El intercambio en caliente es el reemplazo o adición de componentes a un sistema informático sin detener, apagar o reiniciar el sistema; [1] la conexión en caliente describe únicamente la adición de componentes. [2] Se dice que los componentes que tienen dicha funcionalidad son intercambiables o conectables en caliente ; Asimismo, los componentes que no son intercambiables o conectables en frío .
La mayoría del hardware de las computadoras de escritorio , como las CPU y la memoria, solo se pueden conectar en frío. Sin embargo, es común que los servidores y mainframes de gama media y alta presenten capacidad de intercambio en caliente para componentes de hardware, como CPU , memoria, unidades PCIe , SATA y SAS .
Un ejemplo de intercambio en caliente es la capacidad expresa de extraer un dispositivo periférico de bus serie universal (USB) , como una memoria USB, una unidad de disco duro externa (HDD), un mouse, un teclado o una impresora de la ranura USB o concentrador de periféricos de una computadora. sin expulsarlo primero.
La mayoría de los teléfonos inteligentes y tabletas con soportes de carga en bandeja pueden intercambiar tarjetas SIM sin apagar el sistema.
Las cámaras y videocámaras digitales dedicadas suelen tener compartimentos para tarjetas de memoria y baterías de fácil acceso para cambiarlas rápidamente con una mínima interrupción del funcionamiento. Las baterías se pueden reciclar recargando las baterías de reserva externamente mientras no se utilizan. Muchas cámaras y videocámaras cuentan con una memoria interna para permitir capturar cuando no hay una tarjeta de memoria insertada.
El intercambio en caliente se utiliza siempre que es deseable cambiar la configuración o reparar un sistema en funcionamiento sin interrumpir su funcionamiento. [3] Puede ser simplemente por conveniencia para evitar el retraso y la molestia de apagar y luego reiniciar equipos complejos o porque es esencial que el equipo, como un servidor , esté continuamente activo.
El intercambio en caliente se puede utilizar para agregar o quitar periféricos o componentes, para permitir que un dispositivo sincronice datos con una computadora y para reemplazar módulos defectuosos sin interrumpir el funcionamiento del equipo. Una máquina puede tener dos fuentes de alimentación , cada una adecuada para alimentar la máquina; uno defectuoso se puede cambiar en caliente. Tarjetas importantes, como controladores de disco o adaptadores de host, pueden diseñarse con rutas redundantes para que sean reemplazables en caso de falla sin necesidad de interrumpir la operación del sistema informático asociado.
Las máquinas que admiten el intercambio en caliente deben poder modificar su funcionamiento para la configuración modificada , ya sea automáticamente al detectar el cambio o mediante la intervención del usuario. Todas las conexiones eléctricas y mecánicas asociadas con el intercambio en caliente deben diseñarse de manera que ni el equipo ni el usuario puedan sufrir daños durante el intercambio en caliente. Otros componentes del sistema deben diseñarse de modo que la extracción de un componente intercambiable en caliente no interrumpa el funcionamiento.
Se pueden usar placas de cubierta protectora, escudos o biseles en los componentes extraíbles o en el dispositivo principal en sí para evitar el contacto del operador con circuitos activos, para proporcionar protección antiestática a los componentes que se agregan o eliminan, o para evitar que los componentes extraíbles se toquen accidentalmente. y provocar un cortocircuito en los componentes alimentados en el dispositivo operativo.
Se pueden usar ranuras, pasadores, muescas u orificios de guía adicionales para ayudar en la inserción adecuada de un componente entre otros componentes activos, mientras que se pueden usar pestillos, manijas o palancas de acoplamiento mecánico para ayudar en la inserción y extracción adecuadas de dispositivos que requieren grandes cantidades de fuerza para conectar o desconectar, o para ayudar en el acoplamiento y sujeción adecuados de los conectores de alimentación y comunicaciones.
Hay dos significados ligeramente diferentes del término intercambio en caliente . Puede referirse únicamente a la capacidad de agregar o quitar hardware sin apagar el sistema, mientras que es posible que el usuario deba notificar el evento al software del sistema para poder afrontarlo. Los ejemplos incluyen RS-232 y dispositivos SCSI de gama baja . Los ejemplos incluyen dispositivos USB, FireWire y SCSI de gama alta .
Algunas implementaciones requieren un procedimiento de apagado de componentes antes de su eliminación. Esto simplifica el diseño, pero dichos dispositivos no son robustos en caso de falla de un componente. Si se elimina un componente mientras se está utilizando, las operaciones en ese dispositivo fallan y el usuario es responsable de volver a intentarlo si es necesario, aunque esto generalmente no se considera un problema.
Las implementaciones más complejas pueden recomendar, pero no exigir, que se apague el componente, con suficiente redundancia en el sistema para permitir que la operación continúe si se retira un componente sin apagarlo. En estos sistemas, el intercambio en caliente se utiliza normalmente para el mantenimiento regular de la computadora o para reemplazar un componente roto.
La mayoría de los métodos modernos de intercambio en caliente utilizan un conector especializado con pines escalonados, de modo que ciertos pines seguramente se conectarán antes que otros. La mayoría de los diseños de clavijas escalonadas tienen clavijas de tierra más largas que las demás, lo que garantiza que no se conecte ningún circuito sensible antes de que haya una conexión a tierra confiable del sistema. Los otros pines pueden tener todos la misma longitud, pero en algunos casos se utilizan tres longitudes de pines para que el dispositivo entrante se conecte a tierra primero, las líneas de datos se conecten en segundo lugar y la energía se aplique en tercer lugar, en rápida sucesión a medida que se inserta el dispositivo. Los pines de la misma longitud nominal no necesariamente hacen contacto exactamente al mismo tiempo debido a tolerancias mecánicas y al ángulo del conector cuando se inserta.
Hubo un tiempo en que se pensaba que los pines escalonados eran una solución costosa, [ cita necesaria ] pero muchas familias de conectores contemporáneas ahora vienen con pines escalonados como estándar; por ejemplo, se utilizan en todas las unidades de disco SCSI serie modernas. Actualmente se encuentran disponibles en el mercado clavijas de conector de alimentación de conexión en caliente especializadas con clasificaciones de interrupción de corriente CC repetibles de hasta 16 A. Las placas de circuito impreso están fabricadas con bordes escalonados para conexión en caliente directa a un conector de plano posterior.
Aunque la velocidad de obstrucción no se puede controlar con precisión, las consideraciones prácticas proporcionarán límites que se pueden utilizar para determinar las peores condiciones. Para un diseño típico de pasador escalonado donde la diferencia de longitud es de 0,5 mm, el tiempo transcurrido entre el contacto del pasador largo y corto está entre 25 ms y 250 ms. Es bastante práctico diseñar circuitos de intercambio en caliente que puedan funcionar a esa velocidad.
Siempre que el conector de intercambio en caliente sea lo suficientemente rígido, uno de los cuatro pasadores de las esquinas siempre será el primero en acoplarse. Para una disposición típica de conectores de dos filas, esto proporciona cuatro pasadores de esquina de primera fabricación que normalmente se utilizan para puesta a tierra. Se pueden usar otros pines cerca de las esquinas para funciones que también se beneficiarían de este efecto, por ejemplo, detectar cuando el conector está completamente asentado. Este diagrama ilustra una buena práctica donde las masas están en las esquinas y los pines de alimentación están cerca del centro. Dos pasadores de detección están ubicados en esquinas opuestas para que la detección completamente asentada se confirme solo cuando ambos estén en contacto con la ranura. Los pines restantes se utilizan para todas las demás señales de datos.
Las fuentes de alimentación de CC para un componente de intercambio en caliente generalmente se precargan mediante clavijas largas dedicadas que hacen contacto antes que las clavijas de alimentación principales. Estos pines de precarga están protegidos por un circuito que limita la corriente de entrada a un valor aceptable que no puede dañar los pines ni perturbar el voltaje de suministro a las ranuras adyacentes. El circuito de precarga puede ser una resistencia en serie simple , una resistencia de coeficiente de temperatura negativo (NTC) o un circuito limitador de corriente . Se puede proporcionar protección adicional mediante un circuito de "arranque suave" que proporciona un aumento administrado de los voltajes de suministro de CC internos dentro del componente.
Una secuencia típica para conectar un componente de intercambio en caliente a una ranura podría ser la siguiente:
Los circuitos de energía de intercambio en caliente ahora se pueden comprar comercialmente en ASIC especialmente diseñados llamados administradores de energía de intercambio en caliente (HSPM).
Los circuitos conectados a los pines de señal en un componente de intercambio en caliente deben incluir cierta protección contra descargas electrostáticas (ESD). Esto generalmente toma la forma de diodos de sujeción a tierra y al voltaje de la fuente de alimentación de CC. Los efectos de ESD se pueden reducir mediante un diseño cuidadoso del paquete mecánico alrededor del componente de intercambio en caliente, tal vez recubriéndolo con una fina película de material conductor.
Se debe tener especial cuidado al diseñar sistemas con señales en bus que estén conectadas a más de un componente de intercambio en caliente. Cuando se inserta un componente de intercambio en caliente, sus pines de señal de entrada y salida representarán un cortocircuito temporal a tierra. Esto puede provocar impulsos no deseados a nivel del suelo en las señales que pueden alterar el funcionamiento de otros componentes intercambiables en caliente del sistema. Este fue un problema para las primeras unidades de disco SCSI paralelas . Una solución de diseño común es proteger los pines de señal en bus con diodos o resistencias en serie. Los dispositivos de búfer CMOS ahora están disponibles con entradas y salidas especializadas que minimizan la perturbación de las señales del bus durante la operación de intercambio en caliente. Si todo lo demás falla, otra solución es detener el funcionamiento de todos los componentes durante la operación de intercambio en caliente.
Los transmisores de radio modernos (y también algunos transmisores de TV ) utilizan módulos de potencia de transistores de RF de alta potencia en lugar de tubos de vacío . El intercambio en caliente de módulos de potencia no es una tecnología nueva, ya que muchos de los transmisores de radio fabricados en la década de 1930 podían cambiar los tubos de potencia mientras el transmisor estaba en funcionamiento, pero esta característica no se adoptó universalmente debido a la introducción de módulos de potencia más confiables. tubos.
A mediados de la década de 1990, varios fabricantes de transmisores de radio en Estados Unidos comenzaron a ofrecer módulos de transistores de RF intercambiables de alta potencia.
La reintroducción de módulos de potencia ha sido buena para la industria de los transmisores de radio, ya que ha fomentado la innovación. Los transmisores modulares han demostrado ser más confiables que los transmisores de tubo, cuando el transmisor se elige adecuadamente para las condiciones del sitio de transmisión.
Limitaciones de potencia:
Aunque la mayoría de los sistemas de videojuegos contemporáneos pueden intercambiar juegos y multimedia (por ejemplo, Blu-rays ) sin apagar el sistema, las generaciones anteriores de sistemas variaban en su compatibilidad con capacidades de intercambio en caliente. Por ejemplo, mientras que Sony PlayStation y PlayStation 2 podrían expulsar un disco de juego con el sistema encendido, Nintendo Game Boy Advance y Nintendo 64 se congelarían y podrían corromperse si el cartucho del juego se retirara con el sistema encendido. Los fabricantes advirtieron específicamente contra tales prácticas en el manual del propietario o en el cartucho del juego. [4] Supuestamente fue por esta razón que Stop 'N' Swop fue eliminado de la serie Banjo-Kazooie . Con el sistema Sega Genesis/Mega Drive , a veces era posible aplicar trampas (como que un jugador tuviera vidas infinitas) y otras alteraciones temporales de software a los juegos mediante el intercambio de cartuchos en caliente, aunque los cartuchos no estaban diseñados para ser intercambiables en caliente. [5]
Los teclados intercambiables en caliente permiten cambiar los interruptores sin tener que desmontar el teclado. [6] En los teclados de interruptor mecánico estándar, el interruptor está soldado directamente a la PCB . En cambio, los teclados intercambiables en caliente tienen un zócalo en su lugar que permite reemplazar el interruptor libremente sin volver a soldarlo. [7]
Debido a que los teclados intercambiables en caliente son menos comunes, a menudo es necesario construirlos a medida o comprarlos a fabricantes de teclados personalizados. [6] Se pueden encontrar en una variedad de tamaños y diseños , incluidos diseños ergonómicos más especializados.
El intercambio en caliente también puede referirse a la capacidad de alterar el código en ejecución de un programa sin necesidad de interrumpir su ejecución. La programación interactiva es un paradigma de programación que hace un uso extensivo del intercambio en caliente, por lo que la actividad de programación se convierte en parte del flujo del programa en sí.
Sólo unos pocos lenguajes de programación admiten el intercambio en caliente de forma nativa, incluidos Pike , Lisp , Erlang , Smalltalk , Visual Basic 6 (no VB.NET ), Java y, más recientemente, Elm [8] y Elixir . Microsoft Visual Studio admite un tipo de intercambio en caliente llamado Editar y continuar, que es compatible con C# , VB.NET y C / C++ cuando se ejecuta con un depurador. [9]
El intercambio en caliente es el método central en la codificación en vivo , donde la programación es una parte integral del proceso de ejecución. En general, todos los lenguajes de programación utilizados en la codificación en vivo, como SuperCollider , TidalCycles o Extempore , admiten el intercambio en caliente.
Algunos marcos basados en web, como Django , permiten detectar cambios en los módulos y recargarlos sobre la marcha. Sin embargo, aunque es lo mismo que el intercambio en caliente para la mayoría de los efectos, técnicamente esto es solo una purga de caché , activada por un nuevo archivo. Esto no se aplica a los lenguajes de marcado y programación como HTML y PHP respectivamente, en el caso general, ya que estos archivos normalmente se reinterpretan en cada uso de forma predeterminada. Sin embargo , existen algunos CMS y otros marcos basados en PHP (como Drupal ) que emplean el almacenamiento en caché. En estos casos, se aplican capacidades y excepciones similares.
El intercambio en caliente también facilita el desarrollo de sistemas en los que se procesan grandes cantidades de datos, como ocurre con genomas completos en algoritmos bioinformáticos. [10]
El término "HOT PLUG" fue registrado como marca comercial en los Estados Unidos en noviembre de 1992 a nombre de Core International, Inc. y cancelado en mayo de 1999. [11]
Una configuración en paralelo diseñada correctamente permite la sustitución en línea (intercambio en caliente) de módulos defectuosos. Esto proporciona medios para el mantenimiento y la reparación ininterrumpidos, una característica muy deseable en sistemas de alta confiabilidad que operan de manera continua.
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