Průmyslová standardní architektura - Industry Standard Architecture

Další použití "ISA" viz Isa (disambiguation) .
Nesmí být zaměňována s architekturou sady instrukcí .
JE
Průmyslová standardní architektura
Isa1.jpg
Jeden 8bitový a pět 16bitových slotů ISA na základní desce
Rok vytvořen 1981 ; Před 40 lety ( 1981 )
Vytvořil IBM
Nahrazen PCI , LPC (1993, 1998)
Šířka v bitech 8 nebo 16
Počet zařízení až 6 zařízení
Rychlost Half-duplex 8 MB/s nebo 16 MB/s
Styl Paralelní
Rozhraní za provozu Ne
Externí rozhraní Ne

Industry Standard Architecture ( ISA ) je 16-bitové interní sběrnice na IBM PC / AT a obdobných počítačů založený na Intel 80286 a jeho bezprostředních nástupců během 1980. Sběrnice byla (z velké části) zpětně kompatibilní s 8bitovou sběrnicí počítače IBM PC na bázi 8088 , včetně kompatibilních počítačů IBM PC/XT a IBM PC .

Původně označovaný jako sběrnice PC (8bitový) nebo sběrnice AT (16bitový), IBM jej také označoval jako I/O Channel . Termín ISA byl vytvořen jako retronym konkurenčními výrobci PC-klonů na konci 80. nebo na počátku 90. let jako reakce na pokusy IBM nahradit AT-bus novou a nekompatibilní architekturou Micro Channel .

16bitová sběrnice ISA byla také používána s 32bitovými procesory několik let. Pokus o jeho rozšíření na 32 bitů, nazvaný Extended Industry Standard Architecture (EISA), však nebyl příliš úspěšný. Později byly použity pozdější autobusy, jako je VESA Local Bus a PCI , často spolu se sloty ISA na stejné základní desce . Deriváty struktury sběrnice AT byly a stále jsou používány v ATA/IDE , standardu PCMCIA , Compact Flash , sběrnici PC/104 a interně v rámci Super I/O čipů.

Přestože ISA zmizel ze spotřebitelských desktopů před mnoha lety, stále se používá v průmyslových počítačích , kde se používají určité specializované rozšiřující karty, které nikdy nepřešly na PCI a PCI Express.

Dějiny

8bitový XT , 16bitový ISA , EISA (shora dolů)
8bitová XT : Zvuková karta Adlib FM
16bitový ISA : Madge 4/16 Mbps Token Ring NIC
16bitový ISA : Ethernet 10Base-5/2 NIC
8bitový XT : US Robotics 56k Modem

Původní sběrnici PC vyvinul tým vedený Markem Deanem v IBM v rámci projektu IBM PC v roce 1981. Jednalo se o 8bitovou sběrnici založenou na I/O sběrnici systému IBM System/23 Datamaster - používala stejný fyzický konektor a podobný signální protokol a pinout. 16-bitová verze, sběrnice IBM AT , byla představena s vydáním IBM PC/AT v roce 1984. V roce 1988 byla skupina 32-bitových standardů EISA navržena skupinou „Gang of Nine“ výrobců kompatibilních s PC, které včetně Compaq. Společnost Compaq vytvořila termín „Industry Standard Architecture“ (ISA), který nahradil „ PC kompatibilní “. Přitom zpětně přejmenovali sběrnici AT na „ISA“, aby se vyhnuli porušení ochranné známky IBM na jejích systémech PC a PC/AT.

IBM navrhla 8bitovou verzi jako rozhraní s vyrovnávací pamětí pro sběrnice základní desky CPU Intel 8088 (16/8 bitů) v IBM PC a PC/XT. 16bitová verze byla upgradem pro základní desky sběrnic procesoru Intel 80286 používaného v IBM AT. Sběrnice ISA byla proto synchronní s hodinami CPU, dokud čipové sady nezavedly sofistikované metody ukládání do mezipaměti, aby propojily ISA s mnohem rychlejšími CPU.

ISA byl navržen tak, aby připojoval periferní karty k základní desce a umožňoval mastering sběrnice . Adresovatelných je pouze prvních 16 MB hlavní paměti. Původní 8bitová sběrnice běžela z hodin 4,77 MHz CPU 8088 v IBM PC a PC/XT. Původní 16bitová sběrnice běžela z hodin CPU 80286 v počítačích IBM PC/AT, což bylo 6 MHz v prvních modelech a 8 MHz v pozdějších modelech. Počítač IBM RT PC také používal 16bitovou sběrnici. ISA byla také použita v některých kompatibilních zařízení od jiných dodavatelů, jako je Motorola 68k bázi Apollo (68020) a Amigu 3000 (68030), pracovní stanice, krátce trvající AT & T Hobita a později PowerPC založené bebox .

Společnosti jako Dell zlepšily výkon sběrnice AT, ale v roce 1987 IBM nahradilo sběrnici AT vlastní proprietární architekturou Micro Channel Architecture (MCA). MCA překonala mnoho omezení, která byla tehdy v ISA zřejmá, ale byla také snahou IBM znovu získat kontrolu nad architekturou PC a trhem s PC. MCA byla mnohem pokročilejší než ISA a měla mnoho funkcí, které se později objevily v PCI. MCA však byl také uzavřeným standardem, zatímco IBM vydala úplné specifikace a schémata obvodů pro ISA. Výrobci počítačů reagovali na MCA vývojem Extended Industry Standard Architecture (EISA) a pozdější VESA Local Bus (VLB). VLB používalo některé elektronické součásti původně určené pro MCA, protože výrobci komponent již byli vybaveni k jejich výrobě. EISA i VLB byly zpětně kompatibilní expanze sběrnice AT (ISA).

Uživatelé strojů založených na ISA museli znát speciální informace o hardwaru, který přidávali do systému. Přestože hrstka zařízení byla v podstatě „ plug-n-play “, k tomuto došlo jen výjimečně. Uživatelé často museli při přidávání nového zařízení konfigurovat parametry, jako je linka IRQ , adresa I/O nebo kanál DMA . MCA tuto komplikaci odstranila a PCI ve skutečnosti začlenila mnoho myšlenek, které byly nejprve prozkoumány s MCA, ačkoli to bylo přímo pocházející z EISA.

Tento problém s konfigurací nakonec vedl k vytvoření ISA PnP , systému plug-n-play, který využíval kombinaci úprav hardwaru, systému BIOS a softwaru operačního systému k automatické správě přidělování zdrojů. Ve skutečnosti by ISA PnP mohla být problematická a začala být dobře podporována až v době, kdy byla architektura v posledních dnech.

PCI sloty byly první fyzicky nekompatibilní rozšiřující porty, které přímo vytlačily ISA ze základní desky. Základní desky byly z velké části ISA, včetně několika slotů PCI. V polovině devadesátých let byly oba typy slotů zhruba vyvážené a sloty ISA byly brzy v menšině spotřebitelských systémů. Microsoft ‚s PC 99 specifikace doporučuje, aby ISA sloty být zcela odstraněny, i když architektura systému stále zapotřebí ISA být obsaženy v některých zbytkovému způsobem vnitřně zvládnout disketovou mechaniku , sériové porty , atd., Což byl důvod, proč software kompatibilní LPC bus byl vytvořeno. Sloty ISA zůstaly ještě několik let a na přelomu století bylo běžné vidět systémy s portem AGP ( Accelerated Graphics Port ) poblíž centrální procesorové jednotky , řadu slotů PCI a jeden nebo dva sloty ISA poblíž konec. Na konci roku 2008 dokonce zmizely disketové jednotky a sériové porty a na obzoru byl zánik zbytkových ISA (do té doby sběrnice LPC) z čipových sad.

Sloty PCI jsou „otočené“ ve srovnání s jejich protějšky ISA-karty PCI byly v podstatě vloženy „vzhůru nohama“, což umožňovalo konektorům ISA a PCI sevřít dohromady na základní desce. V každém slotu lze použít vždy pouze jeden ze dvou konektorů, což však umožnilo větší flexibilitu.

Rozhraní pevného disku AT Attachment (ATA) pochází přímo ze 16bitového ISA PC/AT. ATA má svůj původ v pevných kartách, které integrovaly jednotku pevného disku (HDD) a řadič pevného disku (HDC) na jednu kartu. To bylo přinejlepším nepříjemné a v nejhorším případě to poškodilo základní desku, protože sloty ISA nebyly navrženy tak, aby podporovaly tak těžká zařízení, jako jsou pevné disky. Další generace jednotek Integrated Drive Electronics přesunula jak jednotku, tak řadič do pozice pro jednotky a pomocí plochého kabelu a velmi jednoduché desky rozhraní jej připojila ke slotu ISA. ATA je v podstatě standardizace tohoto uspořádání plus jednotná struktura příkazů pro software pro rozhraní s HDC v jednotce. ATA byla od té doby oddělena od sběrnice ISA a připojena přímo k místní sběrnici, obvykle integrací do čipové sady, pro mnohem vyšší takty a datovou propustnost, než by ISA mohla podporovat. ATA má jasné vlastnosti 16bitového ISA, jako je 16bitová velikost přenosu, časování signálu v režimech PIO a mechanismy přerušení a DMA.

Architektura sběrnice ISA


Piny sběrnice XT.svg
ISA Bus pins.svg

PC / XT-bus je osmi- bitová ISA sběrnice používaný Intel 8086 a Intel 8088 systémy na IBM PC a IBM PC XT v roce 1980. Mezi jeho 62 piny byly demultiplexované a elektricky pufrované verze 8 datových a 20 adresních řádků procesoru 8088 spolu s napájecími vodiči, hodinami, blesky pro čtení/zápis, přerušovacími linkami atd. Napájecí vedení zahrnovalo −5 V a ± 12 V aby se přímo podporovat PMOS a režim povznesení NMOS obvody, jako je dynamické RAM mimo jiné. Architektura sběrnice XT využívá jeden Intel 8259 PIC , což poskytuje osm vektorizovaných a prioritizovaných linek přerušení. Má čtyři kanály DMA původně poskytované procesorem Intel 8237 , 3 kanály DMA jsou vyvedeny do rozšiřujících slotů sběrnice XT; z toho 2 jsou již obvykle přiděleny funkcím stroje (disketová jednotka a řadič pevného disku):

Kanál DMA Rozšíření Standardní funkce
0 Ne Dynamické obnovení paměti s náhodným přístupem
1 Ano Doplňkové karty
2 Ano Řadič disket
3 Ano Řadič pevného disku

S počítačem IBM PC/AT byla představena sběrnice PC/AT , 16bitová (nebo 80286-) verze sběrnice PC/XT . Tento autobus byl IBM oficiálně nazván I/O Channel . Rozšiřuje sběrnici XT přidáním druhého kratšího okrajového konektoru v řadě s osmibitovým konektorem sběrnice XT, který se nezměnil, a zachovává kompatibilitu s většinou 8bitových karet. Druhý konektor přidává další čtyři adresní řádky pro celkem 24 a 8 dalších datových řádků pro celkem 16. Přidává také nové přerušovací linky připojené k druhému 8259 PIC (připojenému k jednomu z řádků prvního) a 4 × 16bitové kanály DMA a také ovládací linky pro výběr 8- nebo 16bitových přenosů.

16bitový slot sběrnice AT původně používal dvě standardní hranové zásuvkové konektory v počátečních počítačích IBM PC/AT. S popularitou architektury AT a 16bitové sběrnice ISA však výrobci představili specializované 98kolíkové konektory, které integrovaly dvě zásuvky do jedné jednotky. Ty lze nalézt téměř v každém počítači třídy AT vyrobeném po polovině 80. let minulého století. Konektor ISA slotu je obvykle černý (odlišuje se od hnědých konektorů EISA a bílých konektorů PCI).

Počet zařízení

Zařízení základní desky mají vyhrazené IRQ (nejsou ve slotech). 16bitová zařízení mohou používat IRQ pro PC-bus nebo PC/AT-bus. Je tedy možné připojit až 6 zařízení, která používají po jednom 8bitovém IRQ, nebo až 5 zařízení, která používají po jednom 16bitovém IRQ. Současně mohou až 4 zařízení používat jeden 8bitový kanál DMA, zatímco až 3 zařízení mohou používat jeden 16bitový kanál DMA.

Různé rychlosti autobusů

Původně byly hodiny sběrnice synchronní s hodinami CPU, což mělo za následek různé frekvence hodin sběrnice mezi mnoha různými „klony“ IBM na trhu (někdy až 16 nebo 20 MHz), což u určitých ISA vedlo k problémům se softwarovým nebo elektrickým časováním karty při rychlostech autobusů, pro které nebyly určeny. Pozdější základní desky nebo integrované čipové sady používaly samostatný generátor hodin nebo dělič hodin, který buď fixoval frekvenci sběrnice ISA na 4, 6 nebo 8 MHz, nebo umožnil uživateli upravit frekvenci pomocí nastavení systému BIOS . Při použití na vyšší frekvenci sběrnice by některé karty ISA (například některé grafické karty kompatibilní s Hercules ) mohly vykazovat výrazné zlepšení výkonu.

8/16bitová nekompatibilita

Dekódování adresy paměti pro výběr 8 nebo 16bitového přenosového režimu bylo omezeno na 128 KiB sekcí, což vedlo k problémům při míchání 8- a 16bitových karet, protože nemohly koexistovat ve stejné oblasti 128 KiB. Důvodem je, že řádek MEMCS16 je nutné nastavit pouze na základě hodnoty LA17-23.

Minulé a současné použití

ISA se dodnes používá pro specializované průmyslové účely. V roce 2008 vydala společnost IEI Technologies moderní základní desku pro procesory Intel Core 2 Duo, která je kromě dalších speciálních funkcí I/O vybavena dvěma sloty ISA. Je prodáván průmyslovým a vojenským uživatelům, kteří investovali do drahých specializovaných adaptérů sběrnice ISA, které nejsou k dispozici ve verzích sběrnice PCI .

Podobně společnost ADEK Industrial Computers vydává počátkem roku 2013 základní desku pro procesory Intel Core i3/i5/i7, která obsahuje jeden slot ISA (bez DMA).

PC / 104 sběrnice, který se používá v průmyslových a vestavěných aplikací, je derivát ISA sběrnice, za použití stejných signální vedení s různými konektory. LPC bus byl nahrazen ISA sběrnici jako připojení k odkazu I / O zařízení na posledních deskách; i když je fyzicky zcela odlišný, LPC vypadá jako software od ISA, takže zvláštnosti ISA, jako je limit 16 MiB DMA (což odpovídá plnému adresnímu prostoru procesoru Intel 80286 použitého v původním IBM AT), se pravděpodobně udrží chvíli kolem.

ATA

Jak bylo vysvětleno v části Historie , ISA byl základem pro vývoj rozhraní ATA , používaného pro pevné disky ATA (aka IDE) a nověji Serial ATA (SATA) . Fyzicky je ATA v podstatě jednoduchá podmnožina ISA se 16 datovými bity, podporou přesně jednoho IRQ a jednoho kanálu DMA a 3 adresními bity. K této podmnožině ISA přidává ATA dvě linky pro výběr adresy IDE („výběr čipu“) a několik jedinečných signálních linek specifických pro pevné disky ATA/IDE (například řada Cable Select/Spindle Sync.) Kromě fyzického rozhraní kanál, ATA přesahuje rámec ISA a daleko za něj, a to tím, že také specifikuje sadu fyzických registrů zařízení, které mají být implementovány na každé jednotce ATA (IDE), a úplnou sadu protokolů a příkazů zařízení pro ovládání pevných diskových jednotek pomocí těchto registrů. K registrům zařízení ATA se přistupuje pomocí bitů adresy a signálů výběru adresy v kanálu fyzického rozhraní ATA a všechny operace pevných disků ATA se provádějí pomocí protokolů specifikovaných ATA prostřednictvím sady příkazů ATA. Nejstarší verze standardu ATA obsahovaly několik jednoduchých protokolů a základní sadu příkazů srovnatelnou se sadami příkazů řadičů MFM a RLL (které předcházely řadičům ATA), ale nejnovější standardy ATA mají mnohem složitější protokoly a instrukční sady, které obsahují volitelné příkazy a protokoly poskytující tak pokročilé funkce volitelného použití, jako jsou velké skryté oblasti úložiště systému, zabezpečení heslem a překlad programovatelné geometrie.

Další odchylka mezi ISA a ATA spočívá v tom, že zatímco sběrnice ISA zůstala uzamčena v jediné standardní hodinové frekvenci (pro zpětnou kompatibilitu hardwaru), rozhraní ATA nabízelo mnoho různých rychlostních režimů, mezi nimi bylo možné vybrat tak, aby odpovídaly maximální rychlosti podporované připojenými disky a stále přidával vyšší rychlosti s novějšími verzemi standardu ATA (až 133 MB/s pro ATA-6, nejnovější.) ATA běžel ve většině forem mnohem rychleji než ISA za předpokladu, že byl připojen přímo k místní sběrnici rychlejší než sběrnice ISA.

XT-IDE

Před 16bitovým rozhraním ATA/IDE existovalo 8bitové rozhraní XT-IDE (také známé jako XTA) pro pevné disky. Nebylo to zdaleka tak populární, jak se ATA stalo, a hardware XT-IDE je nyní poměrně těžké najít. Některé adaptéry XT-IDE byly k dispozici jako 8bitové karty ISA a zásuvky XTA byly také přítomny na základních deskách pozdějších klonů XT společnosti Amstrad a také v řadě jednotek Philips s krátkou životností . Pinout XTA byl velmi podobný ATA, ale bylo použito pouze osm datových linek a dva adresní řádky a registry fyzických zařízení měly úplně jiný význam. Několik pevných disků (například Seagate ST351A/X) by mohlo podporovat oba typy rozhraní, vybrané pomocí propojky.

Mnoho pozdějších základních desek AT (a AT nástupců) nemělo integrované rozhraní pevného disku, ale spoléhalo se na samostatné rozhraní pevného disku zapojené do slotu ISA/EISA/VLB. Dokonce bylo několik stále více 80486 jednotek dodáváno s rozhraními a jednotkami MFM/RLL místo stále běžnějšího AT-IDE.

Společnost Commodore postavila pro své počítače Amiga 500 a 500+, které také podporovaly jednotku SCSI, periferní pevný disk / paměťovou rozšiřující jednotku A590 na bázi XT-IDE . Pozdější modely-řady A600 , A1200 a Amiga 4000 -používají disky AT-IDE.

PCMCIA

Specifikaci PCMCIA lze považovat za nadmnožinu ATA. Standard pro rozhraní pevných disků PCMCIA, který zahrnoval flash disky PCMCIA, umožňuje vzájemnou konfiguraci portu a disku v režimu ATA. Jako de facto rozšíření většina flash disků PCMCIA navíc umožňuje jednoduchý režim ATA, který je povolen vytažením jediného pinu, takže hardware a firmware PCMCIA není nutné používat jako jednotku ATA připojenou k portu ATA. Adaptéry flash disku PCMCIA na ATA jsou tedy jednoduché a levné, ale není zaručeno, že budou fungovat s jakýmkoli standardním flash diskem PCMCIA. Navíc tyto adaptéry nelze použít jako obecné porty PCMCIA, protože rozhraní PCMCIA je mnohem složitější než ATA.

Emulace vloženými čipy

Ačkoli většina moderních počítačů nemá fyzické sběrnice ISA, téměř všechny počítače- x86 a x86-64 -mají sběrnice ISA přiděleny ve fyzickém adresním prostoru. Southbridge , CPU a GPU samy poskytují služby jako monitorování teploty a odečty napětí prostřednictvím těchto sběrnic jako zařízení ISA.

Standardizace

IEEE zahájilo standardizaci sběrnice ISA v roce 1985, nazvanou specifikace P996. Navzdory tomu, že dokonce byly vydány knihy o specifikaci P996, nikdy oficiálně neprošlo přes stav draftu.

Moderní karty ISA

Stále existuje stávající uživatelská základna se starými počítači, takže některé karty ISA se stále vyrábějí, např. S porty USB nebo kompletními jednodeskovými počítači založenými na moderních procesorech, USB 3.0 a SATA .

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy