Koncepcja działania urządzeń standardu Plug and Play

Podczas instalacji nowego sprzętu w komputerze problemy sprawiała konieczność jego konfigurowania. Polegała na wyborze (ustawieniu) za pomocą zworek lub mikroprzełączników parametrów, takich jak numer przerwania sprzętowego, kanału DMA czy też adresów, których będzie używał. Dodatkowo, nowo zainstalowany sprzęt wymaga sterowników programowych (driverów) do jego obsługi. Koncepcja kart standardu Pług and Play pozwala zautomatyzować ten proces, zwalniając tym samym użytkownika z konieczności jego wykonania.

Realizacja standardu Pług and Play wymaga spełnienia określonych warunków zarówno przez karty, jak i przez płyty główne (złącza magistrali rozszerzającej, BIOS, chipsety) oraz system operacyjny.

Zasada działania i wymagania standardu Pług and Play

Podstawowe założenia dotyczące działania urządzeń i systemu spełniającego standard Pług and Play są następujące:

• W przypadku zainstalowania nowego sprzętu w systemie po włączeniu zasilania system stwierdzi ten fakt, a następnie automatycznie skonfiguruje nowe urządzenie, przydzielając potrzebne mu zasoby w sposób niepowodujący konfliktu z innymi, już zainstalowanymi urządzeniami. Dotyczy to także urządzeń instalowanych w trakcie pracy systemu (ang. hot insertion lub w żargonie installation on thefly).

• W przypadku usunięcia urządzenia z systemu ponownie rozpozna on ten fakt i zwolni zasoby systemu przydzielone usuniętemu urządzeniu. Dotyczy to także usunięcia urządzenia w trakcie pracy systemu (ang. hot removal).

W celu realizacji wymienionych zadań zarówno system, jak i urządzenia muszą spełniać określone wymagania. Urządzenia (np. karty rozszerzające) muszą zapewniać:

• istnienie mechanizmu detekcji obecności karty,

• identyfikacje rodzaju urządzenia oraz jego producenta,

• źródło informacji o zasobach wymaganych przez urządzenie,

• możliwość konfigurowania programowego (wybór ustawień przez zapis do określonychrejestrów konfiguracyjnych).

Wymagania w stosunku do systemu są następujące:

• Powinna istnieć nieulotna pamięć konfiguracji i przydziału zasobów dla urządzeń.

• Musi istnieć program obsługujący wykrywanie obecności i autokonfiguracje urządzeń.

W ostatnim przypadku wymienione oprogramowanie może stanowić w całości element BIOS-u (PnP BIOS) lub być podzielone pomiędzy BIOS a system operacyjny. Ustawienia konfiguracji na poziomie BIOS-u są zapamiętywane w nielotnej pamięci oznaczanej najczęściej skrótem ESCD (ang. Extended System Configuration Data). Ustawienia dokonywane przez system operacyjny przechowywane są na dysku twardym. Ponadto, w celu umożliwienia stosowania tego samego oprogramowania w urządzeniach różnych producentów konieczny jest standard określający między innymi:

• mechanizm detekcji urządzeń,

• adresy rejestrów przechowujących listę wymaganych zasobów i format tej listy,

• adresy rejestrów konfiguracyjnych urządzenia,

• adresy pamięci w systemie, gdzie zapisana jest konfiguracja urządzeń.

Te wymagania spełnia standard PnP.

Start systemu PnP przebiega następująco. Po włączeniu zasilania inicjowane są i działają urządzenia niezbędne do rozpoczęcia pracy systemu (mogą to być zarówno urządzenia PnP, jak i zwykłe). Przykłady tych urządzeń to klawiatura, karta graficzna wraz z monitorem oraz urządzenie umożliwiające załadowanie systemu operacyjnego (ang. IPL device, Initial Program Load device), np. stacja dysków elastycznych, dysk twardy, CD-ROM, Boot-PROM. Za inicjację tych urządzeń odpowiedzialny jest BIOS.

Następnie system powinien przeszukać wszystkie magistrale w celu stwierdzenia obecności określonego sprzętu i wykrycia ewentualnych zmian. Proces ten wymaga istnienia programu przeszukującego (ang. bus enumerator) dla każdego rodzaju magistrali. Po wykryciu nowego urządzenia system powinien odczytać jego rodzaj, wytwórcę oraz zasoby wymagane do poprawnej pracy urządzenia (adresy, przerwania, kanały DMA, sterowniki). Informacje te są przechowywane, zgodnie ze standardem, w określonym miejscu. Po odczytaniu tych informacji program konfigurujący powinien przydzielić urządzeniu potrzebne mu zasoby w sposób niepowodujący konfliktu z innymi urządzeniami. Jednocześnie przydział tych zasobów jest zapisywany do nielotnej pamięci konfiguracji i przydziału zasobów w systemie. Informacja z tej pamięci jest wykorzystywana zarówno przy kolejnym starcie systemu, jak i przy niepowodującym konfliktu przydzielaniu zasobów urządzeniom. W trakcie pierwszego startu systemu żadne urządzenie PnP nie jest jeszcze skonfigurowane, dlatego opisana procedura dotyczy wszystkich urządzeń. W trakcie kolejnych restartów systemu wynik przeszukiwania może dać następujące rezultaty:

• Brak zmian w stosunku do poprzedniego startu. W takim wypadku ustawienia zapisane w pamięci konfiguracji w systemie przepisywane są do zainstalowanych urządzeń.

• Wykryte zostało nowe urządzenie. Ten przypadek powinien spowodować powtórzenie opisanej procedury. Innymi słowy, program powinien przydzielić zasoby urządzeniu w sposób niepowodujący konfliktu z innymi urządzeniami oraz zmodyfikować pamięć przydziału zasobów w systemie.

• Urządzenie zostało zdezinstalowane (usunięte z systemu). Powinno to spowodować zwolnienie zasobów przydzielonych usuniętemu urządzeniu przez odpowiednie zmodyfikowanie pamięci przydziału zasobów.

Podobne do opisanych działania powinny być podjęte w przypadku urządzeń instalowanych i dezinstalowanych w trakcie pracy systemu (np. kart w złączach PCMCIA czy urządzeń w stacjach dokujących).

Sterowniki urządzeń

Aby Windows mógł skorzystać z jakiegokolwiek urządzenia, niezbędny jest zgodny, właściwie skonfigurowany sterownik. Sterowniki są programami obsługi urządzeń, które współpracując ściśle z systemem Windows, odpowiadają za przesyłanie instrukcji użytkownika do urządzenia i zwracanie z powrotem danych. Po zainstalowaniu urządzenia jego sterownik jest ładowany automatycznie i działa jako część systemu operacyjnego, nie wymagając już żadnych działań ze strony użytkownika.

Windows XP zawiera ogromną bibliotekę sterowników – drukarek, klawiatur, skanerów, myszy i innych urządzeń wskazujących, aparatów cyfrowych oraz innych urządzeń –w jednym skompresowanym pliku o nazwie Driver.cab. (Plik ten znajduje się w folderze %SystemRoot%\ Driver Cache\i386). Wszystkie sterowniki znajdujące się w tym pliku mają certyfikat zgodności z Windows XP i są cyfrowo podpisane przez firmę Microsoft. Gdy instalujesz nowe urządzenie standardu Plug and Play, Windows szuka odpowiedniego sterownika, zaczynając od tego folderu. Jeśli znajdzie, dalsza część instalacji przebiega automatycznie. Dodatkowo Microsoft udostępnia najnowsze sterowniki z certyfikatem poprzez funkcję Windows Update.

Aby urządzenie zostało prawidłowo zainstalowane w Windows XP, sterownik musi zawierać plik informacyjny (z rozszerzeniem .inf). Jest to plik tekstowy zawierający szczegółowe informacje o urządzeniu, nazwy plików sterownika, lokalizacje, w których zostaną one zainstalowane, oraz informację o wersji. Wszystkie urządzenia, których sterowniki znajdują się w folderze Driver.cab, mają także odpowiednie pliki informacyjne umieszczone w folderze %SystemRoot%\Inf. Podczas instalacji nowego sterownika w tej lokalizacji może zostać umieszczony jego plik informacyjny. Chociaż plik informacyjny jest istotnym elementem instalacji sprzętu, to jednak zazwyczaj nie ma potrzeby bezpośredniej pracy z nim. Plik zawiera instrukcje wykorzystywane przez system operacyjny podczas wykrywania sprzętu Plug and Play, podczas instalacji nowego urządzenia za pomocą Kreatora dodawania sprzętu lub też programu instalacyjnego.

Podpisane sterowniki są lepsze z dwóch przyczyn:

• Cyfrowy podpis potwierdza, że sterownik pomyślnie przeszedł złożone procedury zgodności w laboratorium jakości firmy Microsoft (Windows Hardware Quality Labs; WHQL). Daje to pewność, że sterownik jest zgodny ze standardami instalacyjnymi i że nie spowoduje niestabilności systemu.

• Podpis oznacza także, że dany sterownik nie został uszkodzony przez inny program instalacyjny, wirusa lub konia trojańskiego.

Błędem byłoby zlekceważenie konsekwencji zainstalowania niepodpisanego i nieodpowiedniego sterownika. Ponieważ sterowniki urządzeń mają dostęp do zasadniczych funkcji systemu operacyjnego, źle napisany sterownik może wywołać błąd powodujący wyświetlenie niebieskiego ekranu znacznie szybciej niż błędny program. Nawet wydawałoby się mało istotny sterownik może spowodować nieoczekiwane zawieszenie systemu wiążące się z utratą danych lub też uniemożliwiające ponowne uruchomienie komputera.

Czasem musisz podjąć trudną decyzję i wybrać między instalacją niepodpisanego sterownika lub rezygnacją z używania danego urządzenia. Jeżeli jest ci ono potrzebne, a zastąpienie go byłoby zbyt kosztowne, możesz dojść do wniosku, że warto zaryzykować.

Jednak w innych przypadkach podjęcie właściwej decyzji jest znacznie trudniejsze, na przykład wtedy, gdy musisz wybierać między podpisanym, lecz podstawowym sterownikiem a niepodpisanym sterownikiem oferującym znacznie więcej funkcji i w pełni wykorzystującym możliwości urządzenia.

Jak już wcześniej wspomniano, domyślnie system ostrzega przed próbą zainstalowania niepodpisanego sterownika. Jeśli jesteś doświadczonym użytkownikiem Windows i masz pewność, że potrafisz samodzielnie wybrać zgodne sterowniki, możesz wyłączyć to ostrzeżenie. Możesz także zmienić ustawienia systemu w taki sposób, aby uniemożliwić użytkownikom instalację niepodpisanych sterowników. Dzięki temu będziesz miał pewność, że inni użytkownicy twojego komputera, dzieci lub współpracownicy, nie narażą go na niebezpieczeństwo, próbując zainstalować niezgodne urządzenie. Aby dostosować opcje związane z instalowaniem sterowników, wykonaj następujące czynności:

1. W Panelu sterowania dwukrotnie kliknij ikonę System i wybierz zakładkę Sprzęt.

2. Kliknij przycisk Podpisywanie sterowników.

3. W oknie dialogowym Opcje podpisywania sterownika, wybierz, w jaki sposób Windows ma zareagować, gdy użytkownik spróbuje zainstalować niepodpisany sterownik.

• Ignoruj. Ta opcja pozwala użytkownikom na zainstalowanie każdego niepodpisanego sterownika bez konieczności klikania w oknie ostrzeżenia.

• Ostrzegaj. Domyślne ustawienie w Windows XP. Użytkownik może zignorować ostrzeżenie i zainstalować niepodpisany sterownik.

• Zablokuj. Po zaznaczeniu tego pola wyboru Windows nie pozwoli na instalację niepodpisanego sterownika.

4. Jeśli chcesz, aby wybrane ustawienie dotyczyło wyłącznie bieżącego użytkownika, wyczyść pole wyboru Uczyń tę akcję domyślną dla systemu. Zaznacz je, jeśli chcesz, aby ustawienie dotyczyło wszystkich użytkowników.

5. Kliknij przycisk OK, aby wprowadzić zmiany.

W przypadku niektórych sterowników, o których wiadomo, że powodują poważne problemy, funkcja Windows XP Ochrona sterowników systemu Windows (Windows Driver Protection) uniemożliwi ich zainstalowanie, bez względu na określoną przez ciebie zasadę. Gdy uruchomisz kreatora dodawania sprzętu i wskażesz sterowniknznajdujący się na liście niedozwolonych sterowników, zobaczysz okno dialogowe informuj ące, że sterownik jest niezgodny i nie może być zainstalowany z Windows XP.

Instalowanie nowego urządzenia

Technologia Plug and Play znacznie się rozwinęła od momentu wprowadzenia jej po raz pierwszy w Windows 95. Początkowo była to technologia zawodna i wielu użytkowników miało do niej sceptyczne nastawienie. Jednak w ostatnich latach ujednolicono wiele standardów sprzętowych i programowych, umożliwiając całkowitą automatyzację większości zadań konfiguracyjnych. Dzięki sprzętowi odpowiadającemu obecnym standardom Plug and Play Windows XP doskonale radzi sobie z konfiguracją urządzeń wewnętrznych i peryferyjnych.

Aby technologia Plug and Play mogła działać właściwie, wszystkie składniki komputera muszą być zdolne do współpracy ze sobą. A w szczególności:

• BIOS komputera musi być zgodny ze standardem Plug and Play oraz standardem zarządzania energią. Możliwość tę mają wszystkie komputery z ACPI BIOS.

• System operacyjny także musi być zgodny z technologią Plug and Play. Windows XP jest z nią w pełni zgodny.

• Urządzenie musi być zdolne autoidentyfikacji, przedstawić listę wymaganych przez siebie zasobów (w tym sterowników) oraz musi pozwalać oprogramowaniu na konfigurowanie go. Urządzenia spełniające wszystkie te wymagania opatrzone są logo Microsoft „Designed for Windows”.

• Sterownik urządzenia musi być zdolny do komunikacji z systemem operacyjnym i odpowiadać na komunikaty urządzeń oraz na zdarzenia związane z zarządzaniem energią. Sterownik Plug and Play może być załadowany automatycznie, gdy Windows wykryje, iż dane urządzenie zostało podłączone, a także może zawieszać i wznawiać swoje działanie wraz z systemem.

W Windows XP standard Plug and Play obsługuje urządzenia USB, IEEE 1394 (Fire-Wire), PCMCIA (PC Card), oraz PCI. Z definicji, wszystkie urządzenia USB lub PCMCIA są urządzeniami standardu Plug and Play, podobnie jak niemal wszystkie urządzenia PCI. Urządzenia podłączane do portu równoległego lub szeregowego mogą, ale nie muszą być zgodne z tym standardem, natomiast żadne starsze urządzenia, korzystające z szyny ISA, nie są zgodne z Plug and Play.

Instalacja urządzenia Plug and Play

Gdy instalujesz urządzenie Plug and Play po raz pierwszy, Windows odczytuje identyfikator Plug and Play znajdujący się w BIOS-ie sprzętu lub firmware. Następnie porównuje ten identyfikator z listą wszystkich znaczników pobranych z plików informacyjnych znajdujących się w ukrytym folderze Inf. Jeśli znajdzie odpowiedni identyfikator, instaluje odpowiedni plik (lub pliki) sterownika i samodzielnie modyfikuje system. W przeciwieństwie do poprzednich wersji Windows, które wyświetlały wskaźnik postępu operacji Plug and Play w oknach dialogowych, Windows XP informuje o wykonaniu poszczególnych zadań komunikatami wyświetlanymi w obszarze powiadomień. Informacji tych może być kilka, ostatnią jest wiadomość o pomyślnym zainstalowaniu urządzenia.

Gdy Windows wykryje urządzenie Plug and Play (na przykład po dołączeniu go do portu USB), ale nie może odnaleźć odpowiedniego podpisanego sterownika urządzenia, uruchamia Kreatora znajdowania sprzętu

Dalszy przebieg instalacji zależy od miejsca, w którym znajduje się sterownik:

Do urządzenia dołączono płytę instalacyjną lub dyskietkę zawierającą sterownik zgodny z Windows XP

Zaznacz pierwszą opcję, Zainstaluj oprogramowanie automatycznie (zalecane), i kliknij przycisk Dalej. Kreator poszuka odpowiednich plików informacyjnych na wszystkich wymiennych dyskach. Jeśli znajdzie tylko jeden zgodny sterownik, zainstaluje go automatycznie; natomiast jeżeli znajdzie kilka zgodnych sterowników, przedstawia listę tych, które odpowiadają identyfikatorowi Plug and Play nowego urządzenia, i pozwoli ci wybrać spośród nich.

Pobrałeś sterownik zgodny z Windows XP i zapisałeś go na dysku lokalnym lub sieciowym

Zaznacz drugie pole wyboru, Zainstaluj z listy lub określonej lokalizacji (zaawansowane).

Konfigurowanie urządzeń niezgodnych ze standardem Plug and Play

Windows nie potrafi automatycznie zainstalować urządzenia niezgodnego ze standardem Plug and Play. Jednak zawiera on setki sterowników dla takich urządzeń, z których wiele wciąż jest przydatnych, chociaż są stare. Inne urządzenia tego typu mają sterowniki do Windows 2000, które są zgodne z systemem Windows XP i które można znaleźć w Internecie. Jeśli masz takie urządzenie, zainstaluj je za pomocą Kreatora dodawania sprzętu. Po pobraniu odpowiedniego sterownika (lub upewnieniu się, że Windows XP zawiera taki sterownik) wykonaj następujące czynności:

1. Jeżeli do urządzenia dołączono płytę CD lub też pobrałeś z Internetu program instalacyjny, uruchom go. Program umieści pliki sterownika na twardym dysku, ułatwiając proces instalacji.

2. Dołącz nowe urządzenie do komputera. Jeśli jest to urządzenie wewnętrzne, wyłącz komputer, zainstaluj urządzenie i ponownie uruchom system.

Włączanie i wyłączanie urządzeń

Usunięcie i ponowna instalacja sterowników urządzeń jest czasem zbędna. Jeśli chcesz tylko włączyć lub wyłączyć dane urządzenie, to możesz to zrobić w Menedżerze urządzeń. Otwórz okno właściwości dla wybranego urządzenia, wybierz kartę Ogólne i wybierz z listy Użycie urządzenia opcję Nie używaj tego urządzenia (wyłącz). Sterowniki urządzenia pozostają na dysku, ale Windows nie ładuje ich. Możesz na przykład wyłączyć sterownik urządzenia, którego używasz tylko sporadycznie i chcesz uniknąć ewentualnych problemów ze stabilnością. Narzędzie uruchomisz tylko wtedy, gdy będziesz chciał z niego skorzystać.