Системная шина ISA. ISA и EISA — одни из первых стандартов шин Isa карты

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 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.

Слоты расширения ISA: 1 - два 8-ми разрядных и 2 - три 16-разрядных

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.

Extended ISA - расширенная ISA

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

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)	Сигнал	Значение	Вывод (сторона монтажа)	Сигнал	Значение
B1	GND	Земля	А1	I/O CH CK	Контроль канала ввода/вывода
B2	RES DRV	Сигнал Reset	A2	D7	Линия данных 8
B3	+5 V	+5 V	A3	D6	Линия данных 7
B4	IRQ9	Каскадирование второго контроллера прерываний	A4	D5	Линия данных 6
B5	-5 V	-5 V	A5	D4	Линия данных 5
B6	DRQ2	Запрос DMA 2	A6	D3D	Линия данных 4
B7	-12 V	-12 V	A7	D2	Линия данных 3
B8	RES	Коммуникация с памятью без времени ожидания	A8	D1	Линия данных 2
B9	+12 V	+12 V	A9	D0	Линия данных 1
B10	GND	Земля	A10	I/O CH RDY	Контроль готовности канала ввода/вывода
B11	SMEMW	Данные записываются в память (до 1 Mb, S обозначает Small)	A11	AEN	Address Enabled, контроль за шиной при CPU и DMA-контроллере
B12	SMEMR	Данные cчитываются из памяти (до 1 Mb, S обозначает Small)	A12	A19	Адресная линия 20
B13	IOW	Данные записываются в I/O-порт	A13	A18	Адресная линия 19
B14	IOR	Данные читаются из I/O-порта	A14	A17	Адресная линия 18
B15	DACK3	DMA-Acknowledge (подтверждение) 3	A15	A16	Адресная линия 17
B16	DRQ3	Запрос DMA 3	A16	A15	Адресная линия 16
B17	DACK1	DMA-Acknowledge (подтверждение) 1	A17	A14	Адресная линия 15
B18	IRQ1	Запрос прерывания 1	A18	A13	Адресная линия 14
B19	REFRESH	Регенерация памяти	A19	A12	Адресная линия 13
B20	CLC	Системный такт 4.77 MHz	A20	A11	Адресная линия 12
B21	IRQ7	Запрос прерывания 7	A21	A10	Адресная линия 11
B22	IRQ6	Запрос прерывания 6	A22	A9	Адресная линия 10
B23	IRQ5	Запрос прерывания 5	A23	A8	Адресная линия 9
B24	IRQ4	Запрос прерывания 4	A24	A7	Адресная линия 8
B25	IRQ3	Запрос прерывания 3	A25	A6	Адресная линия 7
B26	DACK2	DMA-Acknowledge (подтверждение) 2	A26	A5	Адресная линия 6
B27	T/C	Terminal Count, сигнализирует конец DMA-трансформации	A27	A4	Адресная линия 5
B28	ALE	Address Latch Enabled, расстыковка адрес/данные	A28	A3	Адресная линия 4
B29	+5 V	+5 V	A29	A2	Адресная линия 3
B30	OSC	Такт осциллятора (14.31818 MHz)	A30	A1	Адресная линия 2
B31	GND	Земля	A31	A0	Адресная линия 1
D1	MEM CS 16	Memory Chip Select (выбор)	C1	SBHE	System Bus High Enabled, сигнал для 16-разрядных данных
D2	I/O CS 16	I/O-карта с 8 бит/16 бит переносом	C2	LA23	Адресная линия 24
D3	IRQ10	Запрос прерывания 10	C3	LA22	Адресная линия 23
D4	IRQ11	Запрос прерывания 11	C4	LA21	Адресная линия 22
D5	IRQ12	Запрос прерывания 12	C5	LA20	Адресная линия 21
D6	IRQ13	Запрос прерывания 13	C6	LA19	Адресная линия 20
D7	IRQ14	Запрос прерывания 14	C7	LA18	Адресная линия 19
D8	DACK0	DMA-Acknowledge (подтверждение) 0	C8	LA17	Адресная линия 18
D9	DRQ0	Запрос DMA 0	C9	MEMR	Чтение данных из памяти
D10	DACK5	DMA-Acknowledge (подтверждение) 5	C10	MEMW	Запись данных в памят
D11	DRQ5	Запрос DMA 5	C11	SD8	Линия данных 9
D12	DACK6	DMA-Acknowledge (подтверждение) 6	C12	SD9	Линия данных 10
D13	DRQ6	Запрос DMA 6	C13	SD10	Линия данных 11
D14	DACK7	DMA-Acknowledge (подтверждение) 7	C14	SD11	Линия данных 12
D15	DRQ7	Запрос DMA 7	C15	SD12	Линия данных 13
D16	+5 V	+5 V	C16	SD13	Линия данных 14
D17	MASTER	Сигнал Busmaster	C17	SD14	Линия данных 15
D18	GND	Земля	C18	SD15	Линия данных 16

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.

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. Процессор
3. 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.

Шина ISA (I ndustrial S tandart A rhitecture) является фактически стандартной шиной для персональных компьютеров типа IBM PC/AT и совместимых с ними. Шина EISA , с которой ряд фирм выпускал персональные компьютеры, уступила шине PCI и в настоящее время используется редко.

Основные отличия шины ISA персонального компьютера IBM PC/AT от своей предшественницы - шины компьютера IBM PC/XT заключаются в следующем:

шина AT компьютеров позволяет использовать на внешних платах как 16-разрядные устройства ввода/вывода, так и 16-разрядную память;

цикл доступа к 16-разрядной памяти на внешней плате может быть выполнен без вставки тактов ожидания;

объем непосредственно адресуемой памяти на внешних платах может достигать 16 Мб;

внешняя плата может становиться хозяином (задатчиком) на шине и самостоятельно осуществлять доступ ко всем ресурсам как на шине, так и на материнской плате.

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.

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.

Центральный процессор по умолчанию является основным владельцем шины, контроллер ПДП и контроллер регенерации памяти могут стать задатчиками на шине, только предварительно запретив работу ЦП. Процесс запрещения работы ЦП состоит в выработке сигнала запроса на ПДП и приема сигнала подтверждения ПДП.

Центральный процессор может быть источником как 16-разрядных операций, так и 32-разрядных. Когда ЦП является 16-разрядным ресурсом, он может выполнять операции как с 16-, так и с 8-разрядными ресурсами на шине. При выполнении ЦП команды, оперирующей с 16-разрядными данными, если ресурс доступа 8- разрядный, то специальными аппаратными средствами на материнской плате в этом случае выполняются два цикла доступа. Если же ЦП является 32-разрядным, то аппаратно на материнской плате компьютера один 32-разрядный цикл работы ЦП с внешним ресурсом должен быть преобразован в два индивидуальных 16-разрядных цикла доступа.

Особенности для внешних плат. Если ЦП является задатчиком на шине, то внешние платы могут функционировать только в режиме памяти или устройства ввода/вывода.

Сигналы для поддержки ПДП заводятся с разъема непосредственно на контроллер ПДП, выполненный, как правило, на микросхеме Intel 8237A. Когда режим ПДП запрашивается каким-либо устройством (хотя бы один из сигналов DRQ становится активным), контроллер ПДП осуществляет захват шины у ЦП. Выдача затем соответствующего сигнала -DACK означает, что контроллер ПДП начал передачу данных. Циклы ПДП не будут выполняться на шине, если сигнал -MASTER будет разрешен с какой-либо внешней платы.

Если запрос на ПДП требуется устройству ввода/вывода, то следует учесть, что каналы 0...3 ПДП поддерживают передачу только 8-разрядных данных; все данные должны передаваться только по линиям SD<7...0> . Перестановка байтов в этом случае выполняется аппаратно на материнской плате в соответствии с сигналами SA0 и -SBHE . Такая перестановка может потребоваться, например, при передаче данных из старшего байта 16-разрядной памяти в 8-разрядный порт. Каналы ПДП 5...7 поддерживают передачу только 16-разрядных данных; все данные должны передаваться как 16-разрядные по линиям SD<15...0> . Память, участвующая в работе в режиме ПДП по этим каналам, должна быть только 16-разрядной. Перестановщик байтов на материнской плате не будет корректировать несоответствие размеров данных.

ПРИМЕЧАНИЕ: 8-разрядная память со своей стороны может передавать данные в режиме ПДП только 8-разрядным устройствам ввода/вывода; использование 8-разрядной памяти с 16-разрядными устройствами ввода/вывода не допускается.

ВНИМАНИЕ! Контроллер регенерации памяти не может захватить шину до тех пор, пока контроллер ПДП ей владеет. Это означает, что любой цикл ПДП не должен превышать 15 мкс. В противном случае может произойти потеря информации в микросхемах динамической памяти.

ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ

Сигналы запроса и подтверждения режима ПДП заведены на все внешние платы и эти сигналы вырабатываются обычными ТТЛ выходами, поэтому все внешние платы должны использовать и анализировать различные каналы ПДП. В противном случае возможен конфликт внешних слотов между собой или с устройствами на материнской плате.

Внешние слоты могут быть или памятью прямого доступа или устройством ввода/вывода, когда они взаимодействуют с контроллером ПДП.

Внешние платы могут функционировать в 5 различных режимах: задатчика шины, памяти и устройств ввода/вывода прямого доступа, памяти и устройств ввода/вывода, регенерации памяти или сброса. Платы могут поддерживать любую комбинацию из первых четырех режимов; сигналу сброса должны подчиниться все платы одновременно.

Только 16-разрядные платы с двумя интерфейсными разъемами могут становиться задатчиками на шине . Для захвата шины внешняя плата должна разрешить сигнал -DRQ и, получив сигнал -DACK от контроллера ПДП, разрешить сигнал -MASTER . На этом процедура захвата шины заканчивается.

Внешняя плата, захватив шину, может выполнять любые циклы доступа, так же как центральный процессор. Единственное ограничение - невозможность выполнять циклы ПДП, так как все интерфейсные сигналы, управляющие работой контроллера ПДП, заведены на материнскую плату и не могут быть использованы контроллером ПДП, находящимся на внешней плате. Когда внешняя плата является задатчиком на шине, контроллер ПДП запрещает сигнал AEN и это позволяет устройствам ввода/вывода нормально дешифрировать адрес и быть доступными для внешней платы. При запрещенном сигнале AEN циклы передачи ПДП невозможны (подробнее в разделе описания сигнала AEN , в гл. 3). Кроме этого, циклы ПДП не могут быть выполнены на шине также и потому, что у контроллера ПДП канал, через который был осуществлен захват шины, занят, а другие каналы контроллера ПДП не могут быть использованы до освобождения ранее занятого, т.е. до освобождения шины захватившей ее внешней платой.

ПРИМЕЧАНИЕ: Программное обеспечение, поддерживающее работу внешней платы в качестве задатчика шины, должно обеспечивать использование каналов ПДП только в режиме каскадирования. В противном случае внешняя плата не сможет осуществить захват шины.

ПРИМЕЧАНИЕ: Внешняя плата начинает любой цикл доступа как 16-разрядная, однако если сигнал -MEM CS16 или -I/O CS16 не будет разрешен, цикл будет завершен как 8-разрядный. При этом перестановщик байтов на материнской плате будет определять, по каким линиям данных (SD<15...8> или SD<8...0> ) передается байт информации, исходя из анализа сигналов -SBHE и SA0 .

ВНИМАНИЕ! Захватившая шину внешняя плата обязана не реже, чем через 15 мкс, вырабатывать сигнал -REFRESH для запроса контроллеру регенерации на регенерацию памяти. Контроллер регенерации при выполнении цикла регенерации памяти вырабатывает сигналы адреса, команд и анализирует сигнал I/O CH RDY , но внешняя плата, выработавшая сигнал -REFRESH , по завершении цикла регенерации снимает этот сигнал и продолжает оставаться задатчиком на шине. При необходимости выполнить несколько циклов регенерации сигнал -REFRESH может быть удержан внешней платой на все время требуемого количества циклов регенерации.

Контроллер регенерации памяти не может захватить шину сам до тех пор, пока контроллер ПДП (а именно через него внешняя плата становится задатчиком на шине) не освободит ее на время регенерации по сигналу -REFRESH.

Внешняя плата может работать в режиме ПДП только в том случае, если контроллер ПДП является задатчиком на шине. В режиме прямого доступа к памяти данные всегда передаются между устройством ввода/вывода и памятью на внешней плате. В режиме прямого доступа к устройству ввода/вывода данные передаются между памятью и устройством ввода/вывода на внешней плате. Внешняя плата, отвечающая на шине как 8- или 16-разрядное устройство, должна соответственно использовать 8- или 16- разрядные каналы контроллера ПДП. В табл. 2.2 показано состояние сигналов на шине для режима ПДП.

ВНИМАНИЕ! Следует специально обратить внимание на некоторые особенности при выполнении циклов передачи данных между 8-разрядными устройствами ввода/вывода и 16-разрядной памятью на внешней плате. Во-первых, внешняя плата должна анализировать сигналы -SBHE и SA0 для правильного определения передаваемых данных.

Во-вторых, при записи в УВВ из памяти на внешней плате перестановщик байтов на материнской плате будет определять, по какой половине шины данных (SD<15...8> или SD<7...0> ) следует направить байт; внешняя плата после анализа -SBHE и SA0 должна определить, по какой половине шины данных ей направить байт данных. В-третьих, при чтении УВВ в память на внешней плате перестановшик байтов направляет в память байт данных также либо по старшей половине шины данных SD<15...8> , либо по младшей половине SD<7...0> . Внешняя плата по сигналам -SBHE и SA0 должна определять, когда следует переводить в третье состояние свои выходы по младшей половине шины данных SD<7...0> во избежание столкновений на шине.

Внешняя плата может как 16-разрядная память обмениваться в режиме ПДП как с 8-ми разрядными устройствами ввода/вывода, так и с 16-разрядными. Но, если внешняя плата является 8-разрядной памятью, то в режиме ПДП она может обмениваться данными только с 8-разрядными устройствами ввода/вывода. Другая особенность относится к тому случаю, когда контроллер ПДП выполняет запись данных в 8- разрядное устройство вывода на внешней плате из 16-разрядной памяти. Если такая внешняя плата установлена в 16-разрядный слот и может работать в 16-разрядном режиме, она должна для такого случая поддерживать старшую половину шины данных SD<15...8> в третьем состоянии во избежание столкновения сигналов на шине.

ВНИМАНИЕ! Когда контроллер ПДП является задатчиком на шине, он игнорирует сигнал -0WS, поэтому если внешняя плата используется как 16-разрядная память и обмен с ней выполняется контроллером ПДП, применение быстрых микросхем памяти в такой плате лишено смысла.

Обычный доступ к внешней плате как к памяти или устройству ввода/вывода . Внешняя плата становится обычным ресурсом памяти или ввода/вывода, если задатчиком на шине является центральный процессор или другая внешняя плата.

ВНИМАНИЕ! Существуют особенности такого использования внешней платы, если она устанавливается в слот, а участвует в обмене данными как 8-разрядная память или УВВ в течении всего цикла доступа. При чтении данных в такую внешнюю плату перестановщик байтов будет переставлять данные между шинами SD<15...8> или SD<7...0> для правильного приема данных внешней платой. Внешняя плата при этом должна поддерживать свои выходы SD<15...8> в третьем состоянии, так как иначе неизбежно столкновение сигналов на шине данных.

ВНИМАНИЕ! Когда некоторые внешние платы становятся задатчиками на шине, они могут игнорировать сигнал I/O CH RDY или -0WS и выполнять цикл доступа как цикл обращения к 8- или 16-разрядной памяти. Но любые внешние платы обязаны возвращать задатчику на шине ISA эти сигналы при необходимости, так как если центральный процессор является задатчиком на шине, то он использует эти сигналы для определения продолжительности цикла доступа.

Все внешние платы оказываются в режиме сброса при разрешенном сигнале RESET DRV ; иначе этот режим невозможен. Все выходы с тремя состояниями на плате должны быть в третьем состоянии и все выходы с открытым коллектором должны быть в состоянии логической единицы на время не менее 500 нс после разрешения сигнала RESET DRV . Все внешние платы должны завершить свою инициализацию за время не более 1 мс после разрешения сигнала RESET DRV и быть готовыми к выполнению циклов доступа на шине. Любые операции на шине возможны только после запрещения сигнала RESET DRV .

Контроллер регенерации памяти выполняет циклы чтения памяти по специальным адресам на материнской плате и внешних платах для регенерации информации в микросхемах динамической памяти. Каждые 15 мкс контроллер пытается овладеть шиной для запуска цикла регенерации. Если в этот момент задатчиком на шине является центральный процессор, то он освобождает шину для контроллера регенерации. Если в этот момент шина захвачена внешней платой, то контроллер регенерации выполнит цикл регенерации только при выработке внешней платой сигнала -REFRESH . Если в этот момент задатчиком на шине являлся контроллер ПДП, то до освобождения им шины цикл регенерации не может быть выполнен.

Когда выполняется цикл регенерации, контроллер регенерации вырабатывает сигналы адреса SA<7...0> с одним из 256 возможных адресов регенерации. Другие адресные линии неопределены и могут находиться в третьем состоянии. Этот цикл может выполняться с задержкой по сигналу I/O CH RDY с разрешенными сигналами -SMEMR и -MEMR .

ВНИМАНИЕ! Циклы регенерации должны выполняться каждые 15 мкс для перебора всех 256 адресов за 4 мс. Если это условие не выполняется, данные, хранящиеся в динамической памяти, могут быть утеряны.

В данной главе рассматриваются характеристики шины, не зависящие от типа устройства, захватившего шину.

Максимальное адресное пространство при обращении к памяти, поддерживаемое шиной ISA , 16 Мб (24 линии адреса), но не все слоты поддерживают полностью это адресное пространство. Когда задатчик на шине осуществляет доступ к памяти на материнской плате или к памяти, установленной в слот, он должен разрешать сигналы -MEMR или -MEMW ; аппаратно на материнской плате дополнительно разрешаются сигналы -SMEMR и -SMEMW , если требуемый адрес находится в пределах первого мегабайта адресного пространства. К 8-разрядным слотам подведены только линии -SMEMR и -SMEMR , SD<7...0> и SA<19...0> ; поэтому внешние платы, установленные в 8-разрядные слоты, могут быть либо только 8-разрядными устройствами ввода/вывода, либо 8-ми разрядной памятью в первом мегабайте адресного пространства. Внешние платы, устанавливаемые в 8/16-разрядные слоты, принимают все командные сигналы, адреса и данные; они могут быть как 8-, так и 16-разрядными и адресное пространство памяти на них может быть любым в пределах 16 Мб. Цикл доступа к таким внешним платам завершается как 16-разрядный, если плата разрешает сигнал -I/O CS16 или -MEM CS16 .

ПРИМЕЧАНИЕ: Память на материнской плате или внешней плате считается 16- разрядным ресурсом только в том случае, если разрешается сигнал -MEM CS16 . Этот сигнал вырабатывается из сигналов адреса LA<23...17> ; поэтому 16-разрядная память может быть выбрана только блоками по 128 Кб; внутри такого блока память не может быть частично 8-разрядной, а частично 16-разрядной, так как невозможно по обращению к меньшему блоку однозначно выработать сигнал -MEM CS16 . Разрядность внутри такого блока должна быть одинаковой при обращении по любому адресу внутри 128 Кб.

ВНИМАНИЕ! Микросхемы динамической памяти требуют циклов регенерации через каждые 15 мкс. Если циклы регенерации выполняются реже, чем через 15 мкс, то данные в памяти могут быть потеряны.

ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ

Динамическая память на материнской плате может иметь два вида своей организации - 16- или 32-разрядная. Но разрядность памяти на материнской плате принимается во внимание только центральным процессором, для внешних плат динамическая память на материнской плате всегда только 16-разрядная. ПЗУ на материнской плате, содержащее BIOS (Base Input/Output System - Базовая Система Ввода/Вывода), также всегда 16-разрядное.

Максимально адресное пространство для устройств ввода/вывода, поддерживаемое шиной ISA составляет 64 Кб (16 адресных линий). Все слоты поддерживают 16 адресных линий. Первые 256 адресов зарезервированы для устройств, расположенных, как правило, на материнской плате - регистры контроллера ПДП, контроллера прерываний, часов реального времени, таймера-счетчика и других устройств, требующихся для AT совместимости различных компьютеров.

ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ

Несмотря на то, что для выбора адреса УВВ доступны все 16 сигналов адреса, традиционно для адресов УВВ в компьютерах серии IBM PC/XT/AT использовались только первые 10 разрядов адреса. Это означает, что адреса из следующих килобайтных блоков будут декодироваться также как адреса в первом килобайте адресов УВВ. Поэтому для вновь разрабатываемых внешних плат следует использовать "окна" в существующем сейчас распределении адресов стандартных УВВ для компьютеров IBM PC/AT. Для увеличения количества используемых адресов УВВ (при необходимости) можно использовать адресное пространство выбранного окна со сдвигом на 1 Кб или кратное ему значение. Очевидно, что внешняя плата в этом случае должна декодировать более чем 10 линий адреса.

Линии запроса на прерывания непосредственно заведены на контроллеры прерываний типа Intel 8259A. Контроллер прерываний будет реагировать на запрос по такой линии в случае, если сигнал на ней перейдет из низкого уровня в высокий. Шина ISA не имеет линий, подтверждающих прием запроса на прерывание, поэтому запрашивающее прерывание устройство должно само определять по реакции ЦП подтверждение приема своего запроса.

ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ

Линии запроса на прерывания заведены на все слоты и обрабатываются контроллером прерывания по нарастающему фронту сигнала. До установки новой внешней платы, если она использует в своей работе контроллер прерываний, следует определить, есть ли свободная линия запроса на прерывание и именно ее использовать для новой внешней платы. При не соблюдении этого условия возможно возникновение конфликтных ситуаций на шине.

Центральный процессор или внешняя плата могут выполнить как 8- так и 16-разрядные циклы доступа, причем все циклы всегда начинаются как 16-разрядные, а завершаются как 8- или 16-разрядные. Цикл доступа будет завершен как 8-разрядный, если устройство, к которому осуществляется доступ, запретит сигнал -I/O CS16 или -MEM CS16 .

Перестановщик байтов всегда находится на материнской плате. Его задача - точно согласовать размер данных, которыми обмениваются устройства. На рис. 3.1 показано место перестановщика байтов при пересылке данных между задатчиком и ресурсом, к которому осуществляется доступ. В табл. 3.1 суммируется вся информация по перестановке байтов во время циклов доступа. Перестановка байтов осуществляется с шины SD<15...0> (HIGH BYTE - старший байт) на SD<7...0> (LOW BYTE - младший байт) или наоборот. В таблице перенос байта с шины SD<15...0> на SD<7...0> обозначается как H > L, наоборот - L < H. LL означает, что байт по младшей половине шины данных не переставляется, HH - что байт по старшей половине шины не переставляется. HH/LL - и старший и младший байт передаются каждый по своей половине шины данных и не переставляются.

Таблица 3.1.

Задатчик на шине			Ресурс, к которому осуществляется доступ		Завершение цикла
Размер данных			Размер данных		Размер данных	Маршрут чтение запись

На рис. 3.2 показано место перестановщика байтов для циклов пересылки данных в режиме ПДП. В табл. 3.2 суммируется вся информация по перестановке байтов во время циклов ПДП. Перестановка байтов осуществляется с шины SD<15...0> (HIGH BYTE) на SD<7...0> (LOW BYTE) или наоборот. В таблице перенос байта с шины SD<15...0> на SD<7...0> обозначается как H > L, наоборот - L < H. LL означает, что байт по младшей половине шины данных не переставляется, HH - что байт по старшей половине шины не переставляется. HH/LL - и старший и младший байт передаются каждый по своей половине шины данных и не переставляются.

Таблица 3.2.

Устройство ввода/вывода	Контроллер ПДП					Завершение цикла
Размер данных				Размер данных	-MEM CS16		Размер данных	чтение запись
								Запрещено
									В этой главе описываются все сигналы на шине ISA. Для лучшего понимания функционирования шины целесообразно разбить все сигналы на 7 групп: АДРЕСА, ДАННЫЕ, СИНХРОСИГНАЛЫ, КОМАНДНЫЕ СИГНАЛЫ, СИГНАЛЫ РЕЖИМА ПДП, ЦЕНТРАЛЬНЫЕ СИГНАЛЫ УПРАВЛЕНИЯ, СИГНАЛЫ ПРЕРЫВАНИЯ, ПИТАНИЕ. Информация о направленности сигналов (вход, выход или двунаправленный) приводится относительно задатчика на шине. Группа сигналов адреса включает в себя адреса, вырабатываемые текущим задатчиком на шине. На шине ISA есть два вида сигналов адреса, SA<19...0> и LA<23...17> . SA<19...0> Адресные сигналы этого типа поступают на шину с регистров адреса, в которых адрес "защелкивается". Сигналы SA<19...0> позволяют осуществлять доступ к памяти только в младшем мегабайте адресного пространства. При доступе к устройству ввода/вывода только сигналы SA<15...0> SA<19...16> не определено. Во время выполнения циклов регенерации адреса только сигналы SA<7...0> имеют действительное значение, а состояние сигналов SA<19...8> неопределено и эти выводы должны быть в третьем состоянии для всех устройств на шине. ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Внешняя плата, ставшая задатчиком на шине, должна разрешать сигнал -REFRESH для регенерации памяти, при этом внешняя плата должна перевести свои выходные формирователи сигналов адреса в третье состояние. LA<23...17> Сигналы этого типа поступают на шину без "защелкивания" в регистрах. Когда центральный процессор является задатчиком на шине, то значения сигналов на линиях LA<23...17> истинны во время выработки сигнала BALE и они могут иметь произвольное значение в конце цикла доступа. Если задатчиком на шине является контроллер ПДП, сигналы LA<23...17> истинны до начала сигнала -MEMR или -MEMW и сохраняются до конца цикла. При выполнении циклов доступа к памяти сигналы LA<23...17> всегда истинны, а при доступе к устройствам ввода/вывода эти сигналы имеют уровень логического "0". При выполнении циклов регенерации состояние линий LA<23...17> неопределено и все ресурсы на шине должны поддерживать свои выходы по этим линиям в третьем состоянии. РЕКОМЕНДАЦИИ: Для "защелкивания" сигналов LA следует использовать только регистры с потенциальным входом. Это вызвано тем, что в этом случае новый истинный адрес появится на выходе регистра по началу сигнала BALE (а не по его заднему фронту) и, кроме этого, во время циклов доступа к памяти каким-либо другим задатчиком, а не ЦП, сигнал BALE поддерживается в состоянии логической "1" и регистр с потенциальным входом станет просто повторителем сигналов LA (что и требуется в таком случае). ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Если внешняя плата является задатчиком на шине, то сигналы LA<23...17> должны быть истинны до начала сигнала -MEMR или -MEMW и сохраняться таковыми до завершения цикла. -REFRESH (следует помнить, что внешняя плата может это сделать, только будучи задатчиком на шине), то вырабатывать сигналы адреса будет контроллер регенерации, поэтому внешней плате следует перевести свои адресные выходы в третье состояние. Сигнал -SBHE (System Bus High Enable - Разрешение старшего байта на системной шине) разрешается центральным процессором для указания всем ресурсам на магистрали о том, что по линиям SD<15...8> пересылается байт данных. Сигналы -SBHE и SA0 используются для определения того, какой байт и по какой половине шины данных пересылается (в соответствии с табл. 3.1). Сигнал -SBHE не вырабатывается контроллером регенерации при захвате им шины, так как никаких перестановок байтов нет и нет реального чтения данных. ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Если внешняя плата становится задатчиком на шине, то она должна вырабатывать сигнал -SBHE так же как центральный процессор. Если внешняя плата, являющаяся задатчиком на шине, вырабатывает сигнал -REFRESH , то ее выход сигнала -SBHE должен быть переведен в третье состояние. BALE Сигнал BALE (Bus Address Latch Enable - Разрешение на "защелкивание" адреса на шине) является стробом для записи адреса по линиям LA<23...17> и сообщает ресурсам на шине, что адрес является истинным и его можно "защелкнуть" в регистре. Этот сигнал также информирует ресурсы на шине о том, что сигналы SA<19...0> и -SBHE истинны. При захвате шины контроллером ПДП сигнал BALE всегда равен логической "1" (вырабатывается на материнской плате), так как сигналы LA<23...17> и SA<19...0> истинны до выработки командных сигналов. Если контроллер регенерации становится задатчиком на шине, то на линии BALE также поддерживается уровень логической единицы, поскольку сигналы адреса SA<19...0> истинны до начала командных сигналов. ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ При захвате шины внешней платой сигнал BALE поддерживается материнской платой в состоянии логической "1" на все время захвата шины. Адресные сигналы LA<23...17> и SA<19...0> должны быть при этом истинны в течении времени разрешения платой командных сигналов. Если центральный процессор является задатчиком на шине и выполняет цикл доступа к ресурсу на внешней плате, то сигналы LA<23...17> истинны только в течении короткого времени, поэтому сигнал BALE должен быть использован для "защелкивания" адреса в регистре. При захвате шины любым устройством, кроме ЦП, на линии BALE поддерживается уровень логической "1". AEN Сигнал AEN (Address Enable - Разрешение адреса) разрешается тогда, когда контроллер ПДП становится задатчиком на шине и сообщает всем ресурсам на шине о том, что на шине выполняются циклы ПДП. Разрешенный сигнал AEN также информирует все устройства ввода/вывода о том, что контроллер ПДП установил адрес памяти и УВВ следует запретить на время сигнала AEN декодирование адреса. Этот сигнал запрещается, если задатчиком на шине является центральный процессор или контроллер регенерации. ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Если внешняя плата, выполняя процедуру захвата шины, вырабатывает сигнал -MASTER, сигнал AEN запрещается контроллером ПДП для того, чтобы позволить внешней плате доступ к устройствам ввода/вывода. SD<7...0> и SD<15...8> Линии SD<7...0> и SD<15...8> , как правило, еще называют шиной данных, причем по линии SD15 передается старший значащий бит, а по линии SD0 - младший значащий бит. Линии SD<7...0> - младшая половина шины данных, SD<15...0> - старшая половина шины данных. Все 8-ми разрядные ресурсы могут обмениваться данными только по младшей половине шины данных. Поддержка обмена данными между 16-ти разрядным задатчиком на шине и 8-ми разрядным ресурсом осуществляется перестановщиком байтов на материнской плате (табл. 3.1 и рис. 3.1 иллюстрирует его работу). ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Если сигнал - REFRESH разрешен, то внешние платы должны перевести свои выходы по шине данных в третье состояние, так как нет пересылок данных во время циклов регенерации памяти. Сигналы этой группы управляют как продолжительностью, так и типами циклов доступа, выполняемых на шине. Группа состоит из шести командных сигналов, двух сигналов готовности и трех сигналов, которые определяют размеры и тип цикла. Командные сигналы определяют вид устройства (память или УВВ) и направление пересылки (запись или чтение). Сигналы готовности управляют продолжительностью цикла доступа, укорачивая его или, наоборот, удлиняя. -MEMR и -SMEMR Сигнал -MEMR (Memory Read - Чтение памяти) разрешается задатчиком на шине для чтения данных из памяти по адресу, определяемому сигналами по линиям LA<23...17> и SA<19...0> . Сигнал -SMEMR (System Memory Read - Системное чтение памяти) функционально идентичен -MEMR, за исключением того, что сигнал -SMEMR разрешается при чтении памяти, находящейся в пределах первого мегабайта адресного пространства. Сигнал -SMEMR -MEMR -MEMR на 10 или менее наносекунд. ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ -MEMR , так как сигнал -SMEMR может разрешаться только материнской платой при чтении из памяти в первом мегабайте адресного пространства. Если внешняя плата разрешает сигнал -REFRESH -MEMR в третье состояние, так после разрешения сигнала -REFRESH контроллер регенерации будет разрешать этот сигнал. -MEMW и -SMEMW Сигнал -MEMW (Memory Write - Запись в память) разрешается задатчиком на шине для записи данных в память по адресу, определяемому сигналами по линиям LA<23...17> и SA<19...0> . Сигнал -SMEMW (System Memory Write - Системная запись в память) функционально идентичен -MEMW, за исключением того, что сигнал -SMEMW разрешается при записи в память, находящейся в пределах первого мегабайта адресного пространства. Сигнал -SMEMW вырабатывается на материнской плате из сигнала -MEMW и, поэтому, задерживается относительно сигнала -MEMR на 10 нс или менее. ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Если внешняя плата становится задатчиком на шине, то она может разрешать только сигнал -MEMW , так как сигнал -SMEMW может разрешаться только материнской платой при записи в память в первом мегабайте адресного пространства. Если внешняя плата разрешает сигнал -REFRESH , то она должна перевести свой выход по сигналу -MEMW в третье состояние. -I/OR Сигнал -I/OR (I/O Read - Чтение устройства ввода/вывода) разрешается задатчиком на шине для чтения данных из устройства ввода/вывода по адресу, определяемому сигналами SA<15...0> . ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Если внешняя плата разрешает сигнал -REFRESH , то она должна перевести свой выход по сигналу -I/OR в третье состояние. -I/OW Сигнал -I/OW (I/O Write - Запись в устройства ввода/вывода) разрешается задатчиком на шине для записи данных в устройство ввода/вывода по адресу, определяемому сигналами SA<15...0> . ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Если внешняя плата разрешает сигнал -REFRESH , то она должна перевести свой выход по сигналу -IOW в третье состояние. -MEM CS16 Сигнал -MEM CS16 (Memory Cycle Select - Выбор цикла для памяти) разрешается 16-разрядной памятью для сообщения задатчику шины о том, что память, к которой он обращается, имеет 16-разрядную организацию и ему следует выполнить 16-разрядный цикл доступа. Если этот сигнал запрещен, то только 8-разрядный цикл доступа может быть выполнен на шине. Память, к которой выполняется цикл доступа, должна выработать этот сигнал из адресных сигналов LA<23...17> . -MEM CS16 РЕКОМЕНДАЦИИ: Декодировав сигналы LA на внешней плате 16-разрядной памяти, следует разрешить сигнал -MEM CS16 , если установленный на шине адрес является адресом этой внешней платы. Так как этот сигнал фиксируется на материнской плате, как правило, по заднему фронту сигнала BALE , то схема дешифрации сигналов LA и последующего формирования -MEM CS16 должна иметь минимально возможную задержку (для компьютеров с тактовой частотой ЦП 20 МГц не более 20 нс). ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Если внешняя плата является 16-разрядной памятью, то она должна информировать об этом задатчика на шине, разрешив сигнал -MEM CS16 . SA<15...0> и какое-либо устройство ввода/вывода случайно при декодировании этого адреса разрешит сигнал -I/O CS16 , то внешняя плата должна игнорировать его в течении цикла доступа к памяти. -I/O CS16 Сигнал -I/O CS16 (I/O Cycle Select - Выбор цикла для УВВ) разрешается 16- разрядным УВВ для сообщения задатчику шины о том, что УВВ, к которому он обращается, имеет 16-разрядную организацию и ему следует выполнить 16-разрядный цикл доступа. Если этот сигнал запрещен, то только 8-разрядный цикл доступа к УВВ может быть выполнен на шине. УВВ, к которому выполняется цикл доступа, должна выработать этот сигнал из адресных сигналов SA<15...0> . ПРИМЕЧАНИЕ: Контроллер ПДП и контроллер регенерации игнорируют сигнал -I/O CS16 при выполнении циклов ПДП и регенерации памяти. ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Если внешняя плата является 16-разрядным УВВ, то она должна информировать об этом задатчика на шине, разрешив сигнал -I/O CS16. Если внешняя плата, являясь задатчиком на шине, выработает сигналы адреса LA<23...17> и какое-либо устройство памяти случайно при декодировании этого адреса разрешит сигнал -MEM CS16 , то внешняя плата должна игнорировать его в течении цикла доступа к УВВ. I/O CH RDY Сигнал I/O CH RDY (I/O Channel Ready - Готовность канала ввода/вывода) является асинхронным сигналом, вырабатываемый тем устройством, к которому осуществляется доступ на шине. Если этот сигнал запрещен, то цикл доступа удлиняется, так как в него будут добавлены такты ожидания на время запрещения. Когда задатчиком на шине является центральный процессор или внешняя плата, то каждый такт ожидания по длительности - половина периода частоты SYSCLK (для тактовой частоты SYSCLK =8 МГц длительность такта ожидания - 62.5 нс). Если задатчиком на шине является контроллер ПДП, то каждый такт ожидания - один период SYSCLK (для SYSCLK =8 МГц - 125 нс). При обращении к памяти на внешней плате ЦП всегда автоматически вставляет один такт ожидания (если сигнал -0WS запрещен), поэтому, если внешней плате достаточно времени цикла с одним тактом ожидания, то запрещать сигнал I/O CH RDY не требуется. ПРИМЕЧАНИЕ: При выполнении циклов ПДП устройства ввода/вывода не должны вырабатывать этот сигнал, так как УВВ разрешает сигнал DRQ только после того, как истинные данные могут быть приняты или посланы УВВ и необходимости в дополнительном управлении длительностью цикла по сигналу I/O CH RDY нет. Только устройства памяти во время циклов ПДП могут разрешать этот сигнал. ВНИМАНИЕ: Сигнал I/O CH RDY не может быть запрещен на время больше чем 15 мкс, так как при нарушении этого требования возможна потеря данных в микросхемах динамической памяти. ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Если внешняя плата является задатчиком на шине, то она должна принимать и анализировать сигнал I/O CH RDY при выполнении ей циклов доступа к другим ресурсам. При работе внешней платы в других режимах она должна разрешать этот сигнал в том случае, когда она готова завершить цикл. I/O CH RDY и выполняют все циклы доступа как обычные циклы доступа к 8- или 16-разрядной памяти. Поэтому, устанавливая в компьютер внешнюю плату, которая требует удлинения цикла доступа по сигналу I/O CH RDY , следует обязательно убедиться в отсутствии в компьютере такой некорректно разработанной внешней платы. -0WS Сигнал -0WS (0 Wait States - 0 тактов ожидания) является единственным на всей шине сигналом, который требует при приеме его задатчиком на шине синхронизации с частотой SYSCLK . Он разрешается ресурсом, к которому осуществляется доступ центральным процессором или внешней платой, и информирует задатчика на шине о том, что цикл доступа должен быть завершен без вставки такта ожидания. ПРИМЕЧАНИЕ: Несмотря на то, что этот сигнал присоединен к слоту для 8- разрядных плат, он не может быть использован 8-разрядным ресурсом. Он может быть использован только при доступе к 16-разрядной памяти, установленной в слот, когда центральный процессор или внешняя плата являются задатчиком на шине. Этот сигнал игнорируется при доступе к УВВ или когда контроллер ПДП или контроллер регенерации являются задатчиком на шине. ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Если внешняя плата является задатчиком на шине, то она должна принимать сигнал -0WS от ресурсов, к которым она осуществляет доступ и выполнять циклы доступа с такими ресурсами без дополнительных тактов ожидания. Когда внешняя плата является 16-разрядной памятью, то она должна разрешать сигнал -0WS , если быстродействие этой памяти позволяет выполнять циклы доступа к ней без вставки дополнительного такта ожидания. ВНИМАНИЕ! К сожалению, некоторые внешние платы, став задатчиком на шине, игнорируют сигнал -0WS и выполняют все циклы доступа как обычные циклы доступа к 8- или 16-разрядной памяти. -REFRESH Сигнал -REFRESH (Refresh - регенерация) разрешается контроллером регенерации для информирования всех устройств на шине о том, что выполняются циклы регенерации памяти. ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Если внешняя плата является задатчиком на шине, то она должна разрешать сигнал -REFRESH для запроса на регенерацию памяти. При этом цикл регенерации будет выполнен даже несмотря на то, что контроллер регенерации не является задатчиком на шине. Группа центральных сигналов управления состоит из сигналов различных частот, сигналов управления и ошибок. Сигнал -MASTER (Master - Ведущий) должен вырабатываться только той внешней платой, которая желает стать задатчиком на шине. ВНИМАНИЕ! Если сигнал -MASTER разрешен на время более 15 мкс, то внешняя плата должна запросить цикл регенерации памяти, разрешив сигнал -REFRESH . ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Сигнал -MASTER разрешается внешней платой, становящейся задатчиком на шине, только после приема ей соответствующего сигнала -DACK от контроллера ПДП. После того, как сигнал -MASTER будет разрешен, внешняя плата должна ждать минимум один период частоты SYSCLK , прежде чем начать выработку сигналов адреса и данных и минимум два периода SYSCLK до выработки командных сигналов. -I/O CH CK Сигнал -I/O CH CK (I/O Channel Check - Проверка Канала Ввода/вывода) может быть разрешен любым ресурсом на шине как сообщение о фатальной ошибке, которая не может быть исправлена. Типичный пример такой ошибки - ошибка четности при доступе к памяти. Сигнал - I/O CH CK должен быть разрешен на время не менее 15 нс. Если в момент выработки этого сигнала задатчиком на шине являлся контроллер ПДП или контроллер регенерации, то сигнал -I/O CH CK будет записан в регистр на материнской плате, а обработан только после того, как центральный процессор станет задатчиком на шине. Этот сигнал, как правило, соединен со входом немаскированного прерывания ЦП и его выработка приводит к прекращению нормальной работы компьютера. ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Если сигнал -I/O CH CK разрешается в тот момент, когда задатчиком на шине является внешняя плата, то он записывается в регистр на материнской плате и будет обработан только после захвата шины центральным процессором. RESET DRV Сигнал RESET DRV (Reset Driver - Сброс Устройства) вырабатывается центральным процессором для начальной установки всех ресурсов доступа на шине после включения питания или падения его напряжения. Минимальное время разрешения этого сигнала - 1 мс. ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Внешние платы на все время выработки этого сигнала должны перевести свои выходы в третье состояние. SYSCLK Сигнал SYSCLK (System Clock - системная частота) в данной книге принимается равной 8 МГц, хотя, как правило, эта частота такая же, как и тактовая частота центрального процессора на материнской плате, но с 50% (по длительности) уровнем логической "1". Все циклы шины пропорциональны SYSCLK , но все сигналы на шине, за исключением -0WS , не синхронизированы с SYSCLK . ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Когда внешняя плата является задатчиком на шине, она может использовать SYSCLK для задания длины цикла, но кроме как для выработки -0WS любой сигнал для синхронизации может быть использован. OSC Сигнал OSC вырабатывается материнской платой всегда фиксированной частотой 14.3818 МГц с 45-55% (по длительности) уровнем логической "1". Сигнал OSC не синхронизирован ни с SYSCLK ни с каким-либо другим сигналом на шине и поэтому не может быть использован для применений, требующих синхронизации с другими сигналами. Исторически этот сигнал появился для поддержки первых контроллеров цветных мониторов для персональных компьютеров серии IBM PC. Этот сигнал удобен для использования внешними платами, поскольку он одинаков для всех моделей компьютеров, совместимых с IBM PC/AT. Группа сигналов прерывания используется для запроса на прерывание центрального процессора. ПРИМЕЧАНИЕ: Обычно сигналы запроса на прерывания присоединены к контроллеру прерываний типа Intel 8259A. Несмотря на то, что доступ к контроллерам прерываний (как к УВВ) имеет любой задатчик на шине, для совместимости программного обеспечения только центральный процессор может обслуживать контроллер прерываний. IRQ<15,14,12,11,10> IRQ<9,7...3> Прерывание может быть запрошено ресурсами как на материнской плате, так и на внешних платах разрешением соответствующего сигнала IRQ . Сигнал должен оставаться разрешенным до подтверждения прерывания центральным процессором, которое, как правило, заключается в доступе ЦП к ресурсу, запросившему прерывание. ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Запрос на прерывание записывается в триггер в контроллере прерываний по нарастающему фронту сигнала запроса на прерывание и должен вырабатываться микросхемами с обычными ТТЛ выходами. Поэтому, выбирая линию запроса на прерывание для своей внешней платы, следует убедиться, что эта линия не занята какой-либо другой внешней платой. Эти сигналы поддерживают циклы пересылки данных при прямом доступе в память. ПРИМЕЧАНИЕ: Каналы ПДП <3...0> поддерживают только пересылки 8-разрядных данных. Каналы ПДП <7...5> поддерживают пересылки только 16-разрядных данных. DRQ<7...5,0> DRQ<3,2,1> Сигналы DRQ (DMA Request - запрос на ПДП) разрешаются ресурсами на материнской плате или внешними платами для запроса на обслуживание контроллером ПДП или для захвата шины. Сигнал DRQ должен быть разрешен до тех пор, пока контроллер ПДП не разрешит соответствующий сигнал -DACK . ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Сигналы DRQ вырабатываются с выходов обычных ТТЛ микросхем, поэтому при установке внешней платы в слот шины ISA следует правильно выбрать канал ПДП, который не должен быть занят другими внешними платами. -DACK<7...5,0> -DACK<3,2,1> Сигналы -DACK (DMA Acknowledge - подтверждение ПДП) разрешаются контроллером ПДП как подтверждение сигналов запросов DRQ<7...5,3...0> . Разрешение соответствующего сигнала -DACK означает, что либо циклы ПДП будут начаты, либо внешняя плата захватила шину. T/C Сигнал T/C (Terminal Count - Окончание счета) разрешается контроллером ПДП тогда, когда по какому-либо из каналов ПДП будет окончен счет числа пересылок данных, то есть все пересылки данных выполнены. Для питания внешних плат на шине ISA используются 5 напряжений питания постоянного тока: +5 В, -5 В, +12 В, -12 В, 0 В (корпус - Ground). Все линии питания заведены на 8-разрядный разъем, кроме одной линии по +5 В и одной линии корпуса на дополнительном разъеме. Максимально допустимые токи потребления для внешней платы по каждому напряжению питания приведены в табл. 4.1. Таблица 4.1. Максимальные токи потребления внешней платой Напряжение ВНИМАНИЕ! Данные, приведенные в табл. 4.1, не означают, что каждая из установленных в слоты внешних плат может потреблять такие токи. Таблица информирует только о том, какие токи разрешается пропускать через разъем (разъемы) внешней платы. Общие допустимые токи потребления для всех внешних плат как правило, ограничиваются источником питания компьютера. Поэтому, до установки новой внешней платы в слот шины следует определить наличие соответствующего резерва по токам потребления для этой платы у источника питания компьютера. 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. Центральный процессор начинает цикл Доступа к Ресурсу выработкой сигнала BALE , сообщающего всем ресурсам об истинности адреса на линиях SA<19...0> , а также для фиксации ресурсами адреса по линиям LA<23...17> . Ресурсы должны сообщать ЦП разрешением сигнала -MEM CS16 или -I/O CS16 о том, что цикл должен быть 16- разрядным; иначе цикл будет завершен как 8-разрядный. ЦП также вырабатывает команды -MEMR , -MEMW , -IORC и -IOWC определяющие тип ресурса (память или УВВ), а также направление передачи данных. Если доступ к памяти в первом мегабайте адресного пространства, то также будет разрешаться сигнал -SMEMR или -SMEMW . Ресурс доступа, которому необходимо изменить время цикла, должен отвечать сигналом -0WS или I/O CH RDY для информирования ЦП о продолжительности цикла доступа. ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Внешняя плата, захватившая шину, также начинает цикл доступа с выработки адресных сигналов, но, в отличии от ЦП, не подтверждает адрес сигналом BALE . На линии этого сигнала поддерживается материнской платой на все время захвата шины внешней платой уровень логической "1". Поэтому внешняя плата должна выработать истинные сигналы как по линиям SA<19...0> так и по линиям LA<23...17> до начала разрешения командных сигналов, сохраняя адрес до конца цикла. Внешняя плата также должна иметь возможность анализа сигналов -MEM CS16 и -I/O CS16 и в соответствии с этими сигналами завершать цикл как 16- или 8-разрядный. Цикл доступа с 0 тактов ожидания - наиболее короткий цикл из всех возможных на шине. Этот цикл может быть выполнен только при доступе ЦП или внешней платы (когда она задатчик на шине) к 16-разрядной памяти. В начале цикла задатчик должен установить адрес на линиях LA<23...17> для выбора блока памяти в 128 Кб. Если затем не будет разрешен сигнал -MEM CS16 , то цикл будет завершен как 8-разрядный (нормальный или удлиненный) и цикл с 0 тактов ожидания не будет выполнен. Если ресурсом будет разрешен сигнал -MEM CS16 , то затем он должен разрешить сигнал -0WS в соответствующее время после выдачи командного сигнала -MEMR или -MEMW для завершения цикла с 0 тактов ожидания. При запрещении сигнала -0WS цикл завершается как нормальный или удлиненный. ПРИМЕЧАНИЯ: Если сигнал -0WS разрешается ресурсом доступа, то задатчик не требует разрешения сигнала I/O CH RDY - он игнорируется. Только сигнал -0WS является на шине ISA синхронным по отношению к SYSCLK сигналом. ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Внешняя плата, захватившая шину, выполняет цикл доступа с 0 тактов ожидания точно также как центральный процессор. Нормальный цикл может быть выполнен ЦП или внешней платой (если она владеет шиной) при доступе к 8- или 16-разрядному УВВ или к памяти. После выдачи на шину сигналов адреса задатчик разрешает командные сигналы -MEMR , -MEMW , -I/OR или -I/OW . В ответ ресурс должен разрешить сигнал I/O CH RDY в соответствующее время, так как иначе цикл будет завершен как удлиненный. Разрешение I/O CH RDY заставляет задатчика завершить цикл за фиксированный период времени (этот период кратен периоду SYSCLK , но не синхронизирован с ним). Длительность нормального цикла определяется временем разрешения сигналов -MEMR , -MEMW , -I/OR или -I/OW которое, в свою очередь, зависит от размера данных и адреса ресурса доступа. Удлиненный цикл может быть выполнен ЦП или внешней платой (если она владеет шиной) при доступе к 8- или 16-разрядному УВВ или к памяти. Задатчик на шине выполняет удлиненный цикл в том случае, если ресурс, к которому осуществляется доступ, не разрешает в соответствующее время после разрешения командного сигнала сигнал I/O CH RDY . Задатчик продолжает разрешать командный сигнал до тех пор, пока ресурс не разрешит сигнал I/O CH RDY . Период времени удлиненного цикла также кратен SYSCLK Контроллер регенерации пытается захватить шину по истечении 15 мкс с последнего цикла регенерации двумя способами: если шиной владеет центральный процессор, то он по завершении выполнения текущей команды передает шину контроллеру регенерации; если шиной владеет контроллер ПДП, то шина будет передана контроллеру регенерации только по завершении циклов пересылки данных контроллером ПДП. Назначение следующих сигналов во время цикла регенерации имеют оригинальную интерпретацию: -REFRESH - разрешение этого сигнала сообщает о начале цикла регенерации; Адрес - контроллер регенерации вырабатывает только сигналы по линиям адреса SA<7...0>, остальные сигналы адреса не определены; -MEMR - сигнал -MEMR разрешается контроллером регенерации, при этом сигнал -SMEMR будет разрешен материнской платой; SD<15...0> - линии данных игнорируются контроллером регенерации и все ресурсы на шине обязаны перевести свои выходы по линиям данных в третье состояние; Эти сигналы игнорируются контроллером регенерации: -MEM CS16 -I/O CS16 ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ Когда внешняя плата является задатчиком на шине, она должна самостоятельно разрешать сигнал -REFRESH для запуска цикла регенерации памяти. Нормальный цикл регенерации контроллер регенерации начинает с разрешения сигнала -MEMR , в ответ ресурс должен разрешить сигнал I/O CH RDY в соответствующее время, так как иначе цикл будет завершен как удлиненный. Длину цикла фактически определяет только продолжительность сигнала -MEMR . Удлиненный цикл контроллер регенерации выполняет в том случае, если хотя бы один ресурс доступа не разрешает сигнал I/O CH RDY в соответствующее время после разрешения сигнала -MEMR . Контроллер регенерации продолжает разрешать сигнал -MEMR до того, как сигнал I/O CH RDY будет разрешен всеми ресурсами на шине. Период времени удлиненного цикла также кратен SYSCLK , но не синхронизирован с ним. Цикл ПДП подобен циклу доступа, который выполняет другой владелец шины. Циклы ПДП запускаются после разрешения сигнала -DACK контроллером ПДП. Размер передаваемых данных зависит от используемого канала ПДП: каналы с 0 по 3 определены для 8-разрядных пересылок данных, а каналы с 5 по 7 для 16-разрядных пересылок данных. Сигналы -MEM CS16 и -I/O CS1 6 игнорируются самим контроллером ПДП, но эти сигналы использует перестановщик байтов на материнской плате. Циклы ПДП выполняются только между памятью и устройствами ввода/вывода. Сигналы адреса, вырабатываемые контроллером ПДП, содержат только адрес памяти и не содержат адрес УВВ. Процесс пересылки данных в цикле ПДП выполняется так: источник данных выставляет данные на шине, а приемник данных должен быть готов их принять в это же самое время. Команды записи и чтения также разрешаются одновременно для правильного выбора направления пересылки. При этом сигнал чтения обязательно разрешается раньше, чем сигнал записи во избежание столкновения между буферами данных в двух ресурсах. УВВ, запрашивающее режим ПДП на шине, разрешает сигнал DRQ соответствующего канала. Если задатчиком на шине является центральный процессор, то он освобождает шину контроллеру ПДП, который, в свою очередь, извещает УВВ разрешением сигнала -DACK о том, что начинается цикл ПДП. Так как контроллер ПДП вырабатывает только адрес памяти, УВВ должно использовать сигналы -I/OR , -I/OW и -DACK для приема или передачи данных в режиме ПДП. Цикл ПДП начинается с разрешения сигнала -DACK соответствующего канала, а также сигнала AEN . Разрешением сигнала AEN контроллер ПДП извещает все ресурсы на шине о том, что адреса и командные сигналы вырабатываются контроллером ПДП, а не центральным процессором, контроллером регенерации или внешней платой. После разрешения командных сигналов контроллер ПДП анализирует сигнал I/O CH RDY для определения длительности цикла. Если цикл удлиняется, то период удлинения кратен удвоенному периоду SYSCLK , хотя и не синхронизирован с SYSCLK . ПРИМЕЧАНИЕ: Данные, которые записываются в память или УВВ, должны быть истинны до разрешения команды записи и оставаться истинными до запрещения команды записи. Нормальный цикл выполняется контроллером ПДП для 8- или 16-разрядных пересылок данных. Контроллер ПДП разрешает сигналы -MEMR , -MEMW , -I/OR и -I/OW , а память, с которой выполняется обмен, должна разрешить сигнал I/O CH RDY в соответствующее время, иначе цикл будет завершен как удлиненный. Разрешение сигнала I/O CH RDY заставляет контроллер завершить цикл за фиксированный период времени; этот период кратен периоду SYSCLK , но не синхронизирован с ним. Продолжительность разрешения сигналов -MEMR , -MEMW , -I/OR и -I/OW определяет продолжительность всего цикла, причем эта продолжительность зависит от размера данных для различных адресных пространств. Удлиненный цикл ПДП выполняется контроллером ПДП также как и нормальный цикл, за исключением того, что при удлиненном цикле сигнал I/O CH RDY не разрешается в соответствующее время после того, как командный сигнал будет разрешен. Контроллер ПДП продолжает разрешать командные сигналы до тех пор, пока УВВ не разрешит сигнал I/O CH RDY . Период времени, на который удлиняется цикл, в этом случае кратен удвоенному периоду SYSCLK , хотя и не синхронен с SYSCLK . ПРИМЕЧАНИЕ: Сигналы адреса LA<23...0> во время обычного цикла доступа должны записываться в регистр ресурсами доступа для запоминания адреса в течении всего цикла. В отличие от обычных циклов, при выполнении циклов ПДП эти адресные сигналы истинны в течении всего цикла ПДП. ВНИМАНИЕ! Каналы ПДП, которые используются внешними платами для захвата шины, должны быть запрограммированы в каскадном режиме. Любая внешняя плата, установленная в слот, может стать задатчиком на шине ISA. Захват шины внешняя плата должна начать с разрешения сигнала DRQ канала ПДП, предварительно запрограммированного в каскадный режим. Канал ПДП, запрограммированный в каскадном режиме, считает, что все циклы ПДП были выполнены внешним ресурсом - в данном случае внешней платой. Контроллер ПДП отвечает внешней плате разрешением сигнала -DACK ; внешняя плата в ответ на -DACK разрешает сигнал -MASTER . После разрешения сигнала -MASTER внешняя плата должна ждать некоторое время, после чего может начинать свои циклы доступа.

Шина, как известно, представляет из себя, собственно, 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. Правда, есть еще "интеллектуальные слуги" (intelligent slaves), но мы их пока для ясности замнем. Ну вот, собственно, и все, что нужно знать про шины для того, чтобы понять, о чем пойдет речь дальше.

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.

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. Подробнее о функционировании шины ISA можно прочитать в описании .

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. Правда, Microsoft в спецификации PC99 предусматривает отказ от ISA, но, как говорится, до этого нужно еще дожить.

Шина ISA (Industrial Standard Architecture - промышленная стандартная архитектура) использовалась в первом компьютере IBM PC, выпущенном в 1981 году, а в 1984 году - в расширенном 16-разрядном варианте в IBM PC/AT. Шина ISA - это основополагающий базис архитектуры персональных компьютеров; она использовалась вплоть до конца 1990-х годов. Кажется странным, что шина с такой “древней” архитектурой использовалась в высокопроизводительных компьютерах, выпускавшихся до конца 1990-х годов, но это объясняется ее надежностью, широкими возможностями и совместимостью. К тому же эта шина до сих пор работает быстрее большинства подключаемых к ней периферийных устройств.

Примечание!

Шина ISA практически не встречается в современных настольных системах, а количество компаний, выпускающих платы ISA, крайне ограниченно. Платы ISA пока еще популярны в промышленных системах (PICMG), однако в скором будущем они исчезнут и там.

Существует два варианта шины ISA, различающихся количеством разрядов данных: старая 8-разрядная версия и новая 16-разрядная. Старая версия работала на тактовой частоте 4,77 МГц в компьютерах классов PC и XT. Новая версия использовалась в компьютерах класса AT с тактовыми частотами 6 и 8 МГц. Позже было достигнуто соглашение о стандартной максимальной тактовой частоте 8,33 МГц для обеих версий шин, что обеспечило их совместимость. В некоторых системах допускается использование шин при работе с большей частотой, но не все платы адаптеров выдерживают такую скорость. Для передачи данных по шине требуется от двух до восьми тактов. Поэтому максимальная скорость передачи данных по шине ISA составляет 8,33 Мбайт/с:

8,33 МГц × 16 бит: 2 такта = 66,64 Мбит/с (или 8,33 Мбайт/с)

Полоса пропускания 8-разрядной шины вдвое меньше (4,17 Мбайт/с). Однако не забывайте, что это теоретические максимумы - из-за сложного протокола обмена данными реальная пропускная способность шины намного ниже (обычно вдвое). Но даже в этом случае шина ISA работает быстрее, чем большинство подключенных к ней периферийных устройств.

8-разрядная шина ISA

Эта шина использовалась в первом компьютере IBM PC. В новых системах она не применяется, но до сих пор эксплуатируются сотни тысяч компьютеров с такой шиной, в том числе системы на базе процессоров 286 и 386.

В разъем вставляется плата адаптера с 62 контактами. На разъем подаются 8 линий данных и 20 линий адреса, что позволяет адресовать до 1 Мбайт памяти. Назначение и расположение контактов разъема 8-разрядной шины ISA показано на рисунке.

Хотя эта шина очень проста, компания IBM до 1987 года не публиковала ее полного описания и временных диаграмм сигналов на линиях данных и адреса. Поэтому при создании плат адаптеров для первых IBM-совместимых компьютеров разработчикам приходилось самим разбираться в ее работе. По мере распространения IBM-совместимых компьютеров и их превращения в промышленный стандарт процесс разработки существенно упростился.

Плата адаптера для 8-разрядной шины ISA имеет следующие размеры:

• высота - 4,2 дюйма (106,68 мм);

16-разрядная шина ISA

Компания IBM буквально “взорвала” мир ПК, представив в 1984 году модель AT, оснащенную процессором 286. Данный процессор поддерживал 16-разрядную шину данных, что позволяло обеспечить взаимодействие между процессором, системной платой и памятью с использованием 16-разрядных, а не 8-разрядных данных. Хотя процессор и можно было установить на системной плате с 8-разрядной шиной ввода-вывода, все равно обеспечивалось повышенное быстродействие при обмене данными с различными платами, подключаемыми к шине.

Вместо того чтобы создавать новую шину ввода-вывода, IBM решила обеспечить совместимость системы с 8- и 16-разрядными адаптерами, оставив тот же 8-разрядный разъем, но добавив к нему еще один дополнительный. В результате был получен разъем для установки 16-разрядных адаптеров. Впервые представленная в компьютерах PC/AT в августе 1984 года 16-разрядная шина ISA также называлась шиной AT.

Дополнительный разъем в каждом 16-разрядном разъеме расширения добавляет 36 контактов (общее количество контактов для передачи данных при этом увеличивается до 98), необходимых для передачи данных большей разрядности. Кроме того, было изменено назначение двух контактов 8-разрядной части разъема. Однако подобные изменения никак не отразились на работоспособности 8-разрядных плат.

Обычная плата адаптера класса AT имеет следующие размеры:

• высота - 4,8 дюйма (121,92 мм);
• длина - 13,13 дюйма (333,5 мм);
• толщина - 0,5 дюйма (12,7 мм).

В компьютерах класса AT могут встретиться платы высотой как 4,8 дюйма, так и 4,2 дюйма (соответствующие старым платам для компьютеров класса PC/XT). Платы с уменьшенной высотой устанавливались в компьютере класса XT модели 286. В данной модели с системной платой, предназначенной для компьютера класса AT, использовался корпус от XT, поэтому высоту плат адаптеров пришлось уменьшить до 4,2 дюйма. После этого большинство производителей стали выпускать только адаптеры с уменьшенной высотой, которые можно установить в любой корпус.

32-разрядная шина ISA

Спустя некоторое время после выпуска 32-разрядного процессора были разработаны первые стандарты на соответствующую шину. Еще до появления первых проектов архитектур МСА и EISA некоторые компании начали разрабатывать собственные конструкции, представляющие собой расширение архитектуры ISA. Хотя их было выпущено сравнительно немного, некоторые из них встречаются даже сейчас.

Дополнительные линии этих шин обычно использовались только при работе с платами расширения памяти и видеоадаптерами, выпускаемыми компаниями, создавшими данный стандарт. Их параметры и разводки разъемов существенно отличаются от стандартных, к тому же их спецификации и схемы контактов не распространялись.