التبديل الساخن

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "Hot swapping" – الأخبار  · الصحف  · الكتب  · العلماء  · JSTOR ( ديسمبر 2008 ) ( تعرف على كيفية ومتى تزيل هذه الرسالة )

التبديل الساخن هو استبدال أو إضافة مكونات إلى نظام الكمبيوتر دون إيقاف تشغيل النظام أو إعادة تشغيله ؛ ^{[1] يصف} التوصيل الساخن إضافة المكونات فقط. ^[2] يُقال إن المكونات التي تتمتع بهذه الوظيفة قابلة للتبديل الساخن أو قابلة للتوصيل الساخن ؛ وبالمثل، فإن المكونات التي لا تتمتع بهذه الوظيفة قابلة للتبديل البارد أو قابلة للتوصيل البارد .

معظم أجهزة الكمبيوتر المكتبية، مثل وحدات المعالجة المركزية والذاكرة، قابلة للتوصيل البارد فقط. ومع ذلك، من الشائع أن تتميز الخوادم وأجهزة الكمبيوتر المركزية المتوسطة إلى المتطورة بإمكانية التبديل الساخن لمكونات الأجهزة، مثل وحدة المعالجة المركزية والذاكرة ومحركات PCIe و SATA و SAS .

من أمثلة التبديل الساخن القدرة الصريحة على سحب جهاز محيطي Universal Serial Bus (USB) ، مثل محرك أقراص USB، أو محرك أقراص ثابت خارجي (HDD)، أو ماوس، أو لوحة مفاتيح، أو طابعة من فتحة USB في الكمبيوتر أو المحور المحيطي دون إخراجه أولاً.

يمكن لمعظم الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية المزودة بحاملات تحميل الدرج تبديل بطاقات SIM دون إيقاف تشغيل النظام.

عادةً ما تحتوي الكاميرات الرقمية وكاميرات الفيديو المخصصة على حجرات لبطاقات الذاكرة والبطاريات يسهل الوصول إليها لتغييرها بسرعة مع الحد الأدنى من انقطاع التشغيل. ويمكن تجديد البطاريات عن طريق إعادة شحن البطاريات الاحتياطية خارجيًا أثناء عدم استخدامها. تتميز العديد من الكاميرات وكاميرات الفيديو بذاكرة داخلية للسماح بالتقاط الصور عند عدم إدخال بطاقة ذاكرة.

يتم استخدام التبديل الساخن عندما يكون من المرغوب فيه تغيير التكوين أو إصلاح نظام يعمل دون مقاطعة تشغيله. ^[3] قد يكون ذلك ببساطة من أجل الراحة لتجنب التأخير والإزعاج الناتج عن إيقاف تشغيل المعدات المعقدة ثم إعادة تشغيلها أو لأنه من الضروري أن تكون المعدات، مثل الخادم ، نشطة باستمرار.

يمكن استخدام التبديل السريع لإضافة أو إزالة الأجهزة الطرفية أو المكونات، للسماح لجهاز بمزامنة البيانات مع الكمبيوتر، واستبدال الوحدات المعيبة دون مقاطعة تشغيل المعدات. قد تحتوي الآلة على مصدرين للطاقة ، كل منهما مناسب لتشغيل الآلة؛ يمكن تبديل مصدر الطاقة المعيب بسرعة. يمكن تصميم بطاقات مهمة مثل وحدات التحكم في القرص أو محولات المضيف بمسارات زائدة حتى يمكن استبدالها في حالة الفشل دون الحاجة إلى مقاطعة تشغيل نظام الكمبيوتر المرتبط.

يجب أن تكون الآلات التي تدعم التبديل السريع قادرة على تعديل تشغيلها بما يتناسب مع التكوين المتغير ، إما تلقائيًا عند اكتشاف التغيير، أو عن طريق تدخل المستخدم. يجب تصميم جميع التوصيلات الكهربائية والميكانيكية المرتبطة بالتبديل السريع بحيث لا يمكن إلحاق الضرر بالمعدات أو المستخدم أثناء التبديل السريع. يجب تصميم المكونات الأخرى في النظام بحيث لا يؤدي إزالة مكون قابل للتبديل السريع إلى مقاطعة التشغيل.

يمكن استخدام ألواح التغطية الواقية أو الدروع أو الحواف على المكونات القابلة للإزالة أو الجهاز الرئيسي نفسه لمنع المشغل من ملامسة الدوائر الكهربائية الحية، أو لتوفير الحماية المضادة للكهرباء الساكنة للمكونات التي تتم إضافتها أو إزالتها، أو لمنع المكونات القابلة للإزالة من ملامسة المكونات التي تعمل بالطاقة عن طريق الخطأ وإحداث قصر كهربائي في جهاز التشغيل.

يمكن استخدام فتحات توجيه إضافية أو دبابيس أو شقوق أو ثقوب للمساعدة في الإدخال الصحيح للمكون بين المكونات الحية الأخرى، في حين يمكن استخدام مزاليج التثبيت الميكانيكية أو المقابض أو الرافعات للمساعدة في الإدخال والإزالة الصحيحة للأجهزة التي تتطلب كميات كبيرة من القوة للتوصيل أو الفصل، أو للمساعدة في التزاوج والتثبيت المناسب لموصلات الطاقة والاتصالات.

هناك معنيان مختلفان قليلاً لمصطلح التبديل السريع . فقد يشير فقط إلى القدرة على إضافة أو إزالة الأجهزة دون إيقاف تشغيل النظام، بينما قد يتعين على برنامج النظام إخطار المستخدم بالحدث حتى يتمكن من التعامل معه. وتشمل الأمثلة أجهزة RS-232 وأجهزة SCSI الأقل تكلفة .

تتطلب بعض التطبيقات إجراء إيقاف تشغيل أحد المكونات قبل إزالته. وهذا يبسط التصميم، ولكن مثل هذه الأجهزة ليست قوية في حالة فشل أحد المكونات. إذا تمت إزالة أحد المكونات أثناء استخدامه، فإن العمليات التي تتم على هذا الجهاز تفشل ويصبح المستخدم مسؤولاً عن إعادة المحاولة إذا لزم الأمر، على الرغم من أن هذا لا يُعتبر عادةً مشكلة.

قد توصي التطبيقات الأكثر تعقيدًا بإيقاف تشغيل المكون، ولكنها لا تتطلب ذلك، مع وجود قدر كافٍ من التكرار في النظام للسماح باستمرار التشغيل إذا تمت إزالة أحد المكونات دون إيقاف تشغيله. في هذه الأنظمة، يتم استخدام التبديل السريع عادةً للصيانة الدورية للكمبيوتر، أو لاستبدال مكون معطل.

تستخدم أغلب طرق التبديل السريع الحديثة موصلًا متخصصًا بدبابيس متداخلة، بحيث يكون من المؤكد أن يتم توصيل دبابيس معينة قبل غيرها. تحتوي أغلب تصميمات الدبابيس المتداخلة على دبابيس أرضية أطول من غيرها، مما يضمن عدم توصيل أي دائرة حساسة قبل وجود أرضية موثوقة للنظام. قد تكون جميع الدبابيس الأخرى بنفس الطول، ولكن في بعض الحالات يتم استخدام ثلاثة أطوال للدبابيس بحيث يتم توصيل الجهاز الوارد بالأرض أولاً، وتوصيل خطوط البيانات ثانيًا، وتطبيق الطاقة ثالثًا، في تتابع سريع عند إدخال الجهاز. لا تتلامس الدبابيس ذات الطول الاسمي نفسه بالضرورة في نفس الوقت تمامًا بسبب التفاوتات الميكانيكية، وزاوية الموصل عند إدخاله.

في وقت ما، كان يُعتقد أن الدبابيس المتداخلة هي حل مكلف، ^{[ بحاجة لمصدر ]} ولكن العديد من عائلات الموصلات المعاصرة تأتي الآن بدبابيس متداخلة كمعيار؛ على سبيل المثال، يتم استخدامها في جميع محركات الأقراص SCSI التسلسلية الحديثة. أصبحت دبابيس موصلات الطاقة ذات التوصيل الساخن المتخصصة متوفرة تجاريًا الآن مع تصنيفات انقطاع تيار مستمر متكررة تصل إلى 16 أمبير. تُصنع لوحات الدوائر المطبوعة بأصابع حافة متداخلة للتوصيل الساخن المباشر بموصل اللوحة الخلفية.

على الرغم من أنه لا يمكن التحكم في سرعة التوصيل بدقة، فإن الاعتبارات العملية ستوفر حدودًا يمكن استخدامها لتحديد أسوأ الظروف. بالنسبة لتصميم دبوس متدرج نموذجي حيث يكون الفرق في الطول 0.5 مم، فإن الوقت المنقضي بين اتصال الدبوس الطويل والقصير يتراوح بين 25 مللي ثانية و250 مللي ثانية. من العملي جدًا تصميم دوائر تبديل ساخنة يمكنها العمل بهذه السرعة.

طالما أن موصل التبديل الساخن صلب بدرجة كافية، فإن أحد دبابيس الزوايا الأربعة سيكون دائمًا أول من يتم توصيله. بالنسبة لترتيب موصل ثنائي الصف النموذجي، يوفر هذا أربعة دبابيس زوايا يتم توصيلها أولاً والتي تُستخدم عادةً للأرضيات. يمكن استخدام دبابيس أخرى بالقرب من الزوايا للوظائف التي قد تستفيد أيضًا من هذا التأثير، على سبيل المثال الاستشعار عندما يكون الموصل مثبتًا بالكامل. يوضح هذا الرسم البياني الممارسة الجيدة حيث تكون الأرضية في الزوايا ودبابيس الطاقة بالقرب من المركز. يوجد دبوسان للاستشعار في زوايا متقابلة بحيث يتم تأكيد اكتشاف التثبيت الكامل فقط عندما يكون كلاهما على اتصال بالفتحة. تُستخدم الدبابيس المتبقية لجميع إشارات البيانات الأخرى.

عادةً ما يتم شحن مصادر الطاقة DC لمكون التبديل الساخن مسبقًا بواسطة دبابيس طويلة مخصصة تلامس قبل دبابيس الطاقة الرئيسية. يتم حماية دبابيس الشحن المسبق هذه بواسطة دائرة تحد من تيار الاندفاع إلى قيمة مقبولة لا يمكن أن تلحق الضرر بالدبابيس ولا تزعج جهد الإمداد للفتحات المجاورة. قد تكون دائرة الشحن المسبق عبارة عن مقاومة تسلسلية بسيطة أو مقاومة معامل درجة حرارة سالبة (NTC) أو دائرة تحديد التيار . يمكن توفير المزيد من الحماية بواسطة دائرة "بدء التشغيل الناعم" التي توفر زيادة مُدارة لجهد الإمداد DC الداخلي داخل المكون.

يمكن أن يكون التسلسل النموذجي لمكون التبديل الساخن الذي يتم توصيله بفتحة على النحو التالي:

1. يتم توصيل الدبابيس الأرضية الطويلة؛ تصبح السلامة الكهربائية الأساسية وحماية التفريغ الكهروستاتيكي متاحة.
2. تتواصل دبابيس الشحن المسبق الطويلة (أو المتوسطة)؛ وتبدأ المكثفات المنفصلة في الشحن.
3. تأخير في الوقت الحقيقي يصل إلى عشرات المللي ثانية.
4. دبابيس الطاقة/الإشارة القصيرة تقوم بالاتصال.
5. يصبح الموصل مثبتًا بالكامل؛ يتم تأكيد إشارة إعادة تعيين التشغيل داخل المكون
6. تبدأ دائرة التشغيل الناعمة بتطبيق الطاقة على المكون.
7. تأخير في الوقت الحقيقي يصل إلى عشرات المللي ثانية.
8. دائرة التشغيل الناعم تكتمل التسلسل؛ دائرة إعادة ضبط التشغيل تم إلغاء تنشيطها
9. يبدأ المكون في التشغيل الطبيعي.

يمكن الآن شراء دوائر الطاقة القابلة للتبديل السريع تجاريًا في ASICs مصممة خصيصًا تسمى مديري الطاقة القابلة للتبديل السريع (HSPMs).

يجب أن تتضمن الدوائر الكهربائية المرفقة بدبابيس الإشارة في مكون التبديل الساخن بعض الحماية ضد التفريغ الكهروستاتيكي (ESD). وعادة ما يتخذ هذا شكل ثنائيات تثبيت على الأرض وعلى جهد مصدر الطاقة المستمر. ويمكن تقليل تأثيرات التفريغ الكهروستاتيكي من خلال التصميم الدقيق للحزمة الميكانيكية حول مكون التبديل الساخن، ربما عن طريق طلائها بغشاء رقيق من مادة موصلة.

يجب توخي عناية خاصة عند تصميم أنظمة بإشارات موصلة وموصولة بأكثر من مكون قابل للتبديل السريع. فعندما يتم إدخال مكون قابل للتبديل السريع، فإن دبابيس الإشارة المدخلة والمخرجة الخاصة به ستمثل ماسًا كهربائيًا مؤقتًا للأرض. وقد يتسبب هذا في حدوث نبضات غير مرغوب فيها على مستوى الأرض على الإشارات والتي قد تزعج تشغيل مكونات أخرى قابلة للتبديل السريع في النظام. كانت هذه مشكلة في محركات الأقراص SCSI المتوازية المبكرة . أحد الحلول التصميمية الشائعة هو حماية دبابيس الإشارة الموصلة باستخدام ثنائيات أو مقاومات متسلسلة. أصبحت أجهزة تخزين CMOS متوفرة الآن بمدخلات ومخرجات متخصصة تقلل من اضطراب الإشارات الموصلة أثناء عملية التبديل السريع. وإذا فشل كل شيء آخر، فإن الحل الآخر هو إيقاف تشغيل جميع المكونات أثناء عملية التبديل السريع.

يحتاج هذا القسم إلى التوسع بما يلي: الاستخدامات الرئيسية بما في ذلك مكونات الخادم والأجهزة الطرفية USB (المذكورة حاليًا في المقدمة ولكن لم تتم مناقشتها في النص). تشمل الاستخدامات الأخرى (غير المذكورة حاليًا ولكن لا ينبغي أن يكون من الصعب العثور على مصادر موثوقة) بطاريات مصدر الطاقة غير المنقطعة وبطاريات السيارات الكهربائية.. يمكنك المساعدة عن طريق الإضافة إليها. ( أبريل 2022 )

تستخدم أجهزة إرسال الراديو الحديثة (وبعض أجهزة إرسال التلفزيون أيضًا) وحدات طاقة ترانزستور RF عالية الطاقة بدلاً من الصمامات المفرغة . لا تعد وحدات الطاقة القابلة للتبديل الساخن تقنية جديدة، حيث كانت العديد من أجهزة إرسال الراديو المصنعة في ثلاثينيات القرن العشرين قادرة على تبديل أنابيب الطاقة أثناء تشغيل جهاز الإرسال - ولكن هذه الميزة لم يتم تبنيها عالميًا بسبب إدخال الصمامات عالية الطاقة الأكثر موثوقية.

في منتصف تسعينيات القرن العشرين، بدأت العديد من شركات تصنيع أجهزة إرسال الراديو في الولايات المتحدة في تقديم وحدات ترانزستور RF عالية القدرة وقابلة للتبديل.

• لم يكن هناك معيار صناعي لتصميم وحدات الطاقة القابلة للتبديل في ذلك الوقت.
• تمتعت التصميمات المبكرة للوحدات بحماية محدودة لبراءات الاختراع.
• بحلول أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، أصبح العديد من نماذج أجهزة الإرسال متاحة والتي تستخدم أنواعًا مختلفة من وحدات الطاقة.

كان إعادة استخدام وحدات الطاقة مفيدًا لصناعة أجهزة الإرسال اللاسلكية، حيث عزز الابتكار. وقد أثبتت أجهزة الإرسال المعيارية أنها أكثر موثوقية من أجهزة الإرسال الأنبوبية، عندما يتم اختيار جهاز الإرسال بشكل صحيح وفقًا للظروف في موقع الإرسال.

حدود الطاقة:

• أقل جهاز إرسال معياري قدرة: عمومًا 1.0 كيلو واط، باستخدام وحدات 600 واط.
• أعلى قدرة لجهاز الإرسال المعياري: 1.0 ميجاوات (لـ LW ، MW ).
• أعلى جهاز إرسال معياري قدرة: 45 كيلو واط (FM، TV).

على الرغم من أن معظم أنظمة ألعاب الفيديو المعاصرة يمكنها تبادل الألعاب والوسائط المتعددة (مثل أقراص Blu-ray ) دون إيقاف تشغيل النظام، إلا أن الأجيال الأقدم من الأنظمة كانت تختلف في دعمها لقدرات التبديل السريع. على سبيل المثال، بينما يمكن لجهازي PlayStation وPlayStation 2 من Sony إخراج قرص اللعبة مع تشغيل النظام، فإن جهازي Nintendo Game Boy Advance وNintendo 64 كانا يتجمدان وقد يتلفان إذا تمت إزالة خرطوشة اللعبة مع تشغيل الطاقة. حذر المصنعون على وجه التحديد من مثل هذه الممارسات في دليل المالك أو على خرطوشة اللعبة. ^[4] كان من المفترض أن يتم إزالة Stop 'N' Swop من سلسلة Banjo-Kazooie لهذا السبب . مع نظام Sega Genesis/Mega Drive ، كان من الممكن أحيانًا تطبيق الغش (مثل حصول اللاعب على حياة لا نهائية) والتغييرات البرمجية المؤقتة الأخرى على الألعاب عن طريق تبديل الخراطيش السريع، على الرغم من أن الخراطيش لم تكن مصممة لتكون قابلة للتبديل السريع. ^[5]

تتيح لوحات المفاتيح القابلة للتبديل السريع تغيير المفاتيح دون الحاجة إلى تفكيك لوحة المفاتيح. ^{[6] في لوحات المفاتيح الميكانيكية القياسية، يتم} لحام المفتاح مباشرة بلوحة الدوائر المطبوعة . بدلاً من ذلك، تحتوي لوحات المفاتيح القابلة للتبديل السريع على مقبس في مكانه يسمح باستبدال المفتاح بحرية دون الحاجة إلى إعادة اللحام. ^[7]

نظرًا لكون لوحات المفاتيح القابلة للتبديل السريع أقل شيوعًا، فإنها غالبًا ما تتطلب تصنيعها حسب الطلب أو شراؤها من مصنعي لوحات المفاتيح المخصصة. ^[6] يمكن العثور عليها في مجموعة متنوعة من الأحجام والتخطيطات ، بما في ذلك التخطيطات المريحة الأكثر تخصصًا .

يمكن أن يشير التبديل السريع أيضًا إلى القدرة على تغيير الكود الجاري تشغيله في برنامج ما دون الحاجة إلى مقاطعة تنفيذه. البرمجة التفاعلية هي نموذج برمجة يستخدم التبديل السريع على نطاق واسع، وبالتالي يصبح نشاط البرمجة جزءًا من تدفق البرنامج نفسه.

تدعم بعض لغات البرمجة فقط التبديل السريع بشكل أصلي، بما في ذلك Pike و Lisp و Erlang و Smalltalk وVisual Basic 6 (وليس VB.NET ) و Java وأخيرًا Elm ^[8] و Elixir . يدعم Microsoft Visual Studio نوعًا من التبديل السريع يسمى Edit and Continue، والذي تدعمه C# وVB.NET و C / C++ عند التشغيل ضمن مصحح أخطاء. ^[9]

التبديل السريع هو الطريقة المركزية في الترميز المباشر ، حيث تكون البرمجة جزءًا لا يتجزأ من عملية وقت التشغيل. بشكل عام، تدعم جميع لغات البرمجة المستخدمة في الترميز المباشر، مثل SuperCollider أو TidalCycles أو Extempore التبديل السريع.

تدعم بعض الأطر المستندة إلى الويب، مثل Django ، اكتشاف تغييرات الوحدة وإعادة تحميلها أثناء التنقل. ومع ذلك، على الرغم من أن هذا يشبه التبديل السريع لمعظم الأغراض، إلا أنه من الناحية الفنية مجرد تطهير ذاكرة التخزين المؤقت، يتم تشغيله بواسطة ملف جديد. لا ينطبق هذا على لغات الترميز والبرمجة مثل HTML و PHP على التوالي، في الحالة العامة، حيث يتم إعادة تفسير هذه الملفات عادةً عند كل استخدام افتراضيًا. ومع ذلك، هناك عدد قليل من أنظمة إدارة المحتوى والأطر المستندة إلى PHP الأخرى (مثل Drupal ) التي تستخدم التخزين المؤقت. في هذه الحالات، تنطبق قدرات واستثناءات مماثلة.

يسهل التبديل الساخن أيضًا تطوير الأنظمة التي تتم فيها معالجة كميات كبيرة من البيانات، كما هو الحال في الجينومات الكاملة في خوارزميات المعلومات الحيوية. ^[10]

تم تسجيل مصطلح "HOT PLUG" كعلامة تجارية في الولايات المتحدة في نوفمبر 1992 لشركة Core International, Inc. وتم إلغاؤه في مايو 1999. ^[11]

• يو ديف