Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Горячая замена» перенаправляется сюда. Информацию о горячей замене аккумулятора см. В разделе Аккумулятор электромобиля .

Горячая замена - это замена или добавление компонентов компьютерной системы без остановки, выключения или перезагрузки системы; [1] горячее подключение описывает только добавление компонентов. [2] Компоненты, обладающие такой функциональностью, считаются поддерживающими « горячую» замену или « горячую замену» ; аналогично, компоненты, которые не допускают « холодной» замены или « холодной» замены .

Большинство аппаратных средств настольных компьютеров , таких как процессоры и память, допускают только холодную замену. Однако обычно серверы среднего и высокого уровня и мэйнфреймы имеют возможность горячей замены аппаратных компонентов, таких как ЦП , память , диски PCIe , SATA и SAS .

Хорошо известным примером функции горячей замены является соединение по универсальной последовательной шине (USB), которое позволяет пользователям добавлять или удалять периферийные устройства, такие как мышь, клавиатура, принтер или портативный жесткий диск. Такие устройства могут быть заменены или заменены в горячем режиме в зависимости от поставщика.

Обоснование [ править ]

Горячая замена используется всякий раз, когда желательно изменить конфигурацию или восстановить работающую систему без прерывания ее работы. [3] Это может быть просто для удобства, чтобы избежать задержки и неудобств, связанных с выключением и последующим перезапуском сложного оборудования, или потому, что для оборудования, такого как сервер , необходимо постоянно быть активным.

Горячая замена может использоваться для добавления или удаления периферийных устройств или компонентов, чтобы устройство могло синхронизировать данные с компьютером, а также для замены неисправных модулей без прерывания работы оборудования. Машина может иметь два источника питания , каждый из которых может питать машину; неисправный может быть заменен в горячем режиме. Важные карты, такие как контроллер диска или хост-адаптер, могут быть спроектированы с избыточными путями, поэтому их можно обновить или заменить, если они выходят из строя, без необходимости вывода компьютерной системы из эксплуатации.

Системные соображения [ править ]

Машины, поддерживающие горячую замену, должны иметь возможность изменять свою работу для измененной конфигурации 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. Остальные компоненты системы должны быть спроектированы таким образом, чтобы удаление компонента с возможностью горячей замены не прерывало работу.

Механический дизайн [ править ]

Защитные накладки, 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 закорачивание включенных компонентов в рабочем устройстве.

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

Варианты [ править ]

Термин « горячая замена» имеет два немного разных значения . Это может относиться только к возможности добавлять или удалять оборудование 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 устройства SCSI более низкого уровня . Иногда это называют холодным закупориванием . Однако, если система может обнаружить и отреагировать на добавление или удаление оборудования, это называется настоящим «горячим» подключением . [ необходима цитата ] Примеры включают устройства USB, FireWire и SCSI более высокого уровня .

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 достаточной избыточностью в системе, чтобы позволить продолжить работу, если компонент удален без выключения. В этих системах горячая замена обычно используется для регулярного обслуживания компьютера или для замены вышедшего из строя компонента. [ необходима цитата ]

Соединители [ править ]

Подставка для диска Sun SPARCstation с возможностью горячей замены с одним разъемом (SCA) [ необходима ссылка ]

В большинстве современных методов «горячей» замены используется специальный разъем с расположенными в шахматном порядке контактами, поэтому одни контакты обязательно будут подключены раньше других. В большинстве конструкций с шахматным расположением выводов контакты заземления длиннее, чем у других, что гарантирует отсутствие подключения чувствительных цепей до появления надежного заземления системы. Все остальные выводы могут быть одинаковой длины, но в некоторых случаях используются три длины вывода, так что входящее устройство сначала заземляется, затем подключаются линии передачи данных, а на третьем подается питание 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 вставке.

Когда-то считалось, что расположенные в шахматном порядке штырьки были дорогим решением [ необходима цитата ], но многие современные семейства разъемов теперь поставляются со ступенчатыми контактами в стандартной комплектации; 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 A. Печатные платы имеют ступенчатые края пальцев для непосредственного «горячего» подключения к разъему объединительной платы.

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

угловые штыри разъема с возможностью горячей замены

Пока оперативно заменяемый разъем достаточно жесткий, один из четырех угловых штифтов всегда входит в зацепление первым. Для типичного двухрядного соединителя это обеспечивает четыре угловых штыря, которые должны быть изготовлены первыми, которые обычно используются для заземления. Другие контакты рядом с углами могут использоваться для функций, которые также выиграют от этого эффекта, например, для определения того, когда разъем полностью вставлен. Эта диаграмма иллюстрирует правильную 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 соприкасаются с прорезью. Остальные контакты используются для всех других сигналов данных.

Силовая электроника [ править ]

Источники питания постоянного тока для компонента с горячей заменой обычно предварительно заряжаются с помощью специальных длинных контактов, которые входят в контакт до основных контактов питания. Эти контакты предварительной зарядки защищены схемой, которая ограничивает пусковой ток до приемлемого значения, которое не может повредить контакты или нарушить подачу напряжения на соседние разъемы. Схема предварительной зарядки может быть простым последовательным резистором , резистором с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) или схемой ограничителя тока. 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. Длинные штыри заземления контактируют; становится доступной базовая электробезопасность и защита от электростатического разряда.
  2. Длинные (или средние) контакты предварительного заряда контактируют; развязывающие конденсаторы начинают заряжаться.
  3. Задержка в реальном времени в десятки миллисекунд.
  4. Короткие контакты питания / сигнала замыкаются.
  5. Разъем становится полностью вставленным; 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 схемы с горячей заменой теперь можно приобрести на коммерческой основе в специально разработанных ASIC, называемых диспетчерами питания с горячей заменой (HSPM).

Радиопередатчики [ править ]

Современные радиопередатчики (а также некоторые телевизионные передатчики ) используют мощные радиочастотные транзисторные силовые модули вместо электронных ламп . 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 повсеместного применения из-за внедрения более надежных мощных устройств. трубки.

В середине 1990-х годов несколько производителей радиопередатчиков в США начали предлагать сменные 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.

Повторное внедрение 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 ДВ , МВт ).
  • Модульный передатчик максимальной мощности: 45 кВт (FM, TV).

Сигнальная электроника [ править ]

Схема, прикрепленная к сигнальным контактам в компоненте с возможностью горячей замены, должна включать некоторую защиту от электростатического разряда (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 будут представлять собой временное короткое замыкание на землю. Это может вызвать нежелательные импульсы на уровне земли в сигналах, которые могут нарушить работу других оперативно заменяемых компонентов системы. Это было проблемой для ранних параллельных SCSI -дисководов. 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 помехи передаваемых по шине сигналов во время операции горячей замены. Если ничего не помогает , другое решение - заморозить работа всех компонентов во время операции горячей замены.

Игры [ править ]

Хотя большинство современных систем видеоигр могут обмениваться играми и мультимедиа (например, Blu-ray ) без отключения питания системы, старые поколения систем различались по поддержке возможностей 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] Предположительно по этой причине Stop 'N' Swop был исключен из серии Banjo-Kazooie . СВ системе Sega Genesis / Mega Drive иногда можно было применить читы (например, игрок, имеющий бесконечные жизни) и другие временные изменения программного обеспечения в играх путем горячей замены картриджей, даже если картриджи не были предназначены для горячей замены. [5]

Программное обеспечение [ править ]

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

Только несколько языков программирования изначально поддерживают горячую замену, включая Pike , Lisp , Erlang , Smalltalk , Visual Basic 6 (не VB.net), Java и совсем недавно Elm [6] и Elixir . Microsoft Visual Studio поддерживает своего рода горячую замену под названием «Изменить и продолжить», которая поддерживается C # , VB.NET и C / C ++ при работе в отладчике. [7]

Горячая замена - это центральный метод живого кодирования , где программирование является неотъемлемой частью процесса выполнения. В общем, все языки программирования , используемые в прямом эфире кодирования, такие как SuperCollider , TidalCycles или экспромтом поддержка горячей замены.

Некоторые веб-фреймворки, такие как Django , поддерживают обнаружение изменений модуля и их перезагрузку на лету. Однако, хотя это то же самое, что и горячая замена для большинства намерений и целей, технически это просто очистка кеша , запускаемая новым файлом. Это не относится к языкам разметки и программирования, таким как HTML и PHP соответственно, в общем случае, так как эти файлы обычно повторно интерпретируются при каждом использовании по умолчанию. Однако есть несколько CMS и других фреймворков на основе PHP (таких 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, как, например, целые геномы в алгоритмах биоинформатики. [8]

Торговые марки [ править ]

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

См. Также [ править ]

  • Динамическое обновление ПО
  • Интерактивное программирование
  • udev

Ссылки [ править ]

  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 . Проверено 18 августа 2013 .
  3. ^ Табиш, Вашингтон; Йованович, ММ; Ли, ФК (23–27 февраля 1992 года). Настоящее и будущее распределенных энергосистем . Седьмая ежегодная конференция и выставка по прикладной силовой электронике, 1992. APEC '92. Материалы конференции 1992. IEEE. С. 11–12. DOI : 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 является очень желательной особенностью в высоконадежных системах, работающих в непрерывном режиме.
  4. ^ «Меры предосторожности для здоровья и безопасности для консолей с картриджами» . nintendo.com . Nintendo . Проверено 22 апреля 2014 .
  5. ↑ Редакция журнала GamePro (1994). Sega Genesis Games Secrets Greatest Tips (2-е изд.). Прима Паблишинг . п. 217. ISBN. 9781559584012. Проверено 12 мая 2014 .
  6. ^ "Интерактивное программирование - горячая замена в Elm" . elm-lang.org . Проверено 15 февраля 2015 .
  7. ^ «Статья MSDN для редактирования и продолжения» . Msdn.microsoft.com . Проверено 18 августа 2013 .
  8. ^ "HotSwap для биоинформатики: Учебник STRAP" . Biomedcentral.com . Проверено 18 августа 2013 .
  9. ^ «Статус торговой марки и получение 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 . Проверено 27 ноября 2016 года .