プラグアンドプレイ

コンピューティングにおいて、プラグアンドプレイ( PnP ) デバイスまたはコンピュータバスとは、物理的なデバイス構成やリソース競合の解決におけるユーザー介入を必要とせずに、システム内のハードウェアコンポーネントの認識を容易にする仕様を持つデバイスまたはバスのことです。^[1]^[2]「プラグアンドプレイ」という用語は、その後、ユーザー設定が不要という同様の特徴が当てはまるさまざまなアプリケーションに拡張されました。^[3]^[4]

拡張デバイスは、定義されたメモリまたはI/O空間ポートアドレス、直接メモリアクセスチャネル、割り込み要求ライン、およびその他のメカニズムを介してホストシステムと制御され、これらのメカニズムは、動作する特定のデバイスに一意に関連付けられている必要があります。一部のコンピューターでは、マザーボードまたはバックプレーンの各スロットにこれらのリソースの一意の組み合わせが提供されました。他の設計では、すべてのリソースがすべてのスロットに提供され、各周辺機器は、ホストシステムとの通信に必要なレジスタまたはメモリブロックの独自のアドレスデコードを持っていました。固定された割り当てではシステムの拡張が困難になるため、デバイスでは、ハードワイヤードジャンパー、ワイヤまたは取り外し可能なストラップで接続できるピン、特定のアドレスに設定できるスイッチなど、アドレスやその他のリソースを割り当てるためのいくつかの手動方法が使用されました。^[5]マイクロプロセッサにより大量生産コンピュータが手頃な価格になったため、I/Oデバイスのソフトウェア構成は、専門家以外のユーザーによるインストールを可能にする点で有利でした。デバイスのソフトウェア構成の初期のシステムには、MSX標準、NuBus、Amiga Autoconfig、およびIBM Microchannelがありました。当初、 IBM PCのすべての拡張カードは、ジャンパーストラップまたはDIP スイッチを使用してボード上の I/O 構成を物理的に選択する必要がありましたが、ISA バスデバイスはソフトウェア構成用に調整されるようになりました。^[6] 1995 年までに、Microsoft Windowsには、起動時にハードウェアを列挙してリソースを割り当てる包括的な方法が含まれており、これは「プラグアンドプレイ」標準と呼ばれていました。^[7]

プラグアンドプレイデバイスは、起動時にのみリソースが割り当てられる場合もあれば、USBやIEEE 1394 （FireWire）などのホットプラグシステムの場合もあります。^[8]

デバイス構成の履歴

左:さまざまなサイズのジャンパーブロック。
右: 8 つのスイッチを備えた DIP スイッチ。

初期のマイクロコンピュータ周辺機器の中には、構成変更を行うためにエンドユーザーが物理的にいくつかの配線を切断し、他の配線をはんだ付けする必要がありました。 ^[9]このような変更は、ハードウェアの寿命中はほぼ永続的なものとなるように意図されていました。

コンピュータが一般の人々にとってより身近なものになるにつれ、はんだごての使い方が分からないコンピュータユーザーでもより頻繁に変更を加える必要性が出てきた。接続部分を切断してはんだ付けする代わりに、ジャンパーやDIPスイッチで設定を行った。後にこの設定プロセスは自動化され、プラグアンドプレイになった。^[6]

ＭＳＸ

1983年にリリースされたMSXシステム^[10]は、最初からプラグアンドプレイになるように設計されており、スロットとサブスロットのシステムによってこれを実現しました。各スロットは独自の仮想アドレス空間を持ち、その結果、デバイスアドレスの競合がソース自体で排除されました。ジャンパーや手動設定は不要で、各スロットの独立したアドレス空間により、安価なグルーロジックとともに非常に安価で一般的なチップを使用できました。ソフトウェア側では、ドライバーと拡張機能はカード自体のROMで提供されたため、ソフトウェアを構成するためにディスクやユーザーの介入は必要ありませんでした。ROM拡張機能はハードウェアの違いを抽象化し、 ASCII Corporationによって指定された標準APIを提供しました。

ヌーバス

1984年、マサチューセッツ工科大学（MIT）^[11]は、デバイス構成を完全に自動化するプラットフォームに依存しない周辺機器インターフェイスとしてNuBusアーキテクチャを開発しました。この仕様は十分にインテリジェントで、以前は相互に互換性がなかったビッグエンディアンとリトルエンディアンの両方のコンピュータプラットフォームで動作できました。しかし、この非依存アプローチはインターフェイスの複雑さを増し、1980年代にはコストのかかるすべてのデバイスにサポートチップが必要となり、 Apple MacintoshとNeXTマシンでの使用を除いて、この技術は広く採用されませんでした。

Amiga Autoconfig と Zorro バス

1984 年、コモドールは拡張可能なコンピュータのAmigaライン用にAutoconfigプロトコルと Zorro 拡張バスを開発しました。初めて公開されたのは、1985 年にラスベガスで開催された CES コンピュータショーで、いわゆる「Lorraine」プロトタイプでした。NuBus と同様に、Zorro デバイスにはジャンパーや DIP スイッチはまったくありませんでした。構成情報は各周辺機器の読み取り専用デバイスに保存され、起動時にホストシステムは要求されたリソースをインストールされたカードに割り当てました。Zorro アーキテクチャは Amiga 製品ライン以外の一般的なコンピューティング用途には普及しませんでしたが、最終的にはAmiga コンピュータの後のイテレーションでZorro IIおよびZorro IIIとしてアップグレードされました。

マイクロチャネルアーキテクチャ

1987年、IBMはIBM PCのアップデート版として、マイクロチャネルアーキテクチャを採用したパーソナルシステム/2シリーズをリリースした。^[12] PS/2は完全に自動で自己構成を行うことができた。拡張ハードウェアには、コンピュータで動作するようにハードウェアを自動構成するための特別なファイルを含むフロッピーディスクが付属していた。ユーザーがデバイスをインストールし、コンピュータの電源を入れ、ディスクから構成情報をロードすると、ハードウェアが自動的に割り込み、DMA、その他の必要な設定を割り当てた。

しかし、ディスクが破損したり紛失したりすると問題が生じました。当時は、交換品を入手するには郵便か IBM のダイヤルアップBBSサービスしか方法がなかったからです。ディスクがなければ、新しいハードウェアはまったく役に立たず、未構成のデバイスが取り外されるまでコンピューターがまったく起動しないこともありました。

Micro Channel は、IBM がこの次世代コンピューティングプラットフォームからクローンメーカーを排除したかったため、幅広い支持を得ることができませんでした。 ^[13] MCA 向けに開発する人は、秘密保持契約に署名し、販売したデバイスごとに IBM にロイヤリティを支払う必要があり、MCA デバイスの価格が割高になりました。エンドユーザーとクローンメーカーは IBM に反発し、EISA と呼ばれる独自のオープンスタンダードバスを開発しました。その結果、IBM のメインフレーム以外では MCA の使用は停滞しました。

ISA および PCI の自己構成

やがて、多くのISA ( Industry Standard Architecture ) カードは、独自のさまざまな技術を通じて、自己構成を行うハードウェアやソフトウェア構成を提供するハードウェアを組み込むようになりました。多くの場合、カードにはディスク上の構成プログラムが付属しており、ソフトウェア構成可能な (ただし、カード自体は自己構成しない) ハードウェアを自動的に設定できます。一部のカードにはジャンパーとソフトウェア構成の両方があり、一部の設定はそれぞれで制御されていました。この妥協により、設定する必要のあるジャンパーの数が減り、ベースアドレス設定用の不揮発性レジスタなど、特定の設定にかかる大きなコストを回避できました。必要なジャンパーの問題は続きましたが、ISA およびその他のタイプのデバイスに自己構成ハードウェアが追加されるにつれて、徐々に減少しました。ただし、これらの取り組みでも、エンドユーザーがハードウェアに適したソフトウェアドライバーを持っていることを確認するという問題は解決されませんでした。

ISA PnP または (レガシー) プラグアンドプレイ ISA は、ハードウェア、システム BIOS、およびオペレーティングシステムソフトウェアへの変更を組み合わせて、リソース割り当てを自動的に管理するプラグアンドプレイシステムでした。1990年代半ばに PCIバスに置き換えられました。

PCI プラグアンドプレイ (自動構成) は 1990 年代の PCI BIOS 仕様に基づいていますが、PCI BIOS 仕様は2000 年代にACPIに置き換えられました。

レガシープラグアンドプレイ

1995年、マイクロソフトはデバイスの検出と構成を可能な限り自動化しようとしたが、必要に応じて手動設定に戻すこともできたWindows 95をリリースした。Windows 95の初期インストールプロセスでは、システムにインストールされているすべてのデバイスを自動的に検出しようとした。すべてのデバイスの完全自動検出は業界から完全にサポートされていない新しいプロセスであったため、検出プロセスは検出プロセス中に進行状況追跡ログファイルに常に書き込みを行っていた。デバイスの検出が失敗してシステムがフリーズした場合、エンドユーザーはコンピュータを再起動して検出プロセスを再開することができ、インストーラーは追跡ログを使用して前回のフリーズの原因となったポイントをスキップした。^[14]

当時、システムにはさまざまなデバイスが混在しており、自動構成が可能なデバイスもあれば、ジャンパーや DIP スイッチによる完全な手動設定が使用されているデバイスもありました。Windows 95 の下には DOS の古い世界がまだ残っており、システムは 3 つの異なる方法でデバイスをロードするように構成できました。

Windows 95 デバイスマネージャードライバーのみ
CONFIG.SYSおよびAUTOEXEC.BAT構成ファイルにロードされたDOSドライバを使用する
DOSドライバとWindows 95デバイスマネージャドライバの組み合わせを使用する

Microsoft はすべてのデバイス設定を完全に制御することはできなかったため、構成ファイルには Windows 95 の自動構成プロセスによって挿入されたドライバーエントリが混在する可能性があり、また、コンピューターユーザー自身が手動で挿入または変更したドライバーエントリも含まれる可能性があります。Windows 95 デバイスマネージャーでは、手動構成が必要なデバイスのリソースを解放するために、ユーザーにいくつかの半自動構成の選択肢を提供することもできました。

また、後期の ISA デバイスには自動構成機能を備えたものもありましたが、PC ISA 拡張カードでは割り込み要求ラインの選択肢が非常に限られているのが一般的でした。たとえば、ネットワークインターフェイスでは割り込み 3、7、10 のみに制限され、サウンドカードでは割り込み 5、7、12 のみに制限されることがあります。そのため、これらの割り込みの一部がすでに他のデバイスで使用されている場合、構成の選択肢がほとんどなくなります。

PC コンピュータのハードウェアでは、割り込みを共有できないためデバイス拡張オプションがさらに制限され、一部の多機能拡張カードでは、各シリアルポートごとに個別の割り込みを必要とするデュアルポートシリアルカードなど、異なるカード機能に複数の割り込みが使用されます。

この複雑な動作環境のため、特に拡張デバイスが多数あるシステムでは、自動検出プロセスが誤った結果を生成することがありました。これにより、Windows 95内でデバイスの競合が発生し、完全に自己構成するはずのデバイスが動作しなくなりました。デバイスのインストールプロセスの信頼性の低さから、プラグアンドプレイはプラグアンドプレイと呼ばれることもありました。^[15]

2000 年頃までは、ISA スロットと PCI スロットが混在した PC コンピュータが購入できたため、ISA デバイスを手動で構成する必要が生じることもありました。しかし、Windows 2000 や Windows XP などの新しいオペレーティングシステムが次々とリリースされると、Microsoft は、自動検出をサポートしない古いデバイスにはドライバーを提供しないと宣言するほどの影響力を持つようになりました。場合によっては、ユーザーは、次のオペレーティングシステムのリリースをサポートするために、新しい拡張デバイスやまったく新しいシステムを購入せざるを得ませんでした。

現在のプラグアンドプレイインターフェース

現在、完全に自動化されたコンピュータインターフェイスがいくつか使用されており、自己構成デバイスの場合、ソフトウェアのインストール以外に、コンピュータユーザー側でデバイスの構成やその他の操作は必要ありません。これらのインターフェイスには次のものがあります。

これらのインターフェイスのほとんどでは、エンドユーザーがインターフェイスのパフォーマンスについて入手できる技術情報はほとんどありません。FireWire と USB はどちらもすべてのデバイスで共有する必要がある帯域幅を持っていますが、ほとんどの最新のオペレーティングシステムでは、使用中または利用可能な帯域幅の量を監視して報告したり、現在インターフェイスを使用しているデバイスを特定したりすることができません。^{[引用が必要]}

参照

参考文献

^ Kozierok, Charles M. (2001 年 4 月 17 日)。「プラグアンドプレイ」。The PC Guide。2018年 10 月 16 日閲覧。
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^ 「レガシープラグアンドプレイガイドライン - Microsoft ダウンロードセンター」。2016 年 12 月 16 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年 10 月 16 日閲覧。
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^ プラグアンドプレイの定義
^ 「Apple II カードの電気的な問題」。BigMESSoWires.com (Big Mess o' Wires)。Disk II カードでは、Apple II がアイドル状態のときに 600 mV を計測しました... 3.3 の B VCC 側電源のトレースを切断し、ワイヤラップワイヤを使用して +5v に半田付けします。
^ ゴードン・レイン (2004)。デジタルレトロ：パーソナルコンピュータの進化とデザイン。Ilex Press。ISBN 9781904705390。
^ Pasieka, Michael Stephen (1984). NuBus へのインターフェイスのためのアーキテクチャの検討 (論文). マサチューセッツ工科大学. 電気学科. hdl :1721.1/15573.
^ 「IBM PS/2: 25 年間の PC の歴史」、2012 年 7 月 10 日。1987年に PS/2 が発売されたとき、IBM PC は... このラインは 1987 年 4 月に発売され、... マイクロチャネルアーキテクチャと呼ばれる新しい拡張バスを搭載していました。
^ 「オープンスタンダード vs. IBM – MicroChannel アーキテクチャを振り返る」 2004 年 12 月 9 日。独自の MicroChannel アーキテクチャに基づく PS/2 は、市場の要求に応えたものではありませんでした。
^ スコット・ミューラー著『PC のアップグレードと修理』第 11 版、Que、2999 年、ISBN 0-7897-1903-7、1370ページ
^ 「プラグアンドプレイの概要: Windows が USB デバイスのドライバーを検索する方法」。2009 年 5 月 20 日。プラグアンドプレイは素晴らしいですね。すべてが正常に機能する場合は、本当に素晴らしいです (そのため、「プラグアンドプレイ」と呼ばれることもあります)。

外部リンク

ZDNet の Windows 2000 のプラグアンドプレイ
https://community.rapid7.com/docs/DOC-2150 2013-05-12 にWayback Machineにアーカイブされました

[pcguidedefinition-1] Kozierok, Charles M. (2001 年 4 月 17 日)。「プラグアンドプレイ」。The PC Guide。2018年 10 月 16 日閲覧。

[pcmagdefinition-2] 「プラグアンドプレイの定義（PC Magazine Encyclopediaより）」。pcmag.com。2013年3月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年10月16日閲覧。

[3] 「Microsoft WPD 拡張ストレージ証明書を見つける方法または場所」。microsoft.com。2011年 12 月 28 日。2018 年 10 月 16 日閲覧。

[4] 「プラグアンドプレイとはどういう意味ですか?」。2018年10月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年12月8日閲覧。

[5] 「レガシープラグアンドプレイガイドライン - Microsoft ダウンロードセンター」。2016 年 12 月 16 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年 10 月 16 日閲覧。

[BYTE-6] 「プラグアンドプレイは効果的か（表紙ストーリー）」。BYTE 1991年10月。

[7] 「プラグアンドプレイランタイムサービス」。DrDobbs.com。1995年 9 月 1 日。ランタイムサービス (ソフトウェアでのみ検出可能) は Windows の中核をなすものです。プラグアンドプレイヘッダーを見つけて、ランタイムサービスを呼び出します。Windows 95 には、「新しいハードウェアの追加」ウィザードが含まれています。

[techtermsdefinition-8] プラグアンドプレイの定義

[9] 「Apple II カードの電気的な問題」。BigMESSoWires.com (Big Mess o' Wires)。Disk II カードでは、Apple II がアイドル状態のときに 600 mV を計測しました... 3.3 の B VCC 側電源のトレースを切断し、ワイヤラップワイヤを使用して +5v に半田付けします。

[10] ゴードン・レイン (2004)。デジタルレトロ：パーソナルコンピュータの進化とデザイン。Ilex Press。ISBN 9781904705390。

[11] Pasieka, Michael Stephen (1984). NuBus へのインターフェイスのためのアーキテクチャの検討 (論文). マサチューセッツ工科大学. 電気学科. hdl :1721.1/15573.

[12] 「IBM PS/2: 25 年間の PC の歴史」、2012 年 7 月 10 日。1987年に PS/2 が発売されたとき、IBM PC は... このラインは 1987 年 4 月に発売され、... マイクロチャネルアーキテクチャと呼ばれる新しい拡張バスを搭載していました。

[13] 「オープンスタンダード vs. IBM – MicroChannel アーキテクチャを振り返る」 2004 年 12 月 9 日。独自の MicroChannel アーキテクチャに基づく PS/2 は、市場の要求に応えたものではありませんでした。

[14] スコット・ミューラー著『PC のアップグレードと修理』第 11 版、Que、2999 年、ISBN 0-7897-1903-7、1370ページ

[15] 「プラグアンドプレイの概要: Windows が USB デバイスのドライバーを検索する方法」。2009 年 5 月 20 日。プラグアンドプレイは素晴らしいですね。すべてが正常に機能する場合は、本当に素晴らしいです (そのため、「プラグアンドプレイ」と呼ばれることもあります)。