مین فریم ها

مین فریم ها

جالب است بدانید IBMAP-101 که یک کامپیوتر طراحی شده برای کاربردهای هوانوردی (AVIONIC) به شمار می آید ، نه تنها در هواپیماهایی مانند F-15 , B52 ، بلکه در فضاپیمای شاتل نیز مورد استفاده قرار گرفته است . این کامپیوتر در زمان طراحی خود یک پردازنده خط لوله ای با عملکرد بالا بود که از حافظه CORE استفاده می کرد . امروزه ، بسیاری از ریز پردازنده ها مشخصات بالاتری نسبت به AP-11  دارند . با این حال ، AP-11 همچنان به خدمت خود ( بخصوص در فضاپیمای شاتل ) ادامه خواهد داد ، زیرا هنوز کار می کند و برای شرایط پروازی مورد تأیید قرار گرفته است . از سوی دیگر ، یک گواهینامه جدید برای شرایط پروازی می تواند بیش از حد گران قیمت باشد .

AP-101 که محصول صدر نشین سری SYSTEM/4 PI به شمار می آید ، در معماری عمومی خود وجود اشتراک زیادی با مین فریم ها دارد . این کامپیوتر 16 رجیستر 32 بیتی دارد و از یک ریز برنامه برای تعریف یک مجموعه دستورالعمل ( متشکل از 154  دستور العمل ) استفاده می کند . یک فضا پیمای شاتل از پنج کامپیوتر AP-101 به عنوان کامپیوترهای همه منظوره (GPC) استفاده می کند . چهار عدد از این کامپیوترها به منظور تأمین افزونگی به طور هماهنگ کار می کنند ، در حالی که کامپیوتر پنجم یک سیستم پشتیبان است و نرم افزاری را که به طور مستقل نوشته شده اجرا می کند . نرم افزار مورد استفاده فضا پیمای شاتل با HAL/S نوشته شده که یک زبان سطح بالا با کاربرد خاص به شمار می آید . از سوی دیگر ، برنامه نویسی کامپیوترهای AP-101 مورد استفاده نیروی هوایی امریکا بیشتر با زبان JOVIAL انجام شده است .

پردازش در دنیای مین فریم ها مفهومی متمرکز دارد . در واقع ، ایده اصلی این صنعت استفاده از یک سیستم پردازنده پر قدرت برای انجام کارهای مختلفی است که توسط تعداد زیادی از کاربران درخواست می شوند . این مفهوم در طول تاریخ کامپیوتر مزایای فراوانی را به همراه داشت . اما با این مشکل اصلی نیز مواجه بوده که پیاده سازی یک سیستم مین فریم به یک سرمایه گذاری هنگفت و یک باره نیاز دارد و مقیاس پذیری آن نیز با نسبت های بزرگی انجام می شوند .

با پیشرفت های فناوریهای سخت افزاری و توسعه مفاهیم پردازش توزیع شده
، ساختارهای محاسباتی تازه ای تحت عنوان مرکز داده پا به عرصه پردازش های سطح بالا گذاشتند که با آغاز عصر جدیدی در صنعت IT همراه بودند . بر خلاف مین فریم ها ، پردازش در مراکز داده به صورت توزیع شده صورت می گیرد . مزیت اصلی این ساختار ، مقایس پذیری آسان و هزینه پایین تر آن برای پیاده سازی و ارتقا است .

در واقع مراکز داده با تکیه بر آخرین فناوری های شبکه سازی و همچنین مخصولات سطح بالای سخت افزاری کار می کنند . با این حال ، پلتفرم سخت افزاری مراکز داده عملاً شباهت بسیار زیادی با پلتفرم سخت افزاری کامپیوترهای شخصی دارد ، با این تفاوت که در این ساختار از محصولات سطح بالای تولید کنندگان عمده تجهیزات سخت افزاری استفاده می شود . به عبارت دیگر ، سرورهای یک مرکز داده می‌توانند از همان پردازنده زئونی استفاده کنند که در یک ایستگاه کاری به چشم می خورد . با این حال ، یک مرکز داده تعداد بسیار زیادی از سرورهای مبتنی بر چنین پردازنده هایی را به خدمت می گیرد تا قدرت پردازش توزیع شده خود را به سطح عیر قابل رقابتی برساند .

از سوی دیگر ، مراکز داده از سیستم عامل هایی استفاده می کنند که برای بسیاری از فعالان IT کاملاً آشنا هستند . سیستم عامل ویندوز سرور 2008 ، نسخه های سرور توزیع های لینوکس و محصولات شرکت هایی مانند CITRIX , VMWARE به عنوان پلتفرم نرم افزاری اصلی بسیاری از مراکز داده امروزی به شمار می آیند . همین ویژگی باعث می شود که مقیاس دهی ساختار IT یک سازمان تا سطح یک مرکز داده بسیار روان تر باشد . همان طور که قبلاً نیز اشاره کردیم ، مین فریم ها از سخت افزارها و اغلب سیستم عامل های اختصاصی استفاده می کنند که باعث می شود سازمان ها برای استفاده از آن ها به گروه هایی با تخصص های ویژه نیاز داشته باشند . همچنین همین اختصاصی بودن مولفه های اصلی باعث می شود که پشتیبانی و سوریس دهی مین فریم ها به یک موضوع حیاتی تبدیل شود .

آینده

همان طور که قبلاً نیز اشاره کردیم ، ناظران و تحلیل گران صنعتی بارها پیش بینی کردند ، مین فریم ها از صحنه فعالیت محو خواهند شد . با پذیرش گسترده مراکز داده در میان سازمان هایی که به قدرت پردازش بالایی برای انجام فرایندهای تجاری ، علمی و تحقیقاتی خود نیاز داشتند ، این چشم انداز بیش از پیش قوت گرفت . با این حال به نظر می رسد که این غول های قدرتمند همچنان جایگاه خود را حفظ کرده اند و حتی امروز نیز برای بعضی از کاربردها نسبت به مراکز داده ارجحیت دارند .

بد نیست بدانید شرکت آی بی ام به تازگی سریع ترین ریز پردازنده جهان را برای سیستم های مین فریم خود معرفی کرده است . در حالی که هر دو شرکت صدر نشین تولید ریز پردازنده ها در جهان یعنی اینتل و ABM با مشکل عبور از سد چهار گیگاهرتز مواجه هستند و مدت زیادی است که محصولات این دو شرکت با سرعت هایی تا سقف 5/3 گیگاهرتز کار می کنند ، آب بی ام به تازگی جزئیات بیشتری را درباره پردازنده جدید Z196 خود منتشر کرده است که با فرکانس 2/5 گیگاهرتز کار خواهد کرد . این پردازنده برای استفاده های عمومی در نظر گرفته نشده ، بلکه مین فریم های سری Z شرکت آی بی ام از آن استفاده خواهد کرد . پیش بینی می شود ، قیمت پردازنده Z196 به صدها هزار و به احتمال حتی بیش از یک میلیون دلار برسد .

پردازنده جدید آی بی ام در گروه تراشه ها ی CICS قرا می گیرد ، حاوی 4/1 میلیارد ترانزیستور است . 512 میلی متر مربع مساحت دارد و با استفاده از فناوری 45 PDSOI نانومتری تولید شده است . بنابراین ، همان طور که می بینید Z196 یک ریزپردازنده کاملاً مدرن و آینده نگرانه به شمار می آید .

با دمیده شدن این روح تازه در کالبد مین فریم ها ، بعید به نظر می رسد که در آینده شاهد خروج این سیستم ها از میدان رقابت باشیم . بدیهی است هنوز کاربردهایی وجود دارند که می توانند به بهترین شکل ممکن از قابلیت های مین فریم های مدرن بهره گیری کنند .

با این حال یک نکته همچنان به قوت خود باقی مانده است ، مین فریم ها سیستم های کاملاً اختصاصی هستند که برای عملکرد خود به یک گروه متخصص و با تجربه در حوزه های خاصل نیاز دارند .

از سوی دیگر ، همان طور که مشخصات Z196 آشکار است ، به نظر نمی رسد که خصوصیت سرسام آور بودن قیمت مین فریم ها در آینده نیز دچار تغییر شود . در عین حال افزایش گرایش به سمت سیستم عامل لینوکس در صنعت مین فریم باعث شده که سازمان ها و کشورهای بیشتری به سرمایه گذاری روی این سیستم ها برای انجام کارهای حیاتی و سنگین خود روی آورند . بنابراین به ظاهر دایناسورهای صنعت IT فعلاً خیال ندارند منقرض شوند .

مین فریم چیست ؟

فرهنگ لغات آی بی ام ، مین فریم را به عنوان یک کامپیوتر بزرگ تعریف می کند ، کامپیوتری که سایر کامپیوترها می توانند با آن ارتباط برقرار کرده و از تسهیلاتی که توسط آن فراهم می شود ، استفاده کنند . این عبارت به طور معمول تنها به سخت فزاری اشاره دارد که حافظه اصلی ، مدار پردازش و واحدهای جانبی را در بر می گیرد .

در گذشته مین فریم به صورت یک کامپیوتر غول آسا تعریف می شد که یک اتاق بزرگ را اشغال می کرد و به تعداد زیادی از کاربران سرویس می داد . در واقع ، این سیستم ها به راحتی می توانستند صد تا دویست متر مربع را اشغال کنند . با این حال ، امروزه مین فریم بیشتر به عنوان یک سبک خاص از عملیات ، برنامه ها و تسهیلات سیستم عامل تعریف می شود .

در یک زنجیره کلی که از میکرو کامپیوترهای بسیار ساده ای مانند ساعت های مچی تا ابر کامپیوترها را در بر می گیرد . مین فریم ها درست در مقام دوم ، یعنی بعد از ابر کامپیوترها قرار دارند . واقعیت این است که مین فریم ها در بعضی از حوزه ها نسبت به ابر کامپیوترها قدرتمند تر هستند . زیرا از اجرای برنامه های بیشتری به طور همزمان پشتیبانی می کنند . از سوی دیگر ، ابر کامپیوترها روی سرعت محاسبات تکیه دارند و بیشتر برای مسائل علمی و مهندسی مورد استفاده قرار می گیرند که با  اندازه حافظه و سرعت پردازش  محدود می شوند . با این حال ، مین فریم ها برای مسائلی مورد استفاده قرار می گیرند که با جابجایی داده ها در ابزارهای ورودی / خروجی ، اعتماد پذیری و اداره چندین تعامل به صورت همزمان محدود می شوند .

بر همین اساس ، عملکرد مین فریم ها بر حسب mips ( میلیون دستورالعمل بر ثانیه ) اندازه گیری می شود . با این فرض که دستورالعمل های معمول عملیات صحیح هستند . اما عملکرد ابر کامپیوترهای بر حسب flops ( عملیات ممیزی شناور در هرثانیه ) اندازه گیری می شود . تنظیم شمارش های موجودی انبار ، انطباق نام ها ، شاخص گذاری جدول های داده و تصمیم گیری های بله یا خیر عادی همگی مثال هایی از عملیات عدد صحیح ( integer) هستند . عملیات ممیزی شناور بیشتر شامل جمع ؛تفریق و ضرب با دقت کافی برای مدل سازی یک پدیده پیوسته مانند شرایط آب و هوایی هستند .

در زنجیره سیستم های کامپیوتری ، پس از مین فریم ها نوبت به مینی کامپیوترها می رسد . با این حال ، خط تمایز مشخصی برای جدا کردن این دو گروه از یکدیگر وجود ندارد و این که یک سیستم معین به کدام یک از آن ها تعلق پیدا می کند به طور کامل به دیدگاه تولید کننده درباره بازاریابی و عرضه محصولات آن ها بستگی دارد .

از نظر عملیاتی ، مین فریم ها به گونه ای ساخته شده اند که برای پردازش تراکنش ها به همان صورتی که به طور رایج در دنیای کسب و کار درک شده اند قابل اعتماد باشند ؛ تبادل تجاری کالاها ، سرویس ها یا پول ، یک معامله عادی ، شامل به روز رسانی یک سیستم بانک اطلاعاتی برای مواردی نظیر کنترل موجودی انبار ( کالاها ) ، روزرو بلیت خطوط هواپیمایی ( سرویس ها) یا بانکداری ( پول ) است . یک تراکنش می تواند شامل یک مجموعه از عملیات مانند نوشتن / خواندن دیسک ، فراخوانی های سیستم عامل یا بعضی فرم های انتقال داده از یک زیرسیستم به زیر سیستم دیگر باشد .

گام های نخست

شاید برای شما تعجب آور باشد که بدانید سیر تکامل مین فریم ها و مفاهیم زیرر بنایی آن ها از سال های بسیار دور  مدت ها پیش از تاسیس شرکت هایی مانند آی بی ام آغاز شده است . در ادامه نگاهی گذرا خواهیم داشت به تاریخچه این تکامل ، هر چند که به هیچ وجه نمی خواهیم عمق وقایع و رویدادها یا جزئیات فنی اتفاقاتی را که به آنها شاره می شود ، بیان کنیم .

سال 1642 میلادی ، بلیز پاسکال ماشینی را با چرخ دنده ها و محورهای متعدد ساخت که میتوانست حاصل جمع اعداد را محاسبه کند . این وسیله تحت عنوان ماشین پاسکال شناخته می شد و به احتمال نخستین ماشین حساب جهان بود . 180 سال بعد ، یعنی در سال 1822 چارلز بابیج کار روی یک ابزار مکانیکی را آغاز کرد که از توانایی بسیار بیشتری نسبت به ماشین پاسکال برخوردار بود . اما ماشین او به خاطر فقدان منابع کافی برای ساخت چنین ابزاری هرگز تکمیل نشد . او در سال 1833 کار روی ماشین حساب مکانیکی خود را متوقف و پروژه دیگری را آغاز کرد که توانایی محاسبه توابع شرطی و تحلیلی « بله / خیر » برخوردار بود . این نخستین گام مهم در مسیر تکامل کامپیوترها و به طور جزئی مین فریم ها به شمار می آید . در سال 1889 ، شرکت نینتند و توسط فوساجیرویاماوچی در کیوتوی ژاپن تاسیس شد . به عنوان اولین نشانه آشکار از عصر جدید محاسبات ، ژانویه 1943 با معرفی نخستین کامپیوتر الکتریکی همراه بود .

در سال 1910 میلادی ، سه شرکت بزرگ با یکدیگر ادغام شدند تا C-T-R ( سرنام Computing-Tabulating-Recording Company) را تشکیل دهند . در آن زمان شاید هعیچ کس پیش بینی نمی کرد که مجموعه جدید به جد بزرگ شرکتی تبدیل خواهد شد که نام آن برای همیشه در تاریخ صنعت IT باقی خواهد ماند . C-T-R سال ها به تلاش و گسترش خود ادامه داد و پس از پشت سر گذاشتن یک دوران تجاری موفق در چهاردهم فوریه سال 1924 به IBM (سرنام International Business Machines Corporation ) تبدیل شود .

هوارد ایکن و ای بی ام یک ماشین « الکترونیکی » کاملاً خودکار را توسعه داده بودند که طراحی 300 سال قبل بابیج را به یک مدل کاری تبدیل کرد . سال 1947 با دو رویداد مهم درتاریخ کامپیوترها همراه بود : ابتدا پرده برداری از ENIAC ( سرنام Electrical Numerical Integrator And Computer) در ماه فوریه که به عنوان نخستین کامپیوتر عملیاتی جهان در نظر گرفته می شود و سپس تولید نخستین ترانزیستور جهان در آزمایشگاههای Bell labs . این فهرست طولانی از « نخستین ها » در تاریخ صنعت کمپیوتر تا امروز ادامه داشته است .

در سال 1952 ، آی بی ام نخستین سیستم پردازش داده کاملاً الکترونیکی خود ، یعنی OIBM 701 را معرفی کرد . در طول چند سال بعد ، ماشین های سریع تر و جامع تری بر اساس لامپ خلاء توسعه یافتند . IBM 650 که 2000 واحد آن تولید شده ، در میان شناخته شده ترین مدل های این سیستم ها قرار  دارد . در واقع 650 مشهورترین کامپیتر دهه 1950 به شمار می آید .

در سال 1959 ، آی بی ام دو مدل از مهم ترین کامپیوترهای خود را معرفی کرد . این مدل ها شامل سیستم پردازش 1410 ( که به طور گسترده ای برای کاربردهای تجایر مورد استفاده قرار می گرفت ) و سیستم پردازش داده 1620 ( یک کامپیوتر مهندسی و علمی کوچک که برای کاربردای متنوعی مانند حروف چینی خوکار ، طراحی بزرگراه ها و ساخت پل مورد استفاده قرار می گرفت ) بودند .

در سال های ابتدایی دهه 1960 ، آی بی ام به گسترش خانواده مین فریم های خود ادامه داد . با این حال به منظور تامین یک سیستم قابل گسترش که بتواند به هر نیازی در حوزه پردازش داده ها پاسخ دهد . آی بی ام تصمیم گرفت طراحی  کل خط محصولات خود را مورد بازنگری قرار دهد . نتیجه این تصمیم ، نسل جدید system/360 بود که تکنیک های جدید الکترونیکی را با مفاهیم پیشرفته کامپیوتری ترکیب می کرد .

از این زمان به بعد فرمانروایی مین فریم ها ادامه پیدا کرد تا این که در سال 1991 استورات آلساپ نویسنده infoworld پیش بینی کرد که آخرین مین فریم تا سال 1996 بازنشسته خواهد شد . بااین حال ، آی بی ام در سال 2008 یک مین فریم جدید با نام z10 تولید کرد .

در طول زمان ، مفهوم مین فریم از یک ساختار سخت افزاری عظیم الجسه به ترکیبی از سیستم عامل ، سخت افزار و سرویس ها تبدیل شد که هر یک از مولفه های مذکور با گذشت سال ها دستخوش تحولات و پیشرفت های به دست آمده در حوزه فناوری شدذند .

مفاهیم سخت افزاری

معماری s/360 اولیه ، زیر بنای آشنایی با سخت افزار مین فریم را تشکیل می دهد ، زیرا مفاهیم و اصطلاحات طراحی اولیه آن هنوز در طراحی ها و توضیحات امروزی حوزه مین فریم ها مورد استفاده قرار می گیرند . این سیستم بیش از هر کامپیوتر دیگری اجزای پردازش الکترونیکی داده ها را ادعام کرده و یک قابلیت کلی سیستم را با قیمتی قابل قبول در اختیار کاربران قرار داد .

سیستم جدید به طور اخص به شرکت ها امکان می داد تا تمام کاربردهای پردازش داده خود را در یک سیستم مدیریت اطلاعاتی واحد تجمیع کنند . 19s/360 ترکیبی از ظرفیت حافظه و سرعت برای پردازنده های خود در بر می گرفت . بیش از چهل نوع تجهیزات جانبی نیز به این مجموعه اضافه می شدند .

قابلیت های ارتباطی توکار به این سیستم امکان می دادند تا صرف نظر از فاصله ، به مکان های دور دسترسی داشته باشند .

تا زمان پیدایش s/360 ذخیره سازی نامحدود بسیار پرهزینه و گران قیمت بود . استفاده از واحدهای هسته ای اضافه شده ای که حافظه بیشتری را تأمین می کردند . نمستلزم حجم بالایی از برنامه نویسی دوباره بود . با عرضه s/360 ظرفیت ذخیره سازی محدود دیگر به عنوان مانعی برای دستیابی به بالاترین سطح استفاده از یک کامپیوتر در نظرز گرفته نمی شد . پردازنده های این سیستم ، یک ظرفیت حافظه با گنجایش مرکزی حدود هشت هزار تا 524 هزار کارکتر را فراهم می کردند . بک انباره ذخیرزه سازی ارزان قیمت نیز با ظرفیت حداکثر هشت میلیون کارکتر بههمراه هر یک از پیکر بندی های بزرگ تر قابل دسترسی بود .

توانایی تقسیم بندی یک سیستم بزرگ به چند سیستم کوچک تر که LPAR یا پارتیشن های منطقی نامیده می شوند یک ضرورت کلیدی در تمام نصب های مین فریم ها به شمار می آید . انعطاف پذیری طراحی سخت افزاری به هر پردازنده ای امکان می دهد تا به وقف های هر کانال ، واحد کنترل و ابزار متصل به یک LPAR معین دسترسی داشته و آن را بپذیرد که در انعطاف پذیری ، اعتماد پذیری و عملکرد کل سیستم نقش مهمی دارد .

ویژگی منحصر به فرد مین فریم ها ، قابلیت دسترسی به تعداد زیادی از پردازندهها است که یم توانند برایانجام کار معینی پیکربندی و اختصاص داده شود . برخورداری از این قابلیت های پرازنده ، انعطاف پذیری بالایی را در انطباق با نیازهای مشتری فراهم می کرد که بعضی از آ« ها مبتنی بر ساختارهای هزینه ای برخی نرم افزارهای مین فریم بودند .

در واقع مهندسی داخلی مین فریم ها باعث می شد از اعتماد پذیری . اتمنیت بالایی برخوردار بوده و امکانات ورودی /خروجی گسترده ای را فراهم کنند . این ماشین ها اغلب ، سال ها بدذون هیچ وقفه ای به کار خود ادامه می دهند ، در حالی که تعمیرات و ارتقاهای سخت افزاری در طول عملکرد آن ها نجام می شود . به همین دلیل ، مین فریم ها به طور معمول در کاربردهایی مورد استفاده قرار می گیرند که در آن ها زمان وقفه یا Downtime می تواند فوق العاده پرهزینه یا حتی مصیبت بار باشد .

بازیگران  اصلی

شرکت آی بی اتم با در اختیار داشتن بیش از نود درصد سهم بازار مین فریم ها بر این صنعت تسلط دارد . در واقع نام مین فریم  برای افراد زیادی تداعی کننده نام آی بی ام است .

شرکت هایی که در فاصله سال های 1950 تا 1970 در زمینه تولید کامپیوتر های مین فریم فعالیت داشتند ، تحت عنوان آی بی ام و هفت کوتوله شناخته می شوند . این گروه شامل آی بی ام ، Burrough , Control Data , NCR , UNIVAC , General Electric , Honeywell  و RCA بود . مین فریم های Burrough که اکنون به Unisys MCP تبدیل شده ، از جمله معدود معاماری های مین فریمی هستند که هنوز به حیات خود ادامه داده اند . تولید کنندگان قابل ذکر مین فریم ها در خارج از ایالات متحده عبارت بودند از زیمنس و Telefunken در آلمان ، ICL در انگلستان ، Olivetti در ایتالیا و در نهایت فوجیستو ، هیتاچی ، Oki و NEC در ژاپن ، روسیه و کشورهای بلوک شرق نیز کپی های بسیار نزدیکی از مین فریم های آی بی ام در طول جنگ سرد تولید کردند .سری BESM و Strela مثال هایی از یک کامپیوتر روسی به طراحی مستقل به مشار می آیند .

پیدایش مراکز داده

اما اگر مین فریم ها تا این اندازه قدرتمند و قابل اعتماد هستند ، چرا با وجود چنین تاریخچه طولانی امروزه نمی توانیم آن ها را در همه جا ببینیم ؟ چرا این سیستم ها در حوزه تجاری به گسترشی مشابه کامپیوترهای شخصی در حوزه مصرف کنندگان عام نرسیددند . کلید اصلی این پرسش در سه عنصر هزینه ، مقیاس پذیری و ساختار پردازش نهفته است . همین عناصر باعث شدند ، صنعت IT به جای تمرکز روی مین فریم ها با سمت یک راه حل جایگزین تحت عنوان مراکز داده گرایش پیدا کند .