Горячая замена - Hot swapping

"Горячая замена" перенаправляется сюда. Информацию о горячей замене батареи см. аккумулятор электромобиля.

Горячая замена замена или добавление компонентов к компьютерная система без остановки, Выключение, или же перезагрузка система;[1] горячее подключение описывает только добавление компонентов.[2] Компоненты, обладающие такой функциональностью, называются с возможностью горячей замены или же с возможностью горячего подключения; аналогично, компоненты, которые не с возможностью холодной замены или же с холодным подключением.

Самый настольный компьютерное железо такие как процессоры и память, подключаются только холодным способом. Однако это обычное дело для среднего серверы, высокопроизводительные серверы и мэйнфреймы для обеспечения возможности горячей замены аппаратных компонентов, таких как ЦПУ, объем памяти, PCIe, SATA и SAS диски.

Хорошо известным примером функции горячей замены является универсальная последовательная шина (USB) соединение, которое позволяет пользователям добавлять или удалять периферийные устройства например, мышь, клавиатура, принтер или портативный жесткий диск. Такие устройства могут быть заменены или заменены в горячем режиме в зависимости от поставщика.

Обоснование

Горячая замена используется всякий раз, когда желательно изменить конфигурацию или восстановить работающую систему, не прерывая ее работу.[3] Это может быть просто для удобства, чтобы избежать задержки и неудобств, связанных с выключением, а затем перезапуском сложного оборудования, или потому, что это важно для оборудования, такого как сервер, чтобы быть постоянно активным.

Горячая замена может использоваться для добавления или удаления периферийные устройства или компоненты, чтобы устройство могло синхронизировать данные с компьютером и заменять неисправные модули без прерывания работы оборудования. Машина может иметь двойное Источники питания, каждый достаточен для питания машины; неисправный может быть заменен в горячем режиме. Важные карты, такие как дисковый контроллер или же хост-адаптер могут быть разработаны с резервными путями, поэтому их можно модернизировать или заменить, если они выходят из строя без необходимости вывода компьютерной системы из эксплуатации.

Системные соображения

Машины, поддерживающие горячую замену, должны иметь возможность изменять свою работу для измененных конфигурация либо автоматически при обнаружении изменения, либо при вмешательстве пользователя. Все электрические и механические соединения, связанные с горячей заменой, должны быть спроектированы таким образом, чтобы ни оборудование, ни пользователь не могли пострадать во время горячей замены. Другие компоненты в системе должны быть спроектированы таким образом, чтобы удаление компонента с возможностью горячей замены не прерывало работу.

Механический дизайн

Защитные покрывающие пластины, экраны или лицевые панели могут использоваться как на съемных компонентах, так и на самом основном устройстве, чтобы предотвратить контакт оператора с цепями, находящимися под напряжением, обеспечить антистатическую защиту добавляемых или удаляемых компонентов или предотвратить случайное прикосновение съемных компонентов и замыкание включенных компонентов в рабочем устройстве.

Дополнительные направляющие прорези, штифты, выемки или отверстия могут использоваться для помощи в правильной установке компонента между другими токоведущими компонентами, в то время как механические защелки, ручки или рычаги могут использоваться для помощи в правильной установке и извлечении устройств, которые требуют большое количество силы для подключения или отключения, или для помощи в правильном соединении и удержании вместе разъемов питания и связи.

Вариации

Есть два слегка различающихся значения термина горячая замена. Это может относиться только к возможности добавления или удаления оборудования без выключения системы, в то время как системное программное обеспечение может быть уведомлено пользователем о событии, чтобы справиться с ним. Примеры включают RS-232 и нижний конец SCSI устройств. Иногда это называют холодное закупоривание. Однако, если система может обнаруживать и реагировать на добавление или удаление оборудования, это называется истинное горячее подключение.[нужна цитата ] Примеры включают USB, FireWire и более высокого уровня. SCSI устройств.

Некоторые реализации требуют процедуры выключения компонента перед удалением. Это упрощает конструкцию, но такие устройства не являются надежными в случае отказа компонентов. Если компонент удаляется во время его использования, операции с этим устройством завершаются ошибкой, и пользователь несет ответственность за повторную попытку, если это необходимо, хотя обычно это не считается проблемой.

Более сложные реализации могут рекомендовать, но не требуют, чтобы компонент был выключен, с достаточным избыточность в системе, чтобы позволить продолжить работу, если компонент был удален без выключения. В этих системах горячая замена обычно используется для регулярного обслуживания компьютера или для замены вышедшего из строя компонента.[нужна цитата ]

Разъемы

Sun SPARCstation с возможностью горячей замены Крепление с одним разъемом (SCA) дисковая подставка[нужна цитата ]

В большинстве современных методов «горячей» замены используется специальный разъем с расположенными в шахматном порядке контактами, так что одни контакты обязательно будут подключены раньше других. В большинстве конструкций с шахматным расположением выводов контакты заземления длиннее, чем у других, что гарантирует отсутствие подключения чувствительной схемы до надежного заземления системы. Все остальные штырьки могут быть одинаковой длины, но в некоторых случаях используются три длины штырей, так что входящее устройство сначала заземляется, линии данных подключаются вторым, а питание подается третьим, в быстрой последовательности по мере того, как устройство вставляется. Штыри одинаковой номинальной длины не обязательно контактируют в одно и то же время из-за механических допусков и наклона соединителя при установке.

Одно время штифты со смещением считались дорогим решением,[нужна цитата ] но многие современные семейства разъемов теперь стандартно поставляются со смещенными контактами; например, они используются на всех современных последовательных SCSI-дисках. В настоящее время в продаже имеются специальные контакты разъема питания с возможностью горячей замены с повторяемыми номиналами прерывания постоянного тока до 16 А. Печатные платы сделаны со смещенными краями для прямого горячего подключения к разъему объединительной платы.

Хотя скорость закупоривания невозможно точно контролировать, практические соображения предоставят пределы, которые можно использовать для определения условий наихудшего случая. Для типичной конструкции с шахматным выводом, где разница в длине составляет 0,5 мм, время между длинным и коротким контактом вывода составляет от 25 до 250 мс. Вполне практично разработать схемы с горячей заменой, которые могут работать с такой скоростью.

угловые штыри разъема горячей замены

Пока оперативно заменяемый соединитель достаточно жесткий, один из четырех угловых штифтов всегда входит в зацепление первым. Для типичного двухрядного соединителя это обеспечивает четыре угловых штыря, которые нужно сделать первыми, которые обычно используются для заземления. Другие контакты рядом с углами могут использоваться для функций, которые также выиграют от этого эффекта, например, для определения, когда разъем полностью вставлен. Эта диаграмма иллюстрирует эффективную практику, когда заземление находится в углах, а контакты питания - ближе к центру. Два сенсорных штифта расположены в противоположных углах, так что обнаружение полной посадки подтверждается только тогда, когда оба они находятся в контакте с прорезью. Остальные контакты используются для всех других сигналов данных.

Силовая электроника

Источники питания постоянного тока для компонентов с горячей заменой обычно предварительно заряженный с помощью специальных длинных контактов, которые входят в контакт раньше основных контактов питания. Эти контакты предварительной зарядки защищены схемой, которая ограничивает пусковой ток до приемлемого значения, которое не может повредить контакты или нарушить напряжение питания на соседние разъемы. Схема предварительной зарядки может быть простой последовательной резистор, а отрицательный температурный коэффициент (NTC) резистор, или ограничитель тока схема. Дополнительная защита может быть обеспечена схемой «плавного пуска», которая обеспечивает управляемое увеличение внутренних напряжений питания постоянного тока внутри компонента.

Типичная последовательность подключения оперативно заменяемого компонента к слоту может быть следующей:

  1. Контакт с длинными заземляющими контактами; становится доступной базовая электробезопасность и защита от электростатического разряда.
  2. Длинные (или средние) контакты предварительной зарядки контактируют; развязывающие конденсаторы начинают заряжаться.
  3. Задержка в реальном времени в десятки миллисекунд.
  4. Короткие контакты питания / сигнала замыкаются.
  5. Разъем становится полностью установленным; сигнал сброса при включении питания заявлен в компоненте
  6. Схема плавного пуска начинает подавать питание на компонент.
  7. Задержка в реальном времени в десятки миллисекунд.
  8. Схема плавного пуска завершает последовательность; цепь сброса при включении отключена
  9. Компонент начинает нормальную работу.

Силовые цепи с возможностью горячей замены теперь можно приобрести в специально разработанных ASIC так называемые диспетчеры питания с горячей заменой (HSPM).

Радиопередатчики

Современный день радиопередатчики (и немного ТВ-передатчики также) используйте мощные радиочастотные транзисторные силовые модули вместо вакуумные трубки. Замена силовых модулей в горячем режиме не является новой технологией, так как многие радиопередатчики, изготовленные в 1930-х годах, могли заменять силовые трубки во время работы передатчика, но эта функция не получила широкого распространения из-за внедрения более надежных мощных устройств трубки.

В середине 1990-х годов несколько производителей радиопередатчиков в США начали предлагать заменяемые высокомощные транзисторные модули RF.

  • В то время не существовало отраслевого стандарта для конструкции сменных силовых модулей.
  • Ранние конструкции модулей имели лишь ограниченную патентную защиту.
  • К началу 2000-х годов было доступно множество моделей передатчиков, в которых использовались различные типы силовых модулей.

Возобновление производства силовых модулей пошло на пользу индустрии радиопередатчиков, поскольку способствовало развитию инноваций. Модульные передатчики оказались более надежными, чем трубчатые передатчики, если передатчик правильно выбран для условий на передающей площадке.

Ограничения мощности:

  • Модульный передатчик с наименьшей мощностью: обычно 1,0 кВт при использовании модулей мощностью 600 Вт.
  • Модульный передатчик наивысшей мощности: 1,0 МВт (для LW, МВт ).
  • Модульный передатчик максимальной мощности: 45 кВт (FM, TV).

Сигнальная электроника

Схема, прикрепленная к сигнальным контактам в компоненте с горячей заменой, должна включать некоторую защиту от электростатический разряд (ESD). Обычно это делается в виде ограничивающих диодов на землю и на напряжение источника постоянного тока. Эффекты электростатического разряда можно уменьшить за счет тщательного проектирования механического корпуса вокруг заменяемого в горячем режиме компонента, возможно, путем покрытия его тонкой пленкой из проводящего материала.

Особое внимание следует уделять проектированию систем с шинными сигналами, которые подключены к более чем одному компоненту с возможностью горячей замены. Когда вставляется оперативно заменяемый компонент, его входные и выходные сигнальные контакты представляют собой временное короткое замыкание на землю. Это может вызвать нежелательные импульсы на уровне земли для сигналов, которые могут нарушить работу других оперативно заменяемых компонентов системы. Это было проблемой для раннего параллельный SCSI Дисковый привод. Одним из распространенных конструктивных решений является защита подключенных к шине сигнальных контактов последовательными диодами или резисторами. Буферные устройства CMOS теперь доступны со специализированными входами и выходами, которые сводят к минимуму искажение сигналов по шине во время операции горячей замены. Если ничего не помогает, другое решение - успокоиться работа всех компонентов в режиме горячей замены.

Игры

Хотя самые современные видео игра системы могут обмениваться играми и мультимедиа (например, Blu-ray ) без выключения системы, старые поколения систем различались по поддержке возможности горячей замены. Например, в то время как Sony PlayStation и PlayStation 2 могут извлечь игровой диск при включенной системе, Nintendo Game Boy Advance и Nintendo 64 зависнут и потенциально могут выйти из строя, если игровой картридж будет извлечен при включенном питании. Производители специально предостерегают от подобных действий в руководстве пользователя или на игровом картридже.[4] Якобы по этой причине Stop 'N' Swop был взят из Серия Banjo-Kazooie. С Sega Genesis / Mega Drive система, иногда можно было применить читы (например, игрок, имеющий бесконечное количество жизней) и другие временные изменения программного обеспечения игр путем горячей замены картриджей, даже если картриджи не предназначены для горячей замены.[5]

Программного обеспечения

Горячая замена может также относиться к возможности изменять исполняемый код программы без необходимости прерывать ее выполнение. Интерактивное программирование это парадигма программирования в котором широко используется горячая замена, поэтому программирование становится частью самого потока программы.

Только несколько языки программирования встроенная поддержка горячей замены, включая Щука, Лисп, Erlang, Болтовня, Visual Basic 6 (не VB.net), Ява и совсем недавно Вяз[6] и Эликсир. Microsoft Visual Studio поддерживает своего рода горячую замену под названием Edit and Continue, которая поддерживается C #, VB.NET и C /C ++ при работе под отладчиком.[7]

Горячая замена - центральный метод в живое кодирование, где программирование является неотъемлемой частью рабочего процесса. В общем, все языки программирования, используемые в живом кодировании, такие как Суперколлайдер, Приливные циклы, или же Экспромтом поддержка горячей замены.

Некоторые веб-фреймворки, такие как Джанго, поддержка обнаружения изменений модуля и их перезагрузки на лету. Однако, хотя для большинства целей и задач это то же самое, что и горячая замена, технически это просто тайник очистка, вызванная новым файлом. Это не относится к языкам разметки и программирования, таким как HTML и PHP соответственно, в общем случае, поскольку эти файлы обычно интерпретируются заново при каждом использовании по умолчанию. Есть несколько CMS и другие фреймворки на основе PHP (такие как Drupal ), которые используют кеширование. В этих случаях применяются аналогичные возможности и исключения.

Горячая замена также облегчает разработку систем, в которых обрабатываются большие объемы данных, например, целые геномы в алгоритмах биоинформатики.[8]

Товарные знаки

Термин «HOT PLUG» был зарегистрирован в качестве товарного знака в США в ноябре 1992 г. Core International, Inc., и отменен в мае 1999 года.[9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Хеннесси, Джон Л .; Паттерсон, Дэвид А. (2002). Компьютерная архитектура: количественный подход. Серия Морган Кауфманн в компьютерной архитектуре и дизайне. Морган Кауфманн. п. 707. ISBN  9780080502526.
  2. ^ «Горячая замена и горячая замена». Searchstorage.techtarget.com. TechTarget. Получено 2013-08-18.
  3. ^ Tabisz, W.A .; Йованович, M.M .; Ли, футбольный клуб (23–27 февраля 1992 г.). Настоящее и будущее распределенных энергосистем. Седьмая ежегодная конференция и выставка по прикладной силовой электронике, 1992. APEC '92. Материалы конференции 1992. IEEE. С. 11–12. Дои:10.1109 / APEC.1992.228437. ISBN  0-7803-0485-3. Правильно спроектированная параллельная конфигурация позволяет производить оперативную замену (горячую замену) неисправных модулей. Это обеспечивает средства для непрерывного обслуживания и ремонта, что очень желательно для высоконадежных систем, работающих в непрерывном режиме.
  4. ^ «Меры предосторожности для здоровья и безопасности для консолей с картриджами». nintendo.com. Nintendo. Получено 2014-04-22.
  5. ^ Редакторы Журнал GamePro (1994). Секреты игр Sega Genesis Величайшие советы (2-е изд.). Prima Publishing. п. 217. ISBN  9781559584012. Получено 2014-05-12.
  6. ^ «Интерактивное программирование - горячая замена в Elm». elm-lang.org. Получено 2015-02-15.
  7. ^ «Статья MSDN для редактирования и продолжения». Msdn.microsoft.com. Получено 2013-08-18.
  8. ^ "HotSwap для биоинформатики: Учебник STRAP". Biomedcentral.com. Получено 2013-08-18.
  9. ^ «Статус товарного знака и поиск документов (TSDR); Марка: HOT PLUG; Серийный номер в США: 74140414; Дата подачи заявки: 19 февраля 1991 г .; Регистрационный номер в США: 1732038; Дата регистрации: 10 ноября 1992 г.». USPTO. Получено 27 ноября 2016.