Intercambio en caliente

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El intercambio en caliente es el reemplazo o la 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] Los componentes que tienen dicha funcionalidad se denominan intercambiables en caliente o enchufables en caliente ; del mismo modo, los componentes que no la tienen son intercambiables en frío o enchufables 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 tengan capacidad de intercambio en caliente de 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 unidad USB, un disco duro externo (HDD), un mouse, un teclado o una impresora, de la ranura USB o el concentrador periférico de una computadora sin expulsarlo primero.

La mayoría de los teléfonos inteligentes y tabletas con soportes de carga por bandeja pueden intercambiar tarjetas SIM sin apagar el sistema.

Las cámaras y videocámaras digitales especializadas suelen tener compartimentos de fácil acceso para la tarjeta de memoria y la batería , para poder cambiarlas rápidamente con una interrupción mínima del funcionamiento. Las baterías se pueden cambiar de una a otra recargando las baterías de reserva externamente mientras no se utilizan. Muchas cámaras y videocámaras cuentan con una memoria interna que permite capturar imágenes cuando no se inserta una tarjeta de memoria.

El intercambio en caliente se utiliza siempre que se desea cambiar la configuración o reparar un sistema en funcionamiento sin interrumpir su funcionamiento. ^[3] Puede ser simplemente por conveniencia para evitar la demora y la molestia de apagar y reiniciar equipos complejos o porque es esencial que los equipos, como un servidor , estén continuamente activos.

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 fuentes de alimentación duales , cada una adecuada para alimentar la máquina; una defectuosa puede ser intercambiada en caliente. Las tarjetas importantes, como los controladores de disco o los adaptadores de host, pueden diseñarse con rutas redundantes para que sean reemplazables en caso de falla sin necesidad de interrumpir el funcionamiento 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 estar diseñadas de modo que ni el equipo ni el usuario puedan resultar dañados durante el intercambio en caliente. Los demás componentes del sistema deben estar diseñados de modo que la extracción de un componente intercambiable en caliente no interrumpa el funcionamiento.

Se pueden utilizar placas de protección, protectores o biseles en los componentes removibles o en el dispositivo principal mismo para evitar el contacto del operador con circuitos energizados, para proporcionar protección antiestática a los componentes que se agregan o quitan, o para evitar que los componentes removibles toquen accidentalmente y provoquen un cortocircuito en los componentes energizados del dispositivo operativo.

Se pueden usar ranuras, pasadores, muescas o agujeros 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 enganche mecánico para ayudar en la inserción y extracción adecuadas de dispositivos que requieren grandes cantidades de fuerza para conectarse o desconectarse, o para ayudar en el acoplamiento y sujeción adecuados de conectores de energía y comunicaciones.

Existen 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 el usuario puede tener que notificar el evento al software del sistema para poder manejarlo. Algunos ejemplos incluyen dispositivos RS-232 y SCSI de gama baja .

Algunas implementaciones requieren un procedimiento de apagado del componente antes de su extracción. Esto simplifica el diseño, pero estos dispositivos no son robustos en caso de falla del componente. Si se extrae un componente mientras se lo está utilizando, las operaciones en ese dispositivo fallan y el usuario es responsable de volver a intentarlo si es necesario, aunque esto no suele considerarse 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 quita un componente sin apagarlo. En estos sistemas, el intercambio en caliente se utiliza normalmente para realizar el mantenimiento regular de la computadora o para reemplazar un componente dañado.

La mayoría de los métodos de intercambio en caliente modernos utilizan un conector especializado con pines escalonados, de modo que ciertos pines se conectan con seguridad antes que otros. La mayoría de los diseños de pines escalonados tienen pines de conexión a tierra más largos que los demás, lo que garantiza que no se conecte ningún circuito sensible antes de que haya una conexión a tierra del sistema confiable. Los demás 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 las tolerancias mecánicas y la inclinación del conector cuando se inserta.

En un tiempo, se pensó que los pines escalonados eran una solución costosa, ^{[ cita requerida ]} pero muchas familias de conectores contemporáneos ahora vienen con pines escalonados como estándar; por ejemplo, se utilizan en todas las unidades de disco SCSI seriales modernas. Los pines de conector de alimentación de conexión en caliente especializados ahora están disponibles comercialmente con clasificaciones de interrupción de corriente continua repetibles de hasta 16 A. Las placas de circuito impreso están hechas con dedos de borde escalonados para la conexión en caliente directa a un conector de placa base.

Aunque la velocidad de conexión 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 pines escalonados donde la diferencia de longitud es de 0,5 mm, el tiempo transcurrido entre el contacto de pines largos y cortos es de 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 pines de las esquinas siempre será el primero en acoplarse. Para una disposición típica de conectores de dos filas, esto proporciona cuatro pines de esquina que son los primeros en acoplarse y que se utilizan normalmente para las conexiones a tierra. Se pueden utilizar otros pines cerca de las esquinas para funciones que también se beneficiarían de este efecto, por ejemplo, detectar cuándo el conector está completamente asentado. Este diagrama ilustra una buena práctica en la que las conexiones a tierra están en las esquinas y los pines de alimentación están cerca del centro. Dos pines de detección están ubicados en esquinas opuestas de modo que la detección de que el conector está completamente asentado se confirma solo cuando ambos están en contacto con la ranura. Los pines restantes se utilizan para todas las demás señales de datos.

Las fuentes de alimentación de CC de un componente de intercambio en caliente suelen estar precargadas mediante pines largos dedicados que hacen contacto antes que los pines de alimentación principal. 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 alterar el voltaje de suministro a las ranuras adyacentes. El circuito de precarga puede ser una simple resistencia en serie , una resistencia de coeficiente de temperatura negativo (NTC) o un circuito limitador de corriente . Se puede proporcionar una protección adicional mediante un circuito de "arranque suave" que proporciona un aumento gradual controlado de los voltajes de suministro de CC internos dentro del componente.

Una secuencia típica para conectar un componente intercambiable en caliente a una ranura podría ser la siguiente:

1. Los pines de tierra largos hacen contacto; la seguridad eléctrica básica y la protección ESD están disponibles.
2. Los pines de precarga largos (o medianos) hacen contacto; los condensadores de desacoplamiento comienzan a cargarse.
3. Retardo en tiempo real de decenas de milisegundos.
4. Los pines de señal/alimentación cortos hacen contacto.
5. El conector queda completamente asentado; se activa la señal de reinicio de encendido dentro del componente
6. El circuito de arranque suave comienza a aplicar energía al componente.
7. Retardo en tiempo real de decenas de milisegundos.
8. El circuito de arranque suave completa la secuencia; el circuito de reinicio de encendido se desactiva
9. El componente comienza a funcionar normalmente.

Ahora es posible adquirir en el mercado circuitos de alimentación intercambiables en caliente en ASIC especialmente diseñados , llamados administradores de alimentación intercambiables en caliente (HSPM).

Los circuitos conectados a los pines de señal en un componente de intercambio en caliente deben incluir algún tipo de protección contra descargas electrostáticas (ESD). Esto suele adoptar la forma de diodos de sujeción conectados a tierra y a la tensión de alimentación de CC. Los efectos de las ESD se pueden reducir mediante un diseño cuidadoso del encapsulado mecánico alrededor del componente de intercambio en caliente, tal vez revistiéndolo con una película fina de material conductor.

Se debe tener especial cuidado al diseñar sistemas con señales en bus que estén conectadas a más de un componente hot-swap. Cuando se inserta un componente hot-swap, sus pines de señal de entrada y salida representarán un cortocircuito temporal a tierra. Esto puede causar pulsos no deseados a nivel de tierra en las señales que pueden perturbar el funcionamiento de otros componentes hot-swap en el sistema. Este era 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 están disponibles ahora con entradas y salidas especializadas que minimizan la perturbación de las señales en bus durante la operación hot-swap. Si todo lo demás falla, otra solución es suspender el funcionamiento de todos los componentes durante la operación hot-swap.

Esta sección necesita ser ampliada con: Usos principales que incluyen componentes de servidor y periféricos USB (actualmente mencionados en la introducción pero no analizados en el cuerpo). Otros usos (no mencionados actualmente pero no debería ser difícil encontrar fuentes confiables) incluyen baterías de sistemas de alimentación ininterrumpida , baterías de autos eléctricos... Puedes ayudar agregando más. ( Abril de 2022 )

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 intercambiar los tubos de potencia mientras el transmisor estaba en funcionamiento, pero esta característica no se adoptó universalmente debido a la introducción de tubos de alta potencia más confiables.

A mediados de la década de 1990, varios fabricantes de transmisores de radio en EE. UU. comenzaron a ofrecer módulos de transistores de RF de alta potencia intercambiables.

• En ese momento no existía un estándar industrial para el diseño de módulos de potencia intercambiables.
• Los primeros diseños de módulos solo tenían restricciones de patente limitadas.
• A principios de la década de 2000, había muchos modelos de transmisores disponibles que utilizaban muchos tipos diferentes de módulos de potencia.

La reintroducción de los módulos de potencia ha sido positiva para la industria de los transmisores de radio, ya que ha fomentado la innovación. Los transmisores modulares han demostrado ser más fiables que los transmisores de tubo, cuando el transmisor se elige adecuadamente para las condiciones del lugar de transmisión.

Limitaciones de potencia:

• Transmisor modular de menor potencia: generalmente 1,0 kW, utilizando módulos de 600 W.
• Transmisor modular de mayor potencia: 1,0 MW (para LW , MW ).
• Transmisor modular de máxima potencia: 45 kW (FM, TV).

Aunque la mayoría de los sistemas de videojuegos contemporáneos pueden intercambiar juegos y multimedia (por ejemplo, Blu-ray ) sin apagar el sistema, las generaciones anteriores de sistemas variaban en su compatibilidad con capacidades de intercambio en caliente. Por ejemplo, mientras que la Sony PlayStation y la PlayStation 2 podían expulsar un disco de juego con el sistema encendido, la Nintendo Game Boy Advance y la Nintendo 64 se congelaban y podían dañarse si el cartucho de juego se extraía con el sistema encendido. Los fabricantes advirtieron específicamente contra tales prácticas en el manual del usuario o en el cartucho de 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 trucos (como que un jugador tuviera vidas infinitas) y otras alteraciones temporales de software a los juegos mediante el intercambio en caliente de cartuchos, aunque los cartuchos no estuvieran 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 estándar con interruptores mecánicos, el interruptor está soldado directamente a la PCB . Los teclados intercambiables en caliente, en cambio, tienen un zócalo en su lugar que permite reemplazar el interruptor libremente sin tener que volver a soldarlo. ^[7]

Debido a que los teclados intercambiables en caliente son menos comunes, a menudo es necesario fabricarlos 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.

Solo 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 bajo 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 frameworks basados ​​en la 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 propósitos, técnicamente es solo una purga de caché , activada por un nuevo archivo. Esto no se aplica a 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, hay algunos CMS y otros frameworks 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 en el caso de genomas enteros en algoritmos bioinformáticos. ^[10]

El término "HOT PLUG" fue registrado como marca en los Estados Unidos en noviembre de 1992 a nombre de Core International, Inc. , y cancelado en mayo de 1999. ^[11]

• desarrollo