業界標準アーキテクチャ

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ISA
業界標準アーキテクチャ
Isa1.jpg
マザーボード上の1つの8ビットおよび5つの16ビットISAスロット
作成された年1981 ; 41年前 (1981
によって作成されたIBM
に取って代わられましたPCILPC(1993、1998)
ビット単位の幅8または16
デバイスの数最大6台のデバイス
スピード半二重8MB/秒または16MB/秒[1]
スタイル平行
ホットプラグインターフェースいいえ
外部インターフェースいいえ

Industry Standard ArchitectureISA)は、IBM PC / ATおよび同様のコンピューターの16ビット内部バスであり、1980年代のIntel80286およびその直後の後続コンピューターに基づいています。このバスは、IBM PC /XTやIBMPC互換機など、 8088ベースのIBMPC8ビットバスと(大部分)下位互換性がありました。

元々はPCバス(8ビット)またはATバス(16ビット)と呼ばれていましたが、IBMではI/Oチャネルとも呼ばれていました。ISAの用語は、IBMがATバスを新しい互換性のないマイクロチャネルアーキテクチャに置き換えようとしたことへの反応として、1980年代後半または1990年代初頭に競合するPCクローンメーカーによってレトロニムとして造られました。

16ビットISAバスは、32ビットプロセッサでも数年間使用されていました。ただし、 Extended Industry Standard Architecture (EISA)と呼ばれる32ビットに拡張する試みは、あまり成功しませんでした。その後、VESAローカルバスPCIなどのバスが代わりに使用され、多くの場合、同じメインボード上のISAスロットと一緒に使用されましたATバス構造の派生物は、ATA / IDEPCMCIA標準、コンパクトフラッシュPC / 104バス、および内部でSuper I/Oチップ内で使用されていました。

ISAは何年も前に消費者向けデスクトップから姿を消しましたが、PCIおよびPCIExpressに移行したことのない特定の特殊な拡張カードが 使用される産業用PCで引き続き使用されています。

歴史

8ビットXT16ビットISAEISA(上から下)
8ビットXT:AdlibFMサウンドカード
16ビットISA:Madge4/16Mbpsトークンリング NIC
16ビットISAイーサネット10Base-5 / 2 NIC
8ビットXTUSRobotics56kモデム

オリジナルのPCバスは、1981年にIBMPCプロジェクトの一環としてIBMMarkDeanが率いるチームによって開発されました。[2]これは、 IBM System /23DatamasterシステムのI/Oバスに基づく8ビットバスでした。-同じ物理コネクタ、および同様の信号プロトコルとピン配置を使用しました。[3] 16ビットバージョンのIBMATバスは、1984年のIBM PC / ATのリリースで導入されました。ATバスは、PCバスのほとんど後方互換性のある拡張であり、ATバスコネクタはPCバスコネクタ。1988年に、32ビットEISA標準は、Compaqを含むPC互換メーカーの「GangofNine」グ​​ループによって提案されました。コンパック「 PC互換機」の代わりに「IndustryStandardArchitecture」(ISA)という用語を作成しました[4]その過程で、彼らはATバスの名前を遡及的に「ISA」に変更し、PCおよびPC / ATシステムでIBMの商標を侵害しないようにしました(また、主要な競合他社であるIBMに無料広告を提供しないようにしました)。

IBMは、 IBMPCおよびPC/XTのIntel8088(16/8ビット)CPUのマザーボードバスへのバッファードインターフェイスとして8ビットバージョンを設計し、優先割り込みとDMAチャネルを追加まし16ビットバージョンは、IBMATで使用されているIntel80286 CPU(および拡張された割り込みおよびDMA機能)のマザーボードバスのアップグレードであり、バスマスタリングのサポートが改善されています。したがって、ISAをはるかに高速なCPUに接続するためにチップセットによって高度なバッファリング方法が実装されるまで、ISAバスはCPUクロックと同期していました。

ISAは、周辺機器カードをマザーボードに接続するように設計されており、バスマスタリングを可能にします。メインメモリの最初の16MBのみをアドレス指定できます。元の8ビットバスは、IBMPCおよびPC/XTの8088CPUの4.77MHzクロックから実行されていました。元の16ビットバスは、IBM PC / ATコンピューターの80286のCPUクロックから実行されていました。これは、最初のモデルでは6 MHz、後のモデルでは8MHzでした。IBMRTPCも16ビットバスを使用しましたISAは、Motorola 68kベースのApollo(68020)およびAmiga 3000(68030)ワークステーション、短命のAT&T Hobbit、および後のPowerPCベースのBeBoxなどの一部の非IBM互換機でも使用されました。

デルのような企業はATバスのパフォーマンスを改善しましたが[5]、1987年にIBMはATバスを独自のマイクロチャネルアーキテクチャ(MCA)に置き換えました。MCAは、当時ISAで明らかになった制限の多くを克服しましたが、PCアーキテクチャーとPC市場の制御を取り戻すためのIBMの取り組みでもありました。MCAはISAよりもはるかに高度であり、後でPCIに登場する多くの機能を備えていました。ただし、IBMがISAの完全な仕様と回路図をリリースしたのに対し、MCAはクローズドスタンダードでもありました。コンピューターメーカーは、 Extended Industry Standard Architecture(EISA)とその後のVESAローカルバスを開発することでMCAに対応しました(VLB)。VLBは、部品メーカーがすでにそれらを製造するために装備されていたため、元々MCAを対象としたいくつかの電子部品を使用していました。EISAとVLBはどちらも、AT(ISA)バスの下位互換性のある拡張でした。

ISAベースのマシンのユーザーは、システムに追加するハードウェアに関する特別な情報を知っている必要がありました。少数のデバイスは本質的に「プラグアンドプレイ」でしたが、これはまれでした。ユーザーは、 IRQライン、I / OアドレスDMAチャネルなど、新しいデバイスを追加するときにパラメーターを構成する必要が頻繁にありました。MCAはこの複雑さを解消し、PCIは実際にMCAで最初に検討されたアイデアの多くを取り入れましたが、それはEISAから直接派生したものです。

この構成上の問題により、最終的にISA PnPが作成されました。これは、ハードウェア、システムBIOS、およびオペレーティングシステムソフトウェアへの変更を組み合わせてリソース割り当てを自動的に管理するプラグアンドプレイシステムです。実際には、ISA PnPは面倒であり、アーキテクチャが最終日になるまで十分にサポートされませんでした。

PCIスロットは、ISAをマザーボードから直接押し出す最初の物理的に互換性のない拡張ポートでした。当初、マザーボードは主にISAであり、いくつかのPCIスロットが含まれていました。1990年代半ばまでに、2つのスロットタイプはほぼバランスが取れており、ISAスロットはすぐに消費者向けシステムの少数派になりました。MicrosoftPC99仕様では、ISAスロットを完全に削除することが推奨されていましたが、システムアーキテクチャでは、フロッピードライブシリアルポートなどを処理するために、ISAが内部に何らかの形で存在する必要がありました。そのため、ソフトウェア互換のLPCバスは作成した。ISAスロットはさらに数年間残っており、世紀の変わり目には、中央処理装置の近くにあるAcceleratedGraphicsPort(AGP)、PCIスロットのアレイ、および端の近くにある1つまたは2つのISAスロット。2008年後半には、フロッピーディスクドライブやシリアルポートさえも姿を消し、チップセットからの痕跡ISA(当時はLPCバス)の消滅が間近に迫っていました。

PCIスロットは、対応するISAスロットと比較して「回転」しています。PCIカードは基本的に「逆さま」に挿入されているため、ISAコネクタとPCIコネクタをマザーボード上で一緒に押し込むことができます。各スロットで一度に使用できるコネクタは2つのうち1つだけですが、これにより柔軟性が向上しました。

ATアタッチメント(ATA)ハードディスクインターフェイスは、PC/ATの16ビットISAから直接派生していますATAは、IBM PC AT用の標準のデュアル機能フロッピーディスクコントローラーおよびハードディスクコントローラーカードである、IBMパーソナルコンピューター固定ディスクおよびディスケットアダプターに端を発しています。このカードの固定ディスクコントローラーは、ATAインターフェイスの基礎となるレジスタセットと基本コマンドセットを実装しました(これは、PC XT用のIBMの固定ディスクコントローラーカードのインターフェイスとは大きく異なります)。ATAの直接の前身は、ハードディスクドライブ(HDD)とハードディスクコントローラを統合したサードパーティのISAハードカードでした。(HDC)1枚のカードに。ISAスロットはHDDなどの重いデバイスをサポートするように設計されていないため、これはせいぜい厄介で、最悪の場合マザーボードに損傷を与えました。次世代の統合ドライブエレクトロニクスドライブは、ドライブとコントローラーの両方をドライブベイに移動し、リボンケーブルと非常に単純なインターフェイスボードを使用してISAスロットに接続しました。ATAは基本的に、この配置の標準化に加えて、ソフトウェアがドライブ内のHDCとインターフェイスするための統一されたコマンド構造です。その後、ATAはISAバスから分離され、通常はチップセットに統合することでローカルバスに直接接続され、ISAがサポートできるよりもはるかに高いクロックレートとデータスループットを実現しています。ATAには、16ビット転送サイズ、PIOモードでの信号タイミング、割り込みおよびDMAメカニズムなど、16ビットISAの明確な特性があります。

ISAバスアーキテクチャ


XTバスpins.svg
ISAバスpins.svg

PC / XTバス1980年代にIBMPCおよびIBMPCXTIntel8086およびIntel8088システムで使用されていた8ビットISAバスです。その62ピンの中には、8088プロセッサの8つのデータと20のアドレスラインの逆多重化および電気的にバッファリングされたバージョンと、電力線、クロック、読み取り/書き込みストロボ、割り込みラインなどがありました。電力線には-5Vと±12Vが含まれていました。とりわけダイナミックRAMなどのpMOSおよび拡張モードnMOS回路を直接サポートするため。XTバスアーキテクチャは単一のIntel8259PICを使用します 、8つのベクトル化および優先順位付けされた割り込みラインを提供します。もともとIntel8237によって提供された4つのDMAチャネルがあります3つのDMAチャネルがXTバス拡張スロットに引き出されます。これらのうち、2つは通常、マシン機能(ディスケットドライブとハードディスクコントローラ)にすでに割り当てられています。

DMAチャネル 拡張 標準機能
0 いいえ ダイナミックランダムアクセスメモリの更新
1 はい アドオンカード
2 はい フロッピーディスクコントローラ
3 はい ハードディスクコントローラー

PC /XTバスの16ビット(または80286-)バージョンであるPC / ATバスは、IBM PC/ATで導入されましこのバスは、IBMによって正式にI/Oチャネルと呼ばれていました。[要出典] 8ビットXTバスコネクタとインラインで2番目の短いエッジコネクタを追加することでXTバスを拡張します。これは変更されておらず、ほとんどの8ビットカードとの互換性を維持しています。2番目のコネクタは合計24の4つの追加アドレスラインと合計16の8つの追加データラインを追加します。また、2番目の8259PICに接続された新しい割り込みラインを追加します。(最初のラインの1つに接続)および4×16ビットDMAチャネル、および8ビットまたは16ビット転送を選択するための制御ライン。

16ビットATバススロットは、元々、初期のIBM PC/ATマシンで2つの標準エッジコネクタソケットを使用していました。しかし、ATアーキテクチャと16ビットISAバスの人気により、メーカーは2つのソケットを1つのユニットに統合する特殊な98ピンコネクタを導入しました。これらは、1980年代半ば以降に製造されたほぼすべてのATクラスPCに見られます。ISAスロットコネクタは通常黒です(茶色のEISAコネクタと白のPCIコネクタと区別してください)。

デバイス数

マザーボードデバイスには専用のIRQがあります(スロットにはありません)。16ビットデバイスは、PCバスまたはPC/ATバスのIRQのいずれかを使用できます。したがって、それぞれ1つの8ビットIRQを使用する最大6つのデバイスと、それぞれ1つの16ビットIRQを使用する最大5つのデバイスを接続できます。同時に、最大4つのデバイスがそれぞれ1つの8ビットDMAチャネルを使用でき、最大3つのデバイスがそれぞれ1つの16ビットDMAチャネルを使用できます。

さまざまなバス速度

元々、バスクロックはCPUクロックと同期していたため、市場に出回っているさまざまなIBM「クローン」間でバスクロック周波数が変化し(16または20 MHzになることもあります)、特定のISAのソフトウェアまたは電気的タイミングの問題が発生しました。設計されていないバス速度のカード。その後のマザーボードまたは統合チップセットは、別のクロックジェネレータ、またはISAバス周波数を4、6、または8 MHzに固定するか、ユーザーがBIOSセットアップを介して周波数を調整できるようにするクロック分周器を使用していました。より高いバス周波数で使用すると、一部のISAカード(たとえば、 特定のHercules互換のビデオカード)では、パフォーマンスが大幅に向上する可能性があります。

8/16ビットの非互換性

8ビットまたは16ビットの転送モードを選択するためのメモリアドレスのデコードは128KiBセクションに制限されていたため、8ビットカードと16ビットカードを同じ128 KiB領域に共存できないため、混合時に問題が発生しました。これは、MEMCS16行はLA17-23の値のみに基づいて設定する必要があるためです。

過去と現在の使用

ISAは、今日でも特殊な産業目的で使用されています。2008年、IEI Technologiesは、他の特別なI / O機能に加えて、2つのISAスロットを備えたIntel Core2Duoプロセッサ用の最新のマザーボードをリリースしました。これは、PCIバスバージョンでは利用できない高価な専用ISAバスアダプターに投資した産業および軍のユーザーに販売されています。[6]

同様に、ADEK Industrial Computersは、1つの(非DMA)ISAスロットを含むIntel Core i3 / i5/i7プロセッサー用のマザーボードを2013年初頭にリリースしています。[7]

産業用および組み込みアプリケーションで使用されるPC/104バスは、ISAバスの派生物であり、異なるコネクタを備えた同じ信号線を利用します。LPCバスは、最近のマザーボード上のレガシーI/Oデバイスへの接続としてISAバスに取って代わりました。物理的にはかなり異なりますが、LPCはソフトウェアに対してISAと同じように見えるため、16 MiB DMA制限(元のIBMATで使用されていたIntel80286 CPUの完全なアドレス空間に対応)などのISAの特性が維持される可能性があります。しばらくの間。

ATA

歴史のセクションで説明したように、ISAはATAの開発の基礎でしたATA(別名IDE)ハードディスクに使用されるインターフェース。物理的には、ATAは本質的にISAの単純なサブセットであり、16データビット、正確に1つのIRQと1つのDMAチャネル、および3つのアドレスビットをサポートします。このISAサブセットに、ATAは2つのIDEアドレス選択(「チップセレクト」)ライン(つまり、アドレスデコード、アドレスビットと実質的に同等)とATA / IDEハードディスクに固有のいくつかの固有の信号ライン(ケーブル選択/スピンドルなど)を追加します。 Sync。line。)物理インターフェイスチャネルに加えて、ATAは、すべてのATA(IDE)ドライブに実装される物理デバイスレジスタのセットと、プロトコルおよびデバイスのフルセットを指定することにより、ISAの範囲をはるかに超えています。これらのレジスタを使用して固定ディスクドライブを制御するためのコマンド。ATAデバイスレジスタは、ATA物理インターフェイスチャネルのアドレスビットとアドレス選択信号を使用してアクセスされ、ATAハードディスクのすべての操作は、ATAコマンドセットを介してATA指定のプロトコルを使用して実行されます。ATA標準の初期のバージョンは、いくつかの単純なプロトコルと、MFMおよびRLLコントローラー(ATAコントローラーに先行)のコマンドセットに匹敵する基本的なコマンドセットを備えていましたが、最新のATA標準には、オプションを含むはるかに複雑なプロトコルと命令セットがあります。大規模な隠しシステムストレージ領域、パスワードセキュリティロック、プログラム可能なジオメトリ変換などの高度なオプション使用機能を提供するコマンドとプロトコル。

ISAとATAのさらなる違いは、ISAバスが単一の標準クロックレートにロックされたままである一方で(ハードウェアの下位互換性のため)、ATAインターフェイスは多くの異なる速度モードを提供し、接続されたものがサポートする最大速度に一致するようにそれらの中から選択できることです。ドライブ、およびATA標準の新しいバージョン(最新のATA-6では最大133 MB / s)でより高速な速度を追加し続けました。ほとんどの形式で、ローカルバスに直接接続されている場合、ATAはISAよりもはるかに高速に実行されました。 (例:サウスブリッジ統合IDEインターフェイス)ISAバスよりも高速です。

XT-IDE

16ビットATA/IDEインターフェイスの前には、ハードディスク用の8ビットXT-IDE(XTAとも呼ばれます)インターフェイスがありました。ATAほど人気が​​なく、XT-IDEハードウェアを見つけるのはかなり困難になっています。一部のXT-IDEアダプタは8ビットISAカードとして利用可能であり、XTAソケットは、アムストラッドの後期XTクローンのマザーボードおよびフィリップスユニットの短命な製品ラインにも存在していました。XTAのピン配置はATAと非常に似ていますが、8本のデータラインと2本のアドレスラインのみが使用され、物理デバイスレジスタの意味はまったく異なります。いくつかのハードドライブ(Seagate ST351A / Xなど)は、ジャンパーで選択されたいずれかのタイプのインターフェイスをサポートできます。

その後の多くのAT(およびAT後継)マザーボードには統合ハードドライブインターフェイスがありませんでしたが、ISA / EISA/VLBスロットに接続された別のハードドライブインターフェイスに依存していました。ますます一般的になっているAT-IDEの代わりに、MFM/RLLインターフェースとドライブを搭載した80486ベースのユニットもいくつかありました。

Commodoreは、 SCSIドライブもサポートするAmiga 500および500+コンピュータ用に、XT-IDEベースの周辺ハードドライブ/メモリ拡張ユニットA590を構築しましたそれ以降のモデル(A600A1200、およびAmiga 4000シリーズ)はAT-IDEドライブを使用します。

PCMCIA

PCMCIA仕様は、ATAのスーパーセットと見なすことができます。PCMCIAフラッシュドライブを含むPCMCIAハードディスクインターフェイスの標準では、ポートとドライブをATAモードで相互に構成できます。事実上の拡張として、ほとんどのPCMCIAフラッシュドライブは、単一のピンをLowに引き下げることによって有効になる単純なATAモードを追加で許可するため、PCMCIAハードウェアおよびファームウェアをATAポートに接続されたATAドライブとして使用する必要はありません。したがって、PCMCIAフラッシュドライブからATAアダプタへの接続はシンプルで安価ですが、すべての標準PCMCIAフラッシュドライブで動作することが保証されているわけではありません。さらに、PCMCIAインターフェイスはATAよりもはるかに複雑であるため、このようなアダプタを汎用PCMCIAポートとして使用することはできません。

組み込みチップによるエミュレーション

最近のほとんどのコンピューターには物理ISAバスがありませんが、ほとんどすべてのPC(x86-32およびx86-64)には、物理​​アドレス空間にISAバスが割り当てられています。一部のサウスブリッジと一部のCPU自体は、ISAデバイスとしてISAバスを介して温度監視や電圧読み取りなどのサービスを提供します。[要出典]

標準化

IEEEは、1985年にP996仕様と呼ばれるISAバスの標準化を開始しました。しかし、P996仕様で出版された本さえあったにもかかわらず、それはドラフトのステータスを超えて公式に進歩することはありませんでした。[8]

最新のISAカード

古いコンピューターを使用する既存のユーザーベースがまだ存在するため、一部のISAカードはまだ製造されています。たとえば、USBポート[9]や、最新のプロセッサー、 USB 3.0、およびSATAをベースにした完全なシングルボードコンピューターです。[10]

も参照してください

参照

  1. ^ カイルチャップマン。「バスの素晴らしい世界」2021-06-30を取得
  2. ^ Reilly、Edwin(2003)。コンピュータサイエンスと情報技術のマイルストーンコネチカット州ウェストポート:Greenwood Press pp。37  _ ISBN 1573565210OCLC51258496 _
  3. ^ ジョンタイタス(2001-09-15)。「IBMPCがどこから来たのか」edn.com 2020年10月13日取得
  4. ^ LaPlante、アリス; ファーガー、ロベルタ(1989-01-23)。「90年代のIBMになることを目指しているコンパック」InfoWorldpp。1、8 2016年3月17日取得
  5. ^ ルイス、ピーターH.(1988-04-24)。「最初のPS/2クローンの紹介」ニューヨークタイムズ2015年1月6日にオリジナルからアーカイブされました2015年1月6日取得
  6. ^ IEI Technology Corp: IMBA-9654ISAユーザーマニュアル、Rev。1.00、2008年5月
  7. ^ ADEK産業用コンピュータ: MS-98A9製品仕様
  8. ^ グレイブス、マイケルW.(2005)。PCハードウェアのメンテナンスと修理に関するA+ガイド、第1巻トムソン、デルマーラーニング。p。191. ISBN 1401852300
  9. ^ 「ローテクISAUSBアダプター-lo-tech.co.uk」www.lo-tech.co.uk2018年4月9日にオリジナルからアーカイブされました2018年5月3日取得
  10. ^ 「PCA-6763」www.advantech.com2017年10月24日にオリジナルからアーカイブされました2018年5月3日取得

さらに読む

外部リンク