大型機，或者稱大型主機，英文名mainframe。大型機使用專用的處理器指令集、作業系統和套用軟體。大型機壹詞，最初是指裝在非常大的帶框鐵盒子裏的大型計算機系統，以用來同小壹些的迷妳機和微型機有所區別。大多數時候它卻是指system/360 開始的壹系列的IBM計算機。這個詞也可以用來指由其他廠商，如Amdahl, Hitachi Data Systems (HDS) 制造的兼容的系統。有些人用這個詞來指IBM的AS/400 或者iSeries 系統，這種用法是不恰當的；因為即使IBM自己也只把這些系列的機器看作中等型號的伺服器，而不是大型機。
基本介紹 中文名 ：大型機 外文名 ：Mainframe 別名 ：大型主機 分類 ：大型計算機系統 作用,現狀,性能提升,編譯時間選項,運行時選項,成果展示, 作用 80年代以來，網路化和微型化的日趨明顯，傳統的集中式處理和主機/啞終端模式越來越不能適應人們的需求，在這種情況下，傳統的大型機和小型機都陷入了危機。為了應對危機,壹些大型機和小型機改變了原先的壹些功能和模式，加入以C/S模式為特點的伺服器陣營，重新適應了人們的需求。 在微型計算機、UNIX伺服器、集群技術、工作站的沖擊下,不能適應這種變化的傳統小型機已經淘汰,而IBM大型主機卻長盛不衰,這其中主要的原因是：RAS（Reliability, Availability, Serviceability 高可靠性、高可用性、高服務性），I/O處理能力以及ISA。 今日而言，大型主機在MIPS(每秒百萬指令數)已經不及微型計算機(microcomputer)，但是它的I/O能力、非數值計算能力、穩定性、安全性卻是微型計算機所望塵莫及的。 大型主機和超級計算機(舊稱巨型機)的主要區別: 大型主機使用專用指令系統和作業系統,超級計算機使用通用處理器及UNIX或類UNIX作業系統(如linux)。 大型主機長於非數值計算(數據處理)，超級計算機長於數值計算(科學計算)。 大型主機主要用於商業領域,如銀行和電信,而超級計算機用於尖端科學領域,特別是國防領域。 大型主機大量使用冗余等技術確保其安全性及穩定性,所以內部結構通常有兩套。而超級計算機使用大量處理器，通常由多個機櫃組成。 為了確保兼容性，大型主機的部分技術較為保守。 現狀 生產大型主機的企業有IBM和UNISYS。IBM生產的大型機在其伺服器產品線中被列為Z系列。該系列伺服器的主機通常為壹個大機櫃，通過原生和虛擬方式可運行多種作業系統，其中最典型的作業系統是IBM大型機的專用文字界面作業系統Z/OS。IBM大型機的中央處理器是壹塊巨大的陶瓷MCM模組，其內部的多層布線基板上貼裝有多個積體電路晶片，使用基於z/Architecture架構的CISC指令集。SUN公司和HP公司不生產壹般意義上的大型主機,但生產性能和用途類似於IBM大型主機的高端UNIX伺服器,這些伺服器通常稱作為大型機級伺服器。 性能提升 減少大型機CPU消耗是個重要工作。節約每個CPU周期，不僅可以延緩硬體升級，還可以降低基於使用規模的軟體授權費。 IBM Language Environment (LE)編輯器和運行時提供了很多最佳化選項——從而無須修改原始碼。 編譯時間選項 通過LE編譯器最佳化，大型機程式設計師可以調整目標代碼，充分發揮某個處理器家族計算性能。 ARCH(架構)是壹個編輯器選項。ARCH級會指示編譯器生成含有針對目標處理器進行性能最佳化的機器指令目標代碼。ARCH重要性日益增加，因為IBM已經推出了數代伺服器，都包含了針對性能最佳化設計的指令集。 另壹種選擇是TUNE，告訴編輯器安排機器指令順序，確保能夠利用處理器的指令管道與快取優勢。 程式設計師需要為生產線上最古老的處理器系列進行最佳化。挑錯ARCH選項，並且操作異常(0C1s)可能會導致壞的TUNE，並降低性能。 雖然這些選項通常來說只專門針對C++編譯器，但IBM已經將其擴展到COBOL與PL/1高級語言。 運行時選項 IBM lE同樣提供了多種運行時選項，可以提高大型機性能。 以下是選項指定的層次結構： 運行時選項在程式中調用中指定 使用用戶選項(UOPT)控制會話(CSECT)連線選項到程式 區域選秀(ROPT)模組 CEEPRMxx PARMLIB成員中的全局選項集 CBLPSHOPOPS的常規處理條件，存儲初始化與堆疊大小是運行時最佳化選項，尤其在CICS環境中。 CBLPSHPOPS。CBPSHPOPS控制LE在進入或退出COBOL運行時時，是否執行PUSH HANDLE與POP HANDLE CICS命令。PUSH HANDLE命令PUSH HANDLE命令用棧保存所有尚未處理的條件，而POP則將句柄條件從前推動。如果任何條件在有未處理句柄的情況下被提出，那麽控制會切換到HANDLE命令指定的錯誤運行時。 關閉CBPSHPOPS選項可以節約CPU周期，避免額外的PUSH與POP命令。然而，如果沒有CBPSHPOPS，在較低模組提出的條件可能會滲透到沒有錯誤準備的高級處理運行時。只有在分析與測試後才改變配置。 存儲初始化 。STORAGE選項通壹些參數控制記憶體初始化，例如新申請的堆段參數，LE釋放的堆段參數以及初始化棧或當控制進入運行時進行自動存儲。 堆初始化往往是CPU周期方面最廉價的成本。初始化棧存儲則更昂貴，雖然成本取決於子程式調用次數。除非妳為國家安全局工作，否則不要使用erase-on-free 清除選項。 要避免LE記憶體***同初始化，遵循編程最佳實踐，假定存儲是為初始化的，除非在程式中有另外明確指出。 棧和堆大小 。LE有自己的記憶體管理器，其目的是減少程式找作業系統或CICS申請更多存儲的次數。 LE在大塊中獲得記憶體，再根據需要細分。當塊無法滿足存儲要求時， LE會調用作業系統或CICS申請另壹個塊。壹個初始化堆或棧存儲的明智選擇將減少調用作業系統記憶體管理次數並降低CPU使用率。 選擇初始塊大小時壹門超越科學的藝術。分塊過小會增加CPU使用，但分塊過大可能會降低存儲使用。 在大存儲塊中的碎片在混合應用程式中相當麻煩。對於壹個虛擬的應用程式，某程式從對存儲塊中申請512KB大小的堆，而另壹個程式可能會在相同時間申請從1MB堆塊中獲得32位元組的堆。隨著程式運行，第壹個程式獲得512KB並調用另外那個獲得32位元組的程式。當第壹個程式試圖獲得512KB時，LE無法通過現有的塊滿足需求，而必須申請另外壹個塊。這意味著有幾乎0，5MB的存儲沒有被使用。 在選擇初始堆和棧大小時，先研究應用程式行為。同樣為CICS在每個用戶存儲分段的開頭與結尾設定8位元組“崩潰區”。壹個4-K IBM LE事務請求(GETMAIN)實際占用4,112位元組，這將導致CICS存儲碎片。堆CICS來說，使用4,080位元組，非常適合壹個4-K頁。LE同樣使用壹些新的存儲用來滿足自己使用控制，這也進壹步降低了留給程式的可用空間。 成果展示 第壹個采用積體電路工藝的IBM360 1958年，IBM發布第壹臺全部采用電晶體制造的計算機RCA501。1959年，IBM公司相繼推出了7070、7090等大型電晶體計算機和I401、I620等中小型電晶體計算機。1964年，IBM再接再厲，研制成功世界上第壹個采用積體電路工藝的IBM360系列計算機。如圖1所示。 圖1 IBM360 這壹時期的計算機費用昂貴，基本上只能為國防、金融、交通、能源等國家部門和支柱產業提供數據處理服務。例如IBM360的研制成本高達50億美元，甚至是第壹顆核子彈造價 的2.5倍。 為了解決這個問題，當時的學者提出了效用計算（utility computing）的概念，其思想淵源來自於電力行業。當白熾燈和發電機問世之後，雖然理論上家家戶戶都可以實現照明了，但是這需要各家各戶都要配置並維護壹臺發電機，顯然無論在經濟上還是技術上都是不可行的。為此，科學家和工程師們又相繼發明了發電廠、直流供電系統和交流供電系統，最終電廠和遠距離交流供電系統構成了電力行業的核心技術並延續至今。 今天我們打開電燈照明或者啟動空調取暖時，並不關心其背後是哪個發電廠提供的電力能源，只要按照每月電表的讀數按時繳納用電費用就可以享受電力帶來的服務了。除了電力，我們日常生活中經常用到的管道煤氣、自來水、固定電話等公***服務都采用了這種方式，那麽計算服務或者按今天的話來說信息技術服務能否按照這種方式發展呢？這就是效用計算的理念。 為了使得壹臺大型機能夠同時為多個客戶提供服務，IBM公司在軟體上采用了分時復用和虛擬化的設計思想，使得多個客戶在同時使用同壹臺大型機時，就好像將其分割成了多個小型化的虛擬主機，這其實就是效用計算的雛形。