کامپیوتر Mainframe (مین فریم) چیست؟ آشنایی کامل با Mainframe

کامپیوتر mainframe (مین‌فریم)، که با عنوان Big Iron نیز شناخته می‌شود، به سیستمی با ظرفیت و قدرت پردازشی بالا گفته می‌شود که برتری قابل توجهی نسبت به سرورها و کامپیوترهای شخصی دارد.

mainframe (مین‌فریم) عمدتاً در مؤسسات بزرگ، بانک‌ها، شرکت‌های بیمه، نهادهای دولتی و صنایع بزرگ برای پردازش تراکنش‌ها در مقیاس وسیع مورد استفاده قرار می‌گیرد. واژه "mainframe" به نوعی از قابلیت‌های فراهم‌شده در این سیستم‌ها اشاره دارد که برای مدیریت و اجرای وظایف پردازشی متعدد و مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سیر تکامل Mainframe (مین فریم)

تاریخچه کامپیوترهای mainframe (مین‌فریم) به اوایل دهه 1940 برمی‌گردد، زمانی که اولین ماشین‌های کامپیوتری برای اهداف علمی و نظامی توسعه می‌یافتند. شرکت های IBM، UNIVAC و DEC جزو پیشگامان این حوزه بودند.

نسل اول (دهه 1940-1950)

   - اولین mainframe (مین‌فریم) جهان، هاروارد مارک 1 نام داشت که وزن آن به چیزی حدود پنج تن می‌رسید و ابعاد آن تقریباً اندازه یک اتاق بود.

   - اولین مین‌فریم تجاری جهان UNIVAC 1 نام داشت بود که نتیجه انتخابات ریاست جمهوری آمریکا را در سال 1952 پیش‌بینی کرد.

   - IBM اولین سری مین‌فریم خود را با نام IBM 700/7000 معرفی کرد که در آن از لوله‌های خلاء و نوارهای مغناطیسی استفاده شده بود.

نسل دوم (دهه 1960-1970)

   - IBM با راه اندازی System/360، صنعت فناوری اطلاعات را متحول نمود.

   - مین‌فریم‌ها با استفاده از ترانزیستورها و مدارهای مجتمع به جای لوله های خلاء، قدرتمندتر و قابل اعتمادتر شدند.

   - برای اولین بار، از مین‌فریم‌ها برای پردازش داده‌ها و تراکنش‌ها در مقیاس وسیع، مانند سیستم تیکتینگ هواپیمایی، بانکداری و سامانه حقوق و دستمزد استفاده شد.

نسل سوم (دهه 1980-1990)

   - مین‌فریم‌ها وارد رقابت با رایانه‌های شخصی و مینی کامپیوترها شدند.

   - سازگاری مین‌فریم‌ها با فناوری‌ها و استانداردهای جدید، مانند رابط‌های گرافیکی، شبکه و معماری‌های کلاینت-سرور.

   - مین‌فریم‌ها در برخی از بخش‌ها، مانند امور مالی، سامانه‌های دولتی و مخابراتی که امنیت، قابلیت اطمینان و مقیاس‌پذیری در آن‌ها بسیار مهم بودند، همچنان بی‌رقیب باقی ماندند.

نسل چهارم (دهه 2000 تاکنون)

   - مین‌فریم‌ها با استفاده از ریزپردازنده‌ها، مجازی‌سازی، رایانش ابری و هوش مصنوعی به تکامل و نوآوری خود ادامه می‌دهند.

   - مین‌فریم‌ها به دلیل هزینه‌های عملیاتی و مصرف انرژی پایین، به عنوان راهکاری مقرون به‌صرفه‌ شناخته می‌شوند.

   - مین‌فریم‌های امروزی همچنان جایگاه خود را به خوبی حفظ کرده‌اند بطوریکه توانایی پردازش میلیاردها تراکنش را در روز دارا هستند و از برنامه‌های حیاتی بسیاری از سازمان‌ها پشتیبانی می‌کنند.

معرفی کامپیوتر Mainframe (مین فریم)

کامپیوترهای mainframe (مین‌فریم) به بزرگی ابرکامپیوترها نیستند اما قدرت پردازشی بیشتری نسبت به سایر کلاس‌های کامپیوترها مانند مینی کامپیوترها، سرورها، ورک استیشن‌ها (Workstation) و کامپیوتر‌های شخصی دارند.

مین‌فریم‌ها از ورودی‌ها و خروجی‌ها (I/O) زیادی برخوردار هستند چون معمولاً در محیط‌هایی پیاده‌سازی می‌شوند که نه تنها باید برای چالشی پیچیده به‌کار گرفته شوند، بلکه باید حجم عظیمی از تراکنش‌ها را بدون هیچگونه تاخیری پردازش کنند.

در حال حاضر، شرکت آی‌بی‌ام، به انگلیسی IBM، یکی از برترین تولید کنندگان این دستگاه‌ها در جهان محسوب می‌شود و به جرئت می‌توان گفت که بسیاری از بانک‌های مطرح جهان و بزرگترین خرده‌فروشی های دنیا از مین‌فریم‌های IBM استفاده می‌کنند. 

مین‌فریم‌ها از CPUهای به خصوصی نیز استفاده می‌کنند که بیشتر آن‌ها به اندازه کف دست هستند! علاوه بر آن، مین‌فریم‌ها از پردازنده‌های اضافی با نام SAP، مخفف System Assistance Processors، نیز استفاده می‌کنند که دیتا را با بالاترین سرعت ممکن جابه‌جا می‌کنند. در مین‌فریم‌های نسل جدید مانند IBM z13 می‌توان از بیش از 600 هسته پردازنده فقط برای I/O استفاده نمود. در نظر داشته باشید که این تعداد بدون در نظر گرفتن SAP ها است!

دلیل اینکه مین‌فریم‌های نسل جدید تا این حد از قدرت پردازشی بالا برخوردار هستند، افزایش قابلیت اطمینان به بالاترین حد ممکن می‌باشد. بسیاری از زیرسیستم‌های داخل مین‌فریم از قابلیت افزونگی نیز برخوردار می‌باشند به این معنی که قادر هستند در شرایطی که downtime حتی به میزان کم مورد قبول نیست (مانند سیستم تیکتینگ هواپیمایی، خرده فروشی‌ها و بانک‌ها) به راحتی پیاده‌سازی شوند و عملکرد بی‌نظیری از خود نشان دهند. 

یکی از سیستم‌عامل‌ها معمول مین‌فریم ها IBM z/TPF نام دارد که به عنوان نرم افزار پردازش تراکنش‌ها برای شرکت‌های هواپیمایی طراحی و توسعه داده شده است.

این میزان افزونگی، ادمین سیستم را قادر می‌سازد بدون آنکه نگرانی از بابت downtime داشته باشد، تغییرات سخت‌افزاری را به راحتی و بدون مشکل انجام دهد. همین موضوع باعث می‌شود مین‌فریم‌ها قابلیت اجرا تعداد زیادی از سرورهای مجازی را داشته باشند؛ برای مثال IBM z13 قادر است از 8000 سرور مجازی پشتیبانی کند.

Mainframe چگونه کار می کند؟

بطور کلی، کامپیوترهای مین‌فریم IBM به‌طور منحصربه‌فردی مهندسی شده‌اند تا:

- قابلیت اجرای سیستم‌عامل‌های رایج مانند لینوکس، سیستم‌عامل‌های تخصصی مانند IBM z/OS و نرم‌افزارهایی که به میزان قابل توجهی منابع نیاز دارند، داشته باشند.

- امکان پشتیبانی از حجم عظیمی از تراکنش‌ها، پردازش داده‌ها و توان عملیاتی (I/O) برای ارتباط مستقیم با برنامه‌ها داشته باشند.

- قابلیت ارائه بالاترین سطوح امنیتی را داشته باشند. به عنوان مثال، جدیدترین مین‌فریم‌های سری IBM Z می‌توانند تا 1 تریلیون تراکنش امن را در روز اجرا نمایند و حریم خصوصی کاربران را براساس خط‌مشی، مدیریت کنند.

- انعطاف‌پذیری را از طریق چندین لایه افزونگی برای هر یک از اجزاء (منابع تغذیه، سیستم خنک‌کننده، باتری‌های پشتیبان،پردازشگرها، اجزای I/O و ماژول‌های رمزنگاری) ارائه دهند.

برترین برندهای Mainframe (مین فریم) کدامند؟

در زمینه mainframe (مین‌فریم)، تعداد محدودی برند برجسته و برتر وجود دارند که برای محیط‌های دیتاسنتر ایده‌آل هستند. در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم:

IBM: شرکت آی‌بی‌ام یکی از بزرگترین و قدیمی‌ترین تولیدکنندگان مین‌فریم‌ها محسوب می‌شود.

این شرکت تمامی مین‌فریم‌های z/Architecture خود را با نام IBM Z تولید می‌کند. در جولای 2017، با معرفی نسل جدیدی از محصولات، IBM z Systems به IBM Z تغییر نام پیدا کرد. از معروف‌ترین محصولات این سری می‌توان به IBM z16 و سایر نسل های پیشین آن مانند z15، z14 و z13 اشاره نمود.

Fujitsu: شرکت فوجیتسو نیز یکی از تولیدکنندگان برجسته مین‌فریم است که محصولاتی با عملکرد قوی و پایداری برای مشتریان خود ارائه می‌دهد.

یکی از محصولات پرطرفدار این برند، FUJITSU Server GS21 نام دارد که برای سیستم‌های زیرساختی سازمانی که نیازمند کارکرد 24x7 هستند، ساخته شده است. فوجیتسو در 50 سال گذشته به طور مداوم سرعت پردازش، عملکرد و استانداردهای پردازنده مرکزی مین‌فریم‌های خود را افزایش داده است تا نیازهای نوظهور را برآورده سازد.

Hitachi: هیتاچی نیز در زمینه طراحی و ساخت مین‌فریم‌ها فعالیت دارد و محصولات با کیفیت و متنوعی را در اختیار سازمان‌ها قرار می‌دهد.

سخن آخر

با توجه به مواردی که در این مقاله بررسی کردیم، به وضوح می‌توان فهمید که مین‌فریم‌ها به عنوان اساسی‌ترین عامل در پشتیبانی و اجرای عملکردهای حیاتی در سازمان‌ها و شرکت‌های بزرگ نقش اساسی دارند. از دسترسی به منابع محاسباتی قدرتمند گرفته تا اطمینان از پایداری و امنیت سرویس‌ها، مین‌فریم‌ها به عنوان نخستین انتخاب برای مواجهه با چالش‌های فناوری اطلاعات پیچیده و توسعه‌یافته امروزی در نظر گرفته می‌شوند.