ISA 8 bits |
IBM |
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| Architecture | |
Introduction
L'ISA 8 bits (Industry Standard Architecture 8-bit) est le premier bus d'extension utilisé sur les ordinateurs IBM Personal Computer (IBM PC 5150), introduit en 1981. Bien que le terme ISA n'apparaisse officiellement qu'après l'introduction du bus ISA 16 bits avec l'IBM PC/AT en 1984, il est aujourd'hui couramment employé pour désigner rétroactivement le bus d'origine des IBM PC et IBM XT. Cette architecture constitue l'une des bases du succès des compatibles IBM PC et devient rapidement un standard de fait de l'industrie informatique.
Conçu autour du microprocesseur Intel 8088, dont le bus de données externe est limité à 8 bits, le bus ISA 8 bits permet d'ajouter facilement des cartes d'extension offrant de nouvelles fonctionnalités. Les premiers IBM PC peuvent ainsi recevoir des cartes graphiques, des interfaces série et parallèle, des contrôleurs de disquettes, des cartes mémoire, des interfaces réseau, des modems ou encore des contrôleurs de disque dur. Cette modularité contribue largement à la popularité du PC, qui peut être adapté à de nombreux usages sans modification de la carte mère.
L'un des principaux atouts de l'ISA 8 bits réside dans son architecture ouverte. IBM publie une grande partie des spécifications matérielles, ce qui permet à de nombreux fabricants de développer rapidement des cartes compatibles. Cette ouverture favorise l'apparition d'un vaste marché de périphériques tiers et accélère considérablement la diffusion du standard IBM PC dans le monde entier.
Le bus ISA 8 bits demeure utilisé pendant plusieurs années, notamment sur les IBM PC, IBM XT et leurs nombreux compatibles. Lors de l'arrivée de l'IBM PC/AT en 1984, IBM fait évoluer cette architecture vers une version 16 bits tout en conservant une compatibilité complète avec les cartes existantes. Cette continuité technique contribue à faire de l'ISA l'un des bus d'extension les plus influents de l'histoire de la micro-informatique.
Spécifications
| Caractéristique | Description |
|---|---|
| Nom | Industry Standard Architecture (ISA) 8 bits *(nom attribué rétrospectivement) |
| Fabricant | IBM |
| Année d'introduction | 1981 |
| Première machine | IBM Personal Computer 5150 |
| Machines principales | IBM PC 5150, IBM XT 5160 |
| Largeur du bus de données | 8 bits |
| Largeur du bus d'adresses | 20 bits |
| Mémoire adressable | 1 Mo |
| Fréquence du bus | 4,77 MHz (dérivée de l'horloge système IBM PC) |
| Débit théorique maximal | Environ 4,77 Mo/s (théorique, nettement inférieur en pratique) |
| Type de bus | Bus parallèle |
| Nombre de contacts | 62 contacts |
| Alimentation fournie | +5 V, -5 V, +12 V, -12 V |
| Compatibilité | Compatible avec le bus ISA 16 bits introduit en 1984 |
Historique
Lors de la conception de l'IBM PC, IBM choisit le microprocesseur Intel 8088 afin de réduire le coût du système tout en conservant la compatibilité logicielle avec le Intel 8086. Le bus externe du 8088 étant limité à 8 bits, le bus d'extension adopte naturellement cette largeur.
Contrairement aux mini-ordinateurs de l'époque, IBM souhaite permettre aux utilisateurs et aux entreprises d'ajouter facilement des périphériques. La carte mère comporte donc plusieurs connecteurs d'extension identiques permettant d'installer des cartes supplémentaires sans modification de la machine.
Le succès commercial de l'IBM PC entraîne rapidement l'apparition de centaines de cartes compatibles développées par des fabricants indépendants. Lorsque le PC/AT est lancé en 1984, IBM conserve intégralement ce connecteur afin d'assurer une compatibilité ascendante avec les cartes déjà commercialisées.
Architecture matérielle
Le bus ISA 8 bits est constitué d'un connecteur à 62 contacts répartis sur deux rangées de 31 contacts.
Il transporte notamment :
- 8 lignes de données (D0 à D7) ;
- 20 lignes d'adresses (A0 à A19) ;
- des lignes de contrôle mémoire ;
- des lignes de contrôle d'entrées/sorties ;
- des lignes d'interruption (IRQ) ;
- des lignes DMA ;
- plusieurs tensions d'alimentation.
Cette architecture simple facilite considérablement la conception des cartes d'extension.
Caractéristiques techniques
Bus de données
Le bus de données comporte 8 lignes.
Chaque transfert permet donc de déplacer 1 octet entre le processeur et un périphérique.
Cette organisation correspond exactement au bus externe du processeur Intel 8088.
Bus d'adresses
Le bus d'adresses comprend 20 lignes.
Il peut adresser :
| 220 = 1 048 576 octets |
soit exactement :
1 Mo de mémoire physique.
Cette limite correspond à l'espace d'adressage maximal de l'Intel 8088 et de l'Intel 8086 en mode réel.
Interruptions
Le système comporte 8 lignes d'interruption matérielle :
- IRQ0
- IRQ1
- IRQ2
- IRQ3
- IRQ4
- IRQ5
- IRQ6
- IRQ7
Ces interruptions permettent aux périphériques de solliciter directement le processeur lorsqu'un événement nécessite son intervention.
DMA
Le contrôleur DMA Intel 8237A fournit 4 canaux DMA :
- DMA0
- DMA1
- DMA2
- DMA3
Ils permettent certains transferts de données sans intervention directe du processeur, notamment pour les contrôleurs de disquettes et certains périphériques spécialisés.
Horloge
La fréquence du bus est directement liée à l'horloge du système IBM PC :
| 4,772727 MHz |
Les cartes d'extension synchronisent leurs échanges sur cette fréquence.
Connecteur
Le connecteur ISA 8 bits comprend :
- 62 contacts ;
- deux rangées de 31 contacts ;
- un détrompeur mécanique empêchant certaines erreurs d'insertion.
Le brochage transporte :
- les adresses ;
- les données ;
- les interruptions ;
- les canaux DMA ;
- les signaux de contrôle ;
- les alimentations électriques.
Compatibilité
Toutes les cartes ISA 8 bits sont compatibles avec :
- IBM PC (5150)
- IBM XT (5160)
- IBM PC/AT
- compatibles IBM PC équipés d'emplacements ISA 16 bits
Lorsqu'une carte ISA 8 bits est installée dans un connecteur ISA 16 bits, seule la première partie du connecteur est utilisée.
Cette compatibilité a largement contribué à la longévité du standard.
Cartes d'extension courantes
Le bus ISA 8 bits a accueilli un très grand nombre de périphériques, notamment :
- cartes MDA ;
- cartes Hercules ;
- cartes CGA ;
- contrôleurs de disquettes ;
- contrôleurs de disque dur ST-506 ;
- interfaces série RS-232 ;
- interfaces parallèles Centronics ;
- cartes mémoire ;
- horloges temps réel ;
- modems internes ;
- cartes réseau Ethernet 8 bits ;
- contrôleurs IEEE-488 ;
- cartes d'acquisition industrielles.
Avantages
Les principaux avantages du bus ISA 8 bits sont :
- architecture simple ;
- faible coût de fabrication ;
- grande modularité ;
- excellente documentation technique ;
- vaste écosystème de cartes compatibles ;
- facilité de développement des périphériques ;
- compatibilité conservée avec l'ISA 16 bits.
Inconvénients
Malgré son succès, le bus ISA 8 bits présente plusieurs limitations :
- largeur limitée à 8 bits ;
- faible bande passante ;
- espace mémoire limité à 1 Mo ;
- nombre réduit d'interruptions matérielles ;
- seulement quatre canaux DMA ;
- absence de mécanisme Plug and Play ;
- configuration des cartes réalisée au moyen de cavaliers (*jumpers*) ou de commutateurs DIP.
Évolution
Le succès du bus ISA conduit IBM à développer une version plus performante lors du lancement du PC/AT :
| Bus | Année |
|---|---|
| ISA 8 bits | 1981 |
| ISA 16 bits | 1984 |
| MCA | 1987 |
| EISA | 1988 |
| VESA Local Bus | 1992 |
| PCI | 1992 |
| PCI Express | 2003 |
La principale innovation de l'ISA 16 bits est l'ajout d'un second connecteur augmentant la largeur du bus de données à 16 bits tout en conservant une compatibilité totale avec les cartes ISA 8 bits.
Héritage
L'ISA 8 bits représente l'une des architectures matérielles les plus importantes de l'histoire des ordinateurs personnels. En offrant un bus d'extension ouvert, simple et largement documenté, IBM favorise l'émergence d'un immense écosystème de fabricants de cartes d'extension et de compatibles PC. Cette ouverture joue un rôle déterminant dans le succès mondial de la plateforme IBM PC. Même après l'apparition de l'ISA 16 bits, de nombreuses cartes 8 bits continuent d'être commercialisées pendant plusieurs années, preuve de la robustesse et de la pérennité de cette architecture. Aujourd'hui, l'ISA 8 bits demeure un élément incontournable de l'histoire de la micro-informatique et un symbole de la philosophie d'architecture ouverte qui a permis l'essor du PC moderne.