2. Универсальные эвм [mainframe]:
Очень большая группа ЭВМ, предназначенная для удовлетворения требованиям широкого круга потребителей при решении задач арифметической и логической обработки данных. Применяются как в деловой, так и в научной сферах. Универсальные ЭВМ делятся на несколько подклассов по производительности - старшие модели приближаются по производительности к супер-ЭВМ, а младшие - к мини-ЭВМ.
L A N
W A N
G L O B A L
деловые
научные
ПК
Серверы, Рабочие
станции
Супер-ЭВМ
Универсальные
ЭВМ:
старшие
средние
младшие
Персональные ЭВМ
сети:
Рис. 8.2. Классы
ЭВМ.
На 60-ый год объем продаж универсальных ЭВМ был одинаковым (на 371 млн. долларов). В 1964 году фирмой IBM была создана система S/360.
В 80-х годах наметился кризис развития универсальных ЭВМ: если в 1977 г. доля продаж среди машин различных классов составляла : 63% - универсальные ЭВМ, 30%-мини-ЭВМ, 0.15% - супер-ЭВМ, то в 1980 г. – мини-ЭВМ - 68%, супер-ЭВМ - 2%, mainframe - 30%.
Причины кризиса:
Достижения в области микроэлектроники, схемотехники, которые привели к качественному скачку параметров.
Микропроцессоров совершенствование ОС, создание “дружественных” интерфейсов пользователей.
прогресс в области локальных сетей и средств распределенной обработки данных (системы на UNIX и сетевые ОС).
С этого момента универсальные ЭВМ потеряли монополию на мультипроцессорную и многопользовательскую обработку данных. Развитие КМОП-технологии определило появление вычислительных средств параллельной обработки данных. Развитие RISC-процессоров обусловило резкое развитие рабочих станций и параллельных серверов. По отношению к универсальным ЭВМ сформировалась некая оппозиция в виде т.н. “открытых систем”.
В итоге основная парадигма, связанная с универсальными ЭВМ – централизованная обработка данных – сменилась парадигмой распределенного вычисления в сетях. Кульминация противостояния –1991/93 гг. 1994г. – наметился рост продажи универсальных ЭВМ.
Начиная с 90-х годов, универсальные ЭВМ вновь заявили о себе в полный голос. Это было связано с тем, что фирма IBM предложила новый принцип построения универсальных ЭВМ. Основное отличие данного подхода от предыдущего состояло в том, что был реализован переход от замкнутой идеологии к идеологии открытых систем (ESA архитектуры). В эту концепцию для универсальных ЭВМ было предложено ряд функций, которые дали возможность машинам данного класса играть роль интеграторов неоднородной вычислительной среды. Главенствовавшая на то время парадигма требовала для реализации соответствующих технологий реализовывать спрос пользователей на все более мощный сервер. Таким образом, универсальная ЭВМ исполняла роль сервера, а остальные ЭВМ являлись клиентами этой сети.
Средство систем интеграции, представляемое архитектурой ESA, позволяли решать задачи контроля над системами для решения задач научного характера, и тем самым исключить захват этой ниши использованием универсальных ЭВМ.
На основании рисунка 8.2 видим, что в основании вычислительных средств расположены мини- и микро-ЭВМ, которые образуют такую многослойную систему из персональных ЭВМ, рабочих станций и серверов. Основная область применения таких вычислительных средств – бизнес приложения, не требующие высокой скорости обработки транзакций.
Вершиной пирамиды являются супер-ЭВМ, производительность которых более 300 триллионов операций в секунду.
Промежуточное положение занимают универсальные ЭВМ, а младшие модели закрывают «верхушку» микрокомпьютерных систем.
Старшие модели многопроцессорных универсальных ЭВМ с векторной обработкой соревнуются с супер-ЭВМ в решении задач научного характера. Поэтому универсальные ЭВМ явились лучшим вариантом по использованию их в качестве интеграторов неоднородной вычислительной среды. Чтобы реализовать эти притязания был предложен ряд функций:
ES/9000
ВМ1
ВМ2
ВМn
Виртуальные машины
Рис. 8.3. Архитектура ЭВМ ES/9000
Средство поддержки многопроцессорной обработки (PRSM).
Представим универсальную ЭВМ ES/9000. Благодаря соответствующему средству, универсальную ЭВМ можно представить в виде множества виртуальных вычислительных систем.
Средство создания системных комплексов (технология Sysplex). Основные атрибуты таких системных комплексов:
Средство коммуникации (XSF), которое обеспечивает обмен данными между ЭВМ посредством адаптеров «канал-канал».
Sysplex timer – единый системный таймер многомашинного системного комплекса.
Эти средства позволяют объединить в единую систему около 32-х ЭВМ. Фирма IBM предложила так называемое семейство Parallel Sysplex, расширеное за счет параллельных серверов. Эти параллельные универсальные ЭВМ позволяли эффективно обслуживать запросы пользователя, обращенные к ресурсам системного комплекса.
Средство поддержки разветвленной высокопроизводительной системы ввода-вывода. Была предложена самостоятельная такая система с динамическим изменением конфигурации и волоконно-оптическими системами связи ESCOA. Это параллельные каналы, использующие волоконно-оптические каналы, позволяющие передавать информацию на расстоянии 110 км. При этом накопители могут быть удалены из центрального процессора на расстояние 9 км.
Организация большой подсистемы памяти. Это иерархическая организация памяти, объединяющая оперативную память (объемом 256 Мб), расширенную память большого объема и дисковую память (объемом 16 Тб виртуальной памяти).
Наличие средств векторной обработки для моделей повышенной производительности.
Требования и возможности по защите данных от несанкционированного доступа, возможность быстрого восстановления работоспособности вычислительной системы.
Все эти новые средства реализованы в универсальных ЭВМ ES/9000, которые начали выпускать в начале 90-х годов. Эти машины включают в себя офисные машины, машины среднего уровня и мощные ЭВМ. Они рассчитаны на работу под управлением четырех базовых операционных систем: MVS, VM, VSE, AIX. MVS – это мульти-виртуальная система, наиболее полно реализующая достоинства архитектуры ESA 390. Отличительной особенностью является специализированная поддержка архитектуры «клиент-сервер», возможность формирования UNIX среды, поддержкой стандартов POSIX.
VM – система виртуальных машин.
VSE – расширенная виртуальная система.
AIX – интерактивный администратор операционной UNIX системы.
Архитектура универсальных ЭВМ.
Архитектура центрального процессора.
Параллельная обработка в микропроцессорах последнего поколения использует такие средства:
конвейерная суперскалярная арифметика;
средства предсказания перехода;
асинхронный запуск команд.
Все эти технические новшества были реализованы в универсальных ЭВМ еще 30 лет назад. Универсальные ЭВМ содержат в центральном процессоре средства векторной обработки, что позволяет им успешно в ряде задач конкурировать с супер-ЭВМ. Поэтому архитектура центрального процессора не устарела.
Система памяти.
Внешне, в организации памяти микро-, мини- и универсальных ЭВМ много общего – это иерархическая организация памяти, разделение буферной памяти верхнего уровня на кэш-команды и кэш-память, большая глубина физического адреса (32 разряда), организация виртуальной памяти.
Однако в микро-ЭВМ используются такие шины, как PCI, EISA, VESA, которые порождают проблему моделирования. В универсальных ЭВМ используют более эффективный способ доступа к памяти. Реализован способ многопортового доступа, при котором специально расслоенная организация оперативной памяти позволяет обслуживать параллельно несколько запросов.
Подсистема ввода-вывода.
Была предложена следующая концепция системы ввода-вывода: канал-подканал-адаптер интерфейса. Это решение оказалось очень удачным способом адаптироваться к новым требованиям работы в сетях. Введение средств ESCOM позволило динамически реконфигурировать систему ввода-вывода, что обеспечило максимальную загрузку канала, и почти исключило возможные потери связи с абонентом.
Мультипроцессирование.
Выводы по разделу Универсальные ЭВМ :
Архитектуру универсальных ЭВМ отличает консерватизм. В них используют только устоявшиеся методы построения вычислительных систем.
Наиболее важные с точки зрения пользователя характеристики ЭВМ:
Надежность (готовность системы и способность восстановления после сбоя)
Запоминающие устройства (объем, эффективность доступа)
Техническая поддержка
Операционная система (простота использования, графические интерфейсы)
Функциональность
Возможность осуществления защиты информации
Возможность управления комплексными приложениями
Пропускная способность (подсистемы ввода/вывода)
Стоимость
Производительность