Местная шина VESA

ВЛБ

Местная шина VESA
Контроллер Multi-I/O с 1×IDE/SCSI-2/FDD/параллельным/2×RS232/игровым
Год создания	1992 ; 33 года назад ( 1992 )
Создано	VESA
Заменено	PCI (1993)
Ширина в битах	32
Количество устройств	3 [1]
Скорость	25–40 МГц
Стиль	Параллельный
Интерфейс горячего подключения	нет
Внешний интерфейс	нет

Локальная шина VESA ( обычно сокращенно VL-Bus или VLB ) — недолговечная шина расширения, представленная во время поколения i486 x86 IBM-совместимых персональных компьютеров . Созданная VESA (Ассоциация по стандартам видеоэлектроники), локальная шина VESA работала вместе с доминирующей в то время шиной ISA , чтобы обеспечить стандартизированный высокоскоростной канал, предназначенный в первую очередь для ускорения видео (графических) операций. VLB обеспечивает стандартизированный быстрый путь, который производители дополнительных (видео) карт могли использовать для значительно ускоренного ввода- вывода с отображением памяти и прямого доступа к памяти , при этом все еще используя знакомую шину ISA для обработки основных обязанностей устройств, таких как прерывания и ввод-вывод с отображением портов . Некоторые высокопроизводительные материнские платы 386DX также имели слот VL-Bus.

В начале 1990-х годов пропускная способность ввода-вывода преобладающей шины ISA, 8,33 МБ/с для стандартных 16-битных слотов 8,33 МГц, стала критическим узким местом для производительности видео и графики ПК. Потребность в более быстрой графике была обусловлена ​​возросшим принятием графических пользовательских интерфейсов в операционных системах ПК. Хотя IBM действительно создала жизнеспособного преемника ISA с архитектурой Micro Channel , предлагающей пропускную способность 66 МБ/с, она потерпела неудачу на рынке, поскольку производители оборудования не хотели платить высокие лицензионные сборы за ее использование. Хотя было разработано расширение шины ISA без уплаты роялти в форме открытого стандарта EISA для противодействия MCA, ее пропускная способность 33,32 МБ/с не смогла предложить достаточного улучшения по сравнению с ISA, чтобы удовлетворить значительное увеличение пропускной способности, требуемое для графики. Она была заменена интерфейсом Peripheral Component Interconnect (PCI), начинающимся со скоростей 133 МБ/с (32 бита при 33 МГц в стандартной конфигурации)

Таким образом, на короткое время рынок открылся, и производители видеокарт и чипсетов материнских плат создали собственные фирменные реализации локальных шин , чтобы предоставить графическим картам прямой доступ к процессору и системной памяти. Это позволило избежать ограничений шины ISA, будучи менее затратным, чем «лицензированная машина IBM MCA». В то время стоимость перехода на машину с архитектурой MCA с машины ISA была существенной. Машины MCA, как правило, не предлагали слотов ISA, поэтому переход на архитектуру MCA означал, что любые предыдущие инвестиции в карты ISA становились бесполезными. Кроме того, производители карт, совместимых с MCA, были обязаны платить лицензионные сборы IBM, что в сочетании с более высокими техническими требованиями MCA и расходами на реализацию. Это привело к тому, что версия периферийной карты MCA стала значительно дороже, чем ее аналог ISA.

Таким образом, хотя эти специальные решения, специфичные для производителя, были эффективны, они не были стандартизированы, и не было положений для обеспечения взаимодействия. Это привлекло внимание консорциума VESA и привело к предложению о добровольном и безвозмездном стандарте локальной шины в 1992 году. ^[2] Дополнительным преимуществом этой стандартизации (помимо основной цели повышения производительности графической карты) было то, что другие устройства также могли быть разработаны для использования производительности, предлагаемой VLB; в частности, для VLB предлагались контроллеры запоминающих устройств большой емкости, обеспечивающие повышенную производительность жесткого диска. Пропускная способность VLB зависела от скорости шины ЦП: она начиналась со 100 МБ/с для ЦП с шиной 25 МГц, увеличивалась до 133 МБ/с при 33 МГц и 160 МБ/с при 40 МГц и достигала 200 МБ/с при 50 МГц.

«Слот VLB» сам по себе является дополнительным краевым разъемом, размещенным на одной линии с традиционным разъемом ISA или EISA, причем эта расширенная часть часто окрашена в характерный коричневый цвет. В результате обычный слот ISA или EISA дополнительно способен принимать карты, совместимые с VLB. Традиционные карты ISA остаются совместимыми, поскольку у них нет контактов за пределами обычной части слота ISA или EISA. Обратное также было верно — карты VLB по необходимости довольно длинные, чтобы достичь разъема VLB, и напоминали старые полноразмерные карты расширения из ранней эпохи IBM XT . Часть слота VLB похожа на слот IBM MCA, поскольку это действительно тот же физический 116-контактный разъем, используемый картами MCA, повернутый на 180 градусов. Стандарт IBM MCA не был столь популярен, как ожидала IBM, и имелся большой избыток разъема, что делало его недорогим и легкодоступным. ^{[ необходима цитата ]}

Локальная шина VESA была разработана как временное решение проблемы ограниченной пропускной способности шины ISA . Таким образом, одним из требований к VLB для принятия в отрасли было то, что она должна была быть минимальной нагрузкой для производителей для внедрения с точки зрения перепроектирования платы и стоимости компонентов; в противном случае производители не были бы убеждены отказаться от своих собственных фирменных решений. Поскольку VLB по сути привязывает карту напрямую к шине процессора 486 с минимальной промежуточной логикой (снижая проектирование логики и стоимость компонентов), обязанности синхронизации и арбитража сильно зависели от карт и ЦП. ^[1]

К сожалению, эта простота VLB создала несколько факторов, которые существенно ограничили срок его службы:

80486 зависимость

Локальная шина VESA в значительной степени опирается на конструкцию шины памяти процессора Intel 80486. ^{[3] [ неудачная проверка ]} Когда появился процессор Pentium , в его конструкции шины были существенные различия , которые было нелегко адаптировать к реализации локальной шины VESA. Было выпущено немного материнских плат Pentium со слотами VLB, и они использовали мосты VLB-PCI, такие как OPTi 82C822. ^[4] Это также означало, что перенос шины на компьютер с архитектурой, отличной от x86 , был практически невозможен в рамках практических экономических ограничений. ^[5]

Ограниченное количество доступных слотов

Большинство ПК, использующих локальную шину VESA, имеют только один или два слота ISA с поддержкой VLB из пяти или шести доступных; таким образом, четыре слота ISA, как правило, являются именно ISA-только. Это является результатом того, что локальная шина VESA является прямым ответвлением шины памяти 80486. Процессор не имеет достаточной электрической мощности для корректного управления (сигнализации и питания) более чем двумя или тремя устройствами одновременно напрямую с этой шины. ^[5]

Проблемы с надежностью

Строгие электрические ограничения на шине также снижают любой доступный запас прочности, что отрицательно влияет на надежность. Сбои между картами являются обычным явлением, поскольку взаимодействие между отдельными картами, комбинациями карт, реализацией материнской платы и даже самим процессором трудно предсказать. Это особенно распространено на младших материнских платах , поскольку добавление большего количества карт VLB может подавить и без того маргинальную реализацию. Результаты могут быть довольно впечатляющими, когда часто важные устройства, такие как контроллеры жестких дисков , вовлечены в конфликт шины с устройством, интенсивно использующим память, таким как вездесущая видеокарта.

Поскольку устройства VLB имеют прямой высокоскоростной доступ к системной памяти на том же уровне, что и основной процессор, система не может вмешаться, если устройства были неправильно настроены или стали нестабильными. Если два устройства перезаписывают одно и то же место памяти в конфликте, и контроллер жесткого диска полагается на это место (контроллер жесткого диска часто является вторым конфликтующим устройством), существует слишком распространенная ^{[ необходима цитата ]} возможность массового повреждения данных .

Ограниченная масштабируемость

По мере увеличения скорости шины 486-систем, стабильностью VLB становилось все труднее управлять. Тесно связанная конструкция локальной шины, которая обеспечивает VLB ее скорость, становилась все более нетерпимой к изменениям синхронизации, особенно после 40 МГц. Оригинальный процессор Intel 486 с частотой 50 МГц столкнулся с трудностями на рынке, поскольку многие существующие материнские платы (даже конструкции без VLB) не справлялись с увеличением скорости внешней шины до 50 МГц. Если бы можно было добиться надежной работы VLB на частоте 50 МГц, это было бы быстрее — но опять же, это было чрезвычайно труднодостижимо, и часто оказывалось невозможным при данной конфигурации оборудования. ^[6]

Преемник 486DX-50, 486DX2-66, обходит эту проблему, используя более медленную, но более совместимую скорость шины (33 МГц) и множитель (×2) для получения тактовой частоты процессора.

Сложность установки

Длина слота и количество контактов делают карты VLB крайне сложными для установки и извлечения. ^[7] Требуемые чисто механические усилия являются стрессовыми как для карты, так и для материнской платы, и поломки не являются редкостью. Это усугубляется увеличенной длиной логической платы карты; часто в корпусе ПК недостаточно места, чтобы наклонить карту в слот, требуя, чтобы ее с большой силой вдавливали прямо в слот. Чтобы избежать чрезмерного изгиба материнской платы во время этого действия, шасси и материнская плата должны были быть спроектированы с хорошими, относительно близко расположенными опорами для материнской платы, что не всегда так, и человек, вставляющий плату, должен был равномерно распределить направленную вниз силу по ее верхнему краю.

Из-за длины слота VLB и сложности установки, связанной с его длиной, сленговое альтернативное использование аббревиатуры VLB — Very Long Bus (Очень длинная шина ) . ^[8]

Несмотря на эти проблемы, локальная шина VESA стала очень распространенной на более поздних материнских платах 486, причем большинство более поздних (после 1992 года) систем на базе 486 имели видеокарту локальной шины VESA. VLB, что важно, предлагает менее дорогой высокоскоростной интерфейс для основных систем, поскольку только к 1994 году PCI стал широко доступен за пределами серверного рынка через чипсеты Pentium и Intel . PCI окончательно вытеснил локальную шину VESA (а также EISA) в последние годы рынка 486, когда последнее поколение материнских плат 80486 имело слоты PCI вместо слотов ISA с поддержкой VLB. Однако некоторые производители разработали и предложили материнские платы "VIP" ( V LB/ I SA/ P CI) со всеми тремя типами слотов.

• Стандартная отраслевая архитектура (ISA)
• Расширенная отраслевая стандартная архитектура (EISA)
• Архитектура микроканала (MCA)
• НуБус
• Соединение периферийных компонентов (PCI)
• Ускоренный графический порт (AGP)
• PCI Express (PCIe)
• Список пропускных способностей устройств (полезный список пропускных способностей устройств, которые включают VLB)