发布日期：2024 年 3 月 1 日
撰稿人：Stephanie Susnjara、Ian Smalley
大型机是一种数据服务器，旨在以最高级别的安全性和可靠性，处理每天多达 1 万亿次的 Web 事务。
从本质上讲，大型机是具有大量内存和数据处理器的高性能计算机，可以实时处理数十亿次简单的计算和事务。大型机对于需要高度弹性、安全性和敏捷性的商用数据库、交易服务器和应用程序至关重要。
自互联网和云计算出现以来，有些人可能会将大型机视为“技术恐龙”。相反，大型机实现了不断发展以跟上其他技术的发展步伐，同时继续在 IT 基础设施领域发挥着至关重要的作用。
在近期的一份 IBM 报告中，排名前 50 位的银行中有 45 家、排名前 5 的航空公司中有 4 家、全球 10 大零售商中有 7 家、财富 100 强企业中有 67 家均将大型机用作为其核心平台。此外，IBM 商业价值研究院 (IBV) 的一项研究表明，大型机处理了全球近 70% 的生产 IT 工作负载，且有 70% 的受访高管认为基于大型机的应用程序是其业务战略的核心所在。
“大型机”(mainframe) 一词最初是指容纳早期计算机系统中央处理单元 (CPU) 的大型机柜或“主框架”。大型机充当中央数据存储库或“枢纽”，用于连接组织数据处理中心中的工作站或终端。随着大型机变小并获得更多的处理能力，变得更加灵活和多用，集中式计算环境已被更加分布式的计算环境所取代。当今的大型机处理和存储大量数据，被称为企业服务器（或数据服务器）。
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早期的大型机系统充满了房间大小的金属框架，可能占用 2,000 到 10,000 平方英尺的面积。这些庞大的机器需要大量的电力、空调和大量的输入/输出 (I/O) 设备。 今天的大型机比早期的“大块头”机器小，大约有一台大冰箱那么大。最新型号（例如，带有标准 19 英寸机架的 IBM® z16 单机架系统）旨在轻松与现代数据中心中的其他 IT 基础架构和系统集成，无论该数据中心是指位于公司物理位置的本地数据中心还是云数据中心。
设计于 1937 年的 Harvard Mark I，又称 IBM 自动顺序控制计算器（ibm.com 外部链接）是全球首台大型计算机。美国海军舰船局在第二次世界大战后期将此计算机用于军事用途，以便快速解答数学问题。
1951 年，Eckert-Mauchly Computer Corporation (EMCC) 开始建造第一台商用大型机 UNIVAC（ibm.com 外部链接）。不久之后，IBM 在 1953 年推出了第一台专为商业用途设计的大型机 - IBM 701 型电子数据处理机。该公司的第一台电子计算机 701 比其前身快约 25 到 50 倍，在计算能力、内存容量和缩减尺寸方面取得了显著进步。
20 世纪 50 年代，美国其他大型商用计算机制造商包括 Burroughs、Datamatic、GE、RCA 和 Philco。
第一台现代大型机 IBM System/360 于 1964 年面市。两年之内，System/360 便以行业标准的身份主导了大型计算机市场。在该计算机出现之前，用户必须为每台新计算机定制编写软件，且市场上不存在任何商业软件公司。System/360 可将软件与硬件分离，并首次实现了为某一计算机编写的软件可在生产线上的任意其他计算机上运行。
尽管许多人将虚拟化与云计算联系起来，但商业虚拟化技术最初是在大型机上进行的，目的是从逻辑上分配系统资源，供大量用户共享。在虚拟化之前，大型机 IT 专业人员使用按键打孔机、批处理作业和单一操作系统来执行 IT 运营。1964 年，IBM 推出了 CP/CMS。这种轻量级的单用户操作系统包含第一个虚拟机管理程序，其创建了虚拟机 (VM)，虚拟化了底层硬件，从而提高了效率并降低了成本。
IBM System/370 于 1970 年推出，标志着 IBM 首次从磁铁氧体磁芯技术转向硅存储器芯片来存储数据和指令，因为它们的运行速度更快,并且占用空间更小。System/370 推出六个月后，“硅谷”一词首次以打印形式出现在一期 Electronic News 上。
70 和 80 年代大型机市场的其他重要制造商包括 Fujitsu、Hewlett-Packard、Hitachi、Honeywell、RCA、Siemens 和 Sperry Univac。在此期间，大型机行业继续发展，机器尺寸越来越小，I/O 性能不断提高，内存越来越大，处理器越来越多，从而使得其功能和容量不断增长。
20 世纪 90 年代，随着个人电脑和其他技术的加速应用，一些分析师预言大型机将走向终结。1991 年，InfoWorld 分析师 Stewart Alsop 说了一句名言：“我预测最后一台大型机将在 1996 年 3 月 15 日切断电源。”
然而，大型机作为各行业的核心 IT 基础设施依然存在。2022 年 4 月，IBM 推出了最新一代 IBM zSeries 计算机 z16，它采用 IBM® Telum 处理器和行业首创的片上集成加速器，以前所未有的速度和规模（以及极低的延迟）使用 AI 进行预测和自动化。
早期的大型机（如 S/360）具有单个处理器或中央处理单元 (CPU)，而今天的大型机具有中央处理器复合体 (CPC)，由专为特定用途设计的专用处理器组成。
与大型机相关的长期价值集中在可靠性、可用性和可服务性 (RAS)。
大型机的硬件具有广泛的自检和恢复功能。
系统可以从故障组件问题中恢复，不会影响系统的其余部分。当今的大型机提供持续的高可用性和快速的灾难恢复，以防止停机。
大型机可以确定故障发生的原因。此功能允许更换硬件和软件部件，同时尽可能减少对操作系统的影响。
大型机用作高速存储和处理数据的服务器，可同时执行数百万条指令。与之相比，超级计算机要快得多，能够在一秒钟内执行数十亿次浮点运算。超级计算机可以执行大量计算密集型工作，如天气预报、气候研究、分子建模、物理模拟等。
当今的组织机构都在拥抱支持数字创新的云计算和分布式架构，以创造竞争优势。云环境不能取代大型机。
相反，这两个系统合并形成了整体的数字化转型战略。为此，对基于大型机的应用程序进行现代化改造已成为当今企业混合云方法的重要组成部分，该方法将本地、公有云、私有云和边缘环境组合在一起，并统一起来，以创建单一、灵活的 IT 基础架构。
通过将大型机功能集成并扩展到混合云环境中，企业可以为其工作量选择最佳环境（无论是在云中还是在本地部署），从而最大限度地利用每个平台的创新、技术进步、安全性和弹性。例如，航空公司可以为客户创建一个应用程序来管理他们的旅行信息，如基于云的预订信息。该服务还可以访问主机上的数据，如航班到达和起飞时间的变化。这项服务不会取代或改进现有的主机功能。相反，它允许客户从两个世界中汲取精华：驻留在云端的数据和本地部署的数据。
应用程序现代化（将单体式传统应用程序转变为基于微服务架构构建的云应用程序的过程）首先要评估当前的传统应用程序、数据和基础设施，并应用正确的现代化策略来实现预期的结果。虽然可以直接迁移应用程序，但重组应用程序以利用云原生技术（例如容器和 Kubernetes）通常可以带来更多业务价值。
如今，大型机应用程序现代化已实现与 DevOps 的协同运行，而 DevOps 则是一套用于自动完成软件开发与 IT 运营团队的工作的流程和实践。在近期的一项 IDC 调查（ibm.com 外部链接）中，82% 的组织表示自身已采取措施，以便优先在大型机与云原生环境中使用相同的应用程序开发工具。目前，各大开发团队正在充分利用 DevOps 和 DevSecOps 实践，并通过自动化的集成式管道来交付应用程序，以便在目标混合云环境中更快、更灵活地交付软件版本和更新。
确保可持续性已成为企业的当务之急。由于数据中心约占全球能源消耗的 1%（ibm.com 外部链接），大型组织正在寻找减少 IT 能源使用的方法，作为其 ESG 计划的一部分。现代大型机能耗更低少，占用的空间更小，有助于提高数据中心的效率。
在 Allied Market Research 的一份报告（ibm.com 外部链接）中，2022 年全球大型机市场的价值为 290 万美元，预计到 2032 年将达到 56 亿美元，复合年增长率 (CAGR) 为 7.3％。
以下仅列举几个依赖大型机的行业的例子。
银行必须处理大量交易 - 从信用卡交易到 ATM 取款再到在线帐户更新。大型机为大规模提供这些服务提供了强大的数据处理能力。下一代交易和技术（如区块链）依赖于大型机提供的速度、规模和安全级别。
全球最著名的保险公司使用大型机来安全地处理大量敏感数据，例如患者的个人身份信息 (PII)、医疗记录和账单信息。
从执法到国家安全，许多关键的政府服务都依赖大型主机系统来实现安全性、性能和弹性的最佳平衡。执法部门等政府机构需要具备应对系统故障或安全漏洞的弹性。现代大型机平台利用 AI 来更快地从数据中获取价值并提高网络安全效率。
在线零售商依赖大型机系统的超强处理能力，以支持移动设备和其他设备的大规模交易。
IBM® z16 是 IBM® Z 大型机的最新迭代版本，配备片上 AI 推理和业内首创的量子安全技术。
IBM® Z 是一个现代化的 z/Architecture 硬件 系列，可运行 z/OS、 Linux、 z/TPF、 z/VM 和 IBM Z Systems 软件。
IBM® z/OS 是面向 IBM Z 大型机的操作系统 (OS)，适用于连续、大容量操作，安全性和稳定性高。
IBM® LinuxONE 是一款企业级 Linux® 服务器，融合了 IBM 在构建企业级系统方面的丰富经验，以及 Linux 操作系统的开放性。
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虚拟化使一台计算机的硬件资源（处理器、内存、存储空间等）可以划分为多台虚拟计算机，这称为虚拟机 (VM)。