バックプレーン

バックプレーンまたはバックプレーン システムは、互いに並列に接続された電気コネクタのグループであり、各コネクタの各ピンが他のすべてのコネクタの同じ相対ピンにリンクされ、コンピュータ バスを形成します。これは、複数のプリント基板を接続して完全なコンピュータ システムを構成するために使用されます。バックプレーンでは一般的にプリント基板が使用されますが、ワイヤ ラップバックプレーンもミニコンピュータや高信頼性アプリケーション で使用されています。

バックプレーンは、通常、オンボード処理およびストレージ要素がない点で マザーボードと区別されます。バックプレーンは、ストレージと処理にプラグイン カードを使用します。

Altair 8800のような初期のマイクロコンピュータ システムでは、プロセッサと拡張カードにバックプレーンが使用されていました。

バックプレーンは、信頼性が高いため、通常はケーブルよりも優先して使用されます。ケーブル システムでは、カードがシステムに追加または取り外されるたびにケーブルを曲げる必要があります。この曲げにより、最終的には機械的な故障が発生します。バックプレーンではこの問題は発生しないため、バックプレーンの耐用年数はコネクタの寿命によってのみ制限されます。たとえば、DIN 41612コネクタ ( VMEbusシステムで使用) には、それぞれ 50、400、500 回の挿入と取り外し (つまり「嵌合サイクル」) に耐えるように設計された 3 つの耐久性グレードがあります。シリアル バックプレーン技術では、情報を送信するために低電圧差動信号伝送方式を使用します。^[1]

さらに、コンピュータ バスを外部バックプレーン (通常はエンクロージャ内) まで延長して、ホスト コンピュータが提供するスロットよりも多くのスロットや異なるスロットを提供するバス拡張ケーブルもあります。これらのケーブル セットには、コンピュータ内にある送信ボード、リモート バックプレーンにある拡張ボード、およびこれら 2 つを結ぶケーブルが含まれています。

バックプレーンは、シンプルな業界標準アーキテクチャ(ISA) (オリジナルのIBM PCで使用) や、すべてのコネクタが共通バスに接続されたS-100スタイルから、複雑さを増してきました。スロットを駆動するための PCI ( Peripheral Component Interconnect ) 仕様に固有の制限により、バックプレーンは現在、パッシブとアクティブとして提供されています。

真のパッシブ バックプレーンには、アクティブなバス駆動回路はありません。必要な調停ロジックはドーター カード上に配置されます。アクティブ バックプレーンには、スロットへのさまざまな信号を バッファリングするチップが含まれています。

この 2 つの違いは必ずしも明確ではありませんが、システム全体に単一障害点(SPOF)がないことが予想される場合は重要な問題になる可能性があります。パッシブ バックプレーンに関する一般的な誤解は、たとえ単一であっても、通常は SPOF とは見なされないというものです。アクティブ バックプレーンはさらに複雑であるため、誤動作のリスクがゼロではありません。ただし、アクティブ バックプレーンとパッシブ バックプレーンの両方で中断を引き起こす可能性がある状況の 1 つは、メンテナンス作業の実行中、つまりボードの交換中にバックプレーン上のピン/コネクタが損傷する可能性があるときです。システムを修復するには、バックプレーンに取り付けられているすべてのボードを取り外す必要があるため、これによりシステムが完全に停止する可能性があります。そのため、高速冗長接続を使用してシステム ボードをポイントツーポイントで相互接続し、システムのどこにも単一障害点がない新しいアーキテクチャが見られるようになっています。

バックプレーンをプラグインシングルボード コンピュータ(SBC) またはシステム ホスト ボード(SHB) と併用すると、その組み合わせによってマザーボードと同じ機能が提供され、処理能力、メモリ、I/O、プラグイン カード用スロットが提供されます。8 スロットを超えるマザーボードもいくつかありますが、これは従来の制限です。さらに、技術の進歩に伴い、マザーボード メーカーが現在提供しているものに関して、特定のスロット タイプの可用性と数が制限される可能性があります。

ただし、バックプレーン アーキテクチャは、そこに接続される SBC テクノロジとは多少関係がありません。構成できる内容にはいくつかの制限があり、SBC チップ セットとプロセッサはスロット タイプをサポートする機能を提供する必要があります。さらに、実質的な制限ではありませんが実用的な制限として、SBC スロットを含めて 20 個のスロットを提供できます。したがって、PICMG バックプレーンは、任意の数と任意の組み合わせの ISA、PCI、PCI-X、および PCI-e スロットを提供できます。制限されるのは、SBC がこれらのスロットに接続して駆動する機能だけです。たとえば、最新の i7 プロセッサを搭載した SBC は、最大 19 個の ISA スロットを備えたバックプレーンに接続して、レガシー I/O カードを駆動できます。

一部のバックプレーンは、両側にデバイスに接続するためのスロットを備えており、ミッドプレーンと呼ばれます。ミッドプレーンのどちら側にもカードを差し込めるこの機能は、主にミッドプレーンに接続されたモジュールで構成された大規模なシステムで役立ちます。

ミッドプレーンは、コンピュータ、特にブレード サーバーでよく使用されます。ブレード サーバーでは、サーバー ブレードが片側にあり、周辺機器 (電源、ネットワーク、その他の I/O) とサービス モジュールが反対側にあります。ミッドプレーンは、シャーシの片側にシステム処理カードが取り付けられ、シャーシのもう片側にネットワーク インターフェイス カードが取り付けられるネットワーク機器や通信機器でも人気があります。

直交ミッドプレーンは、片側の垂直カードを反対側の水平ボードに接続します。^{[2] [3]} 1つの共通直交ミッドプレーンは、片側の多数の垂直電話回線カード（それぞれが銅線電話線に接続）を反対側の水平通信カードに接続します。^[4]

「仮想ミッドプレーン」とは、片側の垂直カードと反対側の水平ボードとを直接接続する仮想の平面であり、カードケージのカードスロットアライナーとカード上の自動調整コネクタがカードを所定の位置に保持します。^[5]

ハードドライブのホットスワップバックプレーンと冗長電源装置の間に配置され、それらを接続するボードを表すために「ミッドプレーン」という用語を使用する人もいます。^{[6] [7]}

サーバーには通常、ホットスワップ可能なハード ディスク ドライブやソリッド ステート ドライブを接続するためのバックプレーンがあります。バックプレーンのピンは、ケーブルなしでハード ドライブ ソケットに直接接続されます。サーバーには、1 つのディスク アレイ コントローラを接続するための単一のコネクタ、または任意の方法で 1 つ以上のコントローラに接続できる複数のコネクタがある場合があります。バックプレーンは、ディスク エンクロージャ、ディスク アレイ、およびサーバーによく見られます。

SAS および SATA HDD のバックプレーンでは、ホスト アダプタとバックプレーン間の通信手段として、SGPIOプロトコルが最も一般的に使用されます。代わりに、 SCSI エンクロージャ サービスを使用することもできます。パラレル SCSIサブシステムでは、SAF-TEが使用されます。

PICMG 1.3 仕様に準拠し、PICMG 1.3 バックプレーンと互換性のあるシングルボード コンピュータは、システム ホスト ボードと呼ばれます。

Intelシングルボードコンピュータの世界では、PICMGがバックプレーンインターフェースの標準を提供しています。PICMG 1.0、1.1、1.2 ^[8]はISAとPCIのサポートを提供し、1.2ではPCIXのサポートが追加されました。PICMG 1.3 ^{[9] [10]は}PCI-Expressのサポートを提供します。

• マザーボード
• スイッチファブリック
• ドーターボード
• Mモジュール
• SS-50バス
• STDバス
• STEバス
• ユーロカード（プリント基板）
• 8XI の

• Karanassios, V.; Horlick, G. (1985 年 8 月). 「バックプレーン バスの構造とシステム」. Talanta . 32 (8): 583–599. doi :10.1016/0039-9140(85)80155-7. OCLC  269384772. PMID  18963977.
• カラナシオス、V.ホーリック、G. (1985 年 8 月)。 「スマート バックプレーン — I: Apple II」。タランタ。32 (8): 601–614。土井：10.1016/0039-9140(85)80156-9。OCLC  4928218486。PMID 18963978  。
• カラナシオス、V.ホーリック、G. (1985 年 8 月)。 「スマート バックプレーン - II: IBM PC」。タランタ。32 (8): 615–631。土井：10.1016/0039-9140(85)80157-0。OCLC  269384774。PMID 18963979  。

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