CN201218922Y - 一种刀片式多计算机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种刀片式多计算机系统，其特征在于，包括多个主板、多个外设、电源和磁盘，多个主板连接电源、磁盘和多个外设，所述多个主板集中安装在一个机箱；还包括切换控制装置，切换控制装置的多个输入端接多个主板，多个输出端接多台外设。本实用新型主要用于提高多计算机设备的集成度、信息处理能力、信息存储能力、灵活配置能力，保证数据的快速、及时、可靠处理和存储，进一步给系统的维护、维修、升级换代、现场重构等提供便利，也降低了整个多计算机系统的购置成本和运行成本。

Description

一种刀片式多计算机系统

技术领域

本实用新型属于计算机设备领域，涉及一种刀片式多计算机系统。

背景技术

计算机设备提供的功能，主要包括了计算、存储、通信和信息显示等，其发展除功能的丰富和性能的提高外，集成度和可靠性成为目前发展的重要方向，随着计算机产品应用领域的普及，人类对计算机设备的依赖性越来越强，必然要求计算机产品进一步提高其集成度和可靠性，在集中办公环境中，大量地采用计算机主机及其外部设备、服务器、磁盘阵列和互联网络设备等。

其特点如下：

1)计算机功能上分为服务器和工作站，服务器主要用于公共数据存储，工作站用于各席位任务操作。

2)各个设备独立配置，可配置独立的人机交互外设(显示器、鼠标/触摸屏、键盘，简称KVM)和数据注入输出设备(光驱、软驱、U盘等)。

3)使用独立的以太网交换机设备进行网络互连；

这种产品设计和配置的缺点是：

1)不能现场灵活配置席位功能，每台计算机、每个席位只能实现设计规定的软件、硬件功能，席位功能可重构功能较差。

2)不易实现跨席位的角色互换，不易实现跨席位的协助、功能替代。

3)单独的设备设计形态，装备、维护、维修、更新、硬件换代成本高。

4)外设不便于共享，或者利用的层次较低。

5)不便于实现单机电源系统的冗余备份，主要是空间和成本的限制。

6)不便于实现主机间工作站、服务器、个人微机等角色的灵活配置管理。

7)不便于实现设备、数据的可靠备份。

8)进一步减轻重量和减小空间占用很困难。

9)主机(即主板)和外设均为分立设备，每台计算机都有自己的机箱、风冷系统、电源、光驱、软驱等，重复配置，制造成本高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种刀片式多计算机系统，从而可以大大减小系统体积、灵活切换主板和外设以及实现系统的冗余备份，进一步提高多计算机系统的集成度和可靠性。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种刀片式多计算机系统，其特征在于，包括多个主板(即主机板或主机)和切换控制装置，切换控制装置的输入接口与主板的外部设备接口相连，输出接口与系统外的计算机外设相连；所述多个主板集中安装在一个机箱内。

切换控制装置包括中央处理器单元、显示器接口复用控制单元、鼠标接口复用控制单元、键盘接口复用控制单元和控制接口单元；

显示器接口复用控制单元接多个去往显示设备的显示器接口和多个来自主机的显示器接口；

鼠标接口复用控制单元接多个去往鼠标设备的鼠标接口和多个来自主机的鼠标接口；

键盘接口复用控制单元接多个去往键盘设备的键盘接口和多个来自主机的键盘接口；

中央处理器单元的输出端连接显示器接口复用控制单元、鼠标接口复用控制单元和键盘接口复用控制单元的控制端；控制接口单元的输入端接外部控制接口，输出端接中央处理器单元的输入端。

所述的切换控制装置还包括USB接口复用控制单元，USB接口复用控制单元接多个去往USB设备的USB接口和多个来自主机的USB接口，中央处理器单元的输出端连接USB接口复用控制单元的控制端。

该刀片式多计算机系统还包括磁盘阵列，该磁盘阵列和一个或多个主板连接。

该刀片式多计算机系统还包括网络交换器，主板通过该网络交换器连接。

该刀片式多计算机系统还包括用于为该刀片式多计算机系统供电的共用电源。所述的共用电源包括备用电源。

主板和交换机之间、主板和磁盘之间以及主板和电源之间均通过互联背板连接。

该刀片式多计算机系统还包括冷却装置，该冷却装置连接所述电源。

本实用新型公开的刀片式多计算机系统主要用于提高集中办公用的计算机设备集成度、信息处理能力、信息存储能力、灵活配置能力，保证数据的快速、及时、可靠处理和存储，进一步使得系统的维护、维修、升级换代、现场重构等更为便利，也降低了整个多计算机系统的购置成本和运行成本。

具体包括以下指标：

1)将2台以上(2～8台)计算机主板进行集成化设计，每台计算机成为独立计算机模块(刀片)，可以单独复位和启动工作。

2)具有与计算机模块同等数量的KVM(即键盘、显示器和鼠标的简称)，KVM和计算机模块之间可以通过按钮灵活选择配对使用。

3)所有的计算机模块可以共享1套输入外设，如光驱、软驱、USB接口、CF卡插槽等，可以通过面板按钮或者远程软件选择。

4)计算机模块间通过内嵌网络互连，支持异构(厂家、主板、操作系统、应用程序各不相同)体系。

5)计算机模块间可以根据任务重构，分配成服务器、工作站等功能。

6)集成磁盘阵列功能，可实现RAID等可靠存储功能。

7)模块支持热插拔，维修、更换方便。

8)共享1个机箱、背板、电源系统、风扇、光驱、软驱、USB打印机等，制造成本低。

9)具有小型化、轻量化设计特点。

本实用新型的有益效果有：

(1)集成度高、体积小。由于多个主板采用刀片式方式集中安装在同一个机箱中，使得主机的集成度高、所占的空间小，便于集中维护。

(2)主板和外设可灵活切换，系统灵活性增强。由于多台计算机主机或者主机板(主板)的外部设备接口均汇接到一个切换控制装置进行配置管理，在同一个操控位置可以根据需要选择不同位置的主机进行操作，实现了多台计算机主机与多个操作位置上外部设备的灵活组合，可形成一种全新的计算机设备使用形式。由此节约了外部设备的数量，降低购置成本和能耗成本，节省设备费用和人工费用。

(3)增强了系统的稳定性和可靠性。通过多主机对多外部设备的灵活配对，在需要冗余备份的高可靠性计算机系统中，大大方便了备份计算机的切换过程，提高了工作效率，有利于保证关键任务系统的连续、可靠运行。

(4)采用集中的冷却装置和(冗余)电源装置，也进一步提高了系统的运行可靠性，而且节约了成本，降低了能耗。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的逻辑框图；

图2是本实用新型实施例1的外观示意图；

图3是本实用新型所涉及的一种切换控制装置的逻辑框图；

图4是本实用新型所涉及的另一种切换控制装置的逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

本实用新型的基本思想是通过降低集中办公使用的计算机系统的尺寸、重量、费用，同时通过集成化设计和局部增强设计，提高系统的可靠性和可用性。

实施例1：

刀片式多计算机系统的设备结构如图1所示，说明如下：

1)计算机主板模块(10)：该例中配置主机板(即主板)的数量为6片，设计为6U CPCI模块机械规范(233.32mm×160.0mm×20.32mm)。

2)主板网络接口采用千兆以太网，经互联背板单元(50)与交换机模块(20)相连，实现高速的内部数据交换通道。

3)主板外设接口标识为6KVMU包括了6组键盘(K)、显示器(V)、鼠标(M)、USB(U)接口汇接到了智能型外部设备接口切换控制装置(也称切换控制装置)(30)。

4)系统的外围设备包括6组显示器、键盘、鼠标和串口，图中标识为6KVMS，通过串口发送预定的命令可以实现主板(10)和外围设备组之间的“多对多”式灵活配对。

5)本例中共用输入输出接口单元(80)设计为CD-ROM、FD(软驱)等，通过USB HUB互联到切换控制装置(30)

6)磁盘阵列(40)通过内部PCIE总线与主机6相连，用于数据的冗余存储。在功能上主机模块6可视为存储服务器，通过内部网络可以为其他主机模块服务。

7)交换机(20)采用14GE端口的以太网交换机，也设计为6U规格，6个接口用于内部主板间互联，其余8个端口经互联背板(50)外接，用于与外部设备的网络互通。

8)冗余电源(即共用电源)(70)采用最基本的1+1热备份模式，提供冗余的电源保证。

9)互联背板(50)是系统内模块间数据和电能交互的连接中枢。

10)机箱和冷却装置(60)为所有的电气功能模块提供冷却风和机械支撑。

上述装置和设备经过精心的结构设计后，可形成附图2所示设备外形和布局，6套计算机+交换机+磁盘阵列+共用输入输出接口，构成的设备外形仅为400mm×400mm×360mm，预计重量在14Kg左右，体积和重量只有2台ATX台式机箱大小。

切换控制装置的一种具体实现方式如图3所示，本例仅对各类接口各2路的情况进行说明，更多数量接口情况类似。

中央处理器单元选用samsung公司(中译名三星公司)的ARM7系列微处理器。因为该处理器提供的外部通信处理接口完全适用，可以尽量采用一个处理器，减少了硬件和软件的开发工作量，提高集成度，提高设计水平，提高可靠性和保证研制周期。也可采用更为简单的8位、16位单片机实现。

显示器接口采用VGA接口，其复用控制单元可选择MAXIM公司的VGASwitch系列产品实现，支持多达任意8端口输入到8端口输出的切换。切换控制过程通过中央处理器的控制信号完成。

USB接口的复用控制单元通过PERICOM公司的高速信号切换控制装置实现，系统采用1片PI3USB14，实现2路主USB2.0接口到2路主USB2.0接口的切换，切换控制过程通过中央处理器的控制信号完成。

鼠标接口采用PS2，其复用控制单元通过1片较小规模的FPGA器件实现，切换控制过程通过中央处理器的控制信号完成。

键盘接口采用PS2，其复用控制单元通过1片较小规模的FPGA器件实现，切换控制过程通过中央处理器的控制信号完成。

控制接口单元采用1个PS2接口的小键盘板实现，按下不同的按键，如1，2等，中央处理器单元读取这个键码后，根据预定的程序，通过控制信号线，就可以选通不同的接口，实现切换功能。

存储器单元采用标准的Flash存储器，也可以采用SDRAM和Flash器件的组合完成信息的存储。

切换控制装置的另一种具体实现方式如图4所示，本例仅对各类接口各2路的情况进行说明，更多数量接口情况类似。其特点是鼠标和键盘接口的复用控制单元、中央处理器单元进行了物理上的集成设计，设计的集成度进一步提高，说明如下：

中央处理器单元选用XiLinx公司(中译名赛灵思公司)的XC3S500E系列FPGA作为中央控制处理器。因为该处理器提供的外部通信处理接口完全适用，同时，可以将存储可以尽量采用一个处理器，减少了硬件和软件的开发工作量，提高集成度，提高设计水平，提高可靠性和保证研制周期。鼠标和键盘接口均采用PS2，其复用控制单元与中央处理器单元共用1片的FPGA器件实现，切换控制过程通过FPGA的预设程序完成。

显示器接口采用VGA接口，其复用控制单元可选择AD公司的AD8108产品实现，支持多达任意8端口输入到8端口输出的切换。切换控制过程通过中央处理器的控制信号完成。

USB接口的复用控制单元通过PERICOM公司的高速信号切换控制装置实现，系统采用1片PI3USB14，实现2路主USB2.0接口到2路主USB2.0接口的切换，切换控制过程通过中央处理器的控制信号完成。

控制接口单元采用1个RS232串行接口的小键盘板实现，按下不同的按键，如1，2等，中央处理器单元读取这个键码后，根据预定的程序，通过控制信号线，就可以选通不同的接口，实现切换功能。

存储器单元采用标准的Flash存储器。

Claims (9)

1、一种刀片式多计算机系统，其特征在于，包括多个主板和切换控制装置，切换控制装置的输入接口与主板的外部设备接口相连，输出接口与系统外的计算机外设相连；所述多个主板集中安装在一个机箱内。

2、如权利要求1所述的一种刀片式多计算机系统，其特征在于，切换控制装置包括中央处理器单元、显示器接口复用控制单元、鼠标接口复用控制单元、键盘接口复用控制单元和控制接口单元；

显示器接口复用控制单元接多个去往显示设备的显示器接口和多个来自主机的显示器接口；

鼠标接口复用控制单元接多个去往鼠标设备的鼠标接口和多个来自主机的鼠标接口；

键盘接口复用控制单元接多个去往键盘设备的键盘接口和多个来自主机的键盘接口；

中央处理器单元的输出端连接显示器接口复用控制单元、鼠标接口复用控制单元和键盘接口复用控制单元的控制端；控制接口单元的输入端接外部控制接口，输出端接中央处理器单元的输入端。

3、如权利要求2所述的一种可切换外设的计算机，其特征在于，所述的切换控制装置还包括USB接口复用控制单元，USB接口复用控制单元接多个去往USB设备的USB接口和多个来自主机的USB接口，中央处理器单元的输出端连接USB接口复用控制单元的控制端。

4、如权利要求1所述的一种刀片式多计算机系统，其特征在于，还包括磁盘阵列，该磁盘阵列和一个或多个主板连接。

5、如权利要求1所述的一种刀片式多计算机系统，其特征在于，还包括网络交换器，主板通过该网络交换器连接。

6、如权利要求1所述的一种刀片式多计算机系统，其特征在于，还包括用于为该刀片式多计算机系统供电的共用电源。

7、如权利要求6所述的一种刀片式多计算机系统，其特征在于，所述的共用电源包括备用电源。

8、如权利要求1至7任一项所述的一种刀片式多计算机系统，其特征在于，主板和交换机之间、主板和磁盘之间以及主板和电源之间均通过互联背板连接。

9、如权利要求8所述的一种刀片式多计算机系统，其特征在于，还包括冷却装置，该冷却装置连接所述电源。

Images