基本介紹
簡介,特徵,歷史,與超級計算機的區別,優勢,發展歷史,工作原理,架構,技術發展,組成部分,
簡介
特徵
現代大型計算機並非主要通過每秒運算次數MIPS來衡量性能，而是可靠性、安全性、向後兼容性和極其高效的I/O性能。主機通常強調大規模的數據輸入輸出，著重強調數據的吞吐量。
大型計算機可以同時運行多作業系統，因此不像是一台計算機而更像是多台虛擬機，因此一台主機可以替代多台普通的伺服器，是虛擬化的先驅。同時主機還擁有強大的容錯能力。
主機的投資回報率取決於處理數據的規模、減少人力開支、實現不間斷服務和其他成本的縮減。由於主機的平台與作業系統並不開放，因而很難被攻破，安全性極強。
大型機使用專用的作業系統和套用軟體，在主機上編程採用COBOL，同時採用的資料庫為IBM自行開發的DB2。在大型機上工作的DB2資料庫管理員能夠管理比其他平台多3～4倍的數據量。
歷史
在1960年代，大多數主機沒有互動式的界面，通常使用打孔卡、磁帶等等。
1964年，IBM引入了System/360，它是由5種功能越來越強大的計算機所組成的系列，這些計算機運行同一作業系統並能夠使用相同的44個外圍設備。
1972年，SAP公司為System/360開發了革命性的“企業資源計畫”系統。
1999年，Linux出現在System/390中，第一次將開放式原始碼計算的靈活性與主機的傳統可伸縮性和可靠性相結合。
與超級計算機的區別
超級計算機有極強的計算速度，通常由於科學與工程上的計算，這些計算的速度受運算速度與記憶體大小所限制；而主機運算任務主要受數據傳輸與轉移、可靠性及並發處理性能所限制。
主機更傾向於整數運算，如訂單數據、銀行數據等，同時在安全性、可靠性和穩定性方面優於超級計算機。而超級計算機更強調浮點運算性能，如天氣預報。主機在處理數據的同時需要讀寫或傳輸大量信息，如海量的交易信息、航班信息等等。
優勢
大型機體系結構的最大好處是無與倫比的I/O處理能力。雖然大型機處理器並不總是擁有領先優勢，但是它們的I/O體系結構使它們能處理好幾個PC伺服器放一起才能處理的數據。大型機的另一些特點包括它們的大尺寸和使用液體冷卻處理器陣列。在使用大量中心化處理的組織中，它們仍有重要的地位。
IBM mainframe Z10
IBM mainframe Z10在20世紀60－80年代，信息處理主要是採用主機+終端的方式，即主機集中式處理方式。大型機的主要廠商有IBM/日立等。但無論是大型機本身還是它的維護成本都相當昂貴。因此，能夠使用大型機的企業寥寥可數。進入80年代以後，隨著PC和各種伺服器的高速發展，大型機的市場變的越來越小，很多企業都放棄了原來的大型機改用小型機和伺服器。另外，客戶機/伺服器（client/server）技術的飛速發展也是大型機市場萎縮的一個重要原因。這時的大型機就象瀕臨滅絕的恐龍逐漸走向滅亡。進入90年代後，經濟進入全球化，信息技術得以高速的發展，隨著企業規模的擴大，信息分散管理的弊端越來越多，運營成本迅速的增長。信息集中成了不可逆轉的潮流。這時，人們又把目光集中到大型機的身上，大型機的市場逐漸的恢復了活力，直至今天，大型機還占有了不可替代的市場份額。90年代後期，大型機的技術得以飛速的發展，其處理能力也大踏步的提高，在民用領域，IBM已經完全占據了大型機的市場。
發展歷史
1948年，IBM開發製造了基於電子管的計算機SSEC。1952年IBM公司的第一台用於科學計算的大型機IBM701問世，1953年又推出了第一台用於數據處理的大型機IBM702和小型機IBM650，這樣第一代商用計算機誕生了。此後，IBM於1965年又推出了701於702的後續產品704和705。1956年，IBM又推出了第一台隨機存儲系統RAMAC305,RAMAC是”計算與控制隨機訪問方法”的英文縮寫。它是現代磁碟系統的先驅。1958年IBM又推出了7090，1960年又推出7040、7044大型數據處理機。總之，在1955年到1965年，美國名牌大學與大公司使用的計算機大多數是IBM704到IBM7094這些機器。
1964年4月7日，IBM公布了360系統，成為計算機發展史上的一個重要了里程碑。System/360系統的主要貢獻是：從套用的角度來看，克服了第二代計算機性能單調的弱點，集科學計算，數據處理和實時控制功能於一身，確定了通用性。從生產的角度講，實現了系列化，360系統的主要型號有：20型、25型和30型小型機44型和50型小型機，65型，75型和85型大型機，以及91型和105型超級計算機。型號雖多，但採用了標準化措施，統一指令格式，統一數據格式，統一字元編碼，統一I/O接口，統一中斷系統以及統一人機對話方式等。由於確定了兼容性。是同一程式在不同型號的機器語言級上的兼容，促進了計算機工業能力的規模和發展。從發展的角度來看，既採用了新的技術，有留有發展的餘地。日後S/370和S/390都是從S/360上發展而來的，他們各自標定著相應的系統體系機構。從使用的角度來看，360系統配有作業系統、彙編語言和FORTRAN、COBOL等高級語言，使用十分方便，更重要的是360在建立計算機系統的繼承性上起來開創性的作用。1981年，IBM公布了擴展的System/370體系結構（370－XA）。System/370-XA將地址線位數增加到32位，大大增加了System/370的定址能力，同時保留了24位的兼容方式（向上兼容）。同時370還增加了擴展存儲器（EXPANDEDSTORAGE）。1988年，IBM對System/370做了進一步的改進，ESA（Enterprise SystemArchitecture）/370。ESA/370增加了訪問暫存器，改進了虛存的性能。通過這項技術，套用可以訪問稱之為數據空間（dataspace）的另一個虛存空間。因此，ESA/370允許套用訪問多個2G的數據空間。基於該體系結構的產品系列使得多用戶可以更方便得共享系統資源。
1990年9月，IBM開發了ESA/390以及ES/9000System/390系列計算機系統，其性價比遠遠高於System/370系統。IBMS/390系列與以前得S/370系統相比，在體系結構上作了如下改進：
⑴、企業系統連線結構ESCON：這是一種新得輸入輸出結構，它定義了一個規則，使存儲器子系統、控制部件、通訊控制部件等I/O設備都通過這套規則與處理器進行通訊。ESCON得通訊速度是17M/S。
⑵加密結構：在S/390中，計算機通過集成密碼特徵來實現對計算機中得信息進行加密或解密，以防止被非法訪問。
⑶子系統存貯保護：防止諸如CICS等子系統對系統存儲器的干擾。這個功能由作業系統和子系統共同提供。
⑷數據壓縮：S/390在硬體級上提供了數據壓縮。其壓縮速度是軟體壓縮的5倍。
⑸異步數據轉移結構（ADMF）：利用I/O處理器去更有效的實現中央處理器與擴展存儲器之間的信息轉移，以空出處理器來處理其他任務。
⑹DB2排序增強：使用硬體完成DB2的排序算法。
工作原理
架構
2000年後，IBM推出Z/Architecture架構主機，Z系列主機的旗艦產品為Z/990，這一體系用來減少由於缺少可定址的記憶體而帶來的瓶頸，並通過智慧型資源導向器（Intelligent Resource Director，IRD）自動將資源分配給高優先權的工作報。z/ArchitectureTM是ESA/390的64位擴展集。z990利用新的超標量體系結構的微型處理器和CMOS9S-SOI技術，它進一步擴展並集成了主要的平台特性，例如混合和無法預測的負載環境中的動態靈活分區和資源管理，為新興的電子商務套用（例如IBM WebSphereTM，JavaTM和Linux┨峁┝死┱剮浴⒏嚦捎眯院頭務質量。z990將系統的擴展性以及伺服器整合的機會進行了相當大的改進，提供了一個多區域（multi-book）系統結構，可支持配置一到四個區域。每個區域中包括一個多晶片模組（MultiChipModule，MCM）、記憶體卡—每個區域最多可支持64GB記憶體—以及新的高性能的自定時互連 (Self-TimedInterconnect）。為支持高度可擴展的多區域的系統設計，z990對通道子系統（Channel SubSystem，CSS）進行了改進，引入了多個邏輯通道子系統（Logical Channel SubSystem,LCSS），利用這些LCSS，在三個I/O箱中最多可以安裝512個通道。TCP/IP通訊的高速互連（稱作HiperSockets）使分區之間的TCP/IP傳輸速度達到記憶體的速度，而不是受限於網路的速度。支持光纖和銅連線的高速千兆乙太網(Gigabit Ethernet,GbE）是業內線速最先達到每秒千兆的實現之一。
技術發展
S/390的系統運行方式為了滿足各種不同套用業務的需求，S/390可以運行在不同的模式下。
S/370本機模式在這種模式下，S/390同樣可以執行S/370的217條指令，但是它利用S/370的擴展實定址的26為地址，可以將重要存儲器擴展到64位。中央存儲器的容量的增大意味著頁面調度次數（PAGING）的減少，因而提高了整個系統的性能。
ESA/390方式這個方式的運行是按企業系統結構ESA/390所確定的功能來進行的，其指令集擴展到了229條指令。它使用32位地址，因此虛擬地址空間擴展大了2GB，但仍與24位的程式相兼容。在最大的S/390計算機系統中，總共可以配置256個通道。它支持並行通道，ESCON通道和集成I/O適配器。另外，它在硬體中還有自動處理“通道占線”條件，可以十分有效的減少與I/O動作有關的整個等待或延遲時間。
ESA/390LPAR方式，所有的S/390系列計算機都可以在這種方式下運行，在這種模式下系統雖然物理在一個機櫃裡。但是在邏輯上，它最多可以分成16個部分，這種在邏輯上的劃分是由PR/SM微碼來完成的。每個系統可以擁有自己的通道CPU和記憶體，每個部分都可獨立工作獨立安裝一個系統。在這種模式下一個物理CPU和一個物理ESCON通道可以同時劃分給不同的LPAR。記憶體不可以。
COUPLE FACILITY方式在這中方式下，S/390主機被作為了一個單獨管理數據的主機。這種模式要運行CFCC微碼，沒有任何應用程式在CFCC里運行。主要是在並行耦合系統中套用。
S/390的作業系統在S/390上可以同時運行多個作業系統，每個作業系統都有各自不同的應用程式環境。
MVS/ESAMVS/ESA作業系統是S/390上運行的綜合能力較強、可靠性較高的作業系統。它實際是1964年IBM在其S/360上運行的OS/360作業系統的後代。1972年IBM又推出了新的作業系統OS/VS2也就是單虛存系統。它最大的特點是提供對虛存的支持。1988年，IBM宣布並發行了MVS/ESA作業系統。同樣，MVS/ESA也是為1988年問世的ESA/370的新功能而設計的。MVS/ESA最多可支持2GB的中央存儲器並能很好的套用擴展存儲器。1990年9月，IBM開發了MVS/ESA SPV4。MVS/ESA的這個版本管理存儲器的方法與早期的MVS/ESA發行版一樣，但它改進了對ESCON通道的複合系統時鐘的支持。1994年，IBM發布了MVS/ESA的第5版，實現了作業系統並行耦合的功能，它最大可以支持32個MVS/ESA系統。每個系統都可以是一個多處理器。
OS/390OS/390是一個集成的企業伺服器作業系統。它將開發的通訊伺服器、分散式數據和檔案服務、並行耦合系統的支持、面向對象程式設計、DCE以及開發應用程式接口集成成為一個產品。由於它是MVS作業系統基礎上發展起來的，因而保留了MVS的高可*性、持續可用性及安全性等優異性能，為用戶提供具有可擴充性的系統。但MVS是封閉性的，而OS/390轉變為開發性的。它包括許多伺服器軟體，具有整合的功能。
Z/OS-z/OS的核心由OS/390發展而來，同時它又提供了一系列與z/900硬體與微碼緊密結合的創新功能。其中的核心之一是智慧型資源導向器（簡稱IRD）技術，也曾被稱為“LPAR集群”技術。IRD技術的實質是將工作量管理器（簡稱WLM）目標管理模式，結合併行系統綜合體資源共享以及分區資源/系統管理（簡稱PR/SM）等多種技術，進行有機的整合以產生最大的效益，幫助用戶將寶貴的系統資源在合適的時間分配給最需要的任務。-z/Series各作業系統所採用的新技術都為在該平台混合運行多種工作負荷提供了更好的支持。z/OS為傳統主機套用和需要最高服務品質的Java及UNⅨ套用提供理想的運行環境。
VM和LINUXVM（ⅥSUALMACHINE）是IBM早期在大型機上安裝的底層作業系統，在VM上可以同時安裝很多其他的作業系統。進入90年代由於S/390LPAR模式的誕生，VM幾乎將被淘汰，但由於LINUX的興起，VM再次被利用起來，在一台S/390的主機上，VM上可以同時運行上千個LINUX。當然LINUX也可以獨自運行在S/390的一個分區上。運行在主機上的LINUX大都是TRUBO和SUSE的LINUX。後兩家在LINUX進行合作，推出了UNITED LINUX。
組成部分
OS/390作業系統由其基本的部分和各個子系統組成，本節就基本部分和各個子系統進行簡單介紹。
MVS基本控制程式BCP
MVS基本控制程式BCP與JES2或JES3組成了OS/390的主幹部分。它提供了基本的服務，使得OS/390能夠更可靠、完全、完整的處理用戶數據。與MVS相比OS/390增強了對LINKLST的處理、系統日誌及APPC的支持。
作業進入子系統（JES）
作業進入子系統接受要處理的作業並處理作業的輸出。作業進入子系統共有兩個，JES2和JES3。他們基本上提供相同的功能。通常使用的是JES2。JES工作過程如下：作業通過讀卡機、分時終端系統或網路進入系統，或者由程式生成後傳遞給系統。所有的作業都要經過掃描檢驗其正確性，然後排入適當的佇列。JES提供一種手段，使系統以優先權分級結構為基礎，通過有序的方式調度工作。轉換程式將作業控制語句（JCL）轉換成系統能讀的內部形式。同時進行一些其他的校驗。如果發現錯誤，將該作業從系統中清除，並向用戶發出相應的信息。下一步，作業又一次根據分級與優先權送至系統執行。這時JES放棄對作業的控制權，直到又列印輸出被JES截獲時，JES把它交付給假脫機磁碟，作業終止系統通知JES，作業進入下一個JES操作輸出步驟，輸出經過列印或穿孔後從系統中撤銷，該作業用過的假脫機空間可以重新使用。JES對優先權進行動態調整，作業等待運行的時間越長，系統將它的優先權提升的越高。
存儲管理子系統（SMS
）存儲管理子系統主要完成如下功能：管理外存資源，存儲管理子系統可以讓你為作業系統定義自動管理外存儲系統的策略（主要通過定義適當的SG，MC，SC，DC，ACSROUTE），系統能夠安裝定義的策略進行自動的管理外存系統。提供編目機制（VTOC,VVDS，VCAT），對磁碟、磁帶上的數據進行編目（RMM），以便與用戶能夠方便迅速的訪問數據。把程式存儲在程式庫中，以便於讀出執行。定義系統中的輸入輸出設備並控制這些設備的操作。支持從工作站、個人計算機或基於SNA LU6.2網路的其他系統通過分散式檔案管理（DFM）訪問主機系統的數據.
分時系統（TSO）
TSO是支持分時系統的軟體，終端用戶發出的每一條指令都由TSO處理，用戶通過TSO命令和系統進行互動式工作，但這樣作不太方便，IBM又在TSO開發了用戶程式產品ISPF/PDF（INTERACTⅣE PRODUCTIⅥTY FACILITY/PROGRAMDEVELOPMENTFACILITY）。其中ISPF支持回話功能，PDF支持程式開發功能，從而使終端用戶與TSO會話更加簡單直觀，提高用戶的套用開發效率。ISPF/PDF是以螢幕為單位的選單輸入方式，用戶只需進行一些簡單的選單選擇就可以和系統進行互動了。在TSO下工作了另一個軟體是SDSF(SYSTEM DISPLAY AND SEARCHFACILITY），用戶利用SDSF可以非常方便的查看用戶用戶提交給系統的作業的返回信息，也能夠修改作業的屬性。
設備支持機制（ICKDSF）ICKDSF可用於執行對IBM直接訪問設備（DASD/硬碟）的安裝和使用的任務。例如，你可以使用ICKDSF對DASD進行錯誤檢查，格式化，碎片整理等維護。
硬體配置定義（HCD）HCD擁有定義作業系統硬體配置的定義以及處理器硬體配置的定義。由於HCD是在設備定義時驗證其數據的有效性，而不是在設備被訪問的時候驗證，設備定義的不一致性可以得到避免。
SMP/ESMP/E是一個安裝和維護軟體的工具。它提供了一個可靠的方法用於安裝維護OS/390中的軟體。
VTAM
VTAM是實現SNA和APPN的網路通訊訪問方法，它為在主機處理器上的應用程式和SNA網路上的其他資源之間提供了一個接口。VTAM為網路上的用戶建立和終止會話。為了建立和終止這些會話，VTAM按照其控制激活和不激活資源，這些資源包括包括應用程式、網路控制程式（NCP）及其控制的設備以及VTAM直接連線的設備。VTAM也維護網路的配置信息、活動和網路條件。為了幫助用戶控制網路，VTAM從操作員接受命令然後執行網路服務。它通過操作員通知操作員網路的狀況。Anynet實現了多協定傳換網路體系結構。它運行套用和傳輸服務之間消除強制聯網協定約束。換句話說，套用和它們的服務能用超過一個協定通訊而非原始的實現。AnyNet的這一特性使得SNA套用可以在TCP/IP網路上通訊，統一建築與TCP/IP之上的SNA對邏輯單元通訊提供了支持。它支持所有LU類型，包括LU6.29.TCP/IPTCP/IP是一組工業標準和套用，它允許你與其他的計算機共享數據和計算機資源不管這些機器是IBM或非IBM的。標準的TCP/IP套用包括電子郵件、檔案傳輸、遠程登入等。TCP/IP CICSSOCKET套用提供了在COBOL,PL/1及彙編語言中使用通用的應用程式接口的能力。
OS/390安全伺服器（RACF）
RACF是OS/390中的安全管理服務，它可以保護系統中的所有資源，認證用戶的登入，有效的記錄系統中的安全事件。RACF提供：靈活可變的資源保護方式；保護所有資源；可以選擇集中保護或分散保護；提供一個ISPF選單；對最終用戶的透明。資源度量設備（RMF）RMF是反應OS/390資源使用情況的一個視窗。它收集在SYSPLEX級和單個系統級和地址級的信息，在SYSPLEX中任何系統上產生報告。用戶能在這些報告中選擇所關心的活動，比如能專門選擇關注的存儲器、I/O或處理器數據、RMF的管理器1可以產生長期的報告，用於對RMF收集的長期數據進行詳細的分析。這些報告能被列印或顯示出來，你可以用RMF電子數據錶轉換器，從螢幕或MVS數據集下載這些報告。產生工作站上的電子數據表並對其進行詳細的分析。
DFSMS
DFSMS主要由三個部分組成：DFSMSdss是一個DASD數據和空間的管理工具，它可用於卷之間的拷貝，移動數據集；DUMP、恢複數據集及完整的卷或磁軌；使數據集和卷改變為SMS管理的或非SMS管理的；壓縮分區式的數據集；釋放數據集中未使用的工具。DFSMShsm是一個DASD存儲管理工具，用於管理較少活動和不活躍的數據。它通過自動管理空間的數據的有效性，在存儲體系中改善DASD使用情況。DFSMShsm和SMS一起工作，按照數據集的managementclass對數據集進行空間管理和有效性管理。DFSMSrmm管理磁帶卷以及其上的數據集。DFSMSrmm可以管理所有的磁帶介質以及其他可移動的介質。例如，DFSMSrmm能記錄光碟架的位置，追蹤它們的必不可少的記錄狀態，但不管理光碟的數據。
系統顯示和查設施（SDSF）
系統顯示和查找設施（SDSF）提供給用戶有關監視、管理和控制OS/390系統信息。SDSF提供一個簡單而高效的方法。控制作業的處理和設備的運行。比如你可以在作業運行時監視作業，瀏覽作業的輸出而不列印，你可以瀏覽包括整個SYSPLEX範圍的操作日誌和系統日誌。SDSF提供對信息進行分類、過濾，查找和列印的功能，幫助你定位和組織信息。選單和彈出式視窗，使SDSF的使用非常簡單。SDSF提供了完整的在線上幫助和互動式的入門指導。
OS/390作業管理和檔案目錄系統（JES和CATALOG）
在大型伺服器系統中，當用戶需要使用計算機完成某項任務時，用戶必須準備一個作業流。一個作業流中包含一個或多個作業。作業是用戶在完成該任務時要求計算機所要完成的工作的集合。JES(JOB ENTERSUBSYSTEM）是在OS/390里管理作業的子系統。JES能夠從各種途徑接受作業，並根據作業的語句和特點向作業系統申請資源完成作業的處理，最後處理作業的輸出。JES主要是JES2和JES3,JES2是常用的系統，他是OS/390中不可缺少的子系統，JES2處理主要主要分為如下幾個步驟：⑴接收作業⑵處理作業⑶ 申請資源
