熱插拔

熱插拔（hot-plugging或Hot Swap）即帶電插拔，熱插拔功能就是允許用戶在不關閉系統，不切斷電源的情況下取出和更換損壞的硬碟、電源或板卡等部件，從而提高了系統對災難的及時恢復能力、擴展性和靈活性等，例如一些面向高端套用的磁碟鏡像系統都可以提供磁碟的熱插拔功能。具體用學術的說法就是：熱替換（Hot replacement）、熱添加（hot expansion）和熱升級（hot upgrade），

基本介紹

• 中文名：熱插拔
• 外文名：Hotswapping， Hot plugging, Hot plug in and out
• 套用學科：IT
• 適用領域範圍：硬體
• 適用領域範圍：術語

功能特點

熱插拔最早出現在伺服器領域，是為了提高伺服器易用性而提出的。在我們平時用的電腦中一般都有USB接口，這種接口就能夠實現熱插拔。如果沒有熱插拔功能，即使磁碟損壞不會造成數據的丟失，用戶仍然需要暫時關閉系統，以便能夠對硬碟進行更換。而使用熱插拔技術只要簡單的打開連線開關或者轉動手柄就可以直接取出硬碟，而系統仍然可以不間斷地正常運行。

USB熱插拔

支持硬體

縱觀現今市場SATA主機板提供的附屬檔案中的Serial ATA線纜，特別是SATA電源線，大多為非標準附屬檔案。如SATA電源線沒有SATA 15-針腳電源接口界面，Serial ATA硬碟將無法遂行熱插拔功能。即使一些SATA硬碟同時提供SATA 15針腳電源接口和IDE 1x4-針腳常規電源接口，可以明確的是IDE1x4-針腳常規電源接口無法支持熱插拔。

我們知道，在普通電腦里，USB（通用串列匯流排）接口設備和IEEE 1394接口設備等都可以實現熱插拔，而在伺服器里可實現熱插拔的部件主要有硬碟、CPU、記憶體、電源、風扇、PCI適配器、網卡等。購買伺服器時一定要注意哪些部件能夠實現熱插拔，這對以後的工作至關重要。

可以明確的是IDE 1x4-針腳常規電源接口無法支持熱插拔，強行操作會導致硬碟損壞和數據丟失，華擎提供了可以支持SATA硬碟熱插拔功能的技術，並且在帶SATA的主機板里提供了7-針腳SATA數據線和具SATA 15-針腳電源接口界面的SATA電源線。

實現方式

許多筆記本都配置有eSATA接口或者帶有可以轉接eSATA的express card，使用eSATA接口移動硬碟傳輸數據會快很多。這裡需要說明的是，如何開啟eSATA高速模式。 無論是XP還是Win7，當移動硬碟插入筆記本的eSATA接口時，系統會自動檢測並識別eSATA設備，但我們會發現此時數據傳輸速度很慢，遠遠低於eSATA標準速度，而問題就出在沒有裝eSATA驅動，我們可以去下載並安裝Intel Rapid Storage驅動。安裝並重啟後，系統列會有一個“英特爾快速存儲技術”圖示，右鍵單擊後選擇“打開應用程式”。切換到“管理”界面，此時可以看到eSATA連線埠為3Gb/S，而在拷貝數據時速度不會低於100MB/S。從而實現了數據之間的高速傳輸，從而真正實現熱插拔。

技術支持

實現熱插拔需要有以下幾個方面支持：匯流排電氣特性、主機板BIOS、作業系統和設備驅動。那么我們只要確定環境符合以上特定的環境，就可以實現熱插拔。系統匯流排支持部分熱插拔技術。驅動方面，針對Windows NT,Novell的Netware,SCO UNIX的驅動都把熱插拔功能整合了進去，只要選擇針對以上作業系統的驅動，實現熱插拔的最後一個要素就具備了。

工作原理

特性

從586時代開始，系統匯流排都增加了外部匯流排的擴展，因此這方面我們的顧慮可以消除。

主機板BIOS

從1997年開始，新的BIOS中增加了即插即用功能的支持，雖然這種即插即用的支持並不代表完全的熱插拔支持，僅支持熱添加和熱替換，但這是我們熱插拔中使用最多的技術了，所以主機板BIOS這個問題也可以克服了。

作業系統

在作業系統方面，從Windows95開始就開始支持即插即用，但對於熱插拔支持卻很有限，直到NT 4.0開始，微軟開始注意到NT作業系統將針對伺服器領域，而這個領域中熱插拔是很關鍵的一個技術，所以作業系統中就增加了完全的熱插拔支持，並且這個特性一直延續到基NT技術的Windows 2000/XP作業系統，因此只要使用NT4.0以上的作業系統，熱插拔方面作業系統就提供了完備的支持。

設備驅動

驅動方面，針對Windows NT，Novell的Netware，SCO UNIX的驅動都把熱插拔功能整合了進去，只要選擇針對以上作業系統的驅動，實現熱插拔的最後一個要素就具備了。

通常來說，一個完整的熱插拔系統包括熱插拔系統的硬體，支持熱插拔的軟體和作業系統，支持熱插拔的設備驅動程式和支持熱插拔的用戶接口。

電路設計

熱插拔電路設計套用非常廣泛，作用是對熱插拔的設備的元器件、晶片的一種保護措施。通常熱插拔採用對信號進行隔離緩衝處理，採用244，245等器件來處理。並且在輸入信號增加限流電阻和0.1uF濾波電容，對於輸出信號通常直接由 244，245輸出即可。還有，除了過緩衝隔離之外，對於PCI接口等信號，通常還需要控制其上電，這也就是PCI匯流排的熱插拔技術。

普通硬碟熱插拔

以前的硬碟磁頭不具備自動停靠的功能，在通電狀態下磁頭是“飛行”在碟片上面的，當系統斷電之前，必須用一條叫“Park”的專用命令，來讓磁頭歸位。否則，就有可能因為碟片瞬間停轉而磁頭來不及歸位，造成碟片被磁頭“鏟傷”。

硬碟只有當讀取數據的時候，磁頭才會飛行在碟片表面。一讀取動作結束，磁頭立即自動歸位停靠。同時，硬碟都具備延時斷電的功能。即當系統供電突然丟失時，硬碟本身的控制器能自動探測到這個變化，然後強迫磁頭停止當前讀寫指令的執行，並使磁頭正常歸位。這個設計大大加強了硬碟在意外斷電情況下的安全係數。 所以，碟片損傷的可能性其實是極低的。但這並不意味著熱插拔硬碟是毫無危險的。因為開機狀態下帶電插拔硬碟，都會產生一個瞬時的衝擊電流，過去我們認為這是造成硬碟帶電插拔損壞的罪魁禍首。然而事實上，硬碟電源接口電路對這種瞬間電流的變化的寬容度是比較大的，絕大多數時候並不會導致硬碟電路板被燒毀。真正的危險來自於硬碟的數據線！在帶電狀態下插拔硬碟數據線，數據線上也會產生不正常的瞬間電流和壓降，導致多個精密控制晶片被燒毀，這才是真正的“硬碟殺手”。

因此，只要我們能保證插拔電源線和數據線的順序正確，即“插”硬碟的時候先接數據線，後接電源線；“拔”硬碟的時候正相反，先拔電源線，後拔數據線。這樣，硬碟熱插拔就不是天方夜譚！

熱插拔

應該感謝微軟！是它把Windows作業系統的硬體線上識別和即時禁用功能做得如此完美，才讓硬碟熱插拔並且即插即用成為可能。首先，Windows系統可以繞過系統BIOS的設定，自行管理所有硬體，這是硬碟即插即用的第一要素。此外，在Windows設備管理器的“操作”選單中，有一個“掃描檢測硬體改動(A)”功能。當硬碟在開機狀態下被插到系統中後，運行這個掃描檢測功能，就能使新硬碟被作業系統識別並且正常使用。而在開機狀態下拔出硬碟前，由於Windows會自動監測和向硬碟寫數據，因此必須先將這個設備卸載，以使作業系統停止一切對該硬碟的操作，這時就可以安全地拔下硬碟了。

為驗證以上觀點，筆者親手操作了一下，以下是操作步驟：將硬碟的跳線設定到CS(Cable Select，電纜選擇)狀態，插上硬碟數據線和電源線，在設備管理器的“操作”選單中掃描檢測硬體改動，完成之後，新硬碟即可以開始正常操作了。

熱拔的步驟與此類似，先在設備管理器中找到該硬碟選擇“卸載”，再將電源線拔下，確定硬碟已經停轉後，即可拔下數據線。至此，硬碟被徹底熱拔除。

由於是帶電插拔，瞬間電流和電壓的變化，有可能導致系統當機，但熱插拔硬碟經筆者的長期操作驗證從未導致過硬碟燒毀。不過這畢竟是非常規的硬碟安裝和使用方法，硬碟存在熱插拔和即插即用的可行性，但普通用戶最好不要輕易模仿。

一般的外設，像軟碟機、光碟機甚至是硬碟都可以使用熱插拔，在安裝時記住要先插數據線，後插電源線，拆下時剛好相反，只要您注意步驟正確，完全就可以把熱插拔玩弄於股掌之間。

不過在硬碟熱插拔時要注意，一定要使用同一個型號的硬碟，因為您硬碟的型號數據還存儲在主機板的BIOS里，這個是無法修改的，而軟碟機、光碟機就沒有這個問題了，您可以大膽的使用熱插拔。

熱插拔過程

熱插拔過程如下圖所示，其中左邊代表系統及其供電，在供電的輸出端有一個電容，右側有兩張卡，這些卡的輸入端也有電容。把卡插入系統之前，輸入電容沒有被充電；當把卡插入系統時會有一個很大的瞬間電流向輸入電容充電，這么大的瞬時電流很可能造成系統供電電壓不正常。

熱插拔的實現如下圖所示，是通過在供電與負載之間串聯一個MOS管和一個電流檢測電阻完成的。電流檢測電阻的目的是將流過MOS管的信號傳給控制線路，控制線路再根據電流設定和計時電路來控制MOS管的導通。

熱插拔好處

系統中加入熱插拔的好處包括：

• 在系統開機情況下將損壞的模組移除，還可以在開機情況下做更新或擴容而不影響系統操作。
• 由於熱插拔零件的可靠度提升，還可以將它們用做斷電器，而且因為熱插拔能夠自動恢復，有很多熱插拔晶片為系統提供線路供電情況的信號，以便系統做故障分析，因此減少了成本。