Isa eisa шины данных

Шина EISA (Extended Industry Standard Architecture)

Шина EISA явилась «асимметричным ответом» производителей клонов РС на попытку IBM поставить рынок под свой контроль. В сентябре 1988 года Compaq, поддержанный «бандой девяти» — Wyse, AST Research, Tandy, собственно Compaq, Hewlett-Packard, Zenith, Olivetti, NEC и Epson — представил 32-разрядное расширение шины ISA с полной обратной совместимостью. Основные характеристики новой шины были следующими:

  • 32-разрядная передача данных;
  • максимальная пропускная способность — 33 МВ/сек;
  • 32-разрядная адресация памяти позволяла адресовать до 4 GB (как и в расширении ISA, новые адресные линии были без задержки);
  • поддержка multiply bus master;
  • возможность задания уровня двухуровневого (edge-triggered) прерывания (что позволяло нескольким устройствам использовать одно прерывание, как и в случае многоуровневого (level-triggered) прерывания);
  • автонастройка плат расширения;

Как и в случае 16-разрядного расширения, новые возможности обеспечивались путем добавления новых линий. Поскольку дальше удлинять разъем ISA было некуда, разработчики нашли оригинальное решение: новые контакты были размещены между контактами шины ISA и не были доведены до края разъема. Специальная система выступов на разъеме и щелей в EISA-картах позволяла им глубже заходить в разъем и подсоединяться к новым контактам. (Правда, утверждают, что при большом желании можно запихнуть и ISA-карту так, чтобы она замкнула EISA-контакты. Не знаю, не пробовал, т.к. большого опыта общения с EISA у меня нет: маленький был еще). Поскольку на данный момент шина EISA практически вымерла, приводить значения контактов разъема не имеет смысла. Стоит отметить лишь две новых сигнальных линии — EX32 и EX16, которые определяли, что bus slave поддерживает соответственно 32- и 16-разрядный цикл EISA. Если ни один из этих сигналов не был получен в начале цикла шины, выполнялся цикл ISA.

Важной особенностью шины являлась возможность для любого bus master обращаться к любому устройству памяти или периферийному устройству, даже если они имели разные разряды шины. Говоря о полной обратной совместимости с ISA, следует отметить, что ISA-карты, естественно, не поддерживали разделение прерываний, даже будучи вставленными в EISA-коннектор. Что касается поддержки multiply bus master, то она представляла собой улучшенную и дополненную версию таковой для ISA. Также присутствовали четыре уровня приоритета:

  1. схемы обновления памяти;
  2. DMA;
  3. процессор;
  4. адаптеры шины

и арбитр шины EISA — периферийный контроллер (ISP — Integrated System Peripheral) — «следил за порядком». Кроме этого, наличествовало еще одно устройство — Intel’s Bus Master Interface Chip (BMIC), которое следило за тем, чтобы master «не засиживался» на шине. Через определенное количество тактов master «снимался» с шины и генерировалось немаскируемое прерывание.

MCA против EISA

Сразу же после выхода шины EISA началась «шинная война», причем это была не столько война между архитектурами (они обе ушли в прошлое), сколько война за контроль IBM над рынком персональных компьютеров. И эту войну корпорация с треском проиграла. Да, архитектура MCA по заложенным техническим решениям и перспективам развития выглядела предпочтительнее. Но, как ни странно, именно это оказалось вторым фактором, который ее сгубил. Вот сравнительная характеристика двух шин:

MCAEISA
Пропускная способность, МВ/сек2033
Способ передачи данныхасинхронныйсинхронный
Размер карты (длина х ширина), мм292.1 х 88.2333.5 х 127.0

Площадь поверхности карты EISA в 1.65 раза больше. А если еще учесть, что адаптер EISA мог потреблять более чем в 2 раза больше мощности, чем адаптер MCA, становится ясно, что делать периферию под EISA было и проще и дешевле.

Кроме того, в «шинной войне», как и везде, присутствует «рука Intel». В стремлении освободить рынок для новых процессоров 80386 и 80486, Intel выпускал EISA-чипсеты, не поддерживающие 286 процессор (не правда ли, знакомая ситуация), в то время, как шина MCA прекрасно работала и на компьютерах с 286. Таким образом, перспективная разработка IBM так и осталась перспективной разработкой, но и шина EISA не стала хитом: к тому времени, когда потребности компьютеров среднего уровня переросли возможности шины ISA, разработчики перешли, минуя EISA, к локальной шине.

ISA и EISA — одни из первых стандартов шин

В этой статье мы хотим рассказать вам о некогда хорошо известной, но теперь редко использующейся технологии – технологии ISA, а также сходной с ней технологии ЕISA.

Isa eisa шины данных

История происхождения и принцип действия

ISA представляет собой устаревший стандарт системной шины и шины ввода/вывода персональных IBM-совместимых компьютеров, использовавшийся в 1980-х-начале 1990-х гг. Аббревиатура ISA расшифровывается как Industry Standard Architecture (промышленный стандарт архитектуры). Уже самое это название свидетельствует о том, что шина в то время являлась фактическим стандартом и была принята к использованию практически всеми производителями компьютерного оборудования.

8-разрядная ISA – это одна из самых старых технологий ПК, появившаяся практически одновременно с первыми компьютерами архитектуры IBM. Её внедрение позволило пользователям подключать дополнительные устройства в её слоты расширения. Впервые шина была разработана для систем на основе процессора Intel 8088 (PC и PC/ХT) еще в 1981 г. Позже, для процессора 80286 (PC/AT), для того, чтобы в полной мере реализовать его возможности, в 1984 г. была разработана 16-разрядная ISA.

Таким образом, существуют 2 основные версии шины – 8-битная и 16-битная. Имели место также единичные попытки некоторых разработчиков ввести свои оригинальные варианты 32-разрядной, но они не получили широкого распространения.

Шина имела несколько слотов расширения, количество которых в системах XT/AT варьировалось от 3 до 8, и в которые пользователь мог вставить дополнительные устройства – платы расширения. При этом слот ISA 16-битной версии разработан таким образом, чтобы в него можно было вставить 8-битные устройства. Слот 16-разрядной шины всего лишь несколько длиннее 8-битных и имеет 98 контактов; слот 8-битной версии имеет 62 контакта.

Максимальная пропускная способность 16-разрядной шины составляет чуть более 8 МБ/c. Устройства, вставленные в слот расширения, благодаря 24-адресным линиям шины могут адресовать 16 МБ памяти. Кроме того, она поддерживает 16 аппаратных прерываний, краткое описание которых мы приводили в статье, посвященной IRQ.

В первых версиях ISA работала на одинаковой частоте с процессором. Однако в последующих реализациях из-за того, что частота процессоров значительно увеличилась, шина получила возможность работать при помощи отдельного тактового генератора.

Isa eisa шины данных

Как выглядит слот расширения ISA. Материнская плата с двумя 8-разрядными слотами и тремя 16-разрядными слотами.

Достоинства шины:

  1. Сравнительная простота конструкции.
  2. Надежность.
  3. Широкая поддержка со стороны производителей.

Тем не менее, она имела и ряд серьезных недостатков, которые побудили отказаться от ее использования:

  1. Низкая скорость.
  2. Небольшая разрядность.
  3. Отсутствие полноценной поддержки функций bus mastering.
  4. Отсутствие автоматической конфигурации устройств. Устройства ISA конфигурировались пользователями вручную при помощи джамперов и переключателей.

EISA – улучшенная версия ISA

Эти недостатки была призвана устранить шина EISA (Extended ISA, т.е. расширенная ISA). В её разработке участвовали многие известные производители компьютерной техники, такие, как Compaq Computer, Epson, Hewlett-Packard, NEC, Zenith и некоторые другие.

Isa eisa шины данных

EISA с самого начала позиционировалась, как преемница ISA, а не как ее конкурент. Поэтому она была полностью совместима с устройствами ISA. Устройства EISA должны были вставляться в слот такой же длины, как и 16-разрядный слот ISA, но отличались наличием дополнительных коннекторов. Она поддерживала функцию bus mastering для устройства, что позволяло передавать управление шиной какой-либо плате в слоте расширения. Также поддерживалась автоматическая конфигурация устройства. Однако она была ограниченной, поскольку для этой цели пользователю предлагалась специальная программная утилита, а новейшие на то время операционные системы, такие, как Windows 95, не были в состоянии автоматически конфигурировать устройства EISA.

Теоретическая пропускная способность EISA составляла 32 МБ/c, однако на практике из-за накладных расходов транспортных протоколов она составляла около 20 МБ/с.

В конце 1980-х, во время расцвета систем, основанных на процессорах 80386 и 486, EISA казалась весьма перспективной и сумела «убрать с дороги» тогдашний альтернативный проект от IBM – шину MCA. Но время ее активного применения оказалось сравнительно недолгим. Благодаря внедрению форм-фактора ATX а также получившей популярность технологии локальных шин, шины ISA и EISA практически вышли из употребления, уступив место такой современной локальной шине, как PCI. Тем не менее, разъемы ISA и EISA еще долго можно было встретить на материнских платах, где в качестве основной шины служила PCI.

Заключение

В этой статье мы привели краткое описание шин ISA и EISA, рассказали об их истории и принципах работы. Они стали важной вехой в развитии шин ввода/вывода и оказали большое влияние на развитие таких современных шин ввода/вывода, как PCI, PCI Express и AGP. Industry Standard Architecture до сих пор используется во многих старых компьютерах, а устройства с интерфейсом ISA до сих пор применяются во многих областях.

Шины ISA и EISA

Шина ISA была первой стандартизированной системной шиной (ISA означает Industry Standart Architecture ) и долгие годы являлась стандартом в области РС. И даже сегодня разъемы этой шины можно встретить на некотороых системных платах.

8-разрядная шина

Родоначальником в семействе шин ISA была появившаяся в 1981 году 8-разрядная шина (8 bit ISA Bus), которую можно встретить в компьютерах ХТ-генерации. 8-разрядная шина имеет 62 линии, контакты которых можно найти на ее слотах. Они включают 8 линий данных, 20 линий адреса, 6 линий запроса прерываний. Шина функционирует на частоте 4.77 MHz. 8-разрядная шина ISA — самая медленная из всех системных шин (пропускная способность составляет всего 1.2 Mb в секунду), поэтому она уже давным давно устарела и поэтому сегодня нигде не используется, ну разве что о-о-очень редко (например, некоторые карточки FM-тюнера могут 8-разрядный ISA-интерфейс, так как там шина используется только для управления, а не для передачи собственно данных, и скорость ее работы является некритичной).

16-разрядная шина

Isa eisa шины данных

Дальнейшим развитием ISA стала 16-разрядная шина, также иногда называемая AT-Bus, которая впервые начала использоваться в 1984 году. Если вы посмотрите на ее слоты (извините, пожалуйста, за плохое качество рисунка), то увидите, что они состоят из двух частей, из которых одна (большая) полностью копирует 8-разрядный слот. Дополнительная же часть содержит 36 контактов (дополнительные 8 линий данных, 4 линии адреса и 5 линий IRQ плюс контакт для нового сигнала SBHE). На этом основании короткие 8-разрядные платы можно устанавливать в разъемы новой шины (сделать это наоборот, конечно же, невозможно). Назначение выводов 16-разрядного слота приведено в нижеследующей таблице.

Вывод (сторона пайки)СигналЗначениеВывод (сторона монтажа)СигналЗначение
B1GNDЗемляА1I/O CH CKКонтроль канала ввода/вывода
B2RES DRVСигнал ResetA2D7Линия данных 8
B3+5 V+5 VA3D6Линия данных 7
B4IRQ9Каскадирование второго контроллера прерыванийA4D5Линия данных 6
B5-5 V-5 VA5D4Линия данных 5
B6DRQ2Запрос DMA 2A6D3DЛиния данных 4
B7-12 V-12 VA7D2Линия данных 3
B8RESКоммуникация с памятью без времени ожиданияA8D1Линия данных 2
B9+12 V+12 VA9D0Линия данных 1
B10GNDЗемляA10I/O CH RDYКонтроль готовности канала ввода/вывода
B11SMEMWДанные записываются в память (до 1 Mb, S обозначает Small)A11AENAddress Enabled, контроль за шиной при CPU и DMA-контроллере
B12SMEMRДанные cчитываются из памяти (до 1 Mb, S обозначает Small)A12A19Адресная линия 20
B13IOWДанные записываются в I/O-портA13A18Адресная линия 19
B14IORДанные читаются из I/O-портаA14A17Адресная линия 18
B15DACK3DMA-Acknowledge (подтверждение) 3A15A16Адресная линия 17
B16DRQ3Запрос DMA 3A16A15Адресная линия 16
B17DACK1DMA-Acknowledge (подтверждение) 1A17A14Адресная линия 15
B18IRQ1Запрос прерывания 1A18A13Адресная линия 14
B19REFRESHРегенерация памятиA19A12Адресная линия 13
B20CLCСистемный такт 4.77 MHzA20A11Адресная линия 12
B21IRQ7Запрос прерывания 7A21A10Адресная линия 11
B22IRQ6Запрос прерывания 6A22A9Адресная линия 10
B23IRQ5Запрос прерывания 5A23A8Адресная линия 9
B24IRQ4Запрос прерывания 4A24A7Адресная линия 8
B25IRQ3Запрос прерывания 3A25A6Адресная линия 7
B26DACK2DMA-Acknowledge (подтверждение) 2A26A5Адресная линия 6
B27T/CTerminal Count, сигнализирует конец DMA-трансформацииA27A4Адресная линия 5
B28ALEAddress Latch Enabled, расстыковка адрес/данныеA28A3Адресная линия 4
B29+5 V+5 VA29A2Адресная линия 3
B30OSCТакт осциллятора (14.31818 MHz)A30A1Адресная линия 2
B31GNDЗемляA31A0Адресная линия 1
D1MEM CS 16Memory Chip Select (выбор)C1SBHESystem Bus High Enabled, сигнал для 16-разрядных данных
D2I/O CS 16I/O-карта с 8 бит/16 бит переносомC2LA23Адресная линия 24
D3IRQ10Запрос прерывания 10C3LA22Адресная линия 23
D4IRQ11Запрос прерывания 11C4LA21Адресная линия 22
D5IRQ12Запрос прерывания 12C5LA20Адресная линия 21
D6IRQ13Запрос прерывания 13C6LA19Адресная линия 20
D7IRQ14Запрос прерывания 14C7LA18Адресная линия 19
D8DACK0DMA-Acknowledge (подтверждение) 0C8LA17Адресная линия 18
D9DRQ0Запрос DMA 0C9MEMRЧтение данных из памяти
D10DACK5DMA-Acknowledge (подтверждение) 5C10MEMWЗапись данных в памят
D11DRQ5Запрос DMA 5C11SD8Линия данных 9
D12DACK6DMA-Acknowledge (подтверждение) 6C12SD9Линия данных 10
D13DRQ6Запрос DMA 6C13SD10Линия данных 11
D14DACK7DMA-Acknowledge (подтверждение) 7C14SD11Линия данных 12
D15DRQ7Запрос DMA 7C15SD12Линия данных 13
D16+5 V+5 VC16SD13Линия данных 14
D17MASTERСигнал BusmasterC17SD14Линия данных 15
D18GNDЗемляC18SD15Линия данных 16

Isa eisa шины данных

Реализация bus mastering не была особенно удачной, поскольку, например, запрос на освобождение шины (Bus hang-off) к текущему bus master обрабатывался несколько тактов, к тому же каждый master должен был периодически освобождать шину, чтобы дать возможность провести обновление памяти (memory refresh), или сам проводить обновление. Для обеспечения обратной совместимости с 8-битными платами большинстиво новых возможностей было реализовано путем добавления новых линий. Так как АТ был построен на основе процессора Intel 80286, который был существенно быстрее, чем 8088, пришлось добавить генератор состояний ожидания (wait-state generator). Для обхода этого генератора используется свободная линия (контакт В8 ) исходной 8-битной шины. При установке этой линии в 0 такты ожидания пропускаются. Это позволило разработчикам делать как 16-битные, так и 8-битные быстрые платы.

Новый слот содержал 4 новых адресных линии (LA20-LA23) и копии трех младших адресных линий (LA17-LA19). Необходимость в таком дублировании возникла из-за того, что адресные линии ХТ были линиями с задержкой (latched lines), и эти задержки приводили к снижению быстродействия периферийных устройств. Использование дублирующего набора адресных линий позволяло 16-битной карте в начале цикла определить, что к ней обращаются, и послать сигнал о том, что она может осуществлять 16-битный обмен. На самом деле это ключевой момент в обеспечении обратной совместимости. Если процессор пытается осуществить 16-битный доступ к плате, он сможет это сделать только в том случае, если получит от нее соответствующий отклик IO16. В противном случае чипсет инициирует вместо одного 16-битного цикла два 8-битных. И все бы было хорошо, но адресных линий без задержки всего 7, поэтому платы, использующие диапазон адресов меньший, чем 128 Kb, не могли определить, находится ли переданный адрес в их диапазоне адресов, и, соответственно, послать отклик IO16. Таким образом, многие платы, в том числе платы EMS, не могли использовать 16-битный обмен.

Передача байта данных по шине ISA происходит следующим образом: сначала на адресной шине выставляется адрес ячейки RAM или порта устройства ввода/вывода, куда следует передать байт, затем на линии данных выставляется байт данных. Призводится задержка тактами ожидания и подается сигнал на передачу байта (строб записи), причем неизвестно, успели записаться данные или нет. Поэтому тактова частота шины выбрана 8.33 MHz, чтобы даже самые медленные устройства гарантированно могли произвести по шине обмен даными (командами). Пропускная способность при этом составила 5.3 Mb/s.

Isa eisa шины данных

Несмотря на отсутствие официального стандарта и технических «изюминок», шина ISA превосходила потребности среднего пользователя 1984 года, а популярность IBM AT на рынке массовых компьютеров привела к тому, что производители плат расширения и клонов AT приняли ISA за стандарт. Такая популярность шины привела к тому, что слоты ISA до сих пор присутствуют на многих современных системных плат, и карты для шины ISA все еще производятся (именно поэтому мы и представили так детально распайку 16-разрядной шины ISA).

Правда, в последних спецификациях компьютерного оборудования начали отказваться от старой шины (все-таки более 15 лет в области компьютерной индустрии — это громадный срок ). Но все дело в том, что у пользователей за это время накопилось мнжество разнообразных плат с ISA-интерфесом, и вряд ли они пожелают лекго с ними расстаться. Тем более что такие низкоскоростные устройства как, например, модемы или медленные сетевые платы не не требуют высокой пропускной способности шины, и применение более современных интерфейсов не дает для них каких-либо особых преимуществ. И никто не запрещает производителям материнских плат ставить на свои изделия один-два больших черных слота, тем более что при наметившейся тенденции платы с поддержкой ISA могут пользоваться повышенным спросом у владельцев старых карт. Так что ISA, по-видимому, еще не ушла и не так скоро уйдет со своих насиженных позиций, как это может показаться на первый взгляд.

Шина EISA

Необходимость повышения производительности наряду с обеспечением совместимости привела к дальнейшему развитию шины ISA. Поэтому в сентябре 1988 года Compaq, Epson, Hewllett-Packard, NEC, Wyse, Zenith, Olivetti, AST Research и Tandy представили 32-разрядное расширение шины с полной обратной совместимостью, которое получило название EISA ( Extended ISA ). Основные характеристики нового интерфейса были следующими:

    Слот EISA полностью совместим со слотом ISA. Как и в случае 16-разрядного расширения, новые возможности обеспечивались путем добавления новых линий. Поскольку дальше удлинять разъем ISA было некуда, разработчики нашли оригинальное решение: новые контакты были размещены между контактами шины ISA и не были доведены до края разъема. Специальная система выступов на разъеме и щелей в cоответствующих местах на EISA-картах позволяла им (картам) глубже заходить в разъем и подсоединяться к новым контактам. На «первом этаже» (верхнем) этой двухэтажной конструкции находятся контакты уже известной ISA, в то время как на «втором этаже» (нижнем) находятся новые выводы EISA. По этой причине в слоты EISA могут вставляться и ISA-карточки (последние не будут полностью входить в разъем, так как они не имеют прорези)

EISA является 32-разрядной шиной, что в сочетании с 8.33 MHz’ами дает пропускную способность в 33 Mb/s

32-разрядная адресация памяти позволяла адресовать до 4 Gb памяти (как и в расширении ISA, новые адресные линии были без задержки)

Автонастройка плат расширения, а также возможность их конфигурации не с помощью DIP-переключателей, а программно

Поддержка возможности задания уровня двухуровневого ( edge-triggered ) прерывания, что позволяло нескольким устройствам использовать одно прерывание, как и в случае многоуровневого ( level-triggered ) прерывания

Поддержка multiply bus master

Шина EISA предоставляет большие преимущества при использовании кэш-памяти

Как видно из изложенного описания, для потребностей того времени этого было вполне достаточно.

Важной особенностью шины являлась возможность для любого bus master обращаться к любому устройству памяти или периферийному устройству, даже если они имели разные разряды шины. Говоря о полной обратной совместимости с ISA, следует отметить, что ISA-карты, естественно, не поддерживали разделение прерываний, даже будучи вставленными в EISA-коннектор. Что касается поддержки multiply bus master, то она представляла собой улучшенную и дополненную версию таковой для ISA. Также присутствовали четыре уровня приоритета:

  1. Cхемы обновления памяти
  2. DMA
  3. Процессор
  4. Адаптеры шины

Имелся также арбитр шины EISA — так называемый перефирийный контроллер (ISP, Integrated System Peripheral ), который следил за порядком. Кроме этого, наличествовало еще одно устройство — Intel’s Bus Master Interface Chip (BMIC), которое следило за тем, чтобы master не засиживался на шине. Через определенное количество тактов master снимался с шины и генерировалось немаскируемое прерывание.

Я не буду приводить назначение выводов EISA-слота, так как шина EISA не получила такого большого распространения, как ISA, и уже давно вымерла. Найти ее можно разве что только в достаточно древних компьютерах.

Isa eisa шины данных

Источник: Энциклопедия компьютерного железа.

Источник