Výměna za provozu - Hot swapping
Výměna za provozu je výměna nebo přidání součástí do počítačového systému bez zastavení, vypnutí nebo restartování systému; hot plugging popisuje pouze přidání komponent. O součástkách, které mají takovou funkci, se říká, že jsou vyměnitelné za provozu nebo připojitelné za provozu ; podobně součásti, které nejsou vyměnitelné za studena nebo připojitelné za studena .
Většina hardwaru stolních počítačů , jako jsou CPU a paměť, lze připojit pouze za studena. Je však běžné, že servery a sálové počítače střední až vyšší třídy mají možnost vyměnitelné za běhu pro hardwarové komponenty, jako jsou jednotky CPU , paměti, PCIe , SATA a SAS .
Známým příkladem funkce hot swap je připojení USB ( Universal Serial Bus ), které umožňuje uživatelům přidávat nebo odebírat periferní zařízení , jako je myš, klávesnice, tiskárna nebo přenosný pevný disk. Taková zařízení jsou v závislosti na dodavateli charakterizována jako vyměnitelná za provozu nebo připojitelná za provozu.
Většina smartphonů a tabletů s držáky pro vkládání do přihrádek může vyměňovat SIM karty bez vypnutí systému.
Specializované digitální fotoaparáty a videokamery mají obvykle snadno přístupné oddíly pro paměťové karty a baterie pro rychlou výměnu s minimálním přerušením provozu. Baterie lze procházet cyklickým dobíjením rezervních baterií externě, pokud nejsou používány. Mnoho fotoaparátů a kamer je vybaveno interní pamětí, která umožňuje pořizování snímků bez vložené paměťové karty.
Zdůvodnění
Výměna za provozu se používá vždy, když je žádoucí změnit konfiguraci nebo opravit fungující systém bez přerušení jeho provozu. Jednoduše to může být z důvodu zamezení zpoždění a obtěžování při vypínání a restartování složitých zařízení, nebo proto, že je nezbytné, aby zařízení, jako je server , bylo nepřetržitě aktivní.
Výměnu za provozu lze použít k přidání nebo odebrání periferií nebo komponent, umožnění zařízení synchronizovat data s počítačem a výměnu vadných modulů bez přerušení provozu zařízení. Stroj může mít duální napájecí zdroje , každý adekvátní k napájení stroje; vadný může být vyměněn za provozu. Důležité karty, jako je řadič disku nebo hostitelský adaptér, mohou být navrženy s nadbytečnými cestami, a proto budou upgradovány nebo nahrazeny, pokud selžou, aniž by bylo nutné počítačový systém vyřadit z provozu.
Aspekty systému
Stroje, které podporují výměnu za provozu, musí být schopné upravit svoji činnost pro změněnou konfiguraci , a to buď automaticky při detekci změny, nebo zásahem uživatele. Všechna elektrická a mechanická připojení spojená s výměnou za provozu musí být navržena tak, aby při výměně za provozu nemohlo dojít k poškození zařízení ani uživatele. Ostatní součásti v systému musí být navrženy tak, aby odebrání součásti vyměnitelné za běhu nepřerušilo provoz.
Mechanické provedení
Ochranné krycí desky, štíty nebo lunety mohou být použity buď na odnímatelných součástech, nebo na samotném hlavním zařízení, aby se zabránilo kontaktu obsluhy s obvody napájenými napětím, aby byla zajištěna antistatická ochrana pro přidávání nebo odebírání součástí nebo aby se zabránilo náhodnému dotyku vyjímatelných součástí a zkratování napájených součástí v provozním zařízení.
Další vodicí štěrbiny, čepy, zářezy nebo otvory mohou být použity k pomoci při správném vložení součásti mezi jiné součásti pod napětím, zatímco západky, držadla nebo páčky mechanického záběru mohou pomoci při správném vkládání a vyjímání zařízení, která buď vyžadují velké množství síly pro připojení nebo odpojení nebo pro pomoc při správném spárování a držení pohromadě napájecích a komunikačních konektorů.
Variace
Pojmy hot swapování mají dva mírně odlišné významy . Může se vztahovat pouze na schopnost přidávat nebo odebírat hardware bez vypnutí systému, zatímco systémový software může být uživatelem upozorněn na událost, aby se s ní vypořádal. Mezi příklady patří zařízení RS-232 a nižší SCSI. Mezi příklady patří USB, FireWire a vyšší zařízení SCSI .
Některé implementace vyžadují před odebráním proceduru vypnutí součásti. To zjednodušuje návrh, ale taková zařízení nejsou robustní v případě selhání součásti. Pokud je součást odebrána, když je používána, operace s tímto zařízením selžou a uživatel je zodpovědný za opakování v případě potřeby, i když to obvykle není považováno za problém.
Složitější implementace mohou doporučit, ale nevyžadují vypnutí součásti s dostatečnou redundancí v systému, která umožní pokračování operace, pokud je součást odebrána, aniž by byla vypnuta. V těchto systémech se hot swap běžně používá k pravidelné údržbě počítače nebo k výměně poškozené součásti.
Konektory
Většina moderních metod výměny za provozu využívá specializovaný konektor s rozloženými piny, takže je jisté, že určité piny budou připojeny dříve než jiné. Většina návrhů se střídavými vývody má uzemňovací kolíky delší než ostatní, což zajišťuje, že před spolehlivým uzemněním systému nebudou připojeny žádné citlivé obvody. Ostatní piny mohou mít všechny stejnou délku, ale v některých případech se používají tři délky pinů, takže příchozí zařízení je uzemněno jako první, datové linky jsou připojeny jako druhé a napájení je připojeno jako třetí, v rychlém sledu za sebou, jak je zařízení vloženo. Kolíky stejné jmenovité délky nemusí nutně vytvářet kontakt přesně ve stejnou dobu kvůli mechanickým tolerancím a úhlu konektoru při vložení.
Najednou byly střídavé kolíky považovány za drahé řešení, ale mnoho současných rodin konektorů nyní přichází se standardními kolíky; například se používají na všech moderních sériových diskových jednotkách SCSI. Specializované kolíky napájecích konektorů vyměnitelné za provozu jsou nyní komerčně dostupné s opakovatelnými hodnotami přerušení stejnosměrného proudu až 16 A. Desky s plošnými spoji jsou vyrobeny se střídavými hranami pro přímé zapojení za provozu do konektoru propojovací desky.
Přestože rychlost připojení nelze přesně řídit, praktické úvahy poskytnou limity, které lze použít k určení nejhorších podmínek. U typického střídavého provedení kolíku, kde je rozdíl délky 0,5 mm, je uplynulý čas mezi dlouhým a krátkým kontaktem kolíku mezi 25 ms a 250 ms. Je docela praktické navrhnout obvody vyměnitelné za provozu, které mohou pracovat při této rychlosti.
Dokud je hot-swap konektor dostatečně tuhý, vždy se jako první zapojí jeden ze čtyř rohových kolíků. Pro typické uspořádání dvouřadých konektorů to poskytuje čtyři rohové kolíky první výroby, které se obvykle používají pro pozemky. Jiné kolíky v blízkosti rohů lze použít pro funkce, které by také mohly těžit z tohoto efektu, například snímání, když je konektor plně usazen. Tento diagram ilustruje správnou praxi tam, kde jsou zeminy v rozích a napájecí kolíky blízko středu. Dva snímací kolíky jsou umístěny v opačných rozích, takže detekce plně usazeného je potvrzena pouze tehdy, když jsou oba v kontaktu se štěrbinou. Zbývající piny jsou použity pro všechny ostatní datové signály.
Výkonová elektronika
Napájecí zdroje stejnosměrného proudu do součásti vyměnitelné za běhu jsou obvykle předem nabité vyhrazenými dlouhými piny, které jsou v kontaktu před hlavními napájecími piny. Tyto piny pro předběžné nabíjení jsou chráněny obvodem, který omezuje zapínací proud na přijatelnou hodnotu, která nemůže poškodit piny ani narušit napájecí napětí do sousedních slotů. Obvod předběžného nabíjení může být jednoduchý sériový odpor , odporový teplotní koeficient (NTC) nebo obvod omezující proud . Další ochranu může zajistit obvod „měkkého startu“, který zajišťuje řízené zvyšování vnitřního stejnosměrného napájecího napětí v komponentě.
Typická sekvence pro komponentu vyměnitelnou za běhu zapojenou do slotu může být následující:
- Dlouhé uzemňovací kolíky vytvářejí kontakt; bude k dispozici základní elektrická bezpečnost a ochrana před ESD.
- Dlouhé (nebo střední) předepínací piny navazují kontakt; oddělovací kondenzátory se začnou nabíjet.
- Zpoždění v reálném čase desítky milisekund.
- Krátké napájecí/signální kolíky spínají.
- Konektor se zcela usadí; resetovací signál při zapnutí potvrzený v komponentě
- Obvod měkkého startu začne přivádět energii na součást.
- Zpoždění v reálném čase desítky milisekund.
- Okruh měkkého startu dokončí sekvenci; obvod resetování při zapnutí deaktivován
- Součást zahájí normální provoz.
Napájecí obvody vyměnitelné za běhu lze nyní komerčně zakoupit ve speciálně navržených ASIC nazývaných hot-swap power manažery (HSPM).
Rádiové vysílače
Moderní rozhlasové vysílače (a také některé televizní vysílače ) používají místo vakuových trubic vysokovýkonové vysokofrekvenční tranzistorové výkonové moduly . Výkonové moduly vyměnitelné za provozu nejsou novou technologií, protože mnoho rádiových vysílačů vyrobených ve třicátých letech minulého století dokázalo vyměnit výkonové trubice za chodu vysílače - ale tato funkce nebyla všeobecně přijata kvůli zavedení spolehlivějšího vysokého výkonu trubice.
V polovině 90. let začalo několik výrobců rádiových vysílačů v USA nabízet vyměnitelné vysokovýkonné vysokofrekvenční tranzistorové moduly.
- V té době neexistoval žádný průmyslový standard pro návrh vyměnitelných napájecích modulů.
- Rané návrhy modulů měly pouze omezenou patentovou ochranu.
- Počátkem roku 2000 bylo k dispozici mnoho modelů vysílačů, které používaly mnoho různých druhů napájecích modulů.
Opětovné zavedení napájecích modulů bylo pro průmysl rádiových vysílačů dobré, protože podpořilo inovaci. Modulární vysílače se ukázaly být spolehlivější než trubicové vysílače, pokud je vysílač správně vybrán pro podmínky ve vysílacím místě.
Omezení výkonu:
- Modulární vysílač s nejnižším výkonem: obecně 1,0 kW, s využitím 600 W modulů.
- Modulární vysílač s nejvyšším výkonem: 1,0 MW (pro LW , MW ).
- Modulární vysílač s nejvyšším výkonem: 45 kW (FM, TV).
Signální elektronika
Obvody připojené k signálním kolíkům v komponentě vyměnitelné za běhu by měly zahrnovat určitou ochranu před elektrostatickým výbojem (ESD). Obvykle to má formu upínacích diod k zemi a stejnosměrnému napájecímu napětí. Účinky ESD lze snížit pečlivým návrhem mechanického obalu kolem součásti vyměnitelné za běhu, možná potažením tenkou vrstvou vodivého materiálu.
Zvláštní pozornost je třeba věnovat návrhu systémů se sběrnicovými signály, které jsou zapojeny do více než jedné komponenty vyměnitelné za provozu. Když je vložena součást vyměnitelná za běhu, její piny vstupního a výstupního signálu budou představovat dočasný zkrat k zemi. To může způsobit nežádoucí přízemní impulsy signálů, které mohou narušit provoz ostatních součástí vyměnitelných za běhu v systému. To byl problém u raných paralelních diskových jednotek SCSI . Jedním z běžných konstrukčních řešení je chránit sběrnicové signální piny pomocí sériových diod nebo odporů. Nyní jsou k dispozici vyrovnávací paměti CMOS se specializovanými vstupy a výstupy, které minimalizují rušení sběrnicových signálů během operace hot-swap. Pokud vše ostatní selže, je dalším řešením ukončit provoz všech komponent během operace hot-swap.
Hraní
Ačkoli většina současných videoherních systémů může vyměňovat hry a multimédia (např. Blu-ray ) bez vypnutí systému, starší generace systémů se lišily v podpoře možností hot-swapování. Například zatímco Sony PlayStation a PlayStation 2 mohly vysunout herní disk se zapnutým systémem, Nintendo Game Boy Advance a Nintendo 64 by zamrzly a mohly by se potenciálně poškodit, pokud by byla herní kazeta vyjmuta při zapnutí. Výrobci konkrétně varovali před takovými praktikami v uživatelské příručce nebo na herní kazetě. Údajně z tohoto důvodu byl Stop 'N' Swop vyřazen ze série Banjo-Kazooie . Se systémem Sega Genesis/Mega Drive bylo někdy možné aplikovat cheaty (například hráč s nekonečným životem) a další dočasné softwarové úpravy her pomocí hot swapových kazet, přestože kazety nebyly navrženy tak, aby je bylo možné vyměnit za provozu.
Software
Výměna za provozu může také odkazovat na možnost změnit spuštěný kód programu, aniž by bylo nutné přerušit jeho provádění. Interaktivní programování je paradigma programování, které široce využívá hot swapování, takže se programovací činnost stává součástí samotného toku programu.
Výměnu za provozu podporuje nativně jen několik programovacích jazyků , včetně Pike , Lisp , Erlang , Smalltalk , Visual Basic 6 (Not VB.net), Java a nejnověji Elm a Elixir . Microsoft Visual Studio podporuje jakýsi hot swapping s názvem Edit and Continue, který je podporován C# , VB.NET a C / C ++ při spuštění pod debuggerem.
Výměna za provozu je ústřední metodou v živém kódování , kde je programování nedílnou součástí běhu. Obecně platí, že všechny programovací jazyky používané v živé kódování, jako je Supercollider , TidalCycles nebo Extempore podpůrné horké odkládání.
Některé webové rámce, jako je Django , podporují detekci změn modulu a jejich opětovné načtení za běhu. Ačkoli je to pro většinu záměrů a účelů stejné jako hotswapping, technicky se jedná pouze o vymazání mezipaměti spuštěné novým souborem. To se obecně nevztahuje na značkovací a programovací jazyky, jako je HTML a PHP , protože tyto soubory jsou standardně při každém použití znovu interpretovány. Existuje však několik CMS a dalších rámců založených na PHP (například Drupal ), které používají ukládání do mezipaměti. V těchto případech platí podobné schopnosti a výjimky.
Hot swapping také usnadňuje vývoj systémů, kde se zpracovává velké množství dat, jako v celých genomech v bioinformatických algoritmech.
Ochranné známky
Pojem „HORKÁ zástrčka“ byl ve Spojených státech registrován jako ochranná známka v listopadu 1992 u společnosti Core International, Inc. a zrušen v květnu 1999.