Backplane

Principais componentes em um plano ativo PICMG 1.3

Backplane com fio de um minicomputador PDP-8 de 1960

Um backplane (ou "sistema de backplane") é um grupo de conectores elétricos em paralelo entre si, de modo que cada pino de cada conector esteja ligado ao mesmo pino relativo de todos os outros conectores, formando um barramento de computador. Ele é usado como um backbone para conectar várias placas de circuito impresso para formar um sistema de computador completo. Backplanes geralmente usam uma placa de circuito impresso, mas backplanes enrolados em fio também têm sido usados em minicomputadores e aplicações de alta confiabilidade.

Um backplane geralmente é diferenciado de uma placa-mãe pela falta de processamento integrado e elementos de armazenamento. Um backplane usa cartões plug-in para armazenamento e processamento.

Uso

Os primeiros sistemas de microcomputadores, como o Altair 8800, usavam um painel traseiro para o processador e as placas de expansão.

Os backplanes são normalmente usados em detrimento dos cabos devido à sua maior confiabilidade. Em um sistema cabeado, os cabos precisam ser flexionados toda vez que uma placa é adicionada ou removida do sistema; esta flexão eventualmente causa falhas mecânicas. Um backplane não sofre desse problema, portanto sua vida útil é limitada apenas pela longevidade de seus conectores. Por exemplo, os conectores DIN 41612 (usados no sistema VMEbus) têm três graus de durabilidade construídos para suportar (respectivamente) 50, 400 e 500 inserções e remoções, ou "ciclos de acoplamento". Para transmitir informações, a tecnologia Serial Back-Plane usa um método de transmissão de sinalização diferencial de baixa tensão para enviar informações.

Além disso, existem cabos de expansão de barramento que estenderão um barramento de computador para um backplane externo, geralmente localizado em um gabinete, para fornecer mais ou diferentes slots do que o computador host fornece. Esses conjuntos de cabos possuem uma placa transmissora localizada no computador, uma placa de expansão no backplane remoto e um cabo entre as duas.

Backplanes ativos versus passivos

ISA Passive Backplane mostrando conectores e traços de sinal paralelos no lado traseiro. Apenas os componentes são conectores, capacitores, resistores e LEDs indicador de tensão.

Os backplanes cresceram em complexidade a partir da simples Arquitetura Padrão da Indústria (ISA) (usada no IBM PC original) ou estilo S-100, onde todos os conectores eram conectados a um barramento comum. Devido às limitações inerentes à especificação PCI (Peripheral Component Interconnect) para slots de acionamento, os backplanes agora são oferecidos como passivos e ativos.

Os verdadeiros backplanes passivos não oferecem nenhum circuito de condução de barramento ativo. Qualquer lógica de arbitragem desejada é colocada nos cartões filhos. Backplanes ativos incluem chips que armazenam os vários sinais nos slots.

A distinção entre os dois nem sempre é clara, mas pode se tornar uma questão importante se for esperado que todo o sistema não tenha um único ponto de falha (SPOF). O mito comum em torno do backplane passivo, mesmo que seja único, geralmente não é considerado um SPOF. Backplanes ativos são ainda mais complicados e, portanto, apresentam um risco diferente de zero de mau funcionamento. No entanto, uma situação que pode causar interrupção tanto no caso de backplanes ativos quanto passivos é durante a execução de atividades de manutenção, ou seja, durante a troca de placas, sempre existe a possibilidade de danificar os pinos/conectores no backplane, isso pode causar interrupção total para o sistema, pois todas as placas montadas no painel traseiro devem ser removidas para fixar o sistema. Portanto, estamos vendo arquiteturas mais recentes em que os sistemas usam conectividade redundante de alta velocidade para interconectar as placas do sistema ponto a ponto sem ponto único de falha em qualquer lugar do sistema.

Backplanes versus placas-mãe

Quando um painel traseiro é usado com um computador de placa única plug-in (SBC) ou placa host do sistema (SHB), a combinação fornece a mesma funcionalidade de uma placa-mãe, fornecendo poder de processamento, memória, E/S e slots para cartões de encaixe. Embora existam algumas placas-mãe que oferecem mais de 8 slots, esse é o limite tradicional. Além disso, conforme a tecnologia avança, a disponibilidade e o número de um determinado tipo de slot podem ser limitados em relação ao que é oferecido atualmente pelos fabricantes de placas-mãe.

No entanto, a arquitetura do backplane não tem relação alguma com a tecnologia SBC conectada a ele. Existem algumas limitações para o que pode ser construído, pois o conjunto de chips SBC e o processador devem fornecer a capacidade de suportar os tipos de slot. Além disso, um número virtualmente ilimitado de slots pode ser fornecido com 20, incluindo o slot SBC, como um limite prático, embora não absoluto. Assim, um backplane PICMG pode fornecer qualquer número e qualquer combinação de slots ISA, PCI, PCI-X e PCI-e, limitado apenas pela capacidade do SBC de fazer interface e controlar esses slots. Por exemplo, um SBC com o processador i7 mais recente pode interagir com um backplane fornecendo até 19 slots ISA para conduzir placas de E/S herdadas.

Plano intermediário

Alguns backplanes são construídos com slots para conexão a dispositivos em ambos os lados e são chamados de midplanes. Essa capacidade de conectar placas em ambos os lados de um midplane geralmente é útil em sistemas maiores compostos principalmente de módulos conectados ao midplane.

Os midplanes são frequentemente usados em computadores, principalmente em servidores blade, onde os servidores blade residem em um lado e os periféricos (energia, rede e outras E/S) e os módulos de serviço residem no outro. Midplanes também são populares em equipamentos de rede e telecomunicações onde um lado do chassi aceita placas de processamento do sistema e o outro lado do chassi aceita placas de interface de rede.

Planos intermediários ortogonais conectam placas verticais de um lado a placas horizontais do outro lado. Um midplane ortogonal comum conecta muitos cartões de linha telefônica vertical em um lado, cada um conectado a fios telefônicos de cobre, a um cartão de comunicação horizontal no outro lado.

Um "meio plano virtual" é um plano imaginário entre cartões verticais de um lado que se conectam diretamente a cartões horizontais do outro lado; os alinhadores de slot de placa do compartimento de placa e os conectores de alinhamento automático nas placas mantêm as placas na posição.

Algumas pessoas usam o termo "midplane" para descrever uma placa que fica entre e conecta um backplane hot-swap de disco rígido e fontes de alimentação redundantes.

Backplanes em armazenamento

Servidores geralmente possuem um backplane para conectar discos rígidos hot swappable; os pinos do backplane passam diretamente nos soquetes do disco rígido sem cabos. Eles podem ter um único conector para conectar um controlador de matriz de disco ou vários conectores que podem ser conectados a um ou mais controladores de maneira arbitrária. Backplanes são comumente encontrados em compartimentos de disco, matrizes de disco e servidores.

Os backplanes para HDDs SAS e SATA geralmente usam o protocolo SGPIO como meio de comunicação entre o adaptador host e o backplane. Como alternativa, os serviços de gabinete SCSI podem ser usados. Com subsistemas Parallel SCSI, SAF-TE é usado.

Plataformas

PICMG

Um computador de bordo único instalado em um backplane passivo

Um computador de placa única que atende à especificação PICMG 1.3 e é compatível com um backplane PICMG 1.3 é chamado de System Host Board.

No mundo do Intel Single-Board Computer, o PICMG fornece padrões para a interface do backplane: PICMG 1.0, 1.1 e 1.2 fornecem suporte ISA e PCI, com 1.2 adicionando suporte PCIX. PICMG 1.3 fornece suporte PCI-Express.