一文读懂热插拔

大家好，今天我们讲一下电脑上各种接口和外设热插拔的问题。

先讲个小疑惑，有一段时间汐元那个藏着很多小姐姐的U盘一插入电脑就会弹出这样的窗口：

当时一度以为Windows已经智能到能够识别小姐姐并且提醒汐元爱惜身体？

但如果点扫描并修复，通常又扫描不出什么问题。后来经IT之家同事提醒，发现弹出这样的窗口，可能和平时直接拔U盘有关。

▲就是这么粗暴

对于U盘来说，大部分情况下，其实不选择“扫描并修复”也没什么问题。但是这个事情应该正视。

虽说U盘这种设备目前都是支持热插拔的，但热插拔≠直接用手插拔！

我们先看看到底什么是热插拔？

从定义上来看，热插拔就是计算机允许用户在不切断电源、不关闭系统的情况下即时接入和取出设备，从而增加计算机扩展外设的灵活性。

仔细看，定义上没有一个字告诉我们热拔插就是可以用手直接拔直接插，所以，想要拔U盘时，正确的做法还是老老实实先点击系统中的“安全弹出设备”。

虽然很多时候我们直接用手拔出也没发生什么，但就像汐元开头说的，提示“扫描并修复”就是直接拔导致的一种小问题。严重的时候，有可能导致数据丢失等问题。

可能有IT之家小伙伴会好奇，那么为什么键盘鼠标这样的外设可以直接用手拔插，U盘就建议大家弹出了呢？

那是因为，U盘这样的存储设备是有缓存空间的，例如文件传输到U盘上，会先写到高速的缓存中，再存到闪存芯片中，所以有时候系统提示文件已经传完了，但可能U盘其实还在读写。

这个时候直接拔出，就有可能破坏文件系统。

当然，这里的缓存也是可以在系统中取消的，具体方法后续IT之家也可以写一个小教程。

但即使去掉了缓存功能，也不建议大家直接拔，因为你也很难保证电脑上有没有什么流氓软件在后台访问你的U盘。

而键盘鼠标这样的设备只是输入输出指令，不存在这种情况，所以直接拔插没啥问题。

讲了这么多，相信大家也想更进一步了解热插拔到底是怎么回事。

从实现的角度来讲，热插拔其实是一个软硬件结合的过程。

总线，可以理解为计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线。可以分为片总线，内总线和外部总线。

其中外部总线是指系统总线，即CPU与存储器、I/O系统之间的连线，外部设备和它直接相关。

90年代中期的586处理器系统总线都增加了外部总线的扩展，这是即插即用的基础。

在接口电路设计方面，如图，当外部设备插入系统时，会有一个很大的瞬时电流向输入电容充电，这可能导致电路损坏。

热插拔电路设计的目的就是把这个瞬时电流控制在合适的水平。

操作的方法主要有三种：

第一种是在接口上引入长、短交错的引脚，长引脚上加入预充电电阻。这是我们经常看到的方法。

插入时，长引脚首先接触到电源，通过预充电电阻为外设的电容充电，同时限制电流；接着短引脚接触电源，分担预充电电阻的负载，为接入的板卡提供一个低阻通道。

拔出时，长引脚最后和电源分离，通过预充电电阻为板卡负载电容放电。

第二种方法比较复杂，主要是通过负温度系数热敏电阻和一个外部特定的晶体管（MOS管）来控制瞬时电流。

MOS管是一种电压控制器件，可以在电路中起到控制电流的作用。

最后一种是最好的解决方案：引入专业的热插拔芯片，提供过压和欠压保护、过载时利用恒流源实现有源电流限制等功能，甚至还有控制电流上升速率、监控电流强度等功能。

至于软件层面，则主要是负责处理用户插拔设备的请求，确认设备是否被占用等。

接下来，我们不妨看看具体设备在热插拔的时候应该注意什么。

1、USB设备

关于USB类设备，其实开头汐元已经讲了好多。

当1994年USB传输协议推出时，科技巨头们就已经考虑到USB接口对热插拔功能的支持了，到现在的雷电3接口，都支持热插拔。

以非常常见的USB Type-A接口为例，可以看到它用到了上面所说的长短交错引脚的控制方法实现热插拔。4根引脚中外侧的两根长引脚用于供电，内侧两根用于数据传输。

这里安利一下，关于USB接口的更多内容，欢迎大家前往IT之家《一文尽懂USB 4》一文中查阅~

对于USB设备来说，热插拔应该注意哪些其实在文章开头汐元也说得差不多了。像U盘、移动硬盘，包括MP3、手机等存储设备的特殊性，我们最好要确认拔出设备时设备没有被占用，因此建议大家使用系统中的弹出功能，否则有可能会造成数据丢失、甚至对设备造成损坏。

这里要提一下，目前来说，手机上的SIM卡和SD卡理论上也是可以热插拔的，以SIM卡为例，卡座上会有专门的卡检测引脚，SIM卡插入或拔出时，会根据电平高低变化来触发中断，软件层面这时候就会根据中断的状态来判断是插卡还是拔卡，然后做出相应的动作。

现实场景中我们在手机上直接插拔SIM卡和SD卡，一般也不会发生一些事故。当然，如果你很谨慎，也可关机后进行插拔。

2、硬盘类

SATA硬盘方面，从2002年开始的SATA2.0协议就已经允许热插拔，多年前在售的硬盘和主板，应该都是SATA2.0或以上的了，所以实现热插拔是没有问题的。

对于机械硬盘和SATA硬盘而言，接口也有和USB类似的长短引脚设计，并且其中有数据线路和电源线路。

在带电状态下插拔硬盘，会产生一个很强的瞬时电流，硬盘的电源线路对这个瞬时电流的宽容能力较强，危险来自硬盘的数据线路，带电的时候插拔，数据线路上会产生很强的瞬间电流和压降，很可能导致硬盘损坏。

所以要记住的一点是，热插拔硬盘时，通常我们会有一个顺序：

插入时，先插电源线路，再插入数据线路，拔开时，则是先拔开数据线路，然后再拔开电源线路。

汐元从IT之家同事手上夺来一个硬盘给大家演示一下：

在软件层面，对于Windows系统而言，热插时，把硬盘插好后，通常我们需要在系统的设备管理器里选择“扫描检测硬件驱动”，而拔出时，则可以在“设备管理器”中选择需要拔掉的硬盘，点击“卸载”，然后再将硬盘拔掉。

至于主板BIOS的问题，目前大部分情况下其实都是默认开启硬盘热插拔（HotPlug）功能的。万一没有，则可以在BIOS中开启“ACHI”模式，然后在副项目中开启“热插拔”功能。

还有就是，对于M.2接口的硬盘，通常不适合热插拔，毕竟这类硬盘需要在主板上固定，固定和解除固定的时候最好是要断电的。

当然，也不排除可能有人骚操作，表示不用固定……

硬盘不比普通的USB产品，对于硬盘的热插拔，建议大家还是按照上述要点来进行，否则操作不当数据损失，那就尴尬了。

3、HDMI等视频接口

HDMI接口从诞生之初就是考虑到热插拔的，以最常见的HDMI A型口为例，其接口的第19针用于热插拔检测（HPD），也有说是第1针的，总之就是倒梯形右上角的那一针。

同时HDMI也有防静电设计。

但是，由于不同HDMI线材的内部工艺不同、质量不同，连接的高清设备不同，这些我们不好控制，所以，HDMI线建议大家最好还是不要热插拔。

和HDMI类似的DP接口，同样也是支持热插拔，但基于和HDMI相似的考虑，我们也不建议热插拔。

至于较老的VGA和DVI接口，理论上它们是不支持热插拔的，很多VGA和DVI线材的接口有螺丝固定，其实就是为了防止大家热插拔。

其实上述视频接口的热插拔功能也还有争议，有IT之家小伙伴可能会说，平时我热插拔也没出什么事嘛！但是，其实也有因为热插拔导致设备主板烧坏的案例，毕竟视频接口数据传输量大，不怕一万就怕万一，大家还是不要热插拔的好。

总结

关于热插拔的问题，今天汐元就和大家谈到这。

总结来说，其实就是一个词：谨慎。

USB设备最好在软件系统层面确认没有占用的时候热插拔，硬盘接口、视频接口，按照各自的特性和要点来。

最忌讳的是不管三七二十一，直接用手拔插的行为，IT之家友情提醒，这不是正确的姿势哦~万一主板或者设备承受不了，发生了意外，那就悲剧了~