ISA 16 bits |
IBM |
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| Architecture | |
Introduction
L'ISA 16 bits (Industry Standard Architecture 16-bit) est un bus d'extension introduit par IBM en 1984 avec l'ordinateur IBM Personal Computer/AT (PC/AT). Il constitue une évolution directe du bus ISA 8 bits utilisé depuis le premier IBM PC de 1981. L'objectif de cette nouvelle version est d'exploiter les capacités du microprocesseur Intel 80286, dont le bus de données externe est de 16 bits, tout en conservant une compatibilité totale avec les cartes d'extension existantes. Grâce à cette compatibilité ascendante, les utilisateurs pouvaient continuer à utiliser leurs anciennes cartes ISA 8 bits tout en bénéficiant de nouvelles cartes plus performantes.
Pendant plus d'une décennie, l'ISA 16 bits devient le principal standard d'extension des ordinateurs compatibles IBM PC. Il est utilisé aussi bien dans les ordinateurs personnels que dans les stations de travail et les premiers serveurs. La quasi-totalité des fabricants de cartes d'extension développent des produits compatibles ISA : cartes graphiques, contrôleurs de disques, cartes sonores, interfaces réseau, cartes série, cartes parallèles, cartes SCSI, cartes mémoire ou encore cartes d'acquisition de données.
L'ISA 16 bits demeure très populaire jusqu'au milieu des années 1990, époque où il est progressivement remplacé par les bus VESA Local Bus (VLB) puis PCI, beaucoup plus rapides. Malgré cela, de nombreux équipements industriels, médicaux et scientifiques continuent d'utiliser des cartes ISA pendant de nombreuses années en raison de leur fiabilité, de leur simplicité de conception et de leur excellente compatibilité.
Spécifications
| Caractéristique | Description |
|---|---|
| Nom complet | Industry Standard Architecture (ISA) 16 bits |
| Fabricant | IBM |
| Année d'introduction | 1984 |
| Première machine | IBM PC/AT (IBM 5170) |
| Largeur du bus de données | 16 bits |
| Largeur du bus d'adresses | 24 bits |
| Mémoire adressable | 16 Mo |
| Fréquence du bus | Environ 8,33 MHz (généralement 8 MHz) |
| Débit théorique maximal | Environ 8 Mo/s (selon le type de transfert) |
| Type de bus | Bus parallèle |
| Longueur du connecteur | 98 contacts (62 + 36) |
| Compatibilité | Compatible avec les cartes ISA 8 bits |
| Remplacement | VESA Local Bus, PCI |
Historique
Le bus ISA 16 bits apparaît avec l'IBM PC/AT afin d'accompagner le lancement du processeur Intel 80286. IBM souhaite conserver la compatibilité avec les milliers de cartes d'extension déjà disponibles pour le PC et le XT tout en augmentant les performances du système.
Pour atteindre cet objectif, IBM conserve le connecteur ISA 8 bits existant et ajoute un second connecteur placé immédiatement derrière le premier. Les anciennes cartes continuent donc à fonctionner puisqu'elles utilisent uniquement la première partie du connecteur, tandis que les nouvelles cartes 16 bits exploitent les deux connecteurs.
Cette solution contribue fortement au succès du standard IBM PC/AT, qui devient rapidement la référence de l'industrie informatique.
Architecture matérielle
Le connecteur ISA 16 bits est composé de deux parties :
- Connecteur principal (62 contacts) : identique au bus ISA 8 bits.
- Connecteur d'extension (36 contacts) : ajoute les lignes nécessaires au fonctionnement sur 16 bits.
Les nouvelles lignes comprennent notamment :
- 8 lignes de données supplémentaires (D8 à D15)
- Des lignes d'interruption supplémentaires
- Des canaux DMA supplémentaires
- Des lignes de contrôle adaptées au fonctionnement 16 bits.
Cette architecture permet aux cartes anciennes et nouvelles de coexister sans modification.
Caractéristiques techniques
Bus de données
Le bus de données passe de 8 bits à 16 bits.
Cela signifie qu'un périphérique peut transférer deux octets simultanément au lieu d'un seul, améliorant les performances globales du système.
Bus d'adresses
Le bus d'adresses comprend 24 lignes.
Il peut donc adresser :
| 224 = 16 777 216 octets |
soit :
| 16 Mo de mémoire physique |
Cette capacité correspond à la limite adressable du processeur Intel 80286 en mode réel.
Interruptions
Le bus ISA 16 bits dispose de 16 lignes IRQ :
- IRQ0 à IRQ15
Les nouveaux périphériques utilisent notamment :
- IRQ10
- IRQ11
- IRQ12
- IRQ14
- IRQ15
afin de limiter les conflits matériels.
DMA
Le contrôleur DMA est également étendu.
Le système dispose de 8 canaux DMA :
- DMA0 à DMA7
Les canaux 5, 6 et 7 permettent des transferts 16 bits plus rapides.
Connecteur
Le connecteur possède :
- 62 contacts (ISA 8 bits)
- 36 contacts supplémentaires
soit :
- 98 contacts au total.
Les cartes ISA 8 bits utilisent uniquement la première partie.
Les cartes ISA 16 bits utilisent les deux sections.
Compatibilité
L'un des principaux avantages de l'ISA 16 bits est sa compatibilité complète avec les générations précédentes.
Un ordinateur PC/AT peut recevoir :
- une carte ISA 8 bits ;
- une carte ISA 16 bits.
Une carte ISA 16 bits ne peut toutefois pas être installée dans un connecteur ISA 8 bits, faute de connecteur d'extension.
Cartes d'extension courantes
L'ISA 16 bits a servi de support à une très grande variété de périphériques :
- Cartes graphiques VGA
- Cartes Super VGA
- Cartes sonores Sound Blaster
- Cartes Gravis UltraSound
- Cartes réseau Ethernet
- Contrôleurs IDE
- Contrôleurs SCSI
- Contrôleurs de lecteurs de disquettes
- Cartes série
- Cartes parallèles
- Modems internes
- Cartes d'acquisition vidéo
- Cartes mémoire EMS
- Cartes multifonctions
- Cartes de communication industrielle
Avantages
Les principaux avantages de l'ISA 16 bits sont :
- excellente compatibilité avec l'IBM PC ;
- très grande disponibilité des cartes d'extension ;
- coût de fabrication relativement faible ;
- architecture simple à concevoir ;
- documentation abondante ;
- vaste compatibilité logicielle ;
- durée de vie exceptionnelle dans les systèmes industriels.
Inconvénients
Malgré son succès, le bus ISA présente plusieurs limites :
- fréquence relativement faible ;
- absence de véritable Plug and Play à l'origine (la configuration se fait par cavaliers ou commutateurs DIP ; le standard ISA Plug and Play n'apparaîtra qu'en 1993) ;
- bande passante limitée ;
- partage des interruptions pouvant provoquer des conflits ;
- impossibilité d'effectuer des transferts en rafale comparables à ceux des bus PCI.
Successeurs
À partir du début des années 1990, plusieurs technologies remplacent progressivement l'ISA :
| Bus | Année |
|---|---|
| Micro Channel (MCA) | 1987 |
| EISA | 1988 |
| VESA Local Bus (VLB) | 1992 |
| PCI | 1992 |
| PCI-X | 1998 |
| PCI Express | 2003 |
Le PCI devient rapidement le standard dominant des ordinateurs personnels, tandis que le PCI Express s'impose au début des années 2000.
Héritage
Le bus ISA 16 bits constitue l'un des standards matériels les plus importants de l'histoire du PC. Sa conception simple, sa compatibilité avec les générations précédentes et son immense écosystème de cartes d'extension ont largement contribué à l'essor des ordinateurs compatibles IBM. Même après sa disparition des ordinateurs grand public, il est resté utilisé pendant de nombreuses années dans les systèmes embarqués, les automates industriels, les équipements médicaux et les instruments scientifiques, où la stabilité et la disponibilité des cartes ISA étaient des critères essentiels. Aujourd'hui encore, l'ISA 16 bits est considéré comme une étape fondamentale dans l'évolution des architectures matérielles des ordinateurs personnels.