Mikrokanálová architektura - Micro Channel architecture

Micro Channel
Mikrokanálová architektura
MCA grafická karta
32bitová grafická karta IBM XGA-2
Rok vytvořen 1987 ; Před 34 lety ( 1987 )
Vytvořil IBM
Nahrazuje JE
Nahrazen PCI (1993)
Šířka v bitech 16 nebo 32
Rychlost 10 MHz
Styl Paralelní
Rozhraní za provozu Ne
Externí rozhraní Ne

Micro Channel architecture , neboli sběrnice Micro Channel , byla patentovaná 16- nebo 32bitová paralelní počítačová sběrnice představená IBM v roce 1987, která byla používána na PS/2 a dalších počítačích až do poloviny 90. let minulého století. Jeho název je běžně zkrácen jako „ MCA “, i když ne od IBM. V produktech IBM nahradila sběrnici ISA a sama byla následně nahrazena architekturou sběrnice PCI .

Pozadí

Vývoj Micro Channel byl tažen jak technickými, tak obchodními tlaky.

Technologie

IBM AT bus, která se později stala známá jako Industry Standard Architecture (ISA) autobusu, měl řadu technických konstrukčních omezení, k nimž patří:

  • Nízká rychlost autobusu.
  • Omezený počet přerušení, opravených v hardwaru.
  • Omezený počet adres I/O zařízení, také hardwarově opravený.
  • Pevná a složitá konfigurace bez řešení konfliktů.
  • Přímé odkazy na architekturu rodiny čipů 80x86

Kromě toho trpěl dalšími problémy:

  • Špatné uzemnění a rozvod energie.
  • Nedokumentované standardy rozhraní sběrnice, které se mezi systémy a výrobci lišily.

Tato omezení nabyla na vážnosti, jak rostl rozsah úloh a periferií a počet výrobců kompatibilních s IBM PC. IBM již zkoumala použití procesorů RISC ve stolních počítačích a teoreticky by mohla ušetřit značné peníze, pokud by v celé jejich počítačové sestavě bylo možné použít jedinou dobře zdokumentovanou sběrnici.

Podíl na trhu

Předpokládalo se, že vytvořením nového standardu získá IBM kontrolu nad standardy prostřednictvím požadovaného licencování. Vzhledem k tomu, že udělení patentů může trvat tři roky nebo déle, mohly být při oznámení Micro Channel licencovány pouze ty, které se týkají ISA. Patenty na důležité funkce Micro Channel, jako je automatická konfigurace Plug and Play , byly uděleny společnosti IBM až poté, co PCI nahradila Micro Channel na trhu. Celkový příjem byl vlažný a dopad Micro Channel na celosvětový trh s počítači byl malý.

Design

CHIPS P82C612 v balíčku PLCC

Architekturu Micro Channel navrhl inženýr Chet Heath . Mnoho karet Micro Channel, které byly vyvinuty, používalo řadič rozhraní CHIPS P82C612 MCA; umožnění implementací MCA být mnohem jednodušší.

16bitová karta síťového rozhraní IBM 83X9648

Přehled

Micro Channel byl primárně 32bitová sběrnice, ale systém také podporoval 16bitový režim navržený tak, aby snížil náklady na konektory a logiku v počítačích s procesorem Intel, jako je IBM PS/2 .

Situace však nikdy nebyla tak jednoduchá, protože jak 32bitová, tak 16bitová verze měla zpočátku řadu dalších volitelných konektorů pro paměťové karty, což vedlo k velkému počtu fyzicky nekompatibilních karet pro paměť připojenou na sběrnici. Časem se paměť přesunula na místní sběrnici CPU, čímž byl problém odstraněn. Na druhé straně se kvalita signálu výrazně zlepšila, protože Micro Channel přidal zemnící a napájecí piny a uspořádal piny tak, aby se minimalizovalo rušení; zem nebo zdroj se tak nacházely ve 3 pinech každého signálu.

Pro grafické karty bylo zahrnuto další rozšíření konektoru. Toto rozšíření bylo použito pro analogový výstup z grafické karty, který byl poté směrován přes základní desku na výstup vlastního monitoru systému. Výhodou toho bylo, že systémové desky Micro Channel mohly mít na desce základní grafický systém VGA nebo MCGA a grafika vyšší úrovně ( karty XGA nebo jiné akcelerátory) pak mohla sdílet stejný port. Doplňkové karty pak mohly být bez „starších“ režimů VGA, přičemž v případě potřeby využívaly integrovaný grafický systém a umožňovaly jediný konektor základní desky pro grafiku, kterou bylo možné upgradovat.

Karty Micro Channel také představovaly jedinečné 16bitové softwarově čitelné ID, které tvořilo základ raného systému plug and play. BIOS a/nebo OS mohou číst ID, porovnávat se seznamem známých karet a provádět automatickou konfiguraci systému, která vyhovuje. To vedlo k selhání spouštění, kdy starší BIOS nerozpoznal novější kartu, což způsobilo chybu při spuštění. Na druhé straně to vyžadovalo, aby IBM pravidelně vydávala aktualizované referenční disky (The CMOS Setup Utility). K dispozici je poměrně úplný seznam známých ID (viz část Externí odkazy). Tyto referenční disky doprovázely soubory ADF, které byly načteny instalačním programem a který zase poskytoval informace o konfiguraci karty. ADF byl jednoduchý textový soubor, který obsahoval informace o adresování paměti a přerušeních karty.

Přestože karty MCA stojí téměř dvojnásobek ceny srovnatelných karet jiných než MCA, marketing zdůraznil, že pro každého uživatele je jednoduché upgradovat nebo přidat další karty do počítače, čímž se ušetří značné náklady technika. V této kritické oblasti byla největší výhodou architektury Micro Channel také její největší nevýhoda a jeden z hlavních důvodů jejího zániku. Chcete -li přidat novou kartu (video, tiskárnu, paměť, síť, modem atd.), Uživatel jednoduše připojil kartu MCA a vložil přizpůsobenou disketu (dodávanou s počítačem), aby se nová karta automaticky promíchala s původním hardwarem , spíše než přivést draze vyškoleného technika, který by mohl ručně provést všechny potřebné změny. Všechny volby pro přerušení (často matoucí problém) a další změny byly provedeny automaticky tím, že počítač přečetl starou konfiguraci z diskety, která provedla nezbytné změny v softwaru, a poté zapsala novou konfiguraci na disketu. V praxi to však znamenalo, že uživatel musí ponechat stejnou disketu připojenou k tomuto počítači . Pro malou společnost s několika počítači to bylo nepříjemné, ale praktické. Ale pro velké organizace se stovkami nebo dokonce tisíci počítačů bylo trvalé sladění každého počítače s vlastní disketou logisticky nepravděpodobné nebo nemožné. Bez původní, aktualizované diskety nebylo možné na kartách počítače provádět žádné změny. Poté, co se tato zkušenost tisíckrát opakovala, si vedoucí podniků uvědomili, že jejich vysněný scénář jednoduchosti upgradu v podnikovém světě nefunguje a hledali lepší postup.

Přenos dat

Základní přenosová rychlost Micro Channel byla zvýšena z ISA 8 MHz na 10 MHz. To mohlo být mírné zvýšení hodinové rychlosti, ale větší šířka sběrnice ve spojení s vyhrazeným řadičem sběrnice, který využíval přenosy v režimu shluku , znamenalo, že efektivní propustnost byla až pětkrát vyšší než ISA. Pro rychlejší přenosy by mohla být sběrnice adres znovu použita pro data, což by dále zvýšilo efektivní šířku sběrnice. Zatímco rychlost 10 MHz umožňovala propustnost 40 MB/s při šířce 32 bitů, pozdější modely strojů RS/6000 zvýšily rychlost přenosu dat na 20 MHz a propustnost na 80 MB/s. Některé funkce vyšší propustnosti sběrnice Micro Channel byly k dispozici pouze pro platformu RS/6000 a původně nebyly podporovány na kartách provozovaných na platformě Intel.

Díky bus masteringu mohla každá karta mluvit přímo s jinou. To umožnilo výkon, který byl nezávislý na CPU. Jednou potenciální nevýhodou designu více masterů byly možné kolize, když by se více než jedna karta pokusila o sběrnici master, ale Micro Channel obsahoval arbitrážní funkci pro opravu těchto situací a také umožnil masteru použít režim shluku . Karty Micro Channel měly úplnou kontrolu až na 12 milisekund. To bylo dost dlouhé na to, aby umožnilo maximálnímu počtu dalších zařízení na sběrnici ukládat příchozí data ze zařízení, která lze spustit, jako jsou pásky a komunikace.

Vícenásobná podpora sběrnice a vylepšená arbitrace znamená, že několik takových zařízení může koexistovat a sdílet systémovou sběrnici. Zařízení podporující sběrnici Micro Channel bus-master mohou dokonce využívat sběrnici k tomu, aby spolu komunikovali přímo (peer to peer) rychlostí vyšší než CPU systému, bez jakéhokoli dalšího zásahu systému. Architektonické systémy Micro Channel by teoreticky bylo možné rozšířit, podobně jako sálové počítače, pouze s přidáním inteligentních předloh, aniž by bylo nutné periodicky upgradovat centrální procesor.

Vylepšení arbitráže zajišťuje lepší propustnost systému, protože řízení je předáváno efektivněji. Pokročilé zpracování přerušení se týká použití přerušení citlivých na úroveň ke zpracování požadavků systému. Spíše než vyhrazenou linku přerušení lze sdílet několik řádků, aby bylo zajištěno více možných přerušení, čímž se řeší problémy s konfliktem linky přerušení linky ISA.

Všechny signály požadavku na přerušení byly v architektuře Micro Channel „veřejné“, což umožňovalo jakékoli kartě na sběrnici fungovat jako I/O procesor pro přímou službu přerušení I/O zařízení. ISA omezila veškeré takové zpracování pouze na CPU systému. Podobně byly signály hlavního a sběrnicového signálu sběrnice veřejné, takže zařízení připojená ke sběrnici mohla monitorovat latenci pro řízení interní vyrovnávací paměti pro I/O procesory. Tyto funkce nebyly přijaty pro PCI, což vyžaduje, aby veškerá podpora I/O pocházela jedinečně z procesoru základní desky.

Posledním významným vylepšením architektury Micro Channel byl POS , Programmable Option Select , který umožnil veškeré nastavení proběhnout v softwaru. Tato funkce je nyní považována za samozřejmost, ale v té době bylo nastavení pro systémy ISA obrovská práce. POS byl jednoduchý systém, který ve firmwaru obsahoval ID zařízení, což měli řidiči v počítači interpretovat. (Tento typ systému pro konfiguraci softwaru je dnes znám jako plug and play .) Tato funkce ve skutečnosti nesplnila svůj slib; automatická konfigurace byla v pořádku, když fungovala, ale často ne - což mělo za následek nestartovatelný počítač - a řešení problému pomocí ručního zásahu bylo mnohem obtížnější než konfigurace systému ISA, v neposlední řadě proto, že dokumentace k zařízení MCA by měla tendenci předpokládejme, že automatická konfigurace bude fungovat, a tak neposkytl potřebné informace k jejímu ručnímu nastavení, na rozdíl od dokumentace zařízení ISA, která podle potřeby poskytla úplné podrobnosti (nicméně fyzicky odebrat a zkontrolovat všechna nastavení IRQ, poté najít a nastavit nové IRQ pro nové zařízení - pokud bylo k dispozici vhodné - pro ISA nebyla žádná legrace, a kromě mnoha uživatelů ... je zřejmé, proč byl proveden pokus o přechod na softwarově arbitrizovanou konfiguraci a proč se to později podařilo ve formě PnP .)

Recepce

V listopadu 1983 The Economist uvedl, že dominance standardu IBM PC na trhu osobních počítačů není problém, protože „může pomoci vzkvétat konkurenci“. Časopis to předpovídal

IBM bude brzy vězněm svých standardů stejně jako její konkurenti. Jakmile bylo zakoupeno dostatečné množství počítačů IBM, nemůže IBM provádět náhlé změny v jejich základním provedení; to, co by mohlo být užitečné pro zbavení konkurence, by setřáslo ještě více zákazníků.

Architektura Micro Channel byla poprvé představena při uvedení řady PS/2 v roce 1987, přičemž ji představovaly tři ze čtyř nových strojů. Jeho použití v IBM se rozšířilo do systémů RS/6000 , AS/400 a nakonec do systémů IBM 9370 - nejmenší členové řady System/370 .

IBM licencovala architekturu jiným společnostem za jedno až pět procent příjmů. Společnost Tandy Corporation byla první, kdo dodával počítač na bázi Micro Channel, 5000 MC, ale šéf společnosti John Roach řekl: „Jsem překvapen, že by to vůbec někdo chtěl“; Tandy podle něj prodal pouze počítač, protože po něm byla určitá poptávka. Společnost NCR Corporation přijala Micro Channel komplexně-navrhla a postavila vysoce výkonné osobní počítače, pracovní stanice a serverové platformy, které jej podporují, včetně vlastních logických komponent založených na architektuře Micro Channel, včetně SCSI, grafiky, sítí a zvuku. Malý počet dalších výrobců, včetně Apricot , Dell , Research Machines a Olivetti, to přijal, ale pouze pro část svého sortimentu počítačů.

Navzdory skutečnosti, že MCA bylo oproti ISA obrovským technickým vylepšením, brzy se ukázalo, že jeho zavedení a marketing ze strany IBM byl špatně zvládnut. IBM měla silné patenty na funkce systému architektury Micro Channel a požadovala po výrobcích systémů Micro Channel zaplacení licenčního poplatku - a aktivně sledovala patenty, aby zablokovala třetím stranám prodej jejich nelicencovaných implementací. Trh s PC klony nechtěl platit IBM licenční poplatky, aby mohl používat tuto novou technologii, a zůstal převážně u 16bitové sběrnice AT (přijato a přejmenováno na ISA, aby se zabránilo ochranné známce IBM „AT“) a manuální konfigurace, přestože VESA Local Bus (VLB) byl stručně populární pro Intel 486 strojů.

Pro servery byla technická omezení starého ISA příliš velká a na konci roku 1988 „ Gang of Nine “ vedená společností Compaq oznámila konkurenční vysoce výkonný autobus - Extended Industry Standard Architecture (EISA). To nabídlo podobné výkonnostní výhody jako Micro Channel, ale s tou dvojitou výhodou, že může přijímat starší desky ISA a být bez kontroly IBM.

EISA a Micro Channel s tím bojovaly několik let v serverové aréně, ale v roce 1996 IBM fakticky uznala porážku, když sami vyrobili některé servery EISA-bus. V roce 2001 řekl výkonný ředitel IBM Robert Moffat, že z chyb společnosti na trhu s PC „nejzjevnější je Micro Channel“.

Během několika let od svého příchodu v roce 1992 PCI z velké části nahradila Micro Channel, EISA a VLB.

Karty

Rozšiřující karty pro sběrnici Micro Channel se obvykle zaměřovaly na požadavky špičkové grafické pracovní stanice nebo serveru s připojením SCSI , Token Ring , Ethernet , IBM 5250 a IBM 3270 .

Roland MPU-IMC; druhá revize s propojkami IRQ
ChipChat 16 se softwarově řízeným výběrem IRQ

Zvukové karty

Bylo vyrobeno jen velmi málo zvukových karet MCA. Některé příklady zahrnují:

Viz také

Poznámky

Reference

externí odkazy