ISA

Материал из ПИЭ.Wiki

Перейти к: навигация, поиск

ISA (от англ. Industry Standard Architecture, ISA bus, произносится как ай-сэй) — 8- или 16-разрядная шина ввода/вывода IBM PC-совместимых компьютеров. Служит для подключения плат расширения стандарта ISA. Конструктивно выполняется в виде 62-х или 98-контактного разъёма на материнской плате.

С появлением материнских плат формата ATX шина ISA перестала широко использоваться в компьютерах, хотя встречаются ATX-платы с AGP 4x, 6 PCI и одним (или двумя) портами ISA. Но пока её ещё можно встретить в старых AT-компьютерах, а также в промышленных компьютерах.

Для встроенных систем существует вариант компоновки шины ISA, отличающийся применяемыми разъёмами — шина PC/104.

Содержание

Шина



Шина представляет из себя набор проводов (линий), соединяющий различные компоненты компьютера для подвода к ним питания и обмена данными. В "минимальной комплектации" шина имеет три типа линий:

  • линии управления;
  • линии адресации;
  • линии данных.

Устройства, подключенные к шине, делятся на две основных категории - bus masters и bus slaves. Bus masters - это устройства, способные управлять работой шины, т.е инициировать запись/чтение и т.д. Bus slaves - соответственно, устройства, которые могут только отвечать на запросы. Файл:Isa_bus_arc2.jpg‎

Компания IBM в 1981 представила новую шину для использования в компьютерах серии PC/XT. Шина была крайне проста по дизайну, содержала 53 сигнальных линии и 8 линий питания и представляла собой синхронную 8-битную шину с контролем четности и двухуровневыми прерываниями (trigger-edge interrupts), при использовании которых устройства запрашивают прерывания, изменяя состояние линии соответствующего IRQ с 0 на 1 или обратно. Такая организация запросов прерываний позволяет использовать каждое прерывание только одному устройству. Кроме того, шина не поддерживала дополнительных bus masters, и единственными устройствами, управляющими шиной, были процессор и контроллер DMA на материнской плате.

Файл:Isa_1.jpg‎

62-контактный слот включал 8 линий данных, 20 линий адреса (А0-А19), 6 линий запроса прерываний (IRQ2-IRQ7). Таким образом, объем адресуемой памяти составлял 1 Мбайт, и при частоте шины 4.77 МГц пропускная способность достигала 1.2 Мбайта/сек.

Недостатки шины, вытекающие из простоты конструкции, очевидны. Поэтому для использования в компьютерах IBM-AT ('Advanced Technology') в 1984 году была представлена новая версия шины, впоследствии названной ISA. Сохраняя совместимость со старыми 8-битными платами расширения, новая версия шины обладала рядом существенных преимуществ, как то:

  • добавление 8 линий данных позволило вести 16-битный обмен данными;
  • добавление 4 линий адреса позволило увеличить максимальный размер адресуемой памяти до 16 МВ;
  • были добавлены 5 дополнительных trigger-edged линий IRQ;
  • была реализована частичная поддержка дополнительных bus masters;
  • частота шины была увеличена до 8 MHz;
  • пропускная способность достигла 5.3 МВ/сек.

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 NOWS-'No Wait State') исходной 8-битной шины. При установке этой линии в 0 такты ожидания пропускаются. Использование в качестве NOWS линии исходной шины позволяло 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 128Кбайт, 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.

Несмотря на отсутствие официального стандарта и технических "изюминок" шина ISA превосходила потребности среднего пользователя образца 1984 года, а "засилье" IBM AT на рынке массовых компьютеров привело 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 всех системных платах, и платы ISA до сих производятся.


Виды устройств, работающие на шине ISA

При описании шины целесообразно представить компьютер как состоящий из материнской платы (motherboard) и внешних плат, которые взаимодействуют между собой и ресурсами материнской платы через шину. Все пассивные устройства (не могущие стать задачиками) на шине можно разделить на две группы - память и устройства ввода/вывода (порты). Циклы доступа для каждой из групп отличаются друг от друга как по временным характеристикам, так и по вырабатываемым на шине сигналам.

Чисто условно, для удобства понимания функционирования шины ISA, будем считать, что на материнской плате компьютера существуют следующие устройства, способные быть владельцами (задатчиками) шины: центральный процессор (ЦП), контроллер прямого доступа в память (ПДП), контроллер регенерации памяти (КРП). Кроме этого, задатчиком на шине может быть и внешняя плата. При выполнении цикла доступа на шине задатчиком может быть только одно из устройств. Рассмотрим подробнее функции этих устройств на шине ISA.

Центральный процессор (ЦП) - является основным задатчиком на шине. По умолчанию именно ЦП будет считаться задатчиком на шине. Контроллер ПДП, а также контроллер регенерации памяти запрещают работу ЦП на время своей работы.

Контроллер ПДП - это устройство связано с сигналами запроса на режим ПДП и сигналами подтверждения режима ПДП. Активный сигнал запроса на ПДП будет разрешать последующий захват шины контроллером ПДП для передачи данных из памяти в порты вывода или из портов ввода в память.

Контроллер регенерации памяти - становится владельцем шины и генерирует сигналы адреса и чтения памяти для регенерации информации в микросхемах динамической памяти как на материнской памяти, так и внешних платах.

Внешняя плата - взаимодействует с остальными устройствами через разъем на шине ISA. Может становиться задатчиком на шине для доступа к памяти или устройствам ввода/вывода.

Кроме этого, на материнской плате компьютера имеется ряд устройств, которые не могут быть задатчиками на шине, но тем не менее взаимодействуют с ней. Это следующие устройства:

Часы реального времени (Таймер-счетчик) - это устройство состоит из часов реального времени для поддержки даты и времени и таймера, как правило на базе микросхемы Intel 8254A. Один из таймеров-счетчиков этой микросхемы вырабатывает импульсы с периодом 15 микросекунд для запуска контроллера регенерации памяти на регенерацию.

Кросс материнской платы - часть материнской платы, которая соединяет разъемы шины ISA для подключения внешних плат с другими ресурсами на материнской плате.

Память на материнской плате - часть или все микросхемы памяти прямого доступа (ОЗУ), используемые для хранения информации ЦП. На внешних платах также могут быть размещены микросхемы дополнительной памяти.

Контроллер прерываний - это устройство связано с линиями запросов прерываний на шине. Прерывания требуют дальнейшего обслуживания ЦП.

Устройства ввода/вывода - часть или все устройства ввода/вывода (такие как параллельные или последовательные порты) могут размещаться как на материнской плате, так и на внешних платах.

Перестановщик байтов данных - это устройство позволяет обмениваться данными между собой 16-разрядными и 8-разрядными устройствами. Файл:Image1.gif

Архитектура персонального компьютера IBM PC/AT с точки зрения использования шины ISA показана на рисунке.

Внешние платы, устанавливаемые в разъемы шины, могут быть 8- и/или 16-разрядными. 8-разрядная плата имеет только один интерфейсный разъем и может оперировать только с 8-разрядными данными. 8-разрядный слот также не может быть задатчиком на шине. 16-разрядная плата обязательно имеет два интерфейсных разъема - один основной, такой же как в 8-разрядных платах, и один дополнительный. Такая плата может оперировать как с 8-, так и с 16-разрядными данными и, кроме этого, она может быть задатчиком на шине. Общее число устанавливаемых в разъемы шины плат ограничивается как нагрузочной способностью шины, так и конструктивным исполнением материнской платы. Как правило, допускается устанавливать не более 8 (пять 16-разрядных и три 8-разрядных) внешних плат на шину. Такое ограничение вызвано также и относительно небольшим количеством свободных линий запросов на ПДП и запросов на прерывания, имеющихся на шине.

Циклы шины

Циклы шины ISA всегда асинхронны по отношению к SYSCLK. Различные сигналы разрешаются и запрещаются в любое время; внутри допустимых интервалов сигналы отклика могут также быть выработаны в любое время. Исключением является только сигнал -0WS, который должен быть синхронизирован с SYSCLK.

На шине существуют 4 индивидуальных типа циклов: доступ к ресурсу, ПДП, регенерация, захват шины. Цикл доступа к ресурсу выполняется, если центральный процессор или внешняя плата в качестве задатчиков обмениваются данными с различными ресурсами на шине. Цикл ПДП выполняется, если контроллер ПДП является задатчиком на шине и выполняет циклы передачи данных между памятью и УВВ. Цикл Регенерации выполняется только контроллером регенерации для регенерации микросхем динамической памяти. Цикл Захвата Шины выполняется внешней платой для того, чтобы стать задатчиком на шине.

Структурно циклы отличаются по типу задатчика на шине и видами ресурсов доступа на ней. Внутри типа цикла существуют различные виды его, обусловленные различной продолжительностью каждого вида.

Существуют три типа цикла доступа к ресурсу:

  • цикл с 0 тактов ожидания - этот цикл наиболее короткий из всех возможных;
  • нормальный цикл - при выполнении такого цикла ресурс доступа не запрещает сигнал готовности I/O CH RDY - далее цикл такого вида будет называться просто нормальным;
  • удлиненный цикл - при выполнении такого цикла ресурс доступа запрещает сигнал готовности I/O CH RDY на время, необходимое ресурсу для приема или передачи данных - далее цикл такого вида будет называться удлиненным.

В циклах ПДП и Регенерация тоже существуют два вида: нормальный и удлиненный, исходя из таких же, описанных выше условий.Ниже все типы циклов будут подробно описаны и, кроме этого, в гл. 6 приведены временные диаграммы всех типов циклов.

Электрические характеристики шины

Стандартом шины ISA установлены ограничения на максимальное значение тока, потребляемого каждой платой расширения (они связаны только с возможностями используемого разъема): +5 В - 3,0 А, -5 В - 1,5 А, +12 В - 1,5 А, -12 В - 1,5 А. Новая плата расширения практически всегда добавляется к платам, уже подключенным к шине. Общее энергопотребление этих плат и их нагрузка на сигналы системной шины не всегда известна. Максимально возможный ток потребления всеми используемыми платами расширения определяется типом источника питания данного компьютера и не стандартизован. Поэтому рекомендуется руководствоваться практическим правилом - выбирать или проектировать как можно менее энергоемкую плату расширения. Плата расширения должна также соответствовать следующим требованиям:

- Выходные каскады передатчиков магистральных сигналов должны выдавать ток "0" не менее 24 мА (это относится ко всем типам выходных каскадов), ток высокого уровня - не менее 3 мА (для выходов с тремя состояниями и ТТЛ).

- Входные каскады приемников магистральных сигналов должны потреблять входной ток "0" не более 0,8 мА, (лучше добиваться того, чтобы в плате нагрузка на каждый используемый сигнал шины не превышала двух стандартных маломощных ТТЛ-нагрузок - 0,4 мА), входной ток "1" - не более 0,04 мА.

- Максимальная длина печатного проводника от контакта разъема шины до вывода микросхемы - не более 65 мм, максимальная емкость относительно земли по каждому контакту разъема - не более 20 пФ.

Электрические характеристики сигналов

Аббревиатуры, раскрытые ниже, будут использоваться далее при рассмотрении требований к характеристикам сигналов на шине.

ТРИ - выход с тремя состояниями. Имеет состояния: активный низкий уровень, активный высокий уровень, выключено;

ОК - открытый коллекторный выход. Имеет состояния: активный низкий уровень, выключено;

ТТЛ - выход транзисторно-транзисторной логики с двумя состояниями. Имеет состояния: активный низкий уровень, активный высокий уровень;

Iih - входной ток высокого уровня. Такой ток возникает тогда, когда ко входу подключен выход с активным высоким уровнем;

Iil - входной ток низкого уровня. Такой ток возникает тогда, когда ко входу подключен выход с активным низким уровнем.

Ioh - выходной ток высокого уровня. Характеризует нагрузочную способность выхода устройства в активном высоком уровне;

Iol - выходной ток низкого уровня. Характеризует нагрузочную способность выхода устройства в активном низком уровне;

Vih - входное напряжение высокого уровня;

Vil - входное напряжение низкого уровня;

Voh - выходное напряжение высокого уровня;

Vol - выходное напряжение низкого уровня.

Напряжения и токи по цепям сигналов на шине.

На шине ISA могут использоваться только три типа устройств: ТТЛ (транзисторно-транзисторной логики), ТРИ (трехстабильный) и ОК (открытый коллекторный выход). Устройство ТТЛ может быть только фиксированного направления - либо вход, либо выход. Устройство с тремя состояниями может быть как входом так и выходом, и кроме этого, находиться в третьем состоянии.


Литература

1. http://www.cyberguru.ru

2. http://www.intuit.ru

3. http://www.ixbt.com

--Давыденко Евгения 16:58, 12 мая 2010 (UTC)

Источник — «http://wiki.mvtom.ru/index.php/ISA»
Просмотры
Инструменты

Besucherzahler russian mail order brides
счетчик посещений
Rambler's Top100
Лингафонные кабинеты  Интерактивные доски  Интерактивная приставка Mimio Teach