DE3786944T2

DE3786944T2 - Fehlertolerantes modulares Rechnersystem.

Info

Publication number: DE3786944T2
Application number: DE87302192T
Authority: DE
Inventors: Jeorg U Ferchau; David S Ng; Armando Pauker; Rooshabh Varaiya
Original assignee: Tandem Computers Inc
Current assignee: Tandem Computers Inc
Priority date: 1986-04-18
Filing date: 1987-03-13
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2007-03-14
Also published as: JPS62251915A; AU583716B2; JPH077321B2; EP0242970A2; AU7040887A; EP0242970B1; US4754397A; DE3786944D1; EP0242970A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Rechensysteme aus einer oder mehreren Anordnungen von untereinander verbundenen Hardwaremodulen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein digitales Rechnersystem, bei dem seine Kapazität und Fehlertoleranz durch die Anzahl und die Anordnung von in einer Behälteranordnung eingebauten und dabei verbundenen modularen Hardwareelementen bestimmt wird. Robotergestützter Einbau und Entnahme von Modulen in der Umgebung der Anordnung sind ein Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Die Anmelderin der vorliegenden Erfindung hat Pionierarbeit für das Konzept der Fehlertoleranz in Verbindung mit Rechensystemen geleistet. Im wesentlichen beinhaltet dieses Konzept, daß das Versagen eines Elementes oder Untersystems eines Rechensystems nie Ursache für das Versagen des gesamten Systems sein darf. In der Praxis hat die Benutzung paralleler Prozessoren, paralleler Datenpfade zu peripheren Geräten und paralleler Leistungsversorgungen zu einem fehlertoleranten Rechensystem geführt, das den Stand der Technik signifikant verbessert hat. Diese Verbesserung ist belegt, zum Beispiel in US-Patent No. 4 228 496, deren Offenbarung hier durch Zitat aufgenommen wird.
In der Praxis sind diskrete Hardwareelemente eines Computers, wie zum Beispiel Prozessoren, Controller für periphere Geräte, Zentralspeicher, Daten-Massenspeichergeräte und Leistungsversorgungen als separate Hardwareelemente ausgebildet, und diese Elemente sind typischerweise durch Verkabelung und manchmal durch direkte Einsteckverbindungen zu Rückwänden oder Trägerplatten verbunden.
Ein häufig angetroffenes Hardwareelement ist das rotierende Datenspeichergerät, manchmal "Platten- bzw. Disketten- Laufwerk" genannt. Plattenlaufwerke, ob auf magnetischer oder optischer Speichertechnologie basierend, werden in Rechensystemen häufig benutzt, um für schnellen, wahlfreien Zugriff auf gespeicherte Daten zu sorgen. Im Laufe der Jahre ist die Plattenlaufwerks-Technologie bis zu einem Punkt vorangeschritten, wo eine enorme Menge von Daten jetzt in einer Plattenlaufwerkseinheit mit nicht entnehmbaren Platten kleiner Durchmesser (zum Beispiel 8-Zoll (ca. 20 cm) und mit einer sehr engen physikalischen Packung gespeichert werden können.
Bisher hat die Wartung existierender digitaler Rechnersysteme, einschließlich der Systeme mit Fehlertoleranz, die Abtrennung von die verschiedenen Untersysteme, wie Plattenlaufwerke, verbindenden Kabel und Kabelbäume eingeschlossen. Derartige Wartung hat typischerweise die Entfernung und den Wiedereinbau von Schrank- und Befestigungsteilen umfaßt. Wegen der Art, wie frühere Rechnersysteme entworfen, konstruiert und zusammengebaut worden sind, hat die Entnahme einer Schaltplatine oder -karte oder eines Kabels während der Wartung entweder erfordert, daß alle Primärleistung vom System abgekoppelt wurde, oder sie hat zum Versagen von Backup- oder Spiegelungs- Untersystemen geführt und ein Versagen innerhalb des Rechensystems an einer einzigen Stelle verursacht.
Zudem ist die Art, wie Rechensysteme zusammengebaut wurden, für automatische Wartungsverfahren nicht förderlich gewesen. Während Industrieroboter in industriellen Produktionsprozessen bekannt und weitverbreitet eingesetzt sind, wurden, wenn überhaupt, dann nur wenig Anstrengungen zur Anpassung von Rechensystemen und programmiertem Robotergerät zur Ermöglichung automatischer Wartungsprozeduren unternommen.
Daher hat sich ein bisher nicht erfüllter Bedarf nach einem fehlertoleranten digitalen Rechner mit Untersystemen und Hardwareelementen ergeben, die, entweder manuell oder automatisch mit Roboter- Wartungsgerät, ohne Störung des Schrankes und der Verkabelung, die das zu wartende Plattenlaufwerk aufnehinen und verbinden, gewartet werden können.
In JP-A-58-222 354 ist ein System beschrieben, bei dem mehrere Packeinheiten in einem Rahmen enthalten sind. Software entkoppelt betriebsbereit eine ausgefallene Packeinheit und ersetzt sie durch ein Ersatzsystem. Die Einbauposition der Packeinheit wird bestimmt, und ein auf einer querverlaufenden Führungsschiene bewegliches Querpositions- Führungsgerät wird zur Querposition der ausgefallenen Packungseinheit bewegt, während ein abnehmbares Führungsgerät sich entlang einer längsverlaufenden Führungsschiene zu der Längsposition unterhalb der ausgefallenen Packeinheit bewegt, dabei die Position der Packungseinheit herausfindet und somit erlaubt, sie mit einem abnehmbaren Griff herauszuziehen.
Ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein fehlertolerantes Rechensystem aus einer Vielzahl von Untersystemen aus einheitlichen Hardwaremodulen in einer oder mehreren untereinander verbundenen Anordnungen zur Verfügung zu stellen, das die Beschränkungen und Nachteile der früheren Art überwindet.
Erfindungsgemäß wird eine fehlertolerante Recheneinrichtung mit mindestens einer Gehäuseanordnung mit mehreren Paaren von Modulen geschaffen, von denen jedes ein Hardwareelement des Rechensystems enthält, und eine Vielzahl von Leistungsversorgungsmodulen mit je einem Leistungsversorgungsmodul für jedes Hardwareelement, wobei jedes der Modulpaare ein Primärmodul und ein Backup- Spiegelungsmodul aufweist, gekennzeichnet durch:
mindestens ein Paar von Leistungsverteilungsmodulen, ein Leistungsverteilungsmodul zur Verteilung von Primärleistung von einer ersten Primärquellenverbindung zu den Primärmodulen und den zugeordneten Leistungsversorgungsmodulen, das andere Leistungsverteilungsmodul zur Verteilung sekundärer Leistung von einer zweiten Primärquellenverbindung zu den Backup- Modulen und zugeordneten Leistungsversorgungsmodulen; und durch Verbindungsmittel für eine automatische elektrische Abkopplung entnommener Module und Wiederverbindung von Ersatzmodulen.
Ein Merkmal des Systems ist, die Schaffung einer Anordnung für eine Vielzahl von Hardwareelementen wie Plattenlaufwerken zu ermöglichen, die Konfigurationen einer einzigen Kettenschaltung von Plattenlaufwerken oder zweier separater Ketten von Plattenlaufwerken ohne Einbau irgendwelcher zusätzlicher interner Verkabelung innerhalb der Anordnung ermöglicht.
Ein weiteres Merkmal eines erfindungsgemäßen Systems ist, die Schaffung einer verbesserten Unterbringung für Hardwareelemente eines fehlertoleranten Rechensystems, wie eines Datenspeicherungs- Untersystems, aus einem oder mehreren Ketten von vielfachen Plattenlaufwerken zu ermöglichen, wodurch eine signifikante Verbesserung des Gebrauchswertes und der Gesamtsystemzuverlässigkeit erreicht wird, und welche das Untersystem weniger empfindlich gegen Leistungsdefekt der Einrichtung macht.
Noch ein anderes Merkmal eines erfindungsgemäßen Systems ist, die Schaffung eines Gehäuses zur Verbindung mit Trägermodulen für Hardwareanbauten eines Rechensystems in einer Weise zu ermöglichen, die es dem Modul ermöglicht, werkzeuglos und ohne die Notwendigkeit des Zugangs zur im Schrank eingebauten Verkabelung, in das Gehäuse aufgenommen und dort automatisch mit Leistung, Kontroll- und Datensignalen und Kontrollfeldfunktionen verbunden und mit Kühlung versorgt zu werden.
Ein weiteres Merkmal eines Systems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist, die Schaffung eines Gehäuses zur Aufnahme einer Vielzahl von Hardwareelementmodulen einheitlicher Größe zu ermöglichen, und eines Trägermodules für Verbindungsanbauten für jedes Hardwareelementmodul, wie ein Plattenlaufwerk, in der Form einer mit dem Gehäuse mechanisch und elektrisch blindverbindbaren Schublade, so daß eine spezielle Einstellung der Ausrichtung für die Plazierung in Betriebsstellung des Hardwareelementes, die sie trägt, nicht erforderlich ist.
Noch ein Merkmal eines Systems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist, die Schaffung eines Gehäuses für eine Vielzahl von Hardwareelementmodulen zu ermöglichen, welches eine Leistungsversorgung für jedes Modul in unmittelbarer Nähe des Moduls aufnimmt, um die Längen der Leistungsversorgungsverkabelung zu minimieren, und welches ermöglicht, die Versorgung in das Gehäuse aufzunehmen und daraufhin automatisch werkzeuglos und ohne die Notwendigkeit des Zugangs zur im Gehäuse eingebauten Verkabelung mit der Leistungsverteilungsverkabelung des Gehäuses zu verbinden.
Noch ein anderes Merkmal eines Systems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist, die Schaffung eines Gehäuses, eines von einer Primärleistungsquelle der Einrichtung gespeisten ersten Primärleistungsverteilungsmoduls (PDM) und eines von einer anderen Primärleistungsquelle innerhalb der Einrichtung gespeisten zweiten Backup- oder Spiegelbild- PDM zu ermöglichen, bei dem das erste PDM Leistung für erste Hardwareelemente wie Plattenlaufwerke, erste Primärleistungsversorger und die Hälfte der Kühlapparate liefert, und bei dem das zweite PDM Leistung für zweite Hardwareelemente wie Backup- Leistungsversorger und die andere Hälfte der Kühlapparate liefert, so daß ein Verlust eines Einrichtungsleistungsversorgungsteils oder eine Stromkreisunterbrechung nicht ein Versagen des gesamten Untersystems verursacht.
Noch ein weiteres Merkmal eines Systems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist die Ermöglichung der Schaffung einer fehlertoleranten Rechensystemeinrichtung mit modularisierten, blind mit einem Gehäuse verbindbaren Elementen, die alle Verbindungen so bereitstellt, daß die Entnahme und der Austausch jedes Elementes durch einen oder mehrere programmierte Roboter ermöglicht wird.
Daher weist eine Ausführungsform eines der vorliegenden Erfindung gemäßen fehlertoleranten digitalen Rechneruntersystems ein Gehäuse auf, das Vorrichtungen zur Aufnahme einer Vielzahl von Hardwareelementen, wie zum Beispiel Plattenlaufwerken, enthält, mit mindestens einem Primärmodul und einem Backup-Spiegelungsmodul. Eine Vielzahl modularisierter Leistungsversorger kann in das Gehäuse aufgenommen werden, wobei ein separates Leistungsversorgungsmodul elektrisch jedem separaten Hartwaremodul zugeordnet ist. Mindestens zwei separate Leistungsverteilungsmodule (PDM) sind in dem Gehäuse vorgesehen. Ein PDM verteilt Leistung von einer ersten Einrichtungs- Primärquellenverbindung zu den Primärmodulen und den Primärmodulen zugeordneten Leistungsversorgungsmodulen und einer Hälfte der Kühlvorrichtungen in dem Gehäuse, und ein zweites PDM verteilt Primärleistung von einer zweiten Einrichtungs- Primärquellenverbindung zu Backup-Spiegelungsmodulen und Backup-Spiegelungsmodulen zugeordneten Leistungsversorgungsmodulen und der anderen Hälfte der Kühlungsvorrichtungen in dem Gehäuse. Verkabelung in dem Gehäuse ermöglicht eine mechanische und elektrische Blind- Verbindbarkeit der Hardwaremodule und Leistungsversorgungsmodule durch Schaffung automatischer Abkopplung und Wiederverbindung, wenn die Module entnommen oder in den Schrank werkzeuglos entweder von Hand oder mit Roboterwartungsgerät eingeführt werden.
Ein elektrische Konfigurationsanordnung im Gehäuse, die kooperativ der Verkabelung zugeordnet ist, ermöglicht eine alternative Konfiguration des Untersystems als eine einzige Kettenschaltung von Hardwaremodulen und als eine Mehrzahl von Kettenschaltungen von Hardwaremodulen ohne physikalische Änderung der internen Verkabelung.
Ein Schaltpult ist für die logische Konfiguration jedes Moduls und für die Anzeige des Zustandes der im Schrank eingebauten Hardwaremodule und Leistungsversorgungsmodule bereitgestellt.
Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 eine parallelperspektivische Ansicht der Vorderseite einer derzeit bevorzugten Ausführung der Erfindung mit einem Schrank zur Aufnahme mehrerer Plattenlauf werke und Leistungsversorgungsmodule ist. Eine Vorder tür wurde weggelassen, um die Darstellung der Schrank struktur zu erleichtern,
Figur 2 eine parallelperspektivische Ansicht der Rückseite des in Figur 1 dargestellten Schrankes ist. Eine Hintertür wurde weggelassen, um die Darstellung zu erleichtern,
Figur 3 eine vergrößerte parallelperspektivische Explosionsansicht eines Laufwerkes und einer Laufwerksträgermodul- Schubladen ist, die in Figur 1 dargestellt sind,
Figur 4 ein Diagramm der logischen Organisation der Platten laufwerke und Leistungsversorgungs- Verteilungsverbindungen innerhalb des in Figur 1 dargestellten Schrankes ist,
Figur 5 eine Diagramm von äußerer Datenkabel- Orientierung und Verbindung des in Figur 1 dargestellten Schrankes ist,
Figur 6 ein schematisches Diagramm externer Datenkabel, Steck- und Abschlußverbindungen ist, die eine einzelne Kettenschaltungskonfiguration für die in dem in Figur 1 dargestellten Schrank enthaltenen Laufwerke erlaubt,
Figur 7 ein schematisches Diagramm externer Datenkabel - und Abschlußverbindungen ist, die eine Zweikettenkonfiguration für die im in Figur 1 dargestellten Schrank enthaltenen Laufwerke erlauben, und die weiterhin eine Verkettung einer Vielzahl von Untersystemen des in Figur 1 dargestellten Typs veranschaulicht.
Figur 8 eine parallelperspektivische Ansicht eines Teils der Vorderseite einer Zelle einer modularisierten, fehlertoleranten, für automatische Roboter- Wartungsapparate und Wartungs-Prozeduren angepaßte Recheneinrichtung in einer zweiten derzeit bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 9 eine diagrammartige Aufsicht auf die Gesamtrecheneinrichtung ist, die in der Ansicht in Figur 8 teilweise dargestellt ist,
Figur 10 eine diagrammartige Vorderseitenansicht im Aufriß und teilweisen Schnitt der in den Figuren 8 und 9 dargestellten Recheneinrichtung ist.

Plattenlaufwerks- Datenspeicherungs- Untersystem 10

Eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist als ein fehlertolerantes Mehrfach- Plattenlaufswerk- Datenspeicherungs- Untersystem 10, dargestellt in den Figuren 1 bis 7 erläutert. Wie in Figur 1 zu sehen, ist das Untersystem 10 als in einem kleinen Schrank 12 enthalten erläutert, der zum Beispiel 6 Quadrat-Fuß (ca. 0,55 m²) Bodenfläche beansprucht und etwa 3 Fuß (ca. 0,90 m) hoch ist. Der Schrank 12 weist ein Oberteil 14, eine Schalttafel 16 und Seitenwände 18 auf. Die schräggestellte, durchsichtige Schalttafel ist an dem Oberteil 14 an der Vorderseite des Schrankes 12 sicher befestigt. Die Schalttafel sorgt für Zugang zu Konfigurations- Steuereinrichtungen und wirkt als Fenster für lichtemittierende Signaleinrichtungen 17, die den Zustand der im Schrank 12 eingebauten Plattenlaufwerke anzeigen. Die logischen Identitäten der im Schrank 12 eingebauten Plattenlaufwerke werden durch programmierbare Identifikationsstecker geschaffen, die in die Schalttafel 16 eingeführt und aus ihr entnommen werden können.
Innerhalb des Schrankes sind Regalbretter 20 und vertikale Teiler 22 vorgesehen, um den Platz für acht Plattenlaufwerks- Trägermodul- Schubladen 24 festzulegen. Jede Schublade 24 enthält ein Plattenlaufwerk 26, wie zum Beispiel ein festes, rotierendes vielfach 8-Zoll-Platten-Datenspeicherungsgerät mit magnetischem Medium und mit einer Datenspeicherungskapazität von 168 Megabyte, unformatiert. Zwar werden magnetische Speicherungsplatten bevorzugt, es muß aber verstanden werden, daß die Schrank- und Schubladeneinrichtung effektiv mit einer großen Vielfalt von Hardwareelementen eines fehlertoleranten Rechensystems benutzt werden kann. Mit acht im Schrank 12 eingebauten Laufwerken 26 stellt das Untersystem eine Gesamtdatenspeicherungsfähigkeit von 1,344 Gigabyte unformatierter Daten zur Verfügung. Ein Regalbrett 28 am Fuße des Schrankes 12 und vertikale Teiler 30 legen Plätze für acht Einsteck- Plattenlaufwerks-Leistungsversorgungsmodule 30 fest. Somit wird ein separates Leistungsversorgungsmodul 32 für jedes Plattenlaufwerksmodul zur Verfügung gestellt und jedes Leistungsversorgungsmodul 32 befindet sich in unmittelbarer Nähe zu der ihm zugeordneten Plattenlaufwerksmodulschublade 24.
Eine Vielzahl von nicht gezeigten Ventilatoren sind an einer ebenfalls nicht gezeigten Vordertür des Schrankes 12 vorgesehen, um einen Teil der Kühlung zu liefern, die notwendig ist, um das Innere des Schrankes im Bereich geeigneter Umgebungsbedingungen zu halten.
Mit Bezug auf Figur 2 weist jedes Plattenlaufwerksregal 20 eine Rückebene für elektrische Verbindungen auf. Die Rückebenenstruktur 34 weist, wie in Figur 3 zu sehen, einen Verbindungsstecker 36 zur Verbindung mit einer komplementären, auf der Rückseite der Plattenlaufwerks-Trägerschublade befindlichen Verbindungsbuchse 38 auf. Alle Leistungs-, Steuerungs- und Datenverbindungen für das Plattenlaufwerk 26 gehen durch den Stecker 36 und die Buchse 38 als einziger Verbindungsstelle. Die Rückebenenstruktur 34 weist eine horizontale Metallunterstützungsplatte 35 und eine gedruckte Schaltkreisverbindungsplatte 37 mit entlang einer Hinterkante ausgerichteten Verbindungsspuren. Nicht gezeigte Datenverkabelung ist bereitgestellt, um, wie in Figur 2 gezeigt, jede Verbindungsplatte 37 mit einer zugeordneten Plattenlaufwerksbuchse auf einer auf der Hinterseite des Schrankes 12 und unter den Regalen 20 befindlichen Datenkabel- Verbindungsebene 44 zu verbinden. Wenn die Datenverkabelung mit jeder Verbindungsplatte verbunden ist, kann die elektrische/logische Konfiguration der Plattenlaufwerke 26 in dem Schrank 12 durch Verbindungen an der Verbindungsebene 44 geschaffen werden.
Ein primäres Einrichtungs-Leistungsverteilungsmodul 40 ist mit einer ersten Quelle für Einrichtungs-Primärleistung verbunden. Das Modul 40 verteilt Primärleistung zu einer Hälfte der Leistungsversorgungsmodule: zum Beispiel den Modulen 32A, 32C, 32E und 32G zugeordnet sind, die Primärlaufwerken 26A, 26C, 26E, 26G wie in Figur 4 gezeigt. Ein Spiegelungs- Einrichtungsleistungsverteilungsmodul 42 ist mit einer zweiten Quelle für Einrichtungs- Primärleistung verbunden. Das Modul 42 verteilt Primärleistung zu der anderen Hälfte der Leistungsversorgungsmodule: den Modulen 32B, 32D, 32F und 32H, die Spiegelungs- Laufwerken 26B, 26D, 26F und 26H zugeordnet sind.
Es muß verstanden werden, daß das Untersystem 10 ein erstes Niveau von Fehlertoleranz durch Schaffung eines Backup- oder Spiegelungslaufwerks für jedes Primärlaufwerk 26 erreicht. Somit "spiegelt" und sichert das Laufwerk 26B das Laufwerk 26A, indem es dieselben Nutz- Daten enthält, wie sie in dem Primärlaufwerk gespeichert sind. Im Falle des Versagens einer Quelle für Einrichtungsprimärleistung, daß eines der Laufwerke 26A oder 26B außer Betrieb setzt, bleibt das andere Laufwerk, das ein Spiegelbild der in dem ersten Laufwerk enthalten Daten enthält, eingeschaltet und ohne Unterbrechnung der Rechnertätigkeit zur Benutzung verfügbar.
Kabel 46 ermöglichen die Verbindung des Untersystems 10 zu zwei parallelen Prozessoren des im zitierten US-Patent No. 4 228 496 beschriebenen Typs. Endstecker 48 enthalten geeignete Abschlußwiderstände, so daß die Impedanzen der Kabel 46 geeignet passen und 50 daß stehende Wellen nicht mit Hochgeschwindigkeits- Daten- und Kontollsignal-Übermittlungen von den überwachenden parallelen Prozessoren und den Plattenlaufwerken 26 interferieren.
Details des Plattenlaufwerks-Trägerschubladenmoduls 24 sind in Figur 3 veranschaulicht. Dort kann gesehen werden, daß die Schublade 24 zwei einander gegenüberliegende und parallele Seitenschienen 50 mit unten angeordneten, längsgerichteten Verstärkungslippen 51 aufweist. Eine Frontplatte 52 ist mit den Vorderenden der einander gegenüberliegenden Seitenschienen 50 verbunden. Die Platte begrenzt eine rechteckige Öffnung 53, die ein Entlangstreichen von Kühlungsluftflüssen um das Plattenlaufwerk 26 ermöglicht. Die Platte 52 weist auch Vorrichtungen für einen Griff 54 und für zwei gerändelt aussehende Schrauben 56 auf, die zu entsprechenden, mit Gewinde versehenen Stellen an der Vorderseite des Schankes 12 passen, um die Schublade 24 innerhalb des Schrankes 12 in Position festzustellen.
Vier eingesetzte L-förmige Klammern 58 sind mit den Seitenschienen 50 verbunden geformt. Diese Klammern 58 begrenzen Befestigungslöcher, die mit Gewinden versehenen Befestigungselementen von vier seitlich angebrachten Stoßfängern 60 des Plattenlaufwerkes 26 ausgerichtet sind. Der Abstand der Seitenwände 50 und der Klammern 88 ist so, daß die Einbaugröße des Plattenlaufwerkes 26 aufgenommen wird. Tatsächlich wird derzeit ein Plattenlaufwerkmodell M- 2322K, erhältlich von Fujitsu Amerika, Inc., 3058 Orchard Drive, San Jose, CA 95134 - 2017, als Ausführung für die eingebauten Laufwerke 26 bevorzugt. Schrauben 59 werden benutzt, um das Plattenlaufwerk 26 an der Schublade 24 und den Klammern 58 zu befestigen, wie in Figur 3 diagrammartig dargestellt.
Ein querverlaufender Ventilatorträger 62 ist mit Schrauben an den Seitenschienen 50 an einer Stelle gleich hinter dem für das Plattenlaufwerk 26 vorgesehenen Platz angebracht. Der Träger 62 nimmt einen Kühlventilator 64 auf, der Kühlungsluftflüsse zwingt, über das Plattenlaufwerk 26 hinwegzustömen, um Wärme von Spindelmotor, Stellgliedmotor und der Elektronik des Plattenlaufwerks abzutransportieren. Der Ventilator ist verbunden mit dem Einrichtungsverteilungsmodul 40 oder 42, das die dem einzelnen Laufwerk zugeordnete Leistungsversorgung 42 mit Leistung versorgt. Der Ventilatorträger weist eine Öffnung 66 für ein Daten- und Steuerkabel auf, das das Laufwerk 26 und die Buchse 38 verbindet, und die auch einen zweiten Griff darstellt, um das Herausheben der Schublade während Einbau und Entnahme zu erleichtern. Seitenöffnungen 68 werden auch von dem Ventilatorträger 68 begrenzt, und diese Öffnungen ermöglichen andere Verbindungen zu dem Plattenlaufwerk 62 und auch die Zirkulation von Kühlluftströmen.
Eine hintere Endplatte 70 ist mit den Seitenschienen 50 verbunden geformt, und die Platte weist oben eine querverlaufende Verstärkungslippe 72 auf. Eine bearbeitete, präzise Ausrichtungsöffnung 74 wird auf der rechten Seite durch die Endplatte 70 begrenzt, wie in Figur 3 gezeigt, und eine zweite ovale Ausrichtungsöffnung 76 ist durch die linke Seite der Endplatte 70 ausgebildet. Zur Vorderseite des Schrankes gerichtete, sich verjüngende Ausrichtungsstifte befinden sich am vertikalen Teil der Rückebenenstruktur 34. Diese Stifte gehen in die Öffnungen 74 und 76 und führen den Stecker 36 und die Buchse 38 automatisch ineinander und richten sie vor ihrer Verbindung aus, wenn die Schublade entlang des Regals entlanggeschoben wird, bis der Stecker und die Buchse sich verbinden, wenn die Schublade 24 ihre Einbauposition im Schrank 12 erreicht. Dann werden die Schrauben 56 manuell gedreht, um die Schublade an ihrem Platz zu sichern.
Es wird aus den Figuren 4 bis 7 verstanden werden, daß die logische und elektrische Identifikation jedes Plattenlaufwerks 26 durch die physische Position des Plattenlaufwerks innerhalb des Schrankes 12 hergestellt ist. Somit ist, von der Vorderseite betrachtet, das obere rechte Laufwerk 26A, das erste Primärlaufwerk, durch das direkt unterhalb liegende Laufwerk 26B, gespiegelt. Das nächste Primärlaufwerk 26C ist durch das Laufwerk 26D unten rechts gespiegelt. Das oben links liegende dritte Primärlaufwerk 26E ist durch sein Backup- Laufwerk 26F gesichert, und das vierte Primärlaufwerk 26G ist durch sein Back-up Laufwerk 26H unten links gespiegelt.
Das Steuerpult 16 ist, wie in Figur 4 gezeigt, so angeordnet, daß ein Anzeigegerät jedem Laufwerk 26 zugeordnet ist. Somit zeigt das Anzeigegerät 17A den Zustand von Laufwerk 26A an, das Anzeigegerät 17B zeigt den Zustand von Plattenlaufwerk 26B an, das Anzeigegerät 17C zeigt den Zustand von Plattenlaufwerk 26C an, das Anzeigegerät 17D zeigt den Zustand von Plattenlaufwerk 26D an, das Anzeigegerät 17E zeigt den Zustand von Plattenlaufwerk 26E an, das Anzeigegerät 17F zeigt den Zustand von Plattenlaufwerk 26F an, das Anzeigegerät 17G zeigt den Zustand von Plattenlaufwerk 26G an, und das Anzeigegerät 17H zeigt den Zustand von Plattenlaufwerk 26H an.
Jedes Plattenlaufwerk 26 ist, wie in Figur 5 schematisch gezeigt, mit zwei Datenverbindern auf der Datenkabel- Verbindungsebene 44 verbunden. Diese zweifache Verbindungsanordnung ermöglicht Verbindungen jedes Laufwerkes 26 zu zwei Plattenlaufwerk- Kontrollgeräten des fehlertoleranten parallelen Verarbeitungssystems, mit dem das Untersystem 10 verbunden ist. Wenn ein Kontollgerät oder seine Verkabelung während des Betriebs ausfällt, bleibt das andere Kontrollgerät eingeschaltet und sorgt damit für Fehlertoleranz des Gesamtsystems.
Steckverbindungen 47 und Abschlüsse 48 ermöglichen eine Konfiguration des Untersystems 10 als eine einzelne verkettete Anordnung von Speichergeräten, die in Figur 6 gezeigt sind. Der Ausdruck "Verteiler-Kette" ("Daisy-Chain"), wie er hier benutzt wird, ist gleichbedeutend mit Gemeinschaftsleitung, Sendemodus oder Einzelinformationskanal (unibus) und bedeutet, daß ein Plattenlaufwerks- Kontrollgerät jede Kontollmitteilung zu allen Plattenlaufwerken der Kette sendet, auch wenn die Mitteilung nur für eines von ihnen gedacht ist. Das bestimmte Plattenlaufwerk 26, für das die Mitteilung beabsichtigt ist, erkennt die Mitteilung und antwortet dem Kontollgerät, typischerweise auch über einen gemeinsamen Kommunikationspfad. Andere Verbindungsordnungen, wie Privatlinien zwischen jedem Laufwerk 26 und dem Kontollgerät, sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
Alternative Verbindungen, in Figur 7 gezeigt, ermöglichen dem Untersystem 10, intern und in Verbindung mit zwei anderen gleichartigen Untersystemen 10' und 10'' vielfach verkettet zu sein.

Modulare fehlertolerante Recheneinrichtung 100

Eine fehlertolerante Recheneinrichtung 100 nach dem Konzept standardisierter, elektrisch und mechanisch blind verbindbarer Trägermodulschubladen wie der dargestellten und vorne im Zusammenhang mit dem Untersystem 10 diskutierten Schubladen 24, ist in den Figuren 8 bis 10 erläutert. Darin ist die Einrichtung in eine Gruppe von vier von einander abgesetzten, generell parallelen Einrichtungsanordnungen oder Fächern 102 angeordnet, wobei ein Teil von einer in Figur 8 gezeigt ist. Die Einrichtung 100 schafft ein Rechensystem, das praktisch unbegrenzt erweitert werden kann, und sie sorgt auch für und ermöglicht die Anwendung automatischer robotergestützter Wartungsprozeduren und Ausrüstung. Während die im Zusammenhang mit dem Untersystem 10 beschriebenen Schubladen 24 in Figur 8 dargestellt sind, muß verstanden werden, daß ein anderes Hardwareelement als ein Plattenlaufwerk in einer bestimmten Schublade befestigt werden kann. Zum Beispiel kann eine Schublade einen Zentralprozessor aufweisen, eine andere kann einen peripheren Prozessor aufweisen, eine dritte kann ein Gerätekontollgerät aufweisen, eine vierte kann Zentralspeicher aufweisen usw. Wie bei dem Untersystem 10 schafft jedes Fach der Einrichtung 100 eine Anordnung von Regalen 120 und vertikalen Teilern 122, die einheitliche Räume für Schubladen 24 begrenzen. Es ist jedoch nicht notwendig, daß die Räume einheitlich sind, solange sie von einer Hauptseite jeder Anordnung 102 zugänglich sind. Und es gibt keine Beschränkung der Länge eines bestimmten Faches 102, und ein Fach kann auf jede praktische Länge in jede Dimension ausgedehnt werden, bedenkt man, daß die praktischen Beschränkungen der direkte Zugang zu Modulen und Kabeln und die Kabellänge zwischen Rechenelementen sind, die die Geschwindigkeit begrenzen, mit der Steuersignale und Daten vor- und zurückbewegt werden.
Regale 128 und vertikale Teiler 130 sind vorgesehen für zum Beispiel vier Leistungsversorgungsmodule 32 direkt unter jeder Säule von vier Räumen für die Modulschubladen 24. Jede Leistungsstelle ist einem bestimmten Raum für eine Schublade zugeordnet, um Leistungsversorgung- Kabellängen so kurz wie machbar zu halten.
Eine Anordnung der Einrichtung ist in Figur 9 dargestellt, wobei zum Beispiel vier parallele, voneinander abgesetzte Fächer 102 wenig entfernt von einer senkrecht zu jedem Fach angeordneten Rückebenenanordnung 104 sind. Mit dieser Anordnung können Kabel 106 von jedem Fach 102 in die Rückebenenanordnung 104 eingesteckt und in ihr miteinander verbunden werden. Die Rückebenenanordnung 104 kann Überwachungsvorrichtungen und Bedienungselemente aufweisen, die für einen Bediener an eine Bedienungstafel 116 entlang einer äußeren Wand 108 zugänglich sind.
Jedes Feld oder Fach 102 ist auf einem geeigneten Untersatz 110 befestigt, so daß die Räume für Module und Leistungsversorgungen einen geeigneten Abstand weit vom Boden 112 abgehoben sind. Die Fächer 102 und die Rückebenenanordnung 104 können von einer Oberwand 114, Seitenwänden 116 und einer Rückwand 118 eingeschlossen sein, um einen Zwangsluftschacht zur Kühlung der Einrichtung 100 zu begrenzen.
Kühlventilatoren wie zum Beispiel ein Druckventilator 140 und ein Saugventilator 142 können vorgesehen sein, um Kühlluftflüsse durch den Schacht und die Fächer 102 zu bewegen, um durch die Hardwareelemente in den Modulschubladen 24 und die Leistungsversorger 32 erzeugte Wärme abzuziehen. Zwar sind nur zwei Ventilatoren dargestellt, es ist aber offensichtlich, daß jede Anzahl von Kühlelementen, ob Luft oder Flüssigkeit, und ob der gesamten Einrichtung zugeordnet oder jedem einzelnen oder einigen benachbarten Schubladen eines Faches, eingesetzt werden können, wobei bedacht werden muß, daß ein wichtiges Konzept von Fehlertoleranz von Rechensystemen die Vermeidung jedes einzelnen Fehlerpunktes der Recheneinrichtung 100 ist.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein industrieller Roboter 150 für Wartungs-, Einbau- und/oder Rekonfigurationsprozeduren innerhalb der Einrichtung 100 vorgesehen. Der Roboter 150 kann eine Vielfalt von Formen annehmen und jeden geeigneten Aufbau haben. Sein Zweck ist die Fähigkeit zur automatischen Entfernung oder Ersetzung jeder Schublade 24, Leistungsversorgung 32 oder jedes Kabels 106 innerhalb der Einrichtung ohne Eingriff eines menschlichen Bedieners. Eine geeignete Form des Roboters 180 ähnelt grob einem (durch Niederleistungs- Lokal- Radiosignale) ferngesteuerten Gabelstabler und weist eine Plattform 152 auf, getragen von einem batteriebetiebenem Radwagen mit Rädern 154, die an Spuren 156 angreifen, die sich durch die gesamte Einrichtung an Stellen erstrecken, die dem Roboter genauen Zugang zu jedem Raum für jede Schublade 24 und jedes Leistungsversorgungsmodul 32 erlauben. Ein vertikales Gestell 158 ermöglicht es einem horizontalen Tisch, sich vertikal zwischen den Räumen einer Säule der Anordnung 102 zu bewegen. Der Tisch 160 kann mit einem allgemeinen oder spezifischen Griffmechanismus 162 versehen sein, um dem Roboter 180 die Ergreifung jeder Schublade 24 oder Leistungsversorgung 32 zu ermöglichen. Wenn der Mechanismus 162 zum Beispiel die Frontplatte 52 einer Schublade 24 ergriffen hat, dann wird der Tisch 160 horizontal bewegt, um die Schublade 24 aus ihrem Platz aus der Anordnung zu ziehen.
Der Roboter 150 transportiert dann die Schublade 24 und ihren Hardwareelement- Inhalt zu einer Wartungszone 164, wo eine Austauschschublade verfügbar ist. Der Roboter 180 setzt die gerade entnommene Schublade in eine Aufnahmezone für einen Wartungstechniker, nimmt die Ersatzschublade 24 auf, kehrt zu dem bestimmten Fach der Aufnahme 102, von dem die ursprüngliche Schublade entnommen wurde, zurück, und führt die neue Schublade ein und bewegt sie in das Fach, bis sie mechanisch erfaßt und elektrisch in der vorher in Verbindung mit dem Untersystem 10 beschriebenen Art und Weise verbunden wird.
Der Roboter 180 ist auch mit einer Kabelgreifeinrichtung zur programmkontollierten Entfernung und Ersetzung jedes der Kabel 106 ausgerüstet.
Türen oder andere geeignete Verschließungsmittel oder Streifen 166 können in der Rückwand 118 in der Nähe der Schienen 156 vorgesehen sein, so daß eine Zwangsbelüftungsschacht- Anordnung aufrecht erhalten bleibt, auch während der Zugang für den Roboter 180 zu jedem der Felder 102 geschaffen wird.
Ein Ortungssystem für den Roboter 180 ist in der Einrichtung 100 vorgesehen. Eine geeignete Anzeigeanordnung kann eine Skalierung 168 entlang der Basis 110 jedes Feldes 102 sein. Die Skalierung 168 kann zweidimensional sein und optisch durch geeignete optische Sensoren im Roboter 150 gelesen werden, oder sie kann dreidimensional sein und von einer elekromechanischen Nockenstößeleinrichtung gelesen werden. Jede Schublade ist vorzugsweise mit einem eindeutigen Strichcode, wie einem universellen Produktcode, in einer Standardanordnung und an einer Standardstelle versehen. Ein optisches Abtastgerät am Roboter 150 kann dann den Stichcode abtasten um zu überprüfen, daß das richtige Modul für die Wartung entnommen wird.
Der Roboter 150 arbeitet automatisch unter Programmkontrolle. Ein spezieller Rechner kann für den Roboter 150 vorgesehen sein, oder die Recheneinrichtung 100 kann spezielle Wartungsroutienen als Teil seiner Hilfsmittel- Verwaltung vorsehen, um den Roboter effektiv zu nutzen. Im jedem Fall unterhält das Roboter- Wartungsservice-Programm eine Einrichtungs- Hilfsmittel- Karte, die den Ort jedes durch den Roboter erreichbaren Hardwareelementes in der Einrichtung 100 aufzeichnet und eine Identifizierungsnummer jedes Moduls, jeder Leistungsversorgung und jedes Kabels (vorzugsweise auf gezeichnet auf dem am jeweiligen Element befestigten strichcode) mit seiner momentanen Position korreliert. Wenn zum Beispiel ein Modul 24 ersetzt wird, wird die Identifzierungsnummer des Ersatzmodules automatisch während der Durchführung des Wartungsprogrammes in der Einrichtungskarte ersetzt.
Obwohl Schienen 156 gezeigt sind, können gestrichene Linien vorgesehen sein und von einem lenkbaren Roboter mit geeigneten optionalen Sensoren zur Verfolgung der Linien verfolgt werden.

Claims

1. Ein fehlertolerantes Datenverarbeitungssystem, mit zumindest einer Gehäuse-Anordnung (10) mit mehreren Paaren von Modulen (24), wovon jedes ein Hardware- Element (26) des Rechensystems enthält, und einer Vielzahl von Leistungsversorgungsmodulen (32) mit je einem Leistungsversorgungsmodul für jedes Hardwareelement, wobei jedes der Modulpaare ein Primärmodul und ein Backup-Spiegelungs-Modul aufweist, gekennzeichnet durch:

- mindestens ein Paar von Leistungsverteilungsmodulen (40, 42), ein Leistungsverteilungsmodul (40) zur Verteilung von Primärleistung von einer ersten Primärquellenverbindung zu den Primärmodulen und den zugeordneten Leistungsversorgungsmodulen, das andere Leistungsverteilungsmodul (42) zur Verteilung sekundärer Leistung von einer zweiten Primärquellenverbindung zu den Backup-Modulen und zugeordneten Leistungsversorgungsmodulen;

- und durch Verbindungsmittel (46, 106) für eine automatische elektrische Abkopplung entnommener Module und Wiederverbindung von Ersatzmodulen.

2. Ein Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 1, ferner mit mindestens zwei separaten Kühlmitteln zur Kühlung der Hardwareelementmodule und der Leistungsversorgungsmodule, und wobei ein Leistungsverteilungsmodul mit einem der Kühlmittel verbunden ist, und wobei das zweite Leistungsverteilungsmodul mit dem anderen der Kühlmittel verbunden ist.

3. Ein Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die elektrischen Konfigurationsmittel in einem ersten Modus arbeiten, um die besagte Anordnung als eine einzige Kettenschaltung von Hardwareelementmodulen zu konfigurieren, und in einem zweiten Modus als mehrere Kettenschaltungen von Hardwareelementmodulen arbeiten.

4. Ein Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem jedes der Hardwareelementmodule Ausrichtungsmittel aufweist, die komplementär zu dem Gehäuse sind, um die Module mit dem Gehäuse mechanisch so auszurichten, daß das Modul mit dem Gehäuse und dessen Verbindungsmittel blind verbindbar wird.

5. Ein Datenverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit Kontrollfeldmitteln zur Anzeige des Zustandes der Hardwareelementmodule und Leistungsversorgungsmodule, die in der Anordnung installiert sind.

6. Ein Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 5, bei dem die Kontrollfeldmittel separate Anzeigemittel zur Anzeige des Zustandes eines bestimmten Moduls enthalten, dem sie zugeordnet sind.

7. Ein Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Anordnung und das Verbindungsmittel automatisch Leistung, Kontroll- und Datensignale und Kühlung für jedes der Hardware-Module beim Einbau in die Anordnung bereitstellen.

8. Ein Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 1, bei dem Hardwareelementmodule werkzeuglos eingebaut und aus der Anordnung entfernt werden können.

9. Ein Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Hardwareelementmodule, Leistungsversorgungsmodule und nach außen an die Anordnung verbindende Verbindungsmittel automatisch mit Hilfe von Robotern eingebaut und entfernt werden können.

10. Ein Datenverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Gehäuse-Anordnung innen eine Gruppierung von Fächern aufweist, und bei dem jedes Hardwareelementmodul zu einem Fach passend dimensioniert ist und eine Trägerschublade für eine gleitende Verbindung mit dem Fach der Anordnung aufweist, und welches Verbindungsmittel zur Verbindung der Hardwareelemente des Moduls mit dem dem Regal zugeordneten Verbindungsmittel an einer einzigen Verbindungsstelle aufweist.

11. Ein Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 5, bei dem die logische Identität des Modules durch ein programmierbares Identifikationsmittel auf dem Kontrollfeldmittel und durch die Einbauposition des Modules in der Anordnung bestimmt wird.

12. Ein Datenverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem Gehäuse weiterhin eine direkt von außen zugängliche Datenkabel-Verbindungsebene für die Anbringung von Datenverbindungskabeln an die Anordnung enthält, wobei die Datenkabel-Verbindungsebene eine Vielzahl von Datenbuchsen in elektrischer Verbindung mit den Modulpositionen des Schrankes hat, denen sie zugeordnet sind.

13. Ein Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Vielzahl von Modulen mindestens ein Primärmodul und mindestens ein Backup-Spiegelungsmodul aufweist, das dieselben Daten enthält, wie sie in dem zugeordneten Primärlaufwerk gespeichert sind.

14. Ein Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse ein rotierendes Festlaufwerk-Datenspeicherungs- Untersystem enthält und worin jedes Modul davon einem Plattenlaufwerk zugeordnet ist.