In informatica il mainframe computer"Mainframe computer" è un prestito dell'inglese. (ellissi usata comunemente: mainframe), o sistema centrale, è un tipo di computer caratterizzato da prestazioni di elaborazione dati di alto livello e di tipo centralizzato, opposto dunque a quello di un sistema distribuito come un Computer cluster. Tipicamente sono presenti in grandi sistemi informatici come i CED o organizzazioni (pubbliche e private) dove sono richiesti elevati livelli di multiutenza, enormi volumi di dati e grandi prestazioni elaborative, uniti ad alta affidabilità.
Storia
Molti produttori fabbricarono i computer mainframe a partire dalla fine degli anni cinquanta fino agli anni settanta. A quell'epoca erano conosciuti come "IBM e i sette nani", dove questi ultimi si riferivano a Burroughs, Control Data, General Electric, Honeywell, NCR, RCA, e UNIVAC. Il dominio di IBM crebbe dalla serie 700/7000 e successivamente lo sviluppo della serie in architettura S/360. Quest'ultima architettura ha continuato ad evolversi negli attuali mainframe IBM Z che, assieme con gli allora mainframe Burroughs e ora i mainframe Unisys basati su MCP, sono tra le poche architetture mainframe che ancora esistono. Detto ciò, sebbene essi possano ancora fare girare il codice IBM System/360 a 24 bit, i server CMOS a 64-bit IBM Z hanno quasi niente fisicamente in comune con i vecchi sistemi. Il gruppo dei più grandi degli ultimi concorrenti dell'IBM era anche spesso soprannominato Il BUNCH dalle loro iniziali (Burroughs, UNIVAC, NCR, CDC, Honeywell). Produttori di rilievo al di fuori degli Stati Uniti furono Siemens e Telefunken in Germania, International Computers Limited (ICL) nel Regno Unito, e Fujitsu, Hitachi, e NEC in Giappone. L'Unione Sovietica e i paesi del Patto di Varsavia fabbricarono copie simili ai mainframe IBM durante la guerra fredda.
La domanda in contrazione e la dura competizione causò una scossa nel mercato nei primi anni ottanta: RCA vendette a UNIVAC; anche GE uscì; Honeywell fu comprata da Bull; UNIVAC divenne una divisione di Sperry Corporation che successivamente si fuse con Burroughs per formare la Unisys Corporation nel 1986. Nel 1991, AT&T per un breve periodo possedette NCR. Durante lo stesso periodo, le aziende trovarono che i server basati su progettazione microcomputerizzata potevano essere impiegati a una frazione del prezzo di acquisizione dei mainframe e offrire agli utenti locali un maggior controllo sui loro sistemi date le politiche e le pratiche IT a quel tempo. I terminali usati per interagire con i sistemi mainframe furono gradualmente rimpiazzati dai personal computer. Conseguentemente, la domanda crollò e le nuove installazione di mainframe furono limitate soprattutto alle macchine per servizi finanziari e governativi. Nei primi anni 1990, c'era un consenso tra gli analisti di industria che quello del mainframe era un mercato morente in quanto le piattaforme mainframe furono incrementalmente rimpiazzate da reti di personal computer.
Quella tendenza iniziò ad invertirsi alla fine degli anni novanta poiché le aziende trovarono nuovi usi per i loro mainframe esistenti. Anche la crescita dell'e-business aumentò fortemente il numero di transazione di back-end processate dal software mainframe e il throughput dei database. Un altro fattore del crescente uso del mainframe è lo sviluppo del sistema operativo Linux, che può essere eseguito su molti sistemi mainframe, tipicamente in macchine virtuali. Linux consente agli utenti di avvantaggiarsi del software open source combinato con la RAS dell'hardware mainframe. La rapida espansione e lo sviluppo dei mercati emergenti, in particolare la Cina, sta spingendo maggiori investimenti sui mainframe per risolvere problemi computazionali estremamente difficili, per esempio fornire database unificati e in grado di processare un alto volume di transazioni per un miliardo di consumatori in vari settori d'industria (bancario, assicurativo, governativo ecc.).
Sebbene, orientativamente, dagli anni 2010 in poi, l'utilizzo del mainframe è in diminuzione rispetto ai sistemi basati su Microsoft e Linux (specie per l'implementazione in nuove organizzazioni del sistema informatico da zero), in certi settori la sua presenza permane su posizioni dominanti, a cominciare dal bancario/finanziario.
Descrizione
Il termine risale ai primi anni dell'informatica; esso si riferiva, infatti, al grande assemblato che conteneva il processore centrale e il complesso dei dispositivi di ingresso/uscita. Nel seguito il termine fu usato per distinguere gli elaboratori di alta fascia da quelli meno potenti che erano spesso contenuti in involucri più piccoli. Oggigiorno il termine mainframe si riferisce principalmente ai sistemi IBM Z, i discendenti in linea diretta del System/360, sebbene sia adoperato anche per i discendenti in linea diretta dei mainframe Burroughs Large Systems e della serie UNIVAC 1100/2200.
I moderni mainframe si distinguono dagli altri computer non tanto per la velocità di esecuzione di un singolo processo (dipendente principalmente dalla frequenza del clock interno del processore), ma piuttosto per le loro caratteristiche di disegno interno, che punta sull'alta affidabilità, sicurezza, il bilanciamento delle prestazioni e per la compatibilità binaria dei programmi applicativi scritti anche tanti anni fa garantita con le nuove macchine, caratteristica che garantisce nel tempo la protezione degli investimenti applicativi dei clienti. Questi elaboratori sono in grado di funzionare per anni senza interruzione e sono progettati in modo da consentire molte attività di riparazione e manutenzione senza richiedere il fermo della produzione. I mainframe sono apprezzati anche per l'alta disponibilità che offrono, una delle ragioni principali della loro longevità e dell'utilizzo per applicazioni dove un'interruzione del servizio sarebbe molto costosa o catastrofica. L'acronimo RAS, Reliability, Availability and Serviceability (Affidabilità, Disponibilità e facilità di Manutenzione) definisce le caratteristiche peculiari di disponibilità dei mainframe.
Storicamente i mainframe erano famosi per via della loro dimensione e per i requisiti ambientali (condizionamento e alimentazione elettrica). Quei requisiti non furono più necessari a partire da metà degli anni 1990, con la progettazione dei mainframe basata su tecnologia CMOS che rimpiazzava la vecchia tecnologia bipolare. I più grandi mainframe moderni hanno dimensioni relativamente contenute e sono caratterizzati da consumi energetici ridotti se confrontati con rack di server di altre tecnologie che occupano la stessa superficie.
Caratteristiche
I mainframe hanno, tipicamente, la capacità di eseguire od "ospitare" sistemi operativi diversi, utilizzando la tecnica della virtualizzazione. Un singolo mainframe può rimpiazzare dozzine o centinaia di server fisici più piccoli, riducendo così i costi di gestione e amministrazione e fornendo nel contempo al sistema livelli maggiori di scalabilità e affidabilità, difficilmente ottenibili con server distribuiti. I mainframe moderni, ed in particolare i server IBM Z, offrono più livelli di virtualizzazione: virtualizzazione a livello hardware (partizionamento logico con LPAR, mediante il componente PR/SM), virtualizzazione a livello software (mediante il sistema operativo z/VM). Sebbene non abbia livelli di efficienza offerti nel mainframe, il partizionamento logico si può trovare ora anche in molti server Unix di fascia alta; molti produttori promuovono le tecnologie di virtualizzazione, in qualche maniera cercando di fare propri i capisaldi di progettazione del mainframe.
Anche i sistemi operativi utilizzati nei mainframe offrono alta affidabilità e gestione efficiente del carico di lavoro. Utilizzando il sistema operativo z/OS, ad esempio, è possibile gestire in maniera efficiente e con garanzie di protezione e isolamento carichi di lavoro diversi utilizzando sofisticate tecnologie di Workload Management. Inoltre, i mainframe possono incrementare la propria capacità elaborativa in maniera dinamica e granulare.
Essi hanno anche caratteristiche uniche di esecuzione priva di errori. I server Z eseguono ogni istruzione due volte, comparano i risultati e in caso di discordanza determinano la presenza di un malfunzionamento. Questo porta a ripetere l'istruzione in modo automatico, oppure ad attivare unità elaborative di riserva qualora necessario. Questa caratteristica, che si trova anche nei sistemi HP NonStop, è nota come lock-stepping, poiché entrambi i processori fanno i loro passi (ovvero le istruzioni) insieme.
Prestazioni
Al contrario delle architetture standard, che utilizzano i FLOPS (operazioni floating point al secondo) come metrica per le prestazioni, la potenza elaborativa dei mainframe è storicamente misurata in MIPS (milioni di istruzioni per secondo). Oggigiorno l'unità, nonostante le origini del nome, non è più legata strettamente al numero di istruzioni eseguite dalla CPU, ma è un'unità di misura relativa della potenza elaborativa delle macchine, ottenuta a seguito di benchmark con carichi di lavoro predeterminati in un ambiente non limitato da vincoli infrastrutturali. Il più piccolo mainframe System z9 IBM, annunciato nel 2005, aveva la potenza di 26 MIPS e il più grande 17.801 MIPS. Il suo fratello più moderno, l'IBM z17 annunciato nel 2025, offre 296 MIPS nella versione più piccola e 248.344 MIPS nella versione più grande.
Tra gli addetti del settore, si sa da tanto tempo che la misura dei MIPS, intesa semplicemente come il numero di istruzioni al secondo in milioni, è misura fuorviante nel dimensionamento delle macchine e spesso scherzosamente definita come Meaningless Indicator of Processor Speed o Meaningless Information on Performance for Salespeople. Le complesse architetture CPU dei moderni mainframe hanno ridotto la rilevanza dei valori in MIPS come numero effettivo di istruzioni eseguite al secondo. Allo stesso modo, i moderni design di sistema con prestazioni bilanciate si focalizzano sia sulla potenza della CPU sia sulla capacità di I/O, e le capacità di virtualizzazione rendono le misure comparative anche più difficili. L'IBM pubblica da molti anni un insieme di rapporti di prestazioni chiamato LSPR (Large System Performance Reference) che tengono in conto diversi tipi di carichi di lavoro e costituiscono una misura più rappresentativa delle prestazioni di un sistema. Questi dati non sono disponibili per sistemi di altra architettura.
Un termine di paragone attuale per la misurazione delle prestazioni di supercomputer ma anche mainframe sono i FLOPS (floating point operation per second), un indicatore del numero di operazioni in virgola mobile che una CPU riesce a calcolare in un secondo. La potenza di un mainframe dovrebbe essere misurata, al fine di garantire rappresentatività e affidabilità della misura stessa, ricorrendo non a benchmark fatti in casa, ma a benchmark condivisi, prodotti da organismi indipendenti di livello internazionale, come ad esempio il TPC (Transaction Performance Council) e la SPEC (Standard Performance Evaluation Corporation). Il TPC pubblica ad esempio i risultati del benchmark TPC-C, finalizzato alla misura delle capacità di un sistema elaborativo di eseguire un elevato numero di transazioni nell'unità di tempo, benchmark che consente di apprezzare significative caratteristiche tecniche ed economiche di un sistema elaborativo (ad es. i rapporti Watts/KtpmC e Price/tpmC). Tuttavia non risultano pubblicati i risultati sui mainframe di benchmark prodotti da organismi indipendenti.
Mainframe e supercomputer
La distinzione tra supercomputer e mainframe non è semplicissima, tuttavia i supercomputer generalmente si focalizzano su problemi che sono limitati dalla velocità di calcolo, mentre i mainframe si focalizzano su problemi che sono limitati dall'input/output e l'affidabilità.
Differenze e somiglianze includono: