為了幫助使用者控製網路,VTAM從操作員接受命令然後執行網路服務。它通過操作員通知操作員網路的狀況。Anynet實現了多協定傳換網路體系結構。它運行套用和傳輸服務之間消除強製聯網協定約束。換句話說,套用和它們的服務能用超過一個協定通訊而非原始的實現。AnyNet的這一特徵使得SNA套用可以在TCP/IP網路上通訊,統一建築與TCP/IP之上的SNA對邏輯單元通訊提供了支持。它支持所有LU類型,包括LU6.29.TCP/IPTCP/IP是一組工業標準和套用,它允許你與其他的電腦共享資料和電腦資源不管這些機器是IBM或非IBM的。標準的TCP/IP套用包括電子郵件檔案傳輸、遠程登入等。TCP/IP CICSSOCKET套用提供了在COBOL,PL/1及匯編語言中使用通用的應用程式接口的能力。

OS/390安全伺服器(RACF)

RACF是OS/390中的安全管理服務,它可以保護系統中的所有資源,識別使用者的登入,有效的記錄系統中的安全事件。RACF提供:靈活可變的資源保護方式;保護所有資源;可以選擇集中保護或分散保護;提供一個ISPF選單;對最終使用者的透明。資源度量設備(RMF)RMF是反應OS/390資源使用情況的一個視窗。它收集在SYSPLEX級和單個系統級和地址級的信息,在SYSPLEX中任何系統上產生報告。使用者能在這些報告中選擇所關心的活動,比如能專門選擇關註的存儲器、I/O或處理器資料、RMF的管理器1可以產生長期的報告,用于對RMF收集的長期資料進行詳細的分析。這些報告能被列印或顯示出來,你可以用RMF電子資料表轉換器,從螢幕或MVS資料集下載這些報告。產生工作站上的電子資料表並對其進行詳細的分析。

DFSMS

DFSMS主要由三個部分組成:DFSMSdss是一個DASD資料和空間的管理工具,它可用于卷之間的拷貝,移動資料集;DUMP、恢復資料集及完整的卷或磁軌;使資料集和卷改變為SMS管理的或非SMS管理的;壓縮分區式的資料集;釋放資料集中未使用的工具。DFSMShsm是一個DASD存儲管理工具,用于管理較少活動和不活躍的資料。它通過自動管理空間的資料的有效性,在存儲體系中改善DASD使用情況。DFSMShsm和SMS一起工作,按照資料集的managementclass對資料集進行空間管理和有效性管理。DFSMSrmm管理磁帶卷以及其上的資料集。DFSMSrmm可以管理所有的磁帶介質以及其他可移動的介質。例如,DFSMSrmm能記錄光碟架的位置,追蹤它們的必不可少的記錄狀態,但不管理光碟的資料。

系統顯示和查設施(SDSF)

系統顯示和查找設施(SDSF)提供給使用者有關監視、管理和控製OS/390系統信息。SDSF提供一個簡單而高效的方法。控製作業的處理和設備的運行。比如你可以在作業運行時監視作業,流覽作業的輸出而不列印,你可以流覽包括整個SYSPLEX範圍的操作日志和系統日志。SDSF提供對信息進行分類、過濾,查找和列印的功能,幫助你定位和組織信息。選單和彈出式視窗,使SDSF的使用非常簡單。SDSF提供了完整的在線上幫助和互動式的入門指導。

OS/390作業管理和檔案目錄系統(JES和CATALOG)

在大型伺服器系統中,當使用者需要使用電腦完成某項任務時,使用者必須準備一個作業流。一個作業流中包含一個或多個作業。作業是使用者在完成該任務時要求電腦所要完成的工作的集合。JES(JOB ENTERSUBSYSTEM)是在OS/390裏管理作業的子系統。JES能夠從各種途徑接受作業,並根據作業的語句和特點向作業系統申請資源完成作業的處理,最後處理作業的輸出。JES主要是JES2和JES3,JES2是常用的系統,他是OS/390中不可缺少的子系統,JES2處理主要主要分為如下幾個步驟:⑴接收作業⑵處理作業⑶ 申請資源

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