什麼是隨插即用技術(Plug and Play)?

多數時候我們認為將滑鼠、鍵盤或其他電腦配件和電腦主機連結後便能直接使用是一件理所當然的事,但事實上並非如此簡單。

現在我們可以輕易地由電腦主機上移除舊有的顯示卡、裝上新的硬體、在相容模式下開啟並且執行新的配備。但在數十年前,這些拆卸過程可能需要花上數個小時。

現在的電腦設備兼容性設計成讓這些事情變為如此容易,都要歸功於隨插即用(Plug and Play,PnP)技術的發展和推動,讓系統的相容性提高。

什麼是隨插即用(Plug and Play)?

不要把隨插即用(Plug and Play)和通用隨插即用(Universal Plug and Play, UPnP)技術搞混。隨插即用是系統操作程序,讓硬體和電腦連接時能夠被自動偵測和配對。

在隨插即用技術發明前,使用者必須靠手動一個一個調整和新硬體相對應的設定,讓新加入的硬體設施能夠順暢地執行。

例如:DIP開關(Dual in-line Package,雙行組件開關)、跳線端子排(Jumper Blocks)、輸出入裝置對應地址(I/O addresses)、硬體中斷請求設定(Interrupt Request,IRQ)、直接存取記憶體(Direct Memory Access,DMA)。

在隨插即用技術發明後,以上所提到的手動設定只有在新增的設備無法辨識或是無法自動連結時,才需要進行。

 

隨插即用技術的發展

如果你曾經有過在家裡透過一個個電腦零件將一部電腦從無到有地組裝起來,一定會知道這個過程有多麼困難。

花上一整個星期在硬體組裝、作業系統及軟體的安裝、進行內部硬體和BIOS系統設定、重置設定和排除故障。但這一切繁雜的程序都隨著隨插即用技術的發明而改變了。

隨插即用的技術發展,隨著Windows 95作業系統的推出,而逐漸成為主流。儘管早期已有類似的作業系統採用隨插即用的技術,例如:mac OS 和 Linux。

但是,Windows作業系統才是讓隨插即用技術及通用隨插即用技術快速發展進步的主要源頭。

早期隨插即用技術尚未成熟時,當電腦要更換或增加新的硬體時,系統常常無法成功地自動辨識且運作,而衍生出一個「隨插及祈禱」的笑話。

一直到硬體設備標準化還有系統編碼整合了以後,硬體零件被系統成功辨識並且順利運作的機率才逐漸增高。隨著時間演變,新的作業系統補強了過去的問題,也使得使用者的使用體驗有所改善。

 

隨插即用的應用

隨插即用能夠成功運作需要以下三個要素的完美配合:作業系統、BIOS還有隨插即用元件。

對於使用者而言,只要簡單地插入新的硬體,然後這個硬體便會自動地運作,完全不會注意到前面提到的三個元素之間的配合,這是最完美的使用體驗。

作業系統自動偵測到硬體發生了變動,於是作業系統開始檢查新的硬體設備資訊,一但硬體的類型成功地被辨識後,作業系統就會啟動相對應的驅動程式來和硬體發出的訊號做連結,並且分配系統資源給新增的硬體、自動排除系統障礙和找出最佳的設定,然後將新增硬體的資訊分享給其他的應用程式,讓其他應用程式能夠一同接收新增設備發出的訊號,最終將所有的硬體設備再度整合在一起。

這些步驟幾乎全部在同一瞬間快速完成,如果有任何的環節無法偵測,才需要使用者介入設定。

鍵盤、滑鼠是可以完全靠隨插即用的技術融入既有的硬體設備。而音效卡、顯示卡這類的硬體,則需要安裝產品專用的驅動程式,才能完成系統配置。

一般來說,只需要隨著程式的要求,按幾下滑鼠便能啟動安裝程序,然後等待安裝完成就可以開始使用了。

有些隨插即用的介面例如 PCI 和 PCI Express 需要電腦在新增或移除硬體之前先關機。有些介面例如PC卡或ExpressCard、USB、HDMI、Firewire (IEEE 1394)和Thunderbolt,則可以接受硬體系統在運轉的情形下可隨時插入或拔除,通常稱為帶電拔插。

使用隨插即用元件的一般原則是,這個元件應該在電腦處在關機狀態時才進行安裝或移除,而外接式的隨插即用硬體則可以在任何時候進行安裝或移除。

即便如此,依然建議想要在電腦仍開著的時候移除這些元件,還是在系統的安全模式下、macOS和Linux系統下則是先中斷設備與電腦的連結後再行拔除。

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