Стандартная отраслевая архитектура - Industry Standard Architecture

Не путать с архитектура набора команд.
Чтобы узнать о других способах использования «ISA», см. Иса (значения).
ЭТО
Стандартная отраслевая архитектура
Isa1.jpg
Один 8 бит и пять 16 бит Слоты ISA на материнская плата
Год создания1981; 39 лет назад (1981)
СделаноIBM
ЗамененоPCI, AGP (1993, 1996)
Ширина в битах8 или 16
Нет. устройствдо 6 устройств
СкоростьПолудуплекс 8 МБ / с[1]
СтильПараллельный
Интерфейс горячего подключениянет
Внешний интерфейснет

Стандартная отраслевая архитектура (ЭТО) это 16 бит внутренний автобус из IBM PC / AT и аналогичные компьютеры на базе Intel 80286 и его непосредственные преемники в 1980-х годах. Автобус был (в основном) обратная совместимость с 8-битной шиной 8088 -основан IBM PC, в том числе IBM PC / XT а также Совместимость с IBM PC.

Первоначально назывался Шина ПК (8 бит) или В автобусе (16 бит), его также называли Канал ввода / вывода компании IBM. Термин ISA был придуман как ретроним конкурирующими производителями клонов ПК в конце 1980-х или начале 1990-х годов как реакция на попытки IBM заменить AT-шину ее новой и несовместимой Архитектура Micro Channel.

16-битная шина ISA также использовалась с 32-битными процессорами в течение нескольких лет. Попытка расширить его до 32 бит, вызванная Расширенная отраслевая стандартная архитектура (EISA), однако, не увенчалась успехом. Более поздние автобусы, такие как Местный автобус VESA и PCI вместо этого использовались часто вместе со слотами ISA на том же материнская плата. Производные от конструкции шины AT использовались и до сих пор используются в ATA / IDE, то PCMCIA стандарт Компактная вспышка, то PC / 104 автобус, а внутри Супер ввод / вывод чипсы.

Несмотря на то, что ISA исчезла с настольных компьютеров много лет назад, она все еще используется в промышленные ПК, где используются определенные специализированные карты расширения, которые никогда не переходили на PCI и PCI Express.

История

8-битный XT, 16-битный ISA, EISA (сверху вниз)
8-битный XT: Звуковая карта Adlib FM
16-битный ISA: Madge 4/16 Мбит / с Token Ring  NIC
16-битный ISA: Ethernet Сетевая карта 10Base-5/2
8-битный XT: Робототехника США 56k модем

Оригинальная шина для ПК была разработана командой под руководством Марк Дин в IBM в рамках проекта IBM PC в 1981 году.[2] Это была 8-битная шина, основанная на шине ввода-вывода IBM System / 23 Datamaster система - в ней использовался тот же физический разъем, аналогичный протокол передачи сигналов и распиновка.[3] 16-битная версия, IBM AT bus, был представлен с выпуском IBM PC / AT в 1984 году. В 1988 году 32-разрядная Расширенная отраслевая стандартная архитектура Стандарт (EISA) был предложен группой производителей ПК-совместимых компьютеров «Банда девяти», в которую входила компания Compaq. Compaq создал термин "Стандартная архитектура индустрии" (ISA), чтобы заменить "Совместимость с ПК ".[4] В процессе они задним числом переименован шину AT к ISA, чтобы избежать нарушения товарного знака IBM на ее ПК и системах ПК / AT.

IBM разработала 8-битную версию как буферизованный интерфейс для шин материнской платы Intel 8088 (16/8 бит) ЦП в IBM PC и PC / XT. 16-разрядная версия была обновлением шин материнских плат Intel. 80286 ЦП, используемый в IBM AT. Таким образом, шина ISA была синхронизирована с тактовой частотой процессора до тех пор, пока наборы микросхем не реализовали сложные методы буферизации для взаимодействия ISA с гораздо более быстрыми процессорами.

ISA был разработан для подключения периферийных карт к материнская плата и позволяет автобусный мастеринг. Только первые 16 МБ основной памяти является адресуемой. Исходная 8-битная шина работала с частотой 4,77 МГц процессора 8088 в IBM PC и PC / XT. Первоначальная 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. В ПК IBM RT также использовалась 16-битная шина. ISA также использовалась в некоторых несовместимых с IBM машинах, таких как Motorola. 68 тыс. -основан Аполлон (68020) и Амига 3000 (68030) рабочие станции недолговечные AT&T Хоббит а позже PowerPC -основан BeBox.

Компании как Dell улучшена производительность шины AT[5] но в 1987 году IBM заменила шину AT на свой собственный Архитектура микроканалов (MCA). MCA преодолела многие ограничения, которые тогда были очевидны в ISA, но также была попыткой IBM восстановить контроль над архитектурой ПК и рынком ПК. MCA был намного более продвинутым, чем ISA, и имел много функций, которые позже появятся в PCI. Однако MCA также был закрытым стандартом, тогда как IBM выпустила полные спецификации и принципиальные схемы для ISA. Производители компьютеров ответили на MCA разработкой Расширенная отраслевая стандартная архитектура (EISA) и более поздние Местный автобус VESA (VLB). VLB использовала некоторые электронные компоненты, изначально предназначенные для MCA, потому что производители компонентов уже были оборудованы 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. В то время как несколько устройств были по сути "подключи и работай ", это происходило редко. Пользователям часто приходилось настраивать параметры при добавлении нового устройства, например IRQ линия, Адрес ввода / вывода, или же DMA канал. MCA покончила с этим осложнением и PCI на самом деле вобрал в себя многие идеи, впервые исследованные с помощью MCA, хотя в большей степени произошел от EISA.

Эта проблема с конфигурацией в конечном итоге привела к созданию ISA PnP, а подключи и работай система, в которой использовалась комбинация модификаций оборудования, система BIOS, и Операционная система программное обеспечение для автоматического управления распределением ресурсов. На самом деле ISA PnP может быть проблематичным и не получил хорошей поддержки до тех пор, пока архитектура не подошла к концу.

Слоты PCI были первыми физически несовместимыми портами расширения, которые напрямую вытеснили ISA из материнская плата. Сначала материнские платы были в основном ISA, включая несколько слотов PCI. К середине 1990-х два типа слотов были примерно сбалансированы, и вскоре слоты ISA оказались в меньшинстве потребительских систем. Microsoft с ПК 99 Спецификация рекомендовала полностью удалить слоты ISA, хотя системная архитектура по-прежнему требовала наличия ISA каким-то рудиментарным образом внутри для обработки дисковод, последовательные порты и т. д., поэтому программное обеспечение, совместимое с LPC автобус был создан. Слоты ISA оставались еще несколько лет, и на рубеже веков было обычным явлением видеть системы с Порт ускоренной графики (AGP) сидит рядом с центральное процессорное устройство, массив слотов PCI и один или два слота ISA ближе к концу. В конце 2008 года исчезли даже дисководы гибких дисков и последовательные порты, и исчезновение рудиментарных ISA (к тому времени LPC автобус ) от чипсетов был на горизонте.

Слоты PCI «повернуты» по сравнению с их аналогами ISA - карты PCI по существу вставлялись «вверх ногами», что позволяло соединителям ISA и PCI прижиматься друг к другу на материнской плате. В каждом слоте одновременно можно использовать только один из двух разъемов, но это позволило повысить гибкость.

В Вложение (ATA) интерфейс жесткого диска напрямую унаследован от 16-битного ISA ПК / AT. ATA берет свое начало в карты это интегрировало привод жесткого диска (HDD) и контроллер жесткого диска (HDC) на одну карту. В лучшем случае это было неудобно, а в худшем - повредило материнскую плату, поскольку слоты ISA не были предназначены для поддержки таких тяжелых устройств, как жесткие диски. Следующее поколение Интегрированная приводная электроника Приводы переместили и диск, и контроллер в отсек для дисководов и использовали ленточный кабель и очень простую интерфейсную плату для подключения его к слоту ISA. ATA - это, по сути, стандартизация этого устройства плюс единообразная структура команд для программного обеспечения для взаимодействия 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 может поддерживать ISA. ATA имеет четкие характеристики 16-битного ISA, такие как 16-битный размер передачи, синхронизация сигнала в режимах PIO и механизмы прерывания и DMA.

Архитектура шины ISA


Шина XT pins.svg
Шина ISA pins.svg

В PC / XT-шина это восьми-кусочек Автобус ISA используется Intel 8086 и Intel 8088 системы в IBM PC и IBM PC XT в 1980-е гг. Среди его 62 контактов были демультиплексированный и электрически буферизованные версии 8 линий данных и 20 адресных линий процессора 8088, наряду с линиями питания, тактовыми импульсами, стробами чтения / записи, линиями прерывания и т. д. Линии электропитания включали -5 В и ± 12 В для непосредственной поддержки pMOS и режим улучшения nMOS схемы, такие как динамическое ОЗУ, среди прочего. Архитектура шины XT использует один Intel 8259 ПОС, что дает восемь векторизованных линий прерывания с приоритетом. В нем четыре DMA каналы, изначально предоставленные Intel 8237, 3 канала DMA выведены на слоты расширения шины XT; из них 2 обычно уже назначены машинным функциям (дисковод гибких дисков и контроллер жесткого диска):

Канал DMAРасширениеСтандартная функция
0НетДинамическая память с произвольным доступом обновить
1даДополнительные карты
2даДискета контролер
3даЖесткий диск контролер

В ПК / AT-шина, а 16-кусочек (или 80286-) версия шины PC / XT, была представлена ​​с IBM PC / AT. Этот автобус официально назывался Канал ввода / вывода компании IBM. Он расширяет XT-шину, добавляя вторую более короткую краевой соединитель в соответствии с 8-битным разъемом XT-bus, который не изменился, сохраняя совместимость с большинством 8-битных карт. Второй соединитель добавляет четыре дополнительных адресных строки, всего 24, и 8 дополнительных линий данных, всего 16. Он также добавляет новые линии прерывания, подключенные ко второй. 8259 ПОС (подключен к одной из линий первой) и 4 × 16-битных каналов DMA, а также линий управления для выбора 8- или 16-битных передач.

В 16-битном слоте шины AT изначально использовались два стандартных краевых разъема на ранних машинах IBM PC / AT. Однако с популярностью архитектуры AT и 16-битной шины ISA производители представили специализированные 98-контактные разъемы, которые объединяли два разъема в один блок. Их можно найти практически в каждом ПК класса AT, выпущенном после середины 1980-х годов. Разъем слота ISA обычно черный (в отличие от коричневых разъемов EISA и белых разъемов PCI).

Количество устройств

Материнские платы имеют выделенные IRQ (отсутствуют в слотах). 16-битные устройства могут использовать IRQ либо на шине ПК, либо на шине ПК / AT. Таким образом, можно подключить до 6 устройств, использующих по одному 8-битному IRQ каждое, или до 5 устройств, каждое из которых использует по одному 16-битному IRQ. В то же время 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.

Различная скорость автобуса

Первоначально тактовая частота шины была синхронизирована с тактовой частотой процессора, 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 синхронизации для определенных ISA. карты на скоростях автобуса, для которых они не были предназначены. Более поздние материнские платы или интегрированные чипсеты использовали отдельный тактовый генератор или тактовый делитель, который либо фиксировал частоту шины ISA на 4, 6 или 8 МГц, либо позволял пользователю регулировать частоту через BIOS настраивать. При использовании на более высокой частоте шины некоторые карты ISA (некоторые Совместимость с Геркулесом видеокарты, например), могут значительно улучшить производительность.

8/16-битная несовместимость

Декодирование адреса памяти для выбора 8- или 16-битного режима передачи было ограничено секциями 128 КиБ, что приводило к проблемам при смешивании 8- и 16-битных карт, поскольку они не могли сосуществовать в одной и той же области 128 КиБ. Это связано с тем, что линию MEMCS16 необходимо настраивать только на основе значения LA17-23.

Прошлое и текущее использование

ISA до сих пор используется в специализированных промышленных целях. В 2008 году IEI Technologies выпустила современную материнскую плату для процессоров Intel Core 2 Duo, которая, помимо других специальных функций ввода-вывода, оснащена двумя слотами ISA. Он предназначен для промышленных и военных пользователей, которые инвестировали в дорогие специализированные адаптеры шины ISA, которых нет в PCI автобусные версии.[6]

Аналогичным образом, ADEK Industrial Computers в начале 2013 года выпускает материнскую плату для процессоров Intel Core i3 / i5 / i7, которая содержит один (не DMA) слот ISA.[7]

В PC / 104 шина, используемая в промышленных и встроенных приложениях, является производной шины ISA, в которой используются одни и те же сигнальные линии с разными разъемами. В LPC шина заменила шину ISA как соединение с устаревшими устройствами ввода-вывода на последних материнских платах; хотя физически он сильно отличается, LPC выглядит так же, как ISA для программного обеспечения, так что особенности ISA, такие как ограничение DMA 16 МБ (что соответствует полному адресному пространству процессора Intel 80286, используемого в исходном IBM AT), вероятно, сохранятся какое-то время.

ATA

Как объяснено в История раздела, ISA послужила основой для разработки ATA интерфейс, используемый для ATA (он же IDE) и в последнее время Последовательный ATA (SATA) жесткие диски. Физически ATA - это, по сути, простое подмножество ISA с 16 битами данных, поддержкой ровно одного IRQ и одного канала DMA и 3 битами адреса. К этому подмножеству ISA ATA добавляет две линии выбора адреса IDE («выбор микросхемы») и несколько уникальных сигнальных линий, характерных для жестких дисков ATA / IDE (таких как линия Cable Select / Spindle Sync.) В дополнение к физическому интерфейсу. канал, ATA выходит за рамки ISA, также определяя набор регистров физических устройств, которые будут реализованы на каждом диске ATA (IDE), а также полный набор протоколов и команд устройства для управления фиксированными дисковыми накопителями с использованием этих регистров. Доступ к регистрам устройства ATA осуществляется с помощью битов адреса и сигналов выбора адреса в канале физического интерфейса ATA, а все операции с жесткими дисками ATA выполняются с использованием протоколов, определенных ATA, с помощью набора команд ATA. Самые ранние версии стандарта ATA содержали несколько простых протоколов и базовый набор команд, сопоставимый с наборами команд контроллеров MFM и RLL (которые предшествовали контроллерам ATA), но последние стандарты ATA имеют гораздо более сложные протоколы и наборы инструкций, которые включают дополнительные команды и протоколы, обеспечивающие такие расширенные дополнительные функции, как большие скрытые области памяти системы, блокировка паролем и программируемое преобразование геометрии.

Еще одно отклонение между ISA и ATA состоит в том, что, хотя шина ISA оставалась заблокированной на единой стандартной тактовой частоте (для обратной совместимости с оборудованием), интерфейс ATA предлагал множество различных скоростных режимов, которые можно было выбирать для соответствия максимальной скорости, поддерживаемой подключенным 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 работает намного быстрее, чем ISA, при условии, что он был подключен непосредственно к локальной шине. быстрее, чем шина ISA.

XT-IDE

До 16-битной ATA / IDE интерфейс, был 8-битный интерфейс XT-IDE (также известный как XTA) для жестких дисков. Он не был так популярен, как ATA, а оборудование XT-IDE сейчас найти довольно сложно. Некоторые адаптеры XT-IDE были доступны как 8-битные карты ISA, а сокеты XTA также присутствовали на материнских платах Амстрад более поздние клоны XT, а также недолговечная линия Philips единицы. Распиновка XTA была очень похожа на ATA, но использовались только восемь линий данных и две адресные строки, а регистры физических устройств имели совершенно разные значения. Несколько жестких дисков (например, Seagate ST351A / X) может поддерживать любой тип интерфейса, выбранный с помощью перемычки.

Многие более поздние материнские платы AT (и AT) не имели встроенного интерфейса жесткого диска, но полагались на отдельный интерфейс жесткого диска, подключенный к слоту ISA / EISA / VLB. Было даже несколько модулей на базе 80486, поставляемых с интерфейсами и накопителями MFM / RLL вместо все более распространенной AT-IDE.

Коммодор построили периферийный жесткий диск / модуль расширения памяти A590 на базе XT-IDE для своих Амига 500 и более 500 компьютеров, которые также поддерживали SCSI водить машину. Более поздние модели - A600, A1200, а Амига 4000 series - используйте диски AT-IDE.

PCMCIA

В PCMCIA спецификацию можно рассматривать как надмножество ATA. Стандарт интерфейсов жестких дисков PCMCIA, в который входят флэш-накопители PCMCIA, позволяет взаимно настраивать порт и накопитель в режиме ATA. В качестве расширения де-факто большинство флэш-накопителей PCMCIA дополнительно допускают простой режим ATA, который включается путем снятия низкого уровня на одном контакте, поэтому оборудование и прошивка PCMCIA не нужны для использования их в качестве диска ATA, подключенного к порту ATA. Таким образом, флэш-накопитель PCMCIA к адаптерам ATA прост и недорого, но не гарантируется работа с любым стандартным флэш-накопителем PCMCIA. Кроме того, такие адаптеры нельзя использовать в качестве общих портов PCMCIA, поскольку интерфейс PCMCIA намного сложнее, чем ATA.

Эмуляция встроенными чипами

Хотя большинство современных компьютеров не имеют физических шин ISA, почти все ПК - x86, и x86-64 - иметь шины ISA, выделенные в физическом адресном пространстве. Южный мост, Процессоры и GPU сами предоставляют такие услуги, как мониторинг температуры и показания напряжения через эти шины в качестве устройств ISA.[нужна цитата ]

Стандартизация

IEEE начал стандартизацию шины ISA в 1985 году, названную спецификацией P996. Однако, несмотря на то, что были даже опубликованы книги по спецификации P996, она так и не перешла в статус черновика.[8]

Современные карты ISA

Все еще существует база пользователей со старыми компьютерами, поэтому некоторые карты ISA все еще производятся, например с USB порты[9] или завершить одноплатные компьютеры на базе современных процессоров, USB 3.0, и SATA.[10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ [1]
  2. ^ Рейли, Эдвин (2003). Основные этапы развития информатики и информационных технологий. Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. стр.37. ISBN  1573565210. OCLC  51258496.
  3. ^ Иоанн Тит (15 сентября 2001 г.). "Откуда появился IBM PC". edn.com. Получено 2020-10-13.
  4. ^ ЛаПланте, Алиса; Фургер, Роберта (1989-01-23). «Compaq стремится стать IBM 90-х». InfoWorld. стр.1, 8. Получено 17 марта 2016.
  5. ^ Льюис, Питер Х. (1988-04-24). «Представляем первые клоны PS / 2». Нью-Йорк Таймс. В архиве из оригинала от 6 января 2015 г.. Получено 6 января 2015.
  6. ^ IEI Technology Corp: IMBA-9654ISA Руководство пользователя, Ред. 1.00, май 2008 г.
  7. ^ Промышленные компьютеры ADEK: MS-98A9 Технические характеристики продукта
  8. ^ Грейвс, Майкл В. (2005). A + Руководство по обслуживанию и ремонту оборудования ПК, том 1. Томсон, Делмар Обучение. п. 191. ISBN  1401852300.
  9. ^ "USB-адаптер Lo-tech ISA - lo-tech.co.uk". www.lo-tech.co.uk. В архиве с оригинала 9 апреля 2018 г.. Получено 3 мая 2018.
  10. ^ «ПСА-6763». www.advantech.com. В архиве из оригинала 24 октября 2017 г.. Получено 3 мая 2018.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка