mainframe چیست و آشنایی جامع با آن

 Mainframe اصطلاحی در دنیای IT است که به کامپیوتر‌های قدرتمند نسبت داده می‌شود. در حقیقت مین فرم یک کامپیوتر در ابعاد بزرگ بوده که دارای توان پردازشی بسیار قدرتمند است و در زمان واقعی می‌تواند میلیارد‌ها محاسبه را انجام دهد. شاید در 20 یا 30 سال گذشته اندازه یک mainframe بزرگ‌تر از یک اتاق معمولی بود اما امروزه ابعاد و اندازه‌های معقول‌تر و قابل‌قبول‌تری دارند.

شاید این سوال پیش آید که چرا باید از این نوع کامپیوتر‌ها که بسیار گران‌قیمت هستند استفاده کرد و یا اصلا در چه مواردی از آن‌ها استفاده می‌شود؟ در این مقاله قصد داریم تا به بررسی کامل مین فریم کامپیوتر‌ها همراه با ویژگی‌های مختلف آن‌ها بپردازیم، پس پیشنهاد می‌شود تا انتهای مقاله همراه ما باشید.

Mainframe یا مین فریم چیست؟

همان‌طور که اشاره کردیم منظور از mainframe، کامپیوتر‌های بسیار قدرتمندی است که سیستم پردازشی بسیار پرتوان همراه با منابع سخت‌افزاری زیاد (مثلا 1000 TB فضای ذخیره‌سازی) دارند که در برخی موارد خاص از آن‌ها استفاده می‌شود. مین فریم‌ها از همان ابتدای خلقت سیستم‌های محاسباتی وجود داشتند تا پردازش‌ها حداکثری را در کمترین زمان ارائه دهند.

شاید این سوال پیش آید که قدرت سخت‌افزار‌های امروزی که در رایانه‌های شخصی (PC) استفاده می‌شود شاید 10 برابر  mainframe کامپیوتر‌های 30 سال قبل بود، خب پس چرا امروزه نیز از آن‌ها همچنان استفاده می‌شود؟ باید گفت که این ماهیت تکنولوژی است، یعنی هرچه قدر هم در آن پیشرفت کنیم باز هم احساس کمبود و نیاز خواهیم کرد.

درست است که 30 سال قبل مین فریم کامپیوتر‌ها بسیار ضعیف‌تر از تبلت‌هایی که امروزه در دست کودکان است، بود، اما باید به این نکته هم اشاره کرد که 30 سال قبل چیزی به نام ارز دیجیتال وجود نداشت. 30 سال قبل بورس در بستر سیستم‌های محاسباتی پیاده نشده بود. 30 سال قبل هوش مصنوعی وجود نداشت و اصلا چرا راه دور برویم، 30 سال قبل حتی تصویر رنگی هم وجود نداشت چه رسد به فیلم‌های 3 بعدی که امروزه در خیابان‌های چین برای تبلیغات استفاده می‌شود!

پس با پیشرفت، برای پیشرفت بیشتر، نیاز به سیستم‌های پردازشی و ابر کامپیوتر‌های پیشرفته‌تر است، در غیر این صورت پیشرفتی حاصل نمی‌شود.

موارد استفاده از mainframe و کاربرد‌های آن

کامپیوتر‌ها بر اساس میزان توان پردازشی که ارائه می‌کنند در رده‌های مختلفی قرار می‌گیرند. برای مثال اگر mainframeها در بالا‌ترین رده (البته به‌جز ابر کامپیوتر‌ها که در ادامه بررسی می‌شود) قرار گرفته باشند، بعد از آن‌ها سرور‌ها و سپس کامپیوتر‌های قدرتمند و بالارده (مانند همین دستگاه‌های استخراج رمزارز یا سیستم گیمینگ) و درنهایت رایانه‌های شخصی (PC) خواهد بود.

به طبع هرچه سازمانی پیشرفته‌تر و توسعه‌یافته‌تر باشد، نیاز به منابع و زیر‌ساخت‌های قدرتمند‌تر دارد. برای مثال منابع شرکتی مانند Google قابل‌مقایسه با حتی زیرساخت‌های کل کشور ایران نیست. در دارایی‌های این شرکت شاید چندین هزار یا چند ده‌هزار mainframe وجود داشته باشد که محاسبات چندین میلیارد کاربر را در سراسر دنیا انجام می‌دهد.

مقاله هر آن چیزی که لازم است درباره زیر ساخت شبکه بدانید را ازدست ندهید.

زمانی می‌رسد که نیاز است تا بیشتر از قبل منابع و زیر‌ساخت‌ها را متمرکز کرد تا هم فضای کمتری اشغال شود و هم برخی ریسک‌ها و خطرات احتمالی از بین رود. همچنین مدیریت و نگهداری از منابع متمرکز، آسان‌تر نیز است. از‌این‌رو شرکتی به‌جای خرید و استفاده از مثلا 10 سرور ترجیح دهد تا یک mainframe تهیه کند. امروزه نیز طبق آمار‌ها در حدود 80 درصد از داده‌های شرکتی جهان در مین فرم‌ها جریان دارند و پیش‌بینی در مورداستفاده از دستگاهی به‌جای آن‌ها وجود ندارد.

از این نوع کامپیوترها اغلب در:

1. سازمان‌ها و شرکت‌های فعال در بورس
2. بانک‌ها
3. شرکت‌های حوزه تکنولوژی
4. محاسبات ابری
5. سازمان‌های بیمه
6. صرافی‌های ارز دیجیتال

استفاده می‌شود. بیاید نگاهی دقیق‌تر به هرکدام از این موارد بیندازیم.

سازمان‌ها و شرکت‌های فعال در بورس

نیاز نیست تا برای بررسی این مورد به سمت بورس کشور‌های بزرگی مانند آمریکا برویم. در همین کشور خودمان و بازار بورس ایران روزانه میلیون‌ها معامله انجام می‌شود. تعداد زیادی سهام وجود دارد که هرکدام ویژگی‌های مخصوص خود را دارند. همچنین تعداد زیادی خریدار و فروشنده به‌صورت آنلاین در حال انجام معامله هستند که باید تغییرات صورت‌گرفته سریعا اعمال شود که این‌طور نیز است.

یعنی زمانی که شما سهامی راه خریداری می‌کنید تمامی مشخصات و اطلاعات کاربری شما درهمان لحظه بروز می‌شود. این تعداد از پردازش که باید بدون هیچ خطایی صورت گیرد تنها از پس mainframeها بر می‌آید. حتی سرور‌ها نیز نمی‌توانند چنین محاسباتی را پشتیبانی کنند و در صورت استفاده از سرور، نیاز به تعداد زیادی از آن‌ها خواهد بود.

بانک‌ها

همانند بازار بورس، سازمان‌های بانکی نیز حجم زیادی از داده‌ها و اطلاعات را باید پردازش کنند. بهتر است بگوییم که میزان داده‌های پردازش شده در شبکه بانکی بسیار بیشتر از بازار بورس است، زیرا که تقریبا 90 درصد مردم (به‌غیر از کودکان و افرادی که به حداقل سن نرسیده‌اند) جزوی از سیستم بانکی هستند درحالی‌که همه در بورس حضور ندارند.

روزانه میلیارد‌ها تومان پول به‌صورت مجازی یا حقیقی در حال گردش است که قسمت بزرگی از اقتصاد کشور را شامل می‌شود. اگر تراکنش‌ها سریع و بدون خطا نباشند، مردم و سرمایه‌داران نسب به سیاست‌های بانکی اتخاذ شده بدبین خواهند شد. ازاین‌رو mainframeها از زیرساخت‌های اصلی هر بانکی است.

شرکت‌های حوزه فناوری و تکنولوژی

اشاره کردیم که برخی کمپانی‌های غول دنیا مانند Google، Microsoft، Apple و… تعداد بسیار زیادی از کاربران را باید در لحظه پشتیبانی کنند. در طول یک روز چندین میلیون درخواست جستجو از موتور جستجوگر گوگل می‌شود و در هر درخواست هزاران نتیجه در کمتر از یک ثانیه ظاهر می‌شود. با یک‌ضرب ساده این ارقام به عددی خواهید رسید که شاید خواند آن عملی نباشد.

این تعداد پردازش را اگر برعهده سرور‌های معمولی قرار دهید شاید برای یافتن یک نتیجه برای یک جستجو، یک ماه زمان نیاز باشد. دیگر شرکت‌های یاد شده نیز موتور‌های جستجوگر یا سرویس‌های مخصوص به خود را دارند که نیازمند بستری از مین فریم‌ها برای پردازش‌ها زیاد در کمترین زمان ممکن هستند.

مطالعه مقاله سرور چیست و آشنایی با همه انواع آن را پیشنهاد می کنیم.

محاسبات ابری

در چند سال اخیر که بازار رایانش ابری یا cloud computing داغ شده است و رشد زیادی داشته، شرکت‌های بزرگ را وادار به گسترش منابع خود به‌منظور ارائه خدمات بیشتر و پشتیبانی بهتر کرده است. برای مثال کمپانی Amazon که یکی از ارائه‌دهندگان قدرتمند سرویس‌های مختلفی ابری است، از mainframeها برای پردازش داده‌های کاربران که تعدادشان بالا نیز است، استفاده می‌کند.

آشنایی جامع با انواع سرویس های رایانش ابری را مطالعه کنید.

همچنین مثال دیگر محاسبات ابری همین Google Drive بوده که برای هر جمیل، 15 گیگ فضای ذخیره‌سازی رایگان در نظر گرفته است. یعنی اگر 10 میلیون کاربر را که هرکدام تنها از 2 جمیل مختلف برای دسترسی به گوگل درایو استفاده می‌کنند در نظر بگیرید، 300 میلیون گیگ فضا نیاز خواهد بود (عدد واقعی بسیار بیشتر از این مقدار است). برای پردازش این مقدار داده نیاز به کامپیوتری واقعا قدرتمند است.

سازمان‌های بیمه

یکی دیگر از بزرگ‌ترین سازمان‌ها که تعداد کاربران زیاد در کنار حجم معاملاتی و قراردادی فراوانی را برعهده دارد، بیمه است. تقریبا هر فردی در دنیای امروزی حتی شده، از یک مورد از سرویس‌های متنوع شرکت‌های مختلف بیمه استفاده می‌کند. مانند بیمه آتش‌سوزی، بیمه عمر، شخص ثالث، بیمه سلامت، بیمه کاری و… .

همچنین پرداخت‌های زیادی از طرف هر شخصیت حقیقی یا حقوقی در طول روز انجام می‌گیرد که باید اطلاعات و داده‌ها در همان لحظه پردازش و ثبت شود. همچنین قرارداد‌های شرکت‌های بیمه با سازمان‌های مختلف مانند درمانگاه‌ها و بیمارستان‌ها نیز خود تولیدکننده داده‌های فراوانی بوده که برای پردازش آن‌ها نیاز به mainframe است.

صرافی‌های ارز دیجیتال

تقریبا همان بانک‌های معمولی هستند با این تفاوت که پول به‌جای دلار یا تومان، یک کد کامپیوتری است. اگر حجم معاملاتی یکی از ارز‌ها را (مثلا بیت‌کوین) در تاریخ امروز و در صرافی بایننس چک کنید، با رقمی نجومی مواجه خواهید شد. این رقم مجموع پرداخت‌های یک ارز و یک صرافی است درحالی‌که چندین صرافی و چندین ارز وجود دارد و روزبه‌روز نیز بر تعدادشان افزوده می‌شود.

سیستم انتقال رمزارزها بر پایه بلاک‌چین است. اگر بخواهم این سیستم را توضیح دهم شاید تعداد کلمات این مقاله به بیشتر از 5 هزار برسد، پس در مقاله‌ای جدا block chain را به‌صورت مفصل شرح خواهم داد. تنها کافی است بدانید که بعد از خرید یا فروش یک ارز، باید داده‌های شما که در مثلا یک بلوک قرار دارد بروز شود و همچنین داده‌های بلوک‌های دیگر نیز که به‌صورت زنجیروار در اتصال با یکدیگر هستند، بر اساس تغییرات بلوک شما آپدیت شوند.

سیستم بلاک‌چین سیستم ساده ولی بسیار گسترده است که برای آنالیز و پردازش داده‌های آن نیاز به دستگاه‌های محاسباتی قدرتمندی مانند مین فریم‌ها است. همچنین دلیل محبوبیت آن (block chain) نیز امنیت بالای تراکنش‌ها است که درنتیجه محاسبات باید بی‌نقص باشند.

ابرکامپیوتر چیست و چه تفاوتی با Mainframe دارد؟

Supercomputerها یا به‌اصطلاح ابر کامپیوتر‌ها حالت متفاوت و قدرتمند‌تری از mainframeها هستند که در حوزه‌های خاص و به‌منظور پردازش داده‌های متمرکز استفاده می‌شوند. به تعبیری دیگر زمانی که نیاز باشد تا تعداد داده‌های زیادی در وسعت بالا را پردازش کنیم از مین فریم استفاده می‌شود. مانند داده‌های میلیون‌ها کاربر رایانش ابری در سرویس‌های متعدد.

اما گاهی اوقات نیاز است تا پردازش‌ها به‌صورت متمرکز و در یک حوزه تخصصی انجام شود. مانند پردازش‌ها مربوط به حل یک مسئله ریاضی یا فیزیک که بهتر است تا از ابررایانه‌ها استفاده کنیم. برای درک بهتر تفاوت این دو پردازشگر، فرض کنید که Mainframe یک ماشین‌حساب صنعتی است که تعداد اعداد زیادی وارد آن می‌شود و باید روزانه ضرب، تقسیم، جمع و تفریق زیادی را بادقت 5 رقم اعشار انجام دهد.

درحالی‌که سوپرکامپیوتر یک ماشین‌حساب مهندسی است که تا 100 رقم اعشار دقت دارد و علاوه بر 4 عمل اصلی می‌تواند اعمال ریاضی زیادی مانند جزر، توان، فاکتوریل و… را نیز انجام دهد. در دنیای واقعی مثال supercomputerها را می‌توان در شرکت‌های هواپیمایی یافت. برای محاسبه دقیق مسیر‌های هواپیما‌ها نیاز است داده‌های زیادی بادقت فراتر از حد تصور پردازش شوند تا خطری جان مسافرین را تهدید نکند.

در نتیجه ابرکامپیوترها دستگاه‌های پردازشی بسیار قدرتمندی هستند (پرتوان‌تر از مین فریم) که در جهت انجام پردازش‌ها یک حوزه ولی بادقت بالا ساخته شده‌اند. درحالی‌که mainframeها دستگاه‌هایی هستند که شاید از نظر قدرت ضعیف‌تر باشند ولی می‌توانند تعداد پردازش‌ها زیادی را در حوزه‌های متنوع و در زمان کم انجام دهند. از جمله کاربرد‌های دیگر سوپر کامپیوتر‌ها می‌شود به هوش مصنوعی نیز اشاره کرد.

پردازش‌های هوش مصنوعی با Mainframe یا Supercomputer

الگوریتم‌های هوش مصنوعی بسیار پیچیده بوده، تا جایی که در نظر بگیرید هدف از خلق آن شبیه‌سازی مغز انسان و بشر است. در هر لحظه میلیون‌ها پردازش در ذهن ما و به‌صورت ناخودآگاه انجام می‌گیرد که دقت بسیار بالایی دارند. مانند دیدن محیط اطراف و تجزیه تحلیل میلیون‌ها شیء در میلیون‌ها رنگ.

شاید با برنامه‌های مبتنی بر هوش مصنوعی مانند FaceApp کارکرده باشید. این نوع برنامه‌ها از الگوریتم‌های ابتدایی AI (Artificial intelligence) استفاده می‌کنند که با بررسی فرم صورت، رنگ پوست، اندازه بینی و بسیاری از المان‌های دیگر، یک تصویر نه‌چندان دقیق از پیری یا جوانی عکس آپلود شده را ارائه می‌دهند.

یا به‌احتمال زیاد فیلتر‌هایی را دیده‌اید که یک فرد تصویر خود را در فیلم‌های معروف و به‌جای ابرقهرمان‌ها قرار داده است. همچنین تصاویر متحرکی که از عکس‌های قدیمی حاصل شده‌اند و یا بازسازی صدا‌ها از روی استخوان‌های مومیایی‌ها! تمامی این مثال‌های یاد شده تنها بخشی از توانایی‌های الگوریتم‌های ابتدایی هوش مصنوعی است.

باید اشاره کرد که کارهای خارق‌العاده‌ای می‌توان باهوش مصنوعی انجام داد. برای مثال اخیرا اسنادی منتشر شده است که در آن پیش‌بینی می‌شود تا 20 سال آینده و به لطف AI دیگر مرگی وجود نخواهد داشت و می‌توان پروسه پیری را معکوس کرد. هدف و منظور از بیان این مثال‌ها رسیدن به این نکته بوده که برای پیاده‌سازی تمامی موارد ذکر شده، محاسبات دقیقی باید انجام شود که نیاز به توان و قدرت پردازشی بالایی دارد.

پس درنهایت و در پاسخ به سوال که آیا پردازش‌ها هوش مصنوعی با mainframe انجام می‌شود یا supercomputer، باید گفت که با ابر کامپیوترها این امر محقق می‌شود.

جمع‌بندی

در هر دورانی از زندگی، از زمان انسان‌های اولیه تا به امروز، بشر نیاز داشت تا پردازش‌ها و محاسباتی انجام دهد. برای مثال تا قبل از خلقت ماشین‌حساب که از ابتدایی‌ترین کامپیوتر‌ها است، از چرتکه استفاده می‌شد. حال تقریبا 90 درصد محاسبات را رایانه‌ها انجام می‌دهند و بر اساس قدرت و توان پردازشی که می‌توانند ارائه کنند، در دسته‌های متفاوتی قرار می‌گیرند.

برای مثال قدرتمند‌ترین آن‌ها supercomputer است که در پله بعدی Mainframe و سپس سرور‌ها قرار دارند. اکثر شما با سوپر رایانه‌ها آشنا هستید ولی بیشتر مردم درکی از مفهوم مین فریم‌ها ندارند، از‌این‌رو سعی کردیم تا در این مقاله به بررسی آن و توضیح تفاوت‌های ابررایانه‌ها و مین فریم‌ها بپردازیم. امید است تا مطالعه این مقاله، هرچند اندک، برای خوانندگان عزیز مفید باشد.