Le nouveau standard EISA: IBM a-t-il manqué le bus ?

La combinaison des meilleures idées de conceptions de bus existantes avec un certain nombre de fonctions originales et intelligentes vous permet-elle de créer une nouvelle norme de bus pour ordinateurs personnels? C’est la question à laquelle est confrontée EISA, l’acronyme désormais familier de Expanded Industry Standard Architecture.

Connecteurs EISA sur la carte mère
Les connecteurs EISA se trouvent dans le coin supérieur droit de cette carte mère.

L’objectif, annoncé le 13 septembre 1988, était de concevoir un successeur 32 bits du bus AT (que les concepteurs d’EISA appellent « Industry Standard Architecture » ou ISA) et qui reste également compatible avec ce dernier. La réalité d’EISA, enfin enfin présente sous la forme de très puissants ordinateurs de bureau, montre que la nouvelle norme va bien au-delà de la simple spécification de la manière d’ajouter 16 nouvelles lignes de données au bus AT. En empruntant les meilleures idées à d’autres conceptions de bus, telles que la maîtrise du bus, la configuration automatisée et le partage d’interruptions, puis en intégrant ses propres nouveaux modes de transfert de données, EISA est devenu un concept d’extension puissant et utile.

En cours de route, bien sûr, les critiques ont qualifié l’EISA de chameau: un cheval conçu par un comité. Et en fait, la nouvelle norme a été élaborée par un comité appelé le «gang des neuf»: AST Research, Compaq Computer Corp., Epson, Hewlett-Packard Company, NEC, Olivetti, Tandy, Wyse et Zenith Data Systems. Tel était le groupe de concurrents jadis et futurs qui se sont regroupés pour créer son propre standard en opposition à la Micro Channel Architecture (MCA) d’IBM.

Mais si les travaux des comités aboutissent souvent à un compromis, ce comité particulier a travaillé dans la direction opposée. Le bus standard de l’industrie lui-même était devenu la norme dès la création du groupe EISA.

Au mieux, une norme mal définie, le bus classique était devenu une position dominante du secteur, dépourvue même de spécifications de minutage. Ces spécifications très importantes sont essentielles pour déterminer l’interaction des cartes d’extension. Pourtant, elles n’ont été formalisées pour le bus AT que plusieurs années après que des centaines de fabricants ont multiplié les cartes sans numéro, chacune suivant sa propre variante du «standard». dire que la compatibilité sur le bus classique était aléatoire.

L’avenir du bus classique était encore plus décourageant. Ses performances médiocres et son traitement des données limité étaient bien en deçà des besoins des ordinateurs rapides basés sur 80286, sans parler des ordinateurs 386 et 486. La vraie tâche du comité EISA était de remettre de l’ordre dans ce chaos.

Pour IBM, le développeur original du bus classique, la situation était si désespérée que les ingénieurs de la société ont décidé que la seule solution était d’abandonner complètement le standard du bus AT. Le comité EISA pensait autrement. Après tout, les utilisateurs d’ordinateurs avaient investi des milliards de dollars dans des accessoires de bus classiques, et la fortune des membres du comité reposait également sur l’architecture ancienne. En essayant de préserver ces deux investissements, le comité a créé la norme EISA, rassemblé une grande partie du reste de l’industrie des ordinateurs personnels et inauguré une série de nouveaux produits disponibles basés sur celle-ci.

Cet article vous donnera un aperçu semi-technique de la nouvelle norme, en montrant les idées qui sous-tendent sa conception et leur fonctionnement. Je ne tenterai pas ici de comparer EISA à d’autres normes de bus. Ces comparaisons seront laissées aux examens du matériel réel; seuls les produits existants peuvent démontrer si les vertus théoriques apportent une puissance réelle.

ON MONTE EN PUISSANCE

L’impulsion initiale pour un nouveau standard de bus était l’incapacité du bus AT 16 bits à répondre aux besoins 32 bits des microprocesseurs Intel les plus récents (en particulier les processeurs 386DX et 486). La première étape pour obtenir des performances optimales de ces puces consiste à déplacer les données dans les blocs les plus volumineux qu’elles peuvent manipuler en une seule opération: unités 32 bits, appelées mots doubles. Toutes choses étant égales par ailleurs, l’élargissement du chemin de données à 32 bits peut à lui seul doubler la vitesse de transfert des données dans un ordinateur de type AT. Bien sûr, tout le reste n’est jamais égal, et ce n’est certainement pas le cas de l’EISA. Mais pour obtenir cet avantage instantané par rapport au bus classique, EISA ajoute 16 nouvelles lignes de données, comme illustré à la figure 1.

Résumé des nouveaux signaux EISA
Figure 1: Ce tableau présente les nouvelles broches du bus EISA, les noms de signaux respectifs et la définition de chaque signal. Les nouvelles lignes d’adresse sont étiquetées avec le préfixe LA

Les concepteurs d’EISA ont cherché à dépasser une autre limite imposée par le bus AT classique aux microprocesseurs plus puissants. Les 24 lignes d’adresse du bus AT imposent une limite de 16 Mo à la mémoire directement adressable (par opposition à la mémoire à commutation de banque, comme celle disponible dans le standard EMS). EISA étend également le bus d’adresses à 32 bits pour permettre l’adressage direct de 4 Go des microprocesseurs Intel 32 bits. Les nouvelles lignes d’adresse portent le préfixe LA dans le brochage du connecteur illustré à la figure 1.

La contribution de l’EISA sur ce point est plus généreuse que la simple addition de huit lignes d’adresses supplémentaires. La norme ajoute également de nouvelles lignes pour indiquer certains des bits d’adresse d’ordre inférieur. Dans une certaine mesure, ces lignes dupliquent la fonction du bus classique, mais il y a néanmoins un changement important. Les lignes d’adresse d’ordre inférieur EISA (LA2 ​​à LA 16) se verrouillent. En d’autres termes, elles fournissent des signaux stables tout au long du cycle d’adresses, pas seulement au début. Les extensions d’adresse EISA (les 8 bits supérieurs) vers le bus classique sont également verrouillées.

Parfois, tous les 32 bits du bus de données ne sont pas nécessaires lors d’un transfert de données. Par exemple, un programme peut avoir uniquement besoin de déplacer un octet d’un emplacement de mémoire à un autre. EISA fournit quatre nouveaux signaux pour indiquer quels octets du double mot de données sur le bus sont significatifs: les signaux Byte Enable BEO à BE3.

Connecteurs EISA complètement liés
Pour maintenir la compatibilité avec les cartes d’extension de bus classique, EISA peut prendre en charge des périphériques dotés d’interfaces 8, 16 ou 32 bits.

Pour maintenir la compatibilité avec autant de cartes d’extension de bus classiques que possible, EISA est conçu pour prendre en charge les périphériques dotés d’interfaces 8, 16 ou 32 bits. Cette diversité nécessite une méthode permettant d’empêcher un périphérique d’essayer de transférer 32 bits de données vers un autre appareil doté uniquement d’une interface 16 bits (auquel cas la moitié des données serait perdue).

EISA fournit des signaux indiquant la taille des transferts de données qu’un périphérique peut gérer. Pour indiquer qu’il a accès à la totalité des 32 bits du bus EISA, un périphérique envoie le signal EX32. De même, le signal EX 16 indique qu’un périphérique ne prend en charge que les transferts 16 bits. Si aucun signal n’est présent, le système doit supposer que le périphérique en question ne peut gérer que 8 bits de données à la fois. (Ces signaux complètent ceux du bus classique qui indiquent une largeur de transfert de 8 ou 16 bits.)Mais EISA ne s’arrête pas là. La norme prévoit également la traduction automatique de la largeur des signaux du bus.

Comme illustré à la figure 2, le signal 32 bits d’une carte EISA sera décomposé, si nécessaire, en quatre signaux séquentiels de 8 bits pouvant être digérés sans douleur par les cartes d’extension de bus classique. Un circuit intégré spécial, le contrôleur de bus EISA, déplace les données dans les lignes d’octets appropriées et convertit les signaux de commande sur le bus en conséquence.

Traduire la largeur des signaux de bus
Figure 2: Au lieu d’obliger les cartes d’extension EISA à négocier chaque transaction de bus avec le plus petit dénominateur commun (limitation des transferts sur le bus à la largeur la plus étroite des deux parties à la transaction), le contrôleur de bus EISA gère automatiquement les transferts. Si nécessaire, il convertit automatiquement les signaux en largeur de bus appropriée pour la carte cible tout en prenant en charge les cartes EISA les plus rapides. Par exemple, il peut sérialiser les octets d’un transfert 32 bits en quatre transferts séquentiels 8 bits pour une carte d’extension à bus classique.

EISA ne se limite pas à fournir des signaux supplémentaires pour ajouter de nouvelles données et une capacité d’adressage au bus classique. D’autres améliorations EISA nécessitent l’affectation de nouveaux signaux aux connexions de bus. Ces signaux incluent la prise en charge des transferts de données en mode rafale (MSBURST et SLBURST), de nouveaux signaux de synchronisation permettant de gérer les transferts de données rapides (START et CMD) et même un signal de ralentissement du bus avec des états d’attente (EXRDY).

L’EISA ajoute également des signaux spécifiques aux créneaux pour la gestion de l’arbitrage de bus (MREQx et MAKx), qui seront abordés ultérieurement. Un autre signal spécifique à un emplacement, qui redéfinit une affectation de signal sur le bus classique, s’appelle maintenant AENx. Il permet à chaque carte d’extension de réagir indépendamment des autres, de sorte que chaque carte puisse être adressée et contrôlée individuellement.

Le x dans les noms de signal est simplement remplacé par la désignation hexadécimale de la fente. Les désignations de ces signaux spécifiques aux emplacements correspondent à la conception maximale de 15 emplacements d’extension par système d’EISA. Cependant, la spécification indique que les systèmes comportant plus de huit emplacements sont peu probables.

Le port EISA 32 bits
Le connecteur d’extension EISA permet une compatibilité ascendante avec les cartes de bus PC tout en permettant une extension totale de 32 bits des périphériques EISA.

Sous EISA, tous les autres signaux du bus classique conservent leurs définitions et fonctions antérieures. Cette disposition était nécessaire pour maintenir la compatibilité ascendante avec les anciennes cartes d’extension. Le grand défi des ingénieurs EISA était d’adapter tous ces signaux à un connecteur qui permettrait toujours l’utilisation d’anciennes cartes d’extension.

MARCHE ARRIÈRE

Vous pouvez parier que nous avons pris grand soin de minimiser les différences physiques entre les cartes d’extension utilisées par le bus classique et celles conformes à la norme EISA. La compatibilité est la raison d’être d’EISA et peut-être même son principal argument de vente par rapport aux nouvelles normes de bus. Sous EISA, toutes les cartes d’extension PC existantes sont conçues pour être compatibles avec les nouveaux ordinateurs EISA hautes performances, bien que l’inverse ne soit pas vrai et que des exceptions existent.

Les spécifications physiques des anciennes et des nouvelles normes sont donc très similaires. Les cartes d’extension EISA ont la même taille et la même forme que les cartes AT, les dimensions maximales de 13,125 pouces de long et 4,5 pouces de hauteur (allant du haut au bas de la carte). Les plus petites cartes, telles que les cartes dites « courtes », sont toujours acceptées. Mais EISA apporte certaines modifications dimensionnelles spécifiques pour garantir que les futurs produits seront encore plus compatibles en taille que les cartes PC.

Un changement apparemment mineur pourrait permettre de faire une différence majeure. Toutes les mesures des cartes EISA sont spécifiées à partir d’une origine commune, c’est-à-dire que vous mesurez toutes les dimensions à partir d’un point de départ commun. Pour EISA, ce point est le centre du connecteur d’extension, pas un bord de la carte. En conséquence, les tolérances sont les plus faibles et l’adaptation de la carte est optimale là où elle compte le plus, au niveau du connecteur d’extension. Les cartes EISA devraient être mieux adaptées que leurs prédécesseurs.

La carte d'extension EISA
Figure 3: La spécification EISA tente d’éliminer les incompatibilités physiques subtiles entre les cartes d’extension et certains systèmes. L’une d’elles est les jupes, c’est-à-dire les zones où la carte s’étend pour accueillir davantage de circuits. Bien que le cahier des charges reconnaisse les jupes de certaines planches, il leur est interdit de créer de nouveaux produits. Mais une minuscule jupe près du support est autorisée.
Un autre changement EISA pourrait avoir de plus grandes implications pour les cartes d’extension PC existantes. Bien que EISA accepte toutes les configurations physiques des cartes d’extension actuelles, il interdit l’ajout de jupes sur les futurs produits. Il s’agit des zones d’une carte qui descendent sous le connecteur d’extension et offrent un peu plus d’espace pour les composants le long du bord inférieur long de la carte. Comme on peut le voir sur la figure 3, EISA autorise toutefois une mini-jupe, à savoir une minijupe, située entre le connecteur d’extension et le support de retenue de la carte. L’implication est cependant claire: comme avec les ordinateurs actuels, tous les emplacements des machines EISA ne permettent pas l’insertion de cartes avec des jupes.

La pièce maîtresse de la spécification EISA est son connecteur d’extension, illustré à la figure 4. C’est cette conception de connecteur qui permet la compatibilité avec les cartes de bus PC tout en permettant une extensibilité totale de 32 bits des périphériques EISA. Il ajoute 90 nouvelles connexions (55 nouveaux signaux) sans augmenter la taille du connecteur lui-même, et accepte sans difficulté les cartes EISA et les cartes de bus classique.
Connecteur EISA et bords de la carte
Figure 4: Le connecteur EISA double ingénieusement le nombre de contacts sur un connecteur de bord économique ne dépassant pas celui utilisé par les ordinateurs AT. Le connecteur de bord de chaque carte d’extension place ses connexions dans deux rangées séparées verticalement, entrelacées les traces de circuit des nouveaux contacts (la rangée inférieure) entre celles de la rangée supérieure. Le connecteur de bord sur les cartes EISA se connecte plus profondément que celui d’une carte à bus classique, de sorte que les cartes classiques peuvent être connectées en toute sécurité aux prises EISA et se connecter correctement. Bien que rien n’empêche de brancher une carte EISA dans une prise de bus classique, cette action est interdite; cela peut endommager le tableau, l’ordinateur hôte ou les deux

La conception intelligente à deux niveaux de ce connecteur représente en réalité une révision du concept original EISA. Le connecteur EISA annoncé à l’origine en 1988 reposait sur deux connecteurs parallèles: un lien assurant la liaison compatible avec les cartes d’extension existantes et un second connecteur, décalé par rapport à la carte d’extension, pour les transferts et l’adressage de données 32 bits. .

La conception du connecteur d’origine a été critiquée pour diverses carences, notamment la nécessité d’une force d’insertion anormalement élevée. Les efforts jugés nécessaires pour insérer une carte dans les fentes du connecteur parallèle étaient si importants que l’utilisation d’un mécanisme d’insertion automatique économique pour la construction de nouveaux ordinateurs a été pratiquement exclue! Étant donné que le nouveau connecteur EISA est physiquement de la même taille qu’un connecteur d’expansion traditionnel, il nécessite environ la même force d’insertion de 35 kilos, et non les 100 kilos estimés pour le connecteur parallèle proposé. Ceci, bien sûr, ne pose aucun problème pour les machines à insertion automatique.

Connecteur EISA sur la carte mère
Selon les spécifications EISA, une quantité généreuse d’énergie est supposée être disponible pour chaque connecteur d’extension, libérant les concepteurs de périphériques de la nécessité d’utiliser des composants spéciaux à faible consommation.

Le nouveau connecteur combine à la fois compatibilité et extensibilité 32 bits en se ramifiant verticalement et non horizontalement. Dans le nouveau connecteur EISA, les contacts des fonctions améliorées sont intégrés à un deuxième niveau, inférieur. Les cartes d’extension PC existantes ne peuvent être insérées qu’à peu près à mi-chemin dans les logements EISA et n’engagent donc que les contacts du bus PC. Cinq clés – des butées en plastique moulées dans le connecteur EISA – empêchent ces cartes plus anciennes de pénétrer plus profondément. Les cartes EISA ont des découpes qui s’insèrent dans les clés et permettent ainsi une insertion de toute la profondeur dans le connecteur. Une fois la carte complètement insérée, les jeux de contacts supérieur et inférieur engagent des jeux de pads distincts sur la carte EISA. En raison de la nécessité de cette insertion plus profonde, le connecteur de bord d’une carte EISA est donc un peu plus long (environ 0,2 pouce) que celui d’une carte à bus classique.

Le schéma de clé empêche les anciennes cartes de bus de court-circuiter les connexions EISA, ce qui pourrait endommager l’ordinateur EISA. Cependant, rien n’empêche les cartes EISA de s’insérer physiquement dans les connecteurs d’extension ordinaires 16 bits AT. En fait, en raison de la disposition inhabituelle des contacts sur les cartes EISA, l’insertion par inadvertance d’une carte EISA dans un ancien connecteur AT pourrait envoyer des signaux aux mauvais circuits.

EISA au bas de la carte mère
EISA prend en charge non seulement la méthode de transfert de données du bus classique, mais également deux schémas plus rapides qui lui sont propres: les transferts compressés et le mode rafale.

vous n’exploserez rien, mais vous pouvez temporairement rendre le système hôte dysfonctionnel. Par conséquent, les cartes EISA ne doivent jamais être insérées dans des ordinateurs non EISA, même si elles s’inséreront physiquement dans les logements.

EISA s’efforce également de maintenir la compatibilité avec les demandes de puissance des cartes d’extension à ancien bus. Selon la spécification EISA, une quantité généreuse d’énergie est supposée être disponible pour chaque connecteur d’extension, libérant les concepteurs de périphériques de la nécessité d’utiliser des composants spéciaux à faible consommation. Plus de 45 watts, sous quatre tensions différentes, sont théoriquement disponibles sur chaque connecteur d’extension EISA.

Bien entendu, cette disponibilité suppose une vision optimiste des réserves totales de l’alimentation du système. Remplir les huit emplacements envisagés dans un système EISA complet avec des cartes d’extension affamées nécessiterait plus de 325 watts. Même sans tenir compte des besoins des périphériques de stockage de masse et de la carte système elle-même, un ordinateur EISA entièrement développé nécessiterait une énorme alimentation électrique. D’un autre côté, rien dans la conception de l’EISA n’exige que les cartes d’extension utilisent davantage d’énergie que les cartes à ancien bus, de sorte que les niveaux de puissance traditionnels seront probablement suffisants dans la pratique.

UN BUS DE COURSE

La compatibilité fait également partie des problèmes les plus redoutables pour réduire davantage la vitesse brute – plus le mégahertz – du bus AT. Pour EISA, il est hors de question d’augmenter la vitesse d’horloge qui synchronise les transferts de données sur le bus, car toute augmentation de la vitesse peut entraîner des problèmes pour les cartes d’extension existantes. De nombreuses cartes de bus classiques ne fonctionnent tout simplement pas à des vitesses beaucoup plus élevées que les 8 MHz utilisés dans l’AT ou les 10 MHz utilisés par certains compatibles.

En conséquence, EISA n’augmente pas la vitesse brute de l’horloge entraînant le bus d’extension. La spécification appelle à une horloge de bus (BCLK) qui oscille à une fréquence fixe comprise entre 6 et 8,33 MHz. Notez que ce dernier chiffre correspond au quart de la vitesse d’horloge à 33 MHz des microprocesseurs les plus rapides d’aujourd’hui.

La vitesse du bus est un sous-multiple de la fréquence d’horloge système, car l’EISA est théoriquement un bus synchrone. Il fonctionne en parallèle avec le microprocesseur hôte. Mais pas nécessairement. Les maîtres de bus peuvent prendre le contrôle et modifier certains aspects de la synchronisation du système pour obtenir des débits de données plus élevés.

De tels changements de minutage sont nécessaires car la limite de vitesse du bus est plus sévère que ne le laisse supposer le nombre de MHz. Le débit de transfert de données réel du bus classique n’atteint jamais les 16 Mo par seconde que le bus pourrait théoriquement permettre, car le bus classique ne peut pas déplacer les données à chaque cycle d’horloge. Au contraire, chaque octet transféré doit passer par une hiérarchie complexe de commandes. Au mieux, chaque transfert nécessite au moins deux cycles de bus: un pendant lequel l’adresse de mémoire est spécifiée, puis un second pendant lequel l’emplacement de mémoire spécifié est réellement lu. Les états d’attente et d’autres besoins d’adressage peuvent ajouter plus de cycles de bus et allonger encore le temps de transfert.

6 ports EISA avec 3 ports PCI et 1 port ISA
6 ports EISA avec 3 ports PCI et 1 port ISA

Bien que EISA autorise cette ancienne méthode de transfert de données, elle ajoute également deux schémas plus rapides: les transferts compressés et le mode rafale. Les transferts compressés sont 50% plus rapides car les données sont déplacées tous les cycles de bus 1V2. Le mode rafale déplace les données à chaque cycle, ce qui donne un taux de transfert effectif de 33 Mo par seconde (vitesse du bus de 8,33 MHz et chemin de données de 32 bits).

Les cycles comprimés reposent sur un signal de synchronisation (CMD) spécial EISA Command qui complète l’horloge du bus. Pendant les transferts compressés, le signal CMD fonctionne à une vitesse deux fois supérieure à celle de l’horloge du bus et le transfert de données doit avoir lieu pendant sa durée.

En mode rafale, les adresses pour le transfert de données sont affirmées au début (pour l’écriture de données) ou à la fin (pour la lecture de données) de chaque cycle d’horloge. Les données sont effectivement placées sur le bus 1/2 ou 1 1/2 cycles plus tard et sont à nouveau verrouillées sur CMD.

Le mode de données en rafale EISA présente à la fois des avantages et des inconvénients. Contrairement au mode de transmission de données en continu, dans lequel seule une adresse de départ est spécifiée, le mode rafale EISA peut déplacer des données non contiguës, car une adresse est donnée à chaque transfert. Cependant, l’EISA n’autorise que les 10 bits d’adresse les moins significatifs à changer pendant un cycle de rafale. Cela limite efficacement les transferts de données en rafale vers des adresses situées dans un bloc de 1 024 mots doubles en mémoire. De plus, EISA ne permet pas que les lectures et les écritures soient mélangées en une seule rafale, en raison des différences de synchronisation entre ces signaux.

De plus, vous ne devez pas confondre le taux de transfert de données maximal rapide de 33 mégahertz par seconde avec le fonctionnement encore plus rapide de 33 mégahertz des PC haut de gamme. Bien que le bus EISA et la mémoire système de ces ordinateurs aient une largeur de 32 bits, la vitesse d’horloge maximale du bus EISA reste de 8,33 MHz, soit un quart de la vitesse de la mémoire de la carte système. En d’autres termes, sur les ordinateurs EISA, la mémoire à fente sera toujours plus lente que la mémoire de la carte système, tout comme dans les ordinateurs à bus classique. Les ordinateurs EISA hautes performances (ce qui, pratiquement, signifie tous) seront toujours construits avec des connecteurs d’extension de mémoire propriétaires qui fonctionnent à la vitesse maximale de l’horloge du système (et non du bus).

La prochaine fois, je terminerai cet aperçu de la nouvelle norme EISA en examinant des questions telles que l’accès direct à la mémoire, la gestion des interruptions, l’arbitrage de bus et les procédures de configuration.

Source : PC_Magazine_1990_06_12

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