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Una computadora mainframe , informalmente llamada mainframe o big iron , [1] es una computadora utilizada principalmente por grandes organizaciones para aplicaciones críticas como procesamiento masivo de datos para tareas como censos , estadísticas de industria y consumidores , planificación de recursos empresariales y transacciones a gran escala. Procesando . Una computadora central es grande pero no tan grande 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 deriva del gabinete grande, llamado mainframe , [2] que albergaba la unidad central de procesamiento y la memoria principal de las primeras computadoras. [3] [4] Posteriormente, el término mainframe se utilizó para distinguir las computadoras comerciales de alta gama de las máquinas menos potentes. [5]
El diseño moderno de mainframe se caracteriza menos por la velocidad computacional bruta y más por:
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 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 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 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 , clasifica los mainframes tradicionales como IBM Z (anteriormente llamado z Systems, System z y zSeries), [ vago ] Unisys Dorado y Unisys Libra. como uno de los más seguros, con vulnerabilidades de un solo dígito, 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 instalaciones de virtualización como IBM z/OS y Parallel Sysplex , o Unisys XPCL, que admiten el uso compartido de cargas de trabajo para que un sistema pueda asumir el control. la aplicación de otra persona mientras se actualiza.
A finales de la década de 1950, los mainframes sólo tenían una interfaz interactiva rudimentaria (la consola) y utilizaban 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 al cliente, la mayoría de las cuales se basaban en operaciones repetidas de clasificación y fusión en cinta seguidas de impresión de líneas en material de oficina continuo preimpreso . Cuando se introdujeron los terminales de usuario interactivos, se utilizaron casi exclusivamente para aplicaciones (por ejemplo, reservas de líneas aéreas ) más que para el desarrollo de programas. Sin embargo, en 1961, el primer [7] sistema académico de tiempo compartido de propósito general que apoyaba el desarrollo de software, [8] CTSS , fue lanzado en el MIT en un IBM 709 , más tarde 7090 y 7094. [9] Los dispositivos de máquina de escribir y teletipo eran controles comunes. consolas para operadores de sistemas hasta principios de la década de 1970, aunque finalmente fueron reemplazadas por dispositivos de teclado / visualización .
A principios de la década de 1970, muchos mainframes adquirieron terminales de usuario interactivos [NB 1] que funcionaban como computadoras de tiempo compartido y admitían cientos de usuarios simultáneamente junto con el procesamiento por lotes. Los usuarios obtuvieron acceso a través de terminales de teclado/máquina de escribir y, posteriormente, pantallas CRT de terminales de texto en modo de caracteres [NB 2] con teclados integrales, o finalmente desde computadoras personales equipadas con software de emulación de terminal . En la década de 1980, muchas computadoras centrales admitían terminales de visualización gráfica de uso general y emulación de terminal, pero no interfaces gráficas de usuario. Esta forma de informática para el usuario final quedó obsoleta en la década de 1990 debido a la llegada de las computadoras personales provistas de GUI . Después del año 2000, los mainframes modernos eliminaron parcial o totalmente el acceso clásico a terminales de pantalla verde y de pantalla en color para los usuarios finales en favor de interfaces de usuario de estilo Web. [ cita necesaria ]
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 . [10]
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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 computadoras físicamente distintas. En esta función, una única computadora central 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. [11]
Los mainframes pueden agregar o intercambiar capacidad del sistema en caliente sin interrumpir el funcionamiento del sistema, con especificidad y granularidad a un nivel de sofisticación que generalmente no está disponible con la mayoría de las soluciones de servidor. [ cita necesaria ] Los mainframes modernos, en particular los servidores IBM Z , ofrecen dos niveles de virtualización : particiones lógicas ( LPAR , a través de la instalación 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 (completamente activa, parcialmente activa o en espera) en caso de que ocurra 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 en el caso de demandas extremadamente grandes en las que la capacidad de una máquina puede ser limitante. Una instalación de dos mainframes de este tipo puede respaldar un servicio empresarial continuo, evitando interrupciones tanto planificadas como no planificadas. En la práctica, muchos clientes utilizan múltiples mainframes vinculados mediante Parallel Sysplex y DASD compartido (en el caso de IBM), [ cita necesaria ] o con almacenamiento compartido y geográficamente disperso proporcionado por EMC o Hitachi.
Los mainframes están diseñados para manejar volúmenes muy altos de entrada y salida (E/S) y enfatizar el rendimiento informático. Desde finales de la década de 1950, los diseños de mainframe [NB 3] han incluido hardware subsidiario [NB 4] (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 lidiar con bases de datos y archivos masivos. Los archivos de registros de tamaño de gigabytes a terabytes no son inusuales. [12] En comparación con una PC típica, las mainframes comúnmente tienen entre cientos y miles de veces más almacenamiento de datos en línea, [13] y pueden acceder a ellos razonablemente rápido. Otras familias de servidores también descargan el procesamiento de E/S y enfatizan el rendimiento informático.
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 laborales, 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 computación tolerante a fallas . Por ejemplo, los servidores z900, z990, System z9 y System z10 ejecutan eficazmente instrucciones orientadas a resultados dos veces, comparan resultados, arbitran entre cualquier diferencia (mediante reintentos de instrucciones y aislamiento de fallas) y luego transfieren cargas de trabajo "en vuelo" a procesadores en funcionamiento, incluidos repuestos, 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 bloqueo por pasos, porque ambos procesadores realizan sus "pasos" (es decir, instrucciones) juntos. No todas las aplicaciones necesitan absolutamente la integridad garantizada que brindan estos sistemas, pero muchas sí, como el procesamiento de transacciones financieras. [ cita necesaria ]
IBM , con la serie IBM Z , sigue siendo un fabricante importante en el mercado de mainframes. En 2000, Hitachi codesarrolló 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 de Burroughs MCP y mainframes ClearPath Dorado basados en las líneas de productos Sperry Univac OS 1100 . Hewlett Packard Enterprise 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 [14] todavía mantienen negocios de mainframe en el mercado japonés.
El monto de la inversión de los proveedores en el desarrollo de mainframe varía según la participación 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 Telum . Unisys produce sistemas mainframe compatibles con código que van desde computadoras portátiles hasta mainframes del tamaño de un gabinete que utilizan CPU locales y procesadores Xeon . Además, existe un mercado de aplicaciones de software para gestionar el rendimiento de las implementaciones de mainframe. Además de IBM, entre los competidores importantes del mercado se incluyen BMC , [15] Precisely , [16] Compuware , [17] [18] y CA Technologies . [19] A partir de la década de 2010, la computación en la nube es ahora una alternativa menos costosa y más escalable.
Varios fabricantes y sus sucesores produjeron computadoras centrales desde la década de 1950 hasta principios del siglo XXI, con números cada vez menores y una transición gradual a la simulación en chips Intel en lugar de hardware propietario. El grupo de fabricantes estadounidenses fue conocido inicialmente como " IBM y los siete enanitos ": [20] : p.83 generalmente Burroughs , UNIVAC , NCR , Control Data , Honeywell , General Electric y RCA , aunque algunas listas variaban. Posteriormente, con la salida de General Electric y RCA, pasó a denominarse IBM and the 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 hasta convertirse en sus mainframes zSeries actuales que, junto con los entonces mainframes basados en MCP de Burroughs y Sperry (ahora Unisys ) y OS1100 , se encuentran entre las pocas arquitecturas de mainframe que aún existen y que pueden rastrear sus raíces en este período inicial. Si bien zSeries de IBM aún puede ejecutar código System/360 de 24 bits, los servidores IBM Z CMOS de 64 bits no tienen nada físicamente en común con los sistemas más antiguos. Los fabricantes notables fuera de 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 parecidas de los mainframes de IBM durante la Guerra Fría ; [ cita necesaria ] la serie BESM y Strela son ejemplos de computadoras soviéticas diseñadas de forma independiente. Elwro en Polonia era otro fabricante del Bloque del Este, que producía las unidades centrales ODRA , R-32 y R-34.
La reducción de la demanda y la dura competencia iniciaron una reestructuración en el mercado a principios de la década de 1970: RCA 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 luego 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 computadoras centrales (11.400 millones de dólares). IBM recibió la gran mayoría de los ingresos de mainframe. [21] 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 , se caracterizaron 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 quedaron restringidas principalmente a los servicios financieros y al gobierno. A principios de la década de 1990, había 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 la última computadora central se desconectaría en 1996; en 1993, citó a Cheryl Currid, una analista de la industria informática, que dijo que la última computadora central "dejará de funcionar el 31 de diciembre de 1999", [22] en referencia al problema previsto del año 2000 (Y2K).
Esa tendencia comenzó a cambiar a finales de los años 1990 cuando las corporaciones encontraron nuevos usos para sus mainframes existentes y cuando el precio de las redes de datos colapsó en la mayor parte del mundo, alentando 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 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 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. Linux permite a los usuarios aprovechar el software de código abierto combinado con el hardware de mainframe RAS . La rápida expansión y desarrollo de los mercados emergentes , particularmente la República Popular China , también está estimulando importantes inversiones en mainframes para resolver problemas informáticos excepcionalmente difíciles, por ejemplo, proporcionando bases de datos unificadas de procesamiento de transacciones en línea de un volumen extremadamente alto para mil millones de consumidores en múltiples industrias (banca, seguros, informes crediticios, servicios gubernamentales, etc.) A finales de 2000, IBM introdujo z/Architecture de 64 bits , adquirió numerosas empresas 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 aumentos en los ingresos de mainframe y en los envíos de capacidad. Sin embargo, el negocio de hardware de mainframe de IBM no ha sido inmune a la reciente desaceleración general en el mercado de hardware de servidores o a 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 de MIPS (millones de instrucciones por segundo) aumentaron un 4% anual durante los últimos dos años. [23] Alsop se hizo fotografiar en 2000, comiéndose simbólicamente sus propias palabras ("muerte al mainframe"). [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 periodista 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 el motores administrativos 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, "continúa desempeñando un papel enorme 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 presenta, entre otras cosas, una "acelerador de IA integrado en chip" y el nuevo microprocesador Telum . [32]
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, [33] mientras que las computadoras centrales se centran en el procesamiento de transacciones. Las diferencias son:
No siempre es posible distinguir claramente entre mainframes y supercomputadoras; 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 en cuanto a conjunto de instrucciones con los mainframes IBM System/370 y podía ejecutar el sistema operativo Hitachi VOS3 (una bifurcación de IBM MVS ). [39] Por lo tanto, el S-3800 puede considerarse simultáneamente un superordenador y también un mainframe compatible con IBM.
En 2007, [40] una fusión de diferentes tecnologías y arquitecturas para supercomputadoras y mainframes dio lugar al llamado gameframe .
Gran parte del desarrollo inicial en el campo del tiempo compartido tuvo lugar en los campus universitarios.
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Ejemplos notables son el CTSS (Compatible Time-Sharing System) del MIT, que fue el primer sistema de tiempo compartido de propósito general...
Entre octubre de 2001 y septiembre de 2005, la capacidad de almacenamiento en disco de la computadora central del IRS aumentó de 79 terabytes a 168,5 terabytes.
Medios relacionados con computadoras mainframe en Wikimedia Commons