Главная страницаОбратная связьКарта сайта

Шина ISA материнской платы

На заре своего существования компьютеры IBM PC были далеки от совершенства. Это были медленные и неуклюжие устройства, системные ресурсы (память, прерывания, каналы прямого доступа к памяти, и т.п.) которых были крайне ограничены. Вместе с тем, компьютеры IBM PC стали предвестниками эры новой компьютерной архитектуры, с которой мы имеем дело и в настоящее время. Речь идет не о скорости выполнения операций или производительности. Компания IBM воплотила революционную (и довольно рискованную) идею организации компьютера, названную открытой архитектурой. Вместо того чтобы создавать компьютер и быть единоличным разработчиком патентованных дополнительных устройств (что делало большинство производителей компьютеров в то время), IBM разместила на системной плате только необходимый минимум оборудования, а большинство функций компьютера переложила на дополнительные устройства (так называемые платы расширения), которые могли подключаться к компьютеру через разъемы стандартизированной шины. Использование шин расширения сделало персональный компьютер чрезвычайно универсальным, поскольку система могла быть настроена путем подключения различных устройств к ее разъемам (например, PCI и AGP на рис. 8.1). Эта глава посвящена знакомству с основными типами шин, которые используются в современных персональных компьютерах IBM-типа: ISA, PCI, AGP и CNR.



Шина ISA

Шина ISA (Industry Standard Architecture — архитектура промышленного стандарта), разъем которой показан на рис. 8.2, была первым стандартом архитектуры шины открытой системы, используемой в персональных компьютерах IBM-типа Любой производитель компьютеров за определенную лицензионную плату мог использовать эту архитектуру. Поскольку никаких ограничений на использование шины ISA (называемой также «PC-шиной») не было, то она стала использоваться во всех последующих клонах IBM-совместимых компьютерах.


Применение стандартизированной шины не только породило тысячи производителей IBM-совместимых персональных компьютеров и устройств расширения, но также способствовало созданию и распространению стандартизированных операционных систем и прикладного программного обеспечения. Применялись как 8-разрядные, так и 16-разрядные шины ISA. Восьмиразрядная версия шины также называется шиной XT по имени компьютера, где она была использована (IBM PC/XT), соответственно 16-разрядная версия именуется также шиной AT, так как она впервые была использована в компьютере IBM PC/AT. С середины 1980-х годов все производители системных плат отказались от 8-разрядной XT-версии шины ISA в пользу более быстрой и гибкой 16-разрядной АТ-версии.



Рис. 8.2

Схема 8- и 16-разрядных разъемов шины ISA


8-разрядная шина ISA

Использование 8-разрядной XT-шины началось в 1982 году. Для подключения к ней используется один двухрядный разъем с 62-мя контактами, размешенный на системной плате. Платы расширения, подключаемые к этому разъему, имеют соответствующую ответную часть. Шина имеет 8 линий данных и 20 адресных линий, вследствие чего ее адресное пространство располагается в пределах первого мегабайта системной памяти (основная память) компьютера IBM PC/XT. Шина также поддерживает подключения для шести линий запросов аппаратных прерываний (IRQ2—IRQ7) и трех каналов прямого доступа к памяти (DMAO—DMA2). Шина XT работает на тактовой частоте 4,77 МГц. Хотя сама шина является довольно простой, IBM не опубликовала временные диаграммы сигналов данных, адреса и управления. Поэтому первым производителям компьютеров приходилось находить соответствующие временные соотношения методом проб и ошибок.

Хотя и предполагалось, что любой разъем данной шины работает одинаковым образом, в ранних моделях персональных компьютеров с 8-ю разъемами расширения необходимо было вставлять одну из плат расширения в 8-й разъем (ближайший к источнику питания) для обеспечения специального сигнала выбора платы «card selected» на контакте В8. Требования синхронизации к 8-му разъему были также более строгими. В отличие от общепринятого мнения этот восьмой разъем не имел никакого отношения к шасси расширения IBM. Назначением 8-го разъема было обеспечение работы платы адаптера клавиатуры и таймера в одной из моделей компьютеров IBM, а именно 3270РС. Большинство клонов PC/XT не возлагали на восьмой разъем шины каких-либо специальных функций.

Сигналы шины XT

В табл. 8.1 приведена схема распределения сигналов для XT- и AT- версий шины ISA. Тактовая частота 14,3 МГц системного тактового генератора подается на контакт Oscillator, а системная тактовая частота 4,77 МГц подается на контакт Clock. Сигнал RESET DRV предназначен для сброса системы в исходное состояние. Двадцать адресных контактов (А0-А19) соединяют плату расширения с системной адресной шиной; сигнал ALE (Address Latch Enable — разрешение зашелки адреса) указывает на то, что на шине сформирован адрес, который может быть декодирован. Восемь линий данных (DO—D7) соединяют плату с системной шиной данных.

Отмеченные знаком минус («-^») сигналы (например, -REFRESH) означают использование так называемой активной низкой логики: сигнал имеет значение «истина», когда находится на нижнем уровне.


Линия -I/O Channel Check (-IOCHCK) предупреждает системную плату о возникновении ошибки на плате расширения. Обратите внимание на знак минус («—»), стоящий перед названием сигнала, который указывает на использование активной низкой логики. Сигнал -I/O Channel Ready активен, когда адресуемая плата расширения готова для обмена информацией. Если этот контакт находится в состоянии логического нуля, центральный процессор (ЦП) расширит цикл шины за счет дополнительных циклов ожидания. Шесть линий запросов прерывания (IRQ2-IRQ7) используются платой расширения для прерывания текущей работы и перехода на специальную программу — обработчик прерывания. Аппаратные прерывания IRQ0 и IRQ1 не доступны шине ISA, поскольку они обслуживают высокоприоритетную микросхему таймера и клавиатуры. Линии -I/O R (I/O Read) и -I/O W (I/O Write) сигнализируют о том, что процессор или контроллер DMA выполняют цикл доступа к устройству ввода/вывода на чтение или запись данных соответственно. Сигналы -MEMR (Memory Read — чтение из памяти) и —MEMW (Memory Write — запись в память) сообщают плате расширения, что процессор или контроллер DMA собираются читать данные из оперативной памяти или писать данные в нее.

Шина XT обеспечивает три запроса прямого доступа к памяти (DRQ1—DRQ3), с помощью которых плата расширения может передавать данные в память компьютера или принимать данные из нее. Сигналы запроса DMA должны быть активными до момента установки соответствующих сигналов подтверждения прямого доступа к памяти: -DMA Acknowledge (с -DACK1 по -DACK3). Если сигнал AEN (Address Enable — разрешение адреса) активен, то управление обмена данными по шине осуществляется контроллером DMA. Наконец, сигнал Terminal Count (Т/С) сообщает о завершении прямого доступа к памяти.

16-разрядная шина ISA

Ограничения 8-разрядной шины ISA быстро стали очевидными. Накопители на гибком и жестком диске используют два из шести имеющихся прерываний, последовательные порты СОМ1 и COM2 занимают еще два прерывания (IRQ4 и IRQ3 соответственно), порт принтера LPT1 использует прерывание IRQ7. На одно оставшееся прерывание могут претендовать много устройств. Из трех имеющихся каналов прямого доступа к памяти (DMA) два занимают накопители на гибком и жестком дисках, поэтому свободным остается только один канал. Адресуется только 1 Мбайт памяти, а 8-разрядная шина данных является серьезным препятствием для увеличения скорости передачи данных. Для решения всех этих проблем проще всего было бы разработать новую шину с нулевого уровня, но это бы привело к тому, что все уже созданные платы расширения оказались бы непригодными к использованию.

Следующий шаг в эволюции компьютерных шин был инициирован появлением в 1984/85 годах компьютера IBM PC/AT на базе процессора Intel 80286. В них применялась новая 16-разрядная шина расширения ISA, которая стала также называться АТ-шиной. Количество системных ресурсов возросло, но при этом старые 8-разрядные платы расширения могли подключаться к шине. Разъем новой щины состоял из 62-контактного разъема старой шины и дополнительного 36-контактного двухрядного разъема, ряды контактов которого получили обозначения «С» и «D» (табл. 8.2), назначение контактов 62-разрядного разъема соответствует табл. 8.1. Разрядность шины данных была увеличена до 16 разрядов. Добавлены также 5 линий запросов прерываний и четыре канала DMA. Количество адресных линий было увеличено на четыре, добавлены также несколько управляющих сигналов. Тактовая частота шины увеличена до 8,33 МГц. Важно отметить, что хотя теоретически XT-платы могут работать на АТ-шине, не все старые (XT) платы расширения будут работать на АТ-шине.

Сигналы шины AT

Линия -SBHE (System Bus High Enable) активна, когда шина данных работает в 16-разрядном режиме, и используются сигналы D8-D15. Когда верхние линии шины данных D8-D15 не используются (например, при использовании 8-разрядной платы расширения), линия -SBHE не активна. Если плата расширения требует 16-разрядного доступа к памяти, то должен быть возвращен сигнал -MEM CS16. Когда 16-рязрядная плата расширения обращается к портам ввода вывода, то должен быть активным сигнал -I/O CS16. Сигналы -MEMR (Memory Read — чтение из памяти) и -MEMW (Memory Write — запись в память), генерируемые платой расширения сообщают процессору или контроллеру DMA о том, что требуется доступ к памяти в пределах 16 Мбайт. Сигналы -SMEMR и -SMEMW указывают на доступ к памяти в пределах 1 Мбайт. Сигнал -MASTER используется платой расширения, когда она управляет шиной во время прямого доступа к памяти через канал DMA. Интересно отметить, что компактные интегрированные системы на базе шины AT используются и в настоящее время во встроенных системах и специализированных приложениях.



Совместное использование 8- и 16-разрядных ISA-плат

Архитектура 16-разрядной шины ISA была разработана на основе первоначальной 8-разрядной XT-шины компании IBM. Пойдя по пути расширения возможностей XT-шины при создании новой АТ-шины (вместо разработки с нуля), компания IBM добилась того, что стало возможным использовать более совершенные 16-разрядные платы расширения и, вместе с тем, обеспечить обратную совместимость с имеющимися 8-разрядными платами расширения. По большей части такая стратегия работает хорошо — шина ISA оставалась заметной частью персональных компьютеров на протяжении многих лет. Однако есть одна потенциальная проблема использования шины ISA, когда в нес установлены 8-ми и 16-разрядные адаптеры, имеющие ПЗУ, находящиеся водной области памяти.

Для того чтобы понять причину возникновения этой проблемы, надо познакомиться со схемами расположения контактов шины, приведенными в табл. 8.1 и 8.2. Разъем состоит из двух сегментов — основного 62-контактного (А1 -A31 и В1 -ВЗ1) и дополнительного 36-контактного (С1-С18 и D1-D18). Обратите внимание на то, что разряды адреса 17,18 и 19 (контакты А14, А13 и А12) дублируются на контактах С8, С7 и Сб. Когда в системе установлена 16-разрядная плата, эти дублированные адресные линии используются при обмене данными в 16-разрядном режиме, задавая область памяти размером 128 Кбайт. Младшие 17 линий (АО—А16) определяют точное расположение ячейки памяти внутри 128-Кбайтной области. Если на 16-разрядной плате расширения присутствует память (ПЗУ или ОЗУ) внутри заданной 128-Кбайтной области памяти, к которой осуществляется обращение, то для сообщения системе о готовности к 16-разрядному обмену данными используются сигналы -MEM CS16 или —I/O CS16. Если эти сигналы не активны, данные передаются в 8-разрядном формате.

Проблемасостоитвтом, что 8-разрядные платы расширения также могут иметь память внутри этого 128 Кбайтного сегмента памяти. Но поскольку такие платы не могут обнаружить три дополнительные адресные линии, то они не отвечают системе. Если 16-разрядная плата начинает обмен данными в 16-разрядном в формате, а заданный адрес относится к памяти, размещенной на 8-разрядной плате, то 8-разрядная плата будет получать данные в 16-разрядном формате. С такими данными плата работать не может, поэтому будет казаться, что она неисправна. Поскольку большинство плат расширения получают для своих ПЗУ блоки памяти по 16 Кбайт в диапазоне от 768 Кбайт до 896 Кбайт (COOOOh — DFFFFh, иногда называемым резервом ПЗУ), то здесь и возникает большинство проблем.

Важно понимать, что эта проблема не является аппаратным конфликтом. Расположение ПЗУ различных плат расширения может не пересекаться между собой, но может оказаться, что несколько различных ПЗУ содержаться в одном и том же 128 Кбайтном сегменте системной памяти. Если одно из таких ПЗУ принадлежит 16-разрядной плате, а другое — 8-разрядной плате, то последняя, скорее всего, не будет работать из-за способа, которым 16-разрядная плата управляет работой шины. Решением данной проблемы в общем случае является замена 8-разрядной на 16-разрядную плату расширения. Можно также запретить работу ПЗУ 8-разрядной платы с помощью перемычки и использовать вместо нее ПЗУ системной BIOS.

Закат шины ISA

В настоящее время архитектура шины ISA считается устаревшей ввиду использования более прогрессивных шин PCI и AGP. Начиная с системных плат на базе Intel Pentium IV, шина ISA перестала поддерживаться (см. рис. 8.3), хотя некоторые выпускаемые системные платы продолжают иметь один или два разъема ISA для обеспечения обратной совместимости со старыми устройствами. Впрочем, найти их становится все труднее.

Обсудить статью на форуме


Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Шина ISA материнской платы", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:

Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
   


Copyright © 2008 - 2021 Дискета.info