Шина – совокупность линий, иногда просто проводников, соединяющая несколько компонентов в цифровой системе. Эти линии делятся на 3 типа – адреса, данных и управления. Иногда по одним и тем же проводникам в разные моменты времени передаются и адрес и данные – в этом случае говорят, что шина мультиплексирована. Подключенные к шине устройства подразделяются на 2 основных типа – master (главный, способный управлять шиной, обычно это контроллер шины) и slave (подчиненный). Остальные типы, встречающиеся гораздо реже, являются комбинациями первых двух.
Одна из первых шин в РС была 8-битная шина, вначале не имевшая никакого названия. Если взглянуть на современную материнскую плату, можно увидеть, что шина ISA состоит из двух неравных частей. Большая часть и является той предшественницей современной, вернее, теперь уже устаревшей шины ISA.
Значение ее для тех времен было огромно. Впервые пользователь мог наращивать и изменять конфигурацию системы, не прибегая к покупке новой машины. Можно сказать, что именно ее наличие и обеспечило коммерческий успех РС.
Со временем производительность микропроцессора и переферийных устройств возросла, мощность периферийных устройств тоже. 8-битная шина стала узким местом системы, не справляясь с возросшим потоком проходящей по ней информации. Нужна была новая шина, но при этом она должна быть совместимой с картами расширения, использовавшимися ранее – при покупке новой системы пользователи могли использовать некоторые компоненты старой. В отношении стоимости это был небольщой выигрыш (контроллеры дисков, старые видеокарты, порты ввода-вывода стоили уже тогда довольно дешево), но это сильно действовало психологически – при покупке машины можно было сэкономить на некоторых компонентах. Новая шина вначале называлась АТ-bus, но потом прижилось название ISA (Industry Standard Architecture). Шина была совместима с своей 8-битной предшественницей, отличалась только частота тактового сигнала (до сих пор некоторые 8-битные карты работают на современных платах с Pentium III, заменяя сгоревшие встроенные порты ввода-вывода)
Шина имеет раздельные линии адреса, управления и данных. Частота тактового сигнала шины – 8 МГц(иногда в материнской плате предусмотрено ее повышение до 10МГц, но оно может привести к нестабильной работе старых ISA-карт). Следует иметь в виду, что скорость передачи данных по шине гораздо меньше, чем 8*106*2 = 16 Мбайт/сек, так как передача одного слова данных происходит в течение 4-5 циклов тактового генератора.
Шина ISA16-разрядная, с возможностью ввода состояний ожидания. Так как сохранена совместимость с 8-битными картами, на шине имеется контакты(MEM16 – для памяти и IO16 – для карт ввода-вывода) позволяющий определить, какая карта – 8 или 16-битная присутствует на шине. Если сигнал активен – 16 бит записываются или читаются за 1 такт, если неактивен – за 2 такта, по 8 бит в каждом такте.
На шине есть линии прерывания IRQ (Interrupt Request) и прямого доступа в память DMA (Direct Memory Access). О них стоит рассказать подробнее.
Линии прерывания служат для того, чтобы сигнализировать процессору (в нашем случае – контроллеру шины, который транслирует прерывания шины в прерывания процессора) о том, что на шине произошло некоторое событие, требующее переключения процессора с выполнения основной задачи на задачу обработку этого события. В некоторой области памяти существует таблица, где хранятся адреса процедур обработки прерывания (эта таблица называется таблицей векторов прерываний). Как только сигнал прерывания получен процессором, он выполняет команду перехода (безусловного или условного) на строку таблицы, соответствующей данному прерыванию. Затем по адресу, полученному из таблицы, производится переход в ту область памяти, где хранится процедура обработки прерывания.
Прямой доступ к памяти (DMA) – процедура, позволяющая освободить центральный процессор от задачи чтения данных из устройства ввода-вывода и записи их в память для выполнения других задач. В этом случае операция чтения – записи производится самим внешним устройством ( которое должно быть достаточно "интеллектуально”) или контроллером DMA. Для выполнения прямого доступа в память устройство ввода-вывода вставляет на соответствующих линиях шины (они называются DRQ 1-DRQ7 –DMA Request) сигнал запроса прерывания. Если прямой доступ к памяти возможен, процессор выставляет сигнал DACK 1-DACK7 (DMA Acknowledge) разрешения DMA и передает управление шиной внешнему устройству или контроллеру DMA, которые и формируют все необходимые сигналы управления и синхронизации. Процессор в это время может выполнять другие задачи, требующие его "внимания”.
Адресное пространство, или диапазон адресов, к которым можно обращаться с шины ISA составляет 224 или 16 Мслов. Однако на практике редко встречаются карты, позволяющие адресовать все адресное пространство шины. Дело в том, что многие старые карты не анализируют разряды адреса старше 10 и поэтому могут пересекаться по адресам с картами, которые их используют. Так, например, для старых карт адреса 0xF3F0 и 0x3F0 будут одинаковыми (регистр данных жесткого диска), поэтому при установке двух карт – новой с адресом 0xF3F0 и старой с адресом 0x3F0 на шине возникнет конфликт (так называется ситуация, когда несколько устройств пытаются в одно и то же время выдать данные на шину)
Шина ISA сохранилась в комьютерах до сих пор, несмотря на многочисленные попытки гигантов компьютерной индустрии (Intel, Microsoft) убрать ее из PC. По сегодняшним меркам, ISA – очень медленное устройство, обращение к которому тормозит работу всей системы. Но простота проектирования устройств на ней и огромное количество уже выпущенных для нее карт расширения, в том числе специальных, не позволяют отказаться от ее использования. Кроме того, для некоторых устройств (например, модемов) скорость шины ISA вполне достаточна.
IBM никогда не публиковало спецификации шины ISA, с целью затруднить изготовление устройств на ней сторонними производителями, так что существующие описания являются лишь результатами измерения временных параметров работающих карт расширения производства IBM