Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Чтобы узнать о других значениях «ISA», см. Иса (значения) .
Не путать с архитектурой набора команд .
ЭТО
Стандартная отраслевая архитектура
Isa1.jpg
Один 8-битный и пять 16-битных слотов ISA на материнской плате
Год создания1981 ; 40 лет назад ( 1981 )
СозданIBM
ЗамененоPCI , AGP , LPC (1993, 1996, 1998)
Ширина в битах8 или 16
Кол- во устройствдо 6 устройств
СкоростьПолудуплекс 8 МБ / с или 16 МБ / с [1]
СтильПараллельный
Интерфейс горячего подключениянет
Внешний интерфейснет

Industry Standard Architecture ( ISA ) является 16-битная внутренняя шина от IBM PC / AT и аналогичных компьютеров на основе Intel 80286 и его ближайших преемников в течение 1980 - х годов. Автобус был ( в значительной степени) обратно совместим с 8-битной шиной 8088 основанное IBM PC , в том числе IBM PC / XT , а также совместимых с IBM PC .

Первоначально называемая шиной ПК (8-бит) или шиной AT (16-бит), IBM также называла его каналом ввода-вывода . 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-bus своей новой 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 расширенной отраслевой стандартной архитектуры (EISA), не увенчалась успехом. Вместо этого использовались более поздние шины, такие как VESA Local Bus и PCI , часто вместе со слотами ISA на той же материнской плате . Производные от структуры шины AT использовались и до сих пор используются в ATA / IDE , стандарте PCMCIA , Compact Flash , шине PC / 104 и внутри микросхем Super I / O.

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

История [ править ]

8-битный XT , 16-битный ISA , EISA (сверху вниз)
8-битная звуковая карта XT : Adlib FM
16-битный ISA : сетевая карта Madge 4/16 Мбит / с Token Ring 
16-битный ISA : сетевая карта Ethernet 10Base-5/2
8-битный модем XT : US Robotics 56k

Оригинальный автобус PC был разработан группой под руководством Марка Дина в IBM в рамках проекта IBM PC в 1981 году [2] Это был 8-битную шину на основе I / O шине IBM System / 23 DataMaster системы - он использовал тот же физический разъем, аналогичный протокол передачи сигналов и распиновку. [3] 16-разрядная версия, шина IBM AT , была представлена ​​с выпуском IBM PC / AT в 1984 году. В 1988 году стандарт 32-разрядной расширенной отраслевой стандартной архитектуры (EISA) был предложен Группой Девять "группа производителей ПК-совместимых, включая Compaq. Compaq ввела термин «промышленная стандартная архитектура» (ISA), чтобы заменить « совместимый с ПК". [4] В процессе они задним числом переименовали шину AT в" ISA ", чтобы избежать нарушения товарного знака IBM на ее ПК и системах PC / AT.

IBM разработала 8-битную версию в качестве буферизованного интерфейса для шины материнской платы процессора Intel 8088 (16/8 бит) в IBM PC и PC / XT. 16-разрядная версия была обновлением шин материнской платы процессора Intel 80286, используемого 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 была разработана для подключения периферийных карт к материнской плате и позволяет управлять шиной . Адресованы только первые 16 МБ основной памяти. 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. IBM PC RT также использовали 16-битную шину. ISA также используется в некоторых совместимых машинах , не IBM , таких как Motorola 68k -На Apollo (68020) и Amiga 3000 (68030) рабочих станций, недолговечный AT & T Хоббит и позже PowerPCна основе BeBox .

Такие компании, как Dell, улучшили производительность шины AT [5], но в 1987 году IBM заменила шину AT своей собственной архитектурой Micro Channel Architecture (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 отреагировали на MCA, разработав расширенную отраслевую стандартную архитектуру (EISA) и более позднюю локальную шину 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. Хотя некоторые устройства были по сути « plug-n-play », это было редкостью. При добавлении нового устройства пользователям часто приходилось настраивать параметры, такие как линия IRQ , адрес ввода-вывода или канал DMA . MCA покончила с этим усложнением, и PCI фактически включил в себя многие идеи, впервые исследованные с помощью MCA, хотя он был более прямым наследником EISA.

Эта проблема с конфигурацией в конечном итоге привела к созданию ISA PnP , системы plug-n-play , в которой использовалась комбинация модификаций оборудования, системного BIOS и программного обеспечения операционной системы для автоматического управления распределением ресурсов. В действительности, 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 с материнской платы . Сначала материнские платы были в основном ISA, включая несколько слотов PCI. К середине 1990-х годов два типа слотов были примерно сбалансированы, и вскоре слоты ISA оказались в меньшинстве среди потребительских систем. Microsoft «s PC 99 спецификация рекомендуется , чтобы ISA слоты быть удалены полностью, хотя архитектура системы все еще требуется ISA , чтобы присутствовать в какой - то подавленной образом внутренне справиться с флоппи , последовательные порты , и т.д., и именно поэтому программное обеспечение совместимо LPC шинабыл создан. Слоты ISA оставались еще несколько лет, и на рубеже веков было обычным явлением видеть системы с портом ускоренной графики (AGP), расположенным рядом с центральным процессором , массивом слотов PCI и одним или двумя слотами ISA рядом с центральным процессором. конец. В конце 2008 года исчезли даже дисководы гибких дисков и последовательные порты, и исчезновение рудиментарных ISA (к тому времени шина 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 соединителям ISA и PCI прижиматься друг к другу на материнской плате. Только один из двух разъемов может использоваться в каждом слоте одновременно, но это обеспечивает большую гибкость.

Интерфейс жесткого диска AT Attachment (ATA) напрямую унаследован от 16-битного ISA ПК / AT. ATA берет свое начало в жестких картах, которые объединяли жесткий диск (HDD) и контроллер жесткого диска (HDC) на одной карте. Это было в лучшем случае неудобно, а в худшем - повредило материнскую плату, поскольку слоты ISA не были предназначены для поддержки таких тяжелых устройств, как жесткие диски. Следующее поколение интегрированной приводной электроникиПриводы переместили и диск, и контроллер в отсек для дисков 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 [ править ]


PC / XT-шина является восьми- битого ISA шина используется Intel 8086 и Intel 8088 систем 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, тактовые импульсы, стробоскопы чтения / записи, линии прерывания и т. Д. Линии электропитания включали -5 В и ± 12 В. для прямой поддержки pMOS и схем nMOS в режиме расширения, таких как, среди прочего, динамическое ОЗУ. Архитектура шины XT использует один Intel 8259 PIC., что дает восемь векторизованных линий прерывания с приоритетом. Он имеет четыре канала DMA, изначально предоставленных Intel 8237 , 3 из которых выведены на слоты расширения шины XT; из них 2 обычно уже назначены машинным функциям (дисковод гибких дисков и контроллер жесткого диска):

Канал DMAРасширениеСтандартная функция
0НетДинамическое обновление памяти с произвольным доступом
1даДополнительные карты
2даДиск Floppy контроллер
3даКонтроллер жесткого диска

PC / AT шины , 16- разрядная версия (или 80286-) на PC / XT шины, была введена с IBM PC / AT . IBM официально назвала эту шину каналом ввода-вывода . [ необходима цитата ] Он расширяет XT-bus, добавляя второй более короткий коннектор на линии с восьмиразрядным коннектором 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 второму 8259 PIC. (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-разрядной шины ISA производители представили специализированные 98-контактные разъемы, объединяющие 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 [ редактировать ]

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, каждое из которых использует по одному 8-битному IRQ, 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, в то время как до 3 устройств могут использовать по одному 16-битному каналу DMA каждое.

Различная скорость автобуса [ править ]

Первоначально тактовая частота шины была синхронизирована с тактовой частотой процессора, что приводило к разным тактовым частотам шины среди множества различных «клонов» IBM на рынке (иногда до 16 или 20 МГц), что приводило к программным или электрическим проблемам синхронизации для некоторых ISA. карты на скоростях автобуса, для которых они не были предназначены. Более поздние материнские платы или интегрированные наборы микросхем использовали отдельный тактовый генератор или тактовый делитель, 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 (например, некоторые видеокарты, совместимые с Hercules ) могут значительно улучшить производительность.

8/16-битная несовместимость [ править ]

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 требуется установить линию MEMCS16 только на основе значения LA17-23.

Прошлое и текущее использование [ править ]

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 вложили средства в дорогие специализированные адаптеры шины ISA, которых нет в версиях шины PCI . [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]

PC / 104 автобуса, используемый в промышленных и встроенных приложениях, является производным от ISA шины, используя те же сигнальные линии с различными разъемами. LPC автобус заменил ISA шины в качестве подключения к устройствам унаследованного ввода / вывода на последних материнских платы; 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 [ править ]

Как объяснялось в разделе « История », ISA была основой для разработки интерфейса ATA , используемого для ATA (также известного как IDE), а в последнее время - для Serial 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 выбора кабеля / синхронизации шпинделя). В дополнение к физическому интерфейсу. канал, ATA выходит за рамки ISA, также определяя набор регистров физических устройств, которые должны быть реализованы на каждом диске ATA (IDE), и 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, сравнимый 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.но последние стандарты ATA имеют гораздо более сложные протоколы и наборы инструкций, которые включают дополнительные команды и протоколы, обеспечивающие такие расширенные возможности дополнительного использования, как большие скрытые области памяти системы, блокировка паролем и программируемое преобразование геометрии.но последние стандарты ATA имеют гораздо более сложные протоколы и наборы инструкций, которые включают дополнительные команды и протоколы, обеспечивающие такие расширенные возможности дополнительного использования, как большие скрытые области памяти системы, блокировка паролем и программируемое преобразование геометрии.

Еще одно отклонение между ISA и ATA заключается 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, мог выбирать среди них, чтобы соответствовать максимальной скорости, поддерживаемой подключенным оборудованием. 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 [ править ]

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, а оборудование XT-IDE сейчас довольно сложно найти. Некоторые адаптеры XT-IDE были доступны в виде 8-битных карт ISA, а разъемы XTA также присутствовали на материнских платах более поздних клонов XT Amstrad, а также в недолговечной линейке устройств Philips . 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) могут поддерживать любой тип интерфейса, выбранный с помощью перемычки.

Многие более поздние материнские платы AT (и преемники 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.

Commodore построила периферийный жесткий диск / модуль расширения памяти A590 на основе XT-IDE для своих компьютеров Amiga 500 и 500+, которые также поддерживали диск SCSI . Более поздние модели - серии A600 , A1200 и Amiga 4000 - используют диски AT-IDE.

PCMCIA [ править ]

Спецификацию PCMCIA 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 [ править ]

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

Стандартизация [ править ]

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 [ править ]

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

См. Также [ править ]

  • PC / 104 - Встроенный вариант ISA
  • Низкое количество выводов (LPC)
  • Расширенная отраслевая стандартная архитектура (EISA)
  • Архитектура микроканалов (MCA)
  • Местный автобус VESA (VLB)
  • Соединение периферийных компонентов (PCI)
  • Порт ускоренной графики (AGP)
  • PCI-X
  • PCI Express (PCI-E или PCIe)
  • Список интерфейсов компьютерной шины
  • Амига Зорро II
  • NuBus
  • Коммутируемая ткань
  • Список пропускной способности устройства
  • CompactPCI
  • PC-карта
  • Универсальная последовательная шина (USB)
  • Старый порт
  • Объединительная плата

Ссылки [ править ]

  1. ^ [1]
  2. ^ Рейли, Эдвин (2003). Вехи в компьютерных науках и информационных технологиях . Вестпорт, штат Коннектикут: Greenwood Press. С.  37 . ISBN 1573565210. OCLC  51258496 .
  3. ^ Джон Титус (2001-09-15). «Откуда появился IBM PC» . edn.com . Проверено 13 октября 2020 .
  4. ^ ЛаПланте, Алиса; Фургер, Роберта (1989-01-23). «Compaq стремится стать IBM 90-х» . InfoWorld . С. 1, 8 . Проверено 17 марта 2016 года .
  5. ^ Льюис, Питер Х. (1988-04-24). «Представляем первые клоны PS / 2» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано 6 января 2015 года . Проверено 6 января 2015 .
  6. ^ IEI Technology Corp: Руководство пользователя IMBA-9654ISA , ред. 1.00, май 2008 г.
  7. ^ Промышленные компьютеры ADEK: Технические характеристики MS-98A9
  8. Перейти ↑ Graves, Michael W. (2005). A + Руководство по обслуживанию и ремонту аппаратного обеспечения ПК, Том 1 . Томсон, Делмар Обучение. п. 191. ISBN. 1401852300.
  9. ^ "Lo-tech ISA USB-адаптер - lo-tech.co.uk" . www.lo-tech.co.uk . Архивировано 9 апреля 2018 года . Проверено 3 мая 2018 .
  10. ^ "PCA-6763" . www.advantech.com . Архивировано 24 октября 2017 года . Проверено 3 мая 2018 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Спецификация шины Intel ISA и примечания по применению - версия 2.01 ; Intel; 73 страницы; 1989 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • несколько источников распиновки и кабелей. «Соединительная шина ISA (архитектура промышленного стандарта)» . Аппаратная книга. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  • Microsoft (2 июня 1999 г.). «Удаление архитектуры ISA на платформах на базе Windows» . Microsoft. Архивировано из оригинального (Microsoft Word) 11 марта 2012 года . Проверено 14 июля 2007 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  • Microsoft (4 декабря 2001 г.). «Идентификаторы и серийные номера для ISA Plug and Play» . Microsoft. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  • Microsoft (15 марта 2007 г.). «Удаление поддержки шины с отраслевой стандартной архитектурой (ISA)» . Microsoft. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )