التوصيل والتشغيل

في مجال الحوسبة ، يُعرف جهاز التوصيل والتشغيل ( PnP ) أو ناقل البيانات الحاسوبي بأنه جهاز أو ناقل بيانات بمواصفات تُسهّل التعرف على مكونات الأجهزة في النظام دون الحاجة إلى تهيئة الجهاز فعليًا أو تدخل المستخدم لحل تعارضات الموارد. ^{[ 1 ] [ 2 ]} وقد توسع نطاق استخدام مصطلح "التوصيل والتشغيل" ليشمل مجموعة واسعة من التطبيقات التي لا تتطلب أي إعداد من المستخدم. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

تُتحكم أجهزة التوسعة وتتبادل البيانات مع النظام المضيف عبر عناوين محددة لمنافذ الذاكرة أو منافذ الإدخال /الإخراج ، وقنوات الوصول المباشر إلى الذاكرة ، وخطوط طلب المقاطعة ، وآليات أخرى، والتي يجب ربطها بشكل فريد بجهاز معين لكي تعمل. وفرت بعض الحواسيب مجموعات فريدة من هذه الموارد لكل فتحة في اللوحة الأم أو اللوحة الخلفية . بينما وفرت تصميمات أخرى جميع الموارد لجميع الفتحات، وكان لكل جهاز طرفي فك تشفير خاص به لعناوين السجلات أو كتل الذاكرة التي يحتاجها للتواصل مع النظام المضيف. ولأن التعيينات الثابتة جعلت توسيع النظام صعبًا، استخدمت الأجهزة عدة طرق يدوية لتعيين العناوين والموارد الأخرى، مثل وصلات التوصيل السلكية، أو الدبابيس التي يمكن توصيلها بأسلاك أو أشرطة قابلة للإزالة، أو المفاتيح التي يمكن ضبطها لعناوين محددة. ^{[ 5 ]} ومع انتشار المعالجات الدقيقة التي جعلت الحواسيب في متناول الجميع، أصبح تكوين أجهزة الإدخال/الإخراج برمجيًا مفيدًا للسماح للمستخدمين غير المتخصصين بتثبيتها. وشملت الأنظمة المبكرة لتكوين الأجهزة برمجيًا معيار MSX ، ​​وNuBus ، وAmiga Autoconfig ، وIBM Microchannel. في البداية، كانت جميع بطاقات التوسعة لأجهزة IBM PC تتطلب تحديدًا فعليًا لتكوين الإدخال/الإخراج على اللوحة باستخدام وصلات توصيل أو مفاتيح DIP ، ولكن بشكل متزايد، تم ترتيب أجهزة ناقل ISA لتكوينها برمجيًا. ^{[ 6 ]} وبحلول عام 1995، تضمنت مايكروسوفت ويندوز طريقة شاملة لحصر الأجهزة عند بدء التشغيل وتخصيص الموارد ، والتي عُرفت بمعيار "التوصيل والتشغيل". ^{[ 7 ]}

يمكن تخصيص موارد للأجهزة التي تعمل بتقنية التوصيل والتشغيل عند بدء التشغيل فقط، أو قد تكون أنظمة توصيل سريعة مثل USB و IEEE 1394 (FireWire). ^{[ 8 ]}

على اليسار: كتل توصيل بأحجام مختلفة. على اليمين: مفتاح DIP بثمانية مفاتيح.

تطلبت بعض الأجهزة الطرفية للحاسوب الصغير المبكرة من المستخدم النهائي قطع بعض الأسلاك ولحام أسلاك أخرى معًا لإجراء تغييرات في التكوين؛ ^{[ 9 ]} كان من المفترض أن تكون هذه التغييرات دائمة إلى حد كبير طوال عمر الجهاز.

مع ازدياد سهولة استخدام الحواسيب من قبل عامة الناس، برزت الحاجة إلى إجراء تغييرات متكررة من قبل مستخدمي الحواسيب غير الماهرين في استخدام مكواة اللحام. وبدلاً من قطع ولحام الوصلات، أصبح التكوين يتم باستخدام وصلات التوصيل أو مفاتيح DIP . وفي وقت لاحق، تم أتمتة عملية التكوين هذه: التوصيل والتشغيل. ^{[ 6 ]}

نوبوس

في عام 1984، طوّر معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بنية NuBus ^{[ 11 ]} كواجهة طرفية مستقلة عن المنصة، تعمل على أتمتة تهيئة الأجهزة بالكامل. تميّزت هذه البنية بذكاء كافٍ يسمح لها بالعمل مع منصات الحوسبة ذات ترتيب البايتات الكبير والصغير، والتي كانت سابقًا غير متوافقة. مع ذلك، أدّى هذا النهج المستقل إلى زيادة تعقيد عملية الربط، وتطلّب وجود رقائق دعم في كل جهاز، وهو ما كان مكلفًا للغاية في ثمانينيات القرن الماضي. وباستثناء استخدامها في أجهزة Apple Macintosh و NeXT ، لم تنتشر هذه التقنية على نطاق واسع.

بنية القنوات الدقيقة

في عام ١٩٨٧، أصدرت شركة IBM تحديثًا لجهاز IBM PC يُعرف باسم سلسلة أجهزة الكمبيوتر الشخصية PS/2، والتي تستخدم بنية القنوات الدقيقة . ^{[ ١٢ ]} تميز جهاز PS/2 بقدرته على التهيئة الذاتية التلقائية بالكامل. كانت كل قطعة من أجهزة التوسعة تُرفق بقرص مرن يحتوي على ملف خاص يُستخدم لتهيئة الجهاز تلقائيًا للعمل مع الكمبيوتر. يقوم المستخدم بتثبيت الجهاز، وتشغيل الكمبيوتر، وتحميل معلومات التهيئة من القرص، ليقوم الجهاز تلقائيًا بتعيين المقاطعات، وDMA، والإعدادات الأخرى اللازمة.

مع ذلك، شكّلت الأقراص مشكلةً في حال تلفها أو فقدانها، إذ كانت الخيارات الوحيدة آنذاك للحصول على بدائل هي البريد العادي أو خدمة لوحة الإعلانات الإلكترونية (BBS) التابعة لشركة IBM . وبدون الأقراص، يصبح أي جهاز جديد عديم الفائدة تمامًا، وقد لا يعمل الحاسوب أحيانًا على الإطلاق حتى تتم إزالة الجهاز غير المُهيأ.

لم تحظَ تقنية Micro Channel بدعم واسع النطاق، ^{[ 13 ]} لأن شركة IBM أرادت استبعاد مُصنّعي الأجهزة المُقلّدة من هذه المنصة الحاسوبية من الجيل التالي. كان على أي شخص يُطوّر تطبيقات لتقنية MCA توقيع اتفاقيات عدم إفصاح ودفع رسوم ترخيص لشركة IBM عن كل جهاز يُباع، مما رفع سعر أجهزة MCA. ثار المستخدمون النهائيون ومُصنّعو الأجهزة المُقلّدة ضد IBM وطوّروا ناقل بيانات مفتوح المعايير خاص بهم، يُعرف باسم EISA. ونتيجةً لذلك، تراجع استخدام تقنية MCA بشكل كبير باستثناء أجهزة IBM المركزية.

بمرور الوقت، دُمجت في العديد من بطاقات بنية المعيار الصناعي (ISA)، عبر تقنيات خاصة ومتنوعة، مكونات مادية للتكوين الذاتي أو لتوفير التكوين البرمجي؛ وغالبًا ما كانت البطاقة تأتي مزودة ببرنامج تكوين على قرص يمكنه ضبط المكونات المادية القابلة للتكوين البرمجي تلقائيًا (ولكن ليس التكوين الذاتي نفسه). احتوت بعض البطاقات على كلٍ من وصلات التوصيل والتكوين البرمجي، مع تحكم كل منهما في بعض الإعدادات؛ وقد قلل هذا الحل الوسط من عدد وصلات التوصيل التي يجب ضبطها، مع تجنب التكاليف الباهظة لبعض الإعدادات، مثل سجلات غير متطايرة لإعداد عنوان أساسي. استمرت مشكلة وصلات التوصيل المطلوبة، لكنها تضاءلت تدريجيًا مع ازدياد عدد الأجهزة، سواءً من نوع ISA أو غيرها، التي تضمنت مكونات مادية إضافية للتكوين الذاتي. ومع ذلك، لم تحل هذه الجهود مشكلة ضمان حصول المستخدم النهائي على برنامج التشغيل المناسب للمكونات المادية.

كان نظام ISA PnP أو (النظام القديم) Plug & Play نظامًا يعتمد على التوصيل والتشغيل، ويستخدم مزيجًا من التعديلات على الأجهزة، ونظام BIOS، وبرمجيات نظام التشغيل لإدارة تخصيص الموارد تلقائيًا. وقد تم استبداله بناقل PCI خلال منتصف التسعينيات.

تعتمد تقنية التوصيل والتشغيل PCI (التكوين التلقائي) على مواصفات PCI BIOS في التسعينيات، وقد تم استبدال مواصفات PCI BIOS بـ ACPI في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين.

في عام ١٩٩٥، أصدرت مايكروسوفت نظام التشغيل ويندوز ٩٥ ، الذي سعى إلى أتمتة اكتشاف الأجهزة وتكوينها قدر الإمكان، مع إمكانية اللجوء إلى الإعدادات اليدوية عند الضرورة. خلال عملية التثبيت الأولية لويندوز ٩٥، كان النظام يحاول اكتشاف جميع الأجهزة المثبتة فيه تلقائيًا. ولأن الاكتشاف التلقائي الكامل كان عملية جديدة تفتقر إلى دعم كامل من الشركات المصنعة، فقد كانت عملية الاكتشاف تُسجل باستمرار في ملف سجل لتتبع التقدم. في حال فشل فحص الجهاز وتجمد النظام، كان بإمكان المستخدم إعادة تشغيل الكمبيوتر، وإعادة تشغيل عملية الاكتشاف، ليستخدم برنامج التثبيت سجل التتبع لتجاوز النقطة التي تسببت في التجمد السابق. ^{[ ١٤ ]}

في ذلك الوقت، كان من الممكن أن يضم النظام مزيجًا من الأجهزة، بعضها قادر على التهيئة التلقائية، وبعضها الآخر لا يزال يستخدم الإعدادات اليدوية بالكامل عبر وصلات التوصيل ومفاتيح DIP. كان نظام DOS القديم لا يزال كامنًا تحت نظام Windows 95، وكان من الممكن تهيئة الأنظمة لتحميل الأجهزة بثلاث طرق مختلفة:

• من خلال برامج تشغيل إدارة الأجهزة في نظام التشغيل Windows 95 فقط
• باستخدام برامج تشغيل DOS المحملة في ملفات التكوين CONFIG.SYS و AUTOEXEC.BAT
• باستخدام مزيج من برامج تشغيل DOS وبرامج تشغيل إدارة الأجهزة في نظام التشغيل Windows 95

لم تتمكن مايكروسوفت من فرض سيطرة كاملة على جميع إعدادات الأجهزة، لذا قد تتضمن ملفات التكوين مزيجًا من إدخالات برامج التشغيل التي أُضيفت بواسطة عملية التكوين التلقائي لنظام ويندوز 95، وقد تتضمن أيضًا إدخالات برامج تشغيل أُضيفت أو عُدّلت يدويًا من قِبل مستخدمي الكمبيوتر أنفسهم. كما كان بإمكان مدير الأجهزة في ويندوز 95 أن يُتيح للمستخدمين خيارًا من عدة تكوينات شبه تلقائية في محاولة لتوفير موارد للأجهزة التي لا تزال بحاجة إلى تكوين يدوي.

كذلك، على الرغم من أن بعض أجهزة ISA اللاحقة كانت قادرة على التهيئة التلقائية، إلا أنه كان من الشائع أن تقتصر بطاقات توسعة ISA لأجهزة الكمبيوتر الشخصية على عدد محدود جدًا من خيارات خطوط طلب المقاطعة. على سبيل المثال، قد تقتصر واجهة الشبكة على المقاطعات 3 و7 و10 فقط، بينما قد تقتصر بطاقة الصوت على المقاطعات 5 و7 و12. ينتج عن ذلك خيارات تهيئة محدودة إذا كانت بعض هذه المقاطعات مستخدمة بالفعل من قبل جهاز آخر.

كما أن أجهزة الكمبيوتر الشخصية حدت من خيارات توسيع الأجهزة لأنه لا يمكن مشاركة المقاطعات، وبعض بطاقات التوسعة متعددة الوظائف تستخدم مقاطعات متعددة لوظائف البطاقة المختلفة، مثل بطاقة التسلسل ثنائية المنافذ التي تتطلب مقاطعة منفصلة لكل منفذ تسلسلي.

بسبب بيئة التشغيل المعقدة هذه، أنتجت عملية الكشف التلقائي أحيانًا نتائج غير صحيحة، خاصةً في الأنظمة التي تحتوي على عدد كبير من أجهزة التوسعة. وقد أدى ذلك إلى تعارضات في الأجهزة داخل نظام التشغيل ويندوز 95، مما تسبب في فشل الأجهزة التي كان من المفترض أن تُهيئ نفسها تلقائيًا بالكامل في العمل. وأدى عدم موثوقية عملية تثبيت الأجهزة إلى تسمية تقنية التوصيل والتشغيل أحيانًا بـ " التوصيل والدعاء" . ^{[ 15 ]}

حتى عام 2000 تقريبًا، كان من الممكن شراء أجهزة الكمبيوتر الشخصية مزودة بمزيج من فتحات ISA وPCI، مما كان يستدعي أحيانًا ضبط إعدادات أجهزة ISA يدويًا. ولكن مع الإصدارات المتتالية لأنظمة تشغيل جديدة مثل ويندوز 2000 وويندوز XP، امتلكت مايكروسوفت نفوذًا كافيًا للتوقف عن توفير برامج التشغيل للأجهزة القديمة التي لا تدعم خاصية الكشف التلقائي. في بعض الحالات، اضطر المستخدم إلى شراء أجهزة توسعة جديدة أو نظام جديد بالكامل لدعم إصدار نظام التشغيل التالي.

تُستخدم حاليًا عدة واجهات حاسوبية مؤتمتة بالكامل، لا تتطلب أي منها أي تهيئة للجهاز أو أي إجراء آخر من جانب مستخدم الحاسوب، باستثناء تثبيت البرامج للأجهزة ذاتية التهيئة. وتشمل هذه الواجهات ما يلي:

• IEEE 1394 (FireWire)
• PCI ، Mini PCI
• PCI Express ، Mini PCI Express ، Thunderbolt
• بطاقة PCMCIA ، بطاقة الكمبيوتر الشخصي ، بطاقة ExpressCard
• SATA ، واجهة SCSI التسلسلية المرفقة
• USB
• DVI ، HDMI

بالنسبة لمعظم هذه الواجهات، لا تتوفر للمستخدم النهائي سوى معلومات تقنية قليلة جدًا حول أداء الواجهة. ورغم أن كلاً من FireWire وUSB يشتركان في عرض نطاق ترددي يجب أن تتشاركه جميع الأجهزة، فإن معظم أنظمة التشغيل الحديثة غير قادرة على مراقبة أو الإبلاغ عن مقدار عرض النطاق الترددي المستخدم أو المتاح، أو تحديد الأجهزة التي تستخدم الواجهة حاليًا.

• موصل VGA

• الاتفاقيات أهم من التكوين (مبدأ التوصيل والتشغيل)
• التكوين التلقائي (أميغا)
• التبديل السريع
• مساحة تكوين PCI

• التوصيل والتشغيل في نظام التشغيل ويندوز 2000 على موقع ZDNet
• https://community.rapid7.com/docs/DOC-2150أُرشف بتاريخ 12 مايو 2013 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .