Архитектура Micro Channel , или шина Micro Channel , — это собственная 16- или 32-битная параллельная компьютерная шина , публично представленная IBM в 1987 году, которая использовалась на PS/2 и других компьютерах до середины 1990-х годов. Его название обычно сокращается как « MCA », но не IBM. В продуктах IBM она заменила шину ISA , а сама впоследствии была заменена архитектурой шины PCI .
Развитие Micro Channel было обусловлено как техническими, так и деловыми проблемами.
Шина IBM AT , которая позже стала известна как шина промышленной стандартной архитектуры (ISA), имела ряд технических ограничений, в том числе:
Кроме того, он страдал от других проблем:
Эти ограничения становились более серьезными по мере роста спектра задач и периферийных устройств, а также числа производителей IBM PC-совместимых устройств . IBM уже изучала возможность использования RISC- процессоров в настольных машинах и теоретически могла бы сэкономить значительные деньги, если бы во всей линейке компьютеров можно было использовать одну хорошо документированную шину.
Считалось, что, создав новый стандарт, IBM восстановит контроль над стандартами посредством необходимого лицензирования. Однако, поскольку выдача патентов может занять три года или более, на момент объявления о Micro Channel можно было лицензировать только те, которые относятся к ISA. Патенты на важные функции Micro Channel, такие как автоматическая конфигурация Plug and Play , не были выданы IBM до тех пор, пока PCI не заменила Micro Channel на рынке. Общий прием был прохладным, а влияние Micro Channel на мировой рынок ПК было незначительным.
Архитектура Micro Channel была разработана инженером Четом Хитом. [1] [2] Многие из разработанных карт Micro Channel использовали контроллер интерфейса Chips and Technologies P82C612 MCA; что позволяет значительно упростить реализацию MCA. [3]
Micro Channel в основном представлял собой 32-битную шину, но система также поддерживала 16-битный режим, предназначенный для снижения стоимости разъемов и логики в машинах на базе Intel , таких как IBM PS/2 .
Однако ситуация никогда не была такой простой, поскольку и 32-битная, и 16-битная версии изначально имели ряд дополнительных разъемов для карт памяти, что приводило к появлению огромного количества физически несовместимых карт для памяти, подключаемой к шине. Со временем память переместилась на локальную шину ЦП , тем самым устранив проблему. С другой стороны, качество сигнала было значительно улучшено, поскольку Micro Channel добавил контакты заземления и питания и расположил их так, чтобы минимизировать помехи; Таким образом, земля или питание располагались в пределах 3 контактов каждого сигнала.
Еще одно расширение разъема было включено для видеокарт . Это расширение использовалось для аналогового вывода с видеокарты, который затем направлялся через системную плату на собственный выход монитора системы. Преимущество этого заключалось в том, что системные платы Micro Channel могли иметь на борту базовую графическую систему VGA или MCGA , а графика более высокого уровня ( XGA или другие карты-ускорители) могла использовать один и тот же порт. Дополнительные карты теперь могли быть свободны от « устаревших » режимов VGA, используя при необходимости встроенную графическую систему и позволяя использовать один разъем на системной плате для графики, которую можно было модернизировать.
Карты Micro Channel также имели уникальный 16-битный программно-читаемый идентификатор, который лег в основу ранней системы Plug and Play. BIOS и/или ОС могут считывать идентификаторы, сравнивать их со списком известных карт и выполнять автоматическую настройку системы в соответствии с требованиями. Это приводило к сбоям загрузки, из-за которых старый BIOS не распознавал новую карту, вызывая ошибку при запуске. В свою очередь, это потребовало от IBM регулярного выпуска обновленных эталонных дисков ( утилиты настройки CMOS ). Доступен довольно полный список известных идентификаторов (см. раздел «Внешние ссылки»). К этим эталонным дискам прилагались файлы ADF, которые считывались программой установки, что, в свою очередь, предоставляло информацию о конфигурации карты. ADF представлял собой простой текстовый файл, содержащий информацию об адресации памяти карты и прерываниях.
Хотя карты MCA стоят почти вдвое дороже, чем сопоставимые карты, не относящиеся к MCA, представители маркетинга подчеркивали, что любой пользователь может легко обновить или добавить дополнительные карты в свой компьютер, что позволяет сэкономить значительные средства на технического специалиста. В этой критической области самое большое преимущество архитектуры Micro Channel было также ее самым большим недостатком и одной из основных причин ее упадка. Чтобы добавить новую карту (видео, принтер, память, сеть, модем и т. д.), пользователь просто подключил карту MCA и вставил специальную дискету (входящую в комплект поставки ПК), чтобы автоматически объединить новую карту с исходным оборудованием. , вместо того, чтобы привлекать дорого обученного технического специалиста, который мог бы вручную внести все необходимые изменения. Все выборы прерываний (часто вызывающая недоумение проблема) и другие изменения выполнялись автоматически, когда ПК считывал старую конфигурацию с дискеты, что вносило необходимые изменения в программное обеспечение, а затем записывало новую конфигурацию на дискету. Однако на практике это означало, что пользователь должен хранить ту же самую дискету, соответствующую этому ПК . Для небольшой компании с несколькими компьютерами это было неприятно, но практично. Но для крупных организаций с сотнями или даже тысячами компьютеров постоянная синхронизация каждого компьютера с собственной дискетой была логистически маловероятной или невозможной. Без оригинальной обновленной дискеты в карты ПК невозможно было внести никакие изменения. После того, как этот опыт повторился тысячи раз, бизнес-лидеры поняли, что сценарий их мечты о простоте обновления не работает в корпоративном мире, и они начали искать лучший процесс.
Базовая скорость передачи данных микроканала была увеличена с 8 МГц до 10 МГц в ISA. Возможно, это было небольшое увеличение тактовой частоты, но большая ширина шины в сочетании со специальным контроллером шины, который использовал передачу в пакетном режиме , означала, что эффективная пропускная способность была до пяти раз выше, чем у ISA. Для более быстрой передачи адресную шину можно повторно использовать для данных, что еще больше увеличит эффективную ширину шины. Хотя скорость 10 МГц обеспечивала пропускную способность 40 МБ/с при 32-битной ширине, более поздние модели машин RS/6000 увеличили скорость передачи данных до 20 МГц, а пропускную способность до 80 МБ/с. [4] Некоторые функции шины Micro Channel с более высокой пропускной способностью были доступны только для платформы RS/6000 и изначально не поддерживались картами, работающими на платформе Intel. [5]
Благодаря мастерингу шины каждая карта могла напрямую общаться с другой. Это позволило обеспечить производительность, независимую от процессора. Одним из потенциальных недостатков конструкции с несколькими ведущими устройствами были возможные коллизии, когда более одной карты пытались подключиться к главной шине, но Micro Channel включал функцию арбитража для исправления этих ситуаций, а также позволял ведущему устройству использовать пакетный режим . Карты Micro Channel имели полный контроль в течение 12 миллисекунд . Этого было достаточно долго, чтобы позволить максимальному количеству других устройств на шине буферизовать входящие данные от перегруженных устройств, таких как ленты и средства связи.
Поддержка нескольких мастеров шины и улучшенный арбитраж означают, что несколько таких устройств могут сосуществовать и совместно использовать системную шину. Устройства с поддержкой Micro Channel bus-master могут даже использовать шину для прямого обмена данными друг с другом ( одноранговая сеть ) на скоростях, превышающих скорость системного процессора, без какого-либо другого вмешательства в систему. Теоретически системы с архитектурой Micro Channel могут быть расширены, как и мэйнфреймы , только добавлением интеллектуальных мастеров, без периодической необходимости обновления центрального процессора.
Улучшение арбитража обеспечивает лучшую пропускную способность системы, поскольку управление передается более эффективно. Расширенная обработка прерываний подразумевает использование прерываний, чувствительных к уровню, для обработки системных запросов. Вместо выделенной линии прерываний можно использовать несколько линий, чтобы обеспечить больше возможных прерываний, решая проблемы конфликта линий прерываний шины ISA.
Все сигналы запроса на прерывание были «общедоступными» в архитектуре Micro Channel, что позволяло любой карте на шине функционировать как процессор ввода-вывода для прямого обслуживания прерываний устройств ввода-вывода. ISA ограничила всю такую обработку только процессором системы. Аналогичным образом, сигналы запроса и разрешения мастера шины были общедоступными, так что подключенные к шине устройства могли отслеживать задержку для управления внутренней буферизацией для процессоров ввода-вывода. Эти функции не были адаптированы для PCI, поскольку вся поддержка ввода-вывода осуществлялась исключительно процессором системной платы.
Последним крупным улучшением архитектуры Micro Channel стал POS , Programmable Option Select , который позволял выполнять всю настройку в программном обеспечении. Сейчас эта функция считается само собой разумеющейся, но в то время ее установка была огромной рутиной для систем ISA. POS представляла собой простую систему, включавшую в прошивку идентификаторы устройств, которые должны были интерпретировать драйверы компьютера. (Такой тип системы настройки программного обеспечения сегодня известен как « подключи и работай» .) Эта функция на самом деле не оправдала своих обещаний; автоматическая настройка работала нормально, но часто она не работала, что приводило к невозможности загрузки компьютера, а решить проблему ручным вмешательством было гораздо сложнее, чем настройка системы ISA, не в последнюю очередь потому, что документация по устройству MCA имела тенденцию Предположим, что автоматическая конфигурация будет работать и поэтому не предоставит необходимую информацию для ее настройки вручную, в отличие от документации устройства ISA, которая по необходимости предоставляет полную информацию (однако приходится физически удалять и проверять все настройки IRQ , а затем находить и устанавливать новые IRQ для нового устройства - если подходящее было доступно - для ISA было совсем неинтересно, и для многих пользователей... очевидно, почему была предпринята попытка перейти к конфигурации с программным арбитражем и почему это было сделано позже добиться успеха в форме PnP .)
В ноябре 1983 года The Economist заявил, что доминирование стандарта IBM PC на рынке персональных компьютеров не является проблемой, поскольку «оно может способствовать процветанию конкуренции». Журнал предсказал, что [6]
IBM скоро станет таким же пленником своих стандартов, как и ее конкуренты. Как только будет закуплено достаточное количество компьютеров IBM, IBM не сможет вносить внезапные изменения в их базовую конструкцию; то, что может быть полезно для избавления от конкурентов, отпугнет еще больше клиентов.
Архитектура Micro Channel была публично представлена при запуске линейки PS/2 в 1987 году, и ее использовали три из четырех новых машин. [NB 3] IBM фактически незаметно представила архитектуру Micro Channel в октябре 1986 года, за полгода до появления IBM PS/2, как часть своей серии промышленных компьютеров Gearbox 7552. Эти компьютеры представляли собой прочные модульные промышленные ПК, монтируемые в стойку . Они имели гибридную 16-битную шину MCA и ISA с отключенными некоторыми сигнальными линиями ISA. [7] [8] [9] [10]
Использование MCA в IBM распространилось на системы RS/6000 , AS/400 и, в конечном итоге, на системы IBM 9370 — самые маленькие представители линейки System/370 . [11] [12]
IBM продала лицензию на эту архитектуру другим компаниям за один-пять процентов дохода. [13] Корпорация Tandy была первой, кто выпустил компьютер на базе Micro Channel, 5000 MC, но глава компании Джон Роуч сказал: «Я удивлен, что кому-то он вообще нужен»; По его словам, Тэнди продал компьютер только потому, что на него был определенный спрос. [14] Корпорация NCR всесторонне внедрила Micro Channel — они спроектировали и построили высокопроизводительные персональные компьютеры, рабочие станции и серверные платформы, поддерживающие его, включая свои собственные логические компоненты на основе архитектуры Micro Channel, включая SCSI, графику, сеть и аудио. Небольшое количество других производителей, включая Apricot , Dell , Research Machines и Olivetti , приняли его, но только для части своего ассортимента ПК.
Несмотря на то, что MCA представлял собой огромное техническое усовершенствование по сравнению с ISA, вскоре стало ясно, что IBM плохо справляется с его внедрением и маркетингом. IBM имела сильные патенты на функции системы архитектуры Micro Channel и требовала от производителей систем Micro Channel уплаты лицензионного сбора - и активно добивалась получения патентов, чтобы запретить третьим лицам продавать нелицензионные реализации этой системы. Рынок клонов ПК не хотел платить IBM отчисления за использование этой новой технологии и в основном придерживался 16-битной шины AT (принятой и переименованной в ISA, чтобы избежать товарного знака IBM «AT») и ручной настройки, хотя Локальная шина VESA ( VLB) некоторое время была популярна для компьютеров Intel '486 .
Для серверов технические ограничения старой ISA были слишком велики, и в конце 1988 года « Банда девяти », возглавляемая Compaq , анонсировала конкурирующую высокопроизводительную шину — Extended Industry Standard Architecture (EISA). Это давало те же преимущества в производительности, что и Micro Channel, но с двойным преимуществом: возможность работать с более старыми платами ISA и отсутствие контроля со стороны IBM.
В течение нескольких лет EISA и Micro Channel боролись на арене серверов, но в 1996 году IBM фактически признала поражение, когда сами выпустили несколько серверов с шиной EISA. [15] В 2001 году исполнительный директор IBM Роберт Моффат заявил, что из ошибок компании на рынке ПК «наиболее очевидной является Micro Channel». [16]
Через несколько лет после своего появления в 1992 году PCI в значительной степени вытеснил Micro Channel, EISA и VLB.
В ответ на появление EISA IBM и тринадцать производителей карт Micro Channel и периферийных устройств сформировали Ассоциацию разработчиков Micro Channel . Это был консорциум , который стремился рассмотреть и определить приоритетность шагов по развитию Micro Channel, а также изучить лучшие подходы к распространению технической информации о Micro Channel третьим лицам. [17] В 1992 году оно достигло 92 членов, включая IBM. [18] Даже после того, как IBM прекратила выпуск систем MCA в 1995 году, консорциум все еще проводил встречи и поддерживал онлайн-каталог устройств MCA. [19]
В период с конца 1980-х по начало 1990-х годов было произведено несколько компьютеров без PS/2. Такие сторонние компьютеры также назывались клонами PS/2 или клонами MCA . [20] [21] Первым компьютером на базе микроканала стороннего производителя стал 5000 MC компании Tandy Corporation в 1988 году. [22] [23] [24] Несмотря на дорогостоящие исследования и разработки со стороны сторонних производителей Компьютеры Micro Channel - отчасти из-за дорогостоящих лицензионных сборов, понесенных IBM для обеспечения легального использования технологии Micro Channel, - к 1990 году большинство клонов MCA не были полностью совместимы с архитектурой Micro Channel или картами расширения на основе Micro Channel. [25] К тому времени, когда в 1992 году IBM свернула линейку персональных компьютеров PS/2 (которые в 1987 году послужили средством представления широкой публике Micro Channel), корпорация NCR оставалась одной из немногих оставшихся преданных своему делу поставщиков Клоны МКА. [26]
Карты расширения для шины Micro Channel обычно предназначены для высокопроизводительных графических рабочих станций или серверов с соединениями SCSI , Token Ring , Ethernet , IBM 5250 и IBM 3270 .
Звуковых карт MCA когда-либо было выпущено очень мало. Вот некоторые примеры:
IBM не рекламирует PS/2 как машину заводского производства, однако структура объединительной шины PS/2, Micro Channel, появилась в заводских компьютерах до того, как сама PS/2 появилась на рынке. Люди, исследовавшие коробку передач IBM 7552, предположительно версию AT с заводской закалкой, заметили кое-что странное в шине устройства: у нее было больше линий шины, чем можно было объяснить шиной AT. Дополнительные строки оказались 16-битным микроканалом. В то время никто в IBM ничего об этом не сказал, поскольку PS/2 еще не была представлена.