Горячая замена — это замена или добавление компонентов в компьютерную систему без остановки, выключения или перезагрузки системы; [1] горячее подключение описывает только добавление компонентов. [2] Компоненты, которые имеют такую функциональность, называются «горячезаменяемыми» или «горячезаменяемыми» ; аналогично, компоненты, которые этого не делают, являются «холоднозаменяемыми» или «холоднозаменяемыми» .
Большинство аппаратных средств настольных компьютеров , таких как ЦП и память, поддерживают только холодную замену. Однако для серверов и мэйнфреймов среднего и высокого класса характерна возможность горячей замены аппаратных компонентов, таких как ЦП , память, диски PCIe , SATA и SAS .
Примером горячей замены является возможность извлечения периферийного устройства с интерфейсом Universal Serial Bus (USB) , например, флэш-накопителя, внешнего жесткого диска (HDD), мыши, клавиатуры или принтера из USB-слота компьютера или периферийного концентратора без предварительного извлечения.
Большинство смартфонов и планшетов с лотковыми держателями позволяют заменять SIM-карты, не выключая систему.
Специальные цифровые камеры и камкордеры обычно имеют легкодоступные отсеки для карт памяти и аккумуляторов для быстрой замены с минимальным прерыванием работы. Батареи можно циклически менять, подзаряжая резервные батареи снаружи, когда они не используются. Многие камеры и камкордеры оснащены внутренней памятью, что позволяет делать снимки, когда карта памяти не вставлена.
Горячая замена используется всякий раз, когда желательно изменить конфигурацию или отремонтировать работающую систему, не прерывая ее работу. [3] Это может быть просто для удобства, чтобы избежать задержек и неудобств, связанных с выключением и последующим перезапуском сложного оборудования, или потому, что важно, чтобы оборудование, например сервер , было постоянно активным.
Горячая замена может использоваться для добавления или удаления периферийных устройств или компонентов, чтобы позволить устройству синхронизировать данные с компьютером и заменить неисправные модули без прерывания работы оборудования. Машина может иметь два источника питания , каждый из которых достаточен для питания машины; неисправный может быть заменен в горячем режиме. Важные карты, такие как контроллеры дисков или хост-адаптеры, могут быть спроектированы с избыточными путями, чтобы их можно было заменить в случае отказа без необходимости прерывания работы соответствующей компьютерной системы.
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. Другие компоненты в системе должны быть спроектированы таким образом, чтобы удаление компонента с возможностью горячей замены не прерывало работу.
Защитные крышки, экраны или рамки могут использоваться как на съемных компонентах, так и на самом основном устройстве, чтобы предотвратить контакт оператора с находящимися под напряжением цепями, обеспечить антистатическую защиту добавляемых или удаляемых компонентов или предотвратить случайное соприкосновение съемных компонентов и замыкание накоротко находящихся под напряжением компонентов в рабочем устройстве.
Дополнительные направляющие пазы, штифты, выемки или отверстия могут использоваться для правильной вставки компонента между другими токоведущими компонентами, в то время как механические защелки, ручки или рычаги могут использоваться для правильной вставки и извлечения устройств, требующих большого усилия для подсоединения или отсоединения, или для правильного соединения и удержания вместе разъемов питания и связи.
Термин « горячая замена» имеет два немного отличающихся значения . Он 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. Примерами служат устройства RS-232 и SCSI начального уровня .
Некоторые реализации требуют процедуры отключения компонента перед удалением. Это упрощает конструкцию, но такие устройства не являются надежными в случае отказа компонента. Если компонент удаляется во время его использования, операции с этим устройством завершаются неудачей, и пользователь несет ответственность за повторную попытку при необходимости, хотя обычно это не считается проблемой.
Более сложные реализации могут рекомендовать, но не требовать, 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 сломанного компонента.
Большинство современных методов горячей замены используют специализированный разъем со смещенными штырьками, так что определенные штырьки обязательно будут подключены раньше других. Большинство конструкций со смещенными штырьками имеют заземляющие штырьки длиннее других, что гарантирует, что никакая чувствительная схема не будет подключена до надежного заземления системы. Все остальные штырьки могут быть одинаковой длины, но в некоторых случаях используются три длины штырька, так что входящее устройство заземляется первым, линии данных подключаются вторыми, а питание подается третьим, в быстрой последовательности по мере вставки устройства. Штырьки одинаковой номинальной длины не обязательно вступают в контакт в одно и то же время из-за механических допусков и наклона разъема при вставке.
Одно время считалось, что ступенчатые штырьки — это дорогое решение, [ требуется ссылка ] , но многие современные семейства разъемов теперь поставляются со ступенчатыми штырьками в качестве стандарта; например, они используются на всех современных последовательных дисковых накопителях SCSI. Специализированные штырьки разъема питания с возможностью горячей замены теперь доступны в продаже с повторяющимися номиналами прерывания постоянного тока до 16 А. Печатные платы изготавливаются со ступенчатыми краевыми пальцами для прямого горячего подключения к разъему объединительной платы.
Хотя скорость подключения невозможно контролировать точно, практические соображения дадут пределы, которые можно использовать для определения наихудших условий. Для типичной конструкции со смещенными штырями, где разница в длине составляет 0,5 мм, прошедшее время между длинным и коротким контактом штыря составляет от 25 мс до 250 мс. Вполне практично проектировать схемы горячей замены, которые могут работать на такой скорости.
Пока разъем горячей замены достаточно жесткий, один из четырех угловых контактов всегда будет первым для зацепления. Для типичного двухрядного расположения разъема это обеспечивает четыре первых угловых контакта, которые обычно используются для заземления. Другие контакты около углов могут использоваться для функций, которые также выиграют от этого эффекта, например, для определения того, когда разъем полностью установлен. Эта схема иллюстрирует хорошую практику, когда заземление находится в углах, а контакты питания — около центра. Два сенсорных контакта расположены в противоположных углах, так что обнаружение полной посадки подтверждается только тогда, когда оба они контактируют со слотом. Оставшиеся контакты используются для всех других сигналов данных.
Источники питания постоянного тока для компонента горячей замены обычно предварительно заряжаются с помощью специальных длинных контактов, которые контактируют до 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 соседних слотов. 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 запуска», которая обеспечивает управляемое нарастание внутренних напряжений питания постоянного тока внутри компонента.
Типичная последовательность подключения компонента с возможностью горячей замены к слоту может быть следующей:
Схемы питания с возможностью горячей замены теперь можно приобрести в коммерческих целях в виде специально разработанных микросхем ASIC, называемых контроллерами питания с возможностью горячей замены (HSPM).
Схемы, подключенные к сигнальным контактам в компоненте горячей замены, должны включать некоторую защиту от электростатического разряда (ESD). Обычно это осуществляется с помощью зажимных диодов на землю и на напряжение питания постоянного тока. Эффекты ESD можно уменьшить путем тщательного проектирования механического корпуса вокруг компонента горячей замены, возможно, путем покрытия его тонкой пленкой проводящего материала.
Особое внимание следует уделять проектированию систем с шинными сигналами, которые подключены к более чем одному компоненту горячей замены. Когда вставлен компонент горячей замены, его входные и выходные сигнальные контакты будут представлять собой временное короткое замыкание на землю. Это может вызвать нежелательные импульсы уровня земли на сигналах, которые могут нарушить работу других компонентов горячей замены в системе. Это было проблемой для ранних параллельных дисководов SCSI . Одним из распространенных решений является защита шинных сигнальных контактов с помощью последовательных диодов или резисторов. В настоящее время доступны буферные устройства CMOS со специализированными входами и выходами, которые минимизируют помехи шинных сигналов во время операции горячей замены. Если все остальное не помогает, другим решением является приостановка работы всех компонентов во время операции горячей замены.
Современные радиопередатчики (а также некоторые телевизионные передатчики ) используют мощные модули питания на основе транзисторов ВЧ вместо электронных ламп . Горячая замена модулей питания — это не новая технология, поскольку многие радиопередатчики, произведенные в 1930-х годах, могли заменять лампы питания во время работы передатчика, но эта функция не была повсеместно принята из-за появления более надежных мощных ламп.
В середине 1990-х годов несколько производителей радиопередатчиков в США начали предлагать сменные модули высокочастотных транзисторов.
Повторное внедрение модулей питания пошло на пользу отрасли радиопередатчиков, поскольку способствовало инновациям. Модульные передатчики оказались более надежными, чем ламповые, когда передатчик правильно выбран для условий на передающем участке.
Ограничения по мощности:
Хотя большинство современных игровых систем могут обмениваться играми и мультимедиа (например, Blu-ray ) без выключения системы, более старые поколения систем различались по поддержке возможностей горячей замены. Например, в то время как Sony PlayStation и PlayStation 2 могли извлекать игровой диск при включенной системе, Nintendo Game Boy Advance и Nintendo 64 зависали и могли потенциально испортиться, если игровой картридж был извлечен при включенном питании. Производители специально предостерегали от такой практики в руководстве пользователя или на игровом картридже. [4] Предположительно по этой причине Stop 'N' Swop был исключен из серии Banjo-Kazooie . С системой 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, даже несмотря на то, что картриджи не были предназначены для горячей замены. [5]
Клавиатуры с возможностью горячей замены позволяют менять переключатели без необходимости разборки клавиатуры. [6] На стандартных клавиатурах с механическими переключателями переключатель напрямую припаян к печатной плате . Клавиатуры с возможностью горячей замены вместо этого имеют гнездо на своем месте, что позволяет свободно заменять переключатель без повторной пайки. [7]
Поскольку клавиатуры с возможностью горячей замены менее распространены, их часто приходится изготавливать на заказ или покупать у производителей индивидуальных клавиатур. [6] Их можно найти в различных размерах и раскладках , включая более специализированные эргономичные раскладки.
Горячая замена может также относиться к возможности изменять работающий код программы без необходимости прерывать ее выполнение. Интерактивное программирование — это парадигма программирования , которая широко использует горячую замену, поэтому программная деятельность становится частью самого потока программы.
Только несколько языков программирования поддерживают горячую замену изначально, включая Pike , Lisp , Erlang , Smalltalk , Visual Basic 6 (не VB.NET ), Java и совсем недавно Elm [8] и Elixir . Microsoft Visual Studio поддерживает своего рода горячую замену, называемую Edit and Continue, которая поддерживается C# , VB.NET и C / C++ при запуске под отладчиком. [9]
Горячая замена — это центральный метод в живом кодировании , где программирование является неотъемлемой частью процесса выполнения. В целом, 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 это то же самое, что и горячая замена для большинства намерений и целей, технически это просто очистка кэша , вызванная новым файлом. Это не относится к языкам разметки и программирования, таким как HTML и PHP соответственно, в общем случае, поскольку эти файлы обычно переинтерпретируются при каждом использовании по умолчанию. Однако есть несколько CMS и других фреймворков на основе PHP (таких как 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]
Термин «HOT PLUG» был зарегистрирован в качестве торговой марки в США в ноябре 1992 года компанией Core International, Inc. и аннулирован в мае 1999 года. [11]
Правильно спроектированная параллельная конфигурация позволяет производить замену неисправных модулей в режиме онлайн (горячая замена). Это обеспечивает средства для непрерывного обслуживания и ремонта, что является весьма желательной функцией в высоконадежных системах, работающих непрерывно.
{{cite book}}: |author=имеет общее название ( помощь )