7.1. Конструкция шины isa

Система сигналов системной шины и протоколы обмена определяют устройство схем сопряжения ЭВМ с технологическими объектами управления. Рассмотрим основные сигналы шины ISA. ISA магистраль является расширением магистрали компьютеров IBM PC и XT при переходе к IBM AT (на 286 процессоре). Тактовый сигнал шины не совпадает с тактовым сигналом процессора. Конструктивно платы адаптеров, устанавливаемые в слоты (разъемы), имеют приведенное на рисунке 7.1 расположение контактов. Такое расположение контактов разъемов принято, чтобы обеспечить возможность использования устройств сопряжения, разработанных для РС и ХТ.

Выводы шины isa

Отметим основные сигналы шины, определяющие структуру интерфейса. В квадратных скобках приведены номера контактов. Черта над названием сигнала означает, что активному состоянию сигнала соответствует низкий уровень.

SA0 - SA19 [A31-A12]- фиксируемые адресные разряды (20 линий для адресации 1Мбайта памяти). Защелкивание адреса идет по падающему фронту сигнала BALE. Сигналы действительны в течении всего цикла обмена. Они используются и для адресации устройств ввода-вывода (SA0-SA15), в действительности используются SA0-SA9. Значительная часть этих адресов занята стандартными устройствами компьютера. Логика всех сигналов положительная. В режиме MASTER эти сигналы вырабатывает устройство, захватившее магистраль. Тип выходного каскада - каскад с 3 состояниями.

L A17 - LA23 [C8-C2] - не фиксируемые адресные разряды. Используются для адресации памяти и выработки сигнала MEM CS 16 . Действительны только в начале цикла обмена. Исполнитель должен фиксировать их по отрицательному фронту сигнала BALE. При обращении к устройствам вводa-вывода имеют уровень логического нуля. Для фиксации необходимо использовать регистр типа "защелка" (КР1533ИР23, К555ИР22). При прямом доступе к памяти эти сигналы действительны в течение всего цикла обмена. Сигнал вырабатывает устройство MASTER. Тип выходного каскада - каскад с 3 состояниями.

BALE [B28] (Bus Address Latch Enable) - выходной сигнал разрешения защелкивания адреса, т.е. сигнал стробирования адресных разрядов. Его отрицательный фронт соответствует действительности адреса на линиях SA0 - SA23. Высокий уровень показывает, что адрес на системной шине сформирован. Это буферизированный вариант сигнала GATE ALE. Тип выходного каскада - TTL.

S BHE [C1] (System Bus High Enable)- разрешение старшего байта. Сигнал определяет тип передачи данных (8 или 16- разрядный), вырабатывается параллельно с SA0-SA19 и может рассматриваться как дополнительный разряд адреса. Он активен при передаче старшего байта или 16-разрядного слова. Вырабатывается устройством MASTER, т.е. устройством, захватившим магистраль. Выходной каскад имеет 3 состояния. Это буферизированный вариант сигнала BHE процессора, который совместно с разрядом адреса А0 указывает на одну из 3 ситуаций при передаче данных.

SBHE	A0	передача
0	0	перенос слова
0	1	перенос байта по верхней половине шины
1	0	перенос байта по нижней половине шины
1	1	не используется

SD0-SD7 [A9-A2] - линии передачи младшего байта; логика положительная; выходной каскад имеет 3 состояния

SD8-SD15[C11-C18] - линии передачи старшего байта; логика положительная; выходной каскад имеет 3 состояния

SD0 - SD15 - шина данных; при обмене с Х шиной шириной 8 бит происходит передача на Х шину как с верхней, так и с нижней половины S-шины, что достигается коммутацией.

S MEMR[B12], MEMR[C9] (Memory Read) - стробы чтения данных из памяти формируются шинным контроллером и информируют о чтении слова или байта из памяти. Первый сигнал вырабатывается только при обращении к адресам не превышающим FFFFF (1Мбайт), второй- ко всем адресам. В ответ на этот сигнал память выставляет данные. Вырабатывается устройством MASTER, захватившим шину. Выходной каскад имеет 3 состояния.

S MEMW[B11], MEMW[C10] (Memory Write)- стробы записи в память, исходят от шинного контроллера и информируют о записи слова или байта в память. Память принимает данные по положительному заднему фронту сигнала. Первый сигнал используется при обращении к первому мегабайту ОЗУ .

I OR[B14] (I/O Read) -строб чтения данных из устройств ввода-вывода. адрес порта находится на линиях SA0-SA15. Устройство должно выставлять свои данные при активизации сигнала и снимать при его снятии.

I OW [B13](I/O Write)- строб записи данных в устройство ввода-вывода Устройство должно принимать данные по положительному (заднему) фронту сигнала. В линиях IOR, IOW тип выходного каскада - каскад с 3 состояниями и сигналы вырабатывает устройство, захватившее магистраль (MASTER).

M EM CS16 [D1] (Memory Cycle Select)- выбор цикла из памяти. Сигнал выставляется памятью для сообщения задатчику, что она имеет 16-разрядную организацию. При отсутствии сигнала выполняется 8-разрядный обмен. Сигнал вырабатывается при распознавании памятью своего адреса на линиях LA17-LA23. Процессор фиксирует его по заднему фронту сигнала BALE. Выходной каскад имеет открытый коллектор.

I /O CS16 [D2] (I/O Cycle Select) - выбор цикла для устройства ввода-вывода. Сигнал используется для сообщения задатчику, что устройство имеет 16 разрядную организацию При отсутствии сигнала выполняется 8-разрядный обмен. Сигнал вырабатывается при распознавании своего адреса на линиях SA0-SA15. Выходной каскад имеет открытый коллектор.

I/O CH RDY [A10] (I/O Channel Ready) -готовность канала ввода-вывода и устанавливается равным 0 (не готов) для увеличения цикла обмена. Сигнал снимается (делается низким) устройством ввода-вывода по переднему фронту сигналов IOR, IOW , если оно не успевает выполнить требуемую операцию в темпе задатчика. При этом реализуется асинхронный обмен. Если исполнитель успевает работать в темпе задатчика, сигнал не снимается (не устанавливается в низкий уровень). Цикл обмена в ответ на снятие сигнала продлевается на целое число периодов сигнала SYSCLK. Сигнал не должен сниматься на время большее заданного в компьютере (по стандарту 15мксек, по другим данным 2.5 мксек, т. е. 30 циклов CLK) во избежание немаскируемого прерывания по отсутствию регенерации. Выходной каскад имеет открытый коллектор.

I /O CH CK [A1](I/O Channel Check)- проверка канала ввода-вывода. Сигнал вырабатывается любым исполнителем (устройством ввода-вывода или памятью) для информирования задатчика о фатальной ошибке (например, ошибки четности при обращении к памяти). Сигнал вызывает немаскируемое прерывание. Выходной каскад имеет открытый коллектор.

0 WS [B8] ( 0 Wait States) - 0 тактов ожидания. Сигнал формируется и выставляется исполнителем (адаптером периферийного устройства) для информирования задатчика о необходимости проведения цикла обмена без вставки такта ожидания, если длительность стандартного цикла обмена велика для него. Вырабатывается после перехода сигнала BALE в низкий уровень. Сигнал OWS должен быть синхронизован с SYSCLK. Он используется редко. Выходной каскад имеет открытый коллектор.

R EFRESH [B19]-регенерация. Сигнал выставляется контроллером регенерации для информирования всех устройств магистрали о выполнении циклов регенерации динамического ОЗУ (каждые 15мксек). При регенерации выполняется псевдочтение одного из 256 адресов ОЗУ (активизируются только разряды SA0-SA7). Полный цикл регенерации- 4мсек. Выходной каскад- открытый коллектор.

RESET DRV [B2] (Reset of Driver)- сброс устройства (буферизированный сигнал RESET). Сигнал сброса всех устройств магистрали. Вырабатывается ЦП при включении или при сбое питания. Внешние платы в ответ на этот сигнал (длительностью 1мсек) должны перевести свои выходы в высокоимпендансное состояние. Тип выходного каскада -TTL.

SYSCLK [B20] (System Clock) - сигнал системного тактового генератора со скважностью 2 (меандр). В большинстве компьютеров его частота равна 8Мгц, независимо от тактовой частоты процессора. Если в программе SETUP предусмотрена возможность изменения тактовой частоты, то пользователь может задавать ее в широких пределах. Но для совместимости с имеющимися платами расширения ее нежелательно повышать ее выше 8Мгц. Выходной каскад имеет 3 состояния.

OSC [B30] - не синхронизированный с SYSCLK сигнал кварцевого генератора с частотой 14.311818 и скважностью 2, одинаковый для всех компьютеров. Может использоваться в расширениях как тактовый сигнал. Выходной каскад -TTL-совместимый.

IRQ (Interrupt Request)- группа линий запроса прерывания. Запросом является положительный переход на соответствующей линии IRQ. Сигнал должен удерживаться до начала обработки процессором запрашиваемого прерывания. Выходной каскад - TTL. На каждой линии должен быть один выход (лучше с 3 состояниями). Многие входы IRQ заняты системными ресурсами. Сигналы IRQ0...IRQ2, IRQ8,IRQ13 заняты в системной плате и недоступны платам расширения. В компьютерах используются 2 контроллера прерываний (IRQ0-IRQ7, IRQ8-IRQ15). Вход IRQ2 задействован для каскадирования контроллеров прерывания. Поэтому приоритеты распределены в порядке возрастания: IRQ7 ... IRQ3, IRQ15, IRQ14, IRQ12... IRQ9. Заметим, что большинство линий заняты устройствами, входящими в ЭВМ, и пользователь для своих расширений реально может использовать только линии IRQ10, IRQ11, IRQ12, IRQ15.

IRQ	Конт.	IRQ	Конт.
IRQ3	B25	IRQ10	D3
IRQ4	B24	IRQ11	D4
IRQ5	B23	IRQ12	D5
IRQ6	B22	IRQ14	D7
IRQ7	B21	IRQ15	D5
IRQ9	B4

Номера некоторых аппаратных прерываний шины ISA:

Номер прерывания IRQ	INT	Назначение
0	08h	Программируемый таймер
1	09h	Контроллер клавиатуры
8	70h	Часы реального времени
13	75h	Математический сопроцессор
3	0Ch	Последовательный порт COM1
6	0Eh	Контроллер гибкого диска
7	0Fh	Параллельный порт LPT1

DRQ	Конт.
DRQ0	D9
DRQ2	B6
DRQ3	B16
DRQ5	D11
DRQ6	D13
DRQ7	D15

DRQ (DMA Request) - группа линий запроса прямого доступа к памяти (ПДП). Запросом является положительный переход на соответствующей линии. Сигнал должен удерживаться до получения ответного сигнала DACK с тем же номером. Тип выходного каскада - TTL. На каждой линии должен быть один выход. В компьютерах используются два контроллера ПДР. Сигналы DRQ0... DRQ3, соответствующие первому контроллеру, предназначены для 8-битного обмена, а DRQ5... DRQ7, соответствующие второму контроллеру - для 16-битного. Канал DRQ4 - используется для каскадирования контроллеров и недоступен пользователю. Распределение приоритетов: DRQ0 имеет наивысший приоритет, DRQ7 - низший.

DACK	Конт.
DACK1	B17
DACK2	B26
DACK3	B15
DACK0	D8
DACK5	D10
DACK6	D12
DACK7	D14

D ACK (DMA Acknowledge) - группа линий подтверждения ПДП. Сигналы подтверждения прерывания вырабатываются в ответ на соответствующий сигнал DRQ, если прямой доступ предоставлен данному каналу. Сигнал удерживается до окончания прямого доступа. Выходной каскад - TTL.

AEN [A11] (Address Enable)- разрешение адреса. Используется в режиме ПДП для сообщения всем платам расширения, что производится цикл ПДП. Устанавливается и снимается параллельно с адресом. При его переходе в активное состояние все платы расширения, не участвующие в данном ПДП, должны отключиться. Выходной каскад - TTL.

T/C [B27]- (Terminal Count) - окончание счета. Устанавливается в режиме ПДП, когда по текущему каналу ПДП закончен счет циклов пересылки данных. Тип выходного каскада - TTL.

M ASTER - мастер, задатчик. Используется платой расширения желающей стать задатчиком магистрали (например, для организации многопроцессорных систем). Выходной каскад - открытый коллектор. Порядок установки сигнала: выставить сигнал DRQ и в ответ на DACK установить сигнал MASTER. Через 1 период SYSCLK выставить адрес и через 2 периода выставлять стробы обмена.

В шине имеются выходы источника питания для плат расширения. Стандартом магистрали предусмотрено максимальное значение тока, потребляемого каждой платой. Ток определяется нагрузкой разъема. Суммарный ток потребления от источника питания определяется его мощностью и для 200-ваттного источника приведен в таблице 7.1.

Максимальная допустимая нагрузка Табл. 7.1.

Напряжение питания	+5	-5	+12	-12	Общий
Максимальный ток платы	3а	1.5а	1.5а	1.5а
Суммарный ток	7-19а	0.3а	2.5-7а	0.3а
Контакты	D16, B29, B3	B5	B9	B7	D18, B31, B1

Источники имеют защиту от перенапряжения с временем включения 20 мсек. Источник должен быть обязательно нагружен по напряжению +5в и +12в. Если по ним не будет обеспечен минимальный ток, то это воспринимается как перегрузка. Для выхода из перегрузки надо выключить питание и включить его через время большее 1 сек.