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Pablo EspesoGoogle+

@whiskito

Editor senior en Xataka

En el principio fue el mainframe08 de mayo de 2014 | 15:00 CET

Los usamos a diario pero no somos conscientes de ellos. Ayudan a que la ciencia evolucione ymejor, a que los nuevos descubrimientos sean posibles. Sin ellos, el mundo actual sería muydiferente. Los Mainframe son una categoría de ordenadores desconocida para muchos, peroesencial en la informática moderna.

Hoy ahondaremos en el mundo de los mainframe, aprovechando el 50 aniversario de sucreación por IBM. Equipos que, como todo el mundo de la tecnología, han evolucionado deforma notabilísima, pasando de aquellas vetustas válvulas de vacío a los nuevos transistores,de tener armarios con cuadros de control a poder ser gestionados desde cualquier parte delmundo.

Remontándonos a la prehistoria de la informática

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Gadgets y tecnología: últimas tecnologías en electrónica de consumo -XATAKA

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Los ordenadores deprincipios del siglo XX erancalculadoras, utilizadaspara acelerar lasoperaciones de losprofesionales

Antes de entrar en materia con los mainframe esnecesario poner algo de contexto a este tema.Los ordenadores de principios del siglo XXeran meras calculadores que los investigadoresde la época utilizaban para acelerar susoperaciones. Máquinas con una electrónicabásica, muy alejada de la que conocemos hoy endía, pero que funcionaron y ayudaron a losestudios de entonces. Podemos decir quesirvieron para que las cuentas matemáticaspasasen del papel al ordenador, acelerándolas y,en muchos casos, asegurando los resultados ante posibles errores humanos.

Evidentemente las aspiraciones humanas fueron cada vez mayores. Si tenemos un ordenadorcapaz de ejecutar 1.000 operaciones por segundo, el siguiente paso a realizar es inmediato:buscar uno le supere en rendimiento.

En los años 30 IBM ya fabricaba ordenadores destinados a grandes entidades,generalmente administración pública (gobiernos, ejércitos o universidades), que reservabanvarias salas en sus edificios para estos computadores. Los métodos de entrada y salida erantarjetas microperforadas, muy alejadas de los actuales teclado, ratón o pantalla. Lainformación se cifraba y se grababa en las tarjetas a través de pequeños agujeros físicos, queeran los que el computador detectaba y era capaz de leer a través de un código. Una vezrealizadas las determinadas operaciones, el propio ordenador volvía a perforar otra tarjetadonde mostraba los resultados.

IBM 601, calculadora basada en tarjetas microperforadas (1931, vía Wikipedia)

Estos equipos eran relativamente pequeños, de unos pocos metros cuadrados de superficie.Sobre estas líneas tenéis el IBM 801 Bank Proof, un sistema con cuya creación IBM buscabaautomatizar ciertos trabajos relacionados con la banca: comprobar cheques bancarios,aprobarlos y llevar un registro económico del conjunto. Una curiosa máquina que precisamentellegó pocos años después del crack del 29, concretamente en el año 1934, y que fue uno delos culpables de que IBM tuviera un ritmo de fabricación de entre 5 a 10 millones de tarjetasmicroperforadas al día.

Pero no dejaban de ser juguetitos para lo que iba a venir un tiempo más tarde. El primer usoque IBM le da al término 'mainframe' es en 1944, cuando la compañía norteamericana y laconocida Harvard University desarrollaron el ASCC, Automatic Sequence Controlled Calculator,también denominado The Harvard Mark I, y que empezó a gestarse en 1939.

IBM 801 Bank Proof, máquina para llevar un registro de cheques bancarios (IBM, 1934)

El Mark I era un equipo de grandes dimensiones que ocupaba una enorme sala dentro deHarvard, y puede definirse como una enorme calculadora síncrona que podía trabajar enparalelo, utilizando algoritmos de cálculo que podían ejecutar las cuatro operacionesaritméticas básicas.

El Harvard Mark I, o ASCC, lanzado en 1944, es considerado elprimer mainframe del mercado

Según IBM, Mark I operaba con números de hasta 23 cifras decimales gracias al uso de los 60registros físicos para constantes y 72 contadores de resultados temporales, que físicamentefueron construidos por 765.000 componentes y unos 800 kilómetros de cable. Y sí, porsupuesto el Mark I recibía como entrada tarjetas microperforadas, aunque también se podíaañadir información a través de papel o interruptores mecánicos; por su parte, la salida serealizaba también con tarjetas microperforadas o automatizada, directamente a papel, a travésde máquinas de escribir mecánicas.

El Mark I inició su trabajo el 7 de agosto de 1944, tras seis meses de montaje en lasinstalaciones de Harvard y varios retrasos motivados por la Segunda Guerra Mundial, y estuvoen funcionamiento durante quince años.

Harvard Mark IUno de los primeros 'grandes' equipos de IBM,estuvo 15 años operando en Harvard admitiendonúmeros de hasta 23 cifras decimales.

Los años 50

El Mark I es considerado el primer mainframe de la historia, y tras él vinieron muchos otrosmás. Mientras Frank Sinatra y Elvis Presley empezaban a sonar en las radios norteamericanas,los ingenieros de IBM continuaron con la idea del Mark I y se plantearon el desafío de iniciar suevolución y mejorarlo.

Fue entonces cuando nació el SSEC, Selective Sequence Electronic Calculator, un sistema conpartes mecánicas (válvulas de vacío) y electrónicas (relés) cuyo diseño se inició justo tras elMark I, poniéndose en funcionamiento en enero de 1948. Su misión no distaba mucho de laque se realizaba con el Mark I, siendo también una gran calculadora cuyo primer uso fue elcálculo de las posiciones de la luna respecto de los planetas del Sistema Solar. Esta tarea laejecutó durante los primeros seis meses, y tras ello empezó a ser alquilada a diferentescompañías para múltiples proyectos.

Que el Mark I naciera en época de guerra pudo ser una coincidencia, si bien es cierto que elmundo bélico siempre ha estado muy ligado a la evolución de la tecnología. Muchosproyectos son grandes secretos y, lamentablemente, no nos enteraremos nunca de ellos, perohay otros que sí se han confirmado.

Por ejemplo en plena Guerra de Corea (1950-1953), IBM presentó el IBM 701 en el año 1952,un equipo cuyo desarrollo se consensuó con el Gobierno estadounidense con la finalidad deser usado para el diseño de naves aeroespaciales, de munición y también para el desarrollonuclear.

IBM SSECNótese las dimensiones de los equipos en loslaterales, y los paneles de control en el centro de lasala. Podéis encontrar la historia de ésta y otrasimágenes en la web de la Columbia University.

Además, IBM 701 supone un antes y un después en la historia al ser considerado como elprimer sistema de procesamiento de información digital. Mientras en anteriorescomputadores era el propio usuario el que junto a la información añadía las operaciones arealizar, en el 701 los programas eran almacenados en una memoria interna, como se hace enla informática moderna. También se le considera una de las piezas clave para el abandono delas tarjetas microperforadas, además de la semilla que da inicio a una nueva era de lainformática moderna.

IBM 701 inicia una nueva era, siendo el primer sistema deprocesamiento de información digital. Se presentó en 1952.

IBM 701Uno de los IBM 701 del Lawrence LivermoreNational Laboratory, en 1954. Una vez más serepite la distribución de armarios y mesa decontrol central (imagen vía Flickr).

Instalación 'típica' de un IBM 701 (imagen vía trailing-edge)

Según la información de la compañía, el 701 es 25 veces más rápido que el SSEC a la vez queocupa una cuarta parte de su espacio. Sólo se vendieron 19 unidades, disponibles entre losaños 1952 y 1955, pertenecientes a los siguientes clientes:

Machinenumber

Shipped to Date Note

1 IBM World Headquarters,New York, N.Y.

Dec. 20, 1952

2 University of California.,Los Alamos, N.M.

Mar. 23, 1953 Used for hydrodynamics calculations.

3Lockheed AircraftCompany, Glendale, Cal. Apr. 24, 1953

Mathematics Analysis Department used the 701 for problems in aircraft design,such as aerodynamic performance and stability, thermal dynamics and structuraland flight dynamics. Production data handled on 701s by Lockheed's Factory DataProcessing Group included project base schedule preparation, parts scheduling,shop order writing, direct labor hour forecasting and parts activity ledgers.

4 National Security Agency,Washington, D.C.

Apr. 28, 1953

5Douglas AircraftCompany, Santa Monica,Cal.

May 20, 1953

Arrived on May 23, 1953, aboard a DC-6A aircraft. The 701 was used to get theDC-7 into production months ahead of schedule. It solved engineering andscientific problems on all Douglas commercial aircraft, including the DC-6B, DC-7,DC-7C and the development of DC-8.

6 General ElectricCompany., Lockland, Ohio

May 27, 1953

7 Convair, Fort Worth, Tex. Jul. 22, 1953

8 U.S. Navy, Inyokern, Cal. Aug. 27, 1953 Used to calculate rocket and missile performance and to simulate flight conditionsof these devices at the U.S. Naval Ordnance Test Station China Lake.

9 United Aircraft, EastHartford, Conn.

Sep. 18, 1953

10 North American Aviation,Santa Monica, Cal.

Oct. 9, 1953 Handled engineering problems, from basic configuration selection throughaerodynamic and structural design to the analysis of flight test data.

11Rand Corporation., SantaMonica, Cal. Oct. 30, 1953

Used to solve wide variety of problems in economics, mathematics, aircraft,missiles, electronics, nuclear energy and social sciences. Later moved to West LosAngeles.

12Boeing Corporation,Seattle, Wash. Nov. 20, 1953

Used to assist engineers and designers in solving problems in aerodynamics, stressand structural development, and flight testing of supersonic and jet aircraft andguided missiles.

13 University of California,Los Alamos, N.M.

Dec. 19, 1953

14Douglas AircraftCompany, El Segundo,Cal.

Jan. 8, 1954Solved engineering problems on U.S. Navy A3D Skywarrior, A4D Skyhawk and F4DSkyray programs, and USAF C-133 and RB-66 programs.

15 Naval Aviation Supply,Philadelphia, Pa.

Feb. 19, 1954

16 University of California,Livermore, Cal.

Apr. 9, 1954

Primero los discos durosmecánicos, y luego lostransistores: losmainframes cambiaronradicalmente en los años60.

17General MotorsCorporation, Detroit,Mich.

Apr. 23, 1954

18Lockheed AircraftCompany, Glendale, Cal. Jun. 30, 1954

Mathematics Analysis Department used the 701 for problems in aircraft design,such as aerodynamic performance and stability, thermal dynamics and structuraland flight dynamics. Production data handled on 701s by Lockheed's Factory DataProcessing Group included project base schedule preparation, parts scheduling,shop order writing, direct labor hour forecasting and parts activity ledgers.

19 U.S. Weather Bureau,Washington, D.C.

Feb. 28, 1955 Produced from spare parts.

Llegan los transistores y los mainframe continúancreciendo

Desde los años 50, los mainframes han continuado evolucionando con ayuda de los ingenierosde diseño que han estado permanentemente buscando la forma con la que mejorarlos yadaptarlos a los nuevos retos e invenciones de la ciencia.

Parte de esas evoluciones buscaban mejorar la parte física y ciertos componentes con elobjetivo de conseguir una mayor eficacia y minimizar su tasa de error físico. Esta línea depensamiento hizo que en 1956 se desarrollase el primer disco duro magnético, un monstruode varios kilogramos de peso que se alquilaba por unos 3.200 dólares mensuales, y que fueinstalado por primera vez en el IBM RAMAC 305.

Pocos años más tarde se ejecutó una de lasinnovaciones más importantes en uso en latecnología actual. Sabréis que el término 'bug'proviene de su definición en inglés, cuyatraducción es 'bicho', 'insecto' o similaresindividuos de la naturaleza. Esto es debido a queen la maquinaria de aquellos viejoscomputadores se metían insectos que alterabanel correcto funcionamiento del sistema.

Evitar esos "bugs', o al menos que dejasen deexistir tal y como se conocían en la época, fue uno de los grandes retos en la década de los 60al dejar atrás la tecnología de válvulas de vacío, elemento indispensable para los

Sí, ese cilindro que veis ahí es el primer disco duro del mercado (imagen vía ExtremeTech)

computadores de la época. Es cuando llegan los transistores y empieza la 'era digital'.

El mainframe encargado de inaugurar este periodo fue el IBM 7000, una evolución sobre el700 que cambió las válvulas de vacío por transistores, y que llegó al mercado en 1964.

La semilla estaba ya enterrada en el suelo y era cuestión de regalarla y darle algo de tiempo.Los IBM 7000 Series tuvieron un cierto éxito en el mercado, pero sobre todo fueron la basesobre la que más tarde, en 1964, se construyeron los IBM System/360, que cambiaríannotablemente la forma con la que llegar a los clientes.

En vez de existir pocos equipos fabricados casi de forma artesanal, los S/360 se diseñaron deforma que existiesen múltiples configuraciones para ajustarse a los presupuestos quepudiesen tener diferentes clientes, así como también a los requisitos de todos ellos e incluso alcolor, siendo posible personalizarlos para adaptarse a la imagen de las diferentes compañías.

The IBM System/360 wasn’t just a brilliant all-in-one computer mainframe; it was stylish too. Itwas available in five standard colors, although the ASB Bank data center in New Zealand tookadvantage of ordering it in a custom yellow.

Los mainframes empezaron a llegar a empresas de todo tipo, y no sólo a entidades de cortepúblico con grandes presupuestos como hasta entonces. ¿Necesitas un armario? ¿Quizá dos?Los que necesites, o los que puedas pagar.

Pero el éxito de los System/360 no se basó únicamente en la posibilidad de escalarlos a lo queel cliente necesitase. IBM también los orientó para servir como máquinas multipropósito.Mientras anteriores generaciones estaban pensadas como supercalculadoras, a partir del S/360

IBM System/360Llegan los 60 y llega el color, la personalización ylas diferentes gamas de producto. ¿El resultado?Los S/360 se hicieron un hueco en muchas másempresas (imagen vía 360info).

Los S/370 se mantuvieronen el mercado durante dosdécadas

los mainframes empezaron a ser máquinas que servían para mucho más que calcular números.

La transición junto a los PC y la llegada deInternet

Los ingenieros de IBM mantuvieron la idea de los System/360 con nuevas generaciones en losaños sucesivos. En 1970 llegaron los System/370 para los que pensaron que sería buena ideaque la gente que ya tuviese un S/360 pudiese seguir ejecutando su software en un nuevoS/370. Eran retrocompatibles, basados en los mismos principios pero evolucionados yadaptados a los tiempos más modernos. Como detalle curioso, el sistema operativo tanto delos S/360 como de los S/370 ya se basaba en una arquitectura con registros de 32 bits, que enel ámbito doméstico incluso continúan usándose en la actualidad.

También se dio una importante coincidencia que más tarde aprovecharon desde IBM. LosSystem/370 coincidieron con el nacimiento de los PC, equipos mucho más sencillos perotambién más económicos. Como referencia, los S/370-158 y S/370-168, ambos en 1972,tenían un coste de 200.000 y 400.000 dólares (de la época) respectivamente, mientras que elApple I de 1975 se introdujo por los famosos 666,66 dólares.

Los System/370 fueron una de las familias máslongevas de la historia de la informática,manteniéndose en el mercado durante dosdécadas. IBM, consciente de que tenían un buenproducto, se centró en mejorar sucesivamentetanto el hardware (nuevos procesadores,adaptación a nuevas interfaces) como en el

IBM System/370El panel de control, al fondo, y la entrada de datos,a la derecha. Detrás del fotógrafo habría másmáquinas (imagen vía Forbes).

software (sistemas operativos específicamente diseñados por IBM, introducción de los primerosLinux hechos 'a medida'). También empezaron a surgir los clones de equipos IBM, definidoscomo ordenadores diseñados y construidos por otros fabricantes (Hitachi, Fujitsu, Siemens oMitsubishi eran quizá los más conocidos) pero compatibles con el mismo software queproporcionaba IBM.

Estos 'clónicos' se mantuvieron en el mercado durante los años 80, y empezaron a expandirsepor el entorno doméstico (¿quién no recuerda los 80286 fabricados por AMD?), permaneciendodurante la siguiente generación.

Con los vaqueros y el refresco de cola vendiéndose por todos lados, en la década de los 90IBM estrenó los System/390. Misma estructura de nombre que por supuesto trajo algunasnovedades (pasaron a utilizar transistores bipolares en vez de CMOS, por ejemplo), pero quemantuvieron la esencia tanto de los S/370 como de los S/360 previos: seguían siendoretrocompatibles con el software (sí, en el 1999 se podía ejecutar en un S/390 un programadesarrollado para un S/360 de 1964 sin necesidad de adaptar el código) y utilizaban la mismaarquitectura CISC de 32 bits. Igualmente también existieron múltiples familias, configuracionesy gamas, una constante que se mantiene hasta nuestros días.

Una diferencia significativa es que, mientras los S/360 y S/370 eran máquinas con un panel de

Un IBM S/390, ya "sólo armario" (imagen vía Corestone)

¿Software de los 60 en unzEnterprise del siglo XX?Retrocompatibles durantemás de 40 años

control propio, los S/390 empezaron a adoptar un formato diferente. Armarios de,generalmente, grandes dimensiones, en los que toda la comunicación se realizaba desde uncliente externo. Los PC, con su rápido crecimiento y la amenaza que suponían para losmainframes, motivaron este cambio que hizo que estos equipos necesitasen disponer de unbuen canal de intercambio de información.

El cambio de siglo y el cambio de nombre

Aunque el equipo de diseño de IBM tuvo en mente siempre la evolución de muchos de loscomponentes, la base sobre la que se sustentaron las sucesivas generaciones fue laarquitectura CISC de 32 bits que, como ya hemos visto, se mantuvo entre los S/360, S/370 yS/390 durante un período de 40 años.

La llegada del nuevo siglo trajo importantes cambios para IBM. Los S/390 se vieron sucedidospor los System z, un nuevo nombre que también incluyó una nueva arquitectura, laz/Architecture.

La z/Architecture, también desarrollada completamente por IBM, fue introducida en 2000.Dieron el salto a los 64 bits y, una vez más, mantuvieron la retrocompatibilidad conanteriores generaciones, incluyendo con los S/360 y suponiendo 40 años de softwarecompatible.

También introdujeron un nuevo límite en lamemoria RAM (hasta 2 exabytes) fundamental enequipos profesionales de este calibre, y porsupuesto el software, que ahora podía acceder aregistros de mayor capacidad, repercutiendo enuna mayor eficiencia en el procesamiento de lainformación.

IBM zEnterpriseInstalación de un zEnterprise y su expansión,BladeCenter Extension, en el año 2010. Lo que sedice hace cuatro veranos.

Algo que empezó a vislumbrarse en los S/390 terminó explotando en los System z: laparalelización se tornó en un pilar fundamental de esta nueva generación. Para sercompetitivos y teniendo en cuenta las experiencias de los años anteriores, estos nuevosequipos se diseñaron de forma que admiten configuraciones que en algunos casos superanlos 100 procesadores por armario, cada uno de ellos con cuatro, seis o más núcleos, y porencima del terabyte de memoria RAM.

Actualmente, además de los System z, IBM también distribuye mainframes con chips AMDOpteron (System x), Intel Xeon (System x, BladeCenter) o POWER (Power Sustems, Power Blade),su propia arquitectura heredada de los PowerPC de antaño. Existen decenas de diferentesmodelos que a su vez son ampliamente personalizables y adaptables a los requisitos de cadacliente, tanto tecnológicos como económicos.

Los mainframe: siguen ahí aunque no los veas

Los mainframe existen y siguen a la orden del día, y de hecho los usamos continuamente.No los vemos, pero ahí están. Si te paras a pensar, estas líneas que estás leyendo seguramenteestén guardadas en un servidor de alguna parte, y ese servidor consistirá en varios mainframesque son los que proporcionan la conexión 24/7 de ésta y muchas otras páginas web.

Los grandes servicios tienen sus propios centros de datos (Google, Apple), mientras que otraslo subcontratan. Por ejemplo Amazon es una de las mejor posicionadas en esto con susAmazon Web Services, proporcionando servidores y sistemas de caché imprescindibles para laWeb hoy en día.

Los mainframes han pasado de ser sistemas pertenecientes a entidades públicas(universidades, gobiernos, ejércitos) a ser la base hardware de Internet y las comunicaciones.El mundo de los smartphones ha hecho que estemos aún más conectados, no sólo en nuestrascasas si no también en (casi) cualquier parte del mundo. A los smartphones hay que sumar lasredes de sensores (cada vez más habituales en las ciudades), los vehículos (los coches cadavez incorporan más tecnología) o los electrodomésticos que empiezan a ser conectados (véaseéste de Berg).

Aún queda mucho camino por recorrer, pero la tendencia es que prácticamente todo termineconectado a un servidor, en el que habrá un mainframe.

Llevamos utilizándolosdurante años, sin casidarnos cuenta.

Igualmente, también hay que mencionar la importancia de los mainframes para el mundode la ciencia. Equipos de este corte se utilizan para realizar simulaciones matemáticascomplejísimas, predicciones meteorológicas o análisis de información que sin estosordenadores superrápidos sería imposible afrontar.

Los mainframes llevan varios años siendo el'centro' transparente de nuestras conexiones. Nolos vemos, pero están ahí. Sus funcionalidadesno cambiarán en los próximos años, si bien síempiezan a vislumbrarse algunasmodificaciones importantes que pueden afectara pilares de estos equipos.

Uno de ellos es el consumo energético, un parámetro muy valorado en los últimos añosdebido a los incrementos en el coste de la energía en todo el mundo. Los clientes buscanequipos de consumo más ajustado que les permita reducir su factura de la luz, y por tanto losfabricantes se enfrentan ante el reto de bajar los requisitos energéticos de sus equipos ala vez que se mantiene un buen rendimiento. Es importante mencionar que el consumoeléctrico no depende sólo del equipo como tal, si no que por ejemplo también es esencial larefrigeración de la sala (los supercomputadores suelen instalarse en salas completamenterefrigeradas para mejorar la disipación del calor), que suele suponer buena parte de la facturatotal.

Otro de los cambios más importantes que se están planteando en el mercado de los mainframees evolucionar desde las clásicas

IBM zEnterprise zEC12Otro zEnterprise, el zEC12 de 2012, junto a suBladeCenter Extension. Especial atención al diseñodel equipo, auténtica belleza geek.

El mundo de los servidores engeneral, y de los mainframes enparticular, está en plenoproceso de cambio, con ARMcomo la próxima granimplementación.

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arquitecturas POWER, x86 o la z quemencionábamos antes, hacia ARM, quetiene a su favor varios factores. Consumeuna fracción de la energía de suscompetidoras, emite un calor quemuchas veces puede disiparsepasivamente (sin ventiladores activos) yademás son baratos. Evidentementetienen la contrapartida de que surendimiento también es mucho menorque el de las alternativas antes mencionadas, algo que está combatiéndose instalandomúltiples chips ARM y ejecutándolos en simultáneamente, en paralelo.

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