Горячая замена

Горячая замена — это замена или добавление компонентов в компьютерную систему без остановки, выключения или перезагрузки системы; ^[1] горячее подключение означает только добавление компонентов. ^[2] Компоненты, обладающие такой функциональностью, называются «горячими» или «горячими» заменами ; аналогичным образом, компоненты, которые не поддерживают холодную замену или холодную замену .

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

Примером горячей замены является возможность извлечения устройства с универсальной последовательной шиной (USB) периферийного , такого как флэш-накопитель, внешний жесткий диск (HDD), мышь, клавиатура или принтер, из USB-разъема компьютера или периферийного концентратора. не выбрасывая его предварительно.

Большинство смартфонов и планшетов с держателями для лотков могут заменять SIM-карты без выключения системы.

Специализированные цифровые фотоаппараты и видеокамеры обычно имеют легкодоступные отсеки для карт памяти и аккумуляторов , позволяющие быстро заменять их с минимальным перерывом в работе. Батареи можно перезаряжать путем внешней подзарядки резервных батарей, пока они не используются. Многие фотоаппараты и видеокамеры оснащены внутренней памятью, позволяющей вести съемку, когда карта памяти не вставлена.

Обоснование

Горячая замена применяется всякий раз, когда желательно изменить конфигурацию или отремонтировать работающую систему, не прерывая ее работу. ^[3] Это может быть просто для удобства во избежание задержек и неудобств, связанных с выключением и последующим перезапуском сложного оборудования, или потому, что важно, чтобы оборудование, такое как сервер , было постоянно активным.

Горячая замена может использоваться для добавления или удаления периферийных устройств или компонентов, чтобы обеспечить синхронизацию данных устройства с компьютером, а также для замены неисправных модулей без прерывания работы оборудования. Машина может иметь два источника питания , каждый из которых достаточен для питания машины; неисправный можно заменить в горячем режиме. Важные карты, такие как контроллеры дисков или хост-адаптеры, могут быть спроектированы с резервными путями, чтобы их можно было заменить в случае сбоя без необходимости прерывания работы соответствующей компьютерной системы.

Системные соображения

Машины, поддерживающие горячую замену, должны иметь возможность изменять свою работу в соответствии с измененной конфигурацией либо автоматически при обнаружении изменения, либо посредством вмешательства 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 системы должны быть спроектированы так, чтобы удаление компонента с возможностью горячей замены не прерывало работу.

Механическая конструкция

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

Дополнительные направляющие прорези, штифты, выемки или отверстия могут использоваться для облегчения правильной установки компонента между другими компонентами, находящимися под напряжением, а механические защелки, ручки или рычаги могут использоваться для облегчения правильной установки и удаления устройств, которые либо требуют большое усилие для подключения или отключения, а также для правильного соединения и удержания вместе разъемов питания и связи.

Вариации

Термин « горячая замена» имеет два слегка различающихся значения . Это может относиться только к возможности добавлять или удалять оборудование без выключения системы, в то время как системное программное обеспечение, возможно, должно быть уведомлено пользователем о событии, чтобы справиться с ним. Примеры включают устройства RS-232 более низкого уровня и SCSI .

В некоторых реализациях перед удалением требуется процедура выключения компонента. Это упрощает конструкцию, но такие устройства неустойчивы в случае выхода из строя компонентов. Если компонент удаляется во время его использования, операции с этим устройством завершаются неудачно, и пользователь несет ответственность за повторную попытку в случае необходимости, хотя обычно это не считается проблемой.

В более сложных реализациях может быть рекомендовано, но не требуется, выключение компонента с достаточной избыточностью в системе, позволяющей продолжить работу, если компонент удален без выключения. В этих системах горячая замена обычно используется для регулярного обслуживания компьютера или для замены неисправного компонента.

Разъемы

В большинстве современных методов горячей замены используется специальный разъем с расположенными в шахматном порядке контактами, так что определенные контакты обязательно подключаются раньше других. В большинстве конструкций с шахматным расположением контактов контакты заземления длиннее, чем у других, что гарантирует, что никакая чувствительная схема не будет подключена до тех пор, пока не будет надежного заземления системы. Остальные контакты могут быть одинаковой длины, но в некоторых случаях используются три длины контактов, так что входное устройство заземляется первым, линии передачи данных подключаются вторыми, а питание подается третьим, в быстрой последовательности по мере вставки устройства. Контакты одинаковой номинальной длины не обязательно вступают в контакт в одно и то же время из-за механических допусков и угла наклона разъема при вставке.

Когда-то считалось, что расположенные в шахматном порядке штифты являются дорогим решением. ^{[ нужна ссылка ]} но многие современные семейства разъемов теперь в стандартной комплектации поставляются со смещенными контактами; например, они используются на всех современных последовательных дисках SCSI. Специализированные контакты разъема питания с возможностью горячей замены теперь коммерчески доступны с повторяемым номиналом прерывания постоянного тока до 16 А. Печатные платы имеют расположенные в шахматном порядке края пальцев для прямого горячего подключения к разъему объединительной платы.

Хотя скорость закупоривания невозможно точно контролировать, практические соображения позволяют определить пределы, которые можно использовать для определения условий наихудшего случая. Для типичной конструкции со смещенным штифтом, где разница в длине составляет 0,5 мм, время между длинным и коротким контактом штыря составляет от 25 до 250 мс. Весьма практично спроектировать схемы горячей замены, способные работать на такой скорости.

Пока разъем горячей замены достаточно жесткий, один из четырех угловых штифтов всегда будет входить в зацепление первым. Для типичного двухрядного разъема предусмотрены четыре угловых контакта, которые обычно используются для заземления. Другие контакты рядом с углами можно использовать для функций, которым также будет полезен этот эффект, например, для определения того, когда разъем полностью вставлен. Эта диаграмма иллюстрирует хорошую практику, когда заземление находится по углам, а контакты питания — ближе к центру. Два сенсорных контакта расположены в противоположных углах, поэтому обнаружение полной посадки подтверждается только тогда, когда оба они соприкасаются со слотом. Остальные контакты используются для всех остальных сигналов данных.

Силовая электроника

Источники питания постоянного тока для компонента с возможностью горячей замены обычно предварительно заряжаются с помощью специальных длинных контактов, которые вступают в контакт перед основными контактами питания. Эти контакты предварительной зарядки защищены схемой, которая ограничивает пусковой ток до приемлемого значения, которое не может повредить контакты или нарушить напряжение питания соседних слотов. Цепь предварительной зарядки может представлять собой простой последовательный резистор , резистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) или схему ограничителя тока . Дополнительную защиту можно обеспечить с помощью схемы «мягкого запуска», которая обеспечивает управляемое нарастание внутреннего напряжения питания постоянного тока внутри компонента.

Типичная последовательность установки компонента горячей замены в слот может быть следующей:

Длинные штыри заземления входят в контакт; Становится доступной базовая электробезопасность и защита от электростатического разряда.
Длинные (или средние) штифты предварительного заряда вступают в контакт; развязывающие конденсаторы начинают заряжаться.
Реальная задержка в десятки миллисекунд.
Короткие контакты питания/сигнала замыкаются.
Разъем становится полностью на месте; сигнал сброса при включении питания, заявленный внутри компонента
Схема плавного пуска начинает подавать питание на компонент.
Реальная задержка в десятки миллисекунд.
Схема плавного пуска завершает последовательность действий; Схема сброса при включении питания отключена
Компонент начинает нормальную работу.

Цепи питания с возможностью горячей замены теперь можно приобрести в виде специально разработанных ASIC, называемых диспетчерами питания с возможностью горячей замены (HSPM).

Сигнальная электроника

Схема, подключенная к сигнальным контактам компонента с возможностью горячей замены, должна иметь некоторую защиту от электростатического разряда (ESD). Обычно это делается в виде фиксирующих диодов для заземления и напряжения источника постоянного тока. Эффекты электростатического разряда можно уменьшить путем тщательной разработки механического корпуса вокруг компонента горячей замены, например, путем покрытия его тонкой пленкой проводящего материала.

Особую осторожность необходимо соблюдать при проектировании систем с сигналами по шине, которые подключены к более чем одному компоненту с возможностью горячей замены. Когда вставлен компонент с возможностью горячей замены, 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 была проблема для ранних SCSI параллельных дисков . Одним из распространенных конструктивных решений является защита сигнальных контактов, подключенных к шине, с помощью последовательных диодов или резисторов. Буферные устройства КМОП теперь доступны со специализированными входами и выходами, которые минимизируют искажения передаваемых по шине сигналов во время операции «горячей» замены. Если все остальное не помогло, другое решение — приостановить работу всех компонентов во время операции «горячей» замены.

Приложения

Радиопередатчики

В современных радиопередатчиках (а также в некоторых телевизионных передатчиках ) вместо электронных ламп используются мощные радиочастотные транзисторные силовые модули . Горячая замена силовых модулей не является новой технологией, поскольку многие радиопередатчики, произведенные в 1930-х годах, могли заменять силовые лампы во время работы передатчика, но эта функция не получила повсеместного распространения из-за появления более надежных устройств высокой мощности. трубки.

В середине 1990-х годов несколько производителей радиопередатчиков в США начали предлагать сменные высокомощные транзисторные модули высокой мощности.

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

Повторное внедрение силовых модулей принесло пользу индустрии радиопередатчиков, поскольку способствовало инновациям. Модульные передатчики оказались более надежными, чем ламповые передатчики, если передатчик правильно выбран с учетом условий на месте передачи.

Ограничения мощности:

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

Игры

Хотя большинство современных систем видеоигр могут обмениваться играми и мультимедиа (например, Blu-ray ) без выключения системы, системы более старых поколений различались по поддержке возможностей горячей замены. Например, в то время как Sony PlayStation и PlayStation 2 могли извлечь диск с игрой при включенной системе, Nintendo Game Boy Advance и Nintendo 64 зависали и потенциально могли выйти из строя, если игровой картридж был удален при включенном питании. Производители специально предостерегают от подобных действий в руководстве пользователя или на игровом картридже. ^[4] Предположительно именно по этой причине Stop 'N' Swop был исключен из серии Banjo-Kazooie . В системе Sega Genesis/Mega Drive иногда можно было применять читы (например, игрок имел бесконечные жизни) и другие временные изменения программного обеспечения в играх путем горячей замены картриджей, хотя картриджи не были предназначены для горячей замены. ^[5]

Клавиатуры

Клавиатуры с возможностью горячей замены позволяют заменять переключатели без необходимости разбирать клавиатуру. ^[6] На стандартных клавиатурах с механическим переключателем переключатель припаян непосредственно к печатной плате . Вместо этого на клавиатурах с возможностью горячей замены имеется гнездо, которое позволяет свободно заменять переключатель без перепайки. ^[7]

Поскольку клавиатуры с возможностью горячей замены менее распространены, их часто приходится изготавливать по индивидуальному заказу или покупать у производителей нестандартных клавиатур. ^[6] Их можно найти в различных размерах и планировках , включая более специализированные эргономичные раскладки.

Программное обеспечение

Горячая замена также может относиться к возможности изменять работающий код программы без необходимости прерывать ее выполнение. Интерактивное программирование — это парадигма программирования , в которой широко используется «горячая замена», поэтому программная деятельность сама становится частью потока программы.

Лишь несколько языков программирования изначально поддерживают горячую замену, включая Pike , Lisp , Erlang , Smalltalk , Visual Basic 6 (не VB.NET ), Java и совсем недавно Elm. ^[8] и Эликсир . Microsoft Visual Studio поддерживает разновидность горячей замены под названием «Редактировать и продолжить», которая поддерживается C# , VB.NET и C / C++ при работе под отладчиком. ^[9]

Горячая замена — это центральный метод живого кодирования , где программирование является неотъемлемой частью процесса выполнения. В общем, все языки программирования, используемые в живом кодировании, такие как SuperCollider , TidalCycles или Extempore , поддерживают горячую замену.

Некоторые веб-фреймворки, такие как Django , поддерживают обнаружение изменений модулей и их перезагрузку на лету. Однако, хотя для большинства целей и задач это то же самое, что и горячая замена, технически это просто очистка кэша , запускаемая новым файлом. В общем случае это не относится к языкам разметки и программирования, таким как HTML и PHP соответственно, поскольку эти файлы обычно переинтерпретируются при каждом использовании по умолчанию. Однако существует несколько CMS и других платформ на основе PHP (например, Drupal ), которые используют кэширование. 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. ^[10]

Товарные знаки

Термин «HOT PLUG» был зарегистрирован в качестве товарного знака в США в ноябре 1992 года компанией Core International, Inc. и отменен в мае 1999 года. ^[11]

См. также

удев

Ссылки

^ Хеннесси, Джон Л.; Паттерсон, Дэвид А. (2002). Компьютерная архитектура: количественный подход . Серия Моргана Кауфмана по компьютерной архитектуре и дизайну. Морган Кауфманн. п. 707. ИСБН 9780080502526 .
^ «Горячая замена и горячее подключение» . Searchstorage.techtarget.com . ТехТаржет . Проверено 18 августа 2013 г.
^ Табиш, Вашингтон; Йованович, ММ; Ли, ФК (23–27 февраля 1992 г.). Настоящее и будущее распределенных энергосистем . Седьмая ежегодная конференция и выставка прикладной силовой электроники, 1992 г. АТЭС '92. Материалы конференции 1992. IEEE. стр. 11–12. дои : 10.1109/APEC.1992.228437 . ISBN 0-7803-0485-3 . Правильно спроектированная параллельная конфигурация позволяет осуществлять оперативную замену (горячую замену) неисправных модулей. Это обеспечивает средства для непрерывного обслуживания и ремонта, что является очень желательной функцией высоконадежных систем, работающих в непрерывном режиме.
^ «Меры предосторожности и безопасности при использовании консолей с картриджами» . nintendo.com . Нинтендо . Проверено 22 апреля 2014 г.
^ Редакция журнала GamePro (1994). Лучшие советы по секретам Sega Genesis Games (2-е изд.). Издательство Прима . п. 217. ИСБН 9781559584012 . Проверено 12 мая 2014 г. {{cite book}}: |author= имеет общее имя ( справка )
^ Jump up to: ^а ^б «Что такое переключатели клавиатуры с возможностью горячей замены?» . Цифровые тенденции . 15 сентября 2022 г. Проверено 2 декабря 2022 г.
^ «8 лучших механических клавиатур с возможностью горячей замены – обзор Geek» . www.reviewgeek.com . 9 февраля 2020 г. Проверено 2 декабря 2022 г.
^ «Интерактивное программирование – горячая замена в Elm» . elm-lang.org. Архивировано из оригинала 6 октября 2013 г. Проверено 15 февраля 2015 г.
^ «Статья MSDN для редактирования и продолжения» . Msdn.microsoft.com. Архивировано из оригинала 31 июля 2010 г. Проверено 18 августа 2013 г.
^ Гилле, Кристоф; Робинсон, Питер Н. (2006). «HotSwap для биоинформатики: учебное пособие по STRAP» . БМК Биоинформатика . 7 . Biomedcentral.com: 64. doi : 10.1186/1471-2105-7-64 . ПМЦ 1386713 . ПМИД 16469097 . S2CID 18283272 .
^ «Статус товарного знака и поиск документов (TSDR); Знак: 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.» . ВПТЗ США . Проверено 27 ноября 2016 г.

[1] Хеннесси, Джон Л.; Паттерсон, Дэвид А. (2002). Компьютерная архитектура: количественный подход . Серия Моргана Кауфмана по компьютерной архитектуре и дизайну. Морган Кауфманн. п. 707. ИСБН 9780080502526 .

[Hot_swap_vs._Hot_plug-2] «Горячая замена и горячее подключение» . Searchstorage.techtarget.com . ТехТаржет . Проверено 18 августа 2013 г.

[3] Табиш, Вашингтон; Йованович, ММ; Ли, ФК (23–27 февраля 1992 г.). Настоящее и будущее распределенных энергосистем . Седьмая ежегодная конференция и выставка прикладной силовой электроники, 1992 г. АТЭС '92. Материалы конференции 1992. IEEE. стр. 11–12. дои : 10.1109/APEC.1992.228437 . ISBN 0-7803-0485-3 . Правильно спроектированная параллельная конфигурация позволяет осуществлять оперативную замену (горячую замену) неисправных модулей. Это обеспечивает средства для непрерывного обслуживания и ремонта, что является очень желательной функцией высоконадежных систем, работающих в непрерывном режиме.

[Health_&_Safety_Precautions_for_Cartridge-Based_Consoles-4] «Меры предосторожности и безопасности при использовании консолей с картриджами» . nintendo.com . Нинтендо . Проверено 22 апреля 2014 г.

[5] Редакция журнала GamePro (1994). Лучшие советы по секретам Sega Genesis Games (2-е изд.). Издательство Прима . п. 217. ИСБН 9781559584012 . Проверено 12 мая 2014 г. {{cite book}}: |author= имеет общее имя ( справка )

[:02-6] Jump up to: ^а ^б «Что такое переключатели клавиатуры с возможностью горячей замены?» . Цифровые тенденции . 15 сентября 2022 г. Проверено 2 декабря 2022 г.

[7] «8 лучших механических клавиатур с возможностью горячей замены – обзор Geek» . www.reviewgeek.com . 9 февраля 2020 г. Проверено 2 декабря 2022 г.

[8] «Интерактивное программирование – горячая замена в Elm» . elm-lang.org. Архивировано из оригинала 6 октября 2013 г. Проверено 15 февраля 2015 г.

[9] «Статья MSDN для редактирования и продолжения» . Msdn.microsoft.com. Архивировано из оригинала 31 июля 2010 г. Проверено 18 августа 2013 г.

[10] Гилле, Кристоф; Робинсон, Питер Н. (2006). «HotSwap для биоинформатики: учебное пособие по STRAP» . БМК Биоинформатика . 7 . Biomedcentral.com: 64. doi : 10.1186/1471-2105-7-64 . ПМЦ 1386713 . ПМИД 16469097 . S2CID 18283272 .

[11] «Статус товарного знака и поиск документов (TSDR); Знак: 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.» . ВПТЗ США . Проверено 27 ноября 2016 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]