Hot Swapping – Wikipedia

Hot Swapping ist das Ersetzen oder Hinzufügen von Komponenten zu einem Computersystem, ohne das System anzuhalten, herunterzufahren oder neu zu starten;^[1]heißes Einstecken beschreibt nur das Hinzufügen von Komponenten.^[2] Komponenten, die eine solche Funktionalität haben, sollen sein Hot-Swap-fähig oder Hot-Plug-fähig;; Ebenso Komponenten, die nicht sind kalt austauschbar oder kalt steckbar.

Die meisten Desktop-Computerhardware wie CPUs und Speicher sind nur kalt steckbar. Es ist jedoch üblich, dass Mid-End-Server, High-End-Server und Mainframes Hot-Swap-fähige Funktionen für Hardwarekomponenten wie CPU-, Speicher-, PCIe-, SATA- und SAS-Laufwerke bieten.

Ein bekanntes Beispiel für Hot-Swap-Funktionen ist die USB-Verbindung (Universal Serial Bus), mit der Benutzer Peripheriegeräte wie Maus, Tastatur, Drucker oder tragbare Festplatte hinzufügen oder entfernen können. Solche Geräte werden je nach Anbieter als Hot-Swap-fähig oder Hot-Plug-fähig charakterisiert.

Begründung[edit]

Hot-Swapping wird immer dann verwendet, wenn die Konfiguration geändert oder ein funktionierendes System repariert werden soll, ohne den Betrieb zu unterbrechen.^[3] Dies kann einfach dazu dienen, die Verzögerung und das Ärgernis beim Herunterfahren und anschließenden Neustart komplexer Geräte zu vermeiden, oder weil Geräte wie ein Server unbedingt ständig aktiv sein müssen.

Hot-Swapping kann verwendet werden, um Peripheriegeräte oder Komponenten hinzuzufügen oder zu entfernen, damit ein Gerät Daten mit einem Computer synchronisieren und fehlerhafte Module ersetzen kann, ohne den Gerätebetrieb zu unterbrechen. Eine Maschine kann über zwei Netzteile verfügen, die jeweils zur Stromversorgung der Maschine ausreichen. Ein fehlerhafter kann im laufenden Betrieb ausgetauscht werden. Wichtige Karten wie der Festplattencontroller oder der Hostadapter können mit redundanten Pfaden ausgestattet sein, die aktualisiert oder ersetzt werden, wenn sie ausfallen, ohne dass das Computersystem außer Betrieb genommen werden muss.

Systemüberlegungen[edit]

Maschinen, die Hot-Swapping unterstützen, müssen in der Lage sein, ihren Betrieb für die geänderte Konfiguration zu ändern, entweder automatisch beim Erkennen der Änderung oder durch Benutzereingriff. Alle elektrischen und mechanischen Verbindungen, die mit dem Hot-Swap verbunden sind, müssen so ausgelegt sein, dass weder das Gerät noch der Benutzer beim Hot-Swapping verletzt werden können. Andere Komponenten im System müssen so ausgelegt sein, dass das Entfernen einer Hot-Swap-fähigen Komponente den Betrieb nicht unterbricht.

Mechanische Konstruktion[edit]

Schutzabdeckplatten, Abschirmungen oder Blenden können entweder an den entfernbaren Komponenten oder am Hauptgerät selbst verwendet werden, um den Kontakt des Bedieners mit stromführenden Schaltkreisen zu verhindern, um einen antistatischen Schutz für das Hinzufügen oder Entfernen von Komponenten zu bieten oder um zu verhindern, dass sich die entfernbaren Komponenten versehentlich berühren und Kurzschließen der mit Strom versorgten Komponenten im Betriebsgerät.

Zusätzliche Führungsschlitze, Stifte, Kerben oder Löcher können verwendet werden, um das ordnungsgemäße Einsetzen einer Komponente zwischen andere stromführende Komponenten zu unterstützen, während mechanische Eingriffsriegel, Griffe oder Hebel verwendet werden können, um das ordnungsgemäße Einsetzen und Entfernen von Geräten zu unterstützen, die entweder erforderlich sind große Kraft zum Verbinden oder Trennen oder zum richtigen Zusammenstecken und Zusammenhalten von Stromversorgungs- und Kommunikationsanschlüssen.

Variationen[edit]

Es gibt zwei leicht unterschiedliche Bedeutungen des Begriffs Hot Swapping. Es kann sich nur auf die Möglichkeit beziehen, Hardware hinzuzufügen oder zu entfernen, ohne das System auszuschalten, während die Systemsoftware möglicherweise vom Benutzer über das Ereignis benachrichtigt werden muss, um damit fertig zu werden. Beispiele hierfür sind RS-232- und SCSI-Geräte der unteren Preisklasse. Dies wird manchmal als Kaltstopfen bezeichnet. Wenn das System jedoch das Hinzufügen oder Entfernen von Hardware erkennen und darauf reagieren kann, wird dies als bezeichnet echtes Hot Plugging.^{[citation needed]} Beispiele hierfür sind USB-, FireWire- und High-End-SCSI-Geräte.

Einige Implementierungen erfordern ein Verfahren zum Herunterfahren von Komponenten vor dem Entfernen. Dies vereinfacht das Design, aber solche Geräte sind im Falle eines Komponentenausfalls nicht robust. Wenn eine Komponente während der Verwendung entfernt wird, schlagen die Vorgänge für dieses Gerät fehl und der Benutzer ist dafür verantwortlich, es gegebenenfalls erneut zu versuchen, obwohl dies normalerweise nicht als Problem angesehen wird.

Komplexere Implementierungen empfehlen möglicherweise das Herunterfahren der Komponente, erfordern jedoch keine ausreichende Redundanz im System, damit der Betrieb fortgesetzt werden kann, wenn eine Komponente entfernt wird, ohne heruntergefahren zu werden. In diesen Systemen wird der Hot-Swap normalerweise zur regelmäßigen Wartung des Computers oder zum Ersetzen einer defekten Komponente verwendet.^{[citation needed]}

Anschlüsse[edit]

Die meisten modernen Hot-Swap-Methoden verwenden einen speziellen Anschluss mit versetzten Stiften, so dass bestimmte Stifte sicher vor anderen verbunden werden. Die meisten versetzten Pin-Designs haben längere Erdungsstifte als die anderen, wodurch sichergestellt wird, dass keine empfindlichen Schaltkreise angeschlossen werden, bevor eine zuverlässige Systemerdung vorliegt. Die anderen Stifte können alle die gleiche Länge haben, aber in einigen Fällen werden drei Stiftlängen verwendet, so dass das eingehende Gerät zuerst geerdet wird, Datenleitungen an zweiter Stelle angeschlossen werden und die Stromversorgung an dritter Stelle in schneller Folge beim Einsetzen des Geräts angelegt wird. Stifte mit der gleichen Nennlänge berühren aufgrund mechanischer Toleranzen und Abwinkeln des Steckers beim Einsetzen nicht unbedingt genau zur gleichen Zeit.

Früher galten versetzte Stifte als teure Lösung.^{[citation needed]} Viele moderne Steckverbinderfamilien werden jetzt standardmäßig mit versetzten Stiften geliefert. Sie werden beispielsweise auf allen modernen seriellen SCSI-Laufwerken verwendet. Spezielle Hot-Plug-Stromanschlussstifte sind jetzt im Handel mit wiederholbaren Gleichstromunterbrechungswerten von bis zu 16 A erhältlich. Leiterplatten werden mit versetzten Kantenfingern zum direkten Hot-Plug-Anschluss an einen Backplane-Anschluss hergestellt.

Obwohl die Geschwindigkeit des Verstopfens nicht genau gesteuert werden kann, bieten praktische Überlegungen Grenzwerte, anhand derer die Bedingungen im ungünstigsten Fall bestimmt werden können. Bei einer typischen versetzten Stiftkonstruktion mit einem Längenunterschied von 0,5 mm liegt die verstrichene Zeit zwischen langem und kurzem Stiftkontakt zwischen 25 ms und 250 ms. Es ist sehr praktisch, Hot-Swap-Schaltungen zu entwerfen, die mit dieser Geschwindigkeit arbeiten können.

Solange der Hot-Swap-Stecker ausreichend steif ist, greift immer einer der vier Eckstifte als erster ein. Für eine typische zweireihige Verbinderanordnung bietet dies vier erste Eckstifte, die normalerweise für die Erdung verwendet werden. Andere Stifte in der Nähe der Ecken können für Funktionen verwendet werden, die ebenfalls von diesem Effekt profitieren würden, z. B. das Erfassen, wenn der Stecker vollständig sitzt. Dieses Diagramm zeigt bewährte Verfahren, bei denen sich die Erdung in den Ecken befindet und sich die Stromversorgungsstifte in der Nähe der Mitte befinden. Zwei Erfassungsstifte befinden sich in gegenüberliegenden Ecken, sodass die Erkennung des vollständigen Sitzes nur bestätigt wird, wenn beide den Schlitz berühren. Die verbleibenden Pins werden für alle anderen Datensignale verwendet.

Leistungselektronik[edit]

Die Gleichstromversorgungen für eine Hot-Swap-Komponente werden normalerweise durch dedizierte lange Stifte vorgeladen, die vor den Hauptstromstiften Kontakt aufnehmen. Diese Vorladestifte sind durch eine Schaltung geschützt, die den Einschaltstrom auf einen akzeptablen Wert begrenzt, der weder die Stifte beschädigen noch die Versorgungsspannung benachbarter Steckplätze stören kann. Die Vorladeschaltung kann ein einfacher Vorwiderstand, ein Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) oder eine Strombegrenzungsschaltung sein. Ein weiterer Schutz kann durch eine “Sanftanlauf” -Schaltung bereitgestellt werden, die einen verwalteten Hochlauf der internen DC-Versorgungsspannungen innerhalb der Komponente ermöglicht.

Eine typische Sequenz für eine Hot-Swap-Komponente, die in einen Steckplatz eingesteckt wird, könnte wie folgt sein:

1. Lange Erdungsstifte berühren sich; Grundlegende elektrische Sicherheit und ESD-Schutz werden verfügbar.
2. Lange (oder mittlere) Vorladestifte berühren sich; Entkopplungskondensatoren beginnen sich aufzuladen.
3. Echtzeitverzögerung von mehreren zehn Millisekunden.
4. Kurze Strom- / Signalstifte berühren sich.
5. Der Stecker sitzt fest. Power-On-Reset-Signal innerhalb der Komponente aktiviert
6. Die Sanftanlaufschaltung beginnt, die Komponente mit Strom zu versorgen.
7. Echtzeitverzögerung von mehreren zehn Millisekunden.
8. Die Softstartschaltung schließt die Sequenz ab. Power-On-Reset-Schaltung deaktiviert
9. Die Komponente beginnt mit dem normalen Betrieb.

Hot-Swap-Stromkreise können jetzt im Handel in speziell entwickelten ASICs erworben werden, die als Hot-Swap-Power-Manager (HSPMs) bezeichnet werden.

Funksender[edit]

Moderne Radiosender (und auch einige TV-Sender) verwenden Hochleistungs-HF-Transistor-Leistungsmodule anstelle von Vakuumröhren. Hot-Swap-Leistungsmodule sind keine neue Technologie, da viele der in den 1930er Jahren hergestellten Funksender in der Lage waren, Stromröhren auszutauschen, während der Sender lief – diese Funktion wurde jedoch aufgrund der Einführung einer zuverlässigeren Hochleistung nicht allgemein übernommen Röhren.

Mitte der neunziger Jahre bieten mehrere Hersteller von Funksendern in den USA austauschbare Hochleistungs-HF-Transistormodule an.

• Zu diesem Zeitpunkt gab es keinen Industriestandard für das Design der austauschbaren Leistungsmodule.
• Frühe Modulkonstruktionen hatten nur einen begrenzten Patentschutz.
• In den frühen 2000er Jahren waren viele Sendermodelle verfügbar, die viele verschiedene Arten von Leistungsmodulen verwendeten.

Die Wiedereinführung von Leistungsmodulen war gut für die Funksenderindustrie, da sie die Innovation gefördert hat. Modulare Sender haben sich als zuverlässiger als Röhrensender erwiesen, wenn der Sender für die Bedingungen am Sendestandort richtig ausgewählt wurde.

Leistungsbeschränkungen:

• Modularer Sender mit der niedrigsten Leistung: im Allgemeinen 1,0 kW bei Verwendung von 600-W-Modulen.
• Modularer Sender mit der höchsten Leistung: 1,0 MW (für LW, MW).
• Modularer Sender mit der höchsten Leistung: 45 kW (FM, TV).

Signalelektronik[edit]

Schaltkreise, die an Signalstiften in einer Hot-Swap-Komponente angebracht sind, sollten einen gewissen Schutz gegen elektrostatische Entladung (ESD) enthalten. Dies erfolgt normalerweise in Form von Klemmdioden gegen Masse und gegen die Gleichstromversorgungsspannung. ESD-Effekte können durch sorgfältiges Design des mechanischen Gehäuses um die Hot-Swap-Komponente verringert werden, möglicherweise durch Beschichten mit einem dünnen Film aus leitendem Material.

Besondere Vorsicht ist geboten, wenn Systeme mit Bussignalen entworfen werden, die mit mehr als einer Hot-Swap-Komponente verbunden sind. Wenn eine Hot-Swap-Komponente eingesetzt wird, stellen ihre Eingangs- und Ausgangssignalstifte einen vorübergehenden Kurzschluss nach Masse dar. Dies kann zu unerwünschten Impulsen auf Bodenniveau der Signale führen, die den Betrieb anderer Hot-Swap-Komponenten im System stören können. Dies war ein Problem für frühe parallele SCSI-Festplatten. Eine gängige Entwurfslösung besteht darin, Signalpins mit Seriendioden oder Widerständen zu schützen. CMOS-Puffergeräte sind jetzt mit speziellen Ein- und Ausgängen erhältlich, die die Störung von Bussignalen während des Hot-Swap-Betriebs minimieren. Wenn alles andere fehlschlägt, besteht eine andere Lösung darin, den Betrieb aller Komponenten während des Hot-Swap-Vorgangs einzustellen.

Obwohl die meisten modernen Videospielsysteme Spiele und Multimedia (z. B. Blu-rays) austauschen können, ohne das System auszuschalten, unterschieden sich ältere Systemgenerationen in ihrer Unterstützung für Hot-Swap-Funktionen. Während beispielsweise die Sony PlayStation und PlayStation 2 bei eingeschaltetem System eine Spiel-CD auswerfen könnten, würden der Nintendo Game Boy Advance und der Nintendo 64 einfrieren und möglicherweise beschädigt werden, wenn die Spielekassette bei eingeschaltetem Gerät entfernt würde. Hersteller warnen ausdrücklich vor solchen Praktiken in der Bedienungsanleitung oder auf der Spielekassette.^[4] Es war angeblich aus diesem Grund, dass Stop ‘N’ Swop aus der Banjo-Kazooie-Serie genommen wurde. Mit dem Sega Genesis / Mega Drive-System war es manchmal möglich, Cheats (z. B. einen Spieler mit unendlichen Leben) und andere vorübergehende Softwareänderungen auf Spiele durch Hot-Swap-Kassetten anzuwenden, obwohl die Kassetten nicht als Hot-Swap-fähig ausgelegt waren.^[5]

Software[edit]

Hot-Swapping kann sich auch auf die Möglichkeit beziehen, den laufenden Code eines Programms zu ändern, ohne dessen Ausführung unterbrechen zu müssen. Interaktive Programmierung ist ein Programmierparadigma, das Hot-Swapping in großem Umfang nutzt, sodass die Programmieraktivität Teil des Programmflusses selbst wird.

Nur wenige Programmiersprachen unterstützen natives Hot-Swapping, darunter Pike, Lisp, Erlang, Smalltalk, Visual Basic 6 (nicht VB.net), Java und zuletzt Elm^[6] und Elixier. Microsoft Visual Studio unterstützt eine Art Hot-Swapping namens Bearbeiten und Fortfahren, das von C #, VB.NET und C / C ++ unterstützt wird, wenn es unter einem Debugger ausgeführt wird.^[7]

Hot-Swapping ist die zentrale Methode in der Live-Codierung, bei der die Programmierung ein wesentlicher Bestandteil des Laufzeitprozesses ist. Im Allgemeinen unterstützen alle in der Live-Codierung verwendeten Programmiersprachen wie SuperCollider, TidalCycles oder Extempore das Hot-Swapping.

Einige webbasierte Frameworks wie Django unterstützen das Erkennen und erneutes Laden von Moduländerungen. Obwohl dies in den meisten Fällen mit Hotswapping identisch ist, handelt es sich technisch gesehen nur um eine Cache-Bereinigung, die durch eine neue Datei ausgelöst wird. Dies gilt im Allgemeinen nicht für Markup- und Programmiersprachen wie HTML bzw. PHP, da diese Dateien normalerweise bei jeder Verwendung standardmäßig neu interpretiert werden. Es gibt jedoch einige CMS und andere PHP-basierte Frameworks (wie Drupal), die Caching verwenden. In diesen Fällen gelten ähnliche Fähigkeiten und Ausnahmen.

Hot-Swapping erleichtert auch die Entwicklung von Systemen, in denen große Datenmengen verarbeitet werden, wie in ganzen Genomen in Bioinformatik-Algorithmen.^[8]

Warenzeichen[edit]

Der Begriff “HOT PLUG” wurde im November 1992 in den USA bei Core International, Inc. als Marke eingetragen und im Mai 1999 gestrichen.^[9]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]