מחשב מרכזי

תיאור

מחשבים מרכזיים מודרניים אינם מוגדרים על פי ביצועי המחשב אלא בעיקר על פי תכונות אחרות, כמו תכנון הנדסי פנימי ברמה גבוהה, אמינות גבוהה, אבטחת מידע קפדנית, ו"תמיכה לאחור" בתוכנה (היכולת לתמוך בהפעלת תוכנה ישנה בסדרות מחשבים חדשות). מחשבים אלה מסוגלים לפעול (ואף פועלים למעשה) בהצלחה במשך שנים ללא כל הפסקה כשתיקונים ושדרוגים מבוצעים כאשר המחשב ממשיך לפעול.
ספקי מחשבים מרכזיים מציעים שירותים כדוגמת יתירות מחוץ לאתר, שבמסגרתה כאשר המחשב בכל זאת מתקלקל, הספק מציע את האפשרות להריץ את היישומים של לקוחותיו במחשביו הוא (לעיתים קרובות מבלי שהמשתמשים מרגישים בשינוי) בעוד שהתיקונים על המחשב שהתקלקל נמשכים.
חוסנן ומהימנותן של מערכות מחשב אלו הן בין הסיבות לאורך החיים הממושך של סוג זה של מחשבים, שכן משתמשים בהם ביישומים שבהם השבתה עלולה להיות קריטית לארגון. המונח RAS (ראשי תיבות מאנגלית, אמינות (Reliability), זמינות (Availability) ושמישות (Serviceability), נוצר על ידי אנשי השיווק של יבמ, כדי לציין חוסן זה.
מחשב מרכזי תומך לעיתים קרובות בו זמנית באלפי משתמשים המקבלים גישה למשאבי המחשב באמצעות "מסופים טיפשים" (מסוף שבו מקלדת ומסך ושאינו מסוגל לבצע פעולות לוגיות) או באמצעות תוכנה המבצעת חיקוי למסוף מסוג זה על מחשבים אישיים. המחשבים המרכזיים הראשונים תמכו בשיטה זו של שיתוף משאבים (Timesharing) או שפעלו בשיטת עיבוד באצווה (Batch processing) שבה לא הייתה למשתמשים גישה ישירה לשירותי המחשוב, והמחשב המרכזי סיפק שירותי בק אופיס בלבד. בתקופה זו היו המחשבים המרכזים מכונים "מיינפריים" בשל העובדה כי הם היו מכונות גדולות ובעלות דרישה ניכרת לחשמל ובקרת אקלים יקרה. כיום מחשבים מרכזיים תומכים בגישה מכל ממשק משתמש, כולל World Wide Web (מחשב מרכזי מתוצרת IBM היה שרת Web הראשון מחוץ לאירופה). אירוני הוא שכיום דווקא שרתי Blade הם הציוד הדורש טכנולוגיות קירור אקזוטיות ותופס יותר שטח רצפה במרכז המחשוב מהמחשב המרכזי.

היסטוריה

כמה יצרנים אמריקאים יצרו מחשבים מרכזיים מסוף שנות ה-50 ועד שנות ה-70. בתקופה זו הם היו קרויים "יבמ ושבעת הגמדים": בורוז, CDC, ג'נרל אלקטריק, האניוול, NCR, RCA ויוניוואק. שליטתה של חברת יבמ בשוק החלה מסדרת מחשבי ה-700/7000 ומאוחר יותר עם פיתוח סדרת המחשבים (IBM System/360 (1964. סדרת ה-360 המשיכה להתפתח לסדרת ה-z/z9 של ימינו ויחד עם המחשבים מבוססי מערכת ההפעלה MCP (ראשי תיבות של Master Control Program) של חברת בורוז (כיום יוניסיס) הם המחשבים היחידים המבוססים על ארכיטקטורה שהתפתחה מתקופה מוקדמת זו. עם זאת, ואף על פי שמחשבי ה-CMOS מבוססי ארכיטקטורה של 64 ביט מסדרת z/z9 מסוגלים עדיין להריץ את הקוד מבוסס ארכיטקטורת 24 ביט של מחשבי ה-360, אין שום דמיון במבנה הפנימי והחיצוני בינם לבין הסדרות הישנות. החברות הגדולות ביותר מבין אלה שהתחרו ביבמ היו מכונות The BUNCH, מילה באנגלית שפירושה "הקבוצה", ונוצרה מראשי תיבות של שמותיהן באנגלית Burroughs, UNIVAC, NCR, CDC, Honeywell.
יצרנים בולטים מחוץ לארצות הברית כללו את סימנס וטלפונקן בגרמניה, וחברת ICL הבריטית.
בשנות ה-70 הופיעו מיני מחשבים ולאחריהם מיקרו מחשבים שהתחרו במחשבים המרכזיים אך עדיין לא החליפו אותם. במהלך שנות ה-80 השתנתה המגמה. ראשית החליפו מחשבים אישיים את המסופים הטיפשים ששימשו לתקשורת עם המחשב המרכזי. בהדרגה מצאו החברות המסחריות שניתן להפעיל שרתים מבוססי מעבדים זעירים במחיר שהיה נמוך בהרבה ממחיר רכישת המחשב המרכזי ולמשתמשים הייתה שליטה טובה יותר על המערכות שלהם.
הביקוש הפוחת והולך והתחרות הקשה גרמו לטלטלה גדולה בשוק – RCA נמכרה ל-יוניוואק וג'נרל אלקטריק עזבה את השוק. האניוול נקנתה על ידי חברת בול הצרפתית, יוניוואק (חטיבה בחברת ספרי (Sperry) התמזגה מאוחר יותר עם בורוז על מנת ליצור את יוניסיס ב-1986. ב-1991 הייתה NCR שייכת לתקופה קצרה לחברת AT&T.
כך הוחלפו המחשבים המרכזיים בקצב גובר והולך ברשתות של מחשבים אישיים. הביקוש צלל, מחשבים מרכזיים חדשים נקנו רק על ידי חברות שירותים פיננסיים וגופים ממשלתיים ובמשך זמן מה הייתה הסכמה בין האנליסטים של התעשייה שהמחשבים המרכזיים הם שוק גווע.

תחיית השוק

מגמה זו החלה להשתנות בסוף שנות ה-90 כשחברות מצאו שימושים חדשים למחשבים המרכזיים שלהם, כיוון שכשרת אינטרנט הם מסוגלים להציע ביצועים דומים לאלה של כמה מאות מחשבים קטנים יותר, בצריכת חשמל ובעלויות ניהול נמוכות יותר. גם הגידול ב-אי-ביזנס הגדיל דרמטית את מספר העסקאות (טרנזקציות) שעובדו על ידי התוכנה של המחשבים המרכזיים כמו גם את גודל מסדי הנתונים וביצועיהם. נכון לסוף 2004 גדלו הרווחים של יבמ ממכירת מחשבים מרכזיים, למרות הוזלת מחירים, הודות לעלות בעלות כוללת משופרת.
במהלך 2005 הופיעו בעיתונות כמה כתבות שפרטו מקרים של אבדן מידע אישי רגיש כתוצאה מטיפול רשלני במידע. בדוגמה אחת, "קארדסיסטמס" (CardSystems), חברה אמריקאית המטפלת בסליקה של כרטיסי אשראי, גילתה כי אלפים (אם לא מיליונים, המספר המדויק נשאר חסוי) של רשומות של לקוחות כרטיסי האשראי שבהם טפלה נפלו לידיהם של האקרים, הודות לתולעת מחשב שהותקנה על אחד משרתי הארגון שפעל תחת מערכת ההפעלה חלונות של מיקרוסופט. הנזק כתוצאה מהפריצה למחשבי קארדסיסטמס מוערך ב-2.75 מיליארד דולר, אם כי קשה לאשש את הסכום המדויק. בדוגמה נוספת בשנת 2004 כשלה מערכת ציוות אנשי צוות האוויר של חברת קומאייר (Comair) שהותקנה על שרת שלא היה מחשב מרכזי, דווקא בעונת הנסיעות הבוערת של חג המולד. עקב כך פיטר הדירקטוריון של קומאייר את המנכ"ל.
מוסדות פיננסיים מעולם לא חוו במחשבים המרכזיים כישלונות כאלו, הנובעים מבעיות של אבטחת מידע. ארגונים רבים מבצעים הערכה מחדש של כלל נוהלי הטיפול במידע, כשלעיתים קרובות הם מתמקדים בריכוז מחדש של מערכות המחשוב על מערכות מאובטחות.

טכנולוגיה נוכחית

מערכות המחשב הישנות המבוססות על ארכיטקטורה של 32 ביטים, כולל מחשבי Amdahl ורוב דגמי המחשב של חברת היטאצ'י, הוחלפו בהדרגה במחשבי 64 ביט. מערכת ההפעלה המרכזית של יבמ, z/OS, תומכת רק במחשבים מבוססי 64 ביט החל משנת 2007 ואילך.
את מערכת ההפעלה לינוקס ניתן להפעיל על מערכות מחשבים מרכזיים שונות, באופן ישיר, או תחת מכונה וירטואלית, צורת השימוש הנפוצה יותר. מערכת ההפעלה לינוקס מאפשרת למשתמשיה לנצל את היתרון בשימוש בתוכנה ויכולת פיתוח התוכנה של קהיליית הקוד הפתוח.
הטכנולוגיה בבסיס המחשבים המרכזיים של יבמ עד לתחילת שנות ה-90 הייתה Bipolar junction transistor (הקרויה גם ECL). טכנולוגיה זו סיפקה ביצועים טובים אבל הייתה בזבזנית בחשמל, ופלטה חום רב. על מנת להתמודד עם בעיית החום היה צריך להשקיע במערכות מיזוג גדולות (שגם הן צרכו חשמל רב), ובמחשבים המרכזיים בעלי המעבדים החזקים יותר גם להוסיף מערכות קירור מיוחדות מבוססות מים. התוצאה הייתה שמחשב מרכזי אחד היה בנוי מכמה קופסאות שצרכו שטח רצפה ניכר. עובדות אלה תרמו לדימוי הדינוזאור שדבק במחשבים המרכזיים.
בתחילת שנות ה-90 עברה חברת יבמ ליישום טכנולוגיית CMOS במחשבים המרכזיים. המעבר לא היה קל, טכנולוגיית CMOS דורשת הרבה פחות משאבי חשמל ומיזוג אבל המחשבים הראשונים שיצאו בטכנולוגיה זו היו איטיים מאוד בהשוואה למחשבים מבוססי הטכנולוגיה הקודמת. רק לקראת סוף העשור, לאחר פיתוחים נוספים, עברו המחשבים מבוססי הטכנולוגיה החדשה בביצועיהם את המחשבים מבוססי הטכנולוגיה הקודמת. מאז משקיעה יבמ בשיפור הפונקציונליות של המחשבים המרכזיים, לדוגמה בארכיטקטורה של 64 ביט (z/Architecture). יבמ גם משקיעה בפיתוח התוכנה שהיא מציעה למחשבים המרכזיים כדוגמת מסד הנתונים DB2 UDB למערכת ההפעלה z/OS וסביבת הפיתוח והתפעול WebSphere. יבמ גם נכנסה לשוק כלי התוכנה, תוכניות שרות וניהול על מנת לחדש את התחרות בשוק שהיה רדום לאחרונה ולאלץ את השחקנים שעוד נותרו בו לחדשנות.

מהירות וביצועים

מהירות המעבד של המחשבים המרכזיים נמדדה (ועדיין נמדדת) ביחידה הקרויה MIPS ראשי תיבות של "מיליון פקודות לשנייה" (Million Instructions Per Second). מדד זה שימש כאמצעי קל לדרוג יחסי של מהירות וביצועי מחשבים מרכזיים. עוצמת המעבד של המחשב המרכזי הקטן ביותר של יבמ נכון לשנת 2010 (דגם A01 בסדרת z10 BC) מוערכת בכ-38 MIPS, והיא מגיעה עד 29,590 MIPS במחשב אחד (דגם 764 בסדרת z10 EC). בנוסף לכך, ליבמ יש טכנולוגיה המכונה Parallel Sysplex (קיצור של מערך מחשבים מקביליים) שבה מופעלים עד 32 עותקים של מערכת ההפעלה z/OS בתצורה לוגית של מערכת מחשב אחת גדולה. משמעות הדבר ש-16 מחשבים מדגם 732 בסדרת z9 EC (שכל אחד מריץ שני עותקים של מערכת ההפעלה z/OS) המחוברים באמצעות טכנולוגיית Parallel Sysplex מסוגלים להגיע תאורטית לעוצמה של 248,528 MIPS.
MIPS הוא מדד בעייתי, ולכן המדד הרשמי של חברת יבמ להערכת ביצועי המחשב המרכזי קרוי LSPR (ראשי תיבות באנגלית של מראה מקום לביצועי מערכות גדולות) שבו נעשה שימוש בטבלאות השוואה בין מחשבים מרכזיים תוך התחשבות בסוגי סביבות העבודה השונות האפשריות.
ניתן לראות אנלוגיה לנושא השוואת ביצועי מחשבים שונים מעולם שרתי היוניקס שבו לקוחות תובעניים בודקים את ביצועי המחשבים על סמך בדיקות של סביבות עבודה מסוימות כדוגמת הבדיקות המכונות TPC-C או SpecInt ואינם מסתפקים בזמן השעון של ה-CPU בלבד. עם זאת, הולכת ומתגברת התופעה שגם בדיקות אלו סובלות בעצמן מבעיות.
לרוע המזל, נדרשת כמות עבודה רצינית (ולעיתים גם יכולת ניחוש) כדי שהלקוחות ידעו מהו סוג סביבת העבודה שלהם על מנת שיוכלו ליישם רק את ערכי ה-LSPR הרלוונטיים להם. לפיכך השימוש ב-MIPS ממשיך להיות פופולרי כיום עד כדי כך שנציגי חברת יבמ ויועצים ממשיכים לפרסם את ההבדלים בין דגמי המחשב השונים בטבלאות מבוססות MIPS.