Эвм это компьютер: Заблуждение о том, что ЭВМ и компьютер

Содержание

Что такое ЭВМ?

Компьютер (от английского computer — вычислитель) – это программируемое электронно-вычислительное устройство, предназначенное для хранения и передачи информации, а также обработки данных. То есть компьютер представляет собой комплекс программно-управляемых электронных устройств.

Термин «персональный компьютер» — синоним аббревиатуры «ЭВМ» (электронная вычислительная машина). Когда появились персональные компьютеры, термин ЭВМ вскоре вышел из употребления, будучи замененным термином «компьютер», «PC» или «ПК».

Компьютер может при помощи вычислений производить обработку информации по определенному алгоритму. Помимо этого, программное обеспечение позволяет компьютеру хранить, принимать и искать информацию, а также выводить ее на различные устройства ввода. Название компьютеров произошло от их основной функции – вычислений, но сегодня помимо вычислений компьютеры используют для обработки информации, а также для игр.

Схему компьютера предложил в1949 году математик Джон фон Нейман, и с тех пор принцип устройства почти не изменился.

По принципам фон Неймана компьютер должен состоять из следующих устройств:

арифметическо-логическое устройство, которое выполняет логические и арифметические операции;

запоминающее устройство для хранения данных;

устройство управления, организующее процесс выполнения программ;

устройства ввода-вывода информации.

Компьютерная память должна состоять из определенного числа пронумерованных ячеек, каждая из которых содержит инструкции программ или обрабатываемые данные. Ячейки доступны всем устройствам компьютера.

Большинство компьютеров проектируются по принципу открытой архитектуры:

описание конфигурации и принципа действия ПК, позволяющее собирать компьютер из отдельных деталей и узлов;

наличие в компьютере расширительных гнезд, в которые можно вставлять устройства, которые соответствуют заданному стандарту.

В большинстве сегодняшних компьютеров проблема в первую очередь описывается в понятном виде, предоставляя информацию в двоичном виде, а затем она обрабатывается при помощи логики и простой алгебры. Так как почти всю математику можно свести к выполнению булевых операций, то при помощи быстрого электронного компьютера можно решить большинство математических задач. Результат вычислений представляется пользователю устройствами ввода информации – принтерами, ламповыми индикаторами, мониторами, проекторами.

Однако было выяснено, что компьютерам не под силу решить любую математическую задачу. Английский математик Алан Тьюринг описал первые задачи, которые невозможно решить с помощью компьютера.

Применение компьютеров

Первые ЭВМ были созданы только для вычислений (что следует из названия), и первым высокоуровневым языком программирования стал Фортран, который был предназначен только для производства математических расчетов.

Затем компьютерам нашли еще одно применение – базы данных. В первую очередь в них нуждались банки и правительства. Для баз данных требовались более сложные компьютеры с развитыми системами хранения информации и ввода-вывода. Был разработан соответствующий этим требованиям язык Кобол. Через некоторое время появились системы управления базами данных (СУБД), у которых были собственные языки программирования.

Еще одно применение компьютеров — управление различными устройствами. Эта область развивалась постепенно, от узкоспециализированных устройств (зачастую аналоговых) до стандартных компьютерных систем, с помощью которых запускаются управляющие программы. Помимо этого, все больше современной техники включает в себя управляющий компьютер.

Сегодня развитие компьютера достигло такого уровня, что он является основным информационным инструментом как дома, так и в офисе. Таким образом, через компьютер осуществляется почти вся работа с информацией – от набора текстов до просмотра фильмов. Это также относится к хранению и пересылке информации.

Ученые используют современные суперкомпьютеры, чтобы смоделировать сложные биологические и физические процессы, такие как климатические изменения или ядерные реакции. Некоторые проекты осуществляются с использованием распределённых вычислений, при которых большое количество не очень мощных компьютеров одновременно решает разные части одной и той же задачи, тем самым формируя один мощный компьютер.

Самое сложное и пока еще не сильно развитое направление применения компьютеров — искусственный интеллект – использование компьютеров в решении задач, которые не имеют четкого относительно простого алгоритма. Примерами таких задач являются игры, экспертные системы, машинный перевод текста.

ЭВМ — это… Что такое ЭВМ?

в физике. Используется в следующих осн. направлениях: автоматизация эксперимента и управление процессами в реальном времени (см. Автоматизация эксперимента), численный анализ, аналитич. вычисления, компьютерный эксперимент, визуализация данных физического или компьютерного эксперимента (см. Графическое представление данных), локальные вычислит, сети.

Численный эксперимент физ. модели на ЭВМ обычно завершает её теоретич. исследование, доведённое до описывающего систему набора ур-ний или ф-л. Последние в большинстве случаев могут быть проанализированы лишь с помощью численного анализа, состоящего в решении этих ур-ний или расчёте ф-л с использованием соответствующих методов вычислит, математики [1, 2].

Аналитические вычисления. Наряду с огромными возможностями для численного анализа задач физики совр. компьютерные системы предоставляют физикам-теоретикам широкий спектр программных систем аналитич. вычислений (CAB), см. [3-6], позволяющих аналитически выполнять, такие операции, как дифференцирование, интегрирование, решение систем ур-ний, упрощение выражений (приведение подобных членов, подстановку вместо символа или выражения др. выражения и т. д.). В итоге результат вычисления представляет собой нек-рое аналитич. выражение, напр, ф-цию с явной зависимостью от её аргументов. CAB являются мощным (и практически единственным) инструментом решения задач, требующих непомерно больших затрат ручного труда при их аналитич. решении (напр., задача обращения матрицы достаточно высокого порядка, элементы к-рой являются символами или алгебраич.

выражениями), или задач, очень чувствительных к потере точности при их численном решении (напр., задача анализа устойчивости плазмы в установке типа токамак, сводящаяся к условию существования нуля нек-рой ф-ции в заданной области, положение к-рого очень чувствительно к потере точности при численных расчётах) [3, 6]. Разумеется, CAB могут решать только те задачи, для к-рых известен чёткий алгоритм построения решения.

Традиц. области приложения CAB в физике — небесная механика, общая теория относительности, квантовая теория поля, физика элементарных частиц, физика плазмы, гидродинамика, теория нелинейных дифференц. ур-ний и др. Один из наиб, ярких результатов — вычисление вклада трёхпстлевых диаграмм в аномальный магн. момент электрона, что позволило достичь согласия теории и эксперимента с точностью ~ 10^-12, см. [5].

Наиб, распространённая CAB — система REDUCE, созданная в кон. 1960-х — нач. 1970-х гг. под руководством Э. Хирна [7]. Первая версия системы разработана для мини-ЭВМ серии PDP-11 фирмы Digital Equipment Corporation (США). Впоследствии REDUCE стал доступен на всех осн. типах ЭВМ, включая персональные компьютеры и рабочие станции.

Принцип работы CAB REDUCE показан на рис. 1. Пользователь REDUCE пишет задания на специализир. языке высокого уровня описания аналитич. вычислений (язык REDUCE). Собственно CAB REDUCE написана на языке Лисп [4]. Пользователю, однако, знание Лиспа не требуется, поскольку выполнение программы на REDUCE состоит в преобразовании (трансляции) программы на язык Лисп, выполнении Лисп-программы компьютером и затем в обратном преобразовании результатов работы Лисп-программы на язык REDUCE. T. о., пользователь общается с CAB лишь на языке REDUCE. Часто выданные CAB REDUCE ф-лы необходимо использовать для численного счёта. Сама CAB REDUCE умеет производить выкладки с произвольной точностью, но очень медленно. Поэтому более эффектив ф-лы для счёта на языке Фортран. Для этого CAB REDUCE снабжена специальной опцией, формирующей выдачу результатов в форме программы на Фортране.

но использовать получаемые ф-лы для счёта на языке Фортран. Для этого CAB REDUCE снабжена специальной опцией, формирующей выдачу результатов в форме программы на Фортране.

CAB REDUCE состоит из ядра, встроенных пакетов на REDUCE, загружаемых в память при первом обращении к ним, и внеш. пакетов, загружаемых пользователем с помощью спец. команд. Существует большое число пакетов для применения в разл. областях физики и математики, к-рые можно получить по сети электронной почты [3].

Компьютерный эксперимент (КЭ) состоит в моделировании методами КЭ модели физ. системы с целью изучения её характеристик, выявления новых закономерностей. В отличие от численного анализа модели, когда её осн. исследование выполняется аналитически, в КЭ модель системы строится из первых принципов либо с использованием фундам. законов и небольшого числа параметров. Методы КЭ подразделяются на стохастические (см. Монте-Карло метод )и детерминистические (см. Молекулярной динамики метод)[2, 8, 9]. Прогресс в КЭ связан с прогрессом технологии и теории параллельных вычислений [10]. Базой для них являются совр. многопроцессорные вычислит, системы с параллельной обработкой данных (см. Микропроцессор, Процессор), производительность к-рых достигает 10⁹ плавающих операций в секунду; ведутся работы над проектом компьютера производительностью 10¹² плавающих операций в секунду [10].

Одно из осн. достоинств КЭ — устранение в нём ограничений на модели, присущих любому аналитическому или численному анализу. Благодаря возможности изучения сложных систем КЭ является своего рода «эталоном», с к-рым могут сравниваться разл. приближённые модели. С др. стороны, КЭ допускает также сравнение с реальным экспериментом и, следовательно, проверку корректности модели (рис. 2). Наконец, КЭ позволяет заполнить разрыв между теорией и реальным экспериментом. Нек-рые величины или зависимости невозможно или трудно измерить в реальном эксперименте, в КЭ же они могут быть легко вычислены.

Рис. 2. Связь между экспериментом, компьютерным экспериментом и разработкой теорий.

Вычислительные сети (BC) — коммуникац. системы, позволяющие сообщаться друг с другом однотипным или разнородным средствам вычислительной и микропроцессорной техники, включая разл. типы компьютеров, периферийное оборудование (терминалы, принтеры, графопостроители, устройства внеш. памяти и др.). BC классифицируются по параметру географич. площади (где размещается связанное в сеть оборудование) на глобальные и локальные BC [11 -13].

Глобальные BC охватывают города, области и регионы одной или неск. стран.

Локальные BC (ЛВС) объединяют разл. компьютеры и устройства в пределах одного учреждения, группы лабораторий или одной лаборатории. ЛВС наиб. широко используются в физике при построении систем автоматизации эксперимента и в системах распределённой обработки данных [14]. Последние позволяют, напр., осуществлять обработку и хранение больших массивов эксперим. информации отдельно от места её регистрации и предварит. обработки. Наиб. развитые системы такого типа созданы в центрах физики высоких энергий, космич. центрах и центрах по атомной энергии (CERN, NASA, MAGATE и др.).

Типичная ЛВС позволяет организовать передачу файлов данных от одного компьютера к другому, разделение таких ресурсов, как принтеры и память на магн. дисках, удалённый доступ к любому компьютеру сети, пересылку электронной почты (см. ниже), загрузку программного обеспечения по сети и др. Последняя возможность позволяет использовать в ЛВС компьютеры, не имеющие устройств внеш. памяти на магн. носителях.

ЛВС характеризуются архитектурой (топологией), физ. средой передачи информации, методами доступа и протоколами управления в сети.

Архитектура (топология) ЛВС определяет взаимное размещение устройств (т. н. узлов в терминах ЛВС), объединяемых ЛВС, и способ соединения между ними. Осн. архитектуры ЛВС — шинная, кольцевая и типа «звезда» (рис. 3). Принтеры, модемы и устройства внеш. памяти на магн. дисках подключаются к ЛВС при помощи спец. интерфейса — сетевого сервера, к-рый позволяет разделять подключаемый ресурс между узлами сети. Для увеличения длины среды передачи ЛВС, связи ЛВС одного типа и ЛВС разных типов применяются спец. устройства-соответственно повторители, мосты и шлюзы.

Физ. среда ЛВС — физ. носитель для передачи информации. Для реализации ЛВС используются витая пара, коаксиальный кабель, волоконно-оптич. кабель и эфир (радио-, ИК- и микроволновой диапазоны). Сравнит. характеристики физ. сред ЛВС приведены в табл.

Методы доступа в ЛВС — методы разделения общего ресурса физ. среды передачи между узлами ЛВС при приёме или передаче данных. Сложность проблемы разделения среды передачи заключается в том, что отд. узлы должны осуществлять передачу таким образом, чтобы не мешать друг другу. В противном случае будет происходить наложение сигналов и их взаимное искажение, т. е. возникнет конфликтная ситуация. Все методы доступа в ЛВС можно разделить на методы, применяемые при централизованном и децентрализованном управлении сетью. В первом случае конфликтные ситуации легко разрешаются центр. арбитром (напр., центр. процессором, обслуживающим шину данных компьютера). Методы доступа в сетях с децентрализованным управлением можно разделить на случайные, маркерные и интервальные.

Случайные методы доступа характеризуются тем, что узлы сети могут передавать данные в произвольные моменты времени, что приводит к возникновению конфликтов при одноврем. передаче данных двумя или неск. узлами. Искажённые данные при этом передаются заново. Для уменьшения вероятности конфликтов узел может проверить наличие передачи данных от др. узлов, прежде чем начать передавать свои данные («слушай, прежде чем говорить»).

В маркерных методах доступа право на передачу в сети переходит от одного узла к другому в определ. последовательности или по приоритетам с помощью спец. сообщений (маркеров).

Узел, получивший маркер, может передавать данные в течение определ. времени, после чего обязан передать маркер след. узлу.

Интервальные методы доступа позволяют разделить среду передачи данных между узлами ЛВС, предоставляя в простейшем случае каждому узлу фиксир. интервал времени для передачи данных.

Протоколы управления в ЛВС. Задача передачи информации от одного узла к другому осуществляется в ЛВС согласно протоколам передачи данных. Они включают в себя определения формата передаваемых данных, процедур передачи данных и управления каналом связи. Простейшими протоколами являются протоколы последовательного и параллельного обмена, реализуемые в соответствующих интерфейсах. Большинство протоколов управления ЛВС используют в настоящее время принципы, заложенные в высокоуровневом протоколе управления каналом передачи данных (HDLC — High-level Data Link Control) [11 ]. Данные, согласно этому протоколу, передаются блоками байт (кадрами), имеющими формат, показанный на рис. 4. Передаваемые данные размещаются в информац. поле кадра и сопровождаются рядом полей.

Рис. 4. Формат кадра протокола HDLC: BEG, END— поля заголовка и конца кадра; 1, 2-поля адреса получателя и отправителя; 3 — поле команды управления; 4-информационное поле данных; 5 — контрольное поле.

Для определения номера узла, к-рому адресована информация, в кадре указывается адрес получателя, а для контроля за отправителем — адрес отправителя. Протокол включает также набор команд управления каналом, таких, как «сброс канала», «передача данных» и др.

Одной из наиб, распространённых ЛВС является ЛВС Ethernet [1l -13], разработанная фирмой Xerox (США) в 1976 для связи персональных компьютеров. С 1980 эта ЛВС принята в качестве стандарта фирмами Digital Equipment Corporation, Intel, Xerox и др. ЛВС Ethernet имеет шинную архитектуру, физ. среда передачи — коаксиальный кабель, обеспечивающий скорость передачи данных 10 Мбит/с. Способ доступа к каналу — случайный с проверкой передачи и столкновений.

Электронная почта (ЭП; Electronic mail. E-mail) — система передачи письменной корреспонденции по локальным и глобальным BC, позволяет организовать оперативную связь между учёными, работающими в разл. геогра-фич. точках [15, 16]. Наряду с телефонной и факсимильной связью ЭП становится стандартным средством передачи информации. Доклады на MH. научные конференции, статьи в ряд ведущих научных журналов принимаются по ЭП.

Сеть ЭП работает след. образом. Конечный пользователь имеет компьютер (как правило, персональный), оснащённый модемом и спец. программой, позволяющей передавать сообщения на один из узловых компьютеров сети ЭП (расположенных по региональному признаку). Связь пользовательского компьютера с региональным узлом почты осуществляется по обычным телефонным линиям при помощи модема. Это ограничивает скорость передачи информации скоростью 1200 … 2400 бит/с (на большие расстояния, в условиях помех). Пользователь может в любое время связаться («позвонить») со своего компьютера с узловым компьютером, получить адресованные ему сообщения, хранящиеся на нём, и отправить свои.

Узловые, региональные компьютеры сети ЭП соединены, в свою очередь, либо выделенными (некоммутируемыми) телефонными линиями, либо к.-л. др. способом, обеспечивающим быструю передачу больших объёмов информации между узлами. В качестве узлов обычно используются мощные рабочие станции или мини-ЭВМ, работающие круглосуточно. По такому принципу организована, напр., одна из наиб. распространённых в России сетей ЭП сеть RELCOM [16]. В настоящее время существует множество сетей ЭП (Internet, Bitnet, EUnet и др.), фактически перекрывающих территорию всех развитых стран. Разл. сети ЭП связаны между собой через соответствующие шлюзы — компьютеры, являющиеся узлами одновременно в разных сетях ЭП.

ЭП во многом напоминает обычную: текст письма вводится с клавиатуры или из заранее приготовленного файла, снабжается сопроводительной информацией (адресами получателя и отправителя, датой отправления и др.) и отправляется адресату. Адрес в сети ЭП задаётся по-разному в разл. сетях. Напр., адрес «headdept. institute, msk. su» имеет типичную структуру адреса сети Internet (и RELCOM), в к-рой слева от знака указывается имя адресата (head), справа — его адрес в сети, состоящий из кода страны (su), кода города (msk), назв. ин-та (institute) и подразделения (dept). Коды всех стран, за исключением США, состоят из 2 букв (напр., su, ru — Россия, fr — Франция, it — Италия и т. д.). Адресаты, расположенные в США, имеют 3-буквенный код (edu — учебные заведения, com — коммерческие структуры, gov — правительственные организации, mil — военные организации и т. п.).

Сети ЭП предоставляют наряду с пересылкой электронных писем услуги по организации телеконференций и возможность использования публичных архивов файлов [16]. Кроме того, новейшие системы ЭП позволяют передавать т. н. мультимедиа-письма (multimedia mail), объединяющие текст, графику, речь (звук) и факсимильную информацию в одном сообщении.

Лит.:1)Федоренко P. П., Введение в вычислительную физику, M., 1994; 2) Гулд X., Тобочник Я., Компьютерное моделирование в физике, пер. с англ., ч. 1-2, M., 1990; 3) Константинов А. Б., ЭВМ в роли теоретика: символьные выкладки и принципы искусственного интеллекта в теоретической физике, в кн.: Эксперимент на дисплее. Первые шаги вычислительной физики, M., 1989; 4) Крюков А. П.. РодионовА. Я., Таранов А. Ю, Шаблыгин E. M., Программирование на языке R-Лисп, M., 1991;

5) Еднерал В. Ф., Крюков А. П., Родионов А. Я., Язык аналитических вычислений REDUCE, M., 1989; 6) Гердт В. П., Тарасов О. В., Ширков Д. В., Аналитические вычисления на ЭВМ в приложении к физике и математике, «УФН», 1980, т. 130, с. 113; 7) H ear h А. С., REDUCE User’s Manual, RAND Corp.. pub. CP78, 1987, rev. 7/87; 8) Компьютеры, модели, вычислительный эксперимент, М., 1988; 9) Хеерман Д. В., Методы компьютерного эксперимента

в теоретической физике, пер. с англ., M., 1990; 10) Physics Today (Special Issue on High-Performance Computing and Physics), 1993, March; 11) Мячев А. А., Степанов В. H., Щербо В. К., Интерфейсы систем обработки данных, M., 1989; 12) Г и К., Введение в локальные вычислительные сети, пер. с англ., M., 1986; 13) Бойченко E. В., Кальфа В., Овчинников В. В., Локальные вычислительные сети, M., 1985; 14) Задков В. H., Пономарев Ю. В., Компьютер в эксперименте. Архитектура и программные средства систем автоматизации, M., 1988; 15) Шварцман В. О., Электронная почта, M., 1986; 16) Антонова П., Сеть RELCOM и электронная почта, «Компьютер Пресс», 1991, т. 10, с. 69. В. H. Задков.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.
Главный редактор А. М. Прохоров.
1988.

ПЭВМ — это… Что такое ПЭВМ?

OLPC

Существует несколько конкурирующих между собой проектов компактных и очень дешевых в производстве персональных компьютеров, некоторые из которых предназначены для развивающихся стран: OLPC, VIA pc-1 Initiative, Intel Classmate PC, ASUS Eee PC и др. Однако, удешевление и миниатюризация достигнуты дорогой ценой: их вычислительная мощность несопоставима с мощностью полноценного ПК.

Технологии, уменьшающие габариты ПК:

Хакинтош

Хакинтош (англ. hackintosh, от слов хакер и макинтош) — это ПК, собранный любителем и поддерживающий работу с операционной системой Mac OS X, во взломанном для запуска на IBM PC-совместимом компьютере варианте называемой Intel и другие стандартные компоненты, возникает теоретическая возможность запускать её на любых ПК. В реальности поддерживается только узкий набор аппаратуры, который встречается в настоящих макинтошах, поэтому «хакинтош» должен состоять исключительно из таких деталей. Кроме того, коммерчески поставляемая система защищена от работы на чужой аппаратуре, так что в «хакинтоше» применяют старую служебную версию без этой защиты, либо взломанную более свежую версию. В зависимости от точности подбора аппаратуры, такой компьютер может работать как довольно устойчиво, так и неприемлемо. Например, типичная конфигурация мощного хакинтоша: материнская плата ASUS P5B, процессор Core 2 Duo 2,4 ГГц, память 2×1024 Мб, видеокарта GeForce 7900GS TOP 256 Мб, жёсткий диск 320 Гб оптический привод DVD-RW.

Встречаются устойчиво работающие конфигурации на базе процессоров AMD, но обычно на платформе AMD удаётся добиться устойчивой работы только версии Mac OS X 10.4.

Основная проблема «хакинтошей» — драйвера устройств — с недавних пор перестала быть проблемой в связи с тем, что собрать драйвер не сложно самому из дампов драйверов UNIX-подобных систем. В сети появилось множество «самодельных» вариантов драйверов для различного оборудования, официально не поддерживаемого Apple.

Сама компания Apple категорически против постройки и эксплуатации таких устройств и ей удалось с помощью предупреждений и угроз возбудить судебное преследование и закрыть несколько подобных сайтов. Запуск Mac OS X на компьютерах, выпущенных не фирмой Apple, противоречит условиям лицензии на операционную систему.

Несмотря на это, компания EFI (Extensible Firmware Interface) и предустановленой системой Mac OS X 10.5 (Leopard). Такие компьютеры не отличаются надёжностью и не могут сравниться по производительности с оригинальными Маками, но они интересны (в первую очередь, хакинтошерам) своим «железом» и ценой. Также компания заявила о подготовке к продажи аналога Xserve, что вызвало широкое обсуждение на новостных сайтах соответствующей тематики. Сама компания заявляет, что ничего незаконного в её действиях нет, и готова отстаивать свою точку зрения в суде. После начала реализации компьютеров с установленной Mac OS X, что противоречит лицензии Apple по использованию её системы, Apple подала иск в суд на Psystar, из-за которого Psystar должна остановить продажу компьютеров с нелегально установленной системой Mac OS X и отозвать реализованные компьютеры.

Также существует реализация EFI, называемая EFI-X. Это устройство, подключаемое в USB-порт на материнской плате, эмулирующее EFI и загрузчик

На самом деле, USB EFi-X dongle не превращает IBM PC-совместимый компьютер в Mac, а позволяет запустить и установить Mac OS X на него без вмешательства в код. Устройство подключается к расширенному 10-контактному USB-порту внутри компьютера.

Примечания

↑ ГОСТ 28043-89 Персональные электронные вычислительные машины. Интерфейс накопителей на жёстких несменных магнитных дисках с подвижными головками.
↑ Игорь Цуканов. HP подтвердила лидерство // Ведомости, № 8 (2030), 18 января 2008

См. также

Ссылки

Фотографии отечественных компьютеров

Литература

Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. — 17-е изд. — М.: «Вильямс», 2007. — 1504 с. — ISBN 0-7897-3404-4
Ковтанюк Юрий Славович. Библия пользователя ПК. — М.: «Диалектика», 2007. — 992 с. — ISBN 978-5-8459-1196-4

Базовый компьютер — Mainframe computer

Компьютеры, используемые в основном крупными организациями для критически важных бизнес-приложений

ЭВМ , неофициально называется мэйнфреймов или большая железа , это компьютер используется в основном крупными организациями для критически важных приложений, обработки больших объемов данных (таких , как переписи населения и промышленности и потребительской статистики , планирования ресурсов предприятия и крупномасштабной обработки транзакций ). Мэйнфрейм больше и обладает большей вычислительной мощностью, чем компьютеры некоторых других классов, такие как миникомпьютеры , серверы , рабочие станции и персональные компьютеры. . Большинство крупномасштабных архитектур компьютерных систем были созданы в 1960-х годах, но они продолжают развиваться. Мэйнфреймы часто используются в качестве серверов.

Термин « мэйнфрейм» происходит от большого корпуса, называемого основным корпусом , в котором размещается центральный процессор и основная память ранних компьютеров. Позже термин мэйнфрейм использовался для различения коммерческих компьютеров высокого класса от менее мощных.

дизайн

Современный дизайн мэйнфреймов характеризуется меньшей скоростью вычислений и в большей степени:

Избыточное внутреннее проектирование, обеспечивающее высокую надежность и безопасность
Обширные средства ввода-вывода («I / O») с возможностью разгрузки на отдельные двигатели
Строгая обратная совместимость со старым ПО
Высокая степень использования оборудования и вычислений за счет виртуализации для поддержки высокой пропускной способности .
Горячая замена оборудования , например процессоров и памяти.

Их высокая стабильность и надежность позволяют этим машинам бесперебойно работать в течение очень длительных периодов времени, при этом среднее время наработки на отказ (MTBF) измеряется десятилетиями.

Мэйнфреймы имеют высокую доступность , что является одной из основных причин их долговечности, поскольку они обычно используются в приложениях, в которых простой может быть дорогостоящим или катастрофическим. Термин » надежность, доступность и удобство обслуживания» (RAS) является определяющей характеристикой мэйнфреймов. Для реализации этих функций требуется правильное планирование и реализация. Кроме того, мэйнфреймы более безопасны, чем другие типы компьютеров: база данных уязвимостей NIST , US-CERT , оценивает традиционные мэйнфреймы, такие как IBM Z (ранее называвшиеся z Systems, System z и zSeries), Unisys Dorado и Unisys Libra, как одни из самых безопасных. с уязвимостями в меньшем количестве однозначных цифр по сравнению с тысячами для Windows , UNIX и Linux . Обновление программного обеспечения обычно требует настройки операционной системы или ее частей и не нарушает работу только при использовании средств виртуализации , таких как IBM z / OS и Parallel Sysplex , или Unisys XPCL, которые поддерживают совместное использование рабочей нагрузки, чтобы одна система могла взять на себя приложение другой. пока он обновляется.

В конце 1950-х годов мэйнфреймы имели только элементарный интерактивный интерфейс (консоль) и использовали наборы перфокарт , бумажной ленты или магнитной ленты для передачи данных и программ. Они работали в пакетном режиме для поддержки таких функций вспомогательного офиса , как расчет заработной платы и выставление счетов клиентам, большинство из которых основывались на повторяющихся операциях сортировки и объединения на ленте с последующей построчной печатью на предварительно напечатанных непрерывных бланках . Когда были представлены интерактивные пользовательские терминалы, они использовались почти исключительно для приложений (например, для бронирования авиабилетов ), а не для разработки программ. Пишущие машинки и телетайпы были обычными пультами управления для системных операторов в начале 1970-х годов, хотя в конечном итоге их вытеснили устройства с клавиатурой / дисплеем .

К началу 1970-х годов многие мэйнфреймы приобрели интерактивные пользовательские терминалы, работающие как компьютеры с разделением времени , одновременно поддерживая сотни пользователей и выполняя пакетную обработку. Пользователи получали доступ через терминалы с клавиатурой / пишущей машинкой и специализированные ЭЛТ- дисплеи с текстовыми терминалами со встроенной клавиатурой или, позднее, с персональных компьютеров, оснащенных программным обеспечением эмуляции терминала . К 1980-м годам многие мэйнфреймы поддерживали терминалы с графическим дисплеем и эмуляцию терминала, но не графические пользовательские интерфейсы. Эта форма вычислений для конечных пользователей устарела в 1990-х годах из-за появления персональных компьютеров, снабженных графическим интерфейсом пользователя . После 2000 года современные мэйнфреймы частично или полностью отказались от классического терминального доступа к терминалам с « зеленым экраном » и цветным дисплеем для конечных пользователей в пользу пользовательских интерфейсов в веб-стиле.

Требования к инфраструктуре резко сократились в середине 1990-х годов, когда мэйнфреймы CMOS заменили старую биполярную технологию. IBM заявила, что ее новые мэйнфреймы снизили затраты на электроэнергию центра обработки данных на питание и охлаждение, а также уменьшили требования к физическому пространству по сравнению с фермами серверов .

Характеристики

Современные мэйнфреймы могут одновременно запускать несколько разных экземпляров операционных систем. Этот метод виртуальных машин позволяет приложениям работать так, как если бы они находились на физически разных компьютерах. В этой роли один мэйнфрейм может заменить высокофункциональные аппаратные службы, доступные для обычных серверов . В то время как мэйнфреймы первыми использовали эту возможность, виртуализация теперь доступна в большинстве семейств компьютерных систем, хотя и не всегда в той же степени или уровне сложности.

Мэйнфреймы могут добавлять емкость системы или оперативно заменять ее, не нарушая работу системы, со специфичностью и детализацией до уровня сложности, который обычно недоступен для большинства серверных решений. Современные мэйнфреймы, в особенности серверы IBM zSeries , System z9 и System z10 , предлагают два уровня виртуализации : логические разделы ( LPAR , через средство PR / SM ) и виртуальные машины (через операционную систему z / VM ). Многие заказчики мэйнфреймов используют две машины: одну в своем основном центре обработки данных и одну в своем резервном центре обработки данных — полностью активную, частично активную или находящуюся в резерве — на случай катастрофы, затрагивающей первое здание. Тестирование, разработка, обучение и производственная рабочая нагрузка для приложений и баз данных может выполняться на одной машине, за исключением чрезвычайно больших требований, когда емкость одной машины может быть ограничена. Такая установка с двумя мэйнфреймами может поддерживать непрерывное бизнес-обслуживание, избегая как плановых, так и внеплановых отключений. На практике многие клиенты используют несколько мэйнфреймов, связанных либо с помощью Parallel Sysplex и совместно используемого DASD (в случае IBM), либо с совместно используемым, географически распределенным хранилищем, предоставляемым EMC или Hitachi.

Мэйнфреймы предназначены для обработки очень больших объемов ввода и вывода (ввода-вывода) и делают упор на вычисление пропускной способности. С конца 1950-х годов конструкции мэйнфреймов включали вспомогательное оборудование (называемое каналами или периферийными процессорами ), которое управляет устройствами ввода-вывода, оставляя ЦП свободным для работы только с высокоскоростной памятью. В магазинах мэйнфреймов часто приходится иметь дело с массивными базами данных и файлами. Файлы записи размером от гигабайта до терабайта не являются чем-то необычным. По сравнению с обычным ПК, мэйнфреймы обычно имеют в сотни или тысячи раз больше хранилищ данных в сети и могут получить к ним доступ достаточно быстро. Другие семейства серверов также разгружают обработку ввода-вывода и делают упор на вычисление пропускной способности.

Рентабельность инвестиций (ROI) мэйнфреймов , как и любой другой вычислительной платформы, зависит от ее способности масштабироваться, поддерживать смешанные рабочие нагрузки, сокращать затраты на рабочую силу, обеспечивать бесперебойное обслуживание критически важных бизнес-приложений и некоторых других факторов стоимости с поправкой на риски.

Мэйнфреймы также обладают характеристиками целостности выполнения для отказоустойчивых вычислений. Например, серверы z900, z990, System z9 и System z10 эффективно выполняют ориентированные на результат инструкции дважды, сравнивают результаты, разрешают любые различия (посредством повторных попыток выполнения инструкций и изоляции сбоев), затем переключают рабочие нагрузки «в процессе» на работающие процессоры, включая запасные части без какого-либо влияния на операционные системы, приложения или пользователей. Эта функция аппаратного уровня, также присутствующая в системах HP NonStop , известна как пошаговая блокировка, поскольку оба процессора выполняют свои «шаги» (т. Е. Инструкции) вместе. Не всем приложениям абсолютно необходима гарантированная целостность, которую обеспечивают эти системы, но многим требуется, например, обработка финансовых транзакций.

Текущий рынок

IBM с z Systems продолжает оставаться крупным производителем на рынке мэйнфреймов. В 2000 году Hitachi совместно с IBM разработала zSeries z900, чтобы разделить расходы, а последние модели Hitachi AP10000 производятся IBM. Unisys производит мэйнфреймы ClearPath Libra на основе более ранних продуктов Burroughs MCP и мэйнфреймы ClearPath Dorado на основе продуктовой линейки Sperry Univac OS 1100 . Hewlett-Packard продает свои уникальные системы NonStop , которые она приобрела вместе с Tandem Computers и которые некоторые аналитики классифицируют как мэйнфреймы. Groupe Bull «s ГСНК , Stratus OpenVOS , Fujitsu (ранее Siemens) BS2000 , и Fujitsu- ICL VME мэйнфреймы по — прежнему доступны в Европе, и Fujitsu (ранее Amdahl) GS21 мэйнфреймы глобально. NEC с ACOS и Hitachi с AP10000-VOS3 по-прежнему ведут бизнес по производству мэйнфреймов на японском рынке.

Объем инвестиций поставщиков в разработку мэйнфреймов зависит от доли рынка. Fujitsu и Hitachi продолжают использовать собственные процессоры, совместимые с S / 390, а также другие процессоры (включая POWER и Xeon) для систем более низкого уровня. Bull использует смесь процессоров Itanium и Xeon . NEC использует процессоры Xeon для своей линейки младших ACOS-2, но разрабатывает специальный процессор NOAH-6 для своей линейки high-end ACOS-4. IBM также разрабатывает собственные процессоры, такие как zEC12 . Unisys производит мэйнфреймы, совместимые с кодом, от ноутбуков до мэйнфреймов размером со шкаф, в которых используются процессоры собственного производства, а также процессоры Xeon . Более того, существует рынок программных приложений для управления производительностью мэйнфреймов. Помимо IBM, к числу значительных игроков на этом рынке относятся BMC , Compuware и CA Technologies .

История

IBM 704 мэйнфреймы (1964)

Несколько производителей и их преемники производили мэйнфреймы с конца 1950-х до начала 21-го века, с постепенным сокращением количества и постепенным переходом к моделированию на чипах Intel, а не на собственном оборудовании. Группа производителей из США была сначала известна как « IBM и семь гномов »: обычно это Burroughs , UNIVAC , NCR , Control Data , Honeywell , General Electric и RCA , хотя некоторые списки менялись. Позже, с уходом General Electric и RCA, она стала называться IBM и BUNCH . Доминирование IBM стало результатом их серии 700/7000, а затем и разработки мэйнфреймов серии 360 . Последняя архитектура продолжала развиваться в их текущие мэйнфреймы zSeries, которые, наряду с мэйнфреймами на базе MCP Burroughs и Sperry (теперь Unisys ) и OS1100 , являются одними из немногих сохранившихся архитектур мэйнфреймов, которые могут проследить свои корни до этого раннего периода. В то время как IBM zSeries все еще может выполнять 24-битный код System / 360, 64-битные серверы zSeries и System z9 CMOS физически не имеют ничего общего со старыми системами. Известными производителями за пределами США были Siemens и Telefunken в Германии , ICL в Великобритании , Olivetti в Италии и Fujitsu , Hitachi , Oki и NEC в Японии . В Советском Союзе и Варшавский договор страна производится близкие копиями мэйнфреймов IBM во время холодной войны ; БЭСМ серия и Strela примеры в самостоятельно разработанном советском компьютере.

Снижение спроса и жесткая конкуренция вызвали потрясение на рынке в начале 1970-х годов: RCA продала UNIVAC, а GE продала свой бизнес компании Honeywell; между 1986 и 1990 годами Honeywell была куплена Bull ; UNIVAC стал подразделением компании Sperry , которая позже объединилась с Burroughs и в 1986 году образовала Unisys Corporation.

В 1984 году предполагаемый объем продаж настольных компьютеров (11,6 миллиарда долларов) впервые превысил мэйнфреймы (11,4 миллиарда долларов). IBM получила большую часть доходов от мэйнфреймов. В течение 1980-х годов системы на базе миникомпьютеров стали более сложными и смогли вытеснить нижнюю часть мэйнфреймов. Типичным примером этих компьютеров, иногда называемых ведомственными компьютерами , является DEC VAX .

В 1991 году корпорация AT&T ненадолго владела NCR. В тот же период компании обнаружили, что серверы, основанные на конструкции микрокомпьютеров, могут быть развернуты за небольшую часть цены приобретения и предлагают местным пользователям гораздо больший контроль над своими собственными системами с учетом политик и практик ИТ того времени. Терминалы, используемые для взаимодействия с системами мэйнфреймов, постепенно заменялись персональными компьютерами . Следовательно, спрос резко упал, и установка новых мэйнфреймов была ограничена в основном финансовыми службами и правительством. В начале 1990-х годов отраслевые аналитики пришли к общему мнению, что рынок мэйнфреймов вымирает, поскольку платформы мэйнфреймов все чаще заменяются сетями для персональных компьютеров. InfoWorld «S Стюарт Олсоп позорно предсказал , что последний мэйнфрейм будет отключен от сети в 1996 году; в 1993 году он процитировал Шерил Каррид, аналитика компьютерной индустрии, которая сказала, что последний мэйнфрейм «перестанет работать 31 декабря 1999 года», имея в виду ожидаемую проблему 2000 года (Y2K).

Эта тенденция начала меняться в конце 1990-х годов, когда корпорации нашли новые применения для своих существующих мэйнфреймов и когда стоимость сетей передачи данных резко упала в большинстве частей мира, что стимулировало тенденции к более централизованным вычислениям. Рост электронного бизнеса также резко увеличил количество внутренних транзакций, обрабатываемых программным обеспечением мэйнфреймов, а также размер и пропускную способность баз данных. Пакетная обработка, такая как выставление счетов, стала еще более важной (и более крупной) с ростом электронного бизнеса, а мэйнфреймы особенно хорошо подходят для крупномасштабных пакетных вычислений. Еще одним фактором, увеличивающим использование мэйнфреймов в настоящее время, является разработка операционной системы Linux , которая появилась на мэйнфреймах IBM в 1999 году и обычно работает с оценками или до c. 8000 виртуальных машин на одном мэйнфрейме. Linux позволяет пользователям использовать программное обеспечение с открытым исходным кодом в сочетании с оборудованием RAS для мэйнфреймов . Быстрое расширение и развитие на развивающихся рынках , особенно в Китайской Народной Республике , также стимулирует крупные инвестиции в мэйнфреймы для решения исключительно сложных вычислительных проблем, например, предоставление унифицированных баз данных для обработки транзакций в очень большом объеме для 1 миллиарда потребителей в различных отраслях (банковское дело, страхование, кредитная отчетность, государственные услуги и т. д.). В конце 2000 года IBM представила 64-битную z / Architecture , приобрела множество компаний-разработчиков программного обеспечения, таких как Cognos, и представила эти программные продукты для мэйнфреймов. Ежеквартальные и годовые отчеты IBM в 2000-х годах обычно сообщали об увеличении доходов от мэйнфреймов и увеличении поставок мощностей. Однако бизнес IBM по производству мэйнфреймов не был застрахован от недавнего общего спада на рынке серверного оборудования или от эффектов цикла моделирования. Например, в 4 квартале 2009 года выручка IBM от аппаратного обеспечения System z снизилась на 27% по сравнению с прошлым годом. Но поставки MIPS (миллионов инструкций в секунду) увеличивались на 4% в год за последние два года. Олсопа сфотографировали в 2000 году, символически поедая собственные слова («смерть мэйнфрейма»).

В 2012 году НАСА отключило свой последний мэйнфрейм, IBM System z9. Однако преемник IBM z9, z10 , привел к тому, что репортер New York Times за четыре года до этого заявил, что «технология мэйнфреймов — оборудование, программное обеспечение и услуги — остается крупным и прибыльным бизнесом для IBM, а мэйнфреймы по-прежнему являются вспомогательным офисом. двигатели, стоящие за мировыми финансовыми рынками и большей частью мировой торговли «. По состоянию на 2010 год, хотя мэйнфреймы составляли менее 3% доходов IBM, они «продолжают [d] играть огромную роль в результатах Big Blue».

В 2015 году IBM выпустила IBM z13 , в июне 2017 года — IBM z14, а в сентябре 2019 года IBM выпустила последнюю версию продукта — IBM z15 .

Отличия от суперкомпьютеров

Суперкомпьютер представляет собой компьютер на переднем крае возможностей обработки данных, по отношению к скорости вычислений. Суперкомпьютеры используются для решения научных и инженерных задач ( высокопроизводительные вычисления ), которые обрабатывают числа и данные, в то время как мэйнфреймы сосредоточены на обработке транзакций. Отличия заключаются в следующем:

Мэйнфреймы созданы для обеспечения надежности обработки транзакций (измеряется TPC- метриками; не используются и не полезны для большинства суперкомпьютерных приложений), как это обычно понимается в деловом мире: коммерческий обмен товарами, услугами или деньгами. Типичная транзакция, как определено Советом по эффективности обработки транзакций , обновляет систему базы данных для управления запасами (товары), бронирования авиабилетов (услуги) или банковского дела (деньги) путем добавления записи. Транзакция может относиться к набору операций, включая чтение / запись на диск, вызовы операционной системы или некоторую форму передачи данных от одной подсистемы к другой, которая не измеряется скоростью обработки ЦП . Обработка транзакций не является исключительной для мэйнфреймов, но также используется микропроцессорными серверами и онлайн-сетями.
Производительность суперкомпьютера измеряется в операциях с плавающей запятой в секунду ( FLOPS ) или пройденных фронтах в секунду или TEPS, метриках, которые не очень значимы для приложений мэйнфреймов, в то время как мэйнфреймы иногда измеряются в миллионах инструкций в секунду ( MIPS ), хотя определение зависит от измеренного набора инструкций. Примеры целочисленных операций, измеряемых с помощью MIPS, включают сложение чисел, проверку значений или перемещение данных в памяти (при перемещении информации в хранилище и из хранилища так называемый ввод-вывод наиболее полезен для мэйнфреймов; а в памяти помогает только косвенно). Операции с плавающей запятой в основном представляют собой сложение, вычитание и умножение ( двоичных чисел с плавающей запятой в суперкомпьютерах; измеряется с помощью FLOPS) с достаточной точностью для моделирования непрерывных явлений, таких как прогноз погоды и ядерное моделирование (только недавно стандартизированные десятичные числа с плавающей запятой , не используются в суперкомпьютеры подходят для денежных значений, например, для приложений мэйнфреймов). С точки зрения вычислительной скорости суперкомпьютеры более мощные.

Мэйнфреймы и суперкомпьютеры не всегда можно четко различить; Вплоть до начала 1990-х годов многие суперкомпьютеры были основаны на архитектуре мэйнфреймов с расширениями суперкомпьютеров. Примером такой системы является HITAC S-3800 , который имел набор команд, совместимый с мэйнфреймами IBM System / 370 , и мог запускать операционную систему Hitachi VOS3 ( ответвление IBM MVS ). Таким образом, S-3800 можно рассматривать как одновременно и суперкомпьютер, и как IBM-совместимый мэйнфрейм.

В 2007 году объединение различных технологий и архитектур для суперкомпьютеров и мэйнфреймов привело к так называемому игровому фрейму .