ISA siin

Allikas: Vikipeedia
ISA
Industry Standard Architecture
Isa1.jpg

Viis 16-bitist ja üks 8-bitine ISA pesa emaplaadil
Loomise aasta 1981
Looja IBM
Hiljem asendus PCI-ga (1993)
Ribalaius bittides 8 või 16
Seadmete arv Kuni 6 seadet
Stiil Paralleelsiin
Käigultvahetuse liides Puudub
Väline liides Puudub

ISA siin (lühend inglise keelest Industry Standard Architecture) ehk harustandard-arhitektuuri siin on arvuti siinide ISA standardile vastav siin IBM-iga ühilduvates arvutites.

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

ISA siini töötas välja Mark Deani juhitud meeskond IBM-is projekti IBM PC osana 1981. aastal. See valmis 8-bitise süsteemina ning 1983. aastal laiendati seda XT süsteemi ülesehituse jaoks. Uuem 16-bitine standard, IBM AT siin, võeti kasutusele 1984. aastal. 1988. aastal valmistas IBM PC-ga ühilduvate arvutite tootja "Gang of Nine" 32-bitise EISA standardi ning selle protsessi käigus nimetati AT siin tagasiulatuvalt ümber "ISA" siiniks, et vältida IBM-i kaubamärgi rikkumist oma PC/AT arvutiga. IBM disainis 8-bitise versiooni puhverdatud liidesena välise siini jaoks Intel 8088 (16/8 bitisel) protsessoril, mida kasutati algselt IBM PC-del ja PC/XT-del, ning 16-bitise versiooniuuendusena välise siini jaoks Intel 80286 protsessoril, mida kasutati IBM AT-s. Seetõttu oli ISA siin sünkroonis protsessori kellaga, kuni kõrgetasemelisemad puhverdamise meetodid välja arendati ning kiibistikel kasutusele võeti, et liidesena ühendada ISA palju kiiremate protsessoritega. Loodud selleks, et ühendada perifeerseid kaarte emaplaadiga, lubab ISA siini masteringi, kuigi vaid esimesed 16 MB põhimälust on saadaval otseühenduseks. 8-bitine siin töötas sagedusel 4,66 MHz (IBM PC ja IBM PC/XT-de 8088 protsessori taktkiirus), kui 16-bitine siin opereeris sagedusel 6 või 8 MHz (sest 80286 protsessorid IBM PC/AT arvutitel töötasid sagedusel 6 ja 8 MHz, vastavalt varajastel mudelitel ja hilisematel mudelitel). IBM RT/PC kasutas samuti 16-bitist siini. See oli saadaval ka mõnedel IBM-iga mitteühilduvatel masinatel, nagu näiteks vähekestnud AT&T Hobbitil ning hiljem PowerPC-l põhineval BeBox-il.

Ülalt alla: XT 8-bitti, ISA 16-bitti, EISA

1987. aastal asus IBM vahetama AT siini nende firmasisese Mikro kanali ülesehitusega (MCA) püüdes taastada kontrolli PC ülesehituse ning PC turu üle. MCA-l oli mitu omadust, mis hiljem ilmnesid ka PCI-l, ISA järeltulijal, kuid MCA oli suletud standard, mitte nagu ISA (PC-siin ja AT-siin), millele IBM oli väljastanud täielikud spetsifikatsioonid ning isegi vooluringi skeemi. See süsteem oli palju arenenum kui AT siin ning arvutitootjad vastasid EISA loomisega ning hiljem Vesa kohaliku siiniga (VLB). Tegelikult kasutas VLB mõningaid elektroonikakomponente, mis olid esialgselt mõeldud MCA jaoks, sest komponentide tootjad olid juba piisavalt varustatud nende tootmiseks. EISA ning VLB olid tagasiühilduvad AT (ISA) siini laiendused.

ISA siinil põhinevate masinate kasutajad pidid teadma spetsiaalset informatsiooni riistvara kohta, mida nad oma süsteemile lisada tahtsid. Kuigi mõned seadmed olid "plug-and-play", oli see siiski haruldane. Kasutajad pidid tihti seadistama mitmeid parameetreid, kui nad lisasid uusi seadmeid, näiteks Interupt ReQuest (IRQ) liini, I/O aadressi või DMA (Direct memory access) kanalit. MCA oli sellest komplikatsioonist vabanenud ning PCI sisaldas endas tegelikult mitmeid ideid, mida algul uuriti MCA-ga (kuigi see oli otsesemalt pärinenud EISA-st).

See mure seadistamisega viis lõpuks ISA PnP loomiseni. See oli "plug-and-play" süsteem, mis kasutas erinevaid muudatusi riistvarale, süsteemi BIOS-ile ja operatsioonisüsteemi tarkvarale, et ressursijaotust automaatselt hallata. See vajas APIC-iga (advanced programmable interrupt controller) süsteemi, mis asendas Intel 8259, millega PC oli sündinud.

PCI pesad olid esimesed füüsiliselt mitteühilduvad laienduspordid, mis otseselt tõrjusid ISA emaplaadilt minema. Esialgu olid emaplaadid enamjaolt ISA pesadega ja omasid mõnda PCI pesa. 1990. aastate keskpaigaks olid need pesatüübid tasakaalus ning varsti olid ISA pesad alles vaid vähestes tarbija-süsteemides. Microsofti PC 97 spetsifikatsioon soovitas ISA pesad täielikult eemaldada, kuigi süsteemi ülesehitus vajas veel ISA olemasolekut, et juhtida disketiseadet, jadavärateid (serial port) jne. See oli aluseks tarkvaraga ühilduva LPC siini loomisele. ISA pesad säilisid veel mõneks aastaks ning sajandivahetuse lähenemisel oli tavaline näha süsteeme, millel olid kiirendatud graafikaport (AGP ehk Accelerated Graphics Port), mis asus protsessori lähedal, PCI pesade rivi ning lõpus üks või kaks ISA pesa. 2008. aasta lõpus olid isegi disketiseadmed ja järjestikpordid kadumas ning kiibistikel veel alles jäänud ISA (selleks ajaks LPC siini) väljasuremine oli silmapiiril.

Samuti on märkimisväärne, et PCI pesad on "ümberpööratud" võrreldes nende ISA vastetega – PCI kaarte sisestati põhimõtteliselt "tagurpidi", võimaldades ISA ja PCI ühendused paigutada koos emaplaadile. Ainult ühte kahest pistikust saab kasutada igas pesas korraga, kuid see võimaldas suuremat paindlikkust.

AT Attachment (ATA) kõvaketta liides pärineb otseselt ISA-st (AT siinist). ATA sai alguse kõvakaardist, mis integreeris kõvakettakontrolleri – tavaliselt ST-506/ST-412 liidesega – ja kõvaketta ühel ja samal ISA adapteril. See oli imelik mehaanilis-struktuuriliselt seisukohalt, sest ISA pesad ei olnud loodud toetamaks nii raskeid seadmeid nagu kõvakettad (ja tolle aja 3,5" kõvakettad olid umbes kaks korda pikemad ja raskemad kui kaasaegsed seadmed), seega järgmise põlvkonna integreeritud seadme elektroonika seadmed liigutasid nii ketta kui ka kontrolleri ketta vaheruumi ning kasutasid lintkaablit ja väga lihtsat liidesetahvlit, et ühendada see ISA pesaga. ATA standard määrab oma olemuselt sellise komponentide paigutuse ning lisaks ühetaolise käsustiku tarkvara ja kettakontrolleri vaheliseks suhtluseks. ATA eraldati hiljem ISA siinist ning ühendati otse kohaliku siiniga (tavaliselt kiibistikku integreerimise abil), et seda saaks kasutada kõrgemal taktsagedusel ja suurema läbilaskevõimega, kui ISA toetada suutis. (Kui ISA võeti kasutusele AT siinina, ei olnud mingit vahet "kohaliku" ja "välise" siini vahel ning ei olnud ka kiibistikke). Siiski on ATA-s säilinud detaile, mis näitavad selle seotust ISA-ga. 16-bitine ülekandesuurus on kõige selgem näide; signaali ajastus, eriti PIO režiimides, on samuti väga sarnased ning katkestuste ja DMA mehhanismid on selgelt ISA-lt pärit.

ISA siini ülesehitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

XT Bus pins.png
ISA Bus pins.png

PC/XT-siin on kaheksa-bitine ISA siin, mida kasutati Intel 8086 ja Intel 8088 süsteemidel IBM PC-des ja IBM PC XT-des 1980. aastatel. Selle 62 kontakti seas olid demultipleksitud ja elektriliselt puhverdatud versioonid 8088 protsessori kaheksast andme- ja 20 aadressiribast koos voolujuhtmete, kellade, lugemise ja kirjutamise taktsignaali, katkestusribade ja muuga. Voolujuhtmed sisaldasid -5 V ja +/-12 V, et toetada pMOS-i ja tarvikurežiimi nMOS vooluringe, sealhulgas dünaamilist RAMi. XT siini ülesehitus kasutab ühte Intel 8259 PIC-i (Programmable Interrupt Controller), andes kaheksa vektoriseeritud ja prioritiseeritud katkestusliini. Sellel on neli DMA kanalit, millest kolm on välja toodud XT siini laienduspesade juurde. Nendest kaks on tavaliselt juba eraldatud masina funktsioonide jaoks (disketiseade ja kõvaketta kontroller):

DMA kanal Laiendus Standartne funktsioon
0 Ei Dünaamilise RAM-i värskendamine
1 Jah Lisatavad kaardid
2 Jah Disketiseadme kontroller
3 Jah Kõvaketta kontroller

PC/AT-siin on 16-bitine (või 80286-) versioon PC/XT siinist, mis võeti kasutusele koos IBM PC/AT-ga. IBM nimetas selle ametlikult I/O Kanaliks (I/O Channel). See laiendab XT-siini lisades teise lühema servaga pesa samasse ritta kaheksa-bitise XT-siini pesaga, mis jääb muutmata, säilitades ühilduvuse enamiku 8-bitiste kaartidega. Teine pesa lisab neli täiendavat aadressiliini, kokku on neid siis 24, ning kaheksa täiendavat andmeliini, mida on kokku 16. See lisab samuti uusi katkestusliine, mis ühendati teise 8259 PIC-iga (ühendatud ühega esimese ridadest), ja neli 16-bitist DMA kanalit ning ka kontrollliinid, et valida kas 8- või 16-bitised ülekanded.

16-bitine AT siini pesa kasutas esialgselt kahte standardset serva ühenduspesa varasemates IBM PC/AT masinates. Kuid AT-ülesehituse ja 16-bitise ISA siini populaarsuse tõttu võtsid tootjad kasutusele spetsiaalsed 98 kontaktiga pesad, mis ühendasid kaks pesa üheks tervikuks. Neid võib leida peaaegu igas AT-klassi PC-s, mida toodeti pärast 1980-date keskpaika. ISA pesa on tüüpiliselt must (mille tõttu saab teda eristada pruunidest EISA pesadest ja valgetest PCI pesadest).

Seadmete arv[muuda | redigeeri lähteteksti]

Emaplaadi seadmetel on pühendatud IRQ-d. 16-bitised seadmed saavad kasutada kas PC-siini või PC/AT siini IRQ-sid. Seega on võimalik ühendada kuni 6 seadet, mis kasutavad igaüks ühte 8-bitist IRQ-d, või kuni 5 seadet, mis kasutavad igaüks ühte 16-bitist IRQ-d. Samaaegselt võivad kuni neli seadet igaüks kasutada ühte 8-bitist DMA kanalit või kuni kolm seadet igaüks kasutada ühte 16-bitist DMA kanalit.

Erinevad siini kiirused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Esialgselt oli siini kell sünkroonis protsessori kellaga, mille tulemusel olid erinevatel turulolevatel IBM-i "kloonidel" erinevad siini taktsagedused (vahel isegi kuni 16 või 20 MHz). See viis teatud ISA kaartide puhul tarkvara või elektrilise ajastamise probleemideni, kui need töötasid siini kiirustel, mille jaoks need polnud loodud. Hilisemad emaplaadid ja/või integreeritud kiibistikud kasutasid eraldi kella generaatorit või kella jagajat, mis määrasid kindlaks ISA siini sageduse 4, 6 või 8 MHz või lubasid kasutajal muuta sagedust BIOS setupis. Kõrgemal siini sagedusel kasutades suudavad mõned ISA kaardid (näiteks kindlad Hercules-ühilduvad videokaardid) näidata märkimisväärseid jõudluse tõuse.

8/16-biti sobimatus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Mäluaadresside dekodeerimine 8- või 16-bitise ülekande-režiimi selekteerimiseks oli piiratud 128KB sektsioonideks - A0000..BFFFF, C0000..DFFFF, E0000..FFFFF. See viis probleemideni, kui segada 8- ja 16-bitised kaardid, nagu nad ei suudaks koos eksisteerida samas 128KB alas.

Hetkel kasutusel[muuda | redigeeri lähteteksti]

ISA on veel kasutusel ka tänapäeval spetsialiseeritud tööstuslikel eesmärkidel. 2008. aastal väljastas IEI Technologies modernse emaplaadi Intel Core 2 Duo protsessoritele, mis lisaks teistele erilistele I/O omadustele on varustatud kahe ISA pesaga. Seda turustatakse tööstuslikele ja sõjalistele kasutajatele, kes on investeerinud kallitesse spetsialiseeritud ISA siiniga adapteritesse, mis pole saadaval PCI siiniga versioonina.[1]

PC/104 siin, mis on kasutusel tööstuslikes ja manustatud rakendustes, on tuletatud ISA siinist ja kasutab samu signaaliribasid erinevate pesadega. LPC siin on vahetanud välja ISA siini ühendusena vanemate I/O seadmetega hiljutistel emaplaatidel. Kuigi füüsiliselt on need suhteliselt erinevad, tundub LPC tarkvarale täpselt nagu ISA. Seega ISA eripärasused, nagu näiteks 16 MiB DMA ülempiir (mis vastab Intel 80286 protsessori täielikule aadressiruumile esialgses IBM AT-s), säilivad tõenäoliselt veel mõnda aega.

ATA (PATA)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Nagu selgitatud Ajaloo lõigus, oli ISA aluseks Paralleel-ATA (PATA või ATA) liidese loomisel, mida kasutati ATA (a.k.a IDE) ja veel hiljutisemalt Serial ATA (SATA) kõvaketastel. Füüsiliselt on ATA lihtne ISA alamhulk, millel on 16 andmebitti, toetus täpselt ühe IRQ ja ühe DMA kanali jaoks, 3 aadressibitti ja lisaks kaks IDE aadressi valimisriba ning mõni unikaalne ATA/IDE kõvaketaste spetsiifiline signaaliriba. ATA läheb ISA haardest palju kaugemale täpsustades füüsilise seadme registrite hulga, mida iga ATA (IDE) ketas peab realiseerima ja millele juurdepääs käib kasutades aadressibitte ja aadressi valiku signaale ATA füüsilise liidese kanalis. Lisaks spetsifitseerib ATA täiskomplekti protokolle ja seadmekäske fikseeritud ketaste juhtimiseks registritega, mille kaudu kõik ATA kõvaketaste operatsioonid läbi viiakse. Järgmine erinevus ISA ja ATA vahel on see, et kui ISA siin kasutas ühte ainsat standardset taktsagedust (tagurpidi ühilduvuse jaoks), siis ATA liides pakkus mitut erinevat kiiruserežiimi, suutis valida nende hulgast, et sobituda ühendatud seadme maksimaalse kiirusega, ja lisas suuremaid kiiruseid hilisemate ATA standardi versionidega (kuni 133 MB/s ATA-6 (kõige hilisema) jaoks). Enamasti jooksis ATA palju kiiremini kui ISA.

XT-IDE[muuda | redigeeri lähteteksti]

Enne 16-bitist ATA/IDE liidest oli kõvaketaste jaoks 8-bitine XT-IDE (tuntud ka kui XTA) liides, kuigi see polnud pooltki nii populaarne nagu ATA. XT-IDE riistvara on praegu suhteliselt raske leida (kui mõni vanemate arvutite entusiast peaks seda otsima). Mõni XT-IDE adapter oli saadaval 8-bitise ISA kaardina ja XTA pesad olid olemas ka Amstradi emaplaatide hilisematel XT kloonidel. XTA nõelade süsteem oli väga sarnane ATA omale, kuid ainult kaheksa andmeriba ja kaks aadressiriba olid kasutusel ning füüsilise seadme registrid omasid täiesti teistsugust tähendust. Mõni kõvaketas (nagu näiteks Seagate ST351/X) toetas mõlemat tüüpi liidest, mida sai valida sillusega.

PCMCIA[muuda | redigeeri lähteteksti]

Üheks ATA tuletiseks oli PCMCIA spetsifikatsioon, mis oli vaid juhtmega adapteri tõttu ATA-st erinev. See tähendas seda, et Compact Flash, mis põhines PCMCIA-l, oli (ja on) ATA-ga vastavuses ja seda saab väga lihtsa adapteri abil kasutada ATA portides.

Emulatsioon siseste kiipide poolt[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kuigi enamikul arvutitest puuduvad füüsilised ISA siinid, on kõikidel IBM-ühilduvatel arvutitel – x86 ja x86-64 – ISA siinid paigutatud virtuaalsesse aadressiruumi. Sisseehitatud kontrollerikiibid (lõunasild) ja protsessorid pakuvad ise selliseid teenuseid nagu näiteks temperatuuri ja pinge näidud läbi nende siinide ISA seadmetena.

Standardisatsioon[muuda | redigeeri lähteteksti]

IEEE algatas 1985. aastal ISA siini standardisatsiooni, mida kutsuti P996 spetsifikatsiooniks. Vaatamata sellele, et P996 spetsifikatsiooni kohta on avaldatud isegi raamatuid, ei saanud see kunagi ametlikult edasi eelnõu staatusest.

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. IEI Technology Corp: IMBA-9654ISA User Manual, Rev. 1.00, May 2008

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]