La Arquitectura Estándar de la Industria ( ISA ) es el bus interno de 16 bits de IBM PC/AT y computadoras similares basadas en Intel 80286 y sus sucesores inmediatos durante la década de 1980. El bus era (en gran medida) compatible con el bus de 8 bits de la PC IBM basada en 8088 , incluida la IBM PC/XT y las compatibles con IBM PC .
Originalmente denominado bus de PC (8 bits) o bus AT (16 bits), IBM también lo denominó canal de E/S . El término ISA fue acuñado como un retrónimo por los fabricantes de clones de PC de IBM a finales de los 80 o principios de los 90 como reacción a los intentos de IBM de reemplazar el bus AT con su nueva e incompatible arquitectura Micro Channel .
El bus ISA de 16 bits también se utilizó con procesadores de 32 bits durante varios años. Sin embargo , un intento de ampliarlo a 32 bits, denominado Arquitectura Estándar Industrial Extendida (EISA), no tuvo mucho éxito. En su lugar, se utilizaron buses posteriores como VESA Local Bus y PCI , a menudo junto con ranuras ISA en la misma placa base . Los derivados de la estructura del bus AT se utilizaron y se siguen utilizando en ATA/IDE , el estándar PCMCIA , CompactFlash , el bus PC/104 e internamente en los chips Super I/O .
Aunque ISA desapareció de las computadoras de escritorio de los consumidores hace muchos años, todavía se usa en PC industriales , donde se usan ciertas tarjetas de expansión especializadas que nunca pasaron a PCI y PCI Express.
El bus de PC original fue desarrollado por un equipo dirigido por Mark Dean en IBM como parte del proyecto IBM PC en 1981. [2] Era un bus de 8 bits basado en el bus de E/S del sistema IBM System/23 Datamaster . - Utilizaba el mismo conector físico y un protocolo de señal y distribución de pines similares. [3] Una versión de 16 bits, el bus IBM AT , se introdujo con el lanzamiento de IBM PC/AT en 1984. El bus AT era una extensión mayoritariamente compatible con versiones anteriores del bus de PC; el conector de bus AT era un superconjunto de el conector del bus del PC. En 1988, el grupo "Gang of Nine" de fabricantes compatibles con PC propuso el estándar EISA de 32 bits, entre los que se encontraba Compaq. Compaq creó el término "Arquitectura estándar de la industria" (ISA) para reemplazar " compatible con PC ". [4] En el proceso, cambiaron retroactivamente el nombre del bus AT a "ISA" para evitar infringir la marca registrada de IBM en sus sistemas PC y PC/AT (y para evitar darle publicidad gratuita a su principal competidor, IBM).
IBM diseñó la versión de 8 bits como una interfaz almacenada en búfer para los buses de la placa base de la CPU Intel 8088 (16/8 bits) en IBM PC y PC/XT, aumentada con interrupciones priorizadas y canales DMA. La versión de 16 bits fue una actualización para los buses de la placa base de la CPU Intel 80286 (y funciones ampliadas de interrupción y DMA) utilizadas en IBM AT, con soporte mejorado para la masterización del bus. Por lo tanto, el bus ISA estaba sincronizado con el reloj de la CPU, hasta que los conjuntos de chips implementaron sofisticados métodos de almacenamiento en búfer para conectar ISA a CPU mucho más rápidas.
ISA fue diseñado para conectar tarjetas periféricas a la placa base y permite la masterización del bus . Sólo se pueden direccionar los primeros 16 MB de la memoria principal. El bus original de 8 bits funcionaba con el reloj de 4,77 MHz de la CPU 8088 en IBM PC y PC/XT. El bus original de 16 bits funcionaba con el reloj de la CPU del 80286 en las computadoras IBM PC/AT, que era de 6 MHz en los primeros modelos y de 8 MHz en los modelos posteriores. La PC IBM RT también utilizó el bus de 16 bits. ISA también se utilizó en algunas máquinas no compatibles con IBM, como las estaciones de trabajo Apollo (68020) y Amiga 3000 (68030) basadas en Motorola 68k , el efímero AT&T Hobbit y el posterior BeBox basado en PowerPC .
Empresas como Dell mejoraron el rendimiento del bus AT [5] pero en 1987, IBM reemplazó el bus AT con su propia Arquitectura de Micro Canal (MCA). MCA superó muchas de las limitaciones entonces evidentes en ISA, pero también fue un esfuerzo de IBM para recuperar el control de la arquitectura de PC y del mercado de PC. MCA era mucho más avanzado que ISA y tenía muchas características que luego aparecerían en PCI. Sin embargo, MCA también era un estándar cerrado, mientras que IBM había publicado especificaciones completas y esquemas de circuitos para ISA. Los fabricantes de computadoras respondieron a MCA desarrollando la Arquitectura estándar extendida de la industria (EISA) y el posterior bus local VESA (VLB). VLB utilizó algunas piezas electrónicas originalmente destinadas a MCA porque los fabricantes de componentes ya estaban equipados para fabricarlas. Tanto EISA como VLB eran expansiones compatibles con versiones anteriores del bus AT (ISA).
Los usuarios de máquinas basadas en ISA debían conocer información especial sobre el hardware que estaban agregando al sistema. Si bien un puñado de dispositivos eran esencialmente " plug-n-play ", esto era poco común. Los usuarios frecuentemente tenían que configurar parámetros al agregar un nuevo dispositivo, como la línea IRQ , la dirección de E/S o el canal DMA . MCA había eliminado esta complicación y PCI de hecho incorporó muchas de las ideas exploradas por primera vez con MCA, aunque descendía más directamente de EISA.
Este problema con la configuración eventualmente llevó a la creación de ISA PnP , un sistema plug-n-play que utilizaba una combinación de modificaciones en el hardware, el BIOS del sistema y el software del sistema operativo para administrar automáticamente las asignaciones de recursos. En realidad, ISA PnP podía ser problemático y no tuvo un buen soporte hasta que la arquitectura estuvo en sus últimos días.
Un dispositivo PnP ISA, EISA o VLB puede tener un ID EISA de 5 bytes (ID del fabricante de 3 bytes + número hexadecimal de 2 bytes) para identificar el dispositivo. Por ejemplo, CTL0044 corresponde a Creative Sound Blaster 16/32 PnP .
Las ranuras PCI fueron los primeros puertos de expansión físicamente incompatibles que expulsaron directamente ISA de la placa base. Al principio, las placas base eran en gran medida ISA, incluidas algunas ranuras PCI. A mediados de la década de 1990, los dos tipos de ranuras estaban aproximadamente equilibrados y las ranuras ISA pronto pasaron a ser una minoría de los sistemas de consumo. La especificación PC-99 de Microsoft recomendaba que las ranuras ISA se eliminaran por completo, aunque la arquitectura del sistema aún requería que ISA estuviera presente de alguna manera residual internamente para manejar la unidad de disquete , los puertos serie , etc., razón por la cual el bus LPC compatible con el software fue creado. Las ranuras ISA permanecieron durante algunos años más, y hacia el cambio de siglo era común ver sistemas con un puerto de gráficos acelerados (AGP) cerca de la unidad central de procesamiento , una serie de ranuras PCI y una o dos ranuras ISA cerca. el fin. A finales de 2008, incluso las unidades de disquete y los puertos serie estaban desapareciendo, y la extinción del vestigio ISA (para entonces el bus LPC) de los conjuntos de chips estaba en el horizonte.
Las ranuras PCI están "giradas" en comparación con sus contrapartes ISA: las tarjetas PCI se insertaban esencialmente "al revés", lo que permitía que los conectores ISA y PCI se juntaran en la placa base. Sólo se puede utilizar uno de los dos conectores en cada ranura a la vez, pero esto permitió una mayor flexibilidad.
La interfaz del disco duro AT Attachment (ATA) desciende directamente del ISA de 16 bits de la PC/AT. ATA tiene su origen en el adaptador de disquete y disco fijo de computadora personal IBM, el controlador de disquete estándar de doble función y la tarjeta controladora de disco duro para IBM PC AT; el controlador de disco fijo de esta tarjeta implementó el conjunto de registros y el conjunto de comandos básico que se convirtió en la base de la interfaz ATA (y que difería mucho de la interfaz de la tarjeta controladora de disco fijo de IBM para la PC XT). Los precursores directos de ATA fueron las tarjetas duras ISA de terceros que integraban una unidad de disco duro (HDD) y un controlador de disco duro (HDC) en una sola tarjeta. Esto fue, en el mejor de los casos, incómodo y, en el peor, perjudicial para la placa base, ya que las ranuras ISA no fueron diseñadas para soportar dispositivos tan pesados como los discos duros. La próxima generación de unidades Integrated Drive Electronics trasladó tanto la unidad como el controlador a un compartimento para unidades y utilizó un cable plano y una placa de interfaz muy simple para conectarlo a una ranura ISA. ATA es básicamente una estandarización de esta disposición más una estructura de comando uniforme para que el software interactúe con el HDC dentro de la unidad. Desde entonces, ATA se separó del bus ISA y se conectó directamente al bus local, generalmente mediante integración en el chipset, para lograr velocidades de reloj y rendimiento de datos mucho más altos de los que ISA podría soportar. ATA tiene características claras de ISA de 16 bits, como un tamaño de transferencia de 16 bits, sincronización de señal en los modos PIO y mecanismos de interrupción y DMA.
El bus PC/XT es un bus ISA de ocho bits utilizado por los sistemas Intel 8086 e Intel 8088 en IBM PC e IBM PC XT en la década de 1980. Entre sus 62 pines se encontraban versiones demultiplexadas y con buffer eléctrico de las 8 líneas de datos y 20 líneas de dirección del procesador 8088, junto con líneas eléctricas, relojes, luces estroboscópicas de lectura/escritura, líneas de interrupción, etc. Las líneas eléctricas incluían −5 V y ±12 V. para admitir directamente circuitos pMOS y nMOS en modo de mejora , como RAM dinámicas, entre otras cosas. La arquitectura del bus XT utiliza un único PIC Intel 8259 , lo que proporciona ocho líneas de interrupción vectorizadas y priorizadas. Tiene cuatro canales DMA proporcionados originalmente por el Intel 8237 . Tres de los canales DMA se llevan a las ranuras de expansión del bus XT; De ellos, normalmente 2 ya están asignados a funciones de la máquina (unidad de disquete y controlador de disco duro):
El bus PC/AT , una versión de 16 bits (o 80286) del bus PC/XT, se introdujo con el IBM PC/AT . IBM denominó oficialmente este bus Canal de E/S . [ cita necesaria ] Extiende el bus XT agregando un segundo conector de borde más corto en línea con el conector del bus XT de ocho bits, que no cambia y conserva la compatibilidad con la mayoría de las tarjetas de 8 bits. El segundo conector agrega cuatro líneas de dirección adicionales para un total de 24 y 8 líneas de datos adicionales para un total de 16. También agrega nuevas líneas de interrupción conectadas a un segundo PIC 8259 (conectado a una de las líneas del primero) y 4 × Canales DMA de 16 bits, así como líneas de control para seleccionar transferencias de 8 o 16 bits.
La ranura de bus AT de 16 bits utilizaba originalmente dos zócalos de conector de borde estándar en las primeras máquinas IBM PC/AT. Sin embargo, con la popularidad de la arquitectura AT y el bus ISA de 16 bits, los fabricantes introdujeron conectores especializados de 98 pines que integraban los dos zócalos en una sola unidad. Estos se pueden encontrar en casi todas las PC de clase AT fabricadas después de mediados de la década de 1980. El conector de la ranura ISA suele ser negro (lo que lo distingue de los conectores EISA marrones y los conectores PCI blancos).
Los dispositivos de placa base tienen IRQ dedicadas (no presentes en las ranuras). Los dispositivos de 16 bits pueden utilizar IRQ de bus de PC o de bus de PC/AT. Por lo tanto, es posible conectar hasta 6 dispositivos que utilicen una IRQ de 8 bits cada uno y hasta 5 dispositivos que utilicen una IRQ de 16 bits cada uno. Al mismo tiempo, hasta 4 dispositivos pueden usar un canal DMA de 8 bits cada uno, mientras que hasta 3 dispositivos pueden usar un canal DMA de 16 bits cada uno.
Originalmente, el reloj del bus estaba sincronizado con el reloj de la CPU, lo que daba como resultado frecuencias de reloj de bus variables entre los diferentes "clones" de IBM en el mercado (a veces hasta 16 o 20 MHz), lo que generaba problemas de sincronización eléctrica o de software para ciertos ISA. tarjetas a velocidades de autobús para las que no fueron diseñadas. Las placas base posteriores o los conjuntos de chips integrados usaban un generador de reloj separado o un divisor de reloj que fijaba la frecuencia del bus ISA en 4, 6 u 8 MHz o permitía al usuario ajustar la frecuencia a través de la configuración del BIOS . Cuando se utilizan a una frecuencia de bus más alta, algunas tarjetas ISA (ciertas tarjetas de video compatibles con Hercules , por ejemplo) podrían mostrar mejoras significativas en el rendimiento.
La decodificación de direcciones de memoria para la selección del modo de transferencia de 8 o 16 bits se limitó a secciones de 128 KiB, lo que generó problemas al mezclar tarjetas de 8 y 16 bits, ya que no podían coexistir en la misma área de 128 KiB. Esto se debe a que es necesario configurar la línea MEMCS16 basándose únicamente en el valor de LA17-23.
ISA todavía se utiliza hoy en día para fines industriales especializados. En 2008, IEI Technologies lanzó una placa base moderna para procesadores Intel Core 2 Duo que, además de otras funciones especiales de E/S, está equipada con dos ranuras ISA. Se comercializa para usuarios industriales y militares que han invertido en costosos adaptadores de bus ISA especializados, que no están disponibles en versiones de bus PCI . [6]
De manera similar, ADEK Industrial Computers lanzará una placa base a principios de 2013 para procesadores Intel Core i3/i5/i7, que contiene una ranura ISA (no DMA). [7]
El bus PC/104 , utilizado en aplicaciones industriales y integradas, es un derivado del bus ISA y utiliza las mismas líneas de señal con diferentes conectores. El bus LPC ha reemplazado al bus ISA como conexión a los dispositivos de E/S heredados en las placas base recientes; aunque físicamente es bastante diferente, LPC se parece a ISA en términos de software, por lo que es probable que las peculiaridades de ISA, como el límite DMA de 16 MiB (que corresponde al espacio de direcciones completo de la CPU Intel 80286 utilizada en el IBM AT original) se mantengan. alrededor por un tiempo.
Como se explica en la sección Historia , ISA fue la base para el desarrollo de la interfaz ATA , utilizada para discos duros ATA (también conocido como IDE). Físicamente, ATA es esencialmente un subconjunto simple de ISA, con 16 bits de datos, soporte para exactamente un canal IRQ y un canal DMA, y 3 bits de dirección. A este subconjunto ISA, ATA agrega dos líneas de selección de dirección IDE ("selección de chip") (es decir, decodificaciones de dirección, equivalentes efectivamente a bits de dirección) y algunas líneas de señal únicas específicas de los discos duros ATA/IDE (como la línea de selección de cable/eje). Sync. line.) Además del canal de interfaz física, ATA va más allá del alcance de ISA al especificar también un conjunto de registros de dispositivos físicos que se implementarán en cada unidad ATA (IDE) y un conjunto completo de protocolos y dispositivos. Comandos para controlar unidades de disco fijo utilizando estos registros. Se accede a los registros del dispositivo ATA utilizando los bits de dirección y las señales de selección de dirección en el canal de interfaz física ATA, y todas las operaciones de los discos duros ATA se realizan utilizando los protocolos especificados por ATA a través del conjunto de comandos ATA. Las primeras versiones del estándar ATA presentaban algunos protocolos simples y un conjunto de comandos básico comparable a los conjuntos de comandos de los controladores MFM y RLL (que precedieron a los controladores ATA), pero los últimos estándares ATA tienen protocolos y conjuntos de instrucciones mucho más complejos que incluyen opciones opcionales. comandos y protocolos que proporcionan características avanzadas de uso opcional como áreas de almacenamiento ocultas de gran tamaño, bloqueo de seguridad con contraseña y traducción de geometría programable.
Una desviación adicional entre ISA y ATA es que mientras el bus ISA permanecía bloqueado en una única frecuencia de reloj estándar (para compatibilidad con hardware anterior), la interfaz ATA ofrecía muchos modos de velocidad diferentes y podía seleccionar entre ellos para igualar la velocidad máxima admitida por el sistema adjunto. unidades y seguí agregando velocidades más rápidas con versiones posteriores del estándar ATA (hasta 133 MB/s para ATA-6, la última). En la mayoría de los formatos, ATA funcionaba mucho más rápido que ISA, siempre que estuviera conectado directamente a un bus local. (por ejemplo, interfaces IDE integradas en Southbridge) más rápido que el bus ISA.
Antes de la interfaz ATA/IDE de 16 bits , existía una interfaz XT-IDE (también conocida como XTA) de 8 bits para discos duros. No era tan popular como se ha vuelto ATA, y el hardware XT-IDE ahora es bastante difícil de encontrar. Algunos adaptadores XT-IDE estaban disponibles como tarjetas ISA de 8 bits, y los zócalos XTA también estaban presentes en las placas base de los clones XT posteriores de Amstrad , así como en una línea de corta duración de unidades Philips . El pinout de XTA era muy similar al de ATA, pero sólo se utilizaban ocho líneas de datos y dos líneas de dirección, y los registros del dispositivo físico tenían significados completamente diferentes. Algunos discos duros (como el Seagate ST351A/X) podrían admitir cualquier tipo de interfaz, seleccionada con un puente.
Muchas placas base AT posteriores (y sucesoras de AT) no tenían una interfaz de disco duro integrada, sino que dependían de una interfaz de disco duro separada conectada a una ranura ISA/EISA/VLB. Incluso se enviaron algunas unidades basadas en 80486 con interfaces y unidades MFM/RLL en lugar del cada vez más común AT-IDE.
Commodore construyó la unidad de expansión de memoria/disco duro periférico basada en XT-IDE A590 para sus computadoras Amiga 500 y 500+ que también admitían una unidad SCSI . Los modelos posteriores (las series A600 , A1200 y Amiga 4000 ) utilizan unidades AT-IDE.
La especificación PCMCIA puede verse como un superconjunto de ATA. El estándar para interfaces de disco duro PCMCIA, que incluía unidades flash PCMCIA, permite la configuración mutua del puerto y la unidad en modo ATA. Como extensión de facto, la mayoría de las unidades flash PCMCIA permiten además un modo ATA simple que se habilita bajando un solo pin, de modo que el hardware y el firmware PCMCIA no son necesarios para usarlos como una unidad ATA conectada a un puerto ATA. Los adaptadores de unidad flash PCMCIA a ATA son, por lo tanto, simples y económicos, pero no se garantiza que funcionen con todas y cada una de las unidades flash PCMCIA estándar. Además, estos adaptadores no se pueden utilizar como puertos PCMCIA genéricos, ya que la interfaz PCMCIA es mucho más compleja que la ATA.
Aunque la mayoría de las computadoras modernas no tienen buses ISA físicos, casi todas las PC ( x86-32 y x86-64 ) tienen buses ISA asignados en el espacio de direcciones físicas. Algunos Southbridge y algunas CPU brindan servicios como monitoreo de temperatura y lecturas de voltaje a través de buses ISA como dispositivos ISA. [ cita necesaria ]
IEEE inició una estandarización del bus ISA en 1985, denominada especificación P996. Sin embargo, a pesar de que se publicaron libros sobre la especificación P996, nunca pasó oficialmente del estado de borrador. [8]
Todavía existe una base de usuarios con ordenadores antiguos, por lo que todavía se fabrican algunas tarjetas ISA, por ejemplo con puertos USB [9] o ordenadores monoplaca completos basados en procesadores modernos, USB 3.0 y SATA . [10]
