该术语最初指的是称为“主框架”的大型机柜，它安装在中央处理单元和早期计算机的主存储器中。[2] [3] 后来，该术语用于区分高端商用机器和功能较弱的机器。[4] 大多数大型计算机系统架构都是在20世纪60年代建立的，但仍在不断发展。 大型计算机通常用作服务器。

设计

现代大型机设计的特点是原始，单任务，计算速度（通常定义为MIPS（每秒百万条指令）速率或FLOPS（每秒浮点运算）），以及更多：

冗余的内部工程设计带来高可靠性和安全性

广泛的输入输出（“I / O”）设施，能够卸载到独立的引擎

与旧软件严格向后兼容

通过虚拟化实现高硬件和计算利用率，以支持大量吞吐量。

它们的高稳定性和可靠性使这些机器能够连续运行数十年。

大型机具有高可用性，这是其寿命的主要原因之一，因为它们通常用于停机成本高或灾难性的应用中。可靠性，可用性和可维护性（RAS）这一术语是大型计算机的一个定义特征。需要适当的规划和实施来实现这些功能。此外，大型机比其他计算机类型更安全：NIST漏洞数据库US-CERT将传统大型机（如IBM Z（以前称为z Systems，System z和zSeries），Unisys Dorado和Unisys Libra）评为最安全的对于Windows，UNIX和Linux，数字较低的漏洞与数千个漏洞相比。[5]软件升级通常需要设置操作系统或其部分，并且仅在使用支持工作负载共享的IBM z / OS和Parallel Sysplex或Unisys XPCL等虚拟化工具时才具有无中断性，以便一个系统可以接管另一个应用程序虽然它正在刷新。

在20世纪50年代后期，大型机只有一个基本的交互式界面（控制台），并使用一套打孔卡，纸带或磁带来传输数据和程序。它们以批处理模式运行，以支持后台功能，例如工资单和客户账单，其中大部分基于重复的基于磁带的分类和合并操作，然后行打印到预打印的连续文具。当引入交互式用户终端时，它们几乎专门用于应用程序（例如航空公司预订）而不是程序开发。 20世纪70年代早期，打字机和电传打字机设备是系统操作员的常用控制台，尽管最终取代了键盘/显示设备。

到20世纪70年代早期，许多大型机获得了作为分时计算机运行的交互式用户终端[NB 1]，同时支持数百个用户以及批处理。用户通过带有集成键盘的键盘/打字机终端和专用文本终端CRT显示器获得访问权限，或者稍后从配备有终端仿真软件的个人计算机获得访问权限。到20世纪80年代，许多大型机支持图形显示终端和终端仿真，但不支持图形用户界面。由于提供有GUI的个人计算机的出现，这种形式的终端用户计算在20世纪90年代已经过时。 2000年以后，现代大型机部分或全部淘汰了经典的“绿屏”和终端用户的彩色显示终端访问，转而采用Web风格的用户界面。[引证需要]

在20世纪90年代中期，当CMOS大型机设计取代了旧的双极技术时，基础设施要求大幅降低。 IBM声称，与服务器群相比，其较新的大型机降低了数据中心的电力和冷却能源成本，并减少了物理空间需求。[6]

IBM System z9

特点

在IBM System z9大型机内部

现代大型机可以同时运行多个不同的操作系统实例。这种虚拟机技术允许应用程序像在物理上不同的计算机上一样运行。在这个角色中，单个大型机可以取代传统服务器可用的功能更高的硬件服务。虽然大型机是这一功能的先驱，但现在大多数计算机系统都可以使用虚拟化，但并不总是达到相同程度或复杂程度。[7]

大型机可以在不中断系统功能的情况下添加或热插拔系统容量，具有特定性和粒度，达到大多数服务器解决方案通常无法提供的复杂程度。[引证需要]现代大型机，特别是IBM zSeries，System z9和System z10服务器，提供两级虚拟化：逻辑分区（LPAR，通过PR / SM工具）和虚拟机（通过z / VM操作系统）。许多大型机客户运行两台机器：一台位于其主数据中心，另一台位于其备份数据中心 - 完全处于活动状态，部分处于活动状态或处于待机状态 - 以防发生影响第一栋建筑的灾难。应用程序和数据库的测试，开发，培训和生产工作负载可以在一台机器上运行，但一台机器的容量可能受限的极大需求除外。这种双主机安装可以支持连续的业务服务，避免计划内和计划外中断。在实践中，许多客户使用由Parallel Sysplex和共享DASD（在IBM的情况下），[引证需要]或由EMC或Hitachi提供的共享的，地理上分散的存储链接的多个大型机。

大型机旨在处理非常高的输入和输出（I / O）并强调吞吐量计算。自20世纪50年代后期以来，[NB 2]主机设计包括管理I / O设备的辅助硬件[NB 3]（称为通道或外围处理器），使CPU可以自由处理高速存储器。在大型机商店中处理大量数据库和文件是很常见的。技嘉到太字节大小的记录文件并不罕见。[8]与典型的PC相比，大型机通常具有数百到数千倍的在线数据存储，[9]并且可以相当快地访问它。其他服务器系列还卸载I / O处理并强调吞吐量计算。

与任何其他计算平台一样，大型机投资回报率（ROI）取决于其扩展能力，支持混合工作负载，降低劳动力成本，为关键业务应用程序提供不间断服务以及其他一些风险调整成本因素。

大型机还具有用于容错计算的执行完整性特征。例如，z900，z990，System z9和System z10服务器有效地执行两次面向结果的指令，比较结果，在任何差异之间进行仲裁（通过指令重试和故障隔离），然后将工作负载“转移”到功能处理器，包括备件，对操作系统，应用程序或用户没有任何影响。这种硬件级功能也可以在HP的NonStop系统中找到，称为锁步，因为两个处理器将它们的“步骤”（即指令）放在一起。并非所有应用程序都绝对需要这些系统提供的有保证的完整性，但许多应用程序确实如此，例如金融交易处理。

目前的市场

拥有z Systems的IBM仍然是大型机市场的主要制造商。 Unisys生产ClearPath Libra大型机，基于早期的Burroughs MCP产品和基于Sperry Univac OS 1100产品线的ClearPath Dorado主机。 2000年，日立与IBM共同开发zSeries z900以分担费用，但随后两家公司尚未合作开发新的日立机型。惠普（Hewlett-Packard）出售其独特的NonStop系统，该系统由Tandem Computers收购，一些分析师将其归类为大型机。 Groupe Bull的GCOS，富士通（原西门子）BS2000和Fujitsu-ICL VME大型机仍在欧洲上市，而富士通（前身为Amdahl）GS21大型机在全球上市。采用ACOS的NEC和采用AP10000-VOS3的日立[10]仍在日本市场维持大型机硬件业务。

供应商对大型机开发的投资额因市场份额而异。富士通和日立都继续使用定制的S / 390兼容处理器，以及其他CPU（包括POWER和Xeon）用于低端系统。 Bull使用Itanium和Xeon处理器的混合物。 NEC将Xeon处理器用于其低端ACOS-2系列，但为其高端ACOS-4系列开发了定制的NOAH-6处理器。 IBM继续致力于大型机投资和增长的不同业务战略。[引证需要] IBM拥有自己的大型研发机构，设计新的本土CPU，包括大型机处理器，如2012年的5.5 GHz六核zEC12主机微处理器。 Unisys生产代码兼容的大型机系统，范围从笔记本电脑到使用自主开发的CPU和Xeon处理器的机柜大小的大型机。 IBM正在迅速扩展其软件业务，包括其大型机软件组合，以寻求额外的收入和利润。[11]

此外，存在用于管理大型机实现的性能的软件应用程序的市场。除IBM外，该市场的重要参与者还包括BMC，[12] Compuware，[13] [14]和CA Technologies。[15]

与超级计算机的区别

超级计算机是处于计算速度方面的数据处理能力的前沿计算机。超级计算机用于解决数字和数据的科学和工程问题（高性能计算），[26]而大型机则专注于事务处理。不同之处是：

大型机的构建对于事务处理是可靠的（通过TPC指标测量;对大多数超级计算应用程序没有使用或有用），因为它在商业世界中通常被理解为：商品，服务或货币的商业交换。[需要引证]交易处理性能委员会[27]定义的典型交易通过添加记录来更新库存控制（货物），航空公司预订（服务）或银行（货币）的数据库系统。事务可以指一组操作，包括磁盘读/写，操作系统调用，或从一个子系统到另一个子系统的某种形式的数据传输，这不是由CPU的处理速度来测量的。事务处理并非专用于大型机，但也由基于微处理器的服务器和在线网络使用。

超级计算机性能以每秒浮点运算（FLOPS）[28]或每秒遍历的边缘或TEPS来衡量，[29]这些指标对大型机应用程序来说没有多大意义，而大型机有时以每秒数百万条指令来衡量（ MIPS），虽然定义取决于测量的指令组合。[30]通过MIPS测量的整数运算的示例包括将数字加在一起，检查值或在存储器中移动数据（同时将信息移入和移出存储，所谓的I / O对大型机最有用;而在内存中，仅间接帮助）。浮点运算主要是加法，减法和乘法（超级计算机中的二进制浮点数;由FLOPS测量），具有足够的精度数字来模拟连续现象，如天气预报和核模拟（仅限于最近标准化的十进制浮点，未用于超级计算机，适用于货币价值，例如对大型机应用有用的货币价值）。在计算速度方面，超级计算机更强大。[31]

2007年，[32]超级计算机和大型机的不同技术和架构的融合导致了所谓的游戏框架。

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