Стандартная отраслевая архитектура
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( январь 2014 г. ) |
| Стандартная отраслевая архитектура | |
 | |
| Год создания | 1981 год |
|---|---|
| Создано | ИБМ |
| Заменено | PCI , ЛПК (1993, 1998) |
| Ширина в битах | 8 или 16 |
| Количество устройств | до 6 устройств |
| Скорость | Полудуплексный режим 8 МБ/с или 16 МБ/с [ 1 ] |
| Стиль | Параллельно |
| Интерфейс горячего подключения | Нет |
| Внешний интерфейс | Нет |
Промышленная стандартная архитектура ( ISA ) — это 16-битная внутренняя шина IBM PC/AT и аналогичных компьютеров на базе процессора Intel 80286 и его непосредственных преемников, появившихся в 1980-х годах. Шина была (в значительной степени) обратно совместима с 8-битной шиной 8088 на базе IBM PC , включая IBM PC/XT, а также IBM PC-совместимые устройства .
Первоначально называвшаяся шиной ПК (8-бит) или шиной AT также называла ее каналом ввода-вывода (16-бит), IBM . Термин ISA был придуман как ретроним производителями клонов IBM PC в конце 1980-х или начале 1990-х годов как реакция на попытки IBM заменить AT-шину своей новой и несовместимой архитектурой Micro Channel .
16-битная шина ISA также использовалась с 32-битными процессорами в течение нескольких лет. Однако попытка расширить его до 32 бит, получившая название « Расширенная отраслевая стандартная архитектура» (EISA), не увенчалась успехом. такие шины, как VESA Local Bus и PCI Позже вместо них использовались , часто вместе со слотами ISA на той же материнской плате . Производные структуры шины AT использовались и до сих пор используются в ATA/IDE , стандарте PCMCIA , CompactFlash , шине PC/104 и внутри Super I/O чипов .
Несмотря на то, что ISA исчезла из потребительских настольных компьютеров много лет назад, она до сих пор используется в промышленных ПК , где используются определенные специализированные карты расширения, которые никогда не переходили на PCI и PCI Express.
История
[ редактировать ]
Оригинальная шина ПК была разработана командой под руководством Марка Дина из IBM в рамках проекта IBM PC в 1981 году. [ 2 ] Это была 8-битная шина, основанная на шине ввода-вывода системы IBM System/23 Datamaster — она использовала тот же физический разъем, аналогичный сигнальный протокол и распиновку. [ 3 ] 16-битная версия, шина IBM AT , была представлена с выпуском IBM PC/AT в 1984 году. Шина AT была в основном обратно совместимым расширением шины ПК - разъем шины AT был расширенной версией шины ПК. разъем. В 1988 году 32-битный стандарт EISA был предложен группой производителей ПК-совместимых компьютеров «Банда девяти», в которую входила Compaq. Compaq создала термин «отраслевая стандартная архитектура» (ISA) вместо термина « совместимость с ПК ». [ 4 ] При этом они задним числом переименовали шину AT в «ISA», чтобы избежать нарушения прав на товарный знак IBM на ее ПК и системах ПК/AT (а также во избежание бесплатной рекламы своего основного конкурента, IBM).
IBM разработала 8-битную версию как буферизованный интерфейс для материнской платы шин процессора Intel 8088 (16/8 бит) в IBM PC и PC/XT, дополненный прерываниями с приоритетом и каналами DMA. 16-битная версия представляла собой обновление шин материнской платы процессора Intel 80286 (и расширенные возможности прерываний и DMA), используемых в IBM AT, с улучшенной поддержкой управления шиной. Таким образом, шина ISA была синхронна с тактовой частотой процессора, пока наборы микросхем не реализовали сложные методы буферизации для взаимодействия ISA с гораздо более быстрыми процессорами.
ISA была разработана для подключения периферийных карт к материнской плате и позволяет осуществлять управление шиной . Адресуемыми являются только первые 16 МБ основной памяти. Исходная 8-битная шина работала на тактовой частоте 4,77 МГц процессора 8088 в IBM PC и PC/XT. Исходная 16-битная шина работала от тактовой частоты процессора 80286 в компьютерах IBM PC/AT, которая составляла 6 МГц в первых моделях и 8 МГц в более поздних моделях. ПК IBM RT также использовал 16-битную шину. ISA также использовалась в некоторых не-IBM-совместимых машинах, таких как Motorola 68k (68030) на базе рабочие станции Apollo (68020) и Amiga 3000 , недолговечный AT&T Hobbit и более поздний PowerPC на базе BeBox .
Такие компании, как Dell, улучшили производительность шины AT. [ 5 ] но в 1987 году IBM заменила шину AT своей собственной микроканальной архитектурой (MCA). MCA преодолела многие ограничения, которые тогда наблюдались в ISA, но также была попыткой IBM восстановить контроль над архитектурой ПК и рынком ПК. MCA был гораздо более продвинутым, чем ISA, и имел множество функций, которые позже появились в PCI. Однако MCA также был закрытым стандартом, тогда как IBM выпустила полные спецификации и схемы для ISA. Производители компьютеров отреагировали на MCA, разработав архитектуру расширенного отраслевого стандарта (EISA), а затем и локальную шину VESA (VLB). Компания VLB использовала некоторые электронные компоненты, изначально предназначенные для MCA, поскольку производители компонентов уже имели оборудование для их производства. И EISA, и VLB были обратно совместимыми расширениями шины AT (ISA).
Пользователи машин на базе ISA должны были знать специальную информацию об оборудовании, которое они добавляли в систему. Хотя некоторые устройства были по сути « подключи и работай », это было редкостью. Пользователям часто приходилось настраивать параметры при добавлении нового устройства, такие как линия IRQ , адрес ввода-вывода или канал DMA . MCA устранил это усложнение, и PCI фактически вобрал в себя многие идеи, впервые использованные в MCA, хотя в большей степени он произошел от EISA.
Эта проблема с настройкой в конечном итоге привела к созданию ISA PnP , системы plug-n-play, которая использовала комбинацию модификаций аппаратного обеспечения, системного BIOS и программного обеспечения операционной системы для автоматического управления распределением ресурсов. В действительности, ISA PnP мог быть проблематичным и не получил должной поддержки до тех пор, пока архитектура не достигла своих последних дней.
Устройство PnP ISA, EISA или VLB может иметь 5-байтовый идентификатор EISA (3-байтовый идентификатор производителя + 2-байтовый шестнадцатеричный номер) для идентификации устройства. Например, CTL0044 соответствует Creative Sound Blaster 16/32 PnP .
Слоты PCI были первыми физически несовместимыми портами расширения, которые напрямую вытеснили ISA с материнской платы. Поначалу материнские платы в основном были ISA, включая несколько слотов PCI. К середине 1990-х годов два типа слотов были примерно сбалансированы, и вскоре слоты ISA оказались в меньшинстве потребительских систем. Спецификация Microsoft PC -99 рекомендовала полностью удалить слоты ISA, хотя архитектура системы по-прежнему требовала присутствия ISA каким-то рудиментарным образом внутри для работы с дисководом гибких дисков , последовательными портами и т. д., поэтому программно-совместимая шина LPC был создан. Слоты ISA сохранялись еще несколько лет, и на рубеже веков было обычным явлением видеть системы с портом ускоренной графики (AGP), расположенным рядом с центральным процессором , множеством слотов PCI и одним или двумя слотами ISA рядом. конец. В конце 2008 года исчезли даже дисководы для гибких дисков и последовательные порты, а исчезновение рудиментарной ISA (к тому времени шины LPC) из наборов микросхем было на горизонте.
Слоты PCI «повернуты» по сравнению с их аналогами ISA — карты PCI по существу вставлялись «вверх ногами», что позволяло разъемам ISA и PCI сжиматься на материнской плате. В каждом слоте одновременно можно использовать только один из двух разъемов, но это обеспечивает большую гибкость.
Интерфейс жесткого диска AT Attachment (ATA) напрямую произошел от 16-битного ISA ПК/AT. ATA берет свое начало от адаптера для фиксированных дисков и дискет для персональных компьютеров IBM, стандартного двухфункционального контроллера гибких дисков и карты контроллера жесткого диска для IBM PC AT; контроллер фиксированного диска на этой карте реализовал набор регистров и базовый набор команд, которые стали основой интерфейса ATA (и который сильно отличался от интерфейса карты контроллера фиксированного диска IBM для PC XT). ISA сторонних производителей Прямыми предшественниками ATA были жесткие карты (HDC) были объединены , в которых жесткий диск (HDD) и контроллер жесткого диска на одной карте. Это было в лучшем случае неудобно, а в худшем — вредно для материнской платы, поскольку слоты ISA не были предназначены для поддержки таких тяжелых устройств, как жесткие диски. Следующее поколение приводов Integrated Drive Electronics переместило и диск, и контроллер в отсек для диска, а для подключения к слоту ISA использовал ленточный кабель и очень простую интерфейсную плату. ATA, по сути, представляет собой стандартизацию этого механизма плюс единую структуру команд для программного обеспечения, взаимодействующего с HDC внутри накопителя. С тех пор ATA был отделен от шины ISA и подключен непосредственно к локальной шине, обычно путем интеграции в набор микросхем, для гораздо более высоких тактовых частот и пропускной способности данных, чем могла поддерживать ISA. ATA имеет четкие характеристики 16-битной ISA, такие как 16-битный размер передачи, синхронизация сигнала в режимах PIO, а также механизмы прерываний и DMA.
Архитектура шины ISA
[ редактировать ] |
 |
Шина PC/XT — это восьмибитная шина ISA, которая использовалась системами Intel 8086 и Intel 8088 в IBM PC и IBM PC XT в 1980-х годах. Среди его 62 контактов были демультиплексированные и электрически буферизованные версии 8 линий данных и 20 адресных линий процессора 8088, а также линии питания, часы, стробы чтения/записи, линии прерываний и т. д. Линии питания включали -5 В и ±12 В. для непосредственной поддержки схем pMOS и nMOS режима улучшения , таких как, среди прочего, динамическое ОЗУ. В архитектуре шины XT используется один процессор Intel 8259 PIC , обеспечивающий восемь векторизованных и приоритетных линий прерываний. Он имеет четыре канала DMA , изначально предусмотренные Intel 8237 . Три канала DMA выведены на слоты расширения шины XT; из них 2 обычно уже назначены функциям машины (дисковод и контроллер жесткого диска):
| DMA-канал | Расширение | Стандартная функция |
|---|---|---|
| 0 | Нет | Динамическое обновление оперативной памяти |
| 1 | Да | Дополнительные карты |
| 2 | Да | гибких дисков Контроллер |
| 3 | Да | жесткого диска Контроллер |
Шина PC /AT , 16- битная (или 80286-) версия шины PC/XT, была представлена вместе с IBM PC/AT . официально назвала эту шину каналом ввода-вывода . IBM [ нужна ссылка ] Он расширяет шину XT за счет добавления второго более короткого краевого разъема в линию с восьмибитным разъемом шины XT, который не изменился, сохраняя совместимость с большинством 8-битных карт. Второй разъем добавляет четыре дополнительные адресные линии, всего 24, и 8 дополнительных линий данных, всего 16. Он также добавляет новые линии прерываний, подключенные ко второму PIC 8259 (подключенному к одной из линий первого) и 4 × 16-битные каналы DMA, а также линии управления для выбора 8- или 16-битной передачи.
В слоте 16-битной шины AT изначально использовались два стандартных торцевых разъема на ранних машинах IBM PC/AT. Однако с ростом популярности AT-архитектуры и 16-битной шины ISA производители представили специализированные 98-контактные разъемы, объединяющие два разъема в один блок. Их можно найти почти в каждом ПК AT-класса, выпущенном после середины 1980-х годов. Разъем слота ISA обычно черный (в отличие от коричневых разъемов EISA и белых разъемов PCI).
Количество устройств
[ редактировать ]Устройства на материнской плате имеют выделенные прерывания (отсутствующие в слотах). 16-битные устройства могут использовать IRQ либо по шине PC, либо по шине PC/AT. Таким образом, можно подключить до 6 устройств, каждое из которых использует одно 8-битное IRQ, и до 5 устройств, каждое из которых использует одно 16-битное IRQ. Одновременно до 4 устройств могут использовать по одному 8-битному каналу DMA каждое, а до 3 устройств могут использовать по одному 16-битному каналу DMA каждое.
Изменение скорости автобуса
[ редактировать ]Первоначально тактовая частота шины была синхронизирована с тактовой частотой ЦП, что приводило к разным тактовым частотам шины среди множества различных «клонов» IBM, представленных на рынке (иногда до 16 или 20 МГц), что приводило к программным или электрическим проблемам с синхронизацией для некоторых ISA. карты на скоростях шины, для которых они не предназначены. Более поздние материнские платы или интегрированные наборы микросхем использовали отдельный тактовый генератор или делитель тактовой частоты, который либо фиксировал частоту шины ISA на уровне 4, 6 или 8 МГц, либо позволял пользователю регулировать частоту через настройку BIOS . При использовании на более высокой частоте шины некоторые карты ISA ( совместимые с Hercules например, некоторые видеокарты, ) могут демонстрировать значительное улучшение производительности.
8/16-битная несовместимость
[ редактировать ]Декодирование адреса памяти для выбора 8- или 16-битного режима передачи было ограничено секциями по 128 КиБ, что приводило к проблемам при смешивании 8- и 16-битных карт, поскольку они не могли сосуществовать в одной и той же области размером 128 КиБ. Это связано с тем, что линия MEMCS16 должна быть установлена только на основе значения LA17-23.
Прошлое и текущее использование
[ редактировать ]ISA до сих пор используется в специализированных промышленных целях. В 2008 году компания IEI Technologies выпустила современную материнскую плату для процессоров Intel Core 2 Duo, которая, помимо других специальных функций ввода-вывода, оснащена двумя слотами ISA. Он предназначался для промышленных и военных пользователей, инвестировавших в дорогие специализированные адаптеры шины ISA, которых не было в версиях с шиной PCI . [ 6 ]
Аналогичным образом, компания ADEK Industrial Computers в начале 2013 года выпустила современную материнскую плату для процессоров Intel Core i3/i5/i7, которая содержит один слот ISA (без DMA). [ 7 ] Также в 2020 году компания MSI выпустила современную материнскую плату с одним слотом ISA. [ 8 ]
Шина PC/104 , используемая в промышленных и встроенных приложениях, является производной от шины ISA и использует те же сигнальные линии с разными разъемами. Шина LPC заменила шину ISA в качестве соединения с устаревшими устройствами ввода-вывода на современных материнских платах; хотя физически LPC совершенно другой, для программного обеспечения он выглядит так же, как ISA, так что особенности ISA, такие как ограничение DMA в 16 МБ (что соответствует полному адресному пространству процессора Intel 80286, используемого в оригинальном IBM AT), скорее всего, сохранятся. вокруг некоторое время.
МИНУТЫ
[ редактировать ]Как поясняется в разделе «История» , ISA послужил основой для разработки интерфейса ATA , используемого для жестких дисков ATA (также известного как IDE). Физически ATA, по сути, представляет собой простое подмножество ISA с 16 битами данных, поддержкой ровно одного IRQ и одного канала DMA, а также 3 битов адреса. К этому подмножеству ISA ATA добавляет две линии выбора адреса IDE («выбор чипа») (т.е. декодирование адреса, фактически эквивалентные битам адреса) и несколько уникальных сигнальных линий, специфичных для жестких дисков ATA/IDE (например, Cable Select/Spindle). Sync.) Помимо канала физического интерфейса, ATA выходит далеко за рамки ISA, определяя также набор регистров физических устройств, которые должны быть реализованы на каждом диске ATA (IDE), а также полный набор протоколов и устройств. команды для управления жесткими дисками с помощью этих регистров. Доступ к регистрам устройств ATA осуществляется с использованием битов адреса и сигналов выбора адреса в канале физического интерфейса ATA, а все операции с жесткими дисками ATA выполняются с использованием протоколов, определенных ATA, через набор команд ATA. Самые ранние версии стандарта ATA содержали несколько простых протоколов и базовый набор команд, сравнимый с наборами команд контроллеров MFM и RLL (которые предшествовали контроллерам ATA), но последние стандарты ATA имеют гораздо более сложные протоколы и наборы команд, которые включают дополнительные команды и протоколы, обеспечивающие такие расширенные функции дополнительного использования, как значительные скрытые области системной памяти, блокировка паролем и программируемое преобразование геометрии.
В середине 1990-х годов хост-контроллер ATA (обычно встроенный в набор микросхем) был переведен в PCI . форму [ 9 ] Еще одно отличие между ISA и ATA заключается в том, что, хотя шина ISA оставалась привязанной к единой стандартной тактовой частоте (для обратной аппаратной совместимости), интерфейс ATA предлагал множество различных режимов скорости, среди которых можно было выбирать, чтобы соответствовать максимальной скорости, поддерживаемой подключенным устройством. дисков и продолжал добавлять более высокие скорости с более поздними версиями стандарта ATA (до 133 МБ/с для ATA-6, последней версии). В большинстве форм ATA работал намного быстрее, чем ISA, при условии, что он был подключен непосредственно к локальной шине. (например, интерфейсы IDE, интегрированные в южный мост) быстрее, чем шина ISA.
ХТ IDE
[ редактировать ]До 16-битного интерфейса ATA/IDE существовал 8-битный интерфейс XT-IDE (также известный как XTA) для жестких дисков. Он не был так популярен, как ATA, и сейчас найти оборудование XT-IDE довольно сложно. Некоторые адаптеры XT-IDE были доступны в виде 8-битных карт ISA, а разъемы XTA также присутствовали на материнских платах более поздних клонов XT от Amstrad , а также на недолговечной линейке устройств Philips . Распиновка XTA была очень похожа на ATA, но использовались только восемь линий данных и две адресные линии, а регистры физического устройства имели совершенно другое значение. Некоторые жесткие диски (например, Seagate ST351A/X) могут поддерживать любой тип интерфейса, выбираемый с помощью перемычки.
Многие более поздние материнские платы AT (и преемники AT) не имели встроенного интерфейса жесткого диска, а использовали отдельный интерфейс жесткого диска, подключаемый к слоту ISA/EISA/VLB. Было даже несколько устройств на базе 80486, поставлявшихся с интерфейсами и дисками MFM/RLL вместо все более распространенного AT-IDE.
Компания Commodore создала периферийный жесткий диск / модуль расширения памяти A590 на базе XT-IDE для своих компьютеров Amiga 500 и 500+, которые также поддерживали диск SCSI . Более поздние модели — A600 , A1200 и серия Amiga 4000 — используют диски AT-IDE.
PCMCIA
[ редактировать ]Спецификацию PCMCIA можно рассматривать как расширенную версию ATA. Стандарт интерфейсов жестких дисков PCMCIA, в состав которых входят флэш-накопители PCMCIA, допускает взаимную настройку порта и накопителя в режиме ATA. В качестве расширения де-факто большинство флэш-накопителей PCMCIA дополнительно допускают простой режим ATA, который включается путем понижения уровня одного контакта, так что оборудование и прошивка PCMCIA не нужны для использования их в качестве накопителя ATA, подключенного к порту ATA. Таким образом, адаптеры от флэш-накопителя PCMCIA к ATA просты и недороги, но не гарантируют, что они будут работать с любыми стандартными флэш-накопителями PCMCIA. Кроме того, такие адаптеры нельзя использовать в качестве обычных портов PCMCIA, поскольку интерфейс PCMCIA намного сложнее, чем интерфейс ATA.
Эмуляция встроенными чипами
[ редактировать ]Хотя большинство современных компьютеров не имеют физических шин ISA, почти все ПК — IA-32 и x86-64 — имеют шины ISA, выделенные в физическом адресном пространстве. Некоторые южные мосты и некоторые процессоры сами предоставляют такие услуги, как мониторинг температуры и считывание напряжения через шины ISA в качестве устройств ISA. [ нужна ссылка ]
Стандартизация
[ редактировать ]IEEE начал стандартизацию шины ISA в 1985 году, получившую название спецификации P996. Однако, несмотря на то, что книги по спецификации P996 были опубликованы, официально она так и не вышла за рамки статуса черновика. [ 10 ]
Современные карты ISA
[ редактировать ]База пользователей старых компьютеров все еще существует, поэтому некоторые карты ISA все еще производятся, например, с USB . портами [ 11 ] или полноценные одноплатные компьютеры на базе современных процессоров USB 3.0 и SATA . [ 12 ]
См. также
[ редактировать ]- PC/104 — встроенный вариант ISA
- Малое количество выводов (LPC)
- Расширенная отраслевая стандартная архитектура (EISA)
- Микроканальная архитектура (MCA)
- VESA Local Bus (VLB)
- Соединение периферийных компонентов (PCI)
- Ускоренный графический порт (AGP)
- PCI-X
- PCI Express (PCI-E или PCIe)
- Список интерфейсов компьютерной шины
- Лисий друг 2
- Нубус
- Коммутируемая ткань
- Список пропускной способности устройства
- КомпактныйPCI
- ПК-карта
- Универсальная последовательная шина (USB)
- Устаревший порт
- Объединительная плата
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кайл Чепмен. «Чудесный мир автобусов» . Проверено 30 июня 2021 г.
- ^ Рейли, Эдвин (2003). Вехи развития информатики и информационных технологий . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. стр. 37 . ISBN 1573565210 . OCLC 51258496 .
- ^ Джон Титус (15 сентября 2001 г.). «Откуда появился IBM PC» . edn.com . Проверено 13 октября 2020 г.
- ^ ЛаПланте, Алиса; Фургер, Роберта (23 января 1989 г.). «Compaq борется за то, чтобы стать IBM 90-х» . Инфомир . стр. 1, 8 . Проверено 17 марта 2016 г.
- ^ Льюис, Питер Х. (24 апреля 1988 г.). «Представляем первые клоны PS/2» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 6 января 2015 года . Проверено 6 января 2015 г.
- ^ IEI Technology Corp: Руководство пользователя IMBA-9654ISA , версия 1.00, май 2008 г.
- ^ Промышленные компьютеры ADEK: Технические характеристики MS-98A9
- ^ Чжие Лю. «Материнская плата MSI LGA1151 переносит нас в 1992 год со слотами PCI» . Аппаратное обеспечение Тома . Проверено 25 июля 2024 г.
- ^ «Контроллер PCI IDE — OSDev Wiki» . wiki.osdev.org . Проверено 27 июля 2024 г.
- ^ Грейвс, Майкл В. (2005). Руководство A+ по обслуживанию и ремонту оборудования ПК, том 1 . Томсон, Дельмар Лиринг. п. 191. ИСБН 1401852300 .
- ^ «USB-адаптер Lo-tech ISA — lo-tech.co.uk» . www.lo-tech.co.uk . Архивировано из оригинала 9 апреля 2018 года . Проверено 3 мая 2018 г.
- ^ «РСА-6763» . www.advantech.com . Архивировано из оригинала 24 октября 2017 года . Проверено 3 мая 2018 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Спецификация шины Intel ISA и рекомендации по применению — версия 2.01 ; Интел; 73 страницы; 1989.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- «Соединительная шина ISA (отраслевая стандартная архитектура)» . Книга аппаратного обеспечения.
- Microsoft (02.06.1999). «Удаление архитектуры ISA на платформах Windows» . Майкрософт. Архивировано из оригинала (Microsoft Word) 11 марта 2012 г. Проверено 14 июля 2007 г.
