Чарльз Петцольд - Код. Тайный язык информатики

Если бы вы разработали новую компьютерную систему с шиной нового типа, нужно было бы решить, опубликовать ли технические характеристики шины или сохранить их в тайне.

Если их опубликовать, то другие, так называемые сторонние, производители смогут проектировать и продавать платы расширения, совместимые с этой шиной. Доступность дополнительных плат расширения делает компьютер более функциональным, следовательно, на него растет спрос. Рост продаж компьютеров ведет к увеличению рынка для плат расширения. Это побуждает разработчиков большинства небольших компьютерных систем придерживаться принципа открытой архитектуры , что позволяет другим производителям создавать периферийные устройства. Со временем шина может превратиться в отраслевой стандарт , а стандарты имеют большое значение для индустрии персональных компьютеров.

Самым известным ПК с открытой архитектурой был первый IBM PC, выпущенный осенью 1981 года. Компания IBM опубликовала технический справочник, содержащий полные электрические схемы этого компьютера и всех плат расширения. Этот справочник стал важным инструментом, позволившим многим производителям создать не только свои платы расширения для IBM PC, но и клоны , которые были практически идентичны этому компьютеру и использовали то же программное обеспечение.

На долю многочисленных потомков первого компьютера IBM PC в настоящее время приходится 90% рынка [25]. Несмотря на то что IBM принадлежит лишь небольшая доля этого рынка, она могла бы быть еще меньше, если бы архитектура ее первого компьютера была закрытой . Архитектура компьютера Apple Macintosh изначально была закрытой. Несмотря на редкие эксперименты с открытой архитектурой, это принятое в самом начале решение, вероятно, объясняет, почему на долю Macintosh приходится менее 10% рынка настольных ПК. При этом закрытая архитектура компьютерной системы не мешает сторонним компаниям писать для нее программное обеспечение . Только производители некоторых видеоигровых консолей запрещают другим компаниям создавать программы для своих систем.

В первом компьютере IBM PC использовался микропроцессор Intel 8088, позволявший адресовать один мегабайт памяти. Несмотря на то что микропроцессор 8088 — 16-разрядный, обмен данными с памятью он осуществляет фрагментами по восемь бит. Шина, которую компания IBM разработала для своего первого компьютера, теперь носит название ISA (Industry Standard Architecture — архитектура промышленного стандарта). Такая шина предусматривает 62 линии, из которых 20 адресных, восемь используются для ввода и вывода данных, шесть — для запросов на прерывания, три — для запросов на прямой доступ к памяти (Direct Memory Access, DMA). Режим DMA позволяет ускорить работу устройств для хранения данных. Обычно чтение и запись данных в память осуществляет микропроцессор. Благодаря режиму DMA другое устройство может перехватить управление шиной и произвести обмен данными непосредственно с памятью, минуя микропроцессор.

В системе S-100 все компоненты размещены на платах расширения. В компьютере IBM PC микропроцессор, некоторые вспомогательные чипы и часть оперативной памяти содержались на плате, которую компания назвала системной , хотя эта плата также часто именуется материнской, или главной.

В 1984 году IBM представила персональный компьютер PC/AT, в котором использовался 16-разрядный микропроцессор Intel 80286, позволявший адресовать 16 мегабайт памяти. IBM установила ту же шину, но добавила еще один 36-контактный разъем, который включал семь адресных линий (хотя требовалось всего четыре), восемь линий для ввода и вывода данных, пять линий для запросов на прерывания и четыре линии для запросов на прямой доступ к памяти.

Шины необходимо модернизировать или заменять по мере того, как микропроцессоры перерастают их по разрядности данных (например, при увеличении с 8 до 32 бит), по количеству адресных линий или по быстродействию. Первые шины создавались для микропроцессоров, работавших с тактовой частотой в несколько мегагерц, но точно не в несколько сотен. Когда шина работает на скоростях, для которых не предназначена, она может стать источником высокочастотных помех, вызывающих статический или другой шум в работающих поблизости радиоприемниках и телевизорах.

В 1987 году IBM выпустила шину MCA (Micro Channel Architecture — микроканальная архитектура). Некоторые аспекты этой шины были запатентованы, что позволило компании получать лицензионные платежи. Вероятно, именно по этой причине шина MCA не стала отраслевым стандартом. А в 1988 году консорциум из девяти компаний (в который IBM не вошла) изготовил альтернативную 32-разрядную шину EISA (Extended Industry Standard Architecture — расширенная архитектура промышленного стандарта). В конце 1990-х годов в IBM-совместимых компьютерах широко использовалась разработанная компанией Intel шина PCI (Peripheral Component Interconnect — взаимосвязь периферийных компонентов).