Подключи и играй

В вычислительной технике устройство Plug and Play ( PnP ) или компьютерная шина — это устройство со спецификацией, которая облегчает распознавание аппаратного компонента в системе без необходимости конфигурации физического устройства или вмешательства пользователя при разрешении конфликтов ресурсов. ^[1]^[2] С тех пор термин «подключи и работай» распространился на широкий спектр приложений, к которым применяется такое же отсутствие пользовательской настройки. ^[3]^[4]

Устройства расширения управляются и обмениваются данными с хост-системой через определенные адреса памяти или пространственных портов ввода-вывода , каналы прямого доступа к памяти , линии запроса прерывания и другие механизмы, которые для работы должны быть однозначно связаны с конкретным устройством. Некоторые компьютеры предоставляли уникальные комбинации этих ресурсов для каждого слота материнской или объединительной платы . Другие конструкции предоставляли все ресурсы всем слотам, и каждое периферийное устройство имело собственное декодирование адресов для регистров или блоков памяти, необходимых для связи с хост-системой. Поскольку фиксированные назначения затрудняли расширение системы, устройства использовали несколько ручных методов назначения адресов и других ресурсов, таких как проводные перемычки, контакты, которые можно было соединить с помощью проводов или съемных ремешков, или переключатели, которые можно было настроить для определенных адресов. ^[5] Поскольку микропроцессоры сделали компьютеры для массового рынка доступными, программная конфигурация устройств ввода-вывода была выгодна, позволяя устанавливать их неспециалистам. Ранние системы для настройки программного обеспечения устройств включали стандарт MSX , NuBus , Amiga Autoconfig и IBM Microchannel. Первоначально все карты расширения для IBM PC требовали физического выбора конфигурации ввода-вывода на плате с помощью перемычек или DIP-переключателей , но все чаще устройства шины ISA были организованы для программной конфигурации. ^[6] К 1995 году Microsoft Windows включала комплексный метод подсчета оборудования во время загрузки и распределения ресурсов, который назывался стандартом «Plug and Play». ^[7]

Устройства Plug and Play могут иметь ресурсы, выделяемые только во время загрузки, или могут представлять собой системы горячего подключения , такие как USB и IEEE 1394 (FireWire). ^[8]

История конфигурации устройства

Слева: Блоки перемычек разных размеров.
Справа: DIP-переключатель с 8 переключателями.

Некоторые ранние периферийные устройства микрокомпьютеров требовали от конечного пользователя физически перерезать одни провода и спаять другие, чтобы внести изменения в конфигурацию; ^[9] такие изменения должны были быть в основном постоянными на протяжении всего срока службы оборудования.

По мере того как компьютеры становились более доступными для широкой публики, возникла необходимость в более частых изменениях со стороны пользователей компьютеров, не умеющих пользоваться паяльниками. Вместо резки и пайки соединений конфигурация выполнялась с помощью перемычек или DIP-переключателей . Позже этот процесс настройки был автоматизирован: Plug and Play. ^[6]

MSX

Система MSX , выпущенная в 1983 году, ^[10] был спроектирован так, чтобы его можно было использовать с нуля, и достиг этого с помощью системы слотов и подслотов, каждый из которых имел свое собственное виртуальное адресное пространство , что устраняло конфликты адресации устройств в самом их источнике. Никаких перемычек или какой-либо ручной настройки не требовалось, а независимое адресное пространство для каждого слота позволяло использовать очень дешевые и обычные микросхемы наряду с дешевой связующей логикой . Что касается программного обеспечения, драйверы и расширения поставлялись в собственном ПЗУ карты, поэтому для настройки программного обеспечения не требовалось никаких дисков или какого-либо вмешательства пользователя. Расширения ПЗУ абстрагировали любые аппаратные различия и предлагали стандартные API, указанные корпорацией ASCII .

Нубус

В 1984 году архитектура NuBus была разработана Массачусетским технологическим институтом (MIT). ^[11] в качестве независимого от платформы периферийного интерфейса, который полностью автоматизирует настройку устройства. Спецификация была достаточно интеллектуальной, чтобы работать как с прямым порядком компьютерными платформами с байтов , которые ранее были взаимно несовместимы. Однако этот агностический подход увеличивал сложность интерфейса и требовал вспомогательных микросхем на каждом устройстве, что в 1980-х годах было дорого делать, и, за исключением использования в машинах Apple Macintosh и NeXT , эта технология не получила широкого распространения.

Amiga Autoconfig и шина Zorro

В 1984 году компания Commodore разработала протокол Autoconfig и шину расширения Zorro для своей Amiga линейки расширяемых компьютеров . Первое публичное появление произошло на компьютерной выставке CES в Лас-Вегасе в 1985 году с так называемым прототипом «Лотарингии». Как и NuBus, устройства Zorro не имели абсолютно никаких перемычек или DIP-переключателей. Информация о конфигурации хранилась на устройстве только для чтения на каждом периферийном устройстве, и во время загрузки хост-система выделяла запрошенные ресурсы установленной карте. Архитектура Zorro не получила широкого распространения за пределами линейки продуктов Amiga, но в конечном итоге была модернизирована до Zorro II и Zorro III для более поздних версий компьютеров Amiga.

Микроканальная архитектура

В 1987 году IBM выпустила обновление для IBM PC, известное как Personal System/2 линейка компьютеров , использующее микроканальную архитектуру . ^[12] PS/2 имел возможность полностью автоматической самоконфигурации. К каждому аппаратному обеспечению расширения прилагалась дискета, содержащая специальный файл, используемый для автоматической настройки оборудования для работы с компьютером. Пользователь устанавливал устройство, включал компьютер, загружал информацию о конфигурации с диска, и оборудование автоматически назначало прерывания, DMA и другие необходимые настройки.

Однако диски представляли проблему, если они были повреждены или утеряны, поскольку в то время единственными способами получить замену были по почте или через коммутируемую службу BBS IBM . Без дисков любое новое оборудование было бы совершенно бесполезным, а компьютер иногда вообще не загружался, пока не было удалено ненастроенное устройство.

Micro Channel не получил широкой поддержки, ^[13] потому что IBM хотела исключить производителей клонов из этой вычислительной платформы следующего поколения. Любой, кто занимается разработкой для MCA, должен был подписать соглашение о неразглашении информации и платить IBM роялти за каждое проданное устройство, что увеличивало цену на устройства MCA. Конечные пользователи и производители клонов восстали против IBM и разработали собственную шину открытых стандартов, известную как EISA. В результате использование MCA прекратилось, за исключением мэйнфреймов IBM.

Самоконфигурация ISA и PCI

Со временем во многие карты промышленной стандартной архитектуры (ISA) были включены, посредством запатентованных и разнообразных технологий, аппаратные средства для самостоятельной настройки или обеспечения конфигурации программного обеспечения; часто карта поставлялась с программой конфигурации на диске, которая могла автоматически устанавливать программно-конфигурируемое (но не самонастраивающееся) оборудование. Некоторые карты имели как перемычки, так и программную конфигурацию, причем каждая из них контролировала некоторые настройки; этот компромисс уменьшил количество перемычек, которые необходимо было установить, избежав при этом больших затрат на определенные настройки, например энергонезависимые регистры для настройки базового адреса. Проблемы с необходимыми перемычками продолжались, но постепенно уменьшались по мере того, как все больше и больше устройств, как ISA, так и других типов, включали дополнительное оборудование для самостоятельной настройки. Однако эти усилия все еще не решили проблему обеспечения конечного пользователя соответствующим программным драйвером для оборудования.

ISA PnP или (устаревшая) Plug & Play ISA представляла собой систему plug-and-play, в которой использовалась комбинация модификаций аппаратного обеспечения, системного BIOS и программного обеспечения операционной системы для автоматического управления распределением ресурсов. на смену ей пришла шина PCI В середине 1990-х годов .

Технология PCI Plug and Play (автоконфигурация) основана на спецификации PCI BIOS 1990-х годов, спецификация PCI BIOS заменена ACPI в 2000-х годах.

Устаревшая версия Plug and Play

В 1995 году Microsoft выпустила Windows 95 , которая старалась максимально автоматизировать обнаружение и настройку устройств, но при необходимости все же могла вернуться к ручным настройкам. Во время первоначального процесса установки Windows 95 она попытается автоматически обнаружить все устройства, установленные в системе. Поскольку полное автоматическое обнаружение всего было новым процессом без полной отраслевой поддержки, процесс обнаружения постоянно записывал в файл журнала отслеживания прогресса во время процесса обнаружения. В случае сбоя проверки устройства и зависания системы конечный пользователь может перезагрузить компьютер, перезапустить процесс обнаружения, а установщик будет использовать журнал отслеживания, чтобы пропустить точку, вызвавшую предыдущее зависание. ^[14]

В то время в системе могло быть множество устройств, некоторые из которых допускали автоматическую настройку, а некоторые все еще использовали полностью ручную настройку с помощью перемычек и DIP-переключателей. Старый мир DOS все еще скрывался под Windows 95, и системы можно было настроить на загрузку устройств тремя различными способами:

только через драйверы диспетчера устройств Windows 95
с использованием драйверов DOS, загруженных в файлы конфигурации CONFIG.SYS и AUTOEXEC.BAT.
используя комбинацию драйверов DOS и драйверов диспетчера устройств Windows 95

Microsoft не могла обеспечить полный контроль над всеми настройками устройства, поэтому файлы конфигурации могут включать в себя смесь записей драйверов, вставленных в процессе автоматической настройки Windows 95, а также могут включать записи драйверов, вставленные или измененные вручную самими пользователями компьютера. Диспетчер устройств Windows 95 также может предлагать пользователям на выбор несколько полуавтоматических конфигураций, чтобы попытаться освободить ресурсы для устройств, которые все еще нуждаются в ручной настройке.

Кроме того, хотя некоторые более поздние устройства ISA были способны к автоматической настройке, карты расширения ISA для ПК обычно ограничивались очень небольшим количеством вариантов линий запроса прерывания. Например, сетевой интерфейс может ограничиться только прерываниями 3, 7 и 10, а звуковая карта может ограничиться прерываниями 5, 7 и 12. Это приводит к небольшому выбору конфигурации, если некоторые из этих прерываний уже используются какое-то другое устройство.

Аппаратное обеспечение ПК-компьютеров дополнительно ограничивало возможности расширения устройства, поскольку прерывания не могли быть разделены, а некоторые многофункциональные карты расширения использовали несколько прерываний для различных функций карты, например, двухпортовая последовательная карта, требующая отдельного прерывания для каждого последовательного порта.

Из-за такой сложной операционной среды процесс автоопределения иногда давал неправильные результаты, особенно в системах с большим количеством устройств расширения. Это приводило к конфликтам устройств в Windows 95, в результате чего устройства, которые должны были полностью самонастраиваться, не работали. Ненадежность процесса установки устройства привела к тому, что Plug and Play иногда называли Plug and Pray . ^[15]

Примерно до 2000 года компьютеры ПК все еще можно было приобрести с сочетанием слотов ISA и PCI, поэтому все еще существовала вероятность того, что может потребоваться ручная настройка устройства ISA. Но после последовательных выпусков новых операционных систем, таких как Windows 2000 и Windows XP, у Microsoft было достаточно влияния, чтобы заявить, что драйверы больше не будут предоставляться для старых устройств, не поддерживающих автоматическое обнаружение. В некоторых случаях пользователю приходилось приобретать новые устройства расширения или совершенно новую систему для поддержки следующего выпуска операционной системы.

Текущие интерфейсы Plug and Play

В настоящее время используется несколько полностью автоматизированных компьютерных интерфейсов, каждый из которых не требует никакой настройки устройства или других действий со стороны пользователя компьютера, кроме установки программного обеспечения для самонастраивающихся устройств. Эти интерфейсы включают в себя:

IEEE 1394 (FireWire)
PCI , Мини PCI
PCI Express , Mini PCI Express , Thunderbolt
PCMCIA , ПК-карта , ExpressCard
SATA , последовательный SCSI
USB
ДВИ , HDMI

Для большинства этих интерфейсов конечному пользователю доступно очень мало технической информации о производительности интерфейса. Хотя и FireWire, и USB имеют полосу пропускания, которая должна использоваться всеми устройствами, большинство современных операционных систем не могут отслеживать и сообщать об объеме используемой или доступной полосы пропускания или определять, какие устройства в данный момент используют этот интерфейс. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Соглашение важнее конфигурации (принцип PnP)
Автоконфигурация (Амига)
Горячая замена
Конфигурационное пространство PCI

Ссылки

^ Козерок, Чарльз М. (17 апреля 2001 г.). «Подключи и играй» . Руководство для ПК . Проверено 16 октября 2018 г.
^ «Определение подключи и работай из энциклопедии журнала PC Magazine» . pcmag.com . Архивировано из оригинала 27 марта 2013 г. Проверено 16 октября 2018 г.
^ «Как и где мне найти сертификат расширенного хранилища Microsoft WPD» . microsoft.com . 28 декабря 2011 года . Проверено 16 октября 2018 г.
^ «Что означает Plug and Play?» . Архивировано из оригинала 16 октября 2018 г. Проверено 8 декабря 2018 г.
^ «Руководство по использованию устаревших версий Plug and Play — Центр загрузки Microsoft» . Архивировано из оригинала 16 декабря 2016 г. Проверено 16 октября 2018 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Окупается ли Plug and Play (ИСТОРИЯ НА ОБЛОЖКЕ». БАЙТ . Октябрь 1991 г.).
^ «Службы выполнения Plug and Play» . DrDobbs.com . 1 сентября 1995 г. Службы времени выполнения (обнаруживаемые только в программном обеспечении) занимают центральное место в Windows... которая находит заголовок Plug and Play, а затем вызывает службы времени выполнения. ... Windows 95 включает мастер «Добавление нового оборудования».
^ Определение Plug and Play
^ «Электрические проблемы с картой Apple II» . BigMESSoWires.com (Большая путаница проводов) . На карте Disk II, пока Apple II простаивал, я измерил 600 мВ... Отрежьте дорожку для питания стороны B VCC 3,3, намотайте провод и припаяйте его к +5 В.
^ Гордон Лэнг (2004). Цифровое ретро: эволюция и дизайн персонального компьютера . Айлекс Пресс. ISBN 9781904705390 .
^ Пасека, Майкл Стивен (1984). Исследование архитектур взаимодействия с NuBus (Диссертация). Массачусетский технологический институт. Кафедра электротехники. hdl : 1721.1/15573 .
^ «IBM PS/2: 25 лет истории ПК» . 10 июля 2012 г. Ко времени запуска PS/2 в 1987 году IBM PC… Линейка компьютеров была запущена в апреле 1987 года с… новой шиной расширения, получившей название Micro Channel Architecture.
^ «Открытые стандарты против IBM – вспоминая микроканальную архитектуру» . 9 декабря 2004 г. PS/2 на основе собственной архитектуры MicroChannel… оказался не тем, что требовал рынок.
^ Скотт Мюллер, Модернизация и ремонт компьютеров, одиннадцатое издание , Que, 2999, ISBN 0-7897-1903-7 , стр. 1370
^ «Обзор Plug and Play: как Windows находит драйверы для USB-устройств» . 20 мая 2009 г. Итак, Plug and Play звучит здорово, не так ли? Ну, это так... когда все работает правильно (поэтому это иногда еще называют «Подключи и молись»!)

Внешние ссылки

Подключи и работай в Windows 2000 на ZDNet
https://community.rapid7.com/docs/DOC-2150. Архивировано 12 мая 2013 г. в Wayback Machine.

[pcguidedefinition-1] Козерок, Чарльз М. (17 апреля 2001 г.). «Подключи и играй» . Руководство для ПК . Проверено 16 октября 2018 г.

[pcmagdefinition-2] «Определение подключи и работай из энциклопедии журнала PC Magazine» . pcmag.com . Архивировано из оригинала 27 марта 2013 г. Проверено 16 октября 2018 г.

[3] «Как и где мне найти сертификат расширенного хранилища Microsoft WPD» . microsoft.com . 28 декабря 2011 года . Проверено 16 октября 2018 г.

[4] «Что означает Plug and Play?» . Архивировано из оригинала 16 октября 2018 г. Проверено 8 декабря 2018 г.

[5] «Руководство по использованию устаревших версий Plug and Play — Центр загрузки Microsoft» . Архивировано из оригинала 16 декабря 2016 г. Проверено 16 октября 2018 г.

[BYTE-6] Jump up to: ^а ^б «Окупается ли Plug and Play (ИСТОРИЯ НА ОБЛОЖКЕ». БАЙТ . Октябрь 1991 г.).

[7] «Службы выполнения Plug and Play» . DrDobbs.com . 1 сентября 1995 г. Службы времени выполнения (обнаруживаемые только в программном обеспечении) занимают центральное место в Windows... которая находит заголовок Plug and Play, а затем вызывает службы времени выполнения. ... Windows 95 включает мастер «Добавление нового оборудования».

[techtermsdefinition-8] Определение Plug and Play

[9] «Электрические проблемы с картой Apple II» . BigMESSoWires.com (Большая путаница проводов) . На карте Disk II, пока Apple II простаивал, я измерил 600 мВ... Отрежьте дорожку для питания стороны B VCC 3,3, намотайте провод и припаяйте его к +5 В.

[10] Гордон Лэнг (2004). Цифровое ретро: эволюция и дизайн персонального компьютера . Айлекс Пресс. ISBN 9781904705390 .

[11] Пасека, Майкл Стивен (1984). Исследование архитектур взаимодействия с NuBus (Диссертация). Массачусетский технологический институт. Кафедра электротехники. hdl : 1721.1/15573 .

[12] «IBM PS/2: 25 лет истории ПК» . 10 июля 2012 г. Ко времени запуска PS/2 в 1987 году IBM PC… Линейка компьютеров была запущена в апреле 1987 года с… новой шиной расширения, получившей название Micro Channel Architecture.

[13] «Открытые стандарты против IBM – вспоминая микроканальную архитектуру» . 9 декабря 2004 г. PS/2 на основе собственной архитектуры MicroChannel… оказался не тем, что требовал рынок.

[14] Скотт Мюллер, Модернизация и ремонт компьютеров, одиннадцатое издание , Que, 2999, ISBN 0-7897-1903-7 , стр. 1370

[15] «Обзор Plug and Play: как Windows находит драйверы для USB-устройств» . 20 мая 2009 г. Итак, Plug and Play звучит здорово, не так ли? Ну, это так... когда все работает правильно (поэтому это иногда еще называют «Подключи и молись»!)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

v т и Технические и фактические стандарты для проводных компьютерных шин
Общий	Системная шина Фронтальный автобус Задняя сторона автобуса Цепочка гирлянд Шина управления Адресная шина Разногласия в автобусе Освоение автобусов Сеть на чипе Подключи и играй Список пропускной способности шины
Стандарты	Автобус СС-50 Автобус С-100 Для многих Юнибус ВАКСБИ МБус Автобус STD SMBus Q-шина Европейский карточный автобус ОДИН STEbus Зорро II Зорро III КАМАК ФИКСИРОВАННЫЙ АВТОБУС ЛПК Прецизионная шина HP ЕИСА УМЭ VXI VXS ВПХ Нубус ТУРБОканал МКА SBus ВЛБ Автобус HP GSC ИнфиниБэнд Ethernet УПА PCI Расширенный PCI (PCI-X) PXI PCI Express (PCIe) АГП Вычислительная экспресс-ссылка (CXL) Прямой медиаинтерфейс (DMI) РапидИО Межблочное соединение Intel QuickPath НВЛинк ГиперТранспорт Бесконечная ткань Межблочное соединение Intel Ultra Path Когерентный интерфейс процессора-ускорителя (CAPI) SpaceWire
Хранилище	СТ-506 ЭСДИ ИПИ СМД Параллельный ATA (PATA) Автобус и тег ДССИ HIPPI Последовательный АТА (SATA) SCSI Параллельно САС ЭСКОН оптоволоконный канал ССА САТА PCI Express (через AHCI или NVMe ) интерфейс логического устройства
Периферийное устройство	Настольная шина Apple Атари СИО DCB Коммодорский автобус HP-IL УМИРАТЬ МИДИ РС-232 РС-422 РС-423 RS-485 Молния DMX512-А IEEE-488 (GPIB) IEEE-1284 (параллельный порт) IEEE-1394 (FireWire) УНИ/О 1-проводной I²C ( ACCESS.bus , PMBus , SMBus ) I3C СПИ D²B Параллельный SCSI Профибус USB Ссылка на камеру Внешний PCIe Удар молнии
Аудио	Световая трубка ADAT AES3 Intel HD Аудио I²S МАДИ МакАСП S/PDIF ТОСЛИНК
Портативный	ПК-карта ЭкспрессКарта
Встроенный	Многоточечный автобус CoreConnect АМБА ( Акси ) Поперечный рычаг БОЛЬНОЙ
Интерфейсы перечислены по их скорости (примерно) в порядке возрастания, поэтому интерфейс в конце каждого раздела должен быть самым быстрым. Категория